学生实验PPT配套优秀教学设计内容

2017届专题

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专题五：力学实验

一、

核心内容：

1．基本仪器的原理和使用

常用仪器有：刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器、天平、秒表、打点计时器、弹簧秤、电流表、电压表、多用电表、滑动变阻器、电阻箱、温度计等。

（1）打点计时器有电火花打点计时器和电磁打点计时器，使用时注意①电火花计时器接220 V交流电，电磁打点计时器接4～6 V交流电；②先接通电源，接着释放小车（纸带），打完一条纸带后，应及时切断电源。

纸带包含四种信息

①平均速度v1S1234567S1S2S3...Sn（T为两计数点时间间隔）

nTS2S3S4S5S6②判断运动：S0,匀速直线运动；SC（C不为0的常数）匀变速直线运动，C>0匀加速直线运动，C<0匀减速直线运动。

③某计数点的瞬时速度vn④加速度aSn1Sn

2TS(s4s5s6)(s1s2s3)；逐差法a＝

22T(3T)2.直接测量读数

读数原则：（1）每个读数有且只有一位估读位数（可疑读数）

（2）有刻度数为可信，无刻度为可疑（为估读）。

3.误差分析

（1）偶然误差：由于实验环境、仪器及实验者偶然因素的影响，偶然误差没有预测偏向，多次测量求平均值可减小偶然误差；

（2）系统误差：由于仪器本身缺陷、实验原理不完善造成的，系统误差有预测偏向，只能通过改变实验条件或改进实验原理降低系统误差。

二、

近年高考题例

1．【2011-23（10分）】利用图1所示的装置可测量滑块在斜面上运动的加速度。一斜面上安装有两个光电门，其中光电门乙固定在斜面上靠近底端处，光电门甲的位置可移动，当一带有遮光片的滑块自斜面上滑下时，与两个光电门都相连的计时器可以显示出遮光片从光电门甲至乙所用的时间t。改变光电门甲的位置进行多次测量，每次都使滑块从同一点由静止开始下滑，并用米尺测量甲、乙之间的距离s，记下相应的t值；所得数据如下表所示。

s(m) t(ms) s/t(m/s)

0.500 292.9 1.71 0.600 371.5 1.62 0.700 452.3 1.55 1 0.800 552.8 1.45 0.900 673.8 1.34 0.950 776.4 1.22

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完成下列填空和作图：

⑴若滑块所受摩擦力为一常量，滑块加速度的大小a、滑块经过光电门乙时的瞬时速度v1、测量值s和t四个物理量之间所满足的关系式是_________________；

⑵根据表中给出的数据，在图2给出的坐标纸上画出s/t-t图线；

⑶由所画出的s/t-t图线，得出滑块加速度的大小为a=_______m/s2（保留2位有效数字）。

2．【2012-22（5分）】某同学利用螺旋测微器测量一金属板的厚度。该螺旋测微器校零时的示数如图（a）所示，测量金属板厚度时的示数如图（b）所示。图（a）所示读数为_________mm，图（b）所示读数为_________mm，所测金属板的厚度为_________mm。

10 5 0 0 图(a) 45 0 5 图(b) 45 40 35 30 d 遮光片

物块

光电门

A 细线

s 重物

图(a) 光电门

B 轻滑轮

3．【2013-22（7分）】图(a)为测量物块与水平桌面之1 2 3 间动摩擦因数的实验装置示意图。实验步骤如下：①用天平测量物块和遮光片的总质量M、重物的质量m；用0 20 5 15 10 游标卡尺测量遮光片的宽度d；用米尺测最两光电门之图(b) 间的距离s；

②调整轻滑轮，使细线水平；

③让物块从光电门A的左侧由静止释放，用数字毫秒计分别测出遮光片经过光电门A和光电门B所用的时间ΔtA和ΔtB，求出加速度a；

④多次重复步骤③，求a的平均值a；

⑤根据上述实验数据求出动擦因数μ。

回答下列为题：

⑴测量d时，某次游标卡尺（主尺的最小分度为1mm）的示数如图(b)所示，其读数为________cm。

⑵物块的加速度a可用d、s、ΔtA和ΔtB表示为a=____________。

⑶动摩擦因数μ可用M、m、a和重力加速度g表示为μ=_____________ ⑷如果细线没有调整到水平，由此引起的误差属于__________（填“偶然误差”或“系统误差”）。

4．【2014-22（6分）】某同学利用图（a）所以实验装置及数学化信息系统获得了小车加速度a与钩码的质量m的对应关系图，如图（b）所示。实验中小车（含发射器）的质量为200g，实验时选择了不可伸长的轻质细绳和轻定滑轮，小车的加速度由位移传感器及与之相连的计算机得到。回答下列问题：

图a

图b

2

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（1）根据该同学的结果，小车的加速度与钩码的质量成

（填“线性”或“非线性”）关系。

（2）由图（b）可知，a-m图线不经过原点，可能的原因是

。

（3）若利用本实验装置来验证“在小车质量不变的情况下，小车的加速度与作用力成正比”的结论，并直接以钩码所受重力mg作为小车受到的合外力，则实验中应采取的改进措施是

，钩码的适量应该满足的条件是

。

5．【2015-22（6分）】某物理小组的同学设计了一个粗制玩具小车通过凹形桥最低点时的速度的实验。所用器材有：玩具小车、压力式托盘秤、凹形桥模拟器（圆弧部分的半径为R=0.20m）。

完成下列填空：

（1）

将凹形桥模拟器静置于托盘秤上，如图（a）所示，托盘秤的示数为1.00kg；

（2）

将玩具小车静置于凹形桥模拟器最低点时，托盘秤的示数如图（b）所示，该示数为_____kg；

（3）

将小车从凹形桥模拟器某一位置释放，小车经过最低点后滑向另一侧，此过程中托盘秤的最大示数为m；多次从同一位置释放小车，记录各次的m值如下表所示：

1 2 3 4 5 序号

1.80 1.75 1.85 1.75 1.90 m（kg）

（4）

根据以上数据，可求出小车经过凹形桥最低点时对桥的压力为_____N；小车通过最低点时的速度大小为_______m/s。（重力加速度大小取9.80m/s2 ，计算结果保留2位有效数字）

6．【2016-22（5分）】某同学用图（a）所示的实验装置验证机械能守恒定律，其中打点计时器的电源为交流电源，可以使用的频率有20Hz、30Hz和40Hz。打出纸带的一部分如图（b）所示。

该同学在实验中没有记录交流电的频率f，需要用实验数据和其它题给条件进行推算。

(1) 若从打出的纸带可判定重物匀加速下落，利用f和图（b）中给出的物理量可以写出：在打点计时器打出B点时，重物下落的速度大小为______________，打出C点时重物下落的速度大小为_____________，重物下落的加速度大小为_____________。

(2) 已测得S18.89cm，S29.50cm，S310.10cm，当地重力加速度大小为9.80m/s2，实验中重物受到的平均阻力大小约为其重力的1%，由此推算出f为__________Hz。

OABCDE1

cms/cm3.023图14三、

针对训练

2.01．图14是“研究匀变速直线运动”实验中获得的一条纸带，O、A、B、C、D和E为纸带上六个计数点，加速度大小用a表示。

3 1.00.010.020.03图150.040.050.06t2/s2

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①

OD间的距离为________cm。

2②

图15是根据实验数据绘出的s-t图线（s为各计数点至同一起点的距离），斜率表示________，其大小为________m/s2（保留三位有效数字）。

2．某同学探究弹力与弹簧伸长量的关系。

①将弹簧悬挂在铁架台上，将刻度尺固定在弹簧一侧，弹簧轴线和刻度尺都应在______方向（填“水平”或“竖直”）

②弹簧自然悬挂，待弹簧______时，长度记为L0，弹簧下端挂上砝码盘时，长度记为Lx；在砝码盘中每次增加10g砝码，弹簧长度依次记为L1至L6，数据如下表：

L0

Lx

L3

L4

L5

L6

L1

L2

代表符号

数值（cm）

25.35 27.35 29.35 31.30 33.4 35.35 37.40 39.30

表中有一个数值记录不规范，代表符号为_______。由表可知所用刻度尺的最小长度为______。

③图16是该同学根据表中数据作的图，纵轴是砝码的质 量，横轴是弹簧长度与_________的差值（填“L0或LX”）。

④由图可知弹簧和的劲度系数为_________N/m；通过图 和表可知砝码盘的质量为_________g（结果保留两位有效数字，重力加速度取9.8ms2）

3. “验证力的平行四边形的则”实验中

（1）部分实验步骤如下，请完成有关内容：

A．将一根橡皮筋的一端固定在贴有白纸的竖直平整木板上，

另一端绑上两根细线。

B．在其中一根细线挂上质量相等的钩码，使橡皮筋拉伸，如图（1）所示，记录：

、

、

。

C．将步骤B中的钩码取下，分别在两根细线上挂上质量相等的钩码，用两光滑硬棒B、C使两细线互成角度，如图（2）所示，小心调整B、C的位置，使

，记录

。

（2）如果“验证力的平行四边形的则”得到验证，那么图（2）中α、β的余弦之比为__________

4．某实验小组设计了如图(a)所示的实验装置研究加速度和力的关系。

(1)在该实验中必须采用控制变量法，应保持________________不变，用钩码所受的重力作为________________，用DIS测小车的加速度．通过改变钩码的数量，多次重复测量，可得小车运动的加速度a和所受拉力F的关系图像．在轨道水平和倾斜的两种情况下分别做了实验，得到了两条a－F图线，如图(b)所示．

4

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(2)图线________(选填“①”或“②”)是在轨道右侧抬高成为斜面情况下得到的．

(3)随着钩码的数量增大到一定程度时图(b)中的图线明显偏离直线，造成此误差的主要原因是________．

A．小车与轨道之间存在摩擦

B．导轨保持了水平状态

C．所挂钩码的总质量太大

D．所用小车的质量太大

(4)小车和位移传感器接收部分的总质量m＝________kg；滑块和轨道间的动摩擦因数μ＝2______(g取10 m/s)．

5.某实验小组采用图所示的装置探究“动能定理”。图中小车中可放置砝码。实验中，小车碰到制动装置时，钩码尚未到达地面。打点计时器工作频率为50Hz. （1）实验的部分步骤如下：

①在小车中放入砝码，把纸带穿过打点计时器，

连在小车后端，用细线连接小车和钩码；

②将小车停在打点计时器附近， ， ，小车拖动纸带，打点计时器上打下一列点， ；

③改变钩码或小车中砝码的数量，更换纸带，重复②的操作。

（2）图12是钩码质量为0.03kg，砝码质量为0.02kg时得到的一条纸带，在纸带上选择起始点O及A、B、C、D和E五个计数点，可获得各计数点到O的距离S及对应时刻小车的瞬时速度v，请．将

点的测量结果填在表中的相应位置。

．C．．．．．．．．．．．．．．．．

_____________做负功。

2（4）实验小组根据实验数据绘出了图中的图线（其中v2v2v0）。根据图线可获得的结论

（3）在小车的运动过程中，对于钩码、砝码和小车组成的系统， 做正功，

是 。要验证“动能定理”还需测量的物理量是摩擦力和 。

6．图为验证机械能守恒定律的实验装置示意图．现有的器材为：带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重锤、天平．回答下列问题：

（1）为完成此实验，除了所给的器材，还需要的器材有

_________ ．（填入正确选项前的字母）

A．米尺 B．秒表 C．0～12V的直流电源 D．0～I2V的交流电源

（2）实验中误差产生的原因有

_________ ．（写出两个原因）

5

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7．某同学用下图的装置做“验证动量守恒定律”的实验，操作步骤如下：

（1）先将斜槽轨道的末端调整水平，在一块平木板表面先后钉上白纸和复写纸，并将该木板竖立于靠近槽口处，使小球a从斜槽轨道上某固定点处由静止开始滚下，撞到木板在记录纸上留下压痕O.

（2）将木板向右平移适当距离，再使小球a从原固定点由静止释放，撞到木板在记录纸上留下压痕B。

（3）把半径相同的小球b静止放在斜槽轨道水平段的右边缘，让小球a仍从原固定点由静止开始滚下，与b球相碰后，两球撞在木板上，并在记录纸上留下压痕A和C.

①本实验必须测量的物理量是___________。（填序号字母，要求验证方法简洁可行）

A．小球a、b的质量ma、mb

B．小球a、b的半径r

C．斜槽轨道末端到木板的水平距离

x

D．球a的固定释放点到斜槽轨道末端的高度差h

E．记录纸上O点到A、B、C的距离y1、y2、y3

②放上被碰小球，两球相碰后，小球a在图中的压痕点为___________.

③若两球碰撞动量守恒，则应满足的表达式为______________________.（用①中测量的量表示）

④若两球发生的是弹性碰撞，则还应满足的表达式为：______________________________.

8.读数练习：

4 cm 3 1 0 10 2 3 cm 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

0 ①读数：

mm

②

读数：

cm

0 1 2 3 4 5 cm 0 10 20 30 40 50

③读数：

mm

④读数：

mm

⑤读数：

mm

⑥读数：______N

6

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专题五：力学实验答案

二、近年高考题例

1.(1）sv1t12at（2）如图（3）2.0 2

2．0.010 6.870 6.860

d2d213．⑴0.960 ⑵  2stBtA

⑶ mgMma

⑷系统误差

Mg

4．（6分）（1）

非线性

（2）

存在摩擦力

。（3）调节轨道的倾斜度以平衡摩擦力

，

远小于小车的质量

。

f2ff(S3S1)(S1S2)(S2S3)2225．（2）1.40

（4）7.9

1.4

6．⑴，，；（2）40

三、针对训练

1．①⑴1.20 ②a/2 0.467

2．

①5.01cm 5.315mm ②(a)大 (b)大 ③1280 (2) ①竖直 ②静止 L3 0.1cm ③Lx ④4.9 10

3. （1）B．钩码个数（或细线拉力） 橡皮筋与细线结点的位置O 细线的方向C．橡皮筋与细线结点的位置与步骤B中结点位置重合 钩码个数和对应的细线方向（2）3/4

4．(1)小车的总质量，小车所受拉力；(2)①；(3)C；(4)0.5，0.2 5.（1）②接通打点计时器电源、释放小车

断开开关（2）5．06

0．49

（3）钩砝的重力

车受摩擦阻力

（4）小车初末速度的平方差与位移成正比

小车的质量

6.(1)AD (2)纸带与打点计时器之间有摩擦，用米尺测量纸带上点的位置时读数有误差

7．①AE , ②C点 , ③may2may3mby1；mamamb

y2y3y18．①30.0

②1.090

③3.42～3.50

④1.129～1.131

⑤1.997～1.999

⑥26～28N

7