物理 一些典型的实验例题.docx

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物理一些典型的实验例题

4．1牛顿第一定律

知识与技能

１．知道伽利略的理想实验及其主要推理过程和推论，知道理想实验是科学研究的重要方法。

２．理解牛顿第一定律的内容及意义

３．知道什么是惯性，会正确地解释有关惯性的现象。

过程与方法

１．观察生活中的惯性现象，了解力和运动的关系

２．通过实验加深对牛顿第一定律的理解。

３．理解理想实验是科学研究的重要方法

情感态度与价值观

通过伽利略和亚里士多德对力和运动关系的不同认识，了解人类认识事物体质的曲折性。

教学重点

１．对牛顿第一运动定律和惯性的正确理解

２．科学思想的建立过程

教学难点

１．力和运动的关系

２．惯性和质量的关系

教具

多媒体视频

课时安排

１课时

教学过程

问题一：

物体运动的原因是什么？

（历史的思考：

亚里士多德、伽利略）

问题二：

亚里士多德为什么会出错？

错误的结论维持近两千年，我们有何思考？

（凭经验、表象，而这往往是不可靠的；要善于思考、敢于质疑，要动脑筋探寻解决问题的方法。

）

问题三：

伽利略发现问题的关键在哪里？

（摩擦力；实验探索）

问题四：

伽利略是如何考虑实验、如何分析问题的？

①常识：

给水平面上的物体一个初速度，物体为何运动一段会停下来？

（摩擦力）如何使它运动更远一些？

（物体表面尽量光滑，但轨道不可能无限长。

）

②伽利略的理想实验：

如图：

让小球从一个斜面由静止滚下，小球将滚上另一个斜面，如果没有摩擦，小球将上升到原来的高度。

减小另一个斜面的倾角，小球仍能到达原来的高度，但比第一次滚得要远些，假设把另一个斜面放至水平，则小球因为无法达到原来的高度而永远运动下去。

③分析教材P72图4.1.1，有哪些认识？

（将实验问题的理论化：

画图、加字母等；频闪法拍照：

小球在斜面上各点的速度的求法，定性、定量判断小球在斜面上做什么运动，）

④小球在水平方向运动的理想分析（水平方向不受力）

⑤结论：

力不是维持物体的运动（速度）的原因，而是改变物体运动状态（改变物体速度）的原因。

问题五：

牛顿是如何总结这个问题的？

①法国工程师笛卡尔的研究

②牛顿第一运动定律：

一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。

例：

a．用一细绳一端系一小球，让它做圆周运动。

若在绳断的瞬间，小球不受任何力的作用，则小球将做什么运动？

（以绳断那个时刻的速度做匀速直线运动）

b．用绳吊起一个小球，小球静止。

若在剪断绳子的瞬间，小球不受任何力的作用，则小球将做什么运动？

（静止）

③牛顿第一运动定律是理想定律

④自然界中物体不可能不受力，若物体受平衡力，则可等效物体不受力或认为受合外力为零，在这种情况下物体将保持静止状态或匀速直线运动状态。

问题五：

如何理解惯性？

①物体都具有抵抗状态变化的“本领”，如：

冬天晚上上床和早上起床人的感觉等。

②惯性：

物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质。

例：

汽车启动、加速，汽车刹车、减速，车上的人的感觉？

原因？

如何表达？

（原来状态，怎么改变，由于惯性，结果）

③猜想惯性的大小与哪些因素有关？

静止的物体无惯性；速度大的物体惯性大；受的力越大惯性越大；做曲线运动的物体惯性要发生变化。

这些话对吗？

说明什么？

（与外界因素无关）

惯性是物体的固有性质，仅与物体的质量有关，惯性大小的唯一量度是质量。

　　惯性可以表现出来，也可以不表现出来。

只有在运动状态发生改变才可以表现出来。

【练习】

教材P75页练习

问题六：

什么是惯性参考系？

（简介教材P74页内容）

【思考】

如图所示，在密闭的车内用细线拴着一个铁球和一个氢气球，当车突然向右加速时，铁球和氢气球相对于车的位置发生怎样的变化。

4．2实验：

探究加速度与力、质量的关系

知识与技能

１．理解物体运动状态的变化快慢，即加速度大小与力有关也与质量有关。

２．通过实验探究加速度与力和质量的定量关系

过程与方法

１．指导学生半定量地探究加速度和力、质量的关系。

知道用控制变量法进行实验

２．学生自己设计实验，自己根据自己的实验设计进行实验。

３．对实验数据进行处理，看一下实验结果能验证什么问题

情感态度与价值观

１．通过探究实验，培养实事求是、病重客观规律的科学态度。

２．通过实验探究激发学生的求知欲和创新精神。

３．培养与人合作的团队精神

教学重点

１．控制变是法的使用

２．如何提出实验方案并使实验方案合理可行

３．实验数据的分析与处理

教学难点

１．如何提出实验方案并使实验方案合理可行

２．实验数据的分析与处理

教具

（１）附有滑轮的长木板２块（２）小车２个（３）带小钩或小盘的细线２条（４）钩码，规格：

10g，20g，用作牵引小车的力。

（５）砝码，规格：

50g、100g、200g，用做改变小车质量（６）刻度尺（７）宽口文件夹（８）1-2m粗线绳，用做控制小车运动。

课时安排

２课时

教学过程

问题一：

力不是维持物体运动的原因，而是改变物体运动状态的原因，是产生加速度的原因。

请猜想加速度与哪些因素有关？

问题二：

如何研究这个问题？

（控制变量法）

问题三：

具体如何操作？

①实验器材：

附有滑轮的长木板1块，规格为200g的小车1个，带小钩细线1条，规格为20g的钩码5只（作牵引小车的力），规格为200g的砝码5只（用做改变小车质量），打点计时器，20cm的纸带，稳压源。

②控制质量不变（200g）

a．要考虑加速度与什么力有关？

（绳子拉力、摩擦力、合力）

b．如何用绳子拉力来替代合力？

（平衡摩擦力）如何平衡摩擦力？

（体会长木板的倾角逐渐变大，小车的受到的静摩擦力大小与重力什么关系、如何变化，注意平衡的应该是动摩擦力）

c．在实验中，钩码的重力大小等于拉力大小吗？

请定性分析哪个较大一些？

如何使钩码的重力大小与拉力大小更接近？

（M＞＞m）

d．小车的加速度如何测？

（打点计时器，提醒如何数据处理）

e．添加钩码（增大拉力），重复实验。

f．列表分析或画图分析（横、纵坐标分别选什么好？

描点、拟合，图象经过原点吗？

）

g．有何结论？

M一定时，a∝F

h．若M=400g时，重复以上实验，有何结论？

③控制拉力不变（钩码质量50g，F=0.5N）

a．添加砝码（增大M），重复实验。

b．列表分析或画图分析（横、纵坐标分别选什么好？

）

c．有何结论？

F一定时，a∝1/M

d．若F=1N时，重复以上实验，有何结论？

问题四：

若某同学做这个实验，取M=500g，得到如图1或2的图象，说明什么？

问题五：

不直接测加速度可以探究这个问题吗？

①不具体测加速度，可作对比实验。

其他思想可以同前实验。

②实验器材：

附有滑轮边侧有刻度的长木板2块，规格为200g的小车2个，带小钩细线2条，规格为20g的钩码5只（作牵引小车的力），规格为200g的砝码5只（用做改变小车质量），宽口文件夹，2m粗线绳。

　　③分析两小车均做初速度为零的匀加速运动，相同时间内两小车位移之比就是其加速度之比。

　　④处理实验数据：

表一：

M1=M2=600g

次数

小车１

小车２

钩码（g）

位移x1（cm）

钩码（g）

位移x2（cm）

１

20.0

40.0

２

20.0

60.0

３

20.0

80.0

４

20.0

100.0

５

20.0

120.0

表二：

F1=F2=0.2N

次数

小车１

小车２

M1（g）

位移x1（cm）

M2（g）

位移x2（cm）

１

200

400

２

200

600

３

200

800

４

200

1000

５

200

1200

⑤作出图象,分析图象:

问题六：

通过实验发现加速度a与合外力F、质量m有什么关系？

（加速度与力成正比，与质量成反比。

即a∝F，a∝1/m）

问题七：

通过本节内容的学习应搞清楚思维上的哪些问题？

（①实验要探究的内容，②探究实验的设计思路，③实验仪器的操作方法，④数据处理方法，⑤如何画出图象并且从图象探究到什么规律。

）

【巩固练习】

评价手册P531、5、6、7

4．3牛顿第二定律

知识与能力

1．掌握牛顿第二定律的文字内容和数学公式

2．理解公式中各物理量的意义及相互关系

3．会用牛顿第二定律的公式进行有关的计算

过程与方法

1．通过对上节课实验结论的总结，归纳得到物体的加速度跟它的质量及所受外力的关系，进而总结出牛顿第二定律

2．培养学生的概括能力和分析推理能力

情感态度和价值观

1．渗透物理学研究方法的教育

2．认识到由实验归纳总结物理规律是物理学研究的重要方法

教学重点

牛顿第二定律的特点

教学难点

牛顿第二定律的理解

课时安排

２课时

教学过程

问题一：

上节课我们是如何探究物体的加速度与力、质量的关系的？

有什么关系？

（研究问题的方法和程序）

问题二：

牛顿第二定律的内容是什么？

①内容：

物体的加速度跟作用力成正比，跟物体的质量成反比。

②作用力指的是什么？

（合力）合力是怎么求的？

（在对物体受力分析的基础上，对力进行合成）

③表达式：

a∝F合/m或者F合∝ma（比例式）

F合=kma（等式）k应是比例系数

④单位：

比例系数k的选取有任意性，但取k=1最简单。

在这种规定下来定义力的单位1kgm/s2=1N

这样：

F合=ma（运用时请注意必须统一单位：

N，Kg，m/s2）

⑤意义：

力是改变物体运动状态的原因，是产生加速度的原因；若有力作用于物体，物体则立即产生加速度，若力撤消作用，加速度瞬间消失（瞬时对应，共存亡）。

⑥矢量方程：

的方向永远由F合的方向决定，永远与F合的方向一致。

问题三：

用手推课桌（对课桌施加力的作用），课桌为何没有运动（产生加速度）？

（课桌不止受一个力，还受到摩擦力；F合=0，a=0；）

问题四：

如何求物体的加速度？

①根据运动学方程来计算

②对物体进行受力分析，然后将所有力进行合成从而求出合力

③根据F=kma将物体受到的每一个力产生的加速度分别求出各自的加速度：

a1、a2、a3、a4等，然后将这些加速度进行合成。

问题五：

力与加速度有何关系？

①力与加速度有因果关系，但无时间先后而是同时产生、立即产生；若合力改变，加速度立即随之改变；合力消失，加速度立即消失。

即合力与加速度瞬时对应，无需时间过程。

②力与速度无因果关系。

因为

，即速度变化必须有时间过程，在很短的时间内可以近似认为

=0，则

=0速度不变。

【讨论】

教材P821、2、3

【例题】

1．某质量为1100kg的汽车在平直路面试车，当达到100km/h的速度时关闭发动机，经过70s停下来，汽车受到的阻力是多大？

重新起步加速时牵引力为2000N，产生的加速度应为多大？

假定试车过程中汽车受到的阻力不变。

①汽车质点的运动图景（两种情况）

②汽车质点的受力分析（竖直情况如何考虑）

③解题规范：

汽车匀减速：

a1=v0/tf=ma1=mv0/t=1100×27.8/70=437（N）

汽车匀加速：

F合=F-f=2000-437=1563（N）又

F合=ma2

a2=F合/m=1563/1100=1.42（m/s2）

2．一个质量为2kg的物体受到互成1200角的两个力F1和F2的作用，这两个力的大小都是10N，这个物体产生的加速度是多大？

①对物体进行受力分析，求合力

②利用牛顿第二定律求解

③解题规范：

④思考：

质量不同的物体，自由下落的加速度为何一样？

3．如图所示，质量分别为mA和mB的两个小球，用一根轻弹簧连接后用细线悬挂在顶板下，当细线被剪断的瞬间，两球下落的加速度分别是aA＝　　　，aB＝　　　　。

（重力加速度为g）

①弹簧的弹力瞬间不变

②分别对A、B进行受力分析，根据牛顿第二定律求解

③若把弹簧改为绳或杆呢？

（aA＝g，aB＝g）

4．如图所示，小球从轻弹簧正上方无初速释放，自由下落一段时间后，与弹簧接触，从小球开始接触弹簧到弹簧被压缩到最短的过程中，小球的速度，加速度和所受合外力的变化情况是怎样的？

①分段考虑问题，受力分析

②下落：

（自由落体、变加速、变减速）

③上升：

（变加速、变减速、竖直上抛）

5．一物体放在光滑的水平面上，初速度为零，先对物体施加一向东的恒力F，历时1s，随即把此力改为向西，大小不变，历时1s，接着又把此力改为向东，大小不变，历时1s；如此反复，只改变力的方向，共用了1min，在此1min内

A、物体时而向东运动，时而向西运动，在1min末静止于初始位置之东

B、物体时而向东运动，时而向西运动，在1min末静止于初始位置

C、物体时而向东运动，时而向西运动，在1min末继续向东运动

D、物体一直向东运动，从不向西运动，在1min末静止于初始位置之东

注意：

每一段的受力情况和动图景（D）

【巩固练习】

教材P824、5

4．4牛顿第二定律的简单应用

教学目标：

1．让学生知道牛顿第二定律是运动学与物体受力的桥梁，可以解决两类问题

2．让学生熟悉应用牛顿第二定律解题的基本步骤

一、从物体受力确定运动情况

【例题】

1．静止在水平地面上的物体，质量是2kg，在6.4N的水平拉力作用下沿水平地面向右运动。

物体与地面间的摩擦力是4.2N。

求物体在4s末的速度和4s内发生的位移。

①受力分析求出合力

②物体的运动图景，由运动学公式求解。

2．如图1所示，质量为m＝1.0kg的金属块放在水平桌面上，在与水平成370角斜向上、大小为10N的拉力F作用下由静止开始向右做匀加速直线运动，已知金属块与桌面间的动摩擦因数μ＝0.5，求5s末物体的速度及位移大小。

①明确解题的基本步骤：

a．受力分析

b．规定正方向，建立坐标系

c．把力正交分解

d．找合力，求加速度

e．清楚运动图景，由运动学公式求解

②注意解题规范

3．风洞实验室中可产生水平方向的、大小可调节的风力。

如图2所示，现将一套有小球的细直杆放入风洞实验室，小球孔径略大于细杆直径。

（1）当杆在水平方向上固定时，调节风力的大小，使小球在杆上匀速运动，这时小球所受的风力为小球所受重力的0.5倍，求小球与杆间的动摩擦因数。

（2）保持小球所受的风力不变，使杆与水平方向间夹角为37°并固定，则小球从静止出发在细杆上滑下距离s所需时间为多少？

①分两种情况考虑，注意风力大小不变

②解题步骤：

（应分别建立不同的坐标系；要细心、有条理。

）

4．如图3所示，AB、AC、AD都是光滑的轨道，A、B、C、D四点在同一竖直圆周上，其中AD是竖直的直径。

一小球从A点由静止开始，分别沿AB、AC、AD轨道滑至B、C、D点，所用时间分别为t1、t2、t3，则三个时间的关系为　　　　　　　　。

①方法：

要比较多个量间的关系时，不必一个个计算，而是找到一个变量，找出要求量与变量间的关系。

②取AC段研究：

受力分析、坐标系建立、正交分解、求合力、计算加速度，运动学方程计算。

【总结】

物体受力

加速度　　物体运动

【练习】

教材P91　3、4

二、从运动情况确定物体受力

【例题】

1．一个质量为75kg的滑雪人以2m/s的初速度沿山坡匀加速滑下，山坡的倾角为300，在5s的时间内滑下的路程是60m，求滑雪人受到的阻力（包括摩擦和空气阻力）。

①读清问题，明确解题的基本步骤

②解题规范

2．粗细均匀、质量为200g的米尺（1m长）有1/4伸出水平桌面外，如图所示，尺与桌面间的动摩擦因数μ＝0.16。

若用水平力F作用于尺上1s后，使原来静止的尺从桌面上落下，则力F至少为多大？

（取g＝10m/s2）

①“尺从桌面上落下”的位置在哪里？

此时米尺发生的位移是多少？

②“至少”两字如何理解？

③米尺的运动图景和受力分析

④解题规范

3．质量为m＝20kg的物体，在大小恒定的水平外力F的作用下，沿水平面做直线运动，0～2s内F与运动方向相反，2～4s内F与运动方向相同，物体的速度—时间图象如图所示，取g＝10m/s2。

求物体与水平面间的动摩擦因数。

①从图象中分析物体做什么运动？

（分段）图象中还有哪些信息？

（初速度、加速度、末速度）

②两段物体的受力分析

③解题规范

4．蹦床运动是运动员在一张绷紧的弹性网上蹦跳、翻滚并做各种动作的运动项目。

一个质量为60kg的运动员，从离水平网面3.2m高处自由下落，着网后沿竖直方向蹦回到离水平面5.0m高处。

已知某运动员与网接触时间为1.2s，若把这段时间内对运动员的作用力当做恒力处理，求此力的大小。

（取g＝10m/s2）

①运动员的运动图景（三段）

②主体研究的运动过程是床对人作用过程，注意受力分析

③3.2m和5.0m说明了什么？

【练习】

三、综合处理较复杂问题

【例题】

1．如图1所示，将一个物体先后放在几个具有相同底边b=0.3m的光滑斜面上。

（1）当斜面与水平面的夹角为多大时，物体从斜面上滑下所用的时间t=0.4s？

（2）当斜面与水平面的夹角为多大时，才能使这个物体从斜面上滑下所需的时间最短？

这段时间是多少？

2．如图2所示，在倾角

=370的足够长的固定斜面底端有一质量m=1.0kg的物体，物体与斜面间的动摩擦因数μ=0.25。

现用轻细绳将物体由静止沿斜面向上拉动，拉力F=10.0N，方向平行于斜面向上，经时间t=0.4s绳子突然断了，求：

（1）绳断时物体速度大小。

（2）从绳子断开开始到物体再返回到斜面底端物体的运动时间。

3．如图3，质量为m的物体恰好沿倾角为α的斜面匀速下滑，而质量为M的斜面始终与水平地面保持静止。

求：

（1）下滑过程中，物体对斜面体的压力和摩擦力。

（2）下滑过程中，地面对斜面体的支持力以及摩擦力的大小和方向。

①先隔离m进行受力分析，然后隔离M再进行受力分析。

（考虑地面对M的摩擦力时，可设某个方向）

②若m加速下滑呢？

③若用沿斜面向上（下）的力推m匀速运动呢？

（M仍然静止）

④若用沿斜面向上（下）的力推m加速运动呢？

（M仍然静止）

4．水平传送带长20m，以2m/s的速度匀速运动，一物体由静止放到传送带的一端，被传送带带到另一端，物体与传送带间的动摩擦因数μ=0.1，问物体经过多长时间通过传送带？

（g=10m/s2）

讨论：

若传送带倾斜呢？

5．如图所示，在水平桌面上有一质量为2kg的小物体，受平行于桌面沿x方向的恒力F=8N作用，正沿x轴正方向运动。

若从物体通过坐标原点时开始计时，速度为零之前，其位移与时间的关系为x=12t-3t2。

（1）求t=1s时，物体速度的大小和方向。

（2）从计时开始经过多长时间，小物体再次经过坐标原点？

6．如图4，A、B叠放在水平桌面上，水平外力F拉物体A时，①A、B都未动，则A、B之间的摩擦力f1=？

B与地之间的摩擦力f2=？

②A匀速运动，B不动，则A、B之间的摩擦力f1=？

B与地之间的摩擦力f2=？

③A以加速度a做匀加速运动，B不动，则A、B之间的摩擦力f1=？

B与地之间的摩擦力f2=？

④A、B都向左做匀速运动，则A、B之间的摩擦力f1=？

B与地之间的摩擦力f2=？

⑤A、B都向左做加速度为a的匀加速运动，则A、B之间的摩擦力f1=？

B与地之间的摩擦力f2=？

⑥A、B间有相对滑动，A的加速度为a1，B也向左运动，加速度为a2，（a1＞a2）则A、B之间的摩擦力f1=？

B与地之间的摩擦力f2=？

7．如图5所示，木块A、B静止叠放在光滑水平面上，A的质量为m，B的质量为2m．现施水平力F拉B，A、B刚好不发生相对滑动，一起沿水平面运动．若改用水平力F′拉A，使A、B也保持相对静止，一起沿水平面运动，则F′不得超过（B）

A．2FB．F/2

C．3FD．F/3

①分两种情况考虑：

第一种情况，水平力F拉B时，A、B刚好不发生相对滑动，什么意思？

②对A、B整体：

F＝（m＋2m）a（整体法）

对A：

fm＝ma＝F/3（隔离法）

③第二种情况，将F′作用在A上，对B：

fm＝2ma′（B能与A一起运动，而A、B不发生相对滑动）（隔离法）

④对A、B整体：

F′＝（m＋2m）a′

⑤“刚好不发生相对滑动”是临界状态。

8．

如图6，m=4kg的小球挂在小车后壁上，细线与竖直方向成370角。

求下列两种情况下，细线对小球的拉力F1和后壁对小球的压力：

（1）小车以a=g向右加速运动，

（2）小车以a=g向右减速运动。

①小车静止或匀速运动，小球受力情况如何？

②小车向右加速运动，小球受力情况如何？

（后壁对小球的弹力永远存在）

③小车向右减速运动，小球受力情况如何？

（有可能后壁对小球的弹力为零）

④小车的加速度过大，小球会“飘”起来（找临界情况）

9．如图7质量为m的木块放在倾角为θ的光滑斜面上，当斜面沿水平方向向左做匀加速运动而木块与斜面保持静止时（）

A．木块所受的弹力大小为mg/cosθ

B．木块所受的弹力大小为mgcosθ

C．木块的加速度为gtanθ

D．木块的加速度为gsinθ

10．如图8所示，放在光滑水平桌面上的物体m2，通过穿过定滑轮的绳和吊在桌面上的物体m1相连．释放后系统加速度的大小为a1．如果取走m1，用大小等于m1所受重力的力F向下拉绳，m2的加速度为a2．则（不计滑轮摩擦及绳的质量）（）

　　A．a1=a2B．a1＜a2　　C．a1＞a2D．a2=a1/2

图8

图8

①m1拉m2时，分别隔离分析m1和m2，它们有共同的什么量（大小）？

②绳子的拉力T=m1g吗？

③m1在下降时，m1是超重还是失重？

m2呢？

④若用F=m1g拉m2，m2的加速度如何求？

11．质量为50kg的人站在放电梯内的磅秤上，下列电梯的运动情况磅秤的读数分别为多少？

①静止②以1m/s的速度匀速上升③以12m/s的速度匀速上升④以20m/s的速度匀速下降⑤以1m/s2的加速度加速上升⑥以1m/s2的加速度减速上升⑦以1m/s2的加速度加速下降（失重）⑧以1m/s2的加速度减速下降（超重）

12．杂技“顶杆”表演，一人站在地上，肩上扛一质量M的杆，当杆上一质量为m，以加速度a加速下滑时，杆对人“底人”的压力为多大？

①若杆上的人匀速下滑，“底人”对地面的压力是多大？

②若杆上的人以加速度a加速上爬，“底人”对地面的压力是多大？

13．举重运动员在地面上能举起120kg的重物，而在运动着的升降机中却只能举起100kg的重物，求升降机运动的加速度．若在以2.5m/s2的加速度加速下降的升降机中，此运动员能举起质量多大的重物？

（g取10m/s2）

【练习】

1．如图9所示，是电梯上升的v～t图线，若电梯的质量为100kg，则承受电梯的钢绳受到的拉力在0～2s之间、2～6s之间、6～9s之间分别为多大？

（g取10m/s2）

图9

2．如图10所示，在一升降机中，物体A置于斜面上，当升降机处于静止状态时，物体A恰好静止不动，若升降机以加速度g竖直向下做匀加速运动时，以下关于物体受力的说法中正确的是（）

图10

A．物体仍然相对斜面静止，物体所受的各个力均不变

B．因物体处于失重状态，所以物体不受任何力作用

C．因物体处于失重状态，所以物体所受重力变为零，其它力不变

D．物体处于失重状态，物体除了受到的重力不变以外，不受其它力的作用

3．如图11所示，滑轮的质量不计，已知三个物体的质量关系是：

m1＝m2＋m3，这时弹簧秤的读数为T．