2019年高考物理二輪復習 專題五 實驗技能與創(chuàng)新 第13講 力學實驗與創(chuàng)新課件.ppt

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專題整合突破 專題五實驗技能與創(chuàng)新 第13講力學實驗與創(chuàng)新 微網構建 高考真題 1 2018 全國 22 如圖 a 一彈簧上端固定在支架頂端 下端懸掛一托盤 一標尺由游標和主尺構成 主尺豎直固定在彈簧左邊 托盤上方固定有一能與游標刻度線準確對齊的裝置 簡化為圖中的指針 現(xiàn)要測量圖 a 中彈簧的勁度系數(shù) 當托盤內沒有砝碼時 移動游標 使其零刻度線對準指針 此時標尺讀數(shù)為1 950cm 當托盤內放有質量為0 100kg的砝碼時 移動游標 再次使其零刻度線對準指針 標尺示數(shù)如圖 b 所示 其讀數(shù)為 cm 當?shù)氐闹亓铀俣却笮? 80m s2 此彈簧的勁度系數(shù)為 N m 保留3位有效數(shù)字 3 775 53 7 2 2018 全國 23 某同學用圖 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線兩端分別與木塊和彈簧秤相連 滑輪和木塊間的細線保持水平 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 圖 a 圖 b 圖 c 回答下列問題 1 f4 N 2 在圖 c 的坐標紙上補齊未畫出的數(shù)據(jù)點并繪出f m圖線 答案 2 75 3 f與m 木塊質量M 木板與木塊之間的動摩擦因數(shù) 及重力加速度大小g之間的關系式為f f m圖線 直線 的斜率的表達式為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 M m g g 0 40 解析 1 由圖b可讀出彈簧秤的示數(shù)f4 2 75N 2 f m圖線如圖所示 0 20 多次測量取平均值 初始時乙的手指盡可能接近尺子 4 2018 北京 21 用圖1所示的實驗裝置研究小車速度隨時間變化的規(guī)律 圖1 d 以速度v為縱軸 時間t為橫軸建立直角坐標系 在坐標紙上描點 如圖3所示 圖3 結合上述實驗步驟 請你完成下列任務 1 在下列儀器和器材中 還需要使用的有 和 填選項前的字母 A 電壓合適的50Hz交流電源B 電壓可調的直流電源C 刻度尺D 秒表E 天平 含砝碼 A C 2 在圖3中已標出計數(shù)點A B D E對應的坐標點 請在該圖中標出計數(shù)點C對應的坐標點 并畫出v t圖象 答案 小車的速度隨時間均勻變化 加速度 越小越好 有關 5 早在16世紀末 伽利略就猜想落體運動的速度應該是均勻變化的 當時只能靠滴水計時 為此他設計了如圖4所示的 斜面實驗 反復做了上百次 驗證了他的猜想 請你結合勻變速直線運動的知識 分析說明如何利用伽利略 斜面實驗 檢驗小球的速度是隨時間均勻變化的 圖4 如果小球的初速度為0 其速度v t 那么它通過的位移x t2 因此 只要測量小球通過不同位移所用的時間 就可以檢驗小球的速度是否隨時間均勻變化 解析 1 打點計時器使用的是交流電源 故選A 不選B 相鄰打點間的時間是已知的 故不選D 計數(shù)點間的距離需要用刻度尺測量 故選C 由于不需要知道小車和重物的質量 故不需要天平 含砝碼 故不選E 2 連線時要讓盡量多的點在一條直線上 3 可以依據(jù)v t圖象是傾斜的直線 斜率一定 即小車的速度隨時間均勻變化 判斷出小車做勻變速直線運動 v t圖象的斜率表示加速度 5 2018 天津 9 2 某研究小組做 驗證力的平行四邊形定則 實驗 所用器材有 方木板一塊 白紙 量程為5N的彈簧測力計兩個 橡皮條 帶兩個較長的細繩套 刻度尺 圖釘 若干個 具體操作前 同學們提出了如下關于實驗操作的建議 其中正確的有 A 橡皮條應和兩繩套夾角的角平分線在一條直線上B 重復實驗再次進行驗證時 結點O的位置可以與前一次不同C 使用測力計時 施力方向應沿測力計軸線 讀數(shù)時視線應正對測力計刻度D 用兩個測力計互成角度拉橡皮條時的拉力必須都小于只用一個測力計的拉力 BC 該小組的同學用同一套器材做了四次實驗 白紙上留下的標注信息有結點位置O 力的標度 分力和合力的大小及表示力的作用線的點 如下圖所示 其中對于提高實驗精度最有利的是 B 解析 A錯 兩繩套拉力的合力不一定沿角平分線 B對 同一次實驗 用一繩套拉橡皮條和用兩繩套拉橡皮條結點O的位置相同 不同次實驗結點O的位置可以不同 C對 為減小摩擦和誤差 施力方向沿測力計軸線 讀數(shù)時視線正對測力計刻度 D錯 合力可以比分力大 也可以比分力小 為了提高實驗精度 測力計讀數(shù)應盡可能大一些 標注細線方向的兩點離結點應盡可能遠一些 標度應盡可能小一些 故選B 6 2018 江蘇 11 某同學利用如圖所示的實驗裝置來測量重力加速度g 細繩跨過固定在鐵架臺上的輕質滑輪 兩端各懸掛一只質量為M的重錘 實驗操作如下 用米尺量出重錘1底端距地面的高度H 在重錘1上加上質量為m的小鉤碼 左手將重錘2壓在地面上 保持系統(tǒng)靜止 釋放重錘2 同時右手開啟秒表 在重錘1落地時停止計時 記錄下落時間 重復測量3次下落時間 取其平均值作為測量值t 請回答下列問題 1 步驟 可以減小對下落時間t測量的 選填 偶然 或 系統(tǒng) 誤差 2 實驗要求小鉤碼的質量m要比重錘的質量M小很多 主要是為了 A 使H測得更準確B 使重錘1下落的時間長一些C 使系統(tǒng)的總質量近似等于2MD 使細繩的拉力與小鉤碼的重力近似相等 偶然 B 3 滑輪的摩擦阻力會引起實驗誤差 現(xiàn)提供一些橡皮泥用于減小該誤差 可以怎么做 在重錘1上粘上橡皮泥 調整橡皮泥質量直至輕拉重錘1能觀察到其勻速下落 熱點聚焦 計時儀器的測量方法1 打點計時器 1 t nT n表示打點的時間間隔的個數(shù) T表示打點周期 2 打點頻率 周期 與所接交流電的頻率 周期 相同2 光電計時器光電計時器能自動記錄擋光時間 顯示在讀數(shù)窗口 3 頻閃照相機計時用相等時間間隔獲取圖象信息的方法記下物體在不同時刻的位置 熱點一紙帶類實驗 2018 吉林省實驗中學高三下學期模擬 實驗小組采用如圖甲所示實驗裝置測量木塊與木板間動摩擦因數(shù) 提供的器材有 帶定滑輪的長木板 有凹槽的木塊 質量為20g的鉤碼若干 打點計時器 電源 紙帶 細線等 實驗中將部分鉤碼懸掛在細線下 剩余的鉤碼放在木塊的凹槽中 保持長木板水平 利用打出的紙帶測量木塊的加速度 典例1 1 正確進行實驗操作 得到一條紙帶 從某個清晰的打點開始 依次標注0 1 2 3 4 5 6 分別測出位置0到位置3 位置6間的距離 如圖乙所示 已知打點周期T 0 02s 則木塊的加速度a m s2 2 將木塊凹槽中的鉤碼逐個添加到細線下端 改變懸掛鉤碼的總質量m 測得相應的加速度a 作出a m圖象如圖丙所示 已知當?shù)刂亓铀俣萭 9 8m s2 則木塊與木板間動摩擦因數(shù) 保留兩位有效數(shù)字 3 實驗中 選填 需要 或 不需要 滿足懸掛鉤碼總質量遠小于木塊和槽中鉤碼總質量 3 33 0 34 0 32 0 36均可 不需要 方法總結 長木板 小車 紙帶 打點計時器 實驗裝置中的細節(jié)及注意事項 1 在驗證牛頓運動定律 探究動能定理的實驗中 都需要平衡摩擦力 平衡摩擦力的方法是將小車放在木板上 把木板不帶滑輪的一端墊高 在小車后面接一條紙帶 穿過打點計時器 讓小車在沒有牽引力的情況下恰能勻速下滑 判斷其勻速下滑的依據(jù)是 紙帶上的點間距是一樣的 2 在測定動摩擦因數(shù)的實驗中 木板必須水平 細線必須與長木板平行 這樣才能使壓力等于木塊的重力 細線對木塊的拉力沿水平方向 3 小車在長木板上做勻加速直線運動時 繩上的拉力并不等于懸掛物的重力 只有當M車 m掛時 繩上的力近似等于懸掛物的重力 如果繩上連接著力傳感器或測力器 則可直接讀出繩上的拉力 不需要M車 m掛 類題演練1 2018 山西省孝義市高三下學期一模理綜 利用圖甲的裝置探究 恒力做功與物體動能變化 的關系 小車的質量為M 鉤碼的質量為m 且不滿足m M 打點計時器的電源是頻率為f的交流電 1 實驗中 把長木板右端墊高 在不掛鉤碼且 的情況下 輕推一下小車 若小車拖著紙帶做勻速運動 表明已經消除了摩擦力和其他阻力的影響 填選項前的字母 A 計時器不打點B 計時器打點 B 2 圖乙是正確操作后得到的一條紙帶 紙帶上各點是打出的計時點 其中O點為打出的第一個點 小車發(fā)生的位移從紙帶上計時點間的距離可以直接測出 利用下列測最值和題中已知條件能簡單 準確完成實驗的一項是 填選項前的字母 A OA AD和EG的長度B BD CF和EG的長度C OE DE和EF的長度D AC EG和BF的長度 C 解析 1 平衡摩擦力的方法是 把木板一端墊高 讓小車滑下 當小車勻速運動時 就意味著摩擦力抵消了 此時應當讓打點計時器打點 因為打點計時器也會有摩擦力 故選B 2 根據(jù)某段時間內的平均速度等于中間時刻瞬時速度 結合動能與重力勢能表達式進行分析 當知道OA AD和EG的長度時 只有求得F點與BC的中點的瞬時速度 從而確定兩者的動能變化 卻無法求解重力做功 故A不符合 當知道BD CF和EG的長度時 可分別求得C點和F點的瞬時速度 從而求得C到F點的動能變化 因知道CF間距 則可求得重力做功 但不是最簡單的方法 故B不符合 當知道OE DE和EF的長度 依據(jù)DE和EF的長度 可求得E點的瞬時速度 從而求得O點到E點動能的變化 再由OE確定重力做功 因O點速度為0 故只需要測E點的速度即可 故這種方法更簡單 故C符合 1 探究彈力和彈簧伸長量的關系的操作關鍵 1 實驗中不能掛過多的鉤碼 防止彈簧超過彈性限度 2 畫圖象時 不要連成 折線 而應盡量讓坐標點落在直線上或均勻分布在直線兩側 2 驗證力的平行四邊形定則的操作關鍵 1 每次拉伸結點位置O必須保持不變 2 記下每次各力的大小和方向 3 畫力的圖示時應選擇適當?shù)臉硕?熱點二彈簧 橡皮條類實驗 2018 安徽省蚌埠市高三第三次教學質量檢測 某小組利用橡皮筋 彈力滿足胡克定律 驗證力的平行四邊形定則 如圖甲所示 把貼有白紙的木板放在水平桌面上 他們將完全相同的三根橡皮筋的一端都固定在結點O處 另一端分別系上細線 仍保證橡皮筋原長相同 測得原長L0 4 40cm 沿平行于紙面的方向分別通過細線將三根橡皮筋拉至某一長度 在彈性限度內 保持狀態(tài)不變 如圖乙所示 記錄此時結點的位置和三個橡皮筋另一端的位置 量出三個端點到結點O的距離分別為L1 9 40cm L2 8 40cm L3 7 40cm 若三根橡皮筋產生的彈力分別為F1 F2 F3 圖中已作出F1的圖示 典例2 1 請根據(jù)F1的大小比例分別作出F2和F3的圖示 并根據(jù)平行四邊形定則畫出F2和F3的合力F合 2 請在圖中畫出與F2和F3共同作用效果相同的力F的圖示 若F合與F的大小及方向的偏差均在實驗所允許的誤差范圍之內 則該實驗驗證了力的平行四邊形定則 答案 解析 根據(jù)題意得出三個橡皮條的形變量分別為 x1 9 40 4 40 cm 5 00cm x2 8 40 4 40 cm 4 00cm x3 7 40 4 40 cm 3 00cm 則橡皮條的彈力與形變量成正比 按比例作出平衡時F2和F3的圖示及兩個力的合力的圖示 共同效果作用力F的圖示 如圖 類題演練2 2018 寧夏銀川二中高三下學期模擬三試題 某實驗小組研究木塊與某粗糙木板間的動摩擦因數(shù) 步驟如下 1 如圖甲 在該木板上放置一木塊 木塊與一水平彈簧左端相連 彈簧右端連接在位置固定的傳感器上 傳感器與木板未接觸 傳感器可以測出彈簧拉力F和對應的木塊位移大小x 數(shù)據(jù) F x 可以通過電腦實時同步保存并自動畫出F x圖象 2 調節(jié)裝置使F x均為0 然后緩慢向左拉動木板 得到多組數(shù)據(jù) F x 木塊與木板相對滑動后 控制木板立即靜止 整個過程彈簧始終在彈性限度內 電腦中得到如圖乙F x圖象 其中Fm xm為記錄數(shù)據(jù)F x中的最大值 己知木塊質量為m 重力加速度取g 滑動摩擦力等于最大靜摩擦力 用圖象中獲得的數(shù)據(jù)和己知量表示下列物理量 整個過程中彈簧彈性勢能最大值為 摩擦力對木塊所做的功為 木塊與粗糙木板間的動摩擦因數(shù)為 一 注意事項1 前提條件 碰撞的兩物體應保證 水平 和 正碰 2 方案提醒 1 若利用氣墊導軌進行實驗 調整氣墊導軌時 注意利用水平儀確保導軌水平 2 若利用擺球進行實驗 兩小球靜放時球心應在同一水平線上 且剛好接觸 擺線豎直 將小球拉起后 兩條擺線應在同一豎直面內 3 若利用長木板進行實驗 可在長木板下墊一小木片用以平衡摩擦力 3 探究結論 尋找的不變量必須在各種碰撞情況下都不改變 熱點三驗證動量守恒定律 二 誤差分析1 系統(tǒng)誤差 主要來源于裝置本身 是否符合要求 1 碰撞是否為一維碰撞 2 實驗是否滿足動量守恒的條件 如氣墊導軌是否水平 兩球是否等大 長木板實驗時是否平衡掉摩擦力 2 偶然誤差 主要來源于質量m和速度v的測量 3 改進措施 1 設計方案時應保證碰撞為一維碰撞 且盡量滿足動量守恒的條件 2 采取多次測量求平均值的方法減小偶然誤差 2018 福建省莆田市高三下學期模擬 某同學用如圖所示的裝置做 驗證動量守恒定律 實驗 其中斜槽軌道末端切線水平 O點是軌道末端在記錄紙上的豎直投影點 實驗主要步驟如下 典例3 讓a球從斜槽軌道上某固定點處由靜止開始運動 落在位于水平地面上的記錄紙上 重復這一操作10次 找出a球的平均落地點位置P 把同樣大小的b球靜止放置在斜槽軌道末端 讓a球仍從原固定點由靜止釋放 和b球相碰后 兩球均落在記錄紙上 重復這一操作10次 找出a b球的平均落地點位置M N 1 本實驗必須測量的物理量有 A 小球a b的質量ma mbB 斜槽軌道末端到水平地面的高度HC 小球a b離開斜槽軌道末端后平拋運動的時間tD 記錄紙上O點到P M N各點的距離OP OM ONE a球的固定釋放點到斜槽軌道末端的高度差h 2 根據(jù)實驗要求 ma mb 填 大于 小于 或 等于 3 若兩球碰撞前后動量守恒 其表達式可表示為 用 1 中測量的物理量表示 AD 大于 ma OP ma OM mb ON 解析 1 小球在空中的運動時間t相等 如果碰撞過程動量守恒 則有 mav0 mavA mbvB 由圖可知 只放小球a時 其落地點為P點 而兩小球相碰時 a球的落地點為M點 而B球的落地點為N點 兩邊同時乘以時間t得 mav0t mavAt mbvBt 得 maOP maOM mbON 則本實驗必須測量的物理量有AD 故選 AD 2 根據(jù)實驗要求 入射球的質量必須大于被碰球的質量 防止入射球碰后反彈 則ma大于mb 3 若兩球碰撞前后動量守恒 其表達式可表示為 maOP maOM mbON 類題演練3 2018 東北三省四市高三第二次聯(lián)合模擬 氣墊導軌是常用的一種實驗儀器 它是利用氣泵使帶孔的導軌與滑塊之間形成氣墊 使滑塊懸浮在導軌上 滑塊在導軌上的運動可視為沒有摩擦 我們可以用兩個光電門以及滑塊A和B來探究動量守恒定律 實驗裝置如圖所示 采用的實驗步驟如下 a 用天平分別測出滑塊A B的質量mA mBb 調整氣墊導軌 使導軌處于水平c 給B一個水平向左初速度 記錄B通過光電門2的擋光時間為tBd B與靜止在導軌上的A發(fā)生碰撞后 A向左運動通過光電門1的擋光時間為tA B向右運動通過光電門2的擋光時間為tB 1 實驗中測得滑塊B上遮光條的寬度為dB 還應測量的物理量是 2 利用上述測量的實驗數(shù)據(jù) 得出關系式 成立 即可驗證動量守恒定律 滑塊A上遮光條的寬度dA 1 實驗器材的等效與替換 主要有3個方面的創(chuàng)新 1 用電子秤或已知質量的鉤碼替代彈簧秤 2 氣墊導軌替代長木板 3 用光電門 閃光照相機替代打點計時器 2 實驗結論的拓展與延伸 主要通過一些實驗裝置得出物體的加速度 再利用牛頓第二定律求出物體所受阻力或小車與木板間的動摩擦因數(shù) 3 情景的設計與創(chuàng)新 近幾年在試題情景的設計上進行了較多的創(chuàng)新 不過考查的實驗原理和實驗處理方法仍然不變 因此只要把最根本的方法從新情景中分離出來 找出與常規(guī)實驗相同之處就可以 熱點四力學創(chuàng)新類實驗 2018 山東 湖北部分重點中學沖刺模擬 某同學設計了如下實驗研究做功與速度之間的關系 在桌面上放置一個粗糙程度處處相同的長木板 并將一刻度軟尺固連在長木板一側 將帶有滑輪的一端稍伸出桌外 并在其附近固定光電門 小車通過細線繞過滑輪與鉤碼相連 調節(jié)滑輪的高度使細線與木板平面平行 在小車上固定擋光片 將小車從距光電門一定距離處由靜止釋放 利用刻度尺測出擋光片到光電門的距離 擋光片和光電門中部均有指示箭頭輔助讀數(shù) 計算出小車經過光電門時的速度 然后保持鉤碼質量和小車質量不變 改變小車的釋放位置重復實驗 測得多組數(shù)據(jù) 從而研究其關系 如圖所示 典例4 1 這位同學找到了兩個擋光片 用游標卡尺測出擋光片a的寬度 圖甲 用螺旋測微器測出擋光片b的寬度 圖乙 讀數(shù)分別為 mm mm 他應該選擇擋光片 填a或b 進行實驗 25 80 7 830 b 2 他的實驗是否需要平衡摩擦力 是否需要鉤碼質量遠小于小車質量 A 需要 需要B 不需要 不需要C 需要 不需要D 不需要 需要 B 類題演練4 2018 山東省淄博市高三下學期第二次模擬 某同學用如圖甲所示實驗裝置來測量重力加速度 在水平放置的氣墊導軌上有一帶有方盒的滑塊 質量為M 氣墊導軌右端固定一定滑輪 細線繞過滑輪 一端與滑塊相連 另一端掛有8個鉤碼 每個鉤碼的質量為m 0 520