高中物理力学实验专题

1、高中物理力学实验专题高中物理考试说明中确定的力学实验有：1 .研究匀变速直线运动2 .探究弹力和弹簧伸长的关系3 .验证力的平行四边形定则4 .验证牛顿运动定律、探究动能定理5 .验证机械能守恒定律。其中有四个实验与纸带的处理有关，可见力学实验部分应以纸带的处理，打点计时器的应用为核心来展开复习。近几年力学实验中与纸带处理相关的实验、力学创新实验是高考的热点内容，以分组或演示实验为背景，考查对实验方法的领悟情况、灵活运用学过的实验方法设计新的实验是高考实验题的新趋势。要求考生掌握常规实验的数据处理方法，能将课本中分组实验和演示实验的实验原理、实验方法迁移到新的背景中，深刻理解物理概念和规律，并

2、能灵活运用，要求考生有较强的创新能力。在复习过程中，应以掌握常规实验原理、实验方法、规范操作程序、数据处理方法等为本，同时从常规实验中，有意识的、积极的提取、积累一些有价值的方法。逐步过渡到灵活运用学过的实验方法设计新的实验。(一)打点计时器系列实验中纸带的处理1 纸带的选取：一般实验应用点迹清晰、无漏点的纸带中选取有足够多点的一段作为实验纸带。在 “验证机械能守恒定律”实验中还要求纸带包含第一、二点，并且第一、二两点距离接近2.0mm。2根据纸带上点的密集程度选取计数点。打点计时器每打n 个点取一个计数点，则计数点时间间隔为n 个打点时间间隔，即 T=0.02n (s)0 一般取 n=5,止

3、匕时 T=0.1043测量计数点间距离。为了测量、计算的方便和减小偶然误差的考虑，测量距离时不要分段测量，尽可能一次测量完毕，即测量计数起点到其它各计数点的距离。如图所示，则由图可得：第 - 1 - 页 共 12 页S4S521S6-SSSSSS31*-S2* S1Si = Si , SlI = S2 - Si Sill , SIII S3 S2 , SIV = S4 - S3 , SV S5 S4 , SVI S6 S54,判定物体运动的性质：若Si、Sii、Siii、Siv、SV、SVI基本相等，则可判定物体在实验误差范围内作匀速直线运动。设 Si = Sii Si , S2= Sii ,

4、 S3= Siv Siii , S4= SV Siv , S5= Svi Sv若&、a、AS3 AS4 出基本相等，则可判定物体在实验误差范围内作匀变速 直线运动。测定第n点的瞬时速度。物体作匀变速直线运动时，在某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度。即测出第n点的相邻的前、后两段相等时间 T内的距离，由平均速度公式就可求得，如上图中第4点的瞬时速度为：丫4=负、=三二包。2T 2T测定作匀变速直线运动物体的加速度，一般用逐差法求加速度。将如上图所示的连续相等时间间隔T内的位移SS”、S川、SIV、SV、SVI分成两组，利用AS=aT2可得：aS三立、a2=旦二臭、23 =SL二里，再算出

5、3T23T23T2的aa2、a3平均值，即：a = a1 *a2 a3就是所测定作匀变速直线运动物体的加速3度。若为奇数组数据则将中间一组去掉，然后再将数据分组利用逐差法求解。第-5 -页共12页（二）设计性实验的设计思路与典例分析题目要求和给出的条件基本仪器的使 用知识演示和分组实 验的实验原理物理规律和原 理实验原理数据处理实验结论及 误差分析【例题11做匀加速直线运动的小车，牵引一条纸带通过打点计时器，交流电源的频 率为50Hz,由纸带上打出的某一点开始，每5个点剪下一段纸带，按图所示，使每条纸带下端与x轴重合，左边与y轴平行，将纸带段粘贴在 直角坐标系中，则小车运动的加速度是 m/s2

6、（保 留两位有效数字）。【命题意图】本题考查了匀变速直线运动的纸带处理， 同时 还要明确计数点的选取以及相隔时间的计算问题。 要求学生 能把常见的纸带数据处理中的数据与图中纸带的长度建立联系，获得相关数据，然后 求得实验结果【解析】由题意可得，每段纸带的长度就是相邻相等时间间隔内小车的位移，由图示 数据可得As =7.5M10，m ,而相隔时间为T= 0.02X5s= 0.1s,根据 片=2丁2,可得小 车的加速度为：a = 0.75m /s2【变式题】（2006年上海）伽利略通过研究自由落体和物块沿光滑斜面的运动，首次发现了匀加速运动规律。伽利略假设物块沿斜面运动与物块 自由下落遵从同样的法

7、则，他在斜面上用刻度表示物块滑下 的路程，并测出物块通过相应路程的时间，然后用图线表示 整个运动过程，如图所示。图中OA表示测得的时间，矩形OAED勺面积表示该时间内物块经过的路程，则图中 OD的长度表示。 P为DE勺中点，连接OP且延长交AE的延长线于B,则AB的长度表小 。【解析】OA时间段的平均速度；A时刻的瞬时速度【例题2】(2002年广东)一个有一定厚度的圆盘，可以绕通过中心的水平轴转动用下面的方法测量它匀速转动时的角速度。实验器材：电磁打点计时器，米尺，纸带，复写纸片。实验步骤：如图所示，将电磁打点计时器固定在桌面上, 将纸带的一端穿过打点计时器的限位孔后，固定在待测圆盘的侧面上，

8、使得圆盘转动 时，纸带可以卷在圆盘侧面上。启动控制装置使圆盘转动，同时接通电源，打点计时器开始打点。经过一段时间，停止转动和打点，取下纸带，进行测量。由已知量和测得量表示的角速度的表达式为 3= 。式中各量的意义是：某次实验测得圆盘半径 r=5.50 Xl2m,得到的纸带的一段如图所示。求得的角 速度为。I* wI叫叫甲叩叩|叩叩叩用即叩1|叫叫叩|43|?|川|/|川|01234567891011单位：cm【命题意图】利用打点计时器求转盘的角速度，这是本题的创新之处，转盘边缘的线 速度与纸带的线速度相等是解决本题的关键。此题的实验器材、和实验步骤题干中已 经给出，不需考生自己设计，对于此类常

9、规试题略加变化的创新题型，能否有效排除 干扰信息，直指问题关键是高考考查能力的一种全新命题方式。本题也可以在实验器 材及实验步骤设计上进行深化考查，从而变成设计性实验。【解析】设T为电磁打点计时器打点的时间问隔，r为圆盘的半径，刈、x2分别是纸 带上选定的两点所对应的米尺上的刻度值，n为选定的两点间的打点数(含两点)。则 纸带的速度为v= x2 -x1 ,由于纸带与圆盘之间不打滑，则圆盘边缘的线速度亦为(n -1)Tv= X2 x1 ,由匀速圆周运动的规律有 8 =v/r ,联立上面两式可得圆盘匀速转动时(n -1)T的角速度为：8=x2x,5.15.76.47.07.6 8.38.9 9.6

10、10.26. I图2（单位：cm）【解析】4.00m/s2 （3分,3.904.10 m/s2之间都正确）小车质量m、斜面上任意两点间距离l及这两点的高度差h; mgh-ma 2. （2003年江苏）实验装置如图1所示：一木块放在水平长木板上，左侧栓有一细软线，跨过固定在木板边缘的滑轮与一重物相连。木块右侧与打点计时器的纸带相连。在重物牵引下，木块在木板上向左运动，重物落地后，木块继续向左做匀减速运动， （n=2, 3,）在图中给出的纸带上任取两点，读出 T（n -1）r其米尺上的刻度值 、X2,并将T=0.02& r=5.50 X12m及n值代入，可求出i值，重 复上述步骤，求出2、3,再取

11、其平均值即为的值得=6.8rads1 （6.756.84均可）。【变式题】1. （2001年全国）一打点计时器固定在斜面上某处，一小车拖 着穿过打点计时器的纸带从斜面上滑下，如图1所示。图2是打出的纸带的一段。已知打点计时器使用的交流电频率为 50Hz,利用图2给出的数据可求出小车下滑的力口速度a=o为了求出小车在下滑过程中所受的阻力，还需测量的物理量有 7.727.21纸带运动方向iJ6.716.255.76 5.29 4.81 4.31图2单位：cm用测得的量及加速度a表示小车在下滑过程中所受的阻力计算式为f =【解析】由给出的数据可知，重物落地后，木块在连续相等的时间T内的位移分别是:s

12、i=7.72cm, S2=7.21cm, S3=6.71cm, S4=6.25cm, S5=5.76cm, S6=5.29cm, S7=4.81cm, S8=4.31cm以a表示加速度，根据匀变速直线运动的规律，有a =医s1）侈S2）+的一与）+伍S4）,又知t=0.04s解得a=_3.0m/s2o重物落地后 16T2木块只受摩擦力的作用，根据牛顿第二定律有：pmg=ma,解得尸0.30。3. （2005年上海）科学探究活动通常包括以下环节： 提出问题，作出假设，制定计划， 搜集证据，评估交流等。一组同学研究“运动物体所受空气阻力与其运动速度关系” 的探究过程如下：A.有同学认为：运动物体所

13、受空气阻力可能与其运动速度有关。B.他们计划利用一些“小纸杯”作为研究对象，用超声波测距仪等仪器测量“小纸 杯”在空中直线下落时的下落距离、速度随时间变化的规律，以验证假设。C.在相同的实验条件下，同学们首先测量了单只“小纸杯”在空中下落过程中不同 时刻的下落距离，将数据填入下表中，图（a）是对应的位移-时间图线。然后将不同 数量的“小纸杯”叠放在一起从空中下落，分别测出它们的速度-时间图线，如图（b）中图线1、2、3、4、5所示。D.同学们对实验数据进行分析、归纳后，证实了他们的假设。回答下列提问：与上述过程中A、C步骤相应的科学探究环节分别是 。图（a）中的AB段反映了运动物体在做 运动，

14、表中X处的值为。图（b）中各条图线具有共同特点：“小纸杯”在下落开始阶段做运动，最后“小纸杯”做运动。比较图（b）中的1和5,指出在1.01.5s时间段内，速度随时间变化关系的差异：时间卜落距离图(a)图（b）线1反映纸杯做匀速运动，图线5反映纸杯依然做加速度减小的加速运动）力学实验专题训练题1. （6分）某学生用打点计时器研究小车的匀变速直线运动。他将打点计时器接到频 率为50Hz的交流电源上，实验时得到一条纸带，他在纸带上便于测量的地方选取第一个计时点，在这个点下标明第六个点下标明B,第十一个点明C,第十六个点下标明 D ,第 一个点下标明E。测量时发现B占八、模糊不清，于是他测得 AC长

15、为14.56cm, CD长为11.15cm, DE长为13.73cm,标 十 已 则打点时小车的瞬时速度大小为m/s ,小车运动的加速度大小为m/s2。（保留三位有效数字）# -页胃12处【解】0.9862.582. （6分）用如图甲所示的实验装置来验证牛顿第二定律，为消除摩擦力的影响，实 验前必须平衡摩擦力。方总计而割甲（1）某同学平衡摩擦力时这样操作：将小车静止地放在水平长木板上，把木板不 带滑轮的一端慢慢垫高，如图乙，直到小车开始沿木板向下滑动为止。然后 不断改变对小车的拉力F,他得到小车质量保持不变情况下的 a-F图线应是下 图中的（将选项代号的字母填在横线上）0（2）打点计时器使用的

16、交流电频率f=50Hz,下图是某同学在正确操作下获得的一 条纸带，A、B、C、D、E每两点之间还有4个点没有标出。写出用 3、S2、 S3、S4以及频率f来表示小车加速度的计算式：a=。根据纸带所 提供的数据，算得小车的加速度大小为 m/s2 （结果保留两位小数闸C （添少2 0.60 （评分标7：每空2分）3. （4分）在验证机械能守恒定律”的实验中，打点计时器接在电压为 E,频率为f的 交流电源上，在实验中打下一条理想纸带，如图所示，选取纸带上打出的连续5个点A、B、C、D、E,测出A点距起始点的距离为&,点AC间的距离为S,点 CE间的距离为S2,已各重锤的质量为m,当地的重力加速度为g

17、,则从起始点O到打下C点的过程中，重锤重力势能的减少量为 Ep：,重 锤动能的增加量为 &=。根据题中提供的条件，可求出重锤实际下落的加速度 a=,它和当 地的重力加速度g进行比较，则a_g （填大于，等于，小于）。【解】mg （S0+S） （1 分），m（Sl +sjf2（1 分）（S2Sl）f2（1 分）324小于（1分）4. （3分）在用图示装置做 探究动能定理”的实验时，下列说法正确的是：（填字母代号）A.通过改变橡皮筋的条数来改变拉力做功的数值B.通过改变橡皮筋的长度来改变拉力做功的数值C.通过打点计时器打下的纸带来测定小车加速过程中获得的最大速度D .通过打点计时器打下的纸带来测定

18、小车加速过程中获得的平均速度【解】A C（3分）5. （1）甲、乙、丙、丁四位同学分别使用不同精度的游标卡尺 和螺旋测微器测量同一个物体的长度，测量的结果如下：甲同学：使用游标为50分度的卡尺，读数为12.045cm 乙同学：使用游标为20分度的卡尺，读数为12.045cm 内同学：使用游标为10分度的卡尺，读数为12.04cm丁同学：使用精度为“0 01mm的螺旋测微器，读数为12.040mm从这些实验数据中可以看出读数肯定有错误的是 同学.（2）图中螺旋测微器的读数为 mm。【解】（1）甲 （2）13.872 13.874 （每空 2 分）6. 一轻弹簧其弹力与弹簧伸长后的实际长度的关系为

19、F=（200x- 40）式中各物理量均取国际单位制单位），则弹簧的劲度系数为,弹簧的原长为.【解】200N/m, 0. 2m （每空2分）7.如图所示，某同学在做 研究匀变速直线运动”实验中，由打点计时器得到表示小车 运动过程的一条清晰纸带，纸带上两相邻计数点间的时间间隔为T=0.10s,其中Si=7 . 05cm、 j JqA,S2=7 . 68cm:*:-* ）S3=8 . 31cm 1 Sj 1 S：r S J S，Sh8=8 . 95cm、S5=9. 58cm、S6=10. 20cm,则打A点时小车瞬时速度的大小是 m/s,小车运动的加速度大小是 m/s2（计算结果保留两位有效数字）.

20、【解】0. 86, 0. 63 （每空2分）耋米。【解】.29.8尺来测量工件的直径，如图所示。该工件的直径为分9. （6分）如 仪器的读 mm ,乙 数 为34iii|iiiiiiiiiIH110108. （5分）一游标卡尺的主尺最小分度为1毫米，游标上有10个小等分间隔，现用此卡图所示，甲图中 数为图中仪器的读 cm。【解】10.501 (10.500-10.502)10.15510. （4分）图（a）所示螺旋测微器的读数为 mm；图（b）所示游标卡尺的读数为cm.ab【解】(1) 3.7000.62 (每格2分)11. (4分)小华在竖直悬挂的弹簧下端加挂钩码，测量一轻弹簧的劲度系数，根

21、据所 测实验数据，在弹力F跟弹簧长度L关系的坐标系中描点如图所示.全过程未超过弹 簧的弹性限度.(1)请根据已描出的点作出F L图象；(2)由图象知弹簧的劲度系数 K=N/ m.【解】11. (1)如图(2分)(2)23-26(2 分)12. (6分)如图a所示，在 用DIS系统测量小车加速度”的实验中，将长为1m的水平 轨道一端垫高1Ocm形成斜面.从斜面顶端由静止释放质量为 0. 5kg的小车后，得到 图b所示的v-t图象(小车与轨道末端碰撞后立刻停下),若g取1Om/s2.则小车在下滑过程中(1)加速度大小为 m/s2；(2)受到的平均阻力大小为 N-【解】12. (1)0. 5(2)0

22、. 25(每空 3 分)13. (1)甲、乙、丙、丁四位同学分别使用不同精度的游标卡尺和螺旋测微器测量同一物体的长度，测量的结 甲同学：使用游标为 乙同学：使用游标为 内同学：使用游标为 顶同学：使用精度为果如下：50分度的卡尺，读数为20分度的卡尺，读数为10分度的卡尺，读数为 “0.01mm的螺旋测微器,12.045cm12.045cm12.04cm读数为 12.040mm从这些实验数据中可以看出读数肯定有错误的是 同学。(2)图中螺旋测微器的读数为 mm。【解】14. (1)甲(2) 13.87213.874 (每空 2 分)14. 如图所示，某同学在做 研究云变速直线运动”实验中，由打

23、点计时器得到表示小车运动过程的一条清晰纸带，纸带上两相邻计数点间的时间间隔为T=0.10s,其中S=7.05cm、S2=7.68cm、S3=8.31cm、S4=8.95 cm、S5=9.58cm、%=10.20cm,则打 A 点时小车瞬时速度的大小是 m/s,小车运动的加速度大小是 m/s2 (计算结果保留两 位有效数字)。A【解】16. 0.86, 0.63 (每空2分)15. 一轻弹簧其弹力与弹簧伸长后的实际长度的关系为F=（200x-40）（式中各物理量均取国际单位制单位），则弹簧的劲度系数为 ,弹簧的原长为。【解】15. 200N/m, 0.2m （每空2分）16. （6分）与打点计时

24、器一样，光电计时器也是一种研究物体运动情况是常用的计时 仪器。如图（甲）所示，a、b分别是光电门的激光发射和接收装置。现利用如图（乙） 所示的装置验证机械能守恒定律方法是：在滑块上安装一遮光板，把滑块放在水 平放置的气垫导轨上，通过跨过定滑轮的细绳与钩码相连，连接好 1、2两个光电门。 在图示位置释放滑块后，光电计时器记录下滑块上的遮光板先后通过两个光电门的时间分别为%、4tz。已知滑块（含遮光板）质量为 M、钩码质量为m、两光电门问 距为s、遮光板宽度为L （L远远小于s）、当地的重力加速度为go遮光板光电门1光电门2滑块Fi F-_ZZL_Lr 1.L图s图忆）气牵导轨（1）计算滑块上的遮

25、光板先后通过两个光电门时的瞬时速度的表达式：V1=, V2= （用题目中给定的字母表示）（2）本实验中验证机械能守恒的表达式为 （用题目中给定的字母表示）【解】11. (6 分)(1) V1 = V2 = &i)21L 21(2) mgs=-(M +m)() -(M +m)(2: t22评分参考：每空2分，共6分。17. （6分）在做 测定匀变速直线运动加速度”的实验中，取下一段如图所示的纸带研 究其运动情况。设O点为计数的起始点，在四个连续的计数点中，相，；:邻两计数点间的时间间隔为0.1 s,qt1（若物体做理想的匀加速直线运动, Si-则计数点“At起始点。之间的距10.00 cm离S1为cm,打计数点“A时物体的- （9分）碰撞的恢复系数的定义为e= vLv1 ,其中V10和V20分别是碰撞前两物 v20 - v10 00 cmM瞬时速度为m/s,物体的加速度