力学点迹类实验复习专题

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  起来考虑,可以求出合外力做的功;如果把打点计时器置于竖直方向使用,则可以得到重力势能的变化量或动能的变化量;用Δs=aT2可以应用于许多物理题的解答,如局部的闪光照片记录的自由落体运动、平抛运动,许多有“等时间间隔”的匀变速问题等。 2013年全国12套理综卷中,涉及打点计时器点迹类问题的就有7套卷。
  一、点迹类实验复习方略
  所谓“纲举目张”,有关打点计时器点迹类实验虽多,在复习时,我们如以“研究匀变速直线运动”为龙头,一条线下来可以将几个实验(大纲中规定的“验证牛顿运动定律”“探究动能定理”“验证机械能守恒定律”以及近年高考经常出现的“测定动摩擦因数”)串起来,这样五个实验对比复习,可以提高复习效率,更能使各部分内容融会贯通。
  二、点迹类实验复习要点
  1. 熟练掌握打点计时器的使用方法
  (1)作用:计时仪器,每隔0.02 s打一次点。如果共有n个点,则纸带的运动时间Δt=(n-1)×0.02 s。
  (2)工作条件
  (3)可以利用纸带上打出的点来确定计数点间的时间间隔。
  2. 处理纸带点迹的关键
  (1)对于以纸带为纽带的问题,首先由不同计数点(或计时点)间的长度变化明确纸带所对应的物体的运动特点,再利用相应公式进行计算。
  (2)对于匀变速直线运动求瞬时速度的方法:中间时刻的瞬时速度等于这一段时间的平均速度即vB=AC。
  (3)求加速度的方法:逐差法。注意若为偶数个距离段(以6个距离段为例),则将整个位移分为两
  点评:本题所用到的实验装置在力学实验中频繁出现,而平衡摩擦力、由纸带的数据求瞬时速度这样的问题,也并非“探究恒力做功与动能改变的关系”这个实验所独有。不同的实验之间有许多联系,尤其大知识领域内的实验,相似之处就更多。由此,在我们的复习阶段,用一种装置,复习若干种实验方法,将多个实验对比复习,可以大大提高复习效率。
  【例2】(2013浙江高考理综)如图所示,装置甲中挂有小桶的细线绕过定滑轮,固定在小车上;装置乙中橡皮筋的一端固定在导轨的左端,另一端系在小车上。一同学用装置甲和乙分别进行实验,经正确操作获得两条纸带①和②,纸带上的a、b、c……均为打点计时器打出的点。
  (3)纸带①在连续相等的时间内运动的位移差是恒量,做匀加速直线运动,因此纸带①为用装置甲实验所得;纸带②在连续相等的时间内运动的位移差不是恒量,并且最后做匀速直线运动,因此纸带②为用装置乙实验所得。
  三、创新型点迹类实验的应试策略
  近年来高考特别重视考查学生的实验迁移能力,出现对大纲规定的实验加以拓展创新的试题。这类实验其原理不会超过中学物理基本知识的范围,所用的实验仪器和实验方法通常也是大纲规定实验中所介绍的。要想拿下这样的题目,以下两点是关键:
  首先,必须加强实际操作能力的训练 。物理实验的首要特点是实践性。不亲自动手做实验,往往很难发现问题,很难真正理解问题。要尽量自己动手做实验,做到:对每个实验都要清楚实验所依据的物理规律是什么,要测量哪些物理量,如何操作等。不仅要懂得每一步的操作,而且要理解为什么进行这一步操作,哪些操作可以替代,哪些操作顺序可以颠倒等等。
  其次,在遇到这样的实验题时,首先要依据题目提供的信息,判断是否能从大纲中规定的实验中迁移过来,分析已学的实验和所给题目中内容有何相同和不同,怎样利用相同的地方,怎样解决不同的地方。
  (4)如果细线不水平,这不是实验过程中的偶然因素,引起的实验误差不属于偶然误差,是系统误差。
  点评:(1)匀变速直线运动的规律及涉及加速度的推论,都可作为测加速度的实验原理。纸带法、光电门法是测速度的两种常用方法。(2)动摩擦因数的测量是高考命题的热点和重点,不管是水平面上物体运动还是斜面上物体运动产生的摩擦力,甚至是物体冲上斜面后再次滑下,从力学角度看,都可以利用牛顿运动定律求出摩擦力进而求出动摩擦因数。当然,有的问题中会涉及图象问题,更有实验题会利用运动图象分析摩擦阻力随速度的变化关系。从能量角度看,摩擦力的介入引起理想化实验的误差,还可以设计摩擦生热等问题的计算,所以领悟力学创新实验思路,从力、能、图象几个角度深度挖掘,则难题可破。
  【例4】(2013高考江苏物理)某兴趣小组利用自由落体运动测定重力加速度,实验装置如图所示。 倾斜的球槽中放有若干个小铁球,闭合开关K,电磁铁吸住第1个小球。 手动敲击弹性金属片M,M与触头瞬间分开,第1个小球开始下落,M迅速恢复,电磁铁又吸住第2个小球。 当第1个小球撞击M时,M与触头分开,第2个小球开始下落…… 这样,就可测出多个小球下落的总时间。
  点评:本题考查“用自由落体运动测定重力加速度”实验的实验步骤、数据处理和误差分析。难度:中等。其中第(4)步误差分析比较新颖,在高考中没有怎么考过,是创新。
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