【物理】2019届一轮复习人教版 力学实验 学案 15页

知识网络 考情分析 ‎1．主要题型：填空题 ‎2．命题特点 ‎(1)常规实验：立足教材，侧重考查完成实验的能力．主要涉及基本仪器的使用(含读数)、实验原理和测量方法的理解、实验条件的控制、实验步骤的编排，以及实验数据的处理、实验误差的分析．‎ ‎(2)创新实验：“新”可以更加有效地考查 生分析问题的能力，区分度也加大了．主要表现在：①实验器材的等效与替换，如用气垫导轨代替长木板、光电门和闪光照相机代替打点计时器等．②实验结论的拓展与延伸，如通过实验装置测出物体的加速度，再利用牛顿第二定律求物体的阻力等．③试题情景的设计与创新．‎ ‎3．思想方法 常用方法：等效替代、图象法、平均值法、列表法．‎ 考点一　游标卡尺与螺旋测微器 核心知识 ‎1．游标卡尺的读数 游标尺 精度(mm)‎ 测量结果(游标尺上第n条刻度线与主尺上的某刻度线对齐时) (mm), , ,X,X, ‎ 每小格与1‎ 刻度格数 _ _ ‎ 刻度总长度(mm)‎ ‎ mm差(mm)‎ ‎10‎ ‎9‎ ‎0.1‎ ‎0.1‎ 主尺上读的毫米数＋0.1n ‎20‎ ‎19‎ ‎0.05‎ ‎0.05‎ 主尺上读的毫米数＋0.05n ‎50‎ ‎49‎ ‎0.02‎ ‎0.02‎ 主尺上读的毫米数＋0.02n ‎2.螺旋测微器的读数 测量值＝固定刻度整毫米数＋半毫米数＋可动刻度读数(含估读值)×0.01 mm.‎ 规律方法 游标卡尺和螺旋测微器读数时应注意的问题 ‎(1)10分度的游标卡尺，以mm为单位，小数点后只有1位.20分度和50分度的游标卡尺以mm为单位，小数点后有2位．‎ ‎(2)游标卡尺在读数时先确定主尺的分度(一般是1 cm，即10 mm)，把数据读成以毫米为单位的．先读主尺数据，再读游标尺数据，最后两数相加．游标卡尺读数不估读．‎ ‎(3)不要把游标尺的边缘当成零刻度，而把主尺的刻度读错．‎ ‎(4)螺旋测微器读数时，要注意固定刻度上表示半毫米的刻度线是否已经露出，由可动刻度的0刻度线位置判定；要准确到0.01 mm，估读到0.001 mm，即结果若用mm做单位，则小数点后必须保留三位数字．‎ 典例分析 ‎【例1】　一游标卡尺的主尺最小分度为1 mm，游标尺上有20个小等分间隔，现用此卡尺来测量某工件的长度，如图所示，该工作的长度为________mm.螺旋测微器的示数为________cm.‎ ‎【答案】　91.60　0.675 0‎ ‎【例2】　某同 利用游标卡尺和螺旋测微器分别测量一圆柱体工件的直径和高度，测量结果如图14－1－2(a)和(b)所示．该工件的直径为________cm，高度为________mm.‎ ‎【答案】　1.220 cm　6.861 mm(6.860 mm同样给分) ‎ ‎【解析】　游标卡尺读数为d＝12 mm＋4× mm＝12.20 mm＝1.220 cm 螺旋测微器的读数为：h＝6.5 mm＋36.1×0.01 mm＝6.861 mm(6.860 mm同样给分)‎ 考点二　“纸带类”实验 核心知识 常用计时仪器及计时方式 ‎(1)打点计时器 ‎①t＝nT(n表示打点的时间间隔的个数，T表示打点周期)‎ ‎②打点频率(周期)与所接交流电的频率(周期)相同 ‎(2)光电计时器 光电计时器能自动记录挡光时间，显示在读数窗口．‎ ‎(3)频闪照相机计时 用相等时间间隔获取图象信息的方法记下物体在不同时刻的位置．‎ 规律方法 求瞬时速度和加速度的方法 ‎(1)求瞬时速度的方法 ‎①利用纸带求瞬时速度 利用做匀变速运动的物体在一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度．如图所示，打n点时的速度vn＝ ‎②利用光电门求瞬时速度 把遮光条(宽度为d)通过光电门的时间Δt内的平均速度看作物体经过光电门的瞬时速度，即v＝.‎ ‎(2)求加速度的方法 ‎①利用纸带求加速度 a．如图14－2－2所示，有连续的偶数段数据：‎ a＝ b．连续的奇数段数据，去掉最短的x1，如图14－2－3所示 a＝ c．不连续的两段数据，如图14－2－4所示 a＝＝ ‎②利用光电门求加速度 若两个光电门之间的距离为L，则利用速度与位移的关系可求加速度，即a＝.‎ 典例分析 ‎【例1】　(2017年高考·北京卷)如图所示，用质量为m的重物通过滑轮牵引小车，使它在长木板上运动，打点计时器在纸带上记录小车的运动情况．利用该装置可以完成“探究动能定理”的实验．‎ ‎ (1)打点计时器使用的电源是____(选填选项前的字母)．‎ A．直流电源　　　　　　　　B．交流电源 ‎(2)实验中，需要平衡摩擦力和其它阻力，正确操作方法是________(选填选项前的字母)．‎ A．把长木板右端垫高 B．改变小车的质量 在不挂重物且________(选填选项前的字母)的情况下，轻推一下小车．若小车拖着纸带做匀速运动，表明已经消除了摩擦力和其它阻力的影响．‎ A．计时器不打点 B．计时器打点 ‎(3)接通电源，释放小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，将打下的第一个点标为O.在纸带上依次取A、B、C…若干个计数点，已知相邻计数点间的时间间隔为T.测得A、B、C……各点到O点的距离为x1、x2、x3……，如图14－2－6所示．‎ 实验中，重物质量远小于小车质量，可认为小车所受的拉力大小为mg，从打O点到打B点的过程中，拉力对小车做的功W＝________，打B点时小车的速度v＝________.‎ ‎(4)以v2为纵坐标，W为横坐标，利用实验数据作出如图14－2－7所示的v2－W图象．由此图象可得v2随W变化的表达式为________________．根据功与能的关系，动能的表达式中可能包含v2这个因子；分析实验结果的单位关系，与图线斜率有关的物理量应是________________．‎ ‎ (5)假设已经完全消除了摩擦力和其它阻力的影响，若重物质量不满足远小于小车质量的条件，则从理论上分析，图14－2－8中正确反映v2－W关系的是______________．‎ ‎【答案】　(1)B　(2)A　B (3)mgx2　 (4)v2＝ W， ＝(4.5 5.0)m2·s－2·J－1　质量 (5)A ‎【例2】利用图装置做“验证机械能守恒定律”实验．‎ ‎ (1)为验证机械能是否守恒，需要比较重物下落过程中任意两点间的________．‎ A．动能变化量与势能变化量 B．速度变化量和势能变化量 C．速度变化量和高度变化量 ‎(2)除带夹子的重物、纸带、铁架台(含铁夹)、电磁打点计时器、导线及开关外，在下列器材中，还必须使用的两种器材是________．‎ A．交流电源 B．刻度尺　‎ C．天平(含砝码)‎ ‎(3)实验中，先接通电源，再释放重物，得到图14－2－10所示的一条纸带．在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为hA、hB、hC.‎ 已知当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T.设重物的质量为m.从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能变化量ΔEp＝________，动能变化量ΔE ＝________.‎ ‎ (4)大多数 生的实验结果显示，重力势能的减少量大于动能的增加量，原因是________．‎ A．利用公式v＝gt计算重物速度 B．利用公式v＝计算重物速度 C．存在空气阻力和摩擦阻力的影响 D．没有采用多次实验取平均值的方法 ‎(5)某同 想用下述方法研究机械能是否守恒：在纸带上选取多个计数点，测量它们到起始点O的距离h，计算对应计数点的重物速度v，描绘v2－h图象，并做如下判断：若图象是一条过原点的直线，则重物下落过程中机械能守恒．请你分析论证该同 的判断依据是否正确．‎ ‎【答案】　(1)A　(2)AB　(3)－mghB m()2　(4)C　(5)该同 的判断依据不正确．在重物下落h的过程中，若阻力f恒定，根据mgh－fh＝mv2－0⇒v2＝2(g－)h可知，v2－h图象就是过原点的一条直线．要想通过v2－h图象的方法验证机械能是否守恒，还必须看图象的斜率是否接近2g.‎ ‎(4)根据公式v＝gt和公式v＝计算出速度，再计算动能的增加量，这样的计算是没有考虑到空气阻力和纸带与打点计时器之间摩擦所带来的影响，因此从理论上讲应该是重力势能的减少量等于动能的增加量，而不会出现“大于”的情况；同时，这样的计算方法从理论上讲是默认了机械能守恒，也就是用要证明的结论当成条件使用，从逻辑上讲是错误的．而实际上正是由于阻力和摩擦的存在，使得重物下落过程中机械能减少，即重力势能的减少量大于动能的增加量．同时，由于空气阻力和摩擦对重物下落的影响始终是造成机械能减少的，这是一个系统性的误差，所以采取多次测量取平均值的方法是不可能减小这个误差的． ‎ ‎(5)根据v2－h图象是一条过原点的直线，能否验证机械能守恒，关键要看有阻力存在机械能不守恒时，重物下落过程中的v2－h图象是否为一条过原点的直线．为此设重物下落过程中所受阻力为f，对于其下落h的过程，根据动能定理有mgh－fh＝mv2－0，解得：v2＝2(g－)h，上式表明，在有阻力f存在的情况下，重物的速度v与下落高度h的关系在v2－h图象中仍为一条过原点的直线，所以用这种方法不能研究机械能是否守恒的问题，他的判断依据是错误的．要想根据v2－h图象是一条过原点的直线来判断机械能是否守恒，应该求出直线的斜率和2g进行比较，如果在误差允许范围内相等，可以得到机械能守恒的结论． ‎ ‎【例3】　某物理课外小组利用图中的装置探究物体加速度与其所受合外力之间的关系．图中，置于实验台上的长木板水平放置，其右端固定一轻滑轮；轻绳跨过滑轮，一端与放在木板上的小滑车相连，另一端可悬挂钩码．本实验中可用的钩码共有N＝5个，每个质量均为0.010 g.实验步骤如下：‎ ‎(1)将5个钩码全部放入小车中，在长木板左下方垫上适当厚度的小物块，使小车(和钩码)可以在木板上匀速下滑．‎ ‎(2)将n(依次取n＝1,2,3,4,5)个钩码挂在轻绳右端，其余N－n个钩码仍留在小车内；用手按住小车并使轻绳与木板平行．释放小车，同时用传感器记录小车在时刻t相对于其起始位置的位移s，绘制s－t图象，经数据处理后可得到相应的加速度a.‎ ‎(3)对应于不同的n的a值见下表．n＝2时的s－t图象如图14－2－12所示；由图所示求出此时小车的加速度(保留2位有效数字)，将结果填入下表.‎ n ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ a/(m·s－2)‎ ‎0.20‎ ‎0.58‎ ‎0.78‎ ‎1.00‎ ‎(4)利用表中的数据在图14－2－13中补齐数据点，并作出a－n图象．从图象可以看出：当物体质量一定时，物体的加速度与其所受的合外力成正比．‎ ‎ (5)利用a－n图象求得小车(空载)的质量为________ g(保留2位有效数字，重力加速度取g＝9.8 m·s－2)．‎ ‎(6)若以“保持木板水平”来代替步骤(1)，下列说法正确的是________(填入正确选项前的标号)‎ A．a－n图线不再是直线 B．a－n图线仍是直线，但该直线不过原点 C．a－n图线仍是直线，但该直线的斜率变大 ‎【答案】　(3)0.39(0.37 0.41均可) ‎ ‎(4)a－n图线如图所示 ‎ (5)0.45(0.43 0.47均可)　(6)BC 规律总结 ‎“长木板、小车、纸带、打点计时器”实验装置中 的细节及注意事项 ‎(1)在验证牛顿运动定律，探究动能定理，验证机械能守恒定律的实验中，都需要平衡摩擦力．平衡摩擦力的方法是将小车放在木板上，把木板不带滑轮的一端垫高，在小车后面接一条纸带，穿过打点计时器，让小车在没有牵引力的情况下恰能匀速下滑．(判断其匀速下滑的依据是：纸带上的点间距是一样的)．‎ ‎(2)在测定动摩擦因数的实验中，木板必须水平，细线必须与长木板平行，这样才能使压力等于木板的重力，细线对木块的拉力沿水平方向．‎ ‎(3)小车在长木板上做匀加速直线运动时，绳上的拉力并不等于悬挂物的重力，只有当M车≫m挂时，绳上的力近似等于悬挂物的重力．如果绳上连接着力传感器或测力器，则可直接读出绳上的拉力，不需要M车≫m挂．‎ 考点三　“橡皮条、弹簧”类实验 核心知识 ‎1．探究弹力和弹簧伸长量的关系的操作关键 ‎(1)实验中不能挂过多的钩码，防止弹簧超过弹性限度．‎ ‎(2)画图象时，不要连成“折线”，而应尽量让坐标点落在直线上或均匀分布在直线两侧．‎ ‎2．验证力的平行四边形定则的操作关键 ‎(1)每次拉伸结点位置O必须保持不变．‎ ‎(2)记下每次各力的大小和方向．‎ ‎(3)画力的图示时应选择适当的标度．‎ 规律方法 验证力的平行四边形定则实验应注意的问题 用两个弹簧秤拉橡皮条时的“三记录”(记录两弹簧秤示数、两细绳方向和结点O的位置)，用一个弹簧秤拉橡皮条时的“二记录”(记录弹簧秤示数和细绳方向)及“一注意”(结点O的位置必须在同一位置)等．‎ 典例分析 ‎【例1】　(2016年高考·浙江卷)某同 在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，测得图中弹簧OC的劲度系数为500 N/m.如图所示，用弹簧OC和弹簧秤a、b做“探究求合力的方法”实验．在保持弹簧伸长1.00 cm不变的条件下，‎ ‎(1)若弹簧秤a、b间夹角为90°，弹簧秤a的读数是________N(图14－3－1(2)中所示)，则弹簧秤b的读数可能为________N.‎ ‎(2)若弹簧秤a、b间夹角大于90°，保持弹簧秤a与弹簧OC的夹角不变，减小弹簧秤b与弹簧OC的夹角，则弹簧秤a的读数________、弹簧秤b的读数________(填“变大”“变小”或“不变”)．‎ ‎【答案】　(1)3.00 3.02　3.90 4.10(有效数字不作要求)‎ ‎(2)变大　变大 ‎【解析】　‎ ‎【例2】　(2017年南京模拟)某同 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________(填“水平”或“竖直”)方向．‎ ‎(2)弹簧自然悬挂，待弹簧________时，长度记为L0；弹簧下端挂上砝码盘时，长度记为Lx；在砝码盘中每次增加10 g砝码，弹簧长度依次记为L1至L6，数据如下表：‎ 代表符号 L0‎ Lx L1‎ L2‎ L3‎ L4‎ L5‎ L6‎ 数值/cm ‎25.35‎ ‎27.35‎ ‎29.35‎ ‎31.30‎ ‎33.4‎ ‎35.35‎ ‎37.40‎ ‎39.30‎ 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分度为________．‎ ‎(3)如图是该同 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________(填“L0”或“Lx”)的差值．‎ ‎ (4)由图可知弹簧的劲度系数为________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9.8 m/s2)．‎ ‎【答案】　(1)竖直　(2)静止　L3　1 mm　(3)Lx　(4)4.9　10‎ ‎【例3】　 (2017年高考·四川卷)用如图所示的装置测量弹簧的弹性势能．将弹簧放置在水平气垫导轨上，左端固定，右端在O点；在O点右侧的B、C位置各安装一个光电门，计时器(图中未画出)与两个光电门相连．先用米尺测得B、C两点间距离s，再用带有遮光片的滑块压缩弹簧到某位置A，静止释放，计时器显示遮光片从B到C所用的时间t，用米尺测量A、O之间的距离x.‎ ‎ (1)计算滑块离开弹簧时速度大小的表达式是________．‎ ‎(2)为求出弹簧的弹性势能，还需要测量________．‎ A．弹簧原长 B．当地重力加速度 C．滑块(含遮光片)的质量 ‎(3)增大A、O之间的距离x，计时器显示时间t将________．‎ A．增大　　　B．减小　　　C．不变 ‎【答案】　(1)v＝　(2)C　 (3)B