【物理】2019届一轮复习人教版实验1：用打点计时器测速度学案

【物理】2019届一轮复习人教版实验1：用打点计时器测速度学案

‎[考试标准]‎ 知识内容 必考要求 加试要求 说明 ‎1.用打点计时器测速度 ‎√‎ ‎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.探究小车速度随时间变化的规律 ‎√‎ ‎3.探究求合力的方法 ‎√‎ ‎4.探究加速度与力、质量的关系 ‎√‎ ‎5.探究作用力与反作用力的关系 ‎√‎ ‎6.研究平抛运动 ‎√‎ ‎7.探究做功与物体速度变化的关系 ‎√‎ ‎8.验证机械能守恒定律 ‎√‎ ‎9.测绘小灯泡的伏安特性曲线 ‎√‎ ‎10.探究导体电阻与其影响因素(包括材料)的关系 ‎√‎ ‎11.练习使用多用电表 ‎√‎ ‎12.测定电池的电动势和内阻 ‎√‎ ‎13.探究电磁感应的产生条件 ‎√‎ ‎14.探究感应电流方向的规律 ‎√‎ ‎15.探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系 ‎√‎ ‎16.探究单摆周期与摆长的关系 ‎√‎ ‎17.测定玻璃的折射率 ‎√‎ ‎18.用双缝干涉测量光的波长(同时练习使用测量头)‎ ‎√‎ ‎19.探究碰撞中的不变量 ‎√‎ 第1讲　力学实验(一)‎ 实验1：用打点计时器测速度 一、实验原理 ‎1.打点计时器：‎ 计时仪器.(1)当电源频率为50 Hz时，每隔0.02 s打一次点；(2)电磁打点计时器需要4～6 V交流电源，电火花计时器需要220 V交流电源.‎ ‎2.测平均速度、瞬时速度：‎ 平均速度：＝，当Δt→0时，认为是t时刻的瞬时速度.‎ 二、实验器材 打点计时器、交流电源、刻度尺、纸带、导线、坐标纸 三、实验步骤 ‎1.把电磁打点计时器固定在水平桌子上，并穿好纸带；‎ ‎2.把电磁打点计时器的两个接线柱用导线分别与电源接线柱相连接；‎ ‎3.打开电源开关，用手水平地拉动纸带，纸带上就打出一行小点；‎ ‎4.关闭电源，取下纸带，从能看清的某个点数起，往后数出n个点，纸带的运动时间Δt＝0.02(n－1) s；‎ ‎5.用刻度尺测量出从开始计数的一点到最后一点间的距离Δx；‎ ‎6.利用公式＝计算出纸带在这段时间内的平均速度.‎ 四、数据处理 ‎1.计算瞬时速度 在纸带上连续选出7个计数点，分别标以O、A、B、C、D、E、F，它们之间的距离＝x1，＝x2，＝x3，＝x4…….打点计时器打点的周期为T，则各点的瞬时速度分别是：‎ vA＝，vB＝，‎ vC＝，vD＝……‎ 把计算所得的各点的速度填入下表中 位置 A B C D E F ‎(xn＋xn＋1)/m v/(m·s－1)‎ ‎2.v－t图象的画法 根据测量的数据在坐标系中描点，然后用平滑的曲线把这些点连接起来.‎ 五、注意事项 ‎1.使用打点计时器时，应先接通电源，待打点计时器稳定时再拉动纸带；‎ ‎2.拉纸带时，速度应快一些，以防点迹太密集；‎ ‎3.使用电火花计时器时，应注意把纸带正确穿好，墨粉纸盘位于纸带上方；使用电磁打点计时器时，应让纸带穿过限位孔，压在复写纸下面；‎ ‎4.对纸带测量时，要用刻度尺一次性将各段长度测量完毕.‎ 例1　某同学在做“用打点计时器测速度”实验时，得到一条点迹清晰的纸带如图1，在纸带上依次选出7个计数点，分别标以O、A、B、C、D、E和F，每相邻的两个计数点间还有四个点未画出，打点计时器所用电源的频率是50 Hz.‎ 图1‎ ‎(1)如果测得C、D两点间距x4＝2.70 cm，D、E两点间距x5＝2.90 cm，则据此数据用速度公式vD＝计算在打D点时的速度值vD＝________ m/s.(保留三位有效数字)‎ ‎(2)该同学分别算出其他速度：vA＝0.220 m/s，vB＝0.241 m/s，vC＝0.258 m/s，vE＝0.300 m/s，请在图2的坐标系中作出小车运动的v－t图象，设O点为计时起点.‎ 图2‎ 答案　(1)0.280　(2)见解析图 解析　(1)将数据代入速度公式vD＝ 解得vD＝0.280 m/s.‎ ‎(2)根据已知数据在坐标轴上取合适的标度，再将数据点描绘在坐标系中，最后用平滑的曲线“拟合”数据点.如图所示.‎ 变式1　(2017·杭州期末教学质检)打点计时器是高中阶段常用的实验器材之一.如图3所示是两种常见的打点计时器.‎ 图3‎ ‎(1)关于两种计时器说法正确的是________(填字母).‎ A.图甲中的打点计时器用的是交流220 V的电源 B.图乙中的打点计时器用的是直流4～6 V的学生电源 C.图甲中的打点计时器的A处应为“墨粉纸”‎ D.图甲中的打点计时器的A处应为“复写纸”‎ ‎(2)某实验小组为研究小车的运动规律，选择了图甲中的打点计时器来实验(如图4)，该图为释放小车前的情景，其中操作最合理的是图________(填字母).‎ 图4‎ ‎(3)关于纸带中相应点间距的测量过程，下列操作最合理的是________(填字母).‎ A.用刻度尺上边缘紧贴纸带打出的点，一次性记录好所有点对应的读数 B.用刻度尺分段测量出所有相邻两点之间的距离，以备不时之需和方便计算 C.用刻度尺分段测量出需要的相邻两点之间的距离，以方便计算 答案　(1)AC　(2)A　(3)A 解析　(1)图甲是电火花计时器，需要使用220 V的交流电源，A处是墨粉纸，选项A、C正确，D错误；图乙是电磁打点计时器，需要使用4～6 V的交流电源，选项B错误.(2)小车应该靠近打点计时器，纸带应该与限位孔平行，选项A正确.(3)一次性记录所有的点，误差较小，选项A正确.‎ 变式2　某同学在做“用打点计时器测速度”实验时，从打下的若干纸带中选取了点迹清晰的一条，如图5所示.打点计时器的电源频率为50 Hz.‎ 图5‎ 由这些已知数据计算：(结果均保留三位有效数字)‎ ‎(1)物体经过BD过程的平均速度＝________ m/s；‎ ‎(2)纸带上C点相对应的瞬时速度v＝________ m/s.‎ 答案　(1)1.50　(2)1.50‎ 解析　(1)相邻计数点间的时间间隔是T＝0.02 s，所以BD过程的平均速度＝＝1.50 m/s；(2)纸带上的C点相对应的瞬时速度可以用BD过程的平均速度替代，即v＝1.50 m/s.‎ 变式3　(1)为完成“练习使用打点计时器”实验，在图6甲的四种器材中，________(选填“A”“B”“C”或“D”)为电磁打点计时器，工作电压为交流________(选填“4～6 V”或“220 V”)，当电源的频率为50 Hz时，打点周期为________ s.‎ ‎(2)某同学拉着纸带运动，得到一条点迹清晰的纸带.他确定好起点之后，作出了位移－时间图象如图乙所示.则在0～2.0 s内的平均速度大小为________ m/s.(结果保留二位有效数字)‎ 图6‎ 答案　(1)C　4～6 V　0.02　(2)0.80‎ 解析　(1)带线圈的C图是电磁打点计时器，工作电压为交流4～6 V，当电源的频率为50 Hz时，打点周期是0.02 s.(2)由题图乙得，平均速度的大小＝＝ m/s＝0.80 m/s.‎ 实验2：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 如图7所示，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.‎ 图7‎ 三、实验步骤 ‎1.把附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2　(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8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8‎ 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，即选项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，所以D选项也是不必要的.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，所以C选项是必要的.‎ ‎(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的速度如图所示.‎ ‎(3)作图如图所示，由图象可求出加速度a＝＝1.50 m/s2.‎ 变式4　(2017·嘉兴市高二上期末)如图9甲所示是“探究小车速度随时间变化的规律”的实验原理图.‎ ‎(1)图乙是某同学安装的实验器材，请指出其中错误或不当之处(至少指出两条)‎ ‎__________________；__________________.‎ 图9‎ ‎(2)有关本实验的安装要求及操作细节，正确的是________.‎ A.此实验必须把没有滑轮的一端垫高以平衡摩擦力 B.在释放小车前，小车应停在靠近打点计时器位置处 C.实验时应先释放小车，再接通打点计时器的电源 D.实验中必须使悬挂钩码的质量远小于小车的质量 答案　 (1)复写纸应放在纸带上；应使用交流电源；小车应该紧靠打点计时器；打点计时器安放错误(选择其中两条即可)　(2)B 变式5　某同学利用图10甲所示的实验装置探究物块速度随时间变化的规律.物块放在桌面上，细绳的一端与物块相连，另一端跨过滑轮挂上钩码.打点计时器固定在桌面左端，所用交流电源频率为50 Hz.纸带穿过打点计时器连接在物块上.启动打点计时器，释放物块，物块在钩码的拉力作用下拖着纸带运动.打点计时器打出的纸带如图乙所示(图中相邻两点间有4个计时点未画出).‎ 图10‎ 根据实验数据分析，该同学认为物块的运动为匀加速运动.回答下列问题：‎ ‎(1)在打点计时器打出B点时，物块的速度大小为________ m/s；在打出D点时，物块的速度大小为________ m/s.(保留两位有效数字)‎ ‎(2)物块的加速度大小为________ m/s2.(保留两位有效数字)‎ 答案　(1)0.56　0.96　(2)2.0‎ 解析　(1)根据匀变速直线运动过程中中间时刻的速度等于该过程的平均速度得，‎ vB＝＝ m/s＝0.56 m/s，‎ vD＝＝ m/s≈0.96 m/s.‎ ‎(2)根据题意，物块的运动为匀加速运动，则根据速度公式vD＝vB＋a·2T，代入数据整理可以得到a＝2.0 m/s2.‎ 变式6　(2017·嘉兴市期末)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11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11‎ ‎(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.‎ 实验3：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伸长到同一点，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 如图12所示，方木板、白纸、弹簧测力计(两只)、橡皮条、细绳套、刻度尺(或三角板)、图钉(若干).‎ 图12‎ 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，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13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13‎ ‎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为邻边用刻度尺作平行四边形，过O点画平行四边形的对角线，此对角线即为合力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3　(2015·浙江10月选考·17)(1)如图所示，在“探究求合力的方法”实验中，下列器材中必须要用的是________.‎ ‎(2)下列两个学生实验中，必须要测量质量、时间和位移的是________.‎ A.用打点计时器测速度 B.探究加速度与力、质量的关系 答案　(1)BD　(2)B 解析　(1)在“探究求合力的方法”实验中，需要用弹簧测力计测量合力与分力的大小和方向，需要用刻度尺进行作图分析，所以需要的器材选B、D；(2)用打点计时器测速度的实验中，是利用v＝计算速度的，所以不需要测质量；而探究加速度与力、质量的关系实验中，加速度要用a＝计算，还要研究在力F一定的情况下a与m的关系，所以需要测质量、时间和位移，故选B.‎ 变式7　(2017·丽水市普通高中质量监控)东东同学在做“探究求合力的方法”实验时：‎ ‎(1)实验室提供了如图14甲所示的实验器材，还需要的器材是________；‎ 图14‎ ‎(2)如图乙，实验中需要两次拉伸橡皮筋：第一次是通过细绳用两个弹簧测力计互成角度地拉橡皮筋，第二次是用一个弹簧测力计通过细绳拉橡皮筋.关于这两次拉伸，下列说法正确的是________.‎ A.两次拉伸只需要记下两弹簧测力计的读数 B.两次拉伸必须将橡皮筋和细绳的结点拉到相同位置 C.用两个弹簧测力计同时拉时，两细绳套所在直线的方向要互相垂直且读数要相同 D.用两个弹簧测力计同时拉时，弹簧及钩子不与弹簧测力计的外壳及纸面接触以避免摩擦 答案　(1)三角板或刻度尺　(2)BD 解析　(1)本实验需要画出力的图示，故需要刻度尺或者三角板.(2)两次拉伸必须将橡皮筋和细绳的结点拉到相同位置，保证作用效果相同，选项B正确；每一次拉伸都需要记下拉力的大小及方向，选项A错误；两细绳的拉力以及方向只要作用效果明显就行，没有具体要求方向，选项C错误；弹簧的拉力应尽可能与纸面平行，但不能有摩擦力存在，因为若有摩擦力存在，细绳的拉力和弹簧测力计的示数就有偏差，选项D正确.‎ 变式8　(2017·嘉兴市高二期末)某小组同学进行“探究求合力的方法”实验：‎ ‎(1)下列要求对减小实验误差有益的是________.‎ A.两细绳必须等长 B.拉橡皮筋的两条细绳夹角越大越好 C.弹簧测力计、细绳、橡皮筋都应与木板平行 D.两弹簧测力计同时拉细绳时，都要拉到弹力最大值 图15‎ ‎(2)如图15所示，弹簧测力计的拉力大小为________ N.‎ ‎(3)如图16所示，用一只弹簧测力计拉橡皮筋时，发现细绳与橡皮筋的结点还没拉到O点时(O点是用两只弹簧测力计拉时的结点位置)，弹簧测力计已经达到最大刻度，解决这一问题的可行办法是________.‎ 图16‎ A.两弹簧测力计同时拉时，拉力小一点 B.两弹簧测力计同时拉时，夹角大一点 C.两弹簧测力计同时拉时，取特殊夹角 D.两弹簧测力计同时拉时，拉力大小取值相同 答案　(1)C　(2)2.00　(3)AB 变式9　(2017·金华十校联考)根据要求，完成“探究求合力的方法”实验.‎ ‎(1)如图17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17‎ ‎(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 实验4：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18所示，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18‎ 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，接通电源放开小车，打点完毕后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，这样作图线时，坐标点间距不至于过密，误差会小些.‎ 例4　(2017·浙江名校协作体联考)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19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19‎ ‎(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”)的穿法正确.‎ ‎(3)该同学通过图20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20‎ ‎(4)调整好实验装置后，该同学顺利地完成了实验.如图21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21‎ 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上的平均速度，得小车在C点的速度 vC＝＝≈0.20 m/s.‎ 变式10　(2016·台州市模拟)(1)我们已经知道，物体的加速度a同时跟合外力F和质量m两个因素有关.研究这三个物理量之间定量关系的思想方法是___________________________.‎ ‎(2)某同学的实验方案如图22所示，她想用砂桶的重力表示小车受到的合外力F，为了减小这种做法带来的实验误差，她先做了两方面的调整措施：‎ 图22‎ a.用小木块将长木板无滑轮的一端垫高，目的是______________________.‎ b.使砂桶的质量远小于小车的质量，目的是使拉小车的力近似等于________________.‎ ‎(3)该同学利用实验中打出的纸带求加速度时，处理方案有两种：‎ A.利用公式a＝计算 B.根据a＝利用逐差法计算 两种方案中，你认为选择方案________比较合理.‎ 答案　(1)控制变量法 (2)a.平衡摩擦力　b.砂桶的重力　(3)B 解析　(1)研究三个物理量之间定量关系的思想方法是控制变量法.‎ ‎(2)用小木块将长木板无滑轮的一端垫高，目的是平衡摩擦力.想用砂桶的重力表示小车受到的合外力F，为了减小这种做法带来的实验误差，应使砂桶的质量远小于小车的质量，目的是使拉小车的力近似等于砂桶的重力.‎ ‎(3)利用实验中打出的纸带求加速度时，需要根据a＝利用逐差法计算，方案B比较合理.‎ 变式11　在“探究加速度与力、质量关系”的实验中，某小组同学实验时先正确平衡摩擦力，并利用钩码和小车之间连接的力传感器测出细线上的拉力，改变钩码的个数，确定加速度与细线上拉力F的关系.‎ ‎(1)下列图象中能表示该同学实验结果的是________.‎ ‎(2)某次实验中打出如图23所示的纸带(打点计时器电源的频率为50 Hz)，则这个加速度值a＝________m/s2.(计算结果保留两位有效数字)‎ 图23‎ 答案　(1)A　(2)0.80‎ 解析　(1)平衡摩擦力后，细线拉力等于合力，而加速度与合力成正比，其关系图线应该为直线，故选A；‎ ‎(2)T＝5T0＝0.1 s，根据公式Δx＝aT2得：0.035 3 cm－0.019 3 cm＝2aT2代入数据得到：a＝ m/s2＝0.80 m/s2.‎ 变式12　(2017·金华市期末)某同学设计了一个探究加速度a与物体所受合外力F及质量M的关系实验.如图24为实验装置简图，A为小车，B为打点计时器，C为装有砂的砂桶(总质量为m)，D为一端带有定滑轮的长木板.‎ 图24‎ ‎(1)若保持砂和砂桶质量m不变，改变小车质量M，分别得到小车加速度a与质量M及对应的数据如表格所示.‎ 次数 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ 小车加速度a/(m·s－2)‎ ‎0.99‎ ‎0.74‎ ‎0.50‎ ‎0.34‎ ‎0.25‎ 小车质量M/kg ‎0.25‎ ‎0.33‎ ‎0.50‎ ‎0.75‎ ‎1.00‎ 小车质量倒数/kg－1‎ ‎4.00‎ ‎3.00‎ ‎2.00‎ ‎1.33‎ ‎1.00‎ 根据表格数据，为直观反映F不变时a与M的关系，请在如图25所示的方格坐标纸中选择恰当的物理量建立坐标系，并作出图线.‎ 图25‎ ‎(2)从图线中得到F不变时，小车加速度a与质量M之间存在的关系是________.‎ ‎(3)某位同学在探究a与F的关系时，把砂和砂桶的总重力当作小车的合外力F，作出a－F图线如图26所示，试分析图线不过原点的原因是__________.‎ 图26‎ 答案　(1)见解析图　(2)成反比　(3)实验前未平衡摩擦力或平衡摩擦力不充分 解析　(1)根据表格数据，通过描点，作出图线，如图所示.‎ ‎(2)从图线中得到F不变时，小车加速度a与质量M之间存在的关系是成反比.‎ ‎(3)图线不通过坐标原点，F不为零时，加速度仍为零，知实验前未平衡摩擦力或平衡摩擦力不充分.‎ ‎1.(2017·湖州市期末)图1甲中的器材被称为电火花计时器的是________(选填“A”或“B”)，其装置使用的电源是图乙中的________(选填“A”“B”“C”或“D”).‎ 图1‎ 答案　B　D ‎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.(2017·温州十校高三期末)(1)在实验室做力学实验时会经常用到“重物”，请为下列实验从图3中选择最合适的“重物”(填编号)：‎ 图3‎ ‎①探究弹簧弹力大小与伸长量的关系________；②验证机械能守恒________.‎ ‎(2)某同学利用如图4所示的实验装置，探究物块在水平桌面上的运动规律.物块在重物的牵引下开始运动，重物落地后，物块再运动一段距离停在桌面上(尚未到达滑轮处)，从纸带上便于测量的点开始，每5个点取1个计数点，相邻计数点间的距离如图5所示，打点计时器电源的频率为50 Hz.‎ 图4‎ 图5‎ ‎①通过分析纸带数据，可判断物块开始减速的时刻位于(　　)‎ A.计数点5和6之间某时刻 B.计数点6和7之间某时刻 C.计数点7和8之间某时刻 ‎②计数点6对应的速度大小为________ m/s，减速过程的加速度大小为________ m/s2.(保留三位有效数字)‎ 答案　(1)①B　②A　(2)①B　②1.20　2.00‎ 解析　(1)①探究弹簧弹力大小与伸长量的关系是要通过增减钩码的个数来改变弹力大小的，所以选择B；②验证机械能守恒时，只需要一个重物即可，所以选择A；‎ ‎(2)①从纸带上的数据分析得知：在计数点6之前，两点之间的位移逐渐增大，是加速运动，在计数点7之后，两点之间的位移逐渐减小，是减速运动，所以物块在相邻计数点6和7之间某时刻开始减速.②做匀变速直线运动的物体，某一时间内的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度，所以第5个计数点的速度v5＝＝×10－2 m/s≈1.00 m/s；由平均速度的定义得，第5个计数点和第6个计数点之间的平均速度56＝＝×10－2 m/s≈1.10 m/s，做匀变速直线运动的物体，某一时间内的平均速度等于这段时间初、末速度之和的一半，因此56＝，解得v6＝1.20 m/s.根据逐差法，物块减速运动过程中加速度a＝×10－2 m/s2≈－2.00 m/s2，负号表示减速运动.‎ ‎4.实验中，如图6所示为一次记录小车运动情况的纸带，图中A、B、C、D、E为相邻的计数点，相邻计数点间的时间间隔T＝0.1 s.‎ 图6‎ ‎(1)根据纸带可判定小车做________运动.‎ ‎(2)根据纸带计算各点瞬时速度：vD＝________ m/s，vC＝__________ m/s，vB＝__________ m/s.以A点为零时刻，在如图7所示坐标系中作出小车的v－t图线，并根据图线求出a＝________.‎ 图7‎ ‎(3)将图线延长与纵轴相交，交点速度的物理意义是__________________________________.‎ 答案　(1)匀加速直线　(2)3.90　2.64　1.38　见解析图　12.60 m/s2　(3)零时刻小车经过A点的速度 解析　(1)根据纸带提供的数据可知 xBC－xAB＝xCD－xBC＝xDE－xCD＝12.60 cm，‎ 故小车做匀加速直线运动.‎ ‎(2)根据 ＝可知 vD＝＝ m/s＝3.90 m/s vC＝＝ m/s＝2.64 m/s vB＝＝ m/s＝1.38 m/s 描点连线得如图所示v－t图线，根据图线斜率知 a＝12.60 m/s2.‎ ‎(3)图线与纵轴交点速度的物理意义是零时刻小车经过A点的速度.‎ ‎5.如图8所示是探究求合力的方法的实验装置，实验中，需要将橡皮筋的一端固定在水平木板上，另一端系上两根细绳(细绳的末端都有绳套)，实验中需用两个________分别钩住绳套，并互成角度地拉橡皮筋.某同学认为在此过程中必须注意以下几项：‎ 图8‎ A.两根细绳尽可能等长 B.橡皮筋应与两绳夹角的平分线在同一直线上 C.在使用弹簧测力计时要注意使弹簧测力计与木板平面平行 其中正确的是________(填入相应的字母).‎ 两位同学在实验时得到的实验结果如图9所示，其中有一位同学操作有误.则图中________(选填“a”或“b”)的实验结果与事实不符.‎ 图9‎ 答案　弹簧测力计　C　b 解析　实验中需用两个弹簧测力计分别钩住绳套，并互成角度地拉橡皮筋；为方便实验操作、减小实验误差，细线应适当长些，两根细绳不需要等长，选项A错误；为减小实验误差，两绳间夹角应适当大些，橡皮筋并不一定与两绳夹角的平分线在同一直线上，选项B错误；为减小实验误差，在使用弹簧测力计时要注意使弹簧测力计与木板平面平行，选项C正确.由于实验中存在误差，两弹簧测力计的合力方向与一个弹簧测力计拉橡皮筋时的拉力方向不可能完全相同，且一个弹簧测力计拉橡皮筋时，拉力与橡皮筋在一条直线上，故b图实验结果与事实不相符.‎ ‎6.如图10为“探究求合力的方法”实验，三个细绳套L1、L2、L3共系于一个结点，另一端分别系于轻质弹簧测力计A、B和重物M上，A挂于固定点P.手持B拉动细绳，使结点静止于O点.‎ 图10‎ ‎(1)某次实验中A的指针位置如图所示，其读数为____________N；‎ ‎(2)实验时要在贴于竖直木板的白纸上，记录_____________________________________、‎ ‎________和L1、L2、L3的方向及M的重力.‎ ‎(3)下列实验要求中必要的是________(填选项的字母代号).‎ A.弹簧测力计需要在实验前进行校零 B.细绳套方向应与木板平面平行 C.需要用托盘天平测量重物M的质量 D.弹簧测力计B始终保持水平 答案　(1)2.00　(2)O点的位置　A、B的示数　(3)AB 解析　(1)A的读数为2.00 N；(2)实验时要在贴于竖直木板的白纸上，记录O点的位置、A、B的示数和L1、L2、L3的方向及M的重力；(3)弹簧测力计需要在实验前进行校零，选项A正确；细绳套方向应与木板平面平行，以减小实验误差，选项B正确；不需要用托盘天平测量重物M的质量，选项C错误；弹簧测力计B不一定要始终保持水平，选项D错误.‎ ‎7.某实验小组同学用如图11所示装置“探究加速度与力、质量的关系”.‎ 图11‎ ‎(1)在研究物体加速度与力的关系时，保持不变的物理量是________(只需填A或B).‎ A.小车质量 B.塑料桶和桶中砝码的质量 ‎(2)实验中，首先要平衡摩擦力，具体做法是________(只需填A或B).‎ A.在塑料桶中添加砝码，使小车带着纸带匀速运动 B.取下塑料桶，垫起长木板的一端，使小车带着纸带匀速运动 ‎(3)实验中要使小车的质量________(选填“远大于”或“远小于”)塑料桶和桶中砝码的质量，才能认为细绳对小车的拉力等于塑料桶和砝码的重力.‎ 答案　(1)A　(2)B　(3)远大于 解析　(1)该实验采用了“控制变量法”，在研究物体加速度与力的关系时，保持不变的物理量是小车的质量，故A正确，B错误.‎ ‎(2)为了使绳子的拉力等于小车受到的合外力，在进行实验之前要进行平衡摩擦力，具体做法是：适当垫高长木板不带定滑轮的一端，轻推未挂塑料桶的小车，恰使拖有纸带的小车匀速下滑.故A错误，B正确.‎ ‎(3)设绳子上的拉力为F，对小车根据牛顿第二定律有：F＝Ma ①‎ 对塑料桶和砝码有：mg－F＝ma ②‎ 由①②解得：F＝＝ 由此可知当M≫m时，才能认为塑料桶和砝码的重力等于细绳对小车的拉力.‎ ‎8.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12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12‎ ‎(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13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13‎ ‎(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.请同学们根据测量数据在图14上作出a－F图象.‎ 图14‎ ‎(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.平衡摩擦力不够 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.‎