高中物理必修課件 6個試驗課件.ppt

一、實驗目的 1.用打點計時器研究小車在重物牽引下的運動. 2.探究小車速度隨時間變化的規(guī)律.,二、實驗原理 1.電磁打點計時器 電磁打點計時器是一種使用低壓交流電源的計時儀器，其工 作電壓在6 v以下，當電源為50 hz交流電時，它每隔0.02 s打 一次點.當物體拖著紙帶運動時，打點計時器在紙帶上打出一 系列點，這些點記錄了運動物體的位移和發(fā)生相應位移所用 的時間，據(jù)此可定量研究物體的運動.,2.電火花計時器 (1)電火花計時器是利用火花放電在紙帶上打出點跡的計時 儀器.當接通220 v交流電源，按下脈沖輸出開關時，計 時器發(fā)出的脈沖電流經(jīng)接正極的放電計、墨粉紙盤到接 負極的紙盤軸，產(chǎn)生火花放電，于是在運動紙帶上打出 一系列點跡. (2)當電源頻率為50 hz時，每隔0.02 s打一次點，即打出的 紙帶上任意相鄰兩點間的時間間隔是0.02 s.,3.勻變速直線運動的判斷 看任意相鄰相等時間內(nèi)的位移之差是否相等來判斷物 體是否做勻變速直線運動，即可利用紙帶打出的點， 若x6 x5x5x4x4x3at2，則做勻變速直線運動.,4.利用紙帶求速度和加速度 (1)“平均速度法”求速度 如圖實11所示，有vn,(2)“逐差法”求加速度 如圖實12所示為實驗中得到的一條紙帶，物體在 連續(xù)相等的時間間隔t內(nèi)通過的位移分別為x1、x2、x3、 x4、x5、x6，則有：,a1 ，然后取平均值，即 ，這樣使所給數(shù)據(jù)全部得到利用， 以提高準確性.,(3)用vt圖象求加速度 先根據(jù)vn ，即中間時刻的瞬時速度等于這 一段時間的平均速度，求出打第n個點時紙帶的瞬時速 度，然后作vt圖象，圖線的斜率即為物體運動的加 速度.,三、實驗器材 打點計時器、紙帶、一端附有定滑輪的長木板、小車、細繩、鉤碼、刻度尺、電源.,四、實驗操作 1.實驗步驟 (1)把附有滑輪的長木板放在實驗桌上，并使滑輪伸出桌 面，把打點計時器固定在長木板上沒有滑輪的一端， 連接好電路. (2)把一條細繩拴在小車上，細繩跨過滑輪，下邊掛上合 適的鉤碼，把紙帶穿過打點計時器，并把它的一端固 定在小車的后面.實驗裝置如圖實13所示，放手后， 看小車能否在木板上平穩(wěn)地加速滑行.,(3)把小車停在靠近打點計時器處，先接通電源，后放開小 車，讓小車拖著紙帶運動，打點計時器就在紙帶上打下 一系列的點.換上新紙帶，重復二次. (4)從三條紙帶中選擇一條比較理想的，舍掉開頭一些比較 密集的點，從后邊便于測量的點開始來確定計數(shù)點，為了 計算方便和減小誤差，通常用連續(xù)打點五次的時間作為時 間單位，即t0.1 s，如圖實14所示，正確使用毫米 刻度尺測量每相鄰兩計數(shù)點間的距離，并填入設計的表 格中.,(5)利用某一段時間內(nèi)的平均速度等于這段時間中間時刻 的瞬時速度求得各計數(shù)點的瞬時速度. (6)增減所掛的鉤碼數(shù)，再做兩次實驗.,2.數(shù)據(jù)處理及實驗結(jié)論 (1)由實驗數(shù)據(jù)得出vt圖象,根據(jù)表格中的v、t數(shù)據(jù)，在直角坐標系中仔細描點，如 圖實15所示可以看到，對于每次實驗，描出的幾個點都大致落在一條直線上. 作一條直線，使同一次實驗得到的各點盡量落到這條直 線上，落不到直線上的各點應均勻分布在直線的兩側(cè)，這條直線就是本次實驗的vt圖象，它是一條傾斜的直線.,(2)由實驗得出的vt圖象進一步得出小車運動的速度隨時 間變化的規(guī)律.,有兩條途徑進行分析： 直接分析圖象的特點得出，小車運動的vt圖象是一條傾斜的直線，如圖實16所示，當時間增加相同的值t，速度也會增加相同的值v，由此得出結(jié)論：小車的速度隨時間均勻變化. 通過函數(shù)關系進一步得到，既然小車的vt圖象是一條傾斜的直線，那么v隨t變化的函數(shù)關系式為vktb，顯然v與t成“線性關系”，小車的速度隨時間均勻變化.,五、注意事項 1.交流電源的電壓及頻率要符合要求. 2.實驗前要檢查打點的穩(wěn)定性和清晰程度，必要時要調(diào)節(jié) 振針的高度和更換復寫紙. 3.開始釋放小車時，應使小車靠近打點計時器. 4.先接通電源，計時器工作后再放開小車，當小車停止運 動時及時斷開電源. 5.要防止鉤碼落地和小車跟滑輪相撞，在小車到達滑輪前 應及時用手按住它.,6.牽引小車的鉤碼個數(shù)要適當，以免加速度過大而使紙帶 上的點太少，或者加速度太小而使各段位移無多大差別， 從而使誤差增大，加速度的大小以能在50 cm長的紙帶上 清楚地取得六、七個計數(shù)點為宜. 7.要區(qū)別計時器打出的點與人為選取的計數(shù)點，一般在紙 帶上每隔四個點取一個計數(shù)點，即時間間隔為t0.02 5 s 0.1 s. 8.要多測幾組，以盡量減小誤差. 9.描點時最好用坐標紙，在縱、橫軸上選取合適的單位， 用細鉛筆認真描點.,六、誤差分析 1.根據(jù)紙帶測量的位移有誤差. 2.電源頻率不穩(wěn)定，造成相鄰兩點間的時間間隔不完全相等. 3.計算的加速度有誤差(a ). 4.用作圖法，作出的vt圖象并非是一條直線. 5.木板的粗糙程度并非完全相同.,在“研究勻變速直線運動”的實驗中，某同學的操作步驟如下，其中錯誤或多余的步驟是 . a.拉住紙帶，將小車移到靠近打點計時器處，先放開紙帶， 再接通電源 b.將打點計時器固定在平板上，并接好電源 c.把一條細繩拴在小車上，細繩跨過定滑輪，下面吊著適當 重的鉤碼 d.取下紙帶,e.將平板一端抬高，輕推小車，使小車能在平板上做勻速 運動 f.將紙帶固定在小車尾部，并穿過打點計時器的限位孔若有遺漏步驟，將遺漏步驟寫在下面的橫線上(遺漏可編上序號g、h).并把合理順序的序號填寫在橫線上.,解析 a中應先接通電源，再放開紙帶.c中應調(diào)整滑輪的高度，使細繩與平板平行，d中應先斷開電源，使打 點計時器停止工作，e屬于多余步驟.應補充g，換上新紙 帶，重復操作兩次.h，斷開電源，整理好器材.正確合理 的順序應為b、f、c、a、d、g、h.,答案 見解析,(2010增城模擬)一個小球沿斜面向下運動，用每間隔 s曝光一次的頻閃相機拍攝不同時刻小球位置的照片，如圖實17所示，即照片上出現(xiàn)的相鄰兩個小球的像之間的時間間隔為 s，測得小球在幾個連續(xù)相等的時間間隔內(nèi)位移(數(shù)據(jù)見下表)，則,(1)小球在相鄰的相等時間間隔內(nèi)的位移差 (填“相等”或“不相等”)，小球的運動性質(zhì)屬 直線運動. (2)甲、乙兩同學計算小球加速度的方法如下： 你認為甲、乙中哪位同學的計算方法較好？ ；加速度值為 .,解析 (1)由表中數(shù)據(jù)可知，x4x3x3x2x2x1，小球做勻加速直線運動. (2)乙同學采用逐差法求加速度可用上所有的記錄數(shù)據(jù)，而甲只用了前后兩個數(shù)據(jù)，從而乙較準確，加速度值為 a 1.10 m/s2,答案 (1)相等 勻加速(勻變速) (2)乙同學 1.10 m/s2,一、實驗目的 1探究彈力和彈簧伸長量之間的關系 2學會利用圖象法處理實驗數(shù)據(jù),二、實驗原理 1如圖實21所示，在彈簧下端 懸掛鉤碼時彈簧會伸長，平衡時 彈簧產(chǎn)生的彈力與所掛鉤碼的重 力大小相等,2彈簧的長度可用刻度尺直接測出，伸長量可以由拉長后 的長度減去彈簧原來的長度進行計算這樣就可以研究 彈簧的彈力和彈簧伸長量之間的定量關系了,三、實驗器材 鐵架臺、彈簧、毫米刻度尺、鉤碼若干、三角板、 坐標紙、重垂線、鉛筆,四、實驗操作 1實驗步驟 (1)將彈簧的一端掛在鐵架臺上， 讓其自然下垂，用刻度尺測 出彈簧自然伸長狀態(tài)時的長 度l0，即原長,(2)如圖實22所示，將已知質(zhì)量的鉤碼掛在彈簧的下 端，在平衡時測量彈簧的總長l并計算鉤碼的重力，填 寫在記錄表格里.,(3)在彈簧的彈性限度內(nèi)改變所掛鉤碼的質(zhì)量，重復前面的 實驗過程多次,2數(shù)據(jù)處理 (1)以彈力f(大小等于所掛鉤碼的重力)為縱坐標，以彈簧的 伸長量x為橫坐標，用描點法作圖連接各點，得出彈力 f隨彈簧伸長量x變化的圖線 (2)以彈簧的伸長量x為自變量，寫出曲線所代表的函數(shù)首 先嘗試寫成一次函數(shù)，如果不行則考慮二次函數(shù) (3)得出彈力和彈簧伸長量之間的定量關系，解釋函數(shù)表達 式中常數(shù)的物理意義,五、注意事項 1所掛鉤碼不要過重，以免彈簧被過分拉伸，超出它的彈 性限度 2每次所掛鉤碼的質(zhì)量差盡量大一些，從而使坐標上描的 點盡可能稀，這樣作出的圖線更精確 3測彈簧長度時，一定要在彈簧豎直懸掛且處于平衡狀態(tài) 時測量，以減小誤差,4描點畫線時，所描的點不一定都落在一條曲線上，但應 注意一定要使各點均勻分布在曲線的兩側(cè)描出的線不 應是折線，而應是平滑的曲線 5記錄數(shù)據(jù)時要注意彈力與彈簧伸長量的對應關系及單位,六、誤差分析 1鉤碼標值不準確及彈簧長度測量不準確帶來誤差 2作圖時描點及連線不準確也會帶來誤差 3彈簧豎直懸掛時，未考慮彈簧自身重力的影響而帶來 誤差,(1)在“探究彈力和彈簧伸長的關系”的實驗中，以下說法正確的是 ( ) a彈簧被拉伸時，不能超出它的彈性限度 b用懸掛鉤碼的方法給彈簧施加拉力，應保證彈簧位于豎 直位置且處于平衡狀態(tài) c用直尺測得彈簧的長度即為彈簧的伸長量 d用幾個不同的彈簧，分別測出幾組拉力與伸長量，得出 拉力與伸長量之比相等,(2)某同學做“探究彈力和彈簧伸長的關系”的實驗，他先把彈簧平放在桌面上使其自然伸長，用直尺測出彈簧的原 長l0，再把彈簧豎直懸掛起來，掛上鉤碼后測出彈簧伸長 后的長度l，把ll0作為彈簧的伸長量x，這樣操作，由于 彈簧自身重力的影響，最后畫出的圖線可能是圖實23 中的 ( ),解析 本題主要考查使用彈簧時應注意的問題，還有 用圖象法來描述彈簧的彈力與其伸長量間的關系 (1)實驗中應以所研究的一根彈簧為實驗對象，在彈性限度內(nèi)通過增減鉤碼的數(shù)目來改變對彈簧的拉力，以探索彈力與彈簧伸長的關系，并且拉力和重力平衡，所以選a、b.,(2)由于考慮彈簧自身重力的影響，當不掛鉤碼時，彈簧的伸長量x0，所以選c.,答案 (1)ab (2)c,某同學在做“探究彈力和彈簧伸 長的關系”的實驗中，設計了如圖實2 4所示的實驗裝置，所用的每個鉤碼質(zhì)量都 是30 g，他先測出不掛鉤碼時彈簧的自然長 度，然后再將5個鉤碼逐個掛在彈簧的下 端，每次都測出相應的彈簧總長度，將數(shù)據(jù)填在下面的表格中(彈力始終未超過彈性限度，g取9.8 m/s2),(1)完成上面表格再根據(jù)這些實驗數(shù) 據(jù)在圖實25給定的坐標紙上作 出彈簧所受彈力大小f跟彈簧總長l 之間的函數(shù)關系圖線，說明圖線跟 坐標軸交點的物理意義：_ _. (2)在(1)中所得圖線的物理意義是_ 該彈簧的勁度系數(shù)k_.,解析 (1)彈力的大小等于鉤碼所受的重力，即fmg.,根據(jù)實驗數(shù)據(jù)在坐標紙上描出 的點，基本上在同一條直線上， 可以判定f和l間是一次函數(shù)關 系畫一條直線，使盡可能多 的點落在這條直線上，不在直 線上的點均勻地分布在直線兩側(cè)，函數(shù)關系圖象如圖實26所示該圖線跟坐標軸交點的橫坐標表示彈簧的原長,(2)圖線的物理意義是表明彈簧彈力的大小和彈簧伸長量的大小成正比，由此可得k ，將數(shù)據(jù)代入求平均值可得k25.3 n/m.,答案 見解析,一、實驗目的 1會用彈簧測力計和細線測出力的大小和方向 2探究求合力的方法,二、實驗原理 一個力f的作用效果和兩個力f1、f2的作用效果都是使同一條一端固定的橡皮條伸長到同一點，所以力f就是這兩個力f1和f2的合力，作出力f的圖示再根據(jù)平行四邊形定則作出力f1和f2的合力f的圖示，比較f和f的大小 和方向是否相同，若相同，則說明互成角度的兩個力合成時遵循平行四邊形定則,三、實驗器材 方木板，白紙，彈簧測力計(兩只)，橡皮條，細繩套 (兩個)，三角板，刻度尺，圖釘(幾個),四、實驗操作 1用圖釘把白紙釘在水平桌面的方木板上 2用圖釘把橡皮條的一端固定在a點，橡皮條的另一端 拴上兩個細繩套,3用兩只彈簧測力計分別鉤住細繩套， 互成角度地拉橡皮條，使橡皮條伸 長到某一位置o，如圖實31所示， 記錄兩彈簧測力計的讀數(shù)，用鉛筆描 下o點的位置及此時兩細繩套的方向 4用鉛筆和刻度尺從結(jié)點o沿兩條細繩的方向畫直線，按 選定的標度作出這兩只彈簧測力計的讀數(shù)f1和f2的圖示， 并以f1和f2為鄰邊用刻度尺作平行四邊形，過o點畫平行 四邊形的對角線，此對角線即為合力f的圖示,5只用一只彈簧測力計通過細繩套把橡皮條的結(jié)點拉到 同樣的位置o，記下彈簧測力計的讀數(shù)和細繩的方向， 用刻度尺從o點按同樣的標度沿記錄的方向作出這只 彈簧測力計的拉力f的圖示 6比較力f與用平行四邊形定則作出的合力f在大小和 方向上是否相同 7改變兩個力f1與f2的大小和夾角，再重復實驗兩次,五、注意事項 1同一實驗中的兩只彈簧測力計的選取方法是：將兩只彈 簧測力計調(diào)零后互鉤對拉，若兩只彈簧測力計在對拉過 程中，讀數(shù)相同，則可選用；若讀數(shù)不同應矯正彈簧測 力計或另換，直至相同為止 2在同一次實驗中，使橡皮條拉長時，結(jié)點o位置一定要 相同,3用兩只彈簧測力計鉤住細繩套互成角度地拉橡皮條時， 夾角不宜太大也不宜太小，在60100之間為宜 4讀數(shù)時應注意使彈簧測力計與木板平行，并使細繩套與 彈簧測力計的軸線在同一條直線上，避免彈簧測力計的 外殼與彈簧測力計的限位卡之間有摩擦眼睛要正視彈 簧測力計的刻度，在合力不超過量程及橡皮條彈性限度 的前提下，拉力的數(shù)值應盡量大些,5細繩套應適當長一些，便于確定力的方向不要直接沿 細繩套的方向畫直線，應在細繩套末端用鉛筆畫一個點， 去掉細繩套后，再將所標點與o點連接，即可確定力的方 向 6在同一次實驗中，畫力的圖示所選定的標度要相同，并且 要恰當選取標度，使所作力的圖示稍大一些,六、誤差分析 1彈簧測力計本身的誤差 2讀數(shù)誤差和作圖誤差 3兩分力f1、f2間的夾角越大，用平行四邊形定則作圖 得出的合力f的誤差也越大,(2009山東高考)某同學在家中 嘗試驗證平行四邊形定則，他找到三條 相同的橡皮筋(遵循胡克定律)和若干小 重物，以及刻度尺、三角板、鉛筆、 細繩、白紙、釘子，設計了如下實驗： 將兩條橡皮筋的一端分別掛在墻上的 兩個釘子a、b上，另一端與第三條橡皮筋連接，結(jié)點為o，將第三條橡皮筋的另一端通過細繩掛一重物，如圖實32所示,(1)為完成該實驗，下述操作中必需的是_ a測量細繩的長度 b測量各橡皮筋的原長 c測量懸掛重物后各橡皮筋的長度 d記錄懸掛重物后結(jié)點o的位置 (2)釘子位置固定，欲利用現(xiàn)有器材，改變條件再次驗證，可采用的方法是_ _.,解析 (1)三段相同的橡皮筋，具有相同的勁度系數(shù)，故三段橡皮筋的形變量的大小代表了三段橡皮筋承受的力的大小，故必需b、c項a、b兩點固定，o點的位置則決定了三個力的方向(因繩中的力恒沿繩的方向)，故必需d項 (2)最簡便的方法是：更換不同的小重物,答案 (1)b、c、d (2)更換不同的小重物,(2010寧波檢測)“探究求合力的方法”的實驗如圖實33甲所示，其中a為固定橡皮筋的圖釘，o為橡皮筋與細繩的結(jié)點，ob和oc為細繩圖實33乙所示是在白紙上根據(jù)實驗結(jié)果畫出的圖,(1)圖乙中的_是力f1和f2的合力的理論值； _是力f1和f2的合力的實際測量值 (2)在實驗中，如果將細繩也換成橡皮筋，那么實驗結(jié)果是 否會發(fā)生變化？答：_.(選填“變”或“不變”) (3)本實驗采用的科學方法是 ( ) a理想實驗法 b等效替代法 c控制變量法 d建立物理模型法,解析 (1)用平行四邊形定則作圖得到的是實驗的理論值，即f；直接測量得到的是實際測量值，即f. (2)細繩的作用是對結(jié)點o施加不同方向的拉力f1、f2，換用橡皮筋拉結(jié)果是一樣的 (3)力的合成與分解使用的是等效替代法b正確,答案 (1)f f (2)不變 (3)b,一、實驗目的 1會用彈簧測力計和細線測出力的大小和方向 2探究求合力的方法,二、實驗原理 一個力f的作用效果和兩個力f1、f2的作用效果都是使同一條一端固定的橡皮條伸長到同一點，所以力f就是這兩個力f1和f2的合力，作出力f的圖示再根據(jù)平行四邊形定則作出力f1和f2的合力f的圖示，比較f和f的大小 和方向是否相同，若相同，則說明互成角度的兩個力合成時遵循平行四邊形定則,三、實驗器材 方木板，白紙，彈簧測力計(兩只)，橡皮條，細繩套 (兩個)，三角板，刻度尺，圖釘(幾個),四、實驗操作 1用圖釘把白紙釘在水平桌面的方木板上 2用圖釘把橡皮條的一端固定在a點，橡皮條的另一端 拴上兩個細繩套,3用兩只彈簧測力計分別鉤住細繩套， 互成角度地拉橡皮條，使橡皮條伸 長到某一位置o，如圖實31所示， 記錄兩彈簧測力計的讀數(shù)，用鉛筆描 下o點的位置及此時兩細繩套的方向 4用鉛筆和刻度尺從結(jié)點o沿兩條細繩的方向畫直線，按 選定的標度作出這兩只彈簧測力計的讀數(shù)f1和f2的圖示， 并以f1和f2為鄰邊用刻度尺作平行四邊形，過o點畫平行 四邊形的對角線，此對角線即為合力f的圖示,5只用一只彈簧測力計通過細繩套把橡皮條的結(jié)點拉到 同樣的位置o，記下彈簧測力計的讀數(shù)和細繩的方向， 用刻度尺從o點按同樣的標度沿記錄的方向作出這只 彈簧測力計的拉力f的圖示 6比較力f與用平行四邊形定則作出的合力f在大小和 方向上是否相同 7改變兩個力f1與f2的大小和夾角，再重復實驗兩次,五、注意事項 1同一實驗中的兩只彈簧測力計的選取方法是：將兩只彈 簧測力計調(diào)零后互鉤對拉，若兩只彈簧測力計在對拉過 程中，讀數(shù)相同，則可選用；若讀數(shù)不同應矯正彈簧測 力計或另換，直至相同為止 2在同一次實驗中，使橡皮條拉長時，結(jié)點o位置一定要 相同,3用兩只彈簧測力計鉤住細繩套互成角度地拉橡皮條時， 夾角不宜太大也不宜太小，在60100之間為宜 4讀數(shù)時應注意使彈簧測力計與木板平行，并使細繩套與 彈簧測力計的軸線在同一條直線上，避免彈簧測力計的 外殼與彈簧測力計的限位卡之間有摩擦眼睛要正視彈 簧測力計的刻度，在合力不超過量程及橡皮條彈性限度 的前提下，拉力的數(shù)值應盡量大些,5細繩套應適當長一些，便于確定力的方向不要直接沿 細繩套的方向畫直線，應在細繩套末端用鉛筆畫一個點， 去掉細繩套后，再將所標點與o點連接，即可確定力的方 向 6在同一次實驗中，畫力的圖示所選定的標度要相同，并且 要恰當選取標度，使所作力的圖示稍大一些,六、誤差分析 1彈簧測力計本身的誤差 2讀數(shù)誤差和作圖誤差 3兩分力f1、f2間的夾角越大，用平行四邊形定則作圖 得出的合力f的誤差也越大,(2009山東高考)某同學在家中 嘗試驗證平行四邊形定則，他找到三條 相同的橡皮筋(遵循胡克定律)和若干小 重物，以及刻度尺、三角板、鉛筆、 細繩、白紙、釘子，設計了如下實驗： 將兩條橡皮筋的一端分別掛在墻上的 兩個釘子a、b上，另一端與第三條橡皮筋連接，結(jié)點為o，將第三條橡皮筋的另一端通過細繩掛一重物，如圖實32所示,(1)為完成該實驗，下述操作中必需的是_ a測量細繩的長度 b測量各橡皮筋的原長 c測量懸掛重物后各橡皮筋的長度 d記錄懸掛重物后結(jié)點o的位置 (2)釘子位置固定，欲利用現(xiàn)有器材，改變條件再次驗證，可采用的方法是_ _.,解析 (1)三段相同的橡皮筋，具有相同的勁度系數(shù)，故三段橡皮筋的形變量的大小代表了三段橡皮筋承受的力的大小，故必需b、c項a、b兩點固定，o點的位置則決定了三個力的方向(因繩中的力恒沿繩的方向)，故必需d項 (2)最簡便的方法是：更換不同的小重物,答案 (1)b、c、d (2)更換不同的小重物,(2010寧波檢測)“探究求合力的方法”的實驗如圖實33甲所示，其中a為固定橡皮筋的圖釘，o為橡皮筋與細繩的結(jié)點，ob和oc為細繩圖實33乙所示是在白紙上根據(jù)實驗結(jié)果畫出的圖,(1)圖乙中的_是力f1和f2的合力的理論值； _是力f1和f2的合力的實際測量值 (2)在實驗中，如果將細繩也換成橡皮筋，那么實驗結(jié)果是 否會發(fā)生變化？答：_.(選填“變”或“不變”) (3)本實驗采用的科學方法是 ( ) a理想實驗法 b等效替代法 c控制變量法 d建立物理模型法,解析 (1)用平行四邊形定則作圖得到的是實驗的理論值，即f；直接測量得到的是實際測量值，即f. (2)細繩的作用是對結(jié)點o施加不同方向的拉力f1、f2，換用橡皮筋拉結(jié)果是一樣的 (3)力的合成與分解使用的是等效替代法b正確,答案 (1)f f (2)不變 (3)b,一、實驗目的 1學會用控制變量法研究物理規(guī)律 2探究加速度與力、質(zhì)量的關系 3掌握靈活運用圖象處理問題的方法,二、實驗原理 控制變量法：在所研究的問題中，有兩個以上的參量 在發(fā)生牽連變化時，可以控制某個或某些量不變，只研究 其中兩個量之間的變化關系的方法，這也是物理學中研究 問題時經(jīng)常采用的方法 本實驗中，研究的參量為f、m和a，可以控制參量m一 定，研究a與f的關系，也可控制參量f一定，研究a與m的 關系,三、實驗器材 電磁打點計時器、復寫紙片和紙帶、一端有定滑輪的 長 木板、小車、小盤、低壓交流電源、天平、砝碼、刻 度 尺、導線,四、實驗操作 1實驗步驟 (1)用天平測出小車和小盤的質(zhì)量m和m，把數(shù)值記錄下來 (2)按照如圖實41所示裝置把實驗器材安裝好，只是不把 懸掛小盤的細線系在小車上(即不給小車加牽引力),(3)平衡摩擦力：在長木板的不帶定滑輪的一端下面墊上一 塊薄木塊，反復移動薄木塊的位置，直至小車在斜面上 運動時可以保持勻速運動狀態(tài)，這時小車拖著紙帶運動 時受到的摩擦力恰好與小車所受重力在斜面方向上的分 力平衡 (4)把細繩系在小車上并繞過滑輪懸掛小盤，先接通電源再 放開小車打點計時器在紙帶上打下一系列的點，打點 完成后切斷電源，取下紙帶，在打點紙帶上標上紙帶號碼,(5)保持小車及車內(nèi)砝碼的質(zhì)量不變，在小盤內(nèi)放入質(zhì)量為 m的砝碼，重復步驟4.在小盤內(nèi)分別放入質(zhì)量為m， m，的砝碼，再重復步驟4.m，m，m的數(shù)值 都要記錄在紙帶上(或表格內(nèi)) (6)在每條紙帶上都選取一段比較理想的部分，標明計數(shù) 點，測量計數(shù)點間的距離，算出每條紙帶上的加速度 的值 (7)用縱坐標表示加速度，橫坐標表示力，根據(jù)實驗結(jié)果在 坐標平面上畫出相應的點若這些點在一條直線上，便 證明了加速度與作用力成正比,(8)保持砝碼和小盤的質(zhì)量不變，在小車上依次加砝碼(也需 作好記錄)，重復上述步驟，用縱坐標表示加速度a，橫坐 標表示小車與砝碼的總質(zhì)量的倒數(shù)，在坐標平面上根據(jù)實 驗結(jié)果畫出相應的點，如果這些點在一條直線上，就證明 加速度與質(zhì)量成反比,2數(shù)據(jù)處理 (1)把小車在不同力作用下產(chǎn)生的加速度填在下表中：,由以上數(shù)據(jù)畫出它的af關系圖象如圖實42所示 通過af關系圖象，我們可以得出小車的加速度a與力f 成正比,圖實42,(2)把不同質(zhì)量(小車與車內(nèi)砝碼的總質(zhì)量)的小車在相同力作 用下產(chǎn)生的加速度填在下表中：,由以上數(shù)據(jù)畫出它的am圖象及a 圖象，如圖 實43甲、乙所示,圖實43,通過am和a 關系圖象，我們可以得出小車的加速度a與質(zhì)量m成反比，與質(zhì)量的倒數(shù) 成正比,五、注意事項 1在實驗中，小車所受的摩擦力是造成系統(tǒng)誤差的一個重 要因素減小這種誤差的方法是在長木板的一端墊上小 木塊，使其適當傾斜，利用小車重力沿斜面方向的分力 平衡摩擦力 2判斷小車是否做勻速直線運動，一般可目測，必要時可 以打一條紙帶，看上面各點間的距離是否相等,3在本實驗中，由于兩顆小車輪子的靈活程度可能不相 同，所受的摩擦力也可能不相等，平衡摩擦力就有困 難應該盡可能選取光滑的長木板進行實驗，以減小 因摩擦而造成的系統(tǒng)誤差 4安裝器材時，要調(diào)整滑輪的高度，使拴小車的細繩與 斜面平行，且連接小車和砝碼盤應在平衡摩擦力之后,5為使所作的af圖象和a 圖象趨于精確，每個圖 都要求至少取5條以上的紙帶取一條紙帶時，要同時 在紙帶上記錄相應的小車受的拉力和小車質(zhì)量的數(shù)據(jù)， 并編號填表 6描點作圖時，應使盡可能多的點落在直線上，其余的點 均勻分布在直線的兩側(cè)，舍去個別誤差較大的點,7改變小車的質(zhì)量或拉力的大小時，改變量應盡可能大 一些，但應滿足砝碼盤和盤內(nèi)砝碼的總質(zhì)量遠小于小車 和車上砝碼的總質(zhì)量一般來說，砝碼盤和盤內(nèi)砝碼的 總質(zhì)量不超過小車和車上砝碼總質(zhì)量的10%. 8稱量物體的質(zhì)量時，應遵守天平的操作規(guī)則,六、誤差分析 1摩擦力平衡不準確、質(zhì)量測量不準確、計數(shù)點間距測 量不準確、紙帶和細繩不嚴格與木板平行都會引起誤差 2因?qū)嶒炘聿煌晟圃斐烧`差，本實驗中用小盤和盤中砝 碼的總重力代替小車受到的拉力(實際上小車受到的拉力 要小于小盤和盤中砝碼的總重力)，存在系統(tǒng)誤差,在“探究加速度與力、質(zhì)量的關系”的實驗中，按實驗要求安裝好器材后，應按一定步驟進行實驗，下述操作步驟的安排順序不盡合理，請將合理的順序填寫在下面的橫線上：_(填字母代號),a保持重物的質(zhì)量不變，在小車里加砝碼，測出加速 度，重復幾次 b保持小車質(zhì)量不變，改變重物的質(zhì)量，測出加速度， 重復幾次 c用天平測出小車和重物的質(zhì)量 d平衡摩擦力，使小車近似做勻速直線運動 e掛上重物，放進砝碼，接通打點計時器的電源，放開 小車，在紙帶上打下一系列的點 f根據(jù)測量的數(shù)據(jù)，分別畫出af和a 圖線,解析 利用控制變量法和逐差法分析紙帶求加速度，最后處理實驗數(shù)據(jù)，合理的操作順序應為dceabf或dcebaf.,答案 見解析,(2009江蘇高考)“探究加速度與物體質(zhì)量、物體 受力的關系”的實驗裝置如圖實44甲所示,圖實44,(1)在平衡小車與桌面之間摩擦力的過程中，打出了一條紙帶如圖乙所示計時器打點的時間間隔為0.02 s從比較清晰的點起，每5個點取一個計數(shù)點，量出相鄰計數(shù)點之間的距離該小車的加速度a_m/s2.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) (2)平衡摩擦力后，將5個相同的砝碼都放在小車上掛上砝碼盤，然后每次從小車上取一個砝碼添加到砝碼盤中，測量小車的加速度小車的加速度a與砝碼盤中砝碼總重力f的實驗數(shù)據(jù)如下表：,請根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出af的關系圖象,圖實45,(3)根據(jù)提供的實驗數(shù)據(jù)作出的af圖線不通過原點 請說明主要原因,解析 (1)a m/s2 0.16 m/s2或a m/s20.15 m/s2. (2)如圖實46所示,圖實46,(3)小車、砝碼盤和砝碼組成的系統(tǒng)所受合外力為砝碼盤和砝碼的總重力，而表中數(shù)據(jù)漏計了砝碼盤的重力，導致合力f的測量值小于真實值，af圖線不過原點,答案 (1)0.16(0.15也算對) (2)見解析 (3)未計入砝碼盤的重力,一、實驗目的 1探究外力做功與物體速度變化的關系 2通過分析論證和實驗探究，培養(yǎng)實驗探究能力和創(chuàng)新 精神,二、實驗原理 如圖實51所示，小車在橡皮筋的作用下彈出，沿木板滑行當我們用2條、3條同樣的橡皮筋進行第2次、第3次實驗時，使每次實驗中橡皮筋拉伸的長度 都保持一致，那么，第2次、第3次實驗中橡皮筋對小車做的功就是第一次的2倍、3倍如果把第一次實驗時橡皮筋的功記為w，以后各次的功就是2w、3w,由于橡皮筋做功而使小車獲得的速度可以由紙帶和打點計時器測出，也可以用其他方法測出這樣，進行若干次測量，就得到若干組功和速度的數(shù)據(jù) 以橡皮筋對小車做的功為縱坐標，小車獲得的速度為橫坐 標，以第一次實驗時的功w為單位，作出wv曲線，即功速度曲線分析這條曲線，可以得知橡皮筋對小車做的功與小車獲得的速度的定量關系或者作出wv2圖象，指出w與v2的關系，進而找出功與動能變化之間的關系,三、實驗器材 小車(前面帶小鉤)、長木板(兩側(cè)適當?shù)膶ΨQ位置釘兩個鐵釘)、打點計時器及紙帶、學生電源及導線(使用電火花計時器不用學生電源)、56條等長的橡皮筋、刻度尺,四、實驗操作 1實驗步驟 (1)按圖實51所示將實驗儀器安裝好，同時平衡摩擦力 (2)先用一條橡皮筋做實驗，用打點計時器和紙帶測出小車獲 得的速度v1，設此時橡皮筋對小車做的功為w1，將這一組 數(shù)據(jù)記入表格 (3)用2條橡皮筋做實驗，實驗中橡皮筋拉伸的長度與第一次 相同，這時橡皮筋對小車做的功為w2，測出小車獲得的速 度v2，將數(shù)據(jù)記入表格 (4)用3條、4條橡皮筋做實驗，用同樣的方法測出功和速 度，記入表格,2數(shù)據(jù)處理 (1)測量小車的速度：實驗獲得如圖實52所示的紙帶， 為探究橡皮筋彈力做的功和小車 速度的關系，需要測量彈力做功 結(jié)束時小車的速度，即小車做勻 速運動的速度，應在紙帶上測量 的物理量是：a1、a2間的距離x， 小車速度的表達式是v (t為打 點計時器的時間間隔),(2)實驗數(shù)據(jù)記錄,(3)實驗數(shù)據(jù)處理及分析：在坐標紙上(圖實53)畫出 wv和wv2圖線(“w”以一根橡皮筋做的功為單位),(4)實驗結(jié)論：從圖象可知功與物體速度變化的關系為wv2.,五、注意事項 1平衡摩擦力很關鍵，將木板一端墊高，使小車的重力沿斜 面向下的分力與摩擦阻力平衡方法是輕推小車，由打點 計時器打在紙帶上的點的均勻程度判斷小車是否做勻速運 動，找到木板的一個合適的傾角 2測小車速度時，紙帶上的點應選均勻部分的，也就是選小 車做勻速運動狀態(tài)的 3橡皮筋應選規(guī)格一樣的力對小車做的功以一條橡皮筋做 的功為單位即可，不必計算出具體數(shù)值 4小車質(zhì)量應大一些，使紙帶上打的點多一些,六、誤差分析 1誤差的主要來源是橡皮筋的長度、粗細不一，使橡皮筋 的拉力做的功w與橡皮筋的條數(shù)不成正比 2沒有完全平衡摩擦力(傾角小)或平衡摩擦力過度(傾角過 大)也會造成誤差 3利用打上點的紙帶計算小車的速度時，測量不準帶來 誤差,(2010金華模擬)科學規(guī)律的發(fā)現(xiàn)離不開科學探究，而科學探究可以分為理論探究和實驗探究下面我們用實驗探究恒力做功和物體動能變化之間的關系 (1)某同學的實驗設計方案如圖實54所示，該實驗用鉤碼的重力表示小車受到的合外力，為此，實驗時在安裝正確、操作規(guī)范的前提下(已平衡摩擦力)，還需要滿足的條件是 .,圖實54,(2)圖實55所示是某次實驗中得到的一條紙帶，其中a、b、c、d、e、f是該同學確定的計數(shù)點，相鄰計數(shù)點 間的時間間隔為t，距離如圖所示則打c點時小車的速 度為 ；要驗證合外力的功與動能變化間的關系， 除位移、速度外，還要測出的物理量有 .,解析 (1)只有當鉤碼的重力遠小于小車的總重力時，才能近似地認為小車受到的拉力等于鉤碼的重力 (2)c點的速度等于bd段的平均速度，故vc 要驗證合外力做的功和動能變化間的關系，需要測出小車受到的拉力大小(鉤碼的重力)和小車位移(wfx)，以及小車的質(zhì)量和速度(ek mv2)，所以還需要測出鉤碼的重力和小車的總質(zhì)量,答案 (1)鉤碼的重力遠小于小車的總重力 (2) 鉤碼的重力和小車的總質(zhì)量,(2009廣東高考)某實驗小組利用拉力傳感器和速度傳感器探究“動能定理”如圖實56所示，他們將拉力傳感器固定在小車上，用不可伸長的細線將其通過一個定滑輪與鉤碼相連，用拉力傳感器記錄小車受到拉力的大小在水平桌面上相距50.0 cm的a、b兩點各安裝一個速度傳感器，記錄小車通過a、b時的速度大小小車中可以放置砝碼,圖實56,(1)實驗主要步驟如下： 測量 和拉力傳感器的總質(zhì)量m1；把細線的一端固定在拉力傳感器上，另一端通過定滑輪與鉤碼相連；正確連接所需電路； 將小車停在c點， ，小車在細線拉動下運動，記錄細線拉力及小車通過a、b時的速度 在小車中增加砝碼，或 ，重復的操作,(2)下表是他們測得的一組數(shù)據(jù)，其中m是m1與小車中砝碼質(zhì)量之和，|v22v12|是兩個速度傳感器記錄速度的平方差，可以據(jù)此計算出動能變化量e，f是拉力傳感器受到的拉力，w是f在a、b間所做的功表格中的e3 ，w3 .(結(jié)果保留三位有效數(shù)字),(3)根據(jù)上表，請在圖實57所示的方格紙上作出ew圖線,圖實57,解析 (1)該實驗的研究對象是小車及固定在小車上的拉力傳感器，因此，應測量小車和拉力傳感器的總質(zhì)量，將小車停在c點，再釋放小車，重復操作，多得幾組數(shù)據(jù)時，有兩個措施；改變小車質(zhì)量(在小車中增加砝碼)和改變拉力大小(改變鉤碼的個數(shù)) (2)e3 m|v12v22|0.600 j. w2f3l0.610 j (3)選取適當標度，描點連線如圖實58所示,圖實58,答案 (1)小車 釋放小車 改變鉤碼數(shù)量 (2)0.600 0.610 (3)如圖實58所示,一、實驗目的 驗證機械能守恒定律 二、實驗原理 1在只有重力做功的自由落體運動中，物體的重力勢能 和動能互相轉(zhuǎn)化，但總的機械能保持不變?nèi)粑矬w某 時刻瞬時速度為v，下落高度為h，則重力勢能的減少 量為mgh，動能的增加量為 mv2，看它們在實驗誤 差允許的范圍內(nèi)是否相等，若相等則驗證了機械能守 恒定律,2速度的測量：做勻變速運動的紙帶上某點的瞬時速度 等于相鄰兩點之間的平均速度vt 2t 計算打第n個點速度的方法：測出第n個點與相鄰前后 點間的距離xn和xn1，由公式vn 或vn 算出，如圖實61所示,三、實驗器材 鐵架臺(含鐵夾)，打點計時器，學生電源，紙帶，復寫紙，導線，毫米刻度尺，重物(帶紙帶夾) 四、實驗操作 1實驗步驟 (1)安裝置：按圖實62所示將檢查、 調(diào)整好的打點計時器豎直固定在鐵架 臺上，接好電路,(2)打紙帶：將紙帶的一端用夾子固定在重物上，另一端 穿過打點計時器的限位孔，用手提著紙帶使重物靜止 在靠近打點計時器的地方先接通電源，后松開紙帶， 讓重物帶著紙帶自由下落 更換紙帶重復做35次實驗 (3)選紙帶：分兩種情況說明,用 mvn2mghn驗證時，應選點跡清晰，且1、2兩點間距離小于或接近2 mm的紙帶若1、2兩點間的距離大于2 mm，這是由于先釋放紙帶后接通電源造成的這樣，第1個點就不是運動的起始點了，這樣的紙帶不能選,用 mvb2 mva2mgh驗證時，由于重力勢能的相對性，處理紙帶時，選擇適當?shù)狞c為基準點，這樣紙帶上打出的第1、2兩點間的距離是否大于2 mm就無關緊要了，所以只要后面的點跡清晰就可選用,2數(shù)據(jù)處理 (1)測量計算 在起始點標上0，在以后各點依次標上1、2、3用 刻度尺測出對應下落高度h1、h2、h3 利用公式vn 計算出點1、點2、點3、 的瞬時速度v1、v2、v3,(2)驗證守恒 法一：利用起始點和第n點計算代入ghn和 vn2， 如果在實驗誤差允許的條件下，ghn vn2，則機 械能守恒定律是正確的 法二：任取兩點計算 任取兩點a、b測出hab，算出ghab. 算出 vb2 va2的值 在實驗誤差允許的條件下，如果ghab vb2 va2， 則機械能守恒定律是正確的,法三：圖象法從紙帶上選取多個點，測量從第一點到其余各點的下落高度h，并計算各點速度的平方v2，然后以 v2為縱軸，以h為橫軸，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出 v2h圖線若在誤差允許的范圍內(nèi)圖象是一條過原點且斜率為g的直線，則驗證了機械能守恒,五、注意事項 1打點計時器要穩(wěn)定地固定在鐵架臺上，打點計時器平面 與紙帶限位孔調(diào)整到豎直方向，以減小摩擦阻力 2重物要選用密度大、體積小的物體，這樣可以減小空氣 阻力的影響，