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1、一、一、实验实验目的目的1学会用控制学会用控制变变量法研究物理量法研究物理规规律律2探究加速度与力、探究加速度与力、质质量的关系量的关系3掌握灵活运用掌握灵活运用图图象象处处理理问题问题的方法的方法二、二、实验实验原理原理控制控制变变量法，在所研究的量法，在所研究的问题问题中，有两个以上的参量在中，有两个以上的参量在发发生生牵连牵连变变化化时时，可以控制某个或某些量不，可以控制某个或某些量不变变，只研究其中两个量之，只研究其中两个量之间间的的变变化关系的方法，化关系的方法，这这也是物理学中研究也是物理学中研究问题时经问题时经常采用的方法常采用的方法本本实验实验中，研究的参量中，研究的参量为为F
2、、m和和a，可以控制参量，可以控制参量m一定，研究一定，研究F与与a的关系，也可控制参量的关系，也可控制参量F一定，研究一定，研究m与与a的关系的关系三、三、实验实验器材器材打点打点计时计时器；器；纸带纸带及复写及复写纸纸；小；小车车；一端附有定滑；一端附有定滑轮轮的的长长木板；木板；小小盘盘和砝和砝码码；细绳细绳；低；低压压交流交流电电源；源；导线导线；天平；刻度尺；天平；刻度尺四、四、实验实验步步骤骤(如如图图)1用天平用天平测测量小量小盘盘的的质质量量m0和小和小车车的的质质量量M0.2把一端附有滑把一端附有滑轮轮的的长长木板放在木板放在实验实验桌上，并使滑桌上，并使滑轮轮伸出桌面，伸出
3、桌面，把打点把打点计时计时器固定在器固定在长长木板上木板上远远离滑离滑轮轮的一端，的一端，连连接好接好电电路路3平衡摩擦力：小平衡摩擦力：小车车的尾部挂上的尾部挂上纸带纸带，纸带纸带穿穿过过打点打点计时计时器的器的限位孔，将木板无滑限位孔，将木板无滑轮轮的一端稍微的一端稍微垫垫高一些，使小高一些，使小车车在不挂小在不挂小盘盘和砝和砝码码的情况下，能沿木板做匀速直的情况下，能沿木板做匀速直线线运运动动这样这样小小车车所受重力所受重力沿木板的分力与小沿木板的分力与小车车所受滑所受滑动动摩擦力平衡在保摩擦力平衡在保证证小小盘盘和砝和砝码码的的质质量量远远小于小小于小车质车质量的条件下，可以近似量的条
4、件下，可以近似认为认为小小盘盘和砝和砝码码的的总总重重力大小等于小力大小等于小车车所受的合外力的大小所受的合外力的大小4把小把小车车停在打点停在打点计时计时器器处处，挂上小，挂上小盘盘和砝和砝码码，先接通，先接通电电源，源，再再让让小小车车拖着拖着纸带纸带在木板上匀加速下滑，打出一条在木板上匀加速下滑，打出一条纸带纸带计计算小算小盘盘和砝和砝码码的重力，即的重力，即为为小小车车所受的合外力，由所受的合外力，由纸带计纸带计算出小算出小车车的的加速度，并把力和加速度，并把力和对应对应的加速度填入表的加速度填入表(一一)中中5改改变变小小盘盘内砝内砝码码的个数，重复步的个数，重复步骤骤4，并多做几次
5、，并多做几次6保持小保持小盘盘内的砝内的砝码码个数不个数不变变，在小，在小车车上放上砝上放上砝码码改改变变小小车车的的质质量，量，让让小小车车在木板上滑在木板上滑动动打出打出纸带纸带计计算砝算砝码码和小和小车车的的总质总质量量M，并由，并由纸带计纸带计算出小算出小车对应车对应的加速度的加速度 7改改变变小小车车上砝上砝码码的个数，重复步的个数，重复步骤骤6，并将所，并将所对应对应的的质质量和加速度量和加速度填入表填入表(二二)中中表表(一一)表表(二二) 实验实验次数次数加速度加速度a/(ms2)小小车车受力受力F/N1234实验实验次数次数加速度加速度a/(ms2)砝砝码码和小和小车车的的总
6、质总质量量M/kg1234六、六、误误差分析差分析1质质量的量的测测量量误误差，差，纸带纸带上打点上打点计时计时器打点器打点间间隔距离的隔距离的测测量量误误差，差，拉拉线线或或纸带纸带不与木板平行等都会造成不与木板平行等都会造成误误差差2因因实验实验原理不完善造成原理不完善造成误误差：本差：本实验实验中用小中用小盘盘和砝和砝码码的的总总重力重力代替小代替小车车受到的拉力受到的拉力(实际实际上小上小车车受到的拉力要小于小受到的拉力要小于小盘盘和砝和砝码码的的总总重力重力)，存在系，存在系统误统误差小差小盘盘和砝和砝码码的的总质总质量越接近小量越接近小车车的的质质量，量，误误差就越大；反之，小差就
7、越大；反之，小盘盘和砝和砝码码的的总质总质量越小于小量越小于小车车的的质质量，量，误误差就差就越小越小3平衡摩擦力不准造成平衡摩擦力不准造成误误差：在平衡摩擦力差：在平衡摩擦力时时，除了不挂小，除了不挂小盘盘外，外，其他的都跟正式其他的都跟正式实验实验一一样样(比如要挂好比如要挂好纸带纸带、接通打点、接通打点计时计时器器)，匀速，匀速运运动动的的标标志是打点志是打点计时计时器打出的器打出的纸带纸带上相上相邻邻点的距离相等点的距离相等七、注意事七、注意事项项1在平衡摩擦力在平衡摩擦力时时，不要把，不要把悬悬挂小挂小盘盘的的细线细线系在小系在小车车上，即不上，即不要要给给小小车车加任何加任何牵牵引
8、力，并要引力，并要让让小小车车拖着打点的拖着打点的纸带纸带运运动动2实验实验步步骤骤2、3不需要重复，即整个不需要重复，即整个实验实验平衡了摩擦力后，不平衡了摩擦力后，不管以后是改管以后是改变变小小盘盘和砝和砝码码的的总质总质量量还还是改是改变变小小车车和砝和砝码码的的总质总质量，量，都不需要重新平衡摩擦力都不需要重新平衡摩擦力3每条每条纸带纸带必必须须在在满满足小足小车车与与车车上所加砝上所加砝码码的的总质总质量量远远大于小大于小盘盘和砝和砝码码的的总质总质量的条件下打出只有如此，小量的条件下打出只有如此，小盘盘和砝和砝码码的的总总重力重力才可才可视为视为小小车车受到的拉力受到的拉力4改改变
9、变拉力和小拉力和小车质车质量后，每次开始量后，每次开始时时小小车应车应尽量靠近打点尽量靠近打点计计时时器，并器，并应应先接通先接通电电源，再放开小源，再放开小车车，且，且应应在小在小车车到达滑到达滑轮轮前按住前按住小小车车5作作图图象象时时，要使尽可能多的点在所作直，要使尽可能多的点在所作直线线上，不在直上，不在直线线上的上的点点应应尽可能尽可能对对称分布在所作直称分布在所作直线线两两侧侧6作作图时图时两两轴标轴标度比例要度比例要选择选择适当各量适当各量须须采用国采用国际单际单位位这样这样作作图线时图线时，坐，坐标标点点间间距不至于距不至于过过密，密，误误差会小些差会小些7为为提高提高测测量精
10、度量精度(1)应应舍掉舍掉纸带纸带上开上开头头比比较较密集的点，在后密集的点，在后边边便于便于测测量的地方找一量的地方找一个起点个起点(2)可以把每打五次点的可以把每打五次点的时间时间作作为时间单为时间单位，即从开始点起，每五位，即从开始点起，每五个点个点标标出一个出一个计计数点，而相数点，而相邻计邻计数点数点间间的的时间间时间间隔隔为为T0.1 s.八、八、实验实验改改进进本本实验实验中可以用气中可以用气垫导轨垫导轨来代替来代替长长木板，木板，这样这样就省去了平衡小就省去了平衡小车车摩擦力的麻摩擦力的麻烦烦，小，小车车的加速度也可以利用的加速度也可以利用传传感器，借助于感器，借助于计计算机来
11、算机来处处理理 实验原理和注意事项 如如图图所示的是做探究牛所示的是做探究牛顿顿第二定律第二定律实验实验中打出的一条中打出的一条纸纸带带，相，相邻记邻记数点的数点的时间间时间间隔隔为为T，间间距距s1，s2，s3，s6已已测测量量出出 (1)请请写出三个不同的写出三个不同的计计算加速度的表达式算加速度的表达式 (2)甲、乙两同学用同一装置甲、乙两同学用同一装置实验实验，画出了各自的，画出了各自的aF图图象象(如如图图1所示所示)这这两个同学在做两个同学在做实验时实验时，采用的哪一个物理量不同？，采用的哪一个物理量不同？试试比比较较其大小其大小(3)如如图图2所示，是丙同学根据所示，是丙同学根据
12、测测量数据画出的量数据画出的aF图线图线，表示，表示实验实验的的问题问题是是_(2)由由aF图象上，对应图象上，对应F相同时，由图象可知相同时，由图象可知a甲甲a乙乙，F相同相同时加速度与质量成反比，则时加速度与质量成反比，则m甲甲m乙乙，即甲、乙两同学的实验所用，即甲、乙两同学的实验所用小车和砝码的总质量不同，且小车和砝码的总质量不同，且m甲甲m乙乙(3)没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够答案答案见规范解答见规范解答实验数据的处理 (2009年高考江苏卷年高考江苏卷)“探究加速度与物体探究加速度与物体质质量、物体受量、物体受力的关系力的关系”的的实验实验装置如装置如
13、图图甲所示甲所示(1)在平衡小在平衡小车车与桌面之与桌面之间间摩擦力的摩擦力的过过程中，打出了一条程中，打出了一条纸带纸带如如图图乙所示乙所示计时计时器打点的器打点的时间间时间间隔隔为为0.02 s，从比，从比较较清晰的点起，每清晰的点起，每5个点取一个个点取一个计计数点，量出相数点，量出相邻计邻计数点之数点之间间的距离的距离该该小小车车的加速的加速度度a_ m/s2.(结结果保留两位有效数字果保留两位有效数字)(2)平衡摩擦力后，将平衡摩擦力后，将5个相同的砝个相同的砝码码都放在小都放在小车车上挂上砝上挂上砝码盘码盘，然后每次从小然后每次从小车车上取一个砝上取一个砝码码添加到砝添加到砝码盘码
14、盘中，中，测测量小量小车车的加速的加速度小度小车车的加速度的加速度a与砝与砝码盘码盘中砝中砝码总码总重力重力F的的实验实验数据如下表：数据如下表： 请请根据根据实验实验数据作出数据作出aF的关系的关系图图象象 (3)根据提供的根据提供的实验实验数据作出的数据作出的aF图线图线不通不通过过原点，原点，请说请说明主要明主要原因原因规范解答规范解答(1)由题意可知计数间隔由题意可知计数间隔T5T00.1 s.由由saT2和和s0.16 cm1.6103 m可得：可得：a0.16 m/s2.(2)aF图线如图所示图线如图所示(3)平衡小车与桌面之间的摩擦力，平衡小车与桌面之间的摩擦力， aF图象仍不通
15、过原点，可能是图象仍不通过原点，可能是 在计算在计算F时忘记加入砝码盘的重力，时忘记加入砝码盘的重力， 使作出的图象向左平移造成的使作出的图象向左平移造成的答案答案(1)0.16(2)见规见规范解答范解答(3)忘忘记记加入砝加入砝码盘码盘的重力的重力如如图图所示的所示的实验实验装置可以装置可以验证验证牛牛顿顿运运动动定律，小定律，小车车上固定一个盒上固定一个盒子，盒子内盛有砂子砂桶的子，盒子内盛有砂子砂桶的总质总质量量(包括桶以及桶内砂子包括桶以及桶内砂子质质量量)记为记为m，小，小车车的的总质总质量量(包括包括车车、盒子及盒内砂子、盒子及盒内砂子质质量量)记为记为M.(1)验证验证在在质质量
16、不量不变变的情况下，加速度与合外力成正比：从盒子中的情况下，加速度与合外力成正比：从盒子中取出一些砂子，装入砂桶中，称量并取出一些砂子，装入砂桶中，称量并记录记录砂桶的砂桶的总总重力重力mg，将，将该该力力视为视为合外力合外力F，对应对应的加速度的加速度a则则从打下的从打下的纸带纸带中中计计算得出多算得出多次改次改变变合外力合外力F的大小，每次都会得到一个相的大小，每次都会得到一个相应应的加速度本次的加速度本次实验实验中，桶内的砂子取自小中，桶内的砂子取自小车车中，故系中，故系统统的的总质总质量不量不变变以合外以合外力力F为为横横轴轴，以加速度，以加速度a为纵轴为纵轴，画出，画出aF图图象，象
17、，图图象是一条象是一条过过原点的直原点的直线线aF图图象斜率的物理意象斜率的物理意义义是是_你你认为认为把砂桶的把砂桶的总总重力重力mg当作合外力当作合外力F是否合理？是否合理？答：答：_.(填填“合理合理”或或“不合理不合理”)本次本次实验实验中，是否中，是否应该满应该满足足M m这样这样的条件？的条件？答：答：_(填填“是是”或或“否否”)；理由是理由是_(2)验证验证在合外力不在合外力不变变的情况下，加速度与的情况下，加速度与质质量成反比：保持桶量成反比：保持桶内砂子内砂子质质量量m不不变变，在盒子内添加或去掉一些砂子，在盒子内添加或去掉一些砂子，验证验证加速度加速度与与质质量的关系本次
18、量的关系本次实验实验中，桶内的砂子中，桶内的砂子总质总质量不量不变变，故系，故系统统所所受的合外力不受的合外力不变变用用图图象法象法处处理数据理数据时时，以加速度，以加速度a为纵轴为纵轴，应该应该以以_倒数倒数为为横横轴轴 本章的命本章的命题热题热点主要集中在以下几点：点主要集中在以下几点：1灵活运用隔离法和整体法求解加速度相等的灵活运用隔离法和整体法求解加速度相等的连连接体，注意两接体，注意两个物体受力上的个物体受力上的联联系，即牛系，即牛顿顿第三定律第三定律2用正交分解法解决受力用正交分解法解决受力较为较为复复杂杂的的问题问题，在正交的两个方向，在正交的两个方向上上应应用牛用牛顿顿运运动动
19、定律或平衡条件定律或平衡条件3综综合合应应用牛用牛顿顿运运动动定律和运定律和运动动学学规规律分析、解决律分析、解决问题问题，注重，注重考考查查运运动动上的上的连连接接1.在光滑水平面上有一在光滑水平面上有一质质量量为为m的物的物块块受到水平恒力受到水平恒力F的作用而的作用而运运动动，在其正前方固定一个足，在其正前方固定一个足够长够长的的劲劲度系数度系数为为k的的轻质弹轻质弹簧，如簧，如图图所示在物所示在物块块与与弹弹簧接触且向右运簧接触且向右运动动的的过过程中，程中，下列下列说说法正确的是法正确的是()A物物块块在接触在接触弹弹簧的簧的过过程中一直做减速运程中一直做减速运动动B物物块块接触接触
20、弹弹簧后先加速后减速，当簧后先加速后减速，当弹弹力等于力等于F时时其速度最大其速度最大C当当弹弹簧簧处处于于压缩压缩量最大量最大时时，物，物块块的加速度等于的加速度等于F/mD当物当物块块的速度的速度为为零零时时，弹弹簧的簧的压缩压缩量等于量等于F/k解析：解析：物块接触弹簧后，弹簧形变量逐渐增大，开始一段时间物块接触弹簧后，弹簧形变量逐渐增大，开始一段时间弹力小于弹力小于F，所以物块会继续向右加速，直到弹力等于，所以物块会继续向右加速，直到弹力等于F，此时加，此时加速度为速度为0，但速度到最大；物块继续向右运动，弹簧形变量继续，但速度到最大；物块继续向右运动，弹簧形变量继续增大，弹力大于增大
21、，弹力大于F，加速度方向变为向左，开始减速，直到速度，加速度方向变为向左，开始减速，直到速度为零故为零故A错，错，B对；由于无法得知物块接触弹簧时的速度，弹簧对；由于无法得知物块接触弹簧时的速度，弹簧的最大形变量无法得知，故加速度不能确定，故的最大形变量无法得知，故加速度不能确定，故C错；物块速度错；物块速度为零时，弹簧压缩量必大于为零时，弹簧压缩量必大于F/k，故，故D错错答案：答案：B2刚买刚买回回车车的第一天，小明和父母去看望的第一天，小明和父母去看望亲亲朋，小明的爸爸决定朋，小明的爸爸决定驾车驾车前行当拐一个弯前行当拐一个弯时时，发现发现前面是一个上坡一个小男孩追逐前面是一个上坡一个小
22、男孩追逐一个球突然跑到一个球突然跑到车车前小明爸爸急踏刹前小明爸爸急踏刹车车，车轮车轮在在马马路上划出一道路上划出一道12 m长长的黑的黑带带后停住幸好没有撞着小男孩！小男孩若无其事地跑后停住幸好没有撞着小男孩！小男孩若无其事地跑开了路开了路边边目睹了全目睹了全过过程的一位交通警察走程的一位交通警察走过过来，来，递过递过来一来一张张超速超速罚罚款款单单，并指出，并指出这这段路最高限速是段路最高限速是60 km/h.小明小明对对当当时时的情况作了的情况作了调查调查：估：估计计路面与水平面路面与水平面间间的的夹夹角角为为15；查课查课本可知本可知轮轮胎与路面的胎与路面的动动摩擦因数摩擦因数0.60
23、；从汽；从汽车说车说明明书书中中查查出出该该汽汽车车的的质质量是量是1 570 kg，小明的体重是，小明的体重是60 kg；目；目击击者告者告诉诉小明小男小明小男孩重孩重30 kg，并用，并用3.0 s的的时间时间跑跑过过了了4.6 m宽宽的的马马路又知路又知cos 150.9 659，sin 150.2 588.根据以上信息，你能否用学根据以上信息，你能否用学过过的物理知的物理知识识到法庭到法庭为为小明爸爸做无小明爸爸做无过过失失辩护辩护？(g取取9.8 m/s2)答案：答案：见解析见解析 3跳水是一跳水是一项优项优美的水上运美的水上运动动，如，如图图甲所示是跳水比甲所示是跳水比赛赛中小将中
24、小将陈陈若琳和若琳和王鑫在跳台上王鑫在跳台上腾腾空而起的英姿其中空而起的英姿其中陈陈若琳的体重若琳的体重约为约为30 kg，身高，身高约为约为1.40 m，她站在离水面，她站在离水面10 m高的跳台上，重心离跳台面的高度高的跳台上，重心离跳台面的高度约为约为0.80 m，竖竖直向上直向上跃跃起后重心升高起后重心升高0.45 m达到最高点，入水达到最高点，入水时时身体身体竖竖直，当手触直，当手触及水面及水面时时伸直双臂做一个翻掌伸直双臂做一个翻掌压压水花的水花的动动作，如作，如图图乙所示，乙所示，这时陈这时陈若琳的若琳的重心离水面重心离水面约为约为0.80 m设设她在入水及在水中下沉她在入水及在水中下沉过过程中受到的水的作用程中受到的水的作用力大小不力大小不变变空气阻力可忽略不空气阻力可忽略不计计，重力加速度，重力加速度g取取10 m/s2.(结结果保留两位果保留两位有效数字有效数字)(1)求求陈陈若琳从离开跳台到手触及水面的若琳从离开跳台到手触及水面的过过程中可用于完成一系列程中可用于完成一系列动动作的作的时时间间；(2)若若陈陈若琳入水后重心下沉到离水面若琳入水后重心下沉到离水面约约 2.2 m处处速度速度变为变为零，零，试试估算水估算水对陈对陈若若 琳的阻力的大小琳的阻力的大小答案答案：(1)1.7 s(2)1.3103 N 本小节结束请按ESC键返回
