专题17力学实验-高中物理.docx
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1、更多资源关注微信公众号:学起而飞 专题专题 17力学实验力学实验 【母题来源一】【母题来源一】2019 年普通高等学校招生全国统一考试物理(全国卷) 【母题原题】【母题原题】某小组利用打点计时器对物块沿倾斜的长木板加速下滑时的运动进行研究。物块拖动纸带下 滑,打出的纸带一部分如图所示。已知打点计时器所用交流电的频率为 50 Hz,纸带上标出的每两个相邻点 之间还有 4 个打出的点未画出。在 ABCDE 五个点中,打点计时器最先打出的是_点,在打出 C 点时物块的速度大小为_m/s(保留 3 位有效数字);物块下滑的加速度大小为_m/s2 (保留 2 位有效数字)。 【答案】(1)A(2)0.2
2、33(3)0.75 【解析】分析可知,物块沿倾斜长木板最匀加速直线运动,纸带上的点迹,从 A 到 E,间隔越来越大,可 知,物块跟纸带的左端相连,纸带上最先打出的是 A 点;在打点计时器打 C 点瞬间,物块的速度 2 4.65 10 m/s0.233m/s 22 0.1 BD C x v T ; 根 据 逐 差 法 可 知 , 物 块 下 滑 的 加 速 度 2 22 22 6.153.1510 m/s0.75 m/s 44 0.1 CEAC xx a T 。 【母题来源二】【母题来源二】2019 年普通高等学校招生全国统一考试物理(全国卷) 【母题原题【母题原题】如图(a),某同学设计了测量
3、铁块与木板间动摩擦因数的实验。所用器材有:铁架台、长木 板、铁块、米尺、电磁打点计时器、频率 50 Hz 的交流电源,纸带等。回答下列问题: (1)铁块与木板间动摩擦因数=_(用木板与水平面的夹角、重力加速度 g 和铁块下滑的加速 度 a 表示) 更多资源关注微信公众号:学起而飞 (2)某次实验时,调整木板与水平面的夹角=30。接通电源。开启打点计时器,释放铁块,铁块从静止 开始沿木板滑下。多次重复后选择点迹清晰的一条纸带,如图(b)所示。图中的点为计数点(每两个相邻 的计数点间还有 4 个点未画出)。重力加速度为 9.8 m/s2。可以计算出铁块与木板间的动摩擦因数为_ _(结果保留 2 位
4、小数)。 【答案】(1) sin cos ga g (2)0.35 【解析】(1)由 mgsin-mgcos=ma,解得:= sin cos ga g (2)由逐差法 a= III 2 9 SS T 得:SII=(76.39-31.83)10-2m,T=0.15 s,SI=(31.83-5.00)10-2m,故 a= 22 2 44.56 1026.83 10 9 10 m/s2=1.97 m/s2,代入式,得:= 1 9.81.97 2 3 9.8 2 =0.35。 【母题来源三】【母题来源三】2019 年普通高等学校招生全国统一考试物理(全国卷) 【母题原题】【母题原题】甲乙两位同学设计了
5、利用数码相机的连拍功能测重力加速度的实验。实验中,甲同学负责释 放金属小球,乙同学负责在小球自由下落的时候拍照。已知相机每间隔 0.1 s 拍 1 幅照片。 (1)若要从拍得的照片中获取必要的信息,在此实验中还必须使用的器材是_。(填正确答案标 号) 更多资源关注微信公众号:学起而飞 A米尺 B秒表 C光电门D天平 (2)简述你选择的器材在本实验中的使用方法。 答:_。 (3)实验中两同学由连续 3 幅照片上小球的位置 a、b 和 c 得到 ab=24.5 cm、ac=58.7 cm,则该地的重力 加速度大小为 g=_m/s2。(保留 2 位有效数字) 【答案】(1)A(2)将米尺竖直放置,使
6、小球下落时尽量靠近米尺(3)9.7 【解析】此实验用数码相机替代打点计时器,故实验原理是相同的,仍然需要米尺来测量点与点之 间的距离;就本实验而言,因为是不同照片,所以是测量连续几张照片上小球位置之间的距离; 加速度求解仍然用逐差法计算,注意是 bc 与 ab 之间的距离差。 【母题来源四】【母题来源四】2019 年普通高等学校招生全国统一考试物理(北京卷) 【母题原题】【母题原题】用如图 1 所示装置研究平地运动。将白纸和复写纸对齐重叠并固定在竖直的硬板上。钢球沿 斜槽轨道 PQ 滑下后从 Q 点飞出,落在水平挡板 MN 上。由于挡板靠近硬板一侧较低,钢球落在挡板上时, 钢球侧面会在白纸上挤
7、压出一个痕迹点。移动挡板,重新释放钢球,如此重复,白纸上将留下一系列痕迹 点。 (1)下列实验条件必须满足的有_。 A斜槽轨道光滑 B斜槽轨道末段水平 C挡板高度等间距变化 D每次从斜槽上相同的位置无初速度释放钢球 (2)为定量研究,建立以水平方向为 x 轴、竖直方向为 y 轴的坐标系。 a取平抛运动的起始点为坐标原点,将钢球静置于Q点,钢球的_(选填“最上端”、“最下端”或者“球 更多资源关注微信公众号:学起而飞 心”)对应白纸上的位置即为原点;在确定y轴时_(选填“需要”或者“不需要”)y轴与重锤线平行。 b若遗漏记录平抛轨迹的起始点,也可按下述方法处理数据:如图2所示,在轨迹上取A、B、
8、C三点,AB 和BC的水平间距相等且均为x,测得AB和BC的竖直间距分别是y1和y2,则 1 2 y y _ 1 3(选填“大于”、“等于” 或者“小于”)。可求得钢球平抛的初速度大小为_(已知当地重力加速度为g,结果用上述字母 表示)。 (3)为了得到平抛物体的运动轨迹,同学们还提出了以下三种方案,其中可行的是_。 A从细管水平喷出稳定的细水柱,拍摄照片,即可得到平抛运动轨迹 B用频闪照相在同一底片上记录平抛小球在不同时刻的位置,平滑连接各位置,即可得到平抛运动轨迹 C将铅笔垂直于竖直的白纸板放置,笔尖紧靠白纸板,铅笔以一定初速度水平抛出,将会在白纸上留下笔 尖的平抛运动轨迹 (4)伽利略曾
9、研究过平抛运动,他推断:从同一炮台水平发射的炮弹,如果不受空气阻力,不论它们能射 多远,在空中飞行的时间都一样。这实际上揭示了平抛物体_。 A在水平方向上做匀速直线运动 B在竖直方向上做自由落体运动 C在下落过程中机械能守恒 (5)牛顿设想,把物体从高山上水平抛出,速度一次比一次大,落地点就一次比一次远,如果速度足够大, 物体就不再落回地面,它将绕地球运动,成为人造地球卫星。同样是受地球引力,随着抛出速度增大,物 体会从做平抛运动逐渐变为做圆周运动,请分析原因。 【答案】(1)BD(2)球心需要大于 0 21 g vx yy (3)B(4)B(5)利用平抛 运动的轨迹的抛物线和圆周运动知识证明
10、即可 【解析】根据平抛运动的规律:水平方向匀速直线运动,竖直方向自由落体运动解答。 更多资源关注微信公众号:学起而飞 (1)本实验中要保证小球飞出斜槽末端时的速度为水平,即小球做平抛运动,且每次飞出时的速 度应相同,所以只要每次将小球从斜槽上同一位置由静止释放即可,故 BD 正确; (2)a.平抛运动的起始点应为钢球静置于 Q 点时,钢球的球心对应纸上的位置,由于平抛运动在 竖直方向做自由落体运动,所以在确定 y 轴时需要 y 轴与重锤线平行; b.由初速度为零的匀加速直线运动规律即在相等时间间隔内所通过的位移之比为1:3:5:7:可 知, 由于 A 点不是抛出点, 所以 1 2 1 3 y
11、y ; 设 AB, BC 间所用的时间为 T, 竖直方向有: 2 21 yygT, 水平方向有: 0 xv T,联立解得: 0 21 g vx yy ; (3)A 项:从细管水平喷出稳定的细水柱,由于细水柱射出后受到空气阻力的作用,;且水的液 面高的时候速度大,液面低的时候速度小,故不可行;B 项:用频闪照相在同一底片上记录小球 不同时刻的位置即平抛运动的轨迹上的点,平滑连接在一起即为平抛运动轨迹,所以此方案可行; C 项:将铅笔垂直于竖直的白板放轩,以一定初速度水平抛出,笔尖与白纸间有摩擦阻力的作用, 所以铅笔作的不是平抛运动,故此方案不可行; (4)由平抛运动竖直方向运动可知, 2 1 2
12、 hgt,时间 2h t g ,所以只要高度相同,时间相同, 故 B 正确; (5)由平抛运动可知,竖直方向: 2 1 2 hgt,水平方向: 0 xv t,联立解得: 2 2 0 2 g yx v ,即抛出 物体的轨迹为抛物线,当抛出的速度越大,在抛物线上某点的速度足以提供该点做圆周运动的向 心力时,物体的轨迹从抛物线变为圆。 【命题意图】考查本题主要是纸带问题,逐差法求加速度;一段平均速度等于中点的瞬时速度是经常 考的,必须掌握的;验证力的平行四边形法则,涉及弹簧的劲度系数和弹力的计算,意在考查考生的实验 能力。解答此题关键是知道等效法的实验原理,联系胡克定律进行解答。 【考试方向】1、高
13、考对于基本仪器的读数作为基础知识考查频率较高。在力学部分,考查的实验仪器 更多资源关注微信公众号:学起而飞 主要有弹簧测力计、秒表、螺旋测微器、游标卡尺,大多数时候是填空题,注意估读和误差分析。 2、力学中有多个实验都要用到打点计时器,能否正确使用打点计时器,并根据纸带进行正确的数据运 算,是能否完成这些实验的关键,利用纸带直接测量的时间和位移,可以计算研究对象的瞬时速度和加速 度,若结合其它物理量的测量,还可以解决与上面这些量直接有关或间接有关的问题,例如:计算动能、 重力势能、动摩擦因数、功率、转速等,从而延伸出很多与纸带有关的力学实验。 3、图象法是一种重要的实验数据处理方法。图象具有既
14、能描述物理规律,又能直观地反映物理过程、 表示物理量之间定性定量关系及变化趋势的优点。当前高考试题对数据处理、结果分析考查的频率较高。 【得分要点】 1、游标卡尺和螺旋测微器读数时应注意的问题 (1)10 分度的游标卡尺,以 mm 为单位,小数点后只有 1 位,20 分度和 50 分度的游标卡尺以 mm 为 单位,小数点后有 2 位,且对齐格数不估读。 (2)螺旋测微器以 mm 为单位,小数点后必须有 3 位,对齐格数要估读,同时还要注意半毫米刻度线 是否露出。 2、打点计时器及纸带问题的处理方法 (1)打点计时器的认识和正确使用:电磁打点计时器工作电压为低压交流 46 V;电火花计时器工作
15、电压为交流 220 V;工作时应先接通电源,后释放纸带。 (2)纸带的应用 判断物体运动性质。若x=0,则可判定物体在实验误差允许的范围内做匀速直线运动;若x 不为零且 为定值,则可判定物体在实验误差允许范围内做匀变速直线运动。 (3)求解瞬时速度 利用做匀变速运动的物体在一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度。如图所示,求打某一点 的瞬时速度,只需在这一点的前后各取相同时间间隔 T 的两段位移 xn和 xn+1,则打 n 点时的速度 T xx v nn n 2 1 (4)用“逐差法”求加速度 3、图象法处理数据的常用方法和技巧 图象是描述物理过程、揭示物理规律、解决物理问题的重要方法之一
16、,用图象法处理实验数据是物理 实验中最常用的方法。它的优越性表现在:能形象直观地表达物理规律,有效地减少偶然误差对结果的影 更多资源关注微信公众号:学起而飞 响,较方便地获得未经测量或无法直接测量的物理量数值。 图象法处理数据的常用方法和技巧: (1)合理选取坐标轴 合理选取坐标轴就是要选择好横坐标、纵坐标所代表的物理量,确定每个物理量的单位和标度,明确 坐标原点处所对应的物理量的数值。 (2)抓住“斜率”做文章 考查了学生运用图象处理实验数据的本领,考查学生对图线斜率意义的理解。因此只有在平时的实验 过程中加强这一能力的培养和训练,才能收到以不变应万变之效。 (3)在“截距”上求变化 作为实
17、验图线的描绘, 如果说斜率是联系各变量的中枢神经的话, 那么图象与横纵轴的交点就是那“龙” 的眼睛,截距就反映这些特定状态所对应的物理量的大小。 1(2019辽宁葫芦岛第一高级中学高一期末)在用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中,使质量为 m=1.00 kg 的重物自由下落,打点计时器在纸带上打出一系列的点,选取一条符合实验要求的纸带如图 所示。O 为第一个点,A、B、C 为从合适位置开始选取连续点中的三个点。已知打点计时器每隔 0.02 s 打一个点,当地的重力加速度为 g=9.80 m/s2,那么: (1)根据图上所得的数据,应取图中 O 点到_点来验证机械能守恒定律; (2)从 O 点
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