2019届二轮复习专题六物理实验考点1　力学实验课件（81张） 81页

专题六 物理实验 考点 1 　力学实验 【 必记要点 】 一、长度测量类仪器 1 ．游标卡尺的读数 突破高频考点 考点一　基本仪器的使用 游标尺 (mm) 精度 (mm) 测量结果 ( 游标尺上第 n 个刻线与主尺上的某刻度线对正时 )(mm) 刻度 格数 刻度 总长度 每小格与 1 毫米差 10 9 0.1 0.1 主尺上读的毫米数＋ 0.1 n 20 19 0.05 0.05 主尺上读的毫米数＋ 0.05 n 50 49 0.02 0.02 主尺上读的毫米数＋ 0.02 n 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 ) × 0.01 mm 。 二、时间测量类仪器 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,4 V ～ 6 V 0.02 s 电火花计时器 交流 50 Hz,220 V 0.02 s 2. 频闪照相机 其作用和处理方法与打点计时器类似，它是用等时间间隔获取图象的信息的方法，将物体在不同时刻的位置记录下来，使用时要明确频闪的时间间隔。 [ 例 1] 　某同学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 6 － 1 － 1 甲和乙所示。该工件的直径为 ________cm ，高度为 ________mm 。 图 6 － 1 － 1 [ 解析 ] 　 图甲为 20 分度的游标卡尺，其精度为 0.05 mm 。主尺读数为 12 mm ，游标尺上第 5 条刻线与主尺上的一条刻线对齐，故测量结果为 12 mm ＋ 5 × 0.05 mm ＝ 12.25 mm ＝ 1.225 cm 。螺旋测微器的精度为 0.01 mm ，由图乙知固定刻度读数为 6.5 mm ，可动刻度读数为 “ 36.0 ” ，由工件的高度为 6.5 mm ＋ 36.0 × 0.01 mm ＝ 6.860 mm 。 [ 答案 ] 　 1.225 　 6.860 【 题组训练 】 1 ．某同学测定一金属杆的长度和直径，示数如图 6 － 1 － 2 甲、乙所示，则该金属杆的长度和直径分别为 __________cm 和 ________cm 。 图 6 － 1 － 2 解析 　用毫米刻度尺测量时，读数应读到 mm 的下一位，即长度测量值为 60.10 cm ；题图乙中游标卡尺为五十分度，精确度为 0.02 mm ，主尺读数为 4 mm ，游标尺第 10 条刻度与主尺刻度线对齐，故游标尺读数为 6 × 0.02 mm ＝ 0.12 mm ，所以金属杆直径测量值为 4.12 mm 。 答案 　 60.10 　 4.12 2 ．一同学用游标卡尺测一根金属管的深度时，游标卡尺上的游标尺和主尺的相对位置如图 6 － 1 － 3 甲所示，则这根金属管的深度是 ________cm ；该同学又利用螺旋测微器测量一金属板的厚度为 5.702 mm ，则图乙中可动刻度 a 、 b 处的数字分别是 ________ 、 ________ 。 图 6 － 1 － 3 解析 　 图中游标卡尺主尺读数为 10 mm,20 分度游标尺精确度为 0.05 mm ，游标尺上第 12 条刻度线与主尺对齐，故游标尺读数为 11 × 0.05 mm ＝ 0.55 mm ，所以金属管深度为 10.55 mm ＝ 1.055 cm 。螺旋测微器固定刻度部分读数为 5.5 mm ，可动刻度最小分度值为 0.01 mm ，可动刻度部分读数应为 20.2 × 0.01 ，因此 a 处数字应为 20 ， b 处数字为 25 。 答案 　 1.055 　 20 　 25 规律总结 游标卡尺、螺旋测微器的读数方法 1 ． 游标卡尺的读数方法： 由主尺读出整毫米数 l 0 ，从游标卡尺上读出与主尺上某一刻度对齐的格数 n ，则测量值 (mm) ＝ ( l 0 ＋ n × 精确度 )mm 。注意： ① 游标卡尺的精确度一般为游标卡尺上总刻数的倒数。 ② 游标卡尺不需要估读。 2 ． 螺旋测微器的读数方法： 测量值 (mm) ＝固定刻度指示的毫米数 ( 注意半毫米刻度线是否露出 ) ＋可动刻度上与固定刻度基线所对的刻度值 ( 注意刻度值要估读一位 ) × 0.01 mm 。 [ 例 2] 　 (2018 · 贵阳模拟 ) 某课外兴趣小组做 “ 探究加速度与物体受力的关系 ” 的实验，装置如图 6 － 1 － 4 甲所示。图中 A 为小车，质量为 m 1 ，连接在小车后面的纸带穿过打点计时器 B ，它们置于一端带有定滑轮的足够长的木板上，重物 P 的质量为 m 2 ， C 为弹簧测力计，实验时改变 P 的质量，读出测力计不同读数 F ，不计绳与滑轮之间的摩擦，已知重力加速度为 g 。 考点二　实验原理的理解与应用 图 6 － 1 － 4 (2) 实验中得到的一条纸带如图乙所示，纸带上标出了所选的四个计数点之间的距离，相邻计数点间还有四个点没有画出。由此可求得小车的加速度的大小是 ________ m/s 2 。 ( 交流电的频率为 50 Hz ，结果保留两位有效数字 ) [ 答案 ] 　 (1)B 　 (2)0.50 ； (0.49 也对 ) 　 (3)C [ 例 3] 　 (2018 · 武汉调研 ) 利用气垫导轨验证动能定理，实验装置示意图如图所示： 图 6 － 1 － 5 实验主要步骤如下： ① 在水平桌面上放置气垫导轨，将它调至水平； ② 用游标卡尺测量遮光条的宽度 d ； ③ 由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离 L ； ④ 将滑块至光电门 1 左侧某处，待托盘静止不动时，释放滑块，从固定在滑块上的拉力传感器读出细线拉力的大小 F ，从数字计时器读出遮光条通过光电门 1 的时间 Δ t 1 ，通过光电门 2 的时间 Δ t 2 ； ⑤ 用天平称出滑块、遮光条和拉力传感器的总质量 M 。 回答下列问题： (1) 以滑块 ( 包含遮光条和拉力传感器 ) 为研究对象，在实验误差允许的范围内，若满足关系式 ________________________( 用测量量的字母表示 ) ，则可认为验证了动能定理。 (2) 关于本实验，某同学提出如下观点，其中正确的是 ______ 。 A ．理论上，遮光条的宽度越窄，遮光条通过光电门的平均速度越接近瞬时速度 B ．牵引滑块的细绳应与导轨平行 C ．需要考虑托盘和砝码受到的空气阻力对实验结果产生的影响 D ．托盘和砝码的总质量 m 必须远小于滑块、遮光条和拉力传感器的总质量 M (3) 不计空气阻力，已知重力加速度 g 和实验测得的物理量，根据 “ mg － F ＝ ma ” ，可以计算托盘和砝码的总质量 m 。若不考虑遮光条宽度的影响，计算出托盘和砝码的总质量为 m 1 ；若考虑遮光条宽度的影响，计算出托盘和砝码的总质量为 m 2 ，则 m 1 ________ m 2 ( 选填 “ 大于 ” 、 “ 等于 ” 、 “ 小于 ” ) 。  名师点拨 解答力学实验应注意的问题 (1) 文字表述类填空题：文字表述应精练准确，用物理书面用语，切记不可用生活用语，如 “ 平衡摩擦力太狠了 ” ， “ 平衡摩擦力过了 ” 等等。 (2) 数据类填空题：数据要准确，小数点后位数或有效数字位数符合要求，需用科学记数法的用科学记数法。 (3) 表达式类填空题：公式书写要规范，要符合物理规律。切记不可以乱写公式。表达式后不要带单位，因为表达式中的字母符号都带有单位。 【 题组训练 】 1 ．某小组为了验证力的平行四边形定则，设计了如图 6 － 1 － 6 甲所示的实验：在一个半圆形刻度盘上安装两个可以沿盘边缘移动的拉力传感器 A ， B ，两传感器的挂钩分别系着轻绳，轻绳的另一端系在一起，形成结点 O ，并使结点 O 位于半圆形刻度盘的圆心。在 O 点挂上重 G ＝ 2.00 N 的钩码，记录两传感器 A 、 B 示数 F 1 、 F 2 及轻绳与竖直方向的夹角 θ 1 、 θ 2 ，用力的图示法即可验证力的平行四边形定则。 图 6 － 1 － 6 (1) 当 F 1 ＝ 1.00 N 、 F 2 ＝ 1.50 N ， θ 1 ＝ 45° 、 θ 2 ＝ 30° 时，请在图乙中用力的图示法作图，画出两绳拉力的合力 F ，并求出合力 F ＝ ________N 。 ( 结果保留三位有效数字 ) (2) 该组同学在实验中，将传感器 A 固定在某位置后，再将传感器 B 从竖直位置的 P 点缓慢顺时针旋转，得到了一系列 B 传感器的示数 F 2 和对应的角度 θ 2 ，作出了如图丙所示的 F 2 － θ 2 图象，由图丙可知 A 传感器所处位置的角度 θ 1 ＝ ________ 。 2 ． (2018 · 潍坊模拟 ) 利用如图 6 － 1 － 7 甲所示的装置验证机械能守恒定律：水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨，导轨上端固定有轻质定滑轮， A 处固定一光电门。带遮光片的滑块质量为 M ，置于导轨上的 B 处，通过轻绳跨过定滑轮与质量为 m 的小球相连，使轻绳伸直，小球与滑块由静止释放，滑块向上运动，重力加速度为 g 。 (1) 用游标卡尺测量遮光片的宽度 d ，结果如图乙所示，由此读出 d ＝ ________mm 。 图 6 － 1 － 7 (2) 某次实验测得导轨倾角为 θ ， B 到光电门的距离为 x ，遮光片经过光电门时的挡光时间为 t ，滑块从 B 到 A 过程中 m 和 M 组成系统的动能增量为 Δ E k ＝ ________ ，系统的重力势能减少量为 Δ E p ＝ ________ ，在误差允许的范围内，若 Δ E k ＝ Δ E p ，则可认为系统的机械能守恒。 ( 用题目中字母表示 Δ E k 和 Δ E p ) [ 例 4] 　现要通过实验验证机械能守恒定律。实验装置如图 6 － 1 － 8 所示：水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨；导轨上 A 点处有一带长方形遮光片的滑块，其总质量为 M ，左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为 m 的砝码相连；遮光片两条长边与导轨垂直；导轨上的 B 点有一光电门，可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间 t 。用 d 表示 A 点到导轨底端 C 点的距离， h 表示 A 与 C 的高度差， b 表示遮光片的宽度， s 表示 A 、 B 两点间的距离，将遮光片通过光电门的平均速度看作滑块通过 B 点时的瞬时速度。用 g 表示重力加速度，完成下列填空和作图： 考点三　用图象法处理实验数据 图 6 － 1 － 8 1 2 3 4 5 s (m ) 0.600 0.800 1.000 1.200 1.400 t (ms ) 8.22 7.17 6.44 5.85 5.43 1/ t 2 (10 4 s － 2 ) 1.48 1.95 2.41 2.92 3.39 图 6 － 1 － 9 (2) 描点及作直线见图。 规律总结 用图象法处理实验数据的六个要求 图象法是物理实验中广泛应用的处理实验数据的方法，以下为作图的规则： (1) 作图一定要用坐标纸，坐标纸的大小要根据有效数字的位数和结果的需要来定； (2) 要标明轴名、单位，在轴上每隔一定的间距按有效数字的位数标明数值； (3) 图上的连线不一定通过所有的数据点，应尽量使数据点合理地分布在线的两侧，且线要细； (4) 作图时常通过选取适当的坐标轴使图线线性化，即 “ 变曲为直 ” 。 (5) 注意区别横、纵坐标轴的物理意义、标度及单位。 (6) 明确图象的斜率、截距的物理意义。 【 题组训练 】 利用如图 6 － 1 － 10 甲所示装置做 “ 探究弹力和弹簧伸长的关系的实验 ” 。所用的钩码每只的质量为 30 g 。实验中，先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，再将 4 个钩码逐个加挂在弹簧下端，每次挂完钩码待弹簧稳定后依次测出相应的弹簧总长度，并将数据填在下表中。弹力始终未超过弹性限度，取 g ＝ 10 m/s 2 ，试完成下列问题： 记录数据组 1 2 3 4 5 钩码总质量 (g) 0 30 60 90 120 弹簧总长 (cm) 6.00 7.11 8.20 9.31 10.40 图 6 － 1 － 10 (1) 请在如图乙所示坐标系中作出弹簧弹力大小 F 跟弹簧总长度 x 之间的函数关系的图象。 (2) 由图象乙求得该弹簧的劲度系数 k ＝ ________N/m 。 ( 保留两位有效数字 ) (3) 某同学直接利用表中的实验数据，作出了如图丙所示的钩码质量 m 跟弹簧总长度 x 之间的函数关系的图象，那么该图象斜率所表示的物理意义是 ________________________________________________________________________ 。 解析 　 (1) 弹簧受的拉力为钩码的重力，每次实验弹簧所受到的拉力 F 如下表所示： 记录数据组 1 2 3 4 5 钩码总质量 (g) 0 30 60 90 120 弹簧所受的拉力 F /N 0.0 0.3 0.6 0.9 1.2 答案 　 (1) 如图所示 【 必记要点 】 考点四　力学创新实验设计 [ 例 5] 　 (2018· 石家庄模拟 ) 某同学用如图 6 － 1 － 11 甲所示的装置来验证动量守恒定律，该装置由水平长木板及固定在长木板一端的硬币发射器组成，硬币发射器包括支架、弹片及弹片释放装置。释放弹片可将硬币以某一初速度弹出。已知一元硬币和五角硬币与长木板间动摩擦因数相同。主要实验步骤如下： ① 将一元硬币置于发射槽口，释放弹片将硬币发射出去，硬币沿着长木板中心线运动，在长木板中心线的适当位置取一点 O ，测出硬币停止滑动时硬币右侧到 O 点的距离。再从同一位置释放弹片将硬币发射出去，重复多次，取该距离的平均值记为 x 1 ，如图乙所示； ② 将五角硬币放在长木板上，使其左侧位于 O 点，并使其直径与中心线重合。按步骤 ① 从同一位置释放弹片，重新弹射一元硬币，使两硬币对心正碰，重复多次，分别测出两硬币碰后停止滑行时与 O 点距离的平均值 x 2 和 x 3 ，如图丙所示。 图 6 － 1 － 11 (1) 为完成该实验，除长木板，硬币发射器，一元及五角硬币，刻度尺外，还需要的器材有 ________________ 。 (2) 实验中还需测量的物理量有 ________________ ，验证动量守恒定律的表达式为 ________________( 用测量物理量对应的字母表示 ) 。 【 题组训练 】 1 ． (2018 · 烟台模拟 ) 为了测量木块与木板间的动摩擦因数 μ ，某小组使用 DIS 位移传感器设计了如图 6 － 1 － 12 甲所示实验装置，让木块从倾斜木板上一点 A 由静止释放，位移传感器可以测出木块到传感器的距离。位移传感器连接计算机，描绘出滑块相对传感器的位移 x 随时间 t 的变化规律如图乙所示。 图 6 － 1 － 12 (1) 根据上述图线，计算 0.4 s 时木块的速度 v ＝ ________ m /s ，木块加速度 a ＝ ________ m/ s 2 ( 结果均保留两位有效数字 ) 。 (2) 为了测定动摩擦因数 μ ，还需要测量的量是 ________( 已知当地的重力加速度 g ) ；得出 μ 表达式是 μ ＝ ________ 。 解析 　 (1) 根据某段时间内的平均速度等于这段时间内中点时刻的瞬时速度，得 0.4 s 末的速度为： 2 ． (2018 · 安阳二模 ) 如图 6 － 1 － 13 甲所示是某同学探究加速度与力的关系的实验装置。他在气垫导轨上安装了一个光电门 B ，滑块上固定一遮光条，滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连，传感器下方悬挂钩码，每次滑块都从 A 处由静止释放。 图 6 － 1 － 13 (1) 该同学用游标卡尺测量遮光条的宽度为 d ，如图乙所示，则 d ＝ ________mm 。 (2) 实验时，将滑块从 A 位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门 B 的时间 t ，若要得到滑块的加速度，还需要测量的物理量是 ______________________________ 。 解析 　 (1) 由图知第 5 条刻度线与主尺对齐， d ＝ 2 mm ＋ 5 × 0.05 mm ＝ 2.25 mm 。 (2) 实验时，将滑块从 A 位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门 B 的时间 t ，滑块经过光电门时的瞬时速度可近似认为是滑块经过光电门的平均速度。根据运动学公式得若要得到滑块的加速度，还需要测量的物理量是遮光条到光电门的距离 L 。 (3) 如图所示