探索性實驗一

1、探索性實驗課時 1 力、熱探索性實驗課時綜述1在高中物理學(xué)生分組實驗中有關(guān)力、熱的探索性實驗有研究勻變速直線運動、研究平拋物體的運動、探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系等。2探究性實驗是通過實驗中出現(xiàn)的現(xiàn)象，來分析這個現(xiàn)象的原因和規(guī)律，要注意有關(guān)實驗條件與現(xiàn)象的關(guān)系，明確實驗?zāi)康模ＷC實驗條件并注意觀察實驗現(xiàn)象，分析實驗現(xiàn)象與條件之間的關(guān)系，以達到研究性實驗的目的?；犹骄坷?1、某同學(xué)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。

2、( 彈力始終未超過彈性限度，取g=9.8m/s 2 )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跟彈簧總砝碼質(zhì)量 (g)0306090120150彈簧總長 (cm)6.007.158.349.4810.6411.79彈力大小 (N)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。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 1F/N1.61.20.80.4x/10-2m05681012例 1例 2、某同學(xué)設(shè)計了一個研究平拋運動的實驗裝置，如圖。在水平桌面上放置一個斜面，讓鋼球從斜面上由靜止?jié)L下，鋼球滾過桌邊后便做平拋運動。在鋼球拋出后經(jīng)過的地方放置

3、一塊水平木板，木板由支架固定成鋼球水平，木板所在高度可通過豎直標尺讀出，木板可以上下自由調(diào)節(jié)。在木板上固定一張白紙。該同學(xué)在完成裝置安裝后進行了如下步驟的實驗：A實驗前在白紙上畫一條直線，并在線上標出a、 b、 c 三點，且 ab bc，如圖。量出 ab 長度 L=20.00cm。例 2B讓鋼球從斜面上的某一位置由靜止?jié)L下， 調(diào)節(jié)木板高度， 使得鋼球正好擊Oabc中 c 點，記下此時木板離地面的高度h1 70cm。C讓鋼球從斜面上的同一位置由靜例 2止?jié)L下， 調(diào)節(jié)木板高度， 使得鋼球正好擊1中 b 點，記下此時木板離地面的高度h290.00 （ cm）。D讓鋼球從斜面上的同一位置由靜止?jié)L下，調(diào)

4、節(jié)木板高度，使得鋼球正好擊中a 點，記下此時木板離地面的高度 h3 100.00cm。則該同學(xué)由上述測量結(jié)果即可粗測出鋼球的平拋初速度大小vo=m/s，鋼球擊中 b 點時其豎bym/s。已知鋼球的重力加速度為2直分速度大小為 v =g=10m/s ，空氣阻力不計。例 3、利用打點計時器研究一個約1.4 高的商店卷簾窗的運動。將紙帶粘在卷簾底部，紙帶通過打點計時器隨簾在豎直面內(nèi)向上運動。打印后的紙帶如圖所示，數(shù)據(jù)如表格所示。紙帶中AB、BC、CD 每兩點之間的時間間隔為0.10s ，根據(jù)各間距的長度，可計算出卷簾窗在各間距內(nèi)的平均速度V 平均 ?？梢詫?V平均近似地作為該間距中間時刻的即時速度V

5、。（ 1）請根據(jù)所提供的紙帶和數(shù)據(jù)，繪出卷簾窗運動的V-t圖線。（ 2） AD段的加速度為m/s2， AK段的平均速度為m/s。例 3例 4、某同學(xué)想研究彈簧的彈性勢能Ep 和彈簧形變量 x 間的函數(shù)關(guān)系。 設(shè)想用水平力緩慢地將彈簧從原長拉伸 x, 該過程拉力做的功W等于彈性勢能的增加 , 即 Ep。根據(jù)本實驗所得 , 彈力 F 和彈簧伸長 x 的關(guān)系為 F=kx。拉力的平均值為kx/2, 所以 W=1/2kx2。他猜想彈性勢能的表達式應(yīng)該就是Ep=1/2kx 2。他找到一根彈簧、一個木板、一個重G=5.0N 的長方體形金屬塊，設(shè)計了一個實驗，利用一把毫米刻度尺來驗證這個結(jié)論。步驟是：（ 1）

6、將金屬塊懸掛在該彈簧下方， 靜止時測得彈簧的伸長量為1.00cm, 由此得出該彈簧受單位作用力伸長，即 F= kx 式中的比例系數(shù) k 為 _N/m；（ 2）將金屬塊放在長木板上，調(diào)節(jié)長木板的傾角， 當金屬塊剛好能勻速下滑時測出斜面的高度為10.00cm,底邊長為 40.00cm, 由此測得金屬塊和長木板間的動摩擦因數(shù)=_。（ 3）如圖將彈簧一端固定在豎直墻上，另一端與金屬塊接觸，用手向左壓金屬塊使彈簧壓縮一定長度后由靜止釋放，滑塊脫離彈簧后，又沿長木板滑行一段距離而停下。 測出每次彈簧的壓縮量x 和金屬塊和長木板上滑行的距離s，將對例 4應(yīng)的數(shù)據(jù)填寫在下面的表格中。X/cm1.502.002

7、.503.003.504.00S/cm4.508.1012.4518.0024.4632.05請你根據(jù)他的思路完成該實驗。并驗證結(jié)果是否符合猜想Ep=kx2/2 。2例 5、為研究鋼球在液體中運動時所受阻力的大小, 讓鋼球從某一高度豎直落下進入液體中運動, 用閃光照相方法拍攝鋼球在不同時刻的位置, 如圖所示 . 已知鋼球在液體中運動時所受阻力F=kv2, 閃光照相機的閃光頻率為f , 圖中刻度尺的最小分度為s0, 鋼球的質(zhì)量為m.（ 1）試定性描述鋼球的運動：（ 2）由閃光照片及上述已知條件可求得阻力常數(shù)k 的表達式為k=例 5* 例 6、如圖甲所示為探究“水流射程與排水孔高度的關(guān)系”的實驗裝

8、置。在一個一端開口的塑料筒側(cè)壁的母線上鉆一排小孔，使小孔間距相等。實驗時將筒內(nèi)注滿水，并保持水面高度H不變，測出相應(yīng)的高度h 和射程 S 為h cm2.55.07.510.012.515.020.025.0S cm11.015.019.022.023.022.517.06.5(1) 根據(jù)所測數(shù)據(jù)， 在坐標紙乙上作出小孔高度 h 和對應(yīng)的射程 s 的關(guān)系曲線。(2) 根據(jù)測得數(shù)據(jù)和關(guān)系曲線可以判斷：在h=H時，射程s 最大(3) 為什么在靠近水面處和靠近底面處射程 s 都 很 小 , 說 說 你 的 看法.例 6 甲例 6 乙課堂反饋1、如圖甲所示，是一位同學(xué)在實驗室中照的一小球做平拋運動的頻閃

9、照片的一部分，由于照相時的疏忽，沒有擺上背景方格板，圖中方格是后來用直尺畫在相片上的（圖中格子的豎直線是實驗中重垂線的方向，每小格的邊長均為 5mm ) ，為了補救這一過失， 他對小球的直徑進行了測量，如圖乙所示，如果取重力加速度g=10m / s2，則 ( l）照片閃光的頻率為_Hz ;( 2）小球饋 1作平拋運動的初速度為 _m / s .12 .2、某興趣小組為測一遙控電動小車的額定功率，進行了如下實驗：用天平測出電動小車的質(zhì)量為0.4kg ；3將電動小車、紙帶和打點計時器按如圖甲所示安裝；打點計時器紙帶饋 2圖甲接通打點計時器（其打點周期為0.02s ）；使電動小車以額定功率加速運動，

10、達到最大速度一段時間后關(guān)閉小車電源，待小車靜止時再關(guān)閉打點計時器（設(shè)小車在整個過程中小車所受的阻力恒定）。在上述過程中，打點計時器在紙帶上所打的部分點跡如圖乙所示。6.006.015.996.005.785.355.044.714.404.07饋2圖乙單位： cm請你分析紙帶數(shù)據(jù)，回答下列問題：（ 1）該電動小車運動的最大速度為m/s；（ 2）該電動小車的額定功率為W。*3 、在液體中下落的物體最終會達到一個恒定的速度，稱之為收尾速度。一個半徑為r 的球體在液體中下落的收尾速度為 vg r 2 (')，其中、 g、 、 '分別為液體的粘滯系數(shù)（與液體種類相關(guān)的常3數(shù)）、重力加速

11、度（本題中為已知量）、球體的密度、液體的密度。某同學(xué)為了測定某已知密度的液體的粘滯系數(shù)，選定了下列器材：一只1000mL 的量筒、一塊秒表、一把刻度尺、直徑不同的鋁球若干個（最大直徑約 10.00mm）。（ 1）請列出該同學(xué)漏選的器材：。（ 2）實驗時，該同學(xué)首先將直徑約 10.00mm 的鋁球重復(fù)從裝滿被測液體的量筒面上自由落下測定它通過量筒刻度線 750mL到 500mL和 450mL到 200mL 的兩段時間，列表如下：距離 L（ mL）時間 t(s)平均時間 t (s)750 5001.741.721.721.73450 2001.731.721.731.73由以上測量數(shù)據(jù)得到的結(jié)論是

12、。（ 3）若測出了不同半徑的鋁球的收尾速度，并已知球體和液體的密度，要求出液體的粘滯系數(shù)，對以上數(shù)據(jù)應(yīng)如何處理？達標訓(xùn)練1、科學(xué)思維和科學(xué)方法是我們認識世界的基本手段。在研究和解決問題過程中，不僅需要相應(yīng)的知識，還要注意運用科學(xué)方法。理想實驗有時更能深刻地反映自然規(guī)律。伽利略設(shè)想了一個理想實驗，如圖所示，其中有一個是經(jīng)驗事實，其余是推論。減小第二個斜面的傾角，小球在這斜面上仍然要達到原來的高度第 1 題兩個對接的斜面，讓靜止的小球沿一個斜面滾下，小球?qū)L上另一個斜面如果沒有摩擦，小球?qū)⑸仙皆瓉磲尫艜r的高度繼續(xù)減小第二個斜面的傾角，最后使它成水平面，小球要沿水平面作持續(xù)的勻速運動請將上述理想實

13、驗的設(shè)想步驟按照正確的順序排列（只要寫序號即可）在上述的設(shè)想步驟中，有的屬于可靠的事實，有的則是理想化的推論。下列關(guān)于事實和推論的分類正確的是（）4A是事實，是推論B是事實，是推論C是事實，是推論D是事實，是推論2、科技館中有一個展品，如圖所示，在較暗處有一個不斷均勻滴水的龍頭，在一種特殊的燈光照射下，可觀察到一個個下落的水滴，緩緩調(diào)節(jié)水滴下落的時間間隔到適當狀況，可看到一種奇特現(xiàn)象，水滴似乎不在落下，而有如固定在圖中 A、 B、 C、 D 四個位置不動一般。請問實際上水滴是下是在繼續(xù)下滴？這種特殊的照射燈有什么特點？能不能通過圖中標尺定量地說明這個燈的特點？提示：題設(shè)“在較暗處”，表明能提供

14、照明的只有這一種特殊的光源。通常水滴下落加速度為 g，速度變化很快，人眼看不清下落的水滴“的現(xiàn)象。只有燈光間歇照明的情況下，水滴又是均勻滴出的，才有可能觀察到上述現(xiàn)象。也就是說當燈光閃亮瞬間，恰好有一個水滴到達空間同一位置，才能感覺到該位置有一個似乎是靜止的水滴。3、有兩個人要把質(zhì)量m=1000kg 的貨物裝進離地h=1m高的卡車車廂內(nèi)。他們找來L=5m的斜面，但沒有其它任何工具可用。假設(shè)貨物在水平地面上和此斜面上滑動時所受摩擦阻力恒為貨物重力的0.12倍，兩個人的最大推力各為800N。（ 1）通過分析說明倆人能否將貨物直接推進車廂？（ 2）請你幫助他們設(shè)計一個可行的方案，并詳細證明之。（ g

15、 取 10m/s2）4、在做“研究平拋物體的運動”的實驗中，為了確定小球在不同時刻所通過的位置，實驗時用如圖所示的裝置，先將斜槽軌道的末端調(diào)整水平，在一塊平木板表面釘上復(fù)寫紙和白紙，并將該木板豎直立于緊靠槽口處使小球從斜槽上緊靠擋板處由靜止釋放，小球撞到木板并在白紙上留下痕跡 A；將木板向遠離糟口平移距離 x，再使小球從斜槽上緊靠擋板處由靜止釋放，小球撞在木板上得到痕跡 B；又將木板再向遠離槽口平移距離 x，小球再從斜槽上緊靠擋板處由靜止釋放， 再得到痕跡 C若測得木板每次移動距離x=10.00cm ， A、 B 間 距 離 y14.78 cm， B、 C 間 距 離y214.82 cm2）1

16、0m/s（ g 取根據(jù)以上直接測量的物理量得小球初速度為第 4 題v0_（用題中所給字母表示） 。小球初速度的測量值為 _m/s 。5、某校物理興趣小組設(shè)計一個玻璃管測力計：橫截面積 S=1.00cm2的一端封閉、 一端開口的玻璃管內(nèi)，一個很薄的輕質(zhì)活塞封閉了一定量的空氣，活塞連結(jié)一個秤鉤。將測力計開口向下豎直懸掛，下端秤鉤掛上砝碼， 如圖所示。 現(xiàn)將不同質(zhì)量的砝碼 m掛在秤鉤上，穩(wěn)定后用刻度尺測量出活塞與管頂之間的距離 L，在實驗過程中，氣體的溫度保持不變，四次實驗部分數(shù)據(jù)記錄在下面的表格上：次數(shù)1234m/ Kg0.0000.1000.250L / cm2.002.223.365（1）通過

17、計算，將數(shù)據(jù)填入表內(nèi)兩個空白處。實驗時大氣壓強P0=帕。 (g 取 10.0m/s 2，結(jié)果保留三位有效數(shù)字)（ 2）在玻璃管測力計上L=4.00cm 處應(yīng)標上所測作用力大小F=N.空氣柱長度L 隨加在秤鉤上作用力F 變化而（填：均勻，不均勻）變化。（ 3）通過實驗，同學(xué)們發(fā)現(xiàn)用玻璃管測力計來測力，還存在一些不足之處，其中主要的不足之處第 5 題；。6、口香糖的生產(chǎn)已有很久的歷史，咀嚼口香糖有很多益處，但其殘留物也會帶來污染，為了研究口香糖粘附力與溫度的關(guān)系，一位同學(xué)通過實驗，測定了不同溫度下除去糖分的口香糖與磁磚地面的粘附力，得到了如圖所示的一組數(shù)據(jù)：（ 1）根據(jù)上述數(shù)據(jù)，在圖中繪制出粘附力

18、F 隨溫度的變化圖線。（ 2）根據(jù)數(shù)據(jù)和得到的圖線，可以得到的實驗結(jié)論是什么？7 、將一個動力傳感器接到計算機上，我們就可以測量快速變化的力圖中所示就是用這種方法測得的某小滑塊在半球形碗內(nèi)的豎直平面內(nèi)來回滑動時， 對碗的壓力隨時間變化的曲線 請分析小滑塊的運動并從這根曲線獲取的各種信息，你能對小滑塊本身及其運動做出哪些推論和判斷？要求陳述得出這些信息以及推論和判斷的論證過程8、 設(shè)計一個實驗來研究輕彈簧的彈性勢能與彈簧長度改變量之間的關(guān)系，實驗步驟如下： （1）在離地面高度為 h 的光滑水平桌面上，沿著與桌子邊緣垂直的方向放置一輕彈簧， 其左端固定，右端與一質(zhì)量為m的小鋼球接觸。當彈簧處于自然

19、長度時，小球恰好在桌子邊緣；（ 2）如圖所示，讓小球向左壓縮彈簧一段距離后，由靜止釋放，使第 7 題hS第 8 題6小球沿水平方向射出桌面，小球在空中飛行后落到水平地面，水平射程為s；測出彈簧的壓縮量x 與對應(yīng)的小球飛行的水平距離s 的實驗數(shù)據(jù)如下表所示。彈簧長度壓縮量（cm）1.001.502.002.503.003.50小球飛行水平距離（m ）1.011.502.012.483.013.50試（ 1）：推導(dǎo)彈簧的彈性勢能EP 與小球質(zhì)量 m、桌面離地的高度h、水平距離 s 等物理量的關(guān)系式。（ 2）猜測彈簧的彈性勢能EP 與彈簧長度的壓縮量x 之間的關(guān)系。9、某班同學(xué)分組利用手頭現(xiàn)有的各類

20、線、擺球（直徑約為2cm 左右）等材料研究擺的運動，一組是先測量了擺的運動周期，然后利用單擺周期公式計算得到L0；另一組是用刻度尺測量得到的線的長度L，兩組數(shù)據(jù)記錄如下表所示：L0 /cm54.158.063.767.374.578.182.986.589.291.494.498.6L/cm53.056.862.466.269.576.881.682.088.190.289.197.5（ 1）比較此表的相關(guān)數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)：每次測得的L0 與 L 值，始終存在L0L情況；其中大部分相對應(yīng)的數(shù)據(jù)相差不大，產(chǎn)生這一差異的主要原因是（ 2）表格中少數(shù)相對應(yīng)的數(shù)據(jù)差異較大，出現(xiàn)這一結(jié)果的原因可能是，（

21、3）由此，我們可以推斷要使L0 與 L 很接近，這個擺和擺的運動應(yīng)滿足的條件。10、為了測量兩張紙之間的摩擦因數(shù)，某同學(xué)設(shè)計了一個實驗：如圖所示，在木塊A 和木板 B 上貼上待測的紙， B 板水平固定，砂桶通過細線與A 相連，調(diào)節(jié)砂桶中砂的多少，使A 勻速向左運動，測出砂桶和砂的總質(zhì)量m以及貼紙木塊A 的質(zhì)量 M，則 =m M。(1)該同學(xué)為什么要把紙貼在木塊上而不直接測量兩張紙間的滑動摩擦力? (2)在實際操作中，發(fā)現(xiàn)要保證木塊A 做勻速運動比較困難，請你對這個實驗作一改進來解決這一困難( 可根據(jù)自己設(shè)計的方案添加實驗器材 )。第10題11、甲、乙、丙三位同學(xué)對飛機如何獲得向前推進的作用力，

22、為何能由地面起飛升空，并且能在天空中飛行，不致墜落，各有不同的主張。對于飛機如何獲得向前推進的作用力或加速度，甲認為：起落架上的輪子必須轉(zhuǎn)動，在地面跑道施加給輪胎的摩擦力推動下，飛機才能獲得前進的加速度；乙則認為：飛機的螺旋槳或渦輪機必須轉(zhuǎn)動，將周圍空氣吹向飛機后方，在空氣的反作用力推動下，飛機才能獲得前進的加速度；丙則認為：不論飛機的引擎周圍有無空氣，均能使其燃料迅速燃燒，當廢氣向后噴出時，飛機獲得反作用力，因此能向前加速。至于飛機為何能由地面起飛升空，而在空中時，為何又能維持飛行高度，不會墜落，甲和乙都認為是由于飛機前進時，流過機翼上方與下方的空氣速率不同，使機翼下方的力較大。因此，當飛機

23、沿水平方向快速前進時，機翼上方與下方受到的壓力不同，可以產(chǎn)生豎直向上的作用力（稱為升力），以克服重力，飛機因而得以升空，并在空中保持飛行高度，不致墜落。丙則認為：飛機依靠向前的推進力，就能起飛升空，并改變飛行方向，進入一定的軌道，在重力作用下繞著地球飛行。依據(jù)以上所述，回答以下各題：（ 1）對飛機如何獲得向前的推進力，三位學(xué)生提出的主張，分別與汽車、輪船、火箭前進時使用的原理類似。下表中最適合用來說明這三種原理與學(xué)生主張間的對應(yīng)關(guān)系的是（）。ABCDEF汽車甲乙甲丙丙乙輪船乙甲丙甲乙丙火箭丙丙乙乙甲甲7（ 2）考慮飛機在近乎為真空的太陽中航行的可能性。下列選項中的學(xué)生，其所提出的飛機飛行原理不

24、能用于太空航行的是（）。A甲、乙、丙B甲、乙C 甲、丙D 甲 E 乙（ 3）如果飛機依照三位學(xué)生主張的方式，下列選項中正確的是（）。須有加速跑道才能升空升空后即沒有向前推進力A甲、乙、丙甲、乙B甲、乙甲C甲、乙乙、丙D甲甲、乙（ 4）甲、乙兩學(xué)生的主張飛機的升力來自機翼上、下方的空氣的壓力差，而根據(jù)流體動力學(xué)原理，在穩(wěn)定的氣流中，流速愈快的地方，氣體的壓力愈小。如果飛機由水平地面起飛或在大氣中飛行時，流經(jīng)機翼的空氣可視為穩(wěn)定的氣流，則依據(jù)甲、乙兩學(xué)生的主張，下列敘述中正確的是（）。A、飛機的飛行高度固定時，機翼下方的空氣流速一定比機翼止方為大B、飛機要離地升空時，機翼下方的空氣流速必須比機翼上方為大C、飛機要離地升空時，機翼上方與下方的空氣流速必須相等D、機翼上方與下方的空氣流速相等時，飛機的飛行高度會下降12、探究能力是物理學(xué)研究的重要能力之一。物體因繞軸轉(zhuǎn)動而具有的動能叫轉(zhuǎn)動動能，轉(zhuǎn)動動能的大小與物體轉(zhuǎn)動的角速度有關(guān)。為了研究某一砂輪的轉(zhuǎn)動動能Ek 與角速度 的關(guān)系。 某同學(xué)采用了下述實驗方法進行探索：先讓砂輪由動力帶動勻速旋轉(zhuǎn)測得其角速度，然后讓砂輪脫離動力，由于克服轉(zhuǎn)軸間摩擦力做功，砂輪最后停下，測出砂輪脫離動力到停止