高中物理力学实验.docx

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高中物理力学实验

培优教育一对一辅导讲义

高考实验专题复习—力学实验

一、考纲分析

考点

考点解读

实验一：

研究匀变速直线运动

考纲要求：

旨在考查学生实验与探究能力。

能独立完成实验，能明确实验目的，能理解实验原理和方法，能控制实验条件，会使用仪器，会观察、分析实验现象，会记录、处理实验数据，并得出结论，对结论进行分析和评价；能发现问题、提出问题、并制定解决方案；能运用已学过的物理知识、实验方法和实验仪器去处理问题，包括简单的设计性实验。

考纲说明：

1.要求会正确使用的仪器主要有：

刻度尺、螺旋测微器、天平、秒表、打点计时器、弹簧秤、电流表、电压表、多用电表、滑动变阻器、电阻箱等

2.要求认识误差问题在实验中的重要性，了解误差的概念，知道系统误差和偶然误差；知道用多次测量取平均值的方法减少偶然误差；能在某些实验中分析误差的主要来源；不要求计算误差

3．要求知道有效数字的概念，会用有效数字表达直接测量的结果。

间接测量的有效数字运算不作要求

实验二：

探究弹簧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

（选）实验七：

探究单摆运动、用单摆测定重力加速度

（选）实验八：

验证动量守恒定律

实验一《研究匀变速直线运动》

本实验是力学实验的重点实验，是力学实验的基础，通过熟练掌握打点计时器的使用，为验证牛顿运动定律、探究动能定理、验证机械能守恒定律做好必要的知识和方法上的准备。

一、考查重点：

（一）打点计时器的使用

（二）毫米刻度尺的使用

（三）速度和加速度的求解方法

二、注意事项

1．交流电源的电压及频率要符合要求．

2．先接通电源，打点计时器工作后，再放开小车，当小车停止运动时及时断开电源．

3．要区别打点计时器打出的点与人为选取的计数点，一般在纸带上每隔四个点取一个计数点，即时间间隔为T＝0.02×5s＝0.1s．

4．选择一条理想的纸带，是指纸带上的点迹清晰．适当舍弃开头密集部分，适当选取计数点，弄清楚所选的时间间隔T．

5．测x时不要分段测量，读数时要注意有效数字的要求，计算a时要注意用逐差法，以减小误差．

三、真题训练

1.（2013浙江）如图所示，装置甲中挂有小桶的细线绕过定滑轮，固定在小车上；装置乙中橡皮筋的一端固定在导轨的左端，另一端系在小车上。

一同学用装置甲和乙分别进行实验，经正确操作获得两条纸带①和②，纸带上的a、b、c……均为打点计时器打出的点。

（1）任选一条纸带读出b、c两点间的距离为；

（2）任选一条纸带求出c、e两点间的平均速度大小为，纸带①和②上c、e两点间的平均速度

①

②（填“大于”、“等于”或“小于”）；

（3）图中（填选项）

A.两条纸带均为用装置甲实验所得

B.两条纸带均为用装置乙实验所得

C.纸带①为用装置甲实验所得，纸带②为用装置乙实验所得

D.纸带①为用装置乙实验所得，纸带②为用装置甲实验所得

2.（2013广东）

实验二《探究弹力和弹簧伸长的关系》

一、考查重点

（一）毫米刻度尺的使用（见实验一）

（二）掌握利用图象法处理实验数据，研究两个物理量之间关系的方法。

在物理学中经常用图象处理物理问题，要特别注意：

①图线斜率的意义（或曲线切线斜率的意义）；②图线与纵轴、横轴交点的物理意义。

二、注意事项：

1．每次增减砝码测有关长度时，均需保证弹簧及砝码不上下振动而处于静止状态，否则，弹簧弹力将可能与砝码重力不相等。

2．测量有关长度时，应区别弹簧原长l0，实际总长l及伸长量x三者之间的不同，明确三者之间的关系。

3．建立平面直角坐标系时，两轴上单位长度所代表的量值要适当，不可过大，也不可过小。

4．描线的原则是，尽量使各点落在描画出的线上，少数点分布于线两侧，描出的线不应是折线，而应是平滑的曲线。

5．记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位．

三、真题训练

1.（2012广东）某同学探究弹力与弹簧伸长量的关系。

①将弹簧悬挂在铁架台上，将刻度尺固定在弹簧一侧，弹簧轴线和刻度尺都应在______方向（填“水平”或“竖直”）

代表符号

数值（cm）

25.35

27.35

29.35

31.30

33.4

35.35

37.40

39.30

②弹簧自然悬挂，待弹簧______时，长度记为

，弹簧下端挂上砝码盘时，长度记为

；在砝码盘中每次增加10g砝码，弹簧长度依次记为

至

，数据如下表：

表中有一个数值记录不规范，代表符号为_______。

由表可知所用刻度尺的最小长度为______。

③图16是该同学根据表中数据作的图，纵轴是砝码的质量，横轴是弹簧长度与_________的差值（填“L0或LX”）。

④由图可知弹簧和的劲度系数为_________N/m；通过图和表可知砝码盘的质量为_________g（结果保留两位有效数字，重力加速度取

）。

2.（2010浙江）在“探究弹簧弹力大小与伸长量的关系”实验中，甲、乙两位同学选用不同的橡皮绳代替弹簧。

为测量橡皮绳的劲度系数，他们在橡皮绳下端依次逐个挂上钩码（每个钩码的质量均为m=0.1kg，取g=10m/s2），并记录绳下端的坐标X加i（下标i表示挂在绳下端钩码个数）。

然后逐个拿下钩码，同样记录绳下端的坐标X减i，绳下端面坐标的值Xi＝（X加i+X减i）/2的数据如下表：

挂在橡皮绳下端的钩码个数

橡皮绳下端的坐标（Xi/mm）

甲

乙

1

216.5

216.5

2

246.7

232.

3

284.0

246.5

4

335.0

264.2

5

394.5

281.3

6

462.0

301.0

（1）同一橡皮绳的X加iX减i（大于或小于）；

（2）同学的数据更符合实验要求（甲或乙）；

（3）选择一组数据用作图法得出该橡皮绳的劲度系数k（N/m）；

（4）为了更好地测量劲度系数，在选用钩码时需考虑的因素有哪些？

答案：

1.①竖直②静止

0.1cm③

④4.910

2.

（1）小于

（2）乙（3）57~70N/m

（4）尽可能使伸长量在弹性范围内，同时有足够大的伸长量，以减小长度测量误差。

实验三《验证力的平行四边形定则》

一、考查重点

1．弹簧秤的使用

2．实验中的物理思想——等效替代

3.力的图示

二、注意事项

1.测力计可以/只用一个，分别测出两个分力，虽然操作较麻烦，但可避免两个测力计的不一致性带来的误差。

2.经验得知两个分力F1、F2间夹角θ越大，用平行四边形作图得出的合力F的误差也越大，所以实验中不要把θ角取得太大，一般不大于90°为最佳。

3.橡皮条、细绳、测力计应在同一平面内，测力计的挂钩应避免与纸面摩擦。

4.实验误差：

①用两个测力计拉橡皮条时，橡皮条、细绳和测力计不在同一个平面内，这样两个测力计的水平分力的实际合力比由作图法得到的合力小。

②结点O的位置和两个测力计的方向画得不准，造成作图的误差。

③作图比例不恰当造成作图误差。

三、真题训练

1.（2012浙江）在“探究求合力的方法”实验中，现有木板、白纸、图钉、橡皮筋、细绳套和一把弹簧秤、

（1）为完成实验，某同学另找来一根弹簧，先测量其劲度系数，得到的实验数据如下表

弹力F（N）

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

伸长量x（10-2m）

0.74

1.80

2.80

3.72

4.60

5.58

6.42

用作图法求得该弹簧的劲度系数k=_________________N/m；

（2）某次实验中，弹簧的指针位置如图所示，其读数为_____________N，同时利用（3）中结果获得弹簧上的弹力值为2.50N，请在答题纸上画出这两个共点力的合力F合；

（3）由图得到F合=__________N。

答案：

1.

（1）根据图线斜率求得弹簧的劲度系数k=54N/m；

（2）读数时估读一位，F=2.10N；

（3）作图，在同一力的图示中使用相同的比例标尺，做平行四边形，量出如图对角线的长度，根据比例标尺换算出合力，F合=3.3N。

实验四《验证牛顿运动定律》

一、考查重点

1．学会用控制变量法研究物理规律；

2．掌握利用图象处理数据的方法．

二、注意事项

1.应用图像法分析处理数据。

2.为了消除摩擦力对小车运动的影响，必须将木板无滑轮的一端稍微垫高一些，用重力的分力来抵消摩擦力，直到小车不不挂重物时能匀速运动为止。

当挂上重物时，只要重物的质量远小于小车的质量，那么可近似的认为重物所受的重力大小等于小车所受的合外力的大小。

三、经典讲练

1.在“验证牛顿运动定律”的实验中，采用如图3-4-2所示的实验装置．

图3-4-2图3-4-3

小车及车中砝码的质量用M表示，盘及盘中砝码的质量用m表示，小车的加速度可由小车后拖动的纸带打上的点计算出．

（1）当M与m的大小关系满足______________时，才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘及盘中砝码的重力．

（2）一组同学在做加速度与质量的关系实验时，保持盘及盘中砝码的质量一定，改变小车及车中砝码的质量，测出相应的加速度，采用图象法处理数据．为了比较容易地检查出加速度a与质量M的关系，应该作a与______________的图象．

（3）如图3-4-3（a）所示为甲同学根据测量数据作出的aF图线，说明实验存在的问题是___________________________________________________________________________．

（4）乙、丙同学用同一装置做实验，画出了各自得到的a-F图线如图3-4-3（b）所示，两个同学做实验时的哪一个物理量取值不同？

答案：

（1）M>>m　

（2）

　（3）没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够　（4）两小车及车上的砝码的总质量不同

2.

（2010山东理综）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d。

开始时将木板置于MN处，现缓慢向瓶中加水，直到木板开始运动为止，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t。

木板的加速度可以用d、t表示为a=；为了减小测量加速度的偶然误差可以采用的办法是（一种即可）。

改变瓶中水的质量重复实验，确定加速度a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。

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

【答案】

增大d或让F1大于F0的前提下尽量小cb

实验五《探究动能定理》

一、考查重点

1.了解探究功和速度变化的思路

2.学习利用图像处理数据，并会巧妙转化坐标

二、注意事项

（1）如何平衡摩擦力，平衡到什么程度，如何验证？

（让木板有一个微小的倾角；使重力沿斜面向下的分力等于阻力；轻推小车使之匀速运动。

）

（2）如何做到每根橡皮条的功都相等？

（使橡皮条完全相同，且伸长量也一样。

）

（3）思考纸带上打点的分布情况，如何计算末速度？

（打点之间的距离先增大后不变，通过不变的点间距求末速度。

）

（4）如何通过图像处理数据？

（将图像做成直线，有利于判断物理量间的关系）

三、经典讲练

1.某实验小组采用如图所示的装置探究功与速度变化的关系，小车在橡皮筋的作用下弹出后，沿木板滑行．打点计时器工作频率为50Hz.

（1）实验中木板略微倾斜，这样做________；

A．是为了使释放小车后，小车能匀加速下滑

B．是为了增大小车下滑的加速度

C．可使得橡皮筋做的功等于合力对小车做的功

D．可使得橡皮筋松弛后小车做匀速运动

（2）实验中先后用同样的橡皮筋1条、2条、3条……，并起来挂在小车的前端进行多次实验，每次都要把小车拉到同一位置再释放小车．把第1次只挂1条橡皮筋时橡皮筋对小车做的功记为W1，第二次挂2条橡皮筋时橡皮筋对小车做的功为2W1，……；橡皮筋对小车做功后而使小车获得的速度可由打点计时器打出的纸带测出．根据第四次的纸带（如图5－4－8所示）求得小车获得的速度为________m/s.

（3）

图5－4－9

若根据多次测量数据画出的W－v草图如图5－4－9所示，根据图线形状，可知对W与v的关系作出的猜想肯定不正确的是________．　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

A．W∝

B．W∝

C．W∝v2D．W∝v3

（4）如果W∝v2的猜想是正确的，则画出的W－v2图象应是________________________________________________________________________；

（5）在本实验中你认为影响实验效果的可能原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________.

（只要回答出一种原因即可）

答案：

（1）CD　

（2）2　（3）AB　（4）过原点的一条直线　（5）橡皮筋的规格不完全相同、木板倾斜过大、小车质量太小等（只要回答出一种原因即可）

实验六《验证机械能守恒定律》

一、考查重点

（1）基本测量工具：

①米尺；②打点计时器

（2）实验原理

二、注意事项

①打点计时器安装时，必须使纸带两限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力。

②实验时，需保持提纸带的手不动，待接通电源，让打点计时器工作正常后才松开纸带让重锤下落，以保证第一个点是一个清晰的点。

③选用纸带时应尽量挑选第一、二点间接近2mm的纸带。

（分情况适用）

④测量下落高度时，者必须从起始点算起，不能搞错，为了减小测量h值的相对误差，选取的各个计数点要离起台点远一些，纸带也不易过长，有效长度可在60cm-800cm之内。

⑤因不需要知道动能和势能的具体数值，所以不需要测量重物的质量。

⑥选用密度大、质量大些的物体，以减小运动中阻力的影响（使重力远大于阻力）

三、经典讲练

1.下列关于“验证机械能守恒定律”实验的实验误差分析，正确的是（　　）

A.重物质量的称量不准，会造成较大误差B.重物质量选用得大些，有利于减小误差

C.重物质量选用得小些，有利于减小误差D.先释放纸带后接通电源会造成较大误差

2．某位同学做“验证机械能守恒定律”的实验，下列操作步骤中错误的是（　　）

A．把打点计时器固定在铁架台上，用导线连接到低压交流电源

B．将连有重锤的纸带穿过限位孔，将纸带和重锤提升到一定高度

C．先释放纸带，再接通电源D．更换纸带，重复实验，根据记录处理数据

3．如图所示是用自由落体法验证机械能守恒定律时得到的一条纸带，我们选N点来验证机械能守恒定律．下面举出一些计算打N点时纸带下落速度的方法，其中正确的是（T为打点周期）（　　）

A．N点是第n个点，则vN＝gnT

B．N点是第n个点，则vN＝g（n－1）T

C．vN＝

D．vN＝

4. 在验证重锤自由下落过程时机械能守恒的实验中，下列说法正确的是（）

A．实验时，应先接通打点计时器，等打点稳定后再释放纸带

B．必须用天平称量所用重锤的质量

C．为了方便，应在打下的纸带上每5个点取一个计数点进行测量和计算

D．本实验的系统误差，总是使重力势能的减少量大于动能的增加量

5.在“验证机械能守恒定律”的实验中，要验证重锤下落时重力势能的减少等于它动能的增加，以下步骤仅是实验中的一部分，在这些步骤中多余的或错误的有（）

A．用天平称出重锤的质量

B．把电火花计时器固定到铁架台上，并用导线把它和低压交流电源连接起来

C．把纸带的一端固定到重锤上，另一端穿过电火花计时器的限位孔，把重锤提升到打点计时器的限位孔处

D．接通电源的同时释放纸带E．用秒表测出重锤下落的时间

6.在用落体法验证机械能守恒定律时，某同学按照正确的操作选得纸带如图．其中O是起始点，A、B、C是打点计时器连续打下的3个点．该同学用毫米刻度尺测量O到A、B、C各点的距离，并记录在图中（单位：

cm）．

（1）这三个数据中不符合有效数字读数要求的是________，应记作________cm.

（2）该同学用重锤在OB段的运动来验证机械能守恒，已知当地的重力加速度g＝9.80m/s2，他用AC段的平均速度作为跟B点对应的物体的瞬时速度，则该段重锤重力势能的减少量为________，而动能的增加量为________（均保留三位有效数字，重锤质量用m表示）．这样验证的系统误差总是使重力势能的减少量________动能的增加量，原因是______________________________________________．

（3）另一位同学根据同一条纸带，同一组数据，也用重锤在OB段的运动来验证机械能守恒，不过他数了一下，从打点计时器打下的第一个点O数起，图中的B是打点计时器打下的第9个点．因此他用vB＝gt计算跟B点对应的物体的瞬时速度，得到动能的增加量为________，这样验证时的系统误差总是使重力势能的减少量________动能的增加量，原因是___________________________________．

【解析】　

（1）OC；15.70　；

（2）1.22m；1.20m；大于；v是实际速度，因为有摩擦生热，减少的重力势能一部分转化为内能；　（3）1.23m；小于；v是按照自由落体计算的，对应的下落高度比实际测得的高度要大。