高考物理力学实验专题.doc
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1、高考物理力学实验专题1(2019全国卷)某小组利用打点计时器对物块沿倾斜的长木板加速下滑时的运动进行探究。物块拖动纸带下滑,打出纸带的一部分如图所示。已知打点计时器所用交流电的频率为50 Hz,纸带上标出的每两个相邻点之间还有4个打出的点未画出。在A、B、C、D、E五个点中,打点计时器最先打出的是_点。在打出C点时物块的速度大小为_ m/s(保留三位有效数字);物块下滑的加速度大小为_ m/s2(保留两位有效数字)。【答案】A0.2330.75【解析】物块加速下滑,因此打点间距逐渐增大,故先打出A点。打C点时物块的速度大小vC m/s0.233 m/s;物块下滑的加速度大小a m/s20.75
2、 m/s2。2(2019高考全国卷,T22)如图(a),某同学设计了测量铁块与木板间动摩擦因数的实验所用器材有:铁架台、长木板、铁块、米尺、电磁打点计时器、频率50 Hz的交流电源、纸带等回答下列问题: (1)铁块与木板间动摩擦因数_(用木板与水平面的夹角、重力加速度g和铁块下滑的加速度a表示)(2)某次实验时,调整木板与水平面的夹角使30.接通电源,开启打点计时器,释放铁块,铁块从静止开始沿木板滑下多次重复后选择点迹清晰的一条纸带,如图(b)所示图中的点为计数点(每两个相邻的计数点间还有4个点未画出)重力加速度为9.80 m/s2.可以计算出铁块与木板间的动摩擦因数为_(结果保留2位小数)【
3、解析】(1)铁块受重力、木板弹力及摩擦力作用,由牛顿第二定律得mgsin FNma且FNmgcos 解以上两式得.(2)由逐差法求铁块加速度:a102 m/s21.97 m/s2代入,得0.35.【答案】(1)(2)0.353(2019全国卷)甲、乙两位同学设计了利用数码相机的连拍功能测重力加速度的实验。实验中,甲同学负责释放金属小球,乙同学负责在小球自由下落的时候拍照。已知相机每间隔0.1 s拍1幅照片。(1)若要从拍得的照片中获取必要的信息,在此实验中还必须使用的器材是_。(填正确答案标号)A米尺 B秒表 C光电门 D天平(2)简述你选择的器材在本实验中的使用方法。答:_。(3)实验中两同
4、学由连续3幅照片上小球的位置a、b和c得到ab24.5 cm、ac58.7 cm,则该地的重力加速度大小为g_ m/s2。(保留两位有效数字)【答案】(1)A(2)将米尺竖直放置,使小球下落时尽量靠近米尺(3)9.7【解析】(1)利用频闪照片测重力加速度时需要测量小球下落的距离,因此实验时必须使用米尺。(2)将米尺竖直放置,小球靠近米尺下落,从照片上直接读出小球下落的距离。(3)根据sgT2得重力加速度大小g m/s29.7 m/s2。4(2019江苏卷)某兴趣小组用如图1所示的装置验证动能定理(1)有两种工作频率均为50 Hz的打点计时器供实验选用:A电磁打点计时器B电火花打点计时器为使纸带
5、在运动时受到的阻力较小,应选择_(选填“A”或“B”)(2)保持长木板水平,将纸带固定在小车后端,纸带穿过打点计时器的限位孔实验中,为消除摩擦力的影响,在砝码盘中慢慢加入沙子,直到小车开始运动同学甲认为此时摩擦力的影响已得到消除同学乙认为还应从盘中取出适量沙子,直至轻推小车观察到小车做匀速运动看法正确的同学是_(选填“甲”或“乙”)(3)消除摩擦力的影响后,在砝码盘中加入砝码接通打点计时器电源,松开小车,小车运动纸带被打出一系列点,其中的一段如图2所示图中纸带按实际尺寸画出,纸带上A点的速度vA_m/s.(4)测出小车的质量为M,再测出纸带上起点到A点的距离为L.小车动能的变化量可用EkMv算
6、出砝码盘中砝码的质量为m,重力加速度为g.实验中,小车的质量应_(选填“远大于”“远小于”或“接近”)砝码、砝码盘和沙子的总质量,小车所受合力做的功可用WmgL算出多次测量,若W与Ek均基本相等则验证了动能定理【解析】(1)电火花打点计时器对纸带的阻力小于电磁打点计时器对纸带的阻力,实验时误差小,故选B.(2)在砝码盘中慢慢加入沙子直至小车开始运动,小车从静止开始做加速运动,此时砝码盘和沙子的总重力大于小车与长木板间的滑动摩擦力,平衡摩擦力过度;轻推小车,小车做匀速运动,根据平衡条件可知,此时砝码盘和沙子的总重力等于小车与长木板间的滑动摩擦力大小,消除了摩擦力的影响,看法正确的是同学乙. (3
7、)在匀变速直线运动中,中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度用刻度尺量出A左侧第一个点与A右侧第一个点之间的距离l1.24 cm,再除以0.02 s20.04 s,可得vA0.31 m/s. (4)本实验中砝码的重力应该是小车所受的合外力只有当小车的质量远大于砝码盘、砝码以及沙子的总质量时,才可以将砝码的重力当成小车受到的合外力【答案】(1)B(2)乙(3)0.31(0.300.33都算对) (4)远大于5.(2018高考江苏卷)某同学利用如图所示的实验装置来测量重力加速度g.细绳跨过固定在铁架台上的轻质滑轮,两端各悬挂一只质量为M的重锤实验操作如下: 用米尺量出重锤1底端距地面的高度H.
8、在重锤1上加上质量为m的小钩码左手将重锤2压在地面上,保持系统静止释放重锤2,同时右手开启秒表,在重锤1落地时停止计时,记录下落时间重复测量3次下落时间,取其平均值作为测量值t.请回答下列问题:(1)步骤可以减小对下落时间t测量的_(选填“偶然”或“系统”)误差(2)实验要求小钩码的质量m要比重锤的质量M小很多,主要是为了_A使H测得更准确B使重锤1下落的时间长一些C使系统的总质量近似等于2MD使细绳的拉力与小钩码的重力近似相等(3)滑轮的摩擦阻力会引起实验误差现提供一些橡皮泥用于减小该误差,可以怎么做?(4)使用橡皮泥改进实验后,重新进行实验测量,并测出所用橡皮泥的质量为m0.用实验中的测量
9、量和已知量表示g,得g_.【解析】(1)误差是测量过程造成的,只要不是实验原理带来的误差都属于偶然误差(2)小钩码的质量m比重锤的质量M小很多时,系统的加速度较小,从而导致运动时间延长,有利于减小测量时间的误差,故选B.(3)需要保证轻拉重锤1使它匀速运动,应该在重锤 1 上粘上合适的橡皮泥(4)由牛顿第二定律得(2Mmm0)amg,解得a,又由于Hat2,可得g.【答案】(1)偶然(2)B (3)在重锤1上粘上橡皮泥,调整橡皮泥质量直至轻拉重锤1能观察到其匀速下落(4)一、考向分析: 二、考向讲解考向一游标卡尺和螺旋测微器的读数游标卡尺(不估读)(1)读数:测量值主尺读数(mm)精度游标尺上
10、对齐刻线数值(mm)(2)常用精确度:10分度游标,精度0.1 mm;20分度游标,精度0.05 mm;50分度游标,精度0.02 mm螺旋测微器(需估读)测量值固定刻度可动刻度(带估读值)0.01 mm【方法技巧】游标卡尺和螺旋测微器读数时应注意的问题(1)10分度的游标卡尺,以mm为单位,小数点后只有1位.20分度和50分度的游标卡尺以mm为单位,小数点后有2位(2)游标卡尺在读数时先读主尺数据,再读游标尺数据,最后两数相加游标卡尺读数不估读(3)不要把游标尺的边缘当成零刻线,从而把主尺的刻度读错(如第1题和第2题中游标卡尺的读数,看清“零”刻度线)(4)螺旋测微器读数时,要注意固定刻度上
11、表示半毫米的刻度线是否已经露出如第2(2)题图;要准确到0.01 mm,估读到0.001 mm,即结果若用mm为单位,则小数点后必须保留三位数字 考向二“纸带类”问题的处理1常规计时仪器的测量方法计时仪器测量方法秒表秒表的读数方法:测量值(t)短针读数(t1)长针读数(t2),无估读打点计时器(1)tnT(n表示打点的时间间隔的个数,T表示打点周期);(2)打点频率(周期)与所接交流电的频率(周期)相同2.两个关键点(1)区分计时点和计数点:计时点是指打点计时器在纸带上打下的点计数点是指测量和计算时在纸带上所选取的点要注意“每五个点取一个计数点”与“每隔四个点取一个计数点”的取点方法是一样的(
12、2)涉及打点计时器的实验均是先接通打点计时器的电源,待打点稳定后,再释放纸带3纸带的三大应用(1)判断物体运动性质若x0,则可判定物体在实验误差允许的范围内做匀速直线运动若x不为零且为定值,则可判定物体在实验误差允许范围内做匀变速直线运动(2)求解瞬时速度做匀变速运动的物体在一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度如图所示,求打某一点的瞬时速度,只需在这一点的前后各取相同时间间隔T的两段位移xn和xn1,则打n点时的速度vn.(3)用“逐差法”求加速度如图所示因为a1,a2,a3所以a.考向三“橡皮条、弹簧类”实验1橡皮条、弹簧的弹力大小与伸长量之间的关系满足胡克定律,实验的数据处理中一般选
13、用图象法2胡克定律描述的是在弹性限度内,橡皮条(弹簧)的弹力与形变量成正比,如果超出弹性限度,正比关系不再成立3弹簧测力计读数时要先看量程和分度值,再根据指针所指的位置读出所测力的大小如分度值为0.1 N,则要估读,即有两位小数,如分度值为0.2 N,则小数点后只能有一位小数4图象法处理数据的要求(1)作图一定要用坐标纸,坐标纸的大小要根据有效数字的位数和结果的需要来定(2)要标明坐标轴名、单位,在坐标轴上每隔一定的间距按有效数字的位数标明数值(3)图上的连线不一定通过所有的数据点,应尽量使数据点合理地分布在线的两侧(4)作图时常通过选取适当的坐标轴使图象线性化,即“变曲为直”(5)有些时候,
14、为了使坐标纸有效使用范围增大,坐标原点可以不从“0”开始考向四“光电门类”实验1光电门的结构光电门是一个像门样的装置,一边安装发光装置,一边安装接收装置并与计时装置连接2光电门的原理当物体通过光电门时光被挡住,计时器开始计时,当物体离开时停止计时,这样就可以根据物体大小与运动时间计算物体运动的速度(1)计算速度:如果挡光片的宽度为d,挡光时间为t,则物体经过光电门时的瞬时速度v.(2)计算加速度:利用两光电门的距离L及a计算加速度考向五振动和波实验1单摆的测量(1)测摆长:用刻度尺量出摆线长l(精确到毫米),用游标卡尺测出小球直径D,则单摆的摆长ll.(2)测周期:将单摆从平衡位置拉开一个角度
15、(小于5),然后释放小球,记下单摆摆动3050次的总时间,算出平均每摆动一次的时间,即为单摆的振动周期2单摆测重力加速度数据处理(1)公式法:g,算出重力加速度g的值,再算出g的平均值(2)图象法:作出lT2图象求g值考向六光学实验一、测玻璃砖的折射率1插针与测量(1)在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2,透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像,调整视线的方向,直到P1的像被P2挡住,再在观察的这一侧依次插两枚大头针P3、P4,使P3挡住P1、P2的像,P4挡住P1、P2的像及P3,记下P3、P4的位置(2)移去玻璃砖,连接P3、P4并延长交bb于O,连接OO即为折射光线,入射角1AOM,折
16、射角2OON.(3)用量角器测出入射角和折射角,查出它们的正弦值,将数据填入表格中(4)改变入射角1,重复实验步骤,列表记录相关测量数据2数据处理(1)平均值法:计算每次实验的折射率n,求出平均值.(2)图象法(如图甲所示)(3)单位圆法(如图乙所示)二、测光的波长1观察与记录(1)调整单缝与双缝间距为几厘米时,观察白光的干涉条纹(2)在单缝和光源间放上滤光片,观察单色光的干涉条纹(3)调节测量头,使分划板中心刻度线对齐第1条亮条纹的中心,记下手轮上的读数a1,转动手轮,使分划板向一侧移动,当分划板中心刻度线与第n条相邻的亮条纹中心对齐时,记下手轮上的刻度数a2,则相邻两条纹间的距离x.(4)
17、换用不同的滤光片,测量其他色光的波长2数据处理用刻度尺测量出双缝到光屏间的距离l,由公式x得x计算波长,重复测量、计算,求出波长的平均值考向七 力学创新实验一、力学创新实验1力学创新实验的几个特点(1)实验器材的等效与替换,主要有3个方面的创新:用电子秤或已知质量的钩码替代弹簧测力计;气垫导轨替代长木板;用光电门、闪光照相机替代打点计时器(2)实验结论的拓展与延伸:主要通过一些实验装置得出物体的加速度,再利用牛顿第二定律求出物体所受阻力或小车与木板间的动摩擦因数(3)情境的设计与创新:近几年在试题情境的设计上进行了较多的创新,不过考查的实验原理和实验处理方法仍然不变,因此只要把最根本的方法从新
18、情境中分离出来,找出与常规实验相同之处就可以2创新实验题的解法(1)以基本的力学模型为载体,依托运动学规律和力学定律设计实验;(2)将实验的基本方法控制变量法,处理数据的基本方法图象法、逐差法,融入实验的综合分析之中;(3)根据题目情境,提取相应的力学模型,明确实验的理论依据和实验目的,设计实验方案;(4)进行实验,记录数据,应用原理公式或图象法处理实验数据,结合物体实际受力情况和理论受力情况对结果进行误差分析题型一游标卡尺和螺旋测微器的读数例1(2020安徽省马鞍山二中高三调研)图中游标卡尺的读数为_ mm,螺旋测微器的读数为_ mm.【解析】游标卡尺的读数为l52 mm7 mm52.35
19、mm;螺旋测微器的读数为d1.5 mm49.00.01 mm1.990 mm.【答案】52.351.990(1.8991.991均正确)【变式探究】(2020江西省鹰潭一中高三模拟) (1)如图甲、乙、丙所示的三把游标卡尺,它们的游标尺分别为9 mm长10等分、19 mm长20等分、49 mm长50等分,它们的读数依次为_ mm、_ mm、_ mm.(2)用螺旋测微器测量金属丝的直径,图中所示的示数为_ mm.【解析】(1)甲图读数:整毫米数是17 mm,不足1毫米数是20.1 mm0.2 mm,最后读数是17 mm0.2 mm17.2 mm;乙图读数:整毫米数是23 mm,不足1毫米数是70
20、.05 mm0.35 mm,最后读数是23 mm0.35 mm23.35 mm;丙图读数:整毫米数是10 mm,不足1毫米数是190.02 mm0.38 mm,最后读数是10 mm0.38 mm10.38 mm.(2)半毫米刻度线已经露出,固定刻度示数为6.5 mm,由螺旋测微器的读数方法,可知金属丝的直径d6.5 mm20.00.01 mm6.700 mm.【答案】(1)17.223.3510.38(2)6.700(6.6996.701均正确) 题型二“纸带类”问题的处理例2(2020广西省梧州一中高三质检)在做“研究匀变速直线运动”的实验时,某同学得到一条用打点计时器打下的纸带,如图所示,
21、并在其上取了A、B、C、D、E、F、G共7个计数点,图中每相邻两个计数点间还有4个点没有画出,打点计时器接频率f50 Hz的交流电源(1)打下E点时纸带的速度vE_(用给定字母表示);(2)若测得d665.00 cm,d319.00 cm,物体的加速度a_ m/s2;(3)如果当时交变电流的频率f50 Hz,但当时做实验的同学并不知道,那么测得的加速度值和真实值相比_(选填“偏大”或“偏小”)【解析】(1)由于图中每相邻两个计数点间还有4个点没有画出,所以相邻的计数点之间的时间间隔为5T,利用匀变速直线运动的推论得vE.(2)根据匀变速直线运动的推论xaT2可得a3.00 m/s2.(3)如果
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