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專題九 必考力學(xué)實驗(一),1.打點計時器 (1)作用：計時儀器，當(dāng)所用交流電源的頻率f＝50 Hz時，每隔 s打一次點. (2)工作條件：電磁打點計時器用6 V以下交流電源；電火花計時器用220 V 電源.,,答案,0.02,交流,(3)處理紙帶數(shù)據(jù)時區(qū)分計時點和計數(shù)點：計時點是指打點計時器在紙帶上打下的點.計數(shù)點是指測量和計算時在紙帶上所選取的點，要注意“每5個點取一個計數(shù)點”與“每隔4個點取一個計數(shù)點”的取點方法是一樣的，時間間隔均為0.1 s. 2.勻變速直線運動的判斷 (1)沿直線運動的物體在連續(xù)相等時間T內(nèi)的位移分別為x1、x2、x3、x4…，若Δx＝x2－x1＝x3－x2＝x4－x3＝…則說明物體在做 直線運動，且Δx＝ . (2)利用“平均速度法”確定多個點的瞬時速度，作出物體運動的v－t圖象.若 v－t圖線是一條傾斜的直線，則說明物體的速度隨時間均勻變化，即做勻變速直線運動.,,答案,勻變速,aT2,3.由紙帶求物體運動速度的方法 根據(jù)勻變速直線運動某段時間中間時刻的瞬時速度等于這段時間內(nèi)的平均 速度，知vn＝ . 4.利用紙帶求物體加速度的兩種方法,,答案,(2)圖象法：如圖1所示，以打某計數(shù)點時為計時起點，利用vn＝ 求出打各點時的瞬時速度，描點得v－t圖象，圖象的斜率即為物體做勻變速直線運動的 .,,答案,加速度,圖1,5.注意事項 (1)平行：紙帶、細(xì)繩要和長木板平行. (2)靠近：釋放小車前，應(yīng)使小車停在 的位置.,靠近打點計時器,(3)先后順序：實驗時應(yīng)先 ，后 ；實驗后先斷開電源，后取下紙帶. (4)防止碰撞：在到達(dá)長木板末端前應(yīng)讓小車停止運動，防止鉤碼落地，小車與滑輪碰撞. (5)減小誤差：小車另一端掛的鉤碼個數(shù)要適當(dāng)，避免速度過大而使紙帶上打的點太少，或者速度太小，使紙帶上打的點過于密集. (6)紙帶選?。哼x擇一條點跡清晰的紙帶，舍棄點密集部分，適當(dāng)選取計數(shù)點. (7)準(zhǔn)確作圖：在坐標(biāo)紙上，縱、橫軸選取合適的單位(避免所描點過密或過疏而導(dǎo)致誤差過大)，仔細(xì)描點連線，不能連成折線，應(yīng)作一條直線，讓各點盡量落到這條直線上，落不到直線上的各點應(yīng)均勻分布在直線的兩側(cè).,,答案,接通電源,釋放小車,例1 (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(xì)線應(yīng)與長木板保持平行 C.小車應(yīng)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,,√,解析,√,解析 探究小車的速度隨時間的變化規(guī)律，要求長木板平放即選項A不是必要的. 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，從清晰可辨的點取點后處理實驗數(shù)據(jù)，所以D選項也不是必要的. 連接小車的細(xì)線需要與木板平行，否則就要涉及到線的拉力分解問題，即拉力是一個變力，選項B是必要的. 操作時應(yīng)先接通電源再釋放小車，所以C選項是必要的.因此答案為A、D.,(2)圖2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3中標(biāo)出，其余計數(shù)點1、3、4、5對應(yīng)的小車瞬時速度大小在圖3中已標(biāo)出.,,解析答案,圖2,圖3,解析 根據(jù)圖中x1＝3.80 cm ，x3＝15.70 cm ，所以v2＝ ≈0.60 m/s.,0.60,(3)作圖并求得小車的加速度大小為________m/s2.,,解析答案,解析 由圖象可求出加速度a＝ ＝1.45 m/s2,1.45,1,2,變式題組,1.(多選)關(guān)于“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗操作，下列說法中正確的是( ) A.長木板不能側(cè)向傾斜，也不能一端高一端低 B.在釋放小車前，小車應(yīng)停在靠近打點計時器處 C.應(yīng)先接通電源，待打點計時器開始打點后再釋放小車 D.要在小車到達(dá)定滑輪前使小車停止運動,,√,解析,√,√,解析 長木板不能側(cè)向傾斜，但可以一端高一端低，故選項A錯誤. 實驗時，為了能在紙帶上得到較多的點跡，釋放小車前，小車應(yīng)停在靠近打點計時器處，選項B正確； 如果先釋放小車，可能紙帶上打不上幾個點，故選項C正確； 為了保護(hù)小車避免落地摔壞，在小車到達(dá)定滑輪前要用手使小車停止運動，選項D正確.,1,2,,2.(2015·浙江選考)在“用打點計時器測速度”的實驗中某同學(xué)獲得的一條紙帶如圖4所示. (1)已知打點計時器電源頻率為50 Hz， 則紙帶上打相鄰兩點的時間間隔為________.,圖4,解析 T＝ ＝0.02 s.,解析答案,1,2,0.02 s,(2)A、B、C、D、E、F、G是紙帶上7個計數(shù)點，每兩個相鄰計數(shù)點間有四個點沒有畫出，從圖中讀出A、B兩點間距x＝__________m；,解析 因毫米刻度尺的最小刻度為1 mm，故應(yīng)估讀到0.1 mm，即x＝3.0 mm＝3.0×10－3 m.,3.0×10－3,,(3)C點對應(yīng)的速度是________m/s；小車運動的加速度為________m/s2.(計算結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字),解析 由于勻變速直線運動中某段時間內(nèi)的平均速度等于該段中間時刻 的瞬時速度，,解析答案,1,2,0.060,0.20,,(4)若實驗后發(fā)現(xiàn)，實際所用交流電的頻率高于50 Hz，則上述計算結(jié)果與真實值相比是_____.(填“偏大”“偏小”或“不變”),解析 若實驗后發(fā)現(xiàn)，實際所用交流電的頻率高于50 Hz，此時兩計時點間的距離小于真實值，故測得的速度與加速度均小于真實值.,解析答案,1,2,偏小,1.實驗原理 互成角度的兩個力F1、F2與另外一個力F′產(chǎn)生相同的 ，看F1、F2用平行四邊形定則求出的合力F與F′在實驗誤差允許范圍內(nèi)是否相等. 2.實驗器材 木板、白紙、圖釘若干、橡皮條、細(xì)繩、 、三角板、刻度尺. 3.實驗步驟 (1)用圖釘把一張白紙釘在水平桌面上的木板上.,,答案,效果,彈簧測力計兩個,(2)用兩個彈簧測力計分別鉤住兩個細(xì)繩套，互成角度地拉橡皮條，使橡皮條伸長，結(jié)點到達(dá)某一位置O. (3)用鉛筆描下結(jié)點O的位置和兩個細(xì)繩套的 ，并記錄 ，利用刻度尺和三角板根據(jù)平行四邊形定則求出合力F. (4)只用一個彈簧測力計，通過細(xì)繩套把橡皮條的結(jié)點拉到 ，記下彈簧測力計的讀數(shù)F′和細(xì)繩的 . (5)比較F′與用平行四邊形定則求得的合力F，看它們在實驗誤差允許的范圍內(nèi)是否相等.,,答案,方向,方向,彈簧測力計的,讀數(shù),與前面相同的,位置O,4.注意事項 (1)位置不變：在同一次實驗中，使橡皮條拉長時結(jié)點的位置一定要 . (2)角度合適：用兩個彈簧測力計鉤住細(xì)繩套互成角度地拉橡皮條時，其夾角不宜太小，也不宜太大，以60°～100°為宜. (3)在合力不超出量程及在橡皮條彈性限度內(nèi)形變應(yīng)盡量 一些.細(xì)繩套應(yīng)適當(dāng) 一些，便于確定力的方向. (4)統(tǒng)一標(biāo)度：在同一次實驗中，畫力的圖示選定的標(biāo)度要相同，并且要恰當(dāng)選定標(biāo)度，使力的圖示稍大一些.,,答案,相同,長,大,5.誤差分析 (1)誤差來源：除彈簧測力計本身的誤差外，還有讀數(shù)誤差、作圖誤差等. (2)減小誤差的辦法： ①實驗過程中讀數(shù)時眼睛一定要正視彈簧測力計的刻度盤，要按有效數(shù)字位數(shù)要求和彈簧測力計的精度正確讀數(shù)和記錄. ②作圖時使用刻度尺，并借助于三角板，使表示兩力的對邊一定要平行.,,例2 (1)如圖5為“探究求合力的方法”的實驗裝置.小張同學(xué)在實驗中用a、b兩彈簧秤拉橡皮條，如圖所示.他在實驗操作中除了所用細(xì)繩太短外，至少還有一處錯誤，請你幫他找出錯誤之處___________________________ _____________________________.(寫出一條即可),圖5,答案,解析,a彈簧秤所用拉力太大，或b彈簧秤拉力方向與細(xì)繩方向不一致,解析 在該實驗中，要正確測量彈力的大小和方向，同時作出的平行四邊形要大小適中，不能太小也不能太大，以免增大誤差. 題中操作錯誤或不妥之處有：b彈簧秤拉力方向與細(xì)繩方向不一致； a彈簧秤的拉力太大，用一只彈簧秤再次做實驗時會超出量程.,,(2)小張同學(xué)修正錯誤后，重新進(jìn)行了測量，在測量時，左、右兩只彈簧秤的示數(shù)如圖6甲所示，則左彈簧秤的示數(shù)是____________N，右彈簧秤的示數(shù)是____________N.若兩根細(xì)繩的夾角為90°，請你幫他在所給的方格紙(圖乙)上按作圖法的要求畫出這兩個力及它們的合力.,圖6,答案,解析,2.75(±0.02),3.30(±0.02),解析 左彈簧秤的示數(shù)為2.75 N，右彈簧秤的示數(shù)為3.30 N，合力如圖所示.,,(3)小張同學(xué)實驗后發(fā)現(xiàn)用一個彈簧秤也能完成這個實驗，請問他這個想法是否可行？________(填“是”或“否”).,是,解析答案,解析 用一個彈簧秤也能完成這個實驗是可行的，兩個分力先后兩次測量，一個用手拉、一個用彈簧秤測，保持位置不變，手和彈簧秤換一下.,3,4,變式題組,,3.(多選)(2015·浙江10月選考真題)在“探究求合力的方法”的實驗中，下列器材中必須要用的是( ),解析 在“探究求合力的方法”的實驗中，要用彈簧測力計測拉力，用刻度尺畫線并測量表示力的大小的線段長度.故選B、D.,√,√,解析,4.如圖7所示，在“探究求合力的方法”的實驗中，有下列實驗步驟： a.在桌上放一塊方木板，在方木板上墊一張白紙，把橡皮條的一端固定在板上的A點. b.只用一只彈簧測力計，通過細(xì)繩把橡皮條的結(jié)點拉到同樣的位置O，記下彈簧測力 計的示數(shù)F′和細(xì)繩的方向，按同樣比例作出力F′的圖示. c.改變兩個分力的大小和夾角，再做兩次實驗. d.記下兩只彈簧測力計的示數(shù)F1、F2及結(jié)點的位置，描下 兩條細(xì)繩的方向，在紙上按比例作出力F1和F2的圖示，用 平行四邊形定則求出合力F. e.比較力F′與F，可以看出，它們在實驗誤差允許的范圍內(nèi)是相等的. f.把兩條細(xì)繩系在橡皮條的另一端，通過細(xì)繩用兩個彈簧測力計互成角度拉橡皮條， 橡皮條伸長，使結(jié)點到達(dá)某一位置O.,3,4,圖7,,3,4,完成下列填空： (1)上述步驟中，正確的順序是________(填寫步驟前面的字母).,解析答案,解析 先固定好白紙和橡皮條，用兩個彈簧測力計拉橡皮條到結(jié)點O，記下兩個力的大小和方向，然后用一個彈簧測力計拉橡皮條到O點，記下拉力的大小和方向，由平行四邊形定則畫出兩個力的合力，與第二次的一個力比較大小和方向；改變兩個分力的大小和夾角，重復(fù)實驗.故實驗步驟為afdbec.,afdbec,,3,4,(2)(多選)下列哪些措施能減小實驗誤差________. A.兩條細(xì)繩必須等長 B.彈簧測力計、細(xì)繩、橡皮條都應(yīng)與木板平面平行 C.拉橡皮條的細(xì)繩要稍長一些，標(biāo)記同一條細(xì)繩的方向時兩標(biāo)記點要適 當(dāng)遠(yuǎn)一些 D.實驗前先把實驗所用的兩只彈簧測力計的掛鉤相互鉤住平放在桌面上， 向相反方向拉動，檢查讀數(shù)是否相同，若不同，則進(jìn)行調(diào)節(jié)使之相同,√,解析,√,√,解析 兩條細(xì)繩是否等長，不會影響實驗誤差，A錯誤； 避免拉力和紙面不平行，如果不平行畫出的力就不是實際作用力了，B可以減小誤差； 細(xì)繩稍長些，這樣在描點畫力的方向時，偏差少，誤差小，C正確； 實驗前調(diào)節(jié)彈簧測力計，使得兩個讀數(shù)相同，這樣畫出的平行四邊形才準(zhǔn)確，可以減小誤差，D正確.,3,4,1.實驗原理(實驗原理圖如圖8所示),,答案,圖8,(1)保持質(zhì)量不變，探究加速度跟 的關(guān)系. (2)保持合外力不變，探究加速度與 的關(guān)系. (3)作出 圖象和a－ 圖象，確定其關(guān)系. 2.實驗器材 小車、砝碼、小盤、細(xì)繩、附有定滑輪的長木板、墊木、 、 、導(dǎo)線兩根、紙帶、天平、 .,合外力,質(zhì)量,a－F,打點計時器,低壓交流電源,米尺,3.實驗步驟 (1)測量：用天平測量砝碼和小盤的質(zhì)量m′和小車的質(zhì)量m. (2)安裝：按照如實驗原理圖所示裝置把實驗器材安裝好，只是不把懸掛小盤的細(xì)繩系在小車上(即不給小車 ). (3)平衡摩擦力：在長木板的不帶定滑輪的一端下面墊上墊木，使小車能 .,,答案,牽引力,勻速下滑,(4)操作：①小盤通過細(xì)繩繞過定滑輪系于小車上，先 后 ，取下紙帶編號碼. ②保持小車的質(zhì)量m不變，改變砝碼和小盤的質(zhì)量m′，重復(fù)步驟①. ③在每條紙帶上選取一段比較理想的部分，測加速度a. ④描點作圖，作a－F的圖象. ⑤保持砝碼和小盤的質(zhì)量m′不變，改變小車質(zhì)量m，重復(fù)步驟①和③，作a－ 圖象.,,答案,接通電源,放開,小車,4.注意事項 (1)平衡摩擦力：適當(dāng)墊高木板的右端，使小車的重力沿斜面方向的分力正好平衡 .在平衡摩擦力時，不要把懸掛小盤的細(xì)繩系在小車上，讓小車?yán)┻^打點計時器的紙帶勻速運動. (2)不重復(fù)平衡摩擦力. (3)實驗條件： . (4)一先一后一按：改變拉力和小車質(zhì)量后，每次開始時小車應(yīng)盡量靠近 ，并應(yīng)先接通電源，后釋放小車，且應(yīng)在小車到達(dá)滑輪前按住小車.,,答案,小車和紙帶受到的阻力,m?m′,打點計時器,5.誤差分析 (1)因?qū)嶒炘聿煌晟埔鸬恼`差：本實驗用砝碼和小盤的總重力m′g代替小車的拉力，而實際上小車所受的拉力要小于砝碼和小盤的總重力. (2)摩擦力平衡不準(zhǔn)確、質(zhì)量測量不準(zhǔn)確、計數(shù)點間距測量不準(zhǔn)確、紙帶和細(xì)繩不嚴(yán)格與木板平行都會引起誤差. 6.數(shù)據(jù)處理 (1)利用逐差法求a. (2)以a為縱坐標(biāo)，F(xiàn)為橫坐標(biāo)，根據(jù)各組數(shù)據(jù)描點，如果這些點在一條過原點的直線上，說明a與F成正比. (3)以a為縱坐標(biāo)， 為橫坐標(biāo)，描點、連線，如果該線為過原點的直線，就能判定a與m成反比.,例3 某班級同學(xué)用如圖9所示的裝置驗證加速度a和力F、質(zhì)量m的關(guān)系.甲、乙兩輛小車放在傾斜軌道上，小車甲上固定一個力傳感器，小車乙上固定一個加速度傳感器(可以測量乙在任意時刻的加速度大小)，力傳感器和小車乙之間用一根不可伸長的細(xì)線連接，在彈簧拉力的作用下兩輛小車一起開始運動，利用兩個傳感器可以采集記錄同一時刻小車乙受到的拉力和加速度的大小.,圖9,,(1)下列關(guān)于實驗裝置和操作的說法中正確的是________. A.軌道傾斜是為了平衡小車甲受到的摩擦力 B.軌道傾斜是為了平衡小車乙受到的摩擦力 C.實驗中，在小車乙向下運動的過程中均可采集數(shù)據(jù) D.實驗中，只能在小車乙加速運動的過程中采集數(shù)據(jù),解析,√,√,解析 本實驗的研究對象是小車乙，所以軌道傾斜是為了平衡小車乙受到的摩擦力，A錯誤，B正確； 實驗研究的是加速過程，C錯誤，D正確.,,(2)四個實驗小組選用的小車乙(含加速度傳感器)的質(zhì)量分別為m1＝0.5 kg，m2＝1.0 kg、m3＝1.5 kg和m4＝2.0 kg，其中有三個小組已經(jīng)完成了a－F圖象，如圖10所示.最后一個小組的實驗數(shù)據(jù)如下表所示，請在圖中完成該組的a－F圖線.,圖10,解析 根據(jù)數(shù)據(jù)描點再作圖.,解析答案,,(3)在驗證了a和F的關(guān)系后，為了進(jìn)一步驗證a和m的關(guān)系，可直接利用圖中的四條圖線收集數(shù)據(jù)，然后作圖.請寫出具體的做法： ①如何收集數(shù)據(jù)？ ___________________________________________________________________________________________________________________； ②為了更直觀地驗證a和m的關(guān)系，建立的坐標(biāo)系應(yīng)以________為縱軸， 以_____為橫軸.,在a－F圖象上作一條垂直于橫軸的直線，與四條圖線分別有個交點，記錄下四個交點的坐標(biāo)a，分別與圖象對應(yīng)的m組成四組數(shù)據(jù),a,答案,解析,解析 ①在a－F圖象上作一條垂直于橫軸的直線，與四條圖線分別有個交點，記下四個交點的縱軸標(biāo)a，分別與各圖線對應(yīng)的m組成四組數(shù)據(jù). ②因a與m成反比關(guān)系，為了方便判斷，畫a－ 圖象.,變式題組,,5.(2015·臺州模擬)(1)我們已經(jīng)知道，物體的加速度a同時跟合外力F和質(zhì)量m兩個因素有關(guān).要研究這三個物理量之間的定量關(guān)系的思想方法是________________.,解析 要研究三個物理量之間的定量關(guān)系的思想方法是控制變量法.,控制變量法,解析答案,(2)某同學(xué)的實驗方案如圖11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(diào)整措施： a.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(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量，目的是使拉小車的力近似等于____________.,,圖11,解析答案,平衡摩擦力,砂桶的重力,解析 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(yīng)使砂桶的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量，目的是使拉小車的力近似等于砂桶的重力.,,(3)該同學(xué)利用實驗中打出的紙帶求加速度時，處理方案有兩種：,解析 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.,兩種方案中，你認(rèn)為選擇方案________比較合理.,√,解析,