探索性实验一

1、探索性实验课时 1 力、热探索性实验课时综述1在高中物理学生分组实验中有关力、热的探索性实验有研究匀变速直线运动、研究平抛物体的运动、探究弹力和弹簧伸长的关系等。2探究性实验是通过实验中出现的现象，来分析这个现象的原因和规律，要注意有关实验条件与现象的关系，明确实验目的，要保证实验条件并注意观察实验现象，分析实验现象与条件之间的关系，以达到研究性实验的目的。互动探究例 1、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。

2、( 弹力始终未超过弹性限度，取g=9.8m/s 2 )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跟弹簧总砝码质量 (g)0306090120150弹簧总长 (cm)6.007.158.349.4810.6411.79弹力大小 (N)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。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 1F/N1.61.20.80.4x/10-2m05681012例 1例 2、某同学设计了一个研究平抛运动的实验装置，如图。在水平桌面上放置一个斜面，让钢球从斜面上由静止滚下，钢球滚过桌边后便做平抛运动。在钢球抛出后经过的地方放置

3、一块水平木板，木板由支架固定成钢球水平，木板所在高度可通过竖直标尺读出，木板可以上下自由调节。在木板上固定一张白纸。该同学在完成装置安装后进行了如下步骤的实验：A实验前在白纸上画一条直线，并在线上标出a、 b、 c 三点，且 ab bc，如图。量出 ab 长度 L=20.00cm。例 2B让钢球从斜面上的某一位置由静止滚下， 调节木板高度， 使得钢球正好击Oabc中 c 点，记下此时木板离地面的高度h1 70cm。C让钢球从斜面上的同一位置由静例 2止滚下， 调节木板高度， 使得钢球正好击1中 b 点，记下此时木板离地面的高度h290.00 （ cm）。D让钢球从斜面上的同一位置由静止滚下，调

4、节木板高度，使得钢球正好击中a 点，记下此时木板离地面的高度 h3 100.00cm。则该同学由上述测量结果即可粗测出钢球的平抛初速度大小vo=m/s，钢球击中 b 点时其竖bym/s。已知钢球的重力加速度为2直分速度大小为 v =g=10m/s ，空气阻力不计。例 3、利用打点计时器研究一个约1.4 高的商店卷帘窗的运动。将纸带粘在卷帘底部，纸带通过打点计时器随帘在竖直面内向上运动。打印后的纸带如图所示，数据如表格所示。纸带中AB、BC、CD 每两点之间的时间间隔为0.10s ，根据各间距的长度，可计算出卷帘窗在各间距内的平均速度V 平均 。可以将 V平均近似地作为该间距中间时刻的即时速度V

5、。（ 1）请根据所提供的纸带和数据，绘出卷帘窗运动的V-t图线。（ 2） AD段的加速度为m/s2， AK段的平均速度为m/s。例 3例 4、某同学想研究弹簧的弹性势能Ep 和弹簧形变量 x 间的函数关系。 设想用水平力缓慢地将弹簧从原长拉伸 x, 该过程拉力做的功W等于弹性势能的增加 , 即 Ep。根据本实验所得 , 弹力 F 和弹簧伸长 x 的关系为 F=kx。拉力的平均值为kx/2, 所以 W=1/2kx2。他猜想弹性势能的表达式应该就是Ep=1/2kx 2。他找到一根弹簧、一个木板、一个重G=5.0N 的长方体形金属块，设计了一个实验，利用一把毫米刻度尺来验证这个结论。步骤是：（ 1）

6、将金属块悬挂在该弹簧下方， 静止时测得弹簧的伸长量为1.00cm, 由此得出该弹簧受单位作用力伸长，即 F= kx 式中的比例系数 k 为 _N/m；（ 2）将金属块放在长木板上，调节长木板的倾角， 当金属块刚好能匀速下滑时测出斜面的高度为10.00cm,底边长为 40.00cm, 由此测得金属块和长木板间的动摩擦因数=_。（ 3）如图将弹簧一端固定在竖直墙上，另一端与金属块接触，用手向左压金属块使弹簧压缩一定长度后由静止释放，滑块脱离弹簧后，又沿长木板滑行一段距离而停下。 测出每次弹簧的压缩量x 和金属块和长木板上滑行的距离s，将对例 4应的数据填写在下面的表格中。X/cm1.502.002

7、.503.003.504.00S/cm4.508.1012.4518.0024.4632.05请你根据他的思路完成该实验。并验证结果是否符合猜想Ep=kx2/2 。2例 5、为研究钢球在液体中运动时所受阻力的大小, 让钢球从某一高度竖直落下进入液体中运动, 用闪光照相方法拍摄钢球在不同时刻的位置, 如图所示 . 已知钢球在液体中运动时所受阻力F=kv2, 闪光照相机的闪光频率为f , 图中刻度尺的最小分度为s0, 钢球的质量为m.（ 1）试定性描述钢球的运动：（ 2）由闪光照片及上述已知条件可求得阻力常数k 的表达式为k=例 5* 例 6、如图甲所示为探究“水流射程与排水孔高度的关系”的实验装

8、置。在一个一端开口的塑料筒侧壁的母线上钻一排小孔，使小孔间距相等。实验时将筒内注满水，并保持水面高度H不变，测出相应的高度h 和射程 S 为h cm2.55.07.510.012.515.020.025.0S cm11.015.019.022.023.022.517.06.5(1) 根据所测数据， 在坐标纸乙上作出小孔高度 h 和对应的射程 s 的关系曲线。(2) 根据测得数据和关系曲线可以判断：在h=H时，射程s 最大(3) 为什么在靠近水面处和靠近底面处射程 s 都 很 小 , 说 说 你 的 看法.例 6 甲例 6 乙课堂反馈1、如图甲所示，是一位同学在实验室中照的一小球做平抛运动的频闪

9、照片的一部分，由于照相时的疏忽，没有摆上背景方格板，图中方格是后来用直尺画在相片上的（图中格子的竖直线是实验中重垂线的方向，每小格的边长均为 5mm ) ，为了补救这一过失， 他对小球的直径进行了测量，如图乙所示，如果取重力加速度g=10m / s2，则 ( l）照片闪光的频率为_Hz ;( 2）小球馈 1作平抛运动的初速度为 _m / s .12 .2、某兴趣小组为测一遥控电动小车的额定功率，进行了如下实验：用天平测出电动小车的质量为0.4kg ；3将电动小车、纸带和打点计时器按如图甲所示安装；打点计时器纸带馈 2图甲接通打点计时器（其打点周期为0.02s ）；使电动小车以额定功率加速运动，

10、达到最大速度一段时间后关闭小车电源，待小车静止时再关闭打点计时器（设小车在整个过程中小车所受的阻力恒定）。在上述过程中，打点计时器在纸带上所打的部分点迹如图乙所示。6.006.015.996.005.785.355.044.714.404.07馈2图乙单位： cm请你分析纸带数据，回答下列问题：（ 1）该电动小车运动的最大速度为m/s；（ 2）该电动小车的额定功率为W。*3 、在液体中下落的物体最终会达到一个恒定的速度，称之为收尾速度。一个半径为r 的球体在液体中下落的收尾速度为 vg r 2 (')，其中、 g、 、 '分别为液体的粘滞系数（与液体种类相关的常3数）、重力加速

11、度（本题中为已知量）、球体的密度、液体的密度。某同学为了测定某已知密度的液体的粘滞系数，选定了下列器材：一只1000mL 的量筒、一块秒表、一把刻度尺、直径不同的铝球若干个（最大直径约 10.00mm）。（ 1）请列出该同学漏选的器材：。（ 2）实验时，该同学首先将直径约 10.00mm 的铝球重复从装满被测液体的量筒面上自由落下测定它通过量筒刻度线 750mL到 500mL和 450mL到 200mL 的两段时间，列表如下：距离 L（ mL）时间 t(s)平均时间 t (s)750 5001.741.721.721.73450 2001.731.721.731.73由以上测量数据得到的结论是

12、。（ 3）若测出了不同半径的铝球的收尾速度，并已知球体和液体的密度，要求出液体的粘滞系数，对以上数据应如何处理？达标训练1、科学思维和科学方法是我们认识世界的基本手段。在研究和解决问题过程中，不仅需要相应的知识，还要注意运用科学方法。理想实验有时更能深刻地反映自然规律。伽利略设想了一个理想实验，如图所示，其中有一个是经验事实，其余是推论。减小第二个斜面的倾角，小球在这斜面上仍然要达到原来的高度第 1 题两个对接的斜面，让静止的小球沿一个斜面滚下，小球将滚上另一个斜面如果没有摩擦，小球将上升到原来释放时的高度继续减小第二个斜面的倾角，最后使它成水平面，小球要沿水平面作持续的匀速运动请将上述理想实

13、验的设想步骤按照正确的顺序排列（只要写序号即可）在上述的设想步骤中，有的属于可靠的事实，有的则是理想化的推论。下列关于事实和推论的分类正确的是（）4A是事实，是推论B是事实，是推论C是事实，是推论D是事实，是推论2、科技馆中有一个展品，如图所示，在较暗处有一个不断均匀滴水的龙头，在一种特殊的灯光照射下，可观察到一个个下落的水滴，缓缓调节水滴下落的时间间隔到适当状况，可看到一种奇特现象，水滴似乎不在落下，而有如固定在图中 A、 B、 C、 D 四个位置不动一般。请问实际上水滴是下是在继续下滴？这种特殊的照射灯有什么特点？能不能通过图中标尺定量地说明这个灯的特点？提示：题设“在较暗处”，表明能提供

14、照明的只有这一种特殊的光源。通常水滴下落加速度为 g，速度变化很快，人眼看不清下落的水滴“的现象。只有灯光间歇照明的情况下，水滴又是均匀滴出的，才有可能观察到上述现象。也就是说当灯光闪亮瞬间，恰好有一个水滴到达空间同一位置，才能感觉到该位置有一个似乎是静止的水滴。3、有两个人要把质量m=1000kg 的货物装进离地h=1m高的卡车车厢内。他们找来L=5m的斜面，但没有其它任何工具可用。假设货物在水平地面上和此斜面上滑动时所受摩擦阻力恒为货物重力的0.12倍，两个人的最大推力各为800N。（ 1）通过分析说明俩人能否将货物直接推进车厢？（ 2）请你帮助他们设计一个可行的方案，并详细证明之。（ g

15、 取 10m/s2）4、在做“研究平抛物体的运动”的实验中，为了确定小球在不同时刻所通过的位置，实验时用如图所示的装置，先将斜槽轨道的末端调整水平，在一块平木板表面钉上复写纸和白纸，并将该木板竖直立于紧靠槽口处使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放，小球撞到木板并在白纸上留下痕迹 A；将木板向远离糟口平移距离 x，再使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放，小球撞在木板上得到痕迹 B；又将木板再向远离槽口平移距离 x，小球再从斜槽上紧靠挡板处由静止释放， 再得到痕迹 C若测得木板每次移动距离x=10.00cm ， A、 B 间 距 离 y14.78 cm， B、 C 间 距 离y214.82 cm2）1

16、0m/s（ g 取根据以上直接测量的物理量得小球初速度为第 4 题v0_（用题中所给字母表示） 。小球初速度的测量值为 _m/s 。5、某校物理兴趣小组设计一个玻璃管测力计：横截面积 S=1.00cm2的一端封闭、 一端开口的玻璃管内，一个很薄的轻质活塞封闭了一定量的空气，活塞连结一个秤钩。将测力计开口向下竖直悬挂，下端秤钩挂上砝码， 如图所示。 现将不同质量的砝码 m挂在秤钩上，稳定后用刻度尺测量出活塞与管顶之间的距离 L，在实验过程中，气体的温度保持不变，四次实验部分数据记录在下面的表格上：次数1234m/ Kg0.0000.1000.250L / cm2.002.223.365（1）通过

17、计算，将数据填入表内两个空白处。实验时大气压强P0=帕。 (g 取 10.0m/s 2，结果保留三位有效数字)（ 2）在玻璃管测力计上L=4.00cm 处应标上所测作用力大小F=N.空气柱长度L 随加在秤钩上作用力F 变化而（填：均匀，不均匀）变化。（ 3）通过实验，同学们发现用玻璃管测力计来测力，还存在一些不足之处，其中主要的不足之处第 5 题；。6、口香糖的生产已有很久的历史，咀嚼口香糖有很多益处，但其残留物也会带来污染，为了研究口香糖粘附力与温度的关系，一位同学通过实验，测定了不同温度下除去糖分的口香糖与磁砖地面的粘附力，得到了如图所示的一组数据：（ 1）根据上述数据，在图中绘制出粘附力

18、F 随温度的变化图线。（ 2）根据数据和得到的图线，可以得到的实验结论是什么？7 、将一个动力传感器接到计算机上，我们就可以测量快速变化的力图中所示就是用这种方法测得的某小滑块在半球形碗内的竖直平面内来回滑动时， 对碗的压力随时间变化的曲线 请分析小滑块的运动并从这根曲线获取的各种信息，你能对小滑块本身及其运动做出哪些推论和判断？要求陈述得出这些信息以及推论和判断的论证过程8、 设计一个实验来研究轻弹簧的弹性势能与弹簧长度改变量之间的关系，实验步骤如下： （1）在离地面高度为 h 的光滑水平桌面上，沿着与桌子边缘垂直的方向放置一轻弹簧， 其左端固定，右端与一质量为m的小钢球接触。当弹簧处于自然

19、长度时，小球恰好在桌子边缘；（ 2）如图所示，让小球向左压缩弹簧一段距离后，由静止释放，使第 7 题hS第 8 题6小球沿水平方向射出桌面，小球在空中飞行后落到水平地面，水平射程为s；测出弹簧的压缩量x 与对应的小球飞行的水平距离s 的实验数据如下表所示。弹簧长度压缩量（cm）1.001.502.002.503.003.50小球飞行水平距离（m ）1.011.502.012.483.013.50试（ 1）：推导弹簧的弹性势能EP 与小球质量 m、桌面离地的高度h、水平距离 s 等物理量的关系式。（ 2）猜测弹簧的弹性势能EP 与弹簧长度的压缩量x 之间的关系。9、某班同学分组利用手头现有的各类

20、线、摆球（直径约为2cm 左右）等材料研究摆的运动，一组是先测量了摆的运动周期，然后利用单摆周期公式计算得到L0；另一组是用刻度尺测量得到的线的长度L，两组数据记录如下表所示：L0 /cm54.158.063.767.374.578.182.986.589.291.494.498.6L/cm53.056.862.466.269.576.881.682.088.190.289.197.5（ 1）比较此表的相关数据，可以发现：每次测得的L0 与 L 值，始终存在L0L情况；其中大部分相对应的数据相差不大，产生这一差异的主要原因是（ 2）表格中少数相对应的数据差异较大，出现这一结果的原因可能是，（

21、3）由此，我们可以推断要使L0 与 L 很接近，这个摆和摆的运动应满足的条件。10、为了测量两张纸之间的摩擦因数，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，砂桶通过细线与A 相连，调节砂桶中砂的多少，使A 匀速向左运动，测出砂桶和砂的总质量m以及贴纸木块A 的质量 M，则 =m M。(1)该同学为什么要把纸贴在木块上而不直接测量两张纸间的滑动摩擦力? (2)在实际操作中，发现要保证木块A 做匀速运动比较困难，请你对这个实验作一改进来解决这一困难( 可根据自己设计的方案添加实验器材 )。第10题11、甲、乙、丙三位同学对飞机如何获得向前推进的作用力，

22、为何能由地面起飞升空，并且能在天空中飞行，不致坠落，各有不同的主张。对于飞机如何获得向前推进的作用力或加速度，甲认为：起落架上的轮子必须转动，在地面跑道施加给轮胎的摩擦力推动下，飞机才能获得前进的加速度；乙则认为：飞机的螺旋桨或涡轮机必须转动，将周围空气吹向飞机后方，在空气的反作用力推动下，飞机才能获得前进的加速度；丙则认为：不论飞机的引擎周围有无空气，均能使其燃料迅速燃烧，当废气向后喷出时，飞机获得反作用力，因此能向前加速。至于飞机为何能由地面起飞升空，而在空中时，为何又能维持飞行高度，不会坠落，甲和乙都认为是由于飞机前进时，流过机翼上方与下方的空气速率不同，使机翼下方的力较大。因此，当飞机

23、沿水平方向快速前进时，机翼上方与下方受到的压力不同，可以产生竖直向上的作用力（称为升力），以克服重力，飞机因而得以升空，并在空中保持飞行高度，不致坠落。丙则认为：飞机依靠向前的推进力，就能起飞升空，并改变飞行方向，进入一定的轨道，在重力作用下绕着地球飞行。依据以上所述，回答以下各题：（ 1）对飞机如何获得向前的推进力，三位学生提出的主张，分别与汽车、轮船、火箭前进时使用的原理类似。下表中最适合用来说明这三种原理与学生主张间的对应关系的是（）。ABCDEF汽车甲乙甲丙丙乙轮船乙甲丙甲乙丙火箭丙丙乙乙甲甲7（ 2）考虑飞机在近乎为真空的太阳中航行的可能性。下列选项中的学生，其所提出的飞机飞行原理不

24、能用于太空航行的是（）。A甲、乙、丙B甲、乙C 甲、丙D 甲 E 乙（ 3）如果飞机依照三位学生主张的方式，下列选项中正确的是（）。须有加速跑道才能升空升空后即没有向前推进力A甲、乙、丙甲、乙B甲、乙甲C甲、乙乙、丙D甲甲、乙（ 4）甲、乙两学生的主张飞机的升力来自机翼上、下方的空气的压力差，而根据流体动力学原理，在稳定的气流中，流速愈快的地方，气体的压力愈小。如果飞机由水平地面起飞或在大气中飞行时，流经机翼的空气可视为稳定的气流，则依据甲、乙两学生的主张，下列叙述中正确的是（）。A、飞机的飞行高度固定时，机翼下方的空气流速一定比机翼止方为大B、飞机要离地升空时，机翼下方的空气流速必须比机翼上方为大C、飞机要离地升空时，机翼上方与下方的空气流速必须相等D、机翼上方与下方的空气流速相等时，飞机的飞行高度会下降12、探究能力是物理学研究的重要能力之一。物体因绕轴转动而具有的动能叫转动动能，转动动能的大小与物体转动的角速度有关。为了研究某一砂轮的转动动能Ek 与角速度 的关系。 某同学采用了下述实验方法进行探索：先让砂轮由动力带动匀速旋转测得其角速度，然后让砂轮脱离动力，由于克服转轴间摩擦力做功，砂轮最后停下，测出砂轮脱离动力到停止