2019年高考物理二轮复习专题17力学实验讲含解析2.pdf
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1、力学实验力学实验 实验 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:验证力的平等四边形定 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、 游标卡尺、 螺旋测微器、天平、秒表、电火花计时器或电磁打点 计时器、弹簧秤、电流表、电压表、多用电表、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,知道系统误差和偶然误差;知道用多次测量 求平均值的方法减少偶然误差;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
2、的结果。间接测量的有效数字运算不作要求。 纵观近几年高考试题,预测 2019 年物理高考试题还会考: 1、高考对于基本仪器的读数作为基础知识考查频率较高。在力学部分,考查的实验仪器主要有弹簧测力计、 秒表、螺旋测微器、游标卡尺,大多数时候是填空题,注意估读和误差分析。 2、力学中有多个实验都要用到打点计时器,能否正确使用打点计时器,并根据纸带进行正确的数据运算,是 能否完成这些实验的关键,利用纸带直接测量的时间和位移,可以计算研究对象的瞬时速度和加速度,若 结合其它物理量的测量,还可以解决与上面这些量直接有关或间接有关的问题,例如 : 计算动能、重力势能、 动摩擦因数、功率、转速等,从而延伸出
3、很多与纸带有关的力学实验。 3、图象法是一种重要的实验数据处理方法图象具有既能描述物理规律,又能直观地反映物理过程、表示 物理量之间定性定量关系及变化趋势的优点当前高考试题对数据处理、结果分析考查的频率较高。 考向 01 长度的测量考向 01 长度的测量 1.讲高考1.讲高考 (1)考纲要求 掌握螺旋测微器和游标卡尺的原理及读数方法 (2)命题规律 高考对于基本仪器的读数作为基础知识考查频率较高。在力学部分,考查的实验仪器主要有弹簧测力计、 秒表、螺旋测微器、游标卡尺,大多数时候是填空题,注意估读和误差分析。 考点定位】验证力的平行四 边形定则 【名师点睛】验证力的平行四边形定则中的作图法要注
4、意标明:力的标度、刻度、方向箭头、大小和物理 量名称。 考点定位】验证机械能守恒 【方法技巧】本题重在考查实验的误差分析,空气阻力的影响是使得一部分势能转化为内能,势能的减少 量大于动能的增加量。 2讲基础2讲基础 (1)误差和有效数字 误差: 误 差产生原因大小特点减小方法 系统误差实验仪器不精确 实验原理不完善 实验方法粗略 总是偏大 或偏小 更新仪器 完善原理 改进方法 偶然误差测量、读数 不准确 可大可小画图像或 取平均值 有效数字 定义:带有一位不可靠数字的近似数字。有效数字的最后一位是测量者估读出来的,是误差的来源。 从数字左边第一个不为零的数字算起,如 0.0643 为三位有效数
5、字。 (2)长度的测量 毫米刻度尺的读数:精确到毫米,估读一位。 游标卡尺的读数: 游标尺/mm 刻度 格数 刻度 总长度 每小格与 1 毫米差 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 1090.10.1主尺上读的毫米数+0.1n 20190.050.05主尺上读的毫米数+0.05n 50490.020.02主尺上读的毫米数+0.02n 螺旋测微器的读数: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)力学实验分类 应用性实验 (a)游标卡尺的使用 (b)螺旋测微器的使用 验证性实验: (a)验证力的平行四边形定则; (
6、b)验证牛顿运动定律; (c)验证机械能守恒定律。 探究性实验: (a)研究匀变速直线运动 (b)探究弹力与弹簧伸长的关系; (c)探究动能定理; 3讲典例3讲典例 案例 1案例 1(1)图甲中游标卡尺读数为 cm,图乙中螺旋测微器读数为 mm。 (2)利用图所示装置进行验证机械能守恒定律的实验时,需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬 时速度 v 和下落高度 h某班同学利用实验得到的纸带,设计了以下的四种测量方案: A用刻度尺测出物体下落的高度 h,并测出下落时间 t,通过 vgt 计算出瞬时速度 v B用刻度尺测出物体下落的高度 h,并通过 v计算出瞬时速度 v2gh C 根据做匀变速
7、直线运动时纸带上某点的瞬时速度等于这点前后相邻两点间的平均速度, 测算出瞬时速度v, 并通过 hv2/2g 计算出高度 h D用刻度尺测出物体下落的高度 h,根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度,等于这点前后相邻 两点间的平均速度,测算出瞬时速度 v 以上方案中只有一种正确,正确的是_ (填入相应的字母) 在实验中,某同学根据实验测得的数据,通过计算发现,重锤在下落过程中,重锤动能的增加量略大于重 锤势能的减少量,若实验测量与计算均无错误,则出现这一问题的原因可能是( ) A重锤的质量偏大 B交流电源的电压偏高 C交流电源的频率小于 50 Hz D重锤下落时受到的阻力过大 【答案】 (1
8、)0660;8800(2)D;C 【解析】 试题分析:(1)游标卡尺读数为 螺旋测微器的读数为 考点:验证机械能守恒定律的实验 【名师点睛】解决实验问题首先要掌握该实验原理,了解实验的仪器、操作步骤和数据处理以及注意事 项该实验是验证机械能守恒定律的实验因为我们知道自由落体运动只受重力,机械能就守恒如果把 重物看成自由落体运动,再运用自由落体的规律求解速度,那么就不需要验证呢 考点:考查测量动摩擦因数 【名师点睛】基于牛顿第二定律和匀变速直线运动、动能定理结合的一个创新型测量实验. 【趁热打铁】【趁热打铁】某同学为验证“动能定理”设计了如图 1 所示的实验装置:用一个电磁铁吸住一个小钢球; 当
9、将电磁铁断电后,小钢球由静止开始向下加速运动;小钢球经过光电门时,计时装置将记录小钢球通过 光电门所用的时间 t,用游标卡尺测出小钢球的直径 d,用直尺测量出小钢球由静止开始下降至光电门时的 高度 h,当地的重力加速度为 g,那么 (1)测量小钢球的直径结果如图 1 所示,则小钢球的直径 d= cm (2)忽略了空气阻力的影响,该同学验证“动能定理”的表达式为 (用题中字母表示) (3)如果用这套装置验证机械能守恒定律,下面的做法能提高实验精度的是 A在保证其他条件不变的情况下,减小小球的直径 B在保证其他条件不变的情况下,增大小球的直径 C在保证其他条件不变的情况下,增大小球的质量 D在保证
10、其他条件不变的情况下,减小小球的质量 【答案】 (1)1326(2)(3)AC 【解析】 【详解】 考点:验证动能定理 【名师点睛】 本题难点在于第三问,要明确实验的原理,综合不考虑空气阻力和考虑空气阻力两种情况,分别列动能定 理来讨论。 主要实验步骤如下: a安装好实验器材。接通电源后,让拖着纸带的小车沿长木板运动,重复几次。 b选出一条点迹清晰的纸带,找一个合适的点当作计时起点O(t=0) ,然后每隔相同的时间间隔T选取一 个计数点,如图 2 中A、B、C、D、E、F所示。 c通过测量、计算可以得到在打A、B、C、D、E点时小车的速度,分别记作v1、v2、v3、v4、v5 d以速度v为纵轴
11、、时间t为横轴建立直角坐标系,在坐标纸上描点,如图 3 所示。 结合上述实验步骤,请你完成下列任务: (1)在下列仪器和器材中,还需要使用的有_和_(填选项前的字母)。 A电压合适的 50 Hz 交流电源 B电压可调的直流电源 C刻度尺 D秒表 E天平(含砝码) (2) 在图 3 中已标出计数点A、B、D、E对应的坐标点, 请在该图中标出计数点C对应的坐标点, 并画出v-t 图像_。 (3)观察v-t图像,可以判断小车做匀变速直线运动,其依据是_。v-t图像斜率的物理意义是 _。 (4)描绘v-t图像前,还不知道小车是否做匀变速直线运动。用平均速度表示各计数点的瞬时速度,从 理论上讲,对t的要
12、求是_(选填“越小越好”或“与大小无关”);从实验的角度看,选取的x 大小与速度测量的误差_(选填“有关”或“无关”)。 (5)早在 16 世纪末,伽利略就猜想落体运动的速度应该是均匀变化的。当时只能靠滴水计时,为此他设 计了如图 4 所示的“斜面实验” ,反复做了上百次,验证了他的猜想。请你结合匀变速直线运动的知识,分 析说明如何利用伽利略“斜面实验”检验小球的速度是随时间均匀变化的_。 【来源】2018 年全国普通高等学校招生统一考试物理(北京卷) 【答案】 A C 如图所示: 小车的速度随时间均匀变化 加速度 越小越好 有关 如果小球 的初速度为 0,其速度,那么它通过的位移xt2。因此
13、,只要 测量小球通过不同位移所用的时间, 就可以检验小球的速度是否随时间均匀变化。 (2)利用所给点迹描点连线,得图像 其中 C 点的横坐标为 3T,纵坐标为 (3)结合图像可以看出小球速度随时间均匀变化,所以小球做匀加速运动,图像的斜率代表了运动时的加 速度 (4) 越小,则 越接近计数点的瞬时速度,所以越小越好,计算速度需要用到 的测量值,所以 大小与速度测量的误差有关。 点睛:本题考查了速度与与时间得关系,速度没有办法直接测量,所以要利用物理关系转化,转换成我们 能够测量的量,然后在来验证速度与时间得关系。 考点定位】实验验证机械能守恒定律 【名师点睛】本题的难点是对实验原理的理解。 考
14、点定位】研究小车的匀变速直线运动实验 【名师点睛】此题是一道考查研究小车的匀变速直线运动的常规实验题;注意不要把此实验与验证牛顿第 二定律的实验相混淆;在验证牛顿第二定律的实验中,要求小车的质量远大于钩码的质量和平衡小车与长 木板间的摩擦力,但在此实验中是不必要的;此题考查学生对力学基本实验的掌握情况。 2讲基础2讲基础 (1)利用纸带判断物体的运动情况 点迹密集的地方表示纸带运动的速度小,点稀疏的地方表示速度大。 若点与点之间的距离相等,就可判断物体做匀速运动,若点与点间距越来越大,则物体做加速运动,反 之做减速运动. 位移x:指两个计数点之间的距离,一般可用刻度尺测量得到。 (2)平均速度
15、和瞬时速度的计算 平均速度:两点间平均速,这里x可以用直尺测量出两点间的距离,t为两点间的时间隔数 t x v 与两点间时间间隔的乘积。 在匀变速直线运动中,某点的瞬时速度可以由此点前后两点间的平均速度表示 如图所示, 或 (3)如何通过纸带确定物体做匀变速运动的加速度? 常用的有四种方法: 粗略计算法:或 2 T x a 利用“逐差法”求加速度。 先求出第n点时纸带的瞬时速度 (一般要 5 点以上),然后作出 图象,用图象的斜率求物体运动的加速 度。 3讲典例3讲典例 案例 1案例 1某同学利用图甲所示的实验装置,探究物块在水平桌面上的运动规律物块在重物的牵引下开始运 动,重物落地后,物块再
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- 2019 年高 物理 二轮 复习 专题 17 力学 实验 解析
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