專題—力學(xué)實(shí)驗(yàn) (2)

1、專題力學(xué)實(shí)驗(yàn) 【專題解讀】高考要求4個(gè)力學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一：速度隨時(shí)間的變化規(guī)律（實(shí)驗(yàn)、探究）（P2P5）實(shí)驗(yàn)二：力的平行四邊形定則（實(shí)驗(yàn)、探究）（P6P7）實(shí)驗(yàn)三：加速度與物體質(zhì)量力、物體受力的關(guān)系（實(shí)驗(yàn)、探究）（P8P13）實(shí)驗(yàn)四：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律（實(shí)驗(yàn)、探究）（P14P16）一、誤差和有效數(shù)字1.誤差測(cè)量值與真實(shí)值的差異叫做誤差。誤差可分為系統(tǒng)誤差和偶然誤差兩種。系統(tǒng)誤差的特點(diǎn)是在多次重復(fù)同一實(shí)驗(yàn)時(shí)，誤差總是同樣地偏大或偏小。偶然誤差總是有時(shí)偏大，有時(shí)偏小，并且偏大和偏小的機(jī)會(huì)相同。減小偶然誤差的方法，可以多進(jìn)行幾次測(cè)量，求出幾次測(cè)量的數(shù)值的平均值。這個(gè)平均值比某一次測(cè)得的數(shù)值更接近于真實(shí)值

2、。2.有效數(shù)字帶有一位不可靠數(shù)字的近似數(shù)字，叫做有效數(shù)字。有效數(shù)字是指近似數(shù)字而言。只能帶有一位不可靠數(shù)字，不是位數(shù)越多越好。凡是用測(cè)量?jī)x器直接測(cè)量的結(jié)果，讀數(shù)一般要求在讀出儀器最小刻度所在位的數(shù)值（可靠數(shù)字）后，再向下估讀一位（不可靠數(shù)字），這里不受有效數(shù)字位數(shù)的限制。間接測(cè)量的有效數(shù)字運(yùn)算不作要求，運(yùn)算結(jié)果一般可用23位有效數(shù)字表示。二、考試大綱規(guī)定的學(xué)生實(shí)驗(yàn)1.長(zhǎng)度的測(cè)量（游標(biāo)卡尺和螺旋測(cè)微器）游標(biāo)卡尺10分度的游標(biāo)卡尺，其讀數(shù)準(zhǔn)確到0.1mm。20分度的游標(biāo)卡尺。其讀數(shù)準(zhǔn)確到0.05mm。50分度的游標(biāo)卡尺。其讀數(shù)可以準(zhǔn)確到0.02mm。螺旋測(cè)微器固定刻度上的最小刻度為0.5mm（在中

3、線的上側(cè)）；可動(dòng)刻度每旋轉(zhuǎn)一圈前進(jìn)（或后退）0.5mm。在可動(dòng)刻度的一周上平均刻有50條刻線，所以相鄰兩條刻線間代表0.01mm。要知道主要構(gòu)造的名稱：以下的-依次是：測(cè)砧、測(cè)微螺桿、固定刻度、可動(dòng)刻度、旋鈕、微調(diào)旋鈕和尺架。例1.讀出下列游標(biāo)卡尺測(cè)量的讀數(shù)。例2.讀出下列螺旋測(cè)微器測(cè)量的讀數(shù)。實(shí)驗(yàn)一：速度隨時(shí)間的變化規(guī)律（實(shí)驗(yàn)、探究）【知識(shí)】紙帶處理。從打點(diǎn)計(jì)時(shí)器重復(fù)打下的多條紙帶中選點(diǎn)跡清楚的一條，舍掉開始比較密集的點(diǎn)跡，從便于測(cè)量的地方取一個(gè)開始點(diǎn)O，然后每5個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)A、B、C、（或者說每隔4個(gè)點(diǎn)取一個(gè)記數(shù)點(diǎn)），這樣做的好處是相鄰記數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔是0.1s，便于計(jì)算。測(cè)出相鄰計(jì)

4、數(shù)點(diǎn)間的距離s1、s2、s3 利用s1、s2、s3 可以計(jì)算相鄰相等時(shí)間內(nèi)的位移差s2-s1、s3- s2、s4- s3，如果它們?cè)谠试S的誤差范圍內(nèi)相等，則可以判定被測(cè)物體的運(yùn)動(dòng)是勻變速直線運(yùn)動(dòng)。利用紙帶可以求被測(cè)物體在任一計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)時(shí)刻的瞬時(shí)速度v：如t/s0 T 2T 3T 4T 5T 6Tv/(ms-1)利用紙帶求被測(cè)物體的加速度a。具體來說又有3種方法： “逐差法”：從紙帶上得到6個(gè)相鄰相等時(shí)間內(nèi)的位移，則 利用任意兩段相鄰記數(shù)點(diǎn)間的位移求a：如 利用v-t圖象求a：求出A、B、C、D、E、F各點(diǎn)的即時(shí)速度，畫出如右的v-t圖線，圖線的斜率就是加速度a。器材：把附有滑輪的長(zhǎng)木板放在實(shí)驗(yàn)

5、桌上，并使滑輪伸出桌面，把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長(zhǎng)木板上沒有滑輪的一端，連接好電路。裝置圖1【例題1】(1) 在用“圖象法”處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，為了減少誤差（ ） A應(yīng)使縱、橫坐標(biāo)每單位長(zhǎng)度表示的數(shù)值大一些B應(yīng)使縱、橫坐標(biāo)每單位長(zhǎng)度表示的數(shù)值小一些C為使圖線通過每個(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)，應(yīng)使圖線畫成折線D應(yīng)使圖線畫成直線或光滑曲線，讓實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)大致均勻分布在圖線附近，對(duì)于個(gè)別離線較遠(yuǎn)的點(diǎn)可以舍去(2) 某同學(xué)要進(jìn)行探究勻變速直線運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)?jiān)谙旅媪谐龅膶?shí)驗(yàn)器材中，選出本實(shí)驗(yàn)中不需要的器材填在橫線上(填編號(hào))： 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 天平 低壓交流電源 低壓直流電源 細(xì)繩和紙帶 鉤碼和小車 秒表 一端有滑輪的長(zhǎng)木板 刻度尺(

6、3)某同學(xué)利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所記錄的紙帶來研究做勻變速直線運(yùn)動(dòng)小車的運(yùn)動(dòng)情況，實(shí)驗(yàn)中獲得一條紙帶，如圖所示，其中兩相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間有四個(gè)點(diǎn)未畫出。已知所用電源的頻率為50HZ，則打A點(diǎn)時(shí)小車運(yùn)動(dòng)的速度vA=_m/s，小車運(yùn)動(dòng)的加速度a=_m/s2。（結(jié)果要求保留三位有效數(shù)字）OABCD3.186.7410.6915.05(單位：cm)【例題2】某同學(xué)在“用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速度”的實(shí)驗(yàn)中，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄了被小車拖動(dòng)的紙帶的運(yùn)動(dòng)情況，在紙帶上確定出A、B、C、D、E、F、G共7個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，其相鄰點(diǎn)間的距離如圖所示.每?jī)蓚€(gè)相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為0.10s.完成下列填空和作圖：(1)每?jī)蓚€(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有 個(gè)點(diǎn)

7、沒有標(biāo)出.(2)試根據(jù)紙帶上各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離，每隔0.10s測(cè)一次速度，計(jì)算出打下B、C、D、E、F五個(gè)點(diǎn)時(shí)小車的瞬時(shí)速度，并將各個(gè)速度值填入下表(保留3位有效數(shù)字) vBvCvDvEvF數(shù)值（m/s）(3)從打下B點(diǎn)到打下E點(diǎn)，這段時(shí)間內(nèi)紙帶的平均加速度為 m/s2.(4) 將B、C、D、E、F各個(gè)時(shí)刻的瞬時(shí)速度標(biāo)在直角坐標(biāo)系中，并畫出小車的瞬時(shí)速度隨時(shí)間變化的關(guān)系圖線.【變式訓(xùn)練1】物理小組在一次探究活動(dòng)中測(cè)量滑塊與木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)。實(shí)驗(yàn)裝置如圖，一表面粗糙的木板固定在水平桌面上，一端裝有定滑輪；木板上有一滑塊，其一端與電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶相連，另一端通過跨過定滑輪的細(xì)線與托盤連接。

8、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的交流電源的頻率為50 Hz。開始實(shí)驗(yàn)時(shí)，在托盤中放入適量砝碼，滑塊開始做勻加速運(yùn)動(dòng)，在紙帶上打出一系列小點(diǎn)。（1）上圖給出的是實(shí)驗(yàn)中獲取的一條紙帶的一部分：0、1、2、3、4、5、6、7是計(jì)數(shù)點(diǎn)，每相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)打點(diǎn)（圖中未標(biāo)出），計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離如圖所示。根據(jù)圖中數(shù)據(jù)計(jì)算的加速度a= (保留三位有效數(shù)字)。(2)回答下列兩個(gè)問題： 為測(cè)量動(dòng)摩擦因數(shù)，下列物理量中還應(yīng)測(cè)量的有 。（填入所選物理量前的字母） A.木板的長(zhǎng)度l B.木板的質(zhì)量m1 C.滑塊的質(zhì)量m2 D.托盤和砝碼的總質(zhì)量m3 E.滑塊運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t測(cè)量中所選定的物理量時(shí)需要的實(shí)驗(yàn)器材是 。 （3）滑塊與木板間

9、的動(dòng)摩擦因數(shù) （用被測(cè)物理量的字母表示，重力加速度為g）.與真實(shí)值相比，測(cè)量的動(dòng)摩擦因數(shù) （填“偏大”或“偏小” ）。寫出支持你的看法的一個(gè)論據(jù)： 。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器小車紙帶接電源【變式訓(xùn)練2】某同學(xué)用右圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置研究小車在斜面上的運(yùn)動(dòng)。實(shí)驗(yàn)步驟如下：a安裝好實(shí)驗(yàn)器材。b接通電源后，讓拖著紙帶的小車沿平板斜面向下運(yùn)動(dòng)，重復(fù)幾次。選出一條點(diǎn)跡比較清晰的紙帶，舍去開始密集的點(diǎn)跡，從便于測(cè)量的點(diǎn)開始，每?jī)蓚€(gè)打點(diǎn)間隔取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，如下圖中0、1、26點(diǎn)所示。c測(cè)量1、2、36計(jì)數(shù)點(diǎn)到0計(jì)數(shù)點(diǎn)的距離，分別記作：S1、S2、S3S6。d通過測(cè)量和計(jì)算，該同學(xué)判斷出小車沿平板做勻速直線運(yùn)動(dòng)。e分別計(jì)算出S1

10、、S2、S3S6與對(duì)應(yīng)時(shí)間的比值。f以為縱坐標(biāo)、t為橫坐標(biāo)，標(biāo)出與對(duì)應(yīng)時(shí)間t的坐標(biāo)點(diǎn)，劃出t圖線。01cm2345678910111213141516171819200123456S1S2S3S4S5S6結(jié)合上述實(shí)驗(yàn)步驟，請(qǐng)你完成下列任務(wù)：實(shí)驗(yàn)中，除打點(diǎn)及時(shí)器（含紙帶、復(fù)寫紙）、小車、平板、鐵架臺(tái)、導(dǎo)線及開關(guān)外，在下面的儀器和器材中，必須使用的有 和 。（填選項(xiàng)代號(hào)）A電壓合適的50 Hz交流電源 B電壓可調(diào)的直流電源 C刻度尺 D秒表 E天平 F重錘將最小刻度為1 mm的刻度尺的0刻線與0計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)齊，0、1、2、5計(jì)數(shù)點(diǎn)所在位置如圖所示，則S2 cm，S5 cm。01 cm231301255

11、7015202520103040506010800/cms1該同學(xué)在右圖中已標(biāo)出1、3、4、6計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)，請(qǐng)你在該圖中標(biāo)出與2、5兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)，并畫出t圖。根據(jù)t圖線判斷，在打0計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)，小車的速度v0 m/s；它在斜面上運(yùn)動(dòng)的加速度a m/s2?！咀兪接?xùn)練3】如圖所示，為了測(cè)定某輛轎車在平直路上起動(dòng)時(shí)的加速度(轎車起動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)可以近似看作勻加速運(yùn)動(dòng))，某人拍攝了一張?jiān)谕坏灼隙啻纹毓獾恼掌?如果拍攝時(shí)每隔2 s曝光一次，轎車車身總長(zhǎng)為4.5 m，那么這輛轎車的加速度約為A.1 m/s2 B.2 m/s2 C.3 m/s2 D.4 m/s2【注意點(diǎn)】用裝置圖1處理實(shí)驗(yàn)的注意點(diǎn)

12、(1)開始釋放小車時(shí)，應(yīng)使小車靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。（2）打電計(jì)時(shí)器必須使用交流電；(3)先接通電源，等打點(diǎn)穩(wěn)定后，再釋放小車。(4)打點(diǎn)完畢，立即斷開電源。(5)選取一條點(diǎn)跡清晰的紙帶，適當(dāng)舍棄點(diǎn)密集部分，適當(dāng)選取計(jì)數(shù)點(diǎn)(注意計(jì)數(shù)點(diǎn)與計(jì)時(shí)點(diǎn)的區(qū)別)，弄清楚所選的時(shí)間間隔T等于多少秒。 (6)牽引小車的鉤碼質(zhì)量要適宜。如果質(zhì)量過大，紙帶上打出的計(jì)時(shí)點(diǎn)太少；如果質(zhì)量過小，打出的點(diǎn)過于密集，不便于測(cè)量距離。(7)要防止鉤碼落地，避免小車跟滑輪相碰，當(dāng)小車到達(dá)滑輪前及時(shí)用手按住。(8)在坐標(biāo)紙上畫vt圖像時(shí)，注意坐標(biāo)軸單位長(zhǎng)度的選取，應(yīng)使圖像盡量分布在較大的坐標(biāo)平面（9）由于本實(shí)驗(yàn)是探究變速運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，故

13、不需要平衡摩擦力，在這一點(diǎn)上，要注意與探究加速度與力、加速度與質(zhì)量關(guān)系實(shí)驗(yàn)的區(qū)別。 實(shí)驗(yàn)二：力的平行四邊形定則（實(shí)驗(yàn)、探究）【知識(shí)】原理是兩只彈簧秤成角度拉橡皮條AB和一只彈簧秤拉橡皮條AB的效果相同，這個(gè)效果就是指橡皮條的形變量（大小和方向）相同。在畫力的圖示時(shí)，必須有箭頭、標(biāo)度、刻度。實(shí)驗(yàn)往往有一定的偶然誤差，只要用平行四邊形定則求得的合力F和一只彈簧秤的拉力F / 的圖示大小和方向在誤差允許的范圍內(nèi)相同就可以了。【例題1】將橡皮筋的一端固定在A點(diǎn)，另一端拴上兩根細(xì)繩，每根細(xì)繩分別連著一個(gè)量程為5 N、最小刻度為01 N的彈簧測(cè)力計(jì)沿著兩個(gè)不同的方向拉彈簧測(cè)力計(jì)當(dāng)橡皮筋的活動(dòng)端拉到O點(diǎn)時(shí)，

14、兩根細(xì)繩相互垂直，如圖2所示這時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)可從圖中讀出 （1）由圖可讀得兩個(gè)相互垂直的拉力的大小分別為_N和_N（2）在圖3所示的方格紙上按作圖法的要求畫出這兩個(gè)力及它們的合力（3）圖（A）（B）兩圖是兩位同學(xué)得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，其中哪一個(gè)圖符合實(shí)際？若合力測(cè)量值F是準(zhǔn)確的，則F與F有誤差的原因可能是哪些？ 【例題2】（1）在“探究力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)中，用圖釘把橡皮條的一端固定在板上的A點(diǎn)，在橡皮條的另一端拴上兩條細(xì)繩，細(xì)繩另一端系著繩套B、C（用來連接彈簧測(cè)量力計(jì)）。其中A為固定橡皮筋的圖釘，O為橡皮筋與細(xì)繩的結(jié)點(diǎn)，OB和OC為細(xì)繩。在實(shí)驗(yàn)中，如果只將細(xì)繩換成橡皮筋，其它步驟沒有改

15、變，那么實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否會(huì)發(fā)生變化？答： 。（選填“變”或“不變”） 本實(shí)驗(yàn)采用的科學(xué)方法是 A理想實(shí)驗(yàn)法B等效替代法C控制變量法D建立物理模型法【注意點(diǎn)】: 1不要直接以橡皮條端點(diǎn)為結(jié)點(diǎn)，可拴一短細(xì)繩連兩細(xì)繩套，以三繩交點(diǎn)為結(jié)點(diǎn)，應(yīng)使結(jié)點(diǎn)小些，以便準(zhǔn)確地記錄結(jié)點(diǎn)O的位置2使用彈簧秤前，應(yīng)先調(diào)節(jié)零刻度，使用時(shí)不超量程，拉彈簧秤時(shí)，應(yīng)使彈簧秤與木板平行3在同一次實(shí)驗(yàn)中，橡皮條伸長(zhǎng)時(shí)的結(jié)點(diǎn)位置要相同4被測(cè)力的方向應(yīng)與彈簧測(cè)力計(jì)軸線方向一致，拉動(dòng)時(shí)彈簧不可與外殼相碰或摩擦5讀數(shù)時(shí)應(yīng)正對(duì)、平視刻度6兩拉力F1和F2夾角不宜過小，作力的圖示，標(biāo)度要一致 【變式訓(xùn)練1】在做驗(yàn)證力的平行四邊行定則實(shí)驗(yàn)中：除了方

16、木板、白紙、圖釘、細(xì)線套、橡皮條、鉛筆和刻度尺外，還需要的器材有： 。在此實(shí)驗(yàn)中，假如F1的大小及方向固定不變，那么為了使橡皮條仍然伸長(zhǎng)到O點(diǎn)，對(duì)F2來說，下面幾種說法中正確的是：( )A.F2可以有多個(gè)方向 B.F2的方向和大小可以有多個(gè)值C.F2的方向和大小是惟一確定值 D.F2的方向是惟一的，但大小可有多個(gè)值【變式訓(xùn)練2】某同學(xué)利用如圖所示的裝置探究共點(diǎn)力合成的規(guī)律，圖中GE是橡皮條，甲圖表示用兩個(gè)互成角度的拉力牽拉橡皮條，乙圖表示用一個(gè)拉力牽拉橡皮條，下列說法正確的是A、甲圖中兩個(gè)拉力的方向必須相互垂直B、 甲、乙兩圖中，橡皮條拉伸方向必須水平C 、甲、乙兩圖中必須將橡皮條拉到相同位置

17、OD、甲圖實(shí)驗(yàn)完成后，可更換橡皮條，繼續(xù)進(jìn)行乙圖實(shí)驗(yàn)【誤差分析】1用兩個(gè)測(cè)力計(jì)拉橡皮條時(shí)，橡皮條、細(xì)繩和測(cè)力計(jì)不在同一個(gè)平面內(nèi)，這樣兩個(gè)測(cè)力計(jì)的水平分力的實(shí)際合力比由作圖法得到的合力小2結(jié)點(diǎn)O的位置和兩個(gè)測(cè)力計(jì)的方向畫得不準(zhǔn)，造成作圖的誤差3兩個(gè)分力的起始夾角太大，如大于120，再重做兩次實(shí)驗(yàn)，為保證結(jié)點(diǎn)O位置不變（即保證合力不變），則變化范圍不大，因而測(cè)力計(jì)示數(shù)變化不顯著，讀數(shù)誤差大4作圖比例不恰當(dāng)造成作圖誤差實(shí)驗(yàn)三：加速度與物體質(zhì)量力、物體受力的關(guān)系（實(shí)驗(yàn)、探究）【知識(shí)】 (1)采用控制變量法在該實(shí)驗(yàn)中要求先控制小車的質(zhì)量不變，改變小車所受的拉力F，討論a與F的關(guān)系；再控制小車所受的拉力F

18、不變，改變小車的質(zhì)量m，討論a與m的關(guān)系 (2)要測(cè)量的物理量 小車與其上砝碼的總質(zhì)量M一用天平測(cè)出 小車受的拉力F用天平測(cè)出小盤和盤內(nèi)砝碼的總質(zhì)量m，由Fmg算出 小車的加速度a通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶測(cè)算出 (3)平衡摩擦力的目的和方法 目的：實(shí)驗(yàn)中小車要受到摩擦阻力的作用，增加了實(shí)驗(yàn)的難度墊高水平木板不帶滑輪的一端，使小車自身重力沿斜面的分力平衡摩擦力，這樣小車所受拉力即為合力，提高了實(shí)驗(yàn)成功率 方法：不掛托盤，使小車拖著紙帶，紙帶通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，并且使打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處于工作狀態(tài)，逐漸調(diào)節(jié)木板的傾角，使打下的紙帶點(diǎn)間距相等，則說明小車做勻速直線運(yùn)動(dòng)，即平衡了摩擦力實(shí)驗(yàn)步驟： 1用天平測(cè)出小車

19、和小盤(包括其中砝碼)的質(zhì)量分別為M0、m0，并把數(shù)值記錄下來2如圖將實(shí)驗(yàn)器材安裝好(小車上不系繩) 3把木板無滑輪的一端下面墊一薄木板，平衡摩擦力 4將重物通過細(xì)繩系在小車上，接通電源放開小車，用紙帶記錄小車的運(yùn)動(dòng)情況；取下紙帶并在紙帶上標(biāo)上號(hào)碼及此時(shí)所掛重物的重力mo g 5保持小車的質(zhì)量不變，改變小盤(包括其中砝碼)的質(zhì)量，重復(fù)步驟4多做幾次實(shí)驗(yàn)，每次小車從同一位置釋放，并記錄好相應(yīng)紙帶重物的重力m1g、m2 g表1：M不變，加速度a與受力的關(guān)系實(shí)驗(yàn)次數(shù)n小車受力F/N加速度a/(ms2)1 6保持小車所受的合外力不變，在小車上加砝碼，并測(cè)出小車和放上砝碼后的總質(zhì)量M1，接通電源放開小車

20、，用紙帶記錄小車的運(yùn)動(dòng)情況，取下紙帶并在紙帶上標(biāo)上號(hào)碼 7繼續(xù)在小車上加放砝碼，重復(fù)步驟6，多做幾次實(shí)驗(yàn)，在每次得到的紙帶上標(biāo)上號(hào)碼表2：F不變，加速度與質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)次數(shù)n小車質(zhì)量M/kg加速度a/(ms2)1 8利用以上兩表中的數(shù)據(jù)，分別在坐標(biāo)系中作出M不變時(shí)，a一F圖象和F不變時(shí)，a一M圖象【例題1】某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)“探究加速度與物體所受合力F及質(zhì)量m的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)如圖a為實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖，A為小車，B為電火花計(jì)時(shí)器，C為裝有砝碼的小桶，D為一端帶有定滑輪的長(zhǎng)方形木板，實(shí)驗(yàn)中認(rèn)為細(xì)繩對(duì)小車?yán)等于砝碼和小桶的總重量，電源頻率是50HZ小車運(yùn)動(dòng)加速度a可用紙帶上的打點(diǎn)求得（1）圖（b）為某次實(shí)

21、驗(yàn)得到的紙帶，根據(jù)紙帶可求出小車的加速度大小為 m/s2（保留二位有效數(shù)字）（2）在“探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系”時(shí)，保持砝碼和小桶質(zhì)量不變，改變小車質(zhì)量m ，分別得到小車加速度a與質(zhì)量m數(shù)據(jù)如下表：根據(jù)上表數(shù)據(jù)，為直觀反映F不變時(shí)a與m的關(guān)系，請(qǐng)?jiān)趫Dc方格坐標(biāo)紙中選擇恰當(dāng)物理量建立坐標(biāo)系，并作出圖線 （3）在“探究加速度與力的關(guān)系”時(shí)，保持小車的質(zhì)量不變，改變小桶中砝碼的質(zhì)量，該同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出了加速度a與合力F圖線如圖d ，該圖線不通過坐標(biāo)原點(diǎn)，試分析圖線不通過坐標(biāo)原點(diǎn)的原因答：?！纠}2】某同學(xué)用如圖所示裝置“研究物體的加速度與外力關(guān)系”，他將光電門固定在氣墊軌道上的某點(diǎn)B處，調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)

22、軌水平后，用重力為F的鉤碼，經(jīng)繞過滑輪的細(xì)線拉滑塊，每次滑塊從同一位置A由靜止釋放，測(cè)出遮光條通過光電門的時(shí)間t。改變鉤碼個(gè)數(shù)，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)。記錄的數(shù)據(jù)及相關(guān)計(jì)算如下表。實(shí)驗(yàn)次數(shù)12345F/N0.490.981.471.962.45t/(ms)40.428.623.320.218.1t2/(ms)21632.2818.0542.9408.0327.66.112.218.424.530.6為便于分析F與t的關(guān)系，應(yīng)作出 的關(guān)系圖象，并在坐標(biāo)紙上作出該圖線 由圖線得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是： 0612182430360.490.981.471.962.452.84設(shè)AB間的距離為s，遮光條的寬度為d，請(qǐng)你

23、由上述實(shí)驗(yàn)結(jié)論推導(dǎo)出物體的加速度a與時(shí)間t的關(guān)系式為 。 解析：由記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和計(jì)算可知，F(xiàn)與成正比，所以應(yīng)作出F的關(guān)系圖象。，遮光條通過光電門的速度v=d/t，由v2=2as得a=。【注意點(diǎn)】1平衡摩擦力時(shí)不要掛重物，整個(gè)實(shí)驗(yàn)平衡了摩擦力后，不管以后是改變盤和砝碼的質(zhì)量還是改變小車及砝碼的質(zhì)量，都不需要重新平衡摩擦力 2實(shí)驗(yàn)中必須滿足小車和砝碼的質(zhì)量遠(yuǎn)大于小盤和砝碼的總質(zhì)量只有如此，砝碼和小盤的總重力才可視為與小車受到的拉力相等 3各紙帶上的加速度a，都應(yīng)是該紙帶上的平均加速度 4作圖象時(shí)，要使盡可能多的點(diǎn)在所作直線上，不在直線上的點(diǎn)應(yīng)盡可能對(duì)稱分布在所作直線的兩側(cè)離直線較遠(yuǎn)的點(diǎn)是錯(cuò)誤數(shù)據(jù)

24、，可舍去不予考慮 5小車應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器且先接通電源再釋放紙帶甲【變式訓(xùn)練1】.（1）在“探究恒力做功與動(dòng)能改變的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，某實(shí)驗(yàn)小組采用如圖甲所示的裝置實(shí)驗(yàn)步驟如下：把紙帶的一端固定在小車的后面，另一端穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器ABs1s2s乙改變木板的傾角，以重力的一個(gè)分力平衡小車及紙帶受到的摩擦力用細(xì)線將木板上的小車通過一個(gè)定滑輪與懸吊的砂桶相連接通電源，放開小車，讓小車拖著紙帶運(yùn)動(dòng)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器就在紙帶上打下一系列的點(diǎn)測(cè)出s、s1、s2（如圖乙所示），查得打點(diǎn)周期為T判斷重力的一個(gè)分力是否已與小車及紙帶受到的摩擦力平衡的直接證據(jù)是_；本實(shí)驗(yàn)還需直接測(cè)量的物理量是：_（并用相應(yīng)的符號(hào)表示）探究結(jié)果

25、的表達(dá)式是_（用相應(yīng)的符號(hào)表示）（2）用同樣的裝置做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)以下是一實(shí)驗(yàn)小組所獲取的部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)表格中數(shù)據(jù)，在圖中取合適的坐標(biāo)系，作出圖象表格：小車受力相同（均取砂桶質(zhì)量m50g）O次數(shù)小車質(zhì)量M/g加速度a/ms212001.915.0022501.714.0033001.503.3343501.362.8654001.122.5064501.002.2275000.902.00根據(jù)圖象判斷，實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生誤差的最主要原因是：_【變式訓(xùn)練2】（某研究性學(xué)習(xí)小組采用如圖甲所示的裝置，探究物體的加速度與所受合外力的關(guān)系提供器材有：氣墊導(dǎo)軌(總長(zhǎng)度為L(zhǎng))、滑塊(總質(zhì)量為m

26、，裝有寬度為d的遮光板)、光電門兩只(配接數(shù)字計(jì)時(shí)器)、木塊若干、米尺在一次實(shí)驗(yàn)中，測(cè)出兩光電門AB間的距離為L(zhǎng)0，導(dǎo)軌頂端距水平面的高度為h，接通氣源，讓滑塊從導(dǎo)軌頂端由靜止開始向下運(yùn)動(dòng)，讀出遮光板通過光電門1的時(shí)間為tl，通過光電門2的時(shí)間為t2，重力加速度為g。 (1)通過改變氣墊導(dǎo)軌與水平面的夾角，改變合外力大小，探究滑塊從導(dǎo)軌頂端由靜止開始運(yùn)動(dòng)的加速度與所受合外力的關(guān)系上述實(shí)驗(yàn)中滑塊所受合外力大小可表示為F= ，加速度大小為a= (2)該小組測(cè)得多組數(shù)據(jù)，描點(diǎn)作出了如圖乙所示的aF圖線，圖線不通過坐標(biāo)原點(diǎn)的主要原因是 圖線與橫軸交點(diǎn)的物理意義是 ，圖線斜率的物理意義是 。解析：實(shí)驗(yàn)中

27、滑塊所受合外力大小為滑塊重力沿斜面方向的分力，即F合=mgsin= mgh/L?；瑝K遮光板通過光電門1時(shí)速度v1=d/ tl，通過光電門2時(shí)速度v2=d/ t2，由勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律v22- v12=2a L0，解得a=。由于受到阻力f，則有F-f=ma，a=F/m -f/m，由此可知，圖線與橫軸交點(diǎn)的物理意義是滑塊在運(yùn)動(dòng)中受阻力大小，圖線斜率的物理意義是滑塊質(zhì)量的倒數(shù)1/m。 【答案】：（1）mgh/L (2)滑塊在運(yùn)動(dòng)中受阻力作用，阻力大小，滑塊質(zhì)量的倒數(shù)1/m?！咀兪接?xùn)練3】某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖所示的裝置來探究加速度與力的關(guān)系。彈簧秤固定在一合適的木板上，桌面的右邊緣固定一支表面光滑的鉛筆代

28、替定滑輪，細(xì)繩的兩端分別與彈簧秤的掛鉤和礦泉水瓶連接。在桌面上畫出兩條平行線MN、PQ，并測(cè)出間距d。開始時(shí)將木板置于MN處，現(xiàn)緩慢向瓶中加水，直到木板開始運(yùn)動(dòng)為止，記下彈簧秤的示數(shù)F0，以此表示滑動(dòng)摩擦力的大小。再將木板放回原處并按住，繼續(xù)向瓶中加水后，記下彈簧秤的示數(shù)F1。然后釋放木板，并用秒表記下木板運(yùn)動(dòng)到PQ處的時(shí)間t。木板的加速度可以用d、t表示為a= ；為了減小測(cè)量加速度的偶然誤差可以采用的辦法是（一種即可） 。改變瓶中水的質(zhì)量重復(fù)實(shí)驗(yàn)，確定加速度a與彈簧秤示數(shù)F1的關(guān)系。下列圖象能表示該同學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的是 。用加水的方法改變拉力的大小與掛鉤碼的方法相比，它的優(yōu)點(diǎn)是 （2） 可以改變

29、滑動(dòng)摩擦力的大小（3） 可以更方便地獲取多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（4） 可以比較精確地測(cè)出摩擦力的大?。?） 可以獲得更大的加速度以提高實(shí)驗(yàn)精度【解析】由木板做勻加速運(yùn)動(dòng)，由d=at2/2得a=。由牛頓第二定律可得F1-F0=ma，解得a= F1/m-F0/m，此實(shí)驗(yàn)要求水的質(zhì)量必須遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于木板質(zhì)量，當(dāng)?shù)V泉水瓶中水的質(zhì)量逐漸增大到一定量后，圖象將向下彎曲，所以能夠表示該同學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖象是圖c。由于水的質(zhì)量可以幾乎連續(xù)變化，所以可以方便地獲取多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，所以選項(xiàng)b正確?！敬鸢浮?增大d或讓F1大于F0的前提下盡量小 c b【誤差分析】 1質(zhì)量的測(cè)量誤差、紙帶上打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)間隔距離的測(cè)量誤差，拉線或紙帶

30、不與木板平行等都會(huì)造成誤差 2因?qū)嶒?yàn)原理不完善造成誤差：本實(shí)驗(yàn)中用小盤及砝碼的總重力代替小車受到的拉力(實(shí)際上小車受到的拉力要小于小盤及砝碼的總重力)，存在系統(tǒng)誤差小盤及砝碼的總質(zhì)量越接近小車的質(zhì)量，誤差就越大；反之，小盤及砝碼的總質(zhì)量越小于小車的質(zhì)量，誤差就越小 3平衡摩擦力不準(zhǔn)造成誤差：在平衡摩擦力時(shí)，除了不掛小盤外，其他的都跟正式實(shí)驗(yàn)一樣(比如要掛好紙帶、接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器)，勻速運(yùn)動(dòng)的標(biāo)志是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶上點(diǎn)的距離相等實(shí)驗(yàn)四：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律（實(shí)驗(yàn)、探究）【知識(shí)】本實(shí)驗(yàn)要求驗(yàn)證自由下落過程中機(jī)械能守恒，圖示紙帶的左端是用夾子夾重物的一端。先接通電源后松開紙帶，讓重錘自由下落要多做幾

31、次實(shí)驗(yàn)，選點(diǎn)跡清楚，且第一、二兩點(diǎn)間距離接近2mm的紙帶進(jìn)行測(cè)量。用刻度尺量出從0點(diǎn)到1、2、3、4、5各點(diǎn)的距離h1、h2、h3、h4、h5，利用“勻變速直線運(yùn)動(dòng)中間時(shí)刻的即時(shí)速度等于該段位移內(nèi)的平均速度”，算出2、3、4各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的即時(shí)速度v2、v3、v4，驗(yàn)證與2、3、4各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的重力勢(shì)能減少量mgh和動(dòng)能增加量是否相等。由于摩擦和空氣阻力的影響，本實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)誤差總是使本實(shí)驗(yàn)不需要在打下的點(diǎn)中取計(jì)數(shù)點(diǎn)。也不需要測(cè)重物的質(zhì)量?！纠}】用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.實(shí)驗(yàn)所用的電源為學(xué)生電源，輸出電壓為6 V的交流電和直流電兩種.重錘從高處由靜止開始下落，重錘上拖著的紙帶打出一系列的點(diǎn)

32、，對(duì)紙帶上的點(diǎn)痕進(jìn)行測(cè)量，即驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.（1）下面列舉了該實(shí)驗(yàn)的幾個(gè)操作步驟：A按照?qǐng)D示的裝置安裝器件；B將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到電源的“直流輸出”上；C用天平測(cè)出重錘的質(zhì)量；D釋放懸掛紙帶的夾子，同時(shí)接通電源開關(guān)打出一條紙帶；E測(cè)量紙帶上某些點(diǎn)間的距離；F根據(jù)測(cè)量的結(jié)果計(jì)算重錘下落過程中減少的重力勢(shì)能是否等于增加的動(dòng)能.其中沒有必要進(jìn)行的或者操作不當(dāng)?shù)牟襟E是_（將其選項(xiàng)對(duì)應(yīng)的字母填在橫線處）（2）利用這個(gè)裝置也可以測(cè)量重錘下落的加速度a的數(shù)值.如圖所示，根據(jù)打出的紙帶，選取紙帶上連續(xù)的五個(gè)點(diǎn)A、B、C、D、E，測(cè)出A距起始點(diǎn)O的距離為s0，點(diǎn)A、C間的距離為s1，點(diǎn)C、E間的距離為s2，使用

33、交流電的頻率為f，根據(jù)這些條件計(jì)算重錘下落的加速度a_.（3）在上述驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，重錘減小的重力勢(shì)能總是大于重錘增加的動(dòng)能，其原因主要是在重錘下落的過程中存在阻力作用，可以通過該實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)阻力的大小.若已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣裙J(rèn)的較準(zhǔn)確的值為g，還需要測(cè)量的物理量是_.試用這些物理量和上圖紙帶上的數(shù)據(jù)符號(hào)表示出重錘在下落的過程中受到的平均阻力大小F_.【注意點(diǎn)】先接通電源后松開紙帶，讓重錘自由下落。在打好點(diǎn)的紙帶中挑選第一、二兩點(diǎn)間的距離接近2mm，且點(diǎn)跡清晰的一條紙帶。 計(jì)算各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的勢(shì)能減少量mghn和動(dòng)能的增加量1/2mvn2，進(jìn)行比較 因不需要知道動(dòng)能和勢(shì)能的具體數(shù)值，故不需要測(cè)定重物質(zhì)量，題目中已知?jiǎng)t另當(dāng)別論?！咀兪接?xùn)練1】如圖所示，將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在鐵架臺(tái)上，使重物帶動(dòng)紙帶從靜止開始自由下落