2019年高考物理二轮复习专题17力学实验（讲）（含解析）.doc

1、1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的结果。间接测量的有效数字运算不作要求。纵观近几年

2、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

3、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1.讲高考（1）考纲要求2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

4、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（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

5、 n 个刻线与主尺上的某刻度线对正时)/mm 10 9 0.1 0.1 主尺上读的毫米数+0.1n320 19 0.05 0.05 主尺上读的毫米数+0.05n50 49 0.02 0.02 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;(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讲典例案例 1（1）图甲中游标卡尺读数

6、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：4A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 vB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 v2ghC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，并通过 hv 2/2g 计算出高度 hD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

7、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 HzD重锤下落时受到的阻力过大【答案】 （1）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5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

8、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】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

9、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 6A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

10、，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。7c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、 v5d以速度 v 为纵轴、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

11、)（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”)。8（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

12、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 x t2。因此，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9（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

13、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

14、查学生对力学基本实验的掌握情况。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txv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10（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

15、计算法： 或2Txa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，物块再运动一段距离停在桌面上（尚未到达滑轮处） 从纸带上便于测量的点开始，每 5 个点取 1 个计数点，相邻计数点间的距离如图乙所示打点计时器电源的频率为 50Hz（1）通过分析纸带数据，可判断物块在相邻计数点_和_之间某时刻开始减速（2）计数点 5 对应的速度大小为_m/s，计数点 6 对应的速度大小为_m/s （保留三位有效数字

16、）（3）物块减速运动过程中加速度的大小为 a=_m/s2，若用 来计算物块与桌面间的动摩擦因数（g为重力加速度） ，则计算结果比动摩擦因数的真实值_（填“偏大”或“偏小” ） 【答案】 6；7；1.00；1.20；2.00，偏大【解析】试题分析：（1）据题意，从纸带上相邻计数点距离可以看出，1-5 点间均已 2cm 增加，7 点之后均已 2cm减少，故从 6、7 点开始减速；（2）计数点 5 对应的速度等于 4-6 的平均速度，为： ；11计数点 6 的速度为 ；（3）据逐差法有： ；由于加速阶段有：，减速阶段有： ，整理得： ，由于 ，所以 ，故偏大。 【趁热打铁】验证机械能守恒定律的实验装

17、置如图甲所示安装打点计时器时，应使打点计时器的平面处在 平面内，且两个纸带限位孔的连线处在 方向上图乙为实验所得的一条纸带，在纸带上选取了点迹清晰、连续的 3 个点 A、B、C，测出 A、B、C 与起始点 O 之间的距离分别为 h1，h 2，h 3已知打点周期为 T，当地重力加速度为 g甲、乙两同学分别用表达式vB=g（4T）、v B= 来计算 B 的速度那么，其中 同学的计算方法更符合实验的要求本实验中产生系统误差的主要原因是 【答案】 竖直,竖直乙重锤下落过程中受到阻力的作用【解析】（3）重锤在下落过程中由于纸带与限位孔间存在阻力、重锤受到空气阻力作用，重锤下落过程中要克服阻力做功，机械能

18、有损失，使实验存在误差，则本实验中产生系统误差的主要原因是：重锤下落过程中受到阻力作用考点：验证机械能守恒定律12【名师点睛】由于重锤在下落过程中要克服阻力做功，使系统的机械能减小，造成系统误差，为了减小误差，打点计时器所在面需竖直，重锤选择质量大一些，体积小一些的案例 2在验证机械能守恒定律实验中，两实验小组同学分别采用了如图甲和乙所示的装置，采用两种不同的实验方案进行实验。（1）在甲图中,下落物体应选择密度_（选填“大”或“小” ）的重物;在乙图中,两个重物的质量关系是 _ （选填“” 、 “=”或“（2）天平（3）0780（4） ，h 为 下降的高度，v 为对应时刻的速度1m【解析】试题

19、分析：（1）为了减小实验的误差，乙图是验证系统机械能是否守恒， 向下运动， 向上运动，所1m213以 。12m（4）根据系统机械能守恒可以得到： ，h 为 下降的高度，v 为对应时刻1m的速度。 【错因】我们做验证实验、探究实验过程中，不能用验证的物理规律和探究的物理结论去求解问题；纸带法实验中，若纸带匀变速直线运动，测得纸带上的点间距，利用匀变速直线运动的推论，可计算出打出某点时纸带运动的瞬时速度和加速度，从而求出动能，因此要熟练应用匀变速直线运动规律来解决问题考向 03 应用图像法处理数据1.讲高考（1）考纲要求学会用列表法、图象法等处理实验数据.（2）命题规律图象法是一种重要的实验数据处

20、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。案例 1 某同学用图（a）所示的装置测量木块与木板之间的摩擦因数。跨过光滑定滑轮的细线两端分别14与木块和弹簧秤相连，滑轮和木块之间的细线保持水平，在木块上放置砝码。缓慢向左拉动水平放置的木板，当木块和砝码相对桌面静止且木板仍在继续滑动时，弹簧秤的示数即为木块受到的滑动摩擦力的大小。某次实验所得数据在下表中给出，其中 的值从图（b）中弹簧秤的示数读出。砝码的质量 m/kg 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25滑动摩擦力 f/N 2.15

21、2.36 2.55 2.93回答下列问题（1） =_N（2）在图（c）的坐标纸上补齐未画出的数据点_并绘出 f-m 图线_；（3） f 与 m、木块质量 M、木板和木块之间的滑动摩擦因数 及重力加速度大小 g 之间的关系式f=_， f-m 图线（直线）的 斜率的表达式 k=_;（4）取 g=9.80 m/ ，由绘出的 f-m 图线求得 （保留 2 位有效数字）【来源】2018 年普通高等学校招生全国统一考试物理（全国 II 卷）【答案】 （1）2.75 （2）如图所示（3） （ M+m） g g （4）0.40【解析】试题分析：描点连线时要注意让所有点均匀分布在线上或线的两边要结合图像坐标整理

22、出相应的数学函数，然后观测斜率和截距分别代表什么。（1）指针在 2.7 与 2.8 之间，估读为 考点定位】匀变速直线运动的规律【名师点睛】此题主要考查学生对匀变速直线运动的基本规律的运用能力；解题时要搞清实验的原理，能15通过运动公式找到图象的函数关系，结合图象的截距和斜率求解未知量。 考点定位】探究动能定理实验【名师点睛】实验总存在一定的误差，数据处理过程中，图象读数一样存在误差，因此所写函数表达式的比例系数在一定范围内即可；第（5）问有一定的迷惑性，应明确写出函数关系，再进行判断。2讲基础（1）实验数据的处理方法1.列表法:在记录和处理数据时,为了简单而明显地表示出有关物理量之间的关系,

23、可将数据填写在适当的表格中,即为列表法。 【趁热打铁】某研究性学习小组的同学们做了以下两个关于弹簧的实验。（1）在做探究弹簧弹力的大小与其伸长量的关系实验中，设计了如图所示的实验装置。在弹簧两端各系一轻细的绳套，利用一个绳套将弹簧悬挂在铁架台上，另一端的绳套用来悬挂钩码。同学们先测出不挂钩码时弹簧的长度，再将钩码逐个挂在弹簧的下端，每次都测出相应的弹簧总长度 L，再算出弹簧伸长的长度 x，并将数据填在下面的表格中。 （实验过程中，弹簧始终在弹性限度内）16测量次序1 2 3 4 5 6悬挂钩码所受重力 G/N 0 05 10 15 20 25弹簧弹力大小 F/N 0 05 10 15 20 2

24、5弹簧的总长度 L/cm 1300 1505 1710 1900 2100 2300弹簧伸长的长度 x/cm 0 205 410 600 800 1000在如图所示的坐标纸上已经描出了其中 5 次测量的弹簧弹力大小 F 与弹簧伸长的长度 x 对应的数据点，请把第 4 次测量的数据对应点描绘出来，并作出 F-x 图线_。根据上述的实验过程，并对实验数据进行分析可知，下列说法中正确的是_。 （选填选项前的字母）A弹簧弹力大小与弹簧的总长度成正比B弹簧弹力大小与弹簧伸长的长度成正比C该弹簧的劲度系数约为 25N/mD在不挂钩码的情况下测量弹簧的长度时，需将弹簧放置在水平桌面上测量（2）研究性学习小组

25、的同学将该弹簧放置在一个高度为 h 的水平桌面上，将其左端固定，右端与质量为m 的小钢球接触。当弹簧处于自然长度时，小钢球恰好在桌子边缘，如图甲所示。将钢球向左压缩弹簧一段距离 x 后由静止释放，钢球将沿水平方向飞出桌面，钢球在空中飞行一段距离后落到水平地面上，测得17其水平飞行距离为 s。该小组的同学想用这个装置探究弹簧将钢球弹出的过程中，弹簧弹力对钢球所做的功与此过程中钢球动能增量之间的关系。同学们发现，当压缩弹簧的距离 x 不同时，钢球落地时的水平距离 s 也会不同。可以根据第（1）问中画出的 F-x 图象求出弹簧弹力对钢球所做的功，然后研究弹簧弹力对钢球所做的功 W 与此过程中钢球动能

26、增量E k之间的关系。根据这样的思路同学们预测了几种不同的 s-x 关系图象，图乙中可以表明弹簧弹力对钢球所做的功 W 等于此过程中钢球动能的增量E k的图象是_。 （选填选项下面的字母）在实验中发现，弹簧弹力对钢球所做的功 W 大于钢球的动能增量E k。请你简述导致 W 大于 Ek的可能原因（至少说出两条）：_。【答案】 BC B 小球克服桌面的摩擦力做功；弹簧克服与桌面间的摩擦力做功等；弹簧具有一定的质量；小球克服空气阻力做功【解析】【详解】（2） ， ， ， ，联立上式解得： ，s-x 为一次函数，图线为一条直线，故选 B。实际上 W 比E k大，主要原因在于小球克服桌面的摩擦力做功；弹

27、簧克服与桌面间的摩擦力做功等；弹簧具有一定的质量；小球克服空气阻力做功。 18【趁热打铁】在做“研究匀变速直线运动”的实验时，某同学得到一条用电火花计时器打下的纸带如图甲所示，并在其上取了 A、B、C、D、E、F、G 7 个计数点，每相邻两个计数点间还有 4 个点图中没有画出，电火花计时器接 220V、50Hz 交流电源他经过测量并计算得到电火花计时器在打 B、C、D、E、F 各点时物体的瞬时速度如下表：对应点 B C D E F速度（m/s） 0.141 0.185 0.220 0.254 0.301（1）设电火花计时器的周期为 T，计算 vF的公式为 vF=_；（2）根据（1）中得到的数据

28、，以 A 点对应的时刻为 t=0，试在图乙所示坐标系中合理地选择标度，作出vt 图象_（3）利用该图象求物体的加速度 a=_m/s2；（结果保留 2 位有效数字）（4）如果当时电网中交变电流的电压变成 210V，而做实验的同学并不知道，那么加速度的测量值与实际值相比_（选填：“偏大” 、 “偏小”或“不变” ） 【答案】 0.40 不变6410dT19（1）根据匀变速直线运动中时间中点的瞬时速度等于该过程中的平均速度，电火花计时器的周期为 T，所以从 E 点到 G 点时间为 10T，有： （2）根据图中数据，利用描点法做出图象如下；4讲方法（1）图象法处理数据的常用方法和技巧。图象是描述物理过

29、程、揭示物理规律、解决物理问题的重要方法之一，用图象法处理实验数据是物理实验中最常用的方法。它的优越性表现在：能形象直观地表达物理规律，有效地减少偶然误差对结果的影响，较方便地获得未经测量或无法直接测量的物理量数值。图象法处理数据的常用方法和技巧。合理选取坐标轴合理选取坐标轴就是要选择好横坐标、纵坐标所代表的物理量，确定每个物理量的单位和标度，明确坐标原点处所对应的物理量的数值。抓住“斜率”做文章考查了学生运用图象处理实验数据的本领,考查学生对图线斜率意义的理解。因此只有在平时的实验过程中加强这一能力的培养和训练，才能收到以不变应万变之效。20在“截距”上求变化作为实验图线的描绘，如果说斜率是联系各变量的中枢神经的话，那么图象与横纵轴的交点就是那“龙”的眼睛，截距就反映这些特定状态所对应的物理量的大小。