高考物理 考前冲刺大题精做 专题12 力学实验

2013年高考物理考前冲刺大题精做专题12力学实验【2013高考会这样考】1.学会正确使用的仪器主要有：刻度尺、天平、秒表、电火花计时器、电磁打点计时器、弹簧测力计等.2.理解各实验原理，并能根据实验原理进行正确的实验操作.还要会一些简单的创新实验.3.掌握常用的实验方法，例如控制变量法、图象法处理数据.4.了解误差的概念，知道系统误差和偶然误差；知道多次测量求平均值的方法减小偶然误差；能在力学实验中分析误差的主要来源；不要求计算误差，但要知道如何采取措施尽可能地减小误差.5.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.【原味还原高考】实验一、研究匀变速直线运动1.实验原理对打点计时器的认识:(1)作用：计时仪器，每隔0.02s打一次点.(2)工作条件：电磁打点计时器：4～6V低压交流电;电火花计时器：220V交流电.(3)纸带上点的意义：表示和纸带相连的物体在不同时刻的位置；通过研究纸带上各点之间的间隔，可以判断物体的运动情况.2.利用纸带判断物体是否做匀变速直线运动的方法(1)沿直线运动的物体在连续相等时间间隔的不同时刻的速度分别为v1、v2、v3、v4、…，若v2－v1＝v3－v2＝v4－v3＝…，则说明物体在相等时间内速度的增量相等，由此说明物体在做匀变速直线运动，即加速度恒定不变.(2)沿直线运动的物体在连续相等时间内的位移分别为x1、x2、x3、x4…，若Δx＝x2－x1＝x3－x2＝x4－x3＝…，则说明物体在做匀变速直线运动，且Δx＝aT2.3.利用纸带数据求解速度、加速度的方法(1)“平均速度法”求某点瞬时速度，即如图所示.(2)“逐差法”求加速度，即然后取平均值，即这样使所给数据全部得到利用，以提高准确度.(3)“图象法”求加速度，即由“平均速度法”求出多个点的速度，画出v-t图象，直线的斜率即代表加速度.4.数据处理及实验结论由实验数据得出v-t图象(1)根据表格中的v、t数据，在平面直角坐标系中仔细描点，如图所示，对于每次实验，描出的几个点都大致落在一条直线上.(2)作一条直线，使同一次实验得到的各点尽量落到这条直线上，落不到直线上的点，应均匀分布在直线的两侧，这条直线就是本次实验的v-t图象，它是一条倾斜的直线.【特别提醒1】1.开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器.2.先接通电源，计时器工作后，再放开小车，当小车停止运动时及时断开电源.3.要防止钩码落地和小车跟滑轮相撞，在小车到达滑轮前及时用手按住它.4.牵引小车的钩码个数要适当，以免加速度过大而使纸带上的点太少，或者加速度太小，而使各段位移无多大差别，从而使误差增大，加速度的大小以能在50cm长的纸带上清楚地取得六、七个计数点为宜.【特别提醒2】由实验得出的v-t图象,进一步得出小车运动的速度随时间变化的规律.有两条途径进行分析：1.小车运动的v-t图象是一条倾斜的直线，如图所示，当时间增加相同的值Δt，速度也会增加相同的值Δv，由此得出结论：小车的速度随时间均匀变化.2.既然小车的v-t图象是一条倾斜的直线，那么v随t变化的函数关系式为v＝kt＋b，所以小车的速度随时间均匀变化..二、探究弹力和弹簧伸长的关系1.实验原理(1)如图所示，在弹簧下端悬挂钩码时弹簧会伸长，平衡时弹簧产生的弹力与所挂钩码的重力大小相等.(2)弹簧的长度可用刻度尺直接测出，伸长量可以由拉长后的长度减去弹簧原来的长度进行计算.这样就可以研究弹簧的弹力和弹簧伸长量之间的定量关系了.2.要点步骤(1)将弹簧的一端挂在铁架台上，让其自然下垂，用刻度尺测出弹簧自然伸长状态时的长度l0，即原长.(2)如图所示，将已知质量的钩码挂在弹簧的下端，在平衡时测量弹簧的总长并测出钩码的重力，填写在表格里.1234567F/Nl/cmx/cm(3)改变所挂钩码的质量，多次重复前面的实验过程.(4)以弹力F(大小等于所挂钩码的重力)为纵坐标，以弹簧的伸长量x为横坐标，用描点法作图.3.实验改进在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，也可以不测量弹簧的自然长度，而以弹簧的总长作为自变量，弹力为函数，作出弹力随弹簧长度的关系图线.这样可避免因测弹簧的自然长度而带来误差.【特别提醒】一、实验操作时注意以下三点1.所挂钩码不要过重，以免弹簧被过分拉伸，超出它的弹性限度.要注意观察，适可而止.2.每次所挂钩码的质量差尽量大一些，从而使坐标系上描的点尽可能稀，这样作出的图线精确.3.测弹簧长度时，一定要在弹簧竖直悬挂且处于平衡状态时测量，以免增大误差.二、处理数据时注意以下两点1.记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位.2.按照图中各点的分布与走向，尝试作出一条平滑的曲线(包括直线)，所描的点不一定正好都在这条曲线上，但要注意使曲线两侧的点分布大致均匀,切忌画成折线.三、验证力的平行四边形定则1.实验原理(1)等效法：一个力F′的作用效果和两个力F1、F2的作用效果相同，就是让同一条一端固定的橡皮条伸长到同一点，所以力F′就是这两个力F1和F2的合力，作出力F′的示意图，如图所示.(2)平行四边形法：根据平行四边形定则作出力F1和F2的合力F的示意图.(3)验证：比较F和F′的大小和方向是否相同，若在误差允许的范围内相同，则就验证了力的平行四边形定则.2.要点步骤(1)在水平桌面上平放一块方木板，在方木板上铺一张白纸，用图钉把白纸固定在方木板上.(2)用图钉把橡皮条的一端固定在板上的A点，在橡皮条的另一端拴上两条细绳，细绳的另一端各系上细绳套.(3)用两个弹簧测力计分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条，将结点拉到某一位置O，如图所示.(4)用铅笔描下O点的位置和两条细绳的方向，读出并记录两个弹簧测力计的示数.(5)用铅笔和刻度尺在白纸上从O点沿两条细绳的方向画直线，按一定的标度作出两个力F1和F2的图示，并以F1和F2为邻边用刻度尺和三角板作平行四边形，过O点的平行四边形的对角线即为合力F.(6)只用一个弹簧测力计，通过细绳把橡皮条的结点拉到同样的位置O，读出并记录弹簧测力计的示数，描下细绳的方向，按同一标度用刻度尺从O点作出这个力F′的示意图.(7)比较F′与用平行四边形定则求出的合力F的大小和方向，看它们在实验误差允许的范围内是否相等.(8)改变F1和F2的大小和方向，再做两次实验.3.实验改进本实验用一个弹簧测力计也可以完成，具体操作如下：(1)把两条细绳中的一条细绳与弹簧测力计连接，另一条细绳用手直接抓住，然后同时拉这两条细绳，使结点至O点，记下两条细绳的方向和弹簧测力计的示数F1.(2)放回橡皮条后，将弹簧测力计连接到另一细绳上，再用手抓住另一条细绳，同时拉这两条细绳，使结点至O点，并使两条细绳位于记录下来的方向上，读出弹簧测力计的示数F2.其他步骤与提供两只弹簧测力计时相同.这种操作的优点是能减小因两弹簧测力计的不同而带来的误差，但实验过程稍麻烦.【特别提醒】1.注意事项(1)同一实验中的两只弹簧测力计的选取方法是：将两只弹簧测力计调零后互钩对拉，若两只弹簧测力计在对拉过程中，读数相同，则可选；若读数不同，应调整或另换，直至相同为止.(2)在同一次实验中，使橡皮条拉长时，结点O位置一定要相同.(3)用两只弹簧测力计钩住绳套互成角度地拉橡皮条时，夹角不宜太大也不宜太小，在60°～100°之间为宜.(4)读数时应注意使弹簧测力计与木板平行，并使细绳套与弹簧测力计的轴线在同一条直线上，避免弹簧测力计的外壳与弹簧测力计的限位孔之间有摩擦.读数时眼睛要正视弹簧测力计的刻度，在合力不超过量程及橡皮条弹性限度的前提下，拉力的数值尽量大些.(5)细绳套应适当长一些，便于确定力的方向.不要直接沿细绳套的方向画直线，应在细绳套末端用铅笔画一个点，去掉细绳套后，再将所标点与O点连接，即可确定力的方向.(6)在同一次实验中，画力的图示所选定的标度要相同，并且要恰当选取标度，使所作力的图示稍大一些.2.误差分析(1)弹簧测力计本身的误差.(2)读数误差和作图误差.(3)两分力F1、F2间的夹角θ越大，用平行四边形定则作图得出的合力F的误差ΔF也越大.四、验证牛顿第二定律1.实验原理探究加速度a与力F及质量M的关系时，应用的是控制变量法，即先控制一个参量——小车的质量M不变，讨论加速度a与力F的关系，再控制砝码和小盘的质量不变，即力F不变，改变小车质量M，讨论加速度a与M的关系.2.要点步骤(1)用天平测出小车和小盘的质量M和M′，把数值记录下来.(2)按照如图所示装置把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细绳系在小车上(即不给小车施加牵引力).(3)平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块，反复移动木块的位置，直至小车在斜面上运动时可以保持匀速运动状态，这时小车拖着纸带运动时受到的阻力恰好与小车所受重力在斜面方向上的分力平衡.(4)把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂小盘，先接通电源再放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列的点.打点完成后切断电源，取下纸带，在纸带上标上纸带号码.(5)保持小车及车内砝码的质量不变，在小盘内放入质量为m′的砝码，重复步骤(4).(6)在小盘内分别放入质量为m″、(4).m′、m″、…的数值都要记录在纸带上(或表格内).(7)在每条纸带上都选取一段比较理想的部分，标明计数点，测量计数点间的距离，算出每条纸带上的加速度的值.(8)用纵坐标表示加速度，横坐标表示力，根据实验结果在坐标平面上画出相应的点.若这些点在一条直线上，便证明了加速度与作用力成正比.(9)保持砝码和小盘的质量不变，在小车上依次加砝码(也需做好记录)，重复上述步骤，用纵坐标表示加速度a，横坐标表示小车和砝码总质量的倒数，在坐标平面上根据实验结果画出相应的点，如果这些点在一条直线上，就证明了加速度与质量成反比.3.数据处理(1)把小车在不同力作用下产生的加速度填在表中实验次数加速度a/m·s-2小车受力F/N1234(2)由以上数据画出它的a-F关系图象如图所示，通过a-F关系图象，我们可以得出小车的加速度a与力F成正比.(3)把不同质量的小车在相同力作用下产生的加速度填在表中实验次数加速度a/m·s-2小车质量M/kg1234(4)由以上数据画出它的图象，如图所示.4.实验改进本实验中可以用气垫导轨来代替长木板，这样就省去了平衡阻力的麻烦，小车的加速度也可以利用传感器，借助于计算机来处理.【特别提醒】1.注意事项(1)一定要做好平衡摩擦力的工作，也就是调出一个合适的斜面，使小车的重力沿着斜面方向的分力正好平衡小车受的摩擦阻力.在平衡摩擦力时，不要把悬挂重物的细绳系在小车上，即不要给小车加任何牵引力，并要让小车拖着打点的纸带运动.(2)实验要点步骤(2)、(3)不需要重复，即整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变重物质量，还是改变小车和砝码的总质量，都不需要重新平衡摩擦力.(3)每条纸带必须在满足小车与车上所加砝码的总质量远大于重物质量的条件下打出.只有如此，重物重力才可视为小车受到的拉力.(4)改变拉力或小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，再放开小车，且应在小车到达滑轮前按住小车.(5)作图象时，要使尽可能多的点在所作直线上，不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线两侧.(6)作图时两轴标度比例要选择适当,各量须采用国际单位.这样作图线时，坐标点间距不至于过密，误差会小些.2.误差分析(1)质量的测量误差，纸带上打点计时器打点间隔距离的测量误差，拉线或纸带不与木板平行等造成误差.(2)因实验原理不完善造成误差：本实验中用重物的重力代替小车受到的拉力(实际上小车受到的拉力要小于重物的重力)，存在系统误差.重物质量越接近小车的质量，误差就越大；反之，重物质量越小于小车的质量，误差就越小.(3)平衡摩擦力不准造成误差：在平衡摩擦力时，除了不挂重物外，其他的都跟正式实验一样(比如要挂好纸带、接通打点计时器)，释放小车，使小车匀速运动，匀速运动的标志是打点计时器打出的纸带上各相邻点的距离相等.【拓展提高】为提高测量精度，可以采取下列措