《高中物理力学实验专题..pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《高中物理力学实验专题..pdf(4页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、高中物理力学实验专题 高中物理考试说明中确定的力学实验有: 1.研究匀变速直线运动 2.探究弹力和弹簧伸长的关系 3.验证力的平行四边形定则 4.验证牛顿运动定律、探究动能定理 5.验证机械能守恒定律。 其中有四个实验与纸带的处理有关,可见力学实验部分应以纸带的处理,打点计 时器的应用为核心来展开复习。近几年力学实验中与纸带处理相关的实验、力学创新 实验是高考的热点内容,以分组或演示实验为背景,考查对实验方法的领悟情况、灵 活运用学过的实验方法设计新的实验是高考实验题的新趋势。要求考生掌握常规实验 的数据处理方法,能将课本中分组实验和演示实验的实验原理、实验方法迁移到新的 背景中,深刻理解物理
2、概念和规律,并能灵活运用,要求考生有较强的创新能力。 在复习过程中,应以掌握常规实验原理、实验方法、规范操作程序、数据处理方 法等为本,同时从常规实验中,有意识的、积极的提取、积累一些有价值的方法。逐 步过渡到灵活运用学过的实验方法设计新的实验。 (一)打点计时器系列实验中纸带的处理 1纸带的选取: 一般实验应用点迹清晰、无漏点的纸带中选取有足够多点的一段作为实验纸带。 在“ 验证机械能守恒定律 ” 实验中还要求纸带包含第一、二点,并且第一、二两点距离 接近 2.0mm。 2根据纸带上点的密集程度选取计数点。 打点计时器每打n 个点取一个计数点,则计数点时间间隔为n 个打点时间间隔, 即 T=
3、0.02n(s) 。一般取 n5,此时 T=0.10s 。 3测量计数点间距离。 为了测量、计算的方便和减小偶然误差的考虑,测量距离时不要分段测量,尽可 能一次测量完毕,即测量计数起点到其它各计数点的距离。如图所示,则由图可得: 1 sSI, 12 ssSII III S, 23 ssSIII, 34 ssSIV, 45 ssSV, 56 ssSVI 4判定物体运动的性质: 若 I S 、 II S 、 III S、 IV S、 V S 、 VI S 基本相等,则可判定物体在实验误差范围内作匀 速直线运动。 设 s1= II S I S ,s2= II S ,s3= IV S III S,s4
4、= V S IV S ,s5= VI S V S 若s1、s2、s3、s4、s5基本相等,则可判定物体在实验误差范围内作匀变速 直线运动。 测定第 n 点的瞬时速度。 物体作匀变速直线运动时,在某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度。 即测出第 n 点的相邻的前、后两段相等时间T内的距离,由平均速度公式就可求得, 如上图中第 4 点的瞬时速度为: T ss T SS v VIV 22 35 4 。 测定作匀变速直线运动物体的加速度,一般用逐差法求加速度。 将如上图所示的连续相等时间间隔T 内的位移 I S 、 II S 、 III S、 IV S、 V S 、 VI S 分 成两组,利用
5、2 aTs可得: 21 3T SS a IIV 、 22 3T SS a IIV 、 23 3T SS a IIIVI ,再算出 的 1 a 、 2 a 、 3 a 平均值,即: 3 321 aaa a就是所测定作匀变速直线运动物体的加速 度。若为奇数组数据则将中间一组去掉,然后再将数据分组利用逐差法求解。 s6 3 6 2 1 0 s5 s4 s3 s2 s1 SSSSSS (二)设计性实验的设计思路与典例分析 【例题 1】做匀加速直线运动的小车,牵引一条纸带通过打点计时器,交流电源的频 率为 50Hz,由纸带上打出的某一点开始,每5 个点剪下一段纸带,按图所示,使每一 条纸带下端与 x 轴
6、重合,左边与 y 轴平行,将纸带段粘贴在 直角坐标系中,则小车运动的加速度是m/s2(保 留两位有效数字)。 【命题意图】 本题考查了匀变速直线运动的纸带处理,同时 还要明确计数点的选取以及相隔时间的计算问题。要求学生 能把常见的纸带数据处理中的数据与图中纸带的长度建立联系,获得相关数据,然后 求得实验结果。 【解析】由题意可得,每段纸带的长度就是相邻相等时间间隔内小车的位移,由图示 数据可得ms 3 105.7,而相隔时间为 T0.025s0.1s,根据 2 aTs,可得小 车的加速度为: 2 /75.0sma。 【变式题】(2006年上海)伽利略通过研究自由落体和物块沿光滑斜面的运动,首次
7、 发现了匀加速运动规律。伽利略假设物块沿斜面运动与物块 自由下落遵从同样的法则,他在斜面上用刻度表示物块滑下 的路程,并测出物块通过相应路程的时间,然后用图线表示 整个运动过程,如图所示。图中OA表示测得的时间,矩形 OAED 的面积表示该时间内物块经过的路程,则图中OD的长 度表示。P为DE 的中点,连接 OP且延长交 AE的延长线于 B,则AB的 题目要求和给 出的条件 演示和分组实 验的实验原理 物理规律和原 理 基本仪器的使 用知识 需测物理量 和所需器材 实验步骤 数据处理 实验原理 实验结论及 误差分析 x 0 1 2 3 4 5 6 22.5 30.0 37.5 45.0 52.
8、5 y/mm 60.0 A C O D P E B 长度表示。 【解析】 OA时间段的平均速度; A时刻的瞬时速度。 【例题 2】 (2002 年广东)一个有一定厚度的圆盘,可以绕通过中心的水平轴转动。 用下面的方法测量它匀速转动时的角速度。 实验器材:电磁打点计时器,米尺,纸带,复写纸片。 实验步骤:如图所示,将电磁打点计时器固定在桌面上, 将纸带的一端穿过打点计时器的限位孔后,固定在待测圆盘的侧面上,使得圆盘转动 时,纸带可以卷在圆盘侧面上。 启动控制装置使圆盘转动,同时接通电源,打点计时器开始打点。 经过一段时间,停止转动和打点,取下纸带,进行测量。 由已知量和测得量表示的角速度的表达式
9、为=_ _。式中各量 的意义是: _。 某次实验测得圆盘半径r=5.50 10 -2m,得到的纸带的一段如图所示。求得的角 速度为 _。 【命题意图】利用打点计时器求转盘的角速度,这是本题的创新之处,转盘边缘的线 速度与纸带的线速度相等是解决本题的关键。此题的实验器材、和实验步骤题干中已 经给出,不需考生自己设计,对于此类常规试题略加变化的创新题型,能否有效排除 干扰信息,直指问题关键是高考考查能力的一种全新命题方式。本题也可以在实验器 材及实验步骤设计上进行深化考查,从而变成设计性实验。 【解析】设 T 为电磁打点计时器打点的时间间隔,r 为圆盘的半径, x1、x2分别是纸 带上选定的两点所对应的米尺上的刻度值,n 为选定的两点间的打点数(含两点) 。则 纸带的速度为 Tn xx v )1( 12 ,由于纸带与圆盘之间不打滑,则圆盘边缘的线速度亦为 Tn xx v )1( 12 ,由匀速圆周运动的规律有rv /,联立上面两式可得圆盘匀速转动时 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 单位: cm
链接地址:https://www.31doc.com/p-5233567.html