高中物理中的,力学实验与创新

高中物理中的力学实验与创新

高考对学生力学实验的考查，主要有以下十一个实验：①研究匀变速直线运动；②探究弹力和弹簧伸长量的关系；③验证力的平行四边形定则；④验证牛顿第二定律；⑤探究做功和物体速度变化的关系；

⑥验证机械能守恒定律；⑦测定金属丝的电阻率(同时练习使用螺旋测微器)；⑧描绘小灯泡的伏安特性曲线；⑨测定电源的电动势和内阻；⑩练习使用多用电表；⑪传感器的简单使用．

高考除了对课本中原有的学生实验进行考查外，还增加了对演示实验的考查，利用学生所学过的知识，对实验器材或实验方法加以重组，来完成新的实验设计．设计型实验将逐步取代对课本中原有的单纯学生实验的考查．

力学试验的解题策略在于：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．

一、力学试验解析：

1、游标卡尺和螺旋测微器的读数

【例1】用游标卡尺测得某样品的长度如图1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.

图1

解析：根据游标卡尺的读数方法，读数为20 mm＋3×0.05 mm ＝20.15 mm.根据螺旋测微器的读数方法，读数为 1.5 mm＋23.0×0.01 mm＝1.730 mm.

答案20.15 1.730

【题后反思】1.游标卡尺的读数方法：由主尺读出整毫米数l0，从游标尺上读出与主尺上某一刻度对齐的格数n，则测量值(mm)＝(l0＋n×精确度) mm.注意：(1)游标卡尺的精确度一般为游标尺上总刻度数的倒数．(2)游标卡尺不需要估读．

2．螺旋测微器的读数方法：测量值(mm)＝固定刻度指示的毫米数(注意半毫米刻度线是否露出)＋可动刻度上与固定刻度基线所对的刻度值(注意刻度值要估读一位)×0.01 mm.

【强化训练1】(1)用螺旋测微器测量一小球的直径，结果如图2甲所示，则小球的直径d＝________ mm.

图2

(2)知识的迁移能力是非常重要的，应用螺旋测微器的原理，解决下面的问题：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．

答案(1)10.975 (2)20.6

解析：(1)螺旋测微器主尺读数为10.5 mm，可动刻度一共50

个格，代表0.5 mm，每个格表示0.01 mm，第47.5个格与固定刻度基线对齐，因此可动刻度的读数为0.475 mm，故螺旋测微器的读数为10.975 mm.

(2)主尺部分的读数为20度，游标尺一共10个格，每个格代表

0.1度，第6个格对齐，故游标尺的读数为0.6度，因此一共是

20.6度．

2、验证力的平行四边形定则

【例2】有同学利用如图3所示的装置来验证力的平行四边形定则．在竖直木板上铺有白纸，固定两个光滑的滑轮A和B，将绳子打一个结点O，每个钩码的重量相等，当系统达到平衡时，根据钩码个数读出三根绳子的拉力F TOA、F TOB和F TOC，回答下列问题：

图3

(1)改变钩码个数，实验能完成的是________．

A．钩码的个数N1＝N2＝2，N3＝4

B．钩码的个数N1＝N3＝3，N2＝4

C．钩码的个数N1＝N2＝N3＝4

D．钩码的个数N1＝3，N2＝4，N3＝5

(2)在拆下钩码和绳子前，最重要的一个步骤是________．

A．标记结点O的位置，并记录OA、OB、OC三段绳子的方向

B．量出OA、OB、OC三段绳子的长度

C．用量角器量出三段绳子之间的夹角

D．用天平测出钩码的质量

(3)在作图时(如图4)，你认为图示中________是正确的．(填“甲”或“乙”)

图4

答案(1)BCD (2)A (3)甲

解析：(1)实验中的分力与合力的关系必须满足：|F1－F2|

(2)在拆下钩码和绳子前，最重要的一个步骤是标记结点O的位

置，并记录OA、OB、OC三段绳子的方向．

(3)F3的方向一定竖直向下，而F1和F2合力方向由于测量误差可能

偏离竖直向上方向，所以甲是正确的．

【题后反思】1.本实验考查的重点是“力作用效果的等效性”．2．对实验步骤中两个分力和合力的大小和方向的确定也是考查的重点．

【强化训练2】“验证力的平行四边形定则”的实验如图5甲所示，其中A为固定橡皮条的图钉，P为橡皮条与细绳的结点，用两把互成角度的弹簧秤把结点P拉到位置O.

图5

①从图甲可读得弹簧秤B 的示数为________ N.

②为了更准确得到合力与分力的关系，要采用作力的______(填“图示”或“示意图”)来表示分力与合力．

③图乙中与F 1、F 2效果相同的力是________(填“F”或“F′”)．

④图乙中方向一定沿 AO 方向的力是________(填“F”或“F′”)．

答案 ①3.8 ②图示 ③F′ ④F′

解析： 为了更准确得到合力与分力的关系，要采用作力的图示来表示分力与合力．图乙中与F 1、F 2效果相同的力是用一个弹簧秤把结点P 拉到位置O 时的力F′.图乙中方向一定沿 AO 方向的力是F′.

3、探究弹力和弹簧伸长量的关系

【例3】通过《探究弹簧弹力与弹簧伸长长度的关系》实验，我们知

道在弹性限度内，弹簧弹力F 的大小与弹簧的伸长(或压缩)量x 成正比，并且不同的弹簧，其劲度系数不同．已知一根原长为L 0、劲度系数为k 1的长弹簧A ，现把它截成长为23L 0和1

3L 0的B 、C

两段，设B 段的劲度系数为k 2、C 段的劲度系数为k 3，关于k 1、k 2、k 3的大小关系，同学们做出 了如下猜想．

甲同学：既然是同一根弹簧截成的两段，所以，k 1＝k 2＝k 3 乙同学：弹簧越短劲度系数越大，所以，k 1k 2>k 3

(1)为了验证猜想，可以通过实验来完成．实验所需的器材除铁架台外，还需要________．

(2)简要实验步骤如下，请完成相应填空．