1、第 1 页 共 14 页专题定位 高考对学生实验的考查，主要有以下十一个实验：研究匀变速直线运动；探究弹力和弹簧伸长量的关系；验证力的平行四边形定则；验证牛顿第二定律；探究做功和物体速度变化的关系；验证机械能守恒定律；测定金属丝的电阻率(同时练习使用螺旋测微器) ；描绘小灯泡的伏安特性曲线；测定电源的电动势和内阻；练习使用多用电表；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应考策略 1.熟知各种器材的特性.2.熟悉课本实验， 抓住实
2、验的灵魂 实验原理，掌握数据处理的方法，熟知两类误差分析力学实验与创新一、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 mm30.05 mm20.15 mm.根据螺旋测微器的读数方法，读数为 1.5 mm23.00.01 mm1.730 mm.答案 20.15 1.730以题说法 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)( l0n精确度) mm.注意：(1)
3、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.(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第 2 页 共 14 页上，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
4、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 度二、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
5、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 FTOA、 FTOB和 FTOC，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 N1N 22， N34B钩码的个数 N1N 33，N 24C钩码的个数 N1N 2N 34D钩码的个数 N13，N 2 4，N 35(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
6、(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：|F 1F 2|k2k3(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a将弹簧 A 悬挂在铁架台上，用刻度尺测量弹簧 A 的长度 L0；b在弹簧 A 的下端挂上钩码，记下钩码的个数(如 n 个) 并用刻度尺测量弹簧的长度 L1；c由 Fmg 计算弹簧的弹力；由 xL 1L 0 计算出弹簧的伸长量由 k 计算弹簧的劲度系数；Fxd改变_，重复实验步骤 b、c，并求出弹簧 A
7、 的劲度系数 k1 的平均值；e按要求将弹簧 A 剪断，分成 B、C 两段，重复实验步骤 a、b、c、d.分别求出弹簧 B、C 的劲度系数k2、k 3 的平均值比较 k1、k 2、k 3 并得出结论(3)图 6 是实验得到的图线根据图线得出弹簧的劲度系数与弹簧长度有怎样的关系？第 4 页 共 14 页图 6答案 (1)刻度尺、已知质量且质量相等的钩码 (2)钩码的个数 (3)同一根弹簧上截下的几段，越短的段，劲度系数越大(或越长的段，劲度系数越小 )四、以打点计时器或光电门为工具的力学实验例 4 (2013四川8(2)如图 7 所示，某组同学借用“探究 a 与 F、m 之间的定量关系”的相关实
8、验思想、原理及操作，进行“研究合外力做功和动能变化的关系”的实验：图 7为达到平衡阻力的目的，取下细绳及托盘，通过调整垫片的位置，改变长木板倾斜程度，根据打出的纸带判断小车是否做_运动连接细绳及托盘，放入砝码，通过实验得到图 8 所示的纸带纸带上 O 为小车运动起始时刻所打的点，选取时间间隔为 0.1 s 的相邻计数点 A、B、C 、D 、E、F、G.实验时小车所受拉力为 0.2 N，小车的质量为0.2 kg.图 8请计算小车所受合外力做的功 W 和小车动能的变化 Ek.补填表中空格(结果保留至小数点后第四位).OB OC OD OE OFW/J 0.043 2 0.057 2 0.073 4
9、 0.091 5Ek/J 0.043 0 0.057 0 0.073 4 0.090 7分析上述数据可知：在实验误差允许的范围内 WE k.与理论推导结果一致实验前已测得托盘质量为 7.7103 kg，实验时该组同学放入托盘中的砝码质量应为_kg(g 取 9.8 m/s2，结果保留至小数点后第三位)解析 WFx OF0.255.75 102 J0.111 5 JvF m/s1.051 m/s66.77 45.7510 220.1Ek mv 0.21.0512 J0.110 5 J12 2F 12第 5 页 共 14 页设放入砝码质量为 m，则(m7.710 3 kg)g0.2 N(m 7.71
10、0 3 kg)a 对小车：a m/s21 m/s2 FM0.20.2联立得：m0.015 kg答案 匀速直线 0.111 5 0.110 5 0.015以题说法 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1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，便于测量和计算，一般每五个点取一个计数点，这样时间间隔为 t0.025 s0.1 s.2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
11、时刻的瞬时速度如图 9 所示，打 n 点时的速度vnxn xn 12T图 93用“逐差法”求加速度如图 10 所示，ax4 x5 x6 x1 x2 x33T2图 10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：(1)求瞬时速度：把遮光条(宽度为 d)通过光电门的时间 t 内的平均速度看做物体经过光电门的瞬时速度，即v .dt(2)求加速度：若两个光电门之间的距离为 L，则利用速度与位移的关系可求加速度，即 a .v2 v212L某学习小组在“研究匀变速直线运动”的实验中，用如图 11 所示的气垫导轨装置来测小车的加速度，由导轨标尺可以测出两个光电门之间的距离 L，
12、窄遮光板的宽度为 d，窄遮光板依次通过两个光电门的时间分别为 t1、t 2.第 6 页 共 14 页图 11(1)通过两个光电门的瞬时速度分别为 v1_，v 2 _.在计算瞬时速度时应用的物理方法是_(填“极限法 ”“微元法”或“控制变量法”) (2)则滑块的加速度可以表示为 a_( 用题中所给物理量表示)(3)该学习小组在测出滑块的加速度后，经分析讨论，由于滑块在气垫导轨上运动时空气阻力很小，可用上述实验装置来验证机械能守恒定律，为此还需测量的物理量是_和_，机械能守恒的表达式为_(用题中所给物理量和测量的物理量表示) 答案 (1) 极限法 (2) ( )dt1 dt2 d22L1t2 1t
13、21(3)沙桶的质量 m 滑块的质量 MmgL (Mm)d 2( )12 1t2 1t21解析 (1)小车通过两个光电门的瞬时速度等于小车通过光电门这段时间内的平均速度，故瞬时速度分别为和 .时间取的越短，瞬时速度越接近平均速度，故采用了极限法； (2)根据运动学公式 2aLv v ，代入dt1 dt2 2 21可求得加速度 a ( )；(3)要验证机械能守恒就要看沙桶重力势能的减少量和系统动能的增加量是否d22L1t2 1t21相等，因此需要测量沙桶的质量 m 和滑块的质量 M，机械能守恒定律的表达式为 mgL (Mm) d2( ).12 1t2 1t2113力学创新实验的分析技巧审题示例(
14、2013新课标22)(7 分)图 12 为测量物块与水平桌面之间动摩擦因数的实验装置示意图实验步骤如下：图 12用天平测量物块和遮光片的总质量 M，重物的质量 m，用游标卡尺测量遮光片的宽度 d，用米尺测量两光电门之间的距离 s；调整轻滑轮，使细线水平；第 7 页 共 14 页让物块从光电门 A 的左侧由静止释放，用数字毫秒计分别测出遮光片经过光电门 A 和光电门 B 所用的时间 tA和 tB，求出加速度 a；多次重复步骤，求 a 的平均值 ；a根据上述实验数据求出动摩擦因数 .回答下列问题：(1) 测量 d 时，某次游标卡尺( 主尺的最小分度为 1 mm)的示数如图 13 所示其读数为_ c
15、m.图 13(2)物块的加速度 a 可用 d、s、t A和 tB表示为 a_.(3)动摩擦因数 可用 M、m、 和重力加速度 g 表示为 _.a(4)如果细线没有调整到水平，由此引起的误差属于_(填“偶然误差”或“系统误差”)审题模板答题模板(1)0.9 cm120.05 mm0.960 cm (2 分)(2)因为 vA ，v B ，又由 2asv v ，dtA dtB 2B 2A得 a ( )2( )2 (2 分)12s dtB dtA(3)设细线上的拉力为 FT，则 mgF Tm ，F TMgMa a两式联立得 (2 分)mg M maMg(4)细线没有调整到水平，属于实验方法粗略，这样会
16、引起系统误差 (1 分)答案 (1)0.960 (2) ( )2( )212s dtB dtA(3) (4) 系统误差mg M maMg为了探究合外力做功与物体动能改变的关系，某同学设计了如下实验方案：第一步：如图 14 甲所示，把木板一端垫起，滑块通过细绳与一重锤相连，然后跨过定滑轮，重锤下连一纸带，穿过打点计时器，调整木板倾角，直到轻推滑块，滑块沿木板向下匀速运动第二步：如图乙所示，保持木板倾角不变，取下细绳和重锤，将打点计时器安装在木板靠近滑轮处，将滑块第 8 页 共 14 页与纸带相连，使其穿过打点计时器第三步：接通电源，释放滑块，使之从静止开始加速运动，打出的纸带如图丙所示其中打下计
17、数点 O 时，滑块的速度为零，相邻计数点的时间间隔为 T.图 14(1)根据纸带求打点计时器打 E 点时滑块的速度 vE_.(2)已知重锤质量为 m，当地的重力加速度为 g，合外力在 OE 段对滑块做功的表达式 WOE_.(3)利用图丙数据求出各段合外力对滑块所做的功 W 及 A、B、C 、E 各点的速度 v.以 v2 为纵轴，以 W 为横轴建立坐标系，作出 v2W 图象，发现它是一条过坐标原点的倾斜直线，测得直线斜率为 k，则滑块质量M_.答案 (1) (2) mgx5 (3)x6 x42T 2k解析 (1)根据中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度可得 vE .x6 x42T(2)本实
18、验中将重锤的重力当作合外力，合外力在 OE 段对滑块做的功为 mgx5.(3)根据动能定理有 W Mv2，得 v2 W，所以 k，M .12 2M 2M 2k(限时：45 分钟)1(2013广东34(1)研究小车匀变速直线运动的实验装置如图 1(a)所示，其中斜面倾角 可调，打点计时器的工作频率为 50 Hz，纸带上计数点的间距如图(b)所示，其中每相邻两点之间还有 4 个记录点未画出第 9 页 共 14 页图 1部分实验步骤如下：A测量完毕，关闭电源，取出纸带B接通电源，待打点计时器工作稳定后放开小车C将小车停靠在打点计时器附近，小车尾部与纸带相连D把打点计时器固定在平板上，让纸带穿过限位孔
19、上述实验步骤的正确顺序是：_( 用字母填写) 图(b)中标出的相邻两计数点的时间间隔 T_ s.计数点 5 对应的瞬时速度大小计算式为 v5_.为了充分利用记录数据，减小误差，小车加速度大小的计算式应为 a_.答案 DCBA 0.1 s4 s52Ts4 s5 s6 s1 s2 s39T2解析 时间 tnT 050.02 s0.1 s(n 为相邻两个计数点的间隔数) 在匀变速直线运动中：中间时刻的速度等于平均速度取 s1s 1s 2s 3，s 2s 4s 5s 6，则：T 3T，就可用s s 2s 1aT 2 求 a.2 橡皮筋也像弹簧一样，在弹性限度内伸长量 x 与弹力 F 成正比，即 Fkx
20、 ，k 的值与橡皮筋未受到拉力时的长度 L、横截面积 S 有关，理论与实际都表明 k ，其中 Y 是一个由材料决定的常数，材料力学上称之为YSL杨氏模量(1)在国际单位中，杨氏模量 Y 的单位应该是_AN Bm CN/m D Pa(2)用如图 2 甲所示的实验装置可以测量出一段横截面积是圆形的橡皮筋的杨氏模量 Y 的值，首先利用毫米刻度尺测得橡皮筋的长度 L20.00 cm，利用测量工具 a 测得橡皮筋未受到拉力时的直径 D4.000 mm，那么测量工具 a 应该是_图 2(3)用如图甲所示的装置就可以测出这种橡皮筋的 Y 值，下面的表格是橡皮筋受到的拉力 F 与伸长量 x 的实验记录处理数据
21、时，可在图乙中作出 Fx 的图象，由图象可求得该橡皮筋的劲度系数 k_N/m.(保留两位有效数字)拉力 F(N) 5 10 15 20 25第 10 页 共 14 页伸长量 x(cm) 1.6 3.2 4.8 6.4 8(4)这种橡皮筋的杨氏模量 Y _.(保留一位有效数字)答案 (1)D (2)螺旋测微器(或千分尺) (3)图象见解析图 3.110 2 (4)510 6 Pa解析 (1)根据表达式 k 得：YYSL kLS已知 k 的单位是 N/m，L 的单位是 m，S 的单位是 m2，所以 Y 的单位是 N/m2，也就是 Pa，故选 D.(2)测量橡皮筋未受到拉力时的直径用螺旋测微器( 或
22、千分尺)(3)根据 Fkx 可知，图象的斜率大小等于劲度系数大小， 由图象求出劲度系数为 k3.110 2 N/m.(4)根据 Y 求得，Y 510 6 Pa.kLS3 某同学找到一条遵循胡克定律的橡皮筋来验证力的平行四 边形定则，设计了如下实验：图 3(1)将橡皮筋的两端分别与两条细线相连，测出橡皮筋的原长；(2)将橡皮筋一端细线用钉子固定在竖直板上 M 点，在橡皮筋的中点 O 再用细线系重物，自然下垂，如图 3甲所示(3)将橡皮筋另一端细线固定在竖直板上的 N 点，如图乙所示为完成实验，下述操作中需要的是_A橡皮筋两端连接的细线长度必须相同B要测量图甲中橡皮筋 Oa 的长度和图乙中橡皮筋 Oa、Ob 的长度CM、N 两点必须在同一高度处D要记录图甲中 O 点的位置及过 O 点的竖直方向E要记录图乙中结点 O 的位置、过结点 O 的竖直方向及橡皮筋 Oa、Ob 的方向答案 BE解析 橡皮筋两端连接的细线长度不需要必须相同，M、N 两点可以不在同一高度处，不需要记录题图甲中O 点的位置及过 O 点的竖直方向由于已经测出橡皮筋的原长，只需要测量题图甲中橡皮筋 Oa 的长度和题图乙中橡皮筋 Oa、Ob 的长度，需要记录题图乙中结点 O 的位置、过结点 O 的竖直方向及橡皮筋 Oa、Ob的方向操作中需要的是 B、 E.4 用图 4 所示的装置做“验证牛顿第二定律”的实验
