2020届高考物理二轮复习 专题冲刺 专题复习篇七 力学实验课件

要点提炼1.力学实验的主要思想方法(1)等效法：等效法是将复杂(或抽象)的物理问题转换为熟知(或形象)的物理问题的方法。例如：验证动量守恒定律的实验中，将小球的动量关系等效转换为小球的质量与水平位移乘积间的关系；验证力的平行四边形定则的实验中，用合力与分力效果相同来检验定则是否成立；在测量微小长度的仪器中，螺旋测微器利用等效的思想把微小的直线位移转化为角位移并在较大的圆周上对其进行显示等。(2)控制变量法：所谓控制变量法，就是在研究和解决问题的过程中，对影响事物变化规律的因素或条件加以人为控制，使其中一些条件按照特定的要求发生变化或不发生变化。例如：验证牛顿第二定律等。(3)描迹法：把瞬息即逝的现象(位置、轨迹、图像)记录下来，以便从容地测量、比较、研究的方法。例如：打点计时器打下纸带、频闪照片等。2．实验数据的处理方法(1)列表法：在记录和处理数据时，将数据列成表格的处理方法。优点：数据列表可以简单而又明确地表示各物理量之间的关系，有助于找出物理量之间的规律性的联系。注意事项：①写明表的标题或加上必要的说明。②必须交代清楚表中各符号所表示的物理量的意义，并写明单位。③表中的数据是正确反映测量结果的有效数字。(2)平均值法：将测得的多组数据通过运算求得多个运算结果，将运算结果取算术平均值的处理方法。优点：可减小偶然误差，但对减小系统误差无效。注意事项：①取平均值时按测量仪器的精确程度决定保留的有效数字位数。②注意对测量数据是应先取平均值再运算还是应先运算再对结果取平均值。(3)作图法：通过建立平面直角坐标系，将测得的一系列数据在坐标系中描点、连线，进而利用图线斜率、在坐标轴上的截距、与坐标轴所围面积等获得实验结果的方法。优点：直观、简便，有取平均的效果。容易得出结果、找出规律，还可剔除错误数据。注意事项：①描点时要注意每个坐标轴代表的物理量和单位。②用平滑的线连线时不一定能通过所有的数据点，但要使尽可能多的点落在线上，不能落在线上的点均匀分布在线的两侧，离线较远的点可舍弃。③在图上求直线的斜率时，要选取线上相距较远的两点，不一定要取原来测得的数据点。④作图时常设法使图线线性化，即“化曲为直”。⑤要使作出的图线大致分布在整个坐标图纸上。3．测速度的方法4．测加速度的方法物理考试大纲规定的七个力学实验，包括研究匀变速直线运动、探究弹力和弹簧伸长的关系、验证力的平行四边形定则、验证牛顿运动定律、探究动能定理、验证机械能守恒定律、验证动量守恒定律。这些实验都离不开力、长度、速度或加速度的测量，其中长度的测量可用刻度尺、游标卡尺或螺旋测微器，速度、加速度的测量用纸带法、光电门法等测量，力的测量用测力计、力传感器等。高考考向高考考向1纸带、光电门类实验命题角度1纸带类实验例1(2019·江苏高考)某兴趣小组用如图1所示的装置验证动能定理。(1)有两种工作频率均为50Hz的打点计时器供实验选用：A．电磁打点计时器B．电火花打点计时器为使纸带在运动时受到的阻力较小，应选择________(选填“A”或“B”)。(2)保持长木板水平，将纸带固定在小车后端，纸带穿过打点计时器的限位孔。实验中，为消除摩擦力的影响，在砝码盘中慢慢加入沙子，直到小车开始运动。同学甲认为此时摩擦力的影响已得到消除。同学乙认为还应从盘中取出适量沙子，直至轻推小车观察到小车做匀速运动。看法正确的同学是________(选填“甲”或“乙”)。(3)消除摩擦力的影响后，在砝码盘中加入砝码。接通打点计时器电源，松开小车，小车运动。纸带被打出一系列点，其中的一段如图2所示。图中纸带按实际尺寸画出，纸带上A点的速度vA＝________m/s。(4)测出小车的质量为M，再测出纸带上起点到A点的距离为L。小车动能的变化量可用ΔEk＝12Mv2A算出。砝码盘中砝码的质量为m，重力加速度为g。实验中，小车的质量应________(选填“远大于”“远小于”或“接近”)砝码、砝码盘和沙子的总质量，小车所受合力做的功可用W＝mgL算出。多次测量，若W与ΔEk均基本相等则验证了动能定理。解析(1)电磁打点计时器打点时运动的纸带受到的阻力较大，而电火花打点计时器打点时运动的纸带所受阻力较小，故选B。(2)由于刚开始运动，拉力等于最大静摩擦力，而最大静摩擦力略大于滑动摩擦力，故平衡摩擦力的两种看法中，乙同学正确。(3)取与A点相邻的两点，用毫米刻度尺测出两点之间的距离，如图所示，可测得x＝1.24cm。用这一段的平均速度表示A点的瞬时速度，则vA＝x2T＝1.24×10－22×0.02m/s＝0.31m/s。(4)由题意知，本实验用砝码、砝码盘和沙子的总重力大小表示小车受到的拉力大小，故要求小车的质量应远大于砝码、砝码盘和沙子的总质量。答案(1)B(2)乙(3)0.31(0.30～0.33都算对)(4)远大于(1)高考涉及的纸带类实验广义的纸带类实验除打点计时器纸带外，还包括频闪照相、滴水法等。高考中涉及“纸带”的实验包括：研究匀变速直线运动、验证牛顿运动定律、探究动能定理、验证机械能守恒定律、验证动量守恒定律，以及测量重力加速度、测量动摩擦因数等创新实验。(2)纸带问题的两个关键点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打点计时器的电源，待打点稳定后，再释放纸带。备课记录：1－1(2019·全国卷Ⅰ)某小组利用打点计时器对物块沿倾斜的长木板加速下滑时的运动进行探究。物块拖动纸带下滑，打出的纸带一部分如图所示。已知打点计时器所用交流电的频率为50Hz，纸带上标出的每两个相邻点之间还有4个打出的点未画出。在A、B、C、D、E五个点中，打点计时器最先打出的是________点。在打出C点时物块的速度大小为________m/s(保留三位有效数字)；物块下滑的加速度大小为________m/s2(保留两位有效数字)。答案A0.2330.75解析物块加速下滑，因此打点间距逐渐增大，故先打出A点。打C点时物块的速度大小vC＝xBD2T＝5.85－1.20×10－22×0.1m/s≈0.233m/s。物块下滑的加速度大小a＝xCE－xAC2T2＝9.30－3.15－3.15×10－20.22m/s2＝0.75m/s2。1－2(2020·河南省高三段考)某同学利用如图甲所示装置验证机械能守恒定律。他在打好点的纸带中挑选出一条点迹清晰的纸带，如图乙所示。把打下的第一个点记作0，从0点后某个点开始，依次记为1、2、3…，分别测出各个计时点到0点的距离，已标在图乙中，已知打点计时器打点周期T＝0.02s，当地重力加速度大小g＝9.80m/s2，回答下列问题。(1)这五个数据中有一个不符合测量读数要求，该数据是________(填图乙中的数据，不用写单位)。(2)改正(1)中不符合测量读数要求的数据后，通过该纸带上的数据，可得出重物下落的加速度a＝________m/s2。(3)若重物的质量为0.5kg，从开始下落到打第4个标记点时，重物的机械能损失为________J。(结果保留两位有效数字)(4)在处理纸带时，测出各点的速度v后，描绘v2­h(各点到0点的距离)图象如图丙所示，若选取的重物质量较大而密度不是很大，所受空气阻力会随重物的速度增大而明显增大，则v2­h图象可能是A、B、C中的________。答案(1)12.4(2)9.75(3)0.010(4)C解析(1)根据有效数字规则可知，五个数据中，应保留两位小数，其中数据12.4cm不符合测量读数要求。(2)根据逐差法，利用纸带求解加速度，t＝0.02s，a＝x35－x134T2＝23.47－15.71－15.71－9.514×0.022×10－2m/s2＝9.75m/s2。(3)重物做匀加速直线运动，一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，打第4个标记点的瞬时速度为：v4＝x352T＝23.47－15.71×10－22×0.02m/s＝1.94m/s；下落过程中动能增加量为：ΔEk＝12mv24＝0.9409J；重力势能减少量为：ΔEp＝mgh4＝0.5×9.80×19.41×10－2J＝0.9511J；则机械能损失为：ΔE＝ΔEp－ΔEk＝0.010J。(4)空气阻力随重物的速度增大而明显增大，下落相同的高度Δh时，阻力做功逐渐增大，动能增加量减小，速度平方的增加量减小，故C正确。命题角度2光电门类实验例2(2019·四川南充三诊)气垫导轨上相隔一定距离的两处安装有两个光电传感器A、B，A、B间距为L，滑块P上固定一遮光条，P与遮光条的总质量为M，若光线被遮光条遮挡，光电传感器会输出高电压，两光电传感器采集数据后与计算机相连。滑块在细线的牵引下向左加速运动，遮光条经过光电传感器A、B时，通过计算机可以得到如图乙所示的电压U随时间t变化的图象。(1)实验前，接通气源，将滑块(不挂钩码)置于气垫导轨上，轻推滑块，当图乙中的t1________t2(选填“”“”或“＝”)时，说明气垫导轨已经水平。(2)用螺旋测微器测遮光条宽度d，测量结果如图丙所示，则d＝________mm。(3)将滑块P用细线跨过气垫导轨左端的定滑轮与质量为m的钩码Q相连，将滑块P由图甲所示位置释放，通过计算机得到的图象如图乙所示。利用测定的数据，当关系式2mgLm＋M＝________________成立时，表明在上述过程中，滑块和钩码组成的系统机械能守恒。(重力加速度为g，用题中给定的物理量符号表达)解析(1)轻推滑块，当图乙中的t1＝t2时，说明滑块经过两光电门的速度相等，则气垫导轨已经水平。(2)螺旋测微器的固定刻度读数为8mm，可动刻度读数为0.01×47.6mm＝0.476mm。由读数规则可得d＝8mm＋0.476mm＝8.476mm。(3)滑块经过两光电门时的速度分别为：v1＝dt1；v2＝dt2；若机械能守恒，则满足：mgL＝12(m＋M)v22－12(m＋M)v21，即满足2mgLm＋M＝dt22－dt12。答案(1)＝(2)8.476(3)dt22－dt12(1)涉及光电门的实验包括：验证牛顿运动定律、探究动能定理、验证机械能守恒定律、验证动量守恒定律。(2)光电门的原理当物体通过光电门时光被挡住，计时器开始计时，当物体离开时停止计时，这样就可以根据物体大小与运动时间计算物体运动的速度。①计算速度：如果挡光片的宽度为d，挡光时间为Δt，则物体经过光电门时的瞬时速度v＝dΔt。②计算加速度：利用两光电门的距离L及a＝v22－v212L计算加速度。备课记录：2－1(2019·江苏南通一模)用如图所示的实验装置探究“加速度与合外力、质量的关系”。图中A、B为两个光电门，C为固定在木槽上的遮光条。实验前(不挂钩码)左右移动小木块使木槽能够在长木板上匀速运动。遮光条的宽度为d，两光电门间的距离为x。实验时木槽每次都从同一位置由静止释放，研究对象为木槽(包括内部的砝码)及钩码组成的系统。(1)通过光电计时器读出遮光条通过A、B两个光电门的时间分别是tA、tB，则木槽的加速度是________。(用测量的符号表示)(2)保持悬挂钩码的质量m不变，增加或减少槽内的砝码，测出每次对应的加速度，为了能直观反映在合外力一定的情况下，加速度与质量的关系，应作出a­t________关系图象(M表示槽及槽内砝码的总质量)。A．MB．mC.1MD.1M＋m(3)为了精确测量木槽运动的加速度，甲同学固定光电门B，移动光电门A，然后释放木槽，测出遮光条每次经过光电门A的时间t1；乙同学固定光电门A，移动光电门B，然后释放木槽，测出遮光条每次经过光电门B的时间t2，两位同学根据图象求解系统的加速度。甲同学作出的图象应为下图中的________，乙同学作出的图象应为下图中的________。若甲同学所作图象斜率的绝对值为k，则木槽