力学实验复习总结.docx
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力学实验复习总结
力学实验复习
（明确考点专注重难点）
考点突破
物理《考试说明》中确定的探究性力学实验有：
探究弹力和弹簧伸长的关系、探究牛顿运动定律、探究动能定理等。
近几年力学创新实验是高考的热点内容，以分组或演示实验为背景，考查对实验方法的领悟情况、灵活运用学过的实验方法设计新的实验是高考实验题的新趋势。
要求考生掌握常规实验的数据处理方法，能将课本中分组实验和演示实验的实验原理、实验方法迁移到新的背景中，深刻理解物理概念和规律，并能灵活运用，要求考生有较强的创新能力。
重难点提示
1.通过对实验的复习，对力学中的学生实验做到明确实验目的，掌握实验原理，学会实验操作，正确处理实验数据。
2.通过探究性实验过程及实验原理的学习，体会探究式实验的处理方法。
（网校特高级专家倾力打造）
一、探究弹力和弹簧伸长的关系
实验仪器：
弹簧（不同的多根）、直尺、钩码（一盒）、细绳、定滑轮
实验目的：
探索弹力与弹簧伸长的定量关系，并学习所用的科学方法。
探究思路：
弹簧受到拉力会伸长，平衡时弹簧产生的弹力和外力大小相等。
这样弹力的大小可以通过测定外力而得出（可以用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力）；弹簧的伸长可用直尺测出。
多测几组数据，用列表或作图的方法探索出弹力和弹簧伸长的定量关系。
操作步骤：
（1）用直尺测出弹簧的原长l0.
（2）将弹簧一端固定，另一端用细绳连接，细绳跨过定滑轮后，下面挂上钩码，待弹簧平衡后，记录下弹簧的长度及钩码的重量。
改变钩码的质量，再读出几组数据。
1
2
3
4
5
6
7
弹簧原长l0（cm）
钩码重量F（N）
弹簧现长l（cm）
弹簧伸长量x（cm）
（3）根据测量数据画出F-x图像。
实验结论：
在弹性限度内，弹簧的伸长量与受到的拉力成正比。
二、探究加速度和力的关系、加速度和质量的关系
探究思路：
两个相同的小车并排放在光滑水平桌面上，小车前端系上细线，线的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘里分别放有不同质量的砝码。
小车所受的水平拉力F的大小可以认为等于砝码（包括砝码盘）的重力大小。
小车后端也系有细线，用一只夹子夹住两根细线，控制两辆小车同时开始运动和结束运动。
由于两个小车初速度都是零，运动时间又相同，
，只要测出两小车位移s之比就等于它们的加速度a之比。
实验结果是：
当小车质量相同时，a∝F，当拉力F相等时，a∝1/m。
（3）、了解该实验的系统误差的来源。
①用砂和砂桶的总重量代替小车受到的拉力。
由牛顿第二定律可知，由于砂桶也在做匀加速运动，因此砂和砂桶的总重量肯定大于小车受到的实际拉力。
可以推导出结论：
只有在小车的总质量M远大于砂和砂桶的总质量m时，才能使该系统误差足够小。
②没有考虑摩擦阻力的作用。
应该用平衡摩擦力的方法来消除这个系统误差。
三、探究动能定理
1、探究思路
（1）改变功的大小，采用教材实验装置，用1条、2条、3条……同样的橡皮筋将小车拉到同一位置释放，橡皮筋拉力对小车所做的功依次为w、2w、3w……
（2）确定速度的大小：
小车获得的速度v可以由纸带和打点计时器测出，也可以用其他方法测出。
（3）寻找功与速度变化的关系：
以橡皮筋拉力所做的功W为纵坐标，小车获得的速度v为横坐标，作出W—v曲线，即功—速度关系曲线，分析该曲线，提出橡皮筋拉力对小车所做的功W与小车速度v的定量关系。
3．操作中注意的事项：
（1）平衡摩擦力：
将木板放有打点计时器的一端垫高，小车不连橡皮筋，尾部固定一纸带，轻推小车使小车沿木板向下运动，如果纸带上打出的点间距是均匀的，说明纸带的运动是匀速直线运动，小车重力沿斜面方向的分力刚好平衡了小车所受的摩擦力。
（2）如何选择纸带上的点距来确定速度：
对纸带上的点进行分析，比较点间距，看若干个相邻两点间的距离是否基本相同，选择相邻距离基本相同的若干个点作为小车匀速运动阶段的点，用这些点计算小车的速度。
（3）用图象法处理实验数据：
①根据实验测得的数据，分别作出W—v曲线，W—v2曲线、W—v3曲线……，如果哪一幅图象更接近于过原点的倾斜直线，功与速度之间就是哪一种正比关系。
②图象法是解决物理问题的常见方法，因为它具有简便直观的特点。
③图象中的曲线形状是根据实验数据，在坐标系中描出各组数据所对应的点，然后用平滑的曲线将各点连起来。
④关于图象中的曲线，一般要弄清楚图线的斜率，图线的截距，图线与坐标轴围成的面积，所表示的物理意义。
四、探究碰撞中的守恒量
1.实验的思路：
在一维碰撞的情况下，与物体运动有关的量只有物体的质量和物体的速度．设两个物体的质量分别为
，碰撞前它们的速度分别为
，碰撞后的速度分别为
，规定某一速度方向为正．碰撞前后速度的变化和物体的质量m的关系，我们可以做如下猜测：
碰撞前
碰撞后
质量
m1=
m2=
m1=
m2=
速度
v1=
v2=
=
=
mv
mv2
v/m
①碰撞前后物体质量不变，但质量并不描述物体的运动状态，不是我们追寻的“不变量”．
②在各种碰撞的情况下都不改变的量，才是我们追寻的不变量．
2.实验数据的测量方法
（1）用天平测量物体的质量；
（2）测量两个物体在碰撞前后的速度．速度的测量：
可以充分利用所学的运动学知识，如利用匀速运动、平抛运动，并借助于斜槽、气垫导轨、打点计时器和纸带等来达到实验目的和控制实验条件
a、用气垫导轨结合光电计时器测量速度
图中滑块上红色部分为挡光板，挡光板有一定的宽度，设为L．气垫导轨的黄色框架上安装有光控开关，并与计时装置相连，构成光电计时装置．当挡光板穿入时，将光挡住开始计时，穿过后不再挡光则停止计时，设记录的时间为t，则滑块相当于在L的位移上运动了时间t，所以滑块匀速运动的速度为v=L/t．
b、用小车碰撞研究
将打点计时器固定在光滑桌面的一端，把纸带穿过打点计时器，连在小车的后面。
让小车A运动，小车B静止。
在两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥，碰撞时撞针插入橡皮泥中，把两个小车连接成一体（如上图）。
通过纸带测出它们碰撞前后的速度。
除了可以由这两种方法测定速度以外，还可以由平抛运动等简单的运动过程来测定物体碰撞前后的速度。
3.结论：
在碰撞前后系统各部分的“mv”（矢量，要考虑方向）的总和是一个定值，我们给“mv”一个名称叫动量P。
（典型例题剖析激活解题思维）
能力提升类
例1：
（探究弹力和弹簧伸长的关系）某同学和你一起探究弹力和弹簧伸长的关系，并测弹簧的劲度系数k。
做法是先将待测弹簧的一端固定在铁架台上，然后将最小刻度是毫米的刻度尺竖直放在弹簧一侧，并使弹簧另一端的指针恰好落在刻度尺上。
当弹簧自然下垂时，指针指示的刻度数值记作L0，弹簧下端挂一个50g的砝码时，指针指示的刻度数值记作L1;弹簧下端挂两个50g的砝码时，指针指示的刻度数值记作L2;……;挂七个50g的砝码时，指针指示的刻度数值记作L2。
①下表记录的是该同学已测出的6个值，其中有两个数值在记录时有误，它们的代表符号分别是和．
测量记录表：
代表符号
L0
L1
L2
L3
L4
L5
L6
L7
刻度数值/cm
1．70
3．40
5．10
8．60
10．3
12．1
②实验中，L3和L2两个值还没有测定，请你根据上图将这两个测量值填入记录表中。
③为充分利用测量数据，该同学将所测得的数值按如下方法逐一求差，分别计算出了三个差值：
。
请你给出第四个差值：
dA=＝cm。
④根据以上差值，可以求出每增加50g砝码的弹簧平均伸长量
。
用d1、d2、d3、d4
表示的式子为：
＝，
代入数据解得
＝cm。
⑤计算弹簧的劲度系数k＝N/m。
（g取9．8m/s2）
一点通：
此题考查了基本仪器（刻度尺）的使用，以及基本试验方法（逐差法）的应用。
这是高中物理实验的基本能力的考查，值得注意。
解析：
读数时应估读一位，所以其中L5、L6两个数值在记录时有误。
根据实验原理可得后面几问的结果。
答案：
（2）①L5L6②6.85（6.84-6.86）14.05（14.04-14.06）
③
7.20（7.18-7.22）④
1.75⑤28
例2：
（2010·山东理综·T23）请完成以下两小题。
某同学设计了如图所示的装置来探究加速度与力的关系。
弹簧秤固定在一合适的木板上，桌面的右边缘固定一支表面光滑的铅笔以代替定滑轮，细绳的两端分别与弹簧秤的挂钩和矿泉水瓶连接。
在桌面上
画出两条平行线MN、PQ，并测出间距
。
开始时将木板置于MN处，现缓慢向瓶中加水，直到木板刚刚开始运动为止，记下弹簧秤的示数F0，以此表示滑动摩擦力的大小。
再将木板放回原处并按住，继续向瓶中加水后，记下弹簧秤的示数F1，然后释放木板，并用秒表记下木板运动到PQ处的时间
。
①木板的加速度可以用
、
表示为
＝ ；为了减小测量加速度的偶然误差可以采用的方法是（一种即可） 。
②改变瓶中水的质量重复实验，确定加速度
与弹簧秤示数F1的关系。
下列图象能表示该同学实验结果的是 。
③用加水的方法改变拉力的大小与挂钩码的方法相比，它的优点是 。
a．可以改变滑动摩擦力的大小
b．可以更方便地获取多组实验数据
c．可以比较精确地测出摩擦力的大小
d．可以获得更大的加速度以提高实验精度
一点通：
本题属于创新性实验，以教材中学生实验“探究加速度与力的关系”为原型，体现了高考源于课本，但又高于课本的理念，主要考查“探究加速度与力的关系”的实验原理、数据处理、误差分析等知识点。
解：
①木块在绳子拉力的作用下做初速度为零的匀加速直线运动，由
可知：
。
为了减小测量加速度的偶然误差可以采用的方法是保持F1不变，重复实验多次测量d、t，取平均值。
②该实验原理与教材实验原理类似，同样需要满足木块的质量M远大于矿泉水瓶的质量m，此时可认为绳上的拉力T近似等于弹簧秤示数F1。
本实验中没有平衡摩擦力，但通过题意可知受到的摩擦力为F0，木块受到的合外力为（F1-F0）。
图像反映的是a与F1的关系，而不是a与（F1-F0）的关系，所以图像不过原点。
当F1增大时，即矿泉水瓶的质量m增大时，实验的前提条件不再满足，此时a越大，绳上的拉力T就越小于弹簧秤示数F1，加速度增加的就越慢，图线向下弯曲，c正确。
③用加水的方法改变拉力的大小与挂钩码的方法相比，它的优点是可以更方便地获取多组实验数据和比较精确地测出摩擦力的大小，b、c说法是正确的。
两种实验方
法都可以改变滑动摩擦力的大小，a错误；通过②中分析可以知道当加速度增大时，实验条件便不再满足，此时实验误差变大，d说法错误。
【答案】
的求解过程中不要只想着用
的方法，要注意方法的灵活选择。
综合运用类
例1．有位同学设计了一个实验，用来验证在外力作用下物体做加速运动时，动能的改变量等于合外力所做的功。
如图，他使用的实验仪器有．电磁打点计时器、学生电源、长方形木块、纸带、天平（图中未画出）、带定滑轮的木板（长约1米）、细线、砝码盘、砝码等。
该同学操作如下。
（1）用天平测出木块的质量m。
把器材按图安装好。
纸带固定在木块中间的方孔内。
（2）把木块放在打点计时器附近，用手按住，往砝码盘中加砝码，再放开木块，让它做加速运动。
然后接通打点计时器电源，让它工作。
当木块到达定滑轮处时，断开电源
（3）取下纸带，并在纸带上做了如下图的标记，然后进行数据处理。
请回答下列问题。
（1）该同学操作过程中有一处明显的不当之处，请更正：
。
（2）利用测得的木块质量m、交流电源的周期T、纸带上标示的位移
．
请你写出木块在加速阶段所受合外力的表达式：
；
请写出验证动能定理的方法：
。
（3）在上述试验中，如果对该同学选择的仪器和做法做一些更改，则可以直接将砝码及砝码盘的重力，作为研究对象所受到的合外力。
为达到这个目的，你认为应该怎样做
。
一点通：
该题考察通过砝码拉力对物体做功的计算和物体动能变化量的测量，找出合力做功和物体动能变化的关系。
解：
（1）、实验过程中，应先接通电源，待打点计时器稳定工作后，再放开木块。
才能使打点计时器上第一个点对应的是物体静止的时刻。
（2）、由物体做匀加速直线运动的特点：
所以可以得到：
所以根据加速度定义式可得：
。
由牛顿第二定律可得：
物体发生位移AB的过程中由动能定理可得：
可知，只要验证．在误差允许范围内
是否成立即可。
（3）、要以砝码和砝码盘的重力作为合外力，必须满足砝码和砝码盘的总质量远小于小车质量，同时要平衡掉滑块运动过程中的摩擦力才能满足要求。
例2、如图所示，在实验室用两端带竖直挡板C、D的气垫导轨和有固定挡板的质量都是M的滑块A、B，做“探究碰撞中的不变量”的实验，实验步骤如下：
（1）把两滑块A、B紧贴在一起，在A上放质量为m的砝码，置于导轨上，用电动卡销卡住A、B，在A、B的固定挡板间放入一弹簧，使弹簧处于水平压缩状态.
（2）按下电钮使电动卡销放开，同时启动两个记录两滑块运动时间的电子计时器，A、B与挡板C、D碰撞的同时，电子计时器自动停表，记下A至C的运动时间t1和B至D的运动时间t2。
（3）重复几次取t1、t2的平均值.
①在调整气垫导轨时应注意；
②应测量的数据还有；
③只要关系式成立，即可得出碰撞中守恒的量是动量的矢量和.
一点通：
该题考查探究碰撞中的守恒量的实验设计思想。
通过滑块在匀速直线运动的过程中速度的测量，来替代弹开瞬间瞬时速度的测量，这种等效代替的思想是测量瞬时速度很有效的一个方法。
解：
在气垫导轨上做此实验，其基本思想是两个滑块被弹出直到和挡板的接触过程中，滑块以弹开瞬间的速度做匀速直线运动，通过测量匀速直线运动的位移和时间就可以得到弹开瞬间的瞬时速度。
所以①问题中首先用水平仪测量使导轨水平，保证滑块做匀速直线运动；
②已经测量了滑块到两边挡板的时间，只需要测出A端至C的距离L1，B端至D的距离L2就可以用
求出速度；
③由于滑块和气垫导轨间的摩擦力很小，因此可以忽略不计，可认为滑块在导轨上做匀速直线运动，因此两滑块作用后的速度可分别表示为：
若
成立，则
成立，即碰撞中守恒的量是动量的矢量和。
思维拓展类
例1．（山东）某探究小组设计了“用一把尺子测定动摩擦因数”的实验方案。
如图所示，将一个小球和一个滑块用细绳连接，跨在斜面上端。
开始时小球和滑块均静止，剪断细绳后，小球自由下落，滑块沿斜面下滑，可先后听到小球落地和滑块撞击挡板的声音，保持小球和滑块释放的位置不变，调整挡板位置，重复以上操作，直到能同时听到小球落地和滑块撞击挡板的声音。
用刻度尺测出小球下落的高度H、滑块释放点与挡板处的高度差h和沿斜面运动的位移
。
（空气阻力对本实验的影响可以忽略）
①滑块沿斜面运动的加速度与重力加速度的比值为________。
②滑块与斜面间的动摩擦因数为__________________。
③以下能引起实验误差的是________。
a．滑块的质量
b．当地重力加速度的大小
c．长度测量时的读数误差
d．小球落地和滑块撞击挡板不同时
一点通：
该题隐含两物体运动时间相等的条件，再由两个物体运动的过程分析，通过动力学问题可以求解。
解析：
由于同时听到小球落地和滑块撞击挡板的声音，说明小球和滑块运动时间相同，由x=
at2和H=
gt2联立解得滑块沿斜面运动的加速度与重力加速度的比值为a/g=x/H。
对滑块，由牛顿第二定律，mgsinα-μmgcosα=ma，而sinα=h/x，cosα=
/x，a=gx/H，联立解得μ=（h-x2/H）
。
由μ=（h-x2/H）
可知，能引起实验误差的是长度x、h、H测量时的读数误差和小球落地和滑块撞击挡板不同时造成的误差。
答案：
（1）答案：
①x/H②（h-x2/H）
③cd
例2（全国卷1）图1是利用激光测转的原理示意图，图中圆盘可绕固定轴转动，盘边缘侧面上有一小段涂有很薄的反光材料。
当盘转到某一位置时，接收器可以接收到反光涂层所反射的激光束，并将所收到的光信号转变成电信号，在示波器显示屏上显示出来（如图2所示）。
（1）若图2中示波器显示屏横向的每大格（5小格）对应的时间为5.00×10-2s，则圆盘的转速为__________________转/s。
（保留3位有效数字）
（2）若测得圆盘直径为10.20cm，则可求得圆盘侧面反光涂层的长度为________cm。
（保留3位有效数字）
一点通：
该题考察匀速圆周运动的周期与转速的关系，解题难点在于对传感器所得图像的识图。
通过图像和题目阐述可以知道，有点信号的时间段对应的是反光涂层通过光源的过程，两次电信号之间的时间间隔则为圆盘转一周所需要的时间。
解：
⑴从图2可知圆盘转一圈的时间在横坐标上显示22格，由题意知图2中横坐标上每格表示1.00×10-2s，所以圆盘转动的周期是0.22s，则转速为4.55转/s
⑵反光引起的电流图像在图2中横坐标上每次一格，说明反光涂层的长度占圆盘周长的22分之一为
cm。
（方法妙招及时总结）
从近年来高考对实验的考察情况来看，总体偏向于对探究性实验的考察，这些实验来源于课本而高于课本，可以很好的考察学生课本知识的掌握程度和知识迁移的能力，解答设计型实验问题的关键是确定实验原理，它是进行实验设计的根本依据和起点，它决定应当测量那些物理量、如何安排实验步骤、如何处理数据等．实验原理的确定，要根据问题的要求和给出的条件，回顾分组实验和演示实验，寻找能够迁移应用的实验原理，或者回顾物理原理，寻找有关的物理规律，设法创设相关的物理情景，并根据已掌握的基本仪器核对是否能够测出必须测定的物理量．因此，掌握基本仪器的使用方法、基本的实验方法和基本物理原理是解答设计型实验题的基础．
（来自答疑网的热点问题透视）
探究性实验设计方案的选取原则？
对于探究性实验的同一个实验目的，都可能存在多种实验原理，进而形成多种实验方案，对于实验方案的选择方法一般遵循以下原则：
1、科学性：
设计方案有科学的依据和正确的方式，符合物理学基本原理。
2、可行性：
按设计方案实施时，要安全可靠，所需实验装置和器材要易于配置，而且易于操作、成功率高。
3、精确性：
在选择方案时，应对各种可能的方案进行初步的误差分析，尽可能选用精确度高的实验。
4、简便、直观性：
设计方案应便于操作、读数，便于进行数据处理。
1．
一个实验小组在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，使用两条不同的轻质弹簧a和b，得到弹力与弹簧长度关系的图象如图实－2－7所示．
下列表述正确的是（ ）
A．a的原长比b的长
B．a的劲度系数比b的大
C．a的劲度系数比b的小
D．测得的弹力与弹簧的长度成正比
2．（2011·临沂质检）如图实－2－8甲所示，一个弹簧一端固定在传感器上，传感器与电脑相连．当对弹簧施加变化的作用力（拉力或压力）时，在电脑上得到了弹簧形变量与弹簧产生的弹力的关系图象，如图实－2－8乙所示．则下列判断正确的是（ ）
图实－2－8
A．弹簧产生的弹力和弹簧的长度成正比
B．弹力增加量与对应的弹簧长度的增加量成正比
C．该弹簧的劲度系数是200N/m
D．该弹簧受到反向压力时，劲度系数不变
3．【2012•四川期末】“探究动能定理”的实验装置如下图所示，当小车在两条橡皮筋作用下弹出时，橡皮筋对小车做的功记为W0。
当用2条、3条、4条……完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、第4次……实验时，橡皮筋对小车做的功记为2W0、3W0、4W0……，每次实验中由静止弹出的小车获得的最大速度可由打点计时器所打的纸带测出。
关于该实验，下列说法正确的是（）
A．某同学在一次实验中，得到一条记录纸带，纸带上打出的点，两端密、中间疏，出现这种情况的原因，可能是木板倾角过大
B．当小车速度达到最大时，小车在两个铁钉的连线处
C．应选择纸带上点距均匀的一段计算小车的最大速度
D．应选择纸带上第一点到最后一点的一段计算小车的最大速度
4．【2012•湖北百校联考】某同学想利用DIS测电风扇的转速和叶片长度，他设计的实验装置如图甲所示.该同学先在每一叶片边缘粘上一小条长为
的反光材料，当叶片转到某一位置时，光传感器就可接收到反光材料反射的激光束，并在计箅机屏幕上显示出矩形波，如图乙所示.已知屏幕横向每大格表示的时间为
.则电风扇匀速转动的周期为________s;若用游标卡尺测得
的长度如图丙所示，则叶片长度为________m.
5．【2012•福建省六校联考】如图所示，为“探究加速度与力、质量的关系”实验装置图。
图中A为小车，B为砝码及砝码盘，C为一端带有定滑轮的长木板，小车通过纸带与电火花打点计时器相连，计时器接50Hz交流电。
小车A的质量为m1，砝码及砝码盘B的质量为m2。
（1）下列说法正确的是。
A．每次改变小车质量时，应重新平衡摩擦力
B．实验时应先释放小车后接通电源
C．本实验m2应远大于m1
甲
D．在用图象探究加速度与质量关系时，应作a-
图象
（2）实验时，某同学由于疏忽，遗漏了平衡摩擦力这一步骤，他测量得到的a-F图像，可能是图中的图线_______。
（选填“甲”、“乙”、“丙”）
（3）如图所示为某次实验得到的纸带，纸带中相邻计数点间的距离已标出，相邻计数点间还有四个点没有画出。
由此可求得小车的加速度大小 _______ m/s2。
（结果保留二位有效数字）
6、（2010·江苏物理卷·T11）为了探究受到空气阻力时，物体运动速度随时间的变化规律，某同学采用了“加速度与物体质量、物体受力关系”的实
验装置（如图所示）。
实验时，平衡小车与木板之间的摩擦力后，在小车上安装一薄板，以增大空气对小车运动的阻力。
（1）往砝码盘中加入一小砝码，在释放小车▲（选填“之前”或“之后”）接通打点计时器的电源，在纸带上打出一系列的点。
（2）从纸带上选取若干计数点进行测量，得出各计数点的时间t与速度v的数据如下表：
请根据实验数据作出小车的v-t图像。
（3）通过对实验结果的分析，该同学认为：
随着运动速度的增加，小车所受的空气阻力将变大，你是否同意他的观点？
请根据v-t图象简要阐述理由。
7、（2011北京）如图2，用"碰撞实验器"可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。
实验中，直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的。
但是，可以通过仅测量______（填选项前的符号），间接地解决这个问题。
第一节小球开始释放高度h
第二节B．小球抛出点距地面的高度H
C．小球做平抛运动的射程
图2中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影。
实验时，先让入射球ml多次从斜轨上S位置静止释放，找到其平均落地点的位置P，测量平抛射程OP。
然后，把被碰小球m2静置于轨道的水平部分，再将入射球ml从斜轨上S位置静止释放，与小球m2相碰，并多次重
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