第 章 力学实验复习（2）-（无答案）

1、 PAGE 17 教 育 学 科 教 师 讲 义讲义编号： 副校长/组长签字： 签字日期： 学 员 编 号 ： 年 级 ： 高三 课 时 数 ：3学 员 姓 名 ： 辅 导 科 目 ： 物理 学 科 教 师 ：孙莉珍课 题 力学实验（2）课 型 预习课 同步课 复习课 习题课课 次授课日期及时段 2017 年 1 月 8 日 00 ：00 00 ：00 （ ）教 学 目 的4、探究加速度与力、质量的关系探究动能定理验证机械能守恒重 难 点教 学 内 容【基础知识网络总结与巩固】实验四探究加速度与力、质量的关系一实验原理采用控制变量法：当研究对象有两个以上的参量发生牵连变化时，我们设法控制某些参

2、量使之不变化，而研究其中 两个量 的变化的方法。本试验有F m a三个参量，研究加速度与力、质量的关系时，我们先控制一个变量。即当力不变时，加速度与 m 的关系；当质量不变时，加速度与 F 的关系。二实验步骤(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（平衡摩擦力是使小车的重力沿斜面方向的分力正好平衡小车受到的摩擦阻力。平衡摩擦力时不要把小盘悬挂在小车上。）(4)操作：小盘通过细绳绕过滑轮系于小车上

3、，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，小盘的重力即小车所受绳子的拉力，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aF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aeq f(1,m)图象三注意事项(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：mm.(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

4、放小车，且应在小车到达滑轮前按住小车四误差分析(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mg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差考点一对实验步骤和数据处理的考查例题1、图1为验证牛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。在小车质量未知的情况下，某同学设计了一种方法用来研究“在外力一定的条件下，物体的加速度与其质量间的关系”。（1）完成下列实验步骤中的填空：平衡小车所受的阻力：小吊盘中不放物块，调整木板

5、右端的高度，用手轻拨小车，直到打点计时器打出一系列_的点。按住小车，在小吊盘中放入适当质量的物块，在小车中放入砝码。打开打点计时器电源，释放小车，获得带有点列的纸袋，在纸袋上标出小车中砝码的质量m。按住小车，改变小车中砝码的质量，重复步骤。在每条纸带上清晰的部分，没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。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（填“线性”或“非线性”）。（2）完成下列填空：（）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不变，小吊盘和盘中物块

6、的质量之和应满足的条件是_。（）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2为用米尺测量某一纸带上的s1、s3的情况，由图可读出s1=_mm，s3=_。由此求得加速度的大小a=_m/s2。（）图3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_。例2(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

7、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(选填“大于”、“小于”或“等于”)例3

8、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：(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M0.4 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_Am5 gBm15 g Cm40 g Dm400 g(3)在此实验中，需要测得每一个牵引力对应的加速度

9、，写出该加速度的表达式：_.(用t1、t2、D、x表示)考点二.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

10、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am图象而作aeq f(1,m)图象，反映在图象中就是把原来的曲线变成倾斜的直线例1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am1图象(

11、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g10 m/s2，则小车的质量为_kg，小盘的质量为_kg.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.考点三对实验误差分析能力的考查例题1、（6分）某同学利用图（a）所

12、示实验装置即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（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，回答下列问题：（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”）的关系。（2）由图（b）可知，图线不经过远点，可能的原因是。（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是。例题2、在“验证牛顿第二定律”的实验中，采

13、用如图所示的实验装置，小车及车中砝码的质量用M表示，盘及盘中砝码的质量用m表示，小车的加速度可由小车后拖动的纸带打上的点计算出(1)当M与m的大小关系满足时，才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘及盘中砝码的重力(2)一组同学在做加速度与质量的关系实验时，保持盘及盘中砝码的质量一定，改变小车及车中砝码的质量，测出相应的加速度，采用图象法处理数据为了比较容易地检查出加速度a与质量M的关系，应该做a与的图象(3)如图(a)，甲同学根据测量数据做出的aF图线，说明实验存在的问题是(4)乙、丙同学用同一装置做实验，画出了各自得到的aF图线，如图(b)所示，两个同学做实验时的哪一个物理量取值不同？答：。(5

14、)已知打点计时器使用的交流电频率为50Hz，每相邻两个计数点间还有4个点未画出，利用下图给出的数据可求出小车下滑的加速度a=。（结果保留三位有效数字）实验五 探究动能定理一、实验原理1不是直接测量对小车做功，而是通过改变橡皮筋条数确定对小车做功W、2W、3W.2由于橡皮筋做功而使小车获得的速度可以由纸带和打点计时器测出，也可以用其他方法测出这样，进行若干次测量，就得到若干组功和速度的数据3以橡皮筋对小车做的功为纵坐标，小车获得的速度为横坐标，作出Wv曲线，分析这条曲线，可以得知橡皮筋对小车做的功与小车获得的速度的定量关系二、实验步骤 1按如图实11所示将实验仪器安装好，同时平衡摩擦力2先用一条

15、橡皮筋做实验，用打点计时器和纸带测出小车获得的速度v1，设此时橡皮筋对小车做的功为W1， 将这一组数据记入表格 3用2条橡皮筋做实验，实验中橡皮筋拉伸的长度与第一次相同，这样橡皮筋对小车做的功为W2，则W2 =2 W1，测出小车获得的速度v2，将数据记入表格 4用3条、4条橡皮筋做实验，用同样的方法测出功和速度，记入表格 三、数据处理 1测量小车的速度：实验获得如图所示的纸带，为探究橡皮筋弹力做功和小车速度的关系，需要测量弹力做功结束时小车的速度，即小车做匀速运动的速度，应在纸带上测量A1、A2间的距离s， 则小车速度的表达式为v (T为 打点计时器打点的时间间隔)。 2实验数据处理及分析：在

16、坐标纸上(图实13)画出Wv和Wv2图线(“W”以一根橡皮筋做的功为单位) 3实验结论：从图象可知功与物体速度变化的关系为 Wv2. 四实验注意事项(1)将木板一端垫高，使小车的重力沿斜面向下的分力与摩擦阻力平衡方法是轻推小车，由打点计时器打在纸带上的点的均匀程度判断小车是否做匀速运动，找到长木板的一个合适的倾角(2)测小车速度时，应选纸带上的点均匀的部分，也就是选小车做匀速运动的部分(3)橡皮筋应选规格一样的力对小车做的功以一条橡皮筋做的功为单位即可，不必计算出具体数值 （4）除了课本上设计的实验方案外，还经常用探究牛顿第二定律的装置用钩码牵引小车做实验验证动能定理，第二种方案在各地高考中频

17、率较高；考点一 对实验原理的考察例题1、某学习小组做探究“合力的功和物体速度变化关系”的实验如图，图中小车是在一条橡皮筋作用下弹出，沿木板滑行，这时，橡皮筋对小车做的功记为W当用2条、3条，完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次实验时，使每次实验中橡皮筋伸长的长度都保持一致每次实验中小车获得的速度由打点计时器所打的纸带测出（1）除了图中已有的实验器材外，还需要导线、开关、_（填测量工具）和_电源（填“交流”或“直流”）；（2）实验中，小车会受到摩擦阻力的作用，可以使木板适当倾斜来平衡掉摩擦阻力，则下面操作正确的是_A放开小车，能够自由下滑即可B放开小车，能够匀速下滑即可C放开拖着纸带的小车

18、，能够自由下滑即可D放开拖着纸带的小车，能够匀速下滑即可（3）若木板水平放置，小车在两条橡皮筋作用下运动，当小车速度最大时，关于橡皮筋所处的状态与小车所在的位置，下列说法正确的是_A橡皮筋处于原长状态 B橡皮筋仍处于伸长状态C小车在两个铁钉的连线处 D小车已过两个铁钉的连线（4）在正确操作情况下，打在纸带上的点，并不都是均匀的，为了测量小车获得的速度，应选用纸带的_部分进行测量（根据下面所示的纸带回答）例题2、某学习小组做探究“合力的功和物体速度变化关系”的实验如下图，图中小车是在一条橡皮筋作用下弹出，沿木板滑行至速度最大，这时，橡皮筋对小车做的功记为W.之后用2条、3条完全相同的橡皮筋并在一

19、起进行第2次、第3次实验每次实验中小车获得的速度由打点计时器所打的纸带测出（1）为保证各次拉力做功大小与第一次成整数倍关系，除了橡皮筋规格要求一样外，每次实验中要求_（2）若木板水平放置，小车在两条橡皮筋作用下运动，当小车速度最大时，关于橡皮筋所处的状态与小车所在的位置，下列说法正确的是_A橡皮筋处于原长状态 B橡皮筋仍处于伸长状态C小车在两个铁钉的连线处 D小车已过两个铁钉的连线（3）实验中“平衡摩擦力”这个操作的目的是_A、使摩擦力消失 B、使小车合力等于橡皮筋拉力 C、增大小车速度考点二 对实验数据的处理例1某探究学习小组的同学欲探究“恒力做功与物体动能变化的关系”，他们在实验室组装了一

20、套如图2所示的装置，另外他们还找到打点计时器以及学生电源、天平、刻度尺、细线、复写纸、纸带、小桶和砂子若干并将小车连接上纸带，用细线通过滑轮挂上小砂桶图2(1)某同学的实验步骤如下：用天平称量小车的质量M和砂与小桶的总质量m.让砂与小桶带动小车加速运动，用打点计时器记录其运动情况，在打点计时器打出的纸带上取两点，测出这两点的间距为L，算出打这两点的速度v1与v2.本实验装置图(准备放开小车时刻)中有什么缺点或错误？要完成本实验，还缺哪些重要实验步骤？本实验认为小车所受合外力等于砂与小桶的总重力，则应控制的实验条件是什么？(2)在实验操作正确的前提下，若挑选的一条点迹清晰的纸带如图3所示，已知相

21、邻两个点间的时间间隔为T，从A点到B、C、D、E、F点的距离依次为x1、x2、x3、x4、x5，则由此可求得纸带上由B点到E点所对应的过程中，合外力对小车所做的功W_；该小车动能改变量的表达式为Ek_(结果用题中已知物理量的符号表示)；若满足_，则动能定理得证图3例题2(2013四川理综8(2)如图11所示，某组同学借用“探究a与F、m之间的定量关系”的相关实验思想、原理及操作，进行“研究合外力做功和动能变化的关系”的实验：图11为达到平衡阻力的目的，取下细绳及托盘，通过调整垫片的位置，改变长木板倾斜程度，根据打出的纸带判断小车是否做_运动连接细绳及托盘，放入砝码，通过实验得到图12所示的纸带

22、纸带上O为小车运动起始时刻所打的点，选取时间间隔为0.1 s的相邻计数点A、B、C、D、E、F、G.实验时小车所受拉力为0.2 N，小车的质量为0.2 kg.图12请计算小车所受合外力做的功W和小车动能的变化Ek，补填表中空格(结果保留至小数点后第四位).OBOCODOEOFW/J0.04320.05720.07340.0915Ek/J0.04300.05700.07340.0907分析上述数据可知：在实验误差允许的范围内WEk，与理论推导结果一致实验前已测得托盘质量为7.7103kg，实验时该组同学放入托盘中的砝码质量应为_kg(g取9.8 m/s2，结果保留至小数点后第三位)考点三 实验器

23、材及误差分析例题1、某同学把附有滑轮的长木板放在实验桌上，将细绳一端拴在小车上，另一端绕过定滑轮，挂上适当的钩码，使小车在钩码的牵引下运动，以此定量探究绳拉力做功与小车动能变化的关系，此外还准备了打点计时器及配套的电源、导线、复写纸、纸带、小木块等。组装的实验装置如图所示。若要完成该实验，必需的实验器材还有哪些。实验开始时，他先调节木板上定滑轮的高度，使牵引小车的细绳与木板平行，他这样做的目的是下列的哪个（填字母代号）A避免小车在运动过程中发生抖动B可使打点计时器在纸带上打出的点清晰C可以保证小车最终能够实现匀速直线运动D可在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的合力平衡摩擦力后，当他用多个钩码牵

24、引小车时，发现小车运动过快，致使打出的纸带上点数较少，难以选到合适的点计算小车速度，在保证所挂钩码数目不变的条件下，请你利用本实验的器材提出一个解决办法：。他将钩码重力做的功当作细绳拉力做的功，经多次实验发现拉力做功总是要比小车动能增量大一些，这一情况可能是下列哪些原因造成的（填字母代号）。A在接通电源的同时释放了小车 B小车释放时离打点计时器太近C阻力未完全被小车重力沿木板方向的分力平衡掉 D钩码匀加速运动，钩码重力大于细绳拉力实验六 验证机械能守恒定律一实验原理通过实验，求出做自由落体运动物体的重力势能的减少量和相应过程动能的增加量，若二者相等，说明机械能守恒，从而验证机械能守恒定律二误差

25、分析(1)测量误差：减小测量误差的方法，一是测下落距离时都从0点量起，一次将各打点对应下落高度测量完，二是多测几次取平均值(2)系统误差：由于重物和纸带下落过程中要克服阻力做功，故动能的增加量Ekeq f(1,2)mveq oal(2,n)必定稍小于重力势能的减少量Epmghn，改进办法是调整安装的器材，尽可能地减小阻力三注意事项(1)打点计时器要竖直：安装打点计时器时要竖直架稳，使其两限位孔在同一竖直平面内，以减少摩擦阻力(2)重物应选用质量大、体积小、密度大的材料(3)应先接通电源，让打点计时器正常工作，后松开纸带让重物下落(4)测长度，算速度：某时刻的瞬时速度的计算应用vneq f(dn

26、1dn1,2T)，不能用vneq r(2gdn)或vngt来计算四验证方案方案一：利用起始点和第n点计算代入mghn和eq f(1,2)mveq oal(2,n)，如果在实验误差允许的范围内，mghn和eq f(1,2)mveq oal(2,n)相等，则验证了机械能守恒定律方案二：任取两点计算(1)任取两点A、B，测出hAB，算出mghAB.(2)算出eq f(1,2)mveq oal(2,B)eq f(1,2)mveq oal(2,A)的值(3)在实验误差允许的范围内，若mghABeq f(1,2)mveq oal(2,B)eq f(1,2)mveq oal(2,A)，则验证了机械能守恒定律

27、方案三：图象法从纸带上选取多个点，测量从第一点到其余各点的下落高度h，并计算各点速度的平方v2，然后以eq f(1,2)v2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据作出eq f(1,2)v2h图线若在误差允许的范围内图线是一条过原点且斜率为g的直线，则验证了机械能守恒定律考点一对实验数据处理和注意问题的考查例题1、某同学用图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律已知打点计时器所用电源的频率为50Hz，重物质量m=1kg，当地重力加速度大小为g=9.80m/s2实验中该同学得到的一条点迹清晰的完整纸带如图乙所示，纸带上的第一个点记为O，另选连续的三个点A、B、C进行测量，图中给出了这三个点到O点的距离hA、

28、hB和hC的值回答下列问题（以下计算结果均保留3位有效数字）：（1）打点计时器打B点时，重物速度的大小vB=_m/s；（2）根据以上数据，可知重物由O点运动到B点的过程中，重力势能的减少量等于_J，动能的增加量等于_J重力势能的减少量大于动能的增加量的原因是_考点二 利用光电门验证机械能守恒例1某同学用如图1所示的实验装置验证机械能守恒定律实验所用的电源为学生电源，可以提供输出电压为6 V的交流电和直流电，交流电的频率为50 Hz.重锤从高处由静止开始下落，重锤拖着的纸带上打出一系列的点，对纸带上的点测量并分析，即可验证机械能守恒定律图1(1)他进行了下面几个操作步骤：A按照图示的装置安装器件

29、；B将打点计时器接到电源的“直流输出”上；C用天平测出重锤的质量；D先接通电源，后释放纸带，打出一条纸带；E测量纸带上某些点间的距离；F根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能其中没有必要进行的步骤是_，操作不当的步骤是_(2)这位同学进行正确操作后挑选出一条点迹清晰的纸带进行测量分析，如图2所示其中O点为起始点，A、B、C、D、E、F为六个计数点根据纸带上的测量数据，当打B点时重锤的速度为_ m/s.(保留3位有效数字)图2(3)他继续根据纸带算出各点的速度v，量出下落距离h，并以eq f(v2,2)为纵轴、以h为横轴画出的图象，应是图中的_(4)他进一步分析，发现本

30、实验存在较大误差，为此对实验设计进行了改进，用如图3所示的实验装置来验证机械能守恒定律：通过电磁铁控制的小铁球从A点自由下落，下落过程中经过光电门B时，通过与之相连的毫秒计时器(图中未画出)记录挡光时间t，用毫米刻度尺测出AB之间的距离h，用游标卡尺测得小铁球的直径d.重力加速度为g.实验前应调整光电门位置使小球下落过程中球心通过光电门中的激光束则小铁球通过光电门时的瞬时速度v_.如果d、t、h、g存在关系式_，就可验证机械能守恒定律图3 (5)比较两个方案，改进后的方案相比原方案的最主要的优点是：_.例2利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置示意图如图4所示：图4(1)实验步骤：将气垫导轨放在水平桌面上，桌面高度不低于1 m，将导轨调至水平；用游标卡尺测量挡光条的宽