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实验专题力学实验syyz2稿
力学实验复习专题
实验复习前言
物理实验为高考必考内容,近年的高考物理试题,越来越重视对实验的考查,尤其是除了对教材中原有的学生实验进行考查为,还增加了对演示实验的考查。
利用学生所学过的知识,对实验仪器或实验方法加以重组完成新的实验目的的设计型实验将逐步取代对教材中原有单纯学生实验的考查。
历届高考在实验方面的命题重点为:
基本仪器的使用、基本物理量的测定、物理规律的验证和物理现象的研究、实验数据的处理。
高考中物理实验题类型大体有:
⑴强调基本技能,熟识各种器材的特性。
像读数类:
游标卡尺、螺旋测微器、多用电表等;选器材类:
像选取什么量程的电表和滑动变阻器等⑵重视实验原理,巧妙变换拓展。
像探究匀变速直线运动的变形和测量电阻的再造等。
源于课本不拘泥课本一直是高考命题与课标理念所倡导的,所以熟悉课本实验、抓住实验的灵魂---原理是我们复习的重中之重。
⑶提倡分析讨论,讲究实验的品质,像近年高考中的数据处理、误差分析、改良方案,甚至开放性实验等于课标的一标多本思路是交汇的。
⑷知识创新型实验。
像设计型、开放型、探讨型实验等都是不同程度的创新,比如利用所学可以设计出很多测量重力加速度的方案。
高考中常涉及的力学实验有验证力的平行四边形定则、探究弹力与弹簧伸长量的关系、探究加速度与力、质量的关系、探究动能定理和验证机械能守恒定律,主要考查实验器材的使用、实验原理的理解和实验方法的迁移运用,多以探究和设计实验的形式出现.预计2014年高考中,将在考查常规实验的实验原理、数据处理的基础上,进一步考查实验方法的迁移运用和创新实验设计.
考查类型1 对基本仪器的使用的考查
基本仪器主要是测量性仪器,高考中要求理解仪器的结构原理、规格、参数,灵活地使用仪器,进行正确的读数.力学中基本仪器的原理和使用方法(略)。
考查类型2 对验证性实验的考查
力学中的验证性实验有验证力的平行四边形定则、验证机械能守恒定律等,这类实验要求用实验的方法来验证科学家已归纳、总结和已证明了的结论,通过实验过程的再现,加深对规律适用条件和结论的理解.解决验证性实验相关问题的关键是根据题目给定的实验条件、实验过程、实验情景领会命题意图,找出实验中应测定的物理量,明确在误差允许的范围内通过怎样的定量关系才能达到实验目的.
考查类型3 对探究性实验的考查
力学中的探究性实验有:
探究弹力与弹簧伸长量的关系、探究加速度与力、质量的关系、探究动能定理等.探究性实验要求学生将自己掌握的物理知识和实验技能创造性地应用到新的实验情景中,由题给条件自行选定实验原理,确定实验方案,选择合适的器材去研究物理现象,通过实验得到的数据信息分析各物理量中的内在联系,找出其中所包含的物理规律.
实验一:
匀变速直线运动
1.某同学在“研究匀变速直线运动”实验中,使用电磁式打点计时器(所用交流电的频率f=50Hz)选出一条点迹比较清晰的纸带,舍去开始密集的点迹,从便于测量的点开始,每两个打点间隔取一个计数点,如图中0、1、2……6点所示.
①测量1、2、3……6计数点到0计数点的距离,分别记作:
x1、x2、x3……x6
②通过测量和计算,该同学判断出小车沿平板做匀加速直线运动,计数点1对应速度大小
=(用题给符号表示)
③分别计算出
、
、
……
与对应时间的比值
、
、
……
④以
为纵坐标、t为横坐标,标出
与对应时间t的坐标点,画出
图线如图所示,根据
图线判断,在打0计数点时,小车的速度
=m/s;运动的加速度
=m/s2
2.在“利用打点计时器测定匀变速直线运动加速度”的实验中,打点计时器接在50Hz的低压交变电源上,某同学在打出的纸带上按打点的先后顺序每5点取一个计数点,共取了A、B、C、D、E、F六个计数点(每相邻两个计数点间还有四个点).从A点开始在每一个计数点处将纸带剪开分成五段(分别为a、b、c、d、e段),将这五段纸带由长到短紧靠但不重叠地粘在xOy坐标系中,如图所示.
①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.
②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:
____。
③若测得a段纸带的长度为“10.0cm,e段纸带的长度为2.0cm,则可求出加速度的大小为____m/s2.
实验二:
验证平行四边形定则
3.在“验证力的平行四边形定则”的实验中,有下列实验步骤:
(a)在桌上放一块方木板,在方木板上垫一张白纸,把橡皮条的一端固定在板上的A点。
(b)只用一只弹簧秤,通过细绳把橡皮条的结点拉到同样位置O,记下弹簧秤的示数F´和细绳的方向,按同样比例做出力F´的图示。
(c)改变两个分力的大小和夹角,再做两次实验。
(d)记下两只弹簧秤的示数F1、F2及结点的位置,描下两条细绳的方向,在纸上按比例做出力F1和F2的图示,用平行四边形定则求出合力F。
(e)比较力F´与F,可以看出,它们在实验误差范围内是相等的。
(f)把两条细绳系在橡皮条的另一端,通过细绳用两个弹簧秤互成角度拉橡皮条,橡皮条伸长,使结点到达某一位置O。
完成下列填空:
(1)上述步骤中,正确的顺序是(填写步骤前面的字母)。
(2)下列哪些措施能减小实验误差___________。
A.两条细绳必须等长B.弹簧秤、细绳、橡皮条都应与木板平面平行
C.拉橡皮条的细绳要稍长一些,标记同一条细绳的方向时两标记点要适当远一些
D.实验前先把实验所用的两只弹簧秤的钩子相互钩住平放在桌面上,向相反方向拉动,检查读数是否相同,若不同,则进行调节使之相同
4.在“探究求合力的方法”实验中,现有木板、白纸、图钉、橡皮筋、细绳套和一把弹簧秤.为完成实验,某同学另找来一根弹簧,先测量其劲度系数,得到的实验数据如下表:
在图3中作图并求得该弹簧的劲度系数k=________N/m;
(2)某次实验中,弹簧秤的指针位置如图4所示,其读数为________N;同时利用
(1)中结果获得弹簧上的弹力值为2.50N,请在图中画出这两个共点力的合力F合;
(3)由图得到F合=________N.
5.“探究求合力的方法”的实验如图5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图示.
(1)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.
(2)本实验采用的科学方法是( )
A.理想实验法 B.控制变量法C.等效替代法D.建立物理模型法
(3)在实验中,如果其他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“变”或“不变”)
(4)为了使实验能够顺利进行,且尽量减小误差,你认为下列说法或做法能够达到上述目的的是( )
A.使用弹簧测力计前应将测力计水平放置,然后检查并矫正零点
B.两个分力F1、F2间夹角应越大越好
C.标记拉力方向时,要用铅笔紧靠细绳沿绳移动铅笔画出
D.同一次实验两次拉细绳套须使结点到达同一位置
6.有同学利用如图所示的装置来验证力的平行四边形定则:
在竖直木板上铺有白纸,固定两个光滑的滑轮A和B,将绳子打一个结点O,每个钩码的质量相等,当系统达到平衡时,根据钩码个数读出三根绳子的拉力
,
和
,回答下列问题:
①改变钩码个数,实验不能完成的是()
A.钩码的个数
B.钩码的个数
C.钩码的个数
D.钩码的个数
②在拆下钩码和绳子前,正确并且最重要的一个步骤是()
A.标记结点O的位置,并记录OA、OB、OC三段绳的方向B.量出OA、OB、OC三段绳子的长度
C.用量角器量出三段绳子之间的夹角D.用天平测出钩码的质量
实验三:
弹力与弹簧伸长的关系
7.在“探究弹力与弹簧伸长的关系”的实验中,为了探求弹簧弹力F和弹簧伸长量
的关系,李强同学选了甲、乙两根规格不同的弹簧进行测试,根据测得的数据绘出如图所示的图象,从图象上看,该同学没能完全按实验要求做,使图象上端成为曲线,图象上端成为曲线是因为.其中乙弹簧的劲度系数为N/m。
若要制作一个精确度较高的弹簧秤,应选弹簧(填“甲”或“乙”)。
8.某实验小组做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验.实验时,先把弹簧平放在桌面上,用直尺测出弹簧的原长L0=4.6cm,再把弹簧竖直悬挂起来,在下端挂钩码,每增加一只钩码均记下对应的弹簧的长度x,数据记录如下表所示.
(1)根据表中数据作出F-x图线;
(2)由此图线可得,该弹簧劲度系数k=________N/m;
(3)图线与x轴的交点坐标大于L0的原因是__________________________.
9.某同学和你一起探究弹力和弹簧伸长的关系,并测弹簧的劲度系数k。
做法是先将待测弹簧的一端固定在铁架台上,然后将最小刻度是毫米的刻度尺竖直放在弹簧一侧,并使弹簧另一端的指针恰好落在刻度尺上。
当弹簧自然下垂时,指针指示的刻度数值记作L0,弹簧下端挂一个50g的砝码时,指针指示的刻度数值记作L1;弹簧下端挂两个50g的砝码时,指针指示的刻度数值记作L2;……;挂七个50g的砝码时,指针指示的刻度数值记作L2。
①下表记录的是该同学已测出的6个值,其中有两个数值在记录时有误,它们的代表符号分别是和.
测量记录表:
②实验中,L3和L2两个值还没有测定,请你根据上图将这两个测量值填入记录表中。
③为充分利用测量数据,该同学将所测得的数值按如下方法逐一求差,分别计算出了三个差值:
。
请你给出第四个差值:
dA==cm。
④根据以上差值,可以求出每增加50g砝码的弹簧平均伸长量
。
用d1、d2、d3、d4
表示的式子为:
=,代入数据解得
=cm。
⑤计算弹簧的劲度系数k=N/m。
(g取9.8m/s2)
10.通过《探究弹簧弹力与弹簧伸长长度的关系》实验,我们知道在弹性限度内,弹簧弹力F的大小与弹簧的伸长(或压缩)量x成正比,并且不同的弹簧,其劲度系数不同.已知一根原长为L0、劲度系数为k1的长弹簧A,现把它截成长为
L0和
L0的B、C两段,设B段的劲度系数为k2、C段的劲度系数为k3,关于k1、k2、k3的大小关系,同学们做出了如下猜想.
甲同学:
既然是同一根弹簧截成的两段,所以,k1=k2=k3
乙同学:
弹簧越短劲度系数越大,所以,k1 丙同学: 弹簧越长劲度系数越大,所以,k1>k2>k3 (1)为了验证猜想,可以通过实验来完成.实验所需的器材除铁架台外,还需要________. (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的长度L0; b.在弹簧A的下端挂上钩码,记下钩码的个数(如n个)并用刻度尺测量弹簧的长度L1; c.由F=mg计算弹簧的弹力;由x=L1-L0计算出弹簧的伸长量.由k= 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k1的平均值; e.按要求将弹簧A剪断,分成B、C两段,重复实验步骤a、b、c、d.分别求出弹簧B、C的劲度系数k2、k3的平均值.比较k1、k2、k3并得出结论. (3)图6是实验得到的图线.根据图线得出弹簧的劲度系数与弹簧长度有怎样的关系? 实验四: 牛顿运动定律 11.某实验小组利用图示的装置探究加速度与力、质量的关系. ①下列做法正确的是()(填字母代号) A.调节滑轮的高度,使牵引木块的细绳与长木板保持平行 B.在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时,将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴木块上 C.实验时,先放开木块再接通打点计时器的电源 D.通过增减木块上的砝码改变质量时,不需要盆新调节木板倾斜度 ②为使砝码桶及桶内砝码的总重力在数值上近似等于木块运动时受到的拉力,应满足的条件是砝码桶及桶内砝码的总质量木块和木块上硅码的总质量(填远大于,远小于,或近似于) ③甲、乙两同学在同一实验室,各取一套图示的装置放在水平桌面上,木块上均不放砝码,在没有平衡摩 擦力的情况下,研究加速度a与拉力F的关系,分别得到图中甲、乙两条直线·设甲、乙用的木块质量分别为m甲、m乙甲、乙用的木块与木板间的动摩擦因数分别为μ甲,μ乙,由图可知,m甲m乙μ甲μ乙(填“大于”、“小于”或“等于”) 12.如图所示为“探究加速度与物体受力的关系”的实验装置图。 图中A为小车,质量为m1,连接在小车后面的纸带穿过电火花打点计时器B,它们均置于水平放置的一端带有定滑轮的足够长的木板上,p的质量为m2,C为弹簧测力计,实验时改变p的质量,读出测力计不同读数F,不计绳与定滑轮、动滑轮之间的摩擦。 (1)电火花打点计时器工作电压为 V的交流电。 (2)下列说法正确的是 A.每次改变小车质量时,应重新平衡摩擦力B.实验时应先释放小车后接通电源 C.在探究加速度与质量关系时,应作a- 图象D.测力计的读数始终为 (3)实验中需要平衡摩擦力,应当取下(选填“小车上的钩码”、“小托盘和砝码”或“纸带”),将木板右端适当垫高,直至小车在长木板上运动时,纸带上打出来的点间距相等. (4)下图为某次实验得到的纸带,纸带上标出了所选的四个计数点之间的距离,相邻计数点间还有四个点没有画出。 由此可求得小车的加速度的大小是m/s2(结果保留二位有效数字) (5)实验时,某同学由于疏忽,遗漏了平衡摩擦力这一步骤,他测量得到的a—F图像,可能是下图中的图线。 13.如图所示为某同学所安装的“验证牛顿第二定律”的实验装置。 (1)在图示状态下,开始做实验,该同学有装置和操作中的主要错误是①_______________________;②______________________; ③_______________________;④__________________________. (2)在验证牛顿第二定律的实验中,得到了如下一组实验数据,并在图示坐标中已画出 图线. ①从图中可以发现实验操作中的问题是________________________________. ②从图线中求出系统的质量是________________.(保留两位有效数字) 实验五: 动能定理 14.探究力对原来静止的物体做的功与物体获得的速度的关系,实验装置如图所示,实验主要过程如下: (1)设法让橡皮筋对车做的功分别为W、2W、3W、…… (2)分析打点计时器打出的纸带,求出小车的速度 、 、 …… (3)作出 草图 (4)分析 图,如果 图象是一条直线,表明 ;如果不是直线,可考虑是否存在 , 等关系。 (1)以下关于该实验的说法中有一项不正确的是() A.本实验设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W……所采用的方法是选用同样的橡皮筋,并在每次实验中,使橡皮筋拉伸的长度保持一致。 当用1条橡皮筋进行实验时,橡皮筋对小车做的功为W,用2条、3条……橡皮筋并在一起进行第2次、第3次……实验时,橡皮筋对小车做的功分别是2W、3W…… B.小车运动中会受到阻力,补偿的方法,可以使木板倾斜。 C.某同学在一次实验中,得到一条记录纸带,纸带上打出的点,两端密,中间疏,出现这种情况的原因,可能是没有使木板倾斜或倾角太小。 D.根据记录纸带上打出的点,求小车获得速度的方法,是以纸带上第一点到最后一点的距离来进行计算。 (2)若木板水平放置,小车在两条橡皮筋作用下运动,当小车速度最大时,关于橡皮筋所处的状态与小车所在的位置(视小车为质点),下列说法正确的________。 A.橡皮筋处于伸长状态B.橡皮筋处于原长状态 C.小车在两个铁钉的连线处D.小车已过两个铁钉的连线 (3)下列4条纸带哪些条是在探究功与物体速度变化关系的实验中,正确操作可能得到的纸带________。 15.在“探究功与物体速度变化关系”的实验中,某实验研究小组的实验装置如图甲所示。 小木块从A点静止释放后,在一根弹簧作用下弹出,沿足够长水平放置的木板运动到B1点停下,O点为弹簧原长时小木块所处的位置,测得OB1的距离为L1,并把此过程中弹簧对小木块做的功记为W1。 用完全相同的弹簧2根、3根……并列在一起进行第2次、第3次……实验并记录相应的数据,作出弹簧对小木块做功W与小木块停下的位置距O点的距离L的图象如图乙所示。 请回答下列问题: (1)W—L图线为什么不通过原点? . (2)弹簧被压缩的长度LOA=cm。 16.如图1所示,某组同学借用“探究a与F、m之间的定量关系”的相关实验思想、原理及操作,进行“研究合外力做功和动能变化的关系”的实验: ①为达到平衡阻力的目的,取下细绳及托盘,通过调整垫片的位置,改变长木板倾斜程度,根据打出的纸带判断小车是否做__________运动。 ②连接细绳及托盘,放人砝码,通过实验得到图2所示的纸带。 纸带上0为小车运动起始时刻所打的点,选取时间间隔为0.1s的相邻计数点A、B、C、D、E、F、G。 实验时小车所受拉力为0.2N,小车的质量为0.2kg。 请计算小车所受合外力做的功W和小车动能的变化△Ek,补填表中空格(结果保留至小数点后第四位)。 分析上述数据可知: 在实验误差允许的范围内W=△Ek,与理论推导结果一致。 ③实验前已测得托盘质量为7.7×10-3kg,实验时该组同学放入托盘中的砝码质量应为____kg(g取9.8m/s2,结果保留至小数点后第三位)。 ④某次实验探究的结果,他没能得到“合力对物体做的功等于物体动能的增量”,且误差很大.通过反思,他认为产生误差的原因如下,其中正确的是________. A.钩码质量太大,使得合力对物体做功的测量值比真实值偏小太多 B.没有平衡摩擦力,使得合力对物体做功的测量值比真实值偏大太多 C.释放小车和接通电源的次序有误,使得动能增量的测量值比真实值偏小 D.根本原因是没有使用最小刻度为毫米的刻度尺测距离 实验六: 机械能守恒定律 17.某实验小组利用图装置做“验证机械能守恒定律”实验,图乙是他们选择的一条较理想的纸带,O点是打点计时器打出的第一个点,计数点A、B、C、D、E、F是纸带上相邻的点.他们测出了各点与O点的距离h后做出了必要的计算,测量和计算的记录见下表(计数点的速度用v表示) 计数点 A B C D E F h(cm) 6.93 9.47 12.4 15.71 19.41 23.49 v(m/s) 1.16 1.37 1.56 1.75 1.95 2.14 v2(m2/s2) 1.35 1.88 2.43 3.06 4.05 4.58 (1)测量某点与O点距离h的记录中不合理的一组是____(填写计数点名称) (2)计数点D、E、F与O点之间的距离分别是hD、hE、hF表示,打点计时器的打点周期用T表示,则打下计数点E时纸带的速度vE=____(用符号表示),重物运动的加速度a=____(用符号表示). (3)该小组的同学在坐标纸上建立图7所示坐标系,标出了各组测量数据的坐标点,并在坐标系中画出v2-h图线.由图线可以判断计数点____的测量误差较大(填写计数点名称),据图线得到重力加速度g测=____m/s2(保留三位有效数字). (4)下判断中正确的是( ) A.在误差允许的范围内,该实验小组达到了实验目的 B.该地的重力加速度比g测偏大 C.他们实验操作过程中是先释放纸带然后再闭合打点计时器开关 D.实验过程中阻力引起的误差属于系统误差 18.物体在空中下落的过程中,重力做正功,物体的动能越来越大,为了“探究重力做功和物体动能变化的定量关系”,我们提供了如图的实验装置. ①某同学结合如图所示的装置,设计了一个本实验情景的命题: 设质量为m(已测量)的小球在重力mg作用下从开始端自由下落至光电门发生的_________,通过光电门时的___________,试探究外力做的功___________与小球动能变化量__________的定量关系;(请在前两空格处填写物理量的名称和对应符号;在后两空格处填写数学表达式) ②某同学根据上述命题并测出如下数字: 用天平测定小球的质量m=0.50kg,用游标尺测出小球的直径d=1.00cm,用刻度尺测出电磁铁下端到光电门的距离h=80.80cm,计时装置记下小球经过光电门所用的时间t=2.50×10─3s,由此可算得小球经过光电门的速度为_________m/s.小球从电磁铁处下落到经过光电门时重力做的功为_________J,小球动能变化量为_________J.(g取10m/s2,结果保留三位有效数字) ③根据②中计算出的数据得出本实验的结论______________________________. 19.某同学利用如图丙所示的气垫导轨装置验证系统机械能守恒定律.在气垫导轨上安装了两光电门1、2,滑块上固定一遮光条,滑块用细线绕过轻质定滑轮与钩码相连. ①实验时要调整气垫导轨水平.不挂钩码和细线,接通气源,如果滑块________,则表示气垫导轨调整至水平状态. ②不挂钩码和细线,接通气源,滑块从轨道右端向左运动的过程中,发现滑块通过光电门1的时间小于通过光电门2的时间.实施下列措施能够让导轨水平的是________ A.调节P使轨道左端升高一些 B.调节Q使轨道右端降低一些 C.遮光条的宽度应适当大一些 D.滑块的质量增大一些 E.气源的供气量增大一些 ③实验时,测出光电门1、2间的距离L,遮光条的宽度d,滑块和遮光条的总质量M,钩码质量m.由数字计时器读出遮光条通过光电门1、2的时间t1、t2,则系统机械能守恒成立的表达式是_______________. 20.某同学利用下述装置对轻弹簧的弹性势能进行探究: 一轻质弹簧放置在光滑水平桌面上,弹簧左端固定,右端与一小球接触而不固连;弹簧处于原长时,小球恰好在桌边缘,如图(a)所示,向左推小球,使弹簧压缩一段距离后由静止释放,小球离开桌面后落到水平地面,通过测量和计算,可得弹簧压缩后的弹性势能。 回答下列问题: (1)本实验中可以认为,弹簧被压缩后的弹性势能 与小球抛出时的动能 相等。 已知重力加速度大小为 .为求得 ,至少需要测量下列物理量中的()(填正确答案的番号) A.小球的质量 B.小球抛出点到落地点的水平距离 C.桌面到地面的高度 D.弹簧的压缩量 E.弹簧原长 (2)用所选取的测量量和已知量表示 ,得 =____________. (3)图(b)中的直线是实验测得的 图线,从理论上可推出,如果 不变, 增加, 图线的斜率会________(填“增大”、“减小”或“不变”);如果 不变, 增加,s— 图线的斜率会________(填“增大”、“减小”或“不变”)。 由图(b)中给出的直线关系和 的表达式可知, 与 的________次方成正比。 其它创新实验 21.物理小组在一次探究活动中测量滑块与木板之间的动摩擦因数.实验装置如图所示,打点计时器固定在斜面上.滑块拖着穿过打点计时器的纸带从斜面上滑下,如图所示.下图是打出的纸带一段。 . ①已知打点计时器使用的交流电频率为50Hz,选A、B
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