高三專題復習力學實驗

1、力學實驗專題物理考試說明中確定的力學實驗有：研究勻變速直線運動、探究彈力和彈簧伸長的關系、驗證力的平行四邊形定則、驗證牛頓運動定律、探究動能定理、驗證機械能守恒定律。其中有四個實驗與紙帶的處理有關，可見力學實驗部分應以紙帶的處理，打點計時器的應用為核心來展開復習。近幾年力學實驗中與紙帶處理相關的實驗、力學創(chuàng)新實驗是高考的熱點內(nèi)容，以分組或演示實驗為背景，考查對實驗方法的領悟情況、靈活運用學過的實驗方法設計新的實驗是高考實驗題的新趨勢。要求考生掌握常規(guī)實驗的數(shù)據(jù)處理方法，能將課本中分組實驗和演示實驗的實驗原理、實驗方法遷移到新的背景中，深刻理解物理概念和規(guī)律，并能靈活運用，要求考生有較強的創(chuàng)新能

2、力。在復習過程中，應以掌握常規(guī)實驗原理、實驗方法、規(guī)范操作程序、數(shù)據(jù)處理方法等為本，同時從常規(guī)實驗中，有意識的、積極的提取、積累一些有價值的方法。逐步過渡到靈活運用學過的實驗方法設計新的實驗。（一）打點計時器系列實驗中紙帶的處理1紙帶的選?。阂话銓嶒瀾命c跡清晰、無漏點的紙帶中選取有足夠多點的一段作為實驗紙帶。在“驗證機械能守恒定律”實驗中還要求紙帶包含第一、二點，并且第一、二兩點距離接近2.0mm。2根據(jù)紙帶上點的密集程度選取計數(shù)點。打點計時器每打n個點取一個計數(shù)點，則計數(shù)點時間間隔為n個打點時間間隔，即T=0.02n（s）。一般取n5，此時T=0.1s。3測量計數(shù)點間距離。為了測量、計算的

3、方便和減小偶然誤差的考慮，測量距離時不要分段測量，盡可能一次測量完畢，即測量計數(shù)起點到其它各計數(shù)點的距離。如圖所示，則由圖可得：，s6436210s5s4s3s2s1SSSSSS4判定物體運動的性質(zhì)：若、基本相等，則可判定物體在實驗誤差范圍內(nèi)作勻速直線運動。設s1=，s2=，s3=，s4=，s5=若s1、s2、s3、s4、s5基本相等，則可判定物體在實驗誤差范圍內(nèi)作勻變速直線運動。測定第n點的瞬時速度。物體作勻變速直線運動時，在某段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度。即測出第n點的相鄰的前、后兩段相等時間T內(nèi)的距離，由平均速度公式就可求得，如上圖中第4點的瞬時速度為：。測定作勻變速直線運動

4、物體的加速度，一般用逐差法求加速度。將如上圖所示的連續(xù)相等時間間隔T內(nèi)的位移、分成兩組，利用可得：、，再算出的、平均值，即：就是所測定作勻變速直線運動物體的加速度。若為奇數(shù)組數(shù)據(jù)則將中間一組去掉，然后再將數(shù)據(jù)分組利用逐差法求解。（二）設計性實驗的設計思路與典例分析題目要求和給出的條件演示和分組實驗的實驗原理物理規(guī)律和原理基本儀器的使用知識需測物理量和所需器材實驗步驟數(shù)據(jù)處理實驗原理實驗結論及誤差分析x012345622.530.037.545.052.5y/mm60.0【例題1】做勻加速直線運動的小車，牽引一條紙帶通過打點計時器，交流電源的頻率為50Hz，由紙帶上打出的某一點開始，每5個點剪下

5、一段紙帶，按圖所示，使每一條紙帶下端與x軸重合，左邊與y軸平行，將紙帶段粘貼在直角坐標系中，則小車運動的加速度是 m/s2（保留兩位有效數(shù)字）?！久}意圖】本題考查了勻變速直線運動的紙帶處理，同時還要明確計數(shù)點的選取以及相隔時間的計算問題。要求學生能把常見的紙帶數(shù)據(jù)處理中的數(shù)據(jù)與圖中紙帶的長度建立聯(lián)系，獲得相關數(shù)據(jù)，然后求得實驗結果?！窘馕觥坑深}意可得，每段紙帶的長度就是相鄰相等時間間隔內(nèi)小車的位移，由圖示數(shù)據(jù)可得，而相隔時間為T0.02×5s0.1s，根據(jù)，可得小車的加速度為：。ACODPEB【變式題】（2006年上海）伽利略通過研究自由落體和物塊沿光滑斜面的運動，首次發(fā)現(xiàn)了勻加速

6、運動規(guī)律。伽利略假設物塊沿斜面運動與物塊自由下落遵從同樣的法則，他在斜面上用刻度表示物塊滑下的路程，并測出物塊通過相應路程的時間，然后用圖線表示整個運動過程，如圖所示。圖中OA表示測得的時間，矩形OAED的面積表示該時間內(nèi)物塊經(jīng)過的路程，則圖中OD的長度表示 。P為DE的中點，連接OP且延長交AE的延長線于B，則AB的長度表示 ?！窘馕觥縊A時間段的平均速度；A時刻的瞬時速度?！纠}2】（2002年廣東）一個有一定厚度的圓盤，可以繞通過中心的水平軸轉動。用下面的方法測量它勻速轉動時的角速度。實驗器材：電磁打點計時器，米尺，紙帶，復寫紙片。實驗步驟：如圖所示，將電磁打點計時器固定在桌面上，將紙帶

7、的一端穿過打點計時器的限位孔后，固定在待測圓盤的側面上，使得圓盤轉動時，紙帶可以卷在圓盤側面上。啟動控制裝置使圓盤轉動，同時接通電源，打點計時器開始打點。經(jīng)過一段時間，停止轉動和打點，取下紙帶，進行測量。由已知量和測得量表示的角速度的表達式為=_ _。式中各量的意義是：_。某次實驗測得圓盤半徑r=5.50×10-2m，得到的紙帶的一段如圖所示。求得的角速度為_。0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11單位：cm【命題意圖】利用打點計時器求轉盤的角速度，這是本題的創(chuàng)新之處，轉盤邊緣的線速度與紙帶的線速度相等是解決本題的關鍵。此題的實驗器材、和實驗步驟題干中已經(jīng)給出，不需考生自

8、己設計，對于此類常規(guī)試題略加變化的創(chuàng)新題型，能否有效排除干擾信息，直指問題關鍵是高考考查能力的一種全新命題方式。本題也可以在實驗器材及實驗步驟設計上進行深化考查，從而變成設計性實驗?！窘馕觥吭OT為電磁打點計時器打點的時間間隔，r為圓盤的半徑，x1、x2分別是紙帶上選定的兩點所對應的米尺上的刻度值，n為選定的兩點間的打點數(shù)（含兩點）。則紙帶的速度為，由于紙帶與圓盤之間不打滑，則圓盤邊緣的線速度亦為，由勻速圓周運動的規(guī)律有，聯(lián)立上面兩式可得圓盤勻速轉動時的角速度為：（n=2，3，）在圖中給出的紙帶上任取兩點，讀出其米尺上的刻度值x1、x2，并將T=0.02s、r=5.50×10-2m及n

9、值代入，可求出1值，重復上述步驟，求出2、3，再取其平均值即為的值得=6.8rads-1（6.756.84均可）?！咀兪筋}】打點計時器圖11（2001年全國）一打點計時器固定在斜面上某處，一小車拖著穿過打點計時器的紙帶從斜面上滑下，如圖1所示。圖2是打出的紙帶的一段。已知打點計時器使用的交流電頻率為50Hz，利用圖2給出的數(shù)據(jù)可求出小車下滑的加速度a=_。為了求出小車在下滑過程中所受的阻力，還需測量的物理量有 。用測得的量及加速度a表示小車在下滑過程中所受的阻力計算式為f =_ 。 圖2（單位：cm）5.125.746.417.057.688.339.618.9510.26【解析】4.00m/

10、s2（3分，3.904.10 m/s2之間都正確）小車質(zhì)量m、斜面上任意兩點間距離l及這兩點的高度差h；。打點計時器紙帶圖1紙帶運動方向7.72 7.21 6.71 6.25 5.76 5.29 4.81 4.31圖2單位：cm2（2003年江蘇）實驗裝置如圖1所示：一木塊放在水平長木板上，左側栓有一細軟線，跨過固定在木板邊緣的滑輪與一重物相連。木塊右側與打點計時器的紙帶相連。在重物牽引下，木塊在木板上向左運動，重物落地后，木塊繼續(xù)向左做勻減速運動，圖2給出了重物落地后，打點計時器在紙帶上打出的一些點，試根據(jù)給出的數(shù)據(jù)，求木塊與木板間的摩擦因數(shù)。要求寫出主要的運算過程。結果保留2位有效數(shù)字。（

11、打點計時器所用交流電頻率為50Hz，不計紙帶與木塊間的拉力。取重力加速度g=10m/s2）【解析】由給出的數(shù)據(jù)可知，重物落地后，木塊在連續(xù)相等的時間T內(nèi)的位移分別是：s1=7.72cm，s2=7.21cm，s3=6.71cm，s4=6.25cm，s5=5.76cm，s6=5.29cm，s7=4.81cm，s8=4.31cm 以a表示加速度，根據(jù)勻變速直線運動的規(guī)律，有，又知T=0.04s，解得a=3.0m/s2。重物落地后木塊只受摩擦力的作用，根據(jù)牛頓第二定律有：mg=ma，解得=0.30。3（2005年上海）科學探究活動通常包括以下環(huán)節(jié)：提出問題，作出假設，制定計劃，搜集證據(jù)，評估交流等。一

12、組同學研究“運動物體所受空氣阻力與其運動速度關系”的探究過程如下：A有同學認為：運動物體所受空氣阻力可能與其運動速度有關。B他們計劃利用一些“小紙杯”作為研究對象，用超聲波測距儀等儀器測量“小紙杯”在空中直線下落時的下落距離、速度隨時間變化的規(guī)律，以驗證假設。C在相同的實驗條件下，同學們首先測量了單只“小紙杯”在空中下落過程中不同時刻的下落距離，將數(shù)據(jù)填入下表中，圖（a）是對應的位移-時間圖線。然后將不同數(shù)量的“小紙杯”疊放在一起從空中下落，分別測出它們的速度-時間圖線，如圖（b）中圖線1、2、3、4、5所示。D同學們對實驗數(shù)據(jù)進行分析、歸納后，證實了他們的假設。回答下列提問：與上述過程中A、

13、C步驟相應的科學探究環(huán)節(jié)分別是_，_。圖（a）中的AB段反映了運動物體在做_運動，表中X處的值為_。圖（b）中各條圖線具有共同特點：“小紙杯”在下落開始階段做_運動，最后“小紙杯”做_運動。比較圖（b）中的1和5，指出在1.01.5s時間段內(nèi)，速度隨時間變化關系的差異：_。時間（s）1.02.01.0s(m)t(s)0 0.5 1.0 1.52.0AB圖（a）v(m/s)t(s)0 0.5 1.0 1.5圖（b）54321下落距離（m）0.00.0000.40.0360.80.4691.20.9571.61.4472.0X【解析】作出假設、搜集證據(jù) 勻速運動，1.937 加速度逐漸減小的加速運

14、動，勻速運動 圖線1反映速度不隨時間變化，圖線5反映速度隨時間繼續(xù)增大（圖線1反映紙杯做勻速運動，圖線5反映紙杯依然做加速度減小的加速運動）。力 學 實 驗1【濟寧市】11（6分）某學生用打點計時器研究小車的勻變速直線運動。他將打點計時器接到頻率為的交流電源上，實驗時得到一條紙帶，他在紙帶上便于測量的地方選取第一個計時點，在這個點下標明，第六個點下標明，第十一個點下標明，第十六個點下標明，第二十一個點下標明。測量時發(fā)現(xiàn)點已模糊不清，于是他測得長為，長為，長為，則打點時小車的瞬時速度大小為_，小車運動的加速度大小為_。（保留三位有效數(shù)字）【解】0.986 2.582【聊城市】11（6分）用如圖甲

15、所示的實驗裝置來驗證牛頓第二定律，為消除摩擦力的影響，實驗前必須平衡摩擦力。 （1）某同學平衡摩擦力時這樣操作：將小車靜止地放在水平長木板上，把木板不帶滑輪的一端慢慢墊高，如圖乙，直到小車開始沿木板向下滑動為止。然后不斷改變對小車的拉力F，他得到小車質(zhì)量保持不變情況下的a-F圖線應是下圖中的 （將選項代號的字母填在橫線上）。 （2）打點計時器使用的交流電頻率f=50Hz，下圖是某同學在正確操作下獲得的一條紙帶，A、B、C、D、E每兩點之間還有4個點沒有標出。寫出用s1、s2、s3、s4以及頻率f來表示小車加速度的計算式：a= 。根據(jù)紙帶所提供的數(shù)據(jù)，算得小車的加速度大小為 m/s2（結果保留兩

16、位小數(shù)字）?！窘狻浚?）C （2） 0.60（評分標準：每空2分）3【日照市】12（4分）在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，打點計時器接在電壓為E，頻率為f的交流電源上，在實驗中打下一條理想紙帶，如圖所示，選取紙帶上打出的連續(xù)5個點A、B、C、D、E，測出A點距起始點的距離為S0，點AC間的距離為S1，點CE間的距離為S2，已各重錘的質(zhì)量為m，當?shù)氐闹亓铀俣葹間，則從起始點O到打下C點的過程中，重錘重力勢能的減少量為EP，重錘動能的增加量為EK。根據(jù)題中提供的條件，可求出重錘實際下落的加速度a，它和當?shù)氐闹亓铀俣萭進行比較，則ag（填大于，等于，小于）?！窘狻縨g（S0S1）（1分）， （

17、1分） （1分）小于（1分）4【蒼山縣】11（3分）在用圖示裝置做“探究動能定理”的實驗時，下列說法正確的是： _（填字母代號） A通過改變橡皮筋的條數(shù)來改變拉力做功的數(shù)值 B通過改變橡皮筋的長度來改變拉力做功的數(shù)值 C通過打點計時器打下的紙帶來測定小車加速過程中獲得的最大速度 D通過打點計時器打下的紙帶來測定小車加速過程中獲得的平均速度 【解】 A C （3分） 5【萊陽一中】14(1)甲、乙、丙、丁四位同學分別使用不同精度的游標卡尺和螺旋測微器測量同一個物體的長度，測量的結果如下： 甲同學：使用游標為50分度的卡尺，讀數(shù)為12045cm乙同學：使用游標為20分度的卡尺，讀數(shù)為12045cm

18、丙同學：使用游標為10分度的卡尺，讀數(shù)為1204cm丁同學：使用精度為“001mm”的螺旋測微器，讀數(shù)為12040mm從這些實驗數(shù)據(jù)中可以看出讀數(shù)肯定有錯誤的是 同學(2)圖中螺旋測微器的讀數(shù)為 mm?！窘狻?1)甲 (2)13872 13874 (每空2分)6【萊陽一中】15一輕彈簧其彈力與彈簧伸長后的實際長度的關系為F=(200x- 40)(式中各物理量均取國際單位制單位)，則彈簧的勁度系數(shù)為 ，彈簧的原長為 【解】200Nm，02m (每空2分) 7【萊陽一中】16如圖所示，某同學在做“研究勻變速直線運動”實驗中，由打點計時器得到表示小車運動過程的一條清晰紙帶，紙帶上兩相鄰計數(shù)點間的時間

19、間隔為T=0.10s，其中S1=705cm、S2=768cm、S3=831cm、S4=895cm、S5=958cm、S6=1020cm，則打A點時小車瞬時速度的大小是 ms，小車運動的加速度大小是 ms2(計算結果保留兩位有效數(shù)字)【解】086，063 (每空2分)8【臨沭一中】13.(5分)一游標卡尺的主尺最小分度為1毫米，游標上有10個小等分間隔，現(xiàn)用此卡尺來測量工件的直徑，如圖所示。該工件的直徑為_毫米。 【解】.29.85分9【青島十九中】12（6分）如圖所示，甲圖中儀器的讀數(shù)為 mm，乙圖中儀器的讀數(shù)為 cm?！窘狻?10.501（10.500-10.502） 10.15505100

20、1bcma10【威海一中】11（4分）圖（a）所示螺旋測微器的讀數(shù)為 mm；圖（b）所示游標卡尺的讀數(shù)為 cm【解】 (1) 3.700 0.62 （每格2分）11【濰坊市】11 (4分)小華在豎直懸掛的彈簧下端加掛鉤碼，測量一輕彈簧的勁度系數(shù)，根據(jù)所測實驗數(shù)據(jù)，在彈力F跟彈簧長度L關系的坐標系中描點如圖所示全過程未超過彈簧的彈性限度 (1)請根據(jù)已描出的點作出FL圖象；(2)由圖象知彈簧的勁度系數(shù)K=Nm.【解】 11(1)如圖(2分) (2)23-26(2分) 12【濰坊市】12(6分)如圖a所示，在“用DIS系統(tǒng)測量小車加速度”的實驗中，將長為1m的水平軌道一端墊高1Ocm形成斜面從斜面

21、頂端由靜止釋放質(zhì)量為05kg的小車后，得到圖b所示的v-t圖象(小車與軌道末端碰撞后立刻停下)，若g取1Oms2則小車在下滑過程中 (1)加速度大小為 ms2； (2)受到的平均阻力大小為 N·【解】12(1)05 (2)025(每空3分)13【煙臺市】14（1）甲、乙、丙、丁四位同學分別使用不同精度的游標卡尺和螺旋測微器測量同一物體的長度，測量的結 果如下：甲同學：使用游標為50分度的卡尺，讀數(shù)為12.045cm乙同學：使用游標為20分度的卡尺，讀數(shù)為12.045cm丙同學：使用游標為10分度的卡尺，讀數(shù)為12.04cm頂同學：使用精度為“0.01mm”的螺旋測微器，讀數(shù)為12.0

22、40mm從這些實驗數(shù)據(jù)中可以看出讀數(shù)肯定有錯誤的是 同學。 （2）圖中螺旋測微器的讀數(shù)為 mm?！窘狻?4（1）甲（2）13.87213.874（每空2分）14【煙臺市】16如圖所示，某同學在做“研究云變速直線運動”實驗中，由打點計時器得到表示小車運動過程的一條清晰紙帶，紙帶上兩相鄰計數(shù)點間的時間間隔為T=0.10s，其中s1=7.05cm、s2=7.68cm、s3=8.31cm、s4=8.95 cm、s5=9.58cm、s6=10.20cm，則打A點時小車瞬時速度的大小是 m/s，小車運動的加速度大小是 m/s2（計算結果保留兩位有效數(shù)字）?！窘狻?60.86，0.63（每空2分）15【煙臺

23、市】15一輕彈簧其彈力與彈簧伸長后的實際長度的關系為F=(200x-40)（式中各物理量均取國際單位制單位），則彈簧的勁度系數(shù)為 ，彈簧的原長為 。【解】15200N/m，0.2m（每空2分）16【棗莊市】11（6分）與打點計時器一樣，光電計時器也是一種研究物體運動情況是常用的計時儀器。如圖（甲）所示，a、b分別是光電門的激光發(fā)射和接收裝置?，F(xiàn)利用如圖（乙）所示的裝置驗證“機械能守恒定律”。方法是：在滑塊上安裝一遮光板，把滑塊放在水平放置的氣墊導軌上，通過跨過定滑輪的細繩與鉤碼相連，連接好1、2兩個光電門。在圖示位置釋放滑塊后，光電計時器記錄下滑塊上的遮光板先后通過兩個光電門的時間分別為t1、t2。已知滑塊（含遮光板）質(zhì)量為M、鉤碼質(zhì)量為m、兩光電門間距為s、遮光板寬度為L（L遠遠小于s）、當?shù)氐闹亓铀俣葹間。 （1）計算滑塊上的遮光板先后通過兩個光電門時的瞬時速度的表達式： v1= ，v2= （用題目中給定的字母表示） （2）本實驗中驗證機械能守恒的表達式為 （用題目中給定的字母表示）【解】11（6分）（1）， （2）評分參考：每空2分，共6分。17【濟南市】11. (6分) 在做“測定勻變速直線運動加速度”的實驗中，取下一段如圖所示的紙帶研究其運動情況。設O點為計數(shù)的起始點，在四個連續(xù)的計數(shù)點中，相鄰兩計數(shù)點間的時間間隔為0.1 s，若物體