2016届高考物理二轮复习 专题整合突破五 物理实验 第12讲 力学实验课件

以打点计时器或光电门为计时工具的力学实验主要考查实验原理应用纸带求时间速度加速度或与速度加速度有关的问题。

均可解析要采用落体法做“验证机械能守恒定律”实验，需要下落的重物和计时用的打点计时器要做“探究加速度与力质量关系”实验，需要研究对象小车，拉动小车的钩码及计时用的打点计时器。

纸带的加速度大小为，纸带的加速度大小为，因此纸带的加速度大，大小为。

拓展提升涉及打点计时器的实验中纸带的应用新课标考试大纲规定的六个力学实验中有四个涉及打点计时器研究匀变速直线运动验证牛顿第二定律探究做功和物体速度变化的关系和验证机械能守恒定律。

这类实验的关键是要掌握纸带的分析处理方法，对于纸带常见有以下三大应用由纸带确定时间要区别打点计时器打出的点与人为选取的计数点之间的区别与联系，为便于测量和计算，般每五个点取个计数点，这样时间间隔为。

求解瞬时速度利用做匀变速运动的物体在段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度。

如图所示，打点时的速度用“逐差法”求加速度如图所示，有连续的偶数段数据连续的奇数段数据，去掉最短的如图所示不连续的两段数据，如图所示有些实验用光电门代替打点计时器来完成瞬时速度和加速度的测量，具体做法如下求瞬时速度把遮光条宽度为通过光电门的时间内的平均速度看做物体经过光电门的瞬时速度，即。

求加速度若两个光电门之间的距离为，则利用速度与位移的关系可求加速度，即。

类题演练振华同学用下图所示的实验装置验证牛顿第二定律。

该实验装置中有两处错误，分别是和。

振华同学在老师的指导下改正了实验装置中的错误后，将细绳对小车的拉力当做小车及车上砝码受到的合外力，来验证“合外力定时加速度与质量成反比”。

滑轮太高或细绳与长木板不平行打点计时器接到直流电源上或打点计时器应接交流电源实验中，砝码盘及盘内砝码的总质量最好应为填选项前的字母。

振华同学在验证“合外力定时加速度与质量成反比”的实验时，用电磁打点计时器打了条理想的纸带，他按要求选取计数点后，在测量各相邻两计数点间的距离时不慎将纸带撕成了几段，但他清楚地知道甲乙图属于同纸带，则丙丁戊图中属于上述纸带的是。

由甲乙图可求得小车的加速度大小为小数点后保留两位数字。

戊解析打点计时器需要使用低压交流电源，图中打点计时器连接了学生电源的直流输出端，为确保小车所受拉力不变，滑轮与小车间的细绳方向应与长木板平行。

实验中为确保小车所受拉力近似等于砝码盘及砝码总重力，应使小车质量远大于砝码盘及砝码的总质量，故应选择由第段位移，第二段位移，由可知，计数点到计数点之间的距离左右，故戊与甲乙为同纸带由可知解得。

南昌模实验小组用图甲实验装置探究合力做功与动能变化的关系。

铁架台竖直固定放置在水平桌面上，长木板端放置在水平桌面边缘处，另位置放置在铁架台竖直铁杆上，使长木板倾斜放置，长木板处放置光电门，用光电计时器记录滑块通过光电门时挡光时间。

实验步骤是用游标卡尺测出滑块的挡光宽度，用天平测量滑块的质量。

平衡摩擦力以木板放置在水平桌面上的处为轴，调节长木板在铁架台上的放置位置，使滑块恰好沿木板向下做匀速运动。

在铁架台竖直杆上记下此位置，用刻度尺测出到水平面的高度。

保持位置不变，长木板端放置在铁架台竖直杆上。

用刻度尺量出的距离，将滑块从位置由静止释放，由光电门计时器读出滑块的挡光时间。

保持位置不变，重新调节长木板端在铁架台上的放置位置，重复步骤数次。

Ⅰ滑块沿长木板由运动到的过程中，用测量的物理量回答下列问题重力加速度已知为滑块通过光电门的速度。

滑块动能的变化量。

滑块克服摩擦力做的功。

合力对滑块做的功合外力做的功，希望小车所受拉力为其所受合外力，为了让小盘和砝码的重力来充当小车所受合外力，必须满足≪，对该装置不能用来验证小车机械能守恒，因为小车的机械能不守恒，但可以验证小车和小盘砝码组成的系统机械能守恒，错。

泰安模用如图所示的装置探究加速度与力和质量的关系，带滑轮的长木板和弹簧测力计均水平固定。

实验时，定要进行的下列操作是。

小车靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，打出条纸带，同时记录弹簧测力计的示数改变砂和砂桶质量，打出几条纸带用天平测出砂和砂桶的质量为减小误差，实验中定要保证砂和砂桶的质量远小于小车的质量以弹簧测力计的示数为横坐标，以加速度为纵坐标，画出的图象可能正确的是。

若得出的图象的斜率为，则小车的质量为。

解析本实验需要测定小车受到的拉力，由题目条件可以判断小车做匀加速运动，弹簧测力计的读数为定值，小车所受拉力应为弹簧测力计读数的两倍，所以只需记录弹簧测力计的示数，不需要测定砂和砂桶的质量。

为了减小实验误差，应将小车靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，且改变砂和砂桶质量，打出几条纸带。

故定要进行的操作为。

由牛顿第二定律得，。

由此可以判断画出的图象可能正确的是图。

由可知，图线的斜率，所以小车的质量为。

“橡皮条弹簧”类实验主要考查实验原理及数据处理的方法，主要有验证平行四边形法则，探究弹力大小与伸长量关系，以及探究动能定理等实验。

乙伸长量形变量长度都相同解析平衡摩擦力后，小车应做匀速直线运动，所以纸带应该是乙。

为了使橡皮筋对小车做功以倍数增加，每次橡皮筋形变量相同。

由动能定理可知，应选。

作出图象，则下列符合实际的图象是，小车的质量斜率为。

提示由动能定理得，与成正比，所以正确。

由斜率得，。

拓展提升用图象法处理实验数据的六个要求图象法是物理实验中广泛应用的处理实验数据的方法，以下为作图的规则作图定要用坐标纸，坐标纸的大小要根据有效数字的位数和结果的需要来定。

要标明轴名单位，在轴上每隔定的间距按有效数字的位数标明数值。

图上的连线不定通过所有的数据点，应尽量使数据点合理地分布在线的两侧，且线要细。

作图时常通过选取适当的坐标轴使图线线性化，即“变曲为直”。

注意区别横纵坐标轴的物理意义标度及单位。

写出纵轴关于横轴的表达式。

由表达式明确图象的斜率截距的物理意义。

类题演练福建高考同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验。

图甲是不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度，其示数为图乙是在弹簧下端悬挂钩码后指针所指的标尺刻度，此时弹簧的伸长量为本实验通过在弹簧下端悬挂钩码的方法来改变弹簧的弹力，关于此操作，下列选项中规范的做法是填选项前的字母逐增挂钩码，记下每增加只钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重随意增减钩码，记下增减钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重图丙是该同学描绘的弹簧的伸长量与弹力的关系图线，图线的段明显偏离直线，造成这种现象的主要原因是。

超过弹簧的弹性限度解析图乙的示数为，所以弹簧的伸长量为。

为了得到较多的数据点，应逐增挂钩码，记下每增加只钩码弹簧的长度和钩码的总重力，即正确。

不遵循胡克定律，说明超出了弹簧的弹性限度。

山西质监为探究弹簧的弹性势能与压缩量的关系，同学设计了如图的实验装置。

实验步骤如下用游标卡尺测量滑块上遮光片的宽度，游标卡尺的示数如图将水平弹簧的端固定于水平气垫导轨的左侧用滑块压缩弹簧，记录弹簧的压缩量释放滑块，记录滑块脱离弹簧后通过光电门的时间，算出滑块的速度重复步骤，作出与的关系图象如图。

回答下列问题遮光片的宽度为。

若，则滑块的速度为。

由图可知，与成关系。

实验可得结论对同根弹簧，弹性势能与弹簧压缩量的关系是。

正比正比例弹性势能与弹簧压缩量的平方成正比解析游标卡尺为二十分度游标卡尺，精确度为，主尺读数为，游标尺第条刻度线与主尺刻度线对齐，故游标尺读数为，所以遮光片宽度为根据平均速度定义可知，滑块的速度图象为过原点直线，故与成正比根据机械能守恒定律可知，滑块的动能等于弹簧压缩产生的弹性势能，故弹性势能与弹簧压缩量的平方成正比。

归纳建模规范答题力学创新实验的分析技巧典例课标全国卷Ⅰ分物理小组的同学设计了个粗测玩具小车通过凹形桥最低点时的速度的实验。

所用器材有玩具小车压力式托盘秤凹形桥模拟器圆弧部分的半径为。

完成下列填空将凹形桥模拟器静置于托盘秤上，如图所示，托盘秤的示数为将玩具小车静置于凹形桥模拟器最低点时，托盘秤的示数如图所示，该示数为将小车从凹形桥模拟器位置释放，小车经过最低点后滑向另侧。

此过程中托盘秤的最大示数为多次从同位置释放小车，记录各次的值如下表所示序号根据以上数据，可求出小车经过凹形桥最低点时对桥的压力为小车通过最低点时的速度大小为。

重力加速度大小取，计算结果保留位有效数字解析托盘秤的最小分度为，直接读出的准确值是，估读值，所示数为，注意估读。

分托盘的最大示数为，就是小车到达最低点时对托盘的压力，由表格可知它的平均值为以凹桥为研究对象，受力如右图所示，支，列平衡方程桥所以桥分以小车为研究对象，受力如右图所示车分车车解得力学创新型实验是近几年常考的类实验，分析这类实验的特点以基本的力学模型为载体，依托运动学规律和力学定律设计实验将实验的基本方法控制变量法，处理数据的基本方法图象法逐差法，融入实验的综合分析之中。

创新型实验的易错点由于对打点计时器的使用和对纸带的分析不熟练，导致实验步骤和结果错误对物体受力情况分析不严谨，导致误差分析错误。

创新实验题的解法根据题目情境，提取相应的力学模型，明确实验的理论依据和实验目的，设计实验方案进行实验，记录数据，应用原理公式或图象法处理实验数据，结合物体实际受力情况和理论受力情况对结果进行误差分析。

第讲力学实验网络构建高考概况考什么基本力学测量仪器仪表的使用应用打点计时器测物体的速度加速度的方法各类力学实验的原理和步骤控制变量法图象法逐差法倒数法等。

怎么考以打点纸带的分析为载体，考查有关速度加速度分析的实验，以填空题为主以教材实验为基础，结合光电门频闪照相和现代科技生活，考查实验分析设计能力以实验数据的处理和误差分析为载体，考查学生分析评估能力。

怎么办强化基本仪器使用读数方面的训练熟练掌握教材实验的原理步骤领会控制变量法逐差法等在实验操作和数据处理中的作用加强实验选取实验情景与实验原理之间的因果逻辑推理领会怎样减小实验误差的方法。

基础细说规律小结误差和有效数字误差误差产生原因大小特点减小方法系统误差实验仪器不精确实验原理不完善实验方法粗略总是偏大或偏小更新仪器，完善原理，改进方法偶然误差测量读数不准确可大可小画图象或取平均值有效数字定义带有位不可靠数字的近似数字。

有效数字的最后位是测量者估读出来的，是误差的来源。

从数字左边第个不为零的数字算起，如为三位有效数字。

二力学实验验证性实验验证力的平行四边形定则，验证牛顿运动定律，验证机械能守恒定律。

探究性实验探究弹力与弹簧伸长的关系，探究动能定理。

两种实验过程的比较类型探究性实验验证性实验实验过程提出问题猜想与假设制定计划与设计实验方案进行实验与收集数据分析与论证评估交流与合作实验目的实验器材实验原理实验步骤数据分析实验结论长度的测量毫米刻度尺的读数精确到，估读。

游标卡尺的读数游