2018届二轮复习力学实验课件（共49张）（全国通用）

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第 1 讲　力学实验 第一 篇 专题六 实 验 热点精练 1 　 纸带类实验 热点 精练 2 　 “ 弹簧 ”“ 橡皮条 ” 类实验 栏目索引 热点 精练 3 　 力学创新拓展实验 热点精练 1 　 纸带类实验 知识方法链接 新课标《考试大纲》规定的六个力学实验中有四个涉及打点计时器：研究匀变速直线运动、探究加速度与力、质量的关系、探究做功和物体速度变化的关系和验证机械能守恒定律 . 这类实验的关键是要掌握纸带的分析处理方法，对于纸带常有以下三大应用： 1. 由纸带确定时间 要区别打点计时器打出的点与人为选取的计数点之间的区别与联系，便于测量和计算 . 2. 求解瞬时速度 利用做匀变速直线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 1 所示，打 n 点时的 瞬时速度 图 1 3. 用 “ 逐差法 ” 求 加速度 如图 2 所示 ， 有些 实验用光电门代替打点计时器来完成 瞬 时 速度和加速度的测量，具体做法如下： (1) 求瞬时速度：把遮光条 ( 宽度为 d ) 通过光电门的时间 Δ t 内的平均速度看做物体经过光电门的瞬时速度， 即 (2) 求加速度：若两个光电门之间的距离为 L ，则利用速度与位移的关系 可求 加速度， 即 图 2 真题模拟精练 1.(2017· 全国卷 Ⅰ ·22) 某探究小组为了研究 小车在 桌面上的直线运动，用自制 “ 滴水计时器 ” 计量 时间 . 实验前，将该计时器固定在小车旁 ，如 图 3(a) 所示 . 实验时，保持桌面水平，用手轻推一下小车 . 在小车运动过程中，滴水计时器等时间间隔地滴下小水滴，图 (b) 记录了桌面上连续 6 个水滴的位置 .( 已知滴水计时器每 30 s 内共滴下 46 个小水滴 ) 2 3 1 4 图 3 (1) 由图 (b) 可知，小车在桌面上是 __________( 填 “ 从右向左 ” 或 “ 从左向右 ” ) 运动的 . 2 3 1 4 答案 解析 从右向左 解析　 小车在阻力的作用下，做减速运动，由题图 (b) 知，从右向左相邻水滴间的距离逐渐减小，所以小车在桌面上是从右向左运动 . (2) 该小组同学根据图 (b) 的数据判断出小车做匀变速运动 . 小车运动到图 (b) 中 A 点位置时的速度大小为 ______m /s ，加速度大小 为 ______ m/ s 2 .( 结果均保留两位有效数字 ) 2 3 1 4 答案 解析 0.19 0.038 2 3 1 4 解析　 已知滴水计时器每 30 s 内共滴下 46 个小水滴，所以相邻两水滴间的时间间隔 为 所以 A 点位置的速度 为 根据 逐差法可求加速度的 大小 解 得 a ≈ 0.038 m/s 2 . 2.(2017· 江西鹰潭市一模 ) 某研究学习 小组 用图 4 甲所示的装置探究加速度与合力 的 关系 . 装置中的铝箱下端连接纸带，砂桶 中 可 放置砂子以改变铝箱所受的外力大小 ， 铝 箱向上运动的加速度 a 可由打点 计时器 和 纸带测出 . 现保持铝箱总质量 m 不变， 逐 渐 增大砂桶和砂的总质量进行多次实验 ， 得到 多组 a 、 F 值 ( F 为力传感器的示数，等于悬挂滑轮绳子的拉力 ) ，不计滑轮的重力 . 图 4 2 3 1 4 (1) 某同学根据实验数据画出了图 乙所示 a — F 关系图象，则由该图象可 得铝 箱 总质量 m ＝ _____ kg ， 重力加速度 g ＝ ____ m/s 2 ( 结果保留两 位有效数字 ). 2 3 1 4 答案 解析 0.25 9.8 解析　 对铝箱分析，应有 F T － mg ＝ ma ，对滑轮应有 F ＝ 2 F T ，联立可解 得 可知图线的 斜率 解 得 m ＝ 0.25 kg ，纵轴截距－ g ＝－ 9.8 ，解得 g ＝ 9.8 m/s 2 . (2) 当砂桶和砂的总质量较大导致 a 较大时，图线 ______( 填选项前的字母 ). A. 偏向纵轴　　　　　　　　 B. 偏向横轴 C. 斜率逐渐减小 D . 斜率不变 2 3 1 4 答案 解析 解析　 对于图线的 斜率 当 砂桶和砂的总质量较大，可知图线的斜率不变，故选 D. √ 3.(2017· 陕西西安市二检 ) 为了验证动能定理，某学习小组在实验室组装了如图 5 甲所示的装置，现备有下列器材：打点计时器及所需电源、导线、复写纸、刻度尺、细沙 . 学习小组成员称量出滑块的质量为 M 、细沙和小桶的总质量为 m . 当滑块连接上纸带，让细线跨过滑轮并悬挂空的小桶时，滑块处于静止状态 . 要完成该实验，请回答下列问题： 2 3 1 4 图 5 (1) 要完成本实验，还缺少的实验器材是 ______. 2 3 1 4 答案 解析 天平 解析　 根据题意本实验需要测量滑块与沙桶质量，所以还缺少的器材是天平 . 2 3 1 4 答案 解析 (2) 实验时为保证滑块受到的合力与沙、小桶的总重力大小基本相等，沙和小桶的总质量应满足的实验条件是 _________________________________. 实验 时为保证细线拉力等于滑块所受的合外力，首先要做的步骤是 ______ ______. 沙和小 桶的 总质量远小于滑块的质量 平衡 摩 解析　 根据牛顿第二定律可知当沙和小桶的总质量远小于滑块的质量时，细线拉力才近似等于沙和小桶的重力，所以沙和小桶应满足的实验条件是沙和小桶的总质量远小于滑块的质量，由受力分析可知，为保证细线拉力为滑块的合外力，首先要做的是平衡摩擦力 . 擦力 (3) 在满足 (1)(2) 的条件下，让小桶带动滑块加速运动 . 如图乙所示为打点计时器所打的纸带的一部分，图中 A 、 B 、 C 、 D 、 E 是按时间先后顺序确定的计数点，相邻计数点间的时间间隔为 T ，相邻计数点间的距离标注在图上，当地重力加速度为 g ，则在 B 、 D 两点间对滑块用实验验证动能定理表 达式为 _________________________________( 用题中所给的表示数据的字母表示 ). 2 3 1 4 答案 解析 解析　 在 B 、 D 两点间，根据动能定理实验要验证的表达式为 ： 而 根据匀变速直线运动的推论得知 ， 联立解得 ： 2 3 1 4 4.(2017· 赣中南五校联考 ) 图 6 甲是 “ 验证 机械能守恒定律 ” 的实验装置图，下面一些实验步骤 ： A. 用天平测出重物和夹子的质量 B. 把打点计时器用铁夹固定在放到桌边的铁 架台 上 ，使两个限位孔在同一竖直面内 C. 把打点计时器接在交流电源上，电源开关 处于 断开 状态 D. 将纸带穿过打点计时器的限位孔，上端用 手提 着 ，下端夹上系住重物的夹子，让重物 靠近打 点 计时器，处于静止状态 图 6 2 3 1 4 2 3 1 4 E. 接通电源，待计时器打点稳定后释放纸带，再断开电源 F. 用秒表测出重物下落的时间 G. 更换纸带，重新进行实验 (1) 对于本实验，以上不必要的两个步骤是 ____. ( 2) 图乙为实验中打出的一条纸带， O 为打出的第一个点， A 、 B 、 C 为从适当位置开始选取的三个连续点 ( 其它点未画出 ) ，打点计时器每隔 0.02 s 打一个点，若重物的质量为 0.5 kg ，当地重力加速度取 g ＝ 9.8 m/s 2 ，由图乙所给的数据算出 ( 结果保留两位有效数字 ). ① 从 O 点下落到 B 点的过程中，重力势能的减少量为 ______J ； ② 打 B 点时重物的动能为 ______J. A F 0.86 0.81 答案 热点精练 2 　 “ 弹簧 ”“ 橡皮条 ” 类实验 知识方法链接 1. 注意橡皮条、弹簧本身的特点，力的特点是不能突变，能的特点是弹簧拉伸和压缩相同的量势能相等，在实验中也会用到 . 2. 弹簧弹性势能表达式不需推导和应用，但还是要知道，在验证性实验中常用到其结论 . 真题模拟精练 5.(2017· 全国卷 Ⅲ ·22) 某探究小组做 “ 验证力的平行四边形定则 ” 实验，将画有坐标轴 ( 横轴为 x 轴，纵轴为 y 轴，最小刻度表示 1 mm) 的纸贴在水平桌面上，如图 7(a) 所示 . 将橡皮筋的一端 Q 固定在 y 轴上的 B 点 ( 位于图示部分之外 ) ，另一端 P 位于 y 轴上的 A 点时，橡皮筋处于原长 . 图 7 6 7 5 8 ( 1) 用一只测力计将橡皮筋的 P 端沿 y 轴从 A 点拉至坐标原点 O ，此时拉力 F 的大小可由测力计读出 . 测力计的示数如图 (b) 所示， F 的大小为 _____N . 6 7 5 8 4.0 解析　 由图 (b) 可知， F 的大小为 4.0 N 答案 解析 (2) 撤去 (1) 中的拉力，橡皮筋 P 端回到 A 点；现 使用 两 个 测力计 同时拉橡皮筋，再次将 P 端拉至 O 点 . 此 时 观察到 两个 拉力分别沿图 (a) 中两条虚线所示 的 方向 ，由测力计 的示 数读出两个拉力的大小分别 为 F 1 ＝ 4.2 N 和 F 2 ＝ 5.6 N. ( ⅰ ) 用 5 mm 长度的线段表示 1 N 的力，以 O 为作用点，在图 (a) 中画出力 F 1 、 F 2 的图示，然后按平行四边形定则画出它们的合力 F 合 ； 6 7 5 8 答案 解析 答案　 见解析图 6 7 5 8 解析　 画出力 F 1 、 F 2 的 图示 ，如图所示 ( ⅱ ) F 合 的大小为 _____N ， F 合 与拉力 F 的夹角的正切值为 _____. 若 F 合 与拉力 F 的大小及方向的偏差均在实验所允许的误差范围之内，则该实验验证了力的平行四边形定则 . 6 7 5 8 解析　 用刻度尺量出 F 合 的线段长约为 20 mm ，所以 F 合 大小为 4.0 N ， F 合 与拉力 F 的夹角的正切值为 tan α ＝ 0.05. 答案 解析 4.0 0.05 全部拿走后弹簧的长度为 ______________( 重力加速度为 g). 6.(2017· 山东烟台市模拟 ) 某同学利用图 8 所示方法测量一根硬弹簧的劲度系数 . 图中金属槽的质量为 M ，槽中装有 n 个质量为 m 的铁块，此时弹簧上端连接的指针指在刻度尺的 d 0 刻度，弹簧下端与刻度尺的零刻度对齐 . 实验时从槽中每拿出一个铁块，指针就沿刻度尺上升 Δ d ， 由 此 可求出弹簧的劲度系数为 ______ ；当把金属槽和 铁块 图 8 6 7 5 8 答案 7.(2017· 山西太原市模拟一 ) 在 “ 验证力的平行四边形定则 ” 的实验中，实验小组找到一根橡皮筋和一个弹簧测力计，他们进行了如下操作，请将实验操作和处理补充完整 . (1) 用刻度尺测量橡皮筋的自然长度 L ＝ 20 cm ； (2) 将橡皮筋一端固定在水平面上，用弹簧测力计沿水平方向拉橡皮筋的另一端，测量橡皮筋的长度，记录测力计的示数，分析数据，得出结论：橡皮筋的弹力与其伸长量成正比，且比例系数为 k ＝ 0.10 N/cm ； (3) 将橡皮筋的两端固定在水平面上的 A 、 B 两点， A 、 B 两点间距为 20 cm ； 6 7 5 8 (4) 将弹簧测力计挂在橡皮筋的中点，用手在水平面 内沿垂直 方向拉测力计，稳定后如图 9 甲所示，测得 橡皮筋的总长度 为 40 cm ，弹簧测力计的示数如图 乙所 示，则 读数为 F ＝ _______________ N ； (5) 根据上述数据可求得橡皮筋此时的弹力 F T ＝ ______ N ； 答案 6 7 5 8 图 9 3.46(3.45 ～ 3.47) 　 2.00 (7) 比较 F ′ 与 ___( 填物理量的符号 ) 的大小是否相等、方向是否相同，即可得出实验结论 . F ( 6) 在图甲中根据给出的标度，作出橡皮筋对挂钩拉力的 合力 F ′ 的图示 ； 答案 6 7 5 8 答案　 如图所示 8.(2017· 黑龙江哈尔滨市模拟 ) 如图 10 所示为 弹簧 弹射 装置，在内壁光滑、水平固定的金属管中 放 有 轻弹簧，在其两端各放置一个金属小球 1 和 2( 两 球直径 略小于管径且与弹簧不固连 ) ，压缩弹簧 并 锁定 . 现解除锁定，则两个小球同时沿同一直线向相反方向弹射 . 按下述步骤进行实验： ① 用天平测出两球质量分别为 m 1 、 m 2 ； ② 用刻度尺测出两管口离地面的高度均为 h ； ③ 解除弹簧锁定弹出两球，记录两球在水平地面上的落点 P 、 Q . 6 7 5 8 图 10 解析　 弹簧的弹性势能等于两球得到的动能之和，而要求解动能必须还要知道两球弹射的初速度 v 0 ，由平抛运动 可知 故 还需要测出 两 球 落点 P 、 Q 到对应管口 M 、 N 的水平距离 x 1 、 x 2 . 回答下列问题： (1) 要测定弹射装置在弹射时所具有的弹性势能，还需测量的物理量有 ________.( 已知重力加速度 g ) A . 弹簧的压缩量 Δ x ； B. 两球落点 P 、 Q 到对应管口 M 、 N 的水平距离 x 1 、 x 2 ； C. 小球直径； D. 两球从管口弹出到落地的时间 t 1 、 t 2 6 7 5 8 答案 解析 √ (2) 根据测量结果，可得弹性势能的表达式为 E p ＝ _______________. 6 7 5 8 答案 解析 (3) 由上述测得的物理量来表示，如果满足关系式 __________ ，那么说明弹射过程中两小球组成的系统动量守恒 . m 1 x 1 ＝ m 2 x 2 解析　 由上述测得的物理量来表示，如果满足关系式 m 1 v 1 ＝ m 2 v 2 ，即 m 1 x 1 ＝ m 2 x 2 ，那么说明弹射过程中两小球组成的系统动量守恒 . 热点精练 3 　 力学创新拓展实验 知识方法链接 探究型实验通常可分为两类：第一类为通过实验和实验数据的分析得出物理规律；第二类为给出实验规律，让你选择实验仪器，设计实验步骤，并进行数据处理 . 第一类必须在实验数据上下工夫，根据数据特点，掌握物理量间的关系，得出实验规律；第二类必须从已知规律入手，正确选择测量的物理量，根据问题联想相关的实验模型，确定实验原理，选择仪器设计实验步骤，记录实验数据并进行数据处理 . 真题模拟精练 9.(2017· 全国卷 Ⅱ ·22) 某同学研究在固定斜面上运动物体的平均速度、瞬时速度和加速度之间的关系 . 使用的器材有：斜面、滑块、长度不同的矩形挡光片、光电计时器 . 实验步骤如下： ① 如图 11(a) ，将光电门固定在斜面下端附近：将一挡光片安装在滑块上，记下挡光片前端相对于斜面的位置，令滑块从斜面上方由静止开始下滑 ； 10 9 11 12 图 11 ② 当滑块上的挡光片经过光电门时，用光电 计 时 器测得光线被挡光片遮住的时间 Δ t ； ③ 用 Δ s 表示挡光片沿运动方向的长度 ( 如图 (b) 所 示 ) ， 表示 滑块在挡光片遮住光线的 Δ t 时间内 的 平均速度 大小，求 出 ； ④ 将另一挡光片换到滑块上，使滑块上的挡光 片 前端 与 ① 中的位置相同，令滑块由静止开始下滑 ， 重复 步骤 ② 、 ③ ； ⑤ 多次重复步骤 ④ ； ⑥ 利用实验中得到的数据作出 - Δ t 图，如图 (c) 所示 . 10 9 11 12 完成 下列填空： ( 1) 用 a 表示滑块下滑的加速度大小，用 v A 表示挡光片前端到达光电门时滑块的瞬时速度大小， 则 与 v A 、 a 和 Δ t 的关系式为 ＝ ________. 10 9 11 12 答案 解析 解析　 设挡光片末端到达光电门的速度为 v ，则由速度时间关系可知： v ＝ v A ＋ a Δ t ， 且 联 立解得 ： 10 9 11 12 答案 解析 (2) 由图 (c) 可求得 v A ＝ ______ cm /s ， a ＝ _____ cm/ s 2 . ( 结果保留 3 位有效数字 ) 解析　 由图 (c) 可读出 v A ≈ 52.1 cm/s ，图线的斜率 即 a ≈ 16.6 cm/s 2 . 52.1 16.6 10.(2017· 山东日照市一模 ) 装有拉力传感器的轻绳，一端固定在光滑水平转轴 O ，另一端系一小球，空气阻力可以忽略 . 设法使小球在竖直平面内做圆周运动 ( 如图 12 甲 ) ，通过拉力传感器读出小球在最高点时绳上的拉力大小是 F 1 ，在最低点时绳上的拉力大小是 F 2 . 某兴趣小组的同学用该装置测量当地的重力加速度 . 10 9 11 12 图 12 解析　 螺旋测微器的固定刻度读数为 5.5 mm ，可动刻度读数为 0.01 × 19.5 mm ＝ 0.195 mm 所以最终读数为：固定刻度读数＋可动刻度读数＝ 5.5 mm ＋ 0.195 mm ＝ 5.695 mm. (1) 小明同学认为，实验中必须测出小球的直径，于是他用螺旋测微器测出了小球的直径，如图乙所示，则小球的直径 d ＝ ______ mm. 答案 解析 10 9 11 12 5.695 (2) 小军同学认为不需要测小球的直径 . 他借助最高点和最低点的拉力 F 1 、 F 2 ，再结合机械能守恒定律即可求得 . 小军同学还需要测量的物理量有 ____( 填字母代号 ). A. 小球的质量 m B. 轻绳的长度 l C. 小球运动一周所需要的时间 T (3) 根据小军同学的思路，请你写出重力加速度 g 的表达式 ___________. 答案 解析 10 9 11 12 A 解析　 由牛顿第二定律，在最高点，则有： 而 在最低点，则有 ： 再 依据机械能守恒定律，则有 ： 联立上式，解得 ： 因此已知最高点和最低点的拉力 F 1 、 F 2 ，小军同学还需要测量的物理量有小球的质量 m ，故 A 正确， B 、 C 错误； 根据小军同学的思路，重力加速度 g 的表达式为 . 10 9 11 12 11.(2017· 山东枣庄市一模 ) 某兴趣小组测量小物块与水平面之间的动摩擦因数和弹簧压缩后弹性势能大小的装置如图 13 所示 . 弹簧左端固定在挡板上，右端被带有挡光条的小物块压至 C 处 . 现由静止释放小物块，小物块与弹簧分离后通过 P 处光电计时器的光电门，最终停在水平面上某点 B . 已知挡光条的宽度为 d ，当地重力加速度为 g . 图 13 10 9 11 12 (1) 现测得挡光条通过光电门的时间为 t ，小物块停止处到光电门的距离为 x ，则小物块通过光电门处的速度 v ＝ ____ ， 小物块与水平面间的动摩擦因数 μ ＝ _______( 用 g 、 d 、 t 、 x 表示 ). 答案 解析 10 9 11 12 解析　 利用平均速度可知通过光电门的速度为： 根据动能定理可知： 解得 (2) 若小物块质量为 m ，释放处 C 到光电门 P 的距离为 x 0 ，则小物块释放瞬间弹簧的弹性势能 E p ＝ ___________( 用 m 、 d 、 t 、 x 、 x 0 表示 ). 答案 解析 10 9 11 12 解析　 小物块从 C 到静止利用动能定理可知 ： E p － μmg ( x 0 ＋ x ) ＝ 0 － 0 解得 12.(2017· 山东淄博市一模 ) 某研究小组 设 计 了一种 “ 用一把尺子测定动摩擦因数 ” 的 实验方案 . 如图 14 所示， A 是可固定 于 水平 桌面上任意位置的滑槽 ( 滑槽末端 与 桌面 相切 ) ， B 是质量为 m 的滑块 ( 可视为质点 ). 第一次实验，如图甲所示，将滑槽末端与桌面右端 M 对齐并固定，让滑块从滑槽最高点由静止滑下，最终落在水平地面上的 P 点，测出滑槽最高点距离桌面的高度 h 、 M 距离地面的高度 H 、 M 与 P 间的水平距离 x 1 ； 10 9 11 12 图 14 解析　 滑块在滑槽末端时的速度大小为 ： 竖直方向有 ： ，解得 第二次实验，如图乙所示，将滑槽沿 桌 面 向左移动一段距离并固定，让滑块 B 再 次 从滑槽最高点由静止滑下，最终落在 水 平地 面上的 P ′ 点，测出滑槽末端与桌面右端 M 的距离 L 、 M 与 P ′ 间的水平距离 x 2 . 答案 解析 10 9 11 12 (1) 在第二次实验中，滑块在滑槽末端时的速度大小 为 ________.( 用实验中所测物理量的符号表示，已知重力加速度为 g ). (2)( 多选 ) 通过上述测量和进一步的计算，可求出滑块与桌面间的动摩擦因数 μ ，下列能引起实验误差的是 A. h 的 测量 B. H 的测量 C. L 的 测量 D. x 2 的测量 答案 解析 10 9 11 12 √ √ √ 解析　 第一次测的速度为 ： 滑块 在水平桌面上运动，由动能定理 ： 联 立解得 ： 由表达式可知会引起误差的是 B 、 C 、 D. (3) 若实验中测得 h ＝ 15.00 cm 、 H ＝ 25.00 cm 、 x 1 ＝ 30.00 cm 、 L ＝ 10.00 cm 、 x 2 ＝ 20.00 cm ，则滑块与桌面间的动摩擦因数为 _____. 答案 解析 10 9 11 12 解析　 根据 (2) 可知动摩擦因数 为 代入数据解得 ： 0.5 本课结束