（江苏专用）2020版高考物理二轮复习 专题六 第一讲 力学实验课件

专题六物理实验第一讲力学实验考点一基本仪器的使用和读数(一)长度测量类仪器1．游标卡尺的读数游标尺(mm)精度(mm)测量结果(游标尺上第n个刻线与主尺上的某刻度线对正时)(mm)刻度格数刻度总长度每小格与1毫米差1090.10.1主尺上读的毫米数＋0.1n20190.050.05主尺上读的毫米数＋0.05n50490.020.02主尺上读的毫米数＋0.02n2．螺旋测微器的读数(1)测量值＝固定刻度整毫米数＋半毫米数＋可动刻度读数(含估读)×0.01mm。(2)螺旋测微器读数时，要注意固定刻度尺上的半刻度线是否露出及最后结果的有效数字位数。(3)注意题目要求的单位是否为mm，若不是则先以mm为单位读数，然后再转换为题目要求的单位。(4)螺旋测微器常有“零”误差出现，此时要注意测量的实际结果的修正方法。(二)时间测量类仪器1．打点计时器计时器种类工作电源电压打点间隔电磁打点计时器交流50Hz,4～6V0.02s电火花计时器交流50Hz，220V0.02s2．频闪照相机其作用和处理方法与打点计时器类似，它是用等时间间隔获取图像信息的方法，将物体在不同时刻的位置记录下来，使用时要明确频闪的时间间隔。[对点训练]1．图甲为一游标卡尺的结构示意图，当测量一钢笔帽的内径时，应该用游标卡尺的________(填“A”“B”或“C”)进行测量；示数如图乙所示，该钢笔帽的内径为________mm。解析：测量尺寸较小管件的内径时用游标卡尺的内测量爪A进行测量；测量尺寸较小管件的外径时用游标卡尺的外测量爪B进行测量；测量深度时用游标卡尺的深度尺C进行测量。钢笔帽的内径为：11mm＋6×0.05mm＝11.30mm。答案：A11.302．下图中游标卡尺读数为________cm；螺旋测微器的读数是________mm。解析：游标卡尺的读数为102mm＋8×0.05mm＝102.40mm＝10.240cm螺旋测微器的读数为5.5mm＋4.5×0.01mm＝5.545mm。答案：10.2405.545(5.545～5.548均可)考点二“力和运动”类实验(一)掌握实验基本技能1．由纸带求瞬时速度做匀变速运动的物体在一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度。如图所示，求纸带上某一点的瞬时速度，只需在这一点的前后各取相同时间间隔T的两段位移xn和xn＋1，则打n点时的速度vn＝xn＋xn＋12T。2．由纸带求加速度(1)逐差法：如图所示，由xn－xm＝(n－m)aT2可得：a1＝x4－x13T2，a2＝x5－x23T2，a3＝x6－x33T2，所以a＝a1＋a2＋a33＝x4＋x5＋x6－x1－x2－x39T2。(2)图像法：①由vn＝xn＋xn＋12T，求出相应点的速度。②确定各计数点的坐标值(T，v1)，(2T，v2)，…，(nT，vn)。③画出v­t图像，图线的斜率为物体做匀变速直线运动的加速度。3．验证力的平行四边形定则的操作关键(1)每次拉伸，结点位置O必须保持不变。(2)记下每次各力的大小和方向。(3)画力的图示时应选择适当的标度。(二)谨记数据处理注意事项1．利用纸带求速度、加速度时的注意事项(1)计数点间的时间间隔，是0.02s，还是0.02s×n。(2)注意点间距的单位和题目中要求的a、v单位是否一致。2．刻度尺及弹簧测力计的读数(1)以mm为最小刻度值的刻度尺，要估读到mm的十分位。(2)弹簧测力计读数时要先看量程和分度值，再根据指针所指的位置读出所测力的大小。如分度值为0.1N，则要估读，即有两位小数，如分度值为0.2N，则小数点后只能有一位小数。3．在验证力的平行四边形定则的实验中，利用平行四边形定则求得的合力与测得的合力一般不完全重合。[对点训练]1．(2019·江苏七市调研)验证“力的平行四边形定则”，如图所示，实验步骤如下：①用两个相同的弹簧测力计互成角度拉细绳套，使橡皮条伸长，结点到达纸面上某一位置，记为O1；②记录两个弹簧测力计的拉力F1和F2的大小和方向；③只用一个弹簧测力计，将结点仍拉到位置O1，记录弹簧测力计的拉力F3的大小和方向；④按照力的图示要求，作出拉力F1、F2、F3；⑤根据力的平行四边形定则作出F1和F2的合力F；⑥比较F3和F的一致程度。(1)下列说法中正确的是________。A．应使橡皮条与两绳夹角的平分线在同一直线上B．为了便于计算合力大小，两绳间夹角应取30°、45°、90°等特殊角度C．系在橡皮条末端的两绳要一样长D．同时改变两个弹簧测力计的拉力，结点可能保持在位置O1(2)改变F1、F2，重复步骤①至⑥进行第二次实验，记下结点位置O2，位置O2________(选填“必须”或“不必”)与位置O1相同。(3)实验记录纸如图所示，两弹簧测力计共同作用时，拉力F1和F2的方向分别过P1和P2点；两个力的大小分别为：F1＝3.0N，F2＝3.5N。请根据图中给出的标度作出F1和F2的合力，测得合力F＝________N。(4)实验中，用两个弹簧测力计同时拉，两绳夹角小于90°，一个弹簧测力计示数接近量程，另一个超过量程的一半。请说明这样操作________(选填“合理”或“不合理”)，理由是________________________________________________________________________。解析：(1)本实验要验证力合成的平行四边形定则，只有两分力大小相等时，橡皮条与两绳夹角的平分线在同一直线上，而本实验对两个分力大小没有要求，只需要同一实验中力的作用效果相同即可，A错误；本实验属于验证实验，不需要取特殊角度，B错误；细绳只是为了连接测力计和橡皮条的，长短没有要求，适当即可，C错误；同时改变两个分力大小，合力可能保持不变，结点仍在位置O1，D正确。(2)实验只需保证每一次实验中合力与分力作用效果相同，不同实验中力的作用效果可以不同，所以位置O2与位置O1不必相同。(3)根据力的图示做出图像如下：并测量得到合力大小为4N。(4)两绳夹角小于90°，一个弹簧测力计示数接近量程，另一个超过量程的一半，实验操作不合理。因为两分力夹角为锐角时，合力大小大于分力，一个分力已经接近量程，那么只用一个弹簧测力计拉时(合力大小)会超过其量程。答案：(1)D(2)不必(3)见解析图4(4)不合理只用一个弹簧测力计拉时会超过其量程2．(2019·南京、盐城一模)某同学利用图甲所示的实验装置，探究加速度与力、质量的关系。实验中打点计时器电源的频率为50Hz。(1)实验过程中，某同学由于操作不慎，当砝码盘及砝码下降一段时间后，某同学用手托住，小车继续拖着纸带在木板上运动，但没有到达滑轮处。打出的纸带如图乙所示，从纸带上点迹分析，该同学在实验操作中存在的问题可能是________。(2)图乙中，相邻两计数点间的时间间隔为0.1s。则计数点3对应的速度大小是______m/s，小车减速运动过程中加速度的大小是________m/s2。(结果保留两位有效数字)(3)该实验中，改变拉力或小车质量后，在实际操作过程中，对小车所放的位置、接通电源与放开小车的先后顺序及小车运动的控制等描述，你认为正确的是________。A．小车应尽量远离打点计时器，先放开小车后接通电源，在小车到达滑轮前按住小车B．小车应尽量靠近打点计时器，先接通电源后放开小车，让小车一直到与滑轮相撞为止C．小车应尽量靠近打点计时器，先接通电源后放开小车，在小车到达滑轮前按住小车D．小车应尽量放在打点计时器与滑轮的中间，先接通电源后放开小车，在小车到达滑轮前按住小车(4)某同学用正确的实验方法，采集到若干组实验数据，并作出如图丙所示的a­M图像，但无法准确直观得出a­M之间的关系。为了探究合力一定，物体加速度a与质量M的关系，应将a­M图像进行转换，现请你在图丁中作出转换后的图像。解析：(1)由题意知，第5点以后，间距是逐渐减小的，显然小车在做减速直线运动，那么小车受到摩擦阻力，则实验时未平衡摩擦力或平衡不足。(2)打下3点的速度v3＝v24＝2.51＋3.51×10－22×0.1m/s＝0.30m/s，用逐差法求加速度a＝s5－s72T2＝4.20－3.41×10－22×0.12m/s2＝0.40m/s2。(3)根据打点计时器的使用要求，应先通电再释放小车，且小车应尽量靠近打点计时器，为保护实验器材应在小车到达滑轮前按住小车，故选项C合理。(4)由于反比例函数图像所含的信息量丰富，且曲线所反应的是什么数学函数式并不清楚，所以若画的图像是a­1M且是过原点的直线的话，就可以证明加速度与质量成反比了，改进后的坐标及图像如图所示。答案：(1)没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够(2)0.300.40(3)C(4)见解析图考点三“能量类”实验(一)探究动能定理的实验思路测出物体运动过程中合力的功，测出做功始末物体的速度、物体的质量，计算出做功始末物体动能增量，比较动能增量与合力的功，看两者是否相等。或作出动能增量与合力的功关系图像，看图像是否为过原点的倾斜直线。(二)验证机械能守恒定律的实验思路物体只在重力做功的情况下运动，测出运动过程中两个状态的速度，算出减少的重力势能与增加的动能，比较两者是否相等。或作出重力势能减少量与动能增加量关系图像，看图像是否为过原点的倾斜直线。运动物体质量是否需测出，视具体实验而定。(三)不同的实验，平衡摩擦力的目的也不相同1．在探究a与F、m的定量关系的实验中，平衡摩擦力的目的是为使细线的拉力作为小车的合外力。2．在探究做功与动能变化的关系时，为了使橡皮筋对小车所做的功为总功，应平衡小车的摩擦力。[对点训练]1．(2019·江苏高考)某兴趣小组用如图甲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，其中的一段如图乙所示。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＝12MvA2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计时时振针与纸带之间的摩擦较大；电火花打点计时器是电磁脉冲产生的电火花在纸带上打点，纸带所受阻力较小，故选B项。(2)由于刚开始运动，拉力克服最大静摩擦力，而最大静摩擦力略大于滑动摩擦力，故平衡摩擦力的两种说法中，乙同学正确。(3)在匀变速直线运动中，中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度。用刻度尺量出A左侧第一个点与A右侧第一个点之间的距离l＝1.24cm，再除以0.02s×2＝0.04s，可得vA＝0.31m/s。(4)本实验中砝码的重力应该是小车所受的合外力。只有当小车的质量远大于砝码盘、砝码以及沙子的总质量时，才可以将砝码的重力当成小车受到的合外力。答案：(1)B(2)乙(3)0.31(0.30～0.33都算对)(4)远大于2．用如图甲所示的实验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒。m2从高处由静止开始下落，m1上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律。图乙给出的是实验中获取的一条纸带，0是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有4个打下的点(图