高三力学实验复习专题 2016年高考专用,原创讲义

1、高考力学实验专题复习1、 考情分析年份实验名称分值2015电磁阻尼速度随时间的变化规律102014力的平行四边形定则102013自由落体运动测定重力加速度速度随时间的变化规律102012探究影响摩擦力大小的因素102011力的平行四边形定则82010加速度与物体质量以及受力的关系102009加速度与物体质量以及受力的关系102008验证机械能守恒定律10二、题型分析（一）物理实验包括哪几部分？实验目的实验原理实验过程数据处理实验结论实验评估（2） 知识储备实验一：速度随时间的变化规律1. 匀变速直线运动的判断方法：2.实验原理打点计时器打出的纸带能记录运动物体在不同时刻的位置求纸带上某点的瞬时

2、速度一般用一小段时间内的平均速度代替用描点法画出小车的vt图象，图线的倾斜程度表示加速度的大小，如果vt图象是一条倾斜的直线，说明物体的速度是均匀变化的3.实验器材打点计时器，一端附有滑轮的长木板，小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、交流电源4.实验步骤如图所示，把附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，连接好电路把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下边挂上合适的钩码，放手后，看小车能否在木板上平稳地加速滑行，然后把纸带穿过打点计时器，并把纸带的一端固定在小车的后面把小车停在靠近打点计时器的位置，先接通电源，后释放小车，让小车拖着纸带运动，

3、打点计时器就在纸带上打下一系列小点更换纸带，重复操作两次增减钩码个数，再做两次实验5.数据处理（1）用“逐差法”求加速度，如果有6个间隔，公式是a=.（2）用“图象法”求加速度，需用直线拟合各点，图线与v轴交点应为第一个计数点的速度，且应为正值.为了减小误差，应选相距较远的两点求斜率而得出a.6.误差分析产生原因减小方法偶然误差根据纸带测量的位移有误差，从而使根据位移计算的瞬时速度有误差测量各计数点到起始点的距离而不是直接测量相邻计数点间距离系统误差木板的粗糙程度不完全相同尽量选用各处粗糙程度均匀的木板7.注意事项（1）为计算简便，通常每5个时间间隔取一个计数点，t=0.1 s；（2）纸带长度

4、用刻度尺一次测量，不分段测量；（3）细绳应尽可能与木板平行，以确保细绳对小车的拉力不变；（4）关于操作:开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器;要先接通电源，再释放小车;小车停止运动时要及时断开电源;为防止钩码落地和小车跟滑轮相撞，要及时用手按住小车。（5）在坐标纸上画vt图象时，注意坐标轴单位长度的选取要适当，应使图线尽量分布在较大的坐标平面内实验二：力的平行四边形定则1. 实验原理等效法：使一个力F的作用效果和两个力F1、F2的作用效果都是让同一条一端固定的橡皮条伸长到某点，所以这一个力F就是两个力F1和F2的合力，作出F的图示，再根据平行四边形定则作出F1和F2的合力F的图示，比较F和F

5、的大小和方向是否都相同2.实验器材方木板一块、白纸、弹簧测力计(两只)、橡皮条、细绳套(两个)、三角板、刻度尺、图钉(几个)、细芯铅笔3.实验步骤用图钉把白纸钉在水平桌面上的方木板上，并用图钉把橡皮条的一端固定在A点，橡皮条的另一端拴上两个细绳套用两只弹簧测力计分别钩住细绳套，互成角度地拉像皮条，使橡皮条伸长到某一位置O，如图所示，记录两弹簧测力计的读数，用铅笔描下O点的位置及此时两细绳套的方向只用一只弹簧测力计通过细绳套把橡皮条的结点拉到同样的位置O，记下弹簧测力计的读数和细绳套的方向用铅笔和刻度尺从结点O沿两条细绳套方向画直线，按选定的标度作出这两只弹簧测力计的读数F1和F2的图示，并以F

6、1和F2为邻边用刻度尺作平行四边形，过O点画平行四边形的对角线，此对角线即为合力F的图示用刻度尺从O点按同样的标度沿记录的方向作出只用一只弹簧测力计的拉力F的图示比较一下，力F与用平行四边形定则求出的合力F的大小和方向是否相同交流与思考：每次实验都必须保证结点的位置保持不变，这体现了怎样的物理思想方法？若两次橡皮条的伸长长度相同，能否验证平行四边形定则？提示：每次实验保证结点位置保持不变，是为了使合力的作用效果与两个分力共同作用的效果相同，这是物理学中等效替换的思想方法由于力不仅有大小，还有方向，若两次橡皮条的伸长长度相同但结点位置不同，说明两次效果不同，不满足合力与分力的关系，不能验证平行四

7、边形定则4.误差分析用两个测力计拉橡皮条时，橡皮条、细绳和测力计不在同一个平面内，这样两个测力计的水平分力的实际合力比由作图法得到的合力小结点O的位置和两个测力计的方向画得不准，造成作图的误差两个分力的起始夹角太大，如大于120，再重做两次实验，为保证结点O位置不变（即保证合力不变)，则变化范围不大，因而测力计示数变化不显著，读数误差大作图比例不恰当造成作图误差交流与思考：实验时由作图法得到的合力F和单个测力计测量的实际合力F忘记标注而造成错乱，你如何加以区分?提示：由弹簧测力计测量合力时必须使橡皮筋伸直，所以与AO共线的合力表示由单个测力计测量得到的实际合力F，不共线的合力表示由作图法得到的

8、合力F5.注意事项不要直接以橡皮条端点为结点，可拴一短细绳连两细绳套，以三绳交点为结点，应使结点小些，以便准确地记录结点O的位置使用弹簧秤前，应先调节零刻度，使用时不超量程，拉弹簧秤时，应使弹簧秤与木板平行在同一次实验中，橡皮条伸长时的结点位置要相同被测力的方向应与弹簧测力计轴线方向一致，拉动时弹簧不可与外壳相碰或摩擦橡皮筋应在弹性限度内，弹簧测力计不超量程，夹角不能太大或太小，要用同一标度作图，作图应尽可能大些.两拉力F1和F2夹角不宜过小，作力的图示，标度要一致 交流与思考：如何设计实验探究两力合力随角度的变化规律？如何观察合力的变化规律？提示：保持两力的大小不变，改变两力之间的夹角，使两

9、力的合力发生变化，可以通过观察结点的位置变化，判断合力大小的变化情况，结点离固定点越远，说明两力的合力越大实验三：加速度与物体质量、受力的关系1.实验原理控制变量法：保持m一定时，改变物体受力测出加速度，用图像法研究与关系保持一定时，改变物体质量m测出加速度，用图像法研究与m关系物理量的测量：（1）小车质量的测量：天平（2）合外力的测量：小车受四个力，重力、支持力、摩擦力、绳子的拉力。重力和支持力相互抵消，物体的合外力就等于绳子的拉力减去摩擦力。小车所受的合外力不是钩码的重力。为使合外力等于钩码的重力，必须：平衡摩擦力：平衡摩擦力时不要挂小桶，应连着纸带且通过打点记时器的限位孔，将长木板倾斜一

10、定角度，此时物体在斜面上受到的合外力为0。做实验时肯定无法这么准确，我们只要把木板倾斜到物体在斜面上大致能够匀速下滑（可以根据纸带上的点来判断），这就说明此时物体合外力为0，摩擦力被重力的沿斜面向下的分力（下滑力）给抵消了。由于小车的重力G、支持力N、摩擦力f相互抵消，那小车实验中受到的合外力就是绳子的拉力了。 点拨：整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变托盘和砝码的质量，还是改变小车及砝码的质量，都不需要重新平衡摩擦力.绳子的拉力不等于沙和小桶的重力：砂和小桶的总质量远小于小车的总质量时，可近似认为绳子的拉力等于沙和小桶的重力。推导：实际上m/g=(m+ m/)a,F=ma,得F=m m/g

11、/(m+ m/);理论上F= m/g，只有当m/m时，才能认为绳子的拉力不等于沙和小桶的重力。点拨：平衡摩擦力后，每次实验必须在满足小车和所加砝码的总质量远大于砝码和托盘的总质量的条件下进行.只有如此，砝码和托盘的总重力才可视为与小车受到的拉力相等.在画图像时，随着勾码重量的增加或者小车质量的倒数增加时，实际描绘的图线与理论图线不重合，会向下弯折。（3）加速度的测量：若v0 = 0 ，由 x = v0 t + a t2 /2 得：a = 2 x / t2 , 刻度尺测量x，秒表测量t 根据纸带上打出的点来测量加速度，由逐差法求加速度。可以只测量加速度的比值 a1/a2 = x1/x2 ，探究a

12、1/a2 = F1/F2，a1/a2 = m2/m1.2.实验器材一端附有滑轮的长木板、小车、细线和小桶、天平、砝码、钩码（或槽码）、打点计时器、学生电源、纸带、刻度尺3.实验步骤用天平测出小车和小桶的质量m 和m/把数值记录下来。按下图实验装置把实验器材安装好，使长木板有滑轮的一端伸出桌面在长木板不带定滑轮的一端下面垫一小木块，通过前后移动，来平衡小车的摩擦力把细线系在小车上并跨过定滑轮，此时要调节定滑轮的高度使细线与木板平行。将小车放于靠近打点记时器处，在小桶内放上砝码(5g)，接通电源，放开小车得到一打好点的纸带（注意不要让小车撞到定滑轮，打好的纸带要标明条件m=? m/=?）点拨：要使

13、砂和小桶的总质量远小于小车的总质量（m/m）；起始小车应靠近打点计时器处，且先接通电源后再放开小车，注意不要让小车撞到定滑轮。保持小车的质量不变，改变小桶内砝码的质量(10g、15g、20g、25g)，再做几次实验在每条纸带上都要选取一段比较理想的部分，算出每条纸带的加速度把各次实验中的数据填入表一内，作用力的大小认为等于小桶和砝码的重力 m/g=( m0/ + mX/)g，做出与的图像保持小桶内砝码质量不变，在小车上放钩码改变小车的质量（分别加50g、100g、150g、200g），重复上面的实验。把各次实验中的数据填入表二内，做出与1/m图像 4.实验数据分析与处理若测得某一物体m一定时，

14、a与F的关系的有关数据资料如下表.（1）根据表中数据，画出aF图象.（2）从图象可以判定：当m一定时，a与F的关系为_成正比_.a/（ms2）1.984.065.958.12F/N1.002.003.004.00若测得某一物体受力F一定时，a与M的关系数据如下表所示：（1）根据表中所列数据，画出a1/m图象.（2）由a1/m关系可知，当F一定时，a与M成_反比_关系.a/（ms2）2.042.663.233.98M/kg2.001.501.251.00点拨：1.在研究加速度与质量的关系时，为什么描绘a图象，而不是描绘am图象？ 在相同力的作用下，质量m越大，加速度越小.这可能是“a与m成反比”

15、，但也可能是“a与m2成反比”，甚至可能是更复杂的关系.我们从最简单的情况入手，检验是否“a与m成反比”.实际上“a与m成反比”就是“a与成正比”，如果以为横坐标，加速度a为纵坐标建立坐标系，根据a图象是不是过原点的直线，就能判断加速度a是不是与质量m成反比.当然，检查am图象是不是双曲线，也能判断它们之间是不是反比例关系，但检查这条曲线是不是双曲线并不容易；而采用a图象，检查图线是不是过原点的倾斜直线，就容易多了.这种“化曲为直”的方法是实验研究中经常采用的一种有效方法，在以后的学习中也会用到.2.利用所测得的数据在aF坐标上描点并连线，所连的直线应通过尽可能多的点，不在直线上的点应均匀分布

16、在直线两则，这样所描的直线可能不过原点，如图421所示.图421图（a）是由于平衡摩擦力时斜面倾角太小，未完全平衡摩擦力所致；图（b）是由于平衡摩擦力时斜面倾角太大，平衡摩擦力过度所致.3. 实验中的F应是研究对象所受的合外力，用沙袋重力作为研究对象小车的合外力会产生系统误差，如果将研究对象选为沙袋和小车这个整体，则会消除由此带来的系统误差.实验四： 验证机械能守恒定律(实验、探究)1. 实验原理通过实验，分别求做自由落体运动物体的重力势能的减少量和相应过程动能的增加量。若二者相等，说明机械能守恒，从而验证机械能守恒定律： 2、 实验步骤：1、把打点计时器固定在置于桌边的铁架台上，将打点计时器

17、与电源连接好。 2、将纸带穿过打点计时器的限位孔，并把纸带的一端固定在重锤上，使重锤停靠在打点计时器附近。 3、先接通电源，后松手让重锤带着纸带自由下落。 4、重复几次，得到35条纸带。 5、在打好点的纸带中挑选“点迹清楚且第一、二两点间距离约为2mm”的一条纸带，在起始点标上O，在选5个连续的点一次标上1、2、3，用刻度尺依次测出下落高度h1、h2、h3。 6、应用公式 ，计算出个点对应的瞬时速度v1、v2、v3。 7、计算各点对应的是能减少量mgh，以及增加的动能mv2/2，并进行比较。3.实验结论在重力作用下，物体的重力势能和动能可以互相转化，但总的机械能守恒。即当 ，或 一定稍小于势能

18、的减少量4. 误差分析实验中产生系统误差的原因主要是产生系统误差的主要原因是纸带通过打点计时器时的摩擦阻力，使得重物获得的动能小于它所减少的重力势能。为减小误差，重物的质量应选大一些的。5.注意事项1.选择纸带的条件：打点清淅；第1、2两点距离约为2毫米。2.打点计时器应竖直固定，纸带应竖直。3.实验操作关键：先合上电源，再松开纸带。4.本实验不需要测重物质量，但应选用重且小的重物做实验，以减小误差;应使用公式vn=而不是公式vn=gt计算瞬时速度;应取当地的重力加速度计算重力势能的变化，不可以用同一根纸带求出a作为g，又以此计算值计算重力势能的变化，这样会犯循环论证的错误.5.如果用mv2=

19、mgh验证机械能守恒定律，应选取点迹清晰且第1、2两个点间的距离接近2 mm的纸带.6.实验中因有阻力存在，重物动能的增加量稍小于重力势能的减少量，即Ekm （2分） （2分） 导轨不平，右端高 （2分）10.某同学通过图甲实验装置描绘平抛运动的轨迹（1）实验时将斜槽轨道固定在水平桌面上（如图甲），调整斜槽轨道末端水平，确保钢球飞出后做平抛运动，判断斜槽末端是否水平的方法为将一光滑小球静置于斜槽末端，若球静止，则斜槽末端水平（2）该同学通过实验装置来比较准确地描绘出一条平抛运动的轨迹，如图乙所示，则能（选填“能”或“不能”）通过此轨迹探究平抛运动规律（即水平方向上作匀速直线运动、竖直方向上作自

20、由落体运动）（3）若已知平抛运动竖直方向的分运动是自由落体运动，水平方向为匀速运动，加速度取g=10m/s2，请写出图乙抛物线的函数式y=x2m，该平抛运动的初速度大小为1.5m/s（上述空格中的数字均保留两位有效数字）考点：研究平抛物体的运动.专题：实验题分析：正确解答本题需要掌握：保证小球做平抛运动必须通过调节使斜槽的末端保持水平；根据平抛运动的特点，熟练应用运动学中的基本规律来解决平抛运动问题根据平抛运动在水平方向和竖直方向上的运动规律求出平抛运动的初速度以及竖直位移与水平位移的关系解答：解：（1）能否使小球做平抛运动，关键是使斜槽末端切线水平，判断是否水平可以采用：将一光滑小球静置于斜

21、槽末端，若球静止，则斜槽末端水平（2）根据水平方向做匀速直线运动，竖直方向做自由落体运动，在相同时间内，水平方向的位移相等，即分别为0、15cm、30cm、45cm，而竖直方向的位移分别为0、5cm、20cm、45cm，因相邻的位移之差相等，则能取此轨迹来研究平抛运动规律；（3）根据h=gt2得，t=0.1s； 水平方向x=v0t；解得：v0=1.5m/s根据x=v0t，y=gt2=g（）2=x2m；故答案为：（1）将小球放在槽的末端看小球能否静止；（2）能；（3）x2；1.57、 课后作业1.“探究力的平行四边形定则”的实验情况如图甲所示，其中A为固定橡皮筋的图钉，O为橡皮筋与细绳的结点，OB和OC均为细绳.(1) 该图中两弹簧测力计的读数恰好相等，由图可读出每根细绳的拉力大小为N(只需读到 0.1 N).(2) 图乙中的四个“”表示A、B、C、O在纸上的位置，请根据正确读出的拉力大小，在该纸上作出它们合力的图示.(要求:在表示分力的线段上，从起点开始每0.5 N标度长注上标度线)(3) 某同学在做该实验时认为:A. 在重复进行实验以提高结论的可靠性时，O点位置是不允许变动的B. 弹簧测力计必须保持与木板平行，读数时视线要正对弹簧测力计的刻度C. 弹簧测力计应在使用前校零D. 两根细绳必须等长其中正确的是(填入相应的字母).