高考知识点巡查专题 力学实验

专题二十八力学实验
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本部分常见的失分点有：
1.对游标卡尺和螺旋测微器的读数原理理解不够，没有熟练掌握读数方法，主要有以下几个方面：（1）不分主尺上的单位；（2）不注意零刻度线；（3）卡尺的精度.
2.对实验原理理解不透，在验证牛顿第二定律实验中，小车与砂桶间质量的关系，怎样平衡摩擦力，满足什么条件才能使实验成功，在“研究平抛物体的运动”和“碰撞中的动量守恒”实验中，小球所放位置的选择以及小球的选择，在用单摆测定重力加速度实验中，计时点的选择等.
3.在验证某一定律的过程中随意使用该定律，出现用结论证结论的错误，如在验证机械能守恒定律中经常出现这样的问题.
出现上述失误的根本原因在于对实验原理没有理解，实验方法没有掌握，实验目的没有明确.
排雷示例
例1.（1999年全国）
用游标卡尺(测量值可准确到0.02 mm)测定某圆筒的内径时，卡尺上的示数如图28—1
____mm.
所示.可读出圆筒的内径为
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本题主要考查学生对游标卡尺的读数方法的掌握情况，要求考生对游标卡尺的读数原理和读数方法要熟练掌握.
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有的同学将主尺上单位读错，应为52 mm或5.2 cm，错读为5.2 mm.有的同学将游标尺的精确度搞错，应为0.02 mm，误认为0.1 mm.
游标卡尺的读数方法是，以游标零刻度线为准在主尺上读出整毫米数L1，再看游标尺上哪条刻度线与主尺上某刻度线对齐，由游标尺上读出毫米以下的小数，则总的读数为：主尺上的整毫米数+游标尺上的毫米以下的小数.
本游标卡尺是50分度的，游标尺的最小分度值为0.02 mm，由图可知：
L1=52 mm
L2=6×0.02=0.12 mm
故圆筒内径为L1+L2=52.12 mm
正确解答52.12 mm
例2.（上海）
利用打点计时器研究一个约1.4 m高的商店卷帘窗的运动.将纸带粘在卷帘底部，纸带通过打点计时器随帘在竖直面内向上运动.打印后的纸带如图28—2所示.数据如表格所示.纸带中AB、BC、CD……每两点之间的时间间隔为0.10 s，根据各间距的长度，可计算出卷帘窗在各间距内的平均速度v平均.可以将v平均近似地作为该间距中间时刻的即时速度v .
（1）请根据所提供的纸带和数据，绘出卷帘窗运动的v—t图线.
间隔AB BC CD DE EF FG GH HI IJ JK 间隔
（cm）
5.0 10.0 15.0 20.0 20.0 20.0 20.0 17.0 8.0 4.0
（2）AD段的加速度为____m/s2,AK段的平均速度为____m/s.
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本题考查学生对纸带问题的处理，利用平均速度与瞬时速度的关系，找出各点的瞬时速
图28—2
图28—3
度，并逐点描在坐标纸上，利用逐差法处理数据.
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有的同学没有计算出各个点的速度，使描在坐标纸上的点过少，导致图线不准确，在计算加速度时没有采用逐差法.
正确解答（1）如图28—4所示
.
（2）a AD=5m/s2v AK=1.39m/s
例3.（全国）
一打点计时器固定在斜面上某处，一小车拖着穿过打点计时器的纸带从斜面上滑下，如图28—5所示.图28—6是打出的纸带的一段.
（1）已知打点计时器使用的交流电频率为50 Hz，利用图28—6给出的数据可求出小车下滑的加速度a=____.
(2)为了求出小车在下滑过程中所受的阻力，还需测量的物理量有___________________.
用测得的量及加速度a表示阻力的计算式为f=____.
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本题较新颖，除考查学生用逐差法处理数据外，还要合理选择需测物理量.
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图28—4
图28—5
图28—6
1.有的同学因没有采用逐差法，因而加速度求错.题目中提供了多个计数点，其目的就是让我们运用尽可能多的实验数据，以减小实验的偶然误差.如果你只选取两段相邻相等时间内的位移用a=Δs/T2求加速度是不行的，因为这样做偶然误差可能会很大.
2.第（2）问属设计型实验，要完成这一问，首先应弄清实验原理，当小车沿斜面下滑时，受三个力：小车重力mg，方向竖直向下；斜面对小车的支承力N，方向垂直斜面向上；小车所受阻力f，方向沿斜面向上.如图28—7所示，小车沿斜面加速下滑，由牛顿第二定律mg sinθ-f=ma，其中θ为斜面的倾角，则f=mg sinθ-ma，但是测量斜面的倾角，不便于计算，由数学知识可知sinθ=h/L,因此，可用刻度尺测h和L，再用天平测出小车的质量m，就可以计算出阻力f了
.
正确解答（1）4.00 m/s2(3.90~4.10 m/s2之间都正确）
（2）小车质量m；斜面上任意两点间距离l及这两点的高度差h mg
l
h
-ma 例4.（1998年全国）
某学生做“验证牛顿第二定律”的实验在平衡摩擦力时，把长木板的一端垫得过高，使得倾角偏大.他所得到的a—F关系可用下列哪个图线表示？图中a是小车的加速度，F是细线作用于小车的拉力.答：____.
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在“验证牛顿第二定律”实验中需平衡摩擦力，即要求重力沿斜面向下的分力与摩擦力等大反向，本题要求学生对受力分析的方法熟练掌握，对牛顿第二定律深入理解.
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出现失误的同学，一是没能根据牛顿第二定律进行细致的分析，因mg sinθ-f＞0，设mg sinθ-f=F′，则F+F′=ma，由此可知，图线仍为直线，但有纵截距，二是把F与a的关系弄反了，因而选错.
正确解答 C
例5.（2000年全国）
某同学用图28—9所示装置通过半径相同的A、B两球的碰撞来验证动量守恒定律.图中PQ是斜槽，QR为水平槽.实验时先使A球从斜槽上某一固定位置G由静止开始滚下，落到位于水平地面的记录纸上，留下痕迹.重复上述操作10次，得到10个落点痕迹.再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方，让A球仍从位置G由静止开始滚下，和B球碰撞后，A、B
图28—7
图28—8
球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹.重复这种操作10次.图28—9中O点是水平槽末端R 在记录纸上的垂直投影点.B球落点痕迹如图28—10所示，其中米尺水平放置，且平行于G、R、O所在的平面，米尺的零点与O点对齐
.
（1）碰撞后B球的水平射程应取为____cm.
（2）在以下选项中，哪些是本次实验必须进行的测量？答：____（填选项号）.
（A）水平槽上未放B球时，测量A球落点位置到O点的距离
（B）A球与B球碰撞后，测量A球落点位置到O点的距离
（C）测量A球或B球的直径
（D）测量A球和B球的质量（或两球质量之比）
（E）测量G点相对于水平槽面的高度
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本题考查学生对平均落点的选取和在实验中所需测量的物理量，要求学生熟悉教材中的实验方法，同时要注意本题的条件有所变化.
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1.有的同学在找平均落点时，没有找圆心，而是找点子密集部位，导致出错.
2.有的同学没有想到器材变化，使两球从同一点飞出，生硬套用教材，从而选C.
正确解答（1）64.7 (2)ABD
排雷演习
1.用游标为20分度的卡尺测定某圆筒的内径时，卡尺上的示数如图28—11所示.可读出圆筒的内径为____mm.
图28—9 图28—10
图28—11
2.为了测定一根轻弹簧压缩最短时能储存的弹性势能大小，可以将弹簧固定在一带有凹槽轨道的一端，并将轨道固定在水平桌面边缘上，如图28—12所示，用钢球将弹簧压缩至最短，然后突然释放，钢球将沿轨道飞出桌面，实验时：
（1）需要测定的物理量是____.
（2）计算弹簧最短时弹性势能的关系是____.
3.如图28—13所示，在实验室中用两端带竖直挡板C、D的气垫导轨和有固定挡板的质量都是M的滑块A、B，做验证动量守恒定律的实验，实验步骤如下：
（1）把两滑块A、B紧贴在一起，在A上放质量为m的砝码，置于导轨上，用电动卡销卡住A、B，在A、B的固定挡板间放入一弹簧，使弹簧处于水平压缩状态.
（2）按下电钮使电动卡销放开，同时起动两个记录两滑块运动时间的电子计时器，当A、B与挡板C、D碰撞同时，电子计时器同时停表，记下A至C运动时间t1，B至D运动时间t2.
（3）重复几次取t1、t2的平均值.
请回答下列问题：
（1）在调整气垫导轨时应注意____；
（2）应测量的数据还有____；
（3）只要满足关系式____成立；即可验证动量守恒.
4.如图28—14所示是做匀加速直线的小车带动打点计时器的纸带上打出的点的一部分.图中每相邻两点之间还有四个点没有画出，交流电的频率为50 Hz，测得第二个、第三个计数点与起点相距d2=6.0 cm,d3=10.0 cm，则（1）第一个、第四个计数点与起点相距d1、d4各为多少？（2）物体经过第一个、第二个计数点的瞬时速度v1、v2和物体的加速度分别为多少？
图28—12
图28—13
图28—14
5.在验证牛顿第二定律的实验中，如果m 《M 的关系式不成立，即需要考虑砂和砂桶的加速度运动对实验造成的影响，如何利用原实验装置验证牛顿第二定律？
6.在“验证牛顿第二定律”的实验中，某同学做了如下操作：
A.将砂桶与小车以细绳连接，跨过板端的定滑轮，把纸带固定在小车上，并穿过打点计时器；
B.将木板不带滑轮的一端适当垫高，直至轻推小车时，能使小车在斜面上做匀速运动；
C.将小车放到打点计时器附近，给打点计时器通电，释放小车，得一条打上点的纸带，算出a 值；
D.改变砂桶中砂的质量，重复步骤C ；
E.重复步骤D ，得到3组或5组a 与F 的值；
F.保持砂桶中砂的质量不变，改变小车上重物的质量，重复步骤B 、C ；
G.重复步骤F ，得到3组或5组a 与M 的值；
H.在a —F 图上描出各组值对应的点，画出图线；
I.在a —M
1图上描出各组值对应的点，画出图线； （1）上述操作中的两个错误是：
①____________________________；
②____________________________.
（2）上述操作中的一个重要疏漏是：_______________________________.
7.在“验证牛顿第二定律实验”中，要求砂桶和砂的质量m 远小于小车的质量M ，试简要说明理由；若要求实验允许误差范围在5%以内，试求M 与m 的关系.
8.在“验证机械能守恒定律”的实验中，已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz ，查得当地的重力加速度g=9.80 m ·s -2，测得所用的重物的质量为1.00 kg ，实验中得到一条点迹清晰的纸带，把第一个点记作O ，另选连续的4个点A 、B 、C 、D 作为测量的点.如图28—15所示，经测量知道A 、B 、C 、D 各点到O 点的距离分别为62.99 cm 、70.18 cm 、77.76 cm 、85.73 cm,根据以上数据，可知重物由O 点运动到C 点，重力势能的减少量等于____J ，动能的增加量等于____J （取3位有效数字）.
9.某同学在做“利用单摆测重力加速度”实验中，先测得摆线长为97.50 cm ，摆球直径为2.0 cm ，然后用秒表记录了单摆振动50次所用的时间，则：
（1）单摆摆长为____cm.
（2）如果他测得的g 值偏小，可能的原因是
A.测摆线长时摆球拉得过紧
B.摆线上端未牢固地系于悬点，振动中出现松动，使摆线长度增加了
C.开始计时时，秒表过迟按下
D.实验中误将49次全振动数记为50次
（3）为了提高实验精确度，在实验中可改变几次摆长L 并测出相应的周期T ，从而得出一组对应的L 与T 的数据如图28—16所示，再以L 为横坐标，T 2为纵坐标将所得数据连成直线，并求得该直线的斜率为k ，则重力加速度g =____.(用k 表示)
图28—15
10.一个学生做平抛物体运动的实验时，只在白纸上画出水平方向x，忘记在纸上记下斜槽末端的位置，并且只在白纸上画出如图28—17所示的一段曲线，试用一根刻度尺算出这
个物体的初速度
.
图28—16
图28—17。