高中物理必修1实验专题复习.doc

必修一实验专题复习
本学期我们学习了研究匀变速直线运动、探究弹力和弹簧伸长的关系、验证力的平行四边形定则、探究加速度与力和质量的关系四个实验。我们要掌握这四个实验的实验器材的使用、实验原理的理解和实验方法的迁移运用。
实验一：探究匀变速直线运动
必会内容：
1．打点计时器:计时仪器，电源频率50Hz,每隔0.02 s打一次点．
2．打点计时器的工作条件
(1)电磁打点计时器：6 V以下交流电源．
(2)电火花计时器：220 V交流电源．
3．纸袋的处理：
（1）．判断物体运动情况
a.如果则物体做匀速直线运动．
b.如果(常数)，则物体做匀变速直线运动．
（2）．求加速度
a.“逐差法”求加速度，即,,然后取平均值，即，这样使所给数据全部得到利用，以提高准确性．
b.“图象法”求加速度，即由“平均速度法”求出多个点的速度，画出v－t图，直线的斜率即为加速度．
(3) ．“平均速度法”求速度
利用匀变速运动中点时刻的瞬时速度等于该段的平均速度，即，如图所示．

4. 释放小车前，应使小车停在靠近打点计时器的位置。应先接通电源，后释放小车。在到达长木板末端前应让小车停止运动，防止钩码落地或小车与滑轮碰撞．实验后先断开电源，后取下纸带。
5. 在坐标纸上，纵、横轴选取合适的单位，仔细描点连线，不能连成折线，应作一条直线，让各点尽量落到这条直线上，落不到直线上的各点应均匀分布在直线的两侧．
例：在做“研究匀变速直线运动”的实验中：
(1)实验室提供了以下器材：打点计时器、一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、交流电源、复写纸、弹簧测力计．其中在本实验中不需要的器材是______．
(2)如图所示，是某同学由打点计时器得到的表示小车运动过程的一条清晰纸带，纸带上两相邻计数点间还有四个点没有画出，打点计时器打点的时间间隔T＝0.02 s，其中s1＝7.05 cm、s2＝7.68 cm、s3＝8.33 cm、s4＝8.95 cm、s5＝9.61 cm、s6＝10.26 cm.

下表列出了打点计时器打下B、C、F时小车的瞬时速度，请在表中填入打点计时器打下D、E两点时小车的瞬时速度.
位置
B
C
D
E
F
速度/(m·s－1)
0.737
0.801

0.994
(3)以A点为计时起点，在图坐标图中画出小车的速度—时间关系图线．

(4) 根据你画出的小车的速度—时间关系图线计算出的小车的加速度a＝____ m/s2.
解析　(1)本实验中不需要测量力的大小，因此不需要的器材是弹簧测力计．
(2)根据匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度知：
vD＝＝＝0.864 m/s
同理可得vE＝0.928 m/s.
(3)小车的速度—时间关系图线如图所示．

(4)在v－t图象中，图线的斜率表示加速度的大小，则
a＝＝(0.64±0.01)m/s2.
答案　(1)弹簧测力计　(2)0.864　0.928　(3)见解析图　(4)(0.64±0.01)
实验创新：一小球在桌面上做匀加速直线运动，现用高速摄影机在同一底片上多次曝光，记录下小球运动过程中在每次曝光时的位置，并将小球的位置编号，得到的照片如图所示．由于底片保管不当，其中位置4处被污损．若已知摄影机连续两次曝光的时间间隔均为1 s，则利用该照片可求出：小球运动的加速度约为________m/s2.位置4对应的速度为________ m/s，能求出4的具体位置吗？________.求解方法是：____________________(不要求计算，但要说明过程)．

解析　从图中读出5、6之间的距离为37.5 cm－24.0 cm＝13.5 cm,2、3之间的距离为6.0 cm－1.5 cm＝4.5 cm，利用逐差法有s56－s23＝3aT2，求出a＝3.0×10－2 m/s2；位置4对应的速度为v4＝＝×10－2 m/s＝9×10－2 m/s；欲求4的具体位置，可以采用逐差法利用(s6－s4)－(s4－s2)＝4aT2求解．
答案　3.0×10－2(2.8×10－2～3.1×10－2均可)　9×10－2
能　利用(s6－s4)－(s4－s2)＝4aT2可以求出位置4的具体位置(其他方法合理均可)
实验二：探究弹力和弹簧伸长的关系
必会内容：
1．弹簧在下端悬挂钩码时会伸长，平衡时弹簧产生的弹力与所挂钩码的重力大小相等．
2．用刻度尺测出弹簧在不同钩码拉力下的伸长量x，建立坐标系，以纵坐标表示弹力大小F，以横坐标表示弹簧的伸长量x，在坐标系中描出实验所测得的各组(x、F)对应的点，用平滑的曲线连接起来，根据实验所得的图线，就可探知弹力大小与伸长量间的关系．
3．所挂钩码不要过重，以免弹簧被过分拉伸，超出它的弹性限度，要注意观察，适可而止．
4．每次所挂钩码的质量差适当大一些，从而使坐标点的间距尽可能大，这样作出的图线准确度更高一些．
例：如图(a)所示，用铁架台、弹簧和多个已知质量且质量相等的钩码，探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系实验．

(1)为完成实验，还需要的实验器材有____________________________；
(2)实验中需要测量(记录)的物理量有____________________________；
(3)图(b)是弹簧所受弹力F与弹簧伸长长度x的F－x图线，由此可求出弹簧的劲度系数为________ N/m.图线不过原点的原因是________________________________．
解析　该实验探究的是弹力F和弹簧伸长量Δx的关系，故还需要测量长度的仪器即刻度尺．弹簧弹力由二力平衡得到：F＝nmg，需要记录悬挂钩码个数；形变量为Δx＝l′－l0，故需要测量弹簧原长和弹力(外力)对应的弹簧长度．F－x图线的斜率表示劲度系数k＝＝200 N/m，图线不过原点是由弹簧自身重力引起的．
答案　(1)刻度尺　(2)弹簧的原长、悬挂钩码个数以及与弹力(外力)对应的弹簧长度　(3)200　弹簧自身有重力
实验创新：在“探究弹力与弹簧伸长的关系，并测定弹簧的劲度系数”的实验中，实验装置如图.所用的每个钩码的重力相当于对弹簧提供了向右恒定的拉力．实验时先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，再将5个钩码逐个挂在绳子的下端，每次测出相应的弹簧总长度．

(1)有一个同学通过以上实验测量后把6组数据描点在如坐标图中，请作出F-L图线．

(2)由此图线可得出的结论是______________________________________．
该弹簧的原长为L0＝______cm，劲度系数k＝________________________N/m.
(3)试根据以上该同学的实验情况，请你帮助他设计一个记录实验数据的表格．(不必填写其实验测得的具体数据)
(4)该同学实验时，把弹簧水平放置与弹簧悬挂放置相比较．
优点在于：___________________________________________________________；
缺点在于：____________________________________________________________.
解析　(1)如图

(2)在弹性限度内，弹力和弹簧的伸长量成正比　10　25
(3)如下表
次　数
1
2
3
4
5
6
弹力F/N

弹簧的长度

L/(×10－2 m)

(4) 避免弹簧自身所受重力对实验的影响　
弹簧与桌面及绳子与滑轮间存在的摩擦造成实验的误差
实验三　验证力的平行四边形定则
必会内容：
1.等效思想：使一个力的作用效果和两个力和的作用效果相同，就是使同一条一端固定的橡皮条伸长到同一点O，即伸长量相同，所以为和的合力，作出力的图示，再根据平行四边形定则作出力和的合力F的图示，比较、在实验误差允许的范围内是否大小相等、方向相同．
2．使用弹簧测力计前，要先观察指针是否指在零刻度处，若指针不在零刻度处，要设法调整指针，使之指在零刻度处．再将两个弹簧测力计的挂钩钩在一起，向相反方向拉，如果两个示数相同方可使用．
3．在同一次实验中，使橡皮条拉长时结点的位置一定要相同．实验时需记录节点位置，和力的大小、方向。
4．用两只弹簧测力计钩住绳套互成角度地拉橡皮条时，夹角不宜太大也不宜太小，在60°～100°之间为宜．
5．在同一实验中，画力的图示选定的标度要相同，并且要恰当选定标度，使力的图示稍大一些．
例：某同学在做“互成角度的两个力的合成”的实验时，利用坐标纸记下了橡皮筋的结点位置O点以及两只弹簧测力计拉力的大小和方向，如图(a)所示．

(1)试在图(a)中作出无实验误差情况下F1和F2的合力图示，并用F表示此力．
(2)有关此实验，下列叙述正确的是________．
A．两弹簧测力计的拉力可以同时比橡皮筋的拉力大
B．橡皮筋的拉力是合力，两弹簧测力计的拉力是分力
C．两次拉橡皮筋时，需将橡皮筋结点拉到同一位置O，这样做的目的是保证两次弹簧测力计拉力的效果相同
D．若只增大某一只弹簧测力计的拉力大小而要保证橡皮筋结点位置不变，只需调整另一只弹簧测力计拉力的大小即可
(3)图(b)所示是甲和乙两位同学在做以上实验时得到的结果，其中哪一个比较符合实验事实？(力F′是用一只弹簧测力计拉时的图示)．
答　_________________________________________________________________.
(4)在以上比较符合实验事实的一位同学中，造成误差的主要原因是：(至少写出两种情况)
答　__________________________________________________________________.
解析　

(1)以F1、F2为邻边作平行四边形，其对角线OF即为所求的合力(如图所示)．
(2)两只弹簧测力计的拉力与橡皮筋的拉力的合力为零，它们之间不是合力与分力的关系，B错误；结点位置不变，合力不变，当一只弹簧测力计的拉力大小改变时，另一只弹簧测力计的拉力的大小和方向必须都改变，故D错误；正确的选项只有A、C.
(3)用平行四边形定则求出的合力可以与橡皮筋拉力的方向有偏差，但用一只弹簧测力计拉结点的拉力与橡皮筋拉力一定在同一直线上，故甲同学实验得到的结果符合实验事实．
(4)①F1的方向比真实方向偏左；
②F2的大小比真实值偏小且方向比真实方向偏左；
③作图时两虚线没有分别与F1线和F2线平行．(任选其二)
实验创新：.有同学利用如图所示的装置来验证力的平行四边形定则：在竖直木板上铺有白纸，固定两个光滑的滑轮A和B，将绳子打一个结点O，每个钩码的重量相等，当系统达到平衡时，根据钩码个数读出三根绳子的拉力F1、F2和F3，回答下列问题：
(1)改变钩码个数，实验能完成的是(　　)．
A．钩码的个数N1＝N2＝2，N3＝4
B．钩码的个数N1＝N3＝3，N2＝4
C．钩码的个数N1＝N2＝N3＝4
D．钩码的个数N1＝3，N2＝4，N3＝5
(2)在拆下钩码和绳子前，最重要的一个步骤是(　　)．
A．标记结点O的位置，并记录OA、OB、OC三段绳子的方向
B．量出OA、OB、OC三段绳子的长度
C．用量角器量出三段绳子之间的夹角
D．用天平测出钩码的质量
(3)在作图时，你认为图下中________是正确的．(填“甲”或“乙”)

解析　(1)实验中的分力与合力的关系必须满足：|F1－F2|<F3<F1＋F2，因此B、C、D选项是可以的．
(2)A　(3)甲　实验中F3是竖直向下的．
答案　(1)BCD　(2)A　(3)甲
实验四　验证牛顿运动定律
必会内容：
1、控制变量法：保持作用力不变，确定加速度与质量的大小关系；保持质量不变，探究加速度跟合外力的关系；作出a－F图象和a－图象，确定其关系．
2．在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细线系在小车上，即不要给小车加任何牵引力，并要让小车拖着打点的纸带运动．
3．每条纸带必须在满足小车与车上所加砝码的总质量远大于小盘和砝码的总质量的条件下打出．只有如此，小车受到的拉力才可视为等于小盘和砝码的总重力．
4．改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，再放开小车，且应在小车到达滑轮前按住小车．
5．作图象时，要使尽可能多的点分布在所作直线上，不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线两侧．
例：在探究物体的加速度a与物体所受外力F、物体质量M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．

(1)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)某一组同学先保持盘及盘中的砝码质量m一定来做实验，其具体操作步骤如下，以下做法正确的是________．
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，再接通打点计时器的电源
D．用天平测出m以及小车质量M，小车运动的加速度可直接用公式a＝求出
解析　(1)实验中的实际加速度为a＝，实验时把mg当成对M的拉力，即忽略m对加速度的影响，使加速度约为a＝，显然需m≪M.(2)平衡摩擦力的实质是，让重力的下滑分力与摩擦力平衡：Mgsin θ＝μMgcos θ　①，只需将纸带挂上，不需施加其他外力，A错；由①式可知B对；每次实验时应先接通打点计时器的电源，再放开小车，C错；小车的加速度应由小车后面拖动的纸带上打出的点计算出，D错．
答案　(1)m≪M　(2)B
实验创新：为了探究受到空气阻力时，物体运动速度随时间的变化规律，某同学采用了“加速度与物体质量、物体受力关系”的实验装置如图所示．实验时，平衡小车与木板之间的摩擦力后，在小车上安装一薄板，以增大空气对小车运动的阻力．

(1)往砝码盘中加入一小砝码，在释放小车________(选填“之前”或“之后”)接通打点计时器的电源，在纸带上打出一系列的点．
(2)从纸带上选取若干计数点进行测量，得出各计数点的时间t与速度v的数据如下表：
时间t/s
0
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
速度v/(m·s－1)
0.12
0.19
0.23
0.26
0.28
0.29
请根据实验数据在下图作出小车的v－t图象．

(3)通过对实验结果的分析，该同学认为：随着运动速度的增加，小车所受的空气阻力将变大．你是否同意他的观点？请根据v－t图象简要阐述理由．
解析　(3)由速度图象的斜率可以看出速度越大，加速度越小．所以该同学分析合理．
答案　(1)之前
(2)如图所示

(3)同意．在v－t图象中，速度越大时，加速度越小，小车受到的合力越小，则小车受空气阻力越大．