2019届一轮复习人教版 力学实验 学案

3年高考2年模拟1年原创精品高考系列专题17 力学实验【2019年高考考点定位】力 实验共涉及几个具体的实验操作，主要分布在必修一和必修二。

依次为研究匀变速直线运动、探究弹力和弹簧伸长的关系、验证力的平行四边形定则、验证牛顿第二定律、探究动能定理和验证机械能守恒，这些实验的方案有共性，但数据处理又不尽相同。

【考点pk 】名师考点透析考点一、研究匀变速直线运动【名师点睛】1、 打点计时器：○1打点计时器分为电磁打点计时器使用 4 6v 生交流电源和电火花打点计时器使用220v 的交流电源，打点计时器的原理是每个相同的时间段打下一个点，所以纸袋上面相邻点迹间隔都相等，若交流电频率为50h ，则相邻点迹间隔均为150秒即0.02秒。

○2使用打点计时器时，先接通电源，带打点稳定后再松开纸带，也就是先接通电源再释放纸带。

若打出的点迹为短线或不清晰应调整振针和复写纸的距离。

○3分析纸带时应该选取间隔较大的部分进行分析，这样可以减小误差。

2、 数据处理：○1瞬时速度根据匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于平均速度即2t s v v t==；我们在计算各个点的瞬时速度时可以以这个点为中间时刻，取相邻两个点之间的距离为路程s ，时间则为2个打点间隔0.04s 。

如果每隔4个计时点或者每5个计时点取一个计数点，则一个打点间隔变为0.0250.1s ⨯=。

○2如果分析的结果是相邻点迹的速度变化量都相等即21324354v v v v v v v v -=-=-=-，则说明运动为匀变速直线运动。

也可以用横轴表示时间，纵轴表示速度做v t -图像，若为倾斜的直线则为匀变速直线运动。

3、 加速度的计算：根据v t -图像，可得斜率即加速度即v a t∆=∆。

若没有图像则根据得到的纸带处理如下：根据连续相等的时间间隔内通过的位移之差都相等即2s at ∆=，可得22132435465s s s s s s s s s s at -=-=-=-=-=，若分别求加速度最后再求平均值则会出现1234521324354656122555a a a a a s s s s s s s s s s s s a t t++++-+-+-+-+--===；最终仍然只用了2组数据，误差较大。

所以选择使用24152633s s s s s s at -=-=-=，最终求得的加速度63524129s s s s s s a t-+-+-=。

考点二、探究弹力和弹簧伸长的关系【名师点睛】 1、实验记录数据：如下图所示，首先测出弹簧下端没有挂钩码时自然伸长的长度即原长记做0l ，依次增加所挂钩码数量，依次记录钩码数量和弹簧的长度1234l l l l2、数据处理：以弹力大小即钩码重力为纵轴，以弹簧长度为横轴，做图像，则图像与纵轴的焦点即原长，斜率即弹簧的劲度系数。

也可以用弹力做纵轴，以弹簧伸长量为横轴，弹簧伸长量即弹簧长度减去原长0l ；此时描点作图理论上应该过原点，若不经过原点，原因是弹簧自身重力导致测量的原长不准确。

3、注意事项：○1不要超过弹簧的弹性限度○2测量长度一定要处于平衡状态考点三、验证力的平行四边形【名师点睛】1、实验的关键是等效替代法，用两个弹簧测力计和一个弹簧测力计分别使得橡皮筋产生相同的效果，那么一个弹簧测力计的拉力就是原来2个力的合力。

；2、实验注意事项：○1记录力的方向时一定要记下细绳套的两个点，然后连线即为拉力的方向，为减小误差，细绳可以适当长些，力的大小根据弹簧测力计的读数严格按照相同比例转化为线段长度来表示。

○2同一实验中，两次橡皮绳拉到节点位置O 必须保证相同。

○3为便于作图，两个力的夹角不宜过大也不易过小。

○4平行四边形的对角线一定是按照平行四边形定则求出的合力，而稍有偏差的才是真正的合力即一个测力计的拉力，由于实验误差二者会稍有偏差。

考点四、验证牛顿第二定律【名师点睛】1、研究方法为控制变量法，即先控制质量不变，验证a F ∝，再控制合力F 不变，探究1a m∝ 2、实验开始前，首先要平衡摩擦力的影响，木板左端适当垫高，不挂砝码时轻推小车能够自由滑动为宜。

若没有平衡摩擦力或者摩擦力平衡不够，会导致做出的a F -不过原点且与横轴力F 有交点，如果摩擦力平衡过头，则会导致做出的a F -不过原点且与纵轴加速度a 有交点。

3、本实验以钩码重力作为小车受到的合力，其实这个钩码重力是小车和钩码共同的合力，这样分析过程会出现F mg a M M ==,加速度会随钩码重力的增大而增大，而事实上，F mg m a g g M M m M m===<++；如果钩码重力一直增加，我们绘出的a F -图像斜率逐渐变为0，最终加速度无限趋近于重力加速度g ；为保证实验的成功，减小这一误差，我们要求钩码质量要远小于小车质量即m M <<。

考点五、探究动能定理【名师点睛】1、 实验方案中，对功的大小并没有直接测量，而是根据一个橡皮筋伸长一定长度做功和多条同样的橡皮筋伸长同样长度做功的比例关系来确定的即,2,3w w w ……2、 测量速度时，应该选取最后橡皮筋恢复原长后匀速直线运动的速度，即选择点迹均匀的那一段来测量速度s v t=。

3、 一定要平衡摩擦力，保证只有橡皮筋对小车做功即为合力做功。

4、 根据动能定理212w mv =，则有2w v ∝，所以描点作图一定以w 为纵轴以2v 为横轴，若斜率恒定即图像为倾斜的直线则动能定理得以验证。

其他非一次函数图像则无法判断无法验证动能定理。

考点六、验证机械能守恒【名师点睛】1、 实验原理是根据自由落体运动只有重力做功，重力势能转化为动能，即212mgh mv =，整理即可212gh v =，所以实验中不需要测量质量。

由于摩擦阻力的不可避免，实际减少的重力势能总是略大于增加的动能。

2、 纸袋选取的第一个点应该是初速度为0的点，根据自由落体运动，释放后前0.02秒下降高度约为2毫米，所以应该选择第一个间隔接近2毫米的纸带。

若不是从第一个点开始计算，则验证的公式转化为22211122mg h mv mv ∆=-，仍然不需要测质量。

只有速度的测量则参考匀变速直线运动瞬时速度的计算来求解。

3、为减小阻力带来的误差，可以适当增大重物质量。

【试题演练】1．物体从高处下落时，会受到空气的阻力，对于不同的物体，所受的阻力大小也不同。

空气阻力与物体的速度、迎风面的大小及形状等因素有关。

某实验小组设计了如图所示的用光电门测定钢球下落时受到的阻力的实验装置。

直径为d 、质量为m 的小钢球从某高度下落的过程中先后通过光电门A 、B ，计时装置测出钢球通过A 、B 的时间分别为t A 、t B 。

用钢球通过光电门的平均速度表示钢球球心通过光电门的瞬时速度，测出两光电门间的距离为H ，当地的重力加速度为g 。

(1)用游标卡尺测量钢球直径如图所示，读数为 mm ；(2)钢球下落过程中受到空气的平均阻力F f= 用题中所给物理量符号来表示)；(3)本题“用钢球通过光电门的平均速度表示钢球球心通过光电门的瞬时速度”，但从严格意义上讲是不准确的，实际上钢球通过光电门的平均速度 (选填“>”或“<”)钢球球心通过光电门的瞬时速度。

【答案】 10.50 <解得阻力(3)由匀变速直线运动的规律，钢球通过光电门的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，而球心通过光电门的中间位移的速度大于中间时刻的瞬时速度，因此钢球通过光电门的平均速度小于钢球球心通过光电门的瞬时速度。

【点睛】考查加速度的公式，掌握牛顿第二定律，理解平均速度与瞬时速度的联系与区别，注意理解中时刻与中点位移速度大小关系是解题的关键。

2．如图甲所示，质量为m的滑块A放在气垫导轨上，B为位移传感器，它能将滑块A到传感器B的距离数据实时传送到计算机上，经计算机处理后在屏幕上显示滑块A的速率-时间（）图象。

整个装置置于高度h可调节的斜面上，斜面长度为。

（1）现给滑块A沿气垫导轨向上的初速度，其图线如图乙所示。

从图线可得滑块A上滑时的加速度大小（结果保留一位有效数字）。

（2）若用此装置来验证牛顿第二定律，通过改变，可验证力一定时，加速度与质量成反比的关系；通过改变，可验证质量一定时，加速度与力成正比的关系（重力加速度g的值不变）。

【答案】调节滑块的质量及斜面的高度，且使mh不变高度h【点睛】解答本题关键是能够把v-t图象运用物理规律结合数知识解决问题。

对滑块进行运动和受力分析，运用牛顿第二定律结合运动公式解决问题。

3．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，先用功率恒定的电动马达牵引着小车由静止开始加速一段时间。

再关闭马达，让小车在桌面上自由运动至静止。

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）记录了桌面上连续的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，且开始计时时滴下的小水滴计为第1滴。

）（1）根据图（b）的数据可判断出此过程中滴下的水滴是小车在时留下的（填“马达牵引着加速”或“关闭马达后在桌面上减速”）。

还由图（b）可知，小车在桌面上是（填“从右向左”或“从左向右”）运动的。

（2）小车运动到图（b）中A点时的速度大小约为m/s。

（结果均保留2位有效数字）【答案】关闭马达后在桌面上减速；从右向左； 0.24【解析】(1) 用功率恒定的电动马达牵引着小车由静止加速时，小车做变加速直线运动。

关闭马达后，小车在水平桌面上做匀减速直线运动。

滴水计时器类似于打点计时器，从图可以判断，相邻相等时间内的位移差恒定，则小车做匀变速直线运动，即匀减速直线运动。

且从右向左，单位时间内小车的位移越来越小。

·2C A v v a T =-，解得0.24A m v s≈。

点晴：注意相邻水滴的时间间隔的计算，46滴水有45个间隔，速度和加速度的计算，注意单位、有效数字的要求。

【三年高考】 16、17、18年高考真题及其解析1．某同 利用如图所示的实验装置来测量重力加速度g ．细绳跨过固定在铁架台上的轻质滑轮，两端各悬挂一只质量为M 的重锤．实验操作如下：①用米尺量出重锤1底端距地面的高度H ；②在重锤1上加上质量为m 的小钩码；③左手将重锤2压在地面上，保持系统静止．释放重锤2，同时右手开启秒表，在重锤1落地时停止计时，记录下落时间； ；④重复测量3次下落时间，取其平均值作为测量值t ．请回答下列问题（1）步骤④可以减小对下落时间t 测量的 （选填“偶然”或“系统”）误差．（2）实验要求小钩码的质量m 要比重锤的质量M 小很多，主要是为了 ．A 、使H 测得更准确B 、使重锤1下落的时间长一些C 、使系统的总质量近似等于2MD 、使细绳的拉力与小钩码的重力近似相等（3）滑轮的摩擦阻力会引起实验误差．现提供一些橡皮泥用于减小该误差，可以怎么做 ?（4）使用橡皮泥改进实验后，重新进行实验测量，并测出所用橡皮泥的质量为m 0．用实验中的测量量和已知量表示g ，得g = ．【 】2018年全国普通高等 校招生统一考试物理（江苏卷）【答案】 （1）偶然 （2）B （3）在重锤1上粘上橡皮泥，调整橡皮泥质量直至轻拉重锤1能观察到其匀速下落 （4）0222M m m H mt++（）点睛：本题以连接体运动为背景考查重力加速度的测量，解题的关键是要弄清该实验的原理，再运用所 的知识分析得出减小误差的方法。