專題8 實(shí)驗(yàn)專題講義 高一上學(xué)期物理人教版（2019）必修第一冊(cè)

1、 必修一專題8 實(shí)驗(yàn)專題【實(shí)驗(yàn)：探究?jī)蓚€(gè)互成角度的力的合成規(guī)律】一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.練習(xí)用作圖法求兩個(gè)力的合力。2驗(yàn)證互成角度的兩個(gè)力合成的平行四邊形定則。二、實(shí)驗(yàn)原理1.若用一個(gè)力F或兩個(gè)力F1和F2共同作用都能把橡皮條沿某一方向拉至相同長(zhǎng)度，即力F與F1、F2的共同作用效果相同，那么F為F1、F2的合力。2用彈簧測(cè)力計(jì)分別測(cè)出F和F1、F2的大小，并記下它們的方向，作出F和F1、F2的圖示，以F1、F2的圖示為鄰邊作平行四邊形，其所夾的對(duì)角線即為用平行四邊形定則求得的F1、F2的合力F。3比較F與F，若它們的長(zhǎng)度和方向在誤差允許的范圍內(nèi)相等，則可以證明平行四邊形定則的正確性。三、實(shí)驗(yàn)器材方木板

2、、白紙、彈簧測(cè)力計(jì)(兩只)、橡皮條、細(xì)繩套、三角板、刻度尺、圖釘(若干)。四、實(shí)驗(yàn)步驟1.用圖釘把白紙釘在水平桌面上的方木板上。2用圖釘把橡皮條的一端固定在A點(diǎn)，橡皮條的另一端拴上兩個(gè)細(xì)繩套。3用兩只彈簧測(cè)力計(jì)分別鉤住細(xì)繩套，互成角度地拉橡皮條，使橡皮條伸長(zhǎng)到某一位置O，如圖所示，記錄兩彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)，用鉛筆描下O點(diǎn)的位置及此時(shí)兩細(xì)繩套的方向。4用鉛筆和刻度尺從結(jié)點(diǎn)O沿兩細(xì)繩套方向畫(huà)直線，按選定的標(biāo)度作出這兩只彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)F1和F2的圖示，并以F1和F2為鄰邊用刻度尺作平行四邊形，過(guò)O點(diǎn)畫(huà)平行四邊形的對(duì)角線，此對(duì)角線即為合力F的圖示。5只用一只彈簧測(cè)力計(jì)通過(guò)細(xì)繩套把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到同樣的

3、位置O，記下彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)和細(xì)繩的方向，用刻度尺從O點(diǎn)按同樣的標(biāo)度沿記錄的方向作出這只彈簧測(cè)力計(jì)的拉力F的圖示。6比較力F與平行四邊形定則求出的合力F大小和方向是否相同。7改變兩個(gè)力F1與F2的大小和夾角，再重復(fù)實(shí)驗(yàn)兩次。五、誤差分析1.誤差來(lái)源除彈簧測(cè)力計(jì)本身的誤差外，還有讀數(shù)誤差、作圖誤差等。2.減小誤差的辦法(1)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中讀數(shù)時(shí)眼睛一定要正視彈簧測(cè)力計(jì)的刻度，要按有效數(shù)字和彈簧測(cè)力計(jì)的精度正確讀數(shù)和記錄。(2)作圖時(shí)用刻度尺借助于三角板，使表示兩力的對(duì)邊一定要平行。(3)因兩個(gè)分力F1、F2間的夾角越大，用平行四邊形定則作出的合力F的誤差F就越大，所以，實(shí)驗(yàn)中不要把取得太大，但也不宜

4、太小，以60120之間為宜。1.用彈簧測(cè)力計(jì)尋找合力與分力等效替代的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，(1)先通過(guò)細(xì)繩用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)拉橡皮條，使其結(jié)點(diǎn)拉到某一位置，記錄：結(jié)點(diǎn)位置O、兩彈簧測(cè)力計(jì)讀數(shù)大小和_；然后改用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)拉橡皮條，使其結(jié)點(diǎn)拉到_后，再記錄下該彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)和細(xì)繩方向。(2)如圖是甲、乙兩位同學(xué)在做本實(shí)驗(yàn)時(shí)分別得到的兩幅圖，其中F是用平行四邊形定則作圖得到的合力，F(xiàn)是通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的合力，則哪幅圖是符合實(shí)驗(yàn)事實(shí)的？_(選填“甲”或“乙”)2.某同學(xué)做“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)如圖1甲所示，其中A為固定橡皮條的圖釘，O為橡皮條與細(xì)繩的結(jié)點(diǎn)，OB和OC為細(xì)繩。圖乙是在白紙上根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果畫(huà)

5、出的圖。(1)如果沒(méi)有操作失誤，圖乙中的F與F兩力中，方向一定沿AO方向的是_。(2)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(3)實(shí)驗(yàn)時(shí)，主要的步驟是：A.在桌上放一塊方木板，在方木板上鋪一張白紙，用圖釘把白紙釘在方木板上；B.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)繩的另一端系著繩套；C.用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)分別鉤住繩套，互成角度地拉橡皮條，使橡皮條伸長(zhǎng)，結(jié)點(diǎn)到達(dá)某一位置O，記錄下O點(diǎn)的位置，讀出兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)；D.按選好的標(biāo)度，用鉛筆和刻度尺作出兩只彈簧測(cè)力計(jì)的拉力F1和F2的圖示，并用平行四邊形定則求出合

6、力F；E.只用一只彈簧測(cè)力計(jì)，通過(guò)細(xì)繩套拉橡皮條使其伸長(zhǎng)，讀出彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)，記下細(xì)繩的方向，按同一標(biāo)度作出這個(gè)力F的圖示；F.比較F和F的大小和方向，看它們是否相同，得出結(jié)論。上述步驟中，有重要遺漏的步驟的序號(hào)是_和_；遺漏的內(nèi)容分別是_和_。3.在做“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn)時(shí)：(1)除已有的器材：方木板、白紙、彈簧測(cè)力計(jì)、細(xì)繩套、刻度尺、圖釘和鉛筆外，還必須有_和_。(2)要使每次合力與分力產(chǎn)生相同的效果，必須( )A每次把橡皮條拉到同樣的位置 B每次把橡皮條拉直C每次準(zhǔn)確讀出彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù) D每次記準(zhǔn)細(xì)繩的方向(3)某同學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示，其中A為固定橡皮條的圖釘，O為橡皮條

7、與繩套結(jié)點(diǎn)的位置。圖中_是力F1與F2的合力的理論值，_是力F1與F2的合力的實(shí)際值?！緦?shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系】實(shí)驗(yàn)原理 加速度是描述物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化快慢的物理量,力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因,質(zhì)量大的物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不容易改變。這說(shuō)明,加速度與力、質(zhì)量之間必然存在一定的關(guān)系。本實(shí)驗(yàn)分別從“加速度與力的關(guān)系”和“加速度與質(zhì)量的關(guān)系”兩方面進(jìn)行探究。探究方法:控制變量法。(1)探究加速度與力的關(guān)系:保持小車的 質(zhì)量不變,改變小盤中槽碼的質(zhì)量(即改變拉力),測(cè)出小車運(yùn)動(dòng)所對(duì)應(yīng)的加速度,分析加速度與力的關(guān)系。(2)探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系:保持小盤中槽碼的質(zhì)量變(即保持拉力不變),改變小車上砝碼的

8、質(zhì)量(即改變小車的質(zhì)量),測(cè)出不同質(zhì)量的小車對(duì)應(yīng)的加速度,分析加速度與質(zhì)量的關(guān)系。二實(shí)驗(yàn)步驟 1.測(cè)量質(zhì)量:用天平測(cè)出小車和重物(小盤和小盤中的槽碼)的質(zhì)量分別為M、m,并把數(shù)據(jù)記錄下來(lái)。2.安裝器材:按上圖將實(shí)驗(yàn)器材安裝好(小車上不系細(xì)線)。3.平衡摩擦力:在長(zhǎng)木板無(wú)滑輪的一端下面墊一薄木板,調(diào)節(jié)薄木板的位置,直到小車勻速下滑。（讓小車受到的阻力跟它受到的重力沿斜面向下的分力平衡近似于無(wú)摩擦狀態(tài)，使小車所受的合外力等于細(xì)線的拉力）4.具體操作(1)將掛有小盤的細(xì)線跨過(guò)定滑輪系于小車上,接通電源后放開(kāi)小車打出紙帶,取下紙帶并在紙帶上標(biāo)上號(hào)碼以及此時(shí)重物的重力mg(重物的質(zhì)量要遠(yuǎn)小于小車的總質(zhì)量

9、,此時(shí)可認(rèn)為小車所受拉力F等于重物的重力mg)。(2)保持小車質(zhì)量M不變,往小盤上加槽碼,即改變重物的總質(zhì)量m,重復(fù)步驟(1)。多做幾次實(shí)驗(yàn),每次小車從同一位置釋放,并記錄好重物的重力m1g、m2g、m3g。(3)保持重物的質(zhì)量m不變,往小車上加砝碼,改變小車的質(zhì)量M,重復(fù)步驟(1)。多做幾次實(shí)驗(yàn),每次小車從同一位置釋放,并記錄好加在小車上的砝碼和小車的總重力M1g、M2g、M3g。(4)計(jì)算出每次實(shí)驗(yàn)小車的加速度的大小。三實(shí)驗(yàn)處理 1.計(jì)算法 2.圖像法(1)保持小車質(zhì)量不變,探究加速度與力的關(guān)系。以加速度a為縱坐標(biāo),以力F為橫坐標(biāo),根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)描點(diǎn),然后作出圖像,如圖甲所示,若a-F圖像是

10、一條通過(guò)原點(diǎn)的傾斜直線,則可得出結(jié)論:在誤差允許的范圍內(nèi),質(zhì)量M不變時(shí),加速度a與力F成正比。(2)保持力不變,探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系。以加速度a為縱坐標(biāo),以質(zhì)量M為橫坐標(biāo),作出圖像,如圖乙所示,由于a-M圖像為曲線,判斷a與M是否成反比關(guān)系較難,若a與M成反比,則a與必成正比,我們采用“化曲為直”的方法,以加速度a為縱坐標(biāo),以為橫坐標(biāo),作出圖像,如圖丙所示,若a-圖像是一條通過(guò)原點(diǎn)的傾斜直線,則可得出結(jié)論:在誤差允許的范圍內(nèi),力F不變時(shí),加速度a與質(zhì)量M成反比。實(shí)驗(yàn)誤差 “探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)得到的理想a-F圖像應(yīng)是一條過(guò)原點(diǎn)的直線,但由于實(shí)驗(yàn)誤差影響,常出現(xiàn)如圖所示的三種情況:

11、(1)圖線的上部發(fā)生了彎曲,是因?yàn)楫?dāng)小車所受拉力F較大時(shí),不滿足“重物的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的總質(zhì)量”的條件。(2)圖線與a軸有交點(diǎn),說(shuō)明拉力F=0(不掛重物)時(shí),小車就具有了加速度,這是平衡摩擦力時(shí),長(zhǎng)木板的傾角過(guò)大,導(dǎo)致平衡摩擦力過(guò)度造成的。(3)圖線與F軸有交點(diǎn),說(shuō)明只有當(dāng)F增大到某一定值時(shí),小車才獲得加速度,這是沒(méi)有平衡摩擦力或長(zhǎng)木板的傾角過(guò)小,導(dǎo)致平衡摩擦力不足造成的。1.用如圖所示的裝置,探究物體的加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系,圖中小車的質(zhì)量用M表示,鉤碼的質(zhì)量用m表示。要順利完成該實(shí)驗(yàn),在操作中:(1)平衡摩擦力的目的是:_。(2)使M遠(yuǎn)大于m的目的是:_。(3)如圖是某次實(shí)驗(yàn)打出的某一條紙

12、帶,A、B、C、D、E為相鄰的5個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有四個(gè)點(diǎn)未標(biāo)出,所用交流電源頻率為50赫茲。利用圖中給出的數(shù)據(jù)可求出小車的加速度a=_m/s2。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)2.某實(shí)驗(yàn)小組利用圖甲所示的裝置探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系。(1)為使砝碼和砝碼盤的總重力在數(shù)值上近似等于小車運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的細(xì)線拉力,應(yīng)滿足的條件是砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量_(選填“遠(yuǎn)大于”“遠(yuǎn)小于”或“近似等于”)小車的質(zhì)量。(2)為了平衡摩擦力,應(yīng)將長(zhǎng)木板_(選填“左”或“右”)端適當(dāng)墊高,使之與水平方向成一定的角度;保持小車質(zhì)量不變,若測(cè)得小車的加速度a與拉力F的關(guān)系如圖乙所示,這是傾角_(選填“偏大”或“偏小”)造成的

13、。3.某同學(xué)用如圖甲所示裝置做“探究物體的加速度跟力的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)時(shí)保持小車的質(zhì)量不變,用鉤碼所受的重力大小作為小車受到的合力大小,用電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和小車后端拖動(dòng)的紙帶測(cè)出小車運(yùn)動(dòng)的加速度。甲 乙(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)先不掛鉤碼,反復(fù)調(diào)整墊木的左右位置,直到小車做勻速直線運(yùn)動(dòng),這樣做的目的是_。(2)圖乙為實(shí)驗(yàn)中打出的一條紙帶的一部分,從比較清晰的點(diǎn)跡起,在紙帶上標(biāo)出了連續(xù)的5個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)A、B、C、D、E,相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間都有4個(gè)點(diǎn)跡沒(méi)有標(biāo)出,測(cè)出各計(jì)數(shù)點(diǎn)到A點(diǎn)之間的距離,如圖乙所示。已知電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在頻率為50 Hz的交流電源兩端,則此次實(shí)驗(yàn)中小車運(yùn)動(dòng)的加速度的測(cè)量值a=_m/s2。(結(jié)

14、果保留兩位有效數(shù)字)(3)實(shí)驗(yàn)時(shí)改變所掛鉤碼的質(zhì)量,分別測(cè)量小車在不同外力作用下的加速度。根據(jù)測(cè)得的多組數(shù)據(jù)畫(huà)出a-F關(guān)系圖線,如圖丙所示。此圖像的AB段明顯偏離直線,造成此現(xiàn)象的主要原因可能是_。(選填下列選項(xiàng)的序號(hào))A.小車與平面軌道之間存在摩擦力B.平面軌道傾斜角度過(guò)大C.所掛鉤碼的總質(zhì)量過(guò)大 D.小車的質(zhì)量過(guò)大 丙4.如圖所示是“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)裝置:(1)下圖是實(shí)驗(yàn)時(shí)平衡阻力的情形,其中正確的是_(選填字母)。(2)在平衡阻力后,當(dāng)小車總質(zhì)量_(填“遠(yuǎn)大于”“遠(yuǎn)小于”或“近似等于”)小盤及盤內(nèi)物體的總質(zhì)量時(shí),小車運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的拉力大小近似等于小盤及盤內(nèi)物體的總重力大小。

15、實(shí)驗(yàn)時(shí)可通過(guò)增減小盤中_(選填“50 g鉤碼”或“1 g砝碼”)的個(gè)數(shù)來(lái)改變拉力的大小。五實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新5.“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示。小車后面固定一條紙帶,穿過(guò)電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,細(xì)線一端連著小車,另一端通過(guò)光滑的定滑輪和動(dòng)滑輪與掛在豎直面內(nèi)的拉力傳感器相連,拉力傳感器用于測(cè)小車受到的拉力的大小。甲 乙(1)關(guān)于平衡摩擦力,下列說(shuō)法正確的是_。A.平衡摩擦力時(shí),需要在動(dòng)滑輪上掛上鉤碼B.改變小車質(zhì)量時(shí),需要重新平衡摩擦力C.改變小車?yán)r(shí),不需要重新平衡摩擦力(2)實(shí)驗(yàn)中_(選填“需要”或“不需要”)滿足所掛鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量。(3)某同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出了加速度a與力F的關(guān)系圖像如圖乙所示,圖線不過(guò)原點(diǎn)的原因是_。A.鉤碼質(zhì)量沒(méi)有遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量B.平衡摩擦力時(shí)木板傾角過(guò)大C.平衡摩擦力時(shí)木板傾角過(guò)小或未平衡摩擦力某實(shí)驗(yàn)小組在“探究加速度與物體的質(zhì)量、受力的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中,設(shè)計(jì)出如下的實(shí)驗(yàn)方案,實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。已知小車質(zhì)量M=261 g,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所使用的交流電頻率f=50 Hz。其實(shí)驗(yàn)步驟是:A.按實(shí)驗(yàn)裝置圖安裝好實(shí)驗(yàn)裝置;B.利用墊塊調(diào)節(jié)長(zhǎng)木板的傾角,輕推小車后,使小車(與紙帶、細(xì)繩和砝碼盤相連)能沿長(zhǎng)木板向下做勻速運(yùn)動(dòng);C.取下細(xì)繩和砝碼盤,記下砝碼盤