2021届高考物理二轮复习课件：1.9.14 力学、热学实验
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第14讲 力学、热学实验
考向一 力学量的测量(基础保分) 【建模型】通规律 【模型】力学量的测量模型
1.模型图解
2.应用规律 使用力学仪器的四个关键点:
【练类题】重拓展 1.(刻度尺的使用)图甲为测量滑块与木板间的动摩擦因数的实验装置示意图。 木板固定在水平桌面上,打点计时器连接的电源的频率为50 Hz。开始实验时,在 托盘中放入适量砝码,滑块开始做匀加速直线运动,在纸带上打出一系列点。
在图乙的实验方案中,挂上托盘和砝码,小车匀速下滑,设斜面的倾斜角为θ,斜面和 纸带对小车的摩擦力或阻力总和为f,则有Mgsinθ=f+mg,取下托盘和砝码,小车 做匀加速直线运动,由牛顿第二定律可得Mgsinθ-f=Ma,即mg=Ma,故乙方案中, 不需要满足M≫m。 在甲、乙方案中,均用托盘和砝码的重力mg作为小车匀加速直线运动的合力F。 答案: (1) 0.19(0.18～0.19均可) (2) 甲 甲和乙
(1)两细绳对结点的拉力大小可由A、B分别读出:FA=
N和FB
N。
(2)请在图乙的方格纸(一小格边长表示0.5 N)上画出这两个力及它们合力的图
示。
【解析】 (1)由图甲可知,弹簧测力计A、B的读数分别为4.00 N和2.50 N; (2)由于每格为0.5 N,故FA、FB分别为8格和5格,故力的图示如图所示:
【角度3】用手机连拍或视频录像功能研究重力加速度 【典例3】(2020·山东等级考)2020年5月，我国进行了珠穆朗玛峰的高度测量， 其中一种方法是通过使用重力仪测量重力加速度，进而间接测量海拔高度。某 同学受此启发就地取材设计了如下实验，测量当地重力加速度的大小。实验步 骤如下：
( 2 )2
( 2 )2
f
30
D点处的速度等于CE段的平均速度,因此
vD=s2CE
(30.45－13.m06)/s10≈22.61
1
m/s
f
15
答案:(1)30 (2)9.74 2.61
【角度2】验证牛顿第二定律 【典例2】(2020·浙江7月选考)做“探究加速度与力、质量的关系”实验时,图 甲是教材中的实验方案;图乙是拓展方案,其实验操作步骤如下:
度为g,则滑块与木板间的动摩擦因数μ=
。(用相应的字母符号
表示)
【解析】(1)相邻两计数点间还有一个计时点未标出,则T=0.04 s;
vC=xBD (5.85－1.20)≈100.25m8/ sm/s
2T
0.08
a=
x CE－x AC 4T2
(9.30－3.15m－/3.s152)≈140.72
(ⅰ)挂上托盘和砝码,改变木板的倾角,使质量为M的小车拖着纸带沿木板匀速下滑;
(ⅱ)取下托盘和砝码,测出其总质量为m,让小车沿木板下滑,测出加速度a;
(ⅲ)改变砝码质量和木板倾角,多次测量,通过作图可得到a-F的关系。
(1)实验获得如图所示的纸带,计数点a、b、c、d、e、f间均有四个点未画出,则在
速度
vd=4bTf
38.10 30.7m0/s10≈20.19
4 0.1
m/s。
(2)在图甲的实验方案中,由托盘和砝码的重力提供拉力,让小车做匀加速直线运
动,由牛顿第二定律可得mg=(M+m)a,则a=m ·g,则绳子对小车的拉力F=Ma=
mM
M·mg。
mM
当M≫m时,绳子拉力近似等于托盘和砝码的重力,故甲需要满足M≫m。
打d点时小车的速度大小vd=
m/s(保留两位有效数字);
(2)需要满足条件M≫m的方案是 a-F图象时,把mg作为F值的是
(选填“甲”“乙”或“甲和乙”);在作 (选填“甲”“乙”或“甲和乙”)。
【解析】(1)打点计时器打点周期T=0.1 s,
由匀加速直线运动中,平均速度等于中间时刻的瞬时速度可得,在打d点时小车的
(1)图乙是实验中获取的一条纸带的一部分,相邻两计数点间还有一个计时点未
标出。用刻度尺测量计数点间的距离如图乙所示,则打点计时器打计数点C时纸
带的速度大小v=
m/s;打该纸带的过程中滑块的加速度大ห้องสมุดไป่ตู้a=
m/s2。(结果均保留两位有效数字)
(2)若已知滑块的质量为m1,木板的质量为m2,托盘和砝码的总质量为m3,重力加速
4 0.042
m/s2
(2)根据牛顿第二定律可得m3g-μm1g=(m1+m3)a
解得μ= m3g－m1。 m3 a
m1g
答案:(1)0.58 4.7
(2) m3g－m1 m3 a
m1g
2.(弹簧测力计的使用)(2020·广州二模)在“验证力的平行四边形定则”实验 中,橡皮条一端固定在贴有白纸的水平木板上P点,另一端栓上两根细绳,每根细 绳分别连着量程为5 N、最小刻度为0.1 N的弹簧测力计A和B,平行木板沿两个不 同的方向拉弹簧测力计。某次实验,当橡皮条与两细绳的结点被拉到O点时,两细 绳刚好相互垂直,弹簧测力计的示数如图甲所示。
答案: (1)4.00 2.50 (2) 如图所示:
考向二 “纸带”类实验(综合提能) 【建模型】研典题 【模型】“纸带类”问题的处理
1.模型图解
2.应用规律 纸带类实验数据的处理方法
【角度1】测量重力加速度 【典例1】(2020·厦门一模)小敏同学在暗室中用图甲装置做“测定重力加速度” 的实验,用到的实验器材有:分液漏斗、阀门、支架、接水盒、一根荧光刻度的 米尺、频闪仪。具体实验步骤如下:
①在分液漏斗内盛满清水,旋松阀门,让水滴以一定的频率一滴滴落下;
②用频闪仪发出的白闪光将水滴流照亮,由大到小逐渐调节频闪仪的频率,当频
率为30 Hz时,第一次看到一串仿佛固定不动的水滴;
③用竖直放置的米尺测得各个水滴所对应的刻度;
④处理数据,得出结论;
(1)水滴滴落的频率为
Hz。
(2)小敏同学测得连续相邻的五个水滴之间的距离如图乙所示,根据数据计算当
地重力加速度g= 三位有效数字)
m/s2;D点处水滴的速度vD=
m/s。(结果均保留
【解析】(1)由于频率由大到小逐渐调节,第一次看到一串仿佛固定不动的水滴,
说明闪光的时间间隔等于水滴滴落的时间间隔,因此水滴滴落的频率为30 Hz。
(2)用逐差法求重力加速度
g=sCE－sAC ［(30.45－13.06m)－1/3s.026≈］91.0724 m/s2
考向一 力学量的测量(基础保分) 【建模型】通规律 【模型】力学量的测量模型
1.模型图解
2.应用规律 使用力学仪器的四个关键点:
【练类题】重拓展 1.(刻度尺的使用)图甲为测量滑块与木板间的动摩擦因数的实验装置示意图。 木板固定在水平桌面上,打点计时器连接的电源的频率为50 Hz。开始实验时,在 托盘中放入适量砝码,滑块开始做匀加速直线运动,在纸带上打出一系列点。
在图乙的实验方案中,挂上托盘和砝码,小车匀速下滑,设斜面的倾斜角为θ,斜面和 纸带对小车的摩擦力或阻力总和为f,则有Mgsinθ=f+mg,取下托盘和砝码,小车 做匀加速直线运动,由牛顿第二定律可得Mgsinθ-f=Ma,即mg=Ma,故乙方案中, 不需要满足M≫m。 在甲、乙方案中,均用托盘和砝码的重力mg作为小车匀加速直线运动的合力F。 答案: (1) 0.19(0.18～0.19均可) (2) 甲 甲和乙
(1)两细绳对结点的拉力大小可由A、B分别读出:FA=
N和FB
N。
(2)请在图乙的方格纸(一小格边长表示0.5 N)上画出这两个力及它们合力的图
示。
【解析】 (1)由图甲可知,弹簧测力计A、B的读数分别为4.00 N和2.50 N; (2)由于每格为0.5 N,故FA、FB分别为8格和5格,故力的图示如图所示:
【角度3】用手机连拍或视频录像功能研究重力加速度 【典例3】(2020·山东等级考)2020年5月，我国进行了珠穆朗玛峰的高度测量， 其中一种方法是通过使用重力仪测量重力加速度，进而间接测量海拔高度。某 同学受此启发就地取材设计了如下实验，测量当地重力加速度的大小。实验步 骤如下：
( 2 )2
( 2 )2
f
30
D点处的速度等于CE段的平均速度,因此
vD=s2CE
(30.45－13.m06)/s10≈22.61
1
m/s
f
15
答案:(1)30 (2)9.74 2.61
【角度2】验证牛顿第二定律 【典例2】(2020·浙江7月选考)做“探究加速度与力、质量的关系”实验时,图 甲是教材中的实验方案;图乙是拓展方案,其实验操作步骤如下:
度为g,则滑块与木板间的动摩擦因数μ=
。(用相应的字母符号
表示)
【解析】(1)相邻两计数点间还有一个计时点未标出,则T=0.04 s;
vC=xBD (5.85－1.20)≈100.25m8/ sm/s
2T
0.08
a=
x CE－x AC 4T2
(9.30－3.15m－/3.s152)≈140.72
(ⅰ)挂上托盘和砝码,改变木板的倾角,使质量为M的小车拖着纸带沿木板匀速下滑;
(ⅱ)取下托盘和砝码,测出其总质量为m,让小车沿木板下滑,测出加速度a;
(ⅲ)改变砝码质量和木板倾角,多次测量,通过作图可得到a-F的关系。
(1)实验获得如图所示的纸带,计数点a、b、c、d、e、f间均有四个点未画出,则在
速度
vd=4bTf
38.10 30.7m0/s10≈20.19
4 0.1
m/s。
(2)在图甲的实验方案中,由托盘和砝码的重力提供拉力,让小车做匀加速直线运
动,由牛顿第二定律可得mg=(M+m)a,则a=m ·g,则绳子对小车的拉力F=Ma=
mM
M·mg。
mM
当M≫m时,绳子拉力近似等于托盘和砝码的重力,故甲需要满足M≫m。
打d点时小车的速度大小vd=
m/s(保留两位有效数字);
(2)需要满足条件M≫m的方案是 a-F图象时,把mg作为F值的是
(选填“甲”“乙”或“甲和乙”);在作 (选填“甲”“乙”或“甲和乙”)。
【解析】(1)打点计时器打点周期T=0.1 s,
由匀加速直线运动中,平均速度等于中间时刻的瞬时速度可得,在打d点时小车的
(1)图乙是实验中获取的一条纸带的一部分,相邻两计数点间还有一个计时点未
标出。用刻度尺测量计数点间的距离如图乙所示,则打点计时器打计数点C时纸
带的速度大小v=
m/s;打该纸带的过程中滑块的加速度大ห้องสมุดไป่ตู้a=
m/s2。(结果均保留两位有效数字)
(2)若已知滑块的质量为m1,木板的质量为m2,托盘和砝码的总质量为m3,重力加速
4 0.042
m/s2
(2)根据牛顿第二定律可得m3g-μm1g=(m1+m3)a
解得μ= m3g－m1。 m3 a
m1g
答案:(1)0.58 4.7
(2) m3g－m1 m3 a
m1g
2.(弹簧测力计的使用)(2020·广州二模)在“验证力的平行四边形定则”实验 中,橡皮条一端固定在贴有白纸的水平木板上P点,另一端栓上两根细绳,每根细 绳分别连着量程为5 N、最小刻度为0.1 N的弹簧测力计A和B,平行木板沿两个不 同的方向拉弹簧测力计。某次实验,当橡皮条与两细绳的结点被拉到O点时,两细 绳刚好相互垂直,弹簧测力计的示数如图甲所示。
答案: (1)4.00 2.50 (2) 如图所示:
考向二 “纸带”类实验(综合提能) 【建模型】研典题 【模型】“纸带类”问题的处理
1.模型图解
2.应用规律 纸带类实验数据的处理方法
【角度1】测量重力加速度 【典例1】(2020·厦门一模)小敏同学在暗室中用图甲装置做“测定重力加速度” 的实验,用到的实验器材有:分液漏斗、阀门、支架、接水盒、一根荧光刻度的 米尺、频闪仪。具体实验步骤如下:
①在分液漏斗内盛满清水,旋松阀门,让水滴以一定的频率一滴滴落下;
②用频闪仪发出的白闪光将水滴流照亮,由大到小逐渐调节频闪仪的频率,当频
率为30 Hz时,第一次看到一串仿佛固定不动的水滴;
③用竖直放置的米尺测得各个水滴所对应的刻度;
④处理数据,得出结论;
(1)水滴滴落的频率为
Hz。
(2)小敏同学测得连续相邻的五个水滴之间的距离如图乙所示,根据数据计算当
地重力加速度g= 三位有效数字)
m/s2;D点处水滴的速度vD=
m/s。(结果均保留
【解析】(1)由于频率由大到小逐渐调节,第一次看到一串仿佛固定不动的水滴,
说明闪光的时间间隔等于水滴滴落的时间间隔,因此水滴滴落的频率为30 Hz。
(2)用逐差法求重力加速度
g=sCE－sAC ［(30.45－13.06m)－1/3s.026≈］91.0724 m/s2