2018屆高考物理二輪復(fù)習(xí) 板塊一 專題突破復(fù)習(xí) 專題六 物理實驗 第一講 力學(xué)實驗學(xué)案

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1、 第一講 力學(xué)實驗 [知識建構(gòu)] [高考調(diào)研] 1.考查方向:高考對本專講的學(xué)生實驗的考查,主要有以下7個實驗:①研究勻變速直線運動.②探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系.③驗證力的平行四邊形定則.④驗證牛頓運動定律.⑤探究動能定理.⑥驗證機械能守恒定律.⑦驗證動量守恒定律. 2.常用的思想方法:①等效法.②控制變量法.③逐差法.④圖象法. [答案] (1)逐差法、平均值法、圖象法. (2) (3)刻度尺、游標卡尺、螺旋測微器. (4)秒表、打點計時器、光電計時系統(tǒng). (5)彈簧測力計、力傳感器. 考向一 基本儀器的使用 [歸納提煉] 1.毫米

2、刻度尺的讀數(shù) 精確到毫米,估讀一位. 2.游標卡尺和螺旋測微器的讀數(shù) (1)游標卡尺的讀數(shù)方法:d=主尺讀數(shù)(mm)+精度×游標尺上對齊刻線數(shù)值(mm). (2)螺旋測微器的讀數(shù)方法 測量值=固定刻度+(可動刻度+估讀值)×0.01 mm. 注意要估算到0.001 mm. [熟練強化] 1.(1)某同學(xué)用自己發(fā)明的新式游標卡尺測量小鋼球的直徑,新式卡尺將主尺上39 mm在游標尺上均分成20等份.如圖所示,則小鋼球的直徑為d=________cm. (2)該同學(xué)又用螺旋測微器測量某電阻絲的直徑,示數(shù)如圖,則該金屬絲的直徑為________mm. [解析] 游標卡尺20個格

3、總長39 mm,每個格1.95 mm,比主尺上兩格(2 mm)少0.05 mm,因此讀數(shù)方法與普通20分度卡尺一樣,讀數(shù)為1.035 cm,螺旋測微器讀數(shù)注意上邊半格沒露出,還要注意估讀,根據(jù)測量值=固定刻度+(可動刻度+估讀值)×0.01 mm可得1.195 mm. [答案] (1)1.035 (2)1.195 2.(2017·河北名校聯(lián)盟)一種游標卡尺,它的游標尺上有50個小的等分刻度,總長度為49 mm,用它測量某工件寬度,示數(shù)如圖甲所示,其讀數(shù)為________ mm;圖乙中的螺旋測微器讀數(shù)為________ mm. [解析] 本題考查游標卡尺和螺旋測微器讀數(shù),意在考查學(xué)生儀

4、器的使用和讀數(shù)能力.50刻度游標卡尺的精確度為0.02 mm,讀數(shù)23 mm+10×0.02 mm=23.20 mm;螺旋測微器讀數(shù)1 mm+13.0×0.01 mm=1.130 mm. [答案] 23.20 1.130(±0.002均對) 3.(2017·福建廈門質(zhì)檢)某同學(xué)用如圖甲所示的螺旋測微器測小球的直徑時,他應(yīng)先轉(zhuǎn)動________到F靠近小球,再轉(zhuǎn)動________到F夾住小球,直至聽到棘輪發(fā)出聲音為止,撥動________使F固定后讀數(shù)(填儀器部件字母符號).正確操作后,螺旋測微器的示數(shù)如圖乙所示,則小球的直徑是________mm. [解析] 用螺旋測微器測小球直徑時

5、,先轉(zhuǎn)動旋鈕D使測微螺桿F靠近被測小球,再轉(zhuǎn)動微調(diào)旋鈕H使測微螺桿F夾住小球,直到棘輪發(fā)出聲音為止,撥動旋鈕G使F固定后讀數(shù),讀數(shù)為6.5 mm+20.0×0.01 mm=6.700 mm. [答案] D H G 6.700 (1)螺旋測微器讀數(shù)時應(yīng)注意的問題 ①固定刻度上表示半毫米的刻度線是否已經(jīng)露出. ②可動刻度的旋鈕要估讀,估讀到0.001 mm. (2)游標卡尺讀數(shù)技巧 ①讀數(shù)時應(yīng)以毫米為單位,讀出后再進行單位換算. ②主尺上的讀數(shù),應(yīng)以游標尺零刻度左端主尺上的刻度為準. ③20分度的游標卡尺,其讀數(shù)要精確到0.05 mm,讀數(shù)的最后一位數(shù)字為“0”或“5”.50分

6、度的游標卡尺,其讀數(shù)要精確到0.02 mm,讀數(shù)的最后一位數(shù)字為“0”、“2”、“4”、“6”、“8”. 考向二 紙帶類實驗 [歸納提煉] 1.一套裝置涉及??嘉鍌€實驗: (1)研究勻變速直線運動;(2)驗證牛頓第二定律;(3)探究動能定理;(4)驗證機械能守恒;(5)測定動摩擦因數(shù). 2.紙帶的三大應(yīng)用 (1)由紙帶確定時間 要區(qū)別打點計時器(打點周期為0.02 s)打出的點與人為選取的計數(shù)點之間的區(qū)別與聯(lián)系,若每五個點取一個計數(shù)點,則計數(shù)點間的時間間隔Δt=0.1 s. (2)求解瞬時速度 利用做勻變速運動的物體在一段時間內(nèi)的平均速度等于這一段時間中間時刻的瞬時速度求打某

7、一點的瞬時速度.如圖甲所示,第n點時的速度vn=. (3)用“逐差法”求加速度 如圖乙所示,因為a1=,a2=,a3=,所以a==. [熟練強化] 角度一 研究勻變速直線運動 1.(2017·全國卷Ⅰ)某探究小組為了研究小車在桌面上的直線運動,用自制“滴水計時器”計量時間.實驗前,將該計時器固定在小車旁,如圖(a)所示.實驗時,保持桌面水平,用手輕推一下小車.在小車運動過程中,滴水計時器等時間間隔地滴下小水滴,圖(b)記錄了桌面上連續(xù)的6個水滴的位置.(已知滴水計時器每30 s內(nèi)共滴下46個小水滴) (1)由圖(b)可知,小車在桌面上是________(填“從右向左

8、”或“從左向右”)運動的. (2)該小組同學(xué)根據(jù)圖(b)的數(shù)據(jù)判斷出小車做勻變速運動.小車運動到圖(b)中A點位置時的速度大小為________m/s,加速度大小為________m/s2.(結(jié)果均保留2位有效數(shù)字) [解析] 本題考查研究勻變速直線運動.(1)由于小車獲得速度后在摩擦力作用下減速運動,故相鄰水滴間的距離逐漸減小,結(jié)合圖(b)可知小車向左運動.(2)由題意知,30 s內(nèi)滴下46滴水,共45個時間間隔,故相鄰兩滴水的時間間隔T= s= s.由勻變速直線運動中平均速度等于中間時刻的瞬時速度可得vA= mm/s=0.19 m/s.由逐差法得小車運動的加速度為a= mm/s2=0.

9、037 m/s2. [答案] (1)從右向左 (2)0.19 0.037 角度二 研究加速度與合外力的關(guān)系 2.利用力傳感器研究“加速度與合外力的關(guān)系”的實驗裝置如圖所示. (1)(多選)下列關(guān)于該實驗的說法,錯誤的是________. A.做實驗之前必須平衡摩擦力 B.小車的質(zhì)量必須比所掛鉤碼的質(zhì)量大得多 C.應(yīng)調(diào)節(jié)定滑輪的高度使細線與木板平行 D.為了實驗安全,打點計時器接直流電源 (2)從實驗中挑選一條點跡清晰的紙帶,每5個點取一個計數(shù)點,用刻度尺測量計數(shù)點間的距離如圖所示.已知打點計時器每間隔0.02 s打一個點. 由圖可知A、B兩點間的距離s1=_____

10、___cm;該小車的加速度a=________m/s2(計算結(jié)果保留2位有效數(shù)字),實驗中紙帶的________(選填“左”或“右”)端與小車相連接. [解析] (1)為確保小車所受拉力等于小車所受合外力,必須平衡摩擦力,且使拉力與木板方向平行,A、C項正確;因為小車拉力由力傳感器直接測量,故小車質(zhì)量與鉤碼質(zhì)量無關(guān),B項錯誤;打點計時器正常工作時必須使用交流電源,D項錯誤.(2)由刻度尺讀數(shù)規(guī)則可知,A、B兩點間距離為7.0 mm=0.70 cm;由逐差公式可知,小車的加速度a=,計數(shù)點間隔0.1 s,所以小車的加速度為0.20 m/s2;小車做加速運動,所以點跡較密集的一端為與小車相連的一

11、端. [答案] (1)BD (2)0.70 0.20 左 角度三 驗證機械能守恒 3.(2017·天津卷)如圖所示,打點計時器固定在鐵架臺上,使重物帶動紙帶從靜止開始自由下落,利用此裝置驗證機械能守恒定律. (1)(多選)對于該實驗,下列操作中對減小實驗誤差有利的是________. A.重物選用質(zhì)量和密度較大的金屬錘 B.兩限位孔在同一豎直面內(nèi)上下對正 C.精確測量出重物的質(zhì)量 D.用手托穩(wěn)重物,接通電源后,撤手釋放重物 (2)(多選)某實驗小組利用上述裝置將打點計時器接到50 Hz的交流電源上,按正確操作得到了一條完整的紙帶,由于紙帶較長,圖中有部分未畫出,如圖所示.

12、紙帶上各點是打點計時器打出的計時點,其中O點為紙帶上打出的第一個點.重物下落高度應(yīng)從紙帶上計時點間的距離直接測出,利用下列測量值能完成驗證機械能守恒定律的選項有________. A.OA、AD和EG的長度 B.OC、BC和CD的長度 C.BD、CF和EG的長度 D.AC、BD和EG的長度 [解析] 本題考查“驗證機械能守恒定律”實驗.(1)選用質(zhì)量大的金屬錘,可保證下落過程中紙帶豎直不松弛;金屬錘密度大,體積就小,下落過程中所受阻力?。簧舷孪尬豢讓φ?,可減小摩擦;本實驗中要驗證mv2=mgh,即驗證v2=2gh,不用測量重物的質(zhì)量;實驗時用手抓緊紙帶上端,接通電源,打點計時器工

13、作穩(wěn)定后,再松手釋放紙帶,不用用手托住重物.(2)本實驗中,需要測某點的瞬時速度和從起始點到該點的距離,或者兩點的速度及其間距,符合要求的選項有B、C. [答案] (1)AB (2)BC 紙帶類問題是力學(xué)實驗中出現(xiàn)率最高的內(nèi)容,多以課本實驗為藍本進行升級變形,從整體角度看,力學(xué)中的四個打點描跡類實驗都存在共性,因此在某種程度上可以做到“一個裝置多種用途”的效果. 考向三 “橡皮條、彈簧”類實驗 [考點歸納] 1.探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系 (1)實驗原理 要測出每次懸掛重物的重力大小F和彈簧伸長的長度x,建立F-x坐標,描點作圖探究. (2)操作關(guān)鍵 ①實驗中不能掛過

14、多的鉤碼,使彈簧超過彈性限度. ②作圖象時,不要連成“折線”,而應(yīng)盡量讓坐標點落在直線上或均勻分布在兩側(cè). 2.驗證力的平行四邊形定則 (1)實驗原理 使一個力作用效果跟兩個力共同作用效果相同. (2)操作關(guān)鍵 ①每次拉伸結(jié)點位置O必須保持不變; ②記下每次各力的大小和方向; ③畫力的圖示時應(yīng)選擇適當?shù)臉硕龋? [熟練強化] 角度一 驗證力的平行四邊形定則 1.(2017·全國卷Ⅲ)某探究小組做“驗證力的平行四邊形定則”實驗,將畫有坐標軸(橫軸為x軸,縱軸為y軸,最小刻度表示1 mm)的紙貼在水平桌面上,如圖(a)所示.將橡皮筋的一端Q固定在y軸上的B點(位于圖示部分之外)

15、,另一端P位于y軸上的A點時,橡皮筋處于原長. (1)用一只測力計將橡皮筋的P端沿y軸從A點拉至坐標原點O,此時拉力F的大小可由測力計讀出.測力計的示數(shù)如圖(b)所示,F(xiàn)的大小為________N. (2)撤去(1)中的拉力,橡皮筋P端回到A點;現(xiàn)使用兩個測力計同時拉橡皮筋,再次將P端拉至O點.此時觀察到兩個拉力分別沿圖(a)中兩條虛線所示的方向,由測力計的示數(shù)讀出兩個拉力的大小分別為F1=4.2 N和F2=5.6 N. ①用5 mm長度的線段表示1 N的力,以O(shè)為作用點,在圖(a)中畫出力F1、F2的圖示,然后按平行四邊形定則畫出它們的合力F合; ②F合的大小為________N

16、,F(xiàn)合與拉力F的夾角的正切值為________. 若F合與拉力F的大小及方向的偏差均在實驗所允許的誤差范圍之內(nèi),則該實驗驗證了力的平行四邊形定則. [解析] (1)由測力計的讀數(shù)規(guī)則可知,讀數(shù)為4.0 N.(2)①利用平行四邊形定則作圖;②由圖可知F合=4.0 N,從F合的頂點向x軸和y軸分別作垂線,頂點的橫坐標對應(yīng)長度為1 mm,頂點的縱坐標長度為20 mm,則可得出F合與拉力F的夾角的正切值為0.05. [答案] (1)4.0 (2)①F1、F2和F合如圖所示 ②4.0 0.05 角度二 探究彈簧彈力與伸長量的關(guān)系 2.某同學(xué)利用如圖甲所示的裝置探究彈簧的彈力與其伸長量的

17、關(guān)系,在鐵架臺的頂端固定一刻度尺,另將一下端固定有指針的彈簧也固定在鐵架臺上.然后該同學(xué)進行了如下的操作:首先在彈簧的下端不掛任何重物,記錄指針在刻度尺上所指位置的刻度值,然后在彈簧的下端掛上鉤碼,并將彈簧下端所掛鉤碼的個數(shù)逐個增加,依次記錄指針在刻度尺上所指位置的刻度值,將所得的數(shù)據(jù)記錄在下表中.已知每個鉤碼的質(zhì)量均為m=100 g,重力加速度取g=9.8 m/s2. 鉤碼個數(shù) 0 1 2 3 4 5 6 7 刻度值x/cm 15.00 18.94 22.82 26.78 30.66 34.60 42.00 54.50 (1)由表中記錄的數(shù)據(jù),在圖乙

18、的坐標系中作出刻度值與彈簧下端所掛鉤碼的質(zhì)量的變化規(guī)律圖線. (2)已知胡克定律ΔF=kΔx,則由作出的圖線可確定在0到________N的范圍內(nèi)彈簧的彈力與伸長量成正比,此彈簧的勁度系數(shù)k=________N/m.而圖線末端發(fā)生彎曲的原因為_____________. [解析] (1)根據(jù)題目中所測量的數(shù)據(jù)進行描點,然后用平滑的曲線(或直線)連接各點,在連接時應(yīng)讓盡量多的點落在線上(偏差比較大的點舍去),不在線上的點盡量平均分配在線的兩側(cè).(2)根據(jù)所作出的圖象可以看出,當m≤5×102 g=0.5 kg時,標尺刻度x與鉤碼質(zhì)量m成一次函數(shù)關(guān)系,所以在F≤4.9 N范圍內(nèi)彈力大小與彈簧伸

19、長量滿足胡克定律.由胡克定律ΔF=kΔx可知,k==25 N/m,根據(jù)圖象可知,當彈簧的彈力大于4.9 N時圖線末端發(fā)生彎曲,其原因是彈簧超出了彈性限度. [答案] (1)如圖所示 (2)4.9 25 彈簧超出了彈性限度 角度三 探究彈簧的彈性勢能 3.某同學(xué)利用下述裝置對輕質(zhì)彈簧的彈性勢能進行探究:一輕質(zhì)彈簧放置在光滑水平桌面上,彈簧左端固定,右端與一小球接觸而不固連;彈簧處于原長時,小球恰好在桌面邊緣,如圖(a)所示.向左推小球,使彈簧壓縮一段距離后由靜止釋放;小球離開桌面后落到水平地面.通過測量和計算,可求得彈簧被壓縮后的彈性勢能. 回答下列問題: (1)(多選)本實

20、驗中可認為,彈簧被壓縮后的彈性勢能Ep與小球拋出時的動能Ek相等.已知重力加速度大小為g.為求得Ek,至少需要測量下列物理量中的________(填正確答案標號). A.小球的質(zhì)量m B.小球拋出點到落地點的水平距離s C.桌面到地面的高度h D.彈簧的壓縮量Δx E.彈簧原長l0 (2)用所選取的測量量和已知量表示Ek,得Ek=________. (3)圖(b)中的直線是實驗測量得到的s-Δx圖線.從理論上可推出,如果h不變,m增加,s-Δx圖線的斜率會________(選填“增大”“減小”或“不變”);如果m不變,h增加,s-Δx圖線的斜率會________(選填“增大”

21、“減小”或“不變”).由 圖(b)中給出的直線關(guān)系和Ek的表達式可知,Ep與Δx的________次方成正比. [解析] (1)(2)如圖所示,小球拋出時動能Ek=mv. 平拋運動有s=v0t,h=gt2. 解三式得Ek=,則需測量小球質(zhì)量m、桌面高度h及落地水平距離s. (3)由能量守恒定律得,彈簧的彈性勢能Ep=Ek=.① 由①式知Ep∝s2,由題給直線關(guān)系知s∝Δx,則Ep∝(Δx)2. 由①式知s∝,則s∝2 Δx.s-Δx圖線的斜率正比于,如果h不變,m增加,s-Δx圖線的斜率將會 減?。绻鹠不變,h增加,則s-Δx圖線的斜率會增大. [答案] (1)ABC 

22、(2) (3)減小 增大 2 彈簧類問題數(shù)據(jù)處理方法 (1)列表法:直接從表格數(shù)據(jù)中得到彈力F與伸長量x的比值是一個常數(shù). (2)圖象法:以彈力F為縱坐標,彈簧的伸長量x為橫坐標,根據(jù)所測數(shù)據(jù),在坐標系中描點連線,可得到一條過原點的直線.作圖象時要使盡可能多的點在一條直線上,不在直線上的點也要盡可能對稱分布在直線兩側(cè),如果遇到個別偏差較大的點屬誤差較大或錯誤的,應(yīng)舍去.如果橫坐標是彈簧的總長度,則畫出的F-x關(guān)系圖象不過原點,但是F-x圖象中傾斜直線的斜率都等于彈簧的勁度系數(shù). (3)函數(shù)法:在誤差允許范圍內(nèi),可寫出彈力與彈簧伸長量的函數(shù)關(guān)系式F=kx.實際解題中常與圖象法配合使用

23、,以得到函數(shù)式或?qū)Ρ葘嶋H關(guān)系式以計算物理量等. 高考題型預(yù)測——力學(xué)創(chuàng)新實驗 [考點歸納] 創(chuàng)新設(shè)計實驗通??煞譃閮深悾? 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(shè)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(guān)系,得出實驗規(guī)律;第二類必須從已知規(guī)律入手,正確選擇測量的物理量,根據(jù)問題聯(lián)想相關(guān)的實驗?zāi)P停_定實驗原理,選擇儀器設(shè)計實驗步驟、記錄實驗數(shù)據(jù)并進行數(shù)據(jù)處理. [典題示例]  (2017·河北名校聯(lián)盟)某實驗小組利用彈簧秤和刻度尺,測量滑塊在木板上運動的最大速度. 實驗步驟:

24、 ①用彈簧秤測量橡皮泥和滑塊的總重力,記作G; ②將裝有橡皮泥的滑塊放在水平木板上,通過水平細繩和固定彈簧秤相連,如圖甲所示.在A端向右拉動木板,待彈簧秤示數(shù)穩(wěn)定后,將讀數(shù)記作F; ③改變滑塊上橡皮泥的質(zhì)量,重復(fù)步驟①②; 實驗數(shù)據(jù)如下表所示: G/N 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 F/N 0.59 0.83 0.99 1.22 1.37 1.61 ④如圖乙所示,將木板固定在水平桌面上,滑塊置于木板上左端C處,細繩跨過定滑輪分別與滑塊和重物P連接,保持滑塊靜止,測量重物P離地面的高度h; ⑤滑塊由靜止釋放后開始運動并最

25、終停在木板上的D點(未與滑輪碰撞),測量C、D間的距離s. 完成下列作圖和填空: (1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)在給定坐標紙上作出F—G圖線. (2)由圖線求得滑塊和木板間的動摩擦因數(shù)μ=________(保留2位有效數(shù)字). (3)滑塊最大速度的大小v=________(用h、s、μ和重力加速度g表示). [審題指導(dǎo)] 第一步 讀題干—提信息 題干 信息 1)向右拉動木板 說明滑塊與板之間是滑動摩擦力 2)彈簧秤示數(shù)穩(wěn)定后 說明滑塊靜止,處于平衡狀態(tài) 3)最終停在木板上的D點 說明滑塊末速度為0 第二步 審程序—順思路 [解析] (1)如圖所示 (2)因彈簧

26、秤示數(shù)穩(wěn)定后滑塊靜止,由題意知此時滑動摩擦力f=F,又因滑塊與板間壓力N=G,故由f=μN得F=μG,即F-G圖線的斜率即為μ,由圖線可得μ=k=0.40. (3)設(shè)最大速度為v,從P下降h高度到滑塊運動到D點的過程中由動能定理得0-mv2=-μmg·(s-h(huán)),故有v=. [答案] (1)見解析 (2)0.40(0.38、0.39、0.41、0.42均正確) (3) 靈活選取研究對象及解題過程是解題關(guān)鍵.本題P重力未知,但著地后可單獨研究滑塊,除動能定理外也可用運動學(xué)公式解題. [預(yù)測題組] (2017·懷化市一模)某研究小組設(shè)計了一種“用一把尺子測定動摩擦因數(shù)”的實驗方

27、案.如下圖所示,A是可固定于水平桌面上任意位置的滑槽(滑槽末端與桌面相切),B是質(zhì)量為m的滑塊(可視為質(zhì)點). 第一次實驗,如圖(a)所示,將滑槽末端與桌面右端M對齊并固定,讓滑塊從滑槽最高點由靜止滑下,最終落在水平地面上的P點,測出滑槽最高點距離桌面的高度h、M距離地面的高度H、M與P間的水平距離x1; 第二次實驗,如圖(b)所示,將滑槽沿桌面向左移動一段距離并固定,讓滑塊B再次從滑槽最高點由靜止滑下,最終落在水平地面上的P′點,測出滑槽末端與桌面右端M的距離L、M與P′間的水平距離x2. (1)在第二次實驗中,滑塊到M點的速度大小為________.(用實驗中所測物理量的符號表示

28、,已知重力加速度為g). (2)(多選)通過上述測量和進一步的計算,可求出滑塊與桌面間的動摩擦因數(shù)μ,下列能引起實驗誤差的是________.(選填序號) A.h的測量 B.H的測量 C.L的測量 D.x2的測量 (3)若實驗中測得h=15 cm、H=25 cm、x1=30 cm、L=10 cm、x2=20 cm,則滑塊與桌面間的動摩擦因數(shù)μ=________.(結(jié)果保留1位有效數(shù)字) [解析] (1)滑塊在桌面右端M點的速度大小為:v1=,v2=① 由豎直方向有:H=gt2② 由①②式求得:v2=x2 ③ (2)第一次測的速度為:v1=x1 ④ 滑塊在水平桌面上運動,由動能定理: -μmgL=mv-mv⑤ 由③④⑤式可得:μ= 由表達式可知能引起實驗誤差的是B、C、D. (3)μ===0.5 [答案] (1)x2  (2)BCD (3)0.5 18

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