高中物理力学实验专题汇总

1 实验一实验一 研究匀变速直线运动研究匀变速直线运动 考纲解读 1 练习正确使用打点计时器 2 会计算纸带上各点的瞬时速度 3 会利用纸带计算加 速度 4 会用图象法探究小车速度与时间的关系 并能根据图象求加速度 基本实验要求 1 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 细绳 钩码 刻度尺 导线 电源 复写纸片 2 实验步骤 1 按照实验原理图所示实验装置 把打点计时器固定在长木板无滑轮的一端 接好电 源 2 把一细绳系在小车上 细绳绕过滑轮 下端挂合适的钩码 纸带穿过打点计时器 固定在小车后面 3 把小车停靠在打点计时器处 接通电源 放开小车 4 小车运动一段时间后 断开电源 取下纸带 5 换纸带反复做三次 选择一条比较理想的纸带进行测量分析 3 注意事项 1 平行 纸带 细绳要和长木板平行 2 两先两后 实验中应先接通电源 后让小车运动 实验完毕应先断开电源 后取纸 带 3 防止碰撞 在到达长木板末端前应让小车停止运动 防止钩码落地和小车与滑轮相 撞 4 减小误差 小车的加速度宜适当大些 可以减小长度的测量误差 加速度大小以能 2 在约 50 cm 的纸带上清楚地取出 6 7 个计数点为宜 规律方法总结 1 数据处理 1 目的 通过纸带求解运动的加速度和瞬时速度 确定物体的运动性质等 2 处理的方法 分析物体的运动性质 测量相邻计数点间的距离 计算相邻计数点距离之差 看其 是否为常数 从而确定物体的运动性质 利用逐差法求解平均加速度 a1 a2 a3 a x4 x1 3T2 x5 x2 3T2 x6 x3 3T2 a1 a2 a3 3 利用平均速度求瞬时速度 vn xn xn 1 2T dn 1 dn 1 2T 利用速度 时间图象求加速度 a 作出速度 时间图象 通过图象的斜率求解物体的加速度 b 剪下相邻计数点的纸带紧排在一起求解加速度 2 依据纸带判断物体是否做匀变速直线运动 1 x1 x2 x3 xn是相邻两计数点间的距离 2 x 是两个连续相等的时间里的位移差 x1 x2 x1 x2 x3 x2 3 T 是相邻两计数点间的时间间隔 T 0 02n 打点计时器的频率为 50 Hz n 为两计数 点间计时点的间隔数 4 x aT2 因为 T 是恒量 做匀变速直线运动的小车的加速度 a 也为恒量 所以 x 必然是个恒量 这表明 只要小车做匀变速直线运动 它在任意两个连续相等的时间间 隔内的位移之差就一定相等 考点一 对实验操作步骤的考查 例 1 在 测定匀变速直线运动的加速度 的实验中 某同学的操作步骤如下 其中错误 的步骤有 A 拉住纸带 将小车移到靠近打点计时器处先放开纸带 再接通电源 B 将打点计时器固定在平板上 并接好电源 C 把一条细绳拴在小车上 细绳跨过定滑轮 下面挂上合适的钩码 D 取下纸带 然后断开电源 E 将平板一端抬高 轻推小车 使小车能在平板上做加速运动 F 将纸带固定在小车尾部 并穿过打点计时器的限位孔 3 将以上步骤完善并填写在横线上 遗漏的步骤可编上序号 G H 实验步骤的合理 顺序为 例 2 2012 山东理综 21 1 某同学利用如图 1 所示的实验装置 探究物块在水平桌面上的 运动规律 物块在重物的牵引下开始运动 重物落地后 物块再运动一段距离停在桌面 上 尚未到达滑轮处 从纸带上便于测量的点开始 每 5 个点取 1 个计数点 相邻计数 点间的距离如图 2 所示 打点计时器电源的频率为 50 Hz 图 1 图 2 通过分析纸带数据 可判断物块在两相邻计数点 和 之间某时刻开始减 速 计数点 5 对应的速度大小为 m s 计数点 6 对应的速度大小为 m s 保留三位有效数字 物块减速运动过程中加速度的大小为 a m s2 1 运动性质的判断 看相邻计数点间的距离特点 2 瞬时速度求解 采用平均速度法求某一点的瞬时速度 3 加速度的求解 1 v t 图象法 2 推论法 x aT2 3 逐差法 例 3 某校研究性学习小组的同学用如图 3 甲所示的滴水法测量一小车在斜面上运动时的 加速度 实验过程如下 在斜面上铺上白纸 用图钉固定 把滴水计时器固定在小车的 末端 在小车上固定一平衡物 调节滴水计时器的滴水速度 使其每 0 2 s 滴一滴 以滴 水计时器内盛满水为准 在斜面顶端放置一浅盘 把小车放在斜面顶端 把调好的滴 水计时器盛满水 使水滴能滴入浅盘内 随即在撤去浅盘的同时放开小车 于是水滴在 白纸上留下标志小车运动规律的点迹 小车到达斜面底端时立即将小车移开 图乙为实 验得到的一条纸带 用刻度尺量出相邻点之间的距离是 x01 1 40 cm x12 2 15 4 cm x23 2 91 cm x34 3 65 cm x45 4 41 cm x56 5 15 cm 试问 图 3 1 滴水计时器的原理与课本上介绍的 原理类似 2 由纸带数据计算可得计数点 4 所代表时刻的瞬时速度 v4 m s 小车的加速 度 a m s2 结果均保留两位有效数字 创新方向盘点 以教材中的实验为背景 通过改变实验条件 实验仪器设置题目 不脱离教材而又不拘 泥教材 体现开放性 探究性等特点 盘点 1 实验器材的改进 为了保证小车真正做匀加速直线运动 用气垫导轨长木板 替代 用频闪照相或光电计时器打点计时器 替代 盘点 2 在新情景下完善实验步骤及数据分析 1 如图 4 所示 在 探究匀变速运动的规律 的实验中 图 4 1 为消除摩擦力对实验的影响 可以使木板适当倾斜以平衡摩擦阻力 则在不挂钩码 的情况下 下面操作正确的是 A 未连接纸带前 放开小车 小车能由静止开始沿木板下滑 B 未连接纸带前 轻碰小车 小车能匀速稳定下滑 C 放开拖着纸带的小车 小车能由静止开始沿木板下滑 D 放开拖着纸带的小车 轻碰小车 小车能匀速稳定下滑 2 图 5 是实验中得到的一条纸带的一部分 在纸带上取相邻的计数点 A B C D E 若相邻的计数点间的时间间隔为 T 各点间距离用图中长度表示 则打 C 点时小车的速 5 度可表示为 vC 小车的加速度可表示为 a 图 5 2 如图 6 所示 装置甲中挂有小桶的细线绕过定滑轮 固定在小车上 装置乙中橡皮筋的 一端固定在导轨的左端 另一端系在小车上 一同学用装置甲和乙分别进行实验 经正 确操作获得两条纸带 和 纸带上的 a b c 均为打点计时器打出的点 图 6 1 任选一条纸带读出 b c 两点间距离为 2 任选一条纸带求出 c e 两点间的平均速度大小为 纸带 和 上 c e 两点 间的平均速度 填 大于 等于 或 小于 vv 3 图中 填选项字母 A 两条纸带均为用装置甲实验所得 B 两条纸带均为用装置乙实验所得 C 纸带 为用装置甲实验所得 纸带 为用装置乙实验所得 D 纸带 为用装置乙实验所得 纸带 为用装置甲实验所得 3 光电计时器也是一种研究物体运动情况的常用计时仪器 其结构如图 7 甲所示 a b 分别是光电门的激光发射和接收装置 当有物体从 a b 间通过时 光电计时器就可以 精确地把物体从开始挡光到挡光结束的时间记录下来 现利用图乙所示的装置测量滑块 和长木板间的动摩擦因数 图中 MN 是水平桌面 Q 是长木板与桌面的接触点 1 和 2 是固定在长木板适当位置的两个光电门 与之连接的两个光电计时器没有画出 长木板 顶端 P 点悬有一铅锤 实验时 让滑块从长木板的顶端滑下 光电门 1 2 各自连接的 计时器显示的挡光时间分别为 1 0 10 2 s 和 4 0 10 3 s 用精度为 0 05 mm 的游标卡 尺测量滑块的宽度 d 其示数如图丙所示 6 图 7 1 滑块的宽度 d cm 2 滑块通过光电门 1 时的速度 v1 m s 滑块通过光电门 2 时的速度 v2 m s 结果保留两位有效数字 3 由此测得的瞬时速度 v1和 v2只是一个近似值 它们实质上是通过光电门 1 和 2 时的 要使瞬时速度的测量值更接近于真实值 可将 的宽度减小一些 4 图 8 是 研究匀变速直线运动 实验中获得的一条纸带 O A B C D 和 E 为纸带 上六个计数点 加速度大小用 a 表示 图 8 1 OD 间的距离为 cm 2 图 9 是根据实验数据绘出的 s t2图线 s 为各计数点至同一起点的距离 斜率表示 a m s2 结果保留三位有效数字 图 9 5 物理小组在一次探究活动中测量滑块与木板之间的动摩擦因数 实验装置如图 10 甲所 示 打点计时器固定在斜面上 滑块拖着穿过打点计时器的纸带从斜面上滑下 图乙是 打出的纸带的一段 7 图 10 1 已知打点计时器使用的交流电频率为 50 Hz 选 A B C D E F G 7 个点为计 数点 且各计数点间均有一个点没有画出 滑块下滑的加速度 a m s2 2 为测量动摩擦因数 下列物理量中还应测量的有 填入所选物理量前的字 母 A 木板的长度 L B 木板的末端被垫起的高度 h C 木板的质量 m1 D 滑块的质量 m2 E 滑块运动的时间 t 3 测量第 2 问中所选定的物理量需要的实验器材是 4 滑块与木板间的动摩擦因数 用所测物理量表示 重力加速度为 g 与 真实值相比 测量的动摩擦因数 填 偏大 或 偏小 写出支持你看法的 一个论据 真题真题回顾回顾 能力突破 熟悉历年考题 提升综合能力 1 2016 海南卷 某同学利用图 a 所示的实验装置探究物块速度随时间的变化 物块放 在桌面上 细绳的一端与物块相连 另一端跨过滑轮挂上钩码 打点计时器固定在桌面左端 所用交流电源频率为 50Hz 纸带穿过打点计时器连接在物块上 启动打点计时器 释放物 块 物块在钩码的作用下拖着纸带运动 打点计时器打出的纸带如图 b 所示 图中相邻两 点间有 4 个点未画出 根据实验数据分析 该同学认为物块的运动为匀加速运动 回答下列问题 8 1 在打点计时器打出 B 点时 物块的速度大小为 m s 在打出 D 点时 物块的速度大 小为 m s 保留两位有效数字 2 物块的加速度大小为 m s 保留两位有效数字 2 2010 江苏卷 为了探究受到空气阻力时 物体运动速度随时间的变化规律 某同学采 用了 加速度与物体质量 物体受力关系 的实验装置 如图所示 实验时 平衡小车与 木板之间的摩擦力后 在小车上安装一薄板 以增大空气对小车运动的阻力 1 往砝码盘中加入一小砝码 在释放小车 选填 之前 或 之后 接通 打点计时器的电源 在纸带上打出一系列的点 2 从纸带上选取若干计数点进行测量 得出各计数点的时间 t 与速度 v 的数据如下表 请根据实验数据作出小车的 v t 图像 3 通过对实验结果的分析 该同学认为 随着运动速度的增加 小车所受的空气阻力将 变大 你是否同意他的观点 请根据 v t 图象简要阐述理由 3 2015 新课标 2 卷 某学生用图 a 琐事的实验装置测量物块与斜面的懂摩擦因数 已 知打点计时器所用电源的频率为 50Hz 物块下滑过程中所得到的只带的一部分如图 b 所 示 图中标出了 5 个连续点之间的距离 9 1 物块下滑是的加速度a m s2 打点 C 点时物块的速度 V M S 2 已知重力加速度大小为g 求出动摩擦因数 还需测量的物理量是 天正确答案标 号 A 物块的质量 B 斜面的高度 C 斜面的倾角 4 2011 年高考 山东理综卷 某探究小组设计了 用一把尺子测定动摩擦因数 的实验方 案 如图所示 将一个小球和一个滑块用细绳连接 跨在斜面上端 开始时小球和滑块均静 止 剪断细绳后 小球自由下落 滑块沿斜面下滑 可先后听到小球落地和滑块撞击挡板的 声音 保持小球和滑块释放的位置不变 调整挡板位置 重复以上操作 直到能同时听到小 球落地和滑块撞击挡板的声音 用刻度尺测出小球下落的高度H 滑块释放点与挡板处的高 度差h和沿斜面运动的位移x 空气阻力对本实验的影响可以忽略 1 滑块沿斜面运动的加速度与重力加速度的比值为 2 滑块与斜面间的动摩擦因数为 3 以下能引起实验误差的是 a 滑块的质量 b 当地重力加速度的大小 c 长度测量时的读数误差 d 小球落地和滑块撞击挡板不同时 5 2011 年高考 广东理综卷 图 a 是 研究匀变速直线运动 实验中获得的一条纸带 O A B C D和E为纸带上六个计数点 加速度大小用a表示 1 OD间的距离为 cm 2 图 b 是根据实验数据绘出的s t2图线 s为各计数点至同一起点的距离 斜率 表示 其大小为 m s2 保留三位有效数字 x h H 挡板 10 123cm O A B CDE 图 a s cm t2 s2 O 0 010 020 030 040 050 06 1 0 2 0 3 0 图 b 6 2011 年高考 安徽理综卷 为了测量某一弹簧的劲度系数 将该弹簧竖直悬挂起来 在自由端挂上不同质量的砝码 实验测出了砝码的质量m与弹簧长度l的相应数据 其对应 点已在图上标出 g 9 8m s2 m 克 l 厘米 2 5 2 0 1 5 1 0 0 5 0 0 8 010 012 014 016 018 0 作出m l的关系图线 弹簧的劲度系数为 N m 7 2011年高考 上海卷 如图 为测量作匀加速直线运动小车的加速度 将宽度均为b的 挡光片A B固定在小车上 测得二者间距为d AB d bb 当小车匀加速经过光电门时 测得两挡光片先后经过的时间 t1和 t2 则小车加速 度a 多选题 为减小实验误差 可采取的方法是 A 增大两挡光片宽度b B 减小两挡光片宽度b C 增大两挡光片间距d D 减小两挡光片间距d 8 2011 年高考 全国卷新课标版 利用图 1 所示的装置可测量滑块在斜面上运动的加速 度 一斜面上安装有两个光电门 其中光电门乙固定在斜面上靠近底端处 光电门甲的位置 可移动 当一带有遮光片的滑块自斜面上滑下时 与两个光电门都相连的计时器可以显示出 遮光片从光电门甲至乙所用的时间t 改变光电门甲的位置进行多次测量 每次都使滑块从 11 同一点由静止开始下滑 并用米尺测量甲 乙之间的距离s 记下相应的t值 所得数据如 下表所示 s m 0 5000 6000 7000 8000 9000 950 t ms 292 9371 5452 3552 8673 8 776 4 来 源 Z 挂有质量为 0 100kg 的砝码时 各指针的位置记为 x 测量结果及部分计算结果如下表所示 n为弹簧的圈数 取重力加 速度为 9 80 已知实验所用弹簧总圈数为 60 整个弹簧的自 2 sm 由长度为 11 88cm P P1 1P P2 2P P3 3P P4 4P P5 5P P6 6 x x0 0 c c m m 2 042 044 04 0 6 6 6 066 068 058 0510 0310 0312 0112 01 x x cmcm 2 642 645 25 2 6 6 7 817 8110 3010 3012 9312 9315 4115 41 n n101020203030404050506060 k k N N m m 163163 56 056 043 643 633 833 828 828 8 1 1 k k m m N N 0 0060 006 1 1 0 0170 017 9 9 0 0220 022 9 9 0 0290 029 6 6 0 0340 034 7 7 P1 P0 P2 P3 P4 P5 P6 0 刻度尺刻度尺 图 a 23 1 将表中数据补充完整 2 以n为横坐标 1 k 为纵坐标 在图 b 给出的坐标纸上画出 1 k n图像 0 1020 30405060n 0 01 0 02 0 03 0 04 1 k m N 图 b 3 图 b 中画出的直线可以近似认为通过原点 若从试验中所用的弹簧截取圈数为 n的一段弹簧 该弹簧的劲度系数k与其圈数n的关系表达式为k N m 该弹簧的劲度系数k与其自由长度l0 单位为 m 的关系表达式为k N m 8 2013 年新课标 卷 某同学利用下述装置对轻质弹簧的弹性势能进行探究 一轻质弹 簧放置在光滑水平桌面上 弹簧左端固定 右端与一小球接触而不固连 弹簧处于原长时 小球恰好在桌面边缘 如图 a 所示 向左推小球 使弹黄压缩一段距离后由静止释放 小 球离开桌面后落到水平地面 通过测量和计算 可求得弹簧被 压缩后的弹性势能 回答下列问题 1 本实验中可认为 弹簧被压缩后的弹性势能与小球 P E 抛出时的动能相等 已知重力加速度大小为g 为求得 至少需要测量下列物理量中 k E k E 的 填正确答案标号 A 小球的质量m B 小球抛出点到落地点的水平距离s C 桌面到地面的高度h D 弹簧的压缩量 x E 弹簧原长 0 l 2 用所选取的测量量和已知量表示 得 k E k E 3 图 b 中的直线是实验测量得到的图线 从理论上sx 可推出 如果h不变 m增加 图线的斜率会 填sx 增大 减小 或 不变 如果m不变 h增加 图sx 24 线的斜率会 填 增大 减小 或 不变 由图 b 中给出的直线关系和 的表达式可知 与 x的 次方成正比 k E P E 实验三实验三 验证力的平行四边形定则验证力的平行四边形定则 考纲解读 1 知道什么是等效替代法 2 能用作图法验证互成角度的两个力合成时遵守平行四 边形定则 基本实验要求规律方法总结 1 实验原理 互成角度的两个力 F1 F2与另外一个力 F 产生相同的效果 看 F1 F2用平行四 边形定则求出的合力 F 与 F 在实验误差 允许范围内是否相等 2 实验器材 木板 白纸 图钉若干 橡皮条 细绳 弹簧测力计两个 三角板 刻度尺 3 实验步骤 1 用图钉把一张白纸钉在水平桌面上的 木板上 2 用两个弹簧测力计分别钩住两个细绳 1 正确使用弹簧测力计 1 将两只弹簧测力计调零后水平互钩对 拉过程中 读数相同 可选 若不同 应另换或调校 直至相同为止 2 使用时 读数应尽量大些 但不能超 出范围 3 被测力的方向应与轴线方向一致 4 读数时应正对 平视刻度 2 注意事项 1 位置不变 在同一次实验中 使橡皮 条拉长时结点的位置一定要相同 2 角度合适 用两个弹簧测力计钩住细 25 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 如实验原理图 所示 3 用铅笔描下结点 O 的位置和两个细绳 套的方向 并记录弹簧测力计的读数 利用刻度尺和三角板根据平行四边形定 则求出合力 F 4 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 F 和细绳的方 向 5 比较 F 与用平行四边形定则求得的 合力 F 看它们在实验误差允许的范围内 是否相等 绳套互成角度地拉橡皮条时 其夹角不 宜太小 也不宜太大 以 60 100 之间 为宜 3 在合力不超出量程及在橡皮条弹性限 度内形变应尽量大一些 细绳套应适当 长一些 便于确定力的方向 4 统一标度 在同一次实验中 画力的 图示选定的标度要相同 并且要恰当选 定标度 使力的图示稍大一些 3 误差分析 1 误差来源 除弹簧测力计本身的误差 外 还有读数误差 作图误差等 2 减小误差的办法 实验过程中读数时眼睛一定要正视弹 簧测力计的刻度 要按有效数字和弹簧 测力计的精度正确读数和记录 作图时用刻度尺借助于三角板 使表 示两力的对边一定要平行 考点一 对实验原理及实验操作的考查 例 1 某同学做 验证力的平行四边形定则 的实验情况如图 1 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 1 1 如果没有操作失误 图乙中的 F 与 F 两力中 方向一定沿 AO 方向的是 2 本实验采用的科学方法是 A 理想实验法 26 B 等效替代法 C 控制变量法 D 建立物理模型法 3 实验时 主要的步骤是 A 在桌上放一块方木板 在方木板上铺一张白纸 用图钉把白纸钉在方木板上 B 用图钉把橡皮条的一端固定在板上的 A 点 在橡皮条的另一端拴上两条细绳 细绳 的另一端系着绳套 C 用两个弹簧测力计分别钩住绳套 互成角度地拉橡皮条 使橡皮条伸长 结点到达 某一位置 O 记录下 O 点的位置 读出两个弹簧测力计的示数 D 按选好的标度 用铅笔和刻度尺作出两只弹簧测力计的拉力 F1和 F2的图示 并用 平行四边形定则求出合力 F E 只用一只弹簧测力计 通过细绳套拉橡皮条使其伸长 读出弹簧测力计的示数 记 下细绳的方向 按同一标度作出这个力 F 的图示 F 比较 F 和 F 的大小和方向 看它们是否相同 得出结论 上述步骤中 有重要遗漏的步骤的序号是 和 遗漏的内容分别是 和 考点二 对实验过程及数据处理的考查 例 2 2012 浙江理综 22 在 探究求合力的方法 实验中 现有木板 白纸 图钉 橡皮 筋 细绳套和一把弹簧秤 1 为完成实验 某同学另找来一根弹簧 先测量其劲度系数 得到的实验数据如下表 弹力 F N 0 501 001 502 002 503 003 50 伸长量 x 10 2 m 0 741 802 803 724 605 586 42 根据表中数据在图 2 中作出 F x 图象并求得该弹簧的劲度系数 k N m 图 2 2 某次实验中 弹簧秤的指针位置如图 3 所示 其读数为 N 同时利用 1 中 结果获得弹簧上的弹力值为 2 50 N 请在下面虚线框中画出这两个共点力的合力 F合 27 图 3 3 由图得到 F合 N 创新实验设计 例 3 某同学尝试用橡皮筋等器材验证力的平行四边形定则 他找到两条相同的橡皮筋 遵 循胡克定律 和若干小重物 以及刻度尺 三角板 铅笔 细绳 白纸 钉子 设计了 如下实验 将两条橡皮筋的一端与细绳连接 结点为 O 细绳下挂一重物 两橡皮筋的 另一端也都连有细绳 实验时 先将一条橡皮筋的另一端的细绳固定在墙上的钉子 A 上 另一条橡皮筋任其下垂 如图 4 甲所示 再将另一条橡皮筋的另一端的细绳也固定 在墙上的钉子 B 上 如图乙所示 图 4 1 为完成实验 下述操作中必需的是 a 两橡皮筋的另一端连接的细绳 a b 长度要相同 b 要测量橡皮筋的原长 c 要测量图甲和图乙中橡皮筋的长度 d 要记录图甲中结点 O 的位置及过结点 O 的竖直方向 e 要记录图乙中结点 O 的位置及过结点 O 的竖直方向 2 对该实验 两条相同的橡皮筋 的要求的理解正确的为 a 橡皮筋的材料和原长相同即可 b 橡皮筋的材料和粗细相同即可 c 橡皮筋的材料 原长和粗细均要相同 28 9 等效法和作图法在验证平行四边形定则 中的应用 1 等效法是指两个弹簧测力计同时拉橡皮筋使橡皮筋产生的形变与一个弹簧测力计单独拉 橡皮筋产生的形变相同 应使两个弹簧测力计拉橡皮筋时结点的位置与一个弹簧测力计 拉橡皮筋时结点的位置是同一个位置 2 作图法是用来验证两个弹簧测力计拉力的合力与单个弹簧测力计拉力的大小 方向是否 相同的 例 4 将橡皮筋的一端固定在 A 点 另一端拴上两根细绳 每根细绳分别连着一个量程为 5 N 最小刻度为 0 1 N 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 5 所示 这时弹簧测力计的读数可从 图中读出 图 5 1 由图可读得两个相互垂直的拉力的大小分别为 N 和 N 2 在如图 6 所示的方格纸上按作图法的要求画出这两个力及它们的合力 图 6 1 在 验证力的平行四边形定则 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 细绳的另一端打好绳套 如图 7 所示 实验中用两个弹簧秤分别勾住 绳套 并互成角度地拉橡皮条 以下说法正确的是 图 7 29 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 在使用弹簧秤时要注意使弹簧秤拉力方向与木板平面平行 且弹簧秤中的弹簧不能 与其外壳接触 D 同一次实验中 O 点位置允许变动 E 实验中 先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的拉 力的大小和方向 把橡皮条的结点拉到 O 点 2 在 验证力的平行四边形定则 的实验中 1 在实验过程中某同学的部分实验步骤如下 请仔细读题并完成有关空缺部分内容 A 将一根橡皮筋的一端固定在贴有白纸的竖直平整木板上 另一端绑上两根细线 B 在其中一根细线上挂上 5 个质量相等的钩码 使橡皮筋拉伸 如图 8 甲所示 记录 C 将步骤 B 中的钩码取下 然后分别在两根细线上挂上 4 个和 3 个质量相等的钩码 用两个可移动的光滑定滑轮使两细线互成角度 如图乙所示 小心调整两定滑轮的位置 使 记录 2 如果 力的平行四边形定则 得到验证 那么图乙中 cos cos 图 8 3 如图 9 所示 在 验证力的平行四边形定则 的实验中 某同学经历了以下实验步骤 图 9 30 A 用铅笔和直尺在白纸上从 O 点沿着两细绳方向画直线 按一定标度作出两个力 F1 和 F2的图示 根据平行四边形定则作图求出合力 F B 只用一个测力计 通过细绳把橡皮筋与细绳的连接点拉到同样的位置 O C 用铅笔记下 O 点的位置和两条细绳的方向 读出两个弹簧秤的示数 D 在水平放置的木板上 垫一张白纸并用图钉固定 把橡皮筋的一端固定在板上 A 点 用两条细绳连接在橡皮筋的另一端 通过细绳同时用两个测力计互成角度地拉橡皮 筋 使橡皮筋与细绳的连接点到达某一位置 O E 记下测力计的读数和细绳方向 按同一标度作出这个力的图示 F 比较这个实测 合力和按平行四边形定则求出的合力 F 看它们的大小和方向是否相同 F 改变两测力计拉力的大小和方向 多次重复实验 根据实验得出结论 1 将以上实验步骤按正确顺序排列 应为 填选项前的字母 2 在物理学中跟力一样 运算时遵守平行四边形定则的物理量还有 至少写出三个 要求写名称 4 在 验证力的平行四边形定则 的实验中 某小组利用如图 10 所示的装置完成实验 橡 皮条的一端 C 固定在木板上 用两只弹簧测力计把橡皮条的另一端拉到某一确定的 O 点 图 10 1 则下列叙述正确的是 A 该实验中 CO 的拉力是合力 AO 和 BO 的拉力是分力 B 两次操作必须将橡皮条和绳的结点拉到相同位置 C 实验中 AO 和 BO 的夹角应尽可能大 D 在实验中 弹簧秤必须保持与木板平行 读数时视线要正对弹簧秤的刻度线 2 对数据处理后得到如图 11 所示的图线 则 F 与 F 两力中 方向一定沿 CO 方向的 是 真题真题回顾回顾 能力突破 熟悉历年考题 提升综合能力 1 20122012 浙江卷 浙江卷 题 在 探究求合力的方法 实验中 先有木板 白纸 图钉 橡皮筋 31 细绳套和一把弹簧秤 1 为完成实验 某同学另找来一根弹簧 先测量其劲度系数 得到实验数据如下表 弹力 F N 0 501 001 502 002 503 003 50 伸长量 x 10 2m 0 741 802 803 724 685 586 42 用作图法求得该弹簧的劲度系数 k N m 2 某次试验中 弹簧秤的指针位置所示 其读数为 N 同时利用 1 中 结果获得弹簧上的弹力值为 2 50N 请在答题纸上画出这两个共点力的合力 F合 3 由图得到 F合 N 2 2 20112011 江苏 江苏 某同学用如图所示的实验装置来验证 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 记录 O 点的位置和拉线的方向 1 本实验用的弹簧测力计示数的单位为 N 图中 A 的示数 为 N 2 下列不必要不必要的实验要求是 请填写选项前对 应的字母 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 3 3 20142014 年年 江苏卷 江苏卷 小明通过实验验证力的平行四边形定则 1 实验记录纸如题11 1图所示 O点为橡皮筋被拉伸后伸长到的位置 两弹簧测力计共 同作用时 拉力F1和F2的方向分别过P1和P2点 一个弹簧测力计拉橡皮筋时 拉力F3的方 向过P3点 三个力的大小分别为 F1 3 30N F2 3 85N和F3 4 25 N 请根据图中 给出的标度作图求出F1和F2的合力 2 仔细分析实验 小明怀疑实验中的橡皮筋被多次拉伸后弹性发生了变化 影响实验结 果 他用弹簧测力计先后两次将橡皮筋拉伸到相同长度 发现读数不相同 于是进一步 探究了拉伸过程对橡皮筋弹性的影响 实验装置如题11 2图所示 将一张白纸固定在竖直放置的木板上 橡皮筋的上端固 定于O点 下端N挂一重物 用与白纸平行的水平力缓慢地移动N 在白纸上记录下N的轨 迹 重复上述过程 再次记录下N的轨迹 两次实验记录的轨迹如题11 3图所示 过 O点作一条直线与轨迹交于a b两点 则实验中 橡皮筋分别被拉伸到a和b时所受拉力Fa Fb的 大小关系为 3 根据 2 中的实验 可以得出的实验结果有 哪些 填写选项前的字母 A 橡皮筋的长度与受到的拉力成正比 32 B 两次受到的拉力相同时 橡皮筋第2次的长度较长 C 两次被拉伸到相同长度时 橡皮筋第2次受到的拉力较大 D 两次受到的拉力相同时 拉力越大 橡皮筋两次的长度之差越大 4 根据小明的上述实验探究 请对验证力的平行四边形定则实验提出两点注意事项 4 2015 安徽卷 在 验证力的平行四边形定则 实验中 某同学用图钉把白纸固定 在水平放置的木板上 将橡皮条的一端固定在板上一点 两个细绳套系在橡皮条的另一端 用两个弹簧测力计分别拉住两个细绳套 互成角度地施加拉力 使橡皮条伸长 结点到达纸 面上某一位置 如图所示 请将以下的实验操作和处理补充完整 用铅笔描下结点位置 记为O 记录两个弹簧测力计的示数F1和F2 沿每条细绳 套 的方向用铅笔分别描出几个 点 用刻度尺把相应的点连成线 只用一个弹簧测力计 通过细绳套把橡皮条的结点仍拉到位置O 记录测力计的示数 F3 按照力的图示要求 作出拉力F1 F2 F3 根据力的平行四边形定则作出F1和F2的合力F 比较 的一致程度 若有较大差异 对其原因进行分析 并作出相应的改 进后再次进行实验 实验四实验四 探究加速度与力 质量的关系探究加速度与力 质量的关系 考纲解读 1 学会用控制变量法研究物理规律 2 学会灵活运用图象法处理物理问题的方法 3 探 究加速度与力 质量的关系 并验证牛顿第二定律 33 基本实验要求规律方法总结 1 实验原理 见实验原理图 1 保持质量不变 探究加速度跟合外力的关 系 2 保持合外力不变 探究加速度与质量的关 系 3 作出 a F 图象和 a 图象 确定其关 1 m 系 2 实验器材 小车 砝码 小盘 细绳 附有定滑轮的长 木板 垫木 打点计时器 低压交流电源 导线两根 纸带 天平 米尺 3 实验步骤 1 测量 用天平测量小盘和砝码的质量 m 和小车的质量 m 2 安装 按照如实验原理图所示装置把实验 器材安装好 只是不把悬挂小盘的细绳系在 小车上 即不给小车牵引力 3 平衡摩擦力 在长木板的不带定滑轮的一 端下面垫上一块薄木块 使小车能匀速下 滑 4 操作 小盘通过细绳绕过滑轮系于小车 1 注意事项 1 平衡摩擦力 适当垫高木板的右端 使小车的重力沿斜面方向的分力正好平 衡小车和纸带受到的阻力 在平衡摩擦 力时 不要把悬挂小盘的细绳系在小车 上 让小车拉着打点的纸带匀速运动 2 不重复平衡摩擦力 3 实验条件 m m 4 一先一后一按 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 后释放小车 且应在小车到达滑轮前按住小车 2 误差分析 1 因实验原理不完善引起的误差 本实 验用小盘和砝码的总重力 m g 代替小车 的拉力 而实际上小车所受的拉力要小 于小盘和砝码的总重力 2 摩擦力平衡不准确 质量测量不准确 计数点间距测量不准确 纸带和细绳不 严格与木板平行都会引起误差 3 数据处理 1 利用 x aT2及逐差法求 a 34 上 先通电源后放开小车 取下纸带编号 码 保持小车的质量 m 不变 改变砝码和小盘 的质量 m 重复步骤 在每条纸带上选取一段比较理想的部分 测加速度 a 描点作图 作 a F 的图象 保持砝码和小盘的质量 m 不变 改变 小车质量 m 重复步骤 和 作 a 图 1 m 象 2 以 a 为纵坐标 F 为横坐标 根据各 组数据描点 如果这些点在一条过原点 的直线上 说明 a 与 F 成正比 3 以 a 为纵坐标 为横坐标 描点 1 m 连线 如果该线过原点 就能判定 a 与 m 成反比 考点一 对实验原理与注意事项的考查 例 1 2013 天津 9 2 某实验小组利用图 1 所示的装置探究加速度与力 质量的关系 图 1 下列做法正确的是 填字母代号 A 调节滑轮的高度 使牵引木块的细绳与长木板保持平行 B 在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时 将装有砝码的砝码桶通过定滑轮 拴在木块上 C 实验时 先放开木块再接通打点计时器的电源 D 通过增减木块上的砝码改变质量时 不需要重新调节木板倾斜度 为使砝码桶及桶内砝码的总重力在数值上近似等于木块运动时受到的拉力 应满足的 条件是砝码桶及桶内砝码的总质量 木块和木块上砝码的总质量 选填 远大 于 远小于 或 近似等于 甲 乙两同学在同一实验室 各取一套图 2 所示的装置放在水平桌面上 木块上均不 放砝码 在没有平衡摩擦力的情况下 研究加速度 a 与拉力 F 的关系 分别得到图 9 中甲 乙两条直线 设甲 乙用的木块质量分别为 m甲 m乙 甲 乙用的木块与木板 间的动摩擦因数分别为 甲 乙 由图可知 m甲 m乙 甲 乙 选 35 填 大于 小于 或 等于 图 2 考点二 对实验步骤和数据处理的考查 例 2 为了探究加速度与力的关系 使用如图 3 所示的气垫导轨装置进行实验 其中 G1 G2为两个光电门 它们与数字计时器相连 当滑行器通过 G1 G2光电门时 光束 被遮挡的时间 t1 t2都可以被测量并记录 滑行器同上面固定的一条形挡光片的总质 量为 M 挡光片宽度为 D 两光电门间距离为 x 牵引砝码的质量为 m 回答下列问题 图 3 1 实验开始应先调节气垫导轨下面的螺钉 使气垫导轨水平 在不增加其他仪器的情 况下 如何判定调节是否到位 答 2 若取 M 0 4 kg 改变 m 的值 进行多次实验 以下 m 的取值不合适的一个是 A m 5 g B m 15 g C m 40 g D m 400 g 3 在此实验中 需要测得每一个牵引力对应的加速度 写出该加速度的表达式 用 t1 t2 D x 表示 创新实验设计 例 3 某实验小组在 探究加速度与物体受力的关系 实验中 设计出如下的实验方案 其 实验装置如图 4 所示 已知小车质量 M 214 6 g 砝码盘质量 m0 7 8 g 所使用的打 点计时器交流电频率 f 50 Hz 其实验步骤是 图 4 A 按图中所示安装好实验装置 36 B 调节长木板的倾角 轻推小车后 使小车能沿长木板向下做匀速运动 C 取下细绳和砝码盘 记下砝码盘中砝码的质量 m D 将小车置于打点计时器旁 先接通电源 再放开小车 打出一条纸带 由纸带求得 小车的加速度 a E 重新挂上细绳和砝码盘 改变砝码盘中砝码的质量 重复 B D 步骤 求得小车在 不同合外力 F 作用下的加速度 回答下列问题 1 按上述方案做实验 是否要求砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量 填 是 或 否 2 实验中打出的其中一条纸带如图 5 所示 由该纸带可求得小车的加速度 a m s2 图 5 3 某同学将有关测量数据填入他所设计的表格中 如下表 次数12345 砝码盘中砝码的重力 F N0 100 200 290 390 49 小车的加速度 a m s 2 0 881 441 842 382 89 他根据表中的数据画出 a F 图象 如图 6 造成图线不过坐标原点的一条最主要原因 是 从该图线延长线与横轴的交点可求出的物理量是 其大小为 图 6 14 物理实验思想方法之近似法 控制变量 法 平衡摩擦力法和化曲为直法 37 1 近似法 在探究加速度与力 质量的关系实验中 近似法是指绳对小车的拉力近似等于 绳另一端连接的小盘和砝码的总重力 近似法要在小盘和砝码的总重力远小于小车的重 力的情况下才能用 2 控制变量法 控制变量法是指分别研究加速度与力 加速度与质量关系时用到的方法 在实验中的具体体现是 研究加速度与力的关系时 保持小车质量不变 研究加速度与 质量的关系时 保持小盘和砝码的总重力不变 3 平衡摩擦力法 平衡摩擦力法是指通过调整斜面倾角 让小车重力沿斜面的分力与摩擦 力抵消 使小车受到的合外力等于绳对小车的拉力 体现在实验中是让小车不挂小盘时 能在斜面上匀速运动 4 化曲为直法 化曲为直法是指处理数据时 不作 a m 图象而作 a 图象 反映在图象 1 m 中就是把原来的曲线变成倾斜的直线 例 4 某实验小组欲以图 7 所示实验装置 探究加速度与物体受力和质量的关系 图中 A 为小车 B 为装有砝码的小盘 C 为一端带有定滑轮的长木板 小车通过纸带与电磁打 点计时器相连 小车的质量为 m1 小盘 及砝码 的质量为 m2 图 7 1 下列说法正确的是 A 实验时先放开小车 再接通打点计时器的电源 B 每次改变小车质量时 应重新平衡摩擦力 C 本实验中应满足 m2远小于 m1的条件 D 在用图象探究小车加速度与受力的关系时 应作 a m1图象 2 实验中 得到一条打点的纸带 如图 8 所示 已知相邻计数点间的时间间隔为 T 且 间距 x1 x2 x3 x4 x5 x6已量出 则打点计时器打下 F 点时小车的瞬时速度的计算 式为 vF 小车加速度的计算式 a 图 8 3 某同学平衡好摩擦阻力后 在保持小车质量不变的情况下 通过多次改变砝码重力 作出小车加速度 a 与砝码重力 F 的图象如图 9 所示 若牛顿第二定律成立 重力加速 度 g 10 m s2 则小车的质量为 kg 小盘的质量为 kg 38 图 9 4 实际上 在砝码的重力越来越大时 小车的加速度不能无限制地增大 将趋近于某 一极限值 此极限值为 m s2 1 用如图 10 所示装置探究影响加速度的因素 提供的器材有长木板 铁架台 米尺 计时 仪器 小车 可视为质点 砝码等 进行以下探究活动 图 10 1 探究加速度与质量的关系 测量木板长度 l 将木板一端放在铁架台的支架上 让小车从静止开始由顶端滑到底端 测出下滑时间 t 则小车运动的加速度可表示为 a 保持木板倾角不变 向小车内加入砝码 再使其从静止开始由顶端滑到底端 测出下 滑时间 t 在实验误差允许范围内小车两次下滑的加速度 a 与 a 的关系为 a a 填 或 时 说明气垫已经水平 用螺旋测微器测量遮光 条宽度 d 测量结果如图丙所示 则 d mm 2 将滑块 P 用细线跨过气垫导轨左端的定滑轮与质量为 m 的钩码 Q 相连 将滑块 P 由图甲 所示位置释放 若 t1 t2和 d 已知 要验证滑块和钩码组成的系统机械能是否守恒 还应 测出 和 写出物理量的名称及符号 3 若上述物理量间满足关系式 则表明在上述过程中 滑块和钩码组成的 系统机械能守恒 5 实验创新 利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律 如图 13 所示 所标数据 为实际距离 t0时刻刚好对应抛出点 该小组同学通过计算得到小球不同时刻的速度和速度 的平方值如下表 当他们要计算重力势能的改变量时 发现不知道当地重力加速度 请你根 据实验数据 按照下列要求计算出重力加速度 时刻t1t2t3t4t5 速度 v m s 1 4 524 043 563 082 60 v2 m2 s 2 20 4316 3212 679 496 76 1 在所给的坐标纸上作出 v2 h 图象 64 图 13 2 分析说明 图象斜率的绝对值表示的物理意义是 3 由图象求得的重力加速度是 m s2 结果保留三位有效数字 6 实验拓展 某探究小组想利用验证机械能守恒定律的装置测量当地的重力加速度 如图 14 甲所示 框架上装有可上下移动位置的光电门 1 和固定不动的光电门 2 框架竖直部分紧 贴一刻度尺 零刻度线在上端 可以测量出两个光电门到零刻度线的距离 x1和 x2 框架水 平部分用电磁铁吸住一个质量为 m 的小铁块 小铁块的重心所在高度恰好与刻度尺零刻度 线对齐 切断电磁铁线圈中的电流时 小铁块由静止释放 当小铁块先后经过两个光电门时 与光电门连接的传感器即可测算出其速度大小 v1和 v2 小组成员多次改变光电门 1 的位置 得到多组 x1和 v1的数据 建立如图乙所示的坐标系并描点连线 得出图线的斜率为 k 图 14 1 当地的重力加速度为 用 k 表示 2 若选择光电门 2 所在高度为零势能面 则小铁块经过光电门 1 时的机械能表达式为 用题中物理量的字母表示 3 关于光电门 1 的位置 下面哪个做法可以减小重力加速度的测量误差 A 尽量靠近刻度尺零刻度线 B 尽量靠近光电门 2 65 C 既不能太靠近刻度尺零刻度线 也不能太靠近光电门 2 真题真题回顾回顾 能力突破 熟悉历年考题 提升综合能力 1 2010 海南卷 利用气垫导轨验证机械能守恒定律 实验装置示意图如图 1 所示 1 实验步骤 将气垫导轨放在水平桌面上 桌面高度不低于 lm 将导轨调至水平 用游标卡尺测量挡光条的宽度l 结果如图 2 所示 由此读出l mm 由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离s m 将滑块移至光电门 1 左侧某处 待砝码静止不动时 释放滑块 要求砝码落地前挡光条已 通过光电门 2 从数字计时器 图 1 中未画出 上分别读出挡光条通过光电门 1 和光电门 2 所用的时间 1 t 和 2 t 用天平称出滑块和挡光条的总质量 M 再称出托盘和砝码的总质量m 2 用表示直接测量量的字母写出下列所示物理量的表达式 滑块通过光电门 1 和光电门 2 时瞬时速度分别为 1 v 和 2 v 66 当滑块通过光电门 1 和光电门 2 时 系统 包括滑块 挡光条 托盘和砝码 的总动能分别 为 k1 E 和 k2 E 在滑块从光电门 1 运动到光电门 2 的过程中 系统势能的减少 P E 重力加 速度为 g 3 如果 P E 则可认为验证了机械能守恒定律 2 2010 安徽卷 利用图示装置进行验证机械能守恒定律的试验时 需要测量物体由静止 开始自由下落到某点时的瞬时速度和下落高度 某班同学利用实验得到的纸带 设计了vh 以下四种测量方案 a 用刻度尺测出物体下落的高度 并测出下落时间 通过计算出瞬时速度 htvgt 0 v b 用刻度尺测出物体下落的高度 并通过计算出瞬时速度 h2vgh c 根据做匀速直线运动时纸带上某点的瞬时速度 等于这点前后相邻两点间的平均速 度 测算出瞬时速度 并通过计算出高度 h d 用刻度尺测出物体下落的高度 根据做匀速直线运动时纸带h 上某点的瞬时速度 等于这点前后相邻两点间的平