2017步步高考前3個月物理(江蘇)知識專題復習-專題13-力學實驗

專題13力學實驗第一局部知識專題復習網(wǎng)絡構建考題二“橡皮條”“彈簧”類實驗考題三力學創(chuàng)新拓展實驗欄目索引考題一“紙帶類”實驗考題一“紙帶類”實驗《考試大綱》規(guī)定的力學實驗中有三個涉及打點計時器：研究勻變速直線運動、探究加速度與力、質量的關系、探究做功和物體速度變化的關系和驗證機械能守恒定律.這類實驗的關鍵是要掌握紙帶的分析處理方法，對于紙帶常有以下三大應用：1.由紙帶確定時間要區(qū)別打點計時器打出的點與人為選取的計數(shù)點之間的區(qū)別與聯(lián)系，便于測量和計算.知識精講2.求解瞬時速度利用做勻變速直線運動的物體在一段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度.如圖1所示，打n點時的瞬時速度vn＝

.圖1圖2有些實驗用光電門代替打點計時器來完成瞬時速度和加速度的測量，具體做法如下：(1)求瞬時速度：把遮光條(寬度為d)通過光電門的時間Δt內(nèi)的平均速度看做物體經(jīng)過光電門的瞬時速度，即v＝.(2)求加速度：假設兩個光電門之間的距離為L，那么利用速度與位移的關系可求加速度，即a＝.例1圖3甲是“研究勻變速直線運動”的實驗裝置，圖乙是該實驗中獲得的一條紙帶.所用交流電源的頻率為50Hz，A、B、C、D、E、F是紙帶上的計數(shù)點，相鄰計數(shù)點間還有四個點沒有畫出.圖3典例剖析圖3(1)實驗時由于沒有記錄CD間的讀數(shù)，根據(jù)圖乙中已有的數(shù)據(jù)估算出CD間的距離約為________cm.解析

由Δx＝aT2，即ED－CD＝CD－BC＝aT2，2.13解析答案(2)某同學在處理數(shù)據(jù)時將A點記為t＝0，B點記為t＝0.1s，C點記為t＝0.2s……，將AB間距離記為t＝0.1s時的位移x1＝1.50cm，BC間距離記為t＝0.2s時的位移x2＝1.81cm……，并根據(jù)圖乙中的數(shù)據(jù)作出如圖丙所示的x－t圖象，該圖線與縱坐標的交點表示的是_____________；假設該同學根據(jù)圖象得出x－t圖象的斜率為k(m/s)，那么該紙帶運動時的加速度大小是________m/s2(請用斜率k來表示，數(shù)值概不給分).答案OA之間的距離10k解析(3)假設將實驗中的打點計時器拿掉，改用在水平軌道上安裝兩個光電門，小車上固定有力傳感器和擋光板，細線一端與力傳感器連接，另一端跨過定滑輪掛上砂桶，如圖丁所示，可以用來驗證“牛頓第二定律”，實驗時，先測出小車、傳感器和擋光板的總質量m，再讓小車從靠近光電門1處由靜止開始運動，讀出小車在兩光電門之間的運動時間t.改變小車質量m，測得多組m、t的值，建立坐標系描點作出圖線，以下能直觀得出“合外力一定時，加速度與質量成反比”的圖線是______.解析√1.在用圖4所示的裝置“驗證牛頓第二定律”的實驗中，保持小車質量一定時，驗證小車加速度a與合力F的關系.[變式訓練]12圖4(1)除了電火花計時器、小車、砝碼、砝碼盤、細線、附有定滑輪的長木板、墊木、導線及開關外，在以下器材中必須使用的有_____(選填選項前的字母).A.220V、50Hz的交流電源 B.電壓可調(diào)的直流電源 C.刻度尺D.秒表 E.天平(附砝碼)解析√√√解析打點計時器接交流電源，處理紙帶時要用刻度尺測出計數(shù)點間的距離，還要用到天平測砝碼和砝碼盤的質量，應選A、C、E；12(2)為了使細線對小車的拉力等于小車所受的合外力，以下操作正確的選項是_____.A.調(diào)整長木板上滑輪的高度使細線與長木板平行B.在調(diào)整長木板的傾斜度平衡摩擦力時，應當將砝碼和砝碼盤通過細線掛在小車上C.在調(diào)整長木板的傾斜度平衡摩擦力時，應當將穿過打點計時器的紙帶連在小車上解析√√12解析在平衡摩擦力時，不能掛盤；要保證細線和紙帶與木板平行，先接通電源，再釋放小車，假設紙帶做勻速直線運動，那么紙帶上的點間距是均勻的，即說明平衡了摩擦力，應選A、C；12(3)某同學得到了圖5所示的一條紙帶，由此得到小車加速度的大小a＝____m/s2.圖515解析答案12(4)在本實驗中認為細線的拉力F等于砝碼和砝碼盤的總重力mg，三位同學利用實驗數(shù)據(jù)作出的a－F圖象如圖6中的1、2、3所示.以下分析正確的選項是____(選填選項前的字母).A.出現(xiàn)圖線1的原因可能是沒有平衡摩擦力B.出現(xiàn)圖線2的原因可能是砝碼和砝碼盤的質量不適宜C.出現(xiàn)圖線3的原因可能是在平衡摩擦力時長木板的傾斜度過大圖6解析√12解析出現(xiàn)圖線1的原因是平衡摩擦力過大，A錯誤；出現(xiàn)圖線2的原因是砝碼和砝碼盤的質量沒有遠小于小車的質量，B正確；出現(xiàn)圖線3的原因是平衡摩擦力時長木板的傾斜度過小，使得摩擦力過大，C錯誤.應選B.12(5)在本實驗中認為細線的拉力F等于砝碼和砝碼盤的總重力mg，由此造成的誤差是_________(選填“系統(tǒng)誤差”或“偶然誤差”).設拉力的真實值為F真，小車的質量為M，為了使<5%，應當滿足的條件是<____.解析小車在做勻加速直線運動時，砝碼和砝碼盤也在做勻加速直線運動，細線的拉力F一定小于砝碼和砝碼盤的總重力mg，此誤差不可防止，為系統(tǒng)誤差；小車與砝碼和砝碼盤都在做加速度為a的勻加速直線運動，對砝碼和砝碼盤有mg—F真＝ma，對小車有F真＝Ma，代入<5%，得<5%.系統(tǒng)誤差5%解析答案122.如圖7甲所示，一位同學利用光電計時器等器材做“驗證機械能守恒定律”的實驗.有一直徑為d、質量為m的金屬小球由A處由靜止釋放，下落過程中能通過A處正下方、固定于B處的光電門，測得A、B間的距離為H(H?d)，光電計時器記錄下小球通過光電門的時間為t，當?shù)氐闹亓铀俣葹間.那么：圖712(1)如圖乙所示，用游標卡尺測得小球的直徑d＝________mm.解析游標卡尺的讀數(shù)為：d＝(0.7×10＋5×0.05)mm＝7.25mm；7.25解析答案12(2)屢次改變高度H，重復上述實驗，作出隨H的變化圖象如圖丙所示，當圖中量t0、H0和重力加速度g及小球的直徑d滿足以下表達式：___________時，可判斷小球下落過程中機械能守恒.解析假設減小的重力勢能等于增加的動能時，可以認為機械能守恒；解析答案12(3)實驗中發(fā)現(xiàn)動能增加量ΔEk總是稍小于重力勢能減少量ΔEp，增加下落高度后，那么ΔEp－ΔEk將_____(選填“增加”“減小”或“不變”).解析由于在該過程中有阻力做功，且高度越高，阻力做功越多，故增加下落高度后，那么ΔEp－ΔEk將增大.增大返回解析答案121.注意橡皮條、彈簧本身的特點，力的特點是不能突變，能的特點是彈簧拉伸和壓縮相同的量勢能相等，在實驗中也會用到.2.彈簧彈性勢能表達式不需推導和應用，但還是要知道，在驗證性實驗中常用到其結論.考題二“橡皮條”“彈簧”類實驗知識精講例2某同學用如圖8甲所示的實驗裝置來驗證“力的平行四邊形定那么”.彈簧測力計A掛于固定點P，下端用細線掛一重物M，彈簧測力計B的一端用細線系于O點，手持另一端向左拉，使結點O靜止在某位置.分別讀出彈簧測力計A和B的示數(shù)，并在貼于豎直木板的白紙上記錄O點的位置和拉線的方向.典例剖析圖8(1)本實驗用的彈簧測力計示數(shù)的單位為N，圖乙中的示數(shù)為_____________N.解析彈簧測力計每1N被分成10格，每一小格為0.1N，那么彈簧測力計的讀數(shù)為3.80N；3.80(3.79～3.81)解析答案(2)以下的實驗要求中不必要是____.(填寫選項前對應的字母，下同)A.細線應盡可能長一些B.應測量重物M所受的重力C.細線AO與BO之間的夾角應盡可能大于90°D.改變拉力的大小與方向，進行屢次實驗，每次都要使O點靜止在同一位置解析細線應盡可能長一些，能更加準確的記錄力的方向；實驗通過作出彈簧的彈力和重物的重力這三個力的圖示，來驗證“力的平行四邊形定那么”，因此重物的重力必須要知道；細線AO與BO之間的夾角適當大一點，不一定必須大于90°；只要驗證兩彈簧測力計拉力的合力大小等于重物的重力，方向豎直向上即可，每次只需保證O點保持靜止即可，沒必要每次都使O點靜止在同一位置；解析√√(3)圖丙是在白紙上根據(jù)實驗結果畫出的力的圖示，以下說法正確的選項是______.A.圖中的F是力F1和F2合力的理論值B.圖中的F′是力F1和F2合力的理論值C.F是力F1和F2合力的實際測量值D.本實驗將細繩都換成橡皮條，同樣能到達實驗目的解析在本實驗中，按照平行四邊形定那么作出的合力F′是力F1和F2合力的理論值，而用一個彈簧測力計拉出的力F是F1和F2合力的實際測量值，本實驗將細繩都換成橡皮條，同樣能到達實驗目的；解析√√√(4)本實驗采用的科學方法是_____.A.理想實驗法

B.等效替代法C.控制變量法

D.建立物理模型法解析

本實驗采用的科學方法是等效替代法.√解析3.在“驗證力的平行四邊形定那么”實驗中，需要將橡皮條的一端固定在水平木板上，另一端系上兩根細繩套，如圖9甲所示，實驗中先用兩個彈簧測力計分別勾住繩套，并互成角度地拉橡皮條，把橡皮條的一端拉到O點，用鉛筆描下O點位置和兩個細繩套的方向，并記錄彈簧測力計的讀數(shù)，然后只用一個彈簧測力計，通過細繩套再次把橡皮條的一端拉到O點，記下彈簧測力計的讀數(shù)F′和細繩的方向，作出三個力的圖示，如圖乙所示.圖9[變式訓練](1)以下說法正確的選項是________.A.實驗中兩個細繩套應適當長一些，可以減小實驗誤差B.在用力拉彈簧測力計時，拉力應沿彈簧測力計的軸線方向C.在作力F1、F2的圖示時，必須選取同樣的標度，而作F′的圖示時，可以選取不同的標度D.連接F1、F2和F′三個力的末端，驗證所得圖形是不是平行四邊形解析√√解析拉橡皮條的細繩套適當長一些，以方便畫出力的方向，可以減小誤差，故A正確；在用力拉彈簧測力計時，拉力應沿彈簧測力計的軸線方向，否那么會影響拉力大小，故B正確；在作力F1、F2的圖示時，必須選取同樣的標度，而作F′的圖示時，也必須選取相同的標度，故C錯誤；根據(jù)F1、F2作出平行四邊形，比較對角線和F′的關系，故D錯誤；(2)甲同學在做這個實驗時，兩個彈簧測力計的量程都是10N，他把彈簧測力計校準零點之后，先測量一個質量為1kg的物體的重力，發(fā)現(xiàn)彈簧測力計的示數(shù)為8.2N，換用另外一個彈簧測力計測量這個物體的重力，發(fā)現(xiàn)示數(shù)還是8.2N，測量重力的操作都是正確的，如果用這兩個彈簧測力計進行實驗，對實驗結果有影響嗎？________(選填“有”或“沒有”)，乙同學實驗后才發(fā)現(xiàn)忘記對這兩個彈簧測力計校準零點，他把兩個彈簧測力計平放在實驗臺上，發(fā)現(xiàn)兩個彈簧測力計的示數(shù)都是0.3N，乙同學的彈簧測力計對實驗結果有影響嗎？答案返回沒有答案有解析返回解析用兩個校準零點后的彈簧測力計測量同一個物體發(fā)現(xiàn)示數(shù)相等，那么這兩個彈簧測力計的勁度系數(shù)相等，用這兩個彈簧測力計進行實驗，拉力和伸長量成正比，對實驗結果沒有影響；假設兩個彈簧測力計測量前都沒有校零，且沒有拉力時彈簧測力計的示數(shù)都是0.3N，那么用此彈簧測力計測量時，彈力的大小實際值應等于測量值減去0.3N，根據(jù)測量值作平行四邊形時，誤差較大，對實驗有影響.

考題三力學創(chuàng)新拓展實驗知識精講探究型實驗通常可分為兩類：第一類為通過實驗和實驗數(shù)據(jù)的分析得出物理規(guī)律；第二類為給出實驗規(guī)律，讓你選擇實驗儀器，設計實驗步驟，并進行數(shù)據(jù)處理.第一類必須在實驗數(shù)據(jù)上下工夫，根據(jù)數(shù)據(jù)特點，掌握物理量間的關系，得出實驗規(guī)律；第二類必須從規(guī)律入手，正確選擇測量的物理量，根據(jù)問題聯(lián)想相關的實驗模型，確定實驗原理，選擇儀器設計實驗步驟，記錄實驗數(shù)據(jù)并進行數(shù)據(jù)處理.典例剖析例3(2016·江蘇·11)某同學用如圖10所示的裝置驗證機械能守恒定律.一根細線系住鋼球，懸掛在鐵架臺上，鋼球靜止于A點，光電門固定在A的正下方，在鋼球底部豎直地粘住一片寬度為d的遮光條.將鋼球拉至不同位置由靜止釋放，遮光條經(jīng)過光電門的擋光時間t可由計時器測出，取v＝作為鋼球經(jīng)過A點時的速度.記錄鋼球每次下落的高度h和計時器示數(shù)t，計算并比較鋼球在釋放點和A點之間的勢能變化大小ΔEp與動能變化大小ΔEk，就能驗證機械能是否守恒.圖10(1)用ΔEp＝mgh計算鋼球重力勢能變化的大小，式中鋼球下落高度h應測量釋放時的鋼球球心到_____之間的豎直距離.A.鋼球在A點時的頂端B.鋼球在A點時的球心C.鋼球在A點時的底端解析鋼球下落高度h，應測量釋放時鋼球球心到鋼球在A點時的球心之間的豎直距離，應選B.解析√(2)用ΔEk＝計算鋼球動能變化的大小，用刻度尺測量遮光條寬度，示數(shù)如圖11所示，其讀數(shù)為_______cm.某次測量中，計時器的示數(shù)為0.0100s，那么鋼球的速度為v＝_______m/s.解析遮光條的寬度d＝1.50cm，鋼球的速度v＝＝1.50m/s圖111.501.50解析答案(3)下表為該同學的實驗結果：ΔEp(×10－2J)4.8929.78614.6919.5929.38ΔEk(×10－2J)5.0410.115.120.029.8他發(fā)現(xiàn)表中的ΔEp與ΔEk之間存在差異，認為這是由于空氣阻力造成的.你是否同意他的觀點？請說明理由.解析不同意，因為空氣阻力會造成ΔEk小于ΔEp，但表中ΔEk大于ΔEp.答案不同意理由見解析解析答案(4)請你提出一條減小上述差異的改進建議.解析分別測出光電門和球心到懸點的長度L和l，計算ΔEk時，將v折算成鋼球的速度v′＝.答案見解析解析答案4.科學探究活動通常包括以下環(huán)節(jié)：提出問題、作出假設、制定方案、搜集證據(jù)、評估交流等.一組同學研究“運動物體所受空氣阻力與運動速度關系”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.他們方案利用一些“小紙杯”作為研究對象，用超聲測距儀等儀器測量“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45[變式訓練]6C.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)填入表中.圖12(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)中圖線所示(1、2、3、4、5分別為紙杯個數(shù))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.(a) (b)圖12456解析答案答復以下提問：(1)與上述過程中C步驟相應的科學探究環(huán)節(jié)是__________；解析步驟C是按照一定的原理測量出需要的數(shù)據(jù)，以便對假設進行驗證，故答案為：搜集證據(jù).搜集證據(jù)(a) (b)456(2)結合表格與圖(a)，表中x處的值應為______；(a)時間(s)下落距離(m)0.00.0000.40.0360.80.4691.20.9571.61.4472.0x答案解析1.937456解析圖中AB段是直線，表示勻速直線運動；根據(jù)勻速直線運動的規(guī)律知：在相等的時間內(nèi)通過的位移相同，那么x＝1.447m＋(1.447－0.957)m＝1.937m456(3)根據(jù)圖(b)中圖線的特點，可知“小紙杯”在到達平衡狀態(tài)之前做____________________運動，空氣阻力Ff與最終運動速度v的大致關系為_____.解析圖中五條曲線都逐漸變平，故都表示加速度逐漸減小；因杯子個數(shù)慢慢增大，重力關系為1∶2∶3∶4∶5，那么勻速運動時阻力之比也為1∶2∶3∶4∶5；由數(shù)據(jù)得速度之比為1.2∶1.7∶2.1∶2.4∶2.7，那么速度平方之比可近似為：1∶2∶3∶4∶5；由此得阻力應和速度的平方成正比，故關系為：Ff∝v2.(b)加速度逐漸減小的加速Ff∝v2解析答案4565.一個有一定厚度的圓盤，可以繞通過中心垂直于盤面的水平軸轉動，圓盤加速轉動時，角速度的增加量Δω與對應時間Δt的比值定義為角加速度β.我們用電磁打點計時器、米尺、游標卡尺、紙帶、復寫紙來完成下述實驗：(打點計時器所接交流電的頻率為50Hz，A、B、C、D…為計數(shù)點，相鄰兩計數(shù)點間有四個點未畫出)①如圖13甲所示，將打點計時器固定在桌面上，將紙帶的一端穿過打點計時器的限位孔，然后固定在圓盤的側面，當圓盤轉動時，紙帶可以卷在圓盤側面上；②接通電源，打點計時器開始打點，啟動控制裝置使圓盤勻加速轉動；③經(jīng)過一段時間，圓盤停止轉動和打點，取下紙帶，進行測量.(計算結果保存3位有效數(shù)字).456圖13(1)用20分度的游標卡尺測得圓盤的直徑如圖乙所示，圓盤的半徑r為________cm；答案解析3.000456解析游標卡尺的讀數(shù)：d＝6×10mm＋0×0.05mm＝60.00mm，即d＝6.000cm，故r＝3.000cm；456解析答案(2)由圖丙可知，打下計數(shù)點D時，圓盤轉動的角速度為________rad/s；13.0456解析答案(3)紙帶運動的加速度大小為________m/s2，圓盤轉動的角加速度大小為____