第16章 物理实验 第2讲 力学实验 LI

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1、 高三物理高考第16章 物理实验1力学实验部分要求掌握的知识点有： (1)研究匀变速直线运动 (2)探究弹力和弹簧伸长的关系 (3)验证力的平行四边形定则(4)验证牛顿运动定律 (5)探究动能定理 (6)验证机械能守恒定律 (7)验证动量守恒定律 (8)利用单摆测重力加速度2力学实验的特点(1)在力学实验中打点计时器的应用 非常广泛，在七个实验中有五个实验用到了打 点计时器涉及打点计时器及其纸带数据分析的试题几乎年年都考，应引起足够重视 力学实验的创新也是高考的热点内容，实验考 查以分组或演示实验为背景，考查对实验方法 的领悟情况，灵活运用学过的实验方法完成新 的实验(2)力学实验中数据的处理

2、，作图法应用较多，用作图法处理数据的 优点是直观、简便，能有效地减少偶 然误差对测量结果的影响由图线的 斜率、截距、所包围面积和图线的交 点等可以研究物理量之间的变化及其 关系对此应多加训练，熟练掌握打点计时器是一种能测量微小时间间 隔的纸带式记录仪器。构造实验室常用的打点计时器使用的是4V 6V、50Hz的正弦交流电，打点计时 器的打点周期（即打点时间间隔）为 0.02s。纸带的两类基本问题： 加速度和瞬时速度求法加速度的方法： （1）用“逐差法”求加速度：即根据s4-s1=s5- s2=s6-s3=3aT2（T为相邻两计数点间的时间间 隔）求出求加速度的方法：（2）用v-t图法：即先根据求

3、出打第n点时纸带的瞬时速度，后作出v-t图线，图线的斜率即为物体运动的加速度。某同学在做“测测定匀变变速直线线运动动的加速度”实验时实验时 ， 从打下的若干纸带纸带 中选选出了如图图所示的一条（每两点间间 还还有4个点没有画出来），图图中上部的数字为为相邻邻两个计计 数点间间的距离。打点计时计时 器的电电源频频率为为50Hz。由这这些已知数据计计算： 该该匀变变速直线线运动动的加速度a=_m/s2。 与纸带纸带 上D点相对应对应 的瞬时时速度v=_ m/s。 （答案均要求保留3位有效数字）O A B C D E F5.00 7.10 9.10 10.81 12.70 15.10 单位：cm1.

4、931.39实验：验证机械能守恒实验：验证机械能守恒 定律定律实实 验验 原原 理理在自由落体运动中，若物体下 落高度h 时的速度为v ,则hvmgh =mv 21 2实验：实验：验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律实实 验验 器器 材材实验器材：打点计时器、纸带、复写纸 、重锤、刻度尺、铁架台（带铁夹）、 学生电源等。夹子打点计时器纸带重物？ 铁架台4、选择合适的纸带，处理数据。3、更换纸带，重复几次。1、将打点计时器固定在铁架台上，把纸 带的一端用夹子固定在重物上，另一端 穿过打点计时器的限位孔。实实 验验 步步 骤骤2、用手提(用夹夹)着纸带使重物停靠在打 点计时器附近。然后先接通电源，

5、再松开 纸带，让重物自由下落。问问 题题1 1本实验要不要测量物体的质量？mgh =mv 21 2gh =v 21 2无需测量物体的质量如果实验要求计算势能和动能的具体 数据，那就必须要知道物体的质量。问问 题题2 2gh =v 21 21 2x = gt2 = 9.80.022m 210-3m = 2 mm1 2h起始点纸带上的头两个点间的距离应接近 2mm。如何选取合适的纸带？、思思 考考可以回避起始点吗（即处理纸带时 可以不用到起始点吗）?我们可以选取A、B两点，比较它们的机械能EA和EB。若以点B为0 势能点，则有：EKAmghEKBhAB问问 题题3 3如何测量物体的瞬时速度 ?做匀

6、变速运动的纸带上某点的瞬时 速度，等于相邻两点间的平均速度 。思思 考考速度能不能用 v = 2gh 或 v = gt 计算？这种方法是根据机械能守恒定 律得到的，而我们的目的就是 验证机械能守恒定律，所以不 能用。注注 意意 事事 项项4、实验用的纸带一般小于1m ，从起始点开始大 约能打出20 个点左右。末位置的点可选择倒数第 一个点或倒数第二个点，从这一个点向前数46 个点当初位置的点，可以减小这两个点的瞬时速度 以及两点之间距离（高度h）测量的误差。1、安装打点计时器时，必须使两纸带限位孔 在同一竖直线上，以减小摩擦阻力。 2、应选用质量和密度较大的重物，增大重力 可可使阻力的影响相对

7、减小，增大密度可以 减小体积，可使空气阻力减小。3、选用纸带时应尽量挑选第一、二点间距接近 2mm的点迹清晰且各点呈一条直线的纸带。误误 差差 分分 析析1、偶然误差：测量长度时会带来误差2、系统误差：实验中重物和纸带下落过程中要克 服阻力（主要是打点计时器的阻力 ）做功，故动能的增加量EK 必定 稍小于势能的减少量EP 。数数 据据 记记 录录测量点n123456 高度hn /m 速度vn /m/s 势能EP /J 动能EK /J可不可以 用图象处 理数据?0hv 21 2图图 象象 法法 处处 理理 数数 据据gh =v 21 2该图象的 斜率表示 什么？为什么图 象通过原 点？3+2 P

8、215【例3】 实验原理 本实验共有F、m、a三个参量，探究 加速度a与作用力F及物体的质量m的 关系时，应用的方法是控制变量法， 即先控制一个参量小车的质量m不 变，讨论a与F的关系，再控制小桶和 砂的质量不变，即F不变，改变小车 质量m，讨论a与m的关系验证牛顿第二定律实验 主干整合 1本实验的一个重要步骤是平衡摩擦力 ：平衡摩擦力是指小车所受动力(重力沿斜 面向下的分力)与小车所受阻力(包括小车 所受摩擦力和打点计时器对小车后所拖纸 带的摩擦力)大小相等实验中，应在小车 后拖上纸带，先接通电源，再用手给小车 一个初速度，若在纸带上打出的点的间隔 基本上均匀，就表明平衡了摩擦力，否则 必须

9、重新调整小木块的位置，并且注意在 平衡摩擦力时不要把悬挂小桶的细线系在 小车上，即不要给小车加任何牵引力 例 (2011杭州模拟拟)如图图甲所示为为“探究加速 度与物体质质量、物体受力的关系”的实验实验 装置 (1)在实验过实验过 程中，打出了一条纸带纸带 如图图乙所示 ，计时计时 器打点的时间间时间间 隔为为0.02s，从比较较清 晰的点起，每两测测量点间还间还 有4个点未画出，量 出相邻测邻测 量点之间间的距离如图图乙所示，该该小车车 的加速度大小a_m/s2(结结果保留两位 有效数字) (2)根据实验实验 收集的数据作出的aF图线图线 如图图丙 所示，请请写出一条对对提高本实验结实验结

10、果准确程度 有益的建议议_验证力的平行验证力的平行 四边形法则四边形法则此实验是要用互成角度的两个力与一个力产生相同的 效果（即：使橡皮条在某一方向伸长一定的长度）， 看其用平行四边形定则求出的合力与这一个力是否在 实验误差允许范围内相等，如果在实验误差允许范围 内相等，就验证了力的平行四边形定则。木板一块，白纸，图钉若干，橡皮条一段，细绳，弹 簧秤两个，三角板，刻度尺，量角器。 【实验目的】:验证力的合成的平行四边形定则。【实验原理】:【实验器材】:【实验步骤】: 1用图钉把一张白纸钉在水平桌面上的方木板上。2用图钉把橡皮条的一端固定在板上的A点，用两 条细绳套结在橡皮条的另一端。 3用两个

11、弹簧秤分别钩住两个细绳套，互成角度 地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O （如图所示）。 A O4用铅笔描下结点O的位置和两 条细绳套的方向，并记录弹簧秤 的读数。在白纸上按比例作出两 个弹簧秤的拉力F1和F2的图示， 利用刻度尺和三角板根椐平行四 边形定则求出合力F。5只用一个弹簧秤，通过细绳套把橡皮条的结点 拉到与前面相同的位置O,记下弹簧秤的读数和细绳 的方向.按同样的比例用刻度尺从O点起做出这个弹 簧秤的拉力F的图示。6比较F与用平行四边形定则求得的合力F，在实验误差允许的范围内是否相等。7改变两个分力F1和F2的大小和夹角。再重复实验 两次,比较每次的F与F 是否在实验误差允

12、许的范围内相等。【注意事项】:1用弹簧秤测拉力时，应使拉力沿弹簧秤的轴线方向，橡皮条、弹簧秤和细绳套应位于与纸面平行的同 一平面内。2同一次实验中，橡皮条拉长后的结点位置O必须保持不变。3+2 2年模拟题组P57-4【】在“探究力的平行四边形定则”的实验 情况如图甲所示，其中A为固定橡皮筋的图钉，O为 橡皮筋与细绳的结点，OB和OC为细绳。图乙是在 白纸上根据实验结果画出的图。（1）图乙中的F与F两力中，方向一定沿AO方 向的是 ,（2）本实验采用的科学方法是（ ）A理想实验法B等效替代法C控制变量法D建立物理模型法BFA O BC甲OFF1F2F 乙【】在“探究求合力的方法”的实验中，需要将

13、 橡皮条的一端固定在水平木板上，另一端系上两根 细绳，细绳的另一端都有绳套（如图）实验中需 用两个弹簧秤分别勾住绳套，并互成角度地拉橡皮 条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O （1）某同学在做该实验时认为： A拉橡皮条的绳细一些且长一些，实验效果较好 B拉橡皮条时，弹簧秤、橡皮条、细绳应贴近木板 且与木板平面平行 C橡皮条弹性要好，拉结点到达某一 位置O时，拉力要适当大些 D拉力F1和F2的夹角越大越好 其中正确的是 (填入相应的字母)结点绳套绳套固定点橡皮条A B C（2）若两个弹簧秤的读数均为4N，且两弹簧秤拉力的方向相互垂直，则 （选填“能”或“不能”）用一个量程为5N的弹簧秤测量出它们

14、的合力，理由是 不能因为这两个力的合力大小超出了弹簧秤的量程 实验原理 利用弹簧悬挂重物静止时，弹簧的弹力跟 重物所受的重力大小相等，只要测出每次 悬挂重物的重力大小F和弹簧伸长的长度x ，建立Fx坐标，描点作图，即可探究 主干整合 1实验中一定要在弹性限度内，不能挂 过多的钩码，使弹簧超过弹性限度，损坏 弹簧探究弹簧弹力和弹簧伸长的关系 2读取弹簧下端所对应的刻度时，要用三角板 ，并且视线垂直于刻度，力求读数准确，如图 所示，并且要等钩码静止时再读数 3作图象时，不要连成“折线”而应尽量让坐 标点落在直线上或均匀分布在两侧 例 (2011安徽)为为了测测量某一弹弹簧的劲劲度系 数，将该弹该弹

15、 簧竖竖直悬悬挂起来，在自由端挂上不 同质质量的砝码码实验测实验测 出了砝码码的质质量m与弹弹 簧长长度l的相应应数据，其对应对应 点已在图图上标标出 (g9.8m/s2) (1)作出ml的关系图线图线 ； (2)弹弹簧的劲劲度系数为为_N/m. 解析 (1)画一条直线尽量通过较多的点，如 答案中图 (1)作出ml的关系图线图线 ； (2)弹弹簧的劲劲度系数为为_N/m. 解析 (2)在画出的图象上选取较远的两点，用于计算 劲度系数(2)0.2480.262一、实验目的 1用实验方法描出平抛物体的运动轨迹 。 2从实验轨迹求平抛物体的初速度。二、实验器材 斜槽，木板，白纸，小球，图钉，铅笔，有 孔的卡片，刻度尺，重锤线。三、实验原理用描迹法平抛物体的运动可以看作是两个分