物理2014高考人教版二轮专题复习课件15份知识点9力学实验

力学实验研究匀变速直线运动1.实验原理(1)由纸带判断物体做匀变速运动的方法如图6－1－1

所示，0、1、2…为时间间隔相等的各计数点，x1、x2、x3…为相邻两计数点间的距离，若Δx＝x2－x1＝x3－x2＝x4－x3＝C(常量)，即若两连续相等的时间间隔内的位移之差为恒量，则与纸带相连的物体的运动为匀变速运动．(2)由纸带求运动物体加速度的方法①用“逐差法”求加速度根据x4－x1＝x5－x2＝x6－x3＝3aT2(T

为相邻两计数点间1的时间间隔)求得a

＝x

－x

x5－x2、a4

13T2

2＝

3T2

3＝

3T2x6－x3、a

，再算出a1、a2、a3

的平均值即可得到物体运动的加速度．②用v－t

图象法求加速度2Txn＋xn＋1先根据

vn＝

求出打第

n

点时纸带的即时速度，然后作出v－t

图象，图线的斜率即为物体运动的加速度．2．注意事项在实验的过程中，要重复三次，打三条纸带，然后再从三条中选一条比较理想的纸带，舍掉开始比较密集的点，在后面便于测量的地方找一个开始点．小车的加速度应适当大些，使相等时间内的位移较大，可以减小长度的测量误差．要区别计时器打出的点与人为选取的计数点，一般地每隔4

个点取1

个计数点．若把每一段纸带的右上端连接起来，结果得到一条倾斜的直线，如图

6－1－2

所示，由图可知纸带做

运动，且直线与－x

方向夹角越大，说明纸带运动的

越大．从第一个计数点

A

开始计时，为求出

0.25s

时刻纸带的瞬时速度，需要测出哪一段纸带的长度？答：

.若测得a

段纸带的长度为10.0

cm，e

段纸带的长度为2.0

cm,

则可求出加速度的大小为

m/s2.【解析】

(1)由于在相同的时间内位移均匀减小，所以纸带做匀减速直线运动．纵坐标的坐标之差为相邻相等时间内的位移差，直线与－x

方向夹角越大，说明相邻相等时间的位移差越大，纸带运动的加速度越大．从第一个计数点A

开始计时，每段纸带对应时间为T＝0.02×5

s＝0.1

s，为求出

0.25 s时刻纸带的瞬时速度，需要测出

c

段纸带的长度．若测得a

段纸带的长度为10.0

cm，e

段纸带的长度为2.0

cm，由xa－xe＝4aT2

解得加速度的大小a＝2.0m/s2.【答案】

(1)匀减速直线运动 加速度

(2)c

(3)2.0探究弹力和弹簧伸长的关系1.实验原理如图6－1－3

所示，弹簧受到拉力会伸长，平衡时弹簧产生的弹力和外力大小相等，这样弹力的大小可以通过测定外力而得出(可以用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力)；弹簧的伸长长度可用直尺测出．多测几组数据，用列表或作图的方法探索出弹力和弹簧伸长长度的定量关系．图6－1－32．注意事项拉力不能过大，以免弹簧超出其弹性限度．实验中用弹簧的伸长长度而不用弹簧的总长，若用弹簧总长得到的不是正比例函数，关系较为复杂．本实验可用列表法、图象法、函数法来处理实验数据，最好用图象法，图象法形象、直观．拟合曲线时，不要连成“折线”而应尽量让坐标点大致分布在直线上或两侧．代表符号L0LxL1L2L3L4L5L6表中有一个数值记录不规范，代表符号为

．由表可知所用刻度尺的最小分度为

．(3)图

6－1－4是该同学根据表中数据作的图，纵轴是砝码的质量，横轴是弹簧长度与

的差值(填“L0”或“Lx”)．(4)由图可知弹簧的劲度系数为

N/m；通过图和表可知砝码盘的质量为

g．(结果保留两位有效数字，重力加速度取

9.8

m/s2)【解析】

(1)为保证弹簧的形变只由砝码和砝码盘的重力引起，所以弹簧轴线和刻度尺均应在竖直方向．(2)弹簧静止时，记录原长L0；表中的数据L3

与其他数据有效位数不同，所以数据L3

不规范，标准数据应读至cm位的后两位，最后一位应为估计值，精确至mm

位，所以刻度尺的最小分度为1

mm.(3)由题图知所挂砝码质量为0时，x为0，所以x＝L－Lx.(4)由胡克定律F＝kΔx

知，mg＝k(L－Lx)，即mg＝kx，所以图线斜率即为劲度系数Δmgk＝

Δx

＝(60－10)×10－3×9.8(12－2)×10－2N/m＝4.9

N/m，同理砝码盘质量m＝k(L

－L

)

4.9×(27.35－25.35)×10－2x

0g

＝

9.8kg＝0.01

kg(1)竖直

(2)静止

L3

1

mm

(3)Lx＝10

g.【答案】(4)4.9

10验证力的平行四边形定则1.实验原理(1)如图6－1－5所示，结点受三个共点力作用处于平衡状态，则F1

与F2

的合力必与橡皮条拉力平衡，改用一个拉力F′使结点仍到O

点，则F′必与F1

和F2

的合力等效．(2)以F1

和F2

为邻边作平行四边形求出合力F，比较F′与F的大小和方向，以验证互成角度的两个力合成时的平行四边形定则．2．注意事项(1)本实验要注意两只弹簧测力计的选用，将两只弹簧测力计钩好后对拉，若两只弹簧测力计在拉的过程中读数相同，则可选，若不同，应另换，直至相同为止，使用时弹簧测力计应与板面平行．只有分力与合力具有等效性时，它们才遵守平行四边形定则，所以本实验的关键是要控制作用效果相同．即实验成败的关键是前后两次都要把结点拉到同一位置，并记好弹簧测力计读数及细绳套的方向．作图时，应选择恰当的标度，作的图大一些便于观察．图乙中的

是力

F1

和

F2

的合力的理论值；是力F1

和F2

的合力的实际测量值．在实验中，如果其它条件不变，仅将细绳换成橡皮筋，那么实验结果是否会发生变化？答：

.(选填“会”或“不会”)为什么？答：

.本实验采用的科学方法是(

)A．理想实验法C．等效替代法B．控制变量法D．建立物理模型法【解析】

(1)图乙中，F

是

F1、F2

的合力的理论值，F′是实际测量值．将细绳换成橡皮筋，实验结果不变，因为受力情况相同，细绳和橡皮筋都可以表示出各力的方向．本实验采用的科学方法是等效代替法故选C.【答案】(1)F，F′

(2)不会 因为橡皮筋受力情况与原细绳相同

(3)C验证牛顿第二定律1.实验原理本实验共有F、m、a

三个参量，探究加速度a

与作用力F

及物体的质量m

的关系时，应用的方法是控制变量法，即先控制一个参量——小车的质量m

不变，讨论a

与F

的关系，再控制小桶和砂的质量不变，即F不变，改变小车质量m，讨论a

与m

的关系．2．注意事项(1)本实验的一个重要步骤是平衡摩擦力：平衡摩擦力是指小车所受重力(重力沿斜面向下的分力)与小车所受阻力(包括小车所受摩擦力和打点计时器对小车所拖纸带的摩擦力)大小相等．实验中，应在小车后拖上纸带，先接通电源，再用手给小车一个初速度，若在纸带上打出的点的间隔基本上均匀，就表明平衡了摩擦力，否则必须重新调整小木块的位置，并且注意在平衡摩擦力时不要把悬挂小桶的细线系在小车上，即不要给小车加任何牵引力．(2)每条纸带必须在满足小车与车上所加砝码的总质量远大于小桶和砂的总质量的条件下打出．只有如此，小桶和砂的总重力才可视为小车受到的拉力．因为小车的实际加速度大小为mgM＋m，当M≫m

时原式M近似为mg.(1)若用刻度尺测出遮光条的宽度d＝0.62cm；实验时将小车从图示位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过s，则小车经过光电门时的速度光电门的时间Δt＝2.0×10－2为

m/s；实验中可近似认为细线对小车的拉力与重物重力大小相等，则重物的质量m

与小车的质量M

间应满足的关系为

；测出多组重物的质量

m

和对应遮光条通过光电门的时间

Δt，并算出相应小车经过光电门时的速度

v，通过描点作出线性图象，研究小车加速度与力的关系．处理数据时作出“v2－m”图象；(4)(多选)甲同学在(3)中作出的线性图象不通过坐标原点，可能是由于开始实验测量前，他采取了以下哪些做法将不带滑轮的木板一端适当垫高，使小车在钩码拉动下恰好做匀速运动将不带滑轮的木板一端适当垫高，使小车在钩码拉动下恰好做加速运动将不带滑轮的木板一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀速运动将不带滑轮的木板一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车恰好做加速运动【解析】小车经过光电门时的速度为v＝d/Δt＝0.31m/s；实验中可近似认为细线对小车的拉力与重物重力大小相等，则重物的质量m

与小车的质量M

间应满足的关系为m≪M.研究小车加速度与力的关系，力F＝mg，a＝v2/2L，F＝Ma，v2

2gL

m．在(3)中作出的线性图象通过坐标原点．根＝

M据“探究加速度与力、质量关系”的实验要求，开始实验测量前，将不带滑轮的木板一端适当垫高，去掉钩码，使小车恰好做匀速运动．甲同学在(3)中作出的线性图象不通过坐标原点，可能是由于开始实验测量前，没有满足该要求，他可能采取了A、B、D

所示的做法．【答案】

(1)0.31

(2)m≪M

(3)ABD

(4)ABD探究动能定理1.实验原理如图6－1－8所示，小车在橡皮筋的作用下弹出，沿木板滑行．当我们用2

条、3

条…同样的橡皮筋进行第2

次、第3

次…实验时，每次实验中橡皮筋拉伸的长度都保持一致，那么，第2

次、第3

次…实验中橡皮筋对小车做的功就是第1

次的2

倍、3

倍…如果把第1

次实验时橡皮筋所做的功记为W，以后各次做的功就是2W、3W…图6－1－8由于橡皮筋做功而使小车获得的速度可以由纸带和打点计时器测出，也可以用其他方法测出．这样，进行若干次测量，就得到若干组功和速度的数据．以橡皮筋对小车做的功为纵坐标，小车获得的速度为横坐标，以第1

次实验时的功W为单位，作出W－v.曲线即功－速度曲线．分析这条曲线，可以得知橡皮筋对小车做的功与小车获得的速度的定量关系．2．注意事项按图组装好实验器材，由于小车在运动中会受到阻力，消除阻力的方法是将木板固定有打点计时器的一端垫起适当的高度，使小车缓慢匀速下滑．在处理数据时，应先对测量数据进行估计，大致判断两个量可能的关系，然后以W

为纵坐标，v2(或v，v3，v)为横坐标作图．为验证猜想的正确性，该同学用如图6－1－9

所示的装置进行实验：将长木板平放在水平桌面上，木块固定在长木板一端，打点计时器固定在木块上，木块右侧固定一轻弹簧，用连接纸带的小车压缩弹簧至长木板的虚线处由静止释放，打点计时器在纸带上打下一系列点，选取点迹均匀的一部分纸带，计算出小车匀速运动的速度v1，测出小车的质量m1；然后在小车上加砝码，再次压缩弹簧至木板虚线处由静止释放小车，计算出小车和砝码匀速运动的速度v2，测出小车和砝码的总质量m2；再在小车上加砝码，重复以上操作，分别测出v3、m3…每次实验中，都将小车压缩弹簧至长木板的虚线处由静止释放，目的是

；若要消除每次实验中小车和纸带受到的阻力对小车运动的影响，应进行的实验操作是

．某次实验采集的五组数据如下表：m/kg0.100.200.300.400.50v/(m·s－1)1.0000.7070.5770.5000.447由表格数据直观判断，明显不正确的两个猜想是A、B、C、D

中的

；若对某个猜想进行数据处理并作图，画出了如图

6－1－

10

所示的图象，则图中的横坐标应是

．【解析】

(1)每次实验中，都将小车压缩弹簧至长木板的虚线处由静止释放，目的是小车获得相同的动能(弹簧对小车做功相同)．若要消除实验中阻力对小车运动的影响，应采取的措施是：垫高木板固定打点计时器的一端，使小车过同纸带一起在木板上匀速运动(平衡摩擦力)．②由表格中数据可知，质量m越大，相对应的速度越小，所以明显不正确的是A、C；图象是正比例函数关系，然后据表格中数据估算mv2

的结果是一定值，所以得出图中的横v2坐标应该是1

.【答案】(1)小车获得相同的动能(弹簧对小车做功相同)垫高木板固定打点计时器的一端，使小车连同纸带一起在木板上匀速运动(平衡摩擦力)(2)AC

1v2验证机械能守恒定律1.实验原理(1)物体做自由落体运动时，只受重力作用，其机械能守21恒．若物体自由下落h

高度时速度为v，应有mgh＝

mv2，1故只要gh＝2v2

成立，即可验证自由落体运动中物体的机械能守恒．(2)测定第n

点的瞬时速度的方法是：测出与第n

点相邻的前、后两段相等时间T

内下落的距离xn

和xn＋1，由公式vn＝xn＋xn＋12T或由vn＝hn＋1－hn－12T算出(如图6－1－11

所示)．2．注意事项安装打点计时器时，必须使限位孔与纸带在同一竖直平面内，以减小重物下落时纸带受到的阻力．要特别注意实验操作的顺序，开始实验时，需保持提纸带的手不动，同时先接通电源，让打点计时器正常工作时再放开纸带让重物下落，以保证第一个点是一个清晰的小点．根据自由落体运动过程中机械能守恒原理，可以测量任意两个计数点之间的距离Δh，求出这两点间的动能之差

ΔEk，利用mgΔh＝ΔEk

来验证机械能守恒定律．(4)本实验有两种误差：①因重物和纸带下落的过程中要克服阻力做功，故动能的增量ΔEk

一定略小于重力势能的减少量，这是不可避免的，属于系统误差，改进的办法只能调整器材的安装，尽可能减小阻力．②长度测量过程中属于偶然误差．可以通过多次测量取平均值来减小误差．(1)实验前，接通气源，将滑块(不挂钩码)置于气垫导轨上，轻推滑块，当图乙中的

Δt1

Δt2(选填“>”、“＝”或“<”)时，说明气垫导轨已经水平．(2)滑块P

用细线跨过定滑轮与质量为m

的钩码Q

相连，将滑块P由图甲所示位置释放，通过计算机得到电压图象如图乙所示，若Δt1、Δt2、d

和m

已知，要验证滑块和砝码组成的系统机械能是否守恒，还应测出的物理量是

和

．【解析】

轻推滑块，当图乙中的

Δt1＝Δt2

时，说明气垫导轨已经水平．要验证滑块和砝码组成的系统机械能是否守恒，由mgL＝2mv221

121

21

1

2—

mv1，v

＝d/Δt

，v

＝d/Δt

，还应测出的物理量是滑块质量m，两光电传感器间距离L.【答案】(1)＝(2)滑块质量两光电传感器间距离1．(多选)在“探究求合力的方法”的实验中，下列说法正确的是(

)A．用三个已校好的弹簧测力计才能完成此实验B．用两个校好的弹簧测力计就可以完成此实验

C．用一个校好的弹簧测力计也能完成此实验D．实验中弹簧测力计的外壳与纸面间的摩擦将会影响实验的结果【解析】由实验原理可知，当需要用两个弹簧测力计同时拉橡皮筋时，在确定结点O

及两个分力的方向的情况下，可以用一个弹簧测力计先拉一侧，另一侧直接用细绳拉，先确定一个分力的大小，用同样的方法再确定另外一个分力的大小；弹簧测力计的外壳与纸面间的摩擦对橡皮条所受拉力及弹簧测力计的读数均无影响．选项B、C

正确．【答案】BC2．用如图6－1－13

所示的实验装置来验证牛顿第二定律．(1)为消除摩擦力的影响，实验前平衡摩擦力的具体操作为：取下

，把木板不带滑轮的一端适当垫高并反复调节，直到轻推小车后，小车能沿木板做

运动．(2)某次实验测得的数据如下表所示．根据这些数据在如

1图6－1－14

所示的坐标图中描点并作出a－m图线，通过a

1－m图线求得合外力大小为

N(计算结果保留两位有效数字)．1

/kg－1ma/(m/s2)4.01.23.61.12.00.61.40.41.00.3【解析】(1)平衡摩擦力时不能挂砂桶；(2)由

a＝F可知，在

a

1

图象中，图线的斜率

k

代表小m

－m车所受合外力的大小，由图线可知，k＝0.30，即F＝0.30

N.【答案】

(1)砂桶

匀速直线(2)描点、连线如图所示；0.30

N(0.28～0.32

N

均可)3．(1)在“验证机械能守恒定律”实验中，打出的纸带如图

6－1－15

所示．设重锤质量为

m，交流电源周期为

T，则打点

4

时重锤的动能可以表示为

．(2)为了求起点0

到点4

重锤的重力势能变化，需要知道重力加速度

g

的值，这个

g

值应该是

(填选项的序号即可)．取当地的实际g

值根据打出的纸带，用Δs＝gT2

求出近似取10

m/s2

即可以上说法均不对【解析】xt

4(1)由v

＝

t

＝v

/2，可知，v

＝

v35＝2Th5－h3，k4E

＝

m241

1v

＝

m(2

2

2Th5－h3

2)

.(2)为了实验的精确性，重力加速度的数值应该取当地的重力加速度，选项A

正确而C

错误；由于摩擦阻力的存在，物体下落的加速度应该小于g，故选项B

错误．1【答案】

(1)2m(2Th5