2019年高考物理必考实验精讲学案

2019高考物理必考实验精讲学案

目录

实验一研究匀变速直线运动......................................1

实验二探究弹力和弹簧伸长的关系................................13

实验三验证力的平行四边形定则.................................22

实验四探究加速度与力、质量的关系.............................34

实验五探究动能定理............................................46

实验六验证机械能守恒定律......................................55

实验七测定金属的电阻率.......................................63

实验八描绘小电珠的伏安特性曲线...............................80

实验九测定电源的电动势和内阻.................................88

实验十练习使用多用电表......................................100

实验十一传感器的简单应用.......................................110

高考物理必考实验学案

实验一研究匀变速直线运动

目录

课前预习•基础落实

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课前预习•基础落实

【实验目的】

1.练习使用打点计时器，学会用打点纸带研究小车的运动情况。

2.会利用打点纸带求匀变速直线运动的速度、加速度。

3.能画出小车运动的v-t图象，根据图象求加速度。

【实验原理】

1.打点计时器

⑴作用：计时仪器，当所用交流电源的频率f=50Hz时，每隔0.02s打一次点。

和茎行/电磁打点计时器：6V以下交流电源

作汆忏1电火花计时器：220V交流电源

2.判断物体是否做匀变速直线运动的方法

设Xl、X2、X3、X4…为纸带上相邻两个计数点之间的距离，假如△X=X2-X1=X3-X2=Xu-X:；=…=常数，

则与纸带相连的物体做匀变速直线运动。

3.求物体瞬时速度的方法

如图实I-1所示：

\n-1〜nn+1)

则y尸吟巳

4.求物体加速度的方法

1

高考物理必考实验学案

⑴“逐差法”求加速度

如图实I-2所示：

图实I-2

团=号/，然后取平均值，即“=边+：+.,这样使所给数据全部得到利

用，以提高精确度。

⑵“图象法”求加速度

求出纸带上各计数点的瞬时速度，画出V-t图线，直线的斜率即表示加速度。

【实验器材】

打点计时器、纸带、一端附有定滑轮的长木板、小车、细绳、钩码、刻度尺、电源、导线。

【实验步骤】

1.把附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一

端，连接好电路。

2.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，把纸带穿过打点计时器，并把它的一

端固定在小车的后面。实验装置见图实I-3所示，放手后，看小车能否在木板上平稳地加速滑行。

r

图实I-3

3.把小车停在靠近打点计时器处，先接通电源，后放开小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸

带上打下一系列的点，换上新纸带，重复三次。

4.从几条纸带中选择一条比较理想的纸带，舍掉开始一些比较密集的点，在后面便于测量的地方找一个

2

高考物理必考实验学案

开始点，以后依次每五个点取一个计数点，确定好计数始点，并标明0、1、2、3、4.....测量各计数点

到0点的距离x,并记录填入表中。

位置编号012345

时间t/s

x/m

v/(m-s-1)

5.计算出相邻的计数点之间的距离*、X2、X3、…。

6.利用一段时间内的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度求得各计数点1、2、3、4、5的瞬时速

度，填入上面的表格中。

7.增减所挂钩码数，再做两次实验。

【数据处理及实验结论】

1.由实验数据得出v-t图象

(1)根据表格中的V、1数据，在平面直角坐标系中仔细描点，如图实I-4可以看到，对于每次实验，描出

的几个点都大致落在一条直线上。

图实I-4

(2)作一条直线，使同一次实验得到的各点尽量落在这条直线上，落不到直线上的点，应均匀分布在直线

的两侧，这条直线就是本次实验的v-t图象，它是一条倾斜的直线。

2.由实验得出的v-t图象进一步得出小车运动的速度随时间变化的规律

有两条途径进行分析：

(1)小车运动的v-t图象是一条倾斜的直线如图实1-5所示，当时间增加相同的值At,速度也会增加相

同的值Av,由此得出结论：小车的速度随时间均匀变化。

3

高考物理必考实验学案

图实I—5

(2)既然小车的v-t图象是一条倾斜的直线，那么v随t变化的函数关系式为v=kt+b,所以小车的速度

随时间均匀变化。

【注意事项】

1.交流电源的电压及频率要符合要求。

2.开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器。

3.先接通电源，计时器工作后，再放开小车，当小车停止运动时及时断开电源。

4.小车另一端挂的钩码个数要适当，避免速度过大而使纸带上打的点太少，或者速度太小，使纸带上的

点过于密集。

5.选择一条理想的纸带，是指纸带上的点迹清晰。适当舍弃开头密集部分，适当选取计数点，弄清楚所

选的时间间隔T。

6.测x时不要分段测量，读数时要注意有效数字的要求，计算a时要注意用逐差法，以减小误差。

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考点一实验原理与操作

[例1](广东理综)研究小车与变速直线运动的实验装置如图实।-6甲所示其中斜面倾角e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乙所示其中每相邻两点之间还有4个记录点未画出。

4

高考物理必考实验学案

图实I-6

(1)部分实验步骤如下：

A.测量完毕，关闭电源，取出纸带

B.接通电源，待打点计时器工作稳定后放开小车

C.将小车停靠在打点计时器附近，小车尾部与纸带相连

D.把打点计时器固定在平板上，让纸带穿过限位孔

上述实验步骤的正确顺序是：。(用字母填写)

(2)图乙中标出的相邻两计数点的时间间隔T=so

(3)计数点5对应的瞬时速度大小计算式为vs=o

(4)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=

［答案］(l)DCBA(2)0.1

/C、国+，八Se+^+s，-S3—金—S1

⑶2T⑷97

针对性训练：

1.(佛山模拟)某同学利用打点计时器测量小车做匀变速直线运动的加速度。

⑴电磁打点计时器是一种使用(选填“交流”或‘直流")电源的计时仪器，它的工作电压是4~6V,

当电源的频率为50Hz时，它每隔s打一次点。

(2)使用打点计时器时，接通电源与让纸带随小车开始运动这两个操作过程的操作顺序应该是()

A.先接通电源，后释放纸带

B.先释放纸带，后接通电源

C.释放纸带的同时接通电源

5

高考物理必考实验学案

D.哪个先，哪个后都可以

⑶实验中该同学从打出的若干纸带中选取一条纸带，如图实I-7所示，纸带上按时间顺序取A、B、C、D

四个计数点每两个点之间还有四个点未画出用尺子测得相邻各点间的距离为x,=3.62cm,X2=4.75cm,

x：)=5.88cmo根据纸带数据可以判断小车在做匀加速直线运动，理由是(请用文字描述)；

在计数点C所代表的时刻，纸带运动的瞬时速度是m/s，小车的加速度是m/s2(以上

两空小数点后保留两位数字)。

,A?f,

一］----卜.笈3』

图实I-7

解析

(1)电磁打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，当电源频率为50Hz时，它每隔0.02s打一次点。

(2)在使用打点计时器时，应先接通电源，待打点稳定后再释放纸带，A正确。

(3)当相邻相等时间内的位移之差都相等时，小车做匀加速直线运动。

Xl+X3小八,

vc——2［.~,T-0.1s

可求得吐=0.53m/s

由△x=xz-m=矛3—X2=a7s可得：a=l.13m/s'。

答案(1)交流0.02(2)A(3)相邻相等时间内的位移差相等0.531.13

考点二数据处理与误差分析

［例2］某同学利用图实I-8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实I-9所示。打点计时器电源的频率为50Hzo

6

高考物理必考实验学案

⑴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。

⑵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/so(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/s2o

［解析］(D从计数点1到6相邻的相等时间内的位移差00cm,在6、7计数点间的位移比5、

6之间增加了(12.28—11.01)cm=1.27cm<2.00cm,因此，开始减速的时刻在计数点6和7之间。

(2)计数点5对应的速度大小为

XA+X5(9.00+11.01)XIO^2

m/s=l.00m/so

2X0.1

计数点4对应的速度大小为

xa+xi(7.01+9.00)X10-2

m/s=0.80m/s

V4=^f2X0.1o

根据V5=--~•,得计数点6对应的速度大小为V6=2V5—VI=(2X1.00—0.80)m/s=l.20m/s。

⑶物块在计数点7到11之间做减速运动，根据Ax=aT2得

X9—x?=2aiT2

Xio—X8=2a2T2

,,ai+a(x+xio)—(x+x)°八八,2

29278

故a=2=2x21'弋一2.00m/s0

［答案］(1)67(或76)(2)1.001.20(3)2.00

针对训练：

2.实验中,如图实I・10所示为一次记录小车运动情况的纸带，图中A、B、C、I)、E为相邻的计数点，相

邻计数点间的时间间隔T=0・lSo

7

高考物理必考实验学案

7.50

单位:

27.60—

------60.30

105.60

图实I-io

⑴根据纸带可判定小车做运动；

⑵根据纸带计算各点瞬时速度：VD=m/s,vc=m/s,vB=_m/s。在如图实I・11

所示坐标中作出小车的v・t图线，并根据图线求出a=

图实I—11

⑶将图线延长与纵轴相交，交点的速度的物理意义是

解析(1)根据纸带提供的数据可知

XBC-XAB=XCI)-XBC=XDE-XCD=12.60cm,

故小车做匀加速直线运动。

(2)根据v\=v可知

2

(105.60-27.60)Xl(r2

vi)=-----------------------------------m/s=3.9m/s

(60.30-7.50)X10-2/八/

vc=---------------相”---------m/s=2.64m/s

27.60X1()T“

vB=------------------m/s=l.38m/s

描点连线得如图所示v-t图线，根据图线斜率知a=12.60m/s2o

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(3)图线与纵轴交点的速度的物理意义是零时刻小车经过A点的速度。

答案(1)匀加速直线(2)3.902.641.38见解析图12.60m/s?(3)零时刻小车经过A点的速度

考点三创新实验设计

1.实验器材的创新

⑴如果提供光电门和刻度尺，我们可以测出遮光片的宽度d,借助求出物体通过光电门的速度，

再由V2—vf=2ax,测出物体的加速度。

(2)如果提供闪光照相机和刻度尺，我们可以用处理纸带的方法，求出物体的瞬时速度及物体的加速度。

［例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，其结构如图实I-12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1.0x10-2s和4.0x10-3s。用精度为005mm的游标卡尺测量滑

块的宽度d,其示数如图丙所示。

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高考物理必考实验学案

丙

图实I一12

(1)滑块的宽度d=cm0

(2)滑块通过光电门1时的速度vi=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也和vz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。

［解析］(l)d=10mm+O.05mmX2=10.10mm=1.010cm。

小、d1.010X10-2,人，

⑵LOXICTm/s=1.0m/s

d1.010X10-2,,

V2=~r4,0X10-m/s=2.5m/s

(3)vi、vz实质上是通过光电门1和2时的平均速度，要使瞬时速度的测量值更接近于真实值，可将滑

块的宽度减小一些。

［答案］(1)1.010(2)1.02.5(3)平均速度滑块

2.数据处理方案的创新

如果测得物体运动的位移和对应时间。

(1)若初速度为零，则x=；at2,因此做出X—/图线，图线斜率的2倍即为物体的加速度。

1X1X

(2)若物体的初速度不为零，则*=丫川+5atz,可得f=v0+5at,因此做出?一t图线，图线斜率的2倍即为

物体的加速度。

［例4］利用图实I-13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

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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to改变光电门甲的位置进行多

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；

所得数据如下表所示。

遮光片

s(m)0.5000.6000.7000.8000.9000.950

t(ms)292.9371.5452.3552.8673.8776.4

s/t(m•s-1)1.711.621.551.451.341.22

完成下列填空和作图：(D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；

,f-t图线;

图实I-14

(3)由所画出的『一t图线，得出滑块加速度的大小为a=m/s"保留两位有效数字)。

［解析］(1)滑块沿斜面向下做匀加速运动，反过来也可以看成初速度为v,的沿斜面向上的匀减速运

11

动，由位移公式有s=Vit—5at2,也可表示为fs=-］at+vi。

11

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(2)由关系式，c=-]1at+v,,根据表中数据可得，S一t图线，如图所示。

"(m.s-i)

L°000.20.30.40.50.60.70.8CL91.0t/s

(3)图线的斜率k=-由图线求出k=-1.0,故a=-2k=2.0m/s?

Q11

［答案］⑴j=-gat+vi(或$=一产2+丫』)

(2)见解析(3)2.0(在1.8〜2.2范围内都可)

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实验二探究弹力和弹簧伸长的关系

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【实验目的】

1.探究弹力和弹簧伸长的定量关系。

2.学会用列表法和图象法处理实验数据。

【实验原理】

1.如图实II-1所示，在弹簧下端悬挂钩码时弹簧会伸长，平衡时弹簧产生的弹力与所挂钩码的重力大小

相等。

图实11一1

2.弹簧的长度可用刻度尺直接测出，伸长量可以由拉长后的长度减去弹簧原来的长度进行计算。这样就

可以研究弹簧的弹力和弹簧伸长量之间的定量关系了。

【实验器材】

铁架台、弹簧、毫米刻度尺、钩码若干、三角板、坐标纸、重垂线、铅笔。

【实验过程】

一、实验步骤

1.将弹簧的一端挂在铁架台上，让其自然下垂，用刻度尺测出弹簧自然伸长状态时的长度10,即原长。

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2.如图实II-2所示，在弹簧下端挂质量为m,的钩码，量出此时弹簧的长度L,记录m和L,填入自己设

计的表格中。

bI刻

K

ry度

二

S二

尺

钝

A二

码

二

//

图实11―2

3.改变所挂钩码的质量,量出对应的弹簧长度，记录RK013、Hl.,,015和相应的弹簧长度L、1八"、k,并

得出每次弹簧的伸长量Xl、X2、X3、X」、X5。

钩码个数长度伸长量X钩码质量m弹力F

0I0=

X1=IL

1mi=Fi=

I0

X2=12一

।=^2=

22m2=

I。

X3=―

3।3=^3=

m3=

Io

二、数据处理

1.以弹力F（大小等于所挂钩码的重力）为纵坐标，以弹簧的伸长量X为横坐标，用描点法作图。连接各点，

得出弹力F随弹簧伸长量x变化的图线。

2.以弹簧的伸长量为自变量，写出曲线所代表的函数。首先尝试一次函数，如果不行则考虑二次函数。

3.得出弹力和弹簧伸长之间的定量关系，解释函数表达式中常数的物理意义。

【误差分析】

1.弹簧拉力大小的不稳定会造成误差。因此，使弹簧的悬挂端固定，另一端通过悬挂钩码来充当对弹簧

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高考物理必考实验学案

的拉力，待稳定后再读数可以提高实验的准确度。

2.弹簧长度的测量，是本实验的主要误差来源。所以，测量时尽量精确地测量弹簧的长度。

【注意事项】

1.所挂钩码不要过重，以免弹簧被过分拉伸，超出它的弹性限度，要注意观察，适可而止。

2.每次所挂钩码的质量差尽量大一些，从而使坐标上描的点尽可能稀，这样作出的图线更精确。

3.测弹簧长度时，一定要在弹簧竖直悬挂且处于平衡状态时测量，以免增大误差。

4.描点画线时，所描的点不一定都落在一条曲线上，但应注意一定要使各点均匀分布在曲线的两侧。

5.记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位。

课堂互动•考点突破

考点一实验原理与操作

[例1](临沂模拟)如图实II-3甲所示，用铁架台、弹簧和多个已知质量且质量相等的钩码探究在弹性

限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系。

甲乙

图实11一3

(1)为完成实验，还需要的实验器材有

(2)实验中需要测量的物理量有。

⑶图实II-3乙是弹簧弹力F与弹簧伸长量x的F-x图线，由此可求出弹簧的劲度系数为________N/mo

图线不过原点的原因是由于。

(4)为完成该实验，设计的实验步骤如下：

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A.以弹簧伸长量为横坐标，以弹力为纵坐标，描出各组(x,F)对应的点，并用平滑的曲线连接起来；

B.记下弹簧不挂钩码时其下端的刻度尺上的刻度1。；

C.将铁架台固定于桌子上，并将弹簧的一端系于横梁上，在弹簧附近竖直固定一把刻度尺；

D.依次在弹簧下端挂上1个、2个、3个、4个…钩码，并分别记下钩码静止时弹簧下端所对应的刻度，

并记录在表格内，然后取下钩码；

E.以弹簧伸长量为自变量，写出弹力与伸长量的关系式。首先尝试写成一次函数，如果不行，则考虑二

次函数；

F.解释函数表达式中常数的物理意义；

G.整理仪器。

请将以上步骤按操作的先后顺序排列出来：。

［解析］

(1)根据实验原理可知还需要刻度尺来测量弹簧原长和形变量；

(2)根据实验原理，实验中需要测量的物理量有弹簧的原长、弹簧所受外力与对应的伸长量(或与弹簧对应

的长度)；

⑶取图象中(0.5,0)和(3.5,6)两个点，代入F=kx可得k=200N/m,由于弹簧自重的影响，使得弹簧

不加外力时就有形变量。(4)根据完成实验的合理性可知先后顺序为CBDAEFGo

［答案］(1)刻度尺(2)弹簧原长、弹簧所受外力与对应的伸长量(或与对应的长度)(3)200弹簧自重

(4)CBDAEFG

规律总结

①实验中要选取轻弹簧，尽可能减小弹簧重力产生的影响。

②根据胡克定律，弹簧的弹力与弹簧的伸长量成正比，因而实验中需做F-x图象，其中x为弹簧的伸长

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高考物理必考实验学案

针对训练：

1.(1)在“探究弹力与弹簧伸长量的关系”的实验中，以下说法正确的是()

A.弹簧被拉伸时，不能超出它的弹性限度

B.用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力，应保证弹簧位于竖直位置且处于平衡状态

C.用直尺测得弹簧的长度即为弹簧的伸长量

D.用几个不同的弹簧，分别测出几组拉力与伸长量，得出拉力与伸长量之比相等

(2)某同学做“探究弹力与弹簧伸长量的关系”的实验，他先把弹簧平放在桌面上使其自然伸长，用直尺测出

弹簧的原长Lo,再把弹簧竖直悬挂起来，挂上钩码后测出弹簧伸长后的长度L,把L-L。作为弹簧的伸长

量x,这样操作，由于弹簧自身重力的影响，最后画出的图线可能是图中的()

解析(1)实验中应以所研究的一根弹簧为实验对象，在弹性限度内通过增减钩码的数目来改变对弹簧的

拉力，以探索弹力与弹簧伸长量的关系，并且拉力和重力平衡，所以选A、B。

(2)由于考虑弹簧自身重力的影响，当不挂钩码时，弹簧的伸长量x>0,所以选C。

答案⑴AB(2)C

考点二实验数据的处理

[例2](浙江理综)在“探究弹力和弹簧伸长的关系”时，某同学把两根弹簧如图实II-4连接起来进行探究。

(1)某次测量如图实II-5所示，指针示数为cmo

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高考物理必考实验学案

I

4

n

uD

图实n—4图实n—5

（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的示数L、和L“如表所示。用表中数

据计算弹簧I的劲度系数为N/m（重力加速度g=10m/s2）。由表中数据一（填“能”或“不能”）计

算出弹簧II的劲度系数。

钩码数1234

15.719.723.627.7

L/cm

A1166

29.935.741.547.3

L/cm

B6616

［解析］（D刻度尺最小分度为0.1cm,读数时需估读到0.01cm。

（2）表中对晨的测量有四组数据，应采用逐差法计算增加一个钩码时弹簧I增加的长度。

故k=^=12.5N/m

Lo

通过计算L“一LA可得出A、B两指针间的距离，进而计算出增加一个钩码时弹簧II增加的长度，从而

计算出其劲度系数。

［答案］（1）15.95〜16.05（有效数字位数正确）（2）（12.20〜12.80均可）能

针对训练：

2.某实验小组在探究弹力与弹簧伸长量的关系时，先把弹簧平放在桌面上，用刻度尺测出弹簧的原长Lo

=4.6cm,再把弹簧竖直悬挂起来，在下端挂钩码，每增加一个钩码均记下对应的弹簧长度x,数据记录

如下表所示。

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高考物理必考实验学案

钩码个数12345

弹力F/N1.02.03.04.05.0

弹簧长度x/cm7.09.011.013.015.0

图实n—6

(1)根据表中数据在图实II-6中作出F-x图线；

⑵由此图线可得，该弹簧劲度系数k=N/m;

(2)50(3)弹簧自身重力的影响

考点三创新实验设计

本实验的系统误差来自弹簧的重力，所以改进实验的思路应该是尽可能减小弹簧自身重力的影响。

1.可以是将弹簧穿过一根水平光滑的杆，在水平方向做实验。

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高考物理必考实验学案

2.利用计算机及传感器技术，将弹簧水平放置，且一端固定在传感器上，传感器与计算机相连，对弹簧

施加变化的作用力(拉力或推力)时，计算机上得到弹簧弹力和弹簧形变量的关系图象(如图实II-7甲、乙

所示)，分析图象得出结论。

［例3］(重庆质检)某同学在研究性学习中，利用所学的知识解决了如下问题：一轻弹簧一端固定于某一

深度为h=0.25m、且开口向右的小筒中(没有外力作用时弹簧的另一部分位于筒内)，如图实II-8甲所示，

如果本实验的长度测量工具只能测量出距筒口右端弹簧的长度1,现要测出弹簧的原长1。和弹簧的劲度系

数，该同学通过改变挂钩码的个数来改变1,作出F-1变化的图线如图实II-8乙所示。

］0/㈠

IIIIIIIIIII*I

=1—010203040//cm

I

甲乙

图实11一8

(1)由此图线可得出的结论是_；

(2)弹簧的劲度系数为_______N/m,弹簧的原长10=m；

(3)该同学实验时，把弹簧水平放置与弹簧悬挂放置相比较，优点在于一；缺点在于

［解析］(D在弹性限度内，弹力与弹簧的伸长量成正比。

⑵由AF=kAx和乙图可知：(30-10)=kx20xl0-2

所以k=100N/m

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高考物理必考实验学案

由乙图可知F=20N时，1=10cm=0.1m,

所以20=k(0.1+0.25-lo),

即lo=O.15m0

(3)优点是避免弹簧自身重力对实验的影响，缺点是弹簧与筒及绳子与滑轮间存在的摩擦会造成实验误差。

［答案］见解析

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实验三验证力的平行四边形定则

目录

课前预习•基础落实

课堂互动考点突破

课前预习•基础落实

【实验目的】

1.验证互成角度的两个共点力合成时的平行四边形定则。

2.培养学生应用作图法处理实验数据和得出结论的能力。

【实验原理】

(1)等效法：一个力的作用效果和两个力FI、F2的作用效果都是让同一条一端固定的橡皮条伸长到同一点，

所以一个力F就是这两个力R和&的合力，作出力F'的图示，如图实用-1所示。

图实ni-i

(2)平行四边形法：根据平行四边形定则作出力用和国的合力F的图示。

(3)验证：比较F和F”的大小和方向是否相同，若在误差允许的范围内相同，则验证了力的平行四边形定

则。

【实验器材】

方木板一块、白纸、弹簧测力计(两只)、橡皮条、细绳套(两个)、三角板、刻度尺、图钉(几个)、细芯铅

笔。

【实验过程】

1.在水平桌面上平放一块方木板，在方木板上铺一张白纸，用图钉把白纸固定在方木板上。

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高考物理必考实验学案

2.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，细绳的另一端系上细绳

套。

3.用两个弹簧测力计分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条，将结点拉到某一位置0，如图实川-2所示。

4.用铅笔描下0点的位置和两条细绳的方向，读出并记录两个弹簧测力计的示数。

5.用铅笔和刻度尺在白纸上从0点沿两条细绳的方向画直线，按一定的标度作出两个力F：和艮的图示，

并以F,和R为邻边用刻度尺和三角板作平行四边形，过0点的平行四边形的对角线即为合力Fo

6.只用一个弹簧测力计，通过细绳把橡皮条的结点拉到同样的位置0,读出并记录弹簧测力计的示数，记

下细绳的方向，按同一标度用刻度尺从0点作出这个力F'的图示。

7.比较F'与用平行四边形定则求出的合力F的大小和方向，看它们在实验误差允许的范围内是否相等。

8.改变R和艮的大小和方向，再做两次实验。

【注意事项】

1.同一实验中的两只弹簧测力计的选取方法是：将两只弹簧测力计调零后互钩对拉，若两只弹簧测力计

在对拉过程中，读数相同，则可选；若读数不同，应另换，直至相同为止。

2.在同一次实验中，使橡皮条拉长时，结点0的位置一定要相同。

3.用两只弹簧测力计钩住绳套互成角度地拉橡皮条时，夹角不宜太大也不宜太小，在60°〜100。之间为宜。

4.读数时应注意使弹簧测力计与木板平行，并使细绳套与弹簧测力计的轴线在同一条直线上，避免弹簧

测力计的外壳与弹簧测力计的限位卡之间有摩擦。

5.细绳套应适当长一些，便于确定力的方向。不要直接沿细绳套的方向画直线，应在细绳套末端用铅笔

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高考物理必考实验学案

画一个点，去掉细绳套后，再将所标点与0点连接，即可确定力的方向。

6.在同一次实验中，画力的图示所选定的标度要相同，并且要恰当选取标度，使所作力的图示稍大一些。

【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：

(1)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。

(2)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。

课堂互动考点突破

考点一实验的原理与操作

［例1］某同学做‘验证力的平行四边形定则”的实验情况如图实III-3甲所示其中A为固定橡皮条的图钉，

0为橡皮条与细绳的结点，0B和0C为细绳。图实川-3乙是在白纸上根据实验结果画出的图。

(1)如果没有操作失误，图乙中的F与F'两力中，方向一定沿A0方向的是

⑵本实验采用的科学方法是。

A.理想实验法B.等效替代法

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高考物理必考实验学案

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0。记录下

0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F；和艮的图示，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：①有重要遗漏的步骤的序号是和；

②遗漏的内容分别是和。

［解析］

(1)由一个弹簧测力计拉橡皮条至0点的拉力一定沿A0方向；而根据平行四边形定则作出的合力，由于误

差的存在，不一定沿A0方向，故一定沿A0方向的是F'。

(2)一个力的作用效果与两个力的作用效果相同，它们的作用效果可以等效替代，故B正确。

(3)①根据“验证力的平行四边形定则”实验的操作规程可知，有重要遗漏的步骤的序号是C、Eo

②在C中未记下两条细绳的方向，E中未说明是否把橡皮条的结点拉到同一位置0o

［答案］(l)F'(2)B(3)①CE②C中应加上“记下两条细绳的方向”E中应说明“把橡皮条的结点拉

到同一位置0"

［点评］

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高考物理必考实验学案

①两次的效果相同是指两次橡皮条拉伸的方向和伸长量均相同，即需拉到同一位置0。

②用一个弹簧测力计拉时，拉力的方向一定沿橡皮条的拉伸方向。

针对训练：

1.(安徽理综)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，如图实III-4所示。请将以下的实验操

作和处理补充完整：

图实HI-4

(1)用铅笔描下结点位置，记为0；

(2)记录两个弹簧测力计的示数品和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；

⑶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,记录测力计的示数Fs,

(4)按照力的图示要求，作出拉力■、&、F3;

(5)根据力的平行四边形定则作出国和艮的合力F;

(6)比较_______的一致程度，若有较大差异，对其原因进行分析，并作出相应的改进后再次进行实验。

解析(3)沿此时细绳(套)的方向用铅笔描出几个点，用刻度尺把这些点连成直线。

(6)为了验证力的平行四边形定则，需比较合力F与拉力Fs的一致程度。

答案(3)见解析(61和尸3

考点二实验数据的处理

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高考物理必考实验学案

［例2］（山东理综）某同学通过下述实验验证力的平行四边形定则。

实验步骤：

①将弹簧秤固定在贴有白纸的竖直木板上，使其轴线沿竖直方向。

②如图实III-5所示，将环形橡皮筋一端挂在弹簧秤的秤钩上，另一端用圆珠笔尖竖直向下拉，直到弹簧

秤示数为某一设定值时，将橡皮筋两端的位置标记为0、02,记录弹簧秤的示数F,测量并记录0、0口间

的距离（即橡皮筋的长度Do每次将弹簧秤示数改变0.50N,测出所对应的1,部分数据如下表所示：

图实ni-5

F(N)00.501.001.5