【物理】2020届一轮复习人教版第十四章第1讲力学实验(一)学案

【物理】2020届一轮复习人教版第十四章第1讲力学实验(一)学案

‎[考试标准]‎ 实验名称 考试要求 说明 ‎1.探究小车速度随时间变化的规律 ‎√‎ ‎1.会正确使用的仪器主要有：刻度尺、游标卡尺、天平、秒表、电火花计时器或电磁打点计时器、弹簧测力计、电流表、电压表、多用电表、滑动变阻器、电阻箱等.‎ ‎2.认识误差问题在实验中的重要性，了解误差的概念，知道系统误差和偶然误差；知道在多次测量的基础上，通过作图或求平均值的方法可减小偶然误差；能在某些实验中分析误差的主要来源；不要求计算误差.‎ ‎3.知道有效数字的概念，会用有效数字表达直接测量的结果，间接测量的有效数字运算不作要求.‎ ‎2.探究求合力的方法 ‎√‎ ‎3.探究加速度与力、质量的关系 ‎√‎ ‎4.研究平抛运动 ‎√‎ ‎5.探究做功与物体速度变化的关系 ‎√‎ ‎6.验证机械能守恒定律 ‎√‎ ‎7.测绘小灯泡的伏安特性曲线 ‎√‎ ‎8.探究导体电阻与其影响因素(包括材料)的关系 ‎√‎ ‎9.练习使用多用电表 ‎√‎ ‎10.测定电池的电动势和内阻 ‎√‎ ‎11.探究电磁感应的产生条件 ‎√‎ ‎12.探究感应电流方向的规律 ‎√‎ ‎13.探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系 ‎√‎ ‎14.探究单摆周期与摆长的关系 ‎√‎ ‎15.测定玻璃的折射率 ‎√‎ ‎16.用双缝干涉测量光的波长(同时练习使用游标型测量头)‎ ‎√‎ ‎17.探究碰撞中的不变量 ‎√‎ 第1讲　力学实验(一)‎ 实验1：探究小车速度随时间变化的规律 一、实验原理 利用纸带记录的数据，计算各时刻的速度，再作出速度—时间图象.‎ ‎(1)某点的瞬时速度vn＝；‎ ‎(2)若v－t图象是一条倾斜的直线，则物体做匀变速直线运动，图线的斜率表示加速度.‎ 二、实验装置图及器材 实验装置图如图1所示：‎ 图1‎ 打点计时器、学生电源、复写纸、纸带、导线、一端带有滑轮的长木板、小车、细绳、钩码、刻度尺、坐标纸.‎ 三、实验步骤 ‎1.把一端带有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，连接好电路.‎ ‎2.把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下边挂上钩码，把纸带穿过打点计时器，并把纸带的一端固定在小车的后面.‎ ‎3.把小车停在靠近打点计时器处，接通电源后，释放小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一系列小点.‎ ‎4.换上新的纸带，重复实验两次.‎ ‎5.增减所挂钩码，按以上步骤再做两次实验.‎ 四、数据处理 ‎1.利用纸带测量并计算 ‎(1)从纸带中选取便于测量的点作为计数始点，以后依次每五个点取一个计数点，并标明0、1、2、3、4……测量各计数点到0点的距离x，并记录在表中.‎ 位置编号 ‎0‎ ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ t/s x/m v/(m·s－1)‎ ‎(2)分别计算出相邻的两计数点之间的距离x1、x2、x3……‎ ‎(3)利用vn＝求得计数点1、2、3、4的瞬时速度，填入上面的表格中.‎ ‎2.作出小车运动的v－t图象 ‎(1)定标度、描点：坐标轴的标度选取要合理，并根据表格中的数据在此坐标系中描点.‎ ‎(2)连线：画一条直线，让这条直线通过尽可能多的点，不在直线上的点大致均匀分布在直线的两侧.‎ 五、注意事项 ‎1.细绳、纸带要与长木板平行；‎ ‎2.先接通电源，待打点稳定后再释放小车；‎ ‎3.开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器；‎ ‎4.无须平衡摩擦力；‎ ‎5.悬挂的钩码要适当，避免纸带打出的点太少或过于密集；‎ ‎6.作v－t图象时，注意坐标轴单位长度的选取，应使图象尽量分布在坐标平面的大部分面积.‎ 例1　(2016·浙江10月选考·17)在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中 ‎(1)下列说法中不正确或不必要的是________(填字母).‎ A.长木板的一端必须垫高，使小车在不挂钩码时能在木板上做匀速运动 B.连接钩码和小车的细线应与长木板保持平行 C.小车应靠近打点计时器，先接通电源，后释放小车 D.选择计数点时，必须从纸带上第一个点开始 ‎(2)图2甲是实验中打下的一段纸带，算出计数点2的速度大小为________m/s，并在图乙中标出，其余计数点1、3、4、5对应的小车瞬时速度大小在图乙中已标出.‎ ‎(3)作图并求得小车的加速度大小为________m/s2.‎ 甲 乙 图2‎ 答案　见解析 解析　(1)探究小车速度随时间变化的规律，要求长木板平放，选项A是不必要的.在处理纸带时，由于第一点并不确定，因此常常将前面的点去掉，从清晰可辨的点开始取点，选项D是不必要的.连接钩码和小车的细线需要与长木板平行，否则就要涉及到线的拉力分解问题，选项B是必要的.操作时应先接通电源再释放小车，选项C是必要的.‎ ‎(2)根据题图甲，x1＝3.80 cm ，x3＝15.70 cm，T＝5×0.02 s＝0.1 s，所以v2＝≈0.60 m/s.标出计数点2的速度如图(a)所示.‎ ‎(3)作图如图(b)所示，由图象可求出加速度a＝＝1.50 m/s2.‎ 变式1　(2018·宁波市期末)在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中 ‎(1)用到电磁打点计时器，应采用的电源是________.‎ A.学生电源交流输出 B.3节干电池 C.蓄电池 ‎(2)下列说法正确的是________.‎ A.应先接通电源，在打点计时器开始打点后再释放小车 B.应先释放小车，再接通打点计时器的电源 ‎(3)某学生实验时得到一条点迹清晰的纸带如图3所示，图中O、A、B、C、D、E是打点计时器连续打下的6个点，若打点计时器的打点周期为T，则利用此纸带得到小车的加速度的表达式为________.(用x2、x5、T来表示)‎ 图3‎ 答案　(1)A　(2)A　(3) 变式2　(2018·温州市“十五校联合体”期中)同学们利用如图4所示装置做“探究小车速度随时间变化的规律”实验.请你完成下列有关问题：‎ 图4‎ ‎(1)实验室提供如图5甲、乙两种打点计时器，某实验小组决定使用电火花计时器，则应选用图中的____(填“甲”或“乙”)计时器.‎ 图5‎ ‎(2)另一实验小组使用的是电磁打点计时器，图6中接线正确的是_______(填“甲”或“乙”).‎ 图6‎ ‎(3)小宇同学选取一条清晰纸带进行研究，在纸带上选出九个计数点，如图7所示，相邻两个计数点之间的时间间隔为0.1 s，根据纸带提供的信息，纸带上3、5两点间距离为________ mm.‎ 图7‎ ‎(4)纸带上计数点6的瞬时速度为________ m/s(结果保留3位有效数字)，小车运动的加速度为________ m/s2(结果保留2位有效数字).‎ ‎(5)在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，下列说法中对于减小实验误差有益的是________.‎ A.垫高长木板的一端，使小车在不挂钩码时能在木板上做匀速运动 B.使小车运动的加速度尽量小些 C.舍去纸带上密集的点，利用点迹清晰、点间间隔适当的那一部分进行测量 D.选用各处平整程度、光滑程度相同的长木板做实验 答案　(1)乙　(2)乙　(3)35.0(34.5～35.5均可)　(4)0.255(0.254～0.256均可)　0.38(0.36～0.42均可)‎ ‎(5)CD 变式3　(2018·杭州市五校联考)如图8所示，某同学在做“探究小车速度随时间变化的规律”实验时，对打出的一条纸带进行研究(打点计时器所用电源频率为50 Hz)，该同学在纸带上按每5个点取一个计数点，取了A、B、C、D、E、F等计数点进行研究，该同学已求出了一些计数点对应的速度，其数值见表格.‎ 图8‎ ‎(1)关于用打点计时器“探究小车速度随时间变化的规律”的实验，以下说法正确的是________.‎ A.长木板带滑轮的一端必须伸出桌面外侧 B.实验时小车应从靠近打点计时器的位置释放 C.应先释放小车，再启动打点计时器 D.牵引小车的钩码质量越大越好 ‎(2)根据图9纸带提供的信息，该同学已经计算出了打下B、D、E这三个计数点时小车的速度，请你帮助他计算出打下计数点C时小车的速度(保留2位有效数字)，并填入相应空格.‎ 图9‎ 计数点 B C D E v/(m/s)‎ ‎0.40‎ ‎0.56‎ ‎0.64‎ ‎(3)以速度v为纵轴、时间t为横轴在坐标纸上建立直角坐标系(A点对应时刻为坐标系中的0时刻)，根据以上数据在图10所给的坐标纸中作出小车的v－t图线.‎ 图10‎ ‎(4)根据图象可得，小车在打下A点时的速度vA＝________ m/s，小车运动的加速度a＝________ m/s2.(以上结果均保留2位有效数字)‎ 答案　(1)AB　(2)0.48　(3)如图所示 ‎(4)0.32　0.80‎ 实验2：探究求合力的方法 一、实验原理 ‎1.合力F′的确定：一个力F′的作用效果和两个力F1、F2的共同作用效果都是把橡皮条拉伸到同一点，则F′就是F1、F2的合力.‎ ‎2.合力理论值F的确定：根据平行四边形定则作出F1、F2的合力F的图示.‎ ‎3.平行四边形定则的验证：比较F和F′的大小和方向是否相同.‎ 二、实验装置图及器材 实验装置图如图11所示：‎ 图11‎ 方木板、白纸、弹簧测力计(两只)、橡皮条、细绳套、刻度尺(与三角板)、图钉(若干).‎ 三、实验步骤 ‎1.钉白纸：用图钉把白纸钉在水平桌面上的方木板上.‎ ‎2.拴绳套：用图钉把橡皮条的一端固定在A点，在橡皮条的另一端拴上两个细绳套.‎ ‎3.两力拉：用两只弹簧测力计分别勾住细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长到某一位置O，如图12所示.记录两弹簧测力计的读数，用铅笔描下O点的位置及此时两细绳套的方向.‎ 图12‎ ‎4.一力拉：只用一只弹簧测力计通过细绳套把橡皮条的结点拉到同样的位置O，记下弹簧测力计的读数和细绳套的方向.‎ ‎5.改变两个力F1和F2的大小和夹角，再重复实验两次.‎ 四、数据处理 ‎1.用铅笔和刻度尺从结点O沿两条细绳方向画直线，按选定的标度作出这两只弹簧测力计的拉力F1和F2的图示，并以F1和F2为邻边用刻度尺与三角板作平行四边形，过O点画平行四边形的对角线，即可得到合力F的图示.‎ ‎2.用刻度尺从O点按同样的标度沿记录的方向作出实验步骤中用一只弹簧测力计拉时弹簧测力计的拉力F′的图示.‎ ‎3.比较F与F′是否完全重合或几乎完全重合，从而验证平行四边形定则.‎ 五、注意事项 ‎1.同一实验中的两只弹簧测力计的选取方法是：将两只弹簧测力计调零后互钩对拉，若两只弹簧测力计在对拉过程中，读数相同，则可选；若读数不同，应另换，直至相同为止.‎ ‎2.在同一次实验中，使橡皮条拉长时，结点O位置一定要相同.‎ ‎3.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.‎ ‎4.实验时弹簧测力计应与木板平行，弹簧轴线与绳子共线，读数时眼睛要正视弹簧测力计的刻度，在合力不超过弹簧测力计量程及橡皮条弹性限度的前提下，拉力的数值尽量大些.‎ ‎5.细绳套应适当长一些，便于确定力的方向.不要直接沿细绳套的方向画直线，应在细绳套末端用铅笔画一个点，去掉细绳套后，再将所标点与O点连接，即可确定力的方向.‎ ‎6.在同一次实验中，画力的图示所选定的标度要相同，并且要恰当选取标度，使所作力的图示稍大一些.‎ 例2　某探究小组做“探究求合力的方法”实验，将画有坐标轴(横轴为x轴，纵轴为y轴，最小刻度表示1 mm)的纸贴在水平桌面上，如图13(a)所示.将橡皮筋的一端Q固定在y轴上的B点(位于图示部分之外)，另一端P位于y轴上的A点时，橡皮筋处于原长.‎ ‎(1)用一只测力计将橡皮筋的P端沿y轴从A点拉至坐标原点O，此时拉力F的大小可由弹簧测力计读出.弹簧测力计的示数如图(b)所示，F的大小为________N.‎ ‎ (2)撤去(1)中的拉力，橡皮筋P端回到A点；现使用两个测力计同时拉橡皮筋，再次将P端拉至O点.此时观察到两个拉力分别沿图(a)中两条虚线所示的方向，由测力计的示数读出两个拉力的大小分别为F1＝4.2 N和F2＝5.6 N.‎ ‎①用5 mm长度的线段表示1 N的力，以O为作用点，在图(a)中画出力F1、F2的图示，然后按平行四边形定则画出它们的合力F合；‎ 图13‎ ‎②F合的大小为________N，F合与拉力F的夹角的正切值为________.‎ 若F合与拉力F的大小及方向的偏差均在实验所允许的误差范围之内，则该实验验证了力的平行四边形定则.‎ 答案　(1)4.0　(2)①见解析图 　②4.0　0.05‎ 解析　(1)由题图(b)可知，F的大小为4.0 N ‎(2)①画出力F1、F2的图示，按平行四边形定则画出F合，如图所示 ‎②F合的线段长约为20 mm，所以F合大小约为4.0 N，F合与拉力F的夹角的正切值为tan α＝0.05.‎ 变式4　(2018·嘉兴市期末)如图14所示为探究求合力的方法的实验装置图.‎ 图14‎ ‎(1)请将下面实验的主要步骤补充完整.‎ ‎①将橡皮筋的一端固定在木板上的A点，另一端拴上两根绳套，每根绳套上分别连着一个弹簧测力计；‎ ‎②沿着两个方向拉弹簧测力计.将橡皮筋的活动端拉到某一位置，将此位置标记为O点，并记录两个拉力的大小及方向；‎ ‎③再用一个弹簧测力计将橡皮筋的活动端仍拉至O点，记录________.‎ ‎(2)下列几种操作的讨论中，说法正确的是________.‎ 答案　(1)该弹簧测力计拉力的大小及细绳套的方向 (2)AB 变式5　某同学做“探究求合力的方法”实验，如图15甲所示，其中A为固定橡皮条的图钉，O为橡皮条与细绳的结点，OB和OC为细绳.图乙是在白纸上根据实验结果画出的图.‎ 图15‎ ‎(1)如果没有操作失误，图乙中的力F与F′中，方向一定沿AO方向的是________.‎ ‎(2)某同学认为实验中必须注意下列要求，其中正确的是________.(填选项前的字母)‎ 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.在使用弹簧秤时要使弹簧秤与木板平面平行 D.细绳要适当长些 ‎(3)实验中两个操作步骤如下：‎ ‎①在水平放置的木板上垫一张白纸并固定好，把橡皮条的一端固定在木板上，另一端拴两根细绳，通过细绳同时用两个弹簧秤互成角度地拉橡皮条，使橡皮条与细绳的结点达到某一位置O点，在白纸上记下O点和两个弹簧秤的读数，并记下两细绳的方向；‎ ‎②只用一个弹簧秤通过细绳拉橡皮条，使橡皮条的伸长量与用两个弹簧秤拉时的伸长量相同，记下此时弹簧秤的读数和细绳的方向.‎ 其中有错误的步骤是________，正确操作应是________________________.‎ 答案　(1)F′　(2)CD　(3)②　将橡皮条与细绳结点拉到O点 解析　(1)F′是只用一个弹簧秤把橡皮条的结点拉到位置O的力，故F′必沿OA方向.‎ ‎(2)细绳的作用是显示出力的方向，不必等长，A错误；只要确保用一个弹簧秤拉时能将结点拉到同一位置即可，橡皮条不一定要在两绳夹角的平分线上，B错误；在拉弹簧秤时必须要求弹簧秤与木板平面平行，使结点受到的力在与木板平行的同一平面内，C正确；为了便于记录力的方向，并减小偶然误差，拉橡皮条的细绳要适当长些，使标记细绳方向的两点远些，D正确.‎ ‎(3)实验用到了等效法，用两个弹簧秤拉应与用一个弹簧秤拉的效果相同，故错误的步骤是②，正确操作应是将橡皮条与细绳的结点拉到O点.‎ 变式6　某同学利用共点力平衡的原理来探究共点力的合成是否遵循平行四边形定则，他将三条相同的橡皮筋(遵循胡克定律)的一端系在一起，用三条细绳分别连接橡皮筋的另一端，按如图16所示方式把重物竖直吊起.在实验中，可以通过刻度尺测量橡皮筋的长度来得到橡皮筋的拉力的大小，并通过三条细绳的方向确定三个拉力的方向，从而探究其中任意两个拉力的合力是否与第三个力等大反向.‎ 图16‎ ‎ (1)在实验过程中，下列说法正确的是________.‎ A.实验过程中需要测量三条橡皮筋的长度以及橡皮筋的原长 B.以OA、OB为两邻边作力的平行四边形，其对角线一定与OC在一条直线上 C.多次实验中可改变OA、OB的夹角或改变重物质量，但结点O位置不能改变 D.每次实验均需记录三条细绳的方向及结点的位置 ‎(2)为减小误差，应选择劲度系数适当________(填“大”或“小”)的橡皮筋，质量适当 ‎________(填“大”或“小”)的重物.‎ 答案　(1)AD　(2)小　大 解析　(1)实验过程中需要测量三条橡皮筋的长度以及橡皮筋的原长，从而确定橡皮筋的伸长量，进而确定力的大小，选项A正确；以OA、OB为两邻边作力的平行四边形，由于实验存在误差，其对角线不一定与OC在一条直线上，选项B错误；多次实验中可改变OA、OB的夹角或改变重物的质量，因为是不同的实验，则结点O位置可以变动，选项C错误；每次实验均需记录三条细绳的方向及结点的位置，选项D正确.‎ ‎(2)为减小误差，应选择劲度系数适当小的橡皮筋，质量适当大的重物，这样橡皮筋的伸长量较大，误差较小.‎ 实验3：探究加速度与力、质量的关系 一、实验原理 ‎1.探究方法——控制变量法 ‎(1)保持小车质量不变，分析加速度与力的关系.‎ ‎(2)保持小车所受的力不变，改变小车的质量，分析加速度与质量的关系.‎ ‎2.要测量的物理量 ‎(1)小车与其上砝码的总质量；‎ ‎(2)小车受到的拉力；‎ ‎(3)小车的加速度.‎ 二、实验装置图及器材 如图17所示，所需器材有打点计时器、纸带、复写纸、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘、重物、薄木片、细绳、交流电源、导线、天平、刻度尺、砝码.‎ 图17‎ 三、实验步骤 ‎1.用天平测出小车和重物(包括小盘)的质量分别为M0、m0，并把数值记录下来.‎ ‎2.按实验装置图将实验器材安装好(小车上不系细绳).‎ ‎3.平衡摩擦力，把木板无滑轮的一端下面垫一薄木片，反复移动其位置，直到打点计时器正常工作后不挂重物(包括小盘)的小车在斜面上做匀速直线运动为止(纸带上相邻点间距相等).‎ ‎4.将重物(包括小盘)通过细绳系在小车上，先接通电源，后放开小车，打点完毕后关闭电源，取下纸带并在纸带上标上序号，此时所挂重物(包括小盘)的重力m0g，即为小车所受的合力F.‎ ‎5.保持小车的质量不变，改变所挂重物(包括小盘)的重力，重复步骤4，多做几次实验，‎ 并记录好重物(包括小盘)的重力m1g、m2g……以及加速度，填入表格中.‎ ‎6.保持小盘中所放重物的质量不变，在小车上加放砝码，并测出小车与所放砝码的总质量M，接通电源，放开小车，用纸带记录小车的运动情况，取下纸带并在纸带上标上序号.‎ ‎7.继续在小车上加砝码，重复步骤6，多做几次实验，并将对应的质量和加速度填入表格中.‎ 四、数据处理 ‎1.计算保持小车质量不变时，各次小盘和重物的重力(作为小车的合力)及对应纸带的加速度，填入表中.‎ ‎2.计算保持小盘中重物的质量不变时，各次小车和砝码的总质量及对应纸带的加速度，填入表中.‎ ‎3.需要记录各组对应的加速度a与小车所受拉力F，然后建立直角坐标系，用纵坐标表示加速度a，横坐标表示拉力F，描点画a－F图象，如果图象是一条过原点的直线，便证明加速度与作用力成正比.再记录各组对应的加速度a与小车和砝码总质量M，然后建立直角坐标系，用纵坐标表示加速度a，横坐标表示小车和砝码总质量的倒数，描点画a－图象，如果图象是一条过原点的直线，就证明了加速度与质量成反比.‎ 五、注意事项 ‎1.一定要做好平衡摩擦力的工作，也就是调出一个合适的斜面，使小车的重力沿着斜面方向的分力正好平衡小车所受的摩擦阻力.在平衡摩擦力时，不要把悬挂重物(包括小盘)的细绳系在小车上，即不要给小车加任何牵引力，并要接通电源后让小车拖着纸带运动.‎ ‎2.整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变重物(包括小盘)质量，还是改变小车和砝码的总质量，都不需要重新平衡摩擦力.‎ ‎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重物(包括小盘)质量的条件下打出.只有如此，重物(包括小盘)重力才可视为小车受到的拉力.‎ ‎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，要使尽可能多的点在所作直线上，不在直线上的点应尽可能均匀分布在所作直线两侧.‎ ‎6.作图时两轴标度比例要适当，各量须采用国际单位制单位，这样作图线时，坐标点间距不至于过密，误差会小些.‎ 例3　小张和小杨同学在实验室中进行探究“加速度与力的关系”实验.‎ 为提高实验的准确度，他们设计了如图18所示的实验方案.将力传感器固定在小车上，通过力传感器可以直接显示细线拉力的大小.‎ 图18‎ ‎(1)采用力传感器测量细线拉力与用重物重力代替拉力的方法相比，下列说法正确的是______.‎ A.可以不用平衡摩擦力 B.利用此实验装置还需要测量重物的质量 C.重物的质量要远远小于小车和力传感器的总质量 D.直接测量出小车(包括力传感器)所受的拉力，可以减小误差 ‎(2)图19是某同学在此实验中获得的一条纸带，其中两相邻计数点间有四个点未画出，已知打点计时器用的交流电源的频率为50 Hz，则小车运动的加速度a＝________ m/s2.‎ 图19‎ ‎(3)保持小车和力传感器的总质量一定，改变重物的质量，测出相应的加速度，采用图象法处理数据.请根据测量数据在图20中作出a－F图象.‎ 图20‎ ‎(4)根据作出的a－F图线，分析实验可能存在的问题是________.‎ A.平衡摩擦力时长木板的倾角过大 B.平衡摩擦力不足 答案　(1)D　(2)0.39　(3)如图所示 ‎(4)B 解析　(2)a＝＝0.39 m/s2.‎ ‎(4)分析a－F图象，a＝0时所对应的F不为0，因此选B.‎ 变式7　(2018·浙江11月选考·17(2))在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，两个相同的小车放在光滑水平板上，前端各系一条细绳，绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘中可放重物.小车的停和动通过用黑板擦按住小车后的细线和抬起来控制，如图21甲所示.实验要求小盘和重物所受的重力近似等于使小车做匀加速直线运动的力.‎ 图21‎ ‎(1)请指出图乙中错误之处：______________________________________________________；‎ ‎(2)调整好实验装置后，在某次实验中测得两小车的位移分别是x1和x2，则两车的加速度之比为________.‎ 答案　(1)拉小车的细绳与水平板没有平行　托盘和重物的总质量没有远小于小车的质量　(2)x1∶x2‎ 解析　细绳拉力方向应与水平板平行，以保证小车受到恒力的作用，从而加速度恒定，如果不平行，则随着小车的运动，小车水平方向的拉力会发生变化，同时根据题意“小盘和重物所受的重力近似等于使小车做匀加速直线运动的力”可知，只有当托盘和重物的质量远小于小车质量时，才可以近似把小车受到的拉力约等于托盘和重物的重力.根据x＝at2可知，两车同时释放，同时停止，加速度之比等于位移之比.‎ 变式8　(2018·杭州市期末)某同学用如图22所示的装置来探究加速度与力、质量的关系.‎ 图22‎ ‎(1)下列说法中正确的是________.‎ A.平衡摩擦力时需要将木板有滑轮的一端稍垫高 B.平衡摩擦力时需要装上纸带，并悬挂好小桶 C.若改变小车质量，因小车所受阻力发生变化，需重新平衡摩擦力 D.应调整滑轮，保证小车在运动过程中细线和木板平行 ‎(2)为改变小车所受的力的大小，可往小桶中添加下列图片中的________.‎ ‎(3)图23甲为实验中得到的一条纸带，A、B、C、D、E为5个相邻的计数点，相邻的两个计数点之间还有四个点未画出，量出相邻的计数点之间的距离分别为xAB＝4.22 cm，xBC＝4.65 cm、xCD＝5.08 cm、xDE＝5.49 cm，已知打点计时器的工作频率为50 Hz，则小车的加速度a＝________ m/s2(结果保留两位有效数字).‎ 图23‎ ‎(4)该同学改变小车的质量，多次实验，作出小车的加速度a和质量M的关系图象如图乙所示，根据图象可知a与M的关系可能是________.‎ A.a∝M B.a∝M2‎ C.a∝M－1 D.a∝M－2‎ 答案　(1)D　(2)B　(3)0.43　(4)CD 解析　(1)平衡摩擦力时需要将木板没有滑轮的一端稍垫高，故A错误；平衡摩擦力时需要装上纸带，但不需要挂上小桶，故B错误；平衡摩擦力后，mgsin θ＝Ff＝μmgcos θ，即μ＝tan θ，增大小车的质量并无影响，不需要重新平衡摩擦力，故C错误；应保证在小车运动过程中细线和木板平行，故D正确.‎ ‎(2)为改变小车所受的力的大小，可往小桶中加入已知质量的砝码，故B正确；‎ ‎(3)根据逐差法得，a＝≈0.43 m/s2.‎ ‎(4)由题图图象可知，质量越大，加速度越小，故C、D正确.‎ 变式9　在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，某同学将实验器材组装好，如图24甲所示为释放小车前瞬间的情景.‎ ‎(1)在接通电源进行实验之前，请你指出图中的错误或不妥之处(写出两处即可)：________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________.‎ 图24‎ ‎(2)在使用打点计时器时，该同学发现纸带有图乙中的两种穿法，感到有点犹豫.你认为________(选填“A”或“B”)穿法正确.‎ ‎(3)该同学通过图25甲所示装置打出一条纸带，如图乙所示.根据纸带的点迹可判断出实验尚未平衡好摩擦力，为进一步平衡摩擦力，图甲中垫块应该向________(选填“左”或“右”)移一些.‎ 图25‎ ‎(4)调整好实验装置后，该同学顺利地完成了实验.如图26是他在实验中得到的一条纸带，图中相邻两计数点之间的时间间隔为0.1 s，由图中的数据可算得小车的加速度a＝______ m/s2，当打点计时器打下C点时，小车的速度vC＝________ m/s.(结果均保留两位有效数字)‎ 图26‎ 答案　(1)a.用了直流电源　b.开始实验时，小车离打点计时器太远　c.没有平衡摩擦力 ‎(2)B　(3)左 ‎(4)0.38(0.34～0.42均可)　0.20(0.19～0.21均可)‎ 解析　(1)电源使用了直流电源，小车未靠近打点计时器，没有平衡摩擦力.(2)纸带应在复写纸的下面，故B的穿法正确.(3)‎ 由题图知，在相同时间内两点间的距离越来越小，说明小车做减速运动，由牛顿第二定律知，重力沿斜面方向的分力小于滑动摩擦力，即没有完全平衡摩擦力，故应将垫块向左移以增加重力沿斜面方向的分力.‎ ‎(4)小车的加速度a＝＝≈0.38 m/s2，‎ 由中间时刻的速度等于这段时间内的平均速度，得小车在C点的速度 vC＝＝≈0.20 m/s.‎ ‎1.(2018·新高考研究联盟联考)(1)某次做实验时，实验员准备了以下器材，如图1所示，请问用以下器材可以做下列哪些实验________.‎ 图1‎ A.探究小车速度随时间变化的规律 B.探究加速度与力、质量的关系 C.探究求合力的方法 D.研究平抛运动 ‎(2)上题四个选项中的实验，必须用到天平的是________(填对应字母)‎ 答案　(1)AB　(2)B ‎2.(2017·浙江11月选考·17)在做“探究加速度与力、质量的关系”实验中，‎ ‎(1)下列仪器需要用到的是________(多选).‎ ‎(2)下列说法正确的是________(多选).‎ A.先释放纸带再接通电源 B.拉小车的细线应尽可能与长木板平行 C.纸带与小车相连端的点迹较疏 D.轻推小车，拖着纸带的小车能够匀速下滑，说明摩擦力已被平衡 ‎(3)如图2所示是实验时打出的一条纸带，A、B、C、D…为每隔4个点取的计数点，据此纸带可知小车在D点的速度大小为________ m/s(小数点后保留两位).‎ 图2‎ 答案　(1)AD　(2)BD　(3)0.21±0.01‎ ‎3.某同学用如图3甲所示的实验装置“探究小车速度随时间变化的规律”：‎ 图3‎ ‎(1)电磁打点计时器接________电源(填“低压直流”“低压交流”或“220 V交流”).‎ ‎(2)实验时，使小车靠近打点计时器，先____________再________.(填“接通电源”或“放开小车”)‎ ‎(3)若所接电源的频率是50 Hz，则每隔________秒打一个点.‎ ‎(4)图乙是绘出的小车速度—时间关系图线，根据图线求出小车的加速度为a＝________ m/s2.(保留三位有效数字)‎ 答案　(1)低压交流　(2)接通电源　放开小车 ‎(3)0.02　(4)0.682‎ 解析　(1)电磁打点计时器接低压交流电源.(2)‎ 实验时，使小车靠近打点计时器，先接通电源再放开小车.(3)若所接电源的频率是50 Hz，则每隔0.02 s打一个点.(4)在v－t图象中图线的斜率表示加速度，即a＝≈0.682 m/s2.‎ ‎4.(2019届温州市质检)一位同学在探究木块速度随时间变化的规律时，在质地均匀的水平桌面上将木块、电火花计时器、纸带连接成如图4甲所示的装置，先接通周期为0.02 s的交流电源，再给木块一向右的初速度v0，木块向右运动一小段距离后将纸带拉紧，最后得到如图乙所示点迹的纸带，A、B、C、D、E是连续的五个计数点，每相邻两个计数点间还有一个计时点未画出，其中AB、DE间距离已标出，单位是cm.‎ 图4‎ ‎(1)图乙中C点的读数为________ cm，打点计时器打下B点时木块的速度为________ m/s，木块运动的加速度大小是________m/s2.(计算结果保留两位有效数字)‎ ‎(2)由图乙纸带上数据判断，在误差允许范围内，可以认为木块做的是______(选填“匀加速”或“匀减速”)运动 .‎ 答案　(1)3.90(3.88～3.92均可)　0.36(0.35～0.37均可)　2.5(2.4～2.6均可)　(2)匀减速 解析　(1)C点的读数为3.90 cm，纸带上相邻的两个计数点之间还有一个计时点未画出，所以两个相邻的计数点间的时间T＝0.02×2 s＝0.04 s.‎ vB＝＝×10－2 m/s≈0.36 m/s.‎ 根据Δx＝aT2得：a＝，解得：a≈2.5 m/s2.‎ ‎(2)因为xAB＝1.25 cm，xBC＝(3.90－2.25) cm＝1.65 cm，xCD＝2.05 cm，xDE＝2.43 cm，相等时间内的位移差近似相等，所以在误差允许范围内，可以认为木块做匀减速运动.‎ ‎5.在“探究求合力的方法”的实验中，某同学经历了以下实验步骤：‎ A.在白纸上按比例作出两个力F1和F2的图示，根据平行四边形定则作图求出合力F；‎ B.只用一个测力计，通过细绳把橡皮条拉同样长度；‎ C.记下两个测力计F1和F2的读数，并且记录它们的方向；‎ 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P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O，并记下此位置，如图5所示；‎ 图5‎ E.记下测力计的读数F′和细绳方向，按同一比例作出这个力的图示，比较这个实测合力F′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近；‎ F.用刻度尺测量出P、O之间的距离并记录；‎ G.改变两测力计拉力的大小和方向，多次重复实验，从实验得出结论.‎ ‎(1)上述实验步骤有明显的错误，这个步骤是________(填选项前的字母)；正确的操作应为______________.‎ ‎(2)上述实验步骤中有一步骤是多余的，这个步骤是________(填选项前的字母)；‎ ‎(3)将以上实验步骤按正确顺序排列，应为________(填选项前的字母).‎ 答案　(1)B　只用一个测力计，通过细绳拉橡皮条，使橡皮条与细绳的结点到达O位置　(2)F　(3)DCABEG 解析　(1)步骤B错误，正确操作为：只用一个测力计，通过细绳拉橡皮条，使橡皮条与细绳的结点到达O位置；‎ ‎(2)该实验要使一个弹簧测力计拉力和两个弹簧测力计拉力产生相同的形变效果，不需要测量形变量的具体数值，只需要使橡皮条沿着同一方向伸长相同的长度即可，故不需要测量P、O之间的距离；‎ ‎(3)组装器材，测量分力：DC；求解合力的理论值：A；测量合力的实际值并重复实验，分析实验数据：BEG；所以实验步骤为DCABEG.‎ ‎6.根据要求，完成“探究求合力的方法”实验.‎ ‎(1)如图6甲所示，把白纸固定在木板上后，再把木板竖立在桌面上，用图钉把橡皮筋的一端固定在A点，另一端B连有两条轻绳，跨过定滑轮后各拴一细绳套，分别挂上3个钩码和4个钩码(每个钩码重1 N)，调整滑轮的位置，稳定后结点位于O处，记下________和两条细绳的方向及拉力大小，取下滑轮及钩码.‎ 图6‎ ‎(2)如图乙所示，取某单位长度表示1 N，用力的图示作出两条细绳的拉力F1和F2；‎ 再用一个弹簧测力计把结点也拉至O处，记下弹簧测力计的读数F′＝________ N和拉力方向，取下弹簧测力计.‎ ‎(3)在图丙中作出F1和F2的合力F的图示.‎ 答案　(1)结点的位置O点　(2)5.0‎ ‎(3)如图所示 ‎7.(2018·绍兴市选考诊断)如图7所示是“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置.‎ 图7‎ ‎(1)下图是实验时平衡阻力的情形，其中正确的是______.(选填字母)‎ ‎(2)在平衡阻力后，当小盘及盘内物体的总质量________(填“远大于”“远小于”或“近似等于”)小车总质量时，小盘及盘内物体的总重量近似等于小车运动时所受的拉力.实验中可以通过增减小盘中________(选填“50 g钩码”或“1 g砝码”)的个数来改变拉力的大小.‎ ‎(3)图8是对一条纸条处理后得到的v－t图象，根据图象可求得加速度大小为_______ m/s2.(结果保留三位有效数字)‎ 图8‎ 答案　(1)C　(2)远小于　1 g砝码　(3)2.00(1.95～2.05均可)‎ ‎8.某同学设计了一个探究加速度与物体所受合力及物体质量间关系的实验，图9(a)为实验装置图，A为小车，B为打点计时器，C为装有沙的沙桶，D为一端带有定滑轮的长方形木板.‎ 实验中认为细绳对小车的拉力F等于沙和沙桶的总重力，小车运动的加速度a可由打点计时器在纸带上打出的点求得.‎ ‎(1)图(b)为某次实验得到的纸带，纸带上两相邻计数点的时间间隔为0.10 s，由图中数据求出小车加速度值为________ m/s2.(计算结果保留两位有效数字)‎ 图9‎ ‎(2)保持沙和沙桶的质量不变，改变小车质量m，分别得到小车加速度a与质量m及对应的数据如表中所示，根据表中数据，为直观反映F不变时，a与m的关系，请在图(c)中选择恰当的物理量和标度建立坐标系，并作出图线.‎ 次数 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ ‎7‎ ‎8‎ 小车加速度a/(m·s－2)‎ ‎1.90‎ ‎1.72‎ ‎1.49‎ ‎1.25‎ ‎1.00‎ ‎0.75‎ ‎0.50‎ ‎0.30‎ 小车质量m/kg ‎0.25‎ ‎0.29‎ ‎0.33‎ ‎0.40‎ ‎0.50‎ ‎0.71‎ ‎1.00‎ ‎1.67‎ /kg－1‎ ‎4.00‎ ‎3.45‎ ‎3.00‎ ‎2.50‎ ‎2.00‎ ‎1.41‎ ‎1.00‎ ‎0.60‎ ‎(3)从图线中得到F不变时小车加速度a与质量m间的定量关系是________.‎ ‎(4)保持小车质量不变，改变沙和沙桶质量，该同学根据实验数据作出了加速度与合力F的关系图线如图10所示，该图线不通过原点，其可能的原因是__________________________‎ ‎______________________________________________.‎ 图10‎ 答案　(1)0.64 m/s2　(2)如图所示 ‎(3)a＝　(4)没有平衡摩擦力(或平衡摩擦力不足)‎