高一物理必修一实验复习及同步训练

1 高一物理必修一实验复习高一物理必修一实验复习 知识要点知识要点 一 使用打点计时器测定匀变速直线运动的加速度 一 使用打点计时器测定匀变速直线运动的加速度 1 实验原理 实验原理 设物体做匀加速直线运动 加速度是 a 在各个连续相等的时间 T 里的位移 分别是 s1 s2 s3 则有 s s2 s1 s3 s2 s4 s3 aT2 由上式还可得到 s4 s1 s4 s3 s3 s2 s2 s1 3aT2 同理有 s5 s2 s6 s3 3aT2 可见 测出各段位移 s1 s2 即可求出 2 14 1 3 T ss a 2 25 2 3 T ss a 再算出 a1 a2 的平均值 就是我们所要测定的匀变速直线运动的加速度 2 实验器材 实验器材 电火花计时器或电磁打点计时器 一端附有滑轮的长木板 小车 纸带 刻 度尺 导线 电源 钩码 细绳 3 实验步骤 实验步骤 1 按教材图所示 把附有滑轮的长木板放在实验桌上 并使滑轮伸处桌 面 把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端 连接好电路 2 把一条细绳拴在小车上 使细绳跨过滑轮 下边挂上合适的钩码 把 纸带穿过打点计时器 并把纸带的一端固定在小车的后面 3 把小车停在靠近打点计时器处 接通电源后 放开小车 让小车拖着 纸带运动 打点计时器就在纸带上打下一列小点 换上新纸带 重复实验三次 4 从三条纸带中选择一条比较理想的 舍掉开头一些比较密集的点子 在后边便于测量的地方找一个开始点 为了测量方便和减小误差 通常不用每打 一次点的时间作为时间的单位 而用每打五次点的时间作为时间的单位 就是 T 0 02 5 0 1s 在选好的开始点下面标明 A 在第六点下面标明 B 在第十一 点下面标明 C 在第十六点下面标明 D 点 A B C D 叫做计数点 如图所示 两个相邻计数点间的距离分别是 s1 s2 s3 5 测出六段位移 s1 s2 s3 s4 s5 s6的长度 把测量结果填入下表中 6 根据测量结果 利用 实验原理 中给出的公式算出加速度 a1 a2 a3的值 注意 T 0 1s 求出 a1 a2 a3的平均值 它就是小车做匀变速直线运动的加速度 把计算 的结果填入表中 小车做匀变速直线运动的加速度 a s1 s2 s3 A B C D 2 二 二 验证力的平行四边形定则验证力的平行四边形定则 1 演示实验并解说 1 把方木板固定在黑板上 用图钉把白纸固定 在木块上 2 用图钉把橡皮条一端固定在A点 结点自然状 态在O点 结点上系着细绳 细绳的另一端系着绳套 3 用两弹簧秤分别勾住绳索 互成角度地拉橡 皮条 使结点到达O 点 让学生记下O 的位置 用铅笔和刻度尺在白纸上从O 点沿两条细绳的方向 画线 记下F1 F2的力的大小 4 放开弹簧秤 使结点重新回到O点 再用一只 弹簧秤 通过细绳把橡皮条的结点拉到O 读出弹簧秤的示数F 记下细绳的方 向 按同一标度作出F1 F2和F的力的图示 5 用三角板以F1 F2为邻边作平行四边形 在误差范围内 F几乎是F1 F2为邻 边的平行四边形的对角线 经过前人很多次的 精细的实验 最后确认 对角线的长度 方向 跟合力 的大小 方向一致 即对角线与合力重合 也就是说 对角线就表示F1 F2的合力 归纳 可见互成角度的两个力的合成 不是简单的将两个力相加减 而是用表 示两个力的有向线段为邻边作平行四边形 这两邻边之间的对角线就表示合力的 大小和方向 这就叫平行四边形定则平行四边形定则 2 注意事项 注意事项 1 本实验中 以橡皮筋的伸长 结点到达某一位置 衡量力的作用效果 故 本实验中 以橡皮筋的伸长 结点到达某一位置 衡量力的作用效果 故 在同一次实验中 应使两种情况下结点到达同一位置 在同一次实验中 应使两种情况下结点到达同一位置 2 实验时 弹簧秤必须保持与木板平行 且拉力应沿轴线方向 以减小实验 实验时 弹簧秤必须保持与木板平行 且拉力应沿轴线方向 以减小实验 误差 测量前应首先检查弹簧秤的零点是否准确 注意使用中不要超过其弹性限误差 测量前应首先检查弹簧秤的零点是否准确 注意使用中不要超过其弹性限 度 弹簧秤的读数应估读到其最小刻度的下一位 度 弹簧秤的读数应估读到其最小刻度的下一位 三 三 验证牛顿第二定律验证牛顿第二定律 1 实验原理实验原理 实验装置如图 用细线将小车 质量记为 M 和砂桶 内装有细砂 总质量为 m 连接起来 构 成一个系统 当系统做加速运动时 有 a mg M m 绳对车的拉力 T Ma Mmg M m M m mg 1 当 M m 时 T mg 故可通过改变砂桶中细砂的质量来改变拉力的大小 从而验证加速度与拉力 的关系 在小车上添加砝码来改变小车的质量 从而验证加速度与质量的关系 2 实验步骤实验步骤 1 通过调节木板的倾斜程度 用重力沿斜面的分力来平衡摩擦力 此时不挂砂桶 但应把纸带在打点计时器的限位孔中穿好 A O O F F1 F2 3 2 保持小车的质量不变 改变砂桶中细砂的质量 测出相应的加速度 验证 当 M 一定时 a 与 F 与关系 3 保持外力 即砂桶中细砂的质量 不变 在小车上加砝码 测出相应的加速 度 优证当作用力一定时 a 与 M 的关系 3 数据记录及处理数据记录及处理 1 实验中要测定小桶和细砂的总质量 m 小车及砝码的总质量 M 2 要在纸带测出小车的位移 3 用逐差法处理数据 4 用图象法处理数据 通过实验所测得的数据 画出 a F 图 a 图 正确的实验图线应如图 1 2 所示 四 误差分析 1 未满足 M m 这一条件时 会得到图 3 所示图线 2 未平衡摩擦力 会得到图 4 中 2 所示图线 平衡摩擦力过甚 会得到图 4 中 1 所示图线 典型例题典型例题 1 某同学用题 22 图 2 所示装置测量重力加速度 g 所用交流电频率为 50 Hz 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 所以测量数据及 其标记符号如题 22 图 3 所示 该同学用两种方法处理数据 T 为相邻两计数点的时间间隔 方法 A 由 取平均值 8 667 m s2 21 2 1 SS T g 32 2 2 SS T g 65 2 5 SS T g g 方法 B 由 取平均值 8 673 m s2 41 2 1 3 SS T g 52 2 2 3 SS T g 63 2 3 3 SS T g g 从数据处理方法看 在 S1 S2 S3 S4 S5 S6中 对实验结果起作用的 方法 A 中有 方法 B 中有 因此 选择方法 A 或 B 更合理 这样可以减少实验的 系统或偶然 误差 本实验误差的主要来源有 试举出两条 2 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的时间间隔为 T 0 10s 其中 S1 7 05cm S2 7 68cm S3 8 33cm S4 8 95cm S5 9 61cm S6 10 26cm 则 A 点处瞬时速度的大小是 m s 小车运动的加速度计算表达式为 a a 4 加速度的大小是 m s2 计算结果保留两位有效数字 3 在 验证平形四边形定则 的实验中 有 A B 两个弹簧秤拉橡皮条的结点 使其位于 O 处 如图所示 此时 90 现在保持 A 读数不变 减小 角 要使结点仍在 O 处 可采用的办法是 A 增大 B 的读数 同时减小 角 B 增大 B 的读数 同时增大 角 C 减小 B 的读数 同时减小 角 D 减小 B 的读数 同时增大 角 4 在做 互成角度的两个力的合成 的实验时 需要的器材有 方木板 白纸 细绳套两个 三角板 刻度尺 图钉几个 还需 5 在做上述实验时 在水平放置的木板上垫上一张白纸 把橡皮条的一端固定 在板上 另一端结两个细绳套 通过细绳用两个互成角度的弹簧秤拉橡皮条 使 结点移到某一位置 O 此时需记下 然后用一个弹簧秤把橡皮条拉长 使结点到达 再记下 和 6 在 探究加速度与力 质量的关系 的实验时 计算出纸带的加速度后 将加 速度与力 质量的有关数值记入下表中 根据表中所列数据 分别划出 a F 图像和 a 1 M 图像 根据图像可以判定 当 M 一定时 a 与 F 的关系是 当 F 一 定时 a 与 M 的关系是 由 a F 图像可知 M 由 a 1 M 图像可知 F 5 经典练习经典练习 1 用打点计时器可测纸带运动的时间和位移 下面是没有按操作顺序写的不完 整的实验步骤 按照你对实验的理解 在各步骤空白处填上适当的内容 然后按 实际操作的合理步骤 将各步骤的字母代号顺序写在空白处 A 在电磁打点计时器的两接线柱上分别接上导线 导线的另一端分别接在低压 电源的两个接线柱上 B 把电磁打点计时器固定在桌子上 让纸带穿过 并压在 下面 C 用刻度尺测量从计时开始点到最后一个点间的距离 x D 切断电源 取下纸带 如果共有n个清晰的点 则这段纸带记录的时间 t E 打开电源开关 再用手水平地拉动纸带 纸带上打下一系列小点 F 利用公式计算纸带运动的平均速度 实验步骤的合理顺序是 txv 2 使用打点计时器时 下列问题对实验的影响是什么 1 错接在直流电源上 影响是 2 电源频率不稳 影响是 3 打点针压得太紧 影响是 4 电源电压不稳 影响是 5 振针过长 影响是 3 如图 1 所示 是某人练习使用打点计时器得到的纸带 纸带的右端后通过打 点计时器 从点痕的分布情况可以断定纸带的运动情况是 若所用电 源频率为 50Hz 从打下 A 点到打下 D 点 共 13 点 历时 s 位移为 m 这段时间内纸带运动的平均速度是 m s BD 段的平均速度是 m s 4 电火花打点计时器使用交流 V 电源工作 它是利用 在 纸带上打出小孔而显示点迹的计时仪器 工作电源频率是 50Hz 如果用它测量 时 实验者不知工作电压的频率变为 60Hz 仍按 50Hz 的频率计算 这样算出的 速度值与物体速度的真实值相比是 填 偏大 或 偏小 5 在 探究小车速度随时间变化的规律 实验中 将下列步骤的代号按合理顺 序填写在横线上 A 拉住纸带 将小车移至靠近打点计时器处 先接通电源 后放开纸带 B 将打点计时器固定在平板上 并接好电路 C 把一条细绳拴在小车上 细绳跨过定滑轮 下面吊着重量适当的钩码 6 D 断开电源 取下纸带 E 将纸带固定在小车尾部 并穿过打点计时器的限位孔 F 换上新的纸带 再重复做三次 6 某次实验用打点计时器交流电的频率为 50Hz 纸带的记录如图所示 图中前 几个点模糊 因此从 A 点开始每打五个点取一个计数点 其中 B C D E 点的对 应速度vB m s vC m s vD m s vE m s 由此推得 F 点的 速度vF m s 7 1 在加速度实验中 伽俐略将光滑直木板槽倾斜固定 让铜球从木槽顶端 沿斜面由静止开始滑下 并用水钟测量铜球每次下滑的时间 研究铜球的运动路 程与时间的关系 亚里士多德曾预言铜球运动速度是均匀不变的 伽俐略却证明 铜球运动的路程与时间的平方成反比 请将亚里士多德的预言和伽俐略的结论分 别用公式表示 其中路程用 x 速度用 v 加速度用 a 时间用 t 表示 亚里士 多德的预言 伽俐略的结论 2 研究物理问题时 常常需要忽略某些次要因素 建立理想化的物理模型 例如 质点 模型忽略了物体的体积 形状 只记其质量 请写出你所学过的两 个物理模型名称 和 模型 8 如图所示为四位同学在 验证力的平行四边形定则 的实验中所作的图示 F1和F2是两个弹簧秤同时拉橡皮条时的力的图示 F 是一个弹簧秤单独拉橡皮 条时的力的图示 F是根据平行四边形定则作出的F1和F2的合力的图示 其中 错误的一个图是 第 8 题图 在上述实验中 如果将两个细绳套换成两根橡皮条 那么实验结果变不变 答 如果实验中OA之间的橡皮条已经 疲劳 即形变不能完全恢复 按实验步骤先测出F1 F2作出合力F 再测出F 那么F与F 相比 大小 方向是否相同 答 大小 方向 9 为了测量两张纸之间的动摩擦因数 某同学设计了一个实验 如图所示 在 木块A和木板B上贴上待测的纸 B板水平固定 沙桶通过细线与A相连 调节 沙桶中沙的多少 使A匀速向左运动 测出沙桶和沙的总质量m以及贴纸的木块 A的质量M 则可计算出动摩擦因数 问 1 该同学为什么要把纸贴在木板上 而不直接测量两张纸间的滑动摩擦力 OAB 1 40 CDEFG 3 55 6 45 10 10 14 50 19 65 单位 cm 第 6 题图 7 2 实验中动摩擦因数的表达式为 用测出的物理量表示 第 9 题图 10 做 探究两个力的合成 的实验中 如果把钩码换成弹簧秤 则实验步骤是 1 在水平放置的木板上垫一张白纸 把橡皮条的一端固定在板上 另一端栓 两根细线 通过细线同时用两个测力计互成角度地拉橡皮条 使它与细线的结点 到达某一位置O点 在白纸上记下O点和两测力计的读数F1和F2 2 在纸上根据F1和F2的大小 画出力的图示 猜想合力F和分力F1和F2之 间的可能关系 3 只用一个测力计通过细绳拉橡皮条 使它的伸长量与两个测力计拉时相同 记下此时测力计的读数F 和细线的方向 以上三个步骤中均有错误和疏漏 指出错在哪里 在 1 中是 在 2 中是 在 3 中是 11 在探究加速度与力 质量的关系得实验中 得到以下三个实验图线 a b c 描述加速度与质量关系的图线是 加速度与力的关系图线是 图线是描述加速度与质量的倒数关系 12 在探究牛顿第二定律的实验方案中 比较初速为零的不同物体加速度大小的 关系是根据 请你给出证明过程 2 1 2 1 x x a a 15 一辆小车放在水平桌面上 现在用两种方式使小车向右作加速运动 第一种 情况 对小车加上水平向右大小为 10N 的拉力 见图 1 第二种情况 通过定 滑轮挂上 10N 的重物 见图 2 1 两车的加速度大小是否相同 2 试比较两 种情况下加速度的大小关系 a 0 第 12 题 a 第 12 题 b 图 4 10 a 0 a 0 第 12 题 c NG10 NF10 115图图图215图图图 8 第一讲 必修 1 实验复习 作业 1 利用打点计时器测定匀加速直线运动的小车的加速度 下图给出了该次实验中 从 O 点开始每 5 个点取一个计数点的纸带 其中 O 1 2 3 4 5 6 都为记 数点 测得相邻计数点的距离依次为 s1 1 40cm s2 1 90cm s3 2 38cm s4 2 88cm s5 3 39cm s6 3 87cm 1 在计时器打出点 1 2 3 4 5 时 小车的速度分别为 v1 cm s v2 cm s v3 cm s v4 cm s v5 cm s 2 作出速度 时间图像 并由图像求出小车的加速度 a cm s2 2 如右图 是物体做匀变速直线运动得到的一条纸带 从 O 点开始每 5 个计时 点取一个记数点 依照打点的先后顺序依次编为 1 2 3 4 5 6 测得 s1 5 18cm S2 4 40cm s3 3 62cm s4 2 78cm s5 2 00