高中物理学习材料
（马鸣风萧萧**整理制作）
力学创新实验
1.（7分）（2013全国新课标理综1第22题）
图(a)为测量物块与水平桌面之间动摩擦因数的实验装置示意图。实验步骤如下:
①用天平测量物块和遮光片的总质量M.重物的质量m；用游标卡尺测量遮光片的宽度d;用米尺测最两光电门之间的
距离s；
②调整轻滑轮，使细线水
平；
③让物块从光电门A的左
侧由静止释放，用数字毫秒计分别测出遮光片经过光电门A和光电门B所用的时间△t A和△t B,求出加速度a；
④多次重复步骤③，求a的平均值a；
⑤根据上述实验数据求出动擦因数μ。
回答下列为题：
(1) 测量d时，某次游标卡尺(主尺的最小分度为1mm)的示如图（b）所示。其读数为 cm （2）物块的加速度a可用d、s、△t A,和△t B,表示为a=
(3) 动摩擦因数μ可用M、m、a和重力加速度g表示为μ=
（4）如果细线没有调整到水平.由此引起的误差属于 （填“偶然误差”或”系统误差” ） 答案：(1)0.960(2) s 21[(B
t d ?)2-(A t d ?)2] (3) ()Mg
a m M mg +- (4) 系统误差 2．（12分）（2013全国高考大纲版理综第23题）测量小物块Q 与平板P 之间的动摩擦因数的实验装置如图所示。AB 是半径足够大的、光滑的四分之一圆
弧轨道，与水平固定放置的P 板的上表面BC 在B 点相切，C 点
在水平地面的垂直投影为C ′。重力加速度为g 。实验步骤如下：
①用天平称出物块Q 的质量m ；
②测量出轨道AB 的半径R 、BC 的长度L 和CC /的高度h ；
③将物块Q 在A 点由静止释放，在物块Q 落地处标记其落地
点D ；
④重复步骤③，共做10次；
⑤将10个落地点用一个尽量小的圆围住，用米尺测量圆心到C ′的距离s 。
（1）用实验中的测量量表示：
（ⅰ）物块Q 到达B 点时的动能E kB ＝__________；
（ⅱ）物块Q 到达C 点时的动能E kC ＝__________；
（ⅲ）在物块Q 从B 运动到C 的过程中，物块Q 克服摩擦力做的功W f ＝__________； （ⅳ）物块Q 与平板P 之间的动摩擦因数μ＝__________。
（2）回答下列问题：
（ⅰ）实验步骤④⑤的目的是 。
（ii ）已知实验测得的μ值比实际值偏大，其原因除了实验中测量量的误差之外，其它的可能是 （写出一个可能的原因即可）
2．（12分）答案： （1）（每空2分）（ⅰ）mgR （ⅱ）24mgs h （ⅲ）mgR -24mgs h （ⅳ）2
4R s L hL
- （2）减小实验结果的误差（2分） 圆弧轨道存在摩擦（或接缝B 处不平滑等）（2分）
3. （2013全国新课标理综II 第22题）（8分）某同
学利用下述装置对轻质弹簧的弹性势能进行探究：一
A Q
B P
C C ′
D R L
轻质弹簧放置在光滑水平桌面上，弹簧左端固定，右端与一小球接触而不固连；弹簧处于原长时，小球恰好桌面边缘，如图（a）所示。向左推小球，使弹簧压缩一段距离后由静止释放；小球离开桌面后落到水平地面。通过测量和计算。可求得弹簧被压缩后的弹性势能。回答下列问题：
（1）本实验中可认为，弹簧被压缩后的弹性势能Ep与小球抛出时的动能E k相等。已知重力加速度大小为g。为求得E k，至少需要测量下列物理量中的（填正确答案标号）。A．小球的质量
B．小球抛出点到落地点的水平距离s
C．桌面到地面的高度h
D．弹簧的压缩量△x
E．弹簧原长l0
（2）用所选取的测量量和已知量表示E k，得E k= 。
（3）图（b）中的直线是实验测量得到的s--△x图线。从
理论上可推出，如果h不变，m增加，s--△x图线的斜率会
（填“增大”、“减小”或“不变”）。如果m不变，h增加，
s--△x图线的斜率会（填“增大”、“减小”或“不变”）。由图（b）中给出的直线关系和E k的表达式可知，Ep与△x的次方成正比。
【答案】（1）ABC(3分)（2）
2
4
mgs
h
（2分)
（3）减小（1分) 增大（1分)2（1分)
金属材料拉伸试验22107 第8周_星期二_第7--8节 金属材料压缩试验，金属材料扭转试验22107 第10周_星期一_第5--6节 梁弯曲正应力实验22214 第11周_星期一_第5--6节 实验一拉伸试验 一、概述 拉伸试验是材料力学性能测试最基本、最常用的试验之一，它通过对各种材料在常温、静载、轴向受力状况下的拉伸破坏，测出材料相应的力学性能指标，这些指标是进行工程设计选材以及鉴定工程材料强度的主要依据。金属材料的拉伸试验依据国家标准GB228-2002执行。本试验采用低碳钢和铸铁作为塑性材料和脆性材料的代表，进行破坏性试验。 二、实验目的 1．测定低碳钢的下屈服点（屈服强度）R el 、抗拉强度R m、断后伸长率A11.3和断面收缩率Z； 2．测定铸铁的抗拉强度R m； 3．观察低碳钢和铸铁在拉伸过程中的各种现象； 4．掌握万能材料试验机自动测试系统的操作方法。 三、实验设备 1．液压式万能材料试验机 2．试件划线机 3．游标卡尺 4．计算机+智能变送器+材料性能测试系统 四、试件制备 试件的尺寸和形状对试验结果有影响，为了避免这种影响，使得所测各种材料的机械性能结果具有可比性，国家标准（GB228-2002）《金属材料室温拉伸试验方法》对试件尺寸和形状的加工制作有统一规定。 拉伸试样一般采用圆棒形和板形两种形式。每个试样由三部分组成，即夹持部分、过渡部分和工作（平行长度）部分。（见图1） 图1常见拉伸试样 工作部分必须保持光滑均匀以确保材料表面的单向应力状态，均匀部分的有效工作长度L0称为标距。d0、S0夹表示工作部分的直径和截面积。过度部分必须有适当的圆弧过度并光滑，以降低应力集中，保证实验过程中该处不会断裂。夾持部分用以传递荷载，其形状和尺寸应与试验机钳口相匹配。平行部分长度对圆形试样不小于L0+d0，对矩形试样不小于L0+b0/2。 试验中如果因原材料尺寸或其他原因不能采用标准试样时，可选用比例试样或定标距试
弯曲正应力公式的验证 组长：冯文超 13010428 组员：高振洲13010402 贾庆同13010404 实验背景：梁作为一种建筑中常见的支撑机构，对它的研究对于人们的生活安全和质量有着极其重要的意义，而对平面弯曲时梁横截面上的正应力的分布研究更是重重之重。自然而然弯曲正应力公式对于梁的研究是不可获缺的一部分。 实验目的：测定纯弯曲时梁横截面上正应力的分布，并与理论值进行比较，验证弯曲正应力公式。 实验内容：本实验采用双点弯曲实验，加载后，两点之间发生纯弯曲。 贴片方案：梁的高度为h，宽度b，跨度为4L，接桥方式为半桥单臂、构件外补偿的方式： 加载方案：采用增量法加载，即每级载荷下测定五点的应变值，每级载荷400N（每边200N） 理论计算：根据贴片方可知，梁的C-D断之间在荷载作用下将发生纯弯曲变形。由弯曲正
应力公式z I MY i =理论σ，可以得到梁不同高度的理论值。梁的弯矩图如下： 在荷载作用下，通过应变仪测出C-D 断横截面上不同高度处各点的应变值、由胡克定律可得： ιιεσE =实 即可求出各点处的实验应力值. 数据处理: 数据表格如下： z i I MY i =理论σ ιιεσE =实 绘出理论ισ与实ισ的应力分布图及误差计算：
误差计算:%100?-=理论 实理论σσσi e 预期目标：在误差允许范围内，理论值与实际值相等。 实验中可能存在的问题： 误差产生的可能原因：电阻应变片的精度、使用时调零和标定不准确，载荷显示误差，尺寸测量误差，材料特性误差。 实验中弯曲正应力的大小是否受材料弹性模量E 的影响。 实验对应变片的栅长有无要求。
力学实验创新试题的解题策略 成都双流中学（610200）黎国胜 学宛新报 物理实验是高考的必考内容，一般考查学生对基本仪器的使用、实验过程是否了解、实验原理的掌握、数据处理方法、误差分析。经过若干年的演变，实验试题的分值、试题模式已基本固定。 但是历年来学生在实验方面失分较多，特别是近年出现的创新型实验试题得分率更低。实验创新型试题从不同内容、不同层次、不同角度全方位考查考生的实验能力，较好地区分和鉴别了学生的实验能力，成为试卷的难点和亮点。 实验创新型试题不是无本之木、无源之水，更不是天上的云——来无影、去无踪。相反，它必源于教材但又高于教材。经过初步分析，我把实验创新型试题划分为四大类：实验原理创新型、测量方法创新型、数据处理创新型、新型器件(测试)创新型。不管是哪一类创新型实验试题，都能在教材中找到其原形。因此，要解答这类创新型实验试题，一是要深刻理解教材实验的原理、数据处理的典型方法，对常用仪器、仪表的使用要了然于胸。二是要培养迁移能力，在反复阅读创新型实验试题后，要能在大脑中快速检索出对应的教材实验，比较二者的异同，在试题与学过的教材实验之间建立起联系，把教材实验的原理迁移到新试题中。解题步骤就是：理解题意、联系教材、比较异同、寻找规律、正确解答。 例1：图1是“研究匀变速直线 运动”实验中获得的一条纸带，O、 A、B、C、D和E为纸带上六个计数 点。加速度大小用a表示 ①OD间的距离为cm ②图2是根据实验数据绘出的s—t2图线（s为各计数点至同一起点的距离），斜率表示，其大小为m/s2(保留三位有效数字)。 解析：阅读试题，迅速与教材实验建立联系，比较异同。同的部分，把教材实验的方法拿过来就用的；异的部分则需要搜寻物理规律，根据物理规律、实验目的进行分析。 本题所叙述的实验“用打点计时器研究匀变速直线运动”显然是教材实验，第（1）问的考查内容却是长度的测量，根据刻度尽的读数规则要估读一位，因此读出12mm，再估读一位0，所以结果应是1.20cm。
第1讲 力学实验及创新 A 组 基础能力练 1．(2020·四省名校二次大联考)某同学利用如图甲所示装置研究匀变速直线运动规律．某次实验通过电磁打点计时器打出纸带的一部分如图乙所示，图中A 、B 、C 、D 、E 为相邻的计数点，每两个相邻计数点间有4个计时点没有画出，打点计时器所接交流电源频率为50 Hz.分别测出A 点到B 、C 、D 、E 点之间的距离，x 1、x 2、x 3、x 4，以打A 点作为计时起点，算出小车位移与对应运动时间的比值x t ，并作出x t －t 图像如图丙所示． (1)实验中下列措施必要的是_C__(填正确答案标号) A ．打点计时器接220 V 交流电源 B ．平衡小车与长木板间的摩擦力 C ．细线必须与长木板平行 D ．小车的质量远大于钩码的质量 (2)由图丙中图像求出小车加速度a ＝_5.0__m/s 2 ，打A 点时小车的速度v A ＝_0.40__m/s.(结果均保留两位有效数字) 【解析】 (1)电磁打点计时器接8 V 左右交流电源，选项A 错误；实验时不需要平衡小车与长木板间的摩擦力，选项B 错误；细线必须与长木板平行，选项C 正确；实验中小车做匀加速运动即可，没必要小车的质量远大于钩码的质量，选项D 错误；故选C ．(2)根据x ＝v 0t ＋12at 2可得x t ＝v 0＋12at ，由图像可知：v 0＝v A ＝0.4 m/s ；a ＝2k ＝2×1.4－0.40.4 m/s 2＝5.0 m/s 2 2．(2020·江苏质量检测)在“验证力的平行四边形定则”的实验中，需要将橡皮条的一端固定在水平木板上，另一端系上两根细绳，细绳的另一端都有绳套(如图所示)．实验中需用两个弹簧测力计分别钩住绳套，并互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O . (1)某同学在做该实验时认为：其中正确的是( ABC )
高中物理中的力学实验与创新 高考对学生力学实验的考查，主要有以下十一个实验：①研究匀变速直线运动；②探究弹力和弹簧伸长量的关系；③验证力的平行四边形定则；④验证牛顿第二定律；⑤探究做功和物体速度变化的关系； ⑥验证机械能守恒定律；⑦测定金属丝的电阻率(同时练习使用螺旋测微器)；⑧描绘小灯泡的伏安特性曲线；⑨测定电源的电动势和内阻；⑩练习使用多用电表；?传感器的简单使用． 高考除了对课本中原有的学生实验进行考查外，还增加了对演示实验的考查，利用学生所学过的知识，对实验器材或实验方法加以重组，来完成新的实验设计．设计型实验将逐步取代对课本中原有的单纯学生实验的考查． 力学试验的解题策略在于：1.熟知各种器材的特性.2.熟悉课本实验，抓住实验的灵魂——实验原理，掌握数据处理的方法，熟知两类误差分析． 一、力学试验解析： 1、游标卡尺和螺旋测微器的读数 【例1】用游标卡尺测得某样品的长度如图1甲所示，其读数L＝________mm；用螺旋测微器测得该样品的外边长a如图乙所示，其读数a＝________mm. 图1
解析：根据游标卡尺的读数方法，读数为20 mm＋3×0.05 mm ＝20.15 mm.根据螺旋测微器的读数方法，读数为 1.5 mm＋23.0×0.01 mm＝1.730 mm. 答案20.15 1.730 【题后反思】1.游标卡尺的读数方法：由主尺读出整毫米数l0，从游标尺上读出与主尺上某一刻度对齐的格数n，则测量值(mm)＝(l0＋n×精确度) mm.注意：(1)游标卡尺的精确度一般为游标尺上总刻度数的倒数．(2)游标卡尺不需要估读． 2．螺旋测微器的读数方法：测量值(mm)＝固定刻度指示的毫米数(注意半毫米刻度线是否露出)＋可动刻度上与固定刻度基线所对的刻度值(注意刻度值要估读一位)×0.01 mm. 【强化训练1】(1)用螺旋测微器测量一小球的直径，结果如图2甲所示，则小球的直径d＝________ mm. 图2 (2)知识的迁移能力是非常重要的，应用螺旋测微器的原理，解决下面的问题：在一些用来测量角度的仪器上，有一个可转动的圆盘，圆盘的边缘标有角度刻度．为了较准确地测量出圆盘转动的角度，在圆盘外侧有一个固定不动的游标，上面共有10个分度，对应的总角度为9度．如图乙中画出了游标和圆盘的一部分．读出此时圆盘的零刻度线相对于游标零刻度线转过的角度为________度． 答案(1)10.975 (2)20.6 解析：(1)螺旋测微器主尺读数为10.5 mm，可动刻度一共50
1. 如图所示,用铁架台、弹簧和多个质量均为m的钩码探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系． (1)为完成实验,还需要的实验器材有:_________________________________． (2)实验中需要测量的物理量有:________________________________． (3)为完成该实验,设计实验步骤如下: A．以弹簧伸长量为横坐标,以弹力为纵坐标,描出各组(x,F)对应的点,并用平滑的曲线连接起来； B．记下弹簧不挂钩码时其下端在刻度尺上的刻度l0； C．将铁架台固定于桌子上,并将弹簧的一端系于横梁上,在弹簧附近竖直固定一把刻度尺； D．依次在弹簧下端挂上1个、2个、3个、4个……钩码,并分别记下钩码静止时弹簧下端所对应的刻度,并记录在表格内,然后取下钩码； E．以弹簧伸长量为自变量,写出弹力与伸长量的关系式．首先尝试写成一次函数,如果不行,则考虑二次函数； F．解释函数表达式中常数的物理意义； G．整理仪器． 请将以上步骤按操作的先后顺序排列出来:________________________________________________________________________. 解析:(1)根据实验原理可知还需要刻度尺来测量弹簧原长和伸长量； (2)根据实验原理,实验中需要测量的物理量有弹簧的原长、弹簧所受外力与对应的伸长量(或与弹簧对应的长度)； (3)根据完成实验的合理性可知先后顺序为CBDAEFG. 答案:(1)刻度尺(2)弹簧原长、弹簧所受外力与对应的伸长量(或与弹簧对应的长度) (3)CBDAEFG 2．在做“研究匀变速直线运动”的实验时,某同学得到一条用打点计时器打下的纸带,如图所示,并在其上取了A、B、C、D、E、F、G共7个计数点,图中每相邻两个计数点间还有4个点没有画出,打点计时器接频率f＝50 Hz的交流电源． (1)打下E点时纸带的速度v E＝________(用给定字母表示)； (2)若测得d6＝65.00 cm,d3＝19.00 cm,物体的加速度a＝________ m/s2；
第二讲 力学创新实验 ——课前自测诊断卷 考点一 实验情景的设计与创新 1.[考查重力加速度的测量] (2018·江苏高考)某同学利用如图所示的实验装置来测量重力加速度g 。细绳跨过固定在铁架台上的轻质滑轮，两端各悬挂一只质量为M 的重锤。实验操作 如下： ①用米尺量出重锤1底端距地面的高度H ； ②在重锤1上加上质量为m 的小钩码； ③左手将重锤2压在地面上，保持系统静止。释放重锤2，同时右手开启秒表，在重锤1落地时停止计时，记录下落时间； ④重复测量3次下落时间，取其平均值作为测量值t 。 请回答下列问题： (1)步骤④可以减小对下落时间t 测量的________(选填“偶然”或“系统”)误差。 (2)实验要求小钩码的质量m 要比重锤的质量M 小很多，主要是为了________。 A ．使H 测得更准确 B ．使重锤1下落的时间长一些 C ．使系统的总质量近似等于2M D ．使细绳的拉力与小钩码的重力近似相等 (3)滑轮的摩擦阻力会引起实验误差。现提供一些橡皮泥用于减小该误差，可以怎么做？ (4)使用橡皮泥改进实验后，重新进行实验测量，并测出所用橡皮泥的质量为m 0。用实验中测量的量和已知量表示g ，得g ＝____________________。 解析：(1)对同一物理量多次测量取平均值的目的是减小偶然误差。 (2)设系统运动的加速度为a ，则根据牛顿第二定律得 mg ＝(2M ＋m )a ，即a ＝ mg 2M ＋m ，而H ＝12 at 2 ，在H 一定时，a 越小，则t 越长，这时测量时间t 的误差越小。因此实验要求小钩码的质量m 要比重锤的质量M 小很多，主要是为了使重锤1下落的时间长一些，选项B 正确。 (3)可利用橡皮泥平衡摩擦阻力，其方法为在重锤1上粘上橡皮泥，调整橡皮泥的质量直至轻拉重锤1能观察到其匀速下落。 (4)根据牛顿第二定律得mg ＝(2M ＋m ＋m 0)·a ，又H ＝12 at 2，解得g ＝ 2 2M ＋m ＋m 0H mt 2 。 答案：(1)偶然 (2)B (3)在重锤1上粘上橡皮泥，调整橡皮泥质量直至轻拉重锤1能观察到其匀速下落。 (4)22M ＋m ＋m 0H mt 2 2．[利用气垫导轨装置探究动能定理和验证机械能守恒定律] (2019·南京、盐城三模)如图甲所示，气垫导轨上质量为M 的滑块通过轻质细绳绕过滑轮与质量为m 的钩码相连，绳子的悬挂点与拉力传感器相连，遮光条宽度为d 。气源开通后，滑块在绳子拉力的作用下由静止释放，遮光条通过
材料力学创新组合实验台技术要求精编 Document number：WTT-LKK-GBB-08921-EIGG-22986
材料力学创新组合实验台技术要求 一、基本实验功能 组合实验台要求完成以下7种基本实验： 1.纯弯曲梁横截面上正应力的分布规律实验； 2.电阻应变片灵敏系数的标定； 3.材料弹性模量E，泊松比μ的测定； 4.偏心拉伸实验； 5.弯扭组合受力分析； 6.悬臂梁实验； 7.压杆稳定实验。 二、创新组合实验装置 创新组合实验装置主要以两个置于滑轨上可以推拉固定的直角刚架为基本构件，其下部为可伸缩固定的梁杆，其中一个要求配备等强度梁备件。两个梁杆拉出工作时，套筒内部分能够紧固，端部可以对接嵌套在一起。两侧立柱可以搭接其它构件构成不同的组合结构。 （1）两个构件的两侧固定于滑轨上，能在立柱上搭接数种悬臂桁架，模拟雨篷等悬臂结构。此时为加载方便，可将梁杆推进套筒内（见图1）。
图1 平面桁架1构型图2 平面桁架2构型 图3 平面桁架3构型
（2）为提高悬臂桁架的承载能力，减小变形，在上部加斜拉杆，即变成超静定悬臂桁架（见图2）。 （3）将两个悬臂桁架对接在一起，可做出数种构型的超静定桁架，模拟屋架结构；若在上方再增加斜杆，可提高屋架刚度，增加超静次数。（见图3）。 （4）将两个构件的两侧链杆约束去掉，上部加一横杆，下部横杆拉出，且在自由端加下向荷载时，可构造出刚架与压杆的组合结构，可进行上部压杆，两侧和下部横杆弯曲试验观测（见图4）。 图4 刚架与压杆组合1
图5刚架与压杆组合2 （5）将两个构件的横杆嵌套在一起，上部加横杆，下部中间加垂直荷载，可构造出超静定刚架与压杆的组合（见图5） 三、技术要求 1．加载：实验台采用蜗杆机构以螺旋千斤进行加载，经传感器由力应变综合参数测试仪测力部分测出力的大小。 主要技术指标： （1）试件最大作用载荷8kN； （2）加载机构作用行程50mm； （3）手轮加载转矩0～； （4）加载速度0.12mm/转（手轮）； 要求荷载数码显示，具有过载保护功能。 2．应变测量 各杆件受力变形采用32节点7窗显示静态电阻应变仪测量，其中1窗显示荷载，6窗显示6个单点应变。 主要技术指标：
高中物理学习材料 （马鸣风萧萧**整理制作） 力学创新实验 1.（7分）（2013全国新课标理综1第22题） 图(a)为测量物块与水平桌面之间动摩擦因数的实验装置示意图。实验步骤如下: ①用天平测量物块和遮光片的总质量M.重物的质量m；用游标卡尺测量遮光片的宽度d;用米尺测最两光电门之间的 距离s； ②调整轻滑轮，使细线水 平； ③让物块从光电门A的左 侧由静止释放，用数字毫秒计分别测出遮光片经过光电门A和光电门B所用的时间△t A和△t B,求出加速度a； ④多次重复步骤③，求a的平均值a； ⑤根据上述实验数据求出动擦因数μ。 回答下列为题： (1) 测量d时，某次游标卡尺(主尺的最小分度为1mm)的示如图（b）所示。其读数为 cm （2）物块的加速度a可用d、s、△t A,和△t B,表示为a= (3) 动摩擦因数μ可用M、m、a和重力加速度g表示为μ=
（4）如果细线没有调整到水平.由此引起的误差属于 （填“偶然误差”或”系统误差” ） 答案：(1)0.960(2) s 21[(B t d ?)2-(A t d ?)2] (3) ()Mg a m M mg +- (4) 系统误差 2．（12分）（2013全国高考大纲版理综第23题）测量小物块Q 与平板P 之间的动摩擦因数的实验装置如图所示。AB 是半径足够大的、光滑的四分之一圆 弧轨道，与水平固定放置的P 板的上表面BC 在B 点相切，C 点 在水平地面的垂直投影为C ′。重力加速度为g 。实验步骤如下： ①用天平称出物块Q 的质量m ； ②测量出轨道AB 的半径R 、BC 的长度L 和CC /的高度h ； ③将物块Q 在A 点由静止释放，在物块Q 落地处标记其落地 点D ； ④重复步骤③，共做10次； ⑤将10个落地点用一个尽量小的圆围住，用米尺测量圆心到C ′的距离s 。 （1）用实验中的测量量表示： （ⅰ）物块Q 到达B 点时的动能E kB ＝__________； （ⅱ）物块Q 到达C 点时的动能E kC ＝__________； （ⅲ）在物块Q 从B 运动到C 的过程中，物块Q 克服摩擦力做的功W f ＝__________； （ⅳ）物块Q 与平板P 之间的动摩擦因数μ＝__________。 （2）回答下列问题： （ⅰ）实验步骤④⑤的目的是 。 （ii ）已知实验测得的μ值比实际值偏大，其原因除了实验中测量量的误差之外，其它的可能是 （写出一个可能的原因即可） 2．（12分）答案： （1）（每空2分）（ⅰ）mgR （ⅱ）24mgs h （ⅲ）mgR -24mgs h （ⅳ）2 4R s L hL - （2）减小实验结果的误差（2分） 圆弧轨道存在摩擦（或接缝B 处不平滑等）（2分） 3. （2013全国新课标理综II 第22题）（8分）某同 学利用下述装置对轻质弹簧的弹性势能进行探究：一 A Q B P C C ′ D R L
专题十五 力学创新实验 1.（7分）（2013全国新课标理综1第22题） 图(a)为测量物块与水平桌面之间动摩擦因数的实验装置示意图。实验步骤如下: ①用天平测量物块和遮光片的总质量M.重物的质量m ；用游标卡尺测量遮光片的宽度 d;用米尺测最两光电门之间的距离s ； ②调整轻滑轮，使细线水平； ③让物块从光电门A 的左侧由静止释放，用数字毫秒计分别测出遮光片经过光电门A 和光电门B 所用的时间△t A 和△t B ,求出加速度a ； ④多次重复步骤③，求a 的平均值a ； ⑤根据上述实验数据求出动擦因数μ。 回答下列为题： (1) 测量d 时，某次游标卡尺(主尺的最小分度为1mm)的示如图（b ）所示。其读数为 cm （2）物块的加速度a 可用d 、s 、△t A ,和△t B,表示为a= (3) 动摩擦因数μ可用M 、m 、a 和重力加速度g 表示为μ= （4）如果细线没有调整到水平.由此引起的误差属于 （填“偶然误差”或”系统误差” ） 答案：(1)0.960(2) s 21 [(B t d ?)2-(A t d ?)2] (3) ()Mg a m M mg +- (4) 系统误差 解析：遮光片经过光电门A 和光电门B 的速度分别为：v A = A t d ?，v B =B t d ?..。由v B 2 - v A 2=2as ，可得a= s 21 [(B t d ?)2-(A t d ?)2].由牛顿第二定律，mg-μMg=(M+m) a ，解得μ
= ()Mg a m M mg +-。 2．（12分）（2013全国高考大纲版理综第23题）测量小物块Q 与平板P 之间的动摩擦因数的实验装置如图所示。AB 是半径足够大的、光滑的四分之一圆弧轨道， 与水平固定放置的P 板的上表面BC 在B 点相切，C 点在水平地面的垂直投影为C ′。重力加速度为g 。实验步骤如下： ①用天平称出物块Q 的质量m ； ②测量出轨道AB 的半径R 、BC 的长度L 和CC / 的高度h ； ③将物块Q 在A 点由静止释放，在物块Q 落地处标记其落地点D ； ④重复步骤③，共做10次； ⑤将10个落地点用一个尽量小的圆围住，用米尺测量圆心到C ′的距离s 。 （1）用实验中的测量量表示： （ⅰ）物块Q 到达B 点时的动能E kB ＝__________； （ⅱ）物块Q 到达C 点时的动能E kC ＝__________； （ⅲ）在物块Q 从B 运动到C 的过程中，物块Q 克服摩擦力做的功W f ＝__________； （ⅳ）物块Q 与平板P 之间的动摩擦因数μ＝__________。 （2）回答下列问题： （ⅰ）实验步骤④⑤的目的是 。 （ii ）已知实验测得的μ值比实际值偏大，其原因除了实验中测量量的误差之外，其它的可能是 （写出一个可能的原因即可） 2．（12分）答案： （1）（每空2分）（ⅰ）mgR （ⅱ）24mgs h （ⅲ）mgR -24mgs h （ⅳ） 2 4R s L hL - （2）减小实验结果的误差（2分） 圆弧轨道存在摩擦（或接缝B 处不平滑等）（2分） 解析：（1）由机械能守恒定律，物块Q 到达B 点时的动能E kB ＝mgR ；由平抛运动规律，可
力学实验基础与创新 附答案及解析 1.(2018·全国卷Ⅰ)如图(a)，一弹簧上端固定在支架顶端，下端悬挂一托盘；一标尺由游标和主尺构成，主尺竖直固定在弹簧左边；托盘上方固定有一能与游标刻度线准确对齐的装置，简化为图中的指针． 现要测量图(a)中弹簧的劲度系数．当托盘内没有砝码时，移动游标，使其零刻度线对准指针，此时标尺读数为1.950 cm ；当托盘内放有质量为0.100 kg 的砝码时，移动游标，再次使其零刻度线对准指针，标尺示数如图(b)所示，其读数为____________cm.当地的重力加速度大小g 取9.80 m/s 2，此弹簧的劲度系数为____________N/m(保留3位有效数字)． 解析 标尺的游标为20分度，精确度为0.05 mm ，游标的第15个刻度与主尺刻度对齐，则读数为37 mm ＋15×0.05 mm＝37.75 mm ＝3.775 cm ． 弹簧形变量x ＝(3.775－1.950) cm ＝1.825 cm ， 砝码平衡时，mg ＝kx ， 所以劲度系数k ＝mg x ＝ 0.100×9.801.825×10－2 N/m≈53.7 N/m.(保留3位有效数字) 答案 3.775 53.7 2．(2017·全国卷Ⅲ)某探究小组做“验证力的平行四边形定则”实验，将画有坐标轴(横轴为x 轴，纵轴为y 轴，最小刻度表示1 mm)的纸贴在桌面上，如图(a)所示．将橡皮筋的一端Q 固定在y 轴上的B 点(位于图示部分之外)，另一端P 位于y 轴上的A 点时，橡皮筋处于原长． (1)用一只测力计将橡皮筋的P 端沿y 轴从A 点拉至坐标原点O .此时拉力F 的大小可由测力计读出．测力计的示数如图(b)所示，F 的大小为____________ N ． (2)撤去(1)中的拉力，橡皮筋P 端回到A 点，现使用两个测力计同时拉橡皮筋，再次将P 端拉至O 点．此时观察到两个拉力分别沿图(a)中两条虚线所示的方向，由测力计的示数读出两个拉力的大小分别为F 1＝4.2 N 和F 2＝5.6 N ． (ⅰ)用5 mm 长度的线段表示1 N 的力，以O 点为作用点，在图(a)中画出力F 1、F 2的图示，然后按平行四边形定则画出它们的合力F 合；
专题十五、力学创新实验 1.（7分）（2013全国新课标理综1第22题） 图(a)为测量物块与水平桌面之间动摩擦因数的实验装置示意图。实验步骤如下: ①用天平测量物块和遮光片的总质量M.重物的质量m ；用游标卡尺测量遮光片的宽度d;用米尺测最两光电门之间的距离s ； ②调整轻滑轮，使细线水平； ③让物块从光电门A 的左侧由静止释放，用 数字毫秒计分别测出遮光片经过光电门A 和光 电门B 所用的时间△t A 和△t B ,求出加速度a ； ④多次重复步骤③，求a 的平均值a ； ⑤根据上述实验数据求出动擦因数μ。 回答下列为题： (1) 测量d 时，某次游标卡尺(主尺的最小分度为1mm)的示如图（b ）所示。其读数为 cm （2）物块的加速度a 可用d 、s 、△t A ,和△t B,表示为a= (3) 动摩擦因数μ可用M 、m 、a 和重力加速度g 表示为μ= （4）如果细线没有调整到水平.由此引起的误差属于 （填“偶然误差”或”系统误差” ） 【命题意图】本题考查游标卡尺、摩擦力、牛顿第二定律、匀变速直线运动规律等基础知识点，意在考查考生应用相关知识定量分析物理问题，解决问题的能力。 答案：(1)0.960(2) s 21[(B t d ?)2-(A t d ?)2] (3) ()Mg a m M mg +- (4) 系统误差 解析：遮光片经过光电门A 和光电门B 的速度分别为：v A = A t d ?，v B =B t d ?..。由v B 2- v A 2=2as ，
可得a=s 21[(B t d ?)2-(A t d ?)2].由牛顿第二定律，mg-μMg=(M+m) a ，解得μ=()Mg a m M mg +-。 2．（12分）（2013全国高考大纲版理综第23题）测量小物块Q 与平板P 之间的动摩擦因数的实验装置如图所示。AB 是半径足够大的、光滑的四分之一圆弧 轨道，与水平固定放置的P 板的上表面BC 在B 点相切，C 点在 水平地面的垂直投影为C ′。重力加速度为g 。实验步骤如下： ①用天平称出物块Q 的质量m ； ②测量出轨道AB 的半径R 、BC 的长度L 和CC /的高度h ； ③将物块Q 在A 点由静止释放，在物块Q 落地处标记其落地 点D ； ④重复步骤③，共做10次； ⑤将10个落地点用一个尽量小的圆围住，用米尺测量圆心到C ′的距离s 。 （1）用实验中的测量量表示： （ⅰ）物块Q 到达B 点时的动能E kB ＝__________； （ⅱ）物块Q 到达C 点时的动能E kC ＝__________； （ⅲ）在物块Q 从B 运动到C 的过程中，物块Q 克服摩擦力做的功W f ＝__________； （ⅳ）物块Q 与平板P 之间的动摩擦因数μ＝__________。 （2）回答下列问题： （ⅰ）实验步骤④⑤的目的是 。 （ii ）已知实验测得的μ值比实际值偏大，其原因除了实验中测量量的误差之外，其它的可能是 （写出一个可能的原因即可） 2．（12分）答案： （1）（每空2分）（ⅰ）mgR （ⅱ）24mgs h （ⅲ）mgR -24mgs h （ⅳ）2 4R s L hL - （2）减小实验结果的误差（2分） 圆弧轨道存在摩擦（或接缝B 处不平滑等）（2分） 解析：（1）由机械能守恒定律，物块Q 到达B 点时的动能E kB ＝mgR ；由平抛运动规律，可得s=vt ，h=12gt 2，解得物块从C 点抛出时的速度 Q 到达C 点时的动能E kC ＝
专题限时训练 1．在“验证力的平行四边形定则”实验中，某实验小组的同学将一白纸固定在竖直的木板上，取一物块用一段轻绳系住，并与拴接两个弹簧测力计的细绳系于一点，将其中一个弹簧测力计的一端固定于P点，用力将另一个弹簧测力计沿水平方向向左拉动，使结点在O点处于静止状态，读出两弹簧测力计的读数，并在白纸上记录结点O的位置和图中三段细绳的拉力方向．为了减小实验误差应进行多次测量，则每次测量结点__________(填“一定”或“不一定”)到达同一点．由于操作不慎，某次测量时弹簧测力计A的指针略微超过了最大刻度值，则应如何操作？(写出两条即可) ①______________________________________________________________； ②_______________________________________________________________. 答案：不一定①减小物块的质量②减小PO与竖直线之间的夹角 2．某物理实验小组的同学利用如图甲所示的实验装置来“探究弹簧的弹力和弹簧伸长量的关系”时，完成了如下的操作：该小组的同学将弹簧自由悬挂在铁架台的横梁上，在不悬挂钩码的情况下测量出弹簧下端在刻度尺上所对应的刻度值，而后取质量均相同的钩码，并在弹簧的下端逐渐增加钩码的个数，依次测量出弹簧的下端在刻度尺上所对应的刻度值．并将测量的数据记录在下表中：(重
力加速度的大小g取9.8 m/s2) 码质量m的关系图线；
(2)请根据作出的图线分析，当弹簧的弹力大小在________N以内时胡克定律对该弹簧成立，并求出该弹簧的劲度系数k＝__________N/m. 答案：(1)见解析(2)4.9 25 解析：(1)根据题目中所测量的数据在坐标系中描点连线，如图所示． (2)根据所画图象可以看出，当m≤5.00×102 g＝0.5 kg时，刻度值x与钩码质量m呈线性关系，所以在F≤mg＝0.5×9.8 N＝4.9 N范围内，弹力大小与 弹簧伸长量关系满足胡克定律．由胡克定律ΔF＝kΔx可知，k＝ΔF Δx ＝ 4.9 19.6×10－2 N/m＝25 N/m. 3．(2018·全国卷Ⅱ)某同学用图(a)所示的装置测量木块与木板之间的动摩擦因数．跨过光滑定滑轮的细线两端分别与木块和弹簧秤相连，滑轮和木块之间的细线保持水平，在木块上放置砝码．缓慢向左拉动水平放置的木板，当木块和砝码相对桌面静止且木板仍在继续滑动时，弹簧秤的示数即为木块受到的滑动摩擦力的大小．某次实验所得数据在下表中给出，其中的f4值可从图(b)中弹簧秤的示数读出.
《理论力学创新实验》教学大纲 一、课程名称： 理论力学创新实验；Theoretical Mechanics experiment 二、课程编号： 三、教学对象： 工程力学本科生 四、教材或实验指导书名称： 《理论力学创新实验》指南讲义 五、学时学分；总学时12 六、实验的地位、作用和目的： 基于力学基础理论，启发创新思维意识，培养科研实践能力, 培养学生的创造性思维能力和动手能力。提高创新兴趣、调动创新积极性、激发创造欲望； 七、实验的基本内容与基本要求： 课程的主要内容有：力学创新教学（包括力学在工程中的应用；灵感与创造实物展览，多媒体理论与工程导航教学等）；静动摩擦系数的量测；物体转动惯量的量测；学生自己创新设计实践。 八、设备与器材配置： 多媒体导航台；摩擦系数量测装置；转动惯量量测装置。 九、考核方式： 提交实验报告，及创新设计作品。 十、实验项目与内容提要
《理论力学创新实验》指南讲义陆晓敏严湘赣陈定圻 河海大学土木工程学院
力学实验中心 二OO 三年八月八日 目 录 1、 理论力学创新实验室介绍 2、 静动摩擦因数测定实验指导 3、 转动惯量量测实验指导 4、 计频计数计时使用说明 静动摩擦因数测定 实 验 指 导 书 一、 实验装置简介 右图是实验装置的示意图。通过摇把可以调节滑槽的倾角，光电管A 的位置可以调节。滑块在滑槽中运动时，计时器 可记录下滑块通过两个光电管之间的时间，通过光电管A 、B 之间的距离及测得的时间，利用动力学方程，可以计算出滑块材料与滑槽底面材料之间的动摩擦 因数。 二、 设计实验过程（步骤） 三、 推导计算公式 四、 选择材料、测量动摩擦因数 （包括实验组数，每次实验的数据，计算结果，平均值等） 五、 误差分析、建议 六、 再测定材料之间的静摩擦因数，并与动摩擦因数比较 七、 撰写实验报告书 实验装置的示
材料力学实验教学的探索与创新 引言 材料力学本身的性质决定了实验教学在材料力学整个教学过程中是必不可缺的重要环节，这是因为大量的材料机械性能的测定是建立材料力学本构关系及理论的基础。同样地，材料力学的定律及理论是否符合客观实践，也必须通过实验加以验证。因此，材料力学实验对材料力学教学至关重要。 随着时代发展，目前的材料力学实验教学逐渐无法满足本科实验教学需要，无法调动学生的积极性和主观能动性，难以使学生的动手能力和创新能力得到真正的培养和提升[1]。本文首先分析当前材料力学实验教学中存在的问题，然后提出一些改革措施，希望能够进一步完善实验教学，提升学生的整体实力。 1 实验教学现状 目前材料力学实验教学存在许多问题，如实验课时少、学生不够重视等。结合笔者多年来的实验教学经验，以下两点最为突出。 1.1教学内容相对简单 目前，材料力学实验一般可分为三大类：测定材料机械性质的实验、验证材料力学理论的实验和实验应力分析。由于材料力学实验在理论课程中的辅助定位及课时限制，大部分高校的材料力学实验教学内容还是以演示性实验与验证性实验为主，综合性和设计性实验较少甚至没有。老师基本是采用演示方法授课，学生只是被动接受。此外，学生课前没有预习，课堂上老师为学生讲解实验内容、实验仪器、实验原理和注意事项等，然后按照实验步骤依次操作演示，一般这个过程就需要 1 个课时，留给学生亲自动手操作的时间不多。例如拉压实验由于设备数量及实验教师较少的原因，一个班级里只有少数学生可以亲自动手操作，这样最终导致很多学生对实验过程失去兴趣，教学效果明显大打折扣[2]。 1.2考核方式过于简单 目前实验成绩主要分为报告成绩和实验过程成绩两部分。但是在实验教学实施环节中，因学生人数众多教师常常无暇顾及所有学生的课堂表现，对学生的实验过程考核存在一定的难度，所以众多实验成绩便舍弃实验过程成绩，仅通过实验报告进行成绩评定及考核[3－5]。这种考核方式的最大弊端是学生对材料力学实验课程不够重视，课前不预习，在实验过程中不认真动手操作、不思考、应付老师，课后抄袭其他同学的实验报告，这样的考核评定既无法真正客观地 对学生进行评价，又无法使每个学生都通过实验提高自己的动手能力和实验技能，最终导致实验教学效果堪忧。 2实验教学改进措施 针对上述材料力学实验教学中存在的两个突出问题，本文提出以下改进措施。 2.1丰富教学内容 2.1.1在原有实验的基础上丰富实验内容 在拉伸实验中，除了原有的低碳钢和铸铁棒状拉伸试样，还可以增加其他材料（比如铝合金和塑料等）的棒状和板状拉伸试样，事先对学生进行分组，5 个学生一组，每组学生分配一种试样。福州大学材料力学性能实验共有四种不同吨位的万能试验机：100K N 、200K N 、300K N 和600KN 。在实验前，让学生根据试样的大小尺寸、试样的材料参数计算这种试样拉断所需的最大力，来选择相近吨位的试验机；然后查阅相关文献，设计好实验方案包括
（2014全国卷一）某同学利用图(a)所示实验装置及数字化信息系统获得了小车加速度a与钩码的质量m的对应关系图，如图(b)所示。实验中小车(含发射器)的质量为200g，实验时选择了不可伸长的轻质细绳和轻定滑轮，小车的加速度由位移传感器及与之相连的计算机得到。回答下列问题： (1)根据该同学的结果，小车的加速度与钩码的质量成 (填“线性”或“非线性”)关系。 (2)由图(b)可知，a-m图线不经过原点，可能的原因是。 (3)若利用本实验装置来验证“在小车质量不变的情况下，小车的加速度与作用力成正比”的结论，并直接以钩码所受重力mg作为小车受到的合外力，则实验中应采取的改进措施是 ,钩码的质量应满足的条件是。（2015）某物理小组的同学设计了一个粗制玩具小车通过凹形桥最低点时的速度的实验。所 用器材有：玩具小车、压力式托盘秤、凹形桥模拟器（圆弧部分的半径为R=0.20m）。 完成下列填空： （1）将凹形桥模拟器静置于托盘秤上，如图（a）所示，托盘秤的示数为1.00kg； （2）将玩具小车静置于凹形桥模拟器最低点时，托盘秤的示数如图（b）所示，该示数为 _____kg; （3）将小车从凹形桥模拟器某一位置释放，小车经过最低点后滑向另一侧，此过程中托 盘秤的最大示数为m；多次从同一位置释放小车，记录各次的m值如下表所示： 序号 1 2 3 4 5
m （kg ） 1.80 1.75 1.85 1.75 1.90 （4） 根据以上数据，可求出小车经过凹形桥最低点时对桥的压力为_____N ；小车通过最 低点时的速度大小为_______m/s 。（重力加速度大小取9.80m/s 2 ，计算结果保留2位有效数字） （2016全国卷一）某同学用图（a ）所示的实验装置验证机械能守恒定律，其中打点计时器的电源为交流电源，可以使用的频率有20Hz 、30Hz 和40Hz ，打出纸带的一部分如图（b ）所示。学科&网 该同学在实验中没有记录交流电的频率f ，需要用实验数据和其他条件进行推算。 （1）若从打出的纸带可判定重物匀加速下落，利用f 和图（b ）中给出的物理量可以写出：在打点计时器打出B 点时，重物下落的速度大小为_________，打出C 点时重物下落的速度大小为________，重物下落的加速度的大小为________. （2）已测得1s =8.89cm ，2s =9.50cm ，3s =10.10cm ；当重力加速度大小为9.80m/2 s ， 试验中重物受到的平均阻力大小约为其重力的1%。由此推算出f 为________Hz 。 （2017全国卷一）某探究小组为了研究小车在桌面上的直线运动，用自制“滴水计时器”计量时间。实验前，将该计时器固定在小车旁，如图（a ）所示。实验时，保持桌面水平，用手轻推一下小车。在小车运动过程中，滴水计时器等时间间隔地滴下小水滴，图（b ）记录了学科.网桌面上连续的6个水滴的位置。（已知滴水计时器每30 s 内共滴下46个小水滴）
第八届“力学创新实验”大赛及“力学科技”主题活动 实施方案 竞赛活动： 活动Ⅰ、第八届“力学创新实验大赛” 活动Ⅱ、第十一届周培源大学生力学竞赛选拔与培育活动 活动Ⅲ、“力学双创项目集中孵化”活动 活动Ⅳ、力学科技论文遴选与培育——四川省力学学会联合活动 活动Ⅰ：西南交通大学第八届“力学创新实验”大赛 一、活动对象： 西南交通大学全校在读本科生、研究生 二、组织与实施 主办：资产与实验室管理处、教务处、研究生院、学生处、人事处、团委联合组织、力学与工程学院 竞赛承办：力学实验中心、力学与科技协会、力学与工程学院学生工作组 三、活动组织委员会 主任：康国政 副主任：高芳清 委员：金建明、高磊、唐怀平、李映辉、蒋晗、蔡力勋、鲁丽、杨翊仁、龚晖、江晓禹、葛玉梅、邢建新、范晨光、储节磊、罗会亮、牛瑛奎、姜恒昌（西南交大力学与科技协会） 四、竞赛题目 弦支穹顶结构模型设计与制作 五、竞赛内容与要求 1、弦支穹顶简介 随着社会的发展和人类文明程度的提高，大型的功能性、标志性建筑如雨后春笋般在城市中落成，并且人们对大跨度空间结构的需求也与日俱增。例如，体育场所、机场、火车站、会展中心等。空间结构具有自重轻、刚度大、抗震性能好、造型美观等优点。
大空间的拱、壳体和网壳等以受压为主的结构，在大跨度的情况下稳定性较差，材料强度利用率不高，并且由于水平推力的作用，对下层支撑结构的设计提出更高的要求。为了提高空间结构的整体效果，美国著名建筑师富勒（Fuller）在20世纪提出张拉整体的概念。张拉整体是一种预应力、自平衡的空间网格结构，极大的提高了材料的使用效率和结构的稳定性。 基于张拉整体结构的思想，建筑学者们提出了弦之穹顶结构。该结构的本质是用撑杆（“支”）连接上层受压构件（例如网壳、网架等穹顶结构）和下层受拉构件（“弦”），通过张拉结构的弦（通常是拉索）在抗拉结构上施加预应力，使结构产生反挠度，从而减小载荷作用下的结构最终挠度，改善上层结构的负担；并且通过调整受拉构件中的预应力，减小结构对下层支座产生的水平推力，使之成为自平衡体系。图1为弦之穹顶结构的简图，图2给出了弦支穹顶结构示意图。 图1 弦支穹顶结构简图 图2 弦支穹顶结构示意图（注：模型制作时可不用太复杂）
考点一、实验器材的等效与替换 1、用电子秤替换弹簧测力计] 一同学用电子秤、水壶、细线、墙钉和贴在墙上的白纸等物品，在家中验证力的平行四 边形定则。 （1）如图（a ），在电子秤的下端悬挂一装满水的水壶， 记下水壶 ⑵如图（b ），将三细线L i 、L 2、L 3的一端打结，另一端分别拴在电子秤的挂钩、墙钉 A 和 水壶杯带上。水平拉开细线 L t ,在白纸上记下结点 0的位置、 _________________ 和电子秤的示数 F i ° （3） 如图（c ）,将另一颗墙钉 B 钉在与0同一水平位置上，并将 L i 拴在其上。手握电子秤 沿着⑵中L 2的方向拉开细线 L 2,使 _____________________ 和三根细线的方向与（2）中重合，记录电 子秤的示数F 2。 （4） 在白纸上按一定标度作出电子秤拉力 F 、 F i 、F 2的图示，根据平行四边形定则作出 F i 、 F 2的合力F '的图示，若 ________________ ，则平行四边形定则得到验证。 答案：（i ）静止（2）三细线的方向 （3）结点0的位置 （4）F 和F '在误差范围内重合 2、气垫导轨、拉力传感器、光电门替换长木板、打点计时器 ] 某学习小组利用如图所示的装置验证动能定理。 导紈标尺: I （i ）将气垫导轨调至水平，安装好实验器材，从图中读出两光电门中心之间的距离 _______ cm ; ⑵测量挡光条的宽度 d ,记录挡光条通过光电门 i 和2所用的时间 Ati 和&2,并从拉力 力学创新实验 ________ 时电子秤的示数 F 。 光电门1 光电门2 :: 细绳 定滑轮 20 30- ............ 70 fir, ⑹