高中物理力學實驗總復(fù)習1.doc

高中物理（必修）第一章第五章力學實驗復(fù)習一、打點計時器系列實驗中紙帶的處理1紙帶的選取：一般實驗應(yīng)用點跡清晰、無漏點的紙帶中選取有足夠多點的一段作為實驗紙帶。在“驗證機械能守恒定律”實驗中還要求紙帶包含第一、二點，并且第一、二兩點距離接近2.0mm。2根據(jù)紙帶上點的密集程度選取計數(shù)點: 打點計時器每打n個點取一個計數(shù)點，則計數(shù)點時間間隔為n個打點時間間隔，即T=0.02n（s）。一般取n5，此時T=0.1s。3測量計數(shù)點間距離: 為了測量、計算的方便和減小偶然誤差的考慮，測量距離時不要分段測量，盡可能一次測量完畢，即測量計數(shù)起點到其它各計數(shù)點的距離。如圖所示，則由圖可得：4s6365210s5s4s3s2s1SSSSSS，4判定物體運動的性質(zhì)： 若、基本相等，則可判定物體在實驗誤差范圍內(nèi)作勻速直線運動。 設(shè)s1=，s2=，s3=，s4=，s5=若s1、s2、s3、s4、s5基本相等，則可判定物體在實驗誤差范圍內(nèi)作勻變速直線運動。 測定第n點的瞬時速度。物體作勻變速直線運動時，在某段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度。即測出第n點的相鄰的前、后兩段相等時間T內(nèi)的距離，由平均速度公式就可求得，如上圖中第4點的瞬時速度為：。 測定作勻變速直線運動物體的加速度，一般用逐差法求加速度。將如上圖所示的連續(xù)相等時間間隔T內(nèi)的位移、分成兩組，利用可得：、，再算出的、平均值，即：就是所測定作勻變速直線運動物體的加速度。若為奇數(shù)組數(shù)據(jù)則將中間一組去掉，然后再將數(shù)據(jù)分組利用逐差法求解。二、研究勻變速直線運動ABCs1s2s3O（1）紙帶處理。從打點計時器重復(fù)打下的多條紙帶中選點跡 清楚的一條，舍掉開始比較密集的點跡，從便于測量的地方取一個開始點O，然后每5個點取一個計數(shù)點A、B、C、（或者說每隔4個點取一個記數(shù)點），這樣做的好處是相鄰記數(shù)點間的時間間隔是0.1s，便于計算。測出相鄰計數(shù)點間的距離s1、s2、s3 t/s0 T 2T 3T 4T 5T 6Tv/(ms-1)（2）利用s1、s2、s3 可以計算相鄰相等時間內(nèi)的位移差s2-s1、s3- s2、s4- s3，如果它們在允許的誤差范圍內(nèi)相等，則可以判定被測物體的運動是勻變速直線運動。（3）利用紙帶可以求被測物體在任一計數(shù)點對應(yīng)時刻的瞬時速度v：如（4）利用紙帶求被測物體的加速度a。具體來說又有3種方法： “逐差法”：從紙帶上得到6個相鄰相等時間內(nèi)的位移，則 利用任意兩段相鄰記數(shù)點間的位移求a：如 利用v-t圖象求a：求出A、B、C、D、E、F各點的即時速度，畫出如右的v-t圖線，圖線的斜率就是加速度a。例1、在“測定勻變速直線運動的加速度”的實驗中，用打點計時器記錄紙帶運動的時間。計時器所用電源的頻率為50Hz，圖為一次實驗得到的一條紙帶，紙帶上每相鄰的兩計數(shù)點間都有四個點未畫出，按時間順序取0、1、2、3、4、5六個計數(shù)點，用米尺量出1、2、3、4、5點到0點的距離如圖所示（單位：cm）。由紙帶數(shù)據(jù)計算可得計數(shù)點4所代表時刻的即時速度大小v4_ms，小車的加速度大小a_ms2。（保留三位有效數(shù)字）x012345622.530.037.545.052.5y/mm60.0例2 、做勻加速直線運動的小車，牽引一條紙帶通過打點計時器，交流電源的頻率為50Hz，由紙帶上打出的某一點開始，每5個點剪下一段紙帶，按圖所示，使每一條紙帶下端與x軸重合，左邊與y軸平行，將紙帶段粘貼在直角坐標系中，則小車運動的加速度是 m/s2（保留兩位有效數(shù)字）。例3、2004年7月25日，中國用長征運載火箭成功地發(fā)射了“探測2號”衛(wèi)星右圖是某監(jiān)測系統(tǒng)每隔2.5s拍攝的關(guān)于起始勻加速階段火箭的一組照片(1)已知火箭的長度為40 m，用刻度尺測量照片上的長度，結(jié)果如圖所示則火箭在照片中第2個像所對應(yīng)時刻的瞬時速度大小v=_ms(2)為探究物體做直線運動過程中s隨t變化的規(guī)律，某實驗小組經(jīng)過實驗和計算得到下表的實驗數(shù)據(jù)：物體運動的起止點所測的物理量測量次數(shù)12345AB時間t(s)0.891.241.521.761.97時間t2(s2)0.791.542.313.103.88位移s(m)0.250.500.751.001.25根據(jù)表格數(shù)據(jù)，請你在下圖所示的坐標系中，用縱、橫軸分別選擇合適的物理量和標度作出關(guān)系圖線并根據(jù)圖線分析得出物體從AB的過程中s隨t變化的定量關(guān)系式：_三、對自由落體運動的探究按照教材第43頁的圖251裝置做實驗，將一系有紙帶的重物從一定的高度自由下落，利用打點計時器記錄重物的下落過程在對紙帶進行數(shù)據(jù)處理，圖象法求物體運動的加速位置0123456時間（s）0v(m/s)根據(jù)勻變速直線運動的一個推論：在一段時間t內(nèi)的平均速度等于這段時間中間時刻的瞬時速度，有v1=(x1+x2)/2T， v2=(x2+x3)/2T求出各計數(shù)點的瞬時速度后，由加速度的定義：a=v/t計算出該物體做勻變速直線運動的加速度；或選好計時起點作v-t圖象，圖象的斜率即為該勻變速直線運動的加速度。在對紙帶進行數(shù)據(jù)處理可知：自由落體運動是 運動。 【自由落體加速度】閱讀教材p43完成下列問題：（1）自由落體運動的加速度它的方向如何?（2）、看教材第44頁列表，嘗試從表中尋找規(guī)律 【反思總結(jié)】1、自由落體運動的特點及其加速度的特點2、自由落體運動的運動學公式 例4、一個物體從45m高的地方靜止釋放，做自由落體運動，（g取10m/s2）求：（1）到達地面時的速度 ( )（2）下落最后1s內(nèi)的位移 （ ）例5、一個自由落下的物體在最后1 s內(nèi)落下的距離等于全程的一半，計算它降落的時間和高度？取g= 10m/s2 （ ）例6、(g取10m)從樓頂上自由下落的小球經(jīng)過某窗戶頂部和底部時的速度分別為4ms和6ms，試求該窗戶的高度為多少 ( )四、探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系例7、某同學在做探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系的實驗中，設(shè)計了如圖所示的實驗裝置。所用的鉤碼每只的質(zhì)量都是30g，他先測出不掛鉤碼時彈簧的自然長度，再將5個鉤碼逐個掛在彈簧的下端，每次都測出相應(yīng)的彈簧總長度，將數(shù)據(jù)填在了下面的表中。(彈力始終未超過彈性限度，取g=9.8m/s2)砝碼質(zhì)量(g)0306090120150彈簧總長(cm)6.007.158.349.4810.6411.79彈力大小(N)F/Nx/10-2m5 6 8 10 121.61.20.80.40（1）試根據(jù)這些實驗數(shù)據(jù)在右圖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(guān)系圖線，說明圖線跟坐標軸交點的物理意義。（2）上一問所得圖線的物理意義是什么?該彈簧的勁度k是多大?例8、（08北京卷）某同學和你一起探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系，并測彈簧的勁度系數(shù)k。做法是先將待測彈簧的一端固定在鐵架臺上，然后將最小刻度是毫米的刻度尺豎直放在彈簧一側(cè)，并使彈簧另一端的指針恰好落在刻度尺上。當彈簧自然下垂時，指針指示的刻度數(shù)值記作L0，彈簧下端掛一個50g的砝碼時，指針指示的刻度數(shù)值記作L1;彈簧下端掛兩個50g的砝碼時，指針指示的刻度數(shù)值記作L2;掛七個50g的砝碼時，指針指示的刻度數(shù)值記作L2。下表記錄的是該同學已測出的6個值，其中有兩個數(shù)值在記錄時有誤，它們的代表符號分別是 和 測量記錄表：代表符號L0L1L2L3L4L5L6L7刻度數(shù)值/cm1.703.405.108.6010.312.1實驗中，L3和L2兩個值還沒有測定，請你根據(jù)上圖將這兩個測量值填入記錄表中。為充分利用測量數(shù)據(jù)，該同學將所測得的數(shù)值按如下方法逐一求差，分別計算出了三個差值：。請你給出第四個差值：dA= cm。根據(jù)以上差值，可以求出每增加50g砝碼的彈簧平均伸長量。用d1、d2、d3、d4表示的式子為： ，代入數(shù)據(jù)解得 cm。計算彈簧的勁度系數(shù)k N/m。（g取98m/s2）五、驗證力的平行四邊形定則AOBabc（1）原理是兩只彈簧秤成角度拉橡皮條AB和一只彈簧秤拉 橡皮條AB的效果相同，這個效果就是指橡皮條的形變量（大小和方向）相同。（2）在畫力的圖示時，必須有箭頭、標度、刻度。（3）實驗往往有一定的偶然誤差，只要用平行四邊形定則求得的合力F和一只彈簧秤的拉力F / 的圖示大小和方向在誤差允許的范圍內(nèi)相同就可以了。例9、 橡皮筋的一端固定在A點，另一端栓上兩根細繩，每根細繩分別連著一個量程為5N、最小刻度為0.1N的彈簧測力計，沿著兩個不同的方向拉彈簧測力計。當橡皮筋的活動端拉到O點時，兩根細繩相互垂直，如圖所示。這時彈簧測力計的讀數(shù)可從圖中讀出。由圖可讀得兩個相互垂直的拉力的大小分別為_N和_N。（只須讀到0.1N）在右圖的方格紙中按作圖法的要求畫出這兩個力及它們的合力。34012345(N)(N)1234例10、李明同學在做互成角度的兩個力的合成實驗時，利用坐標紙記下了橡皮筋的結(jié)點位置O點以及兩只彈簧秤拉力的大小如圖（a）所示，（1）試在圖（a）中作出無實驗誤差情況下F1和F2的合力圖示，并用F表示此力（2）有關(guān)此實驗，下列敘述正確的是 （A）兩彈簧秤的拉力可以同時比橡皮筋的拉力大 （B）橡皮筋的拉力是合力，兩彈簧秤的拉力是分力 （C）兩次拉橡皮筋時，需將橡皮筋結(jié)點拉到同一位置O這樣做的目的是保證兩次彈簧秤拉力的效果相同 （D）若只增大某一只彈簧秤的拉力大小而要保證橡皮筋結(jié)點位置不變，只需調(diào)整另一只彈簧秤拉力的大小即可（3）圖（b）所示是李明和張華兩位同學在做以上實驗時得到的結(jié)果，其中哪一個實驗比較符合實驗事實？（力F是用一只彈簧秤拉時的圖示） 答： （4）在以上比較符合實驗事實的一位同學中，造成誤差的主要原因是：（至少寫出兩種情況） 答： 。例11、在“驗證力的平行四邊形定則”的實驗情況如圖甲所示，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。圖乙是在白紙上根據(jù)實驗結(jié)果畫出的圖。圖乙中的F與F兩力中，方向一定沿AO方向的是_。(2分)本實驗采用的科學方法是-（ ）(2分)A. 理想實驗法 B. 等效替代法C. 控制變量法 D. 建立物理模型法結(jié)點繩套例12、在“探究求合力的方法”的實驗中，需要將橡皮條的一端固定在水平木板上，另一端系上兩根細繩，細繩的另一端都有繩套（如圖）實驗中需用兩個彈簧秤分別勾住繩套，并互成角度地拉橡皮條，使橡皮條伸長，結(jié)點到達某一位置O（1）某同學在做該實驗時認為：A拉橡皮條的繩細一些且長一些，實驗效果較好B拉橡皮條時，彈簧秤、橡皮條、細繩應(yīng)貼近木板且與木板平面平行C橡皮條彈性要好，拉結(jié)點到達某一位置O時，拉力要適當大些D拉力F1和F 2的夾角越大越好其中正確的是 （填入相應(yīng)的字母）（2）若兩個彈簧秤的讀數(shù)均為4N，且兩彈簧秤拉力的方向相互垂直，則 （選填“能”或“不能”）用一個量程為5N的彈簧秤測量出它們的合力，理由是 六、驗證牛頓第二運動定律（1）了解該實驗的系統(tǒng)誤差的來源。用砂和砂桶的總重量代替小車受到的拉力。由牛頓第二定律可知，由于砂桶也在做勻加速運動，因此砂和砂桶的總重量肯定大于小車受到的實際拉力?？梢酝茖?dǎo)出結(jié)論：只有在小車的總質(zhì)量M遠大于砂和砂桶的總質(zhì)量m時，才能使該系統(tǒng)誤差足夠小。沒有考慮摩擦阻力的作用。應(yīng)該用平衡摩擦力的方法來消除這個系統(tǒng)誤差。（2）為研究a、F、m三者的關(guān)系，要利用“控制變量法”，分別研究a與F、 a與m的關(guān)系。（3）用圖象法驗證aF、 am-1（后者必須用a-m-1圖象，不能用a-m圖象）打點計時器圖1例13 、一打點計時器固定在斜面上某處，一小車拖著穿過打點計時器的紙帶從斜面上滑下，如右圖所示。下圖是打出的紙帶的一段。已知打點計時器使用的交流電頻率為50Hz，利用下圖給出的數(shù)據(jù)可求出小車下滑的加速度a=_。5.12 5.74 6.37 6.98 7.60 8.24 8.85 9.47 (單位：cm)為了求出小車在下滑過程中所受的阻力，還需要測量的物理量有_。用測得的量及加速度a表示阻力的計算式為f=_。d1d2d30123例14、某校學習興趣小組在研究“探索小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗，圖是某次實驗得出的紙帶，所用電源的頻率為50HZ，舍去前面比較密集的點，從0點開始，每5個連續(xù)點取1個計數(shù)點，標以1、2、3。各計數(shù)點與0計數(shù)點之間的距離依次為d1=3cm，d2=7.5cm,d3=13.5cm，則（1）物體做 的運動，理由是 ；（2）物體通過1計數(shù)點的速度v1= m/s；（3）物體運動的加速度為a = m/s2.例15、某同學設(shè)計了一個探究加速度a與物體所受合力F及質(zhì)量m關(guān)系的實驗，圖（a）為實驗裝置簡圖。（交流電的頻率為50Hz） （1）圖（b）為某次實驗得到的紙帶，根據(jù)紙帶可求出小車的加速度大小為 m/s2。（保留二位有效數(shù)字） （2）保持砂和砂桶質(zhì)量不變，改變小車質(zhì)量m，分別得到小車加速度a與質(zhì)量m及對應(yīng)的，數(shù)據(jù)如下表：實驗次數(shù)12345678小車加速度a/ms21.901.721.491.251.000.750.500.30小車質(zhì)量m/kg0.250.290.330.400.500.711.001.674.003.453.032.502.001.411.000.60 請在方格坐標紙中畫出圖線，并從圖線求出小車加速度a與質(zhì)量倒數(shù)之間的關(guān)系式是 。 （3）保持小車質(zhì)量不變，改變砂和砂桶質(zhì)量，該同學根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出了加速度a隨合力F的變化圖線如圖（c）所示。該圖線不通過原點，其主要原因是 。例16、某同學在“探究當外力一定時，加速度和質(zhì)量的關(guān)系”的實驗時得到下表中的實驗數(shù)據(jù)， ( l )這位同學決定使用 a 一 1 / m 圖象來處理這些數(shù)據(jù)，而不用a一 m 圖象來處理這些數(shù)據(jù)的原因是 _ ， _ 。 ( 2 )請作出 a 一 1 / m 圖象，根據(jù)作出的圖象，可以得到的結(jié)論是 例17、現(xiàn)要驗證“當合外力一定時，物體運動的加速度與其質(zhì)量成反比”這一物理規(guī)律。給定的器材如下：一傾角可以調(diào)節(jié)的長斜面（如圖）、小車、計時器一個、米尺、天平、砝碼、鉤碼若干。實驗步驟如下（不考慮摩擦力的影響），在空格中填入適當?shù)墓交蛭淖帧＃?）用天平測出小車的質(zhì)量m（2）讓小車自斜面上方一固定點A1從靜止開始下滑到斜面底端A2，記下所用的時間t。（3）用米尺測量A1與A2之間的距離s。則小車的加速度a 。（4）用米尺測量A1相對于A2的高度h。則小車所受的合外力F 。（5）在小車中加鉤碼，用天平測出此時小車與鉤碼的總質(zhì)量m，同時改變h，使m與h的乘積不變。測出小車從A1靜止開始下滑到斜面底端A2所需的時間t。請說出總質(zhì)量與高度的乘積不變的原因_。（6）多次測量m和t，以m為橫坐標，t2為縱坐標，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作圖。如能得到一條_線，則可驗證“當合外力一定時，物體運動的加速度與其質(zhì)量成反比”這一規(guī)律。例18、某同學設(shè)計了一個“探究加速度與物體所受合力F及質(zhì)量m的關(guān)系”實驗如圖a為實驗裝置簡圖，A為小車，B為電火花計時器，C為裝有砝碼的小桶，D為一端帶有定滑輪的長方形木板，實驗中認為細繩對小車拉力F等于砝碼和小桶的總重量，小車運動加速度a可用紙帶上的打點求得DBAC (a)aABEDC6.196.707.217.72單位：cm (b)a (c)（1）圖（b）為某次實驗得到的紙帶，根據(jù)紙帶可求出小車的加速度大小為 m/s2（保留二位有效數(shù)字）（2）在“探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系”時，保持砝碼和小桶質(zhì)量不變，改變小車質(zhì)量m ，分別得到小車加速度a與質(zhì)量m數(shù)據(jù)如下表：次 數(shù)123456789小車加速度a/ms21.981.721.481.251.000.750.480.500.30小車質(zhì)量m/kg0.250.290.330.400.500.710.751.001.67 (d)Fa0根據(jù)上表數(shù)據(jù)，為直觀反映F不變時a與m的關(guān)系，請在圖c方格坐標紙中選擇恰當物理量建立坐標系，并作出圖線（如有需要，可利用上表中空格）（3）在“探究加速度與力的關(guān)系”時，保持小車的質(zhì)量不變，改變小桶中砝碼的質(zhì)量，該同學根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出了加速度a與合力F圖線如圖d ，該圖線不通過坐標原點，試分析圖線不通過坐標原點的原因答：例19、在探究加速度與物體所受合外力和質(zhì)量間的關(guān)系時，采用如圖所示的實驗裝置，小車及車中的砝碼質(zhì)量用M表示，盤及盤中的砝碼質(zhì)量用m表示，小車的加速度可由小車后拖動的紙帶由打點計時器打出的點計算出：當M與m的大小關(guān)系滿足 時，才可以認為繩子對小車的拉力大小等于盤和砝碼的重力。一組同學在先保持盤及盤中的砝碼質(zhì)量一定，探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系，以下做法錯誤的是：（ ）A平衡摩擦力時，應(yīng)將盤及盤中的砝碼用細繩通過定滑輪系在小車上B每次改變小車的質(zhì)量時，不需要重新平衡摩擦力C實驗時，先放開小車，再接通打點計時器電源D小車運動的加速度可用天平測出m以及小車質(zhì)量M，直接用公式m求出。在保持小車及車中的砝碼質(zhì)量M一定，探究加速度與所受合外力的關(guān)系時，由于平衡摩擦力時操作不當，二位同學得到的關(guān)系分別如下圖、所示（是小車的加速度，是細線作用于小車的拉力）。其原因分別是：圖： 圖： 七、研究平拋運動1.豎直方向的運動規(guī)律實驗演示教材實驗，實驗探究豎直方向上的運動規(guī)律。介紹實驗裝置如下圖所示介紹實驗做法.因彈簧片C受到小錘D的打擊，C向前推動小鋼球具有水平初速度，使A做平拋運動，同時(強調(diào))松開小鋼球B，使B從孔中自由落下，做自由落體運動.觀察實驗現(xiàn)象，思考以下幾方面：1、無論A球的水平速度大小如何，它總是與B球同時落地。2、A球的水平初速度越大，走過的水平距離也越大。3、A球水平初速度的大小并不影響平拋物體在豎直方向上的運動。這一實驗說明水平分運動并不影響豎直分運動；即水平分運動和豎直分運動各自獨立地按自己的規(guī)律進行，互不干擾。這一現(xiàn)象還說明平拋運動的豎直分運動是自由落體運動。 結(jié)論 平拋運動物體豎直方向是自由落體運動2、水平方向的運動規(guī)律平拋運動在豎直方向上的分運動是自由落體運動而自由落體運動下落的高度h是與運動時間t的二次方成正比的,即h=1/2gt2,因此在豎直坐標軸y上,從原點開始向下任取一個坐標為h的點,再找到坐標為4h,9h,16h,的點.在物體運動過程中,縱坐標從其中一個位置運動到下一個位置所用的時間都是相等的.過這些點作水平線與軌跡相交交點就是每經(jīng)相等時間物體所到達的位置.如果使用數(shù)碼相機的連續(xù)攝像功能,記錄的連續(xù)的點,經(jīng)歷的時間間隔是相等的,在坐標紙上直接確定各點的水平位移就可以了.用數(shù)碼攝像機拍得影像后，傳入計算機，采集后用“超級解霸v8”連續(xù)截圖就可以得到等時間間隔（1/24s，軟件設(shè)定）的圖片了，對應(yīng)圖片上小球的位置，在相同的坐標紙上描點連線，也可以直接確定各點的水平位移。例20、下面是做探究平拋運動規(guī)律實驗的步驟：A將鋼球從斜槽上的某點釋放，它離開槽后在空間做平拋運動，在小球運動軌跡的某處用帶孔的卡片迎接小球，使球恰好從孔中央通過而不碰到邊緣，然后對準孔中央在白紙上記下一個點B以斜槽末端作為平拋運動的起點O，在白紙上標出O的位置C取下白紙，在紙上畫一條與豎直線Oy垂直的水平線OxD用光滑曲線把記錄小球通過的位置的若干點連接起來，就得到平拋運動的軌跡由于測定各個點時存在誤差，所畫的曲線可不通過個別偏差大的點，但必須保持曲線光滑，不允許出現(xiàn)凹陷處E從斜槽上不同點釋放小球，用步驟A的方法確定平拋軌跡上的其他點F在曲線上取56個點(不必是步驟A測出的點)，用尺測出