力學(xué)實驗中?？嫉?個問題

1、第一部分專題五物理實驗知識互聯(lián)網(wǎng)達(dá)人寄語科學(xué)復(fù)習(xí)、事半功倍“物理實驗”，高考必考，力、電兩題，務(wù)必抓牢只有平時多動手，考時才能少犯愁儀器使用與選取，實驗原理與步驟，數(shù)據(jù)處理與分析，步步深入，環(huán)環(huán)相扣，厚積薄發(fā)，志在必得！主要題型：復(fù)合題型：包括填空、問答、作圖、圖象形式難度檔次：現(xiàn)在的實驗題一般是一個較大一個較小，較大的實驗題難度偏大，較小的實驗題難度偏小高考熱點第10講力學(xué)實驗中?？嫉?個問題一、誤差和有效數(shù)字1誤差誤差產(chǎn)生原因大小特點減小方法系統(tǒng)誤差實驗儀器不精確、實驗原理不完善、實驗方法粗略總是偏大或偏小更新儀器完善實驗原理偶然誤差測量、讀數(shù)不準(zhǔn)確忽大忽小畫圖象或取平均值(1)定義：帶有

2、一位不可靠數(shù)字的近似數(shù)字有效數(shù)字的最后一位是測量者估讀出來的，是誤差的來源(2)從數(shù)字左邊第一個不為零的數(shù)字算起，如0.012 5為三位有效數(shù)字二、長度的測量1毫米刻度尺的讀數(shù)：精確到毫米，毫米后再估讀一位2游標(biāo)卡尺的讀數(shù)：測量值主尺上的讀數(shù)m×n(其中m為游標(biāo)卡尺的精確度，n為游標(biāo)尺上與主尺上某刻度線對齊的格數(shù))3螺旋測微器的讀數(shù)測量值固定刻度可動刻度×0.01 mm.三、驗證性實驗1實驗名稱：驗證力的平行四邊形定則、驗證牛頓運動定律、驗證機(jī)械能守恒定律2實驗方法(1)對于現(xiàn)象直觀明顯或者只需討論的驗證性實驗問題，常常通過觀察分析進(jìn)行證實；(2)對有測量數(shù)值且實驗要求根據(jù)

3、數(shù)據(jù)分析驗證結(jié)果的，一般要進(jìn)行分析歸納，通過作圖、計算、測量進(jìn)行比較驗證3實驗拓展隨著高考改革逐步深入，驗證性實驗試題逐漸減少，往往將驗證性實驗變化為設(shè)計性、探究性、研究性實驗，對于這種實驗題型的變化，我們復(fù)習(xí)時要引起足夠的重視四、探究性實驗1實驗名稱：探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系、探究動能定理研究勻變速直線運動2實驗方法：按照題目要求設(shè)計實驗方案，探究某種規(guī)律或研究物理量之間的關(guān)系，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)得出實驗結(jié)論，題目一般以教材基本實驗為原型或以學(xué)過的知識為基礎(chǔ)，新穎靈活，具有開放性3實驗過程的比較類型探究性實驗驗證性實驗實驗過程提出問題猜想與假設(shè)制定計劃與設(shè)計實驗方案進(jìn)行實驗與收集數(shù)據(jù)分析與論證評估

4、交流與合作實驗?zāi)康膶嶒炂鞑膶嶒炘韺嶒灢襟E數(shù)據(jù)分析實驗結(jié)論讀圖究理1驗證性實驗2探究性實驗?？紗栴}1 【例1】(2012·課標(biāo)全國卷，22)某同學(xué)利用螺旋測微器測量一金屬板的厚度該螺旋測微器校零時的示數(shù)如圖101(a)所示，測量金屬板厚度時的示數(shù)如圖(b)所示圖(a)所示讀數(shù)為_mm，圖(b)所示讀數(shù)為_mm，所測金屬板的厚度為_mm.本題考查螺旋測微器的讀數(shù)，考查考生的實驗探究能力，難度較小 某同學(xué)在測量一均勻新材料制成的圓柱體的電阻率時：(1)用游標(biāo)尺為20分度的卡尺測量其長度如圖102甲，由圖可知其長度為_cm；(2)用螺旋測微器測量其直徑如圖乙，由圖可知其直徑為_mm.,讀數(shù)

5、記法1毫米刻度尺長度測量的基本工具是刻度尺，其最小分度一般為1 mm(此時叫做毫米刻度尺)毫米刻度尺可以精確讀到mm位、估讀到 mm位(能讀取十分之幾毫米)估讀的“0”不能舍棄2游標(biāo)卡尺的讀數(shù)游標(biāo)尺(mm)精度(mm)測量結(jié)果(游標(biāo)尺上第n條刻度線與主尺上的某刻度線對齊時)(mm)刻度格數(shù)刻度總長度每小格與1毫米差109主尺上讀的毫米數(shù)0.1 n2019主尺上讀的毫米數(shù)0.05 n5049主尺上讀的毫米數(shù)0.02 n測量值固定刻度整毫米數(shù)半毫米數(shù)可動刻度讀數(shù)(含估讀)×0.01 mm.4關(guān)于估讀問題：游標(biāo)卡尺不需要估讀；毫米刻度尺、螺旋測微器需要估讀?？紗栴}2 【例2】(2012&#

6、183;山東卷，21(1)某同學(xué)利用圖103甲所示的實驗裝置，探究物塊在水平桌面上的運動規(guī)律物塊在重物的牽引下開始運動，重物落地后，物塊再運動一段距離停在桌面上(尚未到達(dá)滑輪處)從紙帶上便于測量的點開始，每5個點取1個計數(shù)點，相鄰計數(shù)點間的距離如圖乙所示打點計時器電源的頻率為50 Hz.甲乙(1)通過分析紙帶數(shù)據(jù)，可判斷物塊在兩相鄰計數(shù)點_和_之間某時刻開始減速(2)計數(shù)點5對應(yīng)的速度大小為_m/s，計數(shù)點6對應(yīng)的速度大小為_m/s.(保留三位有效數(shù)字)(3)物塊減速運動過程中加速度的大小為a_m/s2，若用來計算物塊與桌面間的動摩擦因數(shù)(g為重力加速度)，則計算結(jié)果比動摩擦因數(shù)的真實值_(填

7、“偏大”或“偏小”)解析(1)從計數(shù)點1到6相鄰的相等時間內(nèi)的位移差x2.00 cm，在6、7計數(shù)點間的位移比5、6之間增加了(12.2811.01)cm1.27 cm<2.00 cm，因此，開始減速的時刻在計數(shù)點6和7之間(2)計數(shù)點5對應(yīng)的速度大小為v5v4 m/s0.80 m/s.根據(jù)v5，得計數(shù)點6對應(yīng)的速度大小為v62v5v4(2×1.000.80)m/s1.20 m/s.(3)物塊在計數(shù)點7到11之間做減速運動，根據(jù)xaT2得x9x72a1T2x10x82a2T2故a2.00 m/s2物塊做減速運動時受到的阻力包括水平桌面的摩擦阻力和打點計時器對紙帶的摩擦阻力，因此

8、根據(jù)牛頓第二定律，得mgfma，即，因此用計算出的動摩擦因數(shù)比的真實值偏大答案(1)67(或76)(2)1.01.2(3)2.00偏大 如圖105甲所示為“探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系”的實驗裝置(1)在實驗過程中，打出了一條紙帶如圖乙所示，計時器打點的時間間隔為0.02 s，從比較清晰的點起，每兩測量點間還有4個點未畫出，量出相鄰測量點之間的距離如圖乙所示，該小車的加速度大小a_m/s2(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(2)根據(jù)實驗收集的數(shù)據(jù)作出的aF圖線如圖106所示，請寫出一條對提高本實驗結(jié)果準(zhǔn)確程度有益的建議_ 用如圖107所示的實驗裝置驗證機(jī)械能守恒定律實驗所用的電源為學(xué)生電源，輸出

9、電壓為6 V的交流電和直流電兩種重錘從高處由靜止開始下落重錘上拖著的紙帶打出一系列的點對紙帶上的點痕進(jìn)行測量和計算，即驗證機(jī)械能守恒定律(1)下面列舉了該實驗的幾個操作步驟：A按照圖示的裝置安裝器件B將打點計時器接到電源的“直流輸出”上C用天平測出重錘的質(zhì)量,借題發(fā)揮1打點計時器的正確使用(1)先接通電源，再釋放紙帶；(2)電磁打點計時器工作電壓為低壓交流46 V；電火花計時器工作電壓為交流220 V.2如何選取紙帶和計數(shù)點要選取點跡清楚的一條，舍掉開始比較密集的點跡，在便于測量的地方取一個開始點O，然后每5個點取一個計數(shù)點，依次為A、B、C如圖104所示，測出相鄰計數(shù)點間的距離x1、x2、x

10、3、x4、x5、x6利用打下點的紙帶和測量的有關(guān)數(shù)據(jù)便可以進(jìn)行計算3求任一計數(shù)點對應(yīng)的瞬時速度v：如vB(其中T5×0.02 s0.1 s)；4利用“逐差法”求加速度a：a；5判定物體運動的性質(zhì)：若x1、x2、x3基本相等，物體在實驗誤差允許范圍內(nèi)做勻速運動；若xxmxn基本相等(xm、xn為紙帶上相鄰的兩段位移)，物體在實驗誤差允許范圍內(nèi)做勻變速直線運動特別提醒(1)驗證牛頓第二定律時實驗用的是控制變量法；將砂桶或鉤碼重力視為小車所受合外力，必須滿足小車和砝碼的總重量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于砂桶的重量；在平衡摩擦力時，要將一端墊高，不要懸掛小桶，但小車應(yīng)連著紙帶且接通電源(2)驗證機(jī)械能守恒定律時

11、實驗的打點計時器豎直安置，保持提起的紙帶豎直放置，先接通打點計時器再放開紙帶速度不能用vgt或v 求得：必須由打點計時器打出的紙帶或其他工具求得誤差分析：本實驗采取分析紙帶的方法求每一點的瞬時速度，即物體下落的實際速度由于摩擦阻力的存在，利用所測得的速度計算的動能的增加量總略小于重力勢能的減少量，這是產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的主要原因另外，用刻度尺測紙帶上點與點之間距離時，也可能造成誤差D釋放懸掛紙帶的夾子，同時接通電源開關(guān)打出一條紙帶E測量紙帶上某些點間的距離F根據(jù)測量的結(jié)果計算重錘下落過程中減少的重力勢能是否等于增加的動能其中沒有必要進(jìn)行的或者操作不當(dāng)?shù)牟襟E是_(將其選項對應(yīng)的字母填在橫線處)(2)利

12、用這個裝置也可以測量重錘下落的加速度a的數(shù)值如圖108所示，根據(jù)打出的紙帶，選取紙帶上連續(xù)的五個點A、B、C、D、E，測出點A距起始點O的距離為x0，點A、C間的距離為x1，點C、E間的距離為x2，使用交流電的頻率為f，根據(jù)這些條件計算重錘下落的加速度a_.(3)在上述驗證機(jī)械能守恒定律的實驗中發(fā)現(xiàn)，重錘減少的重力勢能總是大于重錘增加的動能，其原因主要是在重錘下落的過程中存在阻力作用，可以通過該實驗裝置測阻力的大小若已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊闹禐間，還需要測量的物理量是_試用這些物理量和上圖紙帶上的數(shù)據(jù)符號表示出重錘在下落的過程中受到的平均阻力大小F_.,?？紗栴}3 【例3】(2012·江

13、蘇卷，11)為測定木塊與桌面之間的動摩擦因數(shù)，小亮設(shè)計了如圖109所示的裝置進(jìn)行實驗實驗中，當(dāng)木塊A位于水平桌面上的O點時，重物B剛好接觸地面將A拉到P點，待B穩(wěn)定后靜止釋放，A最終滑到Q點分別測量OP、OQ的長度h和s.改變h，重復(fù)上述實驗，分別記錄幾組實驗數(shù)據(jù)(1)實驗開始時，發(fā)現(xiàn)A釋放后會撞到滑輪請?zhí)岢鰞蓚€解決方法(2)請根據(jù)下表的實驗數(shù)據(jù)作出s­h關(guān)系的圖象h/cms/cm(3)實驗測得A、B的質(zhì)量分別為m0.40 kg、M0.50 kg.根據(jù)s­h圖象可計算出A木塊與桌面間的動摩擦因數(shù)_.(結(jié)果保留一位有效數(shù)字)(4)實驗中，滑輪軸的摩擦?xí)?dǎo)致的測量結(jié)果_(選填“

14、偏大”或“偏小”)解析(1)A釋放后撞到滑輪是因為B對A做的功過多或A克服摩擦力做功少，若要不撞滑輪則可減少B對A做的功或增大摩擦力做的功，方法有減小B的質(zhì)量或減小h(B下落的高度)；增大A的質(zhì)量或增大O到滑輪的距離；亦可增加細(xì)線長度，任選兩法即可(2)見右圖(3)設(shè)A到O點時速度為v，則PO段有：v202a1h，OQ段有：0v22a2s，故s­h圖象的斜率k，由牛頓運動定律知：在PO段：Mgmg(Mm)a1，得a1，OQ段：mgma2，a2g，將a1、a2代入k可得：，由圖象得出k，代入上式可得0.4.(4)因滑輪軸摩擦產(chǎn)生的效果相當(dāng)于A與桌面間摩擦力比實際的大，即導(dǎo)致測量結(jié)果偏大

15、答案(1)見解析(2)見解析(3)0.4(4)偏大 某實驗小組在實驗室用如圖1010甲所示的裝置來研究加速度和有關(guān)能量的問題圖1010(1)為了盡可能減小摩擦力的影響，打點計時器最好選用(填“電磁”或“電火花”)_式打點計時器，同時需要將長木板的右端墊高(即平衡摩擦力，下面實驗均有此步驟)，直到在沒有砂桶拖動下，小車拖動紙帶穿過計時器時能_(2)同學(xué)A采用圖甲的裝置來研究小車運動的加速度和某時刻的速度，在此實驗中，此同學(xué)先接通計時器的電源，再放開紙帶，砂和砂桶的總質(zhì)量m80 g，小車的質(zhì)量M2 kg，如圖乙是打出的一條紙帶，O為起點，A、B、C、D、E為過程中的五個相鄰的計數(shù)點，相鄰的計數(shù)點之

16、間有四個點沒有標(biāo)出，則小車的加速度為a_ m/s2，打C點時小車的速度為vC_ m/s.(保留兩位有效數(shù)字)(3)同學(xué)B若用此實驗裝置來驗證砂和砂桶以及小車組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒，以O(shè)C段的運動為例(設(shè)OC的距離為hC)，其實驗數(shù)據(jù)應(yīng)滿足的關(guān)系式是_(用本題的符號表示，不要求計算結(jié)果),借題發(fā)揮用圖象處理數(shù)據(jù)的解題技巧圖象法是物理實驗中廣泛應(yīng)用的處理實驗數(shù)據(jù)的方法，以下為作圖的規(guī)則：(1)作圖一定要用坐標(biāo)紙，坐標(biāo)紙的大小要根據(jù)有效數(shù)字的位數(shù)和結(jié)果的需要來定；(2)要標(biāo)明軸名、單位，在軸上每隔一定的間距按有效數(shù)字的位數(shù)標(biāo)明數(shù)值；(3)圖上的連線不一定通過所有的數(shù)據(jù)點，應(yīng)盡量使數(shù)據(jù)點合理地分布在線的

17、兩側(cè)；(4)作圖時常通過選取適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)軸使圖線線性化，即“變曲為直”雖然圖象法有許多優(yōu)點，但在圖紙上連線時有較大的主觀任意性，另外連線的粗細(xì)、圖紙的大小、圖紙本身的均勻程度等，都對結(jié)果的準(zhǔn)確性有影響處理數(shù)據(jù)的常用方法(1)計算法(2)圖象法1如圖1011甲、乙所示，游標(biāo)卡尺的示數(shù)為_cm；螺旋測微器的示數(shù)為_mm.2如圖1012所示，在“力的平行四邊形定則”的實驗探究中，某同學(xué)進(jìn)行實驗的主要步驟是：將橡皮條的一端固定在木板上的A點，另一端拴上兩根帶有繩套的細(xì)繩，每根繩套分別連著一個彈簧測力計沿著兩個方向拉彈簧測力計，將橡皮條的活動端拉到某一位置，將此位置標(biāo)記為O點，讀取此時彈簧測力計的示數(shù)，分

18、別記錄兩個拉力F1、F2的大小并標(biāo)出方向；再用一個彈簧測力計將橡皮條的活動端仍拉至O點，記錄其拉力F的大小和方向(1)用一個彈簧測力計將橡皮條的活動端仍拉到O點，這樣做的目的是_(2)(多選)為盡可能減小實驗誤差，下列操作中正確的是_A彈簧秤、細(xì)繩、橡皮條都應(yīng)與木板平行B兩細(xì)繩必須等長C標(biāo)記同一細(xì)繩方向的兩點要遠(yuǎn)些D用兩彈簧秤同時拉細(xì)繩時夾角應(yīng)盡可能大3某小組利用如圖1013甲所示的氣墊導(dǎo)軌實驗裝置來探究合力一定時，物體的加速度與質(zhì)量之間的關(guān)系(1)將滑塊從圖甲位置由靜止釋放，由數(shù)字計時器(圖中未畫出)可讀出遮光條通過光電門1、2的時間分別為t1、t2；用刻度尺測得兩個光電門中心之間的距離x，

19、用游標(biāo)卡尺測得遮光條寬度d，則滑塊經(jīng)過光電門1時的速度表達(dá)式v1_；經(jīng)過光電門2時的速度表達(dá)式v2a_.(以上表達(dá)式均用已知字母表示)如圖乙，若用20分度的游標(biāo)卡尺測量遮光條的寬度，其讀數(shù)為_mm.(2)為了保持滑塊所受的合力不變，可改變滑塊質(zhì)量M和氣墊導(dǎo)軌右端高度h(見圖甲)關(guān)于“改變滑塊質(zhì)量M和氣墊導(dǎo)軌右端的高度h”的正確操作方法是_AM增大時，h增大，以保持二者乘積增大BM增大時，h減小，以保持二者乘積不變CM減小時，h增大，以保持二者乘積不變DM減小時，h減小，以保持二者乘積減小4某同學(xué)使用有透光狹縫的鋼條和光電計時器的裝置測量重力加速度(如圖1014甲所示)在鋼條下落過程中，鋼條擋住

20、光源發(fā)出的光時，計時器開始計時，透光時停止計時，若再次擋光，計時器將重新開始計時實驗中該同學(xué)將鋼條豎直置于一定高度(下端A高于光控開關(guān))，由靜止釋放，測得先后兩段擋光時間t1和t2.(1)用游標(biāo)卡尺測量AB、AC的長度，其中AB的長度如圖乙所示，其值為_ mm.甲乙(2)若狹縫寬度不能忽略，則該同學(xué)利用hgt2，xvt，AC，g及相關(guān)測量值得到的重力加速度值比其真實值_(填“偏大”或“偏小”)5(2012·蘇北四市第三次調(diào)研)某研究性學(xué)習(xí)小組利用氣墊導(dǎo)軌驗證機(jī)械能守恒定律，實驗裝置如圖1015甲所示在氣墊導(dǎo)軌上相隔一定距離的兩處安裝兩個光電傳感器A、B，滑塊P上固定一遮光條，若光線被

21、遮光條遮擋，光電傳感器會輸出高電壓，兩光電傳感器采集數(shù)據(jù)后與計算機(jī)相連滑塊在細(xì)線的牽引下向左加速運動，遮光條經(jīng)過光電傳感器A、B時，通過計算機(jī)可以得到如圖乙所示的電壓U隨時間t變化的圖象(1)實驗前，接通氣源，將滑塊(不掛鉤碼)置于氣墊導(dǎo)軌上，輕推滑塊，當(dāng)圖乙中的t1_t2(選填“>”“”或“<”)時，說明氣墊導(dǎo)軌已經(jīng)水平(2)用螺旋測微器測遮光條寬度d，測量結(jié)果如圖丙所示，則d_ mm.(3)滑塊P用細(xì)線跨過氣墊導(dǎo)軌左端的定滑輪與質(zhì)量為m的鉤碼Q相連，將滑塊P由圖甲所示位置釋放，通過計算機(jī)得到的圖象如圖乙所示，若t1、t2和d已知，要驗證滑塊和鉤碼組成的系統(tǒng)機(jī)械能是否守恒，還應(yīng)測

22、出_和_(寫出物理量的名稱及符號)(4)若上述物理量間滿足關(guān)系式_，則表明在上述過程中，滑塊和鉤碼組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒【?？紗栴}】【例1】解析×0.01 mm0.010 mm.題圖(b)的讀數(shù)為6.5 mm×0.01 mm6.870 mm，故金屬板的厚度d6.870 mm0.010 mm6.860 mm.答案預(yù)測1解析(1)從題圖甲可以看出，主尺讀數(shù)為50 mm，游標(biāo)尺的第3條刻度線和主尺上的一刻度線對齊，則讀數(shù)應(yīng)為50 mm×3 mm50.15 mm5.015 cm；(2)由題圖乙可以看出，螺旋測微器的固定刻度為4.5 mm，可動刻度讀出刻度為20.0(或20.1)×0.01 mm0.200 mm(或0.201 mm)，故圓柱體的直徑為4.5 mm0.200 mm(或0.201 mm)4.700 mm(或4.701 mm)(1)5.015(2)4.700(或4.701)預(yù)測答案 (1)0.16(0.15也算對)(2)實驗前要先平衡摩擦力預(yù)測3解析(1)因本實驗中是通過比較重錘的重力勢能減少量mghn和動能增加量mv的大小來達(dá)到驗證的目的，對于同一個研究對象(重錘)來說，質(zhì)量是一定的，故只需比較ghn和v就能達(dá)到目的，選項C是沒有必要的，