2025高考物理二轮专题复习-第15讲 力学实验【课件】

这是一份2025高考物理二轮专题复习-第15讲 力学实验【课件】，共60页。PPT课件主要包含了题组演练，远大于，系统误差，力的图示，线速度等内容，欢迎下载使用。
题型1 力学基本仪器的使用与读数
题型2 纸带类实验综合
题型3 研究“平抛运动”类实验
题型4 “弹簧”“橡皮条”实验
题型5 力学其他实验与创新实验
【关键能力】掌握力学基础实验,熟悉新课标新增实验. 通过填空、画图、问答等方式加以考查, 在备考中要立足教材基本实验,弄透各种实验仪器的使用方法、实验步骤、数据处理、误差分析等基本实验理论和实验
技能.在掌握基础实验上突出创新和变通, 新高考下实验的考查更灵活,从研究对象、测量工具、实验原理、实验器材、处理实验数据方法等方面改变常规实验,创设新实验情景,加强常规实验的变式训练.
0.010
1.打点计时器涉及的几个实验(1)探究小车速度随时间变化的规律；(2)探究加速度与力、质量的关系；(3)验证机械能守恒定律；(4)验证动量守恒定律.
(1)要根据实验原理来判断是否需要补偿阻力，知道正确补偿阻力的方法.
(2)要清楚槽码(或沙桶)与小车质量之间的关系，并且要清楚在仪器创新或实验原理创新的情形下，该条件是否需要调整.
(3)要知道实验数据、图像的处理方法和运用数学知识解题的技巧.
1.[2024·杭州模拟] 如图甲所示是“探究小车速度随时间变化规律”的实验装置.
A.需将导轨远离滑轮的一端适当垫高B.悬挂的槽码质量应远小于小车的质量C.小车运动结束后，先关闭打点计时器再取下纸带
[解析] 在探究小车速度随时间变化的规律时，只要小车做匀变速运动即可，不需要补偿阻力，即不需要将导轨远离滑轮的一端适当垫高，也不需要悬挂的槽码质量远小于小车的质量，故A、B错误；实验结束时，应先关电源，然后再取下纸带，即小车运动结束后，先关闭打点计时器再取下纸带，故C正确.
(1) 该实验中，下列操作步骤必要的是___.
A.可以表示小车位移—时间图像B.可以表示小车速度—时间图像C.与时间轴夹角的正切为速度大小D.与时间轴夹角的正切为加速度大小
2.[2024·浙江1月选考] 如图甲所示是“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置.
(1) 该实验中同时研究三个物理量间关系是很困难的，因此我们采用的研究方法是___.
A.放大法B.控制变量法C.补偿法
[解析] 研究多个变量之间的关系时，常常采用控制变量法，选项B正确.
(2) 该实验过程中操作正确的是___.
A.补偿阻力时小车未连接纸带B.先接通打点计时器电源，后释放小车C.调节滑轮高度使细绳与水平桌面平行
[解析] 该实验中，补偿阻力时，不能挂槽码，但需要安装纸带，通过纸带上打点情况来判断是否已平衡了阻力，选项A错误；为了充分利用纸带，得到较多的打点，应先接通打点计时器的电源，后释放小车，选项B正确；为使小车受到的合力等于细绳的拉力，应调节滑轮高度，使细绳与倾斜导轨平行，选项C错误.
(3) 在小车质量________(选填“远大于”或“远小于”)槽码质量时，可以认为细绳拉力近似等于槽码的重力.上述做法引起的误差为__________(选填“偶然误差”或“系统误差”).为减小此误差，下列可行的方案是___.A.用气垫导轨代替普通导轨，滑块代替小车B.在小车上加装遮光条，用光电计时系统代替打点计时器C.在小车与细绳之间加装力传感器，测出小车所受拉力大小
1.固定斜槽时，要保证斜槽的末端水平，保证小球做平抛运动的初速度水平.2.固定木板时，木板必须处在竖直平面内且与小球运动轨迹所在的竖直平面平行，固定时要用铅垂线检查坐标纸的竖线是否竖直.3.为使小球每次从斜槽上的同一位置由静止释放，可在斜槽上某一位置固定一个挡板.
4.要在斜槽上的适当高度处释放小球，使它以适当的水平初速度抛出，从而使其轨迹由木板左上角到达右下角，减小测量误差.5.坐标原点不是槽口的端点，而是小球出槽口时球心在木板上的投影点.6.计算小球水平抛出的初速度时，应选距抛出点稍远一些的点为宜，以便测量和计算.
1.[2023·浙江6月选考] 在“探究平抛运动的特点”实验中：
(1) 用图甲装置进行探究，下列说法正确的是___.
A.只能探究平抛运动水平分运动的特点B.需改变小锤击打的力度，多次重复实验C.能同时探究平抛运动水平、竖直分运动的特点
[解析] 图甲装置只能用于研究平抛运动竖直方向的运动特点，A、C错误；探究初速度大小是否影响竖直方向的运动，所以需改变小锤击打的力度，B正确.
(2) 用图乙装置进行实验，下列说法正确的是___.
2.在“验证动量守恒定律”实验中，通过碰撞后做平抛运动测量速度的方法来进行实验，实验装置如图甲所示，实验原理如图乙所示.
(1) 实验室有如图所示的三个小球A、B、C，则进行实验时入射小球应该选取___(填选项字母).
A. B. C.
[解析] 如果采用画圆法确定小球的落点，应该
让所画的圆尽可能把大多数落点包进去，且圆的半径最小，这样所画圆的圆心即为小球落点的平均位置，故选C.
(3) 关于本实验，下列说法正确的是_____(填选项前的字母).
A.小球每次都必须从斜槽上的同一位置由静止释放B.必须测量出斜槽末端到水平地面的高度C.实验中需要用到铅垂线D.斜槽必须足够光滑且末端保持水平
[解析] 为了让小球每次平抛的速度相等，实验中必须让小球每次都从斜槽上的同一位置由静止释放，A正确；两个小球下落时间相同，可以用位移表示初速度，故不需要求出时间，所以不需要测量高度，B错误；与重力方向一致的线叫铅垂线，用铅垂线保证桌腿与地面垂直，即桌面与地面水平，从而保证小球能做严格的平抛运动，C正确；小球每次从斜槽的同一位置滚下，不需要斜槽光滑，且为使小球做平抛运动，斜槽的末端需调成水平，D错误.
(5) 若两球发生弹性碰撞，则下列式子成立的是___(填选项前的字母).
技法点拨本题最后一小问容易出错.
2.在“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验中：
(1) 本实验采用的主要科学方法是___(填选项前的字母).
A.理想实验法B.等效替代法C.控制变量法D.建立物理模型法
[解析] 合力与分力的作用效果相同，所以本实验采用的主要科学方法是等效替代法，故A、C、D错误，B正确.
(2) 实验桌上已有的器材如图所示，为完成该实验还需要的器材是___(填选项前的字母).
A.一根橡皮筋B.两个钩码C.三角板一套D.天平
[解析] 除了实验桌上已有的器材，在作力的图示时，还需要一套三角板，故C正确，A、B、D错误.
(3) 老师拍摄同学们实验操作时的照片如图所示，则操作正确的是___(填选项字母).
A. B. C. D.
[解析] A图中夹角和拉力较大，白纸的可利用部分较少，用作图法求的合力误差会比较大，故A错误；B图中弹簧测力计与白纸不平行，故B错误；D图中弹簧测力计和绳不在一条直线上，误差较大，C中弹簧测力计与白纸平行，拉力和角度适中，故C正确，D错误.
(5) 实验操作完成后作出__________(选填“力的示意图”或“力的图示”)来探究合力与分力的关系.
[解析] 探究求合力的方法实验，是用作图法寻找合力与分力的关系，要求力的大小和方向准确，所以需作出力的图示.
1.力学创新实验的特点(1)以基本的力学模型为载体，依托运动学规律和牛顿力学定律设计实验.(2)将实验的基本方法——控制变量法、处理数据的基本方法——图像法、逐差法融入实验的综合分析之中.
2.创新实验题的解法(1)根据题目叙述的物理情景，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.(2)进行实验，记录数据，应用原理公式或图像法处理实验数据，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.
(1) 下列实验中采用的实验方法与本实验相同的是___.
A.探究两个互成角度的力的合成规律B.伽利略对自由落体的研究C.探究加速度与物体受力、物体质量的关系D.探究小车速度随时间变化的规律
(2) 当传动皮带套在两塔轮半径不同的轮盘上，套有皮带的塔轮边缘处的________(选填“线速度”或“角速度”)大小相等.
[解析] 当传动皮带套在两塔轮半径不同的轮盘上时，皮带传动，套有皮带的塔轮边缘处质点，相等时间内转过的弧长相等，线速度大小相等.
[解析] 根据题意可知，两个钢球的向心力之
(5) 方案二：如图丙所示装置，装置中竖直转轴固定在电动机的转轴上 (未画出)，光滑的水平直杆固定在竖直转轴上，能随竖直转轴一起转动.水平直
具体步骤如下：①将弹簧竖直悬挂在固定支架上，弹簧下面挂上装有遮光片的托盘，在托盘内放入一个砝码，如图甲所示.
(4) 本实验的误差来源包括_____.
A.空气阻力B.弹簧质量不为零C.光电门的位置稍微偏离托盘的平衡位置
[解析] 实验时光电门应对齐弹簧振子振动过程中的平衡位置，这样托盘通过平衡位置时遮光条挡光时间才最短，计时才最准确，若光电门的位置稍微偏离托盘的平衡位置，则计时准确度变低，造成测量弹簧振子振动周期出现偶然误差，C正确；光电门是固定的，它对齐的是弹簧振子未振动
根据该同学的实验，回答下列问题：
[解析] 为了防止两球碰后出现反弹现象，入射球的质量一定要大于被碰球的质量.
1.用刻度尺测量遮光条宽度,示数如图所示,其读数为　　 　　 　　cm. 
1.50(1.49~1.51均可)
[解析] 读数时要注意分度值是1 mm,要估读到分度值的下一位.
2.某班同学做“探究小车速度随时间变化的规律”实验:(1)打点计时器是一种　　　　　(选填“计时”或“测位移”)仪器,如图甲是实验室一种常用的打点计时器——电火花计时器,该打点计时器所用的电源是图乙中的　　(选填“A”或“B”). 
[解析] 打点计时器是一种计时仪器,电火花计时器使用220 V交流电源,故选B.
(2)刘同学采用的是电磁打点计时器,实验时他发现纸带穿过打点计时器有如图所示的两种穿法,感到有点犹豫.你认为　　　　(选填“a”或“b”)的穿法效果更好. 
[解析] 在使用电磁打点计时器时,纸带应放在复写纸的下方,故b的效果更好.
(3)刘同学将实验器材组装后,如图所示为释放小车前瞬间的情景.在接通电源进行实验之前,请你指出图中的错误或不妥之处(写出一处即可）: .
电源用的是干电池(或小车离打点计时器过远)
[解析] 电源用的是干电池,打点计时器应使用交流电源;释放小车前,小车应靠近打点计时器.
(4)如图所示是刘同学在某次实验中获得的一条纸带,在所打的点中,取A、B、C、D、E为计数点,相邻两个计数点之间还有四个点未标出,打点计时器每隔0.02 s打一个点.若已知s1=1.20 cm、s2=3.40 cm、s3=5.60 cm、s4=7.80 cm,则打下C点时小车的速度v=　　　　m/s(保留2位有效数字). 
(5)如图所示为刘同学从两次实验中得到数据后画出的小车运动的v-t图像,则下列说法正确的是　　　　(填选项前的字母). A.第一次实验中处理纸带时,舍掉了开头一些密集的打点B.第二次实验中处理纸带时,舍掉了开头一些密集的打点C.第一次的实验误差比第二次的大D.第一次的实验误差比第二次的小
[解析] 第一次的图像过坐标原点,说明t=0时速度为0,分析纸带时没有舍掉开头一些密集的点迹,第二次的图像不过坐标原点,说明t=0时速度不为0,分析纸带时舍掉了开头一些密集的点迹,故A错误,B正确;第一次的图中的一些点偏离了直线,第二次的图中的点几乎都在一条直线上,故第一次的实验误差比第二次的大,故C正确,D错误.
3. “探究向心力大小F与物体的质量m、角速度ω和轨道半径r的关系”实验中:(1)下列实验与本实验所采用的实验探究方法相同的有　　　　. A.探究平抛运动的特点B.探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系C.探究两个互成角度的力的合成规律D.探究加速度与物体受力、物体质量的关系
[解析] 在本实验中,利用控制变量法来探究向心力的大小与质量、角速度、半径之间的关系.探究平抛运动的特点,例如两球同时落地,两球在竖直方向上的运动效果相同,应用了等效思想,故A错误;当一个物理量与多个物理量相关时,应采用控制变量法,探究该物理量与某一个量的关系,在探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系的实验中,保持原线圈输入的电压U1一定,探究副线圈输出的电压U2与匝数n1、n2的关系,故B正确;探究两个互成角度的力的合成规律,即两个分力与合力的作用效果相同,采用的是等效替代的思想,故C错误;探究加速度与物体受力、物体质量的关系是通过控制变量法研究的,故D正确.
(2)某同学用向心力演示器进行实验,实验情景如甲、乙、丙所示.
①三个情景中,图　　　　(选填“甲”“乙”或“丙”)是探究向心力大小F与质量m关系. 
[解析] 根据F=mrω2可知,要探究向心力大小F与质量m关系,需控制小球的角速度和半径不变,由图可知,两侧采用皮带传动,所以两侧具有相等的线速度,根据皮带传动的特点可知,应该选择两个塔轮的半径相等,而且运动半径也相同,选取不同质量的小球,故图丙正确.
②在甲情景中,若两钢球所受向心力的比值为1∶9,则实验中选取两个变速塔轮的半径之比为　　　　. 
[解析] 两个球的质量相等,半径相同,根据牛顿第二定律有F=mω2R,F'=mω'2R,已知F∶F'=1∶9,所以ω∶ω'=1∶3,两个塔轮边缘的线速度相等,v=v',由v=ωr=ω'r',知两个变速塔轮的半径之比为r∶r'=3∶1.
(3)某物理兴趣小组利用传感器进行探究,实验装置原理如图丁所示.装置中水平光滑直槽能随竖直转轴一起转动,将滑块套在水平直槽上,用细线将滑块与固定的力传感器连接.当滑块随水平光滑直槽一起匀速转动时,细线的拉力提供滑块做圆周运动需要的向心力.拉力的大小可以通过力传感器测得,滑块转动的角速度可以通过角速度传感器测得.小组同学先让一个滑块做半径r为0.14 m的圆周运动,得到图戊中①图线.
然后保持滑块质量不变,再将运动的半径r分别调整为0.12 m、0.10 m、0.08 m、0.06 m,在同一坐标系中又分别得到图戊中②、③、④、⑤四条图线.对①图线的数据进行处理,获得了F-x图像,如图己所示,该图像是一条过原点的直线,则图像横坐标x代表的是　　 　　.对5条F-ω图线进行比较分析,得出ω一定时,F∝r的结论.请你简要说明得到结论的方法:　　　　　　　　. 
ω2(或mω2、rω2、mrω2)