《高考物理备考 中等生百日捷进提升系列 专题18 力学实验（含解析）-人教版高三全册物理试题.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理备考 中等生百日捷进提升系列 专题18 力学实验（含解析）-人教版高三全册物理试题.doc（25页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、专题18 力学实验综合分析近几年的高考物理试题发现，试题在考查主干知识的同时，注重考查必修中的基本概念和基本规律。考纲要求1、掌握螺旋测微器和游标卡尺的原理及读数方法。2、了解打点计时器的构造，会使用打点计时器；会计算纸带上各点的瞬时速度；会利用纸带计算加速度；会用图象法探究小车速度与时间的关系，并能根据图象求加速度。3、学会用列表法、图象法等处理实验数据。命题规律1、高考对于基本仪器的读数作为基础知识考查频率较高。在力学部分，考查的实验仪器主要有弹簧测力计、秒表、螺旋测微器、游标卡尺，大多数时候是填空题，注意估读和误差分析。2、力学中有多个实验都要用到打点计时器，能否正确使用打点计时器，并根
2、据纸带进行正确的数据运算，是能否完成这些实验的关键，利用纸带直接测量的时间和位移，可以计算研究对象的瞬时速度和加速度，若结合其它物理量的测量，还可以解决与上面这些量直接有关或间接有关的问题，例如：计算动能、重力势能、动摩擦因数、功率、转速等，从而延伸出很多与纸带有关的力学实验。3、图象法是一种重要的实验数据处理方法图象具有既能描述物理规律，又能直观地反映物理过程、表示物理量之间定性定量关系及变化趋势的优点当前高考试题对数据处理、结果分析考查的频率较高。第二部分 知识背一背（1）误差和有效数字误差：误差产生原因大小特点减小方法系统误差实验仪器不精确实验原理不完善实验方法粗略总是偏大或偏小更新仪器
3、完善原理改进方法偶然误差测量、读数不准确可大可小画图像或取平均值有效数字定义：带有一位不可靠数字的近似数字。有效数字的最后一位是测量者估读出来的，是误差的来源。从数字左边第一个不为零的数字算起，如0.0643为三位有效数字。（2）长度的测量毫米刻度尺的读数：精确到毫米，估读一位。游标卡尺的读数：游标尺/mm精度/mm测量结果（游标尺上第n个刻线与主尺上的某刻度线对正时）/mm刻度格数刻度总长度每小格与1毫米差1090.10.1主尺上读的毫米数+0.1n20190.050.05主尺上读的毫米数+0.05n50490.020.02主尺上读的毫米数+0.02n螺旋测微器的读数：测量值=固定刻度整毫米
4、数+半毫米数+可动刻度读数（含估读）0.01mm。（3）力学实验分类应用性实验（a）游标卡尺的使用（b）螺旋测微器的使用验证性实验：（a）验证力的平行四边形定则;（b）验证牛顿运动定律;（c）验证机械能守恒定律。探究性实验：（a）研究匀变速直线运动（b）探究弹力与弹簧伸长的关系;（c）探究动能定理。（4）利用纸带判断物体的运动情况点迹密集的地方表示纸带运动的速度小，点稀疏的地方表示速度大。若点与点之间的距离相等，就可判断物体做匀速运动，若点与点间距越来越大，则物体做加速运动，反之做减速运动.位移x：指两个计数点之间的距离，一般可用刻度尺测量得到。（5）平均速度和瞬时速度的计算平均速度：两点间平
5、均速，这里x可以用直尺测量出两点间的距离，t为两点间的时间隔数与两点间时间间隔的乘积。在匀变速直线运动中，某点的瞬时速度可以由此点前后两点间的平均速度表示如图所示， 或（6）如何通过纸带确定物体做匀变速运动的加速度？常用的有四种方法：粗略计算法：或利用“逐差法”求加速度。先求出第n点时纸带的瞬时速度 （一般要5点以上），然后作出 图象，用图象的斜率求物体运动的加速度。（7）实验数据的处理方法1.列表法：在记录和处理数据时，为了简单而明显地表示出有关物理量之间的关系，可将数据填写在适当的表格中，即为列表法。2.平均值法：把在同一状态下测定的同一个物理量的若干组数据相加求和，然后除以测量次数。3.
6、作图法：用作图法处理数据的优点是直观、简便，有取平均值的效果。由图线的斜率、截距、包围的面积等可以研究物理量之间的关系。（8）试说明用图像法处理实验数据的优点。提示：用图像法处理实验数据的优点是直观、简便，与取平均值的效果一样，可以减小实验的偶然误差。如果实验中图像为过原点的直线则说明纵坐标与横坐标表示的物理量为正比例。（9）用图像法处理实验数据的六个要求图像法是物理实验中广泛应用的处理实验数据的方法，以下为作图的规则：作图一定要用坐标纸，坐标纸的大小要根据有效数字的位数和结果的需要来定。要标明轴名、单位，在轴上每隔一定的间距按有效数字的位数标明数值。图上的连线不一定通过所有的数据点，让尽可能
7、多的点落在同一直线上，让其余的点落在直线的两侧，且线要细，误差较大的点舍弃。作图时常通过选取适当的坐标轴使图线线性化，即“变曲为直”。注意区别横、纵坐标轴的物理意义、标度及单位。明确图像的斜率、截距的物理意义。第三部分 技能+方法一、游标卡尺和螺旋测微器读数时应注意的问题（1）10分度的游标卡尺，以mm为单位，小数点后只有1位，20分度和50分度的游标卡尺以mm为单位，小数点后有2位，且对齐格数不估读。（2）螺旋测微器以mm为单位，小数点后必须有3位，对齐格数要估读，同时还要注意半毫米刻度线是否露出。二、打点计时器及纸带问题的处理方法打点计时器的认识和正确使用：电磁打点计时器工作电压为低压交流
8、46 V;电火花计时器工作电压为交流220V；工作时应先接通电源，后释放纸带。纸带的应用：（a）判断物体运动性质。若x=0，则可判定物体在实验误差允许的范围内做匀速直线运动；若x不为零且为定值，则可判定物体在实验误差允许范围内做匀变速直线运动。求解瞬时速度。利用做匀变速运动的物体在一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度。如图所示，求打某一点的瞬时速度，只需在这一点的前后各取相同时间间隔T的两段位移xn和xn+1，则打n点时的速度用“逐差法”求加速度：三、图象法处理数据的常用方法和技巧。图象是描述物理过程、揭示物理规律、解决物理问题的重要方法之一，用图象法处理实验数据是物理实验中最常用的方法
9、。它的优越性表现在：能形象直观地表达物理规律，有效地减少偶然误差对结果的影响，较方便地获得未经测量或无法直接测量的物理量数值。图象法处理数据的常用方法和技巧。合理选取坐标轴合理选取坐标轴就是要选择好横坐标、纵坐标所代表的物理量，确定每个物理量的单位和标度，明确坐标原点处所对应的物理量的数值。抓住“斜率”做文章考查了学生运用图象处理实验数据的本领，考查学生对图线斜率意义的理解。因此只有在平时的实验过程中加强这一能力的培养和训练，才能收到以不变应万变之效。在“截距”上求变化作为实验图线的描绘，如果说斜率是联系各变量的中枢神经的话，那么图象与横纵轴的交点就是那“龙”的眼睛，截距就反映这些特定状态所对
10、应的物理量的大小。【例1】如图中游标卡尺读数为_ mm，图7螺旋测微器读数为_ mm.【答案】52.35；1.990【解析】游标卡尺读数为螺旋测微器的读数为【名师点睛】解决本题的关键掌握游标卡尺读数的方法，主尺读数加上游标读数，不需估读螺旋测微器的读数方法是固定刻度读数加上可动刻度读数，在读可动刻度读数时需估读。对于基本测量仪器如游标卡尺、螺旋测微器等要了解其原理，要能正确使用这些基本仪器进行有关测量【例2】某实验小组研究小车的匀变速直线运动，他们使用50Hz交流电源为电磁打点计时器供电。实验时得到一条纸带。某位同学在纸带上便于测量的地方选取第一个计数点，并在这个点下标明A，在第6个点下标明B
11、，在第11个点下标明C，在第16个点下标明D，在第21个点下标明E。但测量时发现B点已模糊不清，于是只测得AC长为14.56cm、CD长为11.15cm、DE长为13.73cm，根据以上测得的数据，计算C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，AB的距离应为_cm。（计算结果均保留三位有效数字）EDCBA【答案】 AB=5.99cm设A到B之间的距离为x1，设B到C之间的距离为x2，设C到D之间的距离为x3，设D到E之间的距离为x4，根据匀变速直线运动的推论公式x=aT2可以求出加速度的大小，得：x3-x1=2a1T2，x4-x2=2a2T2为了更加准确的求解加速度
12、，我们对两个加速度取平均值得：相等的相邻的时间间隔的位移差恒定，故：BC-AB=DE-CD=13.73cm-11.15cm=2.58cm；且AB+BC=14.56cm；解得：BC=8.57cm，AB=5.99cm；【名师点睛】要提高应用匀变速直线的规律以及推论解答实验问题的能力，在平时练习中要加强基础知识的理解与应用。【例3】小张同学利用打点计时器研究自由落体运动，他设计的实验方案如下：如图甲所示，将打点计时器固定在铁架台上，先打开电源后释放重物，重物带动纸带从静止开始下落，打出几条纸带并选出一条比较理想的纸带如图乙所示，在纸带上取出若干计数点，其中每相邻计数点之间有四个点未画出，分别用s1、
13、s2、s3、s4、s5表示各计数点间的距离，已知打点计时器的频率f。图中相邻计数点间的时间间隔T （用f表示），计算重力加速度的公式是g= （用f 、s2、s5表示），计数点5的速度公式是v5= （用f 、s4、s5表示）纸带夹子重物打点计时器（甲）012345s1s2s3s4s5（乙）【答案】（1分）； f2（2分）；（3s5-s4）f/10（2分）。【例4】将两根自然长度相同、劲度系数不同、粗细也不同的弹簧套在一起，看作一根新弹簧，设原粗弹簧（记为A）劲度系数为k1，原细弹簧(记为B)劲崖系数为k2、套成的新弹簧(记为C)劲度系数为k3。关于k1、k2、k3的大小关系，同学们做出了如下猜想
14、：甲同学：和电阻并联相似，可能是乙同学：和电阻串联相似，可能是k3 =k1+k2丙同学：可能是k3=(1)为了验证猜想，同学们设计了相应的实验（装置见图甲）。(2)简要实验步骤如下，请完成相应填空。a将弹簧A悬挂在铁架台上，用刻度尺测量弹簧A的自然长度L0；b在弹簧A的下端挂上钩码，记下钩码的个数”、每个钩码的质量m和当地的重力加速度大小g，并用刻度尺测量弹簧的长度L1；c由F= 计算弹簧的弹力，由x=L1-L0计算弹簧的伸长量，由计算弹簧的劲度系数；d改变 ，重复实验步骤b、c，并求出弹簧A的劲度系数的平均值k1；e仅将弹簧分别换为B、C，重复上述操作步骤，求出弹簧B、C的劲度系数的平均值k
15、2、k3。比较k1，k2、k3并得出结论。(3)图乙是实验得到的图线，由此可以判断 同学的猜想正确。【答案】(2)mng；钩码的个数；(3) 乙【例5】如图甲所示是某同学用水平气垫导轨探究“加速度与力的关系”的实验装置，他将光电门固定在导轨上的 B 点，吊盘（含金属片）通过细线与滑块相连，滑块上固定一遮光条并放有若干金属片，实验中每次滑块都从导轨上的同一位置A由静止释放。（1）用游标卡尺测量遮光条的宽度d（沿滑块运动方向的长度）如图乙所示，则d=_mm；用螺旋测微器测量遮光条的厚度h如图丙所示，则h=_mm。若光电计时器记录遮光条通过光电门的时间为，则滑块经过光电门时的速度v=_（用所测物理量
16、的符号表示）。（2）若滑块（含遮光条和金属片）和吊盘（含金属片）组成的系统的总质量为M，吊盘及其中的金属片的质量为m，则滑块从A处释放后系统的加速度大小为a=_。（已知重力加速度为g）（3）现保持系统的总质量不变，通过_改变m，测出多组m、v数据，在坐标纸上以m为横轴，以为_纵轴描点作出图象，若图线是一条过坐标原点的直线，则系统的加速度大小与所受合力大小成正比。【答案】（1）11.70；4.2264.228；（2）（3）减吊盘和滑块中的金属片，【解析】（1）游标卡尺的读数为，螺旋测微器的读数为，由于遮光条的宽度非常小，所以通过光电门的平均速度近似等于瞬时速度，故【名师点睛】常用仪器的读数要掌握
17、，这是物理实验的基础处理实验时一定要找出实验原理，根据实验原理我们可以寻找需要测量的物理量和需要注意的事项【例6】某同学利用图甲所示的实验装置，探究物块在水平桌面上的运动规律。物块在重物的牵引下开始运动，重物落地后，物块再运动一段距离停在桌面上（尚未到达滑轮处）。从纸带上便于测量的点开始，每5个点取1个计数点，相邻计数点间的距离如图乙所示。通过分析纸带数据，可判断物块在相邻计数点 和 之间某时刻开始减速。物块减速运动过程中加速度的大小为，若用来计算物块与桌面间的动摩擦因数（g为重力加速度），则计算结果比动摩擦因数的真实值 （填“偏大”或“偏小”）。运动方向【答案】（1）6、7；（2）偏大【解析
18、】（1）从纸带上的数据分析得知：在点计数点6之前，两点之间的位移逐渐增大，是加速运动，在计数点7之后，两点之间的位移逐渐减小，是减速运动，所以物块在相邻计数点6和7之间某时刻开始减速；（2）在减速阶段产生的加速度的力是滑动摩擦力和纸带受的阻力，所以计算结果比动摩擦因素的真实值偏大。【名师点睛】要提高应用匀变速直线的规律以及推论解答实验问题的能力，在平时练习中要加强基础知识的理解与应用。第四部分 基础练+测1、【2017辽宁省铁岭市协作体高三上学期第三次联考】（6分）在“验证机械能守恒定律”的实验中，小明同学利用传感器设计实验：如图甲所示，将质量为m、直径为d的金属小球在一定高度h由静止释放，小
19、球正下方固定一台红外线计时器，能自动记录小球挡住红外线的时间t，改变小球下落高度h，进行多次重复实验此方案验证机械能守恒定律方便快捷（1）用螺旋测微器测小球的直径如图乙所示，则小球的直径d=mm；（2）为直观判断小球下落过程中机械能是否守恒，应作下列哪一个图象A图象 B图象 C图象 D图象（3）经正确的实验操作，小明发现小球动能增加量总是稍小于重力势能减少量mgh，你认为增加释放高度h后，两者的差值会（填“增大”、“缩小”或“不变”）【答案】（1）17.80417.806mm （2）D（3）增大【名师点睛】对于基本测量仪器如游标卡尺、螺旋测微器等要了解其原理，要能正确使用这些基本仪器进行有关测
20、量本题为创新型实验，要注意通过分析题意明确实验的基本原理才能正确求解。2、【2017重庆市高三上学期（一诊）期末测试】(6分) 某物理小组利用如图1所示实验装置探究牛顿第二定律。(1)小车放在木板上，后面固定一条纸带，纸带穿过打点计时器。把木板的一侧垫高，以补偿打点计时器对小车的阻力及其他阻力，具体做法是： 。(2)该实验把盘和重物的总重量近似视为等于小车运动时所受的拉力大小。小车做匀加速直线运动，在纸带上打出一系列小点。打点计时器使用的交流电源的频率为50Hz。图2是实验中获取的一条纸带的一部分：0、1、2、3、4、5、6是计数点，相邻两计数点间还有4个点未画出。根据图中数据计算小车加速度a
21、= m/s2(保留两位有效数字)。若已知小车质量为200g，重力加速度大小为g=9.8m/s2，则可计算出盘和重物的总质量m= g(保留两位有效数字)。【答案】(1)调节木板的倾斜度，使小车在不受牵引时能拖动纸带沿木板匀速运动. (2)0.25, 5.1【名师点睛】解决实验问题的关键是明确实验原理，同时熟练应用基本物理规律解决实验问题，要明白公式的x=aT2的推导和应用，知道为什么沙和沙桶的总质量远小于小车的质量时沙和沙桶的重力可以认为等于小车的拉力，对于基本知识规律不但明白是什么还要知道为什么3、【2017开封市高三第一次模拟】验证机械能守恒定律的实验装置如图甲所示安装打点计时器时，应使打点
22、计时器的平面处在 平面内，且两个纸带限位孔的连线处在 方向上图乙为实验所得的一条纸带，在纸带上选取了点迹清晰、连续的3个点A、B、C，测出A、B、C与起始点O之间的距离分别为h1，h2，h3已知打点周期为T，当地重力加速度为g甲、乙两同学分别用表达式vB=g（4T）、vB=来计算B的速度那么，其中 同学的计算方法更符合实验的要求本实验中产生系统误差的主要原因是 【答案】竖直,竖直乙重锤下落过程中受到阻力的作用【解析】安装打点计时器时，为了减小纸带和打点计时器间的摩擦，打点计时器的平面在竖直平面内且两个纸带限位孔的连线处在竖直方向上【名师点睛】由于重锤在下落过程中要克服阻力做功，使系统的机械能减
23、小，造成系统误差，为了减小误差，打点计时器所在面需竖直，重锤选择质量大一些，体积小一些的4、【内蒙古鄂尔多斯市一中2017届高三上学期第四次月考】某物理兴趣小组的同学在研究弹簧弹力的时候，测得弹力的大小F和弹簧长度l的关系如图1所示，则由图线可知：（1）弹簧的劲度系数为 N/m（2）为了用弹簧测定两木块A和B间的动摩擦因数，两位同学分别设计了如图2所示的甲、乙两种方案为了用某一弹簧测力计的示数表示A和B之间的滑动摩擦力的大小，你认为方案 更合理若A和B的重力分别为10.0N和20.0N当A被拉动时，弹簧测力计a的示数为6.0N，b的示数为11.0N，c的示数为4.0N，则A和B间的动摩擦因数为
24、 【答案】（1）；（2）甲； 0.3【解析】（1）由图读出，弹簧的弹力时，弹簧的长度为，即弹簧的原长为，由图读出弹力为，弹簧的长度为，弹簧压缩的长度；由胡克定律得弹簧的劲度系数为。【名师点睛】胡克定律公式中，是弹簧伸长或压缩的长度，不是弹簧的长度第（2）关键明确实验原理，根据平衡条件和滑动摩擦定律列式求解。5、【辽师大附中20162017学年上学期期中考试】某实验小组采用如图1所示装置探究钩码和木块组成系统的动能定理。实验中，木块碰到制动装置时，钩码尚未到达地面，打点计时器的工作频率为f。用天平测出木块的质量为M，钩码的质量为m。图1图2（1）在实验操作过程中，小组某些成员认为：A连接电磁打点
25、计时器的电源应是012 V的低压直流电源B实验时，木块与钩码的质量一定要满足M远大于mC实验时，需要考虑到摩擦阻力D实验时，先接通电源让打点计时器打点，再释放木块让钩码拉着木块拖着纸带运动你认为以上合理的是_。(填写相应的字母)（2）如图2所示是按照正确的实验步骤得到的一条纸带，O、A、B、C、D、E为打点计时器连续打的六个点(O为打下的第一点)。用刻度尺测出O到D的距离为s，则D点的速度为_。(用s、f表示)（3）木块从静止释放滑行s距离过程中，克服摩擦力做的功为_。(重力加速度为g)【答案】（1）CD（2）（3）【解析】（1）电磁打点计时器用46 V的交流电源，A错；因为本实验把钩码和木块
26、组成的系统作为研究对象，所以对二者之间的质量关系没有要求，B错；因为动能定理涉及的是合外力所做的功，所以物块所受摩擦力要考虑并测量，C对；使用打点计时器要保障先打点再移动，否则会损坏振针，D对，选C、D。（2）纸带做匀变速直线运动，初速度为0，(0为打下的第一点)，所以平均速度等于末速度的一半，因此：，解得：（3）由动能定理，对钩码、木块有:,解得：。6、【辽宁省沈阳市东北育才学校2017届高三上学期第二次模拟考试】如图所示为用光电门测定钢球下落时受到的阻力的实验装置直径为d、质量为m的钢球自由下落的过程中，先后通过光电门A、B，计时装置测出钢球通过A、B的时间分别为tA、tB用钢球通过光电门
27、的平均速度表示钢球球心通过光电门的瞬时速度测出两光电门间的距离为h，当地的重力加速度为g（1）钢球下落的加速度大小a_，钢球受到的空气平均阻力Ff_（2）本题“用钢球通过光电门的平均速度表示钢球球心通过光电门的瞬时速度”，但从严格意义上讲是不准确的，实际上钢球通过光电门的平均速度_（选填“”或“”）钢球球心通过光电门的瞬时速度【答案】（1），；（2）”、“”或“=”）时重锤的机械能守恒。（3）关于上述实验，下列说法中正确的是_A实验中可用干电池作为电源B为了减小阻力的影响，重锤的密度和质量应该适当大些C实验时应先释放纸带后接通电源D图丙Ekh图线纵轴上的截距表示重锤经过参考平面时的动能（4）无论如何改进实验方法和措施，总有重力势能的改变量大于动能的改变量，原因是：_。【答案】（1）；（2）-mgh3，=；（3）BD；（4）重锤下落过程中纸带和重锤受到阻力作用。（4）无论如何改进实验方法和措施，总有重力势能的改变量大于动能的改变量，原因是重锤下落过程中纸带和重锤受到阻力作用。