必修一实验专题
试验一：用打点计时器测速度
一、实验目的
1．了解打点计时器的结构、原理及使用方法．
2．会用纸带求速度及根据v－t图象处理数据．
二、实验原理
1．打点计时器的原理及使用
电火花计时器 电磁打点计时器 结
构
图示 实验器材
打点计时器(电磁打点计时器或电火花计时器)、纸带、、交流电源、导线等．
v＝v－t图象
利用打点计时器测量加速度
数据处理方法：
在研究匀变速直线运动中，如图是打点计时器打下的纸带。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、D…。测出相邻计数点间的距离s1、s2、s3…利用打下的纸带可以：
⑴求任一计数点对应的即时速度：如(其中T=5×0.02s=0.1s）求出B、C、D。。。。。。各点的瞬时速度，然后描绘图像，通过图像可以求加速度。
⑵利用“逐差法”求a：
课时作业()
一、选择题
1．以下是练习使用电磁打点计时器的部分实验步骤，其中有错误的操作是()
A．把打点计时器固定在桌子上，让纸带穿过限位孔，把复写纸片套在定位轴上，并压在纸带下面
B．用打点计时器的两个接线柱分别接上导线，与6V以下低压交流电源相连
C．用手水平拉动纸带，然后打开电源开关
D．取下纸带，用刻度尺测量最后一个点与计时起点的距离x0，用公式v＝计算纸带运动的平均速度
2．利用打点计时器打下的纸带()
A．能准确测出某点的瞬时速度
B．能粗略测出某点的瞬时速度
C．能准确测出某段时间内的平均速度
D．可用任意两点间的平均速度代表某点的瞬时速度
3．根据打点计时器打出的纸带，我们不用测量或计算就能直接得到的物理量是()
A．时间间隔 B．位移
C．路程 D．速度
4．甲和乙两个物体在同一条直线上运动，它们的速度—时间图象分别如图中的a，b直线，在t1时刻()
A．它们的运动方向相同
B．它们的运动方向相反
C．甲的速度比乙的速度大
D．乙的速度比甲的速度大
打点计时器电源频率为50Hz，打下的纸带如图，在纸带上按时间顺序取0、1、2、3、4、5、6共七个计数点，相邻的两点间均有四个点未画出，相邻计数点间的距离分别是S1=1.12cm、S2=1.62cm、S3=2.14cm、S4=2.65cm、S5=3.13cm、S6=3.60cm，打下计数点“5”时小车的瞬时速度V5=________m/s，小车的加速度a=________m/。（保留2位有效数字）
11.在纸带上确定出A、B、C、D、E、F、G共7个计数点。其相邻点间的距离如图所示，每两个相邻的计数点之间还有4个打印点未画出。记AB=x1，BC=x2，CD=x3，DE=x4，EF=x5，FG=x6。求小车的加速度以及打下F点时小车的速度。
12.某次研究匀变速直线运动的实验中，用打点计时器打出小车带动的纸带如图，电源频率为50Hz．在纸带上按时间顺序取0、1、2、3、4、5、6共七个计数点，每相邻的两点间均有四个点未画出，相邻计数点间的距离分别是S1=1.12cm、S2=1.62cm、S3=2.14cm、S4=2.65cm、S5=3.13cm、S6=3.60cm，计数点间的时间间隔用T表示，则计算小车加速度的公式是a=_____________________，代入数据得a=__________，打下计数点5时小车的瞬时速度V5=________m/s。
实验二：探究小车速度随时间变化的规律
一.实验目的
1.进一步练习打点计时器的使用、纸带的数据处理和瞬时速度的测量方法；
2.用打点计时器研究小车在重物牵引下的运动，探究小车速度随时间的变化规律；
3.能用v-t图象探究小车速度随时间的变化规律。
二.实验原理
利用打出的纸带，计算出多个点的瞬时速度，分析速度和时间的关系。
计算打各计数点时小车的速度，应在计数点附近取一个很短的时间，用内的平均速度作为打该计数点小车的瞬时速度。
用描点法作出小车的v-t图象，图象的斜率表示加速度。若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。
三.实验仪器
电源、导线、打点计时器、小车、4个25g的钩码、一端带有滑轮的长木板、带小钩的细线、纸带、刻度尺、坐标纸等。
四.实验步骤
1.将打点计时器用配套的螺旋夹固定在长木板的一边,连接好电路。(如无螺旋夹时可在长木板上敲几个长钉紧靠打点计时器的前后借以固定；有的用大弹簧夹子把打点计时器紧夹在长木板边缘也可，但要注意不能影响打点计时器工作。)
2.将挂有重物的细绳跨过滑轮与小车相连接。(调节滑轮的高度使细线与木板平行,小车能在木板上平稳滑行,操作时必须注意使细绳的拉力通过小车的重心,以免小车前进时小车转动或摇晃,可在系好细绳后试拉一下小车,观察车身是否作直线运动。)
3.将穿过打点计时器的纸带与小车厢连接。(操作时要将纸带紧紧地夹在小车上,以免小车运动时纸带松开,可用弹簧夹子夹住,但不要使纸带破损,以免小车启动时把纸带拉断。)
4.使小车停靠在打点计时器处，先接通电源，后释放小车，让小车在水平长木板上运动，打点计时器同时开始工作，在纸带上打出一系列的点。（操作时应试打几次，不要使点迹过分密集或过分疏散，若觉得太密集时可增加绕过滑轮线绳下所系的重物，反之则减小。）
5.打出纸带后，关闭电源，取下纸带，改变钩码的质量，重复上述步骤，多打出几条纸带（3-5条）。
6.实验操作完毕，整理器材，进行数据处理。
五.数据处理
1.纸带的选取：选择点迹较清晰的，舍掉开头一些过于密集的点，找到适当的点为计时起点。
2.瞬时速度的计算
用公式
实验三：探究求合力的方法
1．实验目的：探究求合力的方法.
2．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拉伸到某点，所以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是否大小相等，方向相同.
3．实验器材：方木板、白纸、弹簧秤(两只)、橡皮条、细绳套(两个)、三角板、刻度尺、图钉(几个).
4．实验步骤
(1)用图钉把白纸钉在方木板上.
(2)把方木板平放在桌面上，用图钉把橡皮条的一端固定在A点(如图2-4-1所示)橡皮条的另一端拴上两个绳套.
(3)用两只弹簧秤分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长到某一位置O．用铅笔描下O点的位置和两条细绳套的方向，并记录弹簧秤的读数．注意在使用弹簧秤的时候，要使它的弹簧与木板平面平行.
(4)用铅笔和刻度尺从力的作用点(位置O)沿着两条绳套的方向画直线，按选定的标度作这两只弹簧秤的拉力F1和F2图示，以F1和F2为邻边利用刻度尺和三角板作平行四边形，过O点画平行四边形的对角线，即为合力F的图示.
(5)只用一个弹簧秤，通过细绳把橡皮条的结点拉到同样位置O.读出弹簧秤的示数，记下细绳的方向，按同一标度作出这个力F′的图示.
(6)比较力F′与用平行四边形定则求得的合力F的大小和方向，看它们是否相等.
(7)改变两个分力的大小和夹角，再做两次实验.
5．注意事项
(1)使用弹簧秤前，要先观察指针是否指在零刻度处，若指针不在零刻度处，要设法调整指针，使之指在零刻度处．再将两个弹簧秤的挂钩钩在一起，向相反方向拉，如果两个示数相同方可使用.
(2)实验中的两只细绳套不要太短.
(3)在同一次实验中，使橡皮条拉长时结点的位置一定要相同.
(4)在使用弹簧秤拉力时，拉力应沿弹簧秤的轴线方向．弹簧秤中弹簧轴线、橡皮条、细绳套应该位于与纸面平行的同一平面内．要防止弹簧秤卡壳，防止弹簧秤或橡皮条与纸面有摩擦
(5)在同一实验中，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．
【例１】在做《探究求合力的方法》实验时，橡皮筋的一端固定在木板上，用两个弹簧秤把橡皮筋的另一端拉到某一确定的O点，以下操作中错误的是()
A．同一次实验中，O点位置允许变动；
B．实验中，弹簧秤必须保持与木板平行，读数时视线要正视弹簧秤的刻度；
C．实验中先将其一个弹簧秤沿某一方向拉到最大量程，然后只需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；
D．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应取900，以便算出合力的大小.
解析：A是错误的，O点是参考点，它的变动将无法确定分力F1、F2和F/的大小和方向．Ｃ．也是错误的，第一个弹簧秤己拉到最大量程，而后再拉另一个弹簧秤将橡皮条另二端拉到Ｏ点，这是没有保证的．D也是错误的，两弹簧秤之间的夹角为900是可以的，其它角度也是可以的．目的不是为计算合力的方便．本实验的目的是训练学生通过作图法来测量合力的大小．计算法不是主要验证平行四边形定则的方法．但是也不排除两者并用，加以对照．不过用计算法求合力，两弹簧秤的夹角也不一定非900不行，其它角度也是能计算的．
【例２】将橡皮筋的一端固定在A点，另一端拴两根细绳，每根细绳分别连着一个量程为5N，最小刻度是0.1N的弹簧测力计．沿着两个不同方向拉弹簧测力计，使橡皮筋的活动端拉到L点时，两根细绳互相垂直，如图2-4-2所示．
(1)由图可读出这两个互相垂直拉力的大小分别为____________N和____________N.(只须读到0.1N)
(2)用什么方法可以画出两个力的方向?
__________________________________________.
(3)在本题的虚线方格纸上按作图法的要求画出这两个力及它们的合力.
解析：(1)4.02.5
记下弹簧所拉两根细绳上相距稍远的两位置在纸上的投影点,连结投影点与结点在纸上投影点的连线即得两拉力的方向.
（3）如图2-4-3所示
针对练习：
1．在做完“探究求合力的方法”实验后，某同学将其实验操作过程进行了回顾，并在笔记本上记下如下几条体会，你认为他的体会中正确的是 ()
A．用两只弹簧测力计拉橡皮条时，应使两细绳套间的夹角为90°，以便算出合力的大小
B．用两只弹簧测力计拉橡皮条时合力的图示F与用一只弹簧测力计拉橡皮条时力的图示F′不完全重合，在误差允许范围内，可以说明“力的平行四边形定则”成立
C．若F1、F2方向不变，而大小各增加1N，则合力的方向也不变，大小也增加1N
D．在用弹簧测力计拉橡皮条时，应使弹簧测力计的弹簧与木板平面平行
2．图1甲为“探究求合力的方法”的实验装置．
图1
(1)下列说法中正确的是________．
A．在测量同一组数据F1、F2和合力F的过程中，橡皮条结点O的位置不能变化
B．用弹簧测力计拉细线时，拉力方向必须竖直向下
C．F1、F2和合力F的大小都不能超过弹簧测力计的量程
D．为减小测量误差，F1、F2方向间夹角应为90°
(2)弹簧测力计的指针如图乙所示，由图可知拉力的大小为________N.
3．在“探究求合力的方法”实验中，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测力计互成角度地拉橡皮条，另一次是用一个弹簧测力计通过细绳拉橡皮条．
(1)实验对两次拉伸橡皮条的要求中，下列说法正确的是________(填字母代号)．
A．将橡皮条拉伸相同长度即可
B．将橡皮条沿相同方向拉到相同长度
C．将弹簧测力计都拉伸到相同刻度
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．弹簧测力计、细绳、橡皮条都应与木板平行
C．用两弹簧测力计同时拉细绳时两弹簧测力计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
4．某同学用如图2所示的实验装置来探究求合力的方法．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，
图2
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．
(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
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
5．某同学在家中尝试验证平行四边形定则，他找到三条相同的橡皮筋(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分别挂在墙上的两个钉子A、
B上，另一端与第三条橡皮筋连接，结点为O，将第三条橡皮筋的另一
端通过细绳挂一重物，如图4所示．
(1)为完成实验，下述操作中必需的是________．
A．测量细绳的长度
B．测量橡皮筋的原长
C．测量悬挂重物后橡皮筋的长度
D．记录悬挂重物后结点O的位置
(2)钉子位置固定，欲利用现有器材，改变条件再次验证，可采用的方法是________________________________________________________________________．
实验四：探究加速度与力、质量的关系
一、实验目的
1．学会用控制变量法研究物理规律．
2．探究加速度与力、质量的关系．
3．掌握利用图象处理数据的方法．
二、实验原理
采用控制变量法：
1．保持物体质量m不变，探究加速度a与力F的关系．
2．保持物体所受的力相同，探究加速度a与质量m的关系．
三、实验器材
一端附有定滑轮的长木板；小车；带小钩的细绳；沙子和小桶；打点计时器；纸带及复写纸片；刻度尺；低压交流电源、导线；砝码；天平(带有一套砝码)
四、实验步骤
1．用天平测出小车和小桶的质量M和m桶，把数值记录下来．
2．按图4－2－1所示把实验器材安装好，只是不把悬挂小桶的细绳系在小车上(即不给小车加牵引力)．
3．平衡摩擦力．
4．把细绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂小桶，先接通电源
再放开小车，取下纸带，在打点纸带上标上纸带号码．
5．保持小车的质量不变，在小桶内放入质量为m′的沙，重复步骤4，在小桶内放入质量为m″、m、……的沙，再重复4，m′、m″、m、……的数值都要记录在纸带上(或表格内)．
6．在每条纸带上都选取一段比较理想的部分，按“测定匀变速直线运动的加速度”实验中的方法算出每条纸带的加速度a.
7．用纵坐标表示加速度，横坐标表示力，根据实验结果在坐标平面上画出相应的点．若这些点在一条直线上，便证明了加速度与作用力成正比，即＝或a∝F.
8．保持沙和小桶的质量不变，在小车上依次加砝码(也需做好记录)，重复上述步骤4和步骤6.用纵坐标表示加速度，横坐标表示小车及砝码总质量的倒数，在坐标平面上根据实验结果画出相应的点．如果这些点是在一条直线上，就证明加速度与质量成反比，即＝或a∝.
五、注意事项
1．平衡摩擦力时不要挂重物，整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变盘和砝码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．
2．实验中必须满足小车和砝码的质量远大于小盘和砝码的总质量．只有如此，砝码和小盘的总重力才可视为与小车受到的拉力相等．
3．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．离直线较远的点是错误数据，可舍去不予考虑．
4．小车应靠近打点计时器且先接通电源再放手.
一、单项选择题(每小题6分，共30分)
1．在用实验探究加速度和力、质量的关系时，下列关于实验的思路和数据分析，不正确的是()
A．实验的基本思想是：保持物体的质量不变，测量物体在不同力作用下的加速度，分析加速度与力的关系
B．实验的基本思想是：保持物体所受力相同，测量质量不同的物体在该力作用下的加速度，分析加速度与质量的关系
C．在处理实验数据中，以a为纵坐标，F为横坐标，根据数据在坐标系中描点，若这些点在一条过原点的直线上，说明a与F成正比
D．在处理实验数据时，以a为纵坐标，m为横坐标，根据数据在坐标系中描点，若这些点在一条过原点的直线上，说明a与m成正比
2．某同学在做“探究加速度与力和质量的关系”实验时，采用了课本上案例的装置，由于没有考虑重物的质量，结果得到的a－图象可能是下图中的哪一个？()
3．为了更直观地反映物体的加速度a与物体质量m的关系，往往用二者的关系图象表示出来，该关系图象应选用()
A．a－m图象B．m－a图象
C．a－图象D.－a图象
4．在做探究加速度与力、质量的关系的实验时，下列说法中错误的是()
A．应使砂和小桶的总质量远小于小车和砝码的总质量，以减小实验误差
B．可以用天平测出小桶和砂的总质量m1.小车和砝码的总质量m2.根据公式a＝m1g/m2求出小车的加速度
C．处理实验数据时采用描点法画图象，是为了减小误差
D．处理实验数据时采用a－图象，是为了便于根据图线直观地作出判断
如果物体的a－图象为通过原点的一条直线，则说明()
A．物体的加速度a与质量m成正比
B．物体的加速度a与质量m成反比
C．物体的质量m与加速度a成反比
D．物体的质量m与加速度a成正比
二、多项选择题(每小题6分，共18分)
6．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，关于平衡摩擦力的说法中正确的是()
A．“平衡摩擦力”的本质就是想法让小车受到的摩擦力为零
B．“平衡摩擦力”的本质就是使小车所受的重力的下滑分力与所受到的摩擦阻力相平衡
C．“平衡摩擦力”的目的就是要使小车所受的合力等于所挂钩码通过细绳对小车施加的拉力
D．“平衡摩擦力”时应将小车在钩码通过细绳和滑轮而拉动运动过程中进行调整
7．在本实验中，下列说法正确的是()
A．平衡摩擦力时，小桶应用细线通过定滑轮系在小车上，但小桶内不能装砂
B．实验中应始终保持小车和砝码的质量远远大于砂和小桶的质量
C．实验中如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时，即可证明加速度与质量成反比
D．平衡摩擦力时，小车后面的纸带必须连好，因为运动过程中纸带也要受到阻力
8．如下图是某些同学根据实验数据画出的图象，下列说法中正确的是()
A．形成图(甲)的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大
B．形成图(乙)的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小
C．形成图(丙)的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大
D．形成图(丁)的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小三、非选择题(共52分)
9．(10分)实验台上备有下列器材：A.打点计时器、纸带及复写纸片；B.附有定滑轮的长木板；C.小车；D.砝码；E.钩码；F.小桶、细绳、沙；G.若干导线；H.秒表；I.天平(附砝码)；J.刻度尺；K.弹簧秤；L.6V蓄电池；M.学生电源．
探究加速度与力、质量的关系实验需要的器材有：__________.
10．(8分)在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，按实验要求安装好器材后，应按一定步骤进行实验，下列操作步骤的安排顺序不尽合理，请按合理的顺序将字母代号填写在横线上________．
A．保持小盘和小盘里砝码的质量不变，在小车里加砝码，测出加速度，重复几次
B．保持小车质量不变，改变小盘里砝码的质量，测出加速度，重复几次
C．用天平测出小车的质量和小盘的质量
D．平衡摩擦力，使小车近似做匀速直线运动
E．挂上小盘，放入砝码，接通打点计时器的电源，放开小车，在纸带上打下一系列的点
F．根据测量数据，分别画出a—F图象和a—图象
G．在每条已打点的纸带上选取比较理想的部分，算出加速度的值
11．(14分)在做实验时，首先要细心地调整装置，以使小车做匀速运动，然后才进行实验，这样做的目的何在？怎样确定小车做匀速运动？
12．(20分)“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”的实验装置如图甲所示．
(1)在平衡小车与桌面之间摩擦力的过程中，打出了一条纸带如图乙所示．计时器打点的时间间隔为0.02s．从比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，量出相邻计数点之间的距离．该小车的加速度a＝________m/s2.(结果保留两位有效数字)
(2)平衡摩擦力后，将5个相同的砝码都放在小车上．挂上砝码盘，然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中，测量小车的加速度．小车的加速度a与砝码盘中砝码总重力F的实验数据如下表：
砝码盘中砝码
总重力F(N) 0.196 0.392 0.588 0.784 0.980 加速度
a(m·s－2) 0.69 1.18 1.66 2.18 2.70 请根据实验数据作出a—F的关系图象．
(3)根据提供的实验数据作出的a—F图线不通过原点，请说明主要原因．
1
2
0
3
4
5
图2-4-1
图2-4-2
图2-4-3
|
|
