- 5.56 MB
- 2021-04-19 发布
第
23
讲 力学
实验
[
考试要求和考情分析
]
实验名称
历次选考统计
2016/04
2016/10
2017/04
2017/11
2018/04
2018/11
1.
用打点计时器测速度
2.
探究小车速度随时间变化的规律
T17
3.
探究求合力的方法
T17
T17(1)
4.
探究加速度与力、质量的关系
T17
T17
T17(2)
5.
探究作用力与反作用力的关系
T17
6.
研究平抛运动
T17
T17(3)
7.
探究做功与物体速度变化的关系
T17
T17(1)
8.
验证机械能守恒定律
T17
T17(2)
测量类仪器的使用及纸带的分析
[
要点总结
]
仪器使用必备
电磁打点计时器
电火花计时器
刻度尺
(1)
低于
6 V
的交流电
(2)
每打两个点的时间间隔为
0.02 s
，一般每五个点取一个计数点，则时间间隔为
Δ
t
＝
0.02
×
5 s
＝
0.1 s
(3)
摩擦力较电火花计时器大
(1)220 V
交流电
(50 Hz
0.02 s)
(2)
摩擦较小
毫米刻度尺最小刻度为
1 mm
，要估读到下一位
0.1 mm
弹簧测力计
螺旋测微器
游标卡尺
与刻度尺的读数相同
(1)
通过可动刻度把半毫米
50
等分，精度为
0.01 mm
(2)
读数规则：测量值＝固定刻度整毫米数＋半毫米数＋可动刻度读数
(
含估读
)
×
0.01 mm
(1)10
、
20
、
50
分度游标尺每一小格与
1 mm
差
0.1
、
0.05
、
0.02 mm
(2)
读数：主尺上的读数＋精度
×
游标尺读数
[
典例分析
]
【例
1
】
(2018·
浙江安吉学考模拟
)
关于打点计时器的使用，下列说法中正确的是
(
)
A
.
打点计时器一般使用
4
～
6 V
的直流电源
B
.
安放纸带时，应把纸带放在复写纸的上面
C
.
开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器
D
.
最好在接通电源的同时，放开
小车
解析
(1)
打点计时器是一种使用
4
～
6 V
交流电源的计时仪器，它是靠通电线圈的磁场与永久磁铁相互作用使振动片做周期性振动而打点计时的，故必须接低压交流电源；
(2)
复写纸应安放在纸带的上面，要求纸带运动时，复写纸绕定位轴转动，这样才能打出清晰的点；
(3)
释放小车时，应使小车靠近打点计时器，这样才能在纸带上
50 cm
长度内清楚地取出
7
～
8
个计数点
(
以每打五个点作为一个计数点
)
；
(4)
应先接通电源，待打点计时器打点稳定后，再释放小车。综上所述选项
C
正确。
答案
C
【例
2
】
(2018·
嘉兴选考模拟
)
如图
1
所示是三个涉及纸带和打点计时器的实验装置图。
(
已知打点计时器每
0.02 s
打一个点
)
图
1
(1)
三个实验装置中，摩擦力对实验结果没有影响的是
________
；
A.
甲
B.
乙
C.
丙
(2)
如果操作都正确，则通过装置
________(
填
“
甲
”
、
“
乙
”
或
“
丙
”
)
可打出图
2
中的纸带
________(
填
“①”
或
“②”
)
；
解析
(1)
甲实验不需要平衡摩擦力，而乙和丙实验均需要平衡摩擦力。
(2)
仔细观察两条纸带上点迹间距变化规律，不难发现，纸带
①
点迹间距逐渐增加，但不符合匀加速运动规律，纸带
②
后部分点迹均匀，符合
“
探究功和速度变化关系
”
实验数据变化。
(3)
两纸带上
e
、
f
两点间的距离均为
2.60 cm
，
则
[
精典题组
]
1.
(2018·
嘉兴三中高一学考
)
如图
3
是某同学在做匀变速直线运动实验中获得的一条纸带
。
图
3
(1)
已知打点计时器电源频率为
50 Hz
，则纸带上打相邻两点的时间间隔为
________
。
(2)
A
、
B
、
C
、
D
是纸带上四个计数点，每两个相邻计数点间有四个点没有画出，从图中读出
A
、
B
两点间距
x
＝
________
；
C
点对应的速度是
________(
计算结果保留两位有效数字
)
。
答案
(1)0.02 s
(2)0.70 cm
0.10
m/s
2.
(2018·
余姚选考模拟
)
在
“
探究加速度与力、质量的关系
”
实验时，已提供了小车，一端附有定滑轮的长木板、纸带、带小盘的细线、刻度尺、天平、导线。为了完成实验，还需从图
4
中选取实验器材，其名称是
____________________________(
漏选或错选得零分
)
；并分别写出所选器材的作用
________________________________
。
图
4
解析
电磁打点计时器
(
电火花计时器
)
记录小车运动的位置和时间；钩码用以改变小车的质量；砝码用以改变小车受到的拉力的大小，还可以用于测量小车的质量。如果选电磁打点计时器，则需要学生电源，如果选电火花计时器，则不需要学生电源。钩码改变小车的质量，砝码改变小车受到的拉力。
答案
学生电源、电磁打点计时器、钩码、砝码或电火花计时器、钩码、砝码 学生电源为电磁打点计时器提供交流电源；电磁打点计时器
(
电火花计时器
)
记录小车运动的位置和时间。钩码改变小车的质量，砝码改变小车受到的拉力
。
“
小车＋导轨
”
类实验
[
要点总结
]
1.
实验
知识
2.
实验注意要点
(
1)
要根据实验原理来判断是否需要平衡摩擦力，知道正确平衡摩擦力的方法。
(
2)
要清楚钩码与小车之间的质量关系，并且要清楚在仪器创新或实验原理的创新情形下，该条件是否需要调整。
(
3)
要知道实验数据、图象的处理方法和数学变化技巧
。
[
典例分析
]
【例
3
】
(2018·
嵊州选考模拟
)
某同学把附有滑轮的长木板平放在实验桌面上，将细绳一端拴在小车上，另一端绕过定滑轮，挂上适当的钩码使小车在钩码的牵引下运动，以此定量研究绳拉力做功与小车动能变化的关系。此外还准备了打点计时器及配套的电源、导线、复写纸、纸带、小木块等。组装的实验装置如图
5
所示
。
图
5
(1)
若要完成该实验，必须的实验器材还有哪些
________________________
。
(2)
实验开始时，他先调节木板上定滑轮的高度，使牵引小车的细绳与木板平行。他这样做的目的是下列的哪个
________(
填字母代号
)
。
A.
避免小车在运动过程中发生抖动
B.
可使打点计时器在纸带上打出的点迹清晰
C.
可以保证小车最终能够实现匀速直线运动
D.
可在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的
合力
(3)
他将钩码重力当做细绳拉力，经多次实验发现拉力做功总是要比小车动能增量大一些。这一情况可能是下列哪些原因造成的
________(
填字母代号
)
。
A.
在接通电源的同时释放了小车
B.
小车释放时离打点计时器太近
C.
阻力未完全被小车重力沿木板方向的分力平衡掉
D.
钩码做匀加速运动，钩码重力大于细绳
拉力
解析
(1)
实验需要测量小车的位移，所以需要刻度尺；另外需要表示小车动能的变化，所以需要小车的质量，因此需要带有砝码的天平。
(2)
因为实验要测量拉力对小车所做功与动能的关系，所以实验前需要平衡摩擦力，
D
项正确。
(3)
拉力做功大于小车动能的增量，原因可能是由于小车运动过程中受到的阻力没有被完全平衡；另一个原因是钩码的重力做功，没有完全转化为小车的动能，钩码自身的动能也在增大，
C
、
D
项正确。
答案
(1)
刻度尺、天平
(
包括砝码
)
(2)D
(
3)CD
[
精典题组
]
3.
(2018·
浙江温州模拟
)
为了探究加速度与力、质量的关系，甲、乙、丙三位同学分别设计了如图
6
所示的实验装置，小车总质量用
M
表示
(
乙图中
M
包括小车与传感器，丙图中
M
包括小车与小车固连的滑轮
)
，钩码总质量用
m
表示
。
(1)
为便于测量合外力的大小，并得到小车总质量一定时，小车的加速度与所受合外力成正比的结论，下列说法正确的是
(
)
A.
三组实验中只有甲需要平衡摩擦力
B.
三组实验都需要平衡摩擦力
C.
三组实验中只有甲需要满足所挂钩码的总质量
m
远小于小车的总质量
M
的条件
D.
三组实验都需要满足所挂钩码的总质量
m
远小于小车的总质量
M
的
条件
解析
(1)
三组实验都是用绳子的拉力表示小车受到的合外力，所以都需要平衡摩擦力，故
A
错误，
B
正确；甲图中通过钩码的重力代替绳子的拉力作为合外力，乙图中小车受到的合外力是力传感器的示数，丙图中小车受到的合外力是测力计示数的
2
倍，因此三组实验中只有甲需要满足所挂钩码的总质量
m
远小于小车的总质量
M
的条件，故
C
正确，
D
错误
。
答案
(1)BC
(2)1
∶
2
1
∶
2
4.
(2018·
浙江遂昌中学
)
某同学利用如图
7
所示装置研究小车的匀变速直线运动
。
图
7
(1)
实验中，必需的措施是
________
。
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
50 Hz
的交流电源上，得到一条纸带，打出的部分计数点如图
8
所示
(
每相邻两个计数点间还有
4
个点，图中未画出
)
。
s
1
＝
3.59 cm
，
s
2
＝
4.41 cm
，
s
3
＝
5.19 cm
，
s
4
＝
5.97 cm
，
s
5
＝
6.78 cm
，
s
6
＝
7.64 cm
。则小车的加速度
a
＝
________ m/s
2
(
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
v
B
＝
________ m/s
。
(
结果均保留两位有效数字
)
图
8
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，无需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，无需平衡摩擦力，选项
D
错误
。
答案
(1)AB
(2)0.80
0.40
5.
(2018·
浙江乐清寄宿高二模拟
)
某实验小组采用如图
9
所示装置探究做功与动能变化的关系。小车经平衡摩擦力后，挂上橡皮筋，在橡皮筋的作用下小车弹出，脱离橡皮筋沿木板滑行
。
图
9
(1)
实验时打点计时器与学生电源按图连接，正确的连接是
________(
填
“A”
或
“B”)
。
图
10
(2)
实验中，甲、乙同学用两种不同的方法来改变橡皮筋对小车所做的功。
甲同学：改变相同橡皮筋的条数，小车每次拉到同一位置释放；
乙同学：保持橡皮筋的条数不变，小车每次拉到不同位置释放。
你认为
________(
填
“
甲
”
或
“
乙
”
)
同学的方法更合理
。
(3)
从释放小车到刚脱离橡皮筋的过程，小车的运动可能是
________
。
A.
匀加速运动
B.
匀减速运动
C.
加速度增大的加速运动
D.
加速度减小的加速运动
(4)
实验中测得小车质量为
1.0 kg
，某次实验得到的纸带及测量数据如图
11
所示，测得小车获得的动能为
________ J(
保留两位有效数字
)
。打点计时器工作频率为
50 Hz
。
图
11
解析
(1)
打点计时器应接低压交流电源，故
A
正确。
(2)
改变相同的橡皮筋的条数，且拉到同一位置释放，橡皮筋对小车做的功与橡皮筋条数成正比，故甲同学方法合理。
(3)
随着橡皮筋的拉力减小，小车的加速度逐渐减小，选项
D
正确
。
“
弹簧、橡皮条
”
类
实验
[
典例分析
]
【例
4
】
(2018·
浙江诸暨中学模拟
)
某同学做
“
验证力的平行四边形定则
”
的实验装置如图
12
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。根据实验数据在白纸上所作图如图乙所示，已知实验过程中操作正确
。
图
12
(1)
乙图中
F
1
、
F
2
、
F
、
F
′
四个力，其中力
________(
填上述字母
)
不是由弹簧测力计直接测得的。实验中，要求先后两次力的作用效果相同，指的是
________(
填正确选项前字母
)
。
A.
两个弹簧测力计拉力
F
1
和
F
2
的大小之和等于一个弹簧测力计拉力的大小
B.
橡皮条沿同一方向伸长
C.
橡皮条伸长到同一长度
D.
橡皮条沿同一方向伸长同一长度
(2)
丙图是测量中某一弹簧测力计的示数，读出该力大小为
________ N
。
解析
(1)
F
在以
F
1
与
F
2
为邻边的平行四边形的对角线上，不是由弹簧测力计直接测出的。该实验采用了
“
等效替代
”
法，即合力与分力的关系是等效的，前后两次要求橡皮条沿同一方向伸长同一长度，选项
A
、
B
、
C
错误，
D
正确。
(2)
根据丙图读出力的值为
9.0 N
。
答案
(1)
F
D
(2)9.0(8.8
～
9.2
均可
)
【例
5
】
(2018·
浙江名校协作体模拟
)
(1)
下列器材中，实验
“
探究小车速度随时间的变化规律
”
、
“
探究加速度与力、质量的关系
”
、
“
用自由落体运动验证机械能守恒定律
”
都需要用到的实验器材是
________(
填选项前的字母
)
。
(2)
小刘同学在做
“
探究求合力的方法
”
实验时：
①
以下实验操作正确的是
________
。
②
以下为该同学在作平行四边形时的某一瞬间
(
直尺固定
)
，其中正确的操作是
________
。
③
本实验采用的实验思想是
________
。
A.
控制变量法
B
.
等效替代法
C.
放大法
解析
(1)
探究小车速度随时间的变化规律，需要的器材有：小车、打点计时器和纸带、钩码、刻度尺等；探究加速度与力、质量的关系，需要的器材有：小车、打点计时器和纸带、天平、砝码、钩码、刻度尺等；用自由落体运动验证机械能守恒定律，需要的器材有：重锤、铁架台、打点计时器和纸带、刻度尺等，可知能用于这三个实验的器材是打点计时器和刻度尺，故选项
B
、
D
正确
。
(2)
①
当用两个弹簧测力计进行实验时，弹簧测力计、橡皮条、细绳应贴近木板且与木板平面平行，并且两个弹簧测力计要互成一定的角度，便于减小实验误差，选项
C
正确。
②
根据用直尺和三角板画平行线原理可知，选项
C
正确。
③
本实验采用的实验思想是等效替代，选项
B
正确。
答案
(1)BD
(2)
①
C
②
C
③
B
[
精典题组
]
6.
(2018·
浙江杭州高二期末
)
如图
13
所示，利用弹簧测力计探究作用力与反作用力关系的实验中
。
图
13
(1)
关于实验以下说法正确的是
(
多选
)________
。
A.
若滑块静止不动，则弹簧测力计
A
对
B
的拉力与
B
对
A
的拉力大小相等
B.
若滑块做匀速直线运动，则弹簧测力计
A
对
B
的拉力与
B
对
A
的拉力大小相等
C.
若滑块做匀加速直线运动，则弹簧测力计
A
对
B
的拉力与
B
对
A
的拉力大小不相等
D.
若滑块做变加速直线运动，则弹簧测力计
A
对
B
的拉力与
B
对
A
的拉力大小不
相等
(2)
在弹簧测力计的指针下面放上一点泡沫塑料的作用是
________
。
A.
为了增大指针受到的阻力
B.
可以帮助我们记录下指针示数的最大值
C.
防止指针与弹簧测力计外壳间的摩擦
D.
防止测的力超过弹簧测力计的
测量范围
解析
(1)
弹簧测力计
A
对
B
的拉力与
B
对
A
的拉力大小关系与运动状态无关，作用力与反作用力总是大小相等，故选项
A
、
B
正确。
(2)
在弹簧测力计的指针下面放上一点泡沫塑料，可以做成带
“
记忆功能
”
的弹簧测力计，在实验中泡沫塑料停在拉力最大的位置上，方便我们记录指针示数，故选项
B
正确。
答案
(1)AB
(
2)B
7.
如图
14
所示为某同学做
“
探究求合力的方法
”
的实验装置，水平放置的木板上固定有一张白纸，一橡皮筋的一端固定在白纸上的
O
点，另一端
A
拴两个细绳套
。
图
14
(1)
下面为实验的一些操作步骤：
①
比较
F
′
和
F
的大小、方向是否近似相同；
②
过
P
点用统一标度作出
F
、
F
1
、
F
2
的图示
；
③
用一个弹簧测力计钩住细绳套，拉
A
至某点
P
，在纸上标出
P
点，记下拉力
F
的方向和大小；
④
用平行四边形定则作出
F
1
、
F
2
的合力
F
′
；
⑤
用两个弹簧测力计互成角度分别拉住两个细绳套，拉
A
至同样的位置
P
，在纸上记下两个力
F
1
、
F
2
的方向和大小。
这些实验步骤的合理顺序为
__________
。
(2)
对于该实验，下列说法正确的是
__________
。
A.
两细绳套必须等长
B.
若将细绳换成橡皮筋，对实验结果有影响
C.
记录弹簧测力计拉力的方向时应用铅笔沿细绳画直线
D.
实验中，把橡皮筋的另一端拉到
P
点时，两弹簧测力计之间的夹角不能太
大
解析
(1)
由
“
探究求合力的方法
”
实验的操作步骤可知，合理顺序应为
③⑤②④①
。
(2)
实验中，为了防止超过弹簧测力计的量程，在把橡皮筋的另一端拉到
P
点时，两弹簧测力计之间的夹角不能太大。
答案
(1)
③⑤②④①
(
2)D
8.
(2018·
浙江定海模拟
)
某同学通过下述实验验证力的平行四边形定则。实验步骤
：
图
15
①
将弹簧测力计固定在贴有白纸的竖直木板上，使其轴线沿竖直方向。
②
如图
15
所示，将环形橡皮筋一端挂在弹簧测力计的秤钩上，另一端用圆珠笔尖竖直向下拉，直到弹簧测力计示数为某一设定值时，将橡皮筋两端的位置标记为
O
1
、
O
2
，记录弹簧测力计的示数
F
，测量并记录
O
1
、
O
2
间的距离
(
即橡皮筋的长度
l
)
。每次将弹簧示数改变
0.50 N
，测出所对应的
l
，部分数据如下表所示
测力计：
③
找出
②
中
F
＝
2.50 N
时橡皮筋两端的位置，重新标记为
O
、
O
′
，橡皮筋的拉力记为
F
OO
′
。
④
在秤钩上涂抹少许润滑油，将橡皮筋搭在秤钩上，如图
16
所示。用两圆珠笔尖成适当角度同时拉橡皮筋的两端，使秤钩的下端达到
O
点，将两笔尖的位置标记为
A
、
B
，橡皮筋
OA
段的拉力记为
F
OA
，
OB
段的拉力记为
F
OB
。
F
/N
0
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
l
/cm
l
0
10.97
12.02
13.00
13.98
15.05
图
16
完成下列作图和填空：
(1)
利用表中数据在图
17
中坐标纸上画出
F
－
l
图线，根据图线求得
l
0
＝
________cm
。
图
17
(2)
测得
OA
＝
6.00 cm
，
OB
＝
7.60 cm
，则
F
OA
的大小为
________N
。
(3)
根据给出的标度，在图中作出
F
OA
和
F
OB
的合力
F
′
的图示
。
(4)
通过比较
F
′
与
________
的大小和方向，即可得出实验结论
。
解析
(1)
在坐标系中描点，用平滑的曲线
(
直线
)
将各点连接起来，不在直线上的点均匀分布在直线的两侧。如图甲所示，由图线可知与横轴的交点
l
0
＝
10.0 cm
。
(2)
橡皮筋的长度
l
＝
OA
＋
OB
＝
13.60 cm
，由图甲可得
F
＝
1.80 N
，所以
F
OA
＝
F
OB
＝
F
＝
1.80 N
。
(3)
利用给出的标度作出
F
OA
和
F
OB
的图示，然后做以
F
OA
和
F
OB
为邻边的平行四边形，其对角线即为合力
F
′
，如图乙。
(4)
F
OO
′
的作用效果和
F
OA
、
F
OB
两个力的作用效果相同，
F
′
是
F
OA
、
F
OB
两个力的合力，所以只要比较
F
′
和
F
OO
′
的大小和方向，即可得出实验结论。
答案
(1)
见解析、
10.0(9.8
、
9.9
、
10.1
均正确
)
(2)1.80(1.70
～
1.90
均正确
)
(3)
见解析
(4)
F
OO
′