2019届高考物理二轮专题复习专题八物理实验第1讲力学实验与创新课件.ppt

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1、专题八 物理实验,真题剖析 析真题 得技法,第1讲 力学实验与创新,考向一 纸带类问题,【典例1】 (2018河北邯郸一模)用如图(甲)所示的实验装置验证质量分别为m1,m2的两物块组成的系统机械能守恒.质量为m2的物块在高处由静止开始下落,打点计时器在质量为m1的物块拖着的纸带上打出一系列的点,对纸带上的点迹进行测量,即可验证机械能守恒定律.图(乙)所示是实验中获取的一条纸带:0是打下的第一个点,每相邻两计数点间还有4个点(图中未标出),所用电源的频率为50 Hz,计数点间的距离如图(乙)所示.已知m1=100 g,m2=200 g,取当地重力加速度为9.8 m/s2.(结果均保留三位有效数

2、字),(1)打计数点5时物块的速度大小为 m/s.,答案:(1)1.64,(2)在打计数点0到5的过程中,系统动能的增量Ek= J;系统重力势能的减少量是Ep= J.,答案:(2)0.403 0.404,规律总结,1.打点计时器系列五个实验 力学实验中用到打点计时器的实验有5个,分别是用打点计时器测速度、探究小车速度随时间变化的规律、探究加速度与力、质量的关系、探究做功与速度变化的关系及验证机械能守恒定律.,2.纸带数据的处理方法,3.平衡摩擦力的两个实验及方法 探究加速度与力、质量的关系及探究做功与速度变化的关系两个实验均需平衡摩擦力,平衡摩擦力的方法是垫高有打点计时器的一端,给小车一个初速

3、度,小车能匀速下滑. 4.三个关键点 (1)区分计时点和计数点:计时点是指打点计时器在纸带上打下的点.计数点是指测量和计算时在纸带上所选取的点.要注意“每五个点取一个计数点”与“每隔四个点取一个计数点”的取点方法是一样的. (2)涉及打点计时器的实验均是先接通电源.打点稳定后,再释放纸带. (3)实验数据处理可借助图像,充分利用图像斜率、截距等的物理意义.,【预测练1】 某同学在做研究匀变速直线运动实验时,获取了一条纸带的一部分,0,1,2,3,4,5,6,7是计数点,每相邻两计数点间还有4个点(图中未标出),计数点间的距离如图所示.由于粗心,该同学忘了测量3,4两个计数点之间的距离.求: (

4、1)其中6号计数点的瞬时速度的大小v6= m/s.(保留三位有效数字) (2)利用逐差法处理数据,计算出滑块的加速度a= m/s2.(保留三位有效数字). (3)计数点3,4之间的距离是x4= m.(保留三位有效数字),答案:(1)0.413 (2)0.496 (3)2.88(2.872.89)10-2,【预测练2】 (2018广东汕头一模)某同学用如图1所示的实验装置研究小车在斜面上的运动.,(1)用细绳将沙和沙桶通过滑轮与小车连接,调节斜面的倾角,使小车沿斜面向下做匀速直线运动,用天平测出沙和沙桶的总质量m; (2)保持斜面倾角不变,取下沙和沙桶,接通电源,在靠近打点计时器处重新释放小车.

5、,(3)图2是该同学实验中打出的一条纸带的一部分,打点计时器电源的频率为50 Hz,相邻两计数点间还有4个点未画出. 设图2中自左到右的六组数据依次表示为x1,x2,x3,由于这些数据满足关系式 ,可以判断小车沿斜面向下做 运动.若测得沙和沙桶的总质量为310 g,则小车的质量为 kg(结果保留三位有效数字,重力加速度取9.8 m/s2).,答案:(3)x2-x1=x3-x2=x4-x3=x5-x4=x6-x5 匀加速直线 1.53,(4)在上述实验中,以下说法正确的是 .(填正确答案标号) A.小车的质量应远大于沙和沙桶的质量 B.连接小车、沙和沙桶的细绳与斜面应保持平行 C.打点计时器的电

6、源应选取220 V交流电 D.实验过程需用秒表计时,解析:(4)依据实验原理,本实验不需要小车的质量应远大于沙和沙桶的质量,故A错误;实验时连接小车、沙和沙桶的细绳与斜面应保持平行,故B正确;电火花打点计时器的电源应选取220 V交流电,故C正确;实验过程中打点计时器能算出时间,不需用秒表计时,故D错误. 答案:(4)BC,考向二 弹簧类问题,【典例2】 (2018广东揭阳一模)用如图所示的装置测量弹簧的弹性势能.将弹簧放置在水平气垫导轨上,左端固定,右端在O点;在O点右侧的B,C位置各安装一个光电门,计时器(图中未画出)与两个光电门相连.先用米尺测得B,C两点间距离s,再用带有遮光片的滑块压

7、缩弹簧到某位置A,静止释放,计时器显示遮光片从B到C所用的时间t,用米尺测量A,O之间的距离x.,(1)计算滑块离开弹簧时速度大小的表达式是v= . (2)为求出弹簧的弹性势能,还需要测量 .(填字母序号) A.弹簧原长 B.当地重力加速度 C.滑块(含遮光片)的质量 (3)若气垫导轨左端比右端略高,弹性势能的测量值与真实值比较将 (填字母序号). A.偏大 B.偏小 C.相等,审题突破,(2)弹簧的弹性势能等于物体增加的动能,故应求解物体的动能,根据动能表达式可知,应测量滑块的质量,故选C. (3)若气垫导轨左端比右端略高,导致通过两光电门的时间将减小,那么测得速度偏大,因此弹性势能的测量值

8、也偏大,故选A. 答案:(1) (2)C (3)A,规律总结,与弹簧、橡皮条有关实验的基本思路 在力学实验中用到弹簧或橡皮条的实验有探究弹力与弹簧伸长量的关系、验证力的平行四边形定则、探究动能定理. 1.探究弹力和弹簧伸长量的关系 (1)实验原理 要测出每次悬挂重物的重力大小G和弹簧伸长的长度x,建立G-x坐标系,描点作图探究. (2)操作关键 实验中不能挂过多的钩码,使弹簧不超过弹性限度.,作图像时,不要连成“折线”,而应尽量让坐标点落在直线上或均匀分布在直线的两侧. 2.验证力的平行四边形定则 (1)实验原理 使一个力的作用效果跟两个力的共同作用效果相同. (2)操作关键 每次拉伸结点位置

9、O必须保持不变. 记下每次各力的大小和方向. 画力的图示时应选择适当的标度.,3.有关数据处理的三点提醒 (1)刻度尺及弹簧测力计的读数 以1 mm为分度值的刻度尺,要估读到1 mm的十分位. 弹簧测力计读数时要先看量程和分度值,再根据指针所指的位置读出所测力的大小.如分度值为0.1 N,则要估读,即有两位小数,如分度值为0.2 N,则小数点后只能有一位小数. (2)F-x和F-l图像的特点 F-x为一条过原点的直线,而F-l为一条不过原点的倾斜直线. F-x图线和F-l图线的斜率均表示弹簧(或橡皮筋)的劲度系数. F-l图线在l轴的截距表示弹簧(或橡皮筋)的原长.,F-x和F-l图线发生弯曲

10、的原因是弹簧(或橡皮筋)超出了弹性限度. (3)在验证力的平行四边形定则的实验中,利用平行四边形定则求得的合力与测得的合力一般不完全重合.,【预测练3】 小鲁为研究物体所受空气阻力与物体运动速度的关系,小鲁约爸爸在一个无风的周末开汽车来到郊外一段人车稀少的平直公路上.小鲁打开汽车天窗,将如图(甲)所示装置固定在汽车车顶.,爸爸依次以5 m/s,10 m/s,15 m/s,20 m/s的不同速度在平直公路上各匀速行驶一段距离,小鲁依次将汽车不同行驶速度时的弹簧测力计的示数记录在下 表中.,(1)如图(乙)所示,为小鲁同学在车速稳定在15 m/s时用手机拍下的测力计照片,此时测力计示数为 N. (

11、2)实验装置中用小车而不是木块,并将其放在表面平滑的木板上,目的是为了减小 对实验结果的影响.,解析:(1)根据图(乙)可知,此时测力计的示数为 1.80 N; (2)由实验原理可知,研究风速大小与弹簧测力计示数大小关系,因此要减小其他阻力的影响,比如:木板对其的摩擦力; 答案:(1)1.80 (2)摩擦力,(3)分析上表中的实验数据,则当弹簧测力计的读数稳定在2.40 N时,车速为m/s.(计算结果保留2位有效数字),答案:(3)17,【预测练4】 (2018湖南衡阳二模)现提供了如图(甲)所示的实验器材,来探究“合外力做的功与物体速度变化的关系”的实验,由图可知: (1)平衡摩擦力时,小车

12、是否挂纸带 (填“是”或“否”); (2)在某次实验中,得到如图(乙)所示的一条纸带,在A,B,C三个计数点中应该选用 (选填“A”“B”或“C”)点的速度才符合实验要求; (3)某同学采用如图(甲)所示的装置来做实验,先使小车不连接橡皮筋,发现小车在木板上加速下滑.那么,在橡皮筋弹力的作用下,合外力对小车所做的功(选填“大于”“小于”或“等于”)橡皮筋弹力所做的功.,解析:(1)小车运动时,受到木板的阻力以及纸带与打点计时器间的摩擦阻力,所以平衡摩擦力时,小车需要挂纸带. (2)橡皮筋恢复原长后,小车做匀速直线运动,所以选用C点的速度才符合实验要求. (3)小车不连接橡皮筋,发现小车在木板上

13、加速下滑,可知木板倾斜.平衡摩擦力过了,重力沿斜面向下的分力大于摩擦力,在橡皮筋弹力的作用下,合外力对小车所做的功大于橡皮筋弹力做功. 答案:(1)是 (2)C (3)大于,考向三 力学创新实验,【典例3】 (2018全国卷,23)某同学用图(a)所示的装置测量木块与木板之间的动摩擦因数.跨过光滑定滑轮的细线两端分别与木块和弹簧秤相连,滑轮和木块间的细线保持水平,在木块上方放置砝码.缓慢向左拉动水平放置的木板,当木块和砝码相对桌面静止且木板仍在继续滑动时,弹簧秤的示数即为木块受到的滑动摩擦力的大小.某次实验所得数据在下表中给出,其中f4的值可从图(b)中弹簧秤的示数读出.,回答下列问题: (1

14、)f4= N; (2)在图(c)的坐标纸上补齐未画出的数据点并绘出f-m图线;,解析:(1)由图(b)可读出弹簧秤的示数f4=2.75 N. (2)根据表中数据描点,拟合一条直线,使尽可能多的点落在直线上,不在直线上的点大致均匀分布在直线两侧. 答案:(1)2.75 (2)如图所示,(3)f与m、木块质量M、木板与木块之间的动摩擦因数及重力加速度大小g之间的关系式f= ,f-m图线(直线)的斜率的表达式为k= ; (4)取g=9.80 m/s2,由绘出的f-m图线求得= .(保留2位有效数字),解析:(3)摩擦力表达式f=(M+m)g=gm+Mg,其斜率k=g.答案:(3)(M+m)g g (

15、4)0.40,规律总结,1.创新性实验仪器 (1)光电计时器:比较精确的测量物体运动的瞬时速度,取代传统实验中的纸带法. (2)气垫导轨:可以减少接触面的摩擦阻力,取代传统实验中利用倾斜长木板平衡摩擦力的方法,不需要再平衡摩擦力. (3)力传感器:精确的测力工具,取代弹簧测力计的使用,可以详细的描述力的变化情况,消除误差. 2.实验器材的改进 (1)“研究加速度和力、质量的关系”的实验中,可以用气垫导轨来代替长木板,这样不用再平衡摩擦力了,小车的合外力可以通过力的传感器来得到.,(2)“探究功与速度变化的关系”的实验中,可以利用光电门来进行速度的测量,为了克服摩擦力的影响,可以使用气垫导轨取代

16、长木板. (3)“验证机械能守恒定律”的实验中,可以利用光电计时器比较精确的测量物体运动的瞬时速度,取代传统实验中的纸带法. 3.实验情景的创新 (1)分析实验情景,挖掘对应的力学模型,提取对应的物理规律,明确实验理论和实验目的. (2)理清实验步骤,尤其是影响到实验结论的关键环节,记录数据,建立图像,注意横纵坐标的选取. (3)根据得到的图像,分析图像的截距和斜率的物理含义,结合物体的运动情况和受力情况进行数据处理,得出结论.,【预测练5】 某同学设计了如图所示的装置去验证小球摆动过程中的机械能守恒,实验中小球到达B点时恰好与桌面接触但没有弹力,D处的箭头处放一锋利的刀片,细线到达竖直位置时

17、被割断,小球做平抛运动落到地面,P是一刻度尺.该同学方案的优点是只需利用刻度尺测量A位置到桌面的高度h,桌面到地面的高度H及平抛运动的水平位移L即可.,解析:(1)球做平抛运动,根据水平方向匀速直线与竖直方向自由落体,对于竖直方向的高度是球下边沿离开桌面,到下落到地面,因此测量A位置到桌面的高度h应从球下边沿开始测量; 答案:(1)球的下边沿,(1)测量A位置到桌面的高度h应从 开始测量(填“球的下边沿”或“球心”).,(2)实验中改变h多测几次h和L的数值利用作图像的方法去验证.该同学取纵轴表示L,则横轴应表示 .,(3)若所作图像的斜率为k,则满足 关系即可证明小球下摆过程中机械能守恒.,

18、解析:(3)若所作图像的斜率为k,根据第(2)问, 则满足k=2 , 即可证明下摆过程中机械能守恒. 答案:(3)k=2,【预测练6】 (2018湖南六校联考)某实验小组利用如图所示的装置进行实验,钩码A和B(均可视为质点)分别系在一条跨过轻质定滑轮的软绳两端,在A的上面套一个比它大一点的环形金属块C(也可视为质点)在距地面为h处有一宽度略大于B的狭缝,钩码B能通过狭缝,在狭缝上放有一个外径略大于缝宽的环形金属块D(也可视为质点),B与D碰撞后粘在一起,摩擦忽略不计.开始时B距离狭缝的高度为h1,放手后,A,B,C从静止开始运动,A,B,C,D的质量相等.(B,D碰撞过程时间很短,忽略不计),(1)利用计时仪器测得钩码B通过狭缝后上升h2用时t1,则钩码B碰撞后瞬间的速度为 (用题中字母表示);,(2)若通过此装置验证机械能守恒定律,当地重力加速度为g,若碰前系统的机械能守恒,则需满足的等式为 (用题中字母表示).,