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高考物理复习专题六物理实验
专题六 物理实验
第一讲
力学基础实验
考点一
基本仪器的使用和读数
1.[考查游标卡尺和螺旋测微器的读数]
如图1是用游标卡尺测量时的刻度图,为20分度游标尺,读数为:
__________cm。
图2中螺旋测微器的读数为:
________mm。
解析:
20分度的游标卡尺,精确度是0.05mm,游标卡尺的主尺读数为13mm,游标尺上第15个刻度和主尺上某一刻度对齐,所以游标尺读数为15×0.05mm=0.75mm,所以最终读数为:
13mm+0.75mm=13.75mm=1.375cm。
螺旋测微器的固定刻度为0.5mm,
可动刻度为20.0×0.01mm=0.200mm,
所以最终读数为0.5mm+0.200mm=0.700mm。
答案:
1.375 0.700
2.[考查游标卡尺和螺旋测微器的使用和读数]
(1)根据单摆周期公式T=2π
,可以通过实验测量当地的重力加速度。
如图甲所示,将细线的上端固定在铁架台上,下端系一小钢球,就做成了单摆。
用游标卡尺测量小钢球直径,示数如图乙所示,读数为________mm。
(2)在测定一根粗细均匀合金丝电阻率的实验中,利用螺旋测微器测定合金丝直径的过程如图所示,校零时的读数为________mm,合金丝的直径为________mm。
解析:
(1)该游标尺为十分度的,根据读数规则可读出小钢球直径大小。
(2)由于螺旋测微器开始起点有误差,估读为0.007mm,测量后要去掉开始误差。
答案:
(1)18.6
(2)0.007 0.639(0.638~0.640)
考点二
“纸带”类实验
3.[考查研究匀变速直线运动]
某同学利用如图所示装置研究小车的匀变速直线运动。
(1)实验中,必须的措施是________。
A.细线必须与长木板平行
B.先接通电源再释放小车
C.小车的质量远大于钩码的质量
D.平衡小车与长木板间的摩擦力
(2)他实验时将打点计时器接到频率为50Hz的交流电源上,得到一条纸带,打出的部分计数点如图所示(每相邻两个计数点间还有4个点,图中未画出)。
s1=3.59cm,s2=4.41cm,s3=5.19cm,s4=5.97cm,s5=6.78cm,s6=7.64cm。
则小车的加速度a=________m/s2(要求充分利用测量的数据),打点计时器在打B点时小车的速度vB=________m/s。
(结果均保留两位有效数字)
解析:
(1)利用打点计时器研究小车的匀变速直线运动时,为顺利完成实验,保证实验效果,细线与长木板要平行,否则小车受力会发生变化,选项A正确;为打的点尽量多些,需先接通电源,再释放小车,选项B正确;本题中只要保证小车做匀变速运动即可,无须保证小车质量远大于钩码的质量,选项C错误;同理,小车与长木板间可以有不变的摩擦力,无须平衡摩擦力,选项D错误。
故必须的措施是A、B选项。
(2)由s4-s1=3aT2、s5-s2=3aT2、s6-s3=3aT2知加速度a=
=0.80m/s2
打B点时小车的速度vB=
=0.40m/s。
答案:
(1)AB
(2)0.80 0.40
4.[考查验证机械能守恒定律]
用如图甲所示的实验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒。
m2从高处由静止开始下落,m1上拖着的纸带打出一系列的点,对纸带上的点迹进行测量,即可验证机械能守恒定律。
图乙给出的是实验中获取的一条纸带,0是打下的第一个点,每相邻两计数点间还有4个打下的点(图中未标出),计数点间的距离如图乙所示。
已知m1=50g,m2=150g,则(计算结果保留两位有效数字,实验用交流电周期为0.02s)
(1)在纸带上打下记数点5时的速度v5=________m/s;
(2)在记数点0~5过程中系统动能的增量ΔEk=______J,为了简化计算,g取10m/s2,则系统重力势能的减少量ΔEp=________J;
(3)在本实验中,若某同学作出了
v2h图像,如图丙所示,h为从起点量起的长度,则据此得到当地的重力加速度g=____________m/s2。
解析:
(1)利用匀变速直线运动的推论有:
v5=
=
m/s=2.4m/s。
(2)系统动能的增量为:
ΔEk=Ek5-0=
(m1+m2)v52=
×(0.05+0.15)×2.42J=0.58J,
系统重力势能减小量为:
ΔEp=(m2-m1)gh=0.1×10×(0.384+0.216)J=0.60J,
在误差允许的范围内,m1、m2组成的系统机械能守恒。
(3)由于ΔEk=Ek5-0=
(m1+m2)v52=ΔEp=(m2-m1)gh,
由于(m1+m2)=2(m2-m1),
所以得到:
v2=
h,
所以
v2h图像的斜率k=
,解得g=9.7m/s2。
答案:
(1)2.4
(2)0.58 0.60 (3)9.7
5.[考查探究加速度与力、物体质量的关系]
某同学利用如图甲所示装置探究“加速度与力、物体质量的关系”,图中装有砝码的小车放在长木板上,左端拴有一不可伸长的细绳,跨过固定在木板边缘的滑轮与一砝码盘相连。
在砝码盘的牵引下,小车在长木板上做匀加速直线运动,图乙是该同学做实验时打点计时器在纸带上打出的一些连续的点,该同学测得相邻点之间的距离分别是s1、s2、s3、s4、s5、s6,打点计时器所接交流电的周期为T。
小车及车中砝码的总质量为M,砝码盘和盘中砝码的总质量为m,当地重力加速度为g。
(1)根据以上数据可得小车运动的加速度表达式为a=______________。
(2)该同学先探究合外力不变的情况下,加速度与质量的关系,以下说法正确的是________。
A.平衡摩擦力时,要把装有砝码的砝码盘用细绳通过定滑轮系在小车上,把木板不带滑轮的一端缓慢抬起,反复调节直到纸带上打出的点迹均匀为止
B.由于小车受到的摩擦力与自身重力有关,所以每次改变小车质量时,都要重新平衡摩擦力
C.用天平测出M和m后,小车运动的加速度可以直接用公式a=
求出
D.在改变小车质量M时,会发现M的值越大,实验的误差就越小
(3)该同学接下来探究在质量不变的情况下,加速度与合外力的关系。
他平衡摩擦力后,每次都将小车中的砝码取出一个放在砝码盘中,用天平测得砝码盘及盘中砝码的总质量m,并通过打点计时器打出的纸带求出加速度。
得到多组数据后,绘出如图丙所示的aF图像,发现图像是一条过坐标原点的倾斜直线。
图像中直线的斜率表示______(用本实验中可测量的量表示)。
(4)该同学在这个探究实验中采用的物理学思想方法为________。
A.理想化模型法 B.控制变量法
C.极限法D.比值法
解析:
(1)为了减小偶然误差,采用逐差法处理数据,有:
s6-s3=3a1T2,s5-s2=3a2T2,s4-s1=3a3T2,
为了更加准确的求解加速度,我们对三个加速度取平均值得:
a=
(a1+a2+a3)
解得:
a=
。
(2)在该实验中,我们认为细绳的拉力就等于小车所受的合外力,故在平衡摩擦力时,细绳的另一端不能悬挂装砝码的砝码盘,故A错误;由于平衡摩擦力之后有Mgsinθ=μMgcosθ,故tanθ=μ。
所以无论小车的质量是否改变,小车所受的滑动摩擦力都等于小车的重力沿斜面的分力,改变小车质量时不需要重新平衡摩擦力,故B错误;小车运动的加速度通过纸带求出,不能通过a=
求出,故C错误;本实验中,只有满足砝码盘和盘中砝码的总质量m远小于小车及车中砝码的总质量M时,才能近似认为细绳拉力等于砝码盘和砝码的重力,所以在改变小车质量M时,会发现M的值越大,实验的误差就越小,故D正确。
(3)对砝码盘和砝码:
mg-F=ma①
对小车:
F=Ma②
联立①②得:
mg=(M+m)a
认为合力F=mg
所以F=(M+m)a
即a=
F,aF图像是过坐标原点的倾斜直线,直线的斜率表示
。
(4)该实验采用控制变量法,先控制砝码盘和砝码的总重力不变,研究加速度与质量的关系,再控制小车和砝码盘及砝码的质量M+m不变,研究加速度与力的关系,故选B。
答案:
(1)
(2)D (3)
(4)B
6.[考查验证动量守恒定律]
某同学设计了一个用电磁打点计时器验证动量守恒定律的实验:
在小车A的前端粘有橡皮泥,推动小车A使之做匀速直线运动,然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体,继续做匀速直线运动。
他设计的装置如图甲所示。
在小车A后连着纸带,电磁打点计时器所用电源频率为50Hz,长木板下垫着薄木片以平衡摩擦力。
(1)若已测得打点纸带如图乙所示,并测得各计数点间距(已标在图上)。
A为运动的起点,则应选________段来计算A碰前的速度,应选__________段来计算A和B碰后的共同速度。
(以上两空均选填“AB”“BC”“CD”或“DE”)
(2)已测得小车A的质量mA=0.4kg,小车B的质量为mB=0.2kg,求碰前两小车的总动量、碰后两小车的总动量。
解析:
(1)从分析纸带上打点的情况看,BC段既表示小车做匀速运动,又表示小车有较大速度,因此BC段能较准确地描述小车A在碰撞前的运动情况,应选用BC段计算小车A碰前的速度。
从CD段打点的情况看,小车的运动情况还没稳定,而在DE段内小车运动稳定,故应选用DE段计算A和B碰后的共同速度。
(2)小车A在碰撞前速度
v0=
=
m/s=1.050m/s
小车A在碰撞前动量
p0=mAv0=0.4×1.050kg·m/s=0.420kg·m/s
此即为碰前两小车的总动量。
碰撞后A、B的共同速度
v=
=
m/s=0.695m/s
碰撞后A、B的总动量p=(mA+mB)v=(0.2+0.4)×0.695kg·m/s=0.417kg·m/s。
答案:
(1)BC DE
(2)0.420kg·m/s 0.417kg·m/s
考点三
“弹簧”“橡皮条”类实验
7.[考查探究弹力和弹簧伸长量的关系]
某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验。
(1)图甲是不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度,其示数为7.73cm;图乙是在弹簧下端悬挂钩码后指针所指的标尺刻度,此时弹簧的伸长量Δl为________cm;
(2)本实验通过在弹簧下端悬挂钩码的方法来改变弹簧的弹力,关于此操作,下列选项中规范的做法是______;(填选项前的字母)
A.逐一增挂钩码,记下每增加一只钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重
B.随意增减钩码,记下增减钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重
(3)图丙是该同学描绘的弹簧的伸长量Δl与弹力F的关系图线,图线的AB段明显偏离直线OA,造成这种现象的主要原因是________________________________________。
解析:
(1)弹簧伸长后的总长度为14.66cm,则伸长量Δl=14.66cm-7.73cm=6.93cm。
(2)逐一增挂钩码,便于有规律地描点作图,也可避免因随意增加钩码过多超过弹簧的弹性限度而损坏弹簧。
(3)AB段明显偏离OA,伸长量Δl不再与弹力F成正比,是超出弹簧的弹性限度造成的。
答案:
(1)6.93
(2)A (3)弹簧受到的拉力超过了其弹性限度
8.[考查验证力的平行四边形定则]
在“验证力的平行四边形定则”的实验中,某同学的实验情况如图甲所示,其中A为固定橡皮条的图钉,O为橡皮条与细绳的结点,OB和OC为细绳。
图乙是白纸上根据实验结果画出的图。
(1)图乙中,________是F1和F2的实际合力。
(2)保持O点的位置和OB绳的方向不变,当角θ从60°逐渐增
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