浙江鸭版高考物理大一轮复习第十四章实验与探究第1讲力学实验一学案Word下载.docx

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x/m

v/（m·

s－1）

（2）分别计算出相邻的两计数点之间的距离x1、x2、x3……

（3）利用vn＝

求得计数点1、2、3、4的瞬时速度，填入上面的表格中.

2.作出小车运动的v－t图象

（1）定标度、描点：

坐标轴的标度选取要合理，并根据表格中的数据在此坐标系中描点.

（2）连线：

画一条直线，让这条直线通过尽可能多的点，不在直线上的点大致均匀分布在直线的两侧.

五、注意事项

1.细绳、纸带要与长木板平行；

2.先接通电源，待打点稳定后再释放小车；

3.开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器；

4.无须平衡摩擦力；

5.悬挂的钩码要适当，避免纸带打出的点太少或过于密集；

6.作v－t图象时，注意坐标轴单位长度的选取，应使图象尽量分布在坐标平面的大部分面积.

例1　（2016·

浙江10月选考·

17）在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中

（1）下列说法中不正确或不必要的是________（填字母）.

A.长木板的一端必须垫高，使小车在不挂钩码时能在木板上做匀速运动

B.连接钩码和小车的细线应与长木板保持平行

C.小车应靠近打点计时器，先接通电源，后释放小车

D.选择计数点时，必须从纸带上第一个点开始

（2）图2甲是实验中打下的一段纸带，算出计数点2的速度大小为________m/s，并在图乙中标出，其余计数点1、3、4、5对应的小车瞬时速度大小在图乙中已标出.

（3）作图并求得小车的加速度大小为________m/s2.

甲

乙

图2

答案　见解析

解析　

（1）探究小车速度随时间变化的规律，要求长木板平放，选项A是不必要的.在处理纸带时，由于第一点并不确定，因此常常将前面的点去掉，从清晰可辨的点开始取点，选项D是不必要的.连接钩码和小车的细线需要与长木板平行，否则就要涉及到线的拉力分解问题，选项B是必要的.操作时应先接通电源再释放小车，选项C是必要的.

（2）根据题图甲，x1＝3.80cm，x3＝15.70cm，T＝5×

0.02s＝0.1s，所以v2＝

≈0.60m/s.标出计数点2的速度如图（a）所示.

（3）作图如图（b）所示，由图象可求出加速度a＝

＝1.50m/s2.

变式1　（2018·

宁波市期末）在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中

（1）用到电磁打点计时器，应采用的电源是________.

A.学生电源交流输出

B.3节干电池

C.蓄电池

（2）下列说法正确的是________.

A.应先接通电源，在打点计时器开始打点后再释放小车

B.应先释放小车，再接通打点计时器的电源

（3）某学生实验时得到一条点迹清晰的纸带如图3所示，图中O、A、B、C、D、E是打点计时器连续打下的6个点，若打点计时器的打点周期为T，则利用此纸带得到小车的加速度的表达式为________.（用x2、x5、T来表示）

图3

答案　

（1）A　

（2）A　（3）

变式2　（2018·

温州市“十五校联合体”期中）同学们利用如图4所示装置做“探究小车速度随时间变化的规律”实验.请你完成下列有关问题：

图4

（1）实验室提供如图5甲、乙两种打点计时器，某实验小组决定使用电火花计时器，则应选用图中的____（填“甲”或“乙”）计时器.

图5

（2）另一实验小组使用的是电磁打点计时器，图6中接线正确的是_______（填“甲”或“乙”）.

图6

（3）小宇同学选取一条清晰纸带进行研究，在纸带上选出九个计数点，如图7所示，相邻两个计数点之间的时间间隔为0.1s，根据纸带提供的信息，纸带上3、5两点间距离为________mm.

图7

（4）纸带上计数点6的瞬时速度为________m/s（结果保留3位有效数字），小车运动的加速度为________m/s2（结果保留2位有效数字）.

（5）在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，下列说法中对于减小实验误差有益的是________.

A.垫高长木板的一端，使小车在不挂钩码时能在木板上做匀速运动

B.使小车运动的加速度尽量小些

C.舍去纸带上密集的点，利用点迹清晰、点间间隔适当的那一部分进行测量

D.选用各处平整程度、光滑程度相同的长木板做实验

答案　

（1）乙　

（2）乙　（3）35.0（34.5～35.5均可）　（4）0.255（0.254～0.256均可）　0.38（0.36～0.42均可）

（5）CD

变式3　（2018·

杭州市五校联考）如图8所示，某同学在做“探究小车速度随时间变化的规律”实验时，对打出的一条纸带进行研究（打点计时器所用电源频率为50Hz），该同学在纸带上按每5个点取一个计数点，取了A、B、C、D、E、F等计数点进行研究，该同学已求出了一些计数点对应的速度，其数值见表格.

图8

（1）关于用打点计时器“探究小车速度随时间变化的规律”的实验，以下说法正确的是________.

A.长木板带滑轮的一端必须伸出桌面外侧

B.实验时小车应从靠近打点计时器的位置释放

C.应先释放小车，再启动打点计时器

D.牵引小车的钩码质量越大越好

（2）根据图9纸带提供的信息，该同学已经计算出了打下B、D、E这三个计数点时小车的速度，请你帮助他计算出打下计数点C时小车的速度（保留2位有效数字），并填入相应空格.

图9

计数点

B

C

D

E

v/（m/s）

0.40

0.56

0.64

（3）以速度v为纵轴、时间t为横轴在坐标纸上建立直角坐标系（A点对应时刻为坐标系中的0时刻），根据以上数据在图10所给的坐标纸中作出小车的v－t图线.

图10

（4）根据图象可得，小车在打下A点时的速度vA＝________m/s，小车运动的加速度a＝________m/s2.（以上结果均保留2位有效数字）

答案　

（1）AB　

（2）0.48　（3）如图所示

（4）0.32　0.80

实验2：

探究求合力的方法

1.合力F′的确定：

一个力F′的作用效果和两个力F1、F2的共同作用效果都是把橡皮条拉伸到同一点，则F′就是F1、F2的合力.

2.合力理论值F的确定：

根据平行四边形定则作出F1、F2的合力F的图示.

3.平行四边形定则的验证：

比较F和F′的大小和方向是否相同.

实验装置图如图11所示：

图11

方木板、白纸、弹簧测力计（两只）、橡皮条、细绳套、刻度尺（与三角板）、图钉（若干）.

1.钉白纸：

用图钉把白纸钉在水平桌面上的方木板上.

2.拴绳套：

用图钉把橡皮条的一端固定在A点，在橡皮条的另一端拴上两个细绳套.

3.两力拉：

用两只弹簧测力计分别勾住细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长到某一位置O，如图12所示.记录两弹簧测力计的读数，用铅笔描下O点的位置及此时两细绳套的方向.

图12

4.一力拉：

只用一只弹簧测力计通过细绳套把橡皮条的结点拉到同样的位置O，记下弹簧测力计的读数和细绳套的方向.

5.改变两个力F1和F2的大小和夹角，再重复实验两次.

1.用铅笔和刻度尺从结点O沿两条细绳方向画直线，按选定的标度作出这两只弹簧测力计的拉力F1和F2的图示，并以F1和F2为邻边用刻度尺与三角板作平行四边形，过O点画平行四边形的对角线，即可得到合力F的图示.

2.用刻度尺从O点按同样的标度沿记录的方向作出实验步骤中用一只弹簧测力计拉时弹簧测力计的拉力F′的图示.

3.比较F与F′是否完全重合或几乎完全重合，从而验证平行四边形定则.

1.同一实验中的两只弹簧测力计的选取方法是：

将两只弹簧测力计调零后互钩对拉，若两只弹簧测力计在对拉过程中，读数相同，则可选；

若读数不同，应另换，直至相同为止.

2.在同一次实验中，使橡皮条拉长时，结点O位置一定要相同.

3.用两只弹簧测力计钩住绳套互成角度地拉橡皮条时，夹角不宜太大也不宜太小，在60°

～100°

之间为宜.

4.实验时弹簧测力计应与木板平行，弹簧轴线与绳子共线，读数时眼睛要正视弹簧测力计的刻度，在合力不超过弹簧测力计量程及橡皮条弹性限度的前提下，拉力的数值尽量大些.

5.细绳套应适当长一些，便于确定力的方向.不要直接沿细绳套的方向画直线，应在细绳套末端用铅笔画一个点，去掉细绳套后，再将所标点与O点连接，即可确定力的方向.

6.在同一次实验中，画力的图示所选定的标度要相同，并且要恰当选取标度，使所作力的图示稍大一些.

例2　某探究小组做“探究求合力的方法”实验，将画有坐标轴（横轴为x轴，纵轴为y轴，最小刻度表示1mm）的纸贴在水平桌面上，如图13（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的大小可由弹簧测力计读出.弹簧测力计的示数如图（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F1＝4.2N和F2＝5.6N.

①用5mm长度的线段表示1N的力，以O为作用点，在图（a）中画出力F1、F2的图示，然后按平行四边形定则画出它们的合力F合；

图13

②F合的大小为________N，F合与拉力F的夹角的正切值为________.

若F合与拉力F的大小及方向的偏差均在实验所允许的误差范围之内，则该实验验证了力的平行四边形定则.

答案　

（1）4.0　

（2）①见解析图　②4.0　0.05

解析　

（1）由题图（b）可知，F的大小为4.0N

（2）①画出力F1、F2的图示，按平行四边形定则画出F合，如图所示

②F合的线段长约为20mm，所以F合大小约为4.0N，F合与拉力F的夹角的正切值为tanα＝0.05.

变式4　（2018·

嘉兴市期末）如图14所示为探究求合力的方法的实验装置图.

图14

（1）请将下面实验的主要步骤补充完整.

①将橡皮筋的一端固定在木板上的A点，另一端拴上两根绳套，每根绳套上分别连着一个弹簧测力计；

②沿着两个方向拉弹簧测力计.将橡皮筋的活动端拉到某一位置，将此位置标记为O点，并记录两个拉力的大小及方向；

③再用一个弹簧测力计将橡皮筋的活动端仍拉至O点，记录________.

（2）下列几种操作的讨论中，说法正确的是________.

答案　

（1）该弹簧测力计拉力的大小及细绳套的方向

（2）AB

变式5　某同学做“探究求合力的方法”实验，如图15甲所示，其中A为固定橡皮条的图钉，O为橡皮条与细绳的结点，OB和OC为细绳.图乙是在白纸上根据实验结果画出的图.

图15

（1）如果没有操作失误，图乙中的力F与F′中，方向一定沿AO方向的是________.

（2）某同学认为实验中必须注意下列要求，其中正确的是________.（填选项前的字母）

A.两根细绳必须等长

B.橡皮条应与两绳夹角的平分线在同一直线上

C.在使用弹簧秤时要使弹簧秤与木板平面平行

D.细绳要适当长些

（3）实验中两个操作步骤如下：

①在水平放置的木板上垫一张白纸并固定好，把橡皮条的一端固定在木板上，另一端拴两根细绳，通过细绳同时用两个弹簧秤互成角度地拉橡皮条，使橡皮条与细绳的结点达到某一位置O点，在白纸上记下O点和两个弹簧秤的读数，并记下两细绳的方向；

②只用一个弹簧秤通过细绳拉橡皮条，使橡皮条的伸长量与用两个弹簧秤拉时的伸长量相同，记下此时弹簧秤的读数和细绳的方向.

其中有错误的步骤是________，正确操作应是________________________.

答案　

（1）F′　

（2）CD　（3）②　将橡皮条与细绳结点拉到O点

解析　

（1）F′是只用一个弹簧秤把橡皮条的结点拉到位置O的力，故F′必沿OA方向.

（2）细绳的作用是显示出力的方向，不必等长，A错误；

只要确保用一个弹簧秤拉时能将结点拉到同一位置即可，橡皮条不一定要在两绳夹角的平分线上，B错误；

在拉弹簧秤时必须要求弹簧秤与木板平面平行，使结点受到的力在与木板平行的同一平面内，C正确；

为了便于记录力的方向，并减小偶然误差，拉橡皮条的细绳要适当长些，使标记细绳方向的两点远些，D正确.

（3）实验用到了等效法，用两个弹簧秤拉应与用一个弹簧秤拉的效果相同，故错误的步骤是②，正确操作应是将橡皮条与细绳的结点拉到O点.

变式6　某同学利用共点力平衡的原理来探究共点力的合成是否遵循平行四边形定则，他将三条相同的橡皮筋（遵循胡克定律）的一端系在一起，用三条细绳分别连接橡皮筋的另一端，按如图16所示方式把重物竖直吊起.在实验中，可以通过刻度尺测量橡皮筋的长度来得到橡皮筋的拉力的大小，并通过三条细绳的方向确定三个拉力的方向，从而探究其中任意两个拉力的合力是否与第三个力等大反向.

图16

（1）在实验过程中，下列说法正确的是________.

A.实验过程中需要测量三条橡皮筋的长度以及橡皮筋的原长

B.以OA、OB为两邻边作力的平行四边形，其对角线一定与OC在一条直线上

C.多次实验中可改变OA、OB的夹角或改变重物质量，但结点O位置不能改变

D.每次实验均需记录三条细绳的方向及结点的位置

（2）为减小误差，应选择劲度系数适当________（填“大”或“小”）的橡皮筋，质量适当________（填“大”或“小”）的重物.

答案　

（1）AD　

（2）小　大

解析　

（1）实验过程中需要测量三条橡皮筋的长度以及橡皮筋的原长，从而确定橡皮筋的伸长量，进而确定力的大小，选项A正确；

以OA、OB为两邻边作力的平行四边形，由于实验存在误差，其对角线不一定与OC在一条直线上，选项B错误；

多次实验中可改变OA、OB的夹角或改变重物的质量，因为是不同的实验，则结点O位置可以变动，选项C错误；

每次实验均需记录三条细绳的方向及结点的位置，选项D正确.

（2）为减小误差，应选择劲度系数适当小的橡皮筋，质量适当大的重物，这样橡皮筋的伸长量较大，误差较小.

实验3：

探究加速度与力、质量的关系

1.探究方法——控制变量法

（1）保持小车质量不变，分析加速度与力的关系.

（2）保持小车所受的力不变，改变小车的质量，分析加速度与质量的关系.

2.要测量的物理量

（1）小车与其上砝码的总质量；

（2）小车受到的拉力；

（3）小车的加速度.

如图17所示，所需器材有打点计时器、纸带、复写纸、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘、重物、薄木片、细绳、交流电源、导线、天平、刻度尺、砝码.

图17

1.用天平测出小车和重物（包括小盘）的质量分别为M0、m0，并把数值记录下来.

2.按实验装置图将实验器材安装好（小车上不系细绳）.

3.平衡摩擦力，把木板无滑轮的一端下面垫一薄木片，反复移动其位置，直到打点计时器正常工作后不挂重物（包括小盘）的小车在斜面上做匀速直线运动为止（纸带上相邻点间距相等）.

4.将重物（包括小盘）通过细绳系在小车上，先接通电源，后放开小车，打点完毕后关闭电源，取下纸带并在纸带上标上序号，此时所挂重物（包括小盘）的重力m0g，即为小车所受的合力F.

5.保持小车的质量不变，改变所挂重物（包括小盘）的重力，重复步骤4，多做几次实验，并记录好重物（包括小盘）的重力m1g、m2g……以及加速度，填入表格中.

6.保持小盘中所放重物的质量不变，在小车上加放砝码，并测出小车与所放砝码的总质量M，接通电源，放开小车，用纸带记录小车的运动情况，取下纸带并在纸带上标上序号.

7.继续在小车上加砝码，重复步骤6，多做几次实验，并将对应的质量和加速度填入表格中.

1.计算保持小车质量不变时，各次小盘和重物的重力（作为小车的合力）及对应纸带的加速度，填入表中.

2.计算保持小盘中重物的质量不变时，各次小车和砝码的总质量及对应纸带的加速度，填入表中.

3.需要记录各组对应的加速度a与小车所受拉力F，然后建立直角坐标系，用纵坐标表示加速度a，横坐标表示拉力F，描点画a－F图象，如果图象是一条过原点的直线，便证明加速度与作用力成正比.再记录各组对应的加速度a与小车和砝码总质量M，然后建立直角坐标系，用纵坐标表示加速度a，横坐标表示小车和砝码总质量的倒数

，描点画a－

图象，如果图象是一条过原点的直线，就证明了加速度与质量成反比.

1.一定要做好平衡摩擦力的工作，也就是调出一个合适的斜面，使小车的重力沿着斜面方向的分力正好平衡小车所受的摩擦阻力.在平衡摩擦力时，不要把悬挂重物（包括小盘）的细绳系在小车上，即不要给小车加任何牵引力，并要接通电源后让小车拖着纸带运动.

2.整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变重物（包括小盘）质量，还是改变小车和砝码的总质量，都不需要重新平衡摩擦力.

3.每条纸带必须在满足小车与车上所加砝码的总质量远大于重物（包括小盘）质量的条件下打出.只有如此，重物（包括小盘）重力才可视为小车受到的拉力.

4.改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，再放开小车，且应在小车到达滑轮前按住小车.

5.作图象时，要使尽可能多的点在所作直线上，不在直线上的点应尽可能均匀分布在所作直线两侧.

6.作图时两轴标度比例要适当，各量须采用国际单位制单位，这样作图线时，坐标点间距不至于过密，误差会小些.

例3　小张和小杨同学在实验室中进行探究“加速度与力的关系”实验.

为提高实验的准确度，他们设计了如图18所示的实验方案.将力传感器固定在小车上，通过力传感器可以直接显示细线拉力的大小.

图18

（1）采用力传感器测量细线拉力与用重物重力代替拉力的方法相比，下列说法正确的是______.

A.可以不用平衡摩擦力

B.利用此实验装置还需要测量重物的质量

C.重物的质量要远远小于小车和力传感器的总质量

D.直接测量出小车（包括力传感器）所受的拉力，可以减小误差

（2）图19是某同学在此实验中获得的一条纸带，其中两相邻计数点间有四个点未画出，已知打点计时器用的交流电源的频率为50Hz，则小车运动的加速度a＝________m/s2.

图19

（3）保持小车和力传感器的总质量一定，改变重物的质量，测出相应的加速度，采用图象法处理数据.请根据测量数据在图20中作出a－F图象.

图20

（4）根据作出的a－F图线，分析实验可能存在的问题是________.

A.平衡摩擦力时长木板的倾角过大

B.平衡摩擦力不足

答案　

（1）D　

（2）0.39　（3）如图所示

（4）B

解析　

（2）a＝

＝0.39m/s2.

（4）分析a－F图象，a＝0时所对应的F不为0，因此选B.

变式7　（2018·

浙江11月选考·

17

（2））在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，两个相同的小车放在光滑水平板上，前端各系一条细绳，绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘中可放重物.小车的停和动通过用黑板擦按住小车后的细线和抬起来控制，如图21甲所示.实验要求小盘和重物所受的重力近似等于使小车做匀加速直线运动的力.

图21

（1）请指出图乙中错误之处：

______________________________________________________；

（2）调整好实验装置后，在某次实验中测得两小车的位移分别是x1和x2，则两车的加速度之比为________.

答案　

（1）拉小车的细绳与水平板没有平行　托盘和重物的总质量没有远小于小车的质量　

（2）x1∶x2

解析　细绳拉力方向应与水平板平行，以保证小车受到恒力的作用，从而加速度恒定，如果不平行，则随着小车的运动，小车水平方向的拉力会发生变化，同时根据题意“小盘和重物所受的重力近似等于使小车做匀加速直线运动的力”可知，只有当托盘和重物的质量远小于小车质量时，才可以近似把小车受到的拉力约等于托盘和重物的重力.根据x＝

at2可知，两车同时释放，同时停止，加速度之比等于位移之比.

变式8　（2018·

杭州市期末）某同学用如图22所示的装置来探究加速度与力、质量的关系.

图22

（1）下列说法中正确的是________.

A.平衡摩擦力时需要将木板有滑轮的一端稍垫高

B.平衡摩擦力时需要装上纸带，并悬挂好小桶

C.若改变小车质量，因小车所受阻力发生变化，需重新平衡摩擦力

D.应调整滑轮，保证小车在运动过程中细线和木板平行

（2）为改变小车所受的力的大小，可往小桶中添加下列图片中的________.

（3）图23甲为实验中得到的一条纸带，A、B、C、D、E为5个相邻的计数点，相邻的两个计数点之间还有四个点未画出，量出相邻的计数点之间的距离分别为xAB＝4.22cm，xBC＝4.65cm、xCD＝5.08cm、xDE＝5.49cm，已知打点计时器的工作频率为50Hz，则小车的加速度a＝________m/s2（结果保留两位有效数字）.

图23

（4）该同学改变小车的质量，多次实验，作出小车的加速度a和质量M的关系图象如图乙所示，根据图象可知a与M的关系可能是________.

A.a∝MB.a∝M2

C.a∝M－1D.a∝M－2

答案　

（1）D　

（2）B　（3）0.43　（4）CD

解析　

（1）平衡摩擦力时需要将木板没有滑轮的一端稍垫高，故A错误；

平衡摩擦力时需要装上纸带，但不需要挂上小桶，故B错误；

平衡摩擦力后，mgsinθ＝Ff＝μmgcosθ，即μ＝tanθ，增大小车的质量并无影响，不需要重新平衡摩擦力，故C错误；

应保证在小车运动过程中细线和木板平行，故D正确.

（2）为改变小车所受的力的大小，可往小桶中加入已知质量的砝码，故B正确；

（3）根据逐差法得，a＝

≈0.43m/s2.

（4）由题图图象可知，质量越大，加速度越小，故C、D正确.

变式9　在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，某同学将实验器材组装好，如图24甲所示为释放小车前瞬间的情景.

（1）在接通电源进行实验之前，请你指出图中的错误或不妥之处（写出