2019屆高考物理二輪專題復(fù)習(xí) 專題八 物理實驗 第1講 力學(xué)實驗與創(chuàng)新課件.ppt

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專題八物理實驗 真題剖析析真題得技法 第1講力學(xué)實驗與創(chuàng)新 考向一紙帶類問題 典例1 2018 河北邯鄲一模 用如圖 甲 所示的實驗裝置驗證質(zhì)量分別為m1 m2的兩物塊組成的系統(tǒng)機械能守恒 質(zhì)量為m2的物塊在高處由靜止開始下落 打點計時器在質(zhì)量為m1的物塊拖著的紙帶上打出一系列的點 對紙帶上的點跡進(jìn)行測量 即可驗證機械能守恒定律 圖 乙 所示是實驗中獲取的一條紙帶 0是打下的第一個點 每相鄰兩計數(shù)點間還有4個點 圖中未標(biāo)出 所用電源的頻率為50Hz 計數(shù)點間的距離如圖 乙 所示 已知m1 100g m2 200g 取當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹? 8m s2 結(jié)果均保留三位有效數(shù)字 1 打計數(shù)點5時物塊的速度大小為m s 答案 1 1 64 2 在打計數(shù)點0到5的過程中 系統(tǒng)動能的增量 Ek J 系統(tǒng)重力勢能的減少量是 Ep J 答案 2 0 4030 404 規(guī)律總結(jié) 1 打點計時器系列五個實驗力學(xué)實驗中用到打點計時器的實驗有5個 分別是用打點計時器測速度 探究小車速度隨時間變化的規(guī)律 探究加速度與力 質(zhì)量的關(guān)系 探究做功與速度變化的關(guān)系及驗證機械能守恒定律 2 紙帶數(shù)據(jù)的處理方法 3 平衡摩擦力的兩個實驗及方法探究加速度與力 質(zhì)量的關(guān)系及探究做功與速度變化的關(guān)系兩個實驗均需平衡摩擦力 平衡摩擦力的方法是墊高有打點計時器的一端 給小車一個初速度 小車能勻速下滑 4 三個關(guān)鍵點 1 區(qū)分計時點和計數(shù)點 計時點是指打點計時器在紙帶上打下的點 計數(shù)點是指測量和計算時在紙帶上所選取的點 要注意 每五個點取一個計數(shù)點 與 每隔四個點取一個計數(shù)點 的取點方法是一樣的 2 涉及打點計時器的實驗均是先接通電源 打點穩(wěn)定后 再釋放紙帶 3 實驗數(shù)據(jù)處理可借助圖像 充分利用圖像斜率 截距等的物理意義 預(yù)測練1 某同學(xué)在做研究勻變速直線運動實驗時 獲取了一條紙帶的一部分 0 1 2 3 4 5 6 7是計數(shù)點 每相鄰兩計數(shù)點間還有4個點 圖中未標(biāo)出 計數(shù)點間的距離如圖所示 由于粗心 該同學(xué)忘了測量3 4兩個計數(shù)點之間的距離 求 1 其中6號計數(shù)點的瞬時速度的大小v6 m s 保留三位有效數(shù)字 2 利用逐差法處理數(shù)據(jù) 計算出滑塊的加速度a m s2 保留三位有效數(shù)字 3 計數(shù)點3 4之間的距離是x4 m 保留三位有效數(shù)字 答案 1 0 413 2 0 496 3 2 88 2 87 2 89 10 2 預(yù)測練2 2018 廣東汕頭一模 某同學(xué)用如圖1所示的實驗裝置研究小車在斜面上的運動 1 用細(xì)繩將沙和沙桶通過滑輪與小車連接 調(diào)節(jié)斜面的傾角 使小車沿斜面向下做勻速直線運動 用天平測出沙和沙桶的總質(zhì)量m 2 保持斜面傾角 不變 取下沙和沙桶 接通電源 在靠近打點計時器處重新釋放小車 3 圖2是該同學(xué)實驗中打出的一條紙帶的一部分 打點計時器電源的頻率為50Hz 相鄰兩計數(shù)點間還有4個點未畫出 設(shè)圖2中自左到右的六組數(shù)據(jù)依次表示為x1 x2 x3 由于這些數(shù)據(jù)滿足關(guān)系式 可以判斷小車沿斜面向下做運動 若測得沙和沙桶的總質(zhì)量為310g 則小車的質(zhì)量為kg 結(jié)果保留三位有效數(shù)字 重力加速度取9 8m s2 答案 3 x2 x1 x3 x2 x4 x3 x5 x4 x6 x5勻加速直線1 53 4 在上述實驗中 以下說法正確的是 填正確答案標(biāo)號 A 小車的質(zhì)量應(yīng)遠(yuǎn)大于沙和沙桶的質(zhì)量B 連接小車 沙和沙桶的細(xì)繩與斜面應(yīng)保持平行C 打點計時器的電源應(yīng)選取220V交流電D 實驗過程需用秒表計時 解析 4 依據(jù)實驗原理 本實驗不需要小車的質(zhì)量應(yīng)遠(yuǎn)大于沙和沙桶的質(zhì)量 故A錯誤 實驗時連接小車 沙和沙桶的細(xì)繩與斜面應(yīng)保持平行 故B正確 電火花打點計時器的電源應(yīng)選取220V交流電 故C正確 實驗過程中打點計時器能算出時間 不需用秒表計時 故D錯誤 答案 4 BC 考向二彈簧類問題 典例2 2018 廣東揭陽一模 用如圖所示的裝置測量彈簧的彈性勢能 將彈簧放置在水平氣墊導(dǎo)軌上 左端固定 右端在O點 在O點右側(cè)的B C位置各安裝一個光電門 計時器 圖中未畫出 與兩個光電門相連 先用米尺測得B C兩點間距離s 再用帶有遮光片的滑塊壓縮彈簧到某位置A 靜止釋放 計時器顯示遮光片從B到C所用的時間t 用米尺測量A O之間的距離x 1 計算滑塊離開彈簧時速度大小的表達(dá)式是v 2 為求出彈簧的彈性勢能 還需要測量 填字母序號 A 彈簧原長B 當(dāng)?shù)刂亓铀俣菴 滑塊 含遮光片 的質(zhì)量 3 若氣墊導(dǎo)軌左端比右端略高 彈性勢能的測量值與真實值比較將 填字母序號 A 偏大B 偏小C 相等 審題突破 2 彈簧的彈性勢能等于物體增加的動能 故應(yīng)求解物體的動能 根據(jù)動能表達(dá)式可知 應(yīng)測量滑塊的質(zhì)量 故選C 3 若氣墊導(dǎo)軌左端比右端略高 導(dǎo)致通過兩光電門的時間將減小 那么測得速度偏大 因此彈性勢能的測量值也偏大 故選A 答案 1 2 C 3 A 規(guī)律總結(jié) 與彈簧 橡皮條有關(guān)實驗的基本思路在力學(xué)實驗中用到彈簧或橡皮條的實驗有探究彈力與彈簧伸長量的關(guān)系 驗證力的平行四邊形定則 探究動能定理 1 探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系 1 實驗原理要測出每次懸掛重物的重力大小G和彈簧伸長的長度x 建立G x坐標(biāo)系 描點作圖探究 2 操作關(guān)鍵 實驗中不能掛過多的鉤碼 使彈簧不超過彈性限度 作圖像時 不要連成 折線 而應(yīng)盡量讓坐標(biāo)點落在直線上或均勻分布在直線的兩側(cè) 2 驗證力的平行四邊形定則 1 實驗原理使一個力的作用效果跟兩個力的共同作用效果相同 2 操作關(guān)鍵 每次拉伸結(jié)點位置O必須保持不變 記下每次各力的大小和方向 畫力的圖示時應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)臉?biāo)度 3 有關(guān)數(shù)據(jù)處理的三點提醒 1 刻度尺及彈簧測力計的讀數(shù) 以1mm為分度值的刻度尺 要估讀到1mm的十分位 彈簧測力計讀數(shù)時要先看量程和分度值 再根據(jù)指針?biāo)傅奈恢米x出所測力的大小 如分度值為0 1N 則要估讀 即有兩位小數(shù) 如分度值為0 2N 則小數(shù)點后只能有一位小數(shù) 2 F x和F l圖像的特點 F x為一條過原點的直線 而F l為一條不過原點的傾斜直線 F x圖線和F l圖線的斜率均表示彈簧 或橡皮筋 的勁度系數(shù) F l圖線在l軸的截距表示彈簧 或橡皮筋 的原長 F x和F l圖線發(fā)生彎曲的原因是彈簧 或橡皮筋 超出了彈性限度 3 在驗證力的平行四邊形定則的實驗中 利用平行四邊形定則求得的合力與測得的合力一般不完全重合 預(yù)測練3 小魯為研究物體所受空氣阻力與物體運動速度的關(guān)系 小魯約爸爸在一個無風(fēng)的周末開汽車來到郊外一段人車稀少的平直公路上 小魯打開汽車天窗 將如圖 甲 所示裝置固定在汽車車頂 爸爸依次以5m s 10m s 15m s 20m s的不同速度在平直公路上各勻速行駛一段距離 小魯依次將汽車不同行駛速度時的彈簧測力計的示數(shù)記錄在下表中 1 如圖 乙 所示 為小魯同學(xué)在車速穩(wěn)定在15m s時用手機拍下的測力計照片 此時測力計示數(shù)為N 2 實驗裝置中用小車而不是木塊 并將其放在表面平滑的木板上 目的是為了減小對實驗結(jié)果的影響 解析 1 根據(jù)圖 乙 可知 此時測力計的示數(shù)為1 80N 2 由實驗原理可知 研究風(fēng)速大小與彈簧測力計示數(shù)大小關(guān)系 因此要減小其他阻力的影響 比如 木板對其的摩擦力 答案 1 1 80 2 摩擦力 3 分析上表中的實驗數(shù)據(jù) 則當(dāng)彈簧測力計的讀數(shù)穩(wěn)定在2 40N時 車速為m s 計算結(jié)果保留2位有效數(shù)字 答案 3 17 預(yù)測練4 2018 湖南衡陽二模 現(xiàn)提供了如圖 甲 所示的實驗器材 來探究 合外力做的功與物體速度變化的關(guān)系 的實驗 由圖可知 1 平衡摩擦力時 小車是否掛紙帶 填 是 或 否 2 在某次實驗中 得到如圖 乙 所示的一條紙帶 在A B C三個計數(shù)點中應(yīng)該選用 選填 A B 或 C 點的速度才符合實驗要求 3 某同學(xué)采用如圖 甲 所示的裝置來做實驗 先使小車不連接橡皮筋 發(fā)現(xiàn)小車在木板上加速下滑 那么 在橡皮筋彈力的作用下 合外力對小車所做的功 選填 大于 小于 或 等于 橡皮筋彈力所做的功 解析 1 小車運動時 受到木板的阻力以及紙帶與打點計時器間的摩擦阻力 所以平衡摩擦力時 小車需要掛紙帶 2 橡皮筋恢復(fù)原長后 小車做勻速直線運動 所以選用C點的速度才符合實驗要求 3 小車不連接橡皮筋 發(fā)現(xiàn)小車在木板上加速下滑 可知木板傾斜 平衡摩擦力過了 重力沿斜面向下的分力大于摩擦力 在橡皮筋彈力的作用下 合外力對小車所做的功大于橡皮筋彈力做功 答案 1 是 2 C 3 大于 考向三力學(xué)創(chuàng)新實驗 典例3 2018 全國 卷 23 某同學(xué)用圖 a 所示的裝置測量木塊與木板之間的動摩擦因數(shù) 跨過光滑定滑輪的細(xì)線兩端分別與木塊和彈簧秤相連 滑輪和木塊間的細(xì)線保持水平 在木塊上方放置砝碼 緩慢向左拉動水平放置的木板 當(dāng)木塊和砝碼相對桌面靜止且木板仍在繼續(xù)滑動時 彈簧秤的示數(shù)即為木塊受到的滑動摩擦力的大小 某次實驗所得數(shù)據(jù)在下表中給出 其中f4的值可從圖 b 中彈簧秤的示數(shù)讀出 回答下列問題 1 f4 N 2 在圖 c 的坐標(biāo)紙上補齊未畫出的數(shù)據(jù)點并繪出f m圖線 解析 1 由圖 b 可讀出彈簧秤的示數(shù)f4 2 75N 2 根據(jù)表中數(shù)據(jù)描點 擬合一條直線 使盡可能多的點落在直線上 不在直線上的點大致均勻分布在直線兩側(cè) 答案 1 2 75 2 如圖所示 3 f與m 木塊質(zhì)量M 木板與木塊之間的動摩擦因數(shù) 及重力加速度大小g之間的關(guān)系式f f m圖線 直線 的斜率的表達(dá)式為k 4 取g 9 80m s2 由繪出的f m圖線求得 保留2位有效數(shù)字 解析 3 摩擦力表達(dá)式f M m g g m Mg 其斜率k g 答案 3 M m g g 4 0 40 規(guī)律總結(jié) 1 創(chuàng)新性實驗儀器 1 光電計時器 比較精確的測量物體運動的瞬時速度 取代傳統(tǒng)實驗中的紙帶法 2 氣墊導(dǎo)軌 可以減少接觸面的摩擦阻力 取代傳統(tǒng)實驗中利用傾斜長木板平衡摩擦力的方法 不需要再平衡摩擦力 3 力傳感器 精確的測力工具 取代彈簧測力計的使用 可以詳細(xì)的描述力的變化情況 消除誤差 2 實驗器材的改進(jìn) 1 研究加速度和力 質(zhì)量的關(guān)系 的實驗中 可以用氣墊導(dǎo)軌來代替長木板 這樣不用再平衡摩擦力了 小車的合外力可以通過力的傳感器來得到 2 探究功與速度變化的關(guān)系 的實驗中 可以利用光電門來進(jìn)行速度的測量 為了克服摩擦力的影響 可以使用氣墊導(dǎo)軌取代長木板 3 驗證機械能守恒定律 的實驗中 可以利用光電計時器比較精確的測量物體運動的瞬時速度 取代傳統(tǒng)實驗中的紙帶法 3 實驗情景的創(chuàng)新 1 分析實驗情景 挖掘?qū)?yīng)的力學(xué)模型 提取對應(yīng)的物理規(guī)律 明確實驗理論和實驗?zāi)康?2 理清實驗步驟 尤其是影響到實驗結(jié)論的關(guān)鍵環(huán)節(jié) 記錄數(shù)據(jù) 建立圖像 注意橫縱坐標(biāo)的選取 3 根據(jù)得到的圖像 分析圖像的截距和斜率的物理含義 結(jié)合物體的運動情況和受力情況進(jìn)行數(shù)據(jù)處理 得出結(jié)論 預(yù)測練5 某同學(xué)設(shè)計了如圖所示的裝置去驗證小球擺動過程中的機械能守恒 實驗中小球到達(dá)B點時恰好與桌面接觸但沒有彈力 D處的箭頭處放一鋒利的刀片 細(xì)線到達(dá)豎直位置時被割斷 小球做平拋運動落到地面 P是一刻度尺 該同學(xué)方案的優(yōu)點是只需利用刻度尺測量A位置到桌面的高度h 桌面到地面的高度H及平拋運動的水平位移L即可 解析 1 球做平拋運動 根據(jù)水平方向勻速直線與豎直方向自由落體 對于豎直方向的高度是球下邊沿離開桌面 到下落到地面 因此測量A位置到桌面的高度h應(yīng)從球下邊沿開始測量 答案 1 球的下邊沿 1 測量A位置到桌面的高度h應(yīng)從開始測量 填 球的下邊沿 或 球心 2 實驗中改變h多測幾次h和L的數(shù)值利用作圖像的方法去驗證 該同學(xué)取縱軸表示L 則橫軸應(yīng)表示 3 若所作圖像的斜率為k 則滿足關(guān)系即可證明小球下擺過程中機械能守恒 解析 3 若所作圖像的斜率為k 根據(jù)第 2 問 則滿足k 2 即可證明下擺過程中機械能守恒 答案 3 k 2 預(yù)測練6 2018 湖南六校聯(lián)考 某實驗小組利用如圖所示的裝置進(jìn)行實驗 鉤碼A和B 均可視為質(zhì)點 分別系在一條跨過輕質(zhì)定滑輪的軟繩兩端 在A的上面套一個比它大一點的環(huán)形金屬塊C 也可視為質(zhì)點 在距地面為h處有一寬度略大于B的狹縫 鉤碼B能通過狹縫 在狹縫上放有一個外徑略大于縫寬的環(huán)形金屬塊D 也可視為質(zhì)點 B與D碰撞后粘在一起 摩擦忽略不計 開始時B距離狹縫的高度為h1 放手后 A B C從靜止開始運動 A B C D的質(zhì)量相等 B D碰撞過程時間很短 忽略不計 1 利用計時儀器測得鉤碼B通過狹縫后上升h2用時t1 則鉤碼B碰撞后瞬間的速度為 用題中字母表示 2 若通過此裝置驗證機械能守恒定律 當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間 若碰前系統(tǒng)的機械能守恒 則需滿足的等式為 用題中字母表示