2023届二轮复习 专题8 第1讲　力学实验 课件（62张）（山东专用）

第一讲力学实验专题八2023内容索引0102核心考点聚焦微专题•热考命题突破【知识网络建构】

核心考点聚焦考点一纸带类问题(含频闪照相、光电门)核心归纳命题角度1

研究匀变速直线运动(包括平抛运动的竖直分运动)(1)根据一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度,测出不同时刻的瞬时速度,然后绘制v-t图像,分析运动规律;(2)根据纸带用逐差法直接测量加速度或由v-t图像斜率求加速度。

充分利用数据,减小误差命题角度2

验证牛顿运动定律(1)注意需要补偿阻力;(2)使提供牵引力的小盘及盘中砝码的总质量m远小于被牵引的小车和车中砝码的总质量m车,即m≪m车。特别提醒一定理解实验原理,有些创新实验方案中不需要满足以上两条。命题角度3

验证机械能守恒定律(1)根据纸带测出物体下落高度,进一步求物体减小的重力势能;(2)根据纸带计算出物体的瞬时速度,进一步求物体动能的增加量。命题角度4

验证动量守恒定律(1)利用纸带(气垫导轨和光电门)测出物体碰撞前后的速度,验证的表达式:m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'或m1v1=(m1+m2)v2。(2)利用等长摆球完成一维碰撞,测出摆球速度v=,验证的表达式:m1v1=m1v1'+m2v2'。(3)利用斜槽滚球水平射程的测量,验证的表达式:m1lOP=m1lOM+m2lON。深化拓展1.纸带问题的两个关键点(1)区分计时点和计数点:计时点是指打点计时器在纸带上打下的点,计数点是指测量和计算时在纸带上所选取的点。要注意“每五个点取一个计数点”与“每隔四个点取一个计数点”的取点方法是一样的。

注意:不一定“每五个点”(2)涉及打点计时器的实验均是先接通打点计时器的电源,待打点稳定后,再释放纸带。2.纸带数据的处理方法

典例剖析例1(命题角度2)(2022山东烟台、德州高三一模)某物理实验小组利用图甲所示装置探究小车的加速度与受力的关系。甲(1)关于实验操作,下列说法正确的是

;

A.实验时,先释放小车再接通打点计时器的电源B.调节滑轮的高度,使牵引小车的细线与长木板保持平行C.每次改变重物质量时,不需要重新调整长木板的倾斜度D.为尽可能减小实验误差,小车的质量应远大于重物的质量BCD(2)一次实验中获得的纸带如图乙所示,已知所用电源的频率为50Hz,每5个点取一个计数点,A、B、C、D、E、F、G为所取计数点,由图中数据可求得加速度大小a=

m/s2;(计算结果保留两位有效数字)

乙0.19(3)实验小组保持小车质量不变,改变小车所受的拉力F,得到a随F变化的规律如图丙所示,由图可知,直线不过坐标原点的原因是

。

丙长木板倾斜程度过大,补偿阻力过度

解析

(1)实验时,要先接通打点计时器的电源再释放小车,A错误;绳子的拉力应与运动方向一致,故应调节滑轮的高度,使牵引小车的细线与长木板保持平行,B正确;平衡后,应有μmgcos

θ=mgsin

θ,即μ=tan

θ,故每次改变重物质量时,不需要重新调整长木板的倾斜度,C正确;为尽可能减小实验误差,实验要求小车的质量应远大于重物的质量,D正确。(2)设AD=x1,DG=x2,由图乙可得x1=3.65

cm-0.40

cm=3.25

cm,x2=8.60

cm-3.65

cm=4.95

cm,所用电源的频率为50

Hz,每5个点取一个计数点,可得AD之间的时间间隔为t=3×0.02×5

s=0.3

s,根据Δx=at2,代入数据解得a==0.19

m/s2。(3)由题图丙可知,当F等于0时,加速度大于0,说明长木板倾斜程度过大,补偿阻力过度。对点训练1.(命题角度1)(2022全国乙卷)用雷达探测一高速飞行器的位置。从某时刻(t=0)开始的一段时间内,该飞行器可视为沿直线运动,每隔1s测量一次其位置,坐标为x,结果如下表所示:t/s0123456x/m050710941759250533294233回答下列问题:(1)根据表中数据可判断该飞行器在这段时间内近似做匀加速运动,判断的理由是

。

(2)当x=507m时,该飞行器速度的大小v=

m/s。

(3)这段时间内该飞行器加速度的大小a=

m/s2(保留2位有效数字)。相邻1s内的位移之差接近相等

54779解析

(1)由题表可知,飞行器第1

s内的位移为507

m,第2

s内的位移为587

m,第3

s内的位移为665

m,第4

s内的位移为746

m,第5

s内的位移为824

m,第6

s内的位移为904

m,则相邻1

s内的位移之差接近相等,可判断飞行器在这段时间内近似做匀加速运动。(2)当x=507

m时,飞行器的速度近似等于0~2

s内的平均速度,2.(命题角度3)(2022广东惠州二模)在验证机械能守恒定律的实验中,两实验小组同学分别采用了如图甲和乙所示的装置,用两种不同的实验方案进行实验,设重力加速度为g。(1)在甲图中,下落物体应选择密度

(选填“大”或“小”)的重物;在乙图中,两个重物的质量关系是m1

(选填“>”“=”或“<”)m2。

(2)采用图乙的方案进行实验,除图中的器材外,还需要的实验器材有交流电源、刻度尺和

。

(3)某次实验所打纸带如图丙所示,O为第一个点,A、B、C、D点到O点的距离已标出,打点时间间隔为0.02s,则记录C点时,重物的速度vC=

m/s。(结果保留三位有效数字)

(4)从减小实验误差的角度看,比较两种实验方案,你认为

(选填“甲”或“乙”)方案更合理。

丙大

>

天平

0.780

甲

解析

(1)为了减小实验的误差,下落物体应选择密度大的重物,乙图是验证系统机械能是否守恒,质量为m1的物体向下运动,质量为m2的物体向上运动,所以m1>m2。(2)验证系统机械能是否守恒,即验证系统动能的增加量和系统重力势能的减小量是否相等,动能的增加量为ΔEk=

(m1+m2)v2,重力势能的减小量为ΔEp=(m1-m2)gh,可知需要测量两个重物的质量,所以实验器材还需要天平。(3)根据匀变速直线运动中间时刻的速度等于该过程中的平均速度,可以求出打纸带上C点时小车的瞬时速度大小vC=

m/s=0.780

m/s。(4)甲方案更合理,因为在乙方案中还受到细线与滑轮之间的阻力影响。3.(命题角度4)(2022全国甲卷)利用图示的实验装置对碰撞过程进行研究。让质量为m1的滑块A与质量为m2的静止滑块B在水平气垫导轨上发生碰撞,碰撞时间极短,比较碰撞后A和B的速度大小v1和v2,进而分析碰撞过程是否为弹性碰撞。完成下列填空:(1)调节导轨水平。(2)测得两滑块的质量分别为0.510kg和0.304kg。要使碰撞后两滑块运动方向相反,应选取质量为

kg的滑块作为A。

(3)调节B的位置,使得A与B接触时,A的左端到左边挡板的距离s1与B的右端到右边挡板的距离s2相等。(4)使A以一定的初速度沿气垫导轨运动,并与B碰撞,分别用传感器记录A和B从碰撞时刻开始到各自撞到挡板所用的时间t1和t2。0.304

(5)将B放回到碰撞前的位置,改变A的初速度大小,重复步骤(4)。多次测量的结果如下表所示。比较项12345t1/s0.490.671.011.221.39t2/s0.150.210.330.400.46k=0.31k20.330.330.33(6)表中的k2=

(保留2位有效数字)。

0.31

0.32

0.34

解析

(2)要使两滑块碰撞后运动方向相反,应使质量小的滑块碰撞质量大的滑块,应选取质量为0.304

kg的滑块作为A。(8)发生弹性碰撞时满足动量守恒和机械能守恒,可得m1v0=-m1v1+m2v2考点二弹簧、橡皮条问题核心归纳命题角度1

探究弹力与弹簧伸长的关系(1)安装:按照原理装置图安装实验仪器。(2)操作:弹簧竖直悬挂,待钩码静止时测出弹簧长度。(3)作图:坐标轴标度要适中,单位要标注,连线时要通过尽可能多的数据点,不能通过的数据点均匀分布在图线的两侧,明显偏离图线的点要舍去。深化拓展两种非常规图像分析(1)图像发生弯曲:悬挂钩码数量过多,导致弹簧的形变量超出了其弹性限度,不再符合胡克定律(F=kx),故图像发生弯曲,如图所示。(2)截距不为零:水平放置弹簧测量其原长,由于弹簧有自重,将其悬挂起来后会有一定的伸长量,故图像横轴截距不为零,如图所示。命题角度2

验证力的平行四边形定则(1)等效:同一次实验中两次把橡皮条拉长后的结点O位置必须保持不变。

合力、分力等效替代(2)拉力:沿弹簧测力计轴线方向拉(与板面平行),橡皮条、弹簧测力计和细绳套与纸面平行;两分力F1、F2的夹角不要太大或太小。(3)记录:记下每次各力的大小和方向,标记方向的两点尽量远些。(4)作图:选定比例要相同,严格按力的图示要求作平行四边形求合力。典例剖析例2(命题角度2)(2022河北唐山一模)验证力的平行四边形定则的实验如图甲所示,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为细绳。图乙是在白纸上根据实验结果画出的力的图示。(1)本实验采用的科学方法是

;

A.理想实验法B.等效替代法C.控制变量法(2)图乙中的F与F'两力中,方向一定沿AO方向的是

;

(3)关于该实验,下列说法正确的是

。

A.拉橡皮筋的细绳短一些,实验效果较好B.拉橡皮筋时,弹簧测力计、橡皮条、细绳应贴近木板且与木板平面平行C.橡皮筋弹性要好,拉结点到达某一位置O时,拉力F1和F2的夹角越大越好D.在同一实验中O点位置不能变BF'

BD解析

(1)本实验用一根弹簧的拉力代替两根弹簧的拉力作用效果,采用等效替代法,故选B。(2)F是通过作图的方法得到的合力的理论值,在平行四边形的对角线上,而F'是通过一个弹簧测力计沿AO方向拉橡皮筋,使橡皮筋伸长到O点的力,其方向一定沿AO方向。(3)在实验中要减小拉力方向的误差,应让标记同一细绳方向的两点尽量远些,故细绳应该长一些,A错误;该实验是在白纸中作图,作出的是水平力的图示,若拉力倾斜,则作出图的方向与实际力的方向有较大差别,故应使各力尽量与木板平面平行,B正确;两个拉力的夹角过大,合力会过小,画理论值时相对误差变大,故夹角大小适中即可,不宜太大或太小,但要保证力的作用效果即O点位置不能变,C错误,D正确。对点训练4.(命题角度2)(2022广东深圳一模)在探究共点力的平衡条件的实验中,将三个细绳套系于一点,在水平桌面上用三支弹簧测力计互成角度地水平拉细绳套,使结点静止在纸面上O点,如图所示。(1)测力计1的指针位置如图所示,其读数为

N,测力计2和3的读数分别为1.30N和1.25N。

(2)取1cm代表1N,请在虚线框内作出三个力的图示,并借助平行四边形定则作图,求出其中两个力的合力。

(3)改变三个弹簧测力计的弹力方向和大小,多次实验。(4)在误差允许范围内,可归纳出这三个共点力的平衡条件是:

。

2.30

解析

(1)弹簧测力计的最小刻度是0.1

N,因此弹簧测力计的示数为2.30

N。(2)选取1

cm长度为1

N,作出力的图示,根据平行四边形法则,可作出任意两个力的合力,以下三个图中任意一个均正确。(4)其中一个力与另两个力的合力等值反向(或“三个共点力的合力等于零”“合力等于零”“两个共点力的合力与第三个力大小相等,方向相反,在同一条直线上”“两力的合力与第三力等大反向共线”等)。5.(命题角度1)(2022湖南卷)小圆同学用橡皮筋、同种一元硬币、刻度尺、塑料袋、支架等,设计了如图甲所示的实验装置,测量冰墩墩玩具的质量。主要实验步骤如下:甲(1)查找资料,得知每枚硬币的质量为6.05g。(2)将硬币以5枚为一组逐次加入塑料袋,测量每次稳定后橡皮筋的长度l,记录数据如下表:序号12345硬币数量n/枚510152025橡皮筋长度l/cm10.5112.0213.5415.0516.56(3)根据表中数据在图乙上描点,绘制图线:

乙答案

如图所示

(4)取出全部硬币,把冰墩墩玩具放入塑料袋中,稳定后橡皮筋长度的示数如图丙所示,此时橡皮筋的长度为

cm。

丙(5)由上述数据计算得冰墩墩玩具的质量为

g(计算结果保留3位有效数字)。

15.35127解析

(4)由题图丙可知,刻度尺的分度值为1

mm,读数为15

cm+3.5

mm=153.5

mm=15.35

cm。(5)设橡皮筋的劲度系数为k,原长为x0,则n1mg=k(x1-x0)n5mg=k(x5-x0)设冰墩墩质量为m1,则有m1g=k(l-x0)联立各式代入数据解得m1=127

g。考点三新增力学实验核心归纳命题角度1

探究平抛运动的特点利用运动的分解,化曲为直,分别研究两个方向的分运动。命题角度2

探究向心力与半径、质量、角速度的关系(1)实验方法:控制变量法。(2)实验原理:Fn=mrω2。命题角度3

用单摆测量重力加速度的大小(1)先测量单摆周期和摆长。

悬点到小球球心的距离典例剖析例3(命题角度1)(2022河北模拟预测)用如图甲所示的装置研究平抛运动。实验操作如下:a.将白纸和复写纸固定在竖直的背板上;b.将钢球从斜槽上某一位置处由静止释放,落在可上下调节的水平挡板N上;(挡板N靠近背板一侧较低,钢球落在挡板上时,钢球侧面会在白纸上留下印迹)c.上下调节挡板N,重复步骤b,在白纸上记录钢球所经过的多个位置;d.

,就得到钢球做平抛运动的轨迹。

(1)请将操作d补充完整:

。

(2)实验中必须满足的条件有

。

A.斜槽轨道末端水平B.斜槽轨道光滑C.挡板高度等间距变化D.每次从斜槽上相同的位置无初速度释放钢球(3)通过实验,记录了钢球在运动途中的三个位置,如图乙所示,则该钢球在A点速度的大小为

m/s,钢球抛出点位置的坐标为

。(g取10m/s2)

答案

(1)见解析(2)AD解析

(1)以斜槽水平末端处钢球球心在白纸上的投影点为坐标原点O

,过O点画出竖直的y轴和水平的x轴;取下坐标纸,用平滑的曲线把这些印迹连接起来,就得到钢球做平抛运动的轨迹。(2)斜槽轨道不一定需要光滑,但末端一定要水平,才能保证是平抛运动,A正确,B错误;挡板只要能记录下小球下落在不同高度的不同位置即可,不需要等间距变化,C错误;为了保证小球做平抛运动的初速度相等,小球每次应从斜槽的同一位置由静止释放,

D正确。从抛出到B点的水平位移x=v0tB=0.3

m=30

cm,竖直位移y==0.2

m=20

cm,设小球抛出点的位置坐标为(x0,y0),则x0+

x=xB,y0+

y=yB,将B点坐标值xB=30

cm,yB=30

cm代入可得x0=0,y0=10

cm,即钢球抛出点位置的坐标为(0,10

cm)。对点训练6.(命题角度2)(2022北京模拟预测)探究向心力大小F与物体的质量m、角速度ω和轨道半径r的关系实验。(1)本实验所采用的实验探究方法与下列哪些实验是相同的

;

A.探究平抛运动的特点B.探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系C.探究两个互成角度的力的合成规律D.探究加速度与物体受力、物体质量的关系BD(2)某同学用向心力演示器进行实验,实验情境如甲、乙、丙三图所示。①三个情境中,图

(选填“甲”“乙”或“丙”)是探究向心力大小F与质量m的关系。

②在甲情境中,若两钢球所受向心力的比值为1∶4,则实验中选取两个变速塔轮的半径之比为

。

甲乙丙丙

2∶1解析

(1)在这个实验中,利用控制变量法来探究向心力的大小与物体质量、角速度和轨道半径之间的关系。探究平抛运动的特点的实验,例如两球同时落地,两球在竖直方向上的运动效果相同,应用了等效思想,A不符合题意;当一个物理量与多个物理量相关时,应采用控制变量法,探究该物理量与某一个量的关系,如保持原线圈的电压一定,探究副线圈的电压U2与匝数n1、n2的关系,B符合题意;探究两个互成角度的力的合成规律的实验,即两个分力与合力的作用效果相同,采用的是等效替代的思想,C不符合题意;探究加速度与物体受力、物体质量的关系的实验是通过控制变量法研究的,D符合题意。(2)①根据F=mrω2可知,要探究向心力大小F与质量m的关系,需控制小球的角速度和轨道半径不变,由图可知,两侧采用皮带传动,所以两侧具有相等的线速度,根据皮带传动的特点可知,应该选择两个半径相等的塔轮,而且运动半径也应相同,选取不同质量的小球,故丙符合题意;②由题图甲可知,两个球的质量相等,轨道半径相同,根据牛顿第二定律有F=mRω2,F'=mRω'2,两个塔轮边缘的线速度相等v=v',根据v=rω,v'=r'ω',联立可得两个变速塔轮的半径之比为r∶r'=2∶1。7.(命题角度3)(2022湖北模拟预测)(1)某同学在实验室做单摆的周期T与摆长L的关系的实验,下列措施可以提高实验精度的是

。

A.选轻质、无弹性的棉线作为摆线B.单摆摆动时保持摆线在同一竖直平面内C.系好摆球后,令其自然下垂时测量摆线长D.当小球摆到最高点时按下秒表开始计时(2)若该同学先测得摆线长为l,摆球直径为d,然后用秒表记录了单摆振动50次所用的时间为t。他测得的g值偏小,可能的原因是

。

A.测摆线长时摆线拉得过紧B.摆线上端未牢固地系于悬点,振动中出现松动,使摆线长度增加了C.开始计时时,秒表过早按下D.在摆动过程中,由于空气阻力造成摆角逐渐变小ABCBC(3)若实验中没有游标卡尺,无法测小球的直径d,该同学将悬点到小球最低点的距离作为摆长l,测得多组周期T和l的数据,作出l-T2图像。则实验得到的l-T2图像应是图中的

(选填“a”“b”或“c”);小球的直径是

cm;实验测得当地重力加速度大小是

m/s2(取π2=9.86)。

c1.29.86解析

(1)为了提高测量的精确度,摆线应选用伸缩不计的细线,如轻质、无弹性的棉线作为摆线,A正确;单摆应在同一个竖直面内摆动,防止出现圆锥摆,B正确;测量摆长时应在摆球自然下垂时测量,C正确;应从平衡位置(最低点)开始计时,因为在最低点,摆球的速度最大,时间测量的误差比较小,D错误。(2)根据单摆的周期公式

,测摆线长时摆线拉得过紧,导致摆长偏大,重力加速度偏大,A错误;摆线上端悬点未固定牢,振动中出现松动,使摆线长度增加了,摆动的过程中,周期变大,测得的重力加速度偏小,B正确;开始计时时,秒表过早按下,导致周期变长,测得的重力加速度偏小,C正确;在摆动过程中,由于空气阻力造成摆角变小,但周期不变,对测量重力加速度没有影响,D错误。微专题•热考命题突破命题篇创新实验力学创新类实验归纳分析知识精要对于创新型实验的处理,最根本的方法是要把实验的本质从新情境中分离出来,找出与常规实验的相同之处,然后运用熟悉的实验原理和实验数据处理方法进行处理,解决此类问题要有“以不变应万变”的策略:(1)根据题目情境,提取相应的力学模型,明确实验的理论依据和实验目的,设计实验方案。(2)进行实验,记录数据,应用原理公式或图像法处理实验数据,结合物体实际受力情况和理论受力情况对结果进行误差分析。考向分析高考力学创新实验题常把考查内容延伸到演示实验中,甚至拓展到迁移类实验、应用性实验、设计性实验。要求学生利用所学知识,对实验仪器或实验方法重组,将教材中的学生实验和演示实验的实验原理、实验方法迁移到情境新颖的实验中去。从高考题的特点我们可以看出,考查原始实验的题目较少,实验题大都以基本的力学模型为载体,依托运动学规律和力学定律设计实验,力学实验创新设计的形式有以下三种:1.实验器材的等效与替换。常见的考查模式主要有两大类:一是不变目的,变装置;二是不变装置,变目的。2.实验原理的拓展与延伸。该类实验的特点是题目来源于教材,但又高于教材,实验的基本原理和思想方法是考查的核心,要解决此类实验问题,应从背诵实验向分析理解实验转变。3.试题情境的设计与创新。不管试题情境的设计进行了怎样的创新,其考查的实验原理和实验处理方法仍然不变。案例探究例题(2020山东卷)2020年5月,我国进行了珠穆朗玛峰的高度测量,其中一种方法是通过使用重力仪测量重力加速度,进而间接测量海拔高度。某同学受此启发就地取材设计了如下实验,测量当地重力加速度的大小。实验步骤如下:(ⅰ)如图甲所示,选择合适高度的垫块,使木板的倾角为53°,在其上表面固定一与小物块下滑路径平行的刻度尺(图中未画出)。甲(ⅱ)调整手机使其摄像头正对木板表面,开启视频录像功能。将小物块从木板顶端释放,用手机记录下小物块沿木板向下做加速直线运动的情况。然后通过录像的回放,选择小物块运动路径上合适的一点作为测量参考点,得到小物块相对于该点的运动距离l与运动时间t的数据。(ⅲ)该同学选取部分实验数据,画出了-t图像,利用图像数据得到小物块下滑的加速度大小为5.6m/s2。(ⅳ)再次调节垫块,改变木板的倾角,重复实验。回答以下问题:(1)当木板的倾角为37°

时,所绘图像如图乙所