山东省昌邑一中2016届高三物理专题复习：力(无答案)

专题六力学实验
必备基础知识
一、速度随时间的变化规律(实验、探究)
1. 为计算简便，通常每5个时间间隔取一个计数点，Δt=0.1 s.
2. 纸带长度用刻度尺一次测量，不分段测量.
3. 用“逐差法”求加速度，如果有6个间隔，公式是a=
456123
2
()-()
(3)
x x x x x x
T
++++
；如果
奇数间隔除间距最小段，再用公式逐差公式求解。

4. 用“图象法”求加速度，需用直线拟合各点，图线与v轴交点应为第一个计数点的速度，且应为正值.为了减小误差，应选相距较远的两点求斜率而得出a.
5. 关于操作:开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器;要先接通电源，再释放小车;小车停止运动时要及时断开电源;为防止钩码落地和小车跟滑轮相撞，要及时用手按住小车.
二、力的平行四边形定则(实验、探究)
1. 本实验关键点是:在同一次实验中，结点必须拉到同一位置O，这样才体现了合力与分力的“等效性”.
2. 要注意:橡皮筋应在弹性限度内，弹簧测力计不超量程，夹角不能太大或太小，要用同一标度作图，作图应尽可能大些.
3. 要能认准哪个是实际合力与理论合力，哪个是一个弹簧测力计的拉力.
三、加速度与物体质量、受力的关系(实验、探究)
1. 本实验需用“垫高”的方法平衡摩擦力，因，故不需要重复平衡摩擦力;需用
“控制变量法”分别研究a-F、a-m的关系，再得出综合的结论;一般需作a-F、a-1
m图象;
作图时需用直线拟合.
2. 实验中的F应是研究对象所受的合外力，用沙袋重力来替代研究对象小车的合外力会产生系统误差，如果将研究对象选为沙袋和小车这个整体，则会消除由此带来的系统误差.
3. 作出的a-F、a-
1
m图象如果不过原点，说明实验有误差，如果图线是直线，仍可得出实验结论;当作出的a-F、a-
1
m图线有弯曲时，通常原因是不满足M》m的实验要求.
四、验证机械能守恒定律(实验、探究)
1. 本实验需不需要测重物质量，要看实验目的，如果研究自由下落的物体，可不测m；如果用重物拖动小车装置来验证系统机械能守恒，则应用天平测质量，故应明确
实验目的。

选重物应挑小而重的，以减小误差;应使用公式v
n
=
1
2
n n
x x
T
+
+
而不是公式v
n
=gt
计算瞬时速度;应取当地的重力加速度计算重力势能的变化，不可以用同一根纸带求出a
作为g，又以此计算值计算重力势能的变化，这样会犯循环论证的错误.
2. 如果用
1
2mv2=mgh验证机械能守恒定律，应选取点迹清晰且第1、2两个点间的距离接近2 mm的纸带.
3. 实验中因有阻力存在，重物动能的增加量稍小于重力势能的减少量，即ΔE
k
<Δ
E
p
，这是系统误差.
五、关于误差和有效数字
1. 误差是测量值与真实值之间的差异.不是错误，不可避免.
2. 由于仪器不精确、方法粗略、原理不完善等产生的是系统误差，特点是测量值
总偏大或偏小.
3. 由于各偶然因素对实验者、测量仪器、被测量物的影响而产生的误差是偶然误
差，特点是有时偏大有时偏小，可用多次测量求平均值减小偶然误差.
能力提升
考向一 基本仪器的使用和读数 1. 关于基本仪器的使用
(1) 游标卡尺:测外径或厚度在卡脚下方测量，不能将小测量物靠近主尺放置;要认准游标“0”刻度在哪，读数时应轻轻“锁定”游标.
(2) 螺旋测微器:测量长度较小的物体;要注意0.5 mm 刻度线在上方还是下方;听到“咯、咯”声之后要换用微调;读数时应轻轻“锁定”游标.
(3) 弹簧测力计:使用前应校零，选择弹簧测力计时，要选力的方向通过弹簧轴线的，必要时要选对拉时读数相同的弹簧测力计.
(4) 打点计时器:电火花打点计时器使用的是220 V 交变电流;电磁打点计时器使用的是低压4~6 V 交变电流.
2. 关于基本仪器的读数
(1) 注意使用的刻度尺或弹簧测力计的最小分度值.应估读到其最小分度的1
10，读数或测量值为:整数部分(单位)+10n
格×最小分度(单位)，统一单位后得最后结果.
(2) 注意游标卡尺的精度是多少(即游标部分格数的倒数)，测量时还要注意看准是第几(用n 表示)条游标刻度线与主尺上的某条刻度线对齐，读数或测量值为:主尺部分(单位)+n ×精度(单位)，统一单位后得最后结果.注意游标不需要估读.
三种游标卡尺的比较: 刻度 格数 刻度总 长/mm 游标上每小格 与1 mm 相差/mm
精度 /mm 测量结果(游标卡尺上第n 个刻度线与主尺上的刻度线对正时
)/mm 10 9 0.1 0.1 主尺上读的毫米数+0.1n 20 19 0.05 0.05 主尺上读的毫米数+0.05n 50
49
0.02
0.02
主尺上读的毫米数+0.02n
(3) 螺旋测微器要估读，小数点后必须保留三位.
例1用游标卡尺测得某样品的长度如图甲所示，其读数L= mm;用螺旋测微器测得该样品的外边长a 如图乙所示，其读数a= mm.
变式训练1 (1) 用螺旋测微器测量一小球的直径，结果如图甲所示，则小球的直径d= mm.
(2) 知识的迁移能力是非常重要的，应用螺旋测微器的原理，解决下面问题:在一些用来测量角度的仪器上，有一个可转动的圆盘，圆盘的边缘标有角度刻度.为了较准确地测量出圆盘转动的角度，在圆盘外侧有一个固定不动的游标，上面共有10个分度，对应的总角度为9度.如图乙中画出了游标和圆盘的一部分，读出此时圆盘的零刻度线相对于游标零刻度线转过的角度为 度. 考向二 基本实验方法与数据处理
力学实验的基本方法就是测量力、位移、时间等的方法.测力可以用弹簧测力计，也可以用天平测出质量求得力，还可以根据牛顿运动定律或动能定理等求得相关物理量来求得力.测位移主要用到打点计时器、频闪照相、位移传感器结合示波器或给定图象
和用测长度的仪器测量，也可以根据牛顿运动定律或动能定理等求得相关物理量来求得位移.测时间主要用到打点纸带、秒表、光电门等仪器，也可根据题目中已知装置、图象结合相关规律求得时间.
数据处理方法:一是作图法.作图必须规范，要有两个箭头、两个物理量及单位，标度必须标注完整，要使图线分布在坐标纸的较大区域内，要根据两个坐标轴物理量间的关系考虑是拟合直线还是平滑的曲线，还要考虑截距的物理意义.二是数学方法.求纸带
上某点的瞬时速度一般用公式v n =1
2n n x x T ++求解，求有6个间隔的纸带加速度一般用公式
a=1233a a a ++=4561232
()-()
(3)x x x x x x T ++++求解.求图象斜率应取图线上间隔较大的两个点
去求解.
例2 图甲所示为某同学设计的“探究加速度a 与力F 、质量m 的关系”的实验装置图，实验中认为细绳对小车的拉力F 等于沙和沙桶的总重力，小车运动的加速度可由纸带求得.(1) 该同学对于该实验的认识，下列说法中正确的是 .
A. 该实验应用了等效代替的思想方法
B. 该实验应用了控制变量的思想方法
C. 实验时应先释放小车后接通电源
D. 实验中认为细绳对小车的拉力F 等于沙和沙桶的总重力，其前提必须保证沙和沙桶总质量远远大于小车的质量
(2) 如图所示的是该同学在某次实验中利用打点计时器打出的一条纸带，A 、B 、C 、D 、E 、F 是该同学在纸带上选取的六个计数点，其中两相邻计数点间还有若干个点未画出，设相邻两个计数点间的时间间隔为T.该同学用刻度尺测出AC 间的距离为s 1，BD 间的距离为s 2，则打下B 点时小车运动的瞬时速度v B = ，小车运动的加速度a=
.
(3) 某实验小组在实验时保持沙和沙桶总质量不变，改变小车质量m ，分别得到小车
加速度a 、质量m 以及对应的1
m 三组数据如表中所示.根据表中数据，在图丙坐标纸上作出F 不变时a 与1
m 的图象.
次数
1 2 3 4 5
6 小车加速度a/(m ·s -2)
1.72 1.49 1.25 1.00 0.75 0.50 小车质量m/kg
0.29 0.33 0.40 0.50 0.71 1.00 1
m /kg -1
3.50
3.00
2.50
2.00
1.40
1.00
变式训练2 在用如图甲所示的装置探究“加速度与物体质量、受力关系”的实验中.
甲
(1) 为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，先调节长木板一端滑轮的高度，使细线与长木板平行，接下来还需要进行的一项操作是 .
A. 将长木板水平放置，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，给打点计时器通电，调节砝码盘和砝码质量的大小，使小车在砝码盘和砝码的牵引下运动，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动
B. 将长木板的一端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，撤去砝码盘和砝码，给打点计时器通电，轻推小车，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动
C. 将长木板的一端垫起适当的高度，撤去纸带以及砝码盘和砝码，轻推小车，观察并判断小车是否做匀速运动
(2) 图乙是实验打出的一条纸带，在纸带上标出了5个计数点，相邻的两个计数点之间还有4个点未标出(图中数据的单位是cm)，算出小车的加速度a= m/s 2(结果保留两位有效数字
).
乙
(3) 某同学在“探究加速度与质量的关系”时，通过给小车增加砝码来改变小车的质
量M ，得到小车的加速度a 与质量M 的数据，画出a-1M 图线后发现，当1
M 较大时，图线发
生弯曲，于是该同学对实验方案进行了进一步地修正，避免了图线的末端发生弯曲的现象.那么，该同学的修正方案可能是 .
A. 改画a 与1
M m +的关系图线B. 改画a 与(M+m)的关系图线
C. 改画a 与m
M 的关系图线D. 改画a 与2
1()M m +的关系图线 考向三 力学实验设计
力学实验设计题的具体要求是“能发现问题、提出问题，并制定解决方案;能运用已学过的物理理论、实验方法和实验仪器去尝试着解决实际问题”.
力学实验设计题重在考查实验基本原理和思想方法的迁移应用，特点是“源于教材，但又高于教材”.这类题虽常考常新，但“题在书外，理在书中”.要做好这类题，首先要审清题意，明确实验目的，然后联想和迁移应用相关实验原理即可求解.此类实验题常常就
是“穿着实验外衣”的中等难度的推理、论证类题目.
某些物理量不容易直接测量，或某些现象直接显示有困难，可以采取把所要观测的变量转换成其他变量进行间接观察和测量，这就是转换法.在力学中，如速度不便于测
量，则可转换为特定距离测时间v=Δd t (如光电门测速)，或特定时间测距离v=x
t (如利用
平抛运动规律测初速度v=x 2g
y )等以速度为中间变量进行实验设计.掌握这一原理，就
把握了力学实验设计题的一个切入点.
例3 (2014·江苏)小明通过实验验证力的平行四边形定则.
(1) 实验记录纸如图甲所示，O 点为橡皮筋被拉伸后伸长到的位置，两弹簧测力计
共同作用时，拉力 F 1和 F 2的方向分别过 P 1和P 2点;一个弹簧测力计拉橡皮筋时，拉力F 3的方向过P 3点. 三个力的大小分别为F 1=3.30 N 、F 2=3.85 N 和 F 3=4.25 N. 请根据图中给出的标度作图求出F 1和F 2的合力
.
甲
(2) 仔细分析实验，小明怀疑实验中的橡皮筋被多次拉伸后弹性发生了变化，影响实验结果. 他用弹簧测力计先后两次将橡皮筋拉伸到相同长度， 发现读数不相同，于是进一步探究了拉伸过程对橡皮筋弹性的影响.
实验装置如图乙所示，将一张白纸固定在竖直放置的木板上，橡皮筋的上端固定于O 点，下端N 挂一重物. 用与白纸平行的水平力缓慢地移动N ，在白纸上记录下N 的轨迹. 重复上述过程，再次记录下N 的轨迹.
乙丙
两次实验记录的轨迹如图丙所示. 过O点作一条直线与轨迹交于a、b两点，则实验
中橡皮筋分别被拉伸到a和b时所受拉力F
a 、F
b
的大小关系为.
(3) 根据(2)中的实验，可以得出的实验结果有哪些? (填写选项前的字母).
A. 橡皮筋的长度与受到的拉力成正比
B. 橡皮筋两次受到的拉力相同时，第2次的长度较长
C. 橡皮筋两次被拉伸到相同长度时，第2次受到的拉力较大
D. 实验中所用的拉力越大，橡皮筋在两次拉伸且弹力相等时长度之差越大
(4) 根据小明的上述实验探究，请对“验证力的平行四边形定则”实验提出两点注意事项.
.
变式训练3利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图甲所示，水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨;导轨上A点处有一带长方形遮光片的滑块，其总质量为M，左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m的小球相连;遮光片的两条长边与导轨垂直;导轨上B点有一光电门，可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间t，用d表示A点到光电门B 处的距离， b表示遮光片的宽度，将遮光片通过光电门的平均速度看做滑块通过B点时的瞬时速度，实验时滑块在A处由静止开始运动
.
(1) 用游标卡尺测量遮光条的宽度b，结果如图乙所示，由此读出b= mm.
(2) 滑块通过B点的瞬时速度可表示为.
(3) 某次实验测得倾角θ=30°，重力加速度用g表示，滑块从A处到达B处时m和M组成的系统动能增加量可表示为ΔE
k
= ，系统的重力势能减少量可表示为Δ
E
p
= ，在误差允许的范围内，若ΔE
k
=ΔE
p
，则可认为系统的机械能守恒.
(4) 在上述实验中，某同学改变A、B间的距离，作出的v2-d图象如图丙所示，并测得M=m，则重力加速度g= m/s2.
课后训练
1.做匀变速直线运动的小车带动纸带通过打点计时器，打出的部分计数点如图所示(每相
邻两个计数点间还有4个点，图中未画出)，已知打点计时器使用的是50Hz的交变电流，
则打点计时器在打“1”时的速度v
1
= m/s，平均加速度为a= m/s2。

由计算结果可
估计出第5个计数点与第6个计数点之间的距离最可能是 cm。

(结果均保留3位有效
数字
)
2、在“探究弹力和弹簧伸长的关系”时，
某同学把两根弹簧如图甲连接起来进行
探究。

(1)某次测量如图乙所示，指针示数为 cm。

(2)在弹性限度内，将50g的钩码逐个挂在弹簧下端，得到指针A、B的示数L
A
和L
B
如表。

用表中数据计算弹簧Ⅰ的劲度系数为 N/m(重力加速度g=10m/s2)。

由表中数据
(选填“能”或“不能”)计算出弹簧Ⅱ的劲度系数。

3.某同学根据机械能守恒定律，设计实验探究弹簧的弹性势能与压缩量的关系，
(1)如图甲，将轻质弹簧下端固定于铁架台，在上端的托盘中依次增加砝码，测量相应
的弹簧长度，部分数据如下表，由数据算得劲度系数k= N/m。

(g取9.80m/s2)
(2)取下弹簧，将其一端固定于气垫导轨左侧，如图乙所示；调整导轨，使滑块自由滑
动时，通过两个光电门的速度大小。

(3)用滑块压缩弹簧，记录弹簧的压缩量x；释放滑块，记录滑块脱离弹簧后的速度v，
释放滑块过程中，弹簧的弹性势能转化为。

(4)重复(3)中的操作，得到v与x的关系如图丙，由图可知，v 与x成关系。

由上
述实验可得结论：对同一根弹簧，弹性势能与弹簧的成正比。

4.利用如图所示的装置可以做力学中的一些实验，已知交流电的频率为f，小车质量为
M，钩码质量为m。

钩码数 1 2 3 4
L
A
/cm 15.71 19.71 23.66 27.76
L
B
/cm 29.96 35.76 41.51 47.36
砝码质量/g 50 100 150
弹簧长度/cm 8.62 7.63 6.66
(1)如果利用它来探究物体的加速度与力、质量的关系时，为使小车所受的合外力等于细线的拉力，应该采取的措施是，
要使细线的拉力等于钩码的总重力，应该满足的条件是M (选填“大于”“远大于”“小于”或“远小于”)m。

(2)在满足了小车所受的合外力等于细线的拉力的条件下，且使细线的拉力等于钩码的总重力，如果利用它来探究外力做功与动能的关系时得到的纸带如图所示。

O为小车开始运动时打下的第一个点，A、B、C为运动过程中的三个相邻的计数点，相邻的计数点之间的四个点没有标出，有关数据如图所示，要探究小车运动的动能定理，要满足一个怎样的关系式 (用题中的字母符号表示)。

(3)如果利用此装置来验证小车与钩码组成的系统机械能守恒时，为尽可能消除摩擦力对小车的影响：则小车质量和钩码的质量关系应该满足M (选填“大于”“远大于”“小于”或“远小于”)m。

5.如图a所示为“研究加速度与质量关系”的实验装置。

小车和车上砝码的总质量为M，保持吊盘和盘中物块的总质量m不变，主要实验步骤如下：
a.平衡摩擦力：先不放小吊盘，在长木板不带定滑轮的一端下面垫薄木块，并反复移动其位置，直到用手轻拨小车，打点计时器能打出一系列均匀的点，关闭电源。

b.挂上小吊盘，放入适当的物块，将小车停在打点计时器附近，接通电源，后释放小车，
打点计时器就在纸带上打下一系列的点，关闭电源。

c.改变小车中砝码的质量，重复步骤b。

d.在每条纸带上清晰的部分，每5个间隔标注一个计数点。

测量相邻计数点的间距s
1
、
s
2
、s
3
、…。

求出相应的加速度a。

完成下列填空：
(1)如图给出的是实验中获取的一条纸带的一部分，A、B、C、D、E是计数点，计数点间的距离如图所示，相邻计数点间时间间隔为0.1s，根据图中数据可得，打下C点时小车的瞬时速度大小为 m/s，运动过程中小车的加速度大小为 m/s2。

(结果保留两位有效数字
)
(2)甲同学以为横坐标，a为纵坐标，在坐标纸上作出a -的图线的示意图如图b所示，图线上部弯曲的原因是
(3)乙同学以M
为横坐标，
为纵坐标，在坐标纸上作出-M关系图线的示意图可能会是图c中的 (选填“甲”“乙”或“丙”)
(4)设图c中的图线斜率为k，则吊盘和盘中物块的总质量m= 。

(用题中物理量的符号表示，重力加速度为g)。