1高中物理实验教材（衡水中学校本课程）229

实验一有效数字与误差分析 实验二长度的测量 实验三打点计时器及匀变速直线运动的加速度 实验四探究弹力和弹簧伸长的关系 实验五验证力的平行四边形定则 实验六探究加速度与力、质量的关系 实验七研究平抛物体的运动 实验八探究弹性势能的表达式 实验九探究功与速度变化的关系 (71)实验十验证机械能守恒定律 实验十一伏安法测电阻 实验十二描绘小灯泡的伏安特性曲线 实验十三测定金属的电阻率 实验十四电流表改装为电压表 实验十五测定电源的电动势和内阻 实验十六练习使用多用电表及测黑盒子内的电学元件 实验十七传感器的简单使用 实验十八用单摆测定重力加速度 实验十九测定玻璃的折射率 (200)实验二十用双缝干涉测光的波长 (206)实验二十一探究碰撞中的不变量 附录I演示性实验 (221)附录Ⅱ课本阅读材料 (223)附录Ⅲ2014年新课标实验考试说明 (226)闲鱼子夜清【有效数字】所谓有效数字：具体地说，是指在分析工作中实际能够测量到的数字。所谓能够测量到的是包括最后一位估计的，不确定的数字。我们把通过直读获得的准确数字叫做可靠数字；把通过估读得到的那部分数字叫做存疑数字。把测量结果中能够反映被测量大小的带有一位存疑数字的全部数字叫有效数字。1.有效数字中只应保留一位欠准数字，因此在记录测量数据时，只有最后一位有效数字是欠准数字。2.在欠准数字中，要特别注意0的情况。0在非零数字之间与末尾时均为有效数字。如0.078和0.78与小数点无关，均为两位有效数字。506与220均为三位有效数字。有效数字：是指从该数字左边第一个非0的数字到该数字末尾的数字个数。二、有效数字的具体说明1.实验中的数字与数学上的数字是不一样的。如：数学的8.35=8.350=8.3500,而实验的8.35≠8.350≠8.3500。2.有效数字的位数与被测物的大小和测量仪器的精密度有关。如用毫米刻度尺测得物体的长度为1.45cm,若改用千分尺来测，其有效数字的位数有五位。3.第一个非零数字前的零不是有效数字。4.第一个非零数字以及之后的所有数字(包括零)都是有效数字。5.单位的变换不应改变有效数字的位数。因此，实验中要求尽量使用科学计数法表示数据。如100.2m可记为0.1002km。但若用“cm”和“mm”作单位时，数学上可记为10020cm和100200mm,但却改变了有效数字的位数，这是不可取的，采用科学计数法就不会产生这个问题了。高中物理实验教程【误差分析】物理实验中，绝大多数实验都涉及物理量的测量和物理规律的研究，要求学生能应用所选择的合适仪器，尽可能获得令人满意的结果。一个待测物理量，在客观上具有真值。但由于受到测量仪器、测量方法、测量条件和观察者生理反应能力、操作水平等因素的限制，测得的结果只可能是一个近似值。测量值与真值之差称为绝对误差，简称误差。即：误差=I测量值-真值I。误差与错误不同，错误是可以避免的，而误差是不可能绝对避免的。在实验中进行测量和数据处理时，都应着眼于减少误差，尽可能使实验结果接近真值。误差产生的原因是多方面的，从误差的性质和来源上可分为系统误差和偶然误差两大类。一、系统误差由于仪器结构上不够完善或仪器未经很好校准等原因会产生误差。例如，各种刻度尺的热胀冷缩，温度计、表盘的刻度不准确等都会造成误差。由于实验本身所依据的理论、公式的近似性，或者对实验条件、测量方法的考虑不周也会造成误差。例如，热学实验中常常没有考虑散热的影响，用伏安法测电阻时没有考虑电表内阻的影响等。由于测量者的生理特点，例如反应速度，分辨能力，甚至固有习惯等也会在测量中造成误差。以上都是造成系统误差的原因。系统误差的特点是测量结果向一个方向偏离，其数值按一定规律变化。我们应根据具体的实验条件，系统误差的特点，找出产生系统误差的主要原因，采取适当措施降低它的影响。系统误差的特点是：在相同条件下，对同一物理量进行多次测量时，误差的大小和正负总保持不变，或按一定的规律变化，或是有规律地重复。二、偶然误差在相同条件下，对同一物理量进行多次测量，由于各种偶然因素，会出现测量值时而偏大，时而偏小的误差现象，这种类型的误差叫做偶然误差。产生偶然误差的原因很多，例如读数时，视线的位置不正确，测量点的位置不准确，实验仪器由于环境温度、湿度、电源电压不稳定、振动等因素的影响而产生微小变化，等等，这些因素的影响一般是微小的，而且难以确定某个因素产生的具体影响的大小，因此偶然误差难以找出原因加以排除。但是实验表明，大量次数的测量所得到的一系列数据的偶然误差都服从一实验结果还表明，在确定的测量条件下，对同一物理量进行多次测量，并1.绝对误差。设某物理量的测量值为x,它的真值为a,则Ix-al=e;由此式所表示的误差ε和测量值x具有相同的单位，它反映测量值偏离真值的2.相对误差。误差还有一种表示方法，叫相对误差，它是绝对误差与真实绝对误差可以表示一个测量结果的可靠程度，而相对误差则可以比较不同测量结果的可靠性。例如，测量两条线段的长度，第一条线段用最小刻度为毫米的刻度尺测量时读数为10.3mm,绝对误差为0.1mm(值读得比较准确时),相对误差为0.97%,而用准确度为0.02mm的游标卡尺测得的结果为10.28mm,绝对误差为0.02mm,相对误差为0.19%;第二条线段用上述测量工具分别测出的结果为19.6mm和19.64mm,前者的绝对误差仍为0.1mm,相对误差为0.51%,后者的绝对误差为0.02mm,相对误差为0.1%。比较这两条线的测量结果，可以看到，用相同的测量工具测量时，绝对误差没有变化，用不同的测量工具测量时，绝对误差明显不同，准确度高的工具所得到的绝对误差小。然而相对误差则不仅与所用测量工具有关，而且也与被测量的大小有关，当用同【典型例题】C.12.40cmD.4.30闲鱼子夜清寒高中物理实验教程D.在相同的条件下为了提高测量的准确度，应考虑尽量减小绝对误差3.下列说法正确的是()A.偶然误差是由仪器结构缺陷、实验方法不完善造成的B.多次测量求平均值可减小系统误差C.相对误差等于绝对误差与真实值之比D.0.0123m、17.0mm、3.85×10³km都是三位有效数字4.任何实验测量都存在误差。本实验所用测量仪器均已校准，下列关于误差的说法中正确的选项是()A.用螺旋测微器测量金属直径时，由于读数引起的误差属于系统误差B.由于电流表和电压表内阻引起的误差属于偶然误差C.若将电流表和电压表的内阻计算在内，可以消除由于测量仪表引起的系统误差D.用U-I图象处理数据求金属电阻可以减小偶然误差【典型例题答案】【游标卡尺】1.构造及原理。如图2-1所示，游标主尺的最小分度是1mm,游标尺上10等分刻度的总长为9mm,即游标尺每一等分刻度只有0.9mm,游标尺上每一等分刻度比主尺上的每一等分刻度少0.1mm,当左右两测量脚合在一起时，游在两测量脚间放0.1mm厚的物体时，游标尺向右移0.1mm,这时游标尺上的第一条刻度线与主尺的某刻度线对齐，其余刻度线不对齐……因此用这种游标卡尺可以准确测出0.1mm的长度，即精确度为0.1mm。在实验室的游标卡尺，还有以下两种规格：一种是游标尺上有20个等分刻度，如图2-2,其总长度为19mm,即游标尺上每一等分比主尺的每一等分少0.05mm,精确度为0.05mm。另一种是游标尺上有50个等分刻度，如图2-3,其总长度为49mm,即游标尺上每一等分比主尺上每一等分少0.02mm,精确度为0.02mm。图2-1图2-2图2-32.读数。整毫米数由主尺读出，毫米以下的由游标尺读出：读数=主尺读数+游标尺读数。其中“游标尺的读数”就是与主尺某刻度线对齐的游标刻度的格数乘以精例1.如图2-4所示的游标卡尺的读数为mm。主尺读数：12mm,游标读数：10×0.05=0.50mm(格数×精确度),即读数为12.50mm。例2.有一游标卡尺，主尺的最小分度为1mm,游标尺上有50个等分刻度，其长度49mm,这种游标卡尺的精确度为。用这种游标卡尺测某物体的长度时，游标尺上第36条刻度线与主尺上的“12cm”刻度对齐，该物体的长度是o0.02mm。因此，用它测量物体的长度时可以准确到0.02mm,即精确度为0.02mm。游标尺上36个等分刻度的长度L=36×0.98mm=35.28mm即游标尺上零刻度线应在主尺上“8.472cm”处，故该物体的长度为8.472cm。【螺旋测微器(千分尺)】1.相邻两个螺距间距离为0.5mm,可动刻度每旋转一周前进或后退0.5mm,可动刻度一周分为50份，所以其精度是0.01mm,可估读到0.001mm。2.螺旋测微器读数方法：读数=固定刻度值+(可动刻度示数)×0.01。【典型例题】1.用螺旋测微器测量一根金属丝的直径，如图2-5所示的读数：闲鱼螺旋测微器所测物体的长度为_mm。mm。2.在“用双缝干涉测光的波长”的实验中，测量头示意图如图2-6所示，调节分划板的位置，使分划板中心剖线对齐某亮条纹的中心，此时测量头的读置，由测量头再读出一读数。若实验测得第一条到第五条亮条纹中心间的距离为△x=0.960mm,已知双缝间距为d=1.5mm,双缝到屏的距离为L=1.00m,则对应的光波波长p=nm。1.如图2-7是用螺旋测微器测量三根金属棒直径的示意图，从左到右三根图2-72.(2012·全国新课标卷)某同学利用螺旋测微器测量一金属板的厚度。该螺旋测微器校零时的示数如图2-8(a)所示，测量金属板厚度时的示数如图2-8(b)所示。图2-8(a)所示读数为mm,图2-8(b)所示读数为mm,所测金属板的厚度为mm。EQ\*jc3\*hps6\o\al(\s\up9(),3)图2-83.(2013·山东理综卷)图2-9(a)为一游标卡尺的结构示意图，当测量一钢笔帽的内径时，应该用游标卡尺的(填“A”“B”或“C”)进行测量；示数如图2-9(b)所示，该钢笔帽的内径为mm。图2-94.(2013·全国新课标卷)某次游标卡尺(主尺的最小分度为1mm)的示数如图2-10所示，其读数为cm。图2-105.(2014·福建卷)某同学测定一金属杆的长度和直径，示数如图2-11图2-116.(2014·江苏卷)用螺旋测微器测量合金丝的直径。为防止读数时测微螺杆发生转动，读数前应先旋紧如图2-12所示的部件(选填“A”“B”“C”或“D”)。从图2-12中的示数可读出合金丝的直径为mm。图2-12【典型例题答案】【巩固练习答案】3.A11.30(11.25或11.35)闲鱼子夜清寒高中物理实验教程【实验目的】【实验原理】(1)电磁式打点计时器是一种使用低压、交流电源(6V以下)的计时仪器。它每隔0.02s打一次点(交流电频率为50Hz),因此纸带上的点就表示了和纸带相连的运动物体在不同时刻的位置。研究纸带上点之间的间隔，就可以(2)电火花计时器：它是利用火花放电在纸带上留下墨迹而显示点迹的计时仪器。当接通220V交流电源，按下脉冲输出开关时，计时器发出的脉冲电流经接正极的放电针、墨粉纸盘到接负极的纸盘轴，产生火花放电，于是在运动纸带上就打下一系列点迹。当电源频率为50Hz时，它也是每隔0.02s打一次点，即打出的纸带上每相邻两点间的时间间隔也是0.02s,电火花计时器工作(1)若相等时间内的位移相等，则物体做匀速直线运动。(2)若相等时间内的位移不相等，则物体做变速直线运动。(3)若连续相等时间内的位移差为恒量，则物体做匀变速直线运动，并可由△x=aT²求出加速度(为了减小误差常用逐差法或v-t(1)逐差法。如图3-1所示，相邻两计图3-1(2)v-t图象法。根据v=v÷,可求得、…求出1,2,…(一般取5个点)各计数点的瞬时速度，再作出v-t图象，(3)利用已求出的瞬时速度值，按加速度的定义式求加速度值，为了充分【实验器材】带、复写纸片(电火花计时器为黑粉纸盘)、小车、细绳、一端附有滑轮的长木板、刻度尺、钩码、导线(电火花计时器则不需要)。【实验步骤】计时器固定在长木板没有滑轮的一端，连接好电路如图3-2所示。图3-2高中物理实验教程限位孔，把一条细绳拴在小车上，细绳跨过滑轮，下边挂上合适的钩码。3.要在钩码(或沙桶)落地处放置软垫或沙箱，防止撞坏钩码。4.要在小车到达滑轮前用手按住它或放置泡沫塑料挡板，防止车掉在地上5.反复测量，根据测量的实验数据求出加速度取平均值。【误差分析】本实验没有系统误差，只有长度测量带来的偶然误差。【注意事项】1.接通和切断电源要及时，要先接通电源，后让纸带运动。2.不要分段测量各段位移，应尽可能地一次测量完毕(可统一量出各计数点到计数起点0之间的距离),读数时应估读到毫米下一位。3.小车的加速度应适当大些，但不能过大，以能在纸带上长约50cm的范围内清楚地取7~8个计数点为宜。【典型例题】1.(2013·全国新课标I卷)图3-3为测量物块与水平桌面之间动摩擦因、数的实验装置示意图，实验步骤如下：SA同8回①用天平测量物块和遮光片的总质量M、重物的质量m;用游标卡尺测量遮光片的宽度d;用米尺测量两光电门之间的距离s。②调整轻滑轮，使细线水平。③让物块从光电门A的左侧由静止释放，用数字毫秒计分别测出遮光片经过光电门A和光电门B所用的时间△tA和△tg,求出加速度a。④多次重复步骤③,求a的平均值a。⑤根据上述实验数据求出动摩擦因数μ。闲鱼子夜解(1)测量d时，某次游标卡尺(主尺的最小分度为1mm)的示数如图3-4(3)动摩擦因数μ可用M、m、a和重力加速度g表示为μ=0(4)如果细线没有调整到水平，由此引起的误差属于(填“偶然2.(2012·山东卷)某同学利用图3-5所示的实验装置，探究物块在水平一段距离停在桌面上(尚未到达滑轮处)。从纸点取1个计数点，相邻计数点间的距离如图3-6所示。打点计时器电源的频率为50Hz。图3-5图3-6间某时刻开始减速。(2)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)。(3)物块减速运动过程中加速度的大小为a=m/s²,若月来计高中物理实验教程3.(2010·重庆卷)某同学用打点计时器测量做匀加速直线运动的物体的加速度，电源频率f=50Hz在线带上打出的点中，选出零点，每隔4个点取1个计数点，因保存不当，纸带被污染，如图3-7所示，A、B、C、D是依次排列的4个计数点，仅能读出其中3个计数点到零点的距离：D图3-7sA=16.6mmsg=126.5mm若无法再做实验，可由以上信息推知：(2)打C点时物体的速度大小为m/s(取2位有效数字)。(3)物体的加速度大小为(用sA、Sg、sp和f表示)。4.(2010·广东卷)图3-8是某同学在做匀变速直线运动实验中获得的一(1)已知打点计时器电源频率为50Hz,则纸带上打相邻两点的时间间隔为、o _(2)A、B、C、D是纸带上四个计数点，每两个相邻计数点间有四个点没有画出。从图3-8中读出A、B两点间距s=;C点对应的速度是 (计算结果保留三位有效数字)。图3-8【巩固练习】1.在做“研究匀变速直线运动”的实验时，某同学得到一条用打点计时器打下的纸带如图3-9所示，并在其上取了A、B、C、D、E、F、G等7个计数点，每相邻两个计数点间还有4个点，图中没有画出，打点计时器接周期为T=0.02s的交流电源。图3-9(1)计算ve的公式为ve(用给定字母表示)。(2)若测得d₆=65.00cm,d₃=19.00cm,物体的加速度a=m/s²。(3)如果当时电网中交变电流的频率f>50Hz,而做实验的同学并不知道，那么加速度的测量值比实际值(选填偏大或偏小)。2.某同学利用打点计时器研究做匀加速直线运动小车的运动情况。图3-10所示为该同学实验时打出的一条纸带，纸带上两相邻计数点的时间间隔是得出小车的加速度大小a=m/s²,打点计时器打B点时小车的速度v= 图3-103.在做“测定匀变速直线运动的加速度”的实验中，取下面一段纸带研究其运动情况，如图3-11所示。设0点为计数的起始点，相邻两计数点间的时间间隔为0.1s,若物体做理想的匀加速直线运动，则计数点“1”与起始点间的距离s₁为 cm,打计数点“1”时物体的瞬时速度为图3-113 m/s,物体的加速度为m/s²(结果均保留3位有效数字)。4.(2012·安徽卷)图3-12是实验中得到的一条纸带，A、B、C、D、E、F、G为7个相邻的计数点，相邻的两个计数点之间还有四个点未画出。量出相邻的计数点之间的距离分别为sAB=4.22cm、Sgc=4.65cm、Scp=5.08cm、SDe=5.49cm、SEF=5.91cm、SFc=6.34cm。已知打点计时器的工作频率为高中物理实验教程50Hz,则小车的加速度a=_m/s²(结果保留2位有效数字)。图3-125.伽利略在《两种新科学的对话》一书中，提出猜想：物体沿斜面下滑是一种匀变速直线运动，同时他还实验验证了该猜想。某小组学生依据伽利略描述的实验方案，设计了如图3-13所示的装置，探究物体沿斜面下滑是否做匀箱阀门(假设水流出时均匀稳定)。斜面量筒图3-13⑤测得的数据见表3-1。表3-1次数123456(1)该实验利用量筒中收集的水量来表示(填序号)。A.水箱中水的体积B.水从水箱中流出的速度(2)小组同学漏填了第3组数据，实验正常，你估计这组水量V=(3)若保持倾角θ不变，增大滑块质量，则相同的L,水量V将(填“增大”“不变”或“减小”)若保持滑块质量不变，增大倾角θ,则相同6.(2013·广东卷)研究小车匀变速直线运动的实验装置如图3-14(a)所示其中斜面倾角θ可调，打点计时器的工作频率为50Hz,纸带上计数点的间距如图3-14(b)所示，其中每相邻两点之间还有4个记录点未画出。只图3-14(1)部分实验步骤如下：(2)图3-15(b)中标出的相邻两计数点的时间间隔T=s。(3)计数点5对应的瞬时速度大小计算式为v₅=为了充分利用记录数据，减小误差，小车加速度大小的计算式应为a= o7.(2014·全国卷)现用频闪照相方法来研究物块的变速运动。在一小物块沿斜面向下运动的过程中，用频闪相机拍摄的不同时刻物块的位置如图3-15所示。拍摄时频闪频率是10Hz;通过斜面上固定的刻度尺读取的5个连续影像间的距离依次为x₁、x₂、x₃、x₄。已知斜面顶端的高度h和斜面的长度s,数据如下表3-2所示，重力加速度大小g取9.80m/s²。图3-15表3-2hs根据表中数据，完成下列填空：(1)物块的加速度a=m/s²(保留3位有效数字)。(2)因为_,可知斜面是粗糙的。【典型例题答案】(4)系统误差解析：(1)游标卡尺的读数=主尺(整毫米数)+游标尺对齐格数×精度，题中游标卡尺的主尺部分的读数为9mm,对齐格数为第12条，20分度的游标卡(2)物块在重物作用下沿水平桌面上做匀加速直线运动，经过光电门A、B时的速度大小分别为,(3)把重物、物块和遮光片看一整体，进行受力分析，由牛顿第二定律有mg-μMg=(M+m)a,(4)从来源看，误差分为系统误差和偶然误差两种。系统误差是由于仪器本身不精确，或实验方法粗略，或实验原理不完善而产生的。偶然误差是由各种偶然因素对实验者、测量仪器、被测物理量的影响而产生的。细线没有调整到水平引起的误差属于系统误差。实验三打点计时器及匀变速直线运动的加速度解析：(1)由于计数点6前和计数点7后的相邻点间隔距离都小于计数点6、7的间隔距离，说明计数点6之前物块在加速，计数点7之后物块在减速，则开始减速的时刻在6和7之间。又可解得计数点6对应的速度大小为1.20m/s。2.00m/s²。在减速阶段产生加速度的力是滑动摩擦力和纸带受到的阻力，所以计算结果比动摩擦因数的真实值“偏大”。解析：(1)打点计时器打出的纸带每隔4个点选择一个计数点，则相邻两计数点的时间间隔为T=0.1s。(2)根据一段时间的平均速度等于中间时刻的速度得(3)匀加速运动的位移特征是相邻的相等时间间隔内的位移以aT²均匀增大，有4.(1)0.02s(解析：(1) 或(3)偏小高中物理实验教程2.1.202.200.500.15(或0.145)求得a=0.42m/s²。(2)根据,而量筒内收集的水量正比于时间，则Vα√L,则解得V=73.5mL。7.(1)4.30(填“4.29”或“4.31”同样给分)(2)物块加速度小,由于a<a',可知斜面是粗糙的。【实验目的】【实验原理】1.如右图4-1所示，弹簧在下端悬挂钩码时会伸长。2.用刻度尺测出弹簧在不同钩码拉力下的伸长量x,建立坐标系，以纵坐标表示弹力大小F,以横坐标表示弹簧的伸长量x,在坐标系中描出各点(x,F),然后用平滑的曲线连结起来，根据实验所得的图线，就可探知弹力大小与伸图4-1【实验器材】【实验步骤】1.如图4-2所示，将铁架台放于桌面上(固定好),将弹簧的一端固定于铁架台的横梁上，在挨近弹簧处将刻度尺(最小分度为“mm”)固定于铁架台图4-2闲鱼子夜清高中物理实验教程2.记下弹簧下端不挂钩码时所对应的刻度L。3.在弹簧下端挂上一个钩码，待钩码静止后，记下弹簧下端所对应的刻4.用上面方法，记下弹簧下端挂2个、3个、4个……钩码时弹簧下端所对应的刻度L₂、L₃……并将所得数据记录在表4-1中。表4-1刻度形变量x····1236L:5.用xn=L-L₀计算出弹簧挂1个、2个、3个……钩码时弹簧的伸长量，并根据当地重力加速度值g,计算出所挂钩码的总重量。这个总重量就是弹簧弹力的大小，将所得数据填入表格。6.在坐标纸上建立坐标系，以弹力为纵坐标，弹簧伸长量为横坐标，描出每一组数据(x,F)所对应的点。7.根据所描各点的分布与走向，作出一条平滑的曲线。8.以弹簧伸长量为自变量，弹力大小为因变量，写出曲线所代表的函数。首先尝试写成一次函数形式，如果不行，写成二次函数的形式或其他形式。9.研究并解释函数表达式中常数的物理意义。【注意事项】1.安装时，要保持刻度尺竖直并靠近弹簧。2.实验时，要尽量选择长度较大匝数较多的弹簧，但软硬程度(劲度系数)不能太大也不能过小，以每多挂一个钩码(20g),弹簧伸长1~2cm为宜。3.读取弹簧下端所对应刻度时，要用三角板，并且视线垂直于刻度，力求4.建坐标系时，要选择合适标度，以使所画曲线占据整个坐标纸为宜。5.画图线时，不一定要让所有各点都正好在曲线上，但应注意使曲线两侧的点大致相同。6.所挂钩码不能太多，以免超过弹性限度。【典型例题】1.(2012·广东卷)某同学探究弹力与弹簧伸长量的关系。(1)将弹簧悬挂在铁架台上，将刻度尺固定在弹簧一侧，弹簧轴线和刻度尺都应在方向(填“水平”或“竖直”)。(2)弹簧自然悬挂，待弹簧时，长度记为L,弹簧下端挂上砝码盘时，长度记为L;在砝码盘中每次增加10g砝码，弹簧长度依次记为L至L6,数据如下表4-2:表4-2LLL数值(cm)表中有一个数值记录不规范，代表符号为。由表可知所用刻度尺的最小刻度为o_(3)图4-3是该同学根据表中数据作的图，纵轴是砝码的质量，横轴是弹簧长度与 的差值(填“L。”或“L₁”)。(4)由图可知弹簧的劲度系数为(结果保留两位有效数字，重力加速度取图4-32.(2014·浙江卷)在“探究弹力和弹簧伸长的关系”时，某同学把两根弹簧如图4-4连接起来进行探究。(1)某次测量如图4-5所示，指针示数为cm。图4-4图4-5闲鱼子夜精高中物理实验教程1234(2)在弹性限度内，将50g的钩码逐个挂在弹簧下端，得到指针A、B的加速度g取10m/s²)。由表I数据(选填“能”或“不能”)计算出3.(2014·新课标Ⅱ卷)某实验小组探究弹簧的劲度系数k与其长度(圈数)的关系。实验装置如图4-6所示：一均匀长弹簧竖直悬挂，7个指针P₀、弹簧下端未挂重物时，各指针的位置记为x₀;挂有质量为0.100kg的砝码时，重力加速度取9.80m/s²)。已知实验所用弹簧总圈数为60,整个弹簧的自由长度为11.88cm。(1)将表4-3中数据补充完整：①。②图4-6表4-3n①②(2)以n为横坐标，为纵坐标，在图4-7给出的坐标纸上画出图4-7(3)图4-7中画出的直线可近似认为通过原点。若从实验中所用的弹簧截式为k=④N/m。【巩固练习】数据，对应点已在图4-8上标出(g=9.8m/s²)。图4-8(1)作出m-l的关系图线。(2)弹簧的劲度系数为N/m。高中物理实验教程2.在研究弹簧的形变与外力的关系的实验中，将弹簧水平放置测出其自然长度，然后竖直悬挂让其自然下垂，在其下端竖直向下施加外力F,实验过程是在弹簧的弹性限度内进行的。用记录的外力F与弹簧的形变量x作出的F-x图线如图4-9所示，由图可知弹簧的劲度系数为。图线不过原点的64180732图4-93.以下是一位同学做“探究形变与弹力的关系”的实验。(1)下列的实验步骤是这位同学准备完成的，请你帮这位同学按操作的先A.以弹簧伸长量为横坐标，以弹力为纵坐标，描出各组数据(x,F)对B.记下弹簧不挂钩码时，其下端在刻度尺上的刻度L₀C.将铁架台固定于桌子上，并将弹簧的一端系于横梁上，在弹簧附近竖直D.依次在弹簧下端挂上1个、2个、3个、4个……钩码，并分别记下钩码(2)表4-4是这位同学探究弹力大小与弹簧伸长量之间的关系所测的几组弹力(F/N)弹簧原来长度(L₀/cm)弹簧后来长度(L/cm)弹簧伸长量(x/cm)实验四探究弹力和弹簧伸长的关系②在图4-10的坐标上作出F-x图线。图4-10③写出曲线的函数表达式(x用cm作单位):④函数表达式中常数的物理意义：4.(2010·福建卷)某实验小组研究橡皮筋伸长与所受拉力的关系。实验码(质量均为20g),每增挂一只钩码均记下对应的橡皮筋伸长量；当挂上10图象如图4-11所示。从图象中可以得出(填选项前的字母)。0图4-11高中物理实验教程5.(2015·四川卷)某同学在“探究弹力和弹簧伸长的关系”时，安装好实验装置，让刻度尺零刻度与弹簧上端平齐，在弹簧下端挂1个钩码，静止时弹簧长度为l₁,如图4-12(a)所示，图4-12(b)是此时固定在弹簧挂钩上的指针在刻度尺(最小分度是1毫米)簧下端分别挂2个、3个、4个、5个相同钩图4-12码，静止时弹簧长度分别是L₂、l₃、l₄、l₅。已知每个钩码质量是50g,挂2个钩码时，弹簧弹力F₂=N(当地重力加速度g=9.8m/s²)。要得到弹簧伸长量x,还需要测量的是。作出F-x曲线，得到弹力与弹簧伸长量的关系。【典型例题答案】解析：(1)由图4-5可知刻度尺能精确到0.1cm,读数时需要往后估读一位。故指针示数为16.00±0.05cm。(2)由表中数据可知每挂一个钩码，弹簧I的平均伸长量△x₁≈4cm,弹簧Ⅱ的总平均伸长量△x₂≈5.80cm,根据胡克定律可求得弹簧I的劲度系数为12.5N/m,同理也能求出弹簧Ⅱ的劲度系数。(2)如图4-13所示。0图4-13解析：(1)①(3)①由作出的图象可知直线的斜率为5.8×10-⁴,故直线方程满②由于60圈弹簧的原长为11.88cm,则n圈弹簧的原长满足【巩固练习答案】1.(1)如图4-14所示。图4-14弹力(F/N)弹簧伸长量(x/cm)高中物理实验教程②如图4-15所示。0图4-15④函数表达式中的常数为弹簧的劲度系数，表示使弹簧每伸长或压缩0.01m(1cm)所需的拉力，大小为0.43N。解析：本题属于中等题，解题的关键在于弄清为什么两条图象会错开。实、验中由于增挂钩码时所挂钩码数过多，导致橡皮筋超出弹性限度，弹簧无法及5.解析：根据图2指针指示可知，l₁=25.85cm,挂2个钩码时，以2个钩码整体为对象，受重力mg和弹簧的拉力F₂作用而处于平衡，根据共点力平衡条件有：F₂=mg=2×50×10⁻³×9.8N=0.98N,弹簧的伸长(或缩短)量x=长量x,还需要测量的是弹簧的原长l。【实验原理】此实验是要用互成角度的两个力与一个力产生相同的效果，即橡皮条在某一方向伸长一定的长度，看其用平行四边形定则求出的合力与这一个力是否在实验误差允许的范围内相等，就验证了力的平行四边形定则。【实验器材】方木板一个，白纸，橡皮条一段，细绳套两个，图钉(若干),三角板，刻度尺，铅笔，两个弹簧称。【实验步骤】1.用图钉把一张白纸钉在水平桌面上的方木板上。2.用图钉把橡皮条的一端固定在木板上的A点，用两条细绳套结在橡皮条的另一端。3.用两个弹簧秤分别钩住两个细绳套，互成角度的拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置图5-14.用铅笔描下结点的位置和两条细绳套的方向，并记录弹簧秤的读数。在白纸上按比例作出两个弹簧秤的拉力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。5.只用一个弹簧秤，通过细绳套把橡皮条的结点拉到与前面相同的位置0,记下弹簧秤的读数和细绳套的方向。按同样的比例用刻度尺从0点起做出这个弹簧秤的拉力F'图示。6.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【注意事项】1.弹簧秤使用前将弹簧秤水平放置，然后检查、校正零点。看清弹簧秤的高中物理实验教程量程、单位和最小刻度，读数时视线要正对刻度线。2.选择弹簧秤时，可将两弹簧秤自由端钩住一起沿水平方向拉伸，看两个读数是否一样，若一样就可以用。3.用弹簧秤测拉力时，应使弹簧的拉力沿轴线方向，橡皮条、弹簧秤和细绳套应位于与纸面平行的同一平面内。4.不要用老化的橡皮条，检查的方法是用一个弹簧秤拉橡皮条，要反复做几次使橡皮条拉伸到相同的长度看弹簧秤读数有无变化。5.可用两根橡皮条并联使用以增大其劲度系数。6.同一次实验中，橡皮条拉长后的结点位置0必须保持不变。两分力间的夹角要适当，不能太大也不能太小。7.白纸不要选的过小，画力的图示时应选择适当的单位长度，尽可能使图画的大一些。8.严格按力的图示要求和几何方法作出力的合力。9.A点应选在靠近木板边上中点为宜，以使0点能确定在纸的上侧。【典型例题】1.(2010·天津卷)在探究合力的方法时，先将橡皮条的一端固定在水平、木板上，另一端系上带有绳套的两根细绳。实验时，需要两次拉伸橡皮条，一次是通过两细绳用两个弹簧秤互成角度地拉橡皮条，另一次是用一个弹簧秤通过细绳拉橡皮条。(1)实验对两次拉伸橡皮条的要求中，下列哪些说法是正确的(填字母代号)。D.将橡皮条和绳的结点拉到相同位置(2)同学们在操作过程中有如下议论，其中对减小实验误差有益的说法是 (填字母代号)。A.两细绳必须等长B.弹簧秤、细绳、橡皮条都应与木板平行C.用两弹簧秤同时拉细绳时两弹簧秤示数之差应尽可能大D.拉橡皮条的细绳要长些，标记同一细绳方向的两点要远些2.(2011·江苏卷)某同学用如图5-2所示的计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0点，手持另一端向左拉，使结点0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0图5-2(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D.改变拉力，进行多次实验，每次都要使0点静止在同一位置3.(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木板上一点，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，使得橡皮条伸长，结点到达纸面上某一位置，如图5-3所示，①用铅笔描下结点位置，记为0。图5-3②记录两个弹簧测力计的示数F₁和F₂,沿每条细绳的方向用铅笔分别描③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0,记录⑤根据力的平行四边形定则作出F₁、F₂的合力F。⑥比较的一致程度，若有较大差异，对其原因进行分析，并作出【巩固练习】1.在“验证力的平行四边形定则”实验中，以下说法正确的是()高中物理实验教程A.必须使分力和合力在同一平面内B.将橡皮筋拉得越长，实验误差就越小C.若保持两分力方向不变，而将两分力的大小各增加一倍，合力将变为原来的2倍，且方向不变D.使橡皮条在某一方向上伸长某一长度3.在本实验中，使弹簧秤Ⅱ从图5-4中位置开始沿顺时针方向缓慢转动。在此过程中，保持结点0的位置和F,的方向不发生改变，那么,在全过程中关于弹簧秤I、4.“验证力的平行四边形定则”的实验情况如图5-5(a)所示，其中A为固定橡皮筋的图钉，0为橡皮筋与细绳的结点，OB和OC为细绳。图5-5(b)是在白纸上根据实验结果画出的图。图5-5(2)在实验中，如果将细绳也换成橡皮筋，那么实验结果是否会发生变化?(3)本实验采用的科学方法是0A.理想实验法B.等效替代法(1)用两只弹簧秤互成角度地将橡皮筋拉长后，记下了两只秤钩着的细绳(2)沿细绳套的方向画了两条带箭头的线段表示两只弹簧秤的拉力F₁、F₂,以此为邻边作平行四边形，得到表示(3)只用一只弹簧秤将橡皮条拉成与(1)中同样长后，记下此时弹簧秤的读数F'。(1)中_0(2)中_o6.在完成本实验时，除了供给各个必要器材外，只给一个弹簧秤，能否做好本实验?若能，如何操作?7.(2014·江苏卷)小明通过实验验证力的平行(1)实验记录纸如图5-6所示，0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P计拉橡皮筋时，拉力F₃的方向过P₃点。三个力的大(2)仔细分析实验，小明怀疑实验中的橡皮筋被图5-6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高中物理实验教程实验装置如图5-7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0点，下端N挂一重物。用与白纸平行的水平力缓慢地移动N,在两次实验记录的轨迹如图5-8所示。过0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、F₆的大小关系为o _图5-7图5-8(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(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 o8.(2014·重庆卷)为了研究人们用绳索跨越山谷过程中绳索拉力的变化规律，同学们设计了如图5-9所示的实验装置。他们将不可伸长轻绳的两端通过测力计(不计质量及长度)固定在相距为d的两立柱上，固定点分别为p和q,p低于q,绳长为l(l>pq)。他们首先在绳上距离p点10cm处(标记为图5-9c)系上质量为m的重物(不滑动),由测力计读出pc、qc的拉力大小Tp、Tq。随后，改变重物悬挂点c的位置，每次将p到c的距离增加10cm,并读出测力计的示数，最后得到Tp、Tq与绳长pc的关系曲线如图5-10所示。由实验①曲线Ⅱ中拉力最大时，c与p点的距离为cm,该曲线为 ②在重物从p移到q的整个过程中，受到最大拉力的是(选填“p”或“q”)点所在的立柱。③曲线I、Ⅱ相交处，可读出绳的拉力为Tq=N,它与l、d、m和重力加速度g的关系为Tq=o图5-109.如图所示的实验装置可以用来验证力的平行四边形定则，带有滑轮的方木板竖直放置，为了便于调节绳子拉力的方向，滑轮可以安放在木板上的多个位置(1)请把下面的实验步骤补充完整①三段绳子各自悬挂一定数目的等质量钩码，调整滑轮在木板上的位置，②把一张画有等间距同心圆的厚纸紧贴木板放置在绳子与木板之间，使得圆心位于绳子结点0处，用等间距同心圆作为画图助手，以方便做出力的图标，你认为本实验有必要测量钩码重力吗?答(填“有”或“没有”,不闲鱼子夜清寒高中物理实验教程③记录三段绳子悬挂钩码的个数以及三段绳子的方向。④三段绳子上的拉力FA,FB,FC可用钩码数量来表示，根据记录的数据作出力FA,FB,FC。⑤以FA,FB为邻边，画出平行四边形，如果与近似共线等长，则在实验误差允许范围内验证了力的平行四边形定则。(2)如图5-11所示，三段绳子上分别悬挂了3、4、5个钩码而静止不动，若图中OA,OB两端绳子与竖直方向的夹角分别为α、β,那图5-1110.(2016·浙江卷)某同学在“探究弹簧和弹簧伸长的关系”的实验中，测得图中弹簧OC的劲度系数为500N/m。如图5-12甲所示，用弹簧OC和弹簧秤a、b做“探究求合力的方法”实验。在保持弹簧伸长1.00cm不变的条图5-12(1)若弹簧秤a、b间夹角为90°,弹簧秤a的读数是N(图乙中所示),则弹簧秤b的读数可能为N。(2)若弹簧秤a、b间夹角大于90°,保持弹簧秤a与弹簧OC的夹角不变，减小弹簧秤b与弹簧OC的夹角，则弹簧秤a的读数是、弹簧秤b的读【典型例题答案】3.③沿此时细绳的方向用铅笔描出较远几个点，用刻度尺把这些点连成【巩固练习答案】5.(1)中未记下结点0的位置(2)中未按选定的标度画力的图示(3)中应将橡皮条结点拉至0的位置，并记下细绳套的方向6.可以。用一个弹簧秤先后分别测定每个分力大小，办法是：设两个分力中一个处于白纸的左侧，另一个处于右侧，先把弹簧秤钩住左侧的细绳套，用一条细绳拉右侧细绳套，在两个分力共同作用下，使橡皮条结点到达O点，记下弹簧秤读数及左侧细绳套的方向；保持左侧细绳套的方向，再用弹簧秤钩住右侧细绳套，使橡皮条结点仍到达0点，记下此时弹簧秤的读数及细绳套方向。7.(1)见图5-13,F=4.6~4.9都算对P₁F₁=3.30N(4)橡皮筋拉伸不宜过长；选用新橡皮筋P₃性好的弹簧)P₂9.(1)②没有⑤FA、FB所夹对角线FC图5-13高中物理实验教程提示：(1)由胡克定律可求得拉力大小；再根据弹簧秤的读数方法可明确(2)根据题意作出对应的图象，根据图象即可明确随夹角的变化两弹簧秤解析：(1)根据胡克定律可知，F=kx=500×0.01=5N;根据弹簧秤的读数方法可知，a的读数为3.00N;两弹簧秤夹角为90°,则(2)若弹簧秤a、b间夹角大于90°,保持弹簧秤a与弹簧OC的夹角不变，减小弹簧秤b与弹簧OC的夹角；如图5-14所示；则可知两弹簧秤的示数均变图5-141.学会通过实验探究物体加速度与力、质量的关系。2.在实验中掌握打点计时器的用法。3.对自己的实验结果进行归纳分析。4.根据所学知识及日常经验初步分析a、F、m三个物理量间的关系(定性分析)。5.采用控制变量的方法，通过实验对a、F、m三个物理量间的数量关系进行定量研究。【实验原理】1.保持研究对象即小车的质量不变，改变砂桶内砂的质量，即改变牵引力测出小车的对应加速度，用图象法验证加速度是否正比于作用力。2.保持砂桶内砂的质量不变，改变研究对象的质量，即往小车内加砝码，用图象法验证加速度是否反比于质量。【实验器材】附有定滑轮的长木板；薄木板；小车；细线；小桶及砂；打点计时器；低压交流电源；导线；天平(带一套砝码);钩码；毫米刻度尺；纸带及复写【实验步骤】1.用天平测出小车和小桶的质量M和M',并把数值记录下来。2.按图6-1所示，安装实验器材，只是不把悬挂小桶用的细绳系在车上，即不给小车3.平衡摩擦力，在长木板的不带定滑轮的一端下面垫薄木板并反复移动其位置，直到在打点计时器正常工作后，小车在斜面上运动时可以保持匀速直线高中物理实验教程运动状态为止。打出点，点迹均匀。4.记录小车内所加砝码的质量，称好砂子后将砂倒入小桶，把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂小桶，此时要调整定滑轮的高度使绳与木板平行，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并做好标记。5.保持小车总质量不变，改变砂的质量(均要用天平称量),按步骤(四)中方法打好纸带并做好标记。6.在每条纸带上都选取一段比较理想的部分，算出加速度的值。7.用纵坐标表示加速度，横坐标表示作用力，即砂和桶的总重力，根据实验结果描出相应的点，如这些点在一条直线上，便证明了加速度与作用力成正比。8.保持砂和桶的质量不变，在小车上加放砝码(也需记录好),重复上面的实验步骤，求出相应的加速度，用纵坐标表示加速度a,横坐标表示小车和砝码总质量的倒数1/(M+m),根据实验结果描出相应的点，如果这些点在一条直线上，就证明了加速度与质量成反比。【注意事项】1.实验步骤2、3不需重复，即整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变砂和砂桶的质量还是改变小车及砝码的质量，都不需要重新平衡摩擦力。平衡摩擦力是指小车所受动力(重力沿斜面分力)与小车所受阻力(包括小车所受摩擦力和打点计时器对小车后所拖纸带的摩擦力)大小相等。实验中，应在小车后拖上纸带，先接通电源，再用手给小车一个初速度，若在纸带上打出的点间隔基本上均匀，才表明平衡了摩擦力，否则必须重新调整薄木板的位置。2.平衡摩擦力后，每条纸带必须满足在小车与所加砝码的总质量远大于砂和砂桶的总质量的条件下进行，只有如此，砂和砂桶的总重力才可视为小车所受的拉力。3.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(或尽量远离带滑轮的一端),并应先接通电源，再放开小车，且在小车到达滑轮前应按住小车。4.作图象时，要使尽可能多的点在所作直线上，不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线两侧。【误差分析】因实验原理不完善引起的误差。本实验用砂和砂桶的总重力(m'+M')g代替小车的拉力，而实际小车所受的拉力要小于砂和砂桶的总重力。砂和砂桶的总质量越接近小车和砝码的总质量，误差越大，砂和砂桶的总质量越小于小远小于小车和砝码的总质量M₀的目的就是为了减小因实验原理不完善而引起的【典型2】里综卷)图6-2为验顿第二定律的实验装置示意图。图中打点计时器的电源为50Hz的交流电源，打点的时间间隔用△t表示。在小图6-2(1)完成下列实验步骤中的填空①平衡小车所受的阻力：小吊盘中不放物块，调整木板右端的高度，用手②按住小车，在小吊盘中放入适当质量的物块，在小车③打开打点计时器电源，释放小车，获得带有点列的纸带，在纸带上标出小车中砝码的质量m。④按住小车，改变小车中砝码的质量，重复步骤③。⑤在每条纸带上清晰的部分，每5个间隔标注一个计数点。测量相邻计数点的间距s₁,S₂,…。求出与不同m相对应的加速度a。⑥以砝码的质量m为横坐标，为纵坐标，在坐标纸上做出关系图高中物理实验教程线。若加速度与小车和砝码的总质量成反比，则与m处应成_关系(2)完成下列填空①本实验中，为了保证在改变小车中砝码的质量时，小车所受的拉力近似②设纸带上三个相邻计数点的间距为s₁、S₂、S₃。a可用s₁、s₃和△t表示为a=。图6-3为用米尺测量某一纸带上的s₁、s₃的情况，由图可读出s₁=_,S₃=。由此求得加速度的大小a=m/s²。图6-3③图6-4为所得实验图线的示意图。设图中直线的斜率为k,在纵轴上的截距为b,若牛顿定律成立，则小车受到的拉力为_,小车的质量为 o图6-4图6-52.(2012·安徽卷)图6-5为“验证牛顿第二定律”的实验装置示意图。砂和砂桶的总质量为m,小车和砝码的总质量为M。实验中用砂和砂桶总重力(1)实验中，为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，先调节长木板定滑轮的高度，使细线与长木板平行。接下来A.将长木板水平放置，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，给打点计时器通电，调节m的大小，使小车在砂和砂桶的牵引下运动，从打出的B.将长木板的一端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，撤去砂和砂桶，给打点计时器通电，轻推小车，从打出的纸带判断C.将长木板的一端垫起适当的高度，撤去纸带以及砂和砂桶，轻推小车，(2)实验中要进行质量m和M的选取，以下最合理的一组是()(3)图6-6是试验中得到的一条纸带，A、B、C、D、E、F、G为7个相邻的计数点，相邻的两个计数点之间还有四个点未画出。量出相邻的计数点之间的距离分别为sAB=4.22cm、Sgc=4.65cm、Scp=5.08cm、SpE=5.49cm、SEF=5.91cm、Spc=6.34cm。已知打点计时器的工作频率为50Hz,则小车的加速度a=m/s²(结果保留2位有效数字)。图6-6【巩固练习】1.(2011·新课标卷)利用图6-7所示的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，与两个光电门滑块光电门甲回图6-7旦的位置进行多次测量，每次都使滑块从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；所得数据如表6-1所示。表6-1完成下列填空和作图：(1)若滑块所受摩擦力为一常量，滑块加速度的大小a、滑块经过光电门乙时的瞬时速度v,、测量值s和t四个物理量之间所满足的关系式是0(2)根据表中给出的数据，在图6-8给出的坐标纸上出图线。(3)由所画出的图线，得出滑块加速数字)。2.(2011·尺、天平、导线。为了完成实验，还须从图6-9中选取实验器材，其名称是① (漏选或错选得零分);并分别写出所选器材的作用②o3.某同学将力传感器固定在小车上，然后把绳的一端固定在传感器的控钩上，用来测量绳对小车的拉力，探究在小车及传感器总质量不变时加速度跟它们所受拉力的关系，根据所测数据在坐标系中作出了如图所示的a-F图象。00.10.20.30.40.50.6FN图6-10(1)图象不过坐标原点的原因是_(2)本实验中是否仍需要细沙和桶的总质量远小于小车和传感器的总质量 (填“是”或“否”)。(3)由图象求出小车和传感器的总质量为kg。4.某实验小组用如图6-11(a)所示的装置测量木块与木板间的动摩擦因数μ,提供的器材有带定滑轮的长木板，打点计时器，交流电源，木块，纸带，米尺，8个质量均为20g的钩码，细线等。实验操作过程如下：A.长木板置于水平桌面上，带定滑轮的一端伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上并与电源连接，纸带穿过打点计时器并与木块相连，细线一端与木块相连，另一端跨过定滑轮挂上钩码，其余钩码都叠放在木块上。B.使木块靠近打点计时器，接通电源，释放木块，打点计时器在纸带上打下一系列点，记下悬挂钩码的个数n。C.将木块上的钩码逐个移到悬挂钩码端，更换纸带，重复实验操作B。D.测出每条纸带对应木块运动的加速度a,实验数据如图6-11(b)(2)根据图6-11(b)数据，在图6-11(c)中作出a-n图象；由图象得到μ=(g=9.8m/s²),还可求的物理量是(只需填写物理量名称)。n45678图6-115.(2015·新课标Ⅱ卷)某学生用图6-12(a)所示的实验装置测量物块与斜面的动摩擦因数。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纸带的一部分如图6-12(b)所示，图中标出了5个连续点之间的图6-12(1)物块下滑是的加速度a=m/s²;打点C点时物块的速度V= (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 (填正确答案标号)。A.物块的质量B.斜面的高度C.斜面的倾角6.(2013·天津卷)某实验小组利用图6-13所示的装置探究加速度与力、(1)下列做法正确的是(填字母代号)。B.在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，将装有砝码的砝码闲鱼丁仅清寒图6-13D.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(2)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硅码的总质量(填“远大于”“远小于”或“近似于”)。(3)甲、乙两同学在同一实验室，各取一套图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，分别得到图中甲、乙两条直线。设甲、乙用的木块质量分别为m甲、m乙， Hz(填“大于”“小于”或“等于”)。7.(2014·新课标I卷)某同学利用图6-14(a)所示实验装置及数字化信息系统获得了小车加速度a与钩码的质量m的对应关系图，如图6-14(b)所示。实验中小车(含发射器)的质量为200g,实验时选择了不可伸长的轻质细绳和轻定滑轮，小车的加速度由位移传感器及与之相连的计算机得到。回答图6-14(1)根据该同学的结果，小车的加速度与钩码的质量成(填“线性”或“非线性”)关系。高中物理实验教程(2)由图6-14(b)可知，a-m图线不经过原点，可能的原因是-0(3)若利用本实验装置来验证“在小车质量不变的情况下，小车的加速度与作用力成正比”的结论，并直接以钩码所受重力mg作为小车受到的合外力，则实验中应采取的改进措施是,钩码的质量应满足的条件8.(2016·全国卷)某物理课外小组利用图6-15中的装置探究物体加速度与其所受合外力之间的关系。图中置于试验台上的长木板水平放置，其右端固定一轻滑轮：轻绳跨过滑轮，一端与放在木板上的小滑车相连，另一端可悬挂钩码。本实验中可用的钩码共有N=5个，每个质量均为0.010kg。实验步骤图6-15(1)将5个钩码全部放入小车中，在长木板左下方垫上适当厚度的小物快，使小车(和钩码)可以在木板上匀速下滑。(2)将n(依次取n=1,2,3,4,5)个钩码挂在轻绳右端，其余N-n各钩码仍留在小车内；用手按住小车并使轻绳与木板平行。释放小车，同时用传感器记录小车在时刻t相对于其起始位置的位移s,绘制s-t图象，经数据处(3)对应于不同的n的a值见下表。n=2时的s-t图象如图16-16(a)所示：由图16-16(a)求出此时小车的加速度(保留2位有效数字),将结果n12345(4)利用表中的数据在图16-16(b)中补齐数据点，并作出a-n图象。(5)利用a-n图象求得小车(空载)的质量为kg(保留2位有闲鱼于役消基效数字，重力加速度取g=9.8m·s⁻²)。(6)若以“保持木板水平”来代替步骤(1),下列说法正确的是(填入正确选项的标号)A.a-n图线不再是直线B.a-n图线仍是直线，但该直线不过原点C.a-n图线仍是直线，但该直线的斜率变大图6-16【典型例题答案】1.(1)间距相等线性解析：③设小车的质量为m',则有F=(m+m')a,变形所以图象的斜率所以作用力图象的截距b,所以力，然后还要满足m<<M。而平衡摩擦，不需挂砂桶，但要带纸带，故(1)选B,(2)选C,(3)用逐差法,求得a=【巩固练习答案】(2)图线如图6-17所示。图6-17匀变速直线运动规律，s=(vo+v,)t/2,v,=图6-172.①学生电源，电磁打点计时器、钩码、砝码(或电火花计时器、钩码、砝码)解析：电磁打点计时器(电火花计时器)记录小车运动的位置和时间；钩解析：(1)由图象可知，当F≠0时，加速度仍然为零，说明没有平衡摩的重力作为小车的拉力，故不需要满足砝码和砝码盘的总质量远小于小车的(3)a-F图象中的斜率表示质量的倒数，由图可知，1,所以质量4.(1)细线与木板表面平行(2)图象如图6-18所示0.31木块的质量解析：(1)实验开始时，必须调节滑轮高(2)根据表中实验数据在坐标系中描出对对木块与钩码组成的系统，由牛顿第二定律m木)a,,由图象得：n=0图6-18时，-μg=a=-3,μ≈0.31(0.29~0.33均正确),由图象还可以求出木块解析：(1)根据纸带数据可知：加速度3.25m/s;打点C点时物块的速度(2)由牛顿第二定律得：加速度a=gsinθ-μgcosθ,所以求出动摩擦因数，6.(1)AD(2)远小于(3)小于大于7.(1)非线性(2)小车与接触面间存在摩擦力(3)平衡摩擦力m<<M(即钩码的质量远小于小车的质量)8.(3)0.40(4)如图6-19所示(5)0.46(6)BC提示：(3)根据x-t图象的性质可明确各时刻对应的位移，根据位移公式(4)将点(2,0.40)作出，并用直线将各点连接即可得出图象。(5)找出图象上的点，根据图象的性质以及牛顿第二定律列式，即可求出小车1.00(6)对实验原理进行分析，明确摩擦解析：(3)物体做匀加速直线运动，图6-19图6-19(5)由图6-19可知，当n=4时，加速度为0.784×0.01×9.8=(m+5×0.01【实验目的】2.求出平抛物体的初速度。【实验原理】平抛物体的运动可以看作两个分运动的合运动：一是水平方向的匀速直线运动，另一个是竖直方向的自由落体运动。小球作平抛运动，利用描点法描出小球的运动轨迹(如图7-1),即小球作平抛运动的曲线，建立直角坐标系，测出曲线上的某一点的坐标x和y,根据重力加速度g的数值，利用公式y=gt²/2求出小球的飞行时间t,再利用公式x=vt,求出小球【实验器材】平抛实验器材：包括底座、接球板、执紧螺丝、水准气泡、定位器、斜槽【实验步骤】2.用图钉把白纸钉在图板上，确定坐标原点0,把小球放在槽口处，用铅笔记下球在槽口时球心在图板上的水平投影点0,0点即为坐标原点。3.将定位器固定，每次实验都让小球从定位器前由静止开始运动，以保证4.逐次将接球板从上到下在不同高度承接钢球，钢球在接球板上的落点用描点器记录到白纸上。找出小球平抛轨迹上的一系列位置。取下白纸用平滑的高中物理实验教程5.计算初速度：以0点为原点画出竖直向下的y轴和水平向右的x轴，并在曲线上选取A、B、C、D、E、F六个不同的点，用刻度尺和三角板测出它们的坐标x和y,用公式x=vot,y=gt²/2,计算出小球的初速度vo,最后计算出v₀的平均值，并将有关数据记入表格内。【其他描绘轨迹的方法】1.小球碰铅笔尖法：用铅笔的笔尖轻轻地靠在木板的平面上，不断调整笔尖的位置，使从斜槽上滚下的小球正好碰到笔尖，然后就用铅笔在该处白纸上点上一个黑点，这就记下了小球球心所对应的位置。保证小球每次从槽上开始滚下的位置都相同，用同样的方法可找出小球平抛轨迹上的一系列位置。取下白纸，用平滑的曲线把这些位置连接起来即得小球做平抛运动的轨迹。2.细水柱法，必修二教材P₁₄——参考案例二。3.连续拍照片法，必修二教材P₁₄——参考案例三……你还可以想到哪些办法?【注意事项】1.实验中必须保证通过斜槽末端点的切线水平，图板必须处在竖直面内且与小球运动轨迹所在的竖直平面平行，并使小球的运动靠近图板但不接触。2.每次让小球从定位器上由静止运动，以保证每次平抛的初速度大小都相同。3.坐标原点(小球做平抛运动的起点)不是槽口的端点，应是小球在槽口时，球的球心在木板上的水平投影点。4.要在斜轨上适当高度释放小球，使它以适当的水平初速度抛出，其轨道由图板左上角到达右下角，这样可以减小测量误差。【误差分析】1.本实验误差主要来源于两个方面。小球轻放在斜槽平直部分的末端处，能使小球在平直轨道上的任意位置静止，就表明水平已调好。②建立坐标系时，以斜槽末端端口位置为坐标原点。应以小球在槽口时球心在图板上的水平投影点为坐标原点。2.计算小球的速度要在平抛轨迹上选取距0点适当远些的点来计算球的初3.要在斜槽上稍高的地方释放小球，使它以较大的水平初速度抛出，其轨【典型例题】1.如图7-2所示，有人对“利用频闪照相研究平抛运动规律”装置进行了改变，在装置两侧都装上完全相同的斜槽A、B,但位置与黑色的两个相同的小球都由斜槽某位置静止开始释放。实验后对照片做一定处理并建立直角坐标系，得到如图所示的部分小球位置示意图。根据部分小球