高考物理力学实验总复习汇总.docx
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高考物理力学实验总复习汇总
2020高考力学实验总复习
三、考试大纲规定的学生实验
1.长度的测量(游标卡尺和螺旋测微器)
例1、读出下列游标卡尺测量的读数。
⑴⑵
⑶
例2读出下列螺旋测微器测量的读数。
⑴⑵
例3、有一游标卡尺,主尺的最小分度是1mm,游标上有20个小的等分刻度.用它测量一小球的直径,如图甲所示的读数是mm.用螺旋测微器测量一根金属丝的直径,如图乙所示的读数是mm.
2.研究匀变速直线运动
例6、在“测定匀变速直线运动的加速度”的实验中,用打点计时器记录纸带运动的时间。
计时器所用电源的频率为50Hz,图为一次实验得到的一条纸带,纸带上每相邻的两计数点间都有四个点未画出,按时间顺序取0、1、2、3、4、5六个计数点,用米尺量出1、2、3、4、5点到0点的距离如图所示(单位:
cm)。
由纸带数据计算可得计数点4所代表时刻的即时速度大小v4=________m/s,小车的加速度大小a=________m/s2。
(保留三位有效数字)
例7、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)。
例8、2004年7月25日,中国用长征运载火箭成功地发射了“探测2号”卫星.右图是某监测系统每隔2.5s拍摄的关于起始匀加速阶段火箭的一组照片.
(1)已知火箭的长度为40m,用刻度尺测量照片上的长度,结果如图所示.则火箭在照片中第2个像所对应时刻的瞬时速度大小v=____________m/s.
(2)为探究物体做直线运动过程中s随t变化的规律,某实验小组经过实验和计算得到下表的实验数据:
物体运动
的起止点
所测的
物理量
测量次数
1
2
3
4
5
AB
时间t(s)
0.89
1.24
1.52
1.76
1.97
时间t2(s2)
0.79
1.54
2.31
3.10
3.88
位移s(m)
0.25
0.50
0.75
1.00
1.25
根据表格数据,请你在下图所示的坐标系中,用纵、横轴分别选择合适的物理量和标度作出关系图线.并根据图线分析得出物体从A
B的过程中s随t变化的定量关系式:
________________________.
3.探究弹力和弹簧伸长的关系
例9、某同学在做探究弹力和弹簧伸长的关系的实验中,设计了如图所示的实验装置。
所用的钩码每只的质量都是30g,他先测出不挂钩码时弹簧的自然长度,再将5个钩码逐个挂在弹簧的下端,每次都测出相应的弹簧总长度,将数据填在了下面的表中。
(弹力始终未超过弹性限度,取g=9.8m/s2)
(1)试根据这些实验数据在右图给定的坐标纸上作出弹簧所受弹力大小F跟弹簧总长L之间的函数关系图线,说明图线跟坐标轴交点的物理意义。
(2)上一问所得图线的物理意义是什么?
该弹簧的劲度k是多大?
例10、(08北京卷)某同学和你一起探究弹力和弹簧伸长的关系,并测弹簧的劲度系数k。
做法是先将待测弹簧的一端固定在铁架台上,然后将最小刻度是毫米的刻度尺竖直放在弹簧一侧,并使弹簧另一端的指针恰好落在刻度尺上。
当弹簧自然下垂时,指针指示的刻度数值记作L0,弹簧下端挂一个50g的砝码时,指针指示的刻度数值记作L1;弹簧下端挂两个50g的砝码时,指针指示的刻度数值记作L2;……;挂七个50g的砝码时,指针指示的刻度数值记作L2。
①下表记录的是该同学已测出的6个值,其中有两个数值在记录时有误,它们的代表符号分别是和.
测量记录表:
代表符号
L0
L1
L2
L3
L4
L5
L6
L7
刻度数值/cm
1.70
3.40
5.10
8.60
10.3
12.1
②实验中,L3和L2两个值还没有测定,请你根据上图将这两个测量值填入记录表中。
③为充分利用测量数据,该同学将所测得的数值按如下方法逐一求差,分别计算出了三个差值:
。
请你给出第四个差值:
dA==cm。
④根据以上差值,可以求出每增加50g砝码的弹簧平均伸长量
。
用d1、d2、d3、d4
表示的式子为:
=,
代入数据解得
=cm。
⑤计算弹簧的劲度系数k=N/m。
(g取9.8m/s2)
4.验证力的平行四边形定则
(1)原理是两只弹簧秤成角度拉橡皮条AB和一只弹簧秤拉橡皮条AB的效果相同,这个效果就是指橡皮条的形变量(大小和方向)相同。
(2)在画力的图示时,必须有箭头、标度、刻度。
(3)实验往往有一定的偶然误差,只要用平行四边形定则求得的合力F和一只弹簧秤的拉力F/的图示大小和方向在误差允许的范围内相同就可以了。
例11、橡皮筋的一端固定在A点,另一端栓上两根细绳,每根细绳分别连着一个量程为5N、最小刻度为0.1N的弹簧测力计,沿着两个不同的方向拉弹簧测力计。
当橡皮筋的活动端拉到O点时,两根细绳相互垂直,如图所示。
这时弹簧测力计的读数可从图中读出。
⑴由图可读得两个相互垂直的拉力的大小分别为_____N和_____N。
(只须读到0.1N)⑵在右图的方格纸中按作图法的要求画出这两个力及它们的合力。
例12、李明同学在做《互成角度的两个力的合成》实验时,利用坐标纸记下了橡皮筋的结点位置O点以及两只弹簧秤拉力的大小如图(a)所示,
(1)试在图(a)中作出无实验误差情况下F1和F2的合力图示,并用F表示此力.
(2)有关此实验,下列叙述正确的是▲.
(A)两弹簧秤的拉力可以同时比橡皮筋的拉力大
(B)橡皮筋的拉力是合力,两弹簧秤的拉力是分力
(C)两次拉橡皮筋时,需将橡皮筋结点拉到同一位置O.这样做的目的是保证两次弹簧秤拉力的效果相同
(D)若只增大某一只弹簧秤的拉力大小而要保证橡皮筋结点位置不变,只需调整另一只弹簧秤拉力的大小即可
(3)图(b)所示是李明和张华两位同学在做以上实验时得到的结果,其中哪一个实验比较符合实验事实?
(力F’是用一只弹簧秤拉时的图示)
答:
.
(4)在以上比较符合实验事实的一位同学中,造成误差的主要原因是:
(至少写出两种情况)
答:
。
例13、在“验证力的平行四边形定则”的实验情况如图甲所示,其中A为固定橡皮筋的图钉,O为橡皮筋与细绳的结点,OB和OC为细绳。
图乙是在白纸上根据实验结果画出的图。
①图乙中的F与F′两力中,方向一定沿AO方向的是____________________。
(2分)
②本实验采用的科学方法是---()(2分)
A.理想实验法B.等效替代法
C.控制变量法D.建立物理模型法
例14、在“探究求合力的方法”的实验中,需要将橡皮条的一端固定在水平木板上,另一端系上两根细绳,细绳的另一端都有绳套(如图).实验中需用两个弹簧秤分别勾住绳套,并互成角度地拉橡皮条,使橡皮条伸长,结点到达某一位置O.
(1)某同学在做该实验时认为:
A.拉橡皮条的绳细一些且长一些,实验效果较好
B.拉橡皮条时,弹簧秤、橡皮条、细绳应贴近木板且与木板平面平行
C.橡皮条弹性要好,拉结点到达某一位置O时,拉力要适当大些
D.拉力F1和F2的夹角越大越好
其中正确的是(填入相应的字母).
(2)若两个弹簧秤的读数均为4N,且两弹簧秤拉力的方向相互垂直,则(选填“能”或“不能”)用一个量程为5N的弹簧秤测量出它们的合力,理由是.
5.验证牛顿第二运动定律
(1)了解该实验的系统误差的来源。
①用砂和砂桶的总重量代替小车受到的拉力。
由牛顿第二定律可知,由于砂桶也在做匀加速运动,因此砂和砂桶的总重量肯定大于小车受到的实际拉力。
可以推导出结论:
只有在小车的总质量M远大于砂和砂桶的总质量m时,才能使该系统误差足够小。
②没有考虑摩擦阻力的作用。
应该用平衡摩擦力的方法来消除这个系统误差。
(2)为研究a、F、m三者的关系,要利用“控制变量法”,分别研究a与F、a与m的关系。
例15、一打点计时器固定在斜面上某处,一小车拖着穿过打点计时器的纸带从斜面上滑下,如右图所示。
下图是打出的纸带的一段。
⑴已知打点计时器使用的交流电频率为50Hz,利用下图给出的数据可求出小车下滑的加速度a=_____。
⑵为了求出小车在下滑过程中所受的阻力,还需要测量的物理量有_______。
用测得的量及加速度a表示阻力的计算式为f=_________。
例16、某校学习兴趣小组在研究“探索小车速度随时间变化的规律”的实验,图是某次实验得出的纸带,所用电源的频率为50HZ,舍去前面比较密集的点,从0点开始,每5个连续点取1个计数点,标以1、2、3……。
各计数点与0计数点之间的距离依次为d1=3cm,d2=7.5cm,d3=13.5cm,则
(1)物体做的运动,理由是;
(2)物体通过1计数点的速度v1=m/s;(3)物体运动的加速度
为a=m/s2.
例17、某同学设计了一个探究加速度a与物体所受合力F及质量m关系的实验,图(a)为实验装置简图。
(交流电的频率为50Hz)
(1)图(b)为某次实验得到的纸带,根据纸带可求出小车的加速度大小为m/s2。
(保留二位有效数字)
(2)保持砂和砂桶质量不变,改变小车质量m,分别得到小车加速度a与质量m及对应的
,数据如下表:
实验次数
1
2
3
4
5
6
7
8
小车加速度
a/m·s—2
1.90
1.72
1.49
1.25
1.00
0.75
0.50
0.30
小车质量
m/kg
0.25
0.29
0.33
0.40
0.50
0.71
1.00
1.67
4.00
3.45
3.03
2.50
2.00
1.41
1.00
0.60
请在方格坐标纸中画出
图线,并从图线求出小车加速度a与质量倒数
之间的关系式是。
(3)保持小车质量不变,改变砂和砂桶质量,该同学根据实验
数据作出了加速度a随合力F的变化图线如图(c)所示。
该图线不通过原点,其主要原因是。
例18、某同学在“探究当外力一定时,加速度和质量的关系”的实验时.得到下表中的实验数据,
(l)这位同学决定使用a一1/m图象来处理这些数据,而不用a一m图象来处理这些数据的原因是,。
例19、现要验证“当合外力一定时,物体运动的加速度与其质量成反比”这一物理规律。
给定的器材如下:
一倾角可以调节的长斜面(如图)、小车、计时器一个、米尺、天平、砝码、钩码若干。
实验步骤如下(不考虑摩擦力的影响),在空格中填入适当的公式或文字。
(1)用天平测出小车的质量m
(2)让小车自斜面上方一固定点A1从静止开始下滑到斜面底端A2,记下所用的时间t。
(3)用米尺测量A1与A2之间的距离s。
则小车的加速度a= 。
(4)用米尺测量A1相对于A2的高度h。
则小车所受的合外力
F= 。
(5)在小车中加钩码,用天平测出此时小车与钩码的总质量m,同时改变h,使m与h的乘积不变。
测出小车从A1静止开始下滑到斜面底端A2所需的时间t。
请说出总质量与高度的乘积不变的原因______________________________。
(6)多次测量m和t,以m为横坐标,t2为纵坐标,根据实验数据作图。
如能得到一条____________线,则可验证“当合外力一定时,物体运动的加速度与其质量成反比”这一规律。
例20、某同学设计了一个“探究加速度与物体所受合力F及质量m的关系”实验.如图a为实验装置简图,A为小车,B为电火花计时器,C为装有砝码的小桶,D为一端带有定滑轮的长方形木板,实验中认为细绳对小车拉力F等于砝码和小桶的总重量,小车运动加速度a可用纸带上的打点求得.
(1)图(b)为某次实验得到的纸带,根据纸带可求出小车的加速度大小为m/s2.(保留二位有效数字)
(2)在“探究加速度与质量的关系”时,保持砝码和小桶质量不变,改变小车质量m,分别得到小车加速度a与质量m数据如下表:
次数
1
2
3
4
5
6
7
8
9
小车加速度a/m·s-2
1.98
1.72
1.48
1.25
1.00
0.75
0.48
0.50
0.30
小车质量m/kg
0.25
0.29
0.33
0.40
0.50
0.71
0.75
1.00
1.67
根据上表数据,为直观反映F不变时a与m的关系,请在图c方格坐标纸中选择恰当物理量建立坐标系,并作出图线.(如有需要,可利用上表中空格)
(3)在“探究加速度与力的关系”时,保持小车的质量不变,改变小桶中砝码的质量,该同学根据实验数据作出了加速度a与合力F图线如图d,该图线不通过坐标原点,试分析图线不通过坐标原点的原因.
答:
.
例21、在探究加速度与物体所受合外力和质量间的关系时,采用如图所示的实验装置,小车及车中的砝码质量用M`表示,盘及盘中的砝码质量用m表示,小车的加速度可由小车后拖动的纸带由打点计时器打出的点计算出:
①当M与m的大小关系满足时,才可以认为绳子对小车的拉力大小等于盘和砝码的重力。
②一组同学在先保持盘及盘中的砝码质量一定,探究加速度与质量的关系,以下做法错误的是:
()
A.平衡摩擦力时,应将盘及盘中的砝码用细绳通过定滑轮系在小车上
B.每次改变小车的质量时,不需要重新平衡摩擦力
C.实验时,先放开小车,再接通打点计时器电源
D.小车运动的加速度可用天平测出m以及小车质量M,直接用公式a=mg/M求出。
③在保持小车及车中的砝码质量M一定,探究加速度与所受合外力的关系时,由于平衡摩擦力时操作不当,二位同学得到的a―F关系分别如下图C、D所示(a是小车的加速度,F是细线作用于小车的拉力)。
其原因分别是:
C图:
D图:
6.探究动能定理
例22、(13分)某实验小组采用图所示的装置探究“动能定理”,图中小车中可放置砝码,实验中,小车碰到制动装置时,钩码尚未到达地面,打点针时器工作频率为50Hz.
(1)实验的部分步骤如下:
①在小车中放入砝码,把纸带穿过打点计时器,连在小车后端,用细线连接小车和钩码;
②将小车停在打点计时器附近,,,小车拖动纸带,打点计时器在纸带上打下一列点,;
③改变钩码或小车中砝码的数量,更换纸带,重复②的操作。
(2)图是钩码质量为0.03kg,砝码质量为0.02kg时得到的一条纸带,在纸带上选择起始点0及A、B、C、D和E五个计数点,可获得各计数点到0的距离5及对应时刻小车的瞬时速度v,请将C点的测量结果填在表1中的相应位置.
(3)在上车的运动过程中,对于钩码、砝码和小车组成的系统,做正功,
做负功.
(4)实验小组根据实验数据绘出了图中的图线(其中Δv2=v2-v20),根据图线可获得的结论是.要验证“动能定理”,还需要测量的物理量是摩擦力是.
表1纸带的测量结果
测量点
S/cm
r/(m·s-1)
0
0.00
0.35
A
1.51
0.40
B
3.20
0.45
C
D
7.15
0.54
E
9.41
0.60
例23、某兴趣小组在做“探究做功和物体速度变化关系”的实验前,提出了以下几种猜想:
①W∝
②W∝
2,③W∝
。
他们的实验装置如图甲所示,PQ为一块倾斜放置的木板,在Q处固定一个速度传感器(用来测量物体每次通过Q点的速度)。
在刚开始实验时,有位同学提出,不需要测出物体质量,只要测出物体初始位置到速度传感器的距离和读出速度传感器的读数就行了,大家经过讨论采纳了该同学的建议。
①请你简要说明为什么不需要测出物体的质量?
②让小球分别从不同高度无初速释放,测出物体初始位置到速度传感器的距离L1、L2、L3、L4……,读出小球每次通过Q点的速度
1、
2、
3、
4、……,并绘制了如图乙所示的L-
图象。
若为了更直观地看出L和
的变化关系,他们下一步应怎么做?
③在此实验中,木板与物体间摩擦力的大小会不会影响探究出的结果,为什么?
例24、某探究学习小组的同学欲验证“动能定理”,他们在实验室组装了一套如图所示的装置,另外他们还找到了打点计时器所用的学生电源、导线、复写纸、纸带、小木块、细沙.当滑块连接上纸带,用细线通过滑轮挂上空的小沙桶时,释放小桶,滑块处于静止状态.
若你是小组中的一位成员,要完成该项实验,则:
(1)你认为还需要的实验器材有.
(2)实验时为了保证滑块受到的合力与沙和沙桶的总重力大小基本相等,沙和沙桶的总质量应满足的实验条件是,实验时首先要做的步骤是.
(3)在
(2)的基础上,某同学用天平称量滑块的质量M.往沙桶中装入适量的细沙,用天平称出此时沙和沙桶的总质量m.让沙桶带动滑块加速运动,用打点计时器记录其运动情况,在打点计时器打出的纸带上取两点,测出这两点的间距L和这两点的速度大小v1与v2(v1 例25、某同学为探究“恒力做功与物体动能改变的关系”,设计了如下实验,他的操作步骤是: ①摆好实验装置如图。 ②将质量为200g的小车拉到打点计时器附近,并按住小车。 ③在质量为10g、30g、50g的三种钩码中,他挑选了一个质量为50g的钩码挂在拉线的挂钩P上。 ④释放小车,打开电磁打点计时器的电源,打出一条纸带。 (1)在多次重复实验得到的纸带中取出自认为满意的一条。 经测量、计算,得到如下数据: ①第一个点到第N个点的距离为40.0cm。 ②打下第N点时小车的速度大小为1.00m/s。 该同学将钩码的重力当作小车所受的拉力,算出: 拉力对小车做的功为J,小车动能的增量为J。 (2)此次实验探究结果,他没能得到“恒力对物体做的功,等于物体动能的增量”,且误差很大。 显然,在实验探究过程中忽视了各种产生误差的因素。 请你根据该同学的实验装置和操作过程帮助分析一下,造成较大误差的主要原因是: 7.验证机械能守恒定律 例26、在用落体法验证机械能守恒定律时,某同学按照正确的操作选得纸带如右。 其中O是起始点,A、B、C是打点计时器连续打下的3个点.该同学用毫米刻度尺测量O到A、B、C各点的距离,并记录在图中(单位cm)。 (1)这三个数据中不符合有效数字读数要求的是_____,应记作_______cm。 (2)该同学用重锤在OB段的运动来验证机械能守恒,已知当地的重力加速度g=9.80m/s2,他用AC段的平均速度作为跟B点对应的物体的即时速度,则该段重锤重力势能的减少量为_______,而动能的增加量为________,(均保留3位有效数字,重锤质量用m表示).这样验证的系统误差总是使重力势能的减少量_______动能的增加量,原因是_________________。 (3)另一位同学根据同一条纸带,同一组数据,也用重锤在OB段的运动来验证机械能守恒,不过他数了一下: 从打点计时器打下的第一个点O数起,图中的B是打点计时器打下的第9个点。 因此他用vB=gt计算跟B点对应的物体的即时速度,得到动能的增加量为______,这样验证时的系统误差总是使重力势能的减少量_______动能的增加量,原因是________________________________。 例27、Ⅰ.(6分)如图所示,两个质量各为m1和m2的小物块A和B,分别系在一条跨过定滑轮的软绳两端,已知m1>m2,现要利用此装置验证机械能守恒定律。 (1)若选定物块A从静止开始下落的过程中进行测量,则需要测量的物理量有_________。 ①物块的质量m1、m2; ②物块A下落的距离及下落这段距离所用的时间; ③物块B下落的距离及下落这段距离所用的时间; ④绳子的长度。 (2)为提高实验结果的准确程度,某小组同学对此实验提出以下建议: ①绳的质量要轻; ②在“轻质绳”的前提下,绳子越长越好; ③尽量保证物块只沿竖直方向运动,不要摇晃; ④两个物块的质量之差要尽可能小。 以上建议中确实对提高准确程度有作用的是_________。 (3)写出一条上面没有提到的对提高实验结果准确程度有益的建议: ___________________。 例28、在用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中,使质量为m=1.00kg的重物自由下落,打点计时器在纸带上打出一系列的点,选取一条符合实验要求的纸带如图所示。 O为一个点,A、B、C为从合适位置开始选取的三个连续点(其他点未画出)。 已知打点计时器每隔0.2秒打一个点,当他的重力加速度为9.8m/s2,那么: (1)纸带的端(填“左”或“右”)与重物相连; (2)根据图上所得的数据,应取图中O点到点来验证机械能守恒定律; (3)从O点到 (2)间中所取的点,重物重力势能的减少量△Ek=能动能增加△Ek=。 (结果取3位有效数字) 例29、用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律。 实验所用的电源为学生电源,有交流电(频率为50Hz)和直流电两种输出,重锤从高处由静止开始落下,重锤拖着的纸带通过打点计时器打出一系列的点,对纸带上的点的进行测量,即可验证机械能守恒定律。 (1)一同学按如下步骤进行实验: A.用天平测量出重锤的质量; B.按图示的装置安装器件; C.将打点计时器接到电源的直流输出端上; D.接通电源后释放悬挂纸带的夹子,打出一条纸带; E.换用另外纸带,重复步骤D; F.选取合适的纸带; G.测量所选纸带上某些点之间的距离; H.根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能和它增加的动能,比较二者是否相等。 指出其中没有必要进行的步骤是 ;操作不恰当的步骤是 。 (2)利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度数值。 这位同学打出的纸带如图所示,A点为打下的第一个点,0、1、2、3、4、5、6为连续的计数点,现测得s1、s2、s3、s4、s5、s6分别为4.03cm、4.42cm、4.80cm、5.18cm、5.57cm、5.95cm,请你根据这条纸带推算此落体过程的加速度a为 m/s2。 (保留三位有效数字) (3)某同学根据第 (2)问求的的加速度数值计算重力势能的变化量ΔEP,进而验证机械能守恒定律定律,试分析其合理性。 。 例30、在“验证机械能守恒定律”的实验中, (1)选出一条纸带如图所示,其中O点为起始点(速度为零),A、B、c为三个计数点,打点计时器通以50Hz交流电,用最小刻度为mm的刻度尺,测得OA=11.13cm,OB: =17.69cm,Oc=25.90Cm。 在计数点A和B之间、B和C之间还各有一个点,重锤的质量为m,取g=9.8m/s2,根据以上数据当打点针打到B点时,重锤的重力势能比开始下落时减小
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