1、專題12力學實驗考向預測高中物理考試說明中確定的力學實驗有：研究勻變速直線運動、探究彈力和彈簧伸長的關系、驗證力 的平行四邊形定則、驗證牛頓運動定律、探究動能定理、驗證機械能守恒定律。其中有四個實驗與紙帶的處理 有關，可見力學實驗部分應以紙帶的處理，打點計時器的應用為核心來展開復習。近幾年力學實驗中與紙帶處理相關的實驗、力學創新實驗是高考的熱點內容，以分組或演示實驗為背景，考查對實驗方法的領悟情況、靈活運用學過的實驗方法設計新的實驗是高考實驗題的新趨勢。要求考生掌握常規實驗的數據處理方法，能將課本中分組實驗和演示實驗的實驗原理、實驗方法遷移到新的背景中， 深刻理解物理概念和規律， 并能靈活運用

2、，要求考生有較強的創新能力。在復習過程中，應以掌握常規實驗原理、實驗方法、規范操作程序、數據處理方法等為本，同時從常規實 驗中，有意識的、積極的提取、積累一些有價值的方法。逐步過渡到靈活運用學過的實驗方法設計新的實驗。高頻考點：螺旋測微器和游標卡尺的讀數；力學基本實驗；力學創新實驗。考點一、基本儀器的讀數例某同學利用游標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】 熟練掌握中學階段物理中常用測量工具的讀數方法。【解題思路】 圖(a)為20分度的游標卡尺，其精度為0.05 mm。主尺讀數為12 mm,游標尺上第

3、4條刻線與主尺上的一條刻線對齊，故測量結果為12 mmb4X0.05 mm= 12.20 mm= 1.220 cs螺旋測微器的精度為0.01mm由圖(b)知固定刻度讀數為6.5 mm,可動刻度讀數為“ 36.0”，故工件的高度為6.5 mm + 36.0 X 0.01 mm = 6.860 mm。【參考答案】1.2206.860【知識建構】1.長度類測量儀器的讀數(1)毫米刻度尺的讀數：精確到毫米，估讀一位。(2)游標卡尺的讀數：游標尺/mm精度/mm測量結果(游標尺上第n個刻線與 主尺上的某刻度線正對時)/mm刻度格 數刻度總長 度每小格與1毫米 差1090.10.1主尺上讀的毫米數+0.1

4、 n20190.050.05主尺上讀的毫米數+0.05 n50490.020.02主尺上讀的毫米數+ 0.02 n(3)螺旋測微器的讀數：測量值=固定刻度整毫米數+半毫米數+可動刻度讀數(含估讀)x 0.01 mm。2 .時間類測量儀器的讀數(1)打點計時器：每打兩個點的時間間隔為0.02 s , 一般每五個點取一個計數點，則時間間隔為At =0.02 X 5 s = 0.1 s。1(2)頻閃照相機：用等時間間隔獲取圖象信息的方法將物體在不同時刻的位置記錄下來，時間間隔At=f(f為頻閃照相機的頻率)。(3)光電計時器：記錄遮光時間，時間間隔At：； (d為遮光板寬度，v為平均速度)。【變式訓

5、練】請按要求填寫：(1)某同學用游標卡尺的 測得一玻璃杯的內高，如圖甲所示，則其內高為 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)該同學用螺旋測微器又測得一小球直徑如圖丙所示，正確讀數后得小球直徑為1.731 mm,則a =, b=o甲乙內(4)某同學測定一金屬桿的長度和直徑，示數如圖丁、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高即深度，所以要用游標卡尺的深度尺測量，根據圖甲所示游標卡尺主 尺上的整毫米數為100 mm,游標尺的精確度為 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 的內高為 100 mm

6、+ 0.1 mmx 3= 100.3 mm= 10.03 cm。(2)螺旋測微器的讀數規則：測量值=固定刻度讀數(注意半毫米刻度線是否露出)+精確度(0.01 mm)可動刻度讀數(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 ,由螺旋測微器讀數規則知a應為20, b應為0。(4)金屬桿長度由刻度尺示數可得，由題圖丁得 L= 60.10 cmo由題圖戊知，此游標尺為50分度，游標尺上第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考點二、“紙帶類”實驗的處理例(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動，用自制“滴水計時器”計量時間。實驗前，將該計時器固定在小車旁，如圖 (a)所示。實驗時，保持桌面水平，用手輕推一下小車。在小車 運動過程中，滴水計時器等時間間隔地滴下小水滴，圖(b)記錄了桌面上連續的 6個水滴的位置。(已知滴水計時器每30 s內共滴下46個小水滴)左5%".口"儂市劃1點(1)由圖(b)可知，小車在桌面上是 (填“從右向左”或“從左向右”)運動的。(2)該小組同學根據圖(b)的數

8、據判斷出小車做勻變速運動。小車運動到圖 (b)中A點位置時的速度大小為 m/s ,加速度大小為 m/s2。(結果均保留兩位有效數字 )【審題立意】 本題利用“滴水計時器”研究物體的運動，考查考生對實驗方法的遷移能力。【解題思路】(1)由于小車在水平桌面上運動時必然受到阻力作用，做勻減速直線運動，相鄰水滴(時間間隔相同)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動的。(2)滴水計時器每30 s內共滴下46個小水滴，其滴水的時間間隔為T= -3： s-0.67 s 。根據勻變速直46 1 0117 + 0 133線運動的規律，可得小車運動到題圖(b)中A點位置時的速度

9、大小為VA= 0;m/s-0.19 m/s 。根據2X 0.67逐差法，共有5組數據，舍去中間的一組數據，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【知識構建】1.打點計時器的認識和正確使用(1)電磁打點計時器工作電壓為低壓交流46 V;電火花計時器工作電壓為交流220 V。(2)工作時應先接通電源，后釋放紙帶。2.紙帶的應用(1)判斷物體運動性質若Ax=0,則可判定物體在實驗誤差允許的范圍內做勻速直線運動；若Ax不為零

10、且為定值，則可判定物體在實驗誤差允許范圍內做勻變速直線運動。(2)求解瞬時速度利用做勻變速運動的物體在一段時間內的平均速度等于中間時刻的瞬時速度。如圖甲，求打某一點的瞬時速度，只需在這一點的前后各取相同時間間隔T的兩段位移Xn和Xn+1,則打n點時的速度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因為 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即以打某計數點為計時起點，然后利用Vn= 2T求出打各個計

11、數點時的瞬時速度,描點得V t圖象,圖象的斜率即為物體的加速度。【變式訓練】 某同學用圖(a)所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律，其中打點計時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)該同學在實驗中沒有記錄交流電的頻率f ,需要用實驗數據和其他題給條件進行推算。(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： 在打點計時器打出B點時，重物下落的速度大小為 ,打出C點時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 ;當地重力加速度大小為9.80 m/s 2,實驗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，根據勻變速直線運動的規律得VB= 2=-f (S1+S2)S2+ S31VC= -2=2f(S2+S3)2由 S3S1 = 2aT2得 a = -S °(2)根據牛頓第二定律，有 mg- kmg= ma根據以上各式，化簡得代入數據可得f = 40 Hz。答案：(1)2f(S1 + S2) 1f (S2+S3) 2f 2( S3-S1) (2)40考點三、“橡皮條、彈簧”類實驗例（2017 全國出卷T22）某探究小組做

13、“驗證力的平行四邊形定則”實驗，將畫有坐標軸（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（位于圖示部分之外），另一端P位于y軸上的A點時，橡皮筋處于原長。（1）用一只測力計將橡皮筋的P端?呂y軸從A點拉至坐標原點 O,此時拉力F的大小可由測力計讀出。測力計的示數如圖（b）所示，F的大小為 No（2）撤去（1）中的拉力，橡皮筋 P端回到A點；現使用兩個測力計同時拉橡皮筋，再次將P端拉至O點。此時觀察到兩個拉力分別沿圖 （a）中兩條虛線所示的方向， 由測力計的示數讀出兩個拉力的大小分別為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為作用點，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驗所允許的誤差范圍之內，則該實驗驗證了力的平行四邊形定 則。【審題立意】 本題考根據彈簧秤的最小刻度讀出F的讀數，根據圖示法作出F1和F2,結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。【解題思路】（1）由測力計的讀數規則可知，讀數為 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合的頂點向x軸和y軸分別作垂線，頂點的橫坐標對應長度為1 mm頂點的縱坐標長度為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【知識構建】1.彈簧的彈力大小等于下面所掛鉤碼的重力（靜止時），改變所掛鉤碼的個數，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算。3 .涉及力的合成的問題要緊扣等效思想.實驗過程中要做好三記錄（即力的大小、力的方向、力的作用點），并利用平行四邊形定則做好力的圖示。4 .涉及能量問題時，要靈活應用彈簧（橡皮筋）

16、的彈性勢能和其他能間的轉化。【變式訓練】甲、乙兩同學在“探究彈力和彈簧伸長的關系”時，安裝好實驗裝置，讓刻度尺零刻度線與彈簧上端平齊，在彈簧下端掛1個鉤碼，靜止時彈簧長度為li,如圖1所示，圖2是此時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、3個、4個、5個相同鉤碼，靜止時彈簧長度分別是12、13、1 4、Wil 12131H5 圖35。(1)由圖2知刻度尺的示數1i =cm,若已知每個車碼質量是50 g ,掛2個鉤碼時，彈簧彈力F2=N(當地重力加速度 g= 10 m/s 2)。(2)甲同學以彈簧的長度1為橫坐標，以鉤碼的重力G為縱坐標建立了

17、G1圖象，如圖3所示，則由圖知彈簧的原長為 cm,該彈簧的勁度系數為 N/m。(3)乙同學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，以鉤碼的重力 G為縱坐標作出了 Gx圖象，如圖4所示，則圖線不過原點的原因是11.50 cm ;1 _ ,、，、 解析：(1)因刻度尺的最小分度為1 mm,讀數時應估讀到最小分度的10,所以刻度尺的讀數為掛2個鉤碼時，彈簧彈力等于此時鉤碼的重力，即F2= 2mg= 1.00 N。(2)當彈簧下端不掛鉤碼時，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，即k=4r=TiG= 1

18、00 N/m。(3)圖線不過原點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四、力學創新實驗例(2017 榆林模擬)某同學利用圖示裝置，驗證以下兩個規律： riti.曲 .君電.曲. 甲四 1|3兩物塊通過不可伸長的細繩相連接，沿繩分速度相等；系統機械能守恒。P、Q R是三個完全相同的物塊，P、Q用細繩連接，放在水平氣墊桌上，物塊R與輕質滑輪連接，放在正中間，a、b、c代表三個光電門，調整三個光電門的位置，能實現同時遮光，整個裝置無初速度釋放。(1)為了能完成實驗目的，除了記錄P、Q R三個遮光片的遮光時間 t1、t2、t3外，還必須測量的

19、物理量A. P、Q R的質量MB.兩個定滑輪的距離dC. R的遮光片到c的距離HD.遮光片的寬度x(2)根據裝置可以分析出 P、Q的速度大小相等，需要驗證的表達式為 。(3)若要驗證物塊 R與物塊P的沿繩分速度相等，則驗證表達式為 。(4)若已知當地重力加速度 g,則驗證系統機械能守恒的表達式為 。【審題立意】 遮光片很窄，可近似認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速度，從而求出系統動能的增加量，根據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222 xx x能的增加量和重力勢能的減少量時，由于可以約去M只需驗證gH=才+*是否成立。2t 32t 22

20、t 11 o 1 o 1 O .一一【解題思路】(1)驗證系統機械能守恒，需驗證的表達式是MgH= 2Mv2+ 5MV2+2MV2,可知質量 M可以約去，對實驗結果不會有影響，因此不需要測量P、Q R的質量M A錯誤；根據驗證的表達式可知，兩個定滑輪的距離d不需要測量，B錯誤；根據驗證的表達式可知，需要測量 R的遮光片到c的距離H這樣才能計算x出系統減少的重力勢能， C正確；根據驗證的表達式可知， 要測量P、Q R三個物塊遮光片的速度， 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，即需要驗證表達式t1

21、t 1t 2=t 2。 H則需要驗證表達式 VR 52 x 物塊R的速度VR=-,要驗證物塊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)整個系統減少的機械能是A E= MgH增加的機械能是一， 1.A E = -M 2t1t222卜白，要驗證機械能守恒, 13則A E= A E',即驗證表達式 gH=222x x xc. 2 + 2+2。2t 32t 22t 1t32H【參考答案】"(2)t1=t2(4)【技能提升】1.力學創新型實驗的特點(1)以基本的力學模型為載體，依托運動學規律和力學定律設計實驗。(2)將實驗的基本方法一一控制變量法，處理數據的基本方法一一圖象法、逐差法，融入到實驗的綜合分析之中。2.創新實驗題的解法(1)根據題目情境，提取相應的力學模型，明確實驗的理論依據和實驗目的，設