备战2019年高考物理高频考点解密专题14力学实验教学案.doc
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1、1专题 14 力学实验核心考点 考纲要求实验一:研究匀变速直线运动实验二:探究弹力和弹簧伸长的关系实验三:验证力的平行四边形定则实验四:验证牛顿运动定律实验五:探究动能定理实验六:验证机械能守恒定律实验七:验证动量守恒定律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、天平、秒表、打点计时器、弹簧秤等2.要求认识误差问题在实验中的重要2考点 1 研究匀变速直线运动一、实验目的1练习正确使用打点计时器,学会利用打上点的纸带研究物体的运动。2掌握判断物体是否做匀变速直线运动的方法( 2xaT)。3测定匀变速直线运动的加速度。二、实验原理1打点计时器(1)作用。计时仪器,每隔 0.02
2、 s 打一次点。(2)两种打点计时器的比较电磁打点计时器 电火花计时器所用电源 46 V 低压交流 220 V 交流打点方式 振针打点 电火花打点时间间隔 每隔 0.02 s 打一次点 每隔 0.02 s 打一次点实验误差 振针和纸带之间有摩擦,误差较大 火花放电不会影响纸带运动,误差较小(3)纸带上点的意义表示和纸带相连的物体在不同时刻的位置;通过研究纸带上各点之间的距离,可以判断物体的运动情况;可以利用纸带上打出的点来确定计数点间的时间间隔。2匀变速直线运动的判断连续相等时间内的位移之差是恒量,即 (不为零),则物体做匀变速直线运动,且 2xaT。3由纸带求物体运动速度的方法根据匀变速直线
3、运动某段时间中间时刻的瞬时速度等于该段时间内的平均速度,即 。34由纸带求加速度(1)用“逐差法”求加速度根据 ,求出加速度41123xaT、523xa、6332xaT,再计算出 a1、 a2、 a3的平均值,即为物体运动的加速度,即 。(2)利用 vt 图象的斜率求加速度先根据 求出多个时刻随对应点的瞬时速度,然后画出 vt 图象,图线的斜率即为物体运动的加速度。三、实验器材电火花计时器(或电磁打点计时器)一端固定有定滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、电源、复写纸。四、实验步骤1仪器安装(1)把固定有定滑轮的长木板放在实验桌上,并使滑轮伸出桌面,把打点计时器固定在长木板上没
4、有定滑轮的一端,连接好电路。(2)把一条细绳拴在小车上,细绳跨过定滑轮,下面挂上合适的钩码,把纸带穿过打点计时器,并把它的一端固定在小车的后面。如图所示,放手后,看小车能否在长木板上平稳地加速滑行。2测量和记录(1)把小车停在靠近打点计时器处,先接通电源,再放开小车,让小车拖着纸带运动,打点计时器就在纸带上打下一系列的点。换上新纸带重复实验,至少重复三次。(2)从几条纸带中选一条比较理想的,舍掉开头比较密集的点,从便于测量的点开始确定计数点,4为了计算方便和减少误差,通常用连续打点五次的时间作为时间单位,即 T=0.1 s。正确使用毫米刻度尺测量每相邻两计数点间的距离,并填入设计好的表格中。(
5、3)利用某一段时间内的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度求得各计数点的瞬时速度。(4)增减所挂钩码数量,重复实验两次。3处理数据并得出试验结论(1)由试验数据画出 vt 图象。(2)由 vt 图象得出小车运动的速度随时间变化的规律。五、数据处理1目的通过纸带求解运动的加速度和瞬时速度,确定物体的运动性质等。2处理的方法(1)分析物体的运动性质测量相邻计数点间的距离,计算相邻计数点间距离之差,看其是否为常数,从而确定物体的运动性质。(2)利用逐差法求解平均加速度。(3)利用平均速度求瞬时速度。(4)利用 vt 图象求加速度。六、误差分析1电流频率不稳引起的实验系统误差。2测量数据不准及描点、
6、连线作图不准等引起的偶然误差。七、注意事项1平行:纸带、细绳要和木板平行。2两先两后:实验中应先接通电源,后让小车运动;实验完毕应先断开电源,后取纸带。3防止碰撞:在到达长木板末端前应让小车停止运动,防止钩码落地和小车与滑轮相撞。4减小误差:小车的加速度宜适当大些,可以减小长度的测量误差,加速度大小以能在约 50 cm 的纸带上清楚地取出 67 个计数点为宜。(1)作出速度时间图象,通过图象的斜率求解物体的加速度;(2)剪下相邻计数点的纸带紧排在一起求解加速度。5(2018广东省深圳市罗湖区罗湖外国语学校)某同学用打点计时器测量做匀速直线运动的物体的加速度,电源频率 50Hzf,在纸带上打出的
7、点中,选出零点,每隔 4个点取 1个计数点,因保存不当,纸带被污染,如图所示, A、 B、 C、 D是依次排列的 个计数点,仅能读出其中 3个计数点到零点的距离:, 、 。根据以上信息回答:(1)电磁打点计时器的工作电压是:_;(2)相邻两个计数点的时间间隔 为_ ;(3)打 点时物体的速度大小为_ (取 2位有效数字)(4)设 AB之间的距离为 ABx, CD之间的距离为 CDx,相邻计数点之间的时间间隔为 T,则物体加速度 a的表达式为_(用 AB、 和 T表示) (5)根据匀变速直线运动的特点可以推测 点到零点的距离是_。A 263.mB 91C 4.5D 02【参考答案】(1)低压交流
8、电 (2)0.1 (3)2.5 (4) (5)B【试题解析】(1)电磁打点计时器的工作电压是 06 V 的低压交流电;(2)由于每隔 个点取 1个计数点,所以相邻两个计数点的时间间隔为 ;(3)利用中点时刻的速度等于平均速度可知 ;(4)根据 2saT,可求得 ;6(5)设 OC 之间的距离为 x,则根据 2saT可知:;解得 ,故选 B。1若实验中,算出各点的时刻所对应的瞬时速度,计算加速度最合理的方法是A根据实验数据画出图出 vt图,量出倾斜角 ,由 tan,求出加速度B根据任意两点的速度用公式求vat算出加速度C根 据 实 验 数 据 画 出 vt图 , 由 图 线 上 相 距 较 远
9、的 两 点 对 应 的 速 度 、 时 间 , 用 公 式vat算 出 加 速 度D依次算出通过连续两计数点的加速度,算出平均值作为小车的加速度【答案】C考点 2 探究弹力和弹簧伸长的关系一、实验目的1探究弹力和弹簧伸长的定量关系。2学会利用列表法、图象法、函数法处理实验数据。二、实验原理1如图所示,在弹簧下端悬挂钩码时弹簧会伸长,平衡时弹簧产生的弹力与所挂钩码的重力大小相等。2弹簧的长度可用刻度尺直接测出,伸长量可以由拉长后的长度进行计算。7三、实验器材铁架台、弹簧、钩码、刻度尺、坐标纸。四、实验步骤(1)安装实验仪器(见实验原理图)。(2)测量弹簧的伸长量(或总长)及所受的拉力(或所挂钩码
10、的质量),列表作出记录,要尽可能多测几组数据。(3)根据所测数据在坐标纸上描点,以力为纵坐标,以弹簧的伸长量为横坐标。(4)按照在图中所绘点的分布与走向,尝试作出一条平滑的曲线(包括直线),所画的点不一定正好在这条曲线上,但要注意使曲线两侧的点数大致相同。(5)以 弹 簧 的 伸 长 量 为 自 变 量 , 写 出 曲 线 所 代 表 的 函 数 , 首 先 尝 试 一 次 函 数 , 如 果 不 行 再 考 虑 二 次 函数 。五、数据处理1列表法:将测得的 F、 x 填入设计好的表格之中,可以发现弹力 F 与弹簧伸长量 x 的比值在误差范围内是相等的。2图象法:以弹簧伸长量 x 为横坐标,
11、弹力 F 为纵坐标,描出 F、 x 各组数据相应的点,作出的拟合曲线,是一条过坐标原点的直线。3函数法:弹力 F 与弹簧伸长量 x 满足 F=kx 的关系。六、误差分析1弹簧的拉力大小不稳定。2钩码标值不准确,弹簧长度测量不准确带来误差。3画图时描点及连线不准确也会带来误差。七、注意事项1不 要 超 过 弹 性 限 度 : 实 验 中 弹 簧 下 端 挂 的 钩 码 不 要 太 多 , 以 免 弹 簧 被 过 分 拉 伸 , 超 过 弹 簧 的 弹 性 限度 。82尽量多测几组数据:要使用轻质弹簧,且要尽量多测几组数据。3观察所描点的走向:本实验是探究性实验,实验前并不知道其规律,所以描点以后
12、所作的曲线是试探性的,只是在分析了点的分布和走向以后才决定用直线来连接这些点。4统一单位:记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位。(2018高一上学期物理期末专项复习试题)某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验,设计了如下图(a)所示的实验装置。他先测出不挂钩码时弹簧的自然长度,然后在弹簧下端依次挂1、2、3、4、5 个钩码,待静止时,测出弹簧相应的总长度每只钩码的质量都是 10 g。实验数据见下表。(弹力始终未超过弹性限度, g 取 10 N/kg)(1)试根据这些实验数据,在给定的如图(b)所示的坐标纸上,作出弹簧弹力大小 F 跟弹簧总长度 l之间的函数关系图象。(2)图象
13、跟坐标轴交点的物理意义是_。该弹簧的劲度系数 k 是_N/m。【参考答案】(1)如图所示 (2)表示弹簧原长 209【试题解析】(1)根据实验数据在坐标纸上描出的点,基本上在同一条直线上。可以判定 F 和 L 间是一次函数关系。画一条直线,使尽可能多的点落在这条直线上,不在直线上的点均匀地分布在直线两侧。(2)该图线跟横轴交点的横坐标表示弹力为零时弹簧的长度,即为弹簧的自由长度。图象的斜率大小等于弹簧的劲度系数,注意单位要化成国际单位,因此根据图象求出弹簧劲度系数为: k=20 N/m。1在探究弹力和弹簧伸长的关系实验中,得到某弹簧的伸长量 x 与弹力 f 之间的关系图象,下列说法中正确的是A
14、弹簧的劲度系数为 30.0 N/mB弹簧发生弹性形变时,弹力大小与弹簧伸长(或缩短)的长度成正比C由图象可知弹簧原长为 5.0 cmD当弹簧伸长 2.5 cm 时,弹簧弹力为 0.75 N【答案】ABD10考 点 3 验 证 力 的 平 行 四 边 形 定 则一、实验目的1验证互成角度的两个共点力合成时的平行四边形定则。2学会用作图法处理实验数据和得出实验结论。二、实验原理互成角度的两个力 F1、 F2与另外一个力 F产生相同的效果,看 F1、 F2用平行四边形定则求出的合力F 与 F在实验误差允许范围内是否相等。三、实验器材木板、白纸、图钉若干、橡皮条、细绳、弹簧测力计两个、三角板、刻度尺。
15、四、实验步骤1用图钉把一张白纸钉在水平桌面上的木板上。2用两个弹簧测力计分别钩住两个细绳套,互成角度地拉橡皮条,使橡皮条伸长,结点到达某一位置 O。如实验原理图所示。 3用铅笔描下结点 O 的位置和两个细绳套的方向,并记录弹簧测力计的读数,利用刻度尺和三角板根据平行四边形定则求出合力 F。4只用一个弹簧测力计,通过细绳套把橡皮条的结点拉到与前面相同的位置 O,记下弹簧测力计的读数 F和细绳的方向。5比较 F与用平行四边形定则求得的合力 F,看它们在实验误差允许的范围内是否相等。五、数据处理1用铅笔和刻度尺从 O 点沿两细绳套方向画直线,按选定的标度作出这两个弹簧测力计的拉力 F1和F2的图示,
16、并以 F1和 F2为临边用刻度尺作平行四边形,过 O 点画平行四边形的对角线,此对角线即为合理 F 的图示。2用刻度尺从 O 点按同样的标度沿记录的方向作出只有一个弹簧测力计时的拉力 的图示。3比较 F 和 是否完全重合或几乎完全重合,从而验证平行四边形定则。11六、误差分析1误差来源:除弹簧测力计本身的误差外,还有读数误差、作图误差等。2减小误差的办法:(1)实验过程中读数时眼睛一定要正视弹簧测力计的刻度,要按有效数字和弹簧测力计的精度正确读数和记录。(2)作图时用刻度尺借助于三角板,使表示两力的对边一定要平行。七、注意事项1位置不变:在同一次实验中,使橡皮条拉长时结点的位置一定要相同。2角
17、度合适:用两个弹簧测力计钩住细绳套互成角度地拉橡皮条时,其夹角不宜太小,也不宜太大,以 60100之间为宜。3在合力不超出量程及在橡皮条弹性限度内形变量应尽量大一些。细绳套应适当长一些,便于确定力的方向。4统一标度:在同一次实验中,画力的图示选定的标度要相同,并且要恰当选定标度,使力的图示稍大一些。(2018福建省福州市八县(市)协作校)“探究求合力的方法”的实验情况如图甲所示,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)某次实验中,拉 OC 细绳的弹簧秤指针位置如甲图所示,其读数为_N;乙图中的 F 与 F两
18、力中,方向一定沿 AO 方向的是_。(2)关于此实验下列说法正确的是_。A与橡皮筋连接的细绳必须等长12B用两只弹簧秤拉橡皮筋时,应使两弹簧秤的拉力相等,以便算出合力的大小C用两只弹簧秤拉橡皮筋时,结点位置必须与用一只弹簧秤拉时结点的位置重合D拉橡皮条的细绳要长些,标记同一细绳方向的两点要短一些【参考答案】(1)2.80 F (2)C【试题解析】(1)弹簧秤最小刻度为 0.1 N,估读到 0.01 N,则读数为 2.80 N; F 是通过作图的方法得到合力的理论值,而 F是通过一个弹簧称沿 AO 方向拉橡皮条,使橡皮条伸长到 O 点,使得一个弹簧称的拉力与两个弹簧称的拉力效果相同,测量出的合力
19、。故方向一定沿 AO 方向的是 F,由于误差的存在F 和 F方向并不在重合。(2)与橡皮筋连接的细绳要稍微长些,并非要求等长,故 A 错误。实验要方便、准确,两分力适当大点,读数时相对误差小,但没有要求两力必须相等,故 B 错误;为了保证效果相同,两次拉橡皮筋时,需将橡皮筋结点拉至同一位置,故 C 正确。为了更加准确的记录力的方向,拉橡皮条的细绳要长些,标记同一细绳方向的两点要远些,故 D 错误。1做“验证力的平行四边形定则”实验时,其中的三个步骤是:在水平放置的木板上垫一张白纸,把橡皮条的一端固定在木板上,另一端拴两根细线,通过细线同时用两个弹簧测力计互成角度地拉橡皮条,使它与细线的结点到达
20、某一位置 O 点,在白纸上记下 O 点和两弹簧测力计的读数 F1和 F2在纸上根据 F1和 F2的大小,应用平行四边形定则作图求出合力 F只用一个弹簧测力计通过细绳拉橡皮条,使它的伸长量与用两个弹簧测力计一起拉时相同,记下此时弹簧测力计的读数 和细绳的方向(1)以上三个步骤中均有疏漏,请找出并更正在中_;在中_;在中_。(2)如图所示为四位同学在“验证力的平行四边形定则”的实验中所作的图示, F1和 F2是两个弹簧测力计同时拉橡皮条时的力的图示, F 是根据平行四边形定则作出的 F1和 F2的合力的图示, 是一个弹簧测力计单独拉橡皮条时的力的图示,其中错误的图是_。13【答案】(1)应该记下两
21、根细线的方向 在纸上根据 F1和 F2的大小和方向 使橡皮条与细线的结点仍然达到 O 点 (2)B考 点 4 验 证 牛 顿 运 动 定 律一、实验目的1学会用控制变量法研究物理规律。2学会灵活运用图象法处理物理问题的方法。3探究加速度与力、质量的关系,并验证牛顿第二定律。二、实验原理(见实验原理图)1保持质量不变,探究加速度跟合外力的关系。2保持合外力不变,确定加速度与质量的关系。3作出 a F 图象和 a m1图象,确定其关系。三、实验器材小车、砝码、小盘、细绳、附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、低压交流电源、导线两根、纸带、天平、米尺。四、实验步骤1用天平测出小车和盛有砝码的小盘的质
22、量 m 和 m,把数据记录在表格中。142把实验器材安装好,平衡摩擦力。3在小盘里放入适量的砝码,把砝码和小盘的质量 m记录在表格中。4保持小车的质量不变,改变砝码的质量,按上面步骤再做 5 次实验。5算出每条纸带对应的加速度的值并记录在表格中。6用纵坐标表示加速度 a,横坐标表示合外力,即砝码和小盘的总重力 m g,根据实验数据在坐标平面上描出相应的点,作图线。7用纵坐标表示加速度 a,横坐标表示小车质量的倒数,在坐标系中根据实验数据描出相应的点并作图线。五、数据处理1利用 x=aT2及逐差法求 a。2以 a 为纵坐标, F 为横坐标,根据各组数据描点,如果这些点在一条过原点的直线上,说明
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