高考物理二轮复习 专题六 物理实验 第1讲 力学实验课件

第1讲讲 力学实验实验 1.误误差和有效数字 (1)有效数字 有效数字的位数：从左侧侧第一个不为为零的数字起到最末一位 数字止，共有几个数字，就是几位有效数字。 科学记记数法：大的数字，如36 500，如果第3位数5已不可 靠时时，应记应记 作3.65104；如果是在第4位数不可靠时时，应记应记 作3.650104。 (2)误误差 误误差是测测量值值与真实值实值 之间间的差异，不是错误错误 ，且不可避 免。 由于仪仪器不精确、方法粗略、原理不完善等产产生的是系统误统误 差，特点是测测量值总值总 偏大或偏小。 由于各偶然因素对实验对实验 者、测测量仪仪器、被测测量物的影响而 产产生的误误差是偶然误误差，特点是有时时偏大有时时偏小，可用多 次测测量求平均值值减小偶然误误差。 2.基本仪仪器的使用 (1)长长度测测量类仪类仪 器： 毫米刻度尺的读读数：精确到毫米，估读读一位。 游标标卡尺的读读数： 游标尺/mm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 线正对时)/mm 刻 度 格 数 刻度 总长 度 每小格 与1毫 米差 1090.10.1主尺上读的毫米数0.1n 20190.050.05主尺上读的毫米数 0.05n 50490.020.02主尺上读的毫米数 0.02n 螺旋测测微器的读读数：测测量值值固定刻度整毫米数半毫米数 可动动刻度读读数(含估读读)0.01 mm。 (2)时间测时间测 量类仪类仪 器： 打点计时计时 器：每打两个点的时间间时间间 隔为为0.02 s，一般每五个 点取一个计计数点，则时间间则时间间 隔为为t0.025 s0.1 s。 频闪频闪 照相机：用相等时间间时间间 隔获获取图图象信息的方法将物体在 不同时时刻的位置记录记录 下来。 光电计时电计时 器：记录记录 遮光时间时间 。 3.力学实验实验 (1)验证验证 性实验实验 ：验证验证 力的平行四边边形定则则，验证验证 牛顿顿运动动 定律，验证验证 机械能守恒定律，验证动验证动 量守恒定律。 (2)探究性实验实验 ：探究弹弹力与弹弹簧伸长长的关系，探究动动能定理 。 4.实验实验 数据的处处理方法 (1)列表法：在记录记录 和处处理数据时时，为为了简单简单 而明显显地表示出 有关物理量之间间的关系，可将数据填写在适当的表格中，即为为 列表法。 (2)平均值值法：把在同一状态态下测测定的同一个物理量的若干组组 数据相加求和，然后除以测测量次数。 (3)作图图法：用作图图法处处理数据的优优点是直观观、简简便，有取平 均值值的效果。由图线图线 的斜率、截距、包围围的面积积等可以研究 物理量之间间的关系。 1.(2017全国卷，22)某探究小组为组为 了研究小车车在桌面上的直 线线运动动，用自制“滴水计时计时 器”计计量时间时间 。实验实验 前，将该计该计 时时器固定在小车车旁，如图图1(a)所示。实验时实验时 ，保持桌面水平， 用手轻轻推一下小车车。在小车车运动过动过 程中，滴水计时计时 器等时间时间 间间隔地滴下小水滴，图图(b)记录记录 了桌面上连续连续 6个水滴的位置。 (已知滴水计时计时 器每30 s内共滴下46个小水滴) 图图1 (1)由图图(b)可知，小车车在桌面上是_(填“从右向左”或 “从左向右”)运动动的。 (2)该该小组组同学根据图图(b)的数据判断出小车车做匀变变速运动动。小 车车运动动到图图(b)中A点位置时时的速度大小为为_ m/s，加 速度大小为为_ m/s2。(结结果均保留2位有效数字) 解析 (1)小车在阻力的作用下，做减速运动，由图(b)知，从右 向左相邻水滴间的距离逐渐减小，所以小车在桌面上是从右向 左运动。 答案 (1)从右向左 (2)0.19 0.038 2.(2017全国卷，22) 某探究小组组做“验证验证 力的平行四边边形定 则则”实验实验 ，将画有坐标轴标轴 (横轴为轴为 x轴轴，纵轴为纵轴为 y轴轴，最小刻 度表示1 mm)的纸贴纸贴 在水平桌面上，如图图2(a)所示。将橡皮筋 的一端Q固定在y轴轴上的B点(位于图图示部分之外)，另一端P位 于y轴轴上的A点时时，橡皮筋处处于原长长。 (1)用一只测测力计计将橡皮筋的P端沿y轴轴从A点拉至坐标标原点O ，此时时拉力F的大小可由测测力计读计读 出。测测力计计的示数如图图(b) 所示，F的大小为为_N。 (2)撤去(1)中的拉力，橡皮筋P端回到A点；现现使用两个测测力计计 同时时拉橡皮筋，再次将P端拉至O点。此时观时观 察到两个拉力分 别别沿图图(a)中两条虚线线所示的方向，由测测力计计的示数读读出两个 拉力的大小分别为别为 F14.2 N和F25.6 N。 ()用5 mm长长度的线线段表示1 N的力，以O为为作用点，在图图 2(a)中画出力F1、F2的图图示，然后按平行四边边形定则则画出它们们 的合力F合； ()F合的大小为为_N，F合与拉力F的夹夹角的正切值为值为 _。 若F合与拉力F的大小及方向的偏差均在实验实验 所允许许的误误差范 围围之内，则该实验验证则该实验验证 了力的平行四边边形定则则。 图图2 解析 (1)由图(b)可知，F的大小为4.0 N (2)()画出力F1、F2的图示，如图所示 ()用刻度尺量出F合的线段长为20 mm，所以F合大小为4.0 N ，F合与拉力F的夹角的正切值为tan 0.05。 答案 (1)4.0 N (2)()见见解析 ()4.0 0.05 3.(2017全国卷，22)某同学研究在固定斜面上运动动物体的平均 速度、瞬时时速度和加速度之间间的关系。使用的器材有：斜面、 滑块块、长长度不同的矩形挡挡光片、光电计时电计时 器。 图图3 实验实验 步骤骤如下： 如图图3(a)，将光电门电门 固定在斜面下端附近，将一挡挡光片安装 在滑块块上，记记下挡挡光片前端相对对于斜面的位置，令滑块块从斜 面上方由静止开始下滑； 当滑块块上的挡挡光片经过经过 光电门时电门时 ，用光电计时电计时 器测测得光线线 被挡挡光片遮住的时间时间 t； 用s表示挡挡光片沿运动动方向的长长度(如图图(b)所示)，v表示滑 块块在挡挡光片遮住光线线的t时间时间 内的平均速度大小，求出v； 将另一挡挡光片换换到滑块块上，使滑块块上的挡挡光片前端与中的 位置相同，令滑块块由静止开始下滑，重复步骤骤、； 多次重复步骤骤； 利用实验实验 中得到的数据作出vt图图，如图图4所示。 完成下列填空： (1)用a表示滑块块下滑的加速度大小，用vA表示挡挡光片前端到达 光电门时电门时 滑块块的瞬时时速度大小，则则v与vA、a和t的关系式为为 v_。 (2)由图图4可求得vA_ cm/s，a_ cm/s2。(结结果 保留3位有效数字) 图图4 真题题感悟 1.高考考查查特点 (1)“源于课课本，不拘泥于课课本”一直是高考实验实验 命题题的理念。 (2)考查实验查实验 的灵魂原理是重中之重。 (3)将实验实验 的基本方法控制变变量法，处处理数据的基本方法 图图象法、逐差法，融入实验实验 的综综合分析之中。 (4)以基本的力学模型为载为载 体，依托运动动学规规律和力学定律设设 计实验计实验 。如2017年全国卷的第22题题。 2.解题题的常见误见误 区及提醒 (1)拘泥于教材实验实验 ，死记记硬背不知变变通是常见错误见错误 。 (2)注重物理规规律在实验仪实验仪 器和操作中的实现实现 条件是解题题的关 键键。 (3)不分析试题试题 的情景，生搬硬套教材实验实验 ，错误错误 的应应用实验实验 结论结论 。 (4)进进行实验时实验时 要注重实验实验 的细节细节 ，不能结结合实验实验 的器材和 数据以及物体的受力情况进进行分析。 1.下面各图图均是用游标标卡尺测测量时时的示意图图，图图5甲中游标标卡尺 为为50分度游标标卡尺，图图乙为为20分度游标标卡尺，图图丙为为10分度 游标标卡尺，它们们的读读数分别为别为 _； _；_。 游标标卡尺和螺旋测测微器的读读数 图图5 解析 在图甲中，主尺读数为42 mm，游标尺上第5条刻度线 与主尺上的一条刻度线对齐，由于游标尺是50分度的，所以读 数为42 mm50.02 mm42.10 mm；在图乙中，主尺读 数为63 mm，游标尺上第6条刻度线与主尺上的一条刻度线对 齐，由于游标尺是20分度的，所以读数为63 mm60.05 mm63.30 mm；在图丙中，主尺读数为29 mm，游标尺上 第8条刻度线与主尺上的一条刻度线对齐，由于游标尺是10分 度的，所以读数为29 mm80.1 mm29.8 mm。 答案 42.10 mm 63.30 mm 29.8 mm 2.某同学利用螺旋测测微器测测量一金属板的厚度。该该螺旋测测微器校 零时时的示数如图图6(a)所示，测测量金属板厚度时时的示数如图图(b) 所示。图图(a)所示读读数为为_mm，图图(b)所示读读数为为 _ mm，所测测金属板的厚度为为_mm。 图图6 解析 题图(a)所示读数为0 mm1.00.01 mm0.010 mm ；题图(b)的读数为6.5 mm37.00.01 mm6.870 mm； 故金属板的厚度d6.870 mm0.010 mm6.860 mm。 答案 0.010 6.870 6.860 练练后反思 游标标卡尺和螺旋测测微器读读数的“3点注意” (1)螺旋测测微器读读数时时要估读读，以毫米为单为单 位，小数点后必须须 为为3位，同时时注意固定刻度上的半刻度是否露出。 (2)游标标卡尺不估读读，以毫米为单为单 位，10分度卡尺，小数点后 只有1位；20分度和50分度卡尺，小数点后有2位。 (3)注意题题目要求的单单位是否为为mm，若不是则则要先以mm为为 单单位读读数，然后再换换算为题为题 目要求的单单位。 1.(1)在“研究匀变变速直线线运动动”的实验实验 中，下列方法中有助于 减小实验误实验误 差的是_。(填正确答案标标号) A.选选取计计数点，把每打5个点的时间间时间间 隔作为为一个时间单时间单 位 B.使小车车运动动的加速度尽量小些 C.舍去纸带纸带 上开始时时密集的点，只利用点迹清晰、点间间隔适 当的那一部分进进行测测量、计计算 D.适当增加挂在细绳细绳 下钩码钩码 的个数 “纸带纸带 ”类实验类实验 (2)某次实验获实验获 得的纸带纸带 如图图7所示，O点为为起始点，A、B、C 、D、E、F、G为计为计 数点，每相邻邻两个计计数点间还间还 有4个点没 有画出，由图图可知纸带纸带 的加速度为为a_，在打D点时时 纸带纸带 的速度为为vD_(保留两位有效数字)，F到G的距 离为为xFG_。 图图7 解析 (1)选取计数点，把每打5个点的时间间隔作为一个时间 单位，可以减小测量的误差，A正确；为了减小实验的测量误 差，加速度应适当大一些，B错误；舍去纸带上开始时密集的 点，只利用点迹清晰、点间隔适当的那一部分进行测量、计算 ，可以减小误差，C正确；适当增加钩码的个数，可以适当增 大加速度，减小实验误差，D正确。 答案 (1)ACD (2)0.75 m/s2 0.40 m/s 5.90 cm 2.用图图8所示装置探究物体的加速度与力的关系。实验时实验时 保持 小车车(含车车中重物)的质质量M不变变，细线细线 下端悬悬挂钩码钩码 的总总重 力作为为小车车受到的合力F，用打点计时计时 器测测出小车车运动动的加 速度a。 图图8 (1)关于实验实验 操作，下列说说法中正确的是_。 A.实验实验 前应调节应调节 滑轮轮高度，使滑轮轮和小车间车间 的细线细线 与木板平 行 B.平衡摩擦力时时，在细线细线 的下端悬悬挂钩码钩码 ，使小车车在线线的拉 力作用下能匀速下滑 C.每次改变变小车车所受的拉力后都要重新平衡摩擦力 D.实验时应实验时应 先接通打点计时计时 器电电源，后释释放小车车 (2)图图9为实验为实验 中打出纸带纸带 的一部分，从比较较清晰的点迹起，在 纸带纸带 上标标出连续连续 的5个计计数点A、B、C、D、E，相邻邻两个计计数 点之间间都有4个点迹未标标出，测测出各计计数点到A点间间的距离。已 知所用电电源的频频率为为50 Hz，打B点时时小车车的速度v _m/s，小车车的加速度a_m/s2。 (3)改变细线变细线 下端钩码钩码 的个数，得到aF图图象如图图10所示，造成 图线图线 上端弯曲的原因可能是 _ _ 。 图图9 解析 (1)细线的拉力不能引起小车对长木板压力的变化，A项 正确；平衡摩擦力时不要挂钩码，B项错误；改变小车的拉力 时无需重新平衡摩擦力，C项错误；实验时应先接通电源，后 释放小车，D项正确。 图图10 答案 (1)AD (2)0.316(0.32也算对对) 0.93 (3)随所挂钩码质钩码质 量m的增大，不能满满足Mm 练练后反思 纸带纸带 的三大应应用 甲 乙 图图11 1.小明同学在做“探究弹弹力和弹弹簧伸长长的关系”的实验时实验时 ，安 装好如图图12所示的实验实验 装置，让让刻度尺的零刻度线线与弹弹簧上 端平齐齐。 (1)在弹弹簧下端挂1个钩码钩码 ，静止时弹时弹 簧长长度为为l1，此时时固定 在弹弹簧挂钩钩上的指针针在刻度尺(分度值值是1 mm)上位置的放大 图图如图图12所示，可读读出弹弹簧的长长度l1_cm。 “橡皮条、弹弹簧、碰撞”类实验类实验 图图12 (2)在弹弹性限度内，在弹弹簧下端分别别挂2个、3个、4个、5个相同 钩码钩码 ，静止时弹时弹 簧长长度分别别是l2、l3、l4、l5。实验实验 中，当挂3个 钩码时钩码时 ，弹弹簧长长度为为24.95 cm。已知单单个钩码质钩码质 量是50 g， 当地重力加速度g9.80 m/s2，据此小明计计算出弹弹簧的劲劲度系 数为为_N/m。(结结果保留3位有效数字) (3)实验实验 中没有考虑虑到弹弹簧的自重，对弹对弹 簧劲劲度系数的测测量结结 果有无影响？_(填“有”或“没有”)。 (4)小红红同学发现发现 小明仅仅用这这两组组数据计计算出的结结果与弹弹簧的 标标称值值相差较较大，请请你帮助小红红提出更合理的数据处处理方案： _。 答案 (1)24.75 (2)490 (3)没有 (4)作出Fl图图象，求斜率 ；作出Fl图图象，求斜率；利用逐差法求劲劲度系数；用多组组数 据，求平均值值(答出任一种即可) 2.现现要用图图13甲完成“验证验证 力的平行四边边形定则则”实验实验 ：把白 纸纸固定在竖竖直放置的木板上，白纸纸上画有一些同心圆圆，相邻邻 两圆圆之间间的距离为为r，圆圆心O距第一个圆圆的距离为为r，A、B为为 光滑的滑轮轮，可沿虚线圆环线圆环 滑动动，也可固定。CO为竖为竖 直方向 的一基准线线。 图图13 (1)完成下列主要实验实验 步骤骤所缺的内容： 用一细线细线 系住橡皮筋的一端，细绳细绳 的另一端固定在C点，橡 皮筋的另一端连连接两条轻绳轻绳 ，跨过过定滑轮轮后各拴一细绳细绳 套， 分别别挂上3个钩码钩码 和4个钩码钩码 (每个钩码钩码 重1 N)如图图乙所示，适 当调调整A、B滑轮轮的位置，使橡皮筋与两细绳细绳 之间间的结结点稳稳定 于O点处处，记记下_和两条轻绳轻绳 的方向，取下 钩码钩码 。 再用一把弹弹簧测测力计计沿竖竖直方向把两细绳细绳 与橡皮筋的结结点 也拉至O处处，如图图丙所示，记记下弹弹簧测测力计计的读读数F _N。 (2)若相邻邻两圆环圆环 之间间的距离表示1 N，该该同 学已经经在图图14中作出两条轻绳轻绳 的拉力F1和 F2。请请按力的图图示在图图14中作出F1和F2的 合力F及拉力F的图图示。 (3)对对比F和F的大小和方向，发现发现 它们们不是完全一致的，其可 能的原因是 _ _。(填一个原 因) (4)在步骤骤中“适当调调整A、B滑轮轮的位置，使橡皮筋与两细细 绳绳之间间的结结点稳稳定于O点处处”的目的是 _ _ _。 图图14 解析 (1)本实验中钩码的重力替代拉力，故在实验完成后要 记录下两条细绳上的钩码的个数，这样就相当于记录下了每根 细绳所受到的拉力大小。 弹簧测力计的读数F5.0 N。 (2)所作的图示如图所示。 (3)测量存在误差、作图没有画准、弹簧测力计自身重力的影响 、滑轮与绳之间的摩擦力等。 (4)由于CO是在竖直方向，适当调整A、B滑轮的位置，使橡皮 筋与两细绳之间的结点稳定于O点处，目的是为了使F1和F2的 合力沿竖直方向。 答案 (1)两条细绳细绳 上的钩码钩码 的个数 5.0 (2)见见解析 (3)见见解析 (4)使F1和F2的合力沿竖竖直方向 3.气垫导轨垫导轨 工作时时，可忽略滑块块与导轨导轨 表面间间的阻力影响。现现 借助气垫导轨验证动垫导轨验证动 量守恒定律，如图图15甲所示，在水平气 垫导轨垫导轨 上放置质质量均为为m的A、B(图图中未标标出)两滑块块，左侧侧 滑块块的左端、右侧侧滑块块的右端分别别与一条穿过过打点计时计时 器的 纸带纸带 (图图中未画出)相连连，打点计时计时 器电电源的频频率为为f。气垫导垫导 轨轨正常工作后，接通两个打点计时计时 器的电电源，待打点稳稳定后 让让两滑块块以大小不同的速度相向运动动，两滑块块相碰后粘在一 起继续继续 运动动。如图图乙、图图丙所示为为某次实验实验 打出的、分别别与 两个滑块块相连连的两条纸带纸带 ，纸带纸带 上相邻邻两计计数点间间有4个点 未画出，用刻度尺分别测别测 出s1、s2和s3。 图图15 (1)若碰前滑块块A的速度大于滑块块B的速度，则则滑块块_( 填“A或B”)与图图乙所示纸带纸带 的_(填“左”或“右”) 端相连连； (2)碰撞前A、B两滑块块的动动量大小分别为别为 _、 _，验证动验证动 量守恒定律的表达式为为_(用题题目 所给给的已知量表示)。 解析 (1)因碰前A的速度大于B的速度，且A、B的速度方向相 反，碰后速度相同，根据动量守恒定律可知，滑块A应与图乙 所示纸带的左侧相连。 答案 (1)A 左 (2)0.2mfs1 0.2mfs3 s1s3 2s2 1.为为了验证验证 碰撞中的动动量守恒和检验检验 两个小球的碰撞是否为弹为弹 性碰撞(碰撞过过程中没有机械能损损失)，某同学选选取了两个体积积 相同、质质量不相等的小球，按下述步骤骤做了如下实验实验 ： 力学创创新实验实验 图图16 用天平测测出两个小球的质质量分别为别为 m1和m2，且m1m2。 按照如图图16所示，安装好实验实验 装置。将斜槽AB固定在桌边边， 使槽的末端点的切线线水平，将一斜面BC连连接在斜槽末端。 先不放小球m2，让让小球m1从斜槽顶顶端A处处由静止开始滚滚下， 记记下小球在斜面上的落点位置。 将小球m2放在斜槽末端点B处处，让让小球m1从斜槽顶顶端A处处由 静止开始滚滚下，使它们发们发 生碰撞，分别记别记 下小球m1和m2在斜面 上的落点位置。 用毫米刻度尺量出各个落点位置到斜槽末端点B的距离。 图图中D、E、F点是该该同学记记下小球在斜面上的落点位置，到B 点的距离分别为别为 LD、LE、LF。 根据该该同学的实验实验 ，回答下列问题问题 ： (1)小球m1和m2发发生碰撞后，m1的落点是图图中的_点 ，m2的落点是图图中的_点。 (2)用测测得的物理量来表示，只要满满足关系式 _，则说则说 明碰撞中动动量是守恒的。 (3)用测测得的物理量来表示，只要再满满足关系式 _，则说则说 明两小球的碰撞是弹弹性碰撞。 (3)由能量守恒定律可得m1LEm1LDm2L