高中物理-力學實驗與創(chuàng)新課件

第1講力學實驗與創(chuàng)新專題九

實驗技能與創(chuàng)新第1講力學實驗與創(chuàng)新專題九實驗技能與創(chuàng)新1高考題型1

探究彈力和彈簧伸長的關系高考題型3

驗證牛頓運動定律高考題型4

探究動能定理高考題型2

驗證力的平行四邊形定則內容索引高考題型5

驗證機械能守恒定律高考題型6

力學創(chuàng)新實驗高考題型1探究彈力和彈簧伸長的關系高考題型3驗證牛頓運動2高考題型1探究彈力和彈簧伸長的關系高考題型1探究彈力和彈簧伸長的關系3解題方略實驗數(shù)據的處理方法(1)列表法：將測得的實驗數(shù)據填入設計好的表格之中，可以分析兩物理量間的定性關系.(2)圖象法：根據記錄的實驗數(shù)據在平面直角坐標系內進行作圖.若是曲線應平滑，若是直線要讓盡量多的點過直線，或在直線兩側均勻分布.(3)函數(shù)法：往往是根據圖象得到物理量間的函數(shù)關系方程式.解題方略實驗數(shù)據的處理方法4例1

如圖1甲為某同學用力傳感器去探究彈簧的彈力和伸長量的關系的實驗情景.用力傳感器豎直向下拉上端固定于鐵架臺的輕質彈簧，讀出不同拉力下的標尺刻度x及拉力大小F(從電腦中直接讀出).所得數(shù)據記錄在下列表格中：圖1例1如圖1甲為某同學用力傳感器去探究彈簧的彈力和伸長量的關5解析答案(1)從圖乙讀出刻度尺上的刻度值為__________________cm；拉力大小F/N0.450.690.931.141.441.69標尺刻度x/cm57.0258.0159.0060.0061.0362.00解析由圖可知，刻度尺的最小分度為0.1cm，故讀數(shù)為63.60cm；63.60(63.55～63.65)解析答案(1)從圖乙讀出刻度尺上的刻度值為_________6(2)根據所測數(shù)據，在圖丙坐標紙上作出F與x的關系圖象；解析根據表中數(shù)據利用描點法得出對應的圖象如圖所示；答案如圖解析答案(2)根據所測數(shù)據，在圖丙坐標紙上作出F與x的關系圖象；解析7(3)由圖象求出該彈簧的勁度系數(shù)為____________________N/m、彈簧的原長為_______________cm.(均保留三位有效數(shù)字)圖象與橫坐標的交點為彈簧的原長，則可知，原長為55.2cm.解析答案24.85(24.80～24.90)

55.2(55.0～55.5)(3)由圖象求出該彈簧的勁度系數(shù)為_____________8答案預測1

(1)某次研究彈簧所受彈力F與彈簧長度L的關系實驗時得到如圖2(a)所示的F－L圖象，由圖象可知：彈簧原長L0＝____cm，求得彈簧的勁度系數(shù)k＝____N/m.(2)如圖(b)所示，細繩的左端掛上鉤碼(已知每個鉤碼重G＝1N)，右端固定在彈簧的右端，O處固定一塊帶孔的數(shù)字擋板，使(1)中研究的彈簧壓縮，穩(wěn)定后指針指示如圖(b)，則指針所指刻度尺示數(shù)為_____cm.由此可推測圖(b)中所掛鉤碼的個數(shù)為___個.圖23.02001.503返回答案預測1(1)某次研究彈簧所受彈力F與彈簧長度L的關系實9高考題型2驗證力的平行四邊形定則高考題型2驗證力的平行四邊形定則10解題方略1.本實驗考查的重點是“力作用效果的等效性”.2.對實驗步驟中兩個分力和合力的大小和方向的確定也是考查的重點.解題方略1.本實驗考查的重點是“力作用效果的等效性”.11解析例2

如圖3所示，某同學在家中嘗試驗證力的平行四邊形定則，他找到三條長度和粗細相同的橡皮筋(遵循胡克定律)，以及重物、刻度尺、三角板、鉛筆、細繩、白紙、釘子等.他設計了如下實驗：①將三條橡皮筋的一端系在一起，另一端分別連一個繩套.②他分別向兩邊拉住任意兩個繩套，測量橡皮筋的長度是否相等.③在墻上A、B兩點釘兩個釘子，將白紙固定在墻面上合適的位置，再將橡皮筋的兩個繩套套在兩釘子上，測出此時三條橡皮筋的長.④將重物掛在第三個繩套C上，測量并記錄三條橡皮筋的長度并記下結點O的位置.⑤取下白紙，畫出受力圖，驗證平行四邊形定則.⑥換用不同的重物并改變A、B的位置重復實驗.(1)實驗步驟②的目的是____________________________；

圖3答案判斷橡皮筋的勁度系數(shù)是否相同解析例2如圖3所示，某同學在家中嘗試驗證力的平行四邊形定則12解析他分別向兩邊拉住任意兩個繩套，測量橡皮筋的長度是否相等，目的是判斷橡皮筋的勁度系數(shù)是否相同.解析他分別向兩邊拉住任意兩個繩套，測量橡皮筋的長度是否相等13(2)實驗步驟④中，有一個重要遺漏是_______________；解析答案解析實驗步驟④中，有一個重要遺漏是記下拉力的方向.記下拉力的方向(3)實驗步驟⑥中_____(選填“要”或“不要”)保證O點位置不變；解析該實驗，橡皮筋遵守胡克定律，結點O處于平衡狀態(tài)，所受合力為零，通過任意兩個力的合力與第三個是否等值反向驗證力的平行四邊形定則，不要保證O點的位置不變.不要(2)實驗步驟④中，有一個重要遺漏是____________14解析(4)為了使實驗更準確，下述做法不正確的是_____.A.A、B要一樣高

B.A、B距離要適當C.重物質量不能太大

D.橡皮筋要與墻面平行解析在該實驗中，A、B不一定要一樣高，但是A、B的距離要適當，不能太大，也不能太小，所掛重物的質量適當，不能太大，拉力的方向與墻面平行，則橡皮筋與墻面需平行，故A錯誤，B、C、D正確.√解析(4)為了使實驗更準確，下述做法不正確的是_____.解15預測2

某同學利用如圖4甲所示的裝置驗證力的平行四邊形定則.在豎直放置、貼有白紙的木板上固定有兩個輕質小滑輪，細線AB和OC連接于O點，細線AB繞過兩滑輪，D、E是細線與光滑滑輪槽的兩個切點.在細線末端A、B、C三處分別掛有不同數(shù)量的相同鉤碼.設所掛鉤碼個數(shù)分別用N1、N2、N3表示.掛上適當數(shù)量的鉤碼，當系統(tǒng)平衡時進行相關記錄.改變所掛鉤碼的數(shù)量，重復進行多次實驗.

圖4預測2某同學利用如圖4甲所示的裝置驗證力的平行四邊形定則.16解析(1)下列關于本實驗操作的描述，正確的有_____.a.需要利用天平測出鉤碼的質量b.∠EOD不宜過大c.兩滑輪的軸心不必處于同一條水平線上d.每次實驗都應使細線的結點O處于同一位置√

√解析(1)下列關于本實驗操作的描述，正確的有_____.√17

解析用鉤碼的個數(shù)可以代表拉力的大小，因此不需要測量鉤碼的質量，故a錯誤；∠EOD若太大，導致其合力較小，增大了誤差，故∠EOD不宜過大，故b正確；只要便于記錄通過滑輪的力的方向即可，兩滑輪的軸心不必處于同一條水平線上，故c正確；該題應用了物體的平衡來驗證力的平行四邊形定則，不需要每次實驗都使細線的結點O處于同一位置，故d錯誤.解析用鉤碼的個數(shù)可以代表拉力的大小，因此不需要測量鉤碼的18解析答案(2)每次實驗結束后，需要記錄的項目有N1、N2、N3的數(shù)值和___________________________.

OC、OD、OE三段細線的方向解析為驗證力的平行四邊形定則，必須作受力圖，所以先明確受力點，即標記結點O的位置，其次要作出力的方向并讀出力的大小，最后作出力的圖示，因此從力的三要素角度出發(fā)，要記錄鉤碼的個數(shù)和記錄OC、OD和OE三段細線的方向.解析答案(2)每次實驗結束后，需要記錄的項目有N1、N2、N19(3)該同學利用某次實驗結果在白紙上繪制了如圖乙所示的實驗結果處理圖，則根據你對本實驗的理解，要驗證力的平行四邊形定則，還需對該圖作出如下完善：_____________________________.過O點作出與FOC等大反向的力F′解析本實驗是要驗證力的平行四邊形定則，故應將由平行四邊形定則得出的合力，與真實的合力進行比較而去判斷平行四邊形定則得出的結果是否正確，由圖乙可知，要驗證力的平行四邊形定則，還需要過O點作出與FOC等大反向的力F′.解析答案返回(3)該同學利用某次實驗結果在白紙上繪制了如圖乙所示的實驗結20高考題型3驗證牛頓運動定律高考題型3驗證牛頓運動定律21解題方略《考試大綱》規(guī)定的六個力學實驗中有四個涉及打點計時器：研究勻變速直線運動、探究加速度與力、質量的關系、探究動能定理和驗證機械能守恒定律.這類實驗的關鍵是要掌握紙帶的分析處理方法，對于紙帶常有以下三大應用：(1)由紙帶確定時間要區(qū)別打點計時器打出的點與人為選取的計數(shù)點之間的區(qū)別與聯(lián)系，便于測量和計算，一般每五個點取一個計數(shù)點，這樣時間間隔為Δt＝0.02×5s＝0.1s.解題方略《考試大綱》規(guī)定的六個力學實驗中有四個涉及打點計時器22

圖5

圖523例3

(2016·全國丙卷·23)某物理課外小組利用圖6中的裝置探究物體加速度與其所受合外力之間的關系.圖中，置于實驗臺上的長木板水平放置，其右端固定一輕滑輪；輕繩跨過滑輪，一端與放在木板上的小滑車相連,另一端可懸掛鉤碼.本實驗中可用的鉤碼共有N＝5個，每個質量均為0.010kg.實驗步驟如下：(1)將5個鉤碼全部放入小車中，在長木板左下方墊上適當厚度的小物塊，使小車(和鉤碼)可以在木板上勻速下滑.

(2)將n(依次取n＝1,2,3,4,5)個鉤碼掛在輕繩右端，其余N－n個鉤碼仍留在小車內；用手按住小車并使輕繩與木板平行.釋放小車，同時用傳感器記錄小車在時刻t相對于其起始位置的位移s，繪制s-t圖象，經數(shù)據處理后可得到相應的加速度a.

圖6例3(2016·全國丙卷·23)某物理課外小組利用圖6中的24(3)對應于不同的n的a值見下表.n＝2時的s-t圖象如圖7所示；由圖7求出此時小車的加速度(保留2位有效數(shù)字)，將結果填入下表.圖7n12345a/(m·s－2)0.20

0.580.781.000.39

解析答案(3)對應于不同的n的a值見下表.n＝2時的s-t圖象如圖725(4)利用表中的數(shù)據在圖8中補齊數(shù)據點，并作出a-n圖象.從圖象可以看出：當物體質量一定時，物體的加速度與其所受的合外力成正比.解析答案解析根據描點法可得如圖所示圖線.圖8答案見解析圖(4)利用表中的數(shù)據在圖8中補齊數(shù)據點，并作出a-n圖象.從26(5)利用a-n圖象求得小車(空載)的質量為________kg(保留2位有效數(shù)字，重力加速度取g＝9.8m·s－2).解析答案0.44(5)利用a-n圖象求得小車(空載)的質量為________27(6)若以“保持木板水平”來代替步驟(1)，下列說法正確的是_____(填入正確選項前的標號)A.a-n圖線不再是直線B.a-n圖線仍是直線，但該直線不過原點C.a-n圖線仍是直線，但該直線的斜率變大解析答案解析若保持木板水平，則小車運動中受到摩擦力的作用，n的數(shù)值相同的情況下，加速度a變小，直線的斜率變小.繩的拉力等于摩擦力時，小車才開始運動，圖象不過原點，選項B正確.√(6)若以“保持木板水平”來代替步驟(1)，下列說法正確的是28預測3

在“用DIS研究小車加速度與所受合外力的關系”實驗中時，甲、乙兩組分別用如圖9(a)、(b)所示的實驗裝置進行實驗，重物通過細線跨過滑輪拉相同質量小車，位移傳感器(B)隨小車一起沿水平軌道運動，位移傳感器(A)固定在軌道一端.甲組實驗中把重物的重力作為拉力F，乙組直接用力傳感器測得拉力F，改變重物的重力重復實驗多次，記錄多組數(shù)據，并畫出a－F圖象.圖9預測3在“用DIS研究小車加速度與所受合外力的關系”實驗中29(1)位移傳感器(B)屬于_______.(填“發(fā)射器”或“接收器”)解析答案發(fā)射器解析位移傳感器(B)屬于發(fā)射器.(1)位移傳感器(B)屬于_______.(填“發(fā)射器”或“30解析答案(2)甲組實驗把重物的重力作為拉力F的條件是__________________________.小車的質量遠大于重物的質量解析在該實驗中實際是：mg＝(M＋m)a，要滿足mg＝Ma，應該使重物的質量遠小于小車的質量.即小車的質量遠大于重物的質量.解析答案(2)甲組實驗把重物的重力作為拉力F的條件是____31解析答案返回(3)圖10中符合甲組同學作出的實驗圖象的是___；符合乙組同學作出的實驗圖象的是_____.解析在質量不變的條件下，加速度與合外力成正比；由實驗原理：mg＝Ma圖10②①所以圖中符合甲組同學作出的實驗圖象的是②.乙組直接用力傳感器測得拉力F，隨著重物的質量增大，拉力F測量是準確的，a－F關系為一傾斜的直線，符合乙組同學作出的實驗圖象的是①.解析答案返回(3)圖10中符合甲組同學作出的實驗圖象的是__32高考題型4探究動能定理高考題型4探究動能定理33解題方略解題方略34例4

為驗證“拉力做功與物體動能變化的關系”，某同學到實驗室找到下列器材：長木板(一端帶定滑輪)、電磁打點計時器、質量為200g的小車、質量分別為10g、30g和50g的鉤碼、細線、學生電源(有“直流”和“交流”擋).該同學進行下列操作：A.組裝實驗裝置，如圖11(a)所示B.將質量為200g的小車拉到打點計時器附近，并按住小車C.選用50g的鉤碼掛在拉線的掛鉤P上D.釋放小車，接通打點計時器的電源，打出一條紙帶圖11例4為驗證“拉力做功與物體動能變化的關系”，某同學到實驗室35解析答案E.在多次重復實驗得到的紙帶中選出一條點跡清晰的紙帶，如圖(b)所示F.進行數(shù)據采集與處理請你完成下列問題：(1)進行實驗時，學生電源應選擇用______擋(選填“直流”或“交流”).

解析打點計時器是一種計時儀器，使用交流電源；交流解析答案E.在多次重復實驗得到的紙帶中選出解析打點計時器是36解析(2)該同學將紙帶上打出的第一個點標為“0”，且認為打“0”時小車的速度為零，其后依次標出計數(shù)點1、2、3、4、5、6(相鄰兩個計數(shù)點間還有四個點未畫)，各計數(shù)點間的時間間隔為0.1s，如圖(b)所示.該同學測量出計數(shù)點0到計數(shù)點3、4、5的距離，并標在圖(b)上.則在打計數(shù)點4時，小車的速度大小為_____m/s；如果將鉤碼的重力在數(shù)值上當作小車所受的拉力，則在打計數(shù)點0到4的過程中，拉力對小車做的功為____________

J，小車的動能增量為_______________

J.(取重力加速度g＝9.8m/s2，結果均保留兩位有效數(shù)字)0.585.9×10－23.4×10－2答案解析(2)該同學將紙帶上打出的第一個點標為“0”，且認為打“37解析根據勻變速直線運動中中間時刻的速度等于該過程中的平均速度，相鄰的兩個計數(shù)點間的時間間隔為T＝0.1s，在打計數(shù)點0到4的過程中，拉力對小車做的功為：W＝mgx04＝0.05×9.8×0.12J≈0.059J；解析根據勻變速直線運動中中間時刻的速度等于該過程中的平均速38解析答案(3)由(2)中數(shù)據發(fā)現(xiàn)，該同學并沒有能夠得到“拉力對物體做的功等于物體動能增量”的結論，且對其他的點(如2、3、5點)進行計算的結果與“4”計數(shù)點相似.你認為產生這種實驗結果的主要原因有(寫出兩條即可)①______________________________________________________；②_________________________________________________________.解析該實驗產生誤差的主要原因一是鉤碼重力大小并不等于繩子拉力的大小，設繩子上拉力為F，對小車根據牛頓第二定律有：F＝Ma①對鉤碼有：mg－F＝ma②由此可知當M?m時，鉤碼的重力等于繩子的拉力，顯然該實驗中沒有滿足這個條件；另外該實驗要進行平衡摩擦力操作，否則也會造成較大誤差.小車質量不滿足遠大于鉤碼質量；沒有平衡摩擦力；

沒考慮鉤碼動能的增加.解析答案(3)由(2)中數(shù)據發(fā)現(xiàn)，該同學并沒有能夠得到“拉力39預測4

探究力對原來靜止的物體做的功與物體獲得的速度的關系，實驗裝置如圖12所示.實驗過程中有平衡摩擦力的步驟，并且設法讓橡皮筋對小車做的功以整數(shù)倍增大，即分別為W0、2W0、3W0、4W0….(1)實驗中首先通過調整木板傾斜程度平衡摩擦力，目的是_____(填寫字母代號).A.為了釋放小車后小車能做勻加速運動B.為了增大橡皮筋對小車的彈力C.為了使橡皮筋對小車做的功等于合外力對

小車做的功D.為了使小車獲得較大的動能

圖12√解析預測4探究力對原來靜止的物體做的功與物體獲得的速度的關系，40解析實驗目的是探究合外力做功與物體速度的關系，平衡摩擦力后，橡皮筋對小車做的功等于合外力對小車做的功.解析實驗目的是探究合外力做功與物體速度的關系，平衡摩擦力后41(2)圖13是在正確操作情況下打出的一條紙帶，從中截取了測量物體最大速度所用的一部分，已知相鄰兩點打點時間間隔為0.02s，則小車獲得的最大速度vm＝_____m/s(保留3位有效數(shù)字).圖13解析答案1.22

(2)圖13是在正確操作情況下打出的一條紙帶，從中截取了測量42(3)幾名同學在實驗中分別得到了若干組橡皮筋對小車做的功W與小車獲得的最大速度vm的數(shù)據，并利用數(shù)據繪出了下列給出的四個圖象，你認為其中正確的是_____.√解析解析由W∝v，知D正確.返回(3)幾名同學在實驗中分別得到了若干組橡皮筋對小車做的功W與43高考題型5驗證機械能守恒定律高考題型5驗證機械能守恒定律44解題方略解題方略45高中物理--力學實驗與創(chuàng)新課件462.誤差分析教材中驗證機械能守恒定律的實驗是利用自由落體運動進行研究的，在重物和紙帶下落過程中要克服阻力做功，故動能的增加量一定略小于重力勢能的減少量，這是不可避免的，屬于系統(tǒng)誤差.而利用豎直上拋運動驗證機械能守恒定律，動能的減少量略大于重力勢能的增加量，所以在對誤差進行分析時，要根據實驗方法和條件合理分析，不能盲目套用公式或結論.

2.誤差分析47答案例5

(2016·全國乙卷·22)某同學用圖14(a)所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律，其中打點計時器的電源為交流電源，可以使用的頻率有20Hz、30Hz和40Hz，打出紙帶的一部分如圖(b)所示.該同學在實驗中沒有記錄交流電的頻率f，需要用實驗數(shù)據和其它題給條件進行推算.(1)若從打出的紙帶可判定重物勻加速下落，利用f和圖(b)中給出的物理量可以寫出：在打點計時器打出B點時，重物下落的速度大小為________，打出C點時重物下落的速度大小為________，重物下落的加速度大小為________.圖14解析答案例5(2016·全國乙卷·22)某同學用圖14(a)所48

49解析答案(2)已測得s1＝8.89cm，s2＝9.50cm，s3＝10.10cm；當重力加速度大小為9.80m/s2，實驗中重物受到的平均阻力大小約為其重力的1%.由此推算出f為____Hz.解析重物下落的過程中，由牛頓第二定律可得mg－F阻＝ma②由已知條件F阻＝0.01mg③由②③得a＝0.99g40解析答案(2)已測得s1＝8.89cm，s2＝9.50c50預測5

某同學利用氣墊導軌驗證機械能守恒定律，實驗裝置如圖15所示.氣墊導軌與水平桌面的夾角為θ，導軌底端P點有一帶擋光片的滑塊，滑塊和擋光片的總質量為M，擋光片的寬度為b，滑塊與沙桶由跨過輕質光滑定滑輪的細繩相連.導軌上Q點固定一個光電門，擋光片到光電門的距離為d.(1)實驗時，該同學進行了如下操作：

①開啟氣泵，調節(jié)細沙的質量，使滑塊處于靜止狀態(tài)，則沙桶和細沙的總質量為______；②在沙桶中再加入質量為m的細沙，讓滑塊從P點由靜止開始運動.已知光電門記錄擋光片擋光的時間為Δt，則滑塊通過Q點的瞬時速度為_____.

圖15答案Msinθ

預測5某同學利用氣墊導軌驗證機械能守恒定律，實驗裝置如圖151解析答案(2)在滑塊從P點運動到Q點的過程中,滑塊的機械能增加量ΔE1＝__________________，沙桶和細沙的機械能減少量ΔE2＝__________________________________.在誤差允許的范圍內，如果ΔE1＝ΔE2，則滑塊、沙桶和細沙組成的系統(tǒng)機械能守恒.解析沙和沙桶總質量為Msinθ＋m，重力勢能減少量為ΔEp＝(Msinθ＋m)gd，返回解析答案(2)在滑塊從P點運動到Q點的過程中,滑塊的機械能增52高考題型6力學創(chuàng)新實驗高考題型6力學創(chuàng)新實驗53例6

(2016·全國甲卷·22)某物理小組對輕彈簧的彈性勢能進行探究，實驗裝置如圖16所示：輕彈簧放置在光滑水平桌面上，彈簧左端固定，右端與一物塊接觸而不連接，紙帶穿過打點計時器并與物塊連接.向左推物塊使彈簧壓縮一段距離，由靜止釋放物塊，通過測量和計算，可求得彈簧被壓縮后的彈性勢能.圖16例6(2016·全國甲卷·22)某物理小組對輕彈簧的彈性勢54解析根據該實驗操作過程，正確步驟應為④①③②.(1)實驗中涉及到下列操作步驟：①把紙帶向左拉直②松手釋放物塊③接通打點計時器電源④向左推物塊使