高中物理力学实验总复习1.doc

高中物理（必修）第一章第五章力学实验复习一、打点计时器系列实验中纸带的处理1纸带的选取：一般实验应用点迹清晰、无漏点的纸带中选取有足够多点的一段作为实验纸带。在“验证机械能守恒定律”实验中还要求纸带包含第一、二点，并且第一、二两点距离接近2.0mm。2根据纸带上点的密集程度选取计数点: 打点计时器每打n个点取一个计数点，则计数点时间间隔为n个打点时间间隔，即T=0.02n（s）。一般取n5，此时T=0.1s。3测量计数点间距离: 为了测量、计算的方便和减小偶然误差的考虑，测量距离时不要分段测量，尽可能一次测量完毕，即测量计数起点到其它各计数点的距离。如图所示，则由图可得：4s6365210s5s4s3s2s1SSSSSS，4判定物体运动的性质： 若、基本相等，则可判定物体在实验误差范围内作匀速直线运动。 设s1=，s2=，s3=，s4=，s5=若s1、s2、s3、s4、s5基本相等，则可判定物体在实验误差范围内作匀变速直线运动。 测定第n点的瞬时速度。物体作匀变速直线运动时，在某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度。即测出第n点的相邻的前、后两段相等时间T内的距离，由平均速度公式就可求得，如上图中第4点的瞬时速度为：。 测定作匀变速直线运动物体的加速度，一般用逐差法求加速度。将如上图所示的连续相等时间间隔T内的位移、分成两组，利用可得：、，再算出的、平均值，即：就是所测定作匀变速直线运动物体的加速度。若为奇数组数据则将中间一组去掉，然后再将数据分组利用逐差法求解。二、研究匀变速直线运动ABCs1s2s3O（1）纸带处理。从打点计时器重复打下的多条纸带中选点迹 清楚的一条，舍掉开始比较密集的点迹，从便于测量的地方取一个开始点O，然后每5个点取一个计数点A、B、C、（或者说每隔4个点取一个记数点），这样做的好处是相邻记数点间的时间间隔是0.1s，便于计算。测出相邻计数点间的距离s1、s2、s3 t/s0 T 2T 3T 4T 5T 6Tv/(ms-1)（2）利用s1、s2、s3 可以计算相邻相等时间内的位移差s2-s1、s3- s2、s4- s3，如果它们在允许的误差范围内相等，则可以判定被测物体的运动是匀变速直线运动。（3）利用纸带可以求被测物体在任一计数点对应时刻的瞬时速度v：如（4）利用纸带求被测物体的加速度a。具体来说又有3种方法： “逐差法”：从纸带上得到6个相邻相等时间内的位移，则 利用任意两段相邻记数点间的位移求a：如 利用v-t图象求a：求出A、B、C、D、E、F各点的即时速度，画出如右的v-t图线，图线的斜率就是加速度a。例1、在“测定匀变速直线运动的加速度”的实验中，用打点计时器记录纸带运动的时间。计时器所用电源的频率为50Hz，图为一次实验得到的一条纸带，纸带上每相邻的两计数点间都有四个点未画出，按时间顺序取0、1、2、3、4、5六个计数点，用米尺量出1、2、3、4、5点到0点的距离如图所示（单位：cm）。由纸带数据计算可得计数点4所代表时刻的即时速度大小v4_ms，小车的加速度大小a_ms2。（保留三位有效数字）x012345622.530.037.545.052.5y/mm60.0例2 、做匀加速直线运动的小车，牵引一条纸带通过打点计时器，交流电源的频率为50Hz，由纸带上打出的某一点开始，每5个点剪下一段纸带，按图所示，使每一条纸带下端与x轴重合，左边与y轴平行，将纸带段粘贴在直角坐标系中，则小车运动的加速度是 m/s2（保留两位有效数字）。例3、2004年7月25日，中国用长征运载火箭成功地发射了“探测2号”卫星右图是某监测系统每隔2.5s拍摄的关于起始匀加速阶段火箭的一组照片(1)已知火箭的长度为40 m，用刻度尺测量照片上的长度，结果如图所示则火箭在照片中第2个像所对应时刻的瞬时速度大小v=_ms(2)为探究物体做直线运动过程中s随t变化的规律，某实验小组经过实验和计算得到下表的实验数据：物体运动的起止点所测的物理量测量次数12345AB时间t(s)0.891.241.521.761.97时间t2(s2)0.791.542.313.103.88位移s(m)0.250.500.751.001.25根据表格数据，请你在下图所示的坐标系中，用纵、横轴分别选择合适的物理量和标度作出关系图线并根据图线分析得出物体从AB的过程中s随t变化的定量关系式：_三、对自由落体运动的探究按照教材第43页的图251装置做实验，将一系有纸带的重物从一定的高度自由下落，利用打点计时器记录重物的下落过程在对纸带进行数据处理，图象法求物体运动的加速位置0123456时间（s）0v(m/s)根据匀变速直线运动的一个推论：在一段时间t内的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度，有v1=(x1+x2)/2T， v2=(x2+x3)/2T求出各计数点的瞬时速度后，由加速度的定义：a=v/t计算出该物体做匀变速直线运动的加速度；或选好计时起点作v-t图象，图象的斜率即为该匀变速直线运动的加速度。在对纸带进行数据处理可知：自由落体运动是 运动。 【自由落体加速度】阅读教材p43完成下列问题：（1）自由落体运动的加速度它的方向如何?（2）、看教材第44页列表，尝试从表中寻找规律 【反思总结】1、自由落体运动的特点及其加速度的特点2、自由落体运动的运动学公式 例4、一个物体从45m高的地方静止释放，做自由落体运动，（g取10m/s2）求：（1）到达地面时的速度 ( )（2）下落最后1s内的位移 （ ）例5、一个自由落下的物体在最后1 s内落下的距离等于全程的一半，计算它降落的时间和高度？取g= 10m/s2 （ ）例6、(g取10m)从楼顶上自由下落的小球经过某窗户顶部和底部时的速度分别为4ms和6ms，试求该窗户的高度为多少 ( )四、探究弹力和弹簧伸长的关系例7、某同学在做探究弹力和弹簧伸长的关系的实验中，设计了如图所示的实验装置。所用的钩码每只的质量都是30g，他先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，再将5个钩码逐个挂在弹簧的下端，每次都测出相应的弹簧总长度，将数据填在了下面的表中。(弹力始终未超过弹性限度，取g=9.8m/s2)砝码质量(g)0306090120150弹簧总长(cm)6.007.158.349.4810.6411.79弹力大小(N)F/Nx/10-2m5 6 8 10 121.61.20.80.40（1）试根据这些实验数据在右图给定的坐标纸上作出弹簧所受弹力大小F跟弹簧总长L之间的函数关系图线，说明图线跟坐标轴交点的物理意义。（2）上一问所得图线的物理意义是什么?该弹簧的劲度k是多大?例8、（08北京卷）某同学和你一起探究弹力和弹簧伸长的关系，并测弹簧的劲度系数k。做法是先将待测弹簧的一端固定在铁架台上，然后将最小刻度是毫米的刻度尺竖直放在弹簧一侧，并使弹簧另一端的指针恰好落在刻度尺上。当弹簧自然下垂时，指针指示的刻度数值记作L0，弹簧下端挂一个50g的砝码时，指针指示的刻度数值记作L1;弹簧下端挂两个50g的砝码时，指针指示的刻度数值记作L2;挂七个50g的砝码时，指针指示的刻度数值记作L2。下表记录的是该同学已测出的6个值，其中有两个数值在记录时有误，它们的代表符号分别是 和 测量记录表：代表符号L0L1L2L3L4L5L6L7刻度数值/cm1.703.405.108.6010.312.1实验中，L3和L2两个值还没有测定，请你根据上图将这两个测量值填入记录表中。为充分利用测量数据，该同学将所测得的数值按如下方法逐一求差，分别计算出了三个差值：。请你给出第四个差值：dA= cm。根据以上差值，可以求出每增加50g砝码的弹簧平均伸长量。用d1、d2、d3、d4表示的式子为： ，代入数据解得 cm。计算弹簧的劲度系数k N/m。（g取98m/s2）五、验证力的平行四边形定则AOBabc（1）原理是两只弹簧秤成角度拉橡皮条AB和一只弹簧秤拉 橡皮条AB的效果相同，这个效果就是指橡皮条的形变量（大小和方向）相同。（2）在画力的图示时，必须有箭头、标度、刻度。（3）实验往往有一定的偶然误差，只要用平行四边形定则求得的合力F和一只弹簧秤的拉力F / 的图示大小和方向在误差允许的范围内相同就可以了。例9、 橡皮筋的一端固定在A点，另一端栓上两根细绳，每根细绳分别连着一个量程为5N、最小刻度为0.1N的弹簧测力计，沿着两个不同的方向拉弹簧测力计。当橡皮筋的活动端拉到O点时，两根细绳相互垂直，如图所示。这时弹簧测力计的读数可从图中读出。由图可读得两个相互垂直的拉力的大小分别为_N和_N。（只须读到0.1N）在右图的方格纸中按作图法的要求画出这两个力及它们的合力。34012345(N)(N)1234例10、李明同学在做互成角度的两个力的合成实验时，利用坐标纸记下了橡皮筋的结点位置O点以及两只弹簧秤拉力的大小如图（a）所示，（1）试在图（a）中作出无实验误差情况下F1和F2的合力图示，并用F表示此力（2）有关此实验，下列叙述正确的是 （A）两弹簧秤的拉力可以同时比橡皮筋的拉力大 （B）橡皮筋的拉力是合力，两弹簧秤的拉力是分力 （C）两次拉橡皮筋时，需将橡皮筋结点拉到同一位置O这样做的目的是保证两次弹簧秤拉力的效果相同 （D）若只增大某一只弹簧秤的拉力大小而要保证橡皮筋结点位置不变，只需调整另一只弹簧秤拉力的大小即可（3）图（b）所示是李明和张华两位同学在做以上实验时得到的结果，其中哪一个实验比较符合实验事实？（力F是用一只弹簧秤拉时的图示） 答： （4）在以上比较符合实验事实的一位同学中，造成误差的主要原因是：（至少写出两种情况） 答： 。例11、在“验证力的平行四边形定则”的实验情况如图甲所示，其中A为固定橡皮筋的图钉，O为橡皮筋与细绳的结点，OB和OC为细绳。图乙是在白纸上根据实验结果画出的图。图乙中的F与F两力中，方向一定沿AO方向的是_。(2分)本实验采用的科学方法是-（ ）(2分)A. 理想实验法 B. 等效替代法C. 控制变量法 D. 建立物理模型法结点绳套例12、在“探究求合力的方法”的实验中，需要将橡皮条的一端固定在水平木板上，另一端系上两根细绳，细绳的另一端都有绳套（如图）实验中需用两个弹簧秤分别勾住绳套，并互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O（1）某同学在做该实验时认为：A拉橡皮条的绳细一些且长一些，实验效果较好B拉橡皮条时，弹簧秤、橡皮条、细绳应贴近木板且与木板平面平行C橡皮条弹性要好，拉结点到达某一位置O时，拉力要适当大些D拉力F1和F 2的夹角越大越好其中正确的是 （填入相应的字母）（2）若两个弹簧秤的读数均为4N，且两弹簧秤拉力的方向相互垂直，则 （选填“能”或“不能”）用一个量程为5N的弹簧秤测量出它们的合力，理由是 六、验证牛顿第二运动定律（1）了解该实验的系统误差的来源。用砂和砂桶的总重量代替小车受到的拉力。由牛顿第二定律可知，由于砂桶也在做匀加速运动，因此砂和砂桶的总重量肯定大于小车受到的实际拉力。可以推导出结论：只有在小车的总质量M远大于砂和砂桶的总质量m时，才能使该系统误差足够小。没有考虑摩擦阻力的作用。应该用平衡摩擦力的方法来消除这个系统误差。（2）为研究a、F、m三者的关系，要利用“控制变量法”，分别研究a与F、 a与m的关系。（3）用图象法验证aF、 am-1（后者必须用a-m-1图象，不能用a-m图象）打点计时器图1例13 、一打点计时器固定在斜面上某处，一小车拖着穿过打点计时器的纸带从斜面上滑下，如右图所示。下图是打出的纸带的一段。已知打点计时器使用的交流电频率为50Hz，利用下图给出的数据可求出小车下滑的加速度a=_。5.12 5.74 6.37 6.98 7.60 8.24 8.85 9.47 (单位：cm)为了求出小车在下滑过程中所受的阻力，还需要测量的物理量有_。用测得的量及加速度a表示阻力的计算式为f=_。d1d2d30123例14、某校学习兴趣小组在研究“探索小车速度随时间变化的规律”的实验，图是某次实验得出的纸带，所用电源的频率为50HZ，舍去前面比较密集的点，从0点开始，每5个连续点取1个计数点，标以1、2、3。各计数点与0计数点之间的距离依次为d1=3cm，d2=7.5cm,d3=13.5cm，则（1）物体做 的运动，理由是 ；（2）物体通过1计数点的速度v1= m/s；（3）物体运动的加速度为a = m/s2.例15、某同学设计了一个探究加速度a与物体所受合力F及质量m关系的实验，图（a）为实验装置简图。（交流电的频率为50Hz） （1）图（b）为某次实验得到的纸带，根据纸带可求出小车的加速度大小为 m/s2。（保留二位有效数字） （2）保持砂和砂桶质量不变，改变小车质量m，分别得到小车加速度a与质量m及对应的，数据如下表：实验次数12345678小车加速度a/ms21.901.721.491.251.000.750.500.30小车质量m/kg0.250.290.330.400.500.711.001.674.003.453.032.502.001.411.000.60 请在方格坐标纸中画出图线，并从图线求出小车加速度a与质量倒数之间的关系式是 。 （3）保持小车质量不变，改变砂和砂桶质量，该同学根据实验数据作出了加速度a随合力F的变化图线如图（c）所示。该图线不通过原点，其主要原因是 。例16、某同学在“探究当外力一定时，加速度和质量的关系”的实验时得到下表中的实验数据， ( l )这位同学决定使用 a 一 1 / m 图象来处理这些数据，而不用a一 m 图象来处理这些数据的原因是 _ ， _ 。 ( 2 )请作出 a 一 1 / m 图象，根据作出的图象，可以得到的结论是 例17、现要验证“当合外力一定时，物体运动的加速度与其质量成反比”这一物理规律。给定的器材如下：一倾角可以调节的长斜面（如图）、小车、计时器一个、米尺、天平、砝码、钩码若干。实验步骤如下（不考虑摩擦力的影响），在空格中填入适当的公式或文字。（1）用天平测出小车的质量m（2）让小车自斜面上方一固定点A1从静止开始下滑到斜面底端A2，记下所用的时间t。（3）用米尺测量A1与A2之间的距离s。则小车的加速度a 。（4）用米尺测量A1相对于A2的高度h。则小车所受的合外力F 。（5）在小车中加钩码，用天平测出此时小车与钩码的总质量m，同时改变h，使m与h的乘积不变。测出小车从A1静止开始下滑到斜面底端A2所需的时间t。请说出总质量与高度的乘积不变的原因_。（6）多次测量m和t，以m为横坐标，t2为纵坐标，根据实验数据作图。如能得到一条_线，则可验证“当合外力一定时，物体运动的加速度与其质量成反比”这一规律。例18、某同学设计了一个“探究加速度与物体所受合力F及质量m的关系”实验如图a为实验装置简图，A为小车，B为电火花计时器，C为装有砝码的小桶，D为一端带有定滑轮的长方形木板，实验中认为细绳对小车拉力F等于砝码和小桶的总重量，小车运动加速度a可用纸带上的打点求得DBAC (a)aABEDC6.196.707.217.72单位：cm (b)a (c)（1）图（b）为某次实验得到的纸带，根据纸带可求出小车的加速度大小为 m/s2（保留二位有效数字）（2）在“探究加速度与质量的关系”时，保持砝码和小桶质量不变，改变小车质量m ，分别得到小车加速度a与质量m数据如下表：次 数123456789小车加速度a/ms21.981.721.481.251.000.750.480.500.30小车质量m/kg0.250.290.330.400.500.710.751.001.67 (d)Fa0根据上表数据，为直观反映F不变时a与m的关系，请在图c方格坐标纸中选择恰当物理量建立坐标系，并作出图线（如有需要，可利用上表中空格）（3）在“探究加速度与力的关系”时，保持小车的质量不变，改变小桶中砝码的质量，该同学根据实验数据作出了加速度a与合力F图线如图d ，该图线不通过坐标原点，试分析图线不通过坐标原点的原因答：例19、在探究加速度与物体所受合外力和质量间的关系时，采用如图所示的实验装置，小车及车中的砝码质量用M表示，盘及盘中的砝码质量用m表示，小车的加速度可由小车后拖动的纸带由打点计时器打出的点计算出：当M与m的大小关系满足 时，才可以认为绳子对小车的拉力大小等于盘和砝码的重力。一组同学在先保持盘及盘中的砝码质量一定，探究加速度与质量的关系，以下做法错误的是：（ ）A平衡摩擦力时，应将盘及盘中的砝码用细绳通过定滑轮系在小车上B每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力C实验时，先放开小车，再接通打点计时器电源D小车运动的加速度可用天平测出m以及小车质量M，直接用公式m求出。在保持小车及车中的砝码质量M一定，探究加速度与所受合外力的关系时，由于平衡摩擦力时操作不当，二位同学得到的关系分别如下图、所示（是小车的加速度，是细线作用于小车的拉力）。其原因分别是：图： 图： 七、研究平抛运动1.竖直方向的运动规律实验演示教材实验，实验探究竖直方向上的运动规律。介绍实验装置如下图所示介绍实验做法.因弹簧片C受到小锤D的打击，C向前推动小钢球具有水平初速度，使A做平抛运动，同时(强调)松开小钢球B，使B从孔中自由落下，做自由落体运动.观察实验现象，思考以下几方面：1、无论A球的水平速度大小如何，它总是与B球同时落地。2、A球的水平初速度越大，走过的水平距离也越大。3、A球水平初速度的大小并不影响平抛物体在竖直方向上的运动。这一实验说明水平分运动并不影响竖直分运动；即水平分运动和竖直分运动各自独立地按自己的规律进行，互不干扰。这一现象还说明平抛运动的竖直分运动是自由落体运动。 结论 平抛运动物体竖直方向是自由落体运动2、水平方向的运动规律平抛运动在竖直方向上的分运动是自由落体运动而自由落体运动下落的高度h是与运动时间t的二次方成正比的,即h=1/2gt2,因此在竖直坐标轴y上,从原点开始向下任取一个坐标为h的点,再找到坐标为4h,9h,16h,的点.在物体运动过程中,纵坐标从其中一个位置运动到下一个位置所用的时间都是相等的.过这些点作水平线与轨迹相交交点就是每经相等时间物体所到达的位置.如果使用数码相机的连续摄像功能,记录的连续的点,经历的时间间隔是相等的,在坐标纸上直接确定各点的水平位移就可以了.用数码摄像机拍得影像后，传入计算机，采集后用“超级解霸v8”连续截图就可以得到等时间间隔（1/24s，软件设定）的图片了，对应图片上小球的位置，在相同的坐标纸上描点连线，也可以直接确定各点的水平位移。例20、下面是做探究平抛运动规律实验的步骤：A将钢球从斜槽上的某点释放，它离开槽后在空间做平抛运动，在小球运动轨迹的某处用带孔的卡片迎接小球，使球恰好从孔中央通过而不碰到边缘，然后对准孔中央在白纸上记下一个点B以斜槽末端作为平抛运动的起点O，在白纸上标出O的位置C取下白纸，在纸上画一条与竖直线Oy垂直的水平线OxD用光滑曲线把记录小球通过的位置的若干点连接起来，就得到平抛运动的轨迹由于测定各个点时存在误差，所画的曲线可不通过个别偏差大的点，但必须保持曲线光滑，不允许出现凹陷处E从斜槽上不同点释放小球，用步骤A的方法确定平抛轨迹上的其他点F在曲线上取56个点(不必是步骤A测出的点)，用尺测出