2022年高中物理必修1的复习）专题四 实验部分 含答案

2022年高中物理必修1的复习）专题四 实验部分 含答案1、要求会正确使用的仪器有：刻度尺、天平、电火花、计时器或电磁打点计时器、弹簧称。2、要求认识误差问题在实验中的更要性、了解误差的概念、知道实验的系统误差和偶然误差、知道用多次测量求平均值的方法减小偶然误差、能在某些实验中分析误差的主要来源。3、要求知道有效数字的概念，会用有效数字表达直接测量的结果。4、注意设计性实验，开拓学生的思维。实验一：研究匀变速直线运动的规律1. 打点计时器及其应用（1）打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，交流电源（电火花220V，电磁式46V）先开电源后拉纸带，交流频率50Hz，它每隔0.02s打一次点，处理数据时，为了方便测量和减少误差，通常都采用以6个点为一段划分纸带（即取5个时间间隔）作为一个时间单位T，则T0.0520.1s因此纸带上的点就表示了和纸带相连的运动物体在不同时刻的位置，研究纸带上点之间的间隔，就可以了解物体运动的情况。（2）由纸带判断物体做匀变速直线运动的方法：如图所示，0、1、2为时间间隔相等的各计数点，x1、x2、x3、为相邻两计数点间的距离，若x=x2-x1=x3-x2=恒量，即若连续相等的时间间隔内的位移之差为恒量，则与纸带相连的物体的运动为匀变速直线运动。（3）由纸带求物体运动加速度的方法：用“逐差法”求加速度即根据 (T为相邻两计数点间的时间间隔）求出，再算出平均值即为物体运动的加速度。用图象求加速度即先根据求出打第n点时纸带的瞬时速度，然后作出图象，图线的斜率即为物体运动的加速度。【注意取点的其他说法】 如：2个计数点之间有4个点没画出，每隔四个点，五个时间段.2、实验要求： 1、会用 求加速度 。 2、会用 求瞬时速度。 3、能用 求起点和终点速度 。 4、能用逐差法处理数据。 3、【练习】如图所示是在“研究匀变速直线运动”的实验中打点计时器打出的某一段纸带的示意图，A、B、C、D各计数点之间都有4个打印点未画出，打点计时器的电流为50Hz的交流电，已知物体做匀加速运动，则每两个相邻计数点之间的时间间隔为_s,物体的加速度为_m/s2, B点的速度为_m/s ,A点的速度为_m/s。ABC单位：mm246D实验二：探究弹力和弹簧伸长的关系【考纲知识梳理】一、实验目的探索弹力与弹簧伸长的定量关系，并学习其中的科学方法。二、实验原理弹簧受到拉力会伸长，平衡时弹簧产生的弹力和外力大小相等。这样弹力的大小可以通过测定外力而得出（可以用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力）；弹簧的伸长可用直尺测出。多测几组数据，用列表或作图的方法探索出弹力和弹簧伸长的定量关系。三、实验器材轻弹簧、钩码（一盒）、刻度尺、铁架台、三角板、重垂线、坐标纸。【要点精解】一、实验步骤1将铁架台放于桌面上，将弹簧的一端固定于铁架台的横梁上，在靠近弹簧处将刻度尺固定于铁架台上，并用重垂线检查刻度尺是否垂直。2记下弹簧的原长（自然长度）l03在弹簧下端挂上钩码，待钩码静止后，记下弹簧的的现长l及弹力F，算出伸长量x=l-l0，并改变钩码个数，多次测量。数据记录表如下：数据记录：（弹簧原长l0= cm）1234567F/Nl/cmx/cm4根据测量数据画出F-x图像。（以F为纵轴，以x为横轴）5探索结论：按照F-x图中各点的分布与走向，尝试做出一条平滑的曲线（包括直线）。所画的点不一定正好在这条曲线上，但要注意使曲线两侧的点数大致相同。尝试写出曲线所代表的函数，首先尝试F-x是否为一次函数，如果不行则考虑二次函数在实验误差范围内，应得出弹力的大小与弹簧的伸长量成正比，即F=kx，其中k的单位由F和x的单位决定。讲课时应注意的几点：1 做实验时应提醒学生重视步骤 2 描点时笔尖尽量细 3 上课时要讲清楚刻度尺和三角板的用途和正确的使用方法4 逐差法的优点5 读数时调整刻度尺尽量读整数【例1】几个同学合作如图甲所示装置探究“弹力和弹簧伸长的关系”，弹簧的上端与标尺的零刻度对齐，他先读出不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度，然后在弹簧下端挂上钩码，并逐个增加钩码，依次读出指针所指的标尺刻度，所得数据列表如下：（弹簧始终未超过弹性限度，重力加速度g=9.8m/s2）钩码质量m/g0306090120150标尺刻度x/10-2m6.007.158.349.4810.6411.79根据所测数据，在图乙所示的坐标纸上作出弹簧指针所指的标尺刻度x与钩码质量m的关系曲线。作出的图线与轴交点的纵坐标值的物理意义是 ；这种规格弹簧的劲度系数k= N/m（保留三位有效数字）。解析：作图时注意坐标轴的物理量、单位、单位标度等。答案：弹簧的自然长度（原长）为6cm 26.0二、注意事项1强调实验的探索性，即实验前并不知道弹力和弹簧的伸长有什么关系。2实验中悬挂钩码时注意不要太多，以免弹簧被过分拉伸，超过弹簧的弹性限度。3要使用轻质弹簧，为了减小误差，要尽量多测几组数据。4根据F-x图线，尝试做出一条平滑曲线时要注意：如果有一两个点远偏离绝大多数点所决定的曲线，就要考虑将这些点删除掉。【例2】 下表是某同学为探索弹簧的弹力和伸长的关系所测的几组数据。弹力F/N0.51.01.52.02.5伸长x/cm2.305.086.899.8012.40（1）请你在图中的坐标纸上作出F-x图线。（2）写出曲线所代表的函数式。（3）解释函数表达式中常量的物理意义。（4）若弹簧的原长为40cm，并且以弹簧的总长为自变量，请你写出它的函数式。解析：（1）根据表中数据描点，按照图中各点的分布与走向，应作出一条直线，使直线两侧的点数大致相同。这样可以减少偶然误差，如图所示。（2）设直线斜率为k，由数学知识知，F=kx+C。在直线上取较远的两点（可以减小误差），如点（9.80，2.0）与（2.61，0.5），并代入上式得k=0.2N/cm，C=0.04N，所以函数表达式为：F=（0.2x+0.04）N。（3）由F=kx+C知，当x=0时，F=C，因此，式中常数C表示弹簧的重力为0.04N。若忽略弹簧的重力，则F=kx。因此，式中常数k=F/x表示使弹簧形变单位长度时弹簧的弹力，即劲度系数。（4）设弹簧的总长为L，则F=kx+C=k(Lx-40)+C=(0.2lLx-7.96)N。名师点评：要根据所给坐标纸合理选取x、F两轴标度，使得所得图线尽量分布在坐标纸较大的空间位置，以便减小误差，这是作图像的最基本要求。据所给实验数据描点，然后作出平滑曲线（或直线），注意所画的线不一定过所有点，原则是应尽量使各点较均匀地分布在曲线（或直线）的两侧。实验三：验证力的平行四边形定则 【练习】将下述实验步骤按正确顺序用字排列应是_ A、在白纸上按比例做出两个力F1和F2的图示，根据平行四边形法则作图求出合力F B、只用一只测力计，通过细绳把橡皮条的结点拉到同样的位置 C、记下两测力计读数，描出两测力计的方向 D、在水平放置的木板上，垫一张白纸，把橡皮条的一端固定在板上A点，用两条细绳连接在橡皮条的另一端，通过细绳同时用两个测力计互成角度地拉橡皮条，使橡皮条与细绳的连接点到达某一位置，并记下此位置 E、记下测力计的读数F和细绳方向，按同一比例做出这个力的图示比较这个实测的力和按平行四边形定则求出的合力F，看它们的大小和方向是否相同 F、改变两测力计拉力的大小和方向，重做两次实验，从实验得出结论1探究力的平行四边形定则的实验原理是等效原理，其等效性是指()A使两分力与合力满足平行四边形定则B使两次橡皮筋与细绳套的结点都与某点O重合C使两次橡皮筋伸长的长度相等D使弹簧秤在两种情况下发生相同的形变答案：B2.图265在“验证力的平行四边形定则”实验中，需要将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265所示)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某同学认为在此过程中必须注意以下几项：A两根细绳必须等长B橡皮条应与两绳夹角的平分线在同一直线上C在使用弹簧秤时要注意使弹簧秤与木板平面平行其中正确的是()解析：该实验验证两个分力的效果等效于其合力的效果，不必要求两分力等大，故B错；与两绳长短无关，A错；但需使两分力与合力在同一平面内，故C正确答案：C3关于验证平行四边形定则的实验，请回答下列问题：(1)在该实验中，合力与分力的概念是一种_的科学思想方法(2)某同学在做该实验时，弹簧测力计平行于木板如图266(a)放置，然后记录力的大小和方向，请你指出这样操作的问题：_.图266(3)某同学完成该实验后得到的图形如图266(b)所示，图上所画的四个力中，由一个弹簧测力计拉橡皮条得到的力是_答案：(1)等效替代(2)弹簧测力计的轴线与细线套不在同一直线上，导致测量数据不准确(3)F应按照实验要求做好实验，重视实验中的几个注意点本题中的F是以F1、F2为邻边所作的平行四边形的对角线，故F是用一个弹簧测力计拉橡皮条得到的力4图267为“探究求合力的方法”的实验装置(1)下列说法中正确的是()A在测量同一组数据F1、F2和合力F的过程中，橡皮条结点O的位置不能变化B弹簧测力计拉细线时，拉力方向必须竖直向下CF1、F2和合力F的大小都不能超过弹簧测力计的量程D为减小测量误差，F1、F2方向间夹角应为90(2)弹簧测力计的指针如图268所示，由图可知拉力的大小为_ N.解析：(1)在测量同一组数据的过程中，橡皮条结点O的位置不能变化，如果变化，即受力变化，所以A选项正确；由于弹簧测力计是通过定滑轮拉结点O，定滑轮只能改变力的方向不能改变力的大小，所以弹簧测力计拉线的方向不一定要沿竖直方向，B选项错误；弹簧测力计的使用，不能超过其量程，C选项正确；两个拉力的方向合适即可，不宜太大，也不宜太小，但不一定为90，所以D选项错误(2)考查弹簧测力计的读数答案：(1)AC(2)4.005请完成以下两小题某同学在家中尝试验证平行四边形定则，他找到三条相同的橡皮筋(遵循胡克定律)和若干小重物，以及刻度尺、三角板、铅笔、细绳、白纸、钉子，设计了如下实验：将两条橡皮筋的一端分别挂在墙上的两个钉子A、B上，另一端与第三条橡皮筋连接，结点为O，将第三条橡皮筋的另一端通过细绳挂一重物(1)为完成该实验，下述操作中必需的是_a测量细绳的长度 b测量橡皮筋的原长c测量悬挂重物后橡皮筋的长度 d记录悬挂重物后结点O的位置(2)钉子位置固定，欲利用现有器材，改变条件再次验证，可采用的方法是_解析：运用等效思想来验证平行四边形定则，即要验证以两力为平行四边形的邻边，作平行四边形，其对角线是否和合力相符本小题中结点受三个力，其中两个力的合力与第三个力等大反向，故先测出各力的大小和方向，然后作出各力的图示，以两边为邻边做平行四边形，如果在实验误差范围内平行四边形的对角线与第三个力等大反向，即可验证为测量各力的大小故需要记录橡皮筋原长、悬挂重物后的长度以及记录悬挂重物后O点位置故应选bcd.可以通过改变小重物改变各力的大小答案：(1)bcd(2)更换不同的小重物实验四：探究a与F、m的定量关系1、研究加速度和力、质量的关系（1）实验原理在所研究的问题中，有两个以上的参量在发生关连变化时，可以控制某个或某些量不变，只研究其中两个量之间的变化关系的方法即为控制变量法，这也是物理学中研究问题经常采用的方法。本实验中，研究的参量有，在实验时，可以控制参量一定，研究与的关系；控制参量一定，研究与的关系。实验装置如图所示，保持小车质量不变，改变小桶内砂的质量，从而改变细线对小车的牵引力，测出小车的对应加速度，作出加速度和力的关系图线，研究加速度和外力的关系；保持小桶和砂的质量不变，在小车上加减砝码，改变小车的质量，测出小车的对应加速度，研究加速度和质量的关系。（2）注意事项砂和小桶的总质量不要超过小车和砝码的总质量的。在平衡摩擦力时，不要悬挂小桶，但小车应连着纸带且接通电源。用手给小车一个初速度，如果在纸带上打出的点的间隔是均匀的，表明小车受到的阻力跟它的重力沿斜面向下的分力平衡。作图时应该使所作的直线通过尽可能多的点，不在直线上的点也要尽可能对称地分布在直线的两侧，但如遇个别特别偏离的点可舍去。2、教学要求：1、通过实验探究和具体实例的分析，理解加速度与力的关系，理解加速度与质量的关系。2、经历实验方案的制定和实验数据处理的过程，形成正确的思维方法，养成良好的科学态度。【注意事项】1砂和小桶的总质量不要超过小车和砝码的总质量的，为什么？2在平衡摩擦力时，不要悬挂小桶，但小车应连着纸带且接通电源。用手给小车一个初速度，如果在纸带上打出的点的间隔是均匀的，表明小车受到的阻力跟它的重力沿斜面向下的分力平衡。3作图时应该使所作的直线通过尽可能多的点，不在直线上的点也要尽可能对称地分布在直线的两侧，但如遇个别特别偏离的点可舍去。11(10分)在探究加速度与物体质量、物体受力的关系实验中，实验装置如图十乙所示：一木块放在水平光滑长木板上，左侧拴有一不可伸长的细软线，跨过固定在木板边缘的滑轮与一重物相连，重物的质量为m .木块右侧与穿过打点计时器的纸带相连，在重物牵引下，木块在木板上向左做匀加速运动.图甲给出了打点计时器在纸带上打出的一些连续的点，它们之间的距离分别为S1、S2、S3、S4、S5、S6，打点计时器所用交流电周期为T. 根据给以上数据求：（1）木块的加速度a= .（2）细线对木块的拉力T= .（3）为了减少误差，你认为应采取什么措施？ .打点计时器木块纸带重物电源插头乙甲单位：（cm）s1s2s3s4s5s6解： （1）（3分，不用逐差法表示2分）（2）（3分）（3）木块的质量应远大于重物的质量 （2分）， 实验前将木板右端稍垫高，直至木块在细线未挂上重物时能沿木板匀速下滑 （2分）。11在探究加速度与物体所受合外力和质量间的关系时,采用如图所示的实验装置，小车及车中的砝码质量用M表示，盘及盘中的砝码质量用m表示，小车的加速度可由小车后拖动的纸带由打点计数器打上的点计算出：纸带m打点计数器M(1)（2分）当M与m的大小关系满足时，才可以认为绳子对小车的拉力大小等于盘和砝码的重力。 (2 )（4分）一组同学在先保持盘及盘中的砝码质量一定，探究做加速度与质量的关系，以下做法错误的是：( A C D )A平衡摩擦力时，应将盘及盘中的砝码用细绳通过定滑轮系在小车上B每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力C实验时，先放开小车，再接通打点计时器电源D小车运动的加速度可用天平测出m以及小车质量M，直接用公式am/求出。0FaC0FaD（3）（4分）在保持小车及车中的砝码质量质量M一定，探究加速度与所受合外力的关系时，由于平衡摩擦力时操作不当，二位同学得到的a关系分别如下图、所示（a是小车的加速度，是细线作用于小车的拉力）。其原因分别是：图：平衡摩擦力时，长木板的倾角过大了图：没有平衡摩擦力或木板的倾角过小。14现要验证“当质量一定时，物体运动的加速度与它所受的合外力成正比”这一物理规律。给定的器材如下：一倾角可以调节的长斜面（如图）、小车、计时器一个、米尺。（）填入适当的公式或文字，完善以下实验步骤（不考虑摩擦力的影响）： 小车自斜面上方一固定点1从静止开始下滑至斜面底端2，记下所用的时间A1A2 用米尺测量1与2之间的距离s，则小车的加速度_。 用米尺1相对于2的高h。设小车所受重力为mg，则小车所受的合外力_。 改变_，重复上述测量。 以h为横坐标，为纵坐标，根据实验数据作用作图。如能得到一条过原点的直线，则可以验证“当质量一定时，物体运动的加速度与它所受的合外力成正比”这一规律。（）在探究如何消除上述实验中摩擦阻力影响的过程中，某同学设计的方案是： 调节斜面倾角，使小车在斜面上匀速下滑。测量此时1点相对于斜面底端2的高度ho。 进行（1）中的各项测量。 计算与作图时用（hho）代替h。对此方案有以下几种评论意见：. 方案正确可行. 方案的理论依据正确，但利用所给的器材无法确定小车在斜面上是否做匀速运动。. 方案的理论依据有问题，小车所受摩擦力与斜面倾角有关。其中合理的意见是_。答：（分）（）（分）（分）斜面倾角（或填h的数值）（分）（）（2分，有选不给这2分）