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力学实验试题的类型与特点 1．对基本实验的创新与改造
对考试大纲规定的力学实验的基本类型进行改造与创新，就是对基本实验的原理、方法步骤、仪器器材、数据处理方法等环节进行改造与创新。而改造与创新的常用方法就是替换与简化。
例1．（2011年全国课标卷）利用图1所示的装置可测量滑块在斜面上运动的加速度。一斜面上安装有两个光电门，其中光电门乙固定在斜面上靠近底端处，光电门甲的位置可移动，当一带有遮光片的滑块自斜面上滑下时，与两个光电门都相连的计时器可以显示出遮光片从光电门甲至乙所用的时间t。改变光电门甲的位置进行多次测量，每次都使滑块从同一点由静止开始下滑，并用米尺测量甲、乙之间的距离s，记下相应的t值；所得数据如下表所示。
完成下列填空和作图：
（1）若滑块所受摩擦力为一常量，滑块加速度的大小a、滑块经过光电门乙时的瞬时速度vt测量值s和t四个物理量之间所满足的关系式是_______；
（2）根据表中给出的数据，在图2给出的坐标纸上画出
解析：（1）由于摩擦力恒定，因此滑块沿斜面的运动是匀加速直线运动，故有：
（2）由
【点评】本题是对“纸带法”测加速度这一测量加速度的基本实验的创新与改造。运用光电门代替了基本实验中的打点计时器，滑块重力沿斜面的分力代替了沙桶沙桶的重力，运用
2．分析实验数据得出实验结论
分析论证实验数据，得出实验结论，是物理实验的目的，是实验操作过程的最后一步。近年来的力学实验试题中，这也是一种常见的类型。数据处理，得出实验结果，最常用的方法就是依据实验原理建立与所测量有关的两个量之间的线性图象，利用图象的斜率、截距得出实验结果。
例2．（2010年江苏物理-11）为了探究受到空气阻力时，物体运动速度随时间的变化规律，某同学采用了“加速度与物体质量、物体受力关系”的实验装置（如图3所示）。实验时，平衡小车与木板之间的摩擦力后，在小车上安装一薄板，以增大空气对小车运动的阻力。
（1）往砝码盘中加入一小砝码，在释放小车__ __（填选“之前”或“之后”）接通打点计时器的电源，在纸带上打出一系列的点。
（2）从纸带上选取若干计数点进行测量，得出各计数点的时间t与速度v的数据如下表：
请根据实验数据作出小车的v-t图象。
（3）通过对实验结果的分析，该同学认为：随着运动速度的增加，小车所受的空气阻力将变大。你是否同意他的观点？请根据v-t图象简要阐述理由。
解析：本题以探究运动物体所受空气阻力与速度的关系实验为背景，考查对基本实验（探究加速度与力的关系）变通与创新的能力。
实验原理是牛顿第二定律。利用题中数据可建立v-t图象，由v-t图象可得到不同速度时的加速度，再由牛顿第二定律可得到不同速度时的空气阻力，这就可以直到空气阻力与速度的关系。
（1）由于纸带长度有限，为了能在有限长度的纸带上打出更多可用的点，应该先接通电源再释放纸带。
（2）合理选取坐标刻度，尽可能使图象“充满”坐标平面，利用题中所给数据描点连线，得到小车的v-t图象如图4所示。
（3）由小车的v-t图象可知，随小车速度的增大，其加速度（图象斜率）变小，由牛顿第二定律可知，小车所受合外力随速度增大而减小。由于小车所受拉力大小一定，摩擦力已平衡掉，所以合力减小必是由空气阻力增大引起的。所以，随着运动速度的增加，小车所受的空气阻力将变大。该同学的观点正确。
【点评】利用实验原理，建立线性图象，利用图象的性质、截距、斜率得出实验结果，既简单又精确。
3．实验方案的设计或论证
依据实验目的、实验原理，选择仪器器材，确定实验方案与操作步骤，是物理实验设计的基本思路，对初步设计的方案的科学性、可行性进行论证，进一步简化操作过程，提高实验精度，是实验成功的保证。
例3．（2010年安徽理综-21-Ⅲ）利用图5所示装置进行验证机械能守恒定律的实验时，需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度v和下落高度h。某班同学利用实验得到的纸带，设计了以下四种测量方案：
a．用刻度尺测出物体下落的高度h，并测出下落时间t。通过v=gt计算出瞬时速度v。
b．用刻度尺测出物体下落的高度h，并通过
c．根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度，等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度v，并通过
d．用刻度尺测出物体下落的高度h，根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度，等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度v。以上方案中只有一种正确，正确的是 。（填入相应的字母）
解析：由于重锤质量较大，可以忽略运动中的阻力（空气对重锤的阻力及纸带所受阻力），重锤的运动过程，满足机械能守恒的条件。为方便测量与计算，通常选落体开始时刻与其后打出某点的时刻这一过程作为研究对象，利用做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度，等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度v，可以计算出从落体开始到后一时刻重锤增加的动能。用刻度尺测出纸带上的第一点到所选后一点的距离，可以算出重锤减少的重力势能。由于不涉及弹性势能，若重锤增加的动能与减少的重力是能接近，就可证实在只有重力做功的情况下，机械能守恒。因此，正确的方案是d。
【点评】实验方案论证，一是考方案的科学性，要求实验原理符合相关物理规律；二是可行性，要求需要测量的物理量用实验提供的仪器器材能够测量出来；三是实验过程的简化，即实验的操作过程尽量使用较少的仪器器材、较少的操作步骤；四是实验的精度，即尽量减小测量误差。
4．仪器器材的选择及误差分析
依据实验原理，合理选择仪器器材，合理控制误差，保证一定的实验精度是物理实验的基本功。仪器器材的选择，一要操作与使用简单，二要保证仪器器材不损坏，三是保证一定的实验精度。误差的分析，一是误差的产生环节及产生原因剖析，二是如何减小和控制误差的方法与举措。
例4．（2010年全国课标卷-22）图5为验证机械能守恒定律的实验装置示意图。现有的器材为：带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重锤、天平。回答下列问题：
（1）为完成此实验，除了所给的器材，还需要的器材有 。（填入正确选项前的字母）
A．米尺；B．秒表； C．0~12V的直流电源 D．0~12V的交流电源
（2）实验中误差产生的原因有 。（写出两个原因）
解析：（1）由于是利用“纸带法”测速度，实验器材中，缺少的是低压交流电源。本题选D。
（2）在不涉及弹性是能的情况下，机械能守恒的条件是只有重力做功。本实验中由于空气阻及纸带所受阻力均做功，重锤减少的重力势能大于增加的动能，使二者不严格相等。实验要求打点时刻与落体开始时刻吻合，操作中两时刻不严格吻合，也会带来误差。在用刻度处测量纸带上相应点间的距离时，也会出现误差。因此实验出现误差的主要原因有：重锤及纸带的阻力，落体开始时刻与打点开始时刻不吻合，刻度尺测距离的误差。
【点评】选择仪器器材的依据是实验原理及试题中的相关提示信息；误差产生的分析，一是依据实验原理，二是实验步骤。 2013-03- |
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