期末复习学案十一 实验专题.docx
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期末复习学案十一实验专题
期末复习学案十一实验专题
一、研究匀变速直线运动
1、实验器材
打点计时器、交流电源、纸带、一端附有滑轮的长木板、小车、细绳、钩码、刻度尺、坐标纸．
2、实验原理
（1）打点计时器打出的纸带能记录运动物体在不同时刻的位置．
（2）纸带上某点的瞬时速度一般用一小段时间内的平均速度代替．
（3）用描点法画出小车的v—t图象，图线的倾斜程度表示加速度的大小，如果v—t图象是一条倾斜的直线，说明小车的速度是均匀变化的．
3、实验步骤
（1）如图所示，把一端附有滑轮的长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，打点计时器固定在长木板没有滑轮的一端，连接好电路．
（2）把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下面挂上适当的钩码，放手后，看小车能否在木板上平稳地加速滑行，然后把纸带穿过打点计时器，并把纸带的另一端固定在小车的后面．
（3）把小车停在靠近打点计时器的位置，先接通电源，后释放小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一串小点，随后立即关闭电源．换上新纸带，重复操作两次．
4、数据处理
（1）挑选纸带并测量
在三条纸带中选择一条点迹最清晰的．为了便于测量，舍掉开头一些过于密集的点迹，找一个适当的点当作计时起点（0点），每5个点（相隔0.1s）取一个计数点进行测量，如图所示．（相邻两点间还有4个点未画出）
（2）瞬时速度的计算和记录
计算方法：
时间间隔很短时，可用某段时间的平均速度表示这段时间内某一时刻的瞬时速度，即vn＝
.例如，图中计数点4的速度v4＝
，其中T＝0.1s.
设计表格并记录相关数据
位置
0
1
2
3
4
5
6
7
时刻t/s
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
v（m·s－1）
作出小车运动的v－t图象
（a）定标度：
坐标轴的标度选取要合理，应使图象大致布满坐标纸．
（b）描点：
在坐标纸上描出各个坐标点的位置．
（c）连线：
用一条平滑的曲线或直线“拟合”这些点．
实验结论
如果画出的v－t图象是一条倾斜的直线，说明小车做速度均匀变化的直线运动．图象和纵轴的交点表示开始计时时小车的速度——初速度．
5、注意事项
（1）开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器．
（2）先接通电源，等打点稳定后，再释放小车．
（3）打点完毕，立即断开电源．
（4）选取一条点迹清晰的纸带，舍弃开头点迹密集部分，适当选取计数点（注意计数点与计时点的区别），弄清楚所选的时间间隔T等于多少．一般在纸带上每隔4个点取一个计数点，即时间间隔为T＝0.02×5s＝0.1s.
（5）在坐标纸上画v－t图象时，注意坐标轴单位长度的选取，应使图象尽量布满坐标纸．
（6）利用描出的点作v－t图象时，不要将相邻的点依次相连成折线，而应使大多数点在直线（或曲线）上，不在线上的点均匀分布在直线（或曲线）两侧，个别离线较远的点舍去．
【例1】（2015云南景洪三中期末）如图所示，某同学在做“研究匀变速直线运动”实验中，由打点计时器得到表示小车运动过程的一条清晰纸带，纸带上两相邻计数点之间还有4个点未画出，则相邻计数点时间间隔为s，其中x1＝7.05cm，x2＝7.68cm，x3＝8.33cm，x4＝8.95cm，x5＝9.61cm，x6＝10.26cm，则A点处瞬时速度的大小是__m/s，加速度的大小是m/s2.（计算结果都保留两位小数）
针对训练（2015云南玉溪一中期末）某实验小组用打点计时器研究匀变速直线运动。
某次实验所得纸带如图所示，在纸带上便于测量的地方选取了A、B、C、D、E5个计数点，相邻计数点间还有4个点未标出，打点计时器所接电源频率50Hz。
测得AB长为6.02cm，BC长为8.58cm，CD长11.15cm，DE长为13.73cm，则打C点时小车的瞬时速度大小为m/s；小车运动的加速度大小为m/s2。
（保留三位有效数字）
二、探究弹力和弹簧伸长的关系
1、实验原理
（1）如图所示，在弹簧下端悬挂钩码时弹簧会伸长，平衡时弹簧产生的弹力与所挂钩码受到的重力大小相等．弹簧的原长与挂上钩码后弹簧的长度可以用刻度尺测出，其伸长量x可以用弹簧的长度减去原长来求得．
（2）建立直角坐标系，以纵坐标表示弹力大小F，以横坐标表示弹簧的伸长量x，在坐标系中描出实验所测得的各组（x，F）对应的点，作出弹簧弹力F与弹簧伸长量x的关系图象，根据实验所得的图象，就可探知弹力大小与弹簧伸长量之间的关系．
2、实验器材
轻弹簧、钩码（一盒）、刻度尺、铁架台
3、实验步骤
（1）将弹簧的一端挂在铁架台上，让其自然下垂，用刻度尺测出弹簧自然伸长状态时的长度l0，即原长．
（2）如图所示，在弹簧下端挂质量为m1的钩码，测出此时弹簧的长度l1，记录m1和l1.
（3）改变所挂钩码的质量，测出对应的弹簧长度，记录m2、m3、m4、m5、……和相应的弹簧长度l2、l3、l4、l5、…….
（4）计算出每次弹簧的伸长量x（x＝l－l0）和弹簧受到的拉力F（F＝mg），并将数据填入表格.
1
2
3
4
5
6
7
F/N
0
l/cm
x/cm
0
4、数据处理
（1）建立直角坐标系，以F为纵轴，x为横轴，根据测量数据用描点法作图．连接各点得出F随弹簧伸长量x变化的图线．
（2）以弹簧的伸长量为自变量，写出图线所代表的函数．首先尝试一次函数，如果不行则考虑二次函数．
（3）得出弹力和弹簧伸长量之间的定量关系，解释函数表达式中常数的物理意义．
5、误差分析
（1）本实验误差的主要来源为读数和作图时的偶然误差．为了减小误差，要尽量多测几组数据．
（2）弹簧竖直悬挂时，未考虑弹簧自身重力的影响会带来系统误差．为了减小该系统误差，实验中应使用轻质弹簧．
6、注意事项
（1）实验中弹簧下端挂的钩码不要太多，以免超出弹簧的弹性限度．
（2）测量长度时，应区别弹簧原长l0、实际长度l及伸长量x三者之间的不同，明确三者之间的关系．
（3）记录数据时要注意弹力及伸长量的对应关系及单位．
（4）描点作图时，应使尽量多的点落在画出的线上，可允许少数点分布于线两侧，描出的线不应是折线，而应是平滑的曲线或直线．
（5）尽量选轻质弹簧以减小弹簧自身重力带来的影响．
【例2】（2015四川资阳期末）某同学在做“探究弹力和弹簧伸长的关系”实验时，将一轻弹簧竖直悬挂让其自然下垂，测出其自然长度；然后在其下部施加外力F，测出弹簧的总长度L，改变外力F的大小，测出几组数据，作出外力F与弹簧总长度L的关系图线如图所示。
（实验过程是在弹簧的弹性限度内进行的）由图可知：
该弹簧的自然长度为_______cm；该弹簧的劲度系数为_______N/m。
三、验证力的平行四边形定则
1、实验原理
一个力F的作用效果与两个共点力F1和F2的共同作用效果都是把橡皮条结点拉伸到某点，则F为F1和F2的合力，作出F的图示，再根据力的平行四边形定则作出F1和F2的合力F′的图示，比较F′与F在实验误差允许范围内是否大小相等、方向相同，即得到互成角度的两个力合成遵从平行四边形定则．
2、实验器材
方木板、白纸、图钉若干、细芯铅笔、橡皮条一段、细绳套两个、弹簧测力计两个、三
角板、刻度尺.
3、实验过程
（1）仪器的安装
钉白纸：
用图钉把一张白纸钉在方木板上，将方木板放在水平桌面上．
拴绳套：
用图钉把橡皮条的一端固定在木板上的A点，在橡皮条的另一端拴上两条细绳套．
（2）操作与记录
两力拉：
用两个弹簧测力计分别钩住两个细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O（如图所示）．用铅笔描下结点O的位置和两条细绳套的方向，并记录弹簧测力计的读数．
一力拉：
只用一个弹簧测力计，通过细绳套把橡皮条的结点拉到与前面相同的位置O，记下弹簧测力计的读数和细绳套的方向．
（3）作图对比
理论值：
在白纸上按比例从O点开始作出两个弹簧测力计同时拉橡皮条时拉力F1和F2的图示，利用刻度尺和三角板根据平行四边形定则求出合力F（如图所示）．
测量值：
按同样的比例用刻度尺从O点起作出一个弹簧测力计拉橡皮条时拉力F′的图示．
相比较：
比较F′与用平行四边形定则求得的合力F在实验误差允许的范围内是否重合．
（4）重复
改变两个分力F1和F2的大小和夹角，再重复实验两次，比较每次的F与F′在实验误差允许的范围内是否相等．
4、误差分析
（1）弹簧测力计使用前没调零会造成误差．
（2）使用中，弹簧测力计的弹簧和外壳之间、指针和外壳之间或弹簧测力计的外壳和纸面之间有摩擦力存在会造成误差．
（3）两次测量拉力时，橡皮条的结点没有拉到同一点会造成偶然误差．
（4）两个分力的夹角太小或太大，F1、F2数值太小，应用平行四边形定则作图时，会造成偶然误差．
5、注意事项
（1）结点
定位O点时要力求准确；
同一次实验中橡皮条拉长后的O点必须保持位置不变．
（2）拉力
用弹簧测力计测拉力时要使拉力沿弹簧测力计轴线方向；
应使橡皮条、弹簧测力计和细绳套位于与纸面平行的同一平面内；
两个分力F1、F2间的夹角θ不要太大或太小．
（3）作图
在同一次实验中，选定的比例要相同；
严格按力的图示要求和几何作图法作出平行四边形，求出合力．
【例3】（2015福建八县一中期末）
（1）在做“验证力的平行四边形定则”实验时,橡皮条的一端固定在木板上，用两个弹簧秤分别拉着两根绳套把橡皮条的另一端拉到某一确定的O点,则下列说法中正确的是（）
A．同一次实验中,O点位置不允许变动
B．实验中，橡皮条、细绳和弹簧秤应与木板保持平行
C．实验中，把橡皮条的另一端拉到O点时,两个弹簧秤之间的夹角必须取90°
D．实验中，要始终将其中一个弹簧秤沿某一方向拉到最大量程,然后调节另一弹簧秤拉力的大小和方向,把橡皮条另一端拉到O点。
（2）如图所示，是甲、乙两位同学在做本实验时得到的结果，其中F是用作图法得到的合力，F’是通过实验验证测得的合力,则哪个实验结果是符合实验事实的是（填“甲”或“乙”）。
针对训练（2015黑龙江大庆铁人中学期末）
（1）在“探究力的平行四边形定则”的实验中，采用的科学方法是（）
A．理想实验法B．等效替代法
C．控制变量法D．微元法
（2）如下图所示是甲、乙两名同学在做“探究力的平行四边形定则”的实验时得到的结果。
则可判定其中哪一个实验结果是尊重实验事实的（）
四、验证牛顿第二定律
1、实验器材
小车、砝码、小桶、砂、细线、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、交流电源、纸带、刻度尺、天平．
2、实验原理
实验的基本思想——控制变量法
（1）保持研究对象即小车的质量不变，改变小桶内砂的质量，即改变作用力，测出小车的对应加速度，验证加速度是否正比于作用力．
（2）保持小桶中砂的质量不变，即保持作用力不变，改变研究对象的质量，测出对应不同质量的加速度，验证加速度是否反比于质量．
3、实验方案的设计
（1）三个物理量的测量方法——近似法
本实验的研究对象：
放在长木板上的小车在拉力的作用下做匀加速直线运动．（装置如图所示）．
小车质量的测量
利用天平测出，在小车上增减砝码可改变小车的质量．
拉力的测量
当小桶和砂的质量远小于小车的质量时，可以认为小桶和砂的重力近似等于对小车的拉力，即F≈mg.
加速度的测量：
逐差法．
（2）实验数据的处理方法——图象法、“化曲为直”法
研究加速度a和力F的关系
以加速度a为纵坐标，以力F为横坐标，根据测量数据描点，然后作出图象，如图所示，若图象是一条通过原点的直线，就能说明a与F成正比．
研究加速度a与物体质量m的关系
如图甲所示，因为a－m图象是曲线，检查a－m图象是不是双曲线，就能判断它们之间是不是反比例关系，但检查这条曲线是不是双曲线，相当困难．若a和m成反比，则a与
必成正比．我们采取“化曲为直”的方法，以a为纵坐标，以
为横坐标，作出a－
图象，若a－
图象是一条直线，如图乙所示，说明a与
成正比，即a与m成反比．
4、实验步骤
（1）用天平测出小车的质量M，并把数值记录下来．
（2）按图所示的装置把实验器材安装好．
（3）平衡摩擦力：
在长木板不带定滑轮的一端下面垫一木块，多次移动木块位置，直到轻推小车，使小车在斜面上运动时可保持匀速直线运动为止．
（4）在小桶里放入适量的砂，在小车上加放适量的砝码，用天平测出小桶和砂的质量m，并记录下来．接通电源，放开小车，待打点计时器在纸带上打好点后取下纸带．
（5）保持小车的质量不变，改变砂和小桶的质量，按步骤4再做5次实验．
（6）在每条纸带上选取一段比较理想的部分，算出每条纸带对应的加速度的值并记录在表格的相应位置.
次数
1
2
3
4
5
6
小车加速度
a/（m·s－2）
砂和小桶的
质量m/kg
拉力F/N
（7）用纵坐标表示加速度，横坐标表示作用力，根据实验结果画出小车运动的a－F图象，从而得出a－F的关系．
（8）保持砂和小桶的质量不变，在小车上加放砝码，重复上面的实验，求出相应的加速度，并设计表格如下．根据实验结果画出小车运动的a－
图象，从而得出a－M的关系.
次数
1
2
3
4
5
6
小车加速度
a/（m·s－2）
小车质量M/kg
/kg－1
（9）整理实验器材，结束实验．
5、注意事项
（1）实验中应先接通电源后释放小车．
（2）在平衡摩擦力时，不要悬挂小桶，但小车应连着纸带且接通电源．用手轻轻地给小车一个初速度，如果在纸带上打出的点的间隔均匀，表明小车受到的阻力跟它受到的重力沿斜面向下的分力平衡．
（3）改变砂的质量过程中，要始终保证砂桶（包括砂）的质量远小于小车的质量．
（4）作图时应使所作的直线通过尽可能多的点，不在直线上的点也要尽可能的分布在直线的两侧，但若遇到个别偏离较远的点可舍去．
【例4】（2015安庆二中期末）探究物体的加速度与力、质量的关系实验如下：
（1）在探究物体的加速度与力的关系时，应保持不变，分别改变施加在物体上的水平拉力F，测出相对应的加速度a．
（2）在探究物体的加速度与物体质量的关系时，应保持不变，分别改变物体的质量m，测出相对应的加速度a．
（3）本实验也可以不测加速度的具体数值，通过测出两个初速度为零的匀加速运动在相同时间内发生的位移x1、x2来测量不同情况下物体加速度的比值，此比值
．
（4）如果
图象是通过坐标原点的一条直线，则说明．
A．加速度a与质量m成正比B．加速度a与质量m成反比
C．质量m与加速度a成反比D．质量m与加速度a成正比
针对训练（2015云南玉溪一中期末）某同学利用如图所示的实验装置，探究小车的加速度和它所受拉力
的关系。
（1）除备有4个50g钩码外，另有下列实验器材备选：
A．质量为300g的小车
B．质量为2kg的小车
C．输出电压4～6V的直流电源
D．输出电压4～6V的交流电源
为保证实验成功，选用的实验小车应为，电源应为。
（填字母代号）
（2）某同学正确选择实验器材后，通过实验得到如图所示的
图象，造成图线未过坐标原点的原因是。
课时训练
1．（2015云南景洪三中期末）打点计时器使用的电源频率为50Hz,常用的电磁打点计时器和电火花计时器使用的是（填“直流电”、“交流电”），正常工作时每隔s打一个点。
2．（2015杭州期末联考）在“探究小车速度随时间变化规律”的实验中，某同学得到如图所示的纸带，其中0、1、2、3、4、5、6为计数点，已知每相邻两计数点间还有4个打点（图中未标出），打点计时器的工作频率为50Hz。
求:
（1）计数点3到0的距离为cm；
（2）请画出小车的速度随时间变化的图象
（3）由图象求出小车的加速度a=m/s2（结果保留2位有效数字）。
3．（2015福建泉州一中期末）在做“验证力的平行四边形定则”实验时：
（1）要使每次合力与分力产生相同的效果，必须做到下列做法中的那一项？
A．每次将橡皮条拉到同样的位置
B．每次把橡皮条拉直
C．每次准确读出弹簧秤的示数
D．每次记准绳的方向
4．（2015福建泉州一中期末）下图所示，是两位同学在做“验证力的平行四边形定则”的实验时得到的结果，则其中_______同学实验结果比较符合实验事实。
5．（2015杭州期末联考）在“探究求合力的方法”实验中，下图为某同学用两把弹簧秤拉橡皮条的情形，请您指出该同学在实验中的操作错误或不妥之处有（写两条）；。
6．（2015甘肃天水一中期末）某同学用如图所示的实验装置验证“力的平行四边形定则”。
弹簧测力计A挂于固定点P，下端用细线挂一重物M。
弹簧测力计B的一端用细线系于O点，手持另一端向左拉，使结点O静止在某位置。
分别读出弹簧测力计A和B的示数，并在贴于竖直木板的白纸上记录O点的位置和拉线的方向。
下列不必要的实验要求是（）
A．应测量重物M所受的重力
B．弹簧测力计应在使用前校零
C．拉线方向应与木板平面平行
D．改变拉力，进行多次实验，每次都要使O点静止在同一位置
7．（2015甘肃天水一中期末）某组同学实验得出数据，画出a-F图,如图（乙）所示，那么该组同学实验中出现的问题可能是（）
A．实验中平衡摩擦力时长木板垫起的角度太小
B．实验中平衡摩擦力时长木板垫起的角度太大
C．实验中绳子拉力方向没有跟平板平行
D．实验中不满足“砂桶和砂的总质量远小于小车质量”的条件
8．（2015吉林期末）在“探究加速度与质量的关系”的实验中：
（1）备有器材：
A.长木板；B.电磁打点计时器、低压交流电源、纸带；C.细绳、小车、砝码；D.装有细沙的小桶；E.薄木板；F.毫米刻度尺；还缺少的一件器材是________．
（2）实验得到如图甲所示的一条纸带，相邻两个计数点的时间间隔为T；B、C两点的间距x2和D、E两点的间距x4已量出，利用这两段间距计算小车加速度的表达式为_________．
某同学根据实验数据画出的a--
图线如图乙所示，从图线可得沙和沙桶的总质量为________kg.（g取10m/s2）
另一位同学根据实验数据画出的a--
图像如图丙所示，则造成这一结果的原因是
9．（2015福州八中期末）某实验小组同学用如图所示装置探究“物体加速度与力、质量的关系”。
（1）在研究物体加速度与力的关系时，保持不变的物理量是（只需填A或B）
A．小车质量
B．塑料桶和桶中砝码的质量
（2）实验中，首先要平衡摩擦力，具体做法是（只需填A或B）
A．在塑料桶中添加砝码，使小车带着纸带匀速运动。
B．取下塑料桶，垫起滑板的一端，使小车带着纸带匀速运动。
（3）实验中要使小车的质量（填“远大于”或“远小于”）塑料桶和桶中砝码的质量，才能认为细线对小车的拉力等于塑料桶和砝码的重力。
（4）在该实验中，所用交流电的频率为50Hz．某次实验中得到的一条纸带如下图所示，从比较清晰的某点起，取五个计数点，分别标明0、1、2、3、4．量得s1=2.15cm，s2=2.90cm，s3=3.70cm，s4=4.40cm
则打点“3”时小车的瞬时速度大小为m/s和用逐差法求得小车的加速度大小为m/s2。
（结果均保留三位有效数字）
（5）某同学测得小车的加速度a和拉力F的数据后,依照数据正确画出a-F图像如图示，（小车质量保持不变）图线不过原点的原因可是
10．（2015湖北武汉二中期末）某同学用如图所示的实验装置验证牛顿第二定律。
（1）本实验应用的实验方法是（）
A．控制变量法B．假设法C．理想实验法D．等效替代法
（2）（多选题）为了验证加速度与合外力成正比，实验中必须做到（）
A．实验前要平衡摩擦力
B．每次都必须从相同位置释放小车
C．拉小车的细绳必须保持与轨道平行
D．拉力改变后必须重新平衡摩擦力
（3）图为某次实验得到的纸带，纸带上相邻的两计数点间有四个点未画出，则小车的加速度大小为a=m/s2（结果保留两位有效数字）
（4）在验证“质量一定，加速度a与合外力F的关系”时，某学生根据实验数据作出了如图所示的a－F图像，其中图线不过原点并在末端发生了弯曲，产生这种现象的原因可能有。
A．木板右端垫起的高度过小（即平衡摩擦力不足）
B．木板右端垫起的高度过大（即平衡摩擦力过度）
C．盘和重物的总质量m远小于车和砝码的总质量M（即m<D．盘和重物的总质量m不远小于车和砝码的总质量M
11．（2015哈尔滨六中期末）某同学用如右图所示装置测量重力加速度g，所用交流电频率为50Hz。
在所选纸带上取某点为0号计数点，然后每3个点取一个计数点，所有测量数据及其标记符号如下图所示
（1）本实验中，电磁式打点计时器所使用的电源是_____________（填“甲”或“乙”）
甲——电压合适的50Hz的交流电源；
乙——电压可调的直流电源；
（2）设相邻两个计数点的时间间隔为T，则计算重力加速度的表达式为____________；重力加速度的计算结果是g=___________m/s2（结果保留3位有效数字）
12．（2015四川资阳期末）在“探究加速度与力、质量的关系”实验中：
（1）下面的说法中正确的是（）
A．平衡摩擦力时，吊盘应用细线通过定滑轮系在车上，但吊盘内不能放砝码
B．实验中应始终保持小车和砝码的质量远大于砝码和盘的总质量
C．实验中若用纵坐标表示加速度，用横坐标表示小车和车内砝码的总质量，描出相应的点在一条直线上，即可证明加速度与质量成反比
D．平衡摩擦力时，若不考虑纸带对小车的拉力，则不需在小车后面连接纸带，且实验中不需再平衡摩擦力
（2）如图所示是实验中打点计时器打出的记录小车做匀加速直线运动的一条纸带的一部分。
打点计时器使用的交流电频率为50Hz，在纸带上选定标有A~F六个记数点，相邻两个记数点之间还有四个点图上没有画出。
纸带旁边有一根最小刻度为毫米的刻度尺测量记数点间的距离，刻度尺的零刻度线跟“A”记数点对齐。
（小数点后保留两位小数）
①由图可读出记数点“B”与“C”之间的距离为_________cm；
②打下记数点“B”时小车运动的速度为_________m/s；
③小车的加速度为__________m/s2。
答案精析
【例1】
【答案】0.1；0.86；0.64；
【解析】相邻计数点时间间隔为：
T=0.02s×5=0.1s；A点处瞬时速度的大小是：
；根据
则：
；
；
且
；代入数据解得：
a=0.64m/s2
针对训练
【答案】0.987
，2.57
。
【解析】打C点时小车的瞬时速度大小为
小车运动的加速度大小为
【例2】
【答案】10；50
【解析】由图可知，该弹簧的自然长度为10cm；该弹簧的劲度系数为
。
【例3】
【答案】
（1）AB
（2）甲
【解析】
（1）为了保证用一个弹簧
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