(江苏专用)2015届高考物理 考前三个月 专题十一 力学实验(一)精讲课件 新人教版

发布于:2021-09-21 07:40:22

第一部分 专题复*篇

专题11

力学实验(一)

高考中常涉及的力学实验有:研究匀变速直线运动、验证力的*行四


考 定

边形定则、探究弹力与弹簧伸长量的关系、探究加速度与力和质量的 关系、探究动能定理和验证机械能守恒定律.*几年力学实验中与纸

带处理相关的实验、力学创新实验是高考的热点内容,以分组或演示
实验为背景,考查对实验方法的领悟情况,灵活运用学过的实验方法

设计新的实验是高考实验题的新趋势.要求考生掌握常规实验的数据
处理方法,能将课本中分组实验和演示实验的实验原理、实验方法迁



移到新的背景中,深刻理解物理概念和规律,并能灵活运用,要求考
生有较强的创新能力.

考题1 考题2

研究匀变速直线运动 探究弹力和弹簧伸长量的关系

考题3 考题4

验证力的*行四边形定则 探究加速度与力、质量的关系
目录索引

考题1 研究匀变速直线运动
例 1 (2014· 全国大纲· 22)现用频闪照相方
法来研究物块的变速运动.在一小物块沿斜面 向下运动的过程中,用频闪相机拍摄的不同 时刻物块的位置如图1所示.拍摄时频闪频率 是10 Hz,通过斜面上固定的刻度尺读取的5 图1 个连续影像间的距离依次为x1、x2、x3、x4.已知斜面顶端的高度

h和斜面的长度s.数据如下表所示.重力加速度大小g=9.80 m/s2.

x1 x2 x3 x4 h s 10.7 15.0 19.3 23.6 48.0 80.0 6 5 4 5 0 0
根据表中数据,完成下列填空:

单位:cm

(1)物块的加速度a=________ m/s2(保留3位有效数字)
(2)因为________,可知斜面是粗糙的.

解析

(1)根据匀变速直线运动的推论,利用逐差法,得

x3-x1=2a1T2

x4-x2=2a2T2

突破训练
1. 为了测量木块与木板间动摩擦因数 μ ,某小组使用位移传感器设 计了如图2甲所示实验装置,让木块从倾斜木板上一点A由静止释放,

位移传感器可以测出木块到传感器的距离.位移传感器连接计算机,
描绘出滑块相对传感器的位移x随时间t的变化规律,如图乙所示.

图2

(1)根据上述图线,计算0.4 s时木块的速度v=________ m/s,
木块加速度a=________ m/s2;

(2)为了测定动摩擦因数μ,还需要测量的量是________;(已知
当地的重力加速度g) (3)为了提高木块与木板间动摩擦因数 μ的测量精度,下列措施 可行的是________. A.A点与传感器距离适当大些 B.木板的倾角越大越好 C.选择体积较大的空心木块 D.传感器开始计时的时刻必须是木块从A点释放的时刻

解析

(1)0.4 s 时木块的速度等于 0.2 s~0.6 s 内的*均速度, - ?30-14?×10 2 即 v= m/s=0.4 m/s; 0.6-0.2 根据 Δx=aT2,可求出木块的加速度 [?24-14?-?30-24?]×10-2 a= m/s2=1 m/s2. 2 0.2

(2)根据mgsin θ-μmgcos θ=ma,可知测出倾斜角或A点的高度 算出倾斜角.

(3)当A点与传感器距离适当大些,可测出多组数据,求*均值,
能提高测量精度,A正确;

倾斜角越大,测得的数据越少,不利于提高测量精度,B

错误;
若选择体积较大的空心木块,在下降过程中,受空气阻 力变大,影响了动摩擦因数的测量,C错误; 传感器开始计时的时刻不一定是从A点释放的时刻,只要 根据中间一段的Δx=aT2,就可算出加速度,D错误.

答案 (1)0.4 1

(2)斜面倾角(或A点的高度) (3)A

考题2 探究弹力和弹簧伸长量的关系
例 2 (2014· 新课标Ⅱ· 23)某实验小组探究弹簧的劲度系
数k与其长度(圈数)的关系.实验装置如图3所示:一均匀长 弹簧竖直悬挂,7个指针P0、P1、P2、P3、P4、P5、P6分别

固定在弹簧上距悬点0、10、20、30、40、50、60圈处;通
过旁边竖直放置的刻度尺,可以读出指针的位置,P0指向0

刻度.设弹簧下端未挂重物时,各指针的位置记为x0;挂有
质量为0.100 kg的砝码时,各指针的位置记为x.测量结果及

图3

部分计算结果如下表所示(n为弹簧的圈数,取重力加速度为9.80 m/s2). 已知实验所用弹簧总圈数为60,整个弹簧的自由长度为11.88 cm.

P1 x0(cm) 2.04

P2 4.06

P3 6.06

P4 8.05

P5 10.03

P6 12.01

x(cm) n
k(N/m)

2.64 10
163 0.006 1

5.26 20

7.81 30
56.0

10.30 40
43.6

12.93 50
33.8

15.41 60
28.8

0.017 9 0.022 9 0.029 6 0.034 7

(1)将表中数据补充完整:________;________.

(3)图4中画出的直线可*似认为通过原点 .若从实验中所用的弹 簧截取圈数为 n的一段弹簧,该弹簧的劲度系数 k 与其圈数 n的

关系的表达式为k=________ N/m;该弹簧的劲度系数k与其自
由长度l0(单位为m)的关系表达式为k=________ N/m.
mg 解析 (1) 根据胡克定律有 mg = k(x - x0) ,解得 k = = x-x0 0.100×9.80 1 N/m≈81.7 N/m,k≈0.012 2 m/N. - ?5.26-4.06?×10 2

1.75×103 (3)根据图像可知, k 与 n 的关系表达式为 k= N/m, n 3.47 k 与 l0 的关系表达式为 k= N/m. l0

答案

(1)81.7

0.012 2

(2)见解析图
3.47 (在 l0

1.75×103 1.67×103 1.83×103 (3) (在 ~ 之间均可) n n n 3.31 3.62 ~ 之间均可) l0 l0

突破训练
2.(2014· 浙江· 21)在“探究弹力和弹簧伸长的关系”时,

某同学把两根弹簧如图5连接起来进行探究.
(1)某次测量如图6所示,指针示数为________ cm.

图6

图5

钩码数 1 LA/cm 15.71 LB/cm 29.96

2 19.71 35.76

3 23.66 41.51

4 27.76 47.36

(2)在弹性限度内,将50 g的钩码逐个挂在弹簧下端,得到指针

A、 B的示数 LA和 LB如表所示 .用表中数据计算弹簧 Ⅰ 的劲度系
数 为 ________ N/m( 重 力 加 速 度 g = 10 m/s2). 由 表 中 数 据 ________(填“能”或“不能”)计算出弹簧Ⅱ的劲度系数.

答案

(1)16.00( 有效数字位数正确, 15.96 ~ 16.05

均可)
(2)12.45(12.20~12.80均可) 能

3.如图7为“测量弹簧劲度系数”的实验装置图,弹
簧的上端固定在铁架台上,下端装有指针及挂钩,

指针恰好指向一把竖直立起的毫米刻度尺.现在测得
在挂钩上挂上一定数量钩码时指针在刻度尺上的读数

如下表:
钩码数n 刻度尺读数xn(cm) 0 2.62 1 4.17 2 5.70 3 7.22 4 8.84

图7
5 10.43

已知所有钩码的质量可认为相同且为m0=50 g,当地重力加速度

g=9.8 m/s2.请回答下列问题:

(1)请根据表格数据计算出弹簧的劲度系数k=____ N/m.(结果保

留两位有效数字)
(2)考虑到在没有挂钩码时弹簧自身有重量,测量的弹簧劲度系

数 k的值与真实值相比较 ____________( 填“ 偏大 ”、 “ 偏小”
或“没有影响”).

解析

(1)根据胡克定律k(x-x0)=nm0g,代入数据求k,再求*

均得k=32 N/m; (2)因在计算弹力时把弹簧自身的重量引起的形变量减去了,故 弹簧自身有重量对测量值没有影响. 答案 (1)32 (2)没有影响

考题3 验证力的*行四边形定则
江苏· 11)小明通过实验验证力的*行 例 3 (2014· 四边形定则.

(1)实验记录纸如图8所示,O点为橡皮筋被拉伸后伸
长到的位置,两弹簧测力计共同作用时,拉力F1和

F2的方向分别过P1和P2点;一个弹簧测力计拉橡皮

图8

筋时,拉力F3的方向过P3点.三个力的大小分别为:F1=3.30 N、

F2=3.85 N和F3=4.25 N.请根据图中给出的标度作图求出 F1和F2
的合力.

(2)仔细分析实验,小明怀疑实验中的橡皮筋被多次拉伸后弹性发 生了变化,影响实验结果.他用弹簧测力计先后两次将橡皮筋拉伸 到相同长度,发现读数不相同,于是进一步探究了拉伸过程对橡 皮筋弹性的影响. 实验装置如图9所示,将一张白纸固定在竖直放 置的木板上,橡皮筋的上端固定于O点,下端 N挂一重物.用与白纸*行的水*力缓慢地移动

N,在白纸上记录下N的轨迹.重复上述过程,再
次记录下N的轨迹.

图9

两次实验记录的轨迹如图 10所示.过O点作一条直线与轨迹交于 a、b两点,则实验中橡皮筋分别被拉伸到a和b时所受拉力Fa、 Fb的大小关系为________.

图10

(3) ( 多选 ) 根据 (2) 中的实验,可以得出的实验结果有哪些? _______(填写选项前的字母) A.橡皮筋的长度与受到的拉力成正比 B.两次受到的拉力相同时,橡皮筋第2次的长度较长 C.两次被拉伸到相同长度时,橡皮筋第2次受到的拉力较大 D.两次受到的拉力相同时,拉力越大,橡皮筋两次的长度之差 越大 (4)根据小明的上述实验探究,请对验证力的*行四边形定则实

验提出两点注意事项.

解析

(1)作出的图示如图所示.

(2) 重物受力情况如图所示,由于重力不变,两次实验时,橡
皮筋拉力T的方向相同,故水*拉力F大小相等,即Fa=Fb.

(3)根据题图可知,选项B、D正确,选项A、C错误.
(4)橡皮筋拉伸不宜过长,选用新橡皮筋等可减小误差.

答案

(1)见解析图(F合=4.6~4.9 N都算对)

(2)Fa=Fb

(3)BD
(4)橡皮筋拉伸不宜过长;选用新橡皮筋 (或:拉力不宜过大;

选用弹性好的橡皮筋;换用弹性好的弹簧)

突破训练
4. (单选)在“验证力的*行四边形定则”实验 中,需要将橡皮条的一端固定在水*木板上,

另一端系上两根细绳,细绳的另一端都有绳套
(如图11所示).实验中需用两个弹簧秤分别勾 图11

住绳套,并互成角度地拉橡皮条.在此过程中,
下列注意事项正确的是( )

A.两根细绳必须等长 B.两弹簧秤示数必须等大 C.橡皮条应与两绳夹角的*分线在同一直线上 D.在使用弹簧秤时要注意使弹簧秤与木板*面*行

解析 细线的作用是能显示出力的方向,所以不必等长,故A错误;
只要弹簧秤有示数即可,并不一定要相等,故B错误;

两细线拉橡皮条时,只要确保拉到同一点即可,不一定橡皮条要在两细线的夹
角*分线上,故C错误; 弹簧秤不能接触水*木板,否则产生摩擦,使弹簧秤示数偏大,故D正确. 答案 D

5.有同学利用如图12所示的装置来验证力的*行

四边形定则:在竖直木板上铺有白纸,固定两个
光滑的滑轮A和B,将绳子打一个结点O,每个钩 码的质量相等,当系统达到*衡时,根据钩码的 个数读出三根绳子的拉力FTOA、FTOB和FTOC,回 答下列问题:

(1) (多选)改变钩码个数,实验能完成的是________.
A.钩码的个数N1=N2=2,N3=4

图12

B.钩码的个数N1=N3=3,N2=4
C.钩码的个数N1=N2=N3=4 D.钩码的个数,N1=3,N2=4,N3=5

(2)在拆下钩码和绳子前,应该做好三个方面的记录:
______________________________________________________; ______________________________________________________; _______________________________________________________. 解析 (2) 为验证*行四边形定则,必须通过作受力图 . 所以先明

确受力点,其次要作出力的方向并读出力的大小,最后作出力的
图示.因此要做好记录,需从力的三要素角度出发:需记录O点的

位置;钩码的个数N1、N2、N3;拉力FTOA、FTOB、FTOC的方向.
答案 (1)BCD (2) 标记结点 O 的位置 钩码的个数 N1 、 N2 、 N3 OA、OB、OC三段绳子的方向

考题4
例4

探究加速度与力、质量的关系
(2014· 新课标Ⅰ· 22)某同学利用图13(a)所示实验装置及数

字化信息系统获得了小车加速度 a与钩码的质量 m的对应关系图, 如图(b)所示.实验中小车(含发射器)的质量为200 g,实验时选择 了不可伸长的轻质细绳和轻定滑轮,小车的加速度由位移传感

器及与之相连的计算机得到.回答下列问题:

图13
(1)根据该同学的结果,小车的加速度与钩码的质量成______

(填“线性”或“非线性”)关系.
(2)由图(b)可知,a—m图线不经过原点,可能的原因是_______

____________________.

(3)若利用本实验装置来验证“在小车质量不变的情况下,小车的 加速度与作用力成正比 ” 的结论,并直接以钩码所受重力 mg 作 为小车受到的合外力,则实验中应采取的改进措施是__________ ______________,钩码的质量应满足的条件是 ________________. 解析 (1)由图像可知小车的加速度与钩码的质量成非线性关系. (2)a—m 图线不经过原点,在 m 轴上有截距,即挂上小钩码后小 车加速度仍为零,可能的原因是存在摩擦力. (3) 本实验直接以钩码所受重力 mg作为小车受到的合外力,则应 采取的措施是调节轨道的倾斜度以*衡摩擦力,钩码的质量应满 足的条件是远小于小车的质量.

答案 (1)非线性 (2)存在摩擦力 (3)调节轨道的倾斜度以*衡摩擦力 远小于小车的质量

突破训练
6.甲、乙两个同学用如图 14 所示的实验装置共同研究在保持受
到的牵引力不变的条件下,小车的加速度与其质量的关系.

图14

(1) 甲同学通过对小车所牵引纸带的测量,就能得出小车的加速
度a.图15是某次实验所打出的一条纸带,在纸带上标出了 5 个计

数点,在相邻的两个计数点之间还有 4个点未标出,图中数据的
单位是cm.实验中使用的电源是频率为f=50 Hz的交变电流.根据 以上数据,可以算出小车的加速度 a= ________ m/s2.(结果保留 三位有效数字)

图15

(2) (单选)乙同学通过给小车增加砝码来改变小车的质量 M,得到 1 1 小车的加速度 a 与质量 M 的数据,画出 a~ 图线后,发现:当 M M 较大时,图线发生弯曲.于是,该同学后来又对实验方案进行了进 一步地修正,避免了图线的末端发生弯曲的现象.那么,该同学的 修正方案可能是( ) 1 A.改画 a 与 的关系图线 M+m B.改画 a 与(M+m)的关系图线 m C.改画 a 与 的关系图线 M 1 D.改画 a 与 的关系图线 ?M+m?2


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