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第11講 力學(xué)實驗,1.(2013江蘇單科，11)某興趣小組利用自由落體運動測定重力加速度，實驗裝置如圖1所示。傾斜的球槽中放有若干個小鐵球，閉合開關(guān)K，電磁鐵吸住第1個小球。手動敲擊彈性金屬片M，M與觸頭瞬間分開，第1個小球開始下落，M迅速恢復(fù)，電磁鐵又吸住第2個小球。當(dāng)?shù)?個小球撞擊M時，M與觸頭分開，第2個小球開始下落……這樣，就可測出多個小球下落的總時間。,圖1,(1)在實驗中，下列做法正確的有________。 A.電路中的電源只能選用交流電源 B.實驗前應(yīng)將M調(diào)整到電磁鐵的正下方 C.用直尺測量電磁鐵下端到M的豎直距離作為小球下落的高度 D.手動敲擊M的同時按下秒表開始計時 (2)實驗測得小球下落的高度H＝1.980 m，10個小球下落的總時間T＝6.5 s?？汕蟪鲋亓铀俣萭＝________m/s2。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字),(3)在不增加實驗器材的情況下，請?zhí)岢鰷p小實驗誤差的兩個辦法。 (4)某同學(xué)考慮到電磁鐵在每次斷電后需要時間Δt磁性才消失，因此，每個小球的實際下落時間與它的測量時間相差Δt，這導(dǎo)致實驗誤差。為此，他分別取高度H1和H2，測量n個小球下落的總時間T1和T2。他是否可以利用這兩組數(shù)據(jù)消除Δt對實驗結(jié)果的影響？請推導(dǎo)說明。,答案 (1)BD (2)9.4 (3)增加小球下落的高度；多次重復(fù)實驗，結(jié)果取平均值。(其他答案只要合理也可) (4)可以消除Δt對實驗結(jié)果的影響，推導(dǎo)過程見解析,2.(2014江蘇單科，11)小明通過實驗驗證力的平行四邊形定則。 (1)實驗記錄紙如圖2所示，O點為橡皮筋被拉伸后伸長到的位置，兩彈簧測力計共同作用時，拉力F1和F2的方向分別過P1和P2點；一個彈簧測力計拉橡皮筋時，拉力F3的方向過P3點。三個力的大小分別為：F1＝3.30 N、F2＝3.85 N和F3＝4.25 N。請根據(jù)圖中給出的標(biāo)度作圖求出F1和F2的合力。,圖2,(2)仔細(xì)分析實驗，小明懷疑實驗中的橡皮筋被多次拉伸后彈性發(fā)生了變化，影響實驗結(jié)果。他用彈簧測力計先后兩次將橡皮筋拉伸到相同長度，發(fā)現(xiàn)讀數(shù)不相同，于是進(jìn)一步探究了拉伸過程對橡皮筋彈性的影響。 實驗裝置如圖3甲所示，將一張白紙固定在豎直放置的木板上，橡皮筋的上端固定于O點，下端N掛一重物。用與白紙平行的水平力緩慢地移動N，在白紙上記錄下N的軌跡。重復(fù)上述過程，再次記錄下N的軌跡。,圖3,兩次實驗記錄的軌跡如圖乙所示。過O點作一條直線與軌跡交于a、b兩點，則實驗中橡皮筋分別被拉伸到a和b時所受拉力Fa、Fb的大小關(guān)系為________。,(3)根據(jù)(2)中的實驗，可以得出的實驗結(jié)果有哪些？________。 (填寫選項前的字母) A.橡皮筋的長度與受到的拉力成正比 B.兩次受到的拉力相同時，橡皮筋第2次的長度較長 C.兩次被拉伸到相同長度時，橡皮筋第2次受到的拉力較大 D.兩次受到的拉力相同時，拉力越大，橡皮筋兩次的長度之差越大 (4)根據(jù)小明的上述實驗探究，請對驗證力的平行四邊形定則實驗提出兩點注意事項。,(3)兩次實驗結(jié)果表明：兩次受到的拉力相同時，橡皮筋第2次的長度較長，B對；橡皮筋的長度與受到的拉力不成正比，A錯；兩次被拉伸長度相同時，橡皮筋第1次受到的拉力較大，C錯；兩次受到的拉力相同時，拉力越大，對應(yīng)的θ角越大，兩次的長度之差越大，D對。 (4)見答案。,答案 (1)見右圖，F(xiàn)合＝4.6～4.9都算對 (2)Fa＝Fb (3)BD (4)橡皮筋拉伸不宜過長；選用新橡皮筋。(或：拉力不宜過大；選用彈性好的橡皮筋；換用彈性好的輕彈簧。),3.(2015江蘇單科，11)某同學(xué)探究小磁鐵在銅管中下落時受電磁阻尼作用的運動規(guī)律。實驗裝置如圖4所示，打點計時器的電源為50 Hz的交流電。,圖4,(1)下列實驗操作中，不正確的有________。 A.將銅管豎直地固定在限位孔的正下方 B.紙帶穿過限位孔，壓在復(fù)寫紙下面 C.用手捏緊磁鐵保持靜止，然后輕輕地松開讓磁鐵下落 D.在磁鐵下落的同時接通打點計時器的電源 (2)該同學(xué)按正確的步驟進(jìn)行實驗(記為“實驗①”)，將磁鐵從管口處釋放，打出一條紙帶，取開始下落的一段，確定一合適的點為O點，每隔一個計時點取一個計數(shù)點，標(biāo)為1，2，…，8。用刻度尺量出各計數(shù)點的相鄰兩計時點到O點的距離，記錄在紙帶上，如圖5所示。,圖5,計算相鄰計時點間的平均速度 ，粗略地表示各計數(shù)點的速度，抄入下表。請將表中的數(shù)據(jù)補充完整。,(3)分析上表的實驗數(shù)據(jù)可知：在這段紙帶記錄的時間內(nèi)，磁鐵運動速度的變化情況是__________________；磁鐵受到阻尼作用的變化情況是_______________________________。 (4)該同學(xué)將裝置中的銅管更換為相同尺寸的塑料管，重復(fù)上述實驗操作(記為“實驗②”)，結(jié)果表明磁鐵下落的運動規(guī)律與自由落體運動規(guī)律幾乎相同。請問實驗②是為了說明什么？對比實驗①和②的結(jié)果可得到什么結(jié)論？,答案 (1)CD (2)39.0 (3)逐漸增大到39.8 cm/s且增加的越來越慢 逐漸增大到等于重力 (4)為了說明磁鐵在塑料管中幾乎不受阻尼作用，磁鐵在銅管中受到的阻尼作用主要是電磁阻尼作用,主要題型：填空題 知識熱點 (1)命題規(guī)律 從近三年高考對力學(xué)實驗的考查，處處滲透著新課程信息，試題“來源于教材而不拘泥于教材”。試題側(cè)重對學(xué)生獨立完成實驗的能力的考查，實驗命題并不回避學(xué)生做過的經(jīng)典實驗，只是在經(jīng)典實驗基礎(chǔ)上做有限的變化，考查學(xué)生獨立解決新問題的能力和知識遷移能力，體現(xiàn)新課程倡導(dǎo)的三維目標(biāo)。,(2)題型特點 ①“常規(guī)實驗題”：該小題命題立足教材，側(cè)重考查完成實驗的能力。涉及基本儀器的使用(含讀數(shù))、實驗原理和測量方法的理解、實驗條件的控制、實驗步驟的編排、實驗數(shù)據(jù)的處理、實驗誤差的分析。 ②“能力遷移題”：該命題立足遷移，側(cè)重考查設(shè)計簡單實驗方案的能力。突出實驗原理的遷移、測量方法的遷移、數(shù)據(jù)處理方法的遷移(圖象法和平均值法)等。 ③“創(chuàng)新實驗題”：“新”可以更加有效地考查學(xué)生分析問題的能力，區(qū)分度也很明顯。其實這類題依然是以實驗基礎(chǔ)為依據(jù)，只不過在新的背景、新的命題方式下進(jìn)行考查。,考向一 “紙帶類”實驗(一套裝置、一條紙帶串聯(lián)力學(xué)五個實驗),1.(探究速度隨時間變化的規(guī)律)(2015南京市高三教學(xué)測試)(1)如圖6所示為“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗裝置圖，按照實驗要求應(yīng)該( ),圖6,A.先釋放小車，再接通電源 B.先接通電源，再釋放小車 C.同時釋放小車和接通電源 (2)本實驗必須( ) A.要平衡摩擦力 B.要求懸掛物的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量 C.上述兩項要求都不需要,(3)如圖7為在“探究小車速度隨時間的變化規(guī)律”實驗中，得到的紙帶，從中確定五個計數(shù)點，量得d1＝8.00 cm，d2＝17.99 cm，d3＝30.00 cm，d4＝44.01 cm。每相鄰兩個計數(shù)點間的時間間隔是0.1 s。則打C點時小車的速度vC＝________ m/s，小車的加速度a＝________ m/s2。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字),圖7,答案 (1)B (2)C (3)1.1 2.0,2.(探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系) 某同學(xué)利用如圖8甲所示的裝置探究“加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”。,圖8,(2)在實驗中，利用打點計時器打出了多條紙帶，該同學(xué)選取了其中較為理想的一條進(jìn)行分析，紙帶上A、B、C、D、E、F、G為7個相鄰的計數(shù)點，相鄰計數(shù)點間的時間間隔是0.1 s，距離如圖乙所示，單位是cm，則小車的加速度為________m/s2。(結(jié)果保留三位有效數(shù)字),答案 (1)CD (2)1.59,3.(驗證機械能守恒定律)某同學(xué)利用如圖9所示的裝置來驗證由小車與鉤碼組成的系統(tǒng)機械能守恒,圖9,(1)現(xiàn)提供如下器材： A.小車 B.鉤碼 C.一端帶滑輪的長木板 D.細(xì)繩 E.電火花打點計時器 F.紙帶 G.毫米刻度尺 H.游標(biāo)卡尺 I.低壓交流電源 J.220 V交流電源 實驗中不需要的器材是________(填寫器材前的字母)，還需要的器材是________。 (2)為盡可能消除摩擦力對本實驗的影響，使驗證結(jié)果盡可能準(zhǔn)確，則小車質(zhì)量M和鉤碼質(zhì)量m的關(guān)系應(yīng)該滿足________。 (3)小明和小軍同學(xué)在做該實驗時，小明認(rèn)為只要采用平衡摩擦力的方法將摩擦力平衡掉就可以了，無須滿足(2)問中小車質(zhì)量M和鉤碼質(zhì)量m的關(guān)系，而小軍卻否認(rèn)小明的看法，你認(rèn)為小明的看法________(選填“正確”或“不正確”)，理由是_____________________________________________________。,(4)兩位同學(xué)統(tǒng)一觀點后完成實驗，得到一條紙帶，去掉前面比較密集的點，選擇點跡清晰且便于測量的連續(xù)7個點(標(biāo)號為0～6)，測出相關(guān)距離如圖10所示，要驗證在第2點與第5點時系統(tǒng)的機械能相等，則應(yīng)滿足關(guān)系式____________________________。(設(shè)小車質(zhì)量M，鉤碼質(zhì)量m，打點周期為T),圖10,解析 (1)實驗不需要游標(biāo)卡尺，距離由刻度尺測量，電火花計時器直接使用220 V交流電源，不需要低壓交流電源，不需要的器材是H、I，還需要天平測量鉤碼的質(zhì)量。 (2)為盡可能消除摩擦力對本實驗的影響，使驗證結(jié)果盡可能準(zhǔn)確，則小車質(zhì)量M和鉤碼質(zhì)量m的關(guān)系應(yīng)該滿足M?m，這樣能使摩擦力做的功相對少些，以減少機械能的損失。 (3)小明的看法不正確，因為平衡摩擦力后，摩擦力還做負(fù)功，系統(tǒng)機械能不守恒。,4.(測重力加速度)[2015廣東理綜，34(1)]某同學(xué)使用打點計時器測量當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣取?①請完成以下主要實驗步驟：按圖11(a)安裝實驗器材并連接電源；豎直提起系有重物的紙帶，使重物________(填“靠近”或“遠(yuǎn)離”)計時器下端；________，________，使重物自由下落；關(guān)閉電源，取出紙帶；換新紙帶重復(fù)實驗。 ②圖(b)和(c)是實驗獲得的兩條紙帶，應(yīng)選取________(填“b”或“c”)來計算重力加速度。在實驗操作和數(shù)據(jù)處理都正確的情況下，得到的結(jié)果仍小于當(dāng)?shù)刂亓铀俣?，主要原因是空氣阻力和________________。,圖11,解析 ①為了使紙帶打下的點多一些，豎直提起懸吊重物的紙帶時應(yīng)使重物靠近打點計時器下端，且應(yīng)先接通電流，再釋放紙帶，使重物自由下落。 ②重物下落是勻加速運動，故應(yīng)選“b”來計算重力加速度；重物下落過程中系統(tǒng)受重力，空氣阻力，紙帶與打點計時器間的摩擦力等。 答案 ①靠近 先接通打點計時器電源，再釋放紙帶 ②b 紙帶與打點計時器之間有摩擦,5.(測定動摩擦因數(shù)) 測定木塊與長木板之間的動摩擦因數(shù)時，采用如圖12甲所示的裝置，圖中長木板水平固定。,圖12,(1)實驗過程中，電火花計時器接在頻率為50 Hz的交流電源上。調(diào)整定滑輪高度，使____________________________________。 (2)已知重力加速度為g，測得木塊的質(zhì)量為M，砝碼盤和砝碼的總質(zhì)量為m，木塊的加速度為a，則木塊與長木板間的動摩擦因數(shù)μ＝________。 (3)如圖乙所示為木塊在水平木板上帶動紙帶運動時打出的一條紙帶的一部分，0、1、2、3、4、5、6為計數(shù)點，相鄰兩計數(shù)點間還有4個點未畫出。從紙帶上測出x1＝3.20 cm，x2＝4.52 cm，x5＝8.42 cm，x6＝9.70 cm。則木塊加速度大小a＝________m/s2(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。,考向二 “橡皮條、彈簧”類實驗,6.(2015安徽理綜，21Ⅰ)在“驗證力的平行四邊形定則”實驗中，某同學(xué)用圖釘把白紙固定在水平放置的木板上，將橡皮條的一端固定在板上一點，兩個細(xì)繩套系在橡皮條的另一端。用兩個彈簧測力計分別拉住兩個細(xì)繩套，互成角度地施加拉力，使橡皮條伸長，結(jié)點到達(dá)紙面上某一位置，如圖13所示。請將以下的實驗操作和處理補充完整：,圖13,①用鉛筆描下結(jié)點位置，記為O； ②記錄兩個彈簧測力計的示數(shù)F1和F2，沿每條細(xì)繩(套)的方向用鉛筆分別描出幾個點，用刻度尺把相應(yīng)的點連成線； ③只用一個彈簧測力計，通過細(xì)繩套把橡皮條的結(jié)點仍拉到位置O，記錄測力計的示數(shù)F3，________________； ④按照力的圖示要求，作出拉力F1、F2、F3； ⑤根據(jù)力的平行四邊形定則作出F1和F2的合力F； ⑥比較________的一致程度，若有較大差異，對其原因進(jìn)行分析，并作出相應(yīng)的改進(jìn)后再次進(jìn)行實驗。,解析 ③此步驟中應(yīng)記錄此時拉力的大小和方向，結(jié)合②的操作，③中橫線應(yīng)填寫：沿此時細(xì)繩(套)的方向用鉛筆描出幾個點，用刻度尺把這些點連成直線。⑥要驗證平行四邊形定則，需要比較F與F3的大小，方向是否一致，故⑥中橫線應(yīng)填寫F和F3 答案 ③沿此時細(xì)繩(套)的方向用鉛筆描出幾個點，用刻度尺把這些點連成直線 ⑥F和F3,7.(2015山東理綜，21)某同學(xué)通過下述實驗驗證力的平行四邊形定則。實驗步驟： ①將彈簧秤固定在貼有白紙的豎直木板上，使其軸線沿豎直方向。 ②如圖14甲所示，將環(huán)形橡皮筋一端掛在彈簧秤的秤鉤上，另一端用圓珠筆尖豎直向下拉，直到彈簧秤示數(shù)為某一設(shè)定值時，將橡皮筋兩端的位置標(biāo)記為O1、O2，記錄彈簧秤的示數(shù)F，測量并記錄O1、O2間的距離(即橡皮筋的長度l)。每次將彈簧秤示數(shù)改變0.50 N，測出所對應(yīng)的l，部分?jǐn)?shù)據(jù)如下表所示：,③找出②中F＝2.50 N時橡皮筋兩端的位置，重新標(biāo)記為O、O′，橡皮筋的拉力記為FO O′。,④在秤鉤上涂抹少許潤滑油，將橡皮筋搭在秤鉤上，如圖乙所示。用兩圓珠筆尖成適當(dāng)角度同時拉橡皮筋的兩端，使秤鉤的下端達(dá)到O點，將兩筆尖的位置標(biāo)記為A、B，橡皮筋OA段的拉力記為FOA，OB段的拉力記為FOB。,圖14,完成下列作圖和填空： (1)利用表中數(shù)據(jù)在給出的坐標(biāo)紙上畫出F－l圖線，根據(jù)圖線求得l0＝________cm。,(2)測得OA＝6.00 cm，OB＝7.60 cm，則FOA的大小為________N。,(3)根據(jù)給出的標(biāo)度，作出FOA和FOB的合力F′的圖示。,(4)通過比較F′與______的大小和方向，即可得出實驗結(jié)論。,解析 (1)做出F－l圖象，如圖甲所示，求得直線的截距即為l0，可得l0＝10.0 cm,答案 (1)如圖甲所示 10.0(9.8、9.9、10.1均正確) (2)1.80(1.70～1.90均正確) (3)如圖乙所示 (4)FO O′,高頻考點十二 力學(xué)探究實驗,探究型實驗通常可分為兩類：第一類為通過實驗和實驗數(shù)據(jù)的分析得出物理規(guī)律；第二類為給出實驗規(guī)律，讓你選擇實驗儀器，設(shè)計實驗步驟，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。第一類必須在實驗數(shù)據(jù)上下工夫，根據(jù)數(shù)據(jù)特點，掌握物理量間的關(guān)系，得出實驗規(guī)律；第二類必須從已知規(guī)律入手，正確選擇測量的物理量，根據(jù)問題聯(lián)想相關(guān)的實驗?zāi)Ｐ停_定實驗原理，選擇儀器設(shè)計實驗步驟，記錄實驗數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。,(10分)(2015新課標(biāo)全國卷Ⅰ，22)某物理小組的同學(xué)設(shè)計了一個粗測玩具小車通過凹形橋最低點時的速度的實驗。所用器材有：玩具小車、壓力式托盤秤、凹形橋模擬器(圓弧部分的半徑為R＝0.20 m)。,圖15,完成下列填空： (1)將凹形橋模擬器靜置于托盤秤上，如圖15(a)所示，托盤秤的示數(shù)為1.00 kg； (2)將玩具小車靜置于凹形橋模擬器最低點時，托盤秤的示數(shù)如圖(b)所示，該示數(shù)為________ kg； (3)將小車從凹形橋模擬器某一位置釋放，小車經(jīng)過最低點后滑向另一側(cè)，此過程中托盤秤的最大示數(shù)為m；多次從同一位置釋放小車，記錄各次的m值如下表所示：,(4)根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可求出小車經(jīng)過凹形橋最低點時對橋的壓力為________ N；小車通過最低點時的速度大小為________ m/s。(重力加速度大小取9.80 m/s2，計算結(jié)果保留2位有效數(shù)字),答案 (2)1.40(3分) (4)7.9(3分) 1.4(4分),(10分)某同學(xué)在做“探究小車速度隨時間變化規(guī)律”的實驗時，得到一條點跡清晰的紙帶如圖16，在紙帶上依次選出7個計數(shù)點，分別標(biāo)以O(shè)、A、B、C、D、E和F，每相鄰的兩個計數(shù)點間還有四個點未畫出，打點計時器所用電源的頻率是50 Hz。,圖16,(1)如果測得C、D兩點間距s4＝2.70 cm，D、E兩點間距s5＝2.90 cm，則據(jù)此數(shù)據(jù)計算在打D點時小車的速度公式____________，小車的速度值vD＝________m/s。(保留三位有效數(shù)字),(2)該同學(xué)分別算出在打其他點時小車的速度：vA＝0.220 m/s，vB＝0.241 m/s，vC＝0.258 m/s，vE＝0.300 m/s，請設(shè)計實驗數(shù)據(jù)記錄表格填入框中，并在坐標(biāo)系中作出小車運動的v－t圖象，設(shè)O點為計時起點。,(3)由所作v－t圖象判斷，小車所做的運動為________________。,(3)勻加速直線運動(2分),