（备战2017）高考物理 考前30天冲刺押题系列 12 力学实验探究

（备战2017）高考物理 考前30天冲刺押题系列 12 力学实验探究内容摘要：

1、【备战 2013】高考物理 考前 30 天冲刺押题系列 学实验探究【高考地位】物理学是一门以实验为基础的自然科学，所以在高中物理课程中每一册都有一些典型的科学探究或物理实验。 这些实验的设置也正是为了实现课程总目标：让学生“学习终身发展必备的物理基础知识和技能；学习科学探究方法，发展自主学习能力；发展好奇心与求知欲，发展科学探索兴趣；了解科学与技术、经济和社会的互动作用，认识人与自然、社会的关系，有可持续发展意识和全球观念。 ”高中物理课程必修 2 中安排了不少属于验证性的实验，它要求学生在所掌握知识经验的基础上，设计出程式化实验方案，再通过观察和操作，并不断交流改进实验方案，最终验证已知的科学规 2、律，以获得科学的探究方法，同时培养好奇心和求知欲以及发展科学探索的兴趣。 在学习这些验证性实验时，同学们除了要准确理解实验原理、学会正确测量相关物理量外，还有特别注意实验必须在所要验证的物理定则或物理定律成立的条件下进行，不能用所要验证的规律来分析、计算相关物理量.【突破策略】 一、验证平抛运动研究平抛运动规律的实验方法很多，可以用小球研究，也可以用水流研究，还可以用 究。 由于实验设计方案不同，导致操作步骤不同，但是实验原理都是运动的合成与分解。 证竖直方向上的运动规律实验装置如图 1 所示，用小锤打击弹性金属片，金属片把 A 球沿水平方向弹出，同时 B 球被松开让其自由下落，观察到的现象是两球同 3、时落地；改变小锤打击的力度，即改变 A 球被弹出时的速度，仍能观察到上述现象，这说明竖直方向上的分运动总是相同的，且与球速无关，即“平抛运动在竖直方向上的分运动是自由落体运动”。 ：验证水平方向上的运动规律实验装置如图 2 所示，两个相同的弧形轨道 M、 N，分别用于发射小铁球 P、 Q，其中 N 的末端与可看作光滑的水平板相切；两轨道上端分别装有电磁铁 C、 D；调节电磁铁 C、 D 的高度，使D，从而保证小铁球 P、 Q 在轨道出口处的水平初速度 将小铁球 P、 Q 分别吸在电磁铁 C、 D 上，然后切断电源，使两小铁球能以相同的初速度 、 N 的下端射出。 实验可观察到的现象是两球相碰,仅改 4、变弧形轨道 M 与平板的高度，重复上述实验，仍能观察到相同的现象，这说明 P 在空中平抛与 Q 在平板上匀速滚动的速度总是相同的，即“平抛运动在水平方向上的分运动是匀速直线运动”。 实验方案三：描绘平抛运动的轨迹并计算初速度（1）描绘出平抛运动的轨迹 实验装置如图 3 所示,将固定有斜槽的木板放在实验桌上，实验前要检查斜槽末端的切线是否水平;用图钉把坐标纸钉在竖直的木板上，固定时要用重锤线检查坐标纸上的竖线是否竖直;选定斜槽末端上方小球球心处为坐标原点 O，从坐标原点 O 画出水平向右的 x 轴和竖直向下的 y 轴;使小球从斜槽的某一固定位置由静止滚下，并由 O 点开始做平抛运动。 先用眼睛粗略地 5、确定做平抛运动的小球在某一 x 值处的 y 值，然后使小球从固定位置由静止滚下，在粗略确定的位置附近用铅笔较准确地确定小球通过对位置，并在坐标纸上记下这一点;依次改变x 的值，用同样的方法确定其他各点的位置；取下坐标纸，根据记下的一系列位置，用平滑的曲线画出小球做平抛运动的轨迹。 （2）计算出平抛运动的初速度 在轨迹上选取几个不同的点，测出它们的横坐标 x 和纵坐标 y，根据重力加速度 g 的数值，利用公式 v0=x 后求出 意：小球初速度是否水平、运动轨迹是否与木板平行和空气阻力是产生系统误差的原因。 为了减小系统误差，实验中注意以下几点：（1）固定斜槽时，要保证斜槽末端的切线呈水平。 检查斜槽末 6、端的切线呈水平的方法是：是否能使小球稳定的停留在槽口附近；（2）木板必须处在竖直面内且与小球运动轨迹所在竖直平面平行，并使小球的运动靠近木板但不接触；（3）要在斜槽上适当高度释放小球，使它以适当的初速度平抛，其轨迹从木板的左上角到达右下角，可以减小测量误差。 实验方案四：水滴平抛描轨迹如图 4 所示，我们可以用“已用过的医用吊针（整套），竖直木板一块，厚 光滑小木条，钉子，白纸一张，图钉四枚，小钢球一个，圆珠笔笔帽一个，重锤线，直尺一把，铁加台，混入少量红墨水的水”等，设计制作了一个“平抛运动扫描仪”实验方案和步骤如下：将红墨水装入吊瓶中，并将开关关闭；在竖直放置的木板上方水平地钉小木条（将小钢 7、球放在其上不左右滚动为准）；将吊瓶用铁架台挂在木板的左上方；将针头用透明胶贴在小木条的外边缘，确保针头与小木条平行；将白纸用四个图钉固定在针头右则的木板上；在针头出口处下方挂重锤线；打开输水管上的开关，待水流稳定时，看到红色的水滴呈线性水平射出，并靠近但不接触白纸做平抛运动。 实验方案五 ：频闪照相法数码相机大多具有摄像功能，每秒钟拍摄约 15 帖照片。 用它拍摄小球从水平桌面飞出后做平抛运动的几张连续照片，分析这些照片在水平方向和竖起方向的运动特点，从而归纳总结出平抛。 方法一 比较法探究平抛运动的规律如图 5 所示，为用频闪摄影方法拍摄的研究物体做平抛运动规律的照片，图中 A、 B、 A为 球在 8、光滑水平面上以速度 运动的轨迹； 为 球以速度 被水平抛出后的运动轨迹； 自由下落的运动轨迹。 通过分析比较上述三条轨迹可以看出：、 以球 以相同的速度做匀速直线运动；球 图可以看出，小球 在相同时间内下降的位移也相同，即说明小球 在竖直方向也做自由落体运动。 方法二 计算法探究平抛运动的规律如图 6 所示，为用频闪摄影方法拍摄的研究物体做平抛运动规律的照片，图中图中小方格为边长为 图可以看出，在每个曝光时间内，水平方向小球运动的位移都为 2，则说明小球在水平方向做匀速直线运动；竖直方向有： 即有：，根据匀变速直线运动中，连续相等的时间等于 2t，可以得知该小球在竖直方向做匀加速直线运动，而竖直方 9、向的初速度为零，故平抛运动的物体在竖直方向做自由落体运动。 二、验证动能定理实验方案一：探究恒力做功与物体动能变化的关系实验装置如图 7 所示，所用器材有长木板、小车、橡皮筋、打点计时器及电源、纸带等。 我。 小车在橡皮筋的作用下弹出，沿木板滑行当我们用 2 条、3 条同样的橡皮筋进行第 2 次、第 3 次实验时，每次橡皮筋拉的长度都保持一样，那么，第 2 次、第 3 次实验中橡皮筋对小车做的功就是第一次的 2 倍、3 倍如果把第一次实验时橡皮筋的功记为 W，以后各次的功就是 W、 由于橡皮筋做功而使小车获得的速度可以由纸带和打点计时器测出，也可以用其他的方法测出这样，进行若干次测量，就得到若干组功 10、和速度的数据。 实验方案二：探究功与质量、速度间定量关系实验装置如图 8 所示，实验器材有天平、气垫导轨、滑块沿导轨滑行时，滑块重力沿倾斜导轨方向的分力对滑块做功。 这一分力为 ，在滑块经过两光电门的过程中，这一分力所做的功为，式中 m 为滑块（连同遮光条）的质量，可用天平测出； h 为垫块的高度， L 为垫块与导轨接触点到导轨底端的距离， s 为两光电门间的距离，均可用刻度尺测出。 以 1、 据固定在滑块上的两遮光条的间距和由数字计时器显示的滑块经过光电门 可算出 m、 m( m(、 m( m(、 m(将实验数据分别代入以上各式，运用计算机辅助设备进行数据处理，即可发现功与质量、速度间的定量关系。 11、实验方案三：探究功与物体速度变化的关系ms ，实验器材有打点计时器、学生电源、导线、复写纸、钩码、刻度尺、纸带、于拉力做功而使小车获得的速度，可以由纸带和打点计时器测出，利用纸带就可以得出若干组速度和相应的功的数据。 在钩码质量 m 远小于小车质量 M 的情况下，可认为对小车的拉力 F=以拉力对小车做的功W 为纵坐标，小车获得的速度 v 为横坐标，作出 v W 曲线，从图象曲线可以得出 v 与 W 关系，作出 vW 图象后，可以看到 v W 图象不一定是直线，而可能是 Wv 2 ，计算各数据中 v 2 和相应的外力做功 W 的数值,然后作出 图象, 如果这样作出图象是一条直线,说明外力做功 W 12、与物体的速度的平方 正比, 即 W 三、验证机械能守恒定律实验方案一：落体法验证机械能守恒定律 实验装置如图 10 所示，所需实验器材有铁架台（带铁夹）、打点计时器、重物（带纸带夹子）、纸带数条、毫米刻度尺、学生电源等。 按图示装置，将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上并与学生电源（电压不超过 10 V）连接好；把纸带的一端用夹子固定在重物上，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手竖直提起纸带，使重物停靠在打点计时器附近；然后接通电源，待打点计时器打点稳定后再松开纸带，让重物自由落下，打点计时器在纸带上打下一系列的点；取下纸带，换上新的纸带重打几条（ 53条）两点间距离接近 2迹清晰且打点呈 13、一条直线的纸带进行测量，先记下第一个点的位置，再用刻度尺测出其余各计数点到第一个点间的距离 1h、 2、 3，再利用公式 12计算出各点对应的瞬时速度 1v、 2、 3；计算打各点时重力势能的减少量 ：打点计时器安装时，必须使两纸带限位空在同一竖直线上，以减小摩擦阻力；实验中，需保持提纸带的手不动，待接通电源，打点计时器工作稳定后再松开纸带让重物下落；选取纸带时，应本着点迹清晰且第 1、2 两点间距离接近 2样可以基本确定 0v，因为做自由落体运动的物体在前 的位移为2.(89121 ；测量下落高度时，须从起点量起，为了减少 取的各计数点应离起始点远一些，但也不宜过长，约 40可，并且要一次测量完；根据 2知只需验证 21否成立即可，所以本实验不需测量重物的质量即不需要天平；（6）大密度可以减小体积，可使空气阻力减小实验方案二：利用单摆探究机械能守恒定律实验装置如图 11（a）所示，让一个摆球由静止开始从 A 位置摆到 B 位置，若不考虑空气阻力，小球的机械能应该守恒，即 21 接测量摆球到达 B 点的速度 v 比较困难现让小球在 B 点处脱离悬线做平抛运动，利用平抛的特性来间接地测出 v如图。