第1講力學實驗(一)考試標準知識內容必考要求加試要求說明1.用打點計時器測速度1.會正確使用的儀器主要有：刻度尺、游標卡尺、天平、秒表、電火花計時器或電磁打點計時器、彈簧測力計、電流表、電壓表、多用電表、滑動變阻器、電阻箱等.2.認識誤差問題在實驗中的重要性，了解誤差的概念，知道系統(tǒng)誤差和偶然誤差；知道在多次測量的基礎上，通過作圖或求平均值的方法可減小偶然誤差；能在某些實驗中分析誤差的主要來源；不要求計算誤差.3.知道有效數(shù)字的概念，會用有效數(shù)字表達直接測量的結果，間接測量的有效數(shù)字運算不作要求.2.探究小車速度隨時間變化的規(guī)律3.探究求合力的方法4.探究加速度與力、質量的關系5.探究作用力與反作用力的關系6.研究平拋運動7.探究做功與物體速度變化的關系8.驗證機械能守恒定律9.測繪小燈泡的伏安特性曲線10.探究導體電阻與其影響因素(包括材料)的關系11.練習使用多用電表12.測定電池的電動勢和內阻13.探究電磁感應的產生條件14.探究感應電流方向的規(guī)律15.探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關系16.探究單擺周期與擺長的關系17.測定玻璃的折射率18.用雙縫干涉測量光的波長(同時練習使用測量頭)19.探究碰撞中的不變量實驗1：用打點計時器測速度一、實驗原理1.打點計時器：計時儀器.(1)當電源頻率為50 Hz時，每隔0.02 s打一次點；(2)電磁打點計時器需要46 V交流電源，電火花計時器需要220 V交流電源.2.測平均速度、瞬時速度：平均速度：，當t0時，認為是t時刻的瞬時速度.二、實驗器材打點計時器、交流電源、刻度尺、紙帶、導線、坐標紙三、實驗步驟1.把電磁打點計時器固定在水平桌子上，并穿好紙帶；2.把電磁打點計時器的兩個接線柱用導線分別與電源接線柱相連接；3.打開電源開關，用手水平地拉動紙帶，紙帶上就打出一行小點；4.關閉電源，取下紙帶，從能看清的某個點數(shù)起，往后數(shù)出n個點，紙帶的運動時間t0.02(n1) s；5.用刻度尺測量出從開始計數(shù)的一點到最后一點間的距離x；6.利用公式計算出紙帶在這段時間內的平均速度.四、數(shù)據(jù)處理1.計算瞬時速度在紙帶上連續(xù)選出7個計數(shù)點，分別標以O、A、B、C、D、E、F，它們之間的距離x1，x2，x3，x4.打點計時器打點的周期為T，則各點的瞬時速度分別是：vA，vB，vC，vD把計算所得的各點的速度填入下表中位置ABCDEF(xnxn1)/mv/(m·s1)2.vt圖象的畫法根據(jù)測量的數(shù)據(jù)在坐標系中描點，然后用平滑的曲線把這些點連接起來.五、注意事項1.使用打點計時器時，應先接通電源，待打點計時器穩(wěn)定時再拉動紙帶；2.拉紙帶時，速度應快一些，以防點跡太密集；3.使用電火花計時器時，應注意把紙帶正確穿好，墨粉紙盤位于紙帶上方；使用電磁打點計時器時，應讓紙帶穿過限位孔，壓在復寫紙下面；4.對紙帶測量時，要用刻度尺一次性將各段長度測量完畢.例1某同學在做“用打點計時器測速度”實驗時，得到一條點跡清晰的紙帶如圖1，在紙帶上依次選出7個計數(shù)點，分別標以O、A、B、C、D、E和F，每相鄰的兩個計數(shù)點間還有四個點未畫出，打點計時器所用電源的頻率是50 Hz.圖1(1)如果測得C、D兩點間距x42.70 cm，D、E兩點間距x52.90 cm，則據(jù)此數(shù)據(jù)用速度公式vD計算在打D點時的速度值vD_ m/s.(保留三位有效數(shù)字)(2)該同學分別算出其他速度：vA0.220 m/s，vB0.241 m/s，vC0.258 m/s，vE0.300 m/s，請在圖2的坐標系中作出小車運動的vt圖象，設O點為計時起點.圖2答案(1)0.280(2)見解析圖解析(1)將數(shù)據(jù)代入速度公式vD解得vD0.280 m/s.(2)根據(jù)已知數(shù)據(jù)在坐標軸上取合適的標度，再將數(shù)據(jù)點描繪在坐標系中，最后用平滑的曲線“擬合”數(shù)據(jù)點.如圖所示.變式1(2017·杭州期末教學質檢)打點計時器是高中階段常用的實驗器材之一.如圖3所示是兩種常見的打點計時器.圖3(1)關于兩種計時器說法正確的是_(填字母).A.圖甲中的打點計時器用的是交流220 V的電源B.圖乙中的打點計時器用的是直流46 V的學生電源C.圖甲中的打點計時器的A處應為“墨粉紙”D.圖甲中的打點計時器的A處應為“復寫紙”(2)某實驗小組為研究小車的運動規(guī)律，選擇了圖甲中的打點計時器來實驗(如圖4)，該圖為釋放小車前的情景，其中操作最合理的是圖_(填字母).圖4(3)關于紙帶中相應點間距的測量過程，下列操作最合理的是_(填字母).A.用刻度尺上邊緣緊貼紙帶打出的點，一次性記錄好所有點對應的讀數(shù)B.用刻度尺分段測量出所有相鄰兩點之間的距離，以備不時之需和方便計算C.用刻度尺分段測量出需要的相鄰兩點之間的距離，以方便計算答案(1)AC(2)A(3)A解析(1)圖甲是電火花計時器，需要使用220 V的交流電源，A處是墨粉紙，選項A、C正確，D錯誤；圖乙是電磁打點計時器，需要使用46 V的交流電源，選項B錯誤.(2)小車應該靠近打點計時器，紙帶應該與限位孔平行，選項A正確.(3)一次性記錄所有的點，誤差較小，選項A正確.變式2某同學在做“用打點計時器測速度”實驗時，從打下的若干紙帶中選取了點跡清晰的一條，如圖5所示.打點計時器的電源頻率為50 Hz.圖5由這些已知數(shù)據(jù)計算：(結果均保留三位有效數(shù)字)(1)物體經過BD過程的平均速度_ m/s；(2)紙帶上C點相對應的瞬時速度v_ m/s.答案(1)1.50(2)1.50解析(1)相鄰計數(shù)點間的時間間隔是T0.02 s，所以BD過程的平均速度1.50 m/s；(2)紙帶上的C點相對應的瞬時速度可以用BD過程的平均速度替代，即v1.50 m/s.變式3(1)為完成“練習使用打點計時器”實驗，在圖6甲的四種器材中，_(選填“A”“B”“C”或“D”)為電磁打點計時器，工作電壓為交流_(選填“46 V”或“220 V”)，當電源的頻率為50 Hz時，打點周期為_ s.(2)某同學拉著紙帶運動，得到一條點跡清晰的紙帶.他確定好起點之后，作出了位移時間圖象如圖乙所示.則在02.0 s內的平均速度大小為_ m/s.(結果保留二位有效數(shù)字)圖6答案(1)C46 V0.02(2)0.80解析(1)帶線圈的C圖是電磁打點計時器，工作電壓為交流46 V，當電源的頻率為50 Hz時，打點周期是0.02 s.(2)由題圖乙得，平均速度的大小 m/s0.80 m/s.實驗2：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律一、實驗原理利用紙帶記錄的數(shù)據(jù)，計算各時刻的速度，再作出速度時間圖象.1.某點的瞬時速度vn；2.若vt圖象是一條傾斜的直線，則物體做勻變速直線運動，圖線的斜率表示加速度.二、實驗裝置圖及器材如圖7所示，打點計時器、學生電源、復寫紙、紙帶、導線、一端帶有滑輪的長木板、小車、細繩、鉤碼、刻度尺、坐標紙.圖7三、實驗步驟1.把附有滑輪的長木板放在實驗桌上，并使滑輪伸出桌面，把打點計時器固定在長木板上沒有滑輪的一端，連接好電路.2.把一條細繩拴在小車上，使細繩跨過滑輪，下邊掛上鉤碼，把紙帶穿過打點計時器，并把紙帶的一端固定在小車的后面.3.把小車停在靠近打點計時器處，接通電源后，釋放小車，讓小車拖著紙帶運動，打點計時器就在紙帶上打下一系列小點.4.換上新的紙帶，重復實驗兩次.5.增減所掛鉤碼，按以上步驟再做兩次實驗.四、數(shù)據(jù)處理1.利用紙帶測量并計算(1)從紙帶中選取便于測量的點作為計數(shù)始點，以后依次每五個點取一個計數(shù)點，并標明0、1、2、3、4測量各計數(shù)點到0點的距離x，并記錄在表中.位置編號012345t/sx/mv/(m·s1)(2)分別計算出相鄰的兩計數(shù)點之間的距離x1、x2、x3(3)利用vn求得計數(shù)點1、2、3、4的瞬時速度，填入上面的表格中.2.作出小車運動的vt圖象(1)定標度、描點：坐標軸的標度選取要合理，并根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)在此坐標系中描點.(2)連線：畫一條直線，讓這條直線通過盡可能多的點，不在直線上的點大致均勻分布在直線的兩側.五、注意事項1.細繩、紙帶要與長木板平行；2.先接通電源，待打點穩(wěn)定后再釋放小車；3.開始釋放小車時，應使小車靠近打點計時器；4.無須平衡摩擦力；5.懸掛的鉤碼要適當，避免紙帶打出的點太少或過于密集；6.作vt圖象時，注意坐標軸單位長度的選取，應使圖象盡量分布在坐標平面的大部分面積.例2(2016·浙江10月選考·17)在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”實驗中(1)下列說法中不正確或不必要的是_(填字母).A.長木板的一端必須墊高，使小車在不掛鉤碼時能在木板上做勻速運動B.連接鉤碼和小車的細線應與長木板保持平行C.小車應靠近打點計時器，先接通電源，后釋放小車D.選擇計數(shù)點時，必須從紙帶上第一個點開始(2)圖8甲是實驗中打下的一段紙帶，算出計數(shù)點2的速度大小為_m/s，并在圖乙中標出，其余計數(shù)點1、3、4、5對應的小車瞬時速度大小在圖乙中已標出.(3)作圖并求得小車的加速度大小為_m/s2.甲乙圖8答案見解析解析(1)探究小車速度隨時間變化的規(guī)律，要求長木板平放，即選項A是不必要的.在處理紙帶時，由于第一點并不確定，因此常常將前面的點去掉，從清晰可辨的點開始取點，所以D選項也是不必要的.連接鉤碼和小車的細線需要與長木板平行，否則就要涉及到線的拉力分解問題，選項B是必要的.操作時應先接通電源再釋放小車，所以C選項是必要的.(2)根據(jù)題圖甲，x13.80 cm ，x315.70 cm，T5×0.02 s0.1 s，所以v20.60 m/s.標出計數(shù)點2的速度如圖所示.(3)作圖如圖所示，由圖象可求出加速度a1.50 m/s2.變式4(2017·嘉興市高二上期末)如圖9甲所示是“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗原理圖.(1)圖乙是某同學安裝的實驗器材，請指出其中錯誤或不當之處(至少指出兩條)_；_.圖9(2)有關本實驗的安裝要求及操作細節(jié)，正確的是_.A.此實驗必須把沒有滑輪的一端墊高以平衡摩擦力B.在釋放小車前，小車應停在靠近打點計時器位置處C.實驗時應先釋放小車，再接通打點計時器的電源D.實驗中必須使懸掛鉤碼的質量遠小于小車的質量答案 (1)復寫紙應放在紙帶上；應使用交流電源；小車應該緊靠打點計時器；打點計時器安放錯誤(選擇其中兩條即可)(2)B變式5某同學利用圖10甲所示的實驗裝置探究物塊速度隨時間變化的規(guī)律.物塊放在桌面上，細繩的一端與物塊相連，另一端跨過滑輪掛上鉤碼.打點計時器固定在桌面左端，所用交流電源頻率為50 Hz.紙帶穿過打點計時器連接在物塊上.啟動打點計時器，釋放物塊，物塊在鉤碼的拉力作用下拖著紙帶運動.打點計時器打出的紙帶如圖乙所示(圖中相鄰兩點間有4個計時點未畫出).圖10根據(jù)實驗數(shù)據(jù)分析，該同學認為物塊的運動為勻加速運動.回答下列問題：(1)在打點計時器打出B點時，物塊的速度大小為_ m/s；在打出D點時，物塊的速度大小為_ m/s.(保留兩位有效數(shù)字)(2)物塊的加速度大小為_ m/s2.(保留兩位有效數(shù)字)答案(1)0.560.96(2)2.0解析(1)根據(jù)勻變速直線運動過程中中間時刻的速度等于該過程的平均速度得，vB m/s0.56 m/s，vD m/s0.96 m/s.(2)根據(jù)題意，物塊的運動為勻加速運動，則根據(jù)速度公式vDvBa·2T，代入數(shù)據(jù)整理可以得到a2.0 m/s2.變式6(2017·嘉興市期末)一位同學在探究木塊速度隨時間變化的規(guī)律時，在質地均勻的水平桌面上將木塊、電火花計時器、紙帶連接成如圖11甲所示的裝置，先接通周期為0.02 s的交流電源，再給木塊一向右的初速度v0，木塊向右運動一小段距離后將紙帶拉緊，最后得到如圖乙所示點跡的紙帶，A、B、C、D、E是連續(xù)的五個計數(shù)點，每相鄰兩個計數(shù)點間還有一個計時點未畫出，其中AB、DE間距離已標出，單位是cm.圖11(1)圖乙中C點的讀數(shù)為_ cm，打點計時器打下B點時木塊的速度為_ m/s，木塊運動的加速度大小是_m/s2.(計算結果保留兩位有效數(shù)字)(2)由圖乙紙帶上數(shù)據(jù)判斷，在誤差允許范圍內，可以認為木塊做的是_(選填“勻加速”或“勻減速”)運動 .答案(1)3.90(3.883.92均可)0.36(0.350.37均可)2.5(2.42.6均可)(2)勻減速解析(1)C點的讀數(shù)為3.90 cm，紙帶上相鄰的兩個計數(shù)點之間還有一個計時點未畫出，所以兩個相鄰的計數(shù)點間的時間T0.02×2 s0.04 s.vB×102 m/s0.36 m/s.根據(jù)xaT2得：a，解得：a2.5 m/s2.(2)因為xAB1.25 cm，xBC(3.902.25) cm1.65 cm，xCD2.05 cm，xDE2.43 cm, 相等時間內的位移差近似相等，所以在誤差允許范圍內，可以認為木塊做勻減速運動.實驗3：探究求合力的方法一、實驗原理1.合力F的確定：一個力F的作用效果和兩個力F1、F2的共同作用效果都是把橡皮條伸長到同一點，則F就是F1、F2的合力.2.合力理論值F的確定：根據(jù)平行四邊形定則作出F1、F2的合力F的圖示.3.平行四邊形定則的驗證：比較F和F的大小和方向是否相同.二、實驗裝置圖及器材如圖12所示，方木板、白紙、彈簧測力計(兩只)、橡皮條、細繩套、刻度尺(或三角板)、圖釘(若干).圖12三、實驗步驟1.釘白紙：用圖釘把白紙釘在水平桌面上的方木板上.2.拴繩套：用圖釘把橡皮條的一端固定在A點，橡皮條的另一端拴上兩個細繩套.3.兩力拉：用兩只彈簧測力計分別勾住細繩套，互成角度地拉橡皮條，使橡皮條伸長到某一位置O，如圖13所示.記錄兩彈簧測力計的讀數(shù)，用鉛筆描下O點的位置及此時兩細繩套的方向.圖134.一力拉：只用一只彈簧測力計通過細繩套把橡皮條的結點拉到同樣的位置O，記下彈簧測力計的讀數(shù)和細繩套的方向.5.改變兩個力F1和F2的大小和夾角，再重復實驗兩次.四、數(shù)據(jù)處理1.用鉛筆和刻度尺從結點O沿兩條細繩方向畫直線，按選定的標度作出這兩只彈簧測力計的拉力F1和F2的圖示，并以F1和F2為鄰邊用刻度尺作平行四邊形，過O點畫平行四邊形的對角線，此對角線即為合力F的圖示.2.用刻度尺從O點按同樣的標度沿記錄的方向作出實驗步驟中彈簧測力計的拉力F的圖示.3.比較F與F是否完全重合或幾乎完全重合，從而驗證平行四邊形定則.五、注意事項1.同一實驗中的兩只彈簧測力計的選取方法是：將兩只彈簧測力計調零后互鉤對拉，若兩只彈簧測力計在對拉過程中，讀數(shù)相同，則可選；若讀數(shù)不同，應另換，直至相同為止.2.在同一次實驗中，使橡皮條拉長時，結點O位置一定要相同.3.用兩只彈簧測力計鉤住繩套互成角度地拉橡皮條時，夾角不宜太大也不宜太小，在60°100°之間為宜.4.實驗時彈簧測力計應與木板平行，彈簧軸線與繩子共線，讀數(shù)時眼睛要正視彈簧測力計的刻度，在合力不超過彈簧測力計量程及橡皮條彈性限度的前提下，拉力的數(shù)值盡量大些.5.細繩套應適當長一些，便于確定力的方向.不要直接沿細繩套的方向畫直線，應在細繩套末端用鉛筆畫一個點，去掉細繩套后，再將所標點與O點連接，即可確定力的方向.6.在同一次實驗中，畫力的圖示所選定的標度要相同，并且要恰當選取標度，使所作力的圖示稍大一些.例3(2015·浙江10月選考·17)(1)如圖所示，在“探究求合力的方法”實驗中，下列器材中必須要用的是_.(2)下列兩個學生實驗中，必須要測量質量、時間和位移的是_.A.用打點計時器測速度B.探究加速度與力、質量的關系答案(1)BD(2)B解析(1)在“探究求合力的方法”實驗中，需要用彈簧測力計測量合力與分力的大小和方向，需要用刻度尺進行作圖分析，所以需要的器材選B、D；(2)用打點計時器測速度的實驗中，是利用v計算速度的，所以不需要測質量；而探究加速度與力、質量的關系實驗中，加速度要用a計算，還要研究在力F一定的情況下a與m的關系，所以需要測質量、時間和位移，故選B.變式7(2017·麗水市普通高中質量監(jiān)控)東東同學在做“探究求合力的方法”實驗時：(1)實驗室提供了如圖14甲所示的實驗器材，還需要的器材是_；圖14(2)如圖乙，實驗中需要兩次拉伸橡皮筋：第一次是通過細繩用兩個彈簧測力計互成角度地拉橡皮筋，第二次是用一個彈簧測力計通過細繩拉橡皮筋.關于這兩次拉伸，下列說法正確的是_.A.兩次拉伸只需要記下兩彈簧測力計的讀數(shù)B.兩次拉伸必須將橡皮筋和細繩的結點拉到相同位置C.用兩個彈簧測力計同時拉時，兩細繩套所在直線的方向要互相垂直且讀數(shù)要相同D.用兩個彈簧測力計同時拉時，彈簧及鉤子不與彈簧測力計的外殼及紙面接觸以避免摩擦答案(1)三角板或刻度尺(2)BD解析(1)本實驗需要畫出力的圖示，故需要刻度尺或者三角板.(2)兩次拉伸必須將橡皮筋和細繩的結點拉到相同位置，保證作用效果相同，選項B正確；每一次拉伸都需要記下拉力的大小及方向，選項A錯誤；兩細繩的拉力以及方向只要作用效果明顯就行，沒有具體要求方向，選項C錯誤；彈簧的拉力應盡可能與紙面平行，但不能有摩擦力存在，因為若有摩擦力存在，細繩的拉力和彈簧測力計的示數(shù)就有偏差，選項D正確.變式8(2017·嘉興市高二期末)某小組同學進行“探究求合力的方法”實驗：(1)下列要求對減小實驗誤差有益的是_.A.兩細繩必須等長B.拉橡皮筋的兩條細繩夾角越大越好C.彈簧測力計、細繩、橡皮筋都應與木板平行D.兩彈簧測力計同時拉細繩時，都要拉到彈力最大值圖15(2)如圖15所示，彈簧測力計的拉力大小為_ N.(3)如圖16所示，用一只彈簧測力計拉橡皮筋時，發(fā)現(xiàn)細繩與橡皮筋的結點還沒拉到O點時(O點是用兩只彈簧測力計拉時的結點位置)，彈簧測力計已經達到最大刻度，解決這一問題的可行辦法是_.圖16A.兩彈簧測力計同時拉時，拉力小一點B.兩彈簧測力計同時拉時，夾角大一點C.兩彈簧測力計同時拉時，取特殊夾角D.兩彈簧測力計同時拉時，拉力大小取值相同答案(1)C(2)2.00(3)AB變式9(2017·金華十校聯(lián)考)根據(jù)要求，完成“探究求合力的方法”實驗.(1)如圖17甲所示，把白紙固定在木板上后，再把木板豎立在桌面上，用圖釘把橡皮筋的一端固定在A點，另一端B連有兩條輕繩，跨過定滑輪后各拴一細繩套，分別掛上3個鉤碼和4個鉤碼(每個鉤碼重1 N)，調整滑輪的位置，穩(wěn)定后結點位于O處，記下_和兩條細繩的方向及拉力大小，取下滑輪及鉤碼.圖17(2)如圖乙所示，取某單位長度表示1 N，用力的圖示作出兩條細繩的拉力F1和F2；再用一個彈簧測力計把結點也拉至O處，記下彈簧測力計的讀數(shù)F_ N和拉力方向，取下彈簧測力計.(3)在圖丙中作出F1和F2的合力F的圖示.答案(1)結點的位置O點(2)5.0 (3)如圖所示實驗4：探究加速度與力、質量的關系一、實驗原理1.探究方法控制變量法(1)保持小車質量不變，分析加速度與力的關系.(2)保持小車所受的力不變，改變小車的質量，分析加速度與質量的關系.2.要測量的物理量(1)小車與其上砝碼的總質量；(2)小車受到的拉力；(3)小車的加速度.二、實驗裝置圖及器材如圖18所示，打點計時器、紙帶、復寫紙、小車、一端附有定滑輪的長木板、小盤、重物、薄木片、細繩、交流電源、導線、天平、刻度尺、砝碼.圖18三、實驗步驟1.用天平測出小車和重物(包括小盤)的質量分別為M0、m0，并把數(shù)值記錄下來.2.按實驗裝置圖將實驗器材安裝好(小車上不系細繩).3.平衡摩擦力，把木板無滑輪的一端下面墊一薄木片，反復移動其位置，直到打點計時器正常工作后不掛重物(包括小盤)的小車在斜面上做勻速直線運動為止(紙帶上相鄰點間距相等).4.將重物(包括小盤)通過細繩系在小車上，接通電源放開小車，打點完畢后取下紙帶并在紙帶上標上序號，此時所掛重物(包括小盤)的重力m0g，即為小車所受的合力F.5.保持小車的質量不變，改變所掛重物(包括小盤)的重力，重復步驟4，多做幾次實驗，并記錄好重物(包括小盤)的重力m1g、m2g以及加速度，填入表格中.6.保持小盤中所放重物的質量不變，在小車上加放砝碼，并測出小車與所放砝碼的總質量M，接通電源，放開小車用紙帶記錄小車的運動情況，取下紙帶并在紙帶上標上序號.7.繼續(xù)在小車上加砝碼，重復步驟6，多做幾次實驗，并將對應的質量和加速度填入表格中.四、數(shù)據(jù)處理1.計算保持小車質量不變時，各次小盤和重物的重力(作為小車的合力)及對應紙帶的加速度，填入表中.2.計算保持小盤中重物的質量不變時，各次小車和砝碼的總質量及對應紙帶的加速度，填入表中.3.需要記錄各組對應的加速度a與小車所受拉力F，然后建立直角坐標系，用縱坐標表示加速度a，橫坐標表示拉力F，描點畫aF圖象，如果圖象是一條過原點的直線，便證明加速度與作用力成正比.再記錄各組對應的加速度a與小車和砝碼總質量M，然后建立直角坐標系，用縱坐標表示加速度a，橫坐標表示小車和砝碼總質量的倒數(shù)，描點畫a圖象，如果圖象是一條過原點的直線，就證明了加速度與質量成反比.五、注意事項1.一定要做好平衡摩擦力的工作，也就是調出一個合適的斜面，使小車的重力沿著斜面方向的分力正好平衡小車所受的摩擦阻力.在平衡摩擦力時，不要把懸掛重物(包括小盤)的細繩系在小車上，即不要給小車加任何牽引力，并要讓小車拖著紙帶運動.2.整個實驗平衡了摩擦力后，不管以后是改變重物(包括小盤)質量，還是改變小車和砝碼的總質量，都不需要重新平衡摩擦力.3.每條紙帶必須在滿足小車與車上所加砝碼的總質量遠大于重物(包括小盤)質量的條件下打出.只有如此，重物(包括小盤)重力才可視為小車受到的拉力.4.改變拉力和小車質量后，每次開始時小車應盡量靠近打點計時器，并應先接通電源，再放開小車，且應在小車到達滑輪前按住小車.5.作圖象時，要使盡可能多的點在所作直線上，不在直線上的點應盡可能均勻分布在所作直線兩側.6.作圖時兩軸標度比例要適當，各量須采用國際單位，這樣作圖線時，坐標點間距不至于過密，誤差會小些.例4(2017·浙江名校協(xié)作體聯(lián)考)在“探究加速度與力、質量的關系”實驗中，某同學將實驗器材組裝好，如圖19甲所示為釋放小車前瞬間的情景.(1)在接通電源進行實驗之前，請你指出圖中的錯誤或不妥之處(寫出兩處即可)：_.圖19(2)在使用打點計時器時，該同學發(fā)現(xiàn)紙帶有圖乙中的兩種穿法，感到有點猶豫.你認為_(選填“A”或“B”)的穿法正確.(3)該同學通過圖20甲所示裝置打出一條紙帶，如圖乙所示.根據(jù)紙帶的點跡可判斷出實驗尚未平衡好摩擦力，為進一步平衡摩擦力，圖甲中墊塊應該向_(選填“左”或“右”)移一些.圖20(4)調整好實驗裝置后，該同學順利地完成了實驗.如圖21是他在實驗中得到的一條紙帶，圖中相鄰兩計數(shù)點之間的時間間隔為0.1 s，由圖中的數(shù)據(jù)可算得小車的加速度a_ m/s2，當打點計時器打下C點時，小車的速度vC_ m/s.(結果均保留兩位有效數(shù)字)圖21答案(1)a.用了直流電源b.開始實驗時，小車離打點計時器太遠c.沒平衡摩擦力 (2)B(3)左(4)0.38(0.340.42均可)0.20(0.190.21均可)解析(1)電源使用了直流電源、小車未靠近打點計時器、沒有平衡摩擦力.(2)紙帶應在復寫紙的下面，故B的穿法正確.(3)由題圖知，在相同時間內兩點間的距離越來越小，說明小車做減速運動，由牛頓第二定律知，重力沿斜面方向的分力小于滑動摩擦力，即沒有完全平衡摩擦力，故應將墊塊向左移以增加重力沿斜面方向的分力.(4)小車的加速度a0.38 m/s2，由中間時刻的速度等于這段時間上的平均速度，得小車在C點的速度vC0.20 m/s.變式10(2016·臺州市模擬)(1)我們已經知道，物體的加速度a同時跟合外力F和質量m兩個因素有關.研究這三個物理量之間定量關系的思想方法是_.(2)某同學的實驗方案如圖22所示，她想用砂桶的重力表示小車受到的合外力F，為了減小這種做法帶來的實驗誤差，她先做了兩方面的調整措施：圖22a.用小木塊將長木板無滑輪的一端墊高，目的是_.b.使砂桶的質量遠小于小車的質量，目的是使拉小車的力近似等于_.(3)該同學利用實驗中打出的紙帶求加速度時，處理方案有兩種：A.利用公式a計算B.根據(jù)a利用逐差法計算兩種方案中，你認為選擇方案_比較合理.答案(1)控制變量法 (2)a.平衡摩擦力b.砂桶的重力(3)B解析(1)研究三個物理量之間定量關系的思想方法是控制變量法.(2)用小木塊將長木板無滑輪的一端墊高，目的是平衡摩擦力.想用砂桶的重力表示小車受到的合外力F，為了減小這種做法帶來的實驗誤差，應使砂桶的質量遠小于小車的質量，目的是使拉小車的力近似等于砂桶的重力.(3)利用實驗中打出的紙帶求加速度時，需要根據(jù)a利用逐差法計算，方案B比較合理.變式11在“探究加速度與力、質量關系”的實驗中，某小組同學實驗時先正確平衡摩擦力，并利用鉤碼和小車之間連接的力傳感器測出細線上的拉力，改變鉤碼的個數(shù)，確定加速度與細線上拉力F的關系.(1)下列圖象中能表示該同學實驗結果的是_.(2)某次實驗中打出如圖23所示的紙帶(打點計時器電源的頻率為50 Hz)，則這個加速度值a_m/s2.(計算結果保留兩位有效數(shù)字)圖23答案(1)A(2)0.80解析(1)平衡摩擦力后，細線拉力等于合力，而加速度與合力成正比，其關系圖線應該為直線，故選A；(2)T5T00.1 s，根據(jù)公式xaT2得：0.035 3 cm0.019 3 cm2aT2代入數(shù)據(jù)得到：a m/s20.80 m/s2.變式12(2017·金華市期末)某同學設計了一個探究加速度a與物體所受合外力F及質量M的關系實驗.如圖24為實驗裝置簡圖，A為小車，B為打點計時器，C為裝有砂的砂桶(總質量為m)，D為一端帶有定滑輪的長木板.圖24(1)若保持砂和砂桶質量m不變，改變小車質量M，分別得到小車加速度a與質量M及對應的數(shù)據(jù)如表格所示.次數(shù)12345小車加速度a/(m·s2)0.990.740.500.340.25小車質量M/kg0.250.330.500.751.00小車質量倒數(shù)/kg14.003.002.001.331.00根據(jù)表格數(shù)據(jù)，為直觀反映F不變時a與M的關系，請在如圖25所示的方格坐標紙中選擇恰當?shù)奈锢砹拷⒆鴺讼?，并作出圖線.圖25(2)從圖線中得到F不變時，小車加速度a與質量M之間存在的關系是_.(3)某位同學在探究a與F的關系時，把砂和砂桶的總重力當作小車的合外力F，作出aF圖線如圖26所示，試分析圖線不過原點的原因是_.圖26答案(1)見解析圖(2)成反比(3)實驗前未平衡摩擦力或平衡摩擦力不充分解析(1)根據(jù)表格數(shù)據(jù)，通過描點，作出圖線，如圖所示.(2)從圖線中得到F不變時，小車加速度a與質量M之間存在的關系是成反比.(3)圖線不通過坐標原點，F(xiàn)不為零時，加速度仍為零，知實驗前未平衡摩擦力或平衡摩擦力不充分.1.(2017·湖州市期末)圖1甲中的器材被稱為電火花計時器的是_(選填“A”或“B”)，其裝置使用的電源是圖乙中的_(選填“A”“B”“C”或“D”).圖1答案BD2.(2017·浙江11月選考·17)在做“探究加速度與力、質量的關系”實驗中，(1)下列儀器需要用到的是_(多選).(2)下列說法正確的是_(多選).A.先釋放紙帶再接通電源B.拉小車的細線應盡可能與長木板平行C.紙帶與小車相連端的點跡較疏D.輕推小車，拖著紙帶的小車能夠勻速下滑，說明摩擦力已被平衡(3)如圖2所示是實驗時打出的一條紙帶，A、B、C、D為每隔4個點取的計數(shù)點，據(jù)此紙帶可知小車在D點的速度大小為_ m/s(小數(shù)點后保留兩位).圖2答案(1)AD(2)BD(3)0.21±0.013.(2017·溫州十校高三期末)(1)在實驗室做力學實驗時會經常用到“重物”，請為下列實驗從圖3中選擇最合適的“重物”(填編號)：圖3探究彈簧彈力大小與伸長量的關系_；驗證機械能守恒_.(2)某同學利用如圖4所示的實驗裝置，探究物塊在水平桌面上的運動規(guī)律.物塊在重物的牽引下開始運動，重物落地后，物塊再運動一段距離停在桌面上(尚未到達滑輪處)，從紙帶上便于測量的點開始，每5個點取1個計數(shù)點，相鄰計數(shù)點間的距離如圖5所示，打點計時器電源的頻率為50 Hz.圖4圖5通過分析紙帶數(shù)據(jù)，可判斷物塊開始減速的時刻位于()A.計數(shù)點5和6之間某時刻B.計數(shù)點6和7之間某時刻C.計數(shù)點7和8之間某時刻計數(shù)點6對應的速度大小為_ m/s，減速過程的加速度大小為_ m/s2.(保留三位有效數(shù)字)答案(1)BA(2)B1.202.00解析(1)探究彈簧彈力大小與伸長量的關系是要通過增減鉤碼的個數(shù)來改變彈力大小的，所以選擇B；驗證機械能守恒時，只需要一個重物即可，所以選擇A；(2)從紙帶上的數(shù)據(jù)分析得知：在計數(shù)點6之前，兩點之間的位移逐漸增大，是加速運動，在計數(shù)點7之后，兩點之間的位移逐漸減小，是減速運動，所以物塊在相鄰計數(shù)點6和7之間某時刻開始減速.做勻變速直線運動的物體，某一時間內的平均速度等于這段時間中間時刻的瞬時速度，所以第5個計數(shù)點的速度v5×102 m/s1.00 m/s；由平均速度的定義得，第5個計數(shù)點和第6個計數(shù)點之間的平均速度56×102 m/s1.10 m/s，做勻變速直線運動的物體，某一時間內的平均速度等于這段時間初、末速度之和的一半，因此56，解得v61.20 m/s.根據(jù)逐差法，物塊減速運動過程中加速度a×102 m/s22.00 m/s2，負號表示減速運動.4.實驗中，如圖6所示為一次記錄小車運動情況的紙帶，圖中A、B、C、D、E為相鄰的計數(shù)點，相鄰計數(shù)點間的時間間隔T0.1 s.圖6(1)根據(jù)紙帶可判定小車做_運動.(2)根據(jù)紙帶計算各點瞬時速度：vD_ m/s，vC_ m/s，vB_ m/s.以A點為零時刻，在如圖7所示坐標系中作出小車的vt圖線，并根據(jù)圖線求出a_.圖7(3)將圖線延長與縱軸相交，交點速度的物理意義是_.答案(1)勻加速直線(2)3.902.641.38見解析圖12.60 m/s2(3)零時刻小車經過A點的速度解析(1)根據(jù)紙帶提供的數(shù)據(jù)可知xBCxABxCDxBCxDExCD12.60 cm，故小車做勻加速直線運動.(2)根據(jù) 可知vD m/s3.90 m/svC m/s2.64 m/svB m/s1.38 m/s描點連線得如圖所示vt圖線，根據(jù)圖線斜率知a12.60 m/s2.(3)圖線與縱軸交點速度的物理意義是零時刻小車經過A點的速度.5.如圖8所示是探究求合力的方法的實驗裝置，實驗中，需要將橡皮筋的一端固定在水平木板上，另一端系上兩根細繩(細繩的末端都有繩套)，實驗中需用兩個_分別鉤住繩套，并互成角度地拉橡皮筋.某同學認為在此過程中必須注意以下幾項：圖8A.兩根細繩盡可能等長B.橡皮筋應與兩繩夾角的平分線在同一直線上C.在使用彈簧測力計時要注意使彈簧測力計與木板平面平行其中正確的是_(填入相應的字母).兩位同學在實驗時得到的實驗結果如圖9所示，其中有一位同學操作有誤.則圖中_(選填“a”或“b”)的實驗結果與事實不符.圖9答案彈簧測力計Cb解析實驗中需用兩個彈簧測力計分別鉤住繩套，并互成角度地拉橡皮筋；為方便實驗操作、減小實驗誤差，細線應適當長些，兩根細繩不需要等長，選項A錯誤；為減小實驗誤差，兩繩間夾角應適當大些，橡皮筋并不一定與兩繩夾角的平分線在同一直線上，選項B錯誤；為減小實驗誤差，在使用彈簧測力計時要注意使彈簧測力計與木板平面平行，選項C正確.由于實驗中存在誤差，兩彈簧測力計的合力方向與一個彈簧測力計拉橡皮筋時的拉力方向不可能完全相同，且一個彈簧測力計拉橡皮筋時，拉力與橡皮筋在一條直線上，故b圖實驗結果與事實不相符.6.如圖10為“探究求合力的方法”實驗，三個細繩套L1、L2、L3共系于一個結點，另一端分別系于輕質彈簧測力計A、B和重物M上，A掛于固定點P.手持B拉動細繩，使結點靜止于O點.圖10(1)某次實驗中A的指針位置如圖所示，其讀數(shù)為_N；(2)實驗時要在貼于豎直木板的白紙上，記錄_、_和L1、L2、L3的方向及M的重力.(3)下列實驗要求中必要的是_(填選項的字母代號).A.彈簧測力計需要在實驗前進行校零B.細繩套方向應與木板平面平行C.需要用托盤天平測量重物M的質量D.彈簧測力計B始終保持水平答案(1)2.00(2)O點的位置A、B的示數(shù)(3)AB解析(1)A的讀數(shù)為2.00 N；(2)實驗時要在貼于豎直木板的白紙上，記錄O點的位置、A、B的示數(shù)和L1、L2、L3的方向及M的重力；(3)彈簧測力計需要在實驗前進行校零，選項A正確；細繩套方向應與木板平面平行，以減小實驗誤差，選項B正確；不需要用托盤天平測量重物M的質量，選項C錯誤；彈簧測力計B不一定要始終保持水平，選項D錯誤.7.某實驗小組同學用如圖11所示裝置“探究加速度與力、質量的關系”.圖11(1)在研究物體加速度與力的關系時，保持不變的物理量是_(只需填A或B).A.小車質量B.塑料桶和桶中砝碼的質量(2)實驗中，首先要平衡摩擦力，具體做法是_(只需填A或B).A.在塑料桶中添加砝碼，使小車帶著紙帶勻速運動B.取下塑料桶，墊起長木板的一端，使小車帶著紙帶勻速運動(3)實驗中要使小車的質量_(選填“遠大于”或“遠小于”)塑料桶和桶中砝碼的質量，才能認為細繩對小車的拉力等于塑料桶和砝碼的重力.答案(1)A(2)B(3)遠大于解析(1)該實驗采用了“控制變量法”，在研究物體加速度與力的關系時，保持不變的物理量是小車的質量，故A正確，B錯誤.(2)為了使繩子的拉力等于小車受到的合外力，在進行實驗之前要進行平衡摩擦力，具體做法是：適當墊高長木板不帶定滑輪的一端，輕推未掛塑料桶的小車，恰使拖有紙帶的小車勻速下滑.故A錯誤，B正確.(3)設繩子上的拉力為F，對小車根據(jù)牛頓第二定律有：FMa對塑料桶和砝碼有：mgFma由解得：F由此可知當Mm時，才能認為塑料桶和砝碼的重力等于細繩對小車的拉力.8.小張和小楊同學在實驗室中進行探究“加速度與力的關系”實驗.為提高實驗的準確度，他們設計了如圖12所示的實驗方案.將力傳感器固定在小車上，通過力傳感器可以直接顯示細線拉力的大小.圖12(1)采用力傳感器測量細線拉力與用重物重力代替拉力的方法相比，下列說法正確的是_.A.可以不用平衡摩擦力B.利用此實驗裝置還需要測量重物的質量C.重物的質量要遠遠小于小車和力傳感器的總質量D.直接測量出小車(包括力傳感器)所受的拉力，可以減小誤差(2)圖13是某同學在此實驗中獲得的一條紙帶，其中兩相鄰計數(shù)點間有四個點未畫出，已知打點計時器用的交流電源的頻率為50 Hz，則小車運動的加速度a_ m/s2.圖13(3)保持小車和力傳感器的總質量一定，改變重物的質量，測出相應的加速度，采用圖象法處理數(shù)據(jù).請同學們根據(jù)測量數(shù)據(jù)在圖14上作出aF圖象.圖14(4)根據(jù)作出的aF圖線，分析實驗可能存在的問題是_.A.平衡摩擦力時長木板的傾角過大B.平衡摩擦力不夠答案(1)D(2)0.39(3)如圖所示(4)B解析(2)a0.39 m/s2.(4)分析aF圖象，a0時所對應的F不為0，因此選B.26