1、专题五物理实验第1讲力学实验聚焦局考真题体验真题,明考向:1.(2016江苏单科,11)某同学用如图1所示的装置验证机械能守 恒定律。一根细线系住钢球,悬挂在铁架台上,钢球静止于A 点,光电门固定在N的正下方,在钢球底部竖直地粘住一片宽 度为&的遮光条。将钢球拉至不同位置由静止释放,遮光条经 过光电门的挡光时间,可由计时器测出,取,乍为钢球经过4点时的速度。记录钢球每次下落的高度和计时器示数,计算并比较钢球在释放点和力点之间的势能变化大小狂了写动变化大小Ak,就能验证机械能是否守恒。V匕图1=计算钢球重力势能变化的大小,式中钢球下落高度A应测量释放时的钢球球心到_之间的竖直距离。A.钢球在4点
2、时的顶端B.钢球在4点时的球心C.钢球在4点时的底端(2)用计算钢球动能变化的大小,用刻度尺测量遮光条宽度,示数如图2所示,其读数为_emo某次测量中,计时器的示数为0.010 0 s,则钢球的速度为v=_m/So遮光条 mm图2下表为该同学的实验结果:An(X10-2J)4.8929.78614.69 19.5929.38AEk(X10-2J)5.0410.115.120.029.8他发现表中的/与Mk之间存在差异,认为这是由于空气阻力造 成的。你是否同意他的观点?请说明理由。(4)请你提出一条减小上述差异的改进建议o解析(1)钢球下落高度儿应测量释放时钢球心到钢球在4点时 的球心之间的竖直
3、距离,故选B。(2)遮光条的宽度d=1.50 cm,钢球的速度0=7=1.50 m/s(3)不同意,因为空气阻力会造成小于AEp,但表中AEk大于Apo(4)分别测出光电门和球心到悬点的长度L和/,计算AEk时,将v折算成钢球的速度u=产。答案(1)BL50 1.50(3)不同意(4)见解析2.(2015 江苏单科,11)某同学探究小磁铁在铜管中下落时受电磁 阻尼作用的运动规律。实验装置如图3所示,打点计时器的电源为50 Hz的交流电。下列实验操作中,不正确的有A.将铜管竖直地固定在限位孔的正下方B.纸带穿过限位孔,压在复写纸下面C.用手捏紧磁铁保持静止,然后轻轻地松开让磁铁下落D.在磁铁下落
4、的同时接通打点计时器的电源该同学按正确的步骤进行实验(记为“实验”),将磁 铁从管口处释放,打出一条纸带,取开始下落的一段,确 定一合适的点为。点,每隔一个计时点取一个计数点,标 为1,2,,8o用刻度尺量出各计数点的相邻两计时点到。点的距离,记录在纸带上,如图4所示。2 3 4 5 6 7 80.20 1.18 2.53 4.04 5.60 7.18 8.77 10.36 11.95(单位:cm)计算相邻计时点间的平均速度,粗略地表示各照籍收度,抄入下表。请将表中的数据补充完整。Pw/位置12345678r/(cm-s-1)24.533.837.839.5 39.839.839.8(3)分析
5、上表的实验数据可知:在这段纸带记录的时间内,磁铁运动速度的变化情况是_;磁铁受到阻尼作用的变化情况是_o(4)该同学将装置中的铜管更换为相同尺寸的塑料管,重复上述实 验操作(记为“实验”),结果表明磁铁下落的运现解与自由 落体运动规律几乎相同。请问实验是为了说明嘴那好验 和的结果可得到什么结论?强股10 A解析(1)在实验时,应用手捏住纸带上端,保持静止,再接通电 源,让打点计时器工作,然后迅速释放纸带,故做法不对的是C、D,所以本题正确选项为C、Do*上 5.60-4.04(2)由 v=二可求 必=cm/s=39.0 cm/sol L X U.U2(3)由纸带上的测量数据可知,磁铁下落的速度
6、逐渐增大,最后匀 速下落,所受阻力逐渐增大到大小等于重力。(4)实验结果表明磁铁在塑料管中几乎不受阻尼作用,而磁铁在铜 管中下落时受到的阻尼作用主要是电磁阻尼作用。答案(1)CD(2)39.0(3)逐渐增大到39.8 cm/sl?1慢逐渐增大到等于重力(4)为了说明磁铁在塑第 受阻尼作用,磁铁在铜管中受到的阻尼作用主要睐越珀乎不反作用3.(2014江苏单科,11)小明通过实验验证力的平行四边形定则。(1)实验记录纸如图5所示,O点为橡皮筋被拉伸后伸长到的位 置,两弹簧测力计共同作用时,拉力玛和B的方向分别过Pi和 P2点;一个弹簧测力计拉橡皮筋时,拉力歹3的方向过尸3点。三 个力的大小分别为:
7、/i=3.30 N、B=3.85N和尸3=4.25 N。请 根据图中给出的标度作图求出歹 1和万2的合力。1 N 1%O9*仔细分析实验,小明怀疑实验中的橡皮筋被多次拉伸后弹性发 生了变化,影响实验结果。他用弹簧测力计先后两次将橡皮筋拉 伸到相同长度,发现读数不相同,于是进一步探究了拉伸过程对 橡皮筋弹性的影响。实验装置如图6甲所示,将一张白纸固定在竖直放置的木板上,橡皮筋的上端固定于。点,下端N挂一重物。用与白纸平行的水 平力缓慢地移动N,在白纸上记录下N的轨迹。重复上述过程,o两次实验记录的轨迹如图乙所示。过。点作一条直线与轨迹交于、两点,则实验中橡皮筋分别被拉伸到。和时所受拉力吊、B的大
8、小关系为_ S pg(3)根据中的实验,可以得出的实验结果有哪嗡狂必_。(填写选项前的字母)A.橡皮筋的长度与受到的拉力成正比B.两次受到的拉力相同时,橡皮筋第2次的长度较长C.两次被拉伸到相同长度时,橡皮筋第2次受到的拉力较大D.两次受到的拉力相同时,拉力越大,橡皮筋两次的长度之 差越大(4)根据小明的上述实验探究,请对验证力的平行四边形定则 实验提出两点注意事项。丫也一解析(1)根据图中所给标度作出力入和B的图示,以E和万2 为邻边作平行四边形,画出对角线,量出其长度,确定其大小厂合=4.8 No(2)以N点为研究对象,进行受力分析可知,N点受三力平衡,分 别被拉伸到。点和A点时。设橡皮筋
9、与竖直方向间的夹角为仇由 平衡条件得橡皮筋的拉力歹=婚。可见夕相同时,口相同,故COS U.。也Fa=Fbo(3)两次实验结果表明:两次受到的拉力相同时,橡皮筋第2次的 长度较长,B对;橡皮筋的长度与受到的拉力不成正比,a错;两次被拉伸长度相同时,橡皮筋第1次受到的拉力较大,c错;两 次受到的拉力相同时,拉力越大,对应的夕角越大,两次的长度 之差越大,D对。(4)见答案。答案见下图,/合=4.64.9都算对(2)F=Fb(3)BD(4)橡皮筋拉伸不宜过长;选用新橡皮筋。(或:选用弹性好的橡皮筋;换用弹性好的轻弹簧。)18考情分析201420152016力学实验T11:验证力的平行 四边形定则、
10、探究 橡皮筋拉伸过程对 橡皮筋弹力的影响T11:探究小磁铁 在铜管中卜落时受 电磁阻尼作用的运 动规律T11:验证机械能守恒定律近三年我省高考的实验考题的第11题均为力学实验,这些实验的基础都源于课本,但又高于课本,立足创新。2017年的考生应抓住两点。(1)熟知各种器材的特性。熟悉课本上的实验,抓住实验的灵魂 两类误差分析。知突破热点考加 热点突破提技能考向H基本仪器的使用和读数规律方法1.关于基本仪器的使用(1)游标卡尺:测外径或厚度在卡脚下方测量,不能将小测量物 靠近主尺放置;要认准游标“0”刻度在哪,读数时应轻轻“锁 定”游标。.(2)螺旋测微器:测量长度较小的物体;要注意0.5 mm
11、刻度线尸/I、一在上方还是下方;听到“咯、咯”声之后要换用微调;读数时 应轻轻“锁定”可动部分。20(3)弹簧测力计:使用前应校零,选择弹簧测力计时,要选力的方 向通过弹簧轴线的,必要时要选对拉时读数相同的弹簧测力计。(4)打点计时器:电火花打点计时器使用的是220 V交流电源;电 磁打点计时器使用的是低压46V交流电源。2.关于基本仪器的读数(1)注意使用的刻度尺或弹簧测力计的最小分度值。应估读到其 最小分度的点,读数或测量值为:整数部分(单位)+已格X最小 分度(单位),统一单位后得最后结果。(2)注意游标卡尺的精度是多少(即游标部分格数的倒数),测量 时还要注意看准是第几(用n表示)条游
12、标刻度线与主尺上的某 条刻度线对齐,读数或测量值为:主尺部分(单位)+杀度(单 位),统一单位后得最后结果。注意游标不需要嘲酋 三种游标卡尺的比较:域长Cl _ 22刻度格数刻度总长/mm游标上每小格与1 mm相差/mm精度/mm测量结果(游标卡尺上 第个刻度线与主尺上 的刻度线对止时)/mm1090.10.1主尺上读的毫米数十 0.120190.050.05主尺上读的毫米数十 0.0550490.020.02主尺上读的毫米数十 0.02今,十精典题组1.(2015海南单科,11)某同学利用游标卡尺和螺旋测微器分别测 量一圆柱体工件的直径和高度,测量结果如图7(a)和(b)所示。解析 游标卡尺
13、读数为=12 mm+4X白 mm=12.20 mm=1.220 cm螺旋测微器的读数为h=6.5 mm+36.0X0.01 mm=6.860 mm答案 1.220 6.8602.(2016扬州二模)某同学用如图8所示的实验装置探究力的平行 四边形定则,弹簧测力计N挂于固定点P,下端用细线挂一重 物M,弹簧测力计5的一端用细线系于。点,手持另一端向左 拉,使结点O静止在某位置,分别读出弹簧测力计Z和刀的示数,并在贴于竖直木板的白纸上记录O点的位置和拉线的方向。本实验用的弹簧测力计示数的单位为N,图中力的示数为下列不必要的实验要求是。(请填写选项前对应的字母)A.应测量重物所受的重力B.弹簧测力计
14、应在使用前校零C.拉线方向与木板平面平行D.改变拉力,进行多次实验,每次都要使O点静止在同一位置(3)某次实验中,该同学发现弹簧测力计力的指针稍硝调 请你提出一个解决办法:王,274 解析(1)弹簧测力计读数,每1 N被分成5格,则1格就表示0.2 No 题图中指针落在3N到4N的第3格处,所以示数为3.6N。(2)实验通过作出三个力的图示,来验证力的平行四边形定则,因 此重物的重力必须要知道,故A必要;弹簧测力计是测出力的大 小,所以必须在测之前校零,故B必要;拉线方向必须与木板平 面平行,这样才确保力的大小的准确性,故C必要;重物的重力 即合力的大小和方向是确定的,所以不需要每次逆产邙女静
15、止在 同一位置,故D错误。本题选不必要的,答案为D。,嫦万(3)当弹簧测力计Z超出其量程,则说明联接弹簧测力计6与重物 的两根细线的力的合力已偏大。又由于挂重物的细线的方向已确 定,所以要么减小重物的重量,要么改变弹簧测力计5拉细线的 方向,或改变弹簧测力计5拉力的大小,从而使弹簧测力计/不超 出量程。答案(1)3.6 N(2)D(3)减小的质量、减小。尸与竖直方向的夹角、减小弹簧测力计万拉力的大小2考向基本实验方法与数据处理规律方法L力学实验的基本方法力学实验的基本方法就是测量力、位移、时间等的方法。测力 可以用弹簧测力计,也可以用天平测出质量求得力,还可以根据牛顿运动定律或动能定理等测出相
16、关物理量来求得力。测位 移主要用到打点计时器、频闪照相、位移传感器结合示波器或 给定图象和用测长度的仪器测量,也可以根据牛顿运动定律或动能定理等求得相关物理量来求得位移。测时间主要周到打点 计时器、秒表、光电门等仪器,也可根据题目甲巨知装置、图象结合相关规律求得时间。2.数据处理方法(1)作图法。作图必须规范,要有两个箭头、两个物理量及单位,标度必须标注完整,要使图线分布在坐标纸的较大区域内,要 根据两个坐标轴物理量间的关系考虑是拟合直线还是平滑的曲 线,还要考虑截距的物理意义。(2)数学方法。“平均速度法”求速度.做匀变速直线运动的物体在某段时间内中间时刻的瞬时速度等 于这段时间内的平均速度
17、,即“逐差法”求加速度设相邻相同时间7内物体的位移分别为巧、必与,则MEMSaiT2X5-X2 32,x6-Xj 33,得加速度 a 茅景1+X5-X2 X6X33r2 十 3r2)=(必+看+/)(X1 XiX)9T2o精典题组1.(2016扬州二模)某实验小组利用如图9所示的 装置进行实验,钩码Z和5分别系在一条跨过 定滑轮的软绳两端,钩码质量均为放,在Z的 上面套一个比它大一点的环形金属块C,在 距地面为用处有一宽度略比/大一点的狭缝,钩码Z能通过狭缝,环形金属块。不能通过。开始时Z距离狭缝的高度为力2,放手后,Z、B.。从静止开始运动。图933利用计时仪器测得钩码力通过狭缝后到落地用时
18、。,则钩码力通过狭缝时的速度为_(用题中字母表示)。(2)若通过此装置验证机械能守恒定律,还需测出环形金属块。的质量加,当地重力加速度为g。若系统的机械能守恒,则需满足的等式为(用题中字母表示)。(3)为减小测量时间的误差,有同学提出如下方案:实验时调节名=h2=h,测出钩码Z从释放到落地的总时间,来计算钩码Z通过狭 缝的速度,你认为可行吗?若可行,写出钩码Z通过狭缝时的速 度表达式;若不可行,请简要说明理由。34解析(1)由力和与质量相等可得,当C被狭缝挡住时,力和万 都将做匀速直线运动,力通过狭缝时的速度为。=胃。1(2)C被狭缝挡住前的瞬间,A.。和5三者速度大小相等,根据 能量守恒定律
19、有(M+m)gh2-Mgh2=;(2Jf+m)v2,得 mgh2=;(2A/、0+r(3)当i=心=力时)在力2这一段由平均速度得=”一勿加1这2右 h 3右段有人则总时间I2+“=U+3=U 所以方案可行。答案;1(2)/t2=i(2M+zW)(-1)2i/1(3)可行3h2.(2016,海安、南外、金陵三校联考)某同学采用如图10所示的装 置研究匀变速直线运动。打点计时器工作频率为50Hz。图10该同学的操作步骤如下:a.将木板的左端垫起,平衡小车的摩擦力;b.在小车中放入祛码,纸带穿过打点计时器,连 用细线连接小车和钩码;二37C.将小车停在打点计时器附近,接通电源,释放小车,小车拖动
20、纸带,打点计时器在纸带上打下一系列的点,断开电源;d.改变钩码或小车中祛码的质量,更换纸带,重复b、c操作。(1)设钩码质量为加1、祛码和小车总质量为加2,重力加速度为g,则小车的加速度为。=_(用题中所给字母表示)。图11是某次实验中得到的一条纸带,在纸带上取计数点O、A.B、C、Z)和E,用最小刻度是毫米的刻度尺进行测量,读出各计 数点对应的刻度X,通过计算得到各计数点到。的距图照及对应 时刻小车的瞬时速度“某同学不小心将计数点C的数据弄模糊了,请你将C点对应的数据填在下表中的相应位置。38e O e A;B;C;p;E 71|iiir|iiiipiii|Hii|iiri|iiii|rii
21、i|iiiipiii|iiiipiii|iiiijiiii|iiii|nii|iiii|iiri|iiii|iiiipiii|iiii|iiH|iiii|iiii|iiH|mi|0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13图11计数点x/cms/cmr/(m-s-1)o1.000.30A2.341.340.38B4.043.040.46C-D8.337.330.61、4、E10.909.900.70 39图12(3)实验小组通过绘制A炭s图线来分析运动规律(其中。是各计数点对应时刻小车的瞬时速度,%是0点对应时刻小车的 瞬时速度)。他们根据实验数据在图中标出了。、不嵋赭刀、E
22、对应的坐标点,请你在该图12中画出AzAs图线。书辔40(4)绘制的AzAs图线的斜率左=_(用题中所给字母表示),若发现该斜率大于理论值,其原因可能是O答案呼(2)6.00 5.00 0.54机1十%2(3)图线如图所示帚珠木板的左侧垫得过高考向力学实验设计3规律方法1.设计要求力学实验设计题的具体要求是“能发现问题、提出问题,并制 定解决方案;能运用已学过的物理理论、实验方法和实验仪器 去尝试着解决实际问题”。2.实验特点力学实验设计题重在考查实验基本原理和思想方法艇移应用,特点是“源于教材,但又高于材料”。这类题虽常考常新,但“题在书外,理在书中“。42Y 3.做好这类题的方法首先要审清
23、题意,明确实验目的,然后联想和迁移应用相关实 验原理即可求解。此类实验题常常就是“穿着实验外衣”的中 等难度的推理、论证类题目。精典题组1.(2016苏北四市模拟)用图13所示装置测量重锤的质量,在定滑 轮两侧分别挂上重锤和n块质量均为加。的铁片,重锤下端贴一 遮光片,铁架台上安装有光电门。调整重锤的高度,使其从适 当的位置由静止开始下落,读出遮光片通过光电门的挡光时间 外从定滑轮左侧依次取下1块铁片放到右侧重锤上,让重锤每 次都从同一位置由静止开始下落,计时器记录的挡光时间分别/遮光片接计 时器光电门u u图13挡光时间为如时,重锤的加速度为0。从左侧取下,块铁片置于 右侧重锤上时,对应的挡
24、光时间为加重锤的加速度为则中=_(结果用而和力表示)。(2)作出*J的图线是一条直线,直线的斜率为A,贝麻锤而质量MO45若重锤的质量约为300 g,为使实验测量数据合理,铁片质量/比较恰当的取值是 oA.lg B.5g C.40g D.100 g(4)请提出一条减小实验误差的建议:。解析(1)设遮光片的宽度为,则遮光片通过光电门时的速度。=7由/=2%可知詈=*=*I 0 Vo li设重锤的质量为 M,因为(M-nmg=(M+n/wo)o,+2加.叱+的。)如所以力M-nm+2加o M-rnn。2布.1+77 I)M-nm8故所以。(3)因为o=M-nmq nm+Mg,M-nm+2加onm+
25、M 9为了使加速度不至于太小,且改变铁片块数,时,变化比较明显,应选C。(4)可以采取选取轻质小滑轮、减小滑轮与轴之间的摩擦、选取密度较大的重锤等方法来减小实验误差。x-2-rnk答案(1*(2)-Iwo(3)C2.(2016南通市第二次调研测试)小明同学看了“神舟十号”宇航 员王亚平在太空授课时,利用牛顿第二定律测量指令长聂海胜 的质量后深受启发,在学校实验室里设计了如图14甲所示的实 验装置,测量手机电池的质量,为使滑块平稳运动,小明把两 块质量相等的手机电池用质量不计的细棉线固定在滑块的两侧。接通气源,当空气从导轨两侧稳定喷出时,发现滑块与气垫导 轨没有直接接触,装置能正常使用。调节导轨
26、水平,把细线的 一端固定在滑块上,另一端固定在钩码上。光电门2 光电门1气垫,轨 J 滑块遮?条钩码甲图14(1)小明用图乙中的螺旋测微器测得遮光条的宽度L=_mmo(2)将附带手机电池的滑块由图甲所示位置从静止释放,在钩码的牵引下先后 通过两个光电门,配套的数字毫秒计记录了遮光条通过第一个光电门的时间 为A,=7.2X10-3s,通过第二个光电门的时间为A,2=2.3X10-3 s,遮光条从开 始遮住第一个光电门到开始遮住第二个光电门的时间为4=0.592 s,则手机电 池经过光电门1时的瞬时速度%=_ m/s(保留2位有效数字),经过光电门2时的瞬时速度。2=_m/s(保留3位有效数字),
27、重力加速度g=10 m,手机电池的加速度优=_m/s2(保留2位有效数字)。(3)已知钩码的质量为阳i=200 g,滑块与遮光条的总质量为阳2=510 g,则一块 手机电池的质量为胆=_g(保留2位有效数字)。解析(1)遮光条宽度 L=5 mm+0.0 X 0.01 mm=5.000 mmoL 500X10(2R1=嬴=7.2 Xio-3m/s=0.69 m/s?L 5,000X10 3%=瓶=2.3 X10-3m/s=2.17 m/s?2,17-0,69 t=0.592m/s2=2.5 m/s2o(3)对钩码、滑块、遮光条和手机电池整体,由牛顿第二定律得:mg=(nti+相2+2m)a,解得/n=45 go答案(1)5.000或 5.001 或4.999(2)0.69 2.1751