2019届二轮复习专题六第1讲力学实验课件（70张） 70页

第 1 讲 　 力学 实验 专题 六 　 实验题题型强化 内容索引 考点一　 测量 仪器的使用及纸带问题　打点计时器 的 使用 及纸带的计算 考点二　 “ 小车＋导轨 ” 模型实验 考点三　 “ 弹簧或橡皮条 ” 模型实验 测量仪器的使用及纸带问题　打点计时器的使用及纸带的计算 考点一 1. 打点计时器： 计时器种类 工作电源电压 打点间隔 电磁打点计时器 交流 50 Hz,6 V 以下 0.02 s 电火花计时器 交流 50 Hz,220 V 0.02 s 2. 通过纸带求解运动的加速度和瞬时速度 (1) 利用逐差法求解平均加速度 ( 如图 1) 图 1 (2) 利用平均速度求瞬时速度： v n ＝ (3) 利用速度－时间图象求加速度 ① 作出速度－时间图象，通过图象的斜率求解物体的加速度； ② 剪下相邻计数点间的纸带紧排在一起求解加速度 . 例 1 　 (2018· 温州市十五校联合体期中 ) 同学们利用如图 2 所示装置做 “ 探究小车速度随时间变化的规律 ” 实验 . 请你完成下列有关问题 ： (1) 实验室提供如图 3 甲、乙两种打点计时器，某实验小组决定使用电火花计时器，则应选用图中的 ____( 填 “ 甲 ” 或 “ 乙 ” ) 计时器 . 图 2 图 3 乙 答案 (2) 另一实验小组使用的是电磁打点计时器，图 4 中接线正确的是 ______( 填 “ 甲 ” 或 “ 乙 ” ). 答案 图 4 乙 (3) 小宇同学选取一条清晰纸带进行研究，在纸带上确定出九个计数点，如图 5 所示，相邻两个计数点之间的时间间隔为 0.1 s ，根据纸带提供的信息，纸带上 3 、 5 两点间距离为 ___________________ mm. 答案 图 5 35.0(34.5 ～ 35.5 均可 ) (4) 纸带上计数点 6 的瞬时速度为 ______________________ m/s( 结果保留 3 位有效数字 ) ，小车运动的加速度 为 __________________ m/ s 2 ( 结果保留 2 位有效数字 ). 答案 0.255(0.254 ～ 0.256 均可 ) 0.38(0.37 ～ 0.39 均可 ) (5) 在 “ 探究小车速度随时间变化的规律 ” 的实验中，下列说法中对于减小实验误差有益的是 ________. A. 垫高长木板的一端，使小车在不挂钩码时能在木板上做匀速运动 B. 使小车运动的加速度尽量小些 C. 舍去纸带上密集的点，利用点迹清晰、点间间隔适当的那一部分 进 行 测量 D. 选用各处平整程度、光滑程度相同的长木板做实验 答案 √ √ 1.(2018· 新高考研究联盟联考 )(1) 某次做实验时，实验员准备了以下器材，如图 6 所示，请问用以下器材可以做下列哪些实验 ________. 拓展训练 图 6 A. 探究小车速度随时间变化的规律 B. 探究加速度与力、质量的关系 C. 探究求合力的方法 D. 研究平抛运动 答案 √ √ (2) 上题四个选项中的实验，必须用到天平的是 ________( 填对应字母 ) A. 探究小车速度随时间变化的规律 B. 探究加速度与力、质量的关系 C. 探究求合力的方法 D. 研究平抛 运动 答案 √ 2.(2018· 宁波市期末 ) 在 “ 探究小车速度随时间变化的规律 ” 实验中 (1) 用到电磁打点计时器，应采用的电源是 ________. A. 学生电源交流输出 B.3 节干电池 C. 蓄电池 答案 √ (2) 下列说法正确的是 ________. A. 应先接通电源，在打点计时器开始打点后再释放小车 B. 应先释放小车，再接通打点计时器的电源 √ (3) 某学生实验时得到一条点迹清晰的纸带如图 7 所示，图中 O 、 A 、 B 、 C 、 D 、 E 是打点计时器连续打下的 6 个点，若打点计时器的打点周期 为 T ，则利用此纸带得到小车的加速度的表达式为 ________.( 用 x 2 、 x 5 、 T 来 表示 ) 答案 图 7 3.(2018· 西湖高级中学月考 )(1) 在下列学生实验中，需要平衡摩擦力的有 ________. A. “ 探究小车速度随时间变化的规律 ” B. “ 探究加速度与力、质量的关系 ” C. “ 探究做功与物体速度变化的关系 ” D. “ 探究作用力与反作用力的关系 ” 答案 √ √ (2) 某小组做 “ 探究小车速度随时间变化的规律 ” 实验时，除了选择小车、带滑轮的长木板、细绳、钩码、刻度尺、导线 ( 按需要备选 ) 外，还要选择下图中的哪些仪器 ____ __ __. A 或 BD 解析　 实验时不需要测量小车或钩码的质量，因此不需要天平，需要打点计时器，有两种选择方案：选择 A( 电火花计时器 ) ，或者 B 、 D( 电磁打点计时器与低压交流电源 ). 答案 解析 (3) 在上小题中，用一端固定的橡皮筋代替钩码和细线拉动小车，就可以做 “ 探究做功与物体速度变化的关系 ” 实验 . 调节好实验装置，当用一条橡皮筋拉动小车时，打出的纸带如图 8 所示，请根据纸带上的数据计算小车匀速时的速度 v ＝ ______ m/s( 打点计时器所用交变电源的频率为 50 Hz). 图 8 1.56 解析　 匀速直线运动时小车速度最大， 答案 解析 4.(2017· 诺丁汉大学附中高三上期中 ) 如图 9 甲所示为验证机械能守恒定律的实验装置示意图 . 现有的器材为：带铁夹的铁架台、打点计时器、纸带、带铁夹的重锤、刻度尺、天平 . 回答下列问题： 图 9 (1) 为完成此实验，除了所给的器材，还需要的一个器材是 ________. A. 游标卡尺 B . 秒表 C. 多用电表 D . 交流电源 答案 √ 解析 解析　 通过打点计时器计算时间，故不需要秒表，打点计时器应该与交流电源连接，需要刻度尺测量纸带上两点间的距离，不需要游标卡尺和多用电表，故选 D. (2) 下面列举了该实验的几个操作步骤，其中操作不当的一个步骤是 ________. A. 调节打点计时器两限位孔在同一竖直线上 B. 按照图示的装置安装器件 C. 先释放纸带，后接通电源 D. 测量纸带上某些点间的距离 答案 解析 √ 解析　 操作不当的步骤是 C ，应该先接通电源，后释放纸带 . (3) 利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度 a 的数值 . 根据打出的纸带，选取纸带上连续的五个点 A 、 B 、 C 、 D 、 E ，测出各点之间的距离如图乙所示 . 所使用交流电的频率为 f ，则计算重锤下落的加速度的 表达 式 为 a ＝ __________ ___ ____( 用 x 1 、 x 2 、 x 3 、 x 4 及 f 表示 ). 答案 解析 “ 小车＋导轨 ” 模型实验 考点二 1. “ 小车＋导轨 ” 类实验 (1) 可以研究匀变速直线运动的规律； (2) 可以探究加速度与质量、合外力之间的关系； (3) 可以探究做功与速度变化之间的关系； (4) 可以验证机械能守恒定律 . 2. 解答 “ 小车＋导轨 ” 类实验的技巧 (1) 要根据实验原理来判断是否需要平衡摩擦力，知道正确平衡摩擦力的方法 . (2) 要清楚钩码 ( 或沙桶 ) 与小车之间的质量关系，并且要清楚在仪器创新或实验原理创新的情形下，该条件是否需要调整 . (3) 要知道实验数据、图象的处理方法和运用数学知识解题的技巧 . 例 2 　 (2018· 杭州市五校联考 ) 如图 10 所示，某同学在做 “ 探究小车速度随时间变化的规律 ” 实验时，对打出的一条纸带进行研究 ( 打点计时器所用电源频率为 50 Hz) ，该同学在纸带上按每 5 个点取一个计数点，取了 A 、 B 、 C 、 D 、 E 、 F 等计数点进行研究，该同学已求出了一些计数点对应的速度，其数值见表格 . 图 10 计数点 B C D E v /(m/ s) 0.40   0.56 0.64 (1) 关于用打点计时器 “ 探究小车速度随时间变化的规律 ” 的实验，以下说法正确的是 ________. A. 长木板带滑轮的一端必须伸出桌面外侧 B. 实验时小车应从靠近打点计时器的位置释放 C. 应先释放小车，再启动打点计时器 D. 牵引小车的钩码质量越大越好 答案 √ √ (2) 根据图 11 纸带提供的信息，该同学已经计算出了打下 B 、 D 、 E 这三个计数点时小车的速度，请你帮助他计算出打下计数点 C 时小车的速度 ( 保留 2 位有效数字 ) ，并填入相应空格 . 答案 图 11 计数点 B C D E v /(m/ s) 0.40   0.56 0.64 0.48 (3) 以速度 v 为纵轴、时间 t 为横轴在坐标纸上建立直角坐标系 ( A 点对应时刻为坐标系中的 0 时刻 ) ，根据以上数据在图 12 所给的坐标纸中作出小车的 v － t 图线 . 答案 图 12 答案　 如图所示 (4) 根据图象可得，小车在打下 A 点时的速度 v A ＝ ____ m /s ，小车运动的加速度 a ＝ ____ m/ s 2 ( 以上结果均保留 2 位有效数字 ). 答案 0.32 0.80 5.(2018· 宁波市期末 ) 某学习小组进行了 “ 探究加速度与力、质量的关系 ” 实验 . (1) 实验过程中，发现实验室有两种打点计时器，如图 13 所示 . 其中电火花计时器是图中的 _____ ， 该打点计时器使用的电源是 ________ _ __. 答案 拓展训练 图 13 B 交流 220 V 5 6 7 8 9 (2) 该小组欲通过如图 14 所示装置打出的纸带来测量小车的加速度 . 图中是小车释放前的状态，图中有两处明显错误，请指出其中任意一处错误 _______________________________ ___ _. 答案 图 14 左端没有垫高或小车离打点计时器太远 5 6 7 8 9 (3) 经正确操作后，打出的一条纸带的一部分如图 15 所示 . 从比较清晰的点起，每 5 个点取一个计数点，测出相邻计数点之间的距离 ( 单位： cm). 由此求得小车在打点计时器打第 2 点时的速度为 ______ m/s( 已知打点计时器所用电源的频率为 50 Hz ，结果保留两位有效数字 ). 答案 图 15 0.36 5 6 7 8 9 6.(2018· 绍兴市选考诊断 ) 如图 16 所示是 “ 探究加速度与力、质量的关系 ” 的实验装置 . 答案 图 16 (1) 下图是实验时平衡阻力的情形，其中正确的是 ______.( 选填字母 ) √ 5 6 7 8 9 (2) 在平衡阻力后，当小盘及盘内物体的总质量 ________( 填 “ 远大于 ”“ 远小于 ” 或 “ 近似等于 ” ) 小车总质量时，小盘及盘内物体的总重量近似等于小车运动时所受的拉力 . 实验中可以通过增减小盘中 ________( 选填 “ 50 g 钩码 ” 或 “ 1 g 砝码 ” ) 的个数来改变拉力的大小 . 答案 远小于 1 g 砝码 5 6 7 8 9 (3) 图 17 是对一条纸条处理后得到的 v － t 图象，根据图象可求得加速度大小为 _________________ __ _ m/s 2 .( 结果保留三位有效数字 ) 答案 图 17 2.00(1.95 ～ 2.05 均可 ) 5 6 7 8 9 7.(2018· 杭州市期末 ) 某同学用如图 18 所示的装置来探究加速度与力、质量的关系 . 图 18 5 6 7 8 9 (1) 下列说法中正确的是 ________. A. 平衡摩擦力时需要将木板有滑轮的一端稍垫高 B. 平衡摩擦力时需要装上纸带，并悬挂好小桶 C. 若改变小车质量，因小车所受阻力发生变化，需重新平衡摩擦力 D. 应调整滑轮，保证小车在运动过程中细线和木板平行 答案 解析 √ 5 6 7 8 9 解析　 平衡摩擦力时需要将木板没有滑轮的一端稍垫高，故 A 错误 ； 平衡 摩擦力时需要装上纸带，但不需要挂上小桶，故 B 错误 ； 平衡 摩擦力后， mg sin θ ＝ F f ＝ μmg cos θ ，即 μ ＝ tan θ ，增大小车的质量并无影响，故不需要重新平衡摩擦力，故 C 错误 ； 应 保证小车在运动过程中细线和木板平行，故 D 正确 . 5 6 7 8 9 (2) 为改变小车所受的力的大小，可往小桶中添加下列图片中 的 _______. 答案 解析 √ 解析　 为改变小车所受的力的大小，可往小桶中加入已知质量的砝码，故 B 正确； 5 6 7 8 9 (3) 图 19 甲为实验中得到的一条纸带， A 、 B 、 C 、 D 、 E 为 5 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，量出相邻的计数点之间的距离分别为 x AB ＝ 4.22 cm ， x BC ＝ 4.65 cm 、 x CD ＝ 5.08 cm 、 x DE ＝ 5.49 cm ，已知打点计时器的工作频率为 50 Hz ，则小车的加速度 a ＝ ________ m/s 2 ( 结果保留两位有效数字 ). 图 19 0.43 答案 解析 5 6 7 8 9 (4) 该同学改变小车的质量，多次实验，作出小车的加速度 a 和质量 M 的图象如图乙所示，根据图象可知 a 与 M 的关系可能是 ________. A. a ∝ M B. a ∝ M 2 C. a ∝ M － 1 D. a ∝ M － 2 答案 √ 解析 √ 解析　 由图象可知，质量越大，加速度越小，故 C 、 D 正确 . 5 6 7 8 9 8. 小青用如图 20 所示的实验装置探究 “ 加速度与力、质量的关系 ”. 图 20 5 6 7 8 9 (1) 以下关于实验中操作正确的是 ________. A. 本实验采用了控制变量法探究多个变量之间的关系 B. 如果选用电火花计时器，所用的交流电为低压 6 V C. 操作过程中应调节滑轮高度，使细线与长木板平行 答案 √ 解析 √ 解析　 本实验要探究加速度、力、质量三个变量间的关系，采用控制变量法，即先控制小车质量不变，研究小车加速度与拉力的关系，再控制小车所受拉力不变，研究加速度与质量的关系， A 选项正确 ； 若 选用电火花计时器，对应电压应为交流 220 V ， B 选项错误 ； 拉力 的方向应与长木板平行，保证小车做匀加速直线运动， C 选项正确 . 5 6 7 8 9 (2) 小青通过实验获得如下表所示的几组数据，请用描点法在图 21 中作出 a － F 的关系图象 . 答案 解析 F /( × 9.8 × 10 － 3 N) 2 4 6 8 10 12 14 a /(m·s － 2 ) 0.12 0.21 0.32 0.54 0.55 0.66 0.73 图 21 答案　 见解析图 5 6 7 8 9 解析　 采用描点法作出 a － F 的关系图象如图所示 . 5 6 7 8 9 解析　 由图象得，直线与纵轴交于点 (0,0.03) ，即没有拉力时，小车已有加速度，说明长木板的倾角偏大 . (3) 根据第 (2) 小题中画出的图象，可以判断在操作过程中，平衡摩擦力时，长木板的倾角 ________( 选填 “ 偏大 ”“ 恰好 ” 或 “ 偏小 ” ). 答案 解析 偏大 5 6 7 8 9 9.(2018· 嘉兴市期末 ) 某同学用如图 22 甲所示装置研究小车在不同接触面上的运动情况 . 该同学将小车以适当的初速度释放后，用打点计时器 ( 所用电源频率为 50 Hz) 记录小车的运动情况 . 通过反复实验得到一系列打上点的纸带，并最终选择了如图乙所示的一条纸带 ( 附有刻度尺 ) 进行测量 ( 结果均保留小数点后两位数字 ). 图 22 5 6 7 8 9 (1) 请将 A 、 B 、 C …… J 各点对应的刻度值，按照正确的读数方法填写在下表内 ( 单位 cm). 答案 A B C D E F G H I J 13.20 11.38 9.60 7.80   4.40 3.00 1.80 0.80 0.00 (2) 根据以上数据，纸带上 C 点小车的速度大小 v C ＝ _____ m/s ； (3) 对应纸带 E 、 J 两点间，小车在做 _______ ___ _ 运动，它的加速度大小为 ____ m/s 2 . 6.00 0.90 匀减速直线 5.00 5 6 7 8 9 “ 弹簧或橡皮条 ” 模型实验 考点三 1. 模型介绍 力学实验中用到弹簧或橡皮条的实验有探究求合力的方法、探究做功与小车速度变化的关系 . 2. 探究求合力的方法 (1) 实验原理 使一个力的作用效果跟两个力的共同作用效果相同 . (2) 操作关键 ① 每次拉伸时结点位置 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 . 例 3 　 (2018· 嘉兴市期末 ) 如图 23 所示为探究求合力的方法的实验装置图 . (1) 请将下面实验的主要步骤补充完整 . ① 将橡皮筋的一端固定在木板上的 A 点，另一端拴上两根绳套，每根绳套上分别连着一个弹簧测力计 ； 图 23 ② 沿着两个方向拉弹簧测力计 . 将橡皮筋的活动端拉到某一位置，将此位置标记为 O 点，并记录两个拉力的大小及方向； ③ 再用一个弹簧测力计将橡皮筋的活动端仍拉至 O 点，记录 _________ ________________ ___ _. 该弹簧 测 力计拉力的大小及方向 答案 (2) 下列几种操作的讨论中，说法正确的是 ________. 答案 √ √ 解析　 C 选项是因为没有用力的图示画图 . 解析 10. 某同学利用共点力平衡的原理来探究共点力的合成是否遵守平行四边形定则，他将三条相同的橡皮筋 ( 遵循胡克定律 ) 的一端系在一起，用三条细绳分别连接橡皮筋的另一端，按如图 24 所示方式把重物竖直吊起 . 在实验中，可以通过刻度尺测量橡皮筋的长度来得到 橡皮筋的拉力的大小，并通过三条细绳的方向确定三个 拓展训练 图 24 拉力的方向，从而探究其中任意两个拉力的合力是否与第三个力等大反向 . (1) 在实验过程中，下列说法正确的是 ________. A. 实验过程中需要测量三条橡皮筋的长度以及橡皮筋的原长 B. 以 OA 、 OB 为两邻边作力的平行四边形，其对角线一定与 OC 在一 条 直线 上 C. 多次实验中可改变 OA 、 OB 的夹角或改变重物质量，但结点 O 位置 不 能 改变 D. 每次实验均需记录三条细绳的方向及结点的位置 答案 √ 解析 √ 解析　 实验过程中需要测量三条橡皮筋的长度以及橡皮筋的原长，从而确定橡皮筋的伸长量，进而确定力的大小，选项 A 正确 ； 以 OA 、 OB 为两邻边作力的平行四边形，由于实验存在误差，其对角线不一定与 OC 在一条直线上，选项 B 错误 ； 多次 实验中可改变 OA 、 OB 的夹角或改变重物的质量，因为是不同的实验，则结点 O 位置可以变动，选项 C 错误 ； 每次 实验均需记录三条细绳的方向及结点的位置，选项 D 正确 . (2) 为减小误差，应选择劲度系数适当 ___( 填 “ 大 ” 或 “ 小 ” ) 的橡皮筋，质量适当 ___( 填 “ 大 ” 或 “ 小 ” ) 的重物 . 答案 解析 小 大 解析　 为减小误差，应选择劲度系数适当小的橡皮筋，质量适当大的重物，这样橡皮筋的伸长量较大，误差较小 . 例 4 　 “ 探究合力做功与物体速度变化的关系 ” 的实验装置如图 25 所示，当小车在两条完全相同的橡皮筋作用下弹出时，橡皮筋对小车做的功记为 W 0 . 当用 4 条、 6 条、 8 条 … 完全相同的橡皮筋并在一起进行第 2 次、第 3 次、第 4 次 … 实验时，橡皮筋对小车做的功记为 2 W 0 、 3 W 0 、 4 W 0 … ，每次实验中由静止弹出的小车获得的最大速度均可由打点计时器所打的纸带测出 . 图 25 (1) 关于该实验，下列说法正确的是 ________. A. 打点计时器可以用直流电源供电，电压为 4 ～ 6 V B. 实验中使用的若干条橡皮筋的原长可以不相等 C. 每次实验中应使小车从同一位置由静止弹出 D. 利用每次测出的小车最大速度 v m 和橡皮筋做的功 W ，依次作出 W － v m 、 W － v m 2 、 W － v m 3 、 W 2 － v m 、 W 3 － v m … 的图象，得出合力做功与 物 体 速度变化的关系 答案 √ 解析 √ 解析　 打点计时器只能用交流电源供电，选项 A 错误 ； 实验 中使用的若干条橡皮筋的原长必须相等，否则实验误差太大，甚至出现错误，选项 B 错误 ； 每次 实验都应使小车从同一位置由静止弹出，才能保证橡皮筋的形变量相同，选项 C 正确 ； 利用 图象可以减小实验误差，能更直观地反映出合力做功与物体速度变化的关系，选项 D 正确 . (2) 如图 26 给出了某次在正确操作情况下打出的纸带，从中截取了测量物体最大速度所用的一段纸带，测得 O 点到 A 、 B 、 C 、 D 、 E 各点的距离分别为 OA ＝ 5.65 cm ， OB ＝ 7.12 cm ， OC ＝ 8.78 cm ， OD ＝ 10.40 cm ， OE ＝ 11.91 cm. 已知相邻两点时间间隔为 0.02 s ，则小车获得的最大速度 v m ＝ _____m/s . 答案 解析 图 26 0.83 解析　 由题图及所给数据可知小车一定在 B 、 C 间获得最大速度， 11.(2018· 宁波市 3 月选考 ) 某实验小组采用如图 27 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，打点计时器的工作频率为 50 Hz. 拓展训练 图 27 (1) 实验操作中需平衡小车受到的摩擦力，其目的是 ________. A. 防止小车不能被橡皮筋拉动 B. 保证橡皮筋对小车做的功等于合外力对小车做的功 C. 防止纸带上打点不清晰 答案 √ (2) 在正确操作的情况下，某纸带上打点计时器打下的点迹如图 28 所示 . 则橡皮筋对小车做完功后，小车获得的速度是 _____ m/s( 计算结果保留三位有效数字 ). 答案 图 28 1.45 (3) 若已知图中纸带上打下左侧第一个点时小车的速度为 v 1 ，打下第三个点时小车的速度为 v 3 ，则打下第二个点时小车的速度 v 2 _____ ( 填 “ 等于 ”“ 大于 ” 或 “ 小于 ” ). 答案 大于 12.(2018· 东阳中学期中 ) 图 29 甲为某同学用力传感器去探究弹簧的弹力和伸长量的关系的实验情景，用力传感器竖直向下拉上端固定于铁架台的轻质弹簧，读出不同拉力下的标尺刻度 x 及拉力大小 F ( 从电脑中直接读出 ). 所得数据记录在下列表格中： 拉力大小 F /N 0.45 0.69 0.93 1.14 1.44 1.69 标尺刻度 x /cm 57.02 58.01 59.00 60.00 61.03 62.00 图 29 (1) 从图乙中读出刻度尺上的刻度值为 _______________ __ _____ cm ； 答案 解析 解析　 标尺估读一位，故读数为 63.60 N ； 63.60(63.55 ～ 63.65 均可 ) (2) 根据所测数据，在图丙坐标纸上作出 F 与 x 的关系图象； 答案 解析 答案　 如图所示 解析　 根据表中数据利用描点法得出对应的图象如图所示 (3) 由图象求出该弹簧的劲度系数为 ___________________ N/m ，弹簧的原长 为 ___________________ cm( 均保留三位有效数字 ). 答案 解析 24.9(24.0 ～ 26.0 均可 ) 55.2(55.0 ～ 55.5 均可 ) 解析　 由胡克定律可知，图象的斜率表示劲度系数， 图象与横坐标的交点坐标为弹簧原长的长度，则可知，原长为 55.2 cm.