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1、专题八物理实验 定位五年考情分析 第1讲力学实验与创新 突破 实战 热点考向一纸带类问题 核心提炼 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 突破热点考向聚焦 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
2、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 典例1 2017 广东珠海模拟 某同学利用图 甲 所示的实验装置 探究小车在均匀长木板上的运动规律 1 在小车做匀加速直线运动时打出一条纸带 已知打点计时器所用电源的频率为50Hz 图 乙 中所示的是每打5个点所取的计数点 x1 3 62cm x4 5 12cm 由图中数据可求得 小车的加速度为m s2 第3个计数点与第2个计数点的距离 即x2 约为cm
3、 答案 1 0 504 12 2 若用该实验装置 探究 与F M之间的关系 要用钩码 质量用m表示 的重力表示小车所受的细线拉力 需满足 满足此条件做实验时 得到一系列加速度a与合外力F的对应数据 画出a F关系图像 如图 丙 所示 若不计滑轮摩擦及纸带阻力的影响 由图像可知 实验操作中不当之处为 小车的质量M kg 如果实验时 在小车和钩码之间接一个不计质量的微型力传感器用来测量拉力F 如图 丙 所示 从理论上分析 该实验图线的斜率将 填 变大 变小 或 不变 答案 2 M m没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足1变大 3 为了验证动能定理 在用钩码的重力表示小车所受合外力的条件下 在图 乙 中1
4、 3两点间对小车用实验验证动能定理的表达式为 用题中所涉及数据的字母表示 两个计数点间的时间间隔用T表示 预测练习1 2017 河北保定模拟 在用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中 使质量为m 1 00kg的重物自由下落 打点计时器在纸带上打出一系列的点 选取一条符合实验要求的纸带如图所示 O为第一个点 A B C为从合适位置开始选取连续点中的三个点 已知打点计时器每隔0 02s打一个点 当地的重力加速度g取9 80m s2 则 1 根据图上所得的数据 应取图中O点到点来验证机械能守恒定律 2 从O点到 1 问中所取的点 重物重力势能的减少量 Ep J 动能增加量 Ek J 结果保留3位有效
5、数字 答案 1 B 2 1 88 3 若测出纸带上所有各点到O点之间的距离 根据纸带算出各点的速度v及物体下落的高度h 则以为纵轴 以h为横轴画出的图像是下图中的 答案 3 A 热点考向二橡皮条 弹簧类问题 核心提炼 1 探究弹力和弹簧伸长量的关系的操作关键 1 实验中不能挂过多的钩码 防止弹簧超过弹性限度 2 画图像时 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两侧 2 验证力的平行四边形定则的操作关键 1 每次拉伸结点位置O必须保持不变 2 记下每次各力的大小和方向 3 画力的图示时应选择适当的标度 典例2 2017 全国 卷 22 某探究小组做 验证力的平行四边形定则 实
6、验 将画有坐标轴 横轴为x轴 纵轴为y轴 最小刻度表示1mm 的纸贴在水平桌面上 如图 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 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 解析 1 由图可知 F的大小为4 0N 答案 1 4 0 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F1 4 2N和F2 5 6
7、N 用5mm长度的线段表示1N的力 以O为作用点 在图 a 中画出力F1 F2的图示 然后按平行四边形定则画出它们的合力F合 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 答案 2 见解析 4 00 05 预测练习2 2017 河北石家庄质检 在 探究弹力和弹簧伸长量的关系 的实验中 1 以下说法正确的是 A 弹簧被拉伸时 不能超出它的弹性限度B 用悬挂砝码的方法给弹簧施加拉力 应保证弹簧位于竖直位置且处于平衡状态C 用直尺测得弹簧的长度即为弹簧的伸长量D 用几个不同的弹簧 分别测出几组拉力与伸长量
8、 得出拉力与伸长量之比相等 解析 1 弹簧被拉伸时 不能超出它的弹性限度 否则弹簧会损坏 故A正确 用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力 要保证弹簧位于竖直位置 使钩码的重力等于弹簧的弹力 要待钩码平衡时再读数 故B正确 弹簧的长度不等于弹簧的伸长量 故C错误 拉力与伸长量之比是劲度系数 由弹簧决定 同一弹簧的劲度系数是不变的 不同的弹簧的劲度系数不同 故D错误 2 若某同学采用的实验装置如图 甲 所示 所用的每个钩码的重力相当于对弹簧提供了向右恒定的拉力 实验时先测出不挂钩码时弹簧的自然长度 再将5个钩码逐个挂在绳子的下端 每次测出相应的弹簧总长度 有一个同学通过以上实验测量后把6组数据描点在图
9、乙 中 请作出F L图线 由此图线可得出该弹簧的原长L0 cm 劲度系数k N m 结果均保留2位有效数字 解析 2 作出F L图线 如图所示 答案 2 见解析图 5 0 20 3 若某同学把弹簧平放在桌面上使其自然伸长 用直尺测出弹簧的原长L0 再把弹簧竖直悬挂起来 挂上钩码后测出弹簧伸长后的长度L 把L L0作为弹簧的伸长量x 这样操作 由于弹簧自身重力的影响 最后画出的图线可能是 解析 3 当竖直悬挂时 由于自身重力的影响弹簧会有一段伸长量L1 但此时所挂重物的重力为0 F 0 结合弹簧弹力的特点可得 F k L L0 L1 k L L0 kL1 kx kL1 其图像只可能是C图 答案
10、3 C 热点考向三力学创新实验 核心提炼 1 力学创新实验的几个特点 1 实验器材的等效与替换 主要有3个方面的创新 用电子秤或已知质量的钩码替代弹簧测力计 气垫导轨替代长木板 用光电门 闪光照相机替代打点计时器 2 实验结论的拓展与延伸 主要通过一些实验装置得出物体的加速度 再利用牛顿第二定律求出物体所受阻力或小车与木板间的动摩擦因数 3 情景的设计与创新 近几年在试题情景的设计上进行了较多的创新 不过考查的实验原理和实验处理方法仍然不变 因此只要把最根本的方法从新情景中分离出来 找出与常规实验相同之处就可以 2 创新实验的易错点 1 实验原理不清楚 找不出解题的突破口 2 对实验结论的拓展
11、与延伸 不知从何处入手 3 不能从新情景中把实验方法分离出来 3 创新实验题的解法 1 以基本的力学模型为载体 依托运动学规律和力学定律设计实验 2 将实验的基本方法 控制变量法 处理数据的基本方法 图像法 逐差法 融入实验的综合分析之中 3 根据题目情境 提取相应的力学模型 明确实验的理论依据和实验目的 设计实验方案 4 进行实验 记录数据 应用原理公式或图像法处理实验数据 结合物体实际受力情况和理论受力情况对结果进行误差分析 典例3 2016 全国 卷 23 某物理课外小组利用图 甲 中的装置探究物体加速度与其所受合外力之间的关系 图中 置于实验台上的长木板水平放置 其右端固定一轻滑轮 轻
12、绳跨过滑轮 一端与放在木板上的小滑车相连 另一端可悬挂钩码 本实验中可用的钩码共有N 5个 每个质量均为0 010kg 实验步骤如下 1 将5个钩码全部放入小车中 在长木板左下方垫上适当厚度的小物块 使小车 和钩码 可以在木板上匀速下滑 2 将n 依次取n 1 2 3 4 5 个钩码挂在轻绳右端 其余N n个钩码仍留在小车内 用手按住小车并使轻绳与木板平行 释放小车 同时用传感器记录小车在时刻t相对于其起始位置的位移s 绘制s t图像 经数据处理后可得到相应的加速度a 3 对应于不同的n的a值见下表 n 2时的s t图像如图 乙 所示 由图 乙 求出此时小车的加速度 保留2位有效数字 将结果填
13、入下表 答案 3 0 39 4 利用表中的数据在图 丙 中补齐数据点 并作出a n图像 从图像可以看出 当物体质量一定时 物体的加速度与其所受的合外力成正比 解析 4 在题图 丙 中描出数据点 2 0 39 3 0 58 5 1 00 并过各数据点作出a n图像 如图所示 答案 4 a n图像见解析 答案 5 0 44 5 利用a n图像求得小车 空载 的质量为kg 保留2位有效数字 重力加速度取g 9 8m s 2 答案 6 BC 6 若以 保持木板水平 来代替步骤 1 下列说法正确的是 填入正确选项前的标号 A a n图线不再是直线B a n图线仍是直线 但该直线不过原点C a n图线仍是
14、直线 但该直线的斜率变大 预测练习3 2017 福建宁德模拟 某物理小组对轻弹簧的弹性势能进行探究 实验装置如图 甲 所示 轻弹簧左端固定 右端与一物块接触而不连接 纸带穿过打点计时器并与物块连接 向左推物块使弹簧压缩一段距离 由静止释放物块 通过测量和计算 可求得弹簧被压缩后的弹性势能步骤如下 A 用天平测量出物块的质量m 按图 甲 所示安装好实验装置 B 向左推物块使弹簧压缩 并测量弹簧压缩量x C 把纸带向左拉直 接通打点计时器电源 D 松手释放物块 1 图 乙 是物块脱离弹簧后打点计时器所打出的纸带 每相邻两个计数点之间有4个点未画出 相邻计数点间的距离如图 乙 所示 打点计时器电源的
15、频率为50Hz 物块做匀减速直线运动的加速度大小a m s 2 若重力加速度为g 则物块与桌面间的动摩擦因数的表达式为 这样代入数据得到的结果比动摩擦因数的真实值 选填 偏大 或 偏小 2 若物块脱离弹簧时的速度为v 则弹簧被压缩时具有的弹性势能大小是 用m g v x和动摩擦因数 表示 实战高考真题演练 1 测匀变速直线运动的速度和加速度 2017 全国 卷 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 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
16、上连续的6个水滴的位置 已知滴水计时器每30s内共滴下46个小水滴 解析 1 小车在水平桌面上做减速运动 相邻两个水滴之间的距离越来越小 由图 b 可知 小车在桌面上是从右向左运动的 答案 1 从右向左 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 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 s2 结果均保留2位有效数字 答案 2 0 190 037 2 用验证机械能守恒的装置测速度 加速度和频率 2016 全国 卷 22 某同学用图 a 所示的实验装置验证机械能守恒定律 其中打点计时器的电源为交流电源 可以使用的频率有20Hz 30Hz和40Hz 打出纸带的一部分如图 b 所示 该同学在实验中没有记录交流电的频率f 需要用实验数据和其他题给条件进行推算 1 若从打出的纸带可判定重物匀加速下落 利用f和图 b 中给出的物理量可以写出 在打点计时器打出B点时 重物下落的速度大小为 打出C点时重物下落的速度大小为 重物下落的加速度大小为 2 已测得s1 8 89cm s2 9 50cm
