1、專題十一 實驗探究,第1講 力學實驗,1力學實驗部分要求掌握的知識點有： (1)研究勻變速直線運動 (2)探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系 (3)驗證力的平行四邊形定則 (4)驗證牛頓運動定律 (5)探究動能定理 (6)驗證機械能守恒定律 (7)驗證動量守,2力學實驗的特點 (1)在力學實驗中打點計時器的應用非常廣泛，在七個實驗中有五個實驗用到了打點計時器涉及打點計時器及其紙帶數(shù)據(jù)分析的試題幾乎年年都考，應引起足夠重視 力學實驗的創(chuàng)新也是高考的熱點內(nèi)容，實驗考查以分組或演示實驗為背景，考查對實驗方法的領(lǐng)悟情況，靈活運用學過的實驗方法完成新的實驗,(2)力學實驗中數(shù)據(jù)的處理，作圖法應用較多，用作圖法處理

2、數(shù)據(jù)的優(yōu)點是直觀、簡便，能有效地減少偶然誤差對測量結(jié)果的影響由圖線的斜率、截距、所包圍面積和圖線的交點等可以研究物理量之間的變化及其關(guān)系對此應多加訓練，熟練掌握,1通過實驗探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系 當在豎直懸掛的彈簧下掛上鉤碼時，彈簧被拉長，產(chǎn)生向上的彈力由二力平衡條件可知，鉤碼靜止時，鉤碼的重力等于彈簧的彈力當鉤碼重力增大時，彈力也增大，彈簧彈伸長量增大所以研究彈簧的彈力與彈簧伸長量之間的關(guān)系，可以轉(zhuǎn)換為探究彈簧伸長量與鉤碼重力的關(guān)系 由此可知，實驗中需測量的量有：懸掛不同數(shù)量鉤碼時彈簧的伸長量、鉤碼的重力,【例1】通過“探究彈簧彈力與彈簧伸長長度的關(guān)系”實驗，我們知道在彈性限度內(nèi)，彈簧彈力

3、F的大小與彈簧的伸長(或壓縮)量x成正比，并且不同的彈簧，其勁度系數(shù)不同已知一根原長為 L0、勁度系數(shù)為 k1的長,彈簧A，現(xiàn)把它截成長為L0和L0的B、C兩段，設B段的勁度系數(shù)為k2、C段的勁度系數(shù)為k3，關(guān)于k1、k2、k3的大小關(guān)系，同學們做出了如下猜想,圖911,甲同學：既然是同一根彈簧截成的兩段，所以，k1=k2=k3 乙同學：彈簧越短勁度系數(shù)越大，所以，k1k2k3 (1)為了驗證猜想，可以通過實驗來完成實驗所需的器材除鐵架臺外，還需要的器材有 _ (2)簡要寫出實驗步驟 (3)圖911是實驗得到的圖線根據(jù)圖線得出彈簧的勁度系數(shù)與彈簧長度有怎樣的關(guān)系？,改變鉤碼的個數(shù)，重復實驗步驟

4、、，并求出彈簧A的勁度系數(shù)k1的平均值 按要求將彈簧A剪斷成B、C兩段，重復實驗步驟、.分別求出彈簧B、C的勁度系數(shù)k2 、 k3的平均值比較k1、k2、k3得到結(jié)論 (說明：不一定嚴格按以上順序答題，只要條理清楚、能完成實驗的，都算對) (3)同一根彈簧上截下的幾段，越短的段，勁度系數(shù)越大(或越長的段，勁度系數(shù)越小),【評析】在物理學中經(jīng)常用到圖象處理物理問題用作圖法處理實驗數(shù)據(jù)并得出相關(guān)的結(jié)論是科學研究中的一種重要方法，也是高考中的重點內(nèi)容，近年來在高考中出現(xiàn)的幾率特別高在作圖時，應該根據(jù)所給出的坐標紙合理選取兩坐標軸的標度，使得圖線大致占滿整個區(qū)域，以便減小偶然誤差根據(jù)描出的點，作出平滑

5、曲線或直線，注意所畫出的線不一定過所有點，而是應盡量使各點較均勻地分布在圖線的兩側(cè)，畫直線或曲線的過程就是取平均的過程,如圖912所示，將橡皮筋的一端固定于A點，另一端點用互成某個角度的兩個拉力F1與F2將其拉到某個位置O，換用一個拉力F替代前兩個拉力F1與F2，也把橡皮筋拉到同一位置O，此時則可以說拉力F1和F2合力的作用效果與一個力F的作用效果相同若按比例作力F1、F2、F的圖示，以F1和F2為鄰邊作平行四邊形所得的合力F與F在誤差允許范圍內(nèi)大小相等、方向相同，即可驗證兩互成角度的共點力的合成遵從平行四邊形定則,2驗證力的平行四邊形定則,由此可知，實驗中應記錄與測量的是：橡皮筋被拉到的位置

6、O，各次彈簧測力計拉力的大小與方向,圖912,【例2】(2011江蘇卷)某同學用如圖所示的實驗裝置來驗證“力的平行四邊形定則”彈簧測力計A掛于固定點P，下端用細線掛一重物M.彈簧測力計B的一端用細線系于O點，手持另一端向左拉，使結(jié)點O靜止在某位置，分別讀出彈簧測力計A和B的示數(shù)，并在貼于豎直木板的白紙上記錄O點的位置和拉線的方向,(1)本實驗用的彈簧測力計示數(shù)的單位為N，圖中A的示數(shù)為_ N. (2)下列不必要的實驗要求是_(請?zhí)顚戇x項前對應的字母) A應測量重物M所受的重力 B彈簧測力計應在使用前校零 C拉線方向應與木板平面平行 D改變拉力，進行多次實驗，每次都要使O點靜止在同一位置 (3)

7、某次實驗中，該同學發(fā)現(xiàn)彈簧測力計A的指針稍超出量程，請您提出兩個解決辦法,【解析】 (1)由測力計可讀出數(shù)據(jù)為3.6N； (2)因為只要O點受力平衡，三個力的合力為零即可，沒有必要每次都要使O點靜止在同一位置，D項符合題意； (3)減小重物M的質(zhì)量，可使測力計的讀數(shù)減小，更換量程更大的測力計也可 答案：(1)3.6(2)D(3) 改變彈簧測力計B拉力的大??；減小重物M的質(zhì)量(或?qū)更換成較大量程的彈簧測力計、改變彈簧測力計B拉力的方向等),3研究勻變速直線運動規(guī)律,(1)判斷物體運動的性質(zhì) 根據(jù)打點的紙帶判斷物體的運動情況，一般的方法是測量每相鄰兩點間的距離，若相鄰兩點間的距離相等，則物體做勻

8、速直線運動；若相鄰兩點的距離越來越大則加速，若距離越來越小則減速，若相鄰相等時間內(nèi)的位移差s2-s1=s3-s2=s4-s3=常數(shù)(Ds=aT2)，則可以判定物體做勻變速直線運動 (2)瞬時速度v的求解方法：,【例3】某同學在做“研究勻變速直線運動”實驗時，打出的紙帶如圖915所示(每兩點間還有4個點沒有畫出來)，圖中上部的數(shù)字為相鄰兩個計數(shù)點間的距離(單位：cm)打點計時器的電源頻率為50Hz. 根據(jù)計算可得：與紙帶上D點相對應的瞬時速度v=_m/s，該勻變速直線運動的加速度a=_m/s2 .(結(jié)果保留三位有效數(shù)字),(1)如圖所示，保持小車質(zhì)量不變，改變小桶內(nèi)砂的質(zhì)量，從而改變細線對小車的

9、牽引力，測出小車的對應加速度，作出加速度和力的關(guān)系圖線，驗證加速度是否與外力成正比.,4驗證牛頓運動定律,【例4】為了“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”，現(xiàn)提供如圖所示的器材：A為小車，B為電火花計時器，C為裝有砝碼的小桶，D為一端帶有定滑輪的長方形木板，實驗中認為細繩對小車拉力F等于砝碼和小桶的總重量請思考探究思路并回答下列問題：,(1)為了消除小車與水平木板之間摩擦力的影響應采取什么做法？ _. (2)在“探究加度與質(zhì)量的關(guān)系”時，保持砝碼和小桶質(zhì)量不變，改變小車質(zhì)量m，分別得到小車加速度a與質(zhì)量m數(shù)據(jù)如下表：,根據(jù)上述實驗數(shù)據(jù)，用計算機繪制出a-m圖象如圖甲所示： 通過對圖象(圖918甲)的

10、觀察，可猜想在拉車F一定的情況下a與m的關(guān)系可能是：am-1、am-2、am-3等等，為了驗證猜想，請在圖918乙中作出最能直觀反映a與m之間關(guān)系的圖象,(3)在“探究加速度與力的關(guān)系”時，保持小車的質(zhì)量不變，改變小桶中砝碼的質(zhì)量，該同學根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出了加速度a與力F圖線如圖919 ，該圖線不通過坐標原點，試分析圖線不通過坐標原點的原因是_.,919,【解析】(1)把木板的右端墊高，利用重力沿木板向下的分力來平衡滑動摩擦力； (2)可以分別畫出am-1、am-2、am-3等圖象，發(fā)現(xiàn)am-1呈線性關(guān)系，這是最能直觀反映a與m之間關(guān)系的，故在圖918乙中作出am-1圖象； (3)由圖919看出

11、當加速度為0時，F(xiàn)可以不為0，說明未平衡摩擦力或平衡摩擦力不充分,【答案】(1)把木板的右端(或安裝打點計時器的那端)適當墊高，以平衡摩擦力 (2)如圖所示 (3)實驗前未平衡摩擦力或平衡摩擦力不充分,方法一：采用如圖所示裝置，讓小車在橡皮筋作用下彈出，使小車獲得速度后沿木板勻速滑行，當用一條橡皮筋彈出時對小車做的功為W，則用2條、3條完全相同的橡皮筋并在一起進行第2次、第3次實驗，每次橡皮筋都拉伸到同一,5探究動能定理,方法二： (1)實驗原理：和探究牛頓第二定律的原理相同 (2)實驗器材： 打點計時器，紙帶及復寫紙，小車，一端附有滑輪的長木板，小桶，細繩，砂，低壓交流電源，兩根導線，天平，

12、刻度尺，砝碼 (3)實驗步驟及器材調(diào)整： 用天平測出小車和小桶(含砂)的質(zhì)量M和m，把數(shù)值記錄下來 把實驗器材安裝好,平衡摩擦力：在長木板不帶滑輪的一端下面墊上一塊薄木板，反復移動其位置，直至不掛砂桶的小車剛好在斜面上保持勻速運動為止 將砂桶通過細繩系在小車上，接通電源，放開小車，使小車運動，用紙帶記錄小車的運動情況，取下紙帶，并在紙帶上標上號碼 改變砂和砂桶或小車中砝碼的質(zhì)量，更換紙帶，重復中操作,【例5】某實驗小組采用圖9111所示的裝置探究“動能定理”圖9111中小車中可放置砝碼實驗中，小車碰到制動裝置時，鉤碼尚未到達地面打點計時器工作頻率為50Hz.,9111,(2)圖9112是鉤碼質(zhì)

13、量為0.03kg，砝碼質(zhì)量為0.02kg時得到的一條紙帶，在紙帶上選擇起始點O及A、B、C、D和E五個計數(shù)點，可獲得各計數(shù)點到O的距離s及對應時刻小車的瞬時速度v，請將C點的測量結(jié)果填在表1中的相應位置,9112,表1紙帶的測量結(jié)果,(3)在小車的運動過程中，對于鉤碼、砝碼和小車組成的系統(tǒng)，_做正功，_做負功,(4)實驗小組根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出了圖中的圖線(其中Dv2=v2-v)根據(jù)圖線可獲得的結(jié)論是_.要驗證“動能定理”還需測量的物理量是摩擦力和_ .,答案：(1)先接通電源，再釋放小車；斷開電源，取出紙帶 (2)5.080.50 (3)鉤碼的重力木板對小車的摩擦力 (4)系統(tǒng)某計數(shù)點相對O點的

14、速度的平方差跟各點到O點的距離成正比小車質(zhì)量 【評析】“探究動能定理”是考試說明中規(guī)定必考部分實驗中兩個帶有“探究”標志的實驗之一，而實驗與探究又是新課標理念下對實驗考查的特色內(nèi)容之一，因此，同學們必須注意相關(guān)實驗題目的訓練，要在理解實驗的基礎上解決相關(guān)的問題,實驗裝置如圖所示在自由落體運動中只有重力做功時，物體的重力勢能和動能可以互相轉(zhuǎn)化，但總的機械能守恒利用打點計時器在紙帶上記錄下物體自由下落的高度h及計算出瞬時速度v，從而驗證物體在自由下落過程中重力勢能的減少量DEp=mgh與物體動能的增加量DEk= mv2相等,6驗證機械能守恒定律實驗,【例6】在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，所用電

15、源的頻率為50Hz，某同學選擇了一條理想的紙帶，用刻度尺測量各計數(shù)點對應刻度尺上的讀數(shù)如圖所示，(O點是打點計時器打出的第一個點，A、B、C、D、E分別是每打兩個點取出的計數(shù)點),根據(jù)紙帶要求計算： (1)若重錘的質(zhì)量為m，則重錘從開始下落到打B點時，減少的重力勢能是_J； (2)重錘下落到打B點時增加的動能是_J； (3)從(1)、(2)數(shù)據(jù)可得出的結(jié)論是_； 產(chǎn)生誤差的主要原因是_,【評析】本實驗的誤差來源主要是空氣阻力和摩擦阻力對紙帶和物體做功，使重力勢能的減少量大于動能的增加量為盡量減少誤差，除了實驗操作正確、儀器選取合理外，在計算重力勢能減少量時，重力加速度g一定不要取10m/s2，

16、沒有特殊說明要取9.8m/s2.,用如圖甲所示的裝置，讓小球m1從斜槽上某一位置滾下，與放在斜槽末端的靜止的小球m2發(fā)生正碰，根據(jù)動量守恒定律應有：,7驗證動量守恒定律實驗,由平拋運動知識可知，只要小球做平拋運動的高度相同，運動的時間就相同，若直接用飛行時間作時間單位，小球的水平速度在數(shù)值上就等于小球飛出的水平距離，只要能滿足m1OP=m1OM+m2ON，就能驗證動量守恒定律上式中OP、OM和ON的意義如圖乙所示,【例7】(2011北京卷)如圖，用“碰撞實驗器”可以驗證動量守恒定律，即研究兩個小球在軌道水平部分碰撞前后的動量關(guān)系 (1)實驗中，直接測定小球碰撞前后的速度是不容易的但是，可以通過

17、僅測量_(填選項前的符號)，間接地解決這個問題 A小球開始釋放高度 B小球拋出點距地面 的高度 C小球做平拋運動的射程,(2)圖中O點是小球拋出點在地面上的垂直投影，實驗時，先讓入射球m1多次從斜軌上S位置靜止釋放，找到其平均落地點的位置P，測量平拋射程OP.然后把被碰小球m2靜置于軌道的水平部分，再將入射小球m1從斜軌上S位置靜止釋放，與小球m2相撞，并多次重復 接下來要完成的必要步驟是_(填選項前的符號),A用天平測量兩個小球的質(zhì)量m1、m2 B測量小球m1開始釋放高度h C測量拋出點距地面的高度H D分別找到m1、m2相碰后平均落地點的位置 M 、N E測量平拋射程OM、ON (3)若兩球相碰前后的動量守恒，其表達式可表示為_(用(2)中測量的量表示)；若碰撞是彈性碰撞那么還應滿足的表達式為_用(2)中測量的量表示,(4)經(jīng)測定，m1=45.0g，m2=7.5g，小球落地點的平均位置到O點的距離如圖9118所示碰撞前、后m1的動量分別為p1與p1，則p1