(浙江专用版)高考物理二轮复习专题七实验题题型强化第16讲力学和光学实验讲义

（浙江专用版）高考物理二轮复习专题七实验题题型强化第16

讲力学和光学实验讲义

力学和光学实验

专题定位 1.熟知各种器材的特性.2.熟悉课本实验，抓住实验的灵魂——实验原理，掌握数据处理的方法，熟知两类误差分析.3.利用所学过的知识，对实验器材或实验方法加以重组，完成新的实验设计．

第16讲 力学和光学实验

1．纸带的三大应用

(1)利用逐差法求解平均加速度(如图)

x4－x1x5－x2x6－x3a1＋a2＋a3a1＝ 2，a2＝2，a3＝2?a＝

3T3T3T3

(2)利用平均速度求瞬时速度：vn＋1＝(3)利用速度—时间图象求加速度． 2．光电门的应用

(1)求瞬时速度：把遮光条(宽度为d)通过光电门的时间Δt内的平均速度看做遮光条经过光电门的瞬时速度，即v＝.

Δt(2)求加速度：若两个光电门之间的距离为L，则利用速度与位移的关系可求加速度，即a＝

xn＋xn＋1

2Tdv22－v12

. 2L3．实验的技巧

(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(或沙桶)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创新的情形下，该条件是否需要调整．

(3)要知道实验数据、图象的处理方法和运用数学知识解题的技巧．

例1 (2019·新高考研究联盟二次联考)如图甲所示，某同学用力传感器探究在小车及传感

器总质量不变时加速度跟它们所受拉力的关系．

(1)实验中使用的电火花计时器，应接________电源． A．交流4～6V

B．交流220V

(2)该同学将实验器材如图甲所示连接后，沙桶的质量________(填“需要”或“不需要”)远小于小车及传感器总质量，实验时如将细线拉力当成小车及传感器的合外力，则________(填“需要”或“不需要”)先平衡摩擦力．

(3)先接通电源，小车由静止释放，获得的一条纸带如图乙，每打5个点取一个计数点，x1＝3.62cm，x4＝5.12cm，由图中数据可求得：2、3两点的距离(即x3)约为________cm.(结果保留三位有效数字)

(4)在实验中，甲、乙两位同学根据实验数据画出如图丙所示的小车的加速度a和小车所受拉力F的图象分别为图中的直线Ⅰ和直线Ⅱ，下面给出了关于形成这种情况原因的四种解释，其中可能正确的是________．(多选)

A．实验前甲同学没有平衡摩擦力

B．甲同学在平衡摩擦力时把长木板的右端抬得过高了 C．实验前乙同学没有平衡摩擦力

D．乙同学在平衡摩擦力时，把长木板的右端抬得过高了 答案 (1)B (2)不需要 需要 (3)4.62 (4)BC 解析 (1)电火花计时器，需接220V交流电源．

(2)实验时如将细线拉力当成小车及传感器的合外力，不需要沙桶的质量远小于小车及传感器的总质量，但必须平衡摩擦力，否则细线的拉力不是合力． (3)相邻0.1s内位移差Δx＝

x4－x1

3

＝0.50cm，又x4－x3＝Δx

故x3＝x4－Δx＝5.12cm－0.50cm＝4.62cm.

(4)Ⅰ图线表明F＝0时a＞0，说明平衡摩擦力过度，即长木板的末端抬得太高了； Ⅱ图线表明a＝0时F＞0，说明没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足．

拓展训练1 (2017·全国卷Ⅰ·22)某探究小组为了研究小车在桌面上的直线运动，用自制“滴水计时器”计量时间．实验前，将该计时器固定在小车旁，如图(a)所示．实验时，保持桌面水平，用手轻推一下小车．在小车运动过程中，滴水计时器等时间间隔地滴下小水滴，图(b)记录了桌面上连续6个水滴的位置．(已知滴水计时器每30s内共滴下46个小水滴)

(1)由图(b)可知，小车在桌面上是________(填“从右向左”或“从左向右”)运动的． (2)该小组同学根据图(b)的数据判断出小车做匀变速运动．小车运动到图(b)中A点位置时的速度大小为________ m/s，加速度大小为________ m/s.(结果均保留两位有效数字) 答案 (1)从右向左 (2)0.19 0.038

解析 (1)小车在阻力的作用下，做减速运动，由题图(b)知，从右向左相邻水滴间的距离逐渐减小，所以小车在桌面上是从右向左运动．

30(2)已知滴水计时器每30s内共滴下46个小水滴，所以相邻两水滴间的时间间隔为T＝s＝

4520.117＋0.133s，所以A点位置的速度为vA＝m/s≈0.19 m/s.根据逐差法可求加速度a＝32

2×3?x5＋x4?－?x2＋x1?22

，解得a≈－0.038m/s，故加速度的大小为0.038 m/s. 2

6T拓展训练2 (2019·山东临沂市质检)某同学用如图所示装置验证机械能守恒定律时，所用交流电源的频率为50Hz，得到如图甲所示的纸带．选取纸带上打出的连续五个点A、B、C、D、

2

E，如图乙，测出A点距起点O的距离为h0＝19.00cm，点A、C间的距离为h1＝8.36cm，点C、E间的距离为h2＝9.88cm，g取9.8m/s2，测得重物的质量为m＝1kg.

(1)下列做法正确的有________． A．图中两限位孔必须在同一竖直线上 B．实验前，手应提住纸带上端，使纸带竖直 C．实验时，先放开纸带，再接通打点计时器的电源

D．数据处理时，应选择纸带上距离较近的两点作为初、末位置

(2)选取O、C两点为初、末位置验证机械能守恒定律，重物减少的重力势能是________J，打下C点时重物的速度大小是________m/s.(结果保留三位有效数字)

(3)根据纸带算出打下各点时重物的速度v，量出下落距离h，则以为纵坐标、以h为横坐

2标画出的图象应是下面的________．

v2

答案 (1)AB (2)2.68 2.28 (3)C

解析 (1)题图甲中两限位孔必须在同一直线上，故A正确；实验前，手应提住纸带上端，并使纸带竖直，减小纸带与打点计时器限位孔之间的摩擦，故B正确；开始记录时，应先给打点计时器通电打点，然后再释放重物，让它带着纸带一同落下，如果先放开纸带让重物下落，再接通打点计时器的电源，由于重物运动较快，不利于数据的采集和处理，会对实验产生较大的误差，故C错误；数据处理时，应选择纸带上距离较远的两点作为初、末位置，以减小测量的误差，故D错误．

(2)重物减少的重力势能为：ΔEp＝mgh＝mg(h0＋h1)＝1kg×9.8m/s×(19.00＋8.36)× 10m≈2.68J，

打下C点时重物的速度大小vC＝

－2

2

h1＋h2

＝2.28m/s. 4T1212

(3)在验证机械能守恒定律的实验中，有：mv＝mgh，则有：v＝gh，g是常数，所以图线

22为过原点的倾斜直线，故C图正确．

1．模型介绍

力学实验中用到弹簧或橡皮条的实验有探究求合力的方法、探究做功与小车速度变化的关系．

2．探究求合力的方法 (1)实验原理

使一个力的作用效果跟两个力的共同作用效果相同． (2)操作关键

①每次拉伸时结点位置O必须保持不变； ②记下每次各力的大小和方向； ③画力的图示时应选择适当的标度．

例2 (2019·台州3月一模)如图甲，是“探究功与速度变化的关系”的部分实验装置图．则

(1)先使小车不连接橡皮筋，发现小车在木板上加速下滑，那么，应把垫块________(“左移”或“右移”)；

(2)图乙是正确平衡摩擦力后在实验中得到的一条纸带，那么，在A、B、C三个计数点中应测量________点的速度才符合实验要求；

(3)关于该实验的注意事项，下列说法正确的是________； A．每根橡皮筋的规格必须相同

B．打点计时器接通电源的同时必须释放小车 C．每次实验，小车必须从同一位置由静止释放 D．改变橡皮筋的条数后，必须重新平衡摩擦力

(4)以橡皮筋对小车做的功W为纵坐标，小车获得速度的平方v为横坐标，得到如图丙所示的关系图．根据你所学的知识，图象斜率的物理意义是________________．

2

答案 (1)左移 (2)C (3)AC (4)小车质量的一半

拓展训练3 (2019·河南省九师联盟质检)某同学在做“验证平行四边形定则”的实验中，遇到了以下问题．请帮助该同学解答．

(1)物理学中有很多物理方法，本实验采用的是________．