2019年高考物理必考實(shí)驗(yàn)精講學(xué)案

2019高考物理必考實(shí)驗(yàn)精講學(xué)案

目錄

實(shí)驗(yàn)一研究勻變速直線運(yùn)動......................................1

實(shí)驗(yàn)二探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系................................13

實(shí)驗(yàn)三驗(yàn)證力的平行四邊形定則.................................22

實(shí)驗(yàn)四探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系.............................34

實(shí)驗(yàn)五探究動能定理............................................46

實(shí)驗(yàn)六驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律......................................55

實(shí)驗(yàn)七測定金屬的電阻率.......................................63

實(shí)驗(yàn)八描繪小電珠的伏安特性曲線...............................80

實(shí)驗(yàn)九測定電源的電動勢和內(nèi)阻.................................88

實(shí)驗(yàn)十練習(xí)使用多用電表......................................100

實(shí)驗(yàn)十一傳感器的簡單應(yīng)用.......................................110

高考物理必考實(shí)驗(yàn)學(xué)案

實(shí)驗(yàn)一研究勻變速直線運(yùn)動

目錄

課前預(yù)習(xí)?基礎(chǔ)落實(shí)

課堂互動?考點(diǎn)突破

課前預(yù)習(xí)?基礎(chǔ)落實(shí)

【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

1.練習(xí)使用打點(diǎn)計時器，學(xué)會用打點(diǎn)紙帶研究小車的運(yùn)動情況。

2.會利用打點(diǎn)紙帶求勻變速直線運(yùn)動的速度、加速度。

3.能畫出小車運(yùn)動的v-t圖象，根據(jù)圖象求加速度。

【實(shí)驗(yàn)原理】

1.打點(diǎn)計時器

⑴作用：計時儀器，當(dāng)所用交流電源的頻率f=50Hz時，每隔0.02s打一次點(diǎn)。

和莖行/電磁打點(diǎn)計時器：6V以下交流電源

作汆懺1電火花計時器：220V交流電源

2.判斷物體是否做勻變速直線運(yùn)動的方法

設(shè)Xl、X2、X3、X4…為紙帶上相鄰兩個計數(shù)點(diǎn)之間的距離，假如△X=X2-X1=X3-X2=Xu-X:；=…=常數(shù)，

則與紙帶相連的物體做勻變速直線運(yùn)動。

3.求物體瞬時速度的方法

如圖實(shí)I-1所示：

\n-1?nn+1)

則y尸吟巳

4.求物體加速度的方法

1

高考物理必考實(shí)驗(yàn)學(xué)案

⑴“逐差法”求加速度

如圖實(shí)I-2所示：

圖實(shí)I-2

團(tuán)=號/，然后取平均值，即“=邊+：+.,這樣使所給數(shù)據(jù)全部得到利

用，以提高精確度。

⑵“圖象法”求加速度

求出紙帶上各計數(shù)點(diǎn)的瞬時速度，畫出V-t圖線，直線的斜率即表示加速度。

【實(shí)驗(yàn)器材】

打點(diǎn)計時器、紙帶、一端附有定滑輪的長木板、小車、細(xì)繩、鉤碼、刻度尺、電源、導(dǎo)線。

【實(shí)驗(yàn)步驟】

1.把附有滑輪的長木板放在實(shí)驗(yàn)桌上，并使滑輪伸出桌面，把打點(diǎn)計時器固定在長木板上沒有滑輪的一

端，連接好電路。

2.把一條細(xì)繩拴在小車上，細(xì)繩跨過滑輪，下邊掛上合適的鉤碼，把紙帶穿過打點(diǎn)計時器，并把它的一

端固定在小車的后面。實(shí)驗(yàn)裝置見圖實(shí)I-3所示，放手后，看小車能否在木板上平穩(wěn)地加速滑行。

r

圖實(shí)I-3

3.把小車停在靠近打點(diǎn)計時器處，先接通電源，后放開小車，讓小車拖著紙帶運(yùn)動，打點(diǎn)計時器就在紙

帶上打下一系列的點(diǎn)，換上新紙帶，重復(fù)三次。

4.從幾條紙帶中選擇一條比較理想的紙帶，舍掉開始一些比較密集的點(diǎn)，在后面便于測量的地方找一個

2

高考物理必考實(shí)驗(yàn)學(xué)案

開始點(diǎn)，以后依次每五個點(diǎn)取一個計數(shù)點(diǎn)，確定好計數(shù)始點(diǎn)，并標(biāo)明0、1、2、3、4.....測量各計數(shù)點(diǎn)

到0點(diǎn)的距離x,并記錄填入表中。

位置編號012345

時間t/s

x/m

v/(m-s-1)

5.計算出相鄰的計數(shù)點(diǎn)之間的距離*、X2、X3、…。

6.利用一段時間內(nèi)的平均速度等于這段時間中間時刻的瞬時速度求得各計數(shù)點(diǎn)1、2、3、4、5的瞬時速

度，填入上面的表格中。

7.增減所掛鉤碼數(shù)，再做兩次實(shí)驗(yàn)。

【數(shù)據(jù)處理及實(shí)驗(yàn)結(jié)論】

1.由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出v-t圖象

(1)根據(jù)表格中的V、1數(shù)據(jù)，在平面直角坐標(biāo)系中仔細(xì)描點(diǎn)，如圖實(shí)I-4可以看到，對于每次實(shí)驗(yàn)，描出

的幾個點(diǎn)都大致落在一條直線上。

圖實(shí)I-4

(2)作一條直線，使同一次實(shí)驗(yàn)得到的各點(diǎn)盡量落在這條直線上，落不到直線上的點(diǎn)，應(yīng)均勻分布在直線

的兩側(cè)，這條直線就是本次實(shí)驗(yàn)的v-t圖象，它是一條傾斜的直線。

2.由實(shí)驗(yàn)得出的v-t圖象進(jìn)一步得出小車運(yùn)動的速度隨時間變化的規(guī)律

有兩條途徑進(jìn)行分析：

(1)小車運(yùn)動的v-t圖象是一條傾斜的直線如圖實(shí)1-5所示，當(dāng)時間增加相同的值A(chǔ)t,速度也會增加相

同的值A(chǔ)v,由此得出結(jié)論：小車的速度隨時間均勻變化。

3

高考物理必考實(shí)驗(yàn)學(xué)案

圖實(shí)I—5

(2)既然小車的v-t圖象是一條傾斜的直線，那么v隨t變化的函數(shù)關(guān)系式為v=kt+b,所以小車的速度

隨時間均勻變化。

【注意事項】

1.交流電源的電壓及頻率要符合要求。

2.開始釋放小車時，應(yīng)使小車靠近打點(diǎn)計時器。

3.先接通電源，計時器工作后，再放開小車，當(dāng)小車停止運(yùn)動時及時斷開電源。

4.小車另一端掛的鉤碼個數(shù)要適當(dāng)，避免速度過大而使紙帶上打的點(diǎn)太少，或者速度太小，使紙帶上的

點(diǎn)過于密集。

5.選擇一條理想的紙帶，是指紙帶上的點(diǎn)跡清晰。適當(dāng)舍棄開頭密集部分，適當(dāng)選取計數(shù)點(diǎn)，弄清楚所

選的時間間隔T。

6.測x時不要分段測量，讀數(shù)時要注意有效數(shù)字的要求，計算a時要注意用逐差法，以減小誤差。

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考點(diǎn)一實(shí)驗(yàn)原理與操作

[例1](廣東理綜)研究小車與變速直線運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)裝置如圖實(shí)?-6甲所示其中斜面傾角e可調(diào)，打點(diǎn)計

時器的工作頻率為50Hz紙帶上計數(shù)點(diǎn)的間距如圖乙所示其中每相鄰兩點(diǎn)之間還有4個記錄點(diǎn)未畫出。

4

高考物理必考實(shí)驗(yàn)學(xué)案

圖實(shí)I-6

(1)部分實(shí)驗(yàn)步驟如下：

A.測量完畢，關(guān)閉電源，取出紙帶

B.接通電源，待打點(diǎn)計時器工作穩(wěn)定后放開小車

C.將小車?？吭诖螯c(diǎn)計時器附近，小車尾部與紙帶相連

D.把打點(diǎn)計時器固定在平板上，讓紙帶穿過限位孔

上述實(shí)驗(yàn)步驟的正確順序是：。(用字母填寫)

(2)圖乙中標(biāo)出的相鄰兩計數(shù)點(diǎn)的時間間隔T=so

(3)計數(shù)點(diǎn)5對應(yīng)的瞬時速度大小計算式為vs=o

(4)為了充分利用記錄數(shù)據(jù)，減小誤差，小車加速度大小的計算式應(yīng)為a=

［答案］(l)DCBA(2)0.1

/C、國+，八Se+^+s，-S3—金—S1

⑶2T⑷97

針對性訓(xùn)練：

1.(佛山模擬)某同學(xué)利用打點(diǎn)計時器測量小車做勻變速直線運(yùn)動的加速度。

⑴電磁打點(diǎn)計時器是一種使用(選填“交流”或‘直流")電源的計時儀器，它的工作電壓是4~6V,

當(dāng)電源的頻率為50Hz時，它每隔s打一次點(diǎn)。

(2)使用打點(diǎn)計時器時，接通電源與讓紙帶隨小車開始運(yùn)動這兩個操作過程的操作順序應(yīng)該是()

A.先接通電源，后釋放紙帶

B.先釋放紙帶，后接通電源

C.釋放紙帶的同時接通電源

5

高考物理必考實(shí)驗(yàn)學(xué)案

D.哪個先，哪個后都可以

⑶實(shí)驗(yàn)中該同學(xué)從打出的若干紙帶中選取一條紙帶，如圖實(shí)I-7所示，紙帶上按時間順序取A、B、C、D

四個計數(shù)點(diǎn)每兩個點(diǎn)之間還有四個點(diǎn)未畫出用尺子測得相鄰各點(diǎn)間的距離為x,=3.62cm,X2=4.75cm,

x：)=5.88cmo根據(jù)紙帶數(shù)據(jù)可以判斷小車在做勻加速直線運(yùn)動，理由是(請用文字描述)；

在計數(shù)點(diǎn)C所代表的時刻，紙帶運(yùn)動的瞬時速度是m/s，小車的加速度是m/s2(以上

兩空小數(shù)點(diǎn)后保留兩位數(shù)字)。

,A?f,

一］----卜.笈3』

圖實(shí)I-7

解析

(1)電磁打點(diǎn)計時器是一種使用交流電源的計時儀器，當(dāng)電源頻率為50Hz時，它每隔0.02s打一次點(diǎn)。

(2)在使用打點(diǎn)計時器時，應(yīng)先接通電源，待打點(diǎn)穩(wěn)定后再釋放紙帶，A正確。

(3)當(dāng)相鄰相等時間內(nèi)的位移之差都相等時，小車做勻加速直線運(yùn)動。

Xl+X3小八,

vc——2［.~,T-0.1s

可求得吐=0.53m/s

由△x=xz-m=矛3—X2=a7s可得：a=l.13m/s'。

答案(1)交流0.02(2)A(3)相鄰相等時間內(nèi)的位移差相等0.531.13

考點(diǎn)二數(shù)據(jù)處理與誤差分析

［例2］某同學(xué)利用圖實(shí)I-8所示的實(shí)驗(yàn)裝置，探究物塊在水平桌面上的運(yùn)動規(guī)律。物塊在重物的牽引下

開始運(yùn)動，重物落地后，物塊再運(yùn)動一段距離停在桌面上(尚未到達(dá)滑輪處)。從紙帶上便于測量的點(diǎn)開始，

每5個點(diǎn)取1個計數(shù)點(diǎn)，相鄰計數(shù)點(diǎn)間的距離如圖實(shí)I-9所示。打點(diǎn)計時器電源的頻率為50Hzo

6

高考物理必考實(shí)驗(yàn)學(xué)案

⑴通過分析紙帶數(shù)據(jù)，可判斷物塊在兩相鄰計數(shù)點(diǎn)—和.之間某時刻開始減速。

⑵計數(shù)點(diǎn)5對應(yīng)的速度大小為______m/s,計數(shù)點(diǎn)6對應(yīng)的速度大小為m/so(保留三位有效數(shù)字)

(3)物塊減速運(yùn)動過程中加速度的大小為a=_m/s2o

［解析］(D從計數(shù)點(diǎn)1到6相鄰的相等時間內(nèi)的位移差00cm,在6、7計數(shù)點(diǎn)間的位移比5、

6之間增加了(12.28—11.01)cm=1.27cm<2.00cm,因此，開始減速的時刻在計數(shù)點(diǎn)6和7之間。

(2)計數(shù)點(diǎn)5對應(yīng)的速度大小為

XA+X5(9.00+11.01)XIO^2

m/s=l.00m/so

2X0.1

計數(shù)點(diǎn)4對應(yīng)的速度大小為

xa+xi(7.01+9.00)X10-2

m/s=0.80m/s

V4=^f2X0.1o

根據(jù)V5=--~?,得計數(shù)點(diǎn)6對應(yīng)的速度大小為V6=2V5—VI=(2X1.00—0.80)m/s=l.20m/s。

⑶物塊在計數(shù)點(diǎn)7到11之間做減速運(yùn)動，根據(jù)Ax=aT2得

X9—x?=2aiT2

Xio—X8=2a2T2

,,ai+a(x+xio)—(x+x)°八八,2

29278

故a=2=2x21'弋一2.00m/s0

［答案］(1)67(或76)(2)1.001.20(3)2.00

針對訓(xùn)練：

2.實(shí)驗(yàn)中,如圖實(shí)I?10所示為一次記錄小車運(yùn)動情況的紙帶，圖中A、B、C、I)、E為相鄰的計數(shù)點(diǎn)，相

鄰計數(shù)點(diǎn)間的時間間隔T=0?lSo

7

高考物理必考實(shí)驗(yàn)學(xué)案

7.50

單位:

27.60—

------60.30

105.60

圖實(shí)I-io

⑴根據(jù)紙帶可判定小車做運(yùn)動；

⑵根據(jù)紙帶計算各點(diǎn)瞬時速度：VD=m/s,vc=m/s,vB=_m/s。在如圖實(shí)I?11

所示坐標(biāo)中作出小車的v?t圖線，并根據(jù)圖線求出a=

圖實(shí)I—11

⑶將圖線延長與縱軸相交，交點(diǎn)的速度的物理意義是

解析(1)根據(jù)紙帶提供的數(shù)據(jù)可知

XBC-XAB=XCI)-XBC=XDE-XCD=12.60cm,

故小車做勻加速直線運(yùn)動。

(2)根據(jù)v\=v可知

2

(105.60-27.60)Xl(r2

vi)=-----------------------------------m/s=3.9m/s

(60.30-7.50)X10-2/八/

vc=---------------相”---------m/s=2.64m/s

27.60X1()T“

vB=------------------m/s=l.38m/s

描點(diǎn)連線得如圖所示v-t圖線，根據(jù)圖線斜率知a=12.60m/s2o

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高考物理必考實(shí)驗(yàn)學(xué)案

(3)圖線與縱軸交點(diǎn)的速度的物理意義是零時刻小車經(jīng)過A點(diǎn)的速度。

答案(1)勻加速直線(2)3.902.641.38見解析圖12.60m/s?(3)零時刻小車經(jīng)過A點(diǎn)的速度

考點(diǎn)三創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計

1.實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新

⑴如果提供光電門和刻度尺，我們可以測出遮光片的寬度d,借助求出物體通過光電門的速度，

再由V2—vf=2ax,測出物體的加速度。

(2)如果提供閃光照相機(jī)和刻度尺，我們可以用處理紙帶的方法，求出物體的瞬時速度及物體的加速度。

［例3］光電計時器也是一種研究物體運(yùn)動情況的常用計時儀器，其結(jié)構(gòu)如圖實(shí)I-12甲所示，a、b分別

是光電門的激光發(fā)射和接收裝置，當(dāng)有物體從a、b間通過時，光電計時器就可以精確地把物體從開始擋

光到擋光結(jié)束的時間記錄下來?，F(xiàn)利用圖乙所示的裝置測量滑塊和長木板間的動摩擦因數(shù)，圖中MN是水

平桌面，Q是長木板與桌面的接觸點(diǎn)，1和2是固定在長木板適當(dāng)位置的兩個光電門，與之連接的兩個光

電計時器沒有畫出，長木板頂端P點(diǎn)懸有一鉛錘，實(shí)驗(yàn)時，讓滑塊從長木板的頂端滑下，光電門1、2各

自連接的計時器顯示的擋光時間分別為1.0x10-2s和4.0x10-3s。用精度為005mm的游標(biāo)卡尺測量滑

塊的寬度d,其示數(shù)如圖丙所示。

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高考物理必考實(shí)驗(yàn)學(xué)案

丙

圖實(shí)I一12

(1)滑塊的寬度d=cm0

(2)滑塊通過光電門1時的速度vi=m/s,滑塊通過光電門2時的速度V2=m/s。(結(jié)果保

留兩位有效數(shù)字)

(3)由此測得的瞬時速度也和vz只是一個近似值，它們實(shí)質(zhì)上是通過光電門1和2時的，要使瞬

時速度的測量值更接近于真實(shí)值，可將的寬度減小一些。

［解析］(l)d=10mm+O.05mmX2=10.10mm=1.010cm。

小、d1.010X10-2,人，

⑵LOXICTm/s=1.0m/s

d1.010X10-2,,

V2=~r4,0X10-m/s=2.5m/s

(3)vi、vz實(shí)質(zhì)上是通過光電門1和2時的平均速度，要使瞬時速度的測量值更接近于真實(shí)值，可將滑

塊的寬度減小一些。

［答案］(1)1.010(2)1.02.5(3)平均速度滑塊

2.數(shù)據(jù)處理方案的創(chuàng)新

如果測得物體運(yùn)動的位移和對應(yīng)時間。

(1)若初速度為零，則x=；at2,因此做出X—/圖線，圖線斜率的2倍即為物體的加速度。

1X1X

(2)若物體的初速度不為零，則*=丫川+5atz,可得f=v0+5at,因此做出?一t圖線，圖線斜率的2倍即為

物體的加速度。

［例4］利用圖實(shí)I-13所示的裝置可測量滑塊在斜面上運(yùn)動的加速度。一斜面上安裝有兩個光電門，其中

光電門乙固定在斜面上靠近底端處，光電門甲的位置可移動。當(dāng)一帶有遮光片的滑塊自斜面上滑下時，與

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高考物理必考實(shí)驗(yàn)學(xué)案

兩個光電門都相連的計時器可以顯示出遮光片從光電門甲至乙所用的時間to改變光電門甲的位置進(jìn)行多

次測量，每次都使滑塊從同一點(diǎn)由靜止開始下滑，并用米尺測量甲、乙之間的距離S,記下相應(yīng)的t值；

所得數(shù)據(jù)如下表所示。

遮光片

s(m)0.5000.6000.7000.8000.9000.950

t(ms)292.9371.5452.3552.8673.8776.4

s/t(m?s-1)1.711.621.551.451.341.22

完成下列填空和作圖：(D若滑塊所受摩擦力為一常量，滑塊加速度的大小a、滑塊經(jīng)過光電門乙時的

瞬時速度v,、測量值s和t四個物理量之間所滿足的關(guān)系式是；

,f-t圖線;

圖實(shí)I-14

(3)由所畫出的『一t圖線，得出滑塊加速度的大小為a=m/s"保留兩位有效數(shù)字)。

［解析］(1)滑塊沿斜面向下做勻加速運(yùn)動，反過來也可以看成初速度為v,的沿斜面向上的勻減速運(yùn)

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動，由位移公式有s=Vit—5at2,也可表示為fs=-］at+vi。

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高考物理必考實(shí)驗(yàn)學(xué)案

(2)由關(guān)系式，c=-]1at+v,,根據(jù)表中數(shù)據(jù)可得，S一t圖線，如圖所示。

"(m.s-i)

L°000.20.30.40.50.60.70.8CL91.0t/s

(3)圖線的斜率k=-由圖線求出k=-1.0,故a=-2k=2.0m/s?

Q11

［答案］⑴j=-gat+vi(或$=一產(chǎn)2+丫』)

(2)見解析(3)2.0(在1.8?2.2范圍內(nèi)都可)

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高考物理必考實(shí)驗(yàn)學(xué)案

實(shí)驗(yàn)二探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系

目錄

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【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

1.探究彈力和彈簧伸長的定量關(guān)系。

2.學(xué)會用列表法和圖象法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

【實(shí)驗(yàn)原理】

1.如圖實(shí)II-1所示，在彈簧下端懸掛鉤碼時彈簧會伸長，平衡時彈簧產(chǎn)生的彈力與所掛鉤碼的重力大小

相等。

圖實(shí)11一1

2.彈簧的長度可用刻度尺直接測出，伸長量可以由拉長后的長度減去彈簧原來的長度進(jìn)行計算。這樣就

可以研究彈簧的彈力和彈簧伸長量之間的定量關(guān)系了。

【實(shí)驗(yàn)器材】

鐵架臺、彈簧、毫米刻度尺、鉤碼若干、三角板、坐標(biāo)紙、重垂線、鉛筆。

【實(shí)驗(yàn)過程】

一、實(shí)驗(yàn)步驟

1.將彈簧的一端掛在鐵架臺上，讓其自然下垂，用刻度尺測出彈簧自然伸長狀態(tài)時的長度10,即原長。

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高考物理必考實(shí)驗(yàn)學(xué)案

2.如圖實(shí)II-2所示，在彈簧下端掛質(zhì)量為m,的鉤碼，量出此時彈簧的長度L,記錄m和L,填入自己設(shè)

計的表格中。

bI刻

K

ry度

二

S二

尺

鈍

A二

碼

二

//

圖實(shí)11―2

3.改變所掛鉤碼的質(zhì)量,量出對應(yīng)的彈簧長度，記錄RK013、Hl.,,015和相應(yīng)的彈簧長度L、1八"、k,并

得出每次彈簧的伸長量Xl、X2、X3、X」、X5。

鉤碼個數(shù)長度伸長量X鉤碼質(zhì)量m彈力F

0I0=

X1=IL

1mi=Fi=

I0

X2=12一

?=^2=

22m2=

I。

X3=―

3?3=^3=

m3=

Io

二、數(shù)據(jù)處理

1.以彈力F（大小等于所掛鉤碼的重力）為縱坐標(biāo)，以彈簧的伸長量X為橫坐標(biāo)，用描點(diǎn)法作圖。連接各點(diǎn)，

得出彈力F隨彈簧伸長量x變化的圖線。

2.以彈簧的伸長量為自變量，寫出曲線所代表的函數(shù)。首先嘗試一次函數(shù)，如果不行則考慮二次函數(shù)。

3.得出彈力和彈簧伸長之間的定量關(guān)系，解釋函數(shù)表達(dá)式中常數(shù)的物理意義。

【誤差分析】

1.彈簧拉力大小的不穩(wěn)定會造成誤差。因此，使彈簧的懸掛端固定，另一端通過懸掛鉤碼來充當(dāng)對彈簧

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高考物理必考實(shí)驗(yàn)學(xué)案

的拉力，待穩(wěn)定后再讀數(shù)可以提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度。

2.彈簧長度的測量，是本實(shí)驗(yàn)的主要誤差來源。所以，測量時盡量精確地測量彈簧的長度。

【注意事項】

1.所掛鉤碼不要過重，以免彈簧被過分拉伸，超出它的彈性限度，要注意觀察，適可而止。

2.每次所掛鉤碼的質(zhì)量差盡量大一些，從而使坐標(biāo)上描的點(diǎn)盡可能稀，這樣作出的圖線更精確。

3.測彈簧長度時，一定要在彈簧豎直懸掛且處于平衡狀態(tài)時測量，以免增大誤差。

4.描點(diǎn)畫線時，所描的點(diǎn)不一定都落在一條曲線上，但應(yīng)注意一定要使各點(diǎn)均勻分布在曲線的兩側(cè)。

5.記錄數(shù)據(jù)時要注意彈力及彈簧伸長量的對應(yīng)關(guān)系及單位。

課堂互動?考點(diǎn)突破

考點(diǎn)一實(shí)驗(yàn)原理與操作

[例1](臨沂模擬)如圖實(shí)II-3甲所示，用鐵架臺、彈簧和多個已知質(zhì)量且質(zhì)量相等的鉤碼探究在彈性

限度內(nèi)彈簧彈力與彈簧伸長量的關(guān)系。

甲乙

圖實(shí)11一3

(1)為完成實(shí)驗(yàn)，還需要的實(shí)驗(yàn)器材有

(2)實(shí)驗(yàn)中需要測量的物理量有。

⑶圖實(shí)II-3乙是彈簧彈力F與彈簧伸長量x的F-x圖線，由此可求出彈簧的勁度系數(shù)為________N/mo

圖線不過原點(diǎn)的原因是由于。

(4)為完成該實(shí)驗(yàn)，設(shè)計的實(shí)驗(yàn)步驟如下：

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高考物理必考實(shí)驗(yàn)學(xué)案

A.以彈簧伸長量為橫坐標(biāo)，以彈力為縱坐標(biāo)，描出各組(x,F)對應(yīng)的點(diǎn)，并用平滑的曲線連接起來；

B.記下彈簧不掛鉤碼時其下端的刻度尺上的刻度1。；

C.將鐵架臺固定于桌子上，并將彈簧的一端系于橫梁上，在彈簧附近豎直固定一把刻度尺；

D.依次在彈簧下端掛上1個、2個、3個、4個…鉤碼，并分別記下鉤碼靜止時彈簧下端所對應(yīng)的刻度，

并記錄在表格內(nèi)，然后取下鉤碼；

E.以彈簧伸長量為自變量，寫出彈力與伸長量的關(guān)系式。首先嘗試寫成一次函數(shù)，如果不行，則考慮二

次函數(shù)；

F.解釋函數(shù)表達(dá)式中常數(shù)的物理意義；

G.整理儀器。

請將以上步驟按操作的先后順序排列出來：。

［解析］

(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可知還需要刻度尺來測量彈簧原長和形變量；

(2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，實(shí)驗(yàn)中需要測量的物理量有彈簧的原長、彈簧所受外力與對應(yīng)的伸長量(或與彈簧對應(yīng)

的長度)；

⑶取圖象中(0.5,0)和(3.5,6)兩個點(diǎn)，代入F=kx可得k=200N/m,由于彈簧自重的影響，使得彈簧

不加外力時就有形變量。(4)根據(jù)完成實(shí)驗(yàn)的合理性可知先后順序?yàn)镃BDAEFGo

［答案］(1)刻度尺(2)彈簧原長、彈簧所受外力與對應(yīng)的伸長量(或與對應(yīng)的長度)(3)200彈簧自重

(4)CBDAEFG

規(guī)律總結(jié)

①實(shí)驗(yàn)中要選取輕彈簧，盡可能減小彈簧重力產(chǎn)生的影響。

②根據(jù)胡克定律，彈簧的彈力與彈簧的伸長量成正比，因而實(shí)驗(yàn)中需做F-x圖象，其中x為彈簧的伸長

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高考物理必考實(shí)驗(yàn)學(xué)案

針對訓(xùn)練：

1.(1)在“探究彈力與彈簧伸長量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，以下說法正確的是()

A.彈簧被拉伸時，不能超出它的彈性限度

B.用懸掛鉤碼的方法給彈簧施加拉力，應(yīng)保證彈簧位于豎直位置且處于平衡狀態(tài)

C.用直尺測得彈簧的長度即為彈簧的伸長量

D.用幾個不同的彈簧，分別測出幾組拉力與伸長量，得出拉力與伸長量之比相等

(2)某同學(xué)做“探究彈力與彈簧伸長量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)，他先把彈簧平放在桌面上使其自然伸長，用直尺測出

彈簧的原長Lo,再把彈簧豎直懸掛起來，掛上鉤碼后測出彈簧伸長后的長度L,把L-L。作為彈簧的伸長

量x,這樣操作，由于彈簧自身重力的影響，最后畫出的圖線可能是圖中的()

解析(1)實(shí)驗(yàn)中應(yīng)以所研究的一根彈簧為實(shí)驗(yàn)對象，在彈性限度內(nèi)通過增減鉤碼的數(shù)目來改變對彈簧的

拉力，以探索彈力與彈簧伸長量的關(guān)系，并且拉力和重力平衡，所以選A、B。

(2)由于考慮彈簧自身重力的影響，當(dāng)不掛鉤碼時，彈簧的伸長量x>0,所以選C。

答案⑴AB(2)C

考點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理

[例2](浙江理綜)在“探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系”時，某同學(xué)把兩根彈簧如圖實(shí)II-4連接起來進(jìn)行探究。

(1)某次測量如圖實(shí)II-5所示，指針示數(shù)為cmo

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高考物理必考實(shí)驗(yàn)學(xué)案

I

4

n

uD

圖實(shí)n—4圖實(shí)n—5

（2）在彈性限度內(nèi)，將50g的鉤碼逐個掛在彈簧下端，得到指針A、B的示數(shù)L、和L“如表所示。用表中數(shù)

據(jù)計算彈簧I的勁度系數(shù)為N/m（重力加速度g=10m/s2）。由表中數(shù)據(jù)一（填“能”或“不能”）計

算出彈簧II的勁度系數(shù)。

鉤碼數(shù)1234

15.719.723.627.7

L/cm

A1166

29.935.741.547.3

L/cm

B6616

［解析］（D刻度尺最小分度為0.1cm,讀數(shù)時需估讀到0.01cm。

（2）表中對晨的測量有四組數(shù)據(jù)，應(yīng)采用逐差法計算增加一個鉤碼時彈簧I增加的長度。

故k=^=12.5N/m

Lo

通過計算L“一LA可得出A、B兩指針間的距離，進(jìn)而計算出增加一個鉤碼時彈簧II增加的長度，從而

計算出其勁度系數(shù)。

［答案］（1）15.95?16.05（有效數(shù)字位數(shù)正確）（2）（12.20?12.80均可）能

針對訓(xùn)練：

2.某實(shí)驗(yàn)小組在探究彈力與彈簧伸長量的關(guān)系時，先把彈簧平放在桌面上，用刻度尺測出彈簧的原長Lo

=4.6cm,再把彈簧豎直懸掛起來，在下端掛鉤碼，每增加一個鉤碼均記下對應(yīng)的彈簧長度x,數(shù)據(jù)記錄

如下表所示。

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高考物理必考實(shí)驗(yàn)學(xué)案

鉤碼個數(shù)12345

彈力F/N1.02.03.04.05.0

彈簧長度x/cm7.09.011.013.015.0

圖實(shí)n—6

(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖實(shí)II-6中作出F-x圖線；

⑵由此圖線可得，該彈簧勁度系數(shù)k=N/m;

(2)50(3)彈簧自身重力的影響

考點(diǎn)三創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計

本實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)誤差來自彈簧的重力，所以改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的思路應(yīng)該是盡可能減小彈簧自身重力的影響。

1.可以是將彈簧穿過一根水平光滑的桿，在水平方向做實(shí)驗(yàn)。

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高考物理必考實(shí)驗(yàn)學(xué)案

2.利用計算機(jī)及傳感器技術(shù)，將彈簧水平放置，且一端固定在傳感器上，傳感器與計算機(jī)相連，對彈簧

施加變化的作用力(拉力或推力)時，計算機(jī)上得到彈簧彈力和彈簧形變量的關(guān)系圖象(如圖實(shí)II-7甲、乙

所示)，分析圖象得出結(jié)論。

［例3］(重慶質(zhì)檢)某同學(xué)在研究性學(xué)習(xí)中，利用所學(xué)的知識解決了如下問題：一輕彈簧一端固定于某一

深度為h=0.25m、且開口向右的小筒中(沒有外力作用時彈簧的另一部分位于筒內(nèi))，如圖實(shí)II-8甲所示，

如果本實(shí)驗(yàn)的長度測量工具只能測量出距筒口右端彈簧的長度1,現(xiàn)要測出彈簧的原長1。和彈簧的勁度系

數(shù)，該同學(xué)通過改變掛鉤碼的個數(shù)來改變1,作出F-1變化的圖線如圖實(shí)II-8乙所示。

］0/㈠

IIIIIIIIIII*I

=1—010203040//cm

I

甲乙

圖實(shí)11一8

(1)由此圖線可得出的結(jié)論是_；

(2)彈簧的勁度系數(shù)為_______N/m,彈簧的原長10=m；

(3)該同學(xué)實(shí)驗(yàn)時，把彈簧水平放置與彈簧懸掛放置相比較，優(yōu)點(diǎn)在于一；缺點(diǎn)在于

［解析］(D在彈性限度內(nèi)，彈力與彈簧的伸長量成正比。

⑵由AF=kAx和乙圖可知：(30-10)=kx20xl0-2

所以k=100N/m

20

高考物理必考實(shí)驗(yàn)學(xué)案

由乙圖可知F=20N時，1=10cm=0.1m,

所以20=k(0.1+0.25-lo),

即lo=O.15m0

(3)優(yōu)點(diǎn)是避免彈簧自身重力對實(shí)驗(yàn)的影響，缺點(diǎn)是彈簧與筒及繩子與滑輪間存在的摩擦?xí)斐蓪?shí)驗(yàn)誤差。

［答案］見解析

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高考物理必考實(shí)驗(yàn)學(xué)案

實(shí)驗(yàn)三驗(yàn)證力的平行四邊形定則

目錄

課前預(yù)習(xí)?基礎(chǔ)落實(shí)

課堂互動考點(diǎn)突破

課前預(yù)習(xí)?基礎(chǔ)落實(shí)

【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

1.驗(yàn)證互成角度的兩個共點(diǎn)力合成時的平行四邊形定則。

2.培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用作圖法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和得出結(jié)論的能力。

【實(shí)驗(yàn)原理】

(1)等效法：一個力的作用效果和兩個力FI、F2的作用效果都是讓同一條一端固定的橡皮條伸長到同一點(diǎn)，

所以一個力F就是這兩個力R和&的合力，作出力F'的圖示，如圖實(shí)用-1所示。

圖實(shí)ni-i

(2)平行四邊形法：根據(jù)平行四邊形定則作出力用和國的合力F的圖示。

(3)驗(yàn)證：比較F和F”的大小和方向是否相同，若在誤差允許的范圍內(nèi)相同，則驗(yàn)證了力的平行四邊形定

則。

【實(shí)驗(yàn)器材】

方木板一塊、白紙、彈簧測力計(兩只)、橡皮條、細(xì)繩套(兩個)、三角板、刻度尺、圖釘(幾個)、細(xì)芯鉛

筆。

【實(shí)驗(yàn)過程】

1.在水平桌面上平放一塊方木板，在方木板上鋪一張白紙，用圖釘把白紙固定在方木板上。

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高考物理必考實(shí)驗(yàn)學(xué)案

2.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)繩的另一端系上細(xì)繩

套。

3.用兩個彈簧測力計分別鉤住細(xì)繩套，互成角度地拉橡皮條，將結(jié)點(diǎn)拉到某一位置0，如圖實(shí)川-2所示。

4.用鉛筆描下0點(diǎn)的位置和兩條細(xì)繩的方向，讀出并記錄兩個彈簧測力計的示數(shù)。

5.用鉛筆和刻度尺在白紙上從0點(diǎn)沿兩條細(xì)繩的方向畫直線，按一定的標(biāo)度作出兩個力F：和艮的圖示，

并以F,和R為鄰邊用刻度尺和三角板作平行四邊形，過0點(diǎn)的平行四邊形的對角線即為合力Fo

6.只用一個彈簧測力計，通過細(xì)繩把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到同樣的位置0,讀出并記錄彈簧測力計的示數(shù)，記

下細(xì)繩的方向，按同一標(biāo)度用刻度尺從0點(diǎn)作出這個力F'的圖示。

7.比較F'與用平行四邊形定則求出的合力F的大小和方向，看它們在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)是否相等。

8.改變R和艮的大小和方向，再做兩次實(shí)驗(yàn)。

【注意事項】

1.同一實(shí)驗(yàn)中的兩只彈簧測力計的選取方法是：將兩只彈簧測力計調(diào)零后互鉤對拉，若兩只彈簧測力計

在對拉過程中，讀數(shù)相同，則可選；若讀數(shù)不同，應(yīng)另換，直至相同為止。

2.在同一次實(shí)驗(yàn)中，使橡皮條拉長時，結(jié)點(diǎn)0的位置一定要相同。

3.用兩只彈簧測力計鉤住繩套互成角度地拉橡皮條時，夾角不宜太大也不宜太小，在60°?100。之間為宜。

4.讀數(shù)時應(yīng)注意使彈簧測力計與木板平行，并使細(xì)繩套與彈簧測力計的軸線在同一條直線上，避免彈簧

測力計的外殼與彈簧測力計的限位卡之間有摩擦。

5.細(xì)繩套應(yīng)適當(dāng)長一些，便于確定力的方向。不要直接沿細(xì)繩套的方向畫直線，應(yīng)在細(xì)繩套末端用鉛筆

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高考物理必考實(shí)驗(yàn)學(xué)案

畫一個點(diǎn)，去掉細(xì)繩套后，再將所標(biāo)點(diǎn)與0點(diǎn)連接，即可確定力的方向。

6.在同一次實(shí)驗(yàn)中，畫力的圖示所選定的標(biāo)度要相同，并且要恰當(dāng)選取標(biāo)度，使所作力的圖示稍大一些。

【誤差分析】

1.誤差來源：除彈簧測力計本身的誤差外，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)過程中讀數(shù)時眼睛一定要正視彈簧測力計的刻度，要按有效數(shù)字和彈簧測力計的精度正確讀數(shù)和

記錄。

(2)作圖時用刻度尺借助于三角板，使表示兩力的對邊一定要平行。

課堂互動考點(diǎn)突破

考點(diǎn)一實(shí)驗(yàn)的原理與操作

［例1］某同學(xué)做‘驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)情況如圖實(shí)III-3甲所示其中A為固定橡皮條的圖釘，

0為橡皮條與細(xì)繩的結(jié)點(diǎn)，0B和0C為細(xì)繩。圖實(shí)川-3乙是在白紙上根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果畫出的圖。

(1)如果沒有操作失誤，圖乙中的F與F'兩力中，方向一定沿A0方向的是

⑵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

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高考物理必考實(shí)驗(yàn)學(xué)案

C.控制變量法D.建立物理模型法

(3)實(shí)驗(yàn)時，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.用兩個彈簧測力計分別鉤住繩套，互成角度地拉橡皮條，使橡皮條伸長，結(jié)點(diǎn)到達(dá)某一位置0。記錄下

0點(diǎn)的位置，讀出兩個彈簧測力計的示數(shù)；

D.按選好的標(biāo)度，用鉛筆和刻度尺作出兩只彈簧測力計的拉力F；和艮的圖示，并用平行四邊形定則求出

合力F;

E.只用一只彈簧測力計，通過細(xì)繩套拉橡皮條使其伸長，讀出彈簧測力計的示數(shù)，記下細(xì)繩的方向，按

同一標(biāo)度作出這個力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：①有重要遺漏的步驟的序號是和；

②遺漏的內(nèi)容分別是和。

［解析］

(1)由一個彈簧測力計拉橡皮條至0點(diǎn)的拉力一定沿A0方向；而根據(jù)平行四邊形定則作出的合力，由于誤

差的存在，不一定沿A0方向，故一定沿A0方向的是F'。

(2)一個力的作用效果與兩個力的作用效果相同，它們的作用效果可以等效替代，故B正確。

(3)①根據(jù)“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn)的操作規(guī)程可知，有重要遺漏的步驟的序號是C、Eo

②在C中未記下兩條細(xì)繩的方向，E中未說明是否把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到同一位置0o

［答案］(l)F'(2)B(3)①CE②C中應(yīng)加上“記下兩條細(xì)繩的方向”E中應(yīng)說明“把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉

到同一位置0"

［點(diǎn)評］

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高考物理必考實(shí)驗(yàn)學(xué)案

①兩次的效果相同是指兩次橡皮條拉伸的方向和伸長量均相同，即需拉到同一位置0。

②用一個彈簧測力計拉時，拉力的方向一定沿橡皮條的拉伸方向。

針對訓(xùn)練：

1.(安徽理綜)在“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)用圖釘把白紙固定在水平放置的木板上，將

橡皮條的一端固定在板上一點(diǎn)，兩個細(xì)繩套系在橡皮條的另一端。用兩個彈簧測力計分別拉住兩個細(xì)繩套，

互成角度地施加拉力，使橡皮條伸長，結(jié)點(diǎn)到達(dá)紙面上某一位置，如圖實(shí)III-4所示。請將以下的實(shí)驗(yàn)操

作和處理補(bǔ)充完整：

圖實(shí)HI-4

(1)用鉛筆描下結(jié)點(diǎn)位置，記為0；

(2)記錄兩個彈簧測力計的示數(shù)品和F2,沿每條細(xì)繩(套)的方向用鉛筆分別描出幾個點(diǎn)，用刻度尺把相應(yīng)

的點(diǎn)連成線；

⑶只用一個彈簧測力計，通過細(xì)繩套把橡皮條的結(jié)點(diǎn)仍拉到位置0,記錄測力計的示數(shù)Fs,

(4)按照力的圖示要求，作出拉力■、&、F3;

(5)根據(jù)力的平行四邊形定則作出國和艮的合力F;

(6)比較_______的一致程度，若有較大差異，對其原因進(jìn)行分析，并作出相應(yīng)的改進(jìn)后再次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

解析(3)沿此時細(xì)繩(套)的方向用鉛筆描出幾個點(diǎn)，用刻度尺把這些點(diǎn)連成直線。

(6)為了驗(yàn)證力的平行四邊形定則，需比較合力F與拉力Fs的一致程度。

答案(3)見解析(61和尸3

考點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理

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高考物理必考實(shí)驗(yàn)學(xué)案

［例2］（山東理綜）某同學(xué)通過下述實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證力的平行四邊形定則。

實(shí)驗(yàn)步驟：

①將彈簧秤固定在貼有白紙的豎直木板上，使其軸線沿豎直方向。

②如圖實(shí)III-5所示，將環(huán)形橡皮筋一端掛在彈簧秤的秤鉤上，另一端用圓珠筆尖豎直向下拉，直到彈簧

秤示數(shù)為某一設(shè)定值時，將橡皮筋兩端的位置標(biāo)記為0、02,記錄彈簧秤的示數(shù)F,測量并記錄0、0口間

的距離（即橡皮筋的長度Do每次將彈簧秤示數(shù)改變0.50N,測出所對應(yīng)的1,部分?jǐn)?shù)據(jù)如下表所示：

圖實(shí)ni-5

F(N)00.501.001.5