2021学年高中物理专题七力学实验课件

专题七力学实验[备考导航]考点展示知识网络实验一：研究匀变速直线运动实验二：探究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1．要求会正确使用的仪器主要有：刻度尺、天平、秒表、电火花计时器或电磁打点计时器、弹簧测力计、灵敏电流计、电流表、电压表、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，知道用多次测量求平均值的方法减小偶然误差；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.考点1研究匀变速直线运动单项选择题1．(2019年1月·广东学考)一打点计时器固定在斜面上某处，一小车拖着穿过打点计时器的纸带从斜面上滑下，得到一条纸带，如图所示，已知打点计时器使用的交流电频率为50Hz，则小车下滑的加速度大小为()A．2.0m/s2B．2.5m/s2C．4.0m/s2D．5.0m/s解析：相邻两计数点间时间间隔为0.02s，根据逐差法Δx＝aT2可得：a＝（0.60＋0.70＋0.80）－（0.30＋0.40＋0.50）9×0.022×10－2m/s2＝2.5m/s2.答案：B2．(2018年6月·广东学考)在“研究匀变速直线运动”的实验中，得到了如图所示的纸带，O、A、B是纸带上连续的三个计数点，已知所用电源的频率为50Hz，则纸带运动的加速度大小为()A．0.50m/s2B．2.40m/s2C．2.90m/s2D．1.00m/s2解析：由运动学公式：a＝ΔxT2＝x2－x1T2＝（5.30－2.40－2.40）×10－20.01m/s2＝0．50m/s2.答案：A3．(2018年1月·广东学考)在“研究匀变速直线运动”的实验中，包含下列四个步骤，①把长木板放在实验台上，一端用木块垫高；②把纸带穿过打点计时器，并固定在小车后面；③把打点计时器固定在长木板垫高的一端，连接好电路；④把小车停在靠近打点计时器处，接通电源后，放开小车，正确的操作顺序是()A．①②③④B．①②④③C．②①④③D．①③②④解析：先固定木板，再固定小车，连接好电路，再穿纸带，最后接通电源释放小车，完成实验．答案：D4.(2017年6月·广东学考)下图是在“研究匀变速直线运动”实验中获得的一条纸带，相邻计数点间的距离分别为x1、x2和x3.时间间隔均为T，则打点计时器打下点1时物体速度大小的表达式为()A.x2－x1TB.x3－x12TC.x1＋x22TD.x1＋x2＋x33T解析：因为物体做匀变速运动，打点1时物体的速度等于打点0到2的平均速度，C对．答案：C一、实验基础项目电磁打点计时器电火花打点计时器结构作用计时仪器，接频率为50Hz的交流电源，每隔0.02s打一次点工作条件4～6V交流电源220V交流电源实验目的：(1)练习正确使用打点计时器．(2)会利用纸带求匀变速直线运动的瞬时速度、加速度．(3)会利用纸带探究小车速度随时间变化的规律，并能画出小车运动的v-t图象，根据图象求加速度．实验原理：利用打点纸带记录运动物体在各时刻的位置，通过研究各点的对应速度，确定物体的运动性质和运动规律．实验器材：电火花220V交流电流计时器(或电磁打点4～6V交流电流计时器)、一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、电源、复写纸片．实验步骤：(1)按照实验装置图，把打点计时器固定在长木板无滑轮的一端，接好电源．(2)把一细线系在小车上，细线绕过滑轮，下端挂合适的钩码，纸带穿过打点计时器，固定在小车后面．(3)把小车依靠在打点计时器处，先接通电源，再放开小车．(4)小车运动一段时间后，断开电源，取下纸带．(5)换纸带反复做三次，选择一条比较理想的纸带进行测量分析．数据处理：(1)逐差法求平均加速度：a1＝x4－x13T2，a2＝x5－x23T2，a3＝x6－x33T2，a＝a1＋a2＋a33；若纸带上计数段为奇数时，应舍去中间一段，再计算加速度．(2)求瞬时速度：vn＝xn＋xn＋12T＝dn＋1－dn－12T.(3)利用速度—时间图象求加速度：作出速度—时间图象，通过图象的斜率求物体的加速度．二、注意事项1．平行：纸带、细绳要和长木板平行．2．靠近：释放小车前，应使小车停在靠近打点计时器的位置．3．一先一后：实验时应先接通电源，后释放小车；实验后先断开电源，后取下纸带．4．减小误差：小车另一端挂的钩码个数要适当，避免速度过大而使纸带上打的点太少，或者速度太小，使纸带上打的点过于密集．5．纸带选取：选择一条点迹清晰的纸带，舍弃点密集部分，适当选取计数点．6．准确作图：在坐标纸上，纵、横轴选取合适的单位，仔细描点连线，不能连成折线，应作一条直线．三、误差分析1．使用刻度尺测计数点的距离时有误差．2．作v-t图象时出现作图误差．3．电源频率不稳定，造成打点的时间间隔不完全相同．某同学利用图示装置研究小车的匀变速直线运动．(1)实验中，必要的措施是________．A．细线必须与长木板平行B．先接通电源再释放小车C．小车的质量远大于钩码的质量D．平衡小车与长木板间的摩擦力(2)他实验时将打点计时器接到频率为50Hz的交流电源上，得到一条纸带，打出的部分计数点如图所示(每相邻两个计数点间还有4个点，未画出)．x1＝3.59cm，x2＝4.41cm，x3＝5.19cm，x4＝5.97cm，x5＝6.78cm，x6＝7.64cm.则小车的加速度a＝________m/s2(要求充分利用测量的数据)，打点计时器在打B点时小车的速度vB＝________m/s.(结果均保留两位有效数字)解析：(1)若细线与长木板不平行，随着小车逐渐靠近滑轮，细线与水平方向的夹角增大，小车所受合力随之变化，因此小车的加速度发生变化，即小车不做匀变速直线运动，故细线必须与长木板平行，A选项必要．先接通电源，待打点计时器稳定工作后再释放小车，点迹按匀变速运动规律显现在纸带上；若先释放小车再接通电源，则开始阶段点迹不规律，误差较大，故B项必要．该实验研究小车的匀变速直线运动，与小车所受到的合力及合力大小的计算无关，故C、D项不必要．(2)交流电的频率为f＝50Hz，相邻两计数点间的时间间隔T＝0.1s，由逐差法可求小车的加速度．a＝（x6＋x5＋x4）－（x3＋x2＋x1）（3T）2＝（20.39－13.19）×10－29×10－2m/s2＝0.80m/s2，vB＝x1＋x22T＝（3.59＋4.41）×10－22×0.1m/s＝0.40m/s.答案：(1)AB(2)0.800.40计算速度和加速度特别注意(1)时间间隔：“相邻两个计数点间有4个点”或“每5个点取1个计数点”的含义：相邻计数点间的时间间隔为0.1s.(2)单位换算：本实验长度测量数据一般是“厘米”，要换算成“米”．(3)有效数字：按有效数字的要求取计算结果．单项选择题1．关于打点计时器的使用，下列说法中正确的是()A．打点计时器一般使用4～6V的直流电源B．安放纸带时，应把纸带放在复写纸的上面C．开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器D．最好在接通电源的同时，放开小车解析：电磁打点计时器是一种使用4～6V交流电源的计时仪器，它是靠通电线圈的磁场与永久磁铁相互作用使振动片做周期性振动而打点计时的，故必须接低压交流电源，A错误；复写纸应安放在纸带的上面，要求纸带运动时，复写纸绕定位轴转动，这样才能打出清晰的点，B错误；释放小车时，应使小车靠近打点计时器，这样才能在纸带上50cm长度内清楚地取出7～8个计数点(以每打五个点作为一个计数点)，C正确；应先接通电源，待打点计时器打点稳定后，再释放小车，D错误．答案：C2．打点计时器是高中物理经常使用的一种实验器材，请完成以下内容．当纸带与运动物体连接时，打点计时器在纸带上打出点迹，下列关于纸带上点迹的说法中不正确的是()A．点迹记录了物体运动的时间B．点迹记录了物体在不同时刻的位置和某段时间内的位移C．纸带上点迹的分布情况反映了物体的运动情况D．纸带上的点越密，说明物体运动得越快解析：打点计时器每隔一定的时间打下一个点，因而点迹记录了物体运动的时间，也记录了物体在不同时刻的位置和某段时间内的位移，故A，B正确；纸带上点迹的分布情况反映了物体的运动情况，点迹越密，物体运动越慢，故C正确，D错误．答案：D3．如图是利用打点计时器记录物体做匀加速直线运动所得到的纸带，纸带上依次打下了0、1、2、3、4、5六个点，相邻两点间的距离如图所示，时间间隔均为T，则两计数点1、4之间物体的平均速度大小是()A.x1＋x23TB.x2＋x3＋x43TC.x1＋x2＋x3＋x44TD.x1＋x2＋x3＋x4＋x54T解析：由平均速度的公式得，物体在1，4之间的平均速度大小为v＝x2＋x3＋x43T.答案：B4．如图所示为打点计时器打出的纸带，纸带上的点记录了小车运动的信息，下列判断正确的是()A．小车做加速运动B．小车做匀速运动C．小车做减速运动D．小车在A点的速度大于在C点的速度解析：以纸带的运动方向为正方向，如果每段长度均匀减小，则表示做匀减速直线运动；如果每段长度均匀增大，则表示做匀加速直线运动．图中以向左为正方向，纸带打出的每段长度不断增加，因此是做加速直线运动．答案：A非选择题5．打点计时器是高中物理中重要的物理实验仪器，如图甲、图乙所示是高中物理实验中常用的两种，请回答下面的问题．(1)图甲是电磁打点计时器，电源采用的是______．(2)图乙是电火花计时器，电源采用的是________．(3)已知打点计时器打出的一条纸带和已选好的计数点0，1，2，3如图丙所示．某同学测量出1，2两点间的距离为x1，2，3两点间的距离为x2，且相邻计数点间的时间间隔为T，由此可计算出小车在1，3两点间的平均速度为________．解析：图甲是电磁打点计时器，电源采用的是4～6V低压交流电源．(2)图乙是电火花计时器，电源采用的是220V交流电源．(3)小车在1，3两点间的平均速度v＝x1＋x22T.答案：(1)4～6V低压交流电源(2)220V交流电源(3)x1＋x22T考点2探究弹力和弹簧伸长的关系、验证力的平行四边形定则单项选择题1.(2019年1月·广东学考)用图所示装置做“平行四边形定则”的实验时，下列说法正确的是()A．拉橡皮筋的细绳套要尽量短些B．分力F1和F2的夹角要尽量大些C．拉橡皮筋、细绳套和测力计应平行于木板D．橡皮筋弹性要好，拉力越大越好解析：A项，细线的长度太短，记录的力的大小和方向偏差会大些，故A错误；B项，根据橡皮筋长度，纸板大小，考虑到要做平行四边形，弹簧秤的示数应适当大些即可，故B错误；C项，拉弹簧秤时必须保证与木板平面平行，若向下摁，弹簧秤与纸板有摩擦，会造成误差，若向上提，拉力与纸板不平行，也会造成误差，故C正确．D项，拉力适当即可，并不是越大越好，故D错误．答案：C2.(2018年6月·广东学考)如图所示，在“验证力的平行四边形定则”实验中，需要将橡皮条的一端固定在水平木板上，另一端系上两根细绳，细绳的另一端都有绳套，实验中需用两个弹簧秤分别钩住绳套，并互成角度的拉橡皮条，在此过程中必须注意的事项是()A．两根细绳必须等长B．保证两弹簧秤示数相等C．橡皮条应与两绳夹角的平分线在同一直线上D．在使用弹簧秤时要注意使弹簧秤与木板平面平行解析：A项，细线的作用是能显示出力的方向，所以不必须等长．故A错误；B项，两弹簧秤示数不一定相等，B错；C项，两细线拉橡皮条时，只要确保拉到同一点即可，不一定橡皮条要在两细线的夹角平分线上．故C错误；D项，在拉弹簧秤时必须要求弹簧秤与木板平面平行，否则会影响力的大小．故D正确．答案：D3.(2018年1月·广东学考)在按照图所示装置进行“验证力的平行四边形定则”的实验时，下列说法正确的是()A．测力计可以不与木板在同一平面内B．作图时可以用细绳的长度作为两个分力的大小C．确定某个分力时，只要记录测力计的读数，不要记录方向D．确定