《上海市高三上学期一轮复习：19物理实验（一）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《上海市高三上学期一轮复习：19物理实验（一）（34页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、word版 高中物理主 题物理实验一专题学习目标1、 知道和掌握“用DIS测定位移和速度”实验的原理和实验数据的数据及图像的处理2、 知道和掌握“研究共点力的合成”实验的目的、原理和等效替代法，能区分合力与分力3、 掌握并能设计“用DIS研究加速度与力的关系、加速度与质量的关系”实验4、 知道和掌握“用单摆测重力加速度”实验的原理，会准确测量摆长和周期，减小误差5、 掌握并能设计“用DIS研究机械能守恒定律”实验教学内容互动探索随着现代传感技术在人类生活和社会生产中的应用日益广泛，传感技术已经走进基础教育领域。国内外一些厂家根据中学理科实验的需求，开发出了先进的DIS实验系统，这项新型实验系统
2、为中学理科实验注入了新的活力。DIS（Digital Information System）即数字化信息系统，由“传感器数据采集器实验软件包计算机”构成的新型实验系统。DIS实验系统的工作原理是由各类传感器将实验过程中的物理量转化为电学量，进而由数据采集器将电学量转化成数字量后传输给计算机，计算机上的实验软件包就会识别并能对数据进行分析处理和输出。这也是科学研究中非常重要的“转化”思想。DIS实验系统具有操作简单、快速、方便、可靠、准确获得实验数据等特点，减少烦琐的数据处理，同时它具有实验过程的回放功能，从而使实验者更加专注于分析实验本身，加深对实验的理解。 精讲提升【知识梳理用DIS测定位移
3、和速度、加速度】1）用DIS测定位移和速度实验目的（1）熟悉DIS的使用方法；（2）用DIS测定位移，并研究变速直线运动物体的st图像；（3）测量变速直线运动物体的平均速度；（4）测定变速直线运动的瞬时速度。 实验原理利用位移传感器测定物体距位移传感器接收器之间的距离，及其随时间的变化关系。测定位移、得出st图，测量平均速度。如图（a）所示，位移传感器由发射器和接收器组成，发射器内装有红外线和超声波发射；接收器内装有红外线和超声波接收器。如图（b）所示，测量时，固定在被测运动物体上的发射器向接收器同时发射一个红外线脉冲和一个超声波脉冲，接收器收到红外线脉冲时开始计时t1，收到超声波脉冲时停止计
4、时t2，计算机根据两者的时差t和空气中的声速，计算出发射器和接收器之间的距离（红外线传播时间可以忽略）。犹如雷雨时根据闪电和雷声的时差来计算雷电发生处的距离一样，脉冲的不断发射就可以对运动物体进行跟踪定位。利用光电门测量挡光片通过光电门的时间，计算出小车通过光电门的平均速度（t很小），即为小车的瞬时速度。光电门传感器为门式结构，如图所示。A管发射红外线，B管接收红外线。A、B之间无挡光物体时，电路断开；有物体挡光时，电路接通。计算机根据挡光物体的宽度和挡光时间，自动算出物体的运动速度。实验器材位移传感器（发射器、接收器）、光电门传感器、数据采集器、计算机、刻度尺、轨道、小车、挡光片。实验步骤（
5、一）用DIS测定位移 （1）将位移传感器的发射器固定在小车上，接收器固定在轨道右端（轨道稍倾斜，使小车能做匀速直线运动），将数据采集器相连。 （2）开启计算机和数据采集器电源，运行DIS应用软件，选择“教材专用”点击“实验条目”中的“测量运动物体的位移和速度”，出现相应的界面。 （3）点击“开始记录”，放开小车使其运动，计算机界面的表格内，将出现小车的位移随时间变化的取样点数据，同时在st图中将出现对应的数据点，从点的走向可大致看出小车位移随时间的变化的规律。（4）点击“数据点连线”，得出位移随时间变化的曲线。 用DIS测变速直线运动的平均速度（1）实验装置同（一），按照前述学生实验的步骤，使
6、载有位移传感器发射器的小车做变速直线运动，获得的st图界面。 （2）点击“选择区域”，取A、D两点，图中直角三角形水平边为两点的时间间隔t，竖直边为两点位移的变化量s，其斜边的斜率即为平均速度值，实验下方速度窗口中将显示该速度的值。（3）将类似于上述实验界面图中“AD”“AC”“AB”选定为研究区域，观察实验界面下方速度窗口中显示的数据，并将数值填入表格内。研究区域平均速度/ms1 用DIS测变速直线运动的瞬时速度（1）实验装置如图所示，在小车的中心位置上固定挡光片，将光电门传感器固定在轨道侧面，垫高轨道的一端，使固定有挡光片的小车能够顺利通过并能挡光。 （2）开启电源，运行DIS应用软件，点
7、击“实验条目”中的“用DIS测定瞬时速度”，出现相应软件界面。（3）点击“开始记录”，依次将与软件中s对应的挡光片固定在小车上，让小车从轨道的同一位置由静止开始下滑，分别记录下四次挡光的时间，DIS实时计算出小车通过光电门时的平均速度。 （4）把软件界面上的数据填入上图所示的界面空格中。从实验数据分析可知，挡光片的宽度逐渐减小时，测得的速度值越来越趋近于小车经过挡光片所在位置的瞬时速度。 注意事项（1）位移传感器的接收器和发射器要正对，发射器固定在小车上，接收器固定在轨道的右端。发射器的电源开关要打开。（2）挡光片上边沿应和小车运动轨道平行。（3）注意点击“开始记录”和释放小车的先后顺序对实验
8、的影响。用DIS测定加速度实验目的测定沿轨道下滑小车的加速度。实验原理利用位移传感器测出运动物体的位移随时间的变化关系，进行数据处理得到st图的斜率v随时间的变化关系，即得到vt图，根据得到运动物体的加速度。实验器材小车、轨道、量角器、位移传感器、数据采集器、计算机。实验步骤（1）将位移传感器接收器固定在轨道顶端，连接到数据采集器的第一通道；将位移传感器发射器固定到小车上。 （2）点击教材专用软件主界面上的实验条目“从v-t图求加速度”，打开该软件。（3）将小车放到轨道上，打开位移传感器发射器的电源开关，点击“开始记录”，令小车沿轨道自由滑下，当获得的v-t图线如图所示时，表明此次数据采集完成
9、，点击“停止记录”。（4）点击“数据点连线”，点击“选择区域”按钮，在v-t图线上选择研究区域，通过点击鼠标确定研究区域的“开始点”，如图。（5）再次点击，以确定研究区域的“结束点”。此时在软件界面左下方的数据窗口中，即可显示出研究区域内v-t图线的初位移、末位移、时间差、加速度的值，见图。（6）点击“开始记录”按钮，即可启动数据采集，开始新的实验。注意事项（1）小车的轮子应在轨道的卡槽内，位移传感器的接收器和发射器要正对。（2）注意连接时，各接口不要松动，并打开数据采集器的电源。（3）实验过程中和多次测量同一倾斜角时，斜面角度不要改变。【例题精讲用DIS测定物体的位移、速度和加速度】例1、
10、（期中考试）很多物理量都可以用DIS进行测量，DIS由传感器、数据采集器和 三部分组成测定小车的平均速度时，选用的是 传感器测定小车的瞬时速度时常用 传感器如图所示是DIS实验记录的小车运动的st图象，选择区域AB范围内的平均速度为 m/s，选择区域AC范围内平均速度为 m/s，其中较接近 A 点瞬时速为 （选填“前者“或“后者“） 例2、（嘉定二模）如图所示是用光电门传感器测定小车瞬时速度的情境，轨道上ac间距离恰等于小车长度，b是ac中点某同学采用不同的挡光片做了三次实验，并对测量精确度加以比较（1）挡光片安装在小车中点处，光电门安装在c点，它测量的是小车前端P抵达 点（选填a、b或c）时
11、的瞬时速度；（2）若每次小车从相同位置释放，记录数据如表所示，那么测得瞬时速度较精确的值为 m/s次数挡光片宽（m）挡光时间（s）速度（m/s）10.0800.0362.2220.0400.0202.0030.0200.01051.90 【巩固测试用DIS测定物体的位移、速度和加速度】1、（1）以下四幅照片中“用DIS测变速直线运动瞬时速度”的实验装置图是_; （2）“用DIS测定加速度”的实验装置图是_。（选填照片下对应的字母） （3）在“用DIS测定加速度”的实验中，下列说法正确的是 （ ） （A）可以使用A图实验装置，直接用s-t图像处理数据（B）可以使用C图实验装置，将测得的数据，通过
12、数据采集器和计算机转化为v-t图像（C）可以使用C图实验装置，直接得到加速度随时间变化的图像（D）可以使用D图实验装置，通过图象分析物体在运动过程中速度的变化情况 2（多选）用位移传感器、数据采集器和计算机等器材测量运动物体的加速度，如图所示为该实验得到的图象下列说法正确的是 （ ）（A）使用位移传感器实验操作时比较方便，可直接用s-t图处理数据（B）位移传感器测得一系列数据，通过数据采集器和计算机可转化为v-t图（C）可在计算机软件界面得到加速度随时间变化的图象（D）能采集到整个运动过程的数据，可以通过图象分析物体速度的变化情况3 （上海高考）如图，为测量作匀加速直线运动小车的加速度，将宽度
13、均为b的挡光片A、B固定在小车上，测得二者间距为d。 (1)当小车匀加速经过光电门时，测得两挡光片先后经过的时间和，则小车加速度 。(2)(多选题)为减小实验误差，可采取的方法是 ( )(A)增大两挡光片宽度 (B)减小两挡光片宽度(C)增大两挡光片间距 (D)减小两挡光片间距【知识梳理研究共点力的合成】实验目的研究合力与两个分力的关系。实验原理用一个力与同时用两个力使橡皮筋发生相同形变效果（伸长相同的长度），合力与两个分力的大小和方向的关系。实验器材图板、图钉、白纸、带绳套的橡皮筋、弹簧测力计（2个）、刻度尺、量角器。实验步骤根据如图给定的器材，先在图板上固定一张白纸，将橡皮筋的一端固定在纸
14、边，将带有两个绳套的另一端放在纸面上，弹簧测力计可以拉住绳套使橡皮筋伸长。（1）用两个弹簧测力计互成角度地拉绳套，使橡皮筋伸长到一定的位置，记下橡皮筋与绳套结点的位置O，画出两绳套的方向，记录两弹簧测力计的示数F1和F2。（2）用一个弹簧测力计将橡皮筋拉伸，使结点仍到达位置O，画出绳套的方向，记录弹簧测力计示数。（3）用相同标度作出两个分力F1、F2与合力F，以F1和F2为邻边作出平行四边形，得到其对角线F，看F和F是否完全重合（研究的话应连接各力的顶点看是否平行四边形）。选做：（4）改变两力的夹角再做几次。 数据处理用相同标度作出两个分力与合力F，用平行四边形定则作出两个分力的合力F，再比较F和F。实验结论在误差范围内，如果用表示两个共点力F1和F2的线段为邻边作平行四边形，那么合力F的大小和方向就可以用F1和F2所夹的对角线来表示。即符合力的合成符合平行四边形定则。注意事项（1）弹簧测力计水平放时调零，弹簧测力计与细线平行与木板平行。（2）弹簧测力计示数要估读。【例题精讲研究共点力的合成】例1、（嘉定一模）在“共点力合成”实验中，（1）通过本实验可以验证共点力合成时遵循的法则
