2019屆高考物理二輪專題復習 專題八 物理實驗 第1講 力學實驗與創(chuàng)新課件.ppt

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專題八物理實驗 真題剖析析真題得技法 第1講力學實驗與創(chuàng)新 考向一紙帶類問題 典例1 2018 河北邯鄲一模 用如圖 甲 所示的實驗裝置驗證質(zhì)量分別為m1 m2的兩物塊組成的系統(tǒng)機械能守恒 質(zhì)量為m2的物塊在高處由靜止開始下落 打點計時器在質(zhì)量為m1的物塊拖著的紙帶上打出一系列的點 對紙帶上的點跡進行測量 即可驗證機械能守恒定律 圖 乙 所示是實驗中獲取的一條紙帶 0是打下的第一個點 每相鄰兩計數(shù)點間還有4個點 圖中未標出 所用電源的頻率為50Hz 計數(shù)點間的距離如圖 乙 所示 已知m1 100g m2 200g 取當?shù)刂亓铀俣葹? 8m s2 結(jié)果均保留三位有效數(shù)字 1 打計數(shù)點5時物塊的速度大小為m s 答案 1 1 64 2 在打計數(shù)點0到5的過程中 系統(tǒng)動能的增量 Ek J 系統(tǒng)重力勢能的減少量是 Ep J 答案 2 0 4030 404 規(guī)律總結(jié) 1 打點計時器系列五個實驗力學實驗中用到打點計時器的實驗有5個 分別是用打點計時器測速度 探究小車速度隨時間變化的規(guī)律 探究加速度與力 質(zhì)量的關(guān)系 探究做功與速度變化的關(guān)系及驗證機械能守恒定律 2 紙帶數(shù)據(jù)的處理方法 3 平衡摩擦力的兩個實驗及方法探究加速度與力 質(zhì)量的關(guān)系及探究做功與速度變化的關(guān)系兩個實驗均需平衡摩擦力 平衡摩擦力的方法是墊高有打點計時器的一端 給小車一個初速度 小車能勻速下滑 4 三個關(guān)鍵點 1 區(qū)分計時點和計數(shù)點 計時點是指打點計時器在紙帶上打下的點 計數(shù)點是指測量和計算時在紙帶上所選取的點 要注意 每五個點取一個計數(shù)點 與 每隔四個點取一個計數(shù)點 的取點方法是一樣的 2 涉及打點計時器的實驗均是先接通電源 打點穩(wěn)定后 再釋放紙帶 3 實驗數(shù)據(jù)處理可借助圖像 充分利用圖像斜率 截距等的物理意義 預測練1 某同學在做研究勻變速直線運動實驗時 獲取了一條紙帶的一部分 0 1 2 3 4 5 6 7是計數(shù)點 每相鄰兩計數(shù)點間還有4個點 圖中未標出 計數(shù)點間的距離如圖所示 由于粗心 該同學忘了測量3 4兩個計數(shù)點之間的距離 求 1 其中6號計數(shù)點的瞬時速度的大小v6 m s 保留三位有效數(shù)字 2 利用逐差法處理數(shù)據(jù) 計算出滑塊的加速度a m s2 保留三位有效數(shù)字 3 計數(shù)點3 4之間的距離是x4 m 保留三位有效數(shù)字 答案 1 0 413 2 0 496 3 2 88 2 87 2 89 10 2 預測練2 2018 廣東汕頭一模 某同學用如圖1所示的實驗裝置研究小車在斜面上的運動 1 用細繩將沙和沙桶通過滑輪與小車連接 調(diào)節(jié)斜面的傾角 使小車沿斜面向下做勻速直線運動 用天平測出沙和沙桶的總質(zhì)量m 2 保持斜面傾角 不變 取下沙和沙桶 接通電源 在靠近打點計時器處重新釋放小車 3 圖2是該同學實驗中打出的一條紙帶的一部分 打點計時器電源的頻率為50Hz 相鄰兩計數(shù)點間還有4個點未畫出 設(shè)圖2中自左到右的六組數(shù)據(jù)依次表示為x1 x2 x3 由于這些數(shù)據(jù)滿足關(guān)系式 可以判斷小車沿斜面向下做運動 若測得沙和沙桶的總質(zhì)量為310g 則小車的質(zhì)量為kg 結(jié)果保留三位有效數(shù)字 重力加速度取9 8m s2 答案 3 x2 x1 x3 x2 x4 x3 x5 x4 x6 x5勻加速直線1 53 4 在上述實驗中 以下說法正確的是 填正確答案標號 A 小車的質(zhì)量應遠大于沙和沙桶的質(zhì)量B 連接小車 沙和沙桶的細繩與斜面應保持平行C 打點計時器的電源應選取220V交流電D 實驗過程需用秒表計時 解析 4 依據(jù)實驗原理 本實驗不需要小車的質(zhì)量應遠大于沙和沙桶的質(zhì)量 故A錯誤 實驗時連接小車 沙和沙桶的細繩與斜面應保持平行 故B正確 電火花打點計時器的電源應選取220V交流電 故C正確 實驗過程中打點計時器能算出時間 不需用秒表計時 故D錯誤 答案 4 BC 考向二彈簧類問題 典例2 2018 廣東揭陽一模 用如圖所示的裝置測量彈簧的彈性勢能 將彈簧放置在水平氣墊導軌上 左端固定 右端在O點 在O點右側(cè)的B C位置各安裝一個光電門 計時器 圖中未畫出 與兩個光電門相連 先用米尺測得B C兩點間距離s 再用帶有遮光片的滑塊壓縮彈簧到某位置A 靜止釋放 計時器顯示遮光片從B到C所用的時間t 用米尺測量A O之間的距離x 1 計算滑塊離開彈簧時速度大小的表達式是v 2 為求出彈簧的彈性勢能 還需要測量 填字母序號 A 彈簧原長B 當?shù)刂亓铀俣菴 滑塊 含遮光片 的質(zhì)量 3 若氣墊導軌左端比右端略高 彈性勢能的測量值與真實值比較將 填字母序號 A 偏大B 偏小C 相等 審題突破 2 彈簧的彈性勢能等于物體增加的動能 故應求解物體的動能 根據(jù)動能表達式可知 應測量滑塊的質(zhì)量 故選C 3 若氣墊導軌左端比右端略高 導致通過兩光電門的時間將減小 那么測得速度偏大 因此彈性勢能的測量值也偏大 故選A 答案 1 2 C 3 A 規(guī)律總結(jié) 與彈簧 橡皮條有關(guān)實驗的基本思路在力學實驗中用到彈簧或橡皮條的實驗有探究彈力與彈簧伸長量的關(guān)系 驗證力的平行四邊形定則 探究動能定理 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G和彈簧伸長的長度x 建立G x坐標系 描點作圖探究 2 操作關(guān)鍵 實驗中不能掛過多的鉤碼 使彈簧不超過彈性限度 作圖像時 不要連成 折線 而應盡量讓坐標點落在直線上或均勻分布在直線的兩側(cè) 2 驗證力的平行四邊形定則 1 實驗原理使一個力的作用效果跟兩個力的共同作用效果相同 2 操作關(guān)鍵 每次拉伸結(jié)點位置O必須保持不變 記下每次各力的大小和方向 畫力的圖示時應選擇適當?shù)臉硕?3 有關(guān)數(shù)據(jù)處理的三點提醒 1 刻度尺及彈簧測力計的讀數(shù) 以1mm為分度值的刻度尺 要估讀到1mm的十分位 彈簧測力計讀數(shù)時要先看量程和分度值 再根據(jù)指針所指的位置讀出所測力的大小 如分度值為0 1N 則要估讀 即有兩位小數(shù) 如分度值為0 2N 則小數(shù)點后只能有一位小數(shù) 2 F x和F l圖像的特點 F x為一條過原點的直線 而F l為一條不過原點的傾斜直線 F x圖線和F l圖線的斜率均表示彈簧 或橡皮筋 的勁度系數(shù) F l圖線在l軸的截距表示彈簧 或橡皮筋 的原長 F x和F l圖線發(fā)生彎曲的原因是彈簧 或橡皮筋 超出了彈性限度 3 在驗證力的平行四邊形定則的實驗中 利用平行四邊形定則求得的合力與測得的合力一般不完全重合 預測練3 小魯為研究物體所受空氣阻力與物體運動速度的關(guān)系 小魯約爸爸在一個無風的周末開汽車來到郊外一段人車稀少的平直公路上 小魯打開汽車天窗 將如圖 甲 所示裝置固定在汽車車頂 爸爸依次以5m s 10m s 15m s 20m s的不同速度在平直公路上各勻速行駛一段距離 小魯依次將汽車不同行駛速度時的彈簧測力計的示數(shù)記錄在下表中 1 如圖 乙 所示 為小魯同學在車速穩(wěn)定在15m s時用手機拍下的測力計照片 此時測力計示數(shù)為N 2 實驗裝置中用小車而不是木塊 并將其放在表面平滑的木板上 目的是為了減小對實驗結(jié)果的影響 解析 1 根據(jù)圖 乙 可知 此時測力計的示數(shù)為1 80N 2 由實驗原理可知 研究風速大小與彈簧測力計示數(shù)大小關(guān)系 因此要減小其他阻力的影響 比如 木板對其的摩擦力 答案 1 1 80 2 摩擦力 3 分析上表中的實驗數(shù)據(jù) 則當彈簧測力計的讀數(shù)穩(wěn)定在2 40N時 車速為m s 計算結(jié)果保留2位有效數(shù)字 答案 3 17 預測練4 2018 湖南衡陽二模 現(xiàn)提供了如圖 甲 所示的實驗器材 來探究 合外力做的功與物體速度變化的關(guān)系 的實驗 由圖可知 1 平衡摩擦力時 小車是否掛紙帶 填 是 或 否 2 在某次實驗中 得到如圖 乙 所示的一條紙帶 在A B C三個計數(shù)點中應該選用 選填 A B 或 C 點的速度才符合實驗要求 3 某同學采用如圖 甲 所示的裝置來做實驗 先使小車不連接橡皮筋 發(fā)現(xiàn)小車在木板上加速下滑 那么 在橡皮筋彈力的作用下 合外力對小車所做的功 選填 大于 小于 或 等于 橡皮筋彈力所做的功 解析 1 小車運動時 受到木板的阻力以及紙帶與打點計時器間的摩擦阻力 所以平衡摩擦力時 小車需要掛紙帶 2 橡皮筋恢復原長后 小車做勻速直線運動 所以選用C點的速度才符合實驗要求 3 小車不連接橡皮筋 發(fā)現(xiàn)小車在木板上加速下滑 可知木板傾斜 平衡摩擦力過了 重力沿斜面向下的分力大于摩擦力 在橡皮筋彈力的作用下 合外力對小車所做的功大于橡皮筋彈力做功 答案 1 是 2 C 3 大于 考向三力學創(chuàng)新實驗 典例3 2018 全國 卷 23 某同學用圖 a 所示的裝置測量木塊與木板之間的動摩擦因數(shù) 跨過光滑定滑輪的細線兩端分別與木塊和彈簧秤相連 滑輪和木塊間的細線保持水平 在木塊上方放置砝碼 緩慢向左拉動水平放置的木板 當木塊和砝碼相對桌面靜止且木板仍在繼續(xù)滑動時 彈簧秤的示數(shù)即為木塊受到的滑動摩擦力的大小 某次實驗所得數(shù)據(jù)在下表中給出 其中f4的值可從圖 b 中彈簧秤的示數(shù)讀出 回答下列問題 1 f4 N 2 在圖 c 的坐標紙上補齊未畫出的數(shù)據(jù)點并繪出f m圖線 解析 1 由圖 b 可讀出彈簧秤的示數(shù)f4 2 75N 2 根據(jù)表中數(shù)據(jù)描點 擬合一條直線 使盡可能多的點落在直線上 不在直線上的點大致均勻分布在直線兩側(cè) 答案 1 2 75 2 如圖所示 3 f與m 木塊質(zhì)量M 木板與木塊之間的動摩擦因數(shù) 及重力加速度大小g之間的關(guān)系式f f m圖線 直線 的斜率的表達式為k 4 取g 9 80m s2 由繪出的f m圖線求得 保留2位有效數(shù)字 解析 3 摩擦力表達式f M m g g m Mg 其斜率k g 答案 3 M m g g 4 0 40 規(guī)律總結(jié) 1 創(chuàng)新性實驗儀器 1 光電計時器 比較精確的測量物體運動的瞬時速度 取代傳統(tǒng)實驗中的紙帶法 2 氣墊導軌 可以減少接觸面的摩擦阻力 取代傳統(tǒng)實驗中利用傾斜長木板平衡摩擦力的方法 不需要再平衡摩擦力 3 力傳感器 精確的測力工具 取代彈簧測力計的使用 可以詳細的描述力的變化情況 消除誤差 2 實驗器材的改進 1 研究加速度和力 質(zhì)量的關(guān)系 的實驗中 可以用氣墊導軌來代替長木板 這樣不用再平衡摩擦力了 小車的合外力可以通過力的傳感器來得到 2 探究功與速度變化的關(guān)系 的實驗中 可以利用光電門來進行速度的測量 為了克服摩擦力的影響 可以使用氣墊導軌取代長木板 3 驗證機械能守恒定律 的實驗中 可以利用光電計時器比較精確的測量物體運動的瞬時速度 取代傳統(tǒng)實驗中的紙帶法 3 實驗情景的創(chuàng)新 1 分析實驗情景 挖掘?qū)牧W模型 提取對應的物理規(guī)律 明確實驗理論和實驗目的 2 理清實驗步驟 尤其是影響到實驗結(jié)論的關(guān)鍵環(huán)節(jié) 記錄數(shù)據(jù) 建立圖像 注意橫縱坐標的選取 3 根據(jù)得到的圖像 分析圖像的截距和斜率的物理含義 結(jié)合物體的運動情況和受力情況進行數(shù)據(jù)處理 得出結(jié)論 預測練5 某同學設(shè)計了如圖所示的裝置去驗證小球擺動過程中的機械能守恒 實驗中小球到達B點時恰好與桌面接觸但沒有彈力 D處的箭頭處放一鋒利的刀片 細線到達豎直位置時被割斷 小球做平拋運動落到地面 P是一刻度尺 該同學方案的優(yōu)點是只需利用刻度尺測量A位置到桌面的高度h 桌面到地面的高度H及平拋運動的水平位移L即可 解析 1 球做平拋運動 根據(jù)水平方向勻速直線與豎直方向自由落體 對于豎直方向的高度是球下邊沿離開桌面 到下落到地面 因此測量A位置到桌面的高度h應從球下邊沿開始測量 答案 1 球的下邊沿 1 測量A位置到桌面的高度h應從開始測量 填 球的下邊沿 或 球心 2 實驗中改變h多測幾次h和L的數(shù)值利用作圖像的方法去驗證 該同學取縱軸表示L 則橫軸應表示 3 若所作圖像的斜率為k 則滿足關(guān)系即可證明小球下擺過程中機械能守恒 解析 3 若所作圖像的斜率為k 根據(jù)第 2 問 則滿足k 2 即可證明下擺過程中機械能守恒 答案 3 k 2 預測練6 2018 湖南六校聯(lián)考 某實驗小組利用如圖所示的裝置進行實驗 鉤碼A和B 均可視為質(zhì)點 分別系在一條跨過輕質(zhì)定滑輪的軟繩兩端 在A的上面套一個比它大一點的環(huán)形金屬塊C 也可視為質(zhì)點 在距地面為h處有一寬度略大于B的狹縫 鉤碼B能通過狹縫 在狹縫上放有一個外徑略大于縫寬的環(huán)形金屬塊D 也可視為質(zhì)點 B與D碰撞后粘在一起 摩擦忽略不計 開始時B距離狹縫的高度為h1 放手后 A B C從靜止開始運動 A B C D的質(zhì)量相等 B D碰撞過程時間很短 忽略不計 1 利用計時儀器測得鉤碼B通過狹縫后上升h2用時t1 則鉤碼B碰撞后瞬間的速度為 用題中字母表示 2 若通過此裝置驗證機械能守恒定律 當?shù)刂亓铀俣葹間 若碰前系統(tǒng)的機械能守恒 則需滿足的等式為 用題中字母表示