(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)

a 1＝x 4－x 13T 2，a 2＝x 5－x 23T 2，a 3＝x 6－x 33T 2⇒a ＝

a 1＋a 2＋a 33

(2)利用平均速度求瞬时速度：v n ＋1＝x n ＋x n ＋1

2T

(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 ＝d

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 ＝

v 22－v 12

2L

. 3．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，x 1＝3.62cm ，x 4＝5.12cm ，由图中数据可求得：2、3两点的距离(即x 3)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 ＝

x 4－x 1

3

＝0.50cm ，又x 4－x 3＝Δx

故x 3＝x 4－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 2

.(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．

(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 ＝3045s ＝

23s ，所以A 点位置的速度为v A ＝0.117＋0.1332×2

3m/s≈0.19 m/s.根据逐差法可求加速度a ＝(x 5＋x 4)－(x 2＋x 1)6T

2

，解得a ≈－0.038m/s 2，故加速度的大小为0.038 m/s 2

. 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 、

E ，如图乙，测出A 点距起点O 的距离为h 0＝19.00cm ，点A 、C 间的距离为h 1＝8.36cm ，点C 、E 间的距离为h 2＝9.88cm ，g 取9.8m/s 2，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v 2

2为纵坐标、以h 为横坐

标画出的图象应是下面的________．

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：ΔE p ＝mgh ＝mg (h 0＋h 1)＝1kg×9.8m/s 2

×(19.00＋8.36)× 10－2

m≈2.68J，

打下C 点时重物的速度大小v C ＝

h 1＋h 2

4T

＝2.28m/s. (3)在验证机械能守恒定律的实验中，有：12mv 2＝mgh ，则有：12v 2

＝gh ，g 是常数，所以图线

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．