北京市-2020屆高考物理專題12力學(xué)實(shí)驗(yàn)學(xué)案(含答案).doc

1、專題12力學(xué)實(shí)驗(yàn)考向預(yù)測高中物理考試說明中確定的力學(xué)實(shí)驗(yàn)有：研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)、探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系、驗(yàn)證力 的平行四邊形定則、驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律、探究動(dòng)能定理、驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。其中有四個(gè)實(shí)驗(yàn)與紙帶的處理 有關(guān)，可見力學(xué)實(shí)驗(yàn)部分應(yīng)以紙帶的處理，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的應(yīng)用為核心來展開復(fù)習(xí)。近幾年力學(xué)實(shí)驗(yàn)中與紙帶處理相關(guān)的實(shí)驗(yàn)、力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)是高考的熱點(diǎn)內(nèi)容，以分組或演示實(shí)驗(yàn)為背景，考查對實(shí)驗(yàn)方法的領(lǐng)悟情況、靈活運(yùn)用學(xué)過的實(shí)驗(yàn)方法設(shè)計(jì)新的實(shí)驗(yàn)是高考實(shí)驗(yàn)題的新趨勢。要求考生掌握常規(guī)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理方法，能將課本中分組實(shí)驗(yàn)和演示實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方法遷移到新的背景中， 深刻理解物理概念和規(guī)律， 并能靈活運(yùn)用

2、，要求考生有較強(qiáng)的創(chuàng)新能力。在復(fù)習(xí)過程中，應(yīng)以掌握常規(guī)實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方法、規(guī)范操作程序、數(shù)據(jù)處理方法等為本，同時(shí)從常規(guī)實(shí) 驗(yàn)中，有意識(shí)的、積極的提取、積累一些有價(jià)值的方法。逐步過渡到靈活運(yùn)用學(xué)過的實(shí)驗(yàn)方法設(shè)計(jì)新的實(shí)驗(yàn)。高頻考點(diǎn)：螺旋測微器和游標(biāo)卡尺的讀數(shù)；力學(xué)基本實(shí)驗(yàn)；力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)?？键c(diǎn)一、基本儀器的讀數(shù)例某同學(xué)利用游標(biāo)卡尺和螺旋測微器分別測量一圓柱體工件的直徑和高度，測量結(jié)果如圖(a)和(b)所 示。該工件的直徑為 cm,高度為 mm【審題立意】 熟練掌握中學(xué)階段物理中常用測量工具的讀數(shù)方法。【解題思路】 圖(a)為20分度的游標(biāo)卡尺，其精度為0.05 mm。主尺讀數(shù)為12 mm,游標(biāo)尺上第

3、4條刻線與主尺上的一條刻線對齊，故測量結(jié)果為12 mmb4X0.05 mm= 12.20 mm= 1.220 cs螺旋測微器的精度為0.01mm由圖(b)知固定刻度讀數(shù)為6.5 mm,可動(dòng)刻度讀數(shù)為“ 36.0”，故工件的高度為6.5 mm + 36.0 X 0.01 mm = 6.860 mm?！緟⒖即鸢浮?.2206.860【知識(shí)建構(gòu)】1.長度類測量儀器的讀數(shù)(1)毫米刻度尺的讀數(shù)：精確到毫米，估讀一位。(2)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)：游標(biāo)尺/mm精度/mm測量結(jié)果(游標(biāo)尺上第n個(gè)刻線與 主尺上的某刻度線正對時(shí))/mm刻度格 數(shù)刻度總長 度每小格與1毫米 差1090.10.1主尺上讀的毫米數(shù)+0.1

4、 n20190.050.05主尺上讀的毫米數(shù)+0.05 n50490.020.02主尺上讀的毫米數(shù)+ 0.02 n(3)螺旋測微器的讀數(shù)：測量值=固定刻度整毫米數(shù)+半毫米數(shù)+可動(dòng)刻度讀數(shù)(含估讀)x 0.01 mm。2 .時(shí)間類測量儀器的讀數(shù)(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器：每打兩個(gè)點(diǎn)的時(shí)間間隔為0.02 s , 一般每五個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，則時(shí)間間隔為At =0.02 X 5 s = 0.1 s。1(2)頻閃照相機(jī)：用等時(shí)間間隔獲取圖象信息的方法將物體在不同時(shí)刻的位置記錄下來，時(shí)間間隔At=f(f為頻閃照相機(jī)的頻率)。(3)光電計(jì)時(shí)器：記錄遮光時(shí)間，時(shí)間間隔At：； (d為遮光板寬度，v為平均速度)?！咀兪接?xùn)

5、練】請按要求填寫：(1)某同學(xué)用游標(biāo)卡尺的 測得一玻璃杯的內(nèi)高，如圖甲所示，則其內(nèi)高為 cm;(2)又用螺旋測微器測得其玻璃厚度如圖乙所示，則厚度為 mm(3)該同學(xué)用螺旋測微器又測得一小球直徑如圖丙所示，正確讀數(shù)后得小球直徑為1.731 mm,則a =, b=o甲乙內(nèi)(4)某同學(xué)測定一金屬桿的長度和直徑，示數(shù)如圖丁、戊所示，則該金屬桿的長度和直徑分別為cm 和 mm冏解析：(1)需測量的是玻璃杯的內(nèi)高即深度，所以要用游標(biāo)卡尺的深度尺測量，根據(jù)圖甲所示游標(biāo)卡尺主 尺上的整毫米數(shù)為100 mm,游標(biāo)尺的精確度為 0.1 mm,且第3條刻度線與主尺上的刻度線對齊，可知玻璃杯 的內(nèi)高為 100 mm

6、+ 0.1 mmx 3= 100.3 mm= 10.03 cm。(2)螺旋測微器的讀數(shù)規(guī)則：測量值=固定刻度讀數(shù)(注意半毫米刻度線是否露出)+精確度(0.01 mm)可動(dòng)刻度讀數(shù)(一定要估讀)，所以玻璃厚度為 2.5 mm+0.01 mmx 26.0= 2.760 mm。1.731 mm =1.5 mm + 0.01 mmx 23.1 ,由螺旋測微器讀數(shù)規(guī)則知a應(yīng)為20, b應(yīng)為0。(4)金屬桿長度由刻度尺示數(shù)可得，由題圖丁得 L= 60.10 cmo由題圖戊知，此游標(biāo)尺為50分度，游標(biāo)尺上第10刻線與主尺上一刻線對齊，則金屬桿直徑為d= 4 mm+-x 10 mm= 4.20 mm。50答案

7、：(1)深度尺 10.03(2)2.760(3)200(4)60.104.20考點(diǎn)二、“紙帶類”實(shí)驗(yàn)的處理例(2017 全國I卷 T22)某探究小組為了研究小車在桌面上的直線運(yùn)動(dòng)，用自制“滴水計(jì)時(shí)器”計(jì)量時(shí)間。實(shí)驗(yàn)前，將該計(jì)時(shí)器固定在小車旁，如圖 (a)所示。實(shí)驗(yàn)時(shí)，保持桌面水平，用手輕推一下小車。在小車 運(yùn)動(dòng)過程中，滴水計(jì)時(shí)器等時(shí)間間隔地滴下小水滴，圖(b)記錄了桌面上連續(xù)的 6個(gè)水滴的位置。(已知滴水計(jì)時(shí)器每30 s內(nèi)共滴下46個(gè)小水滴)左5%".口"儂市劃1點(diǎn)(1)由圖(b)可知，小車在桌面上是 (填“從右向左”或“從左向右”)運(yùn)動(dòng)的。(2)該小組同學(xué)根據(jù)圖(b)的數(shù)

8、據(jù)判斷出小車做勻變速運(yùn)動(dòng)。小車運(yùn)動(dòng)到圖 (b)中A點(diǎn)位置時(shí)的速度大小為 m/s ,加速度大小為 m/s2。(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字 )【審題立意】 本題利用“滴水計(jì)時(shí)器”研究物體的運(yùn)動(dòng)，考查考生對實(shí)驗(yàn)方法的遷移能力。【解題思路】(1)由于小車在水平桌面上運(yùn)動(dòng)時(shí)必然受到阻力作用，做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，相鄰水滴(時(shí)間間隔相同)的位置間的距離逐漸減小，所以由題圖 (b)可知，小車在桌面上是從右向左運(yùn)動(dòng)的。(2)滴水計(jì)時(shí)器每30 s內(nèi)共滴下46個(gè)小水滴，其滴水的時(shí)間間隔為T= -3： s-0.67 s 。根據(jù)勻變速直46 1 0117 + 0 133線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，可得小車運(yùn)動(dòng)到題圖(b)中A點(diǎn)位置時(shí)的速度

9、大小為VA= 0;m/s-0.19 m/s 。根據(jù)2X 0.67逐差法，共有5組數(shù)據(jù)，舍去中間的一組數(shù)據(jù)，則加速度a=x4+X5RJX1-x2 = 100+ 831押二蟀 Q0016T6X0.67m/s2= 0.037 m/s 2,因此加速度的大小為0.037 m/s 2。【參考答案】(1)從右向左(2)0.190.037【知識(shí)構(gòu)建】1.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的認(rèn)識(shí)和正確使用(1)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作電壓為低壓交流46 V;電火花計(jì)時(shí)器工作電壓為交流220 V。(2)工作時(shí)應(yīng)先接通電源，后釋放紙帶。2.紙帶的應(yīng)用(1)判斷物體運(yùn)動(dòng)性質(zhì)若Ax=0,則可判定物體在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)做勻速直線運(yùn)動(dòng)；若Ax不為零

10、且為定值，則可判定物體在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)做勻變速直線運(yùn)動(dòng)。(2)求解瞬時(shí)速度利用做勻變速運(yùn)動(dòng)的物體在一段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度。如圖甲，求打某一點(diǎn)的瞬時(shí)速度，只需在這一點(diǎn)的前后各取相同時(shí)間間隔T的兩段位移Xn和Xn+1,則打n點(diǎn)時(shí)的速度VnXn+ Xn + 12T°圖甲圖乙3 .用“逐差法”求加速度，如圖乙所示一 ,X4 X1X5X2X6 X3因?yàn)?H-WTLa2=TL a3=WL所以a=ai+ a2+ a33X4 X5 X6 X1 X2 X39T°4 . v-t圖象法求加速度Xn + Xn + 1即以打某計(jì)數(shù)點(diǎn)為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，然后利用Vn= 2T求出打各個(gè)計(jì)

11、數(shù)點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)速度,描點(diǎn)得V t圖象,圖象的斜率即為物體的加速度。【變式訓(xùn)練】 某同學(xué)用圖(a)所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，其中打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源為交流電源,可以使用的頻率有 20 Hz、30 Hz和40 Hz。打出紙帶的一部分如圖(b)所示。凰(L)該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中沒有記錄交流電的頻率f ,需要用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和其他題給條件進(jìn)行推算。(1)若從打出的紙帶可判定重物勻加速下落，利用f和圖(b)中給出的物理量可以寫出： 在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出B點(diǎn)時(shí)，重物下落的速度大小為 ,打出C點(diǎn)時(shí)重物下落的速度大小為 ,重物下落的加速度大 小為。(2)已測得Si= 8.89 cm , S2= 9.50 cm , S3=

12、10.10 cm ;當(dāng)?shù)刂亓铀俣却笮?.80 m/s 2,實(shí)驗(yàn)中重物受到的平均阻力大小約為其重力的1%由此推算出f為 Hz。S1 S21解析：(1)重物勻加速下落時(shí)，根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律得VB= 2=-f (S1+S2)S2+ S31VC= -2=2f(S2+S3)2由 S3S1 = 2aT2得 a = -S °(2)根據(jù)牛頓第二定律，有 mg- kmg= ma根據(jù)以上各式，化簡得代入數(shù)據(jù)可得f = 40 Hz。答案：(1)2f(S1 + S2) 1f (S2+S3) 2f 2( S3-S1) (2)40考點(diǎn)三、“橡皮條、彈簧”類實(shí)驗(yàn)例（2017 全國出卷T22）某探究小組做

13、“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn)，將畫有坐標(biāo)軸（橫軸為x軸，縱軸為y軸，最小刻度表示 1 mm）的紙貼在水平桌面上，如圖 （a）所示。將橡皮筋的一端 Q固定在y軸上的B 點(diǎn)（位于圖示部分之外），另一端P位于y軸上的A點(diǎn)時(shí)，橡皮筋處于原長。（1）用一只測力計(jì)將橡皮筋的P端?呂y軸從A點(diǎn)拉至坐標(biāo)原點(diǎn) O,此時(shí)拉力F的大小可由測力計(jì)讀出。測力計(jì)的示數(shù)如圖（b）所示，F(xiàn)的大小為 No（2）撤去（1）中的拉力，橡皮筋 P端回到A點(diǎn)；現(xiàn)使用兩個(gè)測力計(jì)同時(shí)拉橡皮筋，再次將P端拉至O點(diǎn)。此時(shí)觀察到兩個(gè)拉力分別沿圖 （a）中兩條虛線所示的方向， 由測力計(jì)的示數(shù)讀出兩個(gè)拉力的大小分別為F1=4.2 N和 F2= 5

14、.6 N 。（i ）用5 mn度的線段表示1 N的力，以O(shè)為作用點(diǎn)，在圖（a）中畫出力F1、F2的圖示，然后按平行四邊形定則畫出它們的合力 F合；圖（W（ii）F合的大小為 N, F合與拉力F的夾角的正切值為 。若F合與拉力F的大小及方向的偏差均在實(shí)驗(yàn)所允許的誤差范圍之內(nèi)，則該實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了力的平行四邊形定 則?！緦忣}立意】 本題考根據(jù)彈簧秤的最小刻度讀出F的讀數(shù)，根據(jù)圖示法作出F1和F2,結(jié)合平行四邊形定則作出合力，得出合力的大小以及F合與拉力F的夾角的正切值?！窘忸}思路】（1）由測力計(jì)的讀數(shù)規(guī)則可知，讀數(shù)為 4.0 N。（2）（ i ）利用平行四邊形定則作圖，如圖所示。（ii）由圖可知F合=

15、4.0 N ,從F合的頂點(diǎn)向x軸和y軸分別作垂線，頂點(diǎn)的橫坐標(biāo)對應(yīng)長度為1 mm頂點(diǎn)的縱坐標(biāo)長度為20 mm,則可得出F合與拉力F的夾角的正切值為 0.05。【參考答案】（1）4.0（2）（ i）見解析圖 （ii）4.00.05【知識(shí)構(gòu)建】1.彈簧的彈力大小等于下面所掛鉤碼的重力（靜止時(shí)），改變所掛鉤碼的個(gè)數(shù)，可以改變彈簧的彈力大小。2 .彈簧的長度可用刻度尺直接測出，伸長量可由彈簧伸長后的長度減去彈簧的原長來計(jì)算。3 .涉及力的合成的問題要緊扣等效思想.實(shí)驗(yàn)過程中要做好三記錄（即力的大小、力的方向、力的作用點(diǎn)），并利用平行四邊形定則做好力的圖示。4 .涉及能量問題時(shí)，要靈活應(yīng)用彈簧（橡皮筋）

16、的彈性勢能和其他能間的轉(zhuǎn)化。【變式訓(xùn)練】甲、乙兩同學(xué)在“探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系”時(shí)，安裝好實(shí)驗(yàn)裝置，讓刻度尺零刻度線與彈簧上端平齊，在彈簧下端掛1個(gè)鉤碼，靜止時(shí)彈簧長度為li,如圖1所示，圖2是此時(shí)固定在彈簧掛鉤上的指針在刻度尺(最小分度是1 mm)上位置的放大圖，在彈簧下端分別掛2個(gè)、3個(gè)、4個(gè)、5個(gè)相同鉤碼，靜止時(shí)彈簧長度分別是12、13、1 4、Wil 12131H5 圖35。(1)由圖2知刻度尺的示數(shù)1i =cm,若已知每個(gè)車碼質(zhì)量是50 g ,掛2個(gè)鉤碼時(shí)，彈簧彈力F2=N(當(dāng)?shù)刂亓铀俣?g= 10 m/s 2)。(2)甲同學(xué)以彈簧的長度1為橫坐標(biāo)，以鉤碼的重力G為縱坐標(biāo)建立了

17、G1圖象，如圖3所示，則由圖知彈簧的原長為 cm,該彈簧的勁度系數(shù)為 N/m。(3)乙同學(xué)先將彈簧平放在桌面上，測出了彈簧的原長10,并以彈簧的伸長量 x=1 10為橫坐標(biāo)，以鉤碼的重力 G為縱坐標(biāo)作出了 Gx圖象，如圖4所示，則圖線不過原點(diǎn)的原因是11.50 cm ;1 _ ,、，、 解析：(1)因刻度尺的最小分度為1 mm,讀數(shù)時(shí)應(yīng)估讀到最小分度的10,所以刻度尺的讀數(shù)為掛2個(gè)鉤碼時(shí)，彈簧彈力等于此時(shí)鉤碼的重力，即F2= 2mg= 1.00 N。(2)當(dāng)彈簧下端不掛鉤碼時(shí)，彈簧的長度即彈簧的原長，由題圖3知彈簧的原長為11.00 cm,圖線的斜率表示彈簧的勁度系數(shù)，即k=4r=TiG= 1

18、00 N/m。(3)圖線不過原點(diǎn)的原因是彈簧自身有重力。答案：11.501.00 (2)11.00100 (3)彈簧自身有重力考點(diǎn)四、力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)例(2017 榆林模擬)某同學(xué)利用圖示裝置，驗(yàn)證以下兩個(gè)規(guī)律： riti.曲 .君電.曲. 甲四 1|3兩物塊通過不可伸長的細(xì)繩相連接，沿繩分速度相等；系統(tǒng)機(jī)械能守恒。P、Q R是三個(gè)完全相同的物塊，P、Q用細(xì)繩連接，放在水平氣墊桌上，物塊R與輕質(zhì)滑輪連接，放在正中間，a、b、c代表三個(gè)光電門，調(diào)整三個(gè)光電門的位置，能實(shí)現(xiàn)同時(shí)遮光，整個(gè)裝置無初速度釋放。(1)為了能完成實(shí)驗(yàn)?zāi)康模擞涗汸、Q R三個(gè)遮光片的遮光時(shí)間 t1、t2、t3外，還必須測量的

19、物理量A. P、Q R的質(zhì)量MB.兩個(gè)定滑輪的距離dC. R的遮光片到c的距離HD.遮光片的寬度x(2)根據(jù)裝置可以分析出 P、Q的速度大小相等，需要驗(yàn)證的表達(dá)式為 。(3)若要驗(yàn)證物塊 R與物塊P的沿繩分速度相等，則驗(yàn)證表達(dá)式為 。(4)若已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣?g,則驗(yàn)證系統(tǒng)機(jī)械能守恒的表達(dá)式為 。【審題立意】 遮光片很窄，可近似認(rèn)為遮光片通過光電門的平均速度等于遮光片通過光電門的瞬時(shí)速度，從而求出系統(tǒng)動(dòng)能的增加量，根據(jù)R的遮光片到光電門c之間的距離H可以求出重力勢能的減少量。在比較動(dòng)222 xx x能的增加量和重力勢能的減少量時(shí)，由于可以約去M只需驗(yàn)證gH=才+*是否成立。2t 32t 22

20、t 11 o 1 o 1 O .一一【解題思路】(1)驗(yàn)證系統(tǒng)機(jī)械能守恒，需驗(yàn)證的表達(dá)式是MgH= 2Mv2+ 5MV2+2MV2,可知質(zhì)量 M可以約去，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果不會(huì)有影響，因此不需要測量P、Q R的質(zhì)量M A錯(cuò)誤；根據(jù)驗(yàn)證的表達(dá)式可知，兩個(gè)定滑輪的距離d不需要測量，B錯(cuò)誤；根據(jù)驗(yàn)證的表達(dá)式可知，需要測量 R的遮光片到c的距離H這樣才能計(jì)算x出系統(tǒng)減少的重力勢能， C正確；根據(jù)驗(yàn)證的表達(dá)式可知， 要測量P、Q R三個(gè)物塊遮光片的速度， 速度v= 因此需要測量遮光片的寬度 x, D正確。 x x(2)物塊P的速度VP=,物塊Q的速度voi=,因此分析出P、Q的速度大小相等，即需要驗(yàn)證表達(dá)式t1

21、t 1t 2=t 2。 H則需要驗(yàn)證表達(dá)式 VR 52 x 物塊R的速度VR=-,要驗(yàn)證物塊R與物塊P的沿繩分速度相等, 13一 t32HVp,將 Vp、Vr代入得-= 2 2 2, t14H+d2(4)整個(gè)系統(tǒng)減少的機(jī)械能是A E= MgH增加的機(jī)械能是一， 1.A E = -M 2t1t222卜白，要驗(yàn)證機(jī)械能守恒, 13則A E= A E',即驗(yàn)證表達(dá)式 gH=222x x xc. 2 + 2+2。2t 32t 22t 1t32H【參考答案】"(2)t1=t2(4)【技能提升】1.力學(xué)創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)(1)以基本的力學(xué)模型為載體，依托運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律和力學(xué)定律設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。(2)將實(shí)驗(yàn)的基本方法一一控制變量法，處理數(shù)據(jù)的基本方法一一圖象法、逐差法，融入到實(shí)驗(yàn)的綜合分析之中。2.創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)題的解法(1)根據(jù)題目情境，提取相應(yīng)的力學(xué)模型，明確實(shí)驗(yàn)的理論依據(jù)和實(shí)驗(yàn)?zāi)康模O(shè)