2014高考物理实验复习力学实验含三年真题及部分答案 24页

高考实验专题复习—力学实验 一、考纲分析 考点 考点解读 实验一：研究匀变速直线运动 考纲要求：旨在考查学生实验与探究能力。能独立完成实验，能明确实验目的，能理解实验原理和方法，能控制实验条件，会使用仪器，会观察、分析实验现象，会记录、处理实验数据，并得出结论，对结论进行分析和评价；能发现问题、提出问题、并制定解决方案；能运用已学过的物理知识、实验方法和实验仪器去处理问题，包括简单的设计性实验。‎ 考纲说明：1.要求会正确使用的仪器主要有：刻度尺、螺旋测微器、天平、秒表、打点计时器、弹簧秤、电流表、电压表、多用电表、滑动变阻器、电阻箱等 ‎2.要求认识误差问题在实验中的重要性，了解误差的概念，知道系统误差和偶然误差；知道用多次测量取平均值的方法减少偶然误差；能在某些实验中分析误差的主要来源；不要求计算误差 ‎3．要求知道有效数字的概念，会用有效数字表达直接测量的结果。间接测量的有效数字运算不作要求 www.ks5u.com实验二：探究弹簧弹力和弹簧伸长的关系 实验三：验证力的平行四边形定则 实验四：验证牛顿运动定律 实验五：探究动能定理 实验六：验证机械能守恒定律 ‎（选）实验七：探究单摆运动、用单摆测定重力加速度 ‎（选）实验八：验证动量守恒定律 二、实验分类 ‎8个力学实验 实验内容 实验要求 测量性实验 研究匀变速直线运动 刻度尺的使用 测量原理、实验方法 探究性实验 探究弹簧弹力和弹簧伸长的关系 探究动能定理 探究单摆运动、用单摆测定重力加速度 纸带处理数据的方法：表格、图象 验证性实验 验证力的平行四边形定则 验证牛顿运动定律 验证机械能守恒定律 验证动量守恒定律 理解实验原理（是选择实验仪器、安排实验步骤、控制实验条件、数据处理，误差分析等的依据）‎ 实验方法：装换，验证和等效思想；误差分析（产生原因及减小措施）‎ 实验一《研究匀变速直线运动》‎ 本实验是力学实验的重点实验，是力学实验的基础，通过熟练掌握打点计时器的使用，为验证牛顿运动定律、探究动能定理、验证机械能守恒定律做好必要的知识和方法上的准备。‎ 一、考查重点：‎ ‎（一）打点计时器的使用 ‎（二）毫米刻度尺的使用 ‎（三）速度和加速度的求解方法 二、注意事项 ‎1．交流电源的电压及频率要符合要求．‎ ‎2．实验前要检查打点的稳定性和清晰程度，必要时要调节振针的高度和更换复写纸．‎ ‎3．开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器．‎ ‎4．先接通电源，打点计时器工作后，再放开小车，当小车停止运动时及时断开电源．‎ ‎5．要区别打点计时器打出的点与人为选取的计数点，一般在纸带上每隔四个点取一个计数点，即时间间隔为T＝0.02×5 s＝0.1 s．‎ ‎6．小车另一端挂的钩码个数要适当，避免速度过大而使纸带上打的点太少，或者速度太小，使纸带上的点过于密集．‎ ‎7．选择一条理想的纸带，是指纸带上的点迹清晰．适当舍弃开头密集部分，适当选取计数点，弄清楚所选的时间间隔T．‎ ‎8．测x时不要分段测量，读数时要注意有效数字的要求，计算a时要注意用逐差法，以减小误差．‎ 三、经典讲练 ‎【例题】（2010·广东理综）如图是某同学在做匀变速直线运动实验中获得的一条纸带．‎ ‎(1)已知打点计时器电源频率为50 Hz，则纸带上打相邻两点的时间间隔为________．‎ ‎(2)ABCD是纸带上四个计数点，每两个相邻计数点间有四个点没有画出，从图中读出A、B两点间距x＝________；C点对应的速度是________(计算结果保留三位有效数字)．‎ ‎【命题立意】本题主要考查打点计时器、刻度尺的读数、纸带公式、有效数字。‎ ‎【规范解答】① ②读A、B两点数值：1.00cm、1.70cm ‎ 故：s=1.70cm-1.00cm=0.70cm ‎ ‎【答案】①0.02s ②0.70cm；0.100m/s 四、创新实验 ‎【例题】物理小组在一次探究活动中测量滑块与木板之间的动摩擦因数．实验装置如图所示，一表面粗糙的木板固定在水平桌面上，一端装有定滑轮；木板上有一滑块，其一端与电磁打点计时器的纸带相连,另一端通过跨过定滑轮的细线与托盘连接.打点计时器使用的交流电源的频率为50 Hz.开始实验时，在托盘中放入适当的砝码，滑块开始做匀加速运动，在纸带上打出一系列小点．‎ ‎(1)下图给出的是实验中获取的一条纸带的一部分：0、1、2、3、4、5、6、7是计数点，每相邻两计数点间还有4个打点(图中未标出)，计数点间的距离如图所示．根据图中数据计算的加速度a＝________(保留三位有效数字)．‎ ‎(2)回答下列两个问题：‎ ‎①为测量动摩擦因数，下列物理量中还应测量的有______．(填入所选物理量前的字母)‎ A．木板的长度L B．木板的质量m1‎ C．滑块的质量m2‎ D．托盘和砝码的总质量m3‎ E．滑块运动的时间t ‎②测量①中所选定的物理量时需要的实验器材是________．‎ ‎(3)滑块与木板间的动摩擦因数μ＝________(用被测物理量的字母表示，重力加速度为g)．与真实值相比，测量的动摩擦因数________(填“偏大”或“偏小”)．‎ 解析：(1)“逐差法”求解：s4-s1=s5-s2=s6-s3=3aT2 (3)对整体列牛顿第二定律，m3g-μm2g=(m2+m3)a 答案　(1)0．‎495 m/s2～0．‎497 m/s2　(2)①CD　②天平 (3)　偏大 五、真题训练 ‎1.（2013浙江）如图所示，装置甲中挂有小桶的细线绕过定滑轮，固定在小车上；装置乙中橡皮筋的一端固定在导轨的左端，另一端系在小车上。一同学用装置甲和乙分别进行实验，经正确操作获得两条纸带①和②，纸带上的a、b、c……均为打点计时器打出的点。‎ ‎（1）任选一条纸带读出b、c两点间的距离为 ；‎ ‎（2）任选一条纸带求出c、e两点间的平均速度大小为 ，纸带①和②上c、e两点间的平均速度① ②(填“大于”、“等于”或“小于”)；‎ ‎（3）图中 （填选项）‎ A. 两条纸带均为用装置甲实验所得 B. 两条纸带均为用装置乙实验所得 C. 纸带①为用装置甲实验所得，纸带②为用装置乙实验所得 D. 纸带①为用装置乙实验所得，纸带②为用装置甲实验所得 ‎2.（2013广东）‎ ‎3.（2012山东）某同学利用图甲所示的实验装置，探究物块在水平桌面上的运动规律。物 块在重物的牵引下开始运动，重物落地后，物块再运动一段距离停在桌面上（尚未到达滑轮处）。从纸带上便于测量的点开始，每5个点取1个计数点，相邻计数点间的距离如图议所示。打点计时器电源的频率为50Hz。‎ 通过分析纸带数据，可判断物块在相邻计数点 和 之间某时刻开始减速。‎ 计数点5对应的速度大小为 m/s，计数点6对应的速度大小为 m/s。（保留三位有效数字）。‎ 物块减速运动过程中加速度的大小为= m/s2,若用来计算物块与桌面间的动摩擦因数（g为重力加速度），则计算结果比动摩擦因数的真实值 （填“偏大”或“偏小”）。‎ ‎4.（2011 重庆卷）某同学设计了如图3所示的装置，利用米尺、秒表、轻绳、轻滑轮、轨道、滑块、托盘和砝码等器材来测定滑块和轨道间的动摩擦因数μ。滑块和托盘上分别放有若干砝码，滑块质量为M，滑块上砝码总质量为m′，托盘和盘中砝码的总质量为m。实验中，滑块在水平轨道上从A到B做初速为零的匀加速直线运动，重力加速度g取‎10m/s2。‎ ‎①为测量滑块的加速度a，须测出它在A、B间运动的 ____与 ，计算a的运动学公式是_______；‎ ‎②根据牛顿运动定律得到a与m的关系为：，他想通过多次改变m，测出相应的a值，并利用上式来计算μ。若要求a是m的一次函数，必须使上式中的_____保持不变，实验中应将从托盘中取出的砝码置于 ；‎ ‎③实验得到a与m的关系如图4所示，由此可知μ= （取两位有效数字）‎ a/m•s-2‎ m/×10‎‎-3kg ‎62‎ ‎61‎ ‎63‎ ‎64‎ ‎65‎ ‎66‎ ‎67‎ ‎68‎ ‎69‎ ‎0.15‎ ‎0.20‎ ‎0.25‎ ‎0.30‎ ‎0.35‎ ‎0.40‎ ‎0.45‎ ‎0.50‎ ‎0.10‎ ‎60‎ 图4‎ ‎ 答案：3. 6；7【或7；6】1.00；1.202.00；偏大 ‎4. ① 位移 ；时间 ； ② m＋m′ ；滑块上 ；③ 0.23‎ 实验二《探究弹力和弹簧伸长的关系》‎ 一、考查重点 ‎（一）毫米刻度尺的使用（见实验一）‎ ‎（二）掌握利用图象法处理实验数据，研究两个物理量之间关系的方法。在物理学中经常用图象处理物理问题，要特别注意：①图线斜率的意义(或曲线切线斜率的意义)；②图线与纵轴、横轴交点的物理意义。‎ 二、注意事项：‎ ‎1．每次增减砝码测有关长度时，均需保证弹簧及砝码不上下振动而处于静止状态，否则，弹簧弹力将可能与砝码重力不相等。‎ ‎2．测量有关长度时，应区别弹簧原长l0，实际总长l及伸长量x三者之间的不同，明确三者之间的关系。‎ ‎3．建立平面直角坐标系时，两轴上单位长度所代表的量值要适当，不可过大，也不可过小。‎ ‎4．描线的原则是，尽量使各点落在描画出的线上，少数点分布于线两侧，描出的线不应是折线，而应是平滑的曲线。‎ ‎5．记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位．‎ 三、经典讲练 ‎【例题】某同学在做探究弹力和弹簧伸长的关系的实验中，设计了如图所示的实验装置。所用的钩码每只的质量都是‎30g，他先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，再将5个钩码逐个挂在弹簧的下端，每次都测出相应的弹簧总长度，将数据填在了下面的表中。（弹力始终未超过弹性限度，取g=‎9.8m/s2）‎ ‎（1）试根据这些实验数据在右图给定的坐标纸上作出弹簧所受弹力大小F跟弹簧总长L之间的函数关系图线，说明图线跟坐标轴交点的物理意义。‎ 砝码质量（g）‎ ‎0‎ ‎30‎ ‎60‎ ‎90‎ ‎120‎ ‎150‎ 弹簧总长（cm）‎ ‎6.00‎ ‎7.15‎ ‎8.34‎ ‎9.48‎ ‎10.64‎ ‎11.79‎ 弹力大小（N）‎ ‎（2）上一问所得图线的物理意义是什么?该弹簧的劲度k是多大?‎ 解析：（1）根据实验数据在坐标纸上描出的点，基本上在同一条直线上。可以判定F和L间是一次函数关系。画一条直线，使尽可能多的点落在这条直线上，不在直线上的点均匀地分布在直线两侧。该图线跟横轴交点的横坐标表示弹簧的原长。‎ ‎（2）图线的物理意义是表明弹簧的弹力大小和弹簧伸长量大小成正比。由可得k=25N/m。‎ 答案：（1）图略 该图线跟横轴交点的横坐标表示弹簧的原长 （2）见解析 四、创新实验 ‎【例题】17世纪英国物理学家胡克发现：在弹性限度内，弹簧的形变量与弹力成正比，这就是著名的胡克定律，受此启发，一组同学研究“金属线材伸长量与拉力的关系”的探究过程如下：‎ A．有同学认为：横截面为圆形的金属丝或金属杆在弹性限度内，其伸长量与拉力成正比，与截面半径成反比．‎ B．他们准备选用一些“由同种材料制成的不同长度、不同半径的线材”作为研究对象，用测距仪、传感器等仪器测量线材的伸长量随拉力变化的规律，以验证假设．‎ C．通过实验取得如下数据：‎ 长度 ‎250 N ‎500 N ‎750 N ‎1 000 N ‎1 m ‎2.52 mm ‎0.4 mm ‎0.8 mm ‎1.2 mm ‎1.6 mm ‎2 m ‎2.52 mm ‎0.8 mm ‎1.6 mm ‎2.4 mm ‎3.2 mm ‎1 m ‎3.57 mm ‎0.2 mm ‎0.4 mm ‎0.6 mm ‎0.8 mm D．同学们对实验数据进行分析、归纳后，对他们的假设进行了补充、完善．‎ ‎（1)上述科学探究活动中，属于“制定计划”和“搜集证据”的环节分别是________、________.‎ ‎(2)请根据上述过程分析他们的假设是否全部正确？若有错误或不足，请给予修正 ____________________.‎ 解析：（1)确定研究对象，选取实验器材属“制定计划”故B属于“制定计划”；实验过程，测量数据属“搜集证据”，此过程对应C.研究伸长量x与拉力F、长度L、直径D的关系时，采用控制变量法，比如长度、直径不变，再研究伸长量与力的关系，这种方法称为控制变量法．这是物理实验中的一个重要研究方法．‎ ‎(2)他们的假设不是全部正确．在弹性限度内，金属丝的伸长量与拉力成正比，与截面半径的平方成反比，还与金属丝的长度成正比．‎ 答案　(1)B　C　(2)见解析 五、真题训练 ‎（2012广东）某同学探究弹力与弹簧伸长量的关系。‎ ‎①将弹簧悬挂在铁架台上，将刻度尺固定在弹簧一侧，弹簧轴线和刻度尺都应在______方向（填“水平”或“竖直”）‎ 代表符号 数值（cm）‎ ‎25.35‎ ‎27.35‎ ‎29.35‎ ‎31.30‎ ‎33.4‎ ‎35.35‎ ‎37.40‎ ‎39.30‎ ‎②弹簧自然悬挂，待弹簧______时，长度记为，弹簧下端挂上砝码盘时，长度记为；在砝码盘中每次增加‎10g砝码，弹簧长度依次记为至，数据如下表：‎ 表中有一个数值记录不规范，代表符号为_______。由表可知所用刻度尺的最小长度为______。‎ ‎③图16是该同学根据表中数据作的图，纵轴是砝码的质 量，横轴是弹簧长度与_________的差值（填“L0或LX”）。‎ ‎④由图可知弹簧和的劲度系数为_________N/m；通过图 和表可知砝码盘的质量为_________g（结果保留两位有效数字，重力加速度取）。‎ ‎2.（2011 安徽卷）为了测量某一弹簧的劲度系数，将该弹簧竖直悬挂起来，在自由端挂上不同质量的砝码。实验测出了砝码的质量m与弹簧长度l的相应数据，七对应点已在图上标出。（g=‎9.8m/s2)‎ (1) 作出m-l的关系图线；‎ (2) 弹簧的劲度系数为 N/m.‎ ‎3.（2010 浙江）在“探究弹簧弹力大小与伸长量的关系”实验中，甲、乙两位同学选用不同的橡皮绳代替弹簧。为测量橡皮绳的劲度系数，他们在橡皮绳下端依次逐个挂上钩码（每个钩码的质量均为m=‎0.1kg，取g=‎10m/s2），并记录绳下端的坐标X加i（下标i表示挂在绳下端钩码个数）。然后逐个拿下钩码，同样记录绳下端的坐标X减i，绳下端面坐标的值Xi＝（X加i+X减i）/2的数据如下表：‎ 挂在橡皮绳下端的钩码个数 橡皮绳下端的坐标（Xi/mm）‎ 甲 乙 ‎1‎ ‎216.5‎ ‎216.5‎ ‎2‎ ‎246.7‎ ‎232.‎ ‎3‎ ‎284.0‎ ‎246.5‎ ‎4‎ ‎335.0‎ ‎264.2‎ ‎5‎ ‎394.5‎ ‎281.3‎ ‎6‎ ‎462.0‎ ‎301.0‎ ‎（1）同一橡皮绳的X加i X减i（大于或小于）；‎ ‎（2） 同学的数据更符合实验要求（甲或乙）；‎ ‎（3）选择一组数据用作图法得出该橡皮绳的劲度系数k（N/m）；‎ ‎（4）为了更好地测量劲度系数，在选用钩码时需考虑的因素有哪些？‎ 答案：1.①竖直 ②静止 ‎0.1cm ③ ④4.9 10‎ ‎2. 0.248~0.262‎ ‎3.（1）小于 （2）乙（3）57~70N/m ‎ ‎（4）尽可能使伸长量在弹性范围内，同时有足够大的伸长量，以减小长度测量误差。‎ 实验三《验证力的平行四边形定则》‎ 一、考查重点 ‎1．弹簧秤的使用 ‎ 使用弹簧秤应注意：‎ ‎①使用前要先调到零点，再用标准砝码检查示值是否准确，如不准，可以旋转卡在弹簧圈的三角形钢片来改变弹簧的工作圈数，对于示值偏大的，应把三角片向上拧几圈，减少弹簧的工作圈数，增大劲度系数；对于示值偏小的则采取相反措施。‎ ‎②使用时弹簧的伸长方向和所测拉力方向要一致。‎ ‎③弹簧、指针、拉杆都不要与刻度板和刻度板末端的限位卡发生磨擦。‎ ‎2．测量数据的有效数字。‎ ‎①J2104型测力计，其刻度是“0—5牛”，分度值0.1牛，在任意点的示值误差都不大于0.05牛，因此测量数据的有效数字末位就在精度的同一位，只准确到0.1牛即可，若无估读，则在百分位上补“‎0”‎表示测量的准确度。‎ 在实际应用中，还存在分度值为0.2牛的测力计，使用估读时可以将每1分度分为2等分，若指针超过1等分即超过半格就算1个分度值0.2牛，小于1等分即未超过半格就舍去，这样的示值误差也不大于0.05牛，测量数据的有效数字末位就在精度的同一位，若无估读不需在百分位补“‎0”‎。‎ ‎②量角器的测量角度值准确到1°即可，由实验经验得知：在两个分力都不小于2牛、分力夹角不大于90°的条件下，用作图得到的合力F跟实测结果F′比较，在方向上相差一般不超过5°，无估读时在有效数字末位补“‎0”‎。‎ ‎3．实验中的物理思想——等效替代 ‎4.力的图示①弹簧秤测两个分力的大小和等效合力的大小②量角器测量由平行四边形定则作图得到的合力F与用一个弹簧秤直接拉出的合力F′的夹角θ③刻度尺（或者绘图三角板）则是作力的方向时画线和用一定比例长度表示力的大小。作图要用尖铅笔，图的比例要尽量大些，要用严格的几何方法作出平行四边形，图旁要画出表示力的比例线段，且注明每个力的大小和方向。‎ 二、注意事项 ‎1. 测力计可以/只用一个，分别测出两个分力，虽然操作较麻烦，但可避免两个测力计的不一致性带来的误差。‎ ‎2. 经验得知两个分力F1、F2间夹角θ越大，用平行四边形作图得出的合力F的误差也越大，所以实验中不要把θ角取得太大，一般不大于90°为最佳。‎ ‎3.橡皮条、细绳、测力计应在同一平面内，测力计的挂钩应避免与纸面摩擦。‎ ‎4.实验误差：‎ ‎①用两个测力计拉橡皮条时，橡皮条、细绳和测力计不在同一个平面内，这样两个测力计的水平分力的实际合力比由作图法得到的合力小。‎ ‎②结点O的位置和两个测力计的方向画得不准，造成作图的误差。‎ ‎③两个分力的起始夹角α太大，如大于120°，再重做两次实验，为保证结点O位置不变（即保证合力不变），则α变化范围不大，因而测力计示数变化不显著，读数误差大。‎ ‎④作图比例不恰当造成作图误差。‎ ‎5. 实验中易混淆的是：量角器测量的F′与F的偏角θ与不需测量的F1与F2的夹角α。易错的是：由作图法得到的合力F和单个测力计测量的实际合力F′错乱。易忘的是：忘记检查测力计的零点，忘了记下用一个弹簧秤测量的实际合力F′的大小和方向。‎ 三、经典讲练 ‎【例题】实验中根据记录两个分力F1、F2的夹角α和对应的一个弹簧秤测出的实际合力F′描点作图象，如图所示，则由图象可求出这个弹簧秤的实际拉力的值域和对应分力的值域。‎ 对（甲）图，由|F1-F2|=2牛，F1+F2=10牛，得：‎ F′∈[2牛，10牛]F1（或F2）∈[4牛，6牛]；‎ 对（乙）图由|F1-F2|=2，F12+F22=10，得：‎ F′∈[2牛，14牛]，F1（或F2）∈[6牛，8牛]。‎ 四、创新实验 ‎【例题】不用弹簧秤，只用三条相同的橡皮条、四个图钉、一把直尺和一支铅笔、三张白纸、平木板也可以验证平行四边形定则，其步骤和方法如下：‎ ‎①将三条橡皮的一端都拴在一个图钉O上，将这三条橡皮的另一端分别再拴一个图钉A、B、C，注意此时四个图钉均未固定在板上，如图。‎ ‎②用刻度尺测出橡皮条的自由长度L0，注意从图钉脚之间测起。‎ ‎③将拴有橡皮的图钉A、B适当张开钉在木板上，拉第三根橡皮C，即使三条橡皮互成角度拉伸，待节点处的图钉O静止时，钉下C图钉，并记录图钉O的位置（注意此时O图钉不能钉）记录图钉A、B、C的位置，（此时图钉有孔，不需铅笔）‎ ‎④测出这三条橡皮的长度L1、L2、L3，分别算出它们的伸长量X1= L1-L0，X2= L2-L0，X3= L3-L0。‎ ‎⑤将X1、X2、X3按一定比例图示出来，以X1、X2为邻边作平行四边形，求出其对角线OC′，比较OC′与OC的长度（即X3的长度）相等，且在一条直线上，则达到目的，若OC′与OC有一微小夹角θ，则有误差（如图所示）。‎ 本实验是根据O受到三个共点力而静止，任意两个力的合力与第三个力等大反向的原理。‎ 五、真题训练 ‎1.（2012浙江）在“探究求合力的方法”实验中，现有木板、白纸、图钉、橡皮筋、细绳套和一把弹簧秤、‎ ‎（1）为完成实验，某同学另找来一根弹簧，先测量其劲度系数，得到的实验数据如下表 弹力F(N)‎ ‎0.50‎ ‎1.00‎ ‎1.50‎ ‎2.00‎ ‎2.50‎ ‎3.00‎ ‎3.50‎ 伸长量x(10-2m)‎ ‎0.74‎ ‎1.80‎ ‎2.80‎ ‎3.72‎ ‎4.60‎ ‎5.58‎ ‎6.42‎ 用作图法求得该弹簧的劲度系数k =_________________N/m；‎ ‎（2）某次实验中，弹簧的指针位置如图所示，其读数为_____________N，同时利用（3）中结果获得弹簧上的弹力值为2.50N，请在答题纸上画出这两个共点力的合力F合；‎ ‎（3）由图得到F合=__________N。‎ 第1题图 ‎2.（2009 山东卷）某同学在家中尝试验证平行四边形定则，他找到三条相同的橡皮筋（遵循胡克定律）和若干小事物，以及刻度尺、三角板、铅笔、细绳、白纸、钉字，设计了如下实验：将两条橡皮筋的一端分别在墙上的两个钉子A、B上，另一端与第二条橡皮筋连接，结点为O，将第三条橡皮筋的另一端通过细胞挂一重物。‎ ‎①为完成实验，下述操作中必需的是 。‎ a．测量细绳的长度 b．测量橡皮筋的原长 c．测量悬挂重物后像皮筋的长度 d．记录悬挂重物后结点O的位置 ‎②钉子位置固定，欲利用现有器材，改变条件再次实验证，可采用的方法是 ‎ 答案：‎ ‎1.（1）根据图线斜率求得弹簧的劲度系数k=54N/m；‎ ‎（2）读数时估读一位，F=2.10N； ‎ ‎（3）作图，在同一力的图示中使用相同的比例标尺，做平行四边形，量出如图对角线的长度，根据比例标尺换算出合力，F合=3.3N。‎ ‎2. ①bcd ②更换不同的小重物 实验四《验证牛顿运动定律》‎ 一、考查重点 ‎1．学会用控制变量法研究物理规律；‎ ‎2．掌握利用图象处理数据的方法．‎ 二、注意事项 ‎1.应用图像法分析处理数据。‎ ‎2. 为了消除摩擦力对小车运动的影响，必须将木板无滑轮的一端稍微垫高一些，用重力的分力来抵消摩擦力，直到小车不不挂重物时能匀速运动为止。当挂上重物时，只要重物的质量远小于小车的质量，那么可近似的认为重物所受的重力大小等于小车所受的合外力的大小。‎ 三、经典讲练 ‎【例题】 在“验证牛顿运动定律”的实验中，采用如图‎3-4-2‎所示的实验装置．‎ 图‎3-4-2‎ 小车及车中砝码的质量用M表示，盘及盘中砝码的质量用m表示，小车的加速度可由小车后拖动的纸带打上的点计算出．‎ ‎（1）当M与m的大小关系满足______________时，才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘及盘中砝码的重力．‎ ‎（2）一组同学在做加速度与质量的关系实验时，保持盘及盘中砝码的质量一定，改变小车及车中砝码的质量，测出相应的加速度，采用图象法处理数据．为了比较容易地检查出加速度a与质量M的关系，应该作a与______________的图象．‎ ‎（3）如图‎3-4-3‎（a）所示为甲同学根据测量数据作出的aF图线，说明实验存在的问题是___________________________________________________________________________．‎ ‎（4）乙、丙同学用同一装置做实验，画出了各自得到的a-F图线如图‎3-4-3‎（b）所示，两个同学做实验时的哪一个物理量取值不同？‎ 图‎3-4-3‎ 解析：从实验原理入手，对照本实验的操作要求，弄清各图象的物理意义，讨论实验中处理数据的方法．‎ ‎（1）当M>>m时，才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘中砝码的重力．‎ ‎（2）因由实验画的a-M图象是一条曲线，难以判定它所对应的函数式，从而难以确定a与M的定量关系 所以在实验中应作图象而不是a-M图象来分析实验结果．‎ ‎（3）图（a）甲同学根据测量数据作出的a-F图线没有过原点，图象交于F轴上一点，说明没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够．‎ ‎（4）乙、丙同学用同一装置做实验，画出了各自得到的a-F图线，两图象的斜率不同，说明两个同学做实验时的小车及车上砝码的总质量不同．‎ 答案：（1）M>>m　 （2）　（3）没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够　（4）两小车及车上的砝码的总质量不同 四、创新设计 ‎【例题】（2010山东理综）某同学设计了如图所示的装置来探究加速度与力的关系。弹簧秤固定在一合适的木板上，桌面的右边缘固定一支表面光滑的铅笔代替定滑轮，细绳的两端分别与弹簧秤的挂钩和矿泉水瓶连接。在桌面上画出两条平行线MN、PQ，并测出间距d。开始时将木板置于MN处，现缓慢向瓶中加水，直到木板开始运动为止，记下弹簧秤的示数F0，以此表示滑动摩擦力的大小。再将木板放回原处并按住，继续向瓶中加水后，记下弹簧秤的示数F1。然后释放木板，并用秒表记下木板运动到PQ处的时间t。‎ ①木板的加速度可以用d、t表示为a= ；为了减小测量加速度的偶然误差可以采用的办法是（一种即可） 。‎ ②改变瓶中水的质量重复实验，确定加速度a与弹簧秤示数F1‎ 的关系。下列图象能表示该同学实验结果的是 。‎ ③用加水的方法改变拉力的大小与挂钩码的方法相比，它的优点是 ‎ a． 可以改变滑动摩擦力的大小 b． 可以更方便地获取多组实验数据 c． 可以比较精确地测出摩擦力的大小 d． 可以获得更大的加速度以提高实验精度 ‎【解析】本题考查探究加速度与力的关系实验，意在考查考生对新颖实验情景的把握和理解，考查考生的实验能力、分析能力和综合运用知识能力。‎ 由木板做匀加速运动，由d=at2/2得a=。‎ 由牛顿第二定律可得F1-F0=ma，解得a= F1/m-F0/m，此实验要求水的质量必须远远小于木板质量，当矿泉水瓶中水的质量逐渐增大到一定量后，图象将向下弯曲，所以能够表示该同学实验结果的图象是图c。‎ 由于水的质量可以几乎连续变化，所以可以方便地获取多组实验数据，所以选项b正确。‎ ‎【答案】 增大d或让F1大于F0的前提下尽量小 c b 五、真题训练 ‎1.（2013天津）某实验小组利用图示的装置探究加速度与力、质量的关系。‎ ‎①下列做法正确的是 （填字母代号）‎ ‎ A．调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行 ‎ B．在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上。‎ ‎ C．实验时，先放开木块再接通打点计时器的电源 ‎ D．通过增减木块上得砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度 ‎②为使砝码桶及桶内砝码的总重力在数值上近似等于木块运动时受到的拉力，应满足的条件是砝码桶及桶内砝码的总质量 木块和上砝码的总质量。（填“远大于”、“远小于”或“近似等于”）‎ ‎③甲、乙两同学在同一实验室，各取一套图示的装置放在水平桌面上，木块上均不放砝码，在没有平衡摩擦力的情况下，研究加速度a与拉力F的关系，分别得到图中甲、乙两条直线。设甲、乙用的木块质量分别为m甲、m乙，甲、乙用的木块与木板间的动摩擦因数分别为μ甲、μ乙，由图可知，m甲 m乙，μ甲 μ乙。（填“大于”、“小于”或“等于”）‎ ‎2. （2012安徽）图1为“验证牛顿第二定律”的实验装置示意图。砂和砂桶的总质量为，小车和砝码的总质量为。实验中用砂和砂桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小。‎ 图 1‎ ‎（1）实验中，为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，先调节长木板一滑轮的高度，使细线与长木板平行。接下来还需要进行的一项操作是 A. 将长木板水平放置，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，给打点计时器通电，调节的大小，使小车在砂和砂桶的牵引下运动，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动。‎ B. 将长木板的一端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，撤去砂和砂桶，给打点计时器通电，轻推小车，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动。‎ C. 将长木板的一端垫起适当的高度，撤去纸带以及砂和砂桶，轻推小车，观察判断小车是否做匀速运动。‎ ‎（2）实验中要进行质量和的选取，以下最合理的一组是 A. =20, =10、15、20、25、30、40‎ B. =200, =20、40、60、80、100、120‎ C. =400, =10、15、20、25、30、40‎ D. =400, =20 40、60、80、100、120‎ ‎4.65cm ‎4.22cm ‎5.08cm ‎5.49cm ‎5.91cm ‎6.34cm A B C D E F G 图2 ‎ ‎（3）图2 是实验中得到的一条纸带，、、、、、、为7个相邻的计数点，相邻的两个计数点之间还有四个点未画出。量出相邻的计数点。已知打点计时器的工作效率为50‎ ‎ Hz,则小车的加速度= m/s2 （结果保留2位有效数字）‎ ‎3.（2012全国大纲卷）‎ ‎4. （2009 上海卷）如图为用DIS（位移传感器、数据采集器、计算机）研究加速度和力的关系”的实验装置。‎ ‎（1‎ ‎）在该实验中必须采用控制变量法，应保持___________不变，用钩码所受的重力作为___________，用DIS测小车的加速度。‎ ‎（2）改变所挂钩码的数量，多次重复测量。在某次实验中根据测得的多组数据可画出a-F关系图线（如图所示）。‎ ‎①分析此图线的OA段可得出的实验结论是_________________________________。‎ ‎②（单选题）此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是（ ）‎ A小车与轨道之间存在摩擦www.ks5u.com B导轨保持了水平状态 C所挂钩码的总质量太大www.ks5u.com D所用小车的质量太大 ‎5.为了探究受到空气阻力时，物体运动速度随时间的变化规律，某同学采用了“加速度与物体质量、物体受力关系”的实验装置（如图所示）。实验时，平衡小车与木板之间的摩擦力后，在小车上安装一薄板，以增大空气对小车运动的阻力。‎ ‎（1）往砝码盘中加入一小砝码，在释放小车 （选填“之前”或“之后”）接通打点计时器的电源，在纸带上打出一系列的点。‎ ‎（2）从纸带上选取若干计数点进行测量，得出各计数点的时间t与速度v的数据如下表：‎ 请根据实验数据作出小车的v-t图像。‎ ‎（3）通过对实验结果的分析，该同学认为：随着运动速度的增加，小车所受的空气阻力将变大，你是否同意他的观点？请根据v-t图像简要阐述理由。‎ 答案：‎ ‎2. (1)B (2)C (3)0.42‎ ‎4. （1）小车的总质量 ；小车所受外力 ‎（2）①在质量不变的条件下，加速度与外力成正比 ②Cwww.ks5u.com ‎5.（1） 之前 ‎ ‎（2） 如图所示 ‎ （3）同意.在v-t图像中，速度越大时，加速度越小，小车受到的合力越小，则小车受空气阻力越大．‎ 实验五《探究动能定理》‎ 一、考查重点 ‎1.了解探究功和速度变化的思路 ‎2.学习利用图像处理数据，并会巧妙转化坐标 二、注意事项 ‎(1)如何平衡摩擦力，平衡到什么程度，如何验证？‎ ‎（让木板有一个微小的倾角；使重力沿斜面向下的分力等于阻力；轻推小车使之匀速运动。）‎ ‎(2)如何做到每根橡皮条的功都相等？‎ ‎（使橡皮条完全相同，且伸长量也一样。）‎ ‎(3)思考纸带上打点的分布情况，如何计算末速度？‎ ‎（打点之间的距离先增大后不变，通过不变的点间距求末速度。）‎ ‎(4)如何通过图像处理数据？‎ ‎（将图像做成直线，有利于判断物理量间的关系）‎ 三、经典讲练 ‎【例题】某实验小组采用如图所示的装置探究功与速度变化的关系，小车在橡皮筋的作用下弹出后，沿木板滑行．打点计时器工作频率为50 Hz.‎ ‎(1)实验中木板略微倾斜，这样做________；‎ A．是为了使释放小车后，小车能匀加速下滑 B．是为了增大小车下滑的加速度 C．可使得橡皮筋做的功等于合力对小车做的功 D．可使得橡皮筋松弛后小车做匀速运动 ‎(2)实验中先后用同样的橡皮筋1条、2条、3条……，并起来挂在小车的前端进行多次实验，每次都要把小车拉到同一位置再释放小车．把第1次只挂1条橡皮筋时橡皮筋对小车做的功记为W1，第二次挂2条橡皮筋时橡皮筋对小车做的功为2W1，……；橡皮筋对小车做功后而使小车获得的速度可由打点计时器打出的纸带测出．根据第四次的纸带(如图5－4－8所示)求得小车获得的速度为________ m/s.‎ ‎(3)‎ ‎ ‎ 图5－4－9‎ 若根据多次测量数据画出的W－v草图如图5－4－9所示，根据图线形状，可知对W与v的关系作出的猜想肯定不正确的是________．　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ A．W∝ B．W∝ C．W∝v2 D．W∝v3‎ ‎(4)如果W∝v2的猜想是正确的，则画出的W－v2图象应是________________________________________________________________________；‎ ‎(5)在本实验中你认为影响实验效果的可能原因是________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________.‎ ‎(只要回答出一种原因即可)‎ 解析：(1)使木板稍微倾斜的目的是平衡摩擦力，使得橡皮筋松动后小车能够做匀速运动，故选项C、D正确．‎ ‎(2)由纸带后半部分两点间距离相同，可知小车开始做匀速运动，可求得：‎ v＝＝＝‎2 m/s ‎(3)由W－v图象可知，随速度增大，W变化率增大，故选项A、B是不可能的．‎ ‎(4)若W∝v2，由函数关系可知W－v2图象应该是过原点的直线．‎ ‎(5)影响实验效果的因素很多，例如：橡皮筋规格不完全相同、小车质量太小、木板倾斜过大或过小、每次实验不能让小车从同一位置由静止开始释放等等．‎ 答案：(1)CD　(2)2　(3)AB　(4)过原点的一条直线　(5)橡皮筋的规格不完全相同、木板倾斜过大、小车质量太小等(只要回答出一种原因即可)‎ 四、创新设计 ‎【例题】(2009·广东，15)某实验小组利用拉力传感器和速度传感器探究“动能定理”．如图所示，他们将拉力传感器固定在小车上，用不可伸长的细线将其通过一个定滑轮与钩码相连，用拉力传感器记录小车受到拉力的大小．在水平桌面上相距‎50.0 cm的A、B两点各安装一个速度传感器，记录小车通过A、B时的速度大小，小车中可以放置砝码．‎ ‎(1)实验主要步骤如下：‎ ‎①测量________和拉力传感器的总质量M1；把细线的一端固定在拉力传感器上，另一端通过定滑轮与钩码相连；正确连接所需电路；‎ ‎②将小车停在C点，________，小车在细线拉动下运动，记录细线拉力及小车通过A、B时的速度．‎ ‎③在小车中增加砝码，或________，重复②的操作．‎ ‎(2)表1是他们测得的一组数据，其中M是M1与小车中砝码质量之和，|v－v|是两个速度传感器记录速度的平方差，可以据此计算出动能变化量ΔE，F是拉力传感器受到的拉力，W是F在A、B间所做的功．表格中的ΔE3＝________，W3＝________.(结果保留三位有效数字)‎ ‎(3)根据表1，请在图5－4－11中的方格纸上作出ΔE－W图线．‎ ‎　　　　　　　　　　表1　数据记录表 次数 M/kg ‎|v－v|‎ ‎/(m/s)2‎ ΔE/J F/N W/J ‎1‎ ‎0.500‎ ‎0.760‎ ‎0.190‎ ‎0.400‎ ‎0.200‎ ‎2‎ ‎0.500‎ ‎1.65‎ ‎0.413‎ ‎0.840‎ ‎0.420‎ ‎3‎ ‎0.500‎ ‎2.40‎ ΔE3‎ ‎1.220‎ W3‎ ‎4‎ ‎1.000‎ ‎2.40‎ ‎1.20‎ ‎2.420‎ ‎1.21‎ ‎5‎ ‎1.000‎ ‎2.84‎ ‎1.42‎ ‎2.860‎ ‎1.43‎ ‎　　‎ ‎　　　　图5－4－11‎ 解析：(1)①在实验过程中拉力对小车和传感器做功使小车和传感器的动能增加，所以需要测量小车和传感器的总质量；②静止释放小车；③通过控制变量法只改变小车的质量或只改变拉力大小得出不同的数据；(2)通过拉力传感器的示数和AB长用W＝FL可计算拉力做的功；(3)利用图象法处理数据，由动能定理W＝m(v－v)可知W与ΔE成正比，作图可用描点法．‎ 答案：(1)小车　由静止释放　改变钩码数量 ‎(2)0.600 J　0.610 J (3)见解析 五、真题训练 ‎1.（2013福建）在“探究恒力做功与动能改变的关系”实验中（装置如图甲）：‎ ‎①下列说法哪一项是正确的 。（填选项前字母）‎ ‎ A.平衡摩擦力时必须将钩码通过细线挂在小车上 ‎ B.为减小系统误差，应使钩码质量远大于小车质量 ‎ C实验时，应使小车靠近打点计时器由静止释放 ‎ ②图乙是实验中获得的一条纸带的一部分，选取O、A、B、C计数点，已知打点计时器使用的交流电频率为50 Hz．则打B点时小车的瞬时速度大小为____m/s（保留三位有效数字）。‎ ‎2.（2013四川）‎ 答案：‎ ‎1. （1）①平衡摩擦阻力是当小车不受拉力时能匀速滑动，所以不应挂钩码时小车能匀速滑动；为了减小系统误差，应使钩码的质量远小于小车质量，这样才能把钩码的重力近似当作小车的拉力大小；实验时把小车从静止开始释放，小车初动能为零，使实验计算更简单。‎ ‎②打B点时小车的瞬时速度大小。‎ ‎2.‎ 实验六《验证机械能守恒定律》‎ 一、考查重点 ‎（1）基本测量工具：①米尺；②打点计时器 ‎（2）实验原理 二、注意事项 ‎①打点计时器安装时，必须使纸带两限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力。‎ ‎②实验时，需保持提纸带的手不动，待接通电源，让打点计时器工作正常后才松开纸带让重锤下落，以保证第一个点是一个清晰的点。‎ ‎③选用纸带时应尽量挑选第一、二点间接近‎2mm的纸带。(分情况适用)‎ ‎④测量下落高度时，者必须从起始点算起，不能搞错，为了减小测量h值的相对误差，选取的各个计数点要离起台点远一些，纸带也不易过长，有效长度可在‎60cm-800cm之内。‎ ‎⑤因不需要知道动能和势能的具体数值，所以不需要测量重物的质量。‎ 三、创新设计 ‎1.如图所示，两个质量各为m1和m2的小物块A和B，分别系在一条跨过定滑轮的软绳两端，已知m1＞m2，现要利用此装置验证机械能守恒定律。‎ ‎（1）若选定物块A从静止开始下落的过程中进行测量，则需要测量的物理量有_________。‎ ‎①物块的质量m1、m2；‎ ‎②物块A下落的距离及下落这段距离所用的时间；‎ ‎③物块B下落的距离及下落这段距离所用的时间；‎ ‎④绳子的长度。‎ ‎（2）为提高实验结果的准确程度，某小组同学对此实验提出以下建议：‎ ‎①绳的质量要轻；‎ ‎②在“轻质绳”的前提下，绳子越长越好；‎ ‎③尽量保证物块只沿竖直方向运动，不要摇晃；‎ ‎④两个物块的质量之差要尽可能小。‎ 以上建议中确实对提高准确程度有作用的是_________。‎ ‎（3）写出一条上面没有提到的对提高实验结果准确程度有益的建议： ‎ 解析：（1）通过连结在一起的A、B两物体验证机械能守恒定律，既验证系统的势能变化与动能变化是否相等，A、B连结在一起，A下降的距离一定等于B上升的距离；A、B的速度大小总是相等的，故不需要测量绳子的长度和B上升的距离及时间。（2）如果绳子质量不能忽略，则 A、B组成的系统势能将有一部分转化为绳子的动能，从而为验证机械能守恒定律带来误差；若物块摇摆，则两物体的速度有差别，为计算系统的动能带来误差；绳子长度和两个物块质量差应相当。（3）多次取平均值可减少测量误差，绳子伸长量尽量小，可减少测量的高度的准确度。‎ 规律总结：此题为一验证性实验题。要求根据物理规律选择需要测定的物理量，运用实验方法判断如何减小实验误差。掌握各种试验方法是解题的关键。‎ ‎2.（2013重庆）‎