高三第一轮力学实验复习.docx
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高三第一轮力学实验复习
高三实验总复习(力学部分)
一.互成角度的两个共点力的合成:
1.目的:
验证平行四边形法则。
2.器材:
方木板一个、白纸一张、弹簧秤两个、橡皮条一根、细绳套两个、三角板、刻度尺,图钉几个。
3.主要测量:
a.用两个测力计拉细绳套使橡皮条伸长,绳的结点到达某点O。
结点O的位置。
记录两测力计的示数F1、F2。
两测力计所示拉力的方向。
b.用一个测力计重新将结点拉到O点。
记录:
弹簧秤的拉力大小F及方向。
4.作图:
刻度尺、三角板
5.减小误差的方法:
a.测力计使用前要校准零点。
b.方木板应水平放置。
c.弹簧伸长方向和所测拉力方向应一致,并与木板平行.
d.两个分力和合力都应尽可能大些.
e.拉橡皮条的细线要长些,标记两条细线方向的两点要尽可能远些.
f.两个分力间的夹角不宜过大或过小,一般取600---1200为宜.
【例1】在互成角度两个力的合成实验时以下说法错误的有:
()
A、用两只弹簧秤拉橡皮条时,应使两细绳之间的夹角为900,以便算出合力的大小;
B、用两只弹簧秤拉橡皮条时结点的位置与用一只弹簧秤拉橡皮条时结点的位置重合;
C、若用两只弹簧秤拉时合力的图示F与用一只弹簧秤拉时拉力的图示F,不完全重合,说明力的合成的平行四边形定则不一定是普遍成立的;
D、若F1和F2的方向不变,而大小各增加1N,则合力F的方向不变,大小也增加1N;
【例2】如图所示,用A、B弹簧秤拉橡皮条,使其伸长到O点。
现保持A的读数不变,而使夹角减小,适当调整弹簧秤B的拉力大小和方向,可使O点保持不变,这时:
(1)B的示数应是()
A.一定变大B.一定不变C.一定变小D.变大、不变、变小均有可能
(2)夹角β的变化应是()
A.一定变大B.一定不变C.一定变小D.变大、不变、变小均有可能
【例3】除了必要的器材外,只用一个弹簧秤也可以完成“互成角度的两个力的合成”实验,试简述怎样操作才能得到分力F1、F2的大小和方向?
二.弹簧的弹力与伸长量的关系
1、实验原理:
2、实验中注意弹簧的弹性限度。
【例1】为了探索弹力和弹簧伸长的关系,李
卫同学选了甲、乙两根规格不同的弹簧进行测试,根据测得的数据绘出如下所示图象.从图象上看,该同学没能完全按实验要求做,而使图象上端成曲线,图象上端成曲线是因为_________________.这两根弹簧的劲度系数分别为_______________和_______________.若要制作一个精确程度较高的弹簧秤,应选弹簧__________________.
【例2】某同学在做探究弹力和弹簧伸长的关系的实验中,设计了图1所示的实验装置.所用的钩码每只的质量都是30g,他先测出不挂钩码时弹簧的自然长度,再将5个钩码逐个挂在弹簧的下端,每次都测出相应的弹簧总长度,将数据填在了下面的表中.(弹力始终未超过弹性限度,取g=9.8m/s2)
⑴试根据这些实验数据在下图给定的坐标纸上作出弹簧所受弹力大小F跟弹簧总长X之间的函数关系图线.
⑵图线跟坐标轴交点的物理意义是:
________.
⑶所得图线的物理意义是:
________________.
⑷该弹簧的劲度k=___________.
【例3】某同学想研究弹簧的弹性势能Ep和弹簧形变量之间的函数关系.设想用水平力缓慢地将劲度系数为k的弹簧从原长拉伸x,该过程拉力做的功W等于弹性势能的增加即EP.根据胡克定律F=kx,拉力的平均值为kx/2,所以W=kx2/2.他猜想弹性势能的表达式应该就是EP=kx2/2.他找到一根弹簧、一个长木板、一个重G=5.0N的长方形金属块,设计了一个实验,利用一把毫米刻度尺来验证这个结论.
步骤是:
(1)将金属块悬挂在该弹簧下方,静止时测得弹簧的伸长量为1.00cm,由此得出该弹簧的劲度k=__________;
(2)将金属块放在长木板上,调节长木板的倾角,当金属块刚好能匀速下滑时测出斜面的高为10.00cm,底边长为40.00cm,由此测得金属块和长木板间的动摩擦因数μ=________;
(3)将弹簧一端固定在竖直墙上,另一端与金属块接触,用手向左压金属块使弹簧压缩一定长度后由静止释放,滑块脱离弹簧后又沿长木板滑行一段距离而停下.测出每次弹簧的压缩量X和金属块在长木板上滑行的距离S,将对应的数据填写在下面的表格中.根据能量守恒EP=μGS算出和S对应的弹性势能EP也填入表中;再计算x2的对应值,并填人表中.
(4)利用图像法来验证EP=kx2/2.
请你根据他的思路完成该实验.在右边图的坐标系中作出相关的图线,根据图线求出EP和x2间的关系式为____________,验证结果是否符合EP=kx2/2?
____________
82615980
【例4】高一某班同学在做课题研究时,选定实验课题为“关于弹簧劲度系数k的实验探讨”.他们小组先选用不同材料的金属丝分别制成不同规格的弹簧5个,数据记录在表一中
表一
然后,他们分别将弹簧悬挂起来,测出自然长度L0,再在弹簧下端挂一钩码,平衡时,记下弹簧长度L,记录拉力F,求出对应的伸长量x(x=L-L0)和劲度系数k值(k=F/x);再加挂钩码,重复以上测量,求出平均值,列表记录(见表二),比较两弹簧的k值,得出结论.
表二
请你认真分析以上数据,并做出定性结论.
(a)弹簧的劲度系数与弹簧自然长度的关系为___________________________.
(b)弹簧的劲度系数与金属丝粗细的关系为_____________________________.
(c)弹簧的劲度系数与弹簧内径的关系为_______________________________.
三.练习使用打点计时器:
1.构造:
见教材。
2.操作要点:
接50HZ,4---6伏的交流电S1S2S3S4
正确标取记数点:
在纸带中间部分选5个点。
T。
T。
T。
T。
3.重点:
纸带的分析01234
a.判断物体运动情况:
在误差范围内:
如果S1=S2=S3=……,则物体作匀速直线运动。
如果S1=S2=S3=…….=常数,则物体作匀变速直线运动。
b.测定加速度:
公式法:
先求S,再由S=aT2求加速度。
图象法:
作v—t图,求a=直线的斜率
c.测定即时速度:
v1=(S1+S2)/2Tv2=(S2+S3)/2T
四.测定匀变速直线运动的加速度:
1.原理:
:
S=aT2
2.实验条件:
a.合力恒定,细线与木板是平行的。
b.接50HZ,4—6伏交流电。
(电火花打点计时器只需接220V交流电即可)
3.实验器材:
电磁打点计时器、纸带、复写纸片、低压交流电源、小车、细绳、一端附有滑轮的长木板、刻度尺、钩码、导线、两根导线。
4.主要测量:
选择纸带,标出记数点,测出每个时间间隔内的位移S1、S2/、S3。
。
。
。
图中O是任一点。
5.数据处理:
0123456
根据测出的S1、S2、S3…….。
S1。
S2。
S3。
S4。
S5。
S6。
用逐差法处理数据求出加速度:
S4—S1=3a1T2,S5—S2=3a2T2,S6—S3=3a3T2
a=(a1+a2+a3)/3=(S4+S5+S6—S1—S2—S3)/9T2
即时速度:
(同上)
【例1】在“研究匀变速直线运动”的实验中,图为一次实验得到的一条纸带,纸带上每相邻的两计数点间时间间隔均为t,测得位移SAC=L1,SBD=L2,则物体的加速度为________
【例2】利用打点计时器研究“自由落体运动”的实验中,已知打点计时器所用电源的频率为50Hz,把重物和纸带相连,接通打点计时器电源,让重物从静止开始下落,实验中得到一条点迹清晰的纸带(如图),把第一个点记作O,另选连续的四个点A、B、C、D,经测量,OA=63.0cm,OB=70.2cm,OC=77.8cm,OD=85.8cm.根据以上数据,可知打C点时,重物下落的瞬时速度为v=__________m/s,O与C之间共打点迹数最接近_____.
A、18个,
B、28个,
C、38个
【例3】实验装置如图1所示:
一小车放在水平长木板上,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.小车右侧与穿过打点计时器的纸带相连。
在重物牵引下,小车在木板上向左运动,重物落地后,小车继续向左做匀减速运动,图2给出了重物落地后,打点计时器在纸带上打出的一些点,试根据给出的数据,求小车与木板间的动摩擦因数μ.要求写出主要的运算过程,结果保留2位有效数字.(打点计时器所用交流电频率为50Hz,不计纸带与打点计时器间的摩擦力.取重力加速度g=10m/s2)
【例4】用铁架台将长木板倾斜支在水平桌面上,组成如图1所示装置(示意图),测量木块沿斜面下滑的加速度.所提供的仪器有长木板、木块、打点计时器(含纸带)、学生电源、米尺、铁架台及导线、开关等.图2是打点计时器打出的一条纸带,纸带旁还给出了最小刻度为1mm的刻度尺,刻度尺的零点与O点对齐.打点计时器所用交流电源的频率是50Hz,相邻计数点间还有四个打点未标出.
(1)计数点C到O点的距离是_____m.
(2)根据纸带可以计算出木块下滑的加速度a的大小是_____m/s2(保留3位有效数字).
(3)为了测定木块与长木板间的动摩擦因数,利用上述器材还需要测量的物理量有(指出物理量的名称)__________________________________________________.
五.验证机械能守恒定律
1.原理:
物体做自由落体运动,根据机械能守恒定律有:
mgh=
在实验误差范围内验证上式成立。
2.实验器材:
打点计时器,纸带,重锤,米尺,铁架台,烧瓶夹、低压交流电源、导线。
3.实验条件:
a.打点计时器应该竖直固定在铁架台上
b.在手释放纸带的瞬间,打点计时器刚好打下一个点子,纸带上最初两点间的距离约为2mm。
4.测量的量:
a.从起始点到某一研究点之间的距离,就是重锤下落的高度h,则重力势能的减少量为mgh1;测多个点到起始点的高h1、h2、h3、h4(各点到起始点的距离要远一些好)
b.不必测重锤的质量
5.误差分析:
由于重锤克服阻力作功,所以动能增加量略小于重力势能减少量。
6.易错点:
a.选择纸带的条件:
打点清淅;第1、2两点距离约为2mm。
b.打点计时器应竖直固定,纸带应竖直。
c.实验操作关键:
先合上电源,再松开纸带。
d.为减小误差,重锤应适当大一些。
【例1】电磁打点计时器是一种计时装置,请根据电磁打点计时器的相关实验回答下列问题
⑴在验证机械能守恒定律的实验中,质量m=1kg的重锤自由下落,在纸带上打出一系列的点,如图所示,相邻计数点的时间间隔为0.02s,长度单位:
cm,当地的重力加速度g=9.80m/s2.那么:
①纸带的___________________端与重物相连(填“左”或“右”).
②从起点O到打下计数点B的过程中,重力势能的减小量为ΔEP=__________________J,物体动能的增加量ΔEK=____________________J.(均取两位有效数字)
③通过计算,数值ΔEP与ΔEK并不相等,这是因为________________________________.
⑵某同学在测定匀变速直线运动的加速度时,得到了几条较为理想的纸带.他已在每条纸带
上按每5个点取好计数点,即相邻两计数点之间的时间间隔为0.1s,依打点先后编为0、1、2、3、4、5.由于不小心,几条纸带都被撕断了,如图所示,请根据给出的A、B、C、D四段纸带回答:
①B、C、D三段中选出从纸带A上撕下的那段应该是_________________.②打A纸带时,物体的加速度大小是___________________m/s2.(取三位有效数字)
【例2】在“验证机械能守恒定律”的实验中,除铁架台、铁夹、学生电源、纸带和重物外,还需选用下述仪器中的哪几种?
()
A、秒表B、刻度尺C、天平D、打点计时器
【例3】
【】【】【】『』【】【】【】【利用如图所示的装置可以验证机械能守恒定律,把固定好挡光板的滑块放在水平放置的气垫导轨上,通过跨过定滑轮的绳与钩码相连,连接好光电门与数字毫秒计,两个光电门相距S,如图所示.数字毫秒计能够记录下滑块通过两个光电门的时间△t1、△t2,回答下列问题
(1)本实验还需要测量哪些物理量?
(2)数字毫秒计有一个计时方式转换开关,置于左侧时,其计时功能是:
光敏管无光照时开始计时,受到光照时停止计时;置于右侧时,其计时功能是:
光敏管第一次被遮光时开始计时,第二次被遮光时停止计时.在做本实验时,应将计时方式转换开关置于左侧还是右侧?
(3)滑块两次过光电门时的瞬时速度v1=;v2=
(4)在本实验中,实验数据满足一个怎样的关系式才算是验证了机械能守恒定律?
六.长度的测量
1、要求会正确使用的仪器主要有:
刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器
2、要求知道有效数字的概念,会用有效数字表达直接测量的结果。
3、各测量工具的精度和和工作原理。
4、能准确的进行读数。
5、使用游标卡尺时要注意:
(1)对游标尺的末位数不要求再作估读,如遇游标上没有哪一根刻度线与主尺刻度线对齐的情况,则选择靠最近的一根线读数。
有效数字的末位与游标卡尺的精度对齐。
(2)读数规则:
整毫米数由主尺读出,游标尺的第几刻度线与主尺上的某一刻度线重合,毫米以下的读数就是n分之几,n是游标卡尺上的分度数,该题中,游标卡尺是10分度的,那就是10分之几。
6、使用螺旋测微器时要注意:
(1)读数时要注意半毫米刻度线是否露出,可动刻度最小刻度为0.01mm,读数时要进行估读。
(2)如果有“零”误差,在测量结果中要进行“加”、“减”。
【例1】
(1)已知不同的工具测量某物体的长度时,有下列不同的结果:
A、2.4cmB、2.37cmC、2.372cmD、2.3721cm
其中,用最小分度值为厘米的刻度尺测量的结果是________;用游标尺上有10个等分刻度的游标卡尺测量的结果是__________.
(2)一同学用一游标尺上标有20等分刻度的游标卡尺测一物体的长度.测得的结果如图所示,则该物体的长度L=________m.
【例2】(4分)图甲是用一主尺最小分度为1mm,游标上有20个分度的卡尺测量一工件的长度,结果如图所示,可以读出此工件的长度为____________mm;图乙是用螺旋测微器测量某一圆筒内径时的示数,此读数应___________mm.
【例3】在一些实验中需要较准确地测量物体转过的角度,为此人们在这样的仪器上设计了一个可转动的圆盘,在圆盘的边缘标有刻线(称为主尺),圆盘外侧有一个固定不动的圆弧状的游标尺,如图所示(图中画出了圆盘的一部分和游标尺).圆盘上刻出对应的圆心角,游标尺上把与主尺上190对应的圆心角等分为10个格.试根据图中所示的情况读出此时游标上的0刻度线与圆盘的0刻度线之间所夹的角度为____,
【例4】有一种新出厂游标卡尺,它游标尺的刻线看起来就很“稀疏”,使得读数时清晰明了,方便了使用者正确读取数据.
A、如果此游标尺的刻度线是将“
等分成20等份”那么它的准确度是_______
B、用游标卡尺测量某一物体的厚度,如图所示,正确的读数是________
七.用单摆测定重力加速度:
1.实验目的:
用单摆测定当地的重力加速度。
2.实验原理:
g=
3.实验器材:
长约1m的细线、小铁球、铁架台、米尺、游标卡尺、秒表。
4.易错点:
a.小球摆动时,最大偏角应小于100。
b.小球应在竖直面内振动。
c.计算单摆振动次数时,应从摆球通过平衡位置时开始计时。
摆长应为悬点到球心的距离。
即:
L=摆线长+摆球的半径。
【例1】图是在用某次实验中测时间的时候得到的数据,给出它的读数___________s
【例2】在“用单摆测定重力加速度”的实验中.
(1)以下说法正确的是__________________.
A、测量50次或更多次全振动时间求出周期是为了减小偶然误差
B、实验中应控制摆角不大于10°是为了减小系统误差
C、摆球连续两次经过平衡位置的时间间隔为一个周期
D、计算摆长时应用摆线长加小球的半径
E、测量时间时应在摆球经过最大位移时开始计时
(2)实验中有个同学发现他测得的重力加速度的值总是偏大,其原因可能是_______.
A、悬点未固定紧,振动中出现松动,使摆线增长了
B、单摆所用的摆球质量太大
C、把n次全振动的时间误作为(n+1)次全振动的时间
D、以摆线长作为摆长来计算
(3)一位同学用单摆做测量重力加速度的实验.在实验中,他进行了一系列测量,并将得到的数据填在下表中
请利用表格中的数据在坐标纸上画周期平方与摆长关系图象;利用图象中得出的重力加速度值为__________________m/s2.(结果保留三位有效数字)
(4)现有两个摆长略有微小差别的单摆同轴水平悬挂,两个单摆摆动平面前后相互平行.
①测得两单摆完成50次全振动的时间分别为50.0s和49.0s,则两单摆的周期差ΔT=__________________s;
②某同学利用此装置测量小于单摆周期的微小时间差,具体操作如下:
把两摆球向右拉至相同的摆角处,先释放长摆摆球,接着再释放短摆摆球.当短摆第14次通过平衡位置时,两摆恰好第一次同时同方向通过同一位置,则短摆运动时间是________________s,释放两摆的时间差Δt=________________s.
【例3】在用单摆测重力加速度的实验中:
(1)实验时必须控制摆角,若摆长为1.2m,则要将摆球拉至离平衡位置约_____m处释放.
(2)某同学实验时改变摆长,测出几组摆长L和对应的周期T的数据,作出T2—L图线,如图所示.利用图线上任两点A、B的坐标(x1,y1)、(x2,y2),便可求得重力加速度g=___________.
(3)作T2—L图线解决物理问题,可以提示我们:
若摆球的质量分布不均匀,对测量结果将______________________________.
八.研究平抛物体的运动:
1.实验原理:
用一定的方法描出平抛小球在空中的轨迹曲线,再根据轨迹上某些点的位置坐标,由h=
求出t,再由x=v0t求v0,并求v0的平均值。
2.实验器材:
木板,白纸,图钉,未端水平的斜槽,小球,刻度尺,附有小孔的卡片,重锤线。
3.实验条件:
a.固定白纸的木板要竖直。
b.斜槽未端的切线水平,在白纸上准确记下小球位置。
c.小球每次从槽上同一位置由静止滑下。
【例1】物理学是很实用的一门学科,在工农业生产中有许多运用.请你用所学的物理知识帮助农民估测出农用水泵的流量(在单位时间内通过流管横截面的流体的质量或体积称为流量).已知水泵的出水管是水平的,且出水管外径在10cm左右.提供的实验器材有:
一把钢卷尺、游标卡尺、螺旋测微器、一长直细木棒和一重锤线.
(1)写出测量的主要步骤和需要测量的物理量
A、用___________测出水管的______________;
B、用重锤线和钢卷尺测出______________离地面的高度y;
C、用木棒从出水口正下方伸到______________,在木棒上做上记号,用钢卷尺测出出水的______________.
(2)用测得的物理量和有关常量,写出计算水泵流量的表达式为:
Q=__________.
【例2】用如右图所示的装置进行以下实验:
A、先测出滑块A、B的质量M、m及滑块与桌面间的动摩擦因数μ,查出当地的重力加速度g.
B、用细线将滑块A、B连接,使A、B间的弹簧压缩,滑块B紧靠在桌边.
C、剪断细线,测出滑块B做平抛运动落地时到重锤线的水平位移s1和滑块A沿桌面滑行距离s2.
(1)为验证动量守恒,写出还须测量的物理量及表示它的字母:
___________________________
(2)动量守恒的表达式为:
___________________________(用上述物理量的字母表示).
【例3】某同学设计了一个研究平抛运动的实验装置,如图.在水平桌面上放置一个斜面,让钢球从斜面上由静止滚下,钢球滚过桌边后便做平抛运动.在钢球抛出后经过的地方放置一块水平木板,木板由支架固定成水平,木板所在高度可通过竖直标尺读出,木板可以上下自由调节.在木板上固定一张白纸.该同学在完成装置安装后进行了如下步骤的实验:
A、实验前在白纸上画一条直线,并在线上标出a、b、c三点,且ab=bc,如图.量出ab长度L=20.00cm.
B、让钢球从斜面上的某一位置由静止滚下,调节木板高度,使得钢球正好击中a点,记下此时木板与桌面的高度差h1=h.
C、让钢球从斜面上的同一位置由静止滚下,调节木板高度,使得钢球正好击中b点,记下此时木板与桌面的高度差h2=h+10.00(cm).
D、让钢球从斜面上的同一位置由静止滚下,调节木板高度,使得钢球正好击中c点,记下此时木板与桌面的高度差h3=h+30.00(cm).
则该同学由上述测量结果即可粗测出钢球的平抛初速度大小vo=_________m/s,钢球击中b点时其竖直分速度大小为vby=___________m/s.已知钢球的重力加速度为g=10m/s2,空气阻力不计.
【例4】某同学设计了一个研究平抛运动的实验.实验装置示意图如图所示,A是一块平面木板,在其上等间隔地开凿出一组平行的插槽(左图中P0P0/、P1P1/……),槽间距离均为
.把覆盖复写纸的白纸铺贴在硬板B上.实验时依次将B板插入A板的各插槽中,每次让小球从斜槽上一同位置由静止释放.每打完一点后,把B板插入后一槽中并同时向纸面内侧平移距离
.实验得到小球在白纸上打下的若干痕迹点,如右图所示.
⑴实验前应调节斜槽,直到______________________________.
⑵实验前应对实验装置A板、B板反复调节,直到_________________________;
每次让小球从斜槽上同一位置由静止释放,是为了_______________________.
⑶每次将B板向内侧平移距离
,是为了_________________________________.
【例5】(8分)如图所示为探究“水流射程与排水孔高度的关系”的实验装置.在一个一端开口的塑料筒侧壁上钻一排小孔,使小孔间距相等.实验时将筒内注满水,并保持水面高度不变,测出相应的高度h和射程S为:
(1)根据所测数据,在坐标纸上作出小孔高度h和对应的射程S的关系曲线;
(2)根据测得数据和关系曲线可以判断:
在h=____cm时,射程S最大;
(3)理论证明:
在h=____H时,射程S最大;
为什么在靠近水面和靠近底面处射程S都很小,说说你的看法:
______________________________.
【例6】如图甲所示,是一位同学在实验室中照的一小球做平抛运动的频闪照片的一部分,由于照相时的疏忽,没有摆上背景方格板
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