高一物理必修一实验专题

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真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 1 高一物理必修一实验专题 一、研究匀变速直线运动 （练习使用打点计时器) 1、电磁式打点计时器：6V 以下的交流电。 电火花式打点计时器：220V 的交流电。 2、交流电的频率为 50HZ，打点间隔为 0.02s 3、根据纸带算平均速度和瞬时速度 4、算各点的瞬时速度，描点法做出 V—t 图 实验：1、先开电源，然后释放小车。 2、开头过于密集的点舍掉，一般每 5 个点或每隔 4 个点取一个计数点，使相邻计数点之间 时间间隔为 T＝0.1s 数据处理： 计算法：根据纸带求某点瞬时速度和加速度 (1)求某点瞬时速度，如： T 指相邻两点的时间间隔 （1）瞬时速度 （2）求加速度： a、理想纸带（即ΔX 相等）： b、不理想纸带（即ΔX 不相等）：用逐差法 注意化单位 数据处理：图象法： 1 根据所得数据，选择合适的标度建立坐标系，让图象尽量分布在坐标系平面的大部分面积。 2、此实验小车做匀加速直线运动，所以要用直线拟合数据点，让尽可能多的点处在直线上， 不在直线上的点应均匀地分布在直线两侧，个别偏离较大点舍去。 二、验证平行四边形定则 1. 实验目的：验证互成角度的两个力合成时的平行四边形定则 2. 实验原理：（1）两个力 F1、F2 的作用效果与一个力 F 的作用效果相同：使像皮绳在 某一方向伸长一定的（相同）长度。 （2）以 F1、F2 为邻边作平行四边形求出 F1、F2 的合力 F，在误差允许的范围内比较 F 与 F。如果在误差允许的范围内 F 与 F 相同，就验证了两个力合成时遵循平行四边形定则。 3. 实验器材：方木板一块；白纸；图钉（若干）；橡皮条；细绳套（两个）；弹簧秤（两 只）；三角板；刻度尺；铅笔。 4. 实验条件：为使橡皮绳有较明显的伸长，同时弹簧测力计有较大的示数，两测力计所 拉线绳之间的夹角不宜过大和过小，一般在 60°～120°之间较合适。 5. 主要测量：用两个测力计拉线绳，使橡皮条伸长，绳的结点到达 O 点，记录此时两个 测力计的数值 F1 和 F2 及两个力的方向；用一只测力计重新将结点拉到 O 点，记录此时 F 的 大小和方向。 T XXVV EGF 2 65  2T Xa  2 321654 9 )()( T XXXXXXa  真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 2 6. 实验步骤 （1）用图钉把一张白纸钉在水平桌面上的方板上。 （2）用图钉把橡皮条的一端固定在 A 点，橡皮条的另一端固定拴上两个细绳套。 （3）用两只弹簧秤分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点达到 O 点。 （如图所示）用铅笔记下 O 点的位置及两条细绳套的方向，并分别记录两弹簧秤的读数 F1 和 F2。 （4）用铅笔和刻度尺从力的作用点（位置 O）沿两条细绳 套的方向画直线，按选定的标度作出 F1、F2 的图示，然后，以 F1、F2 为邻边用刻度尺和三角板作平行四边形，过 O 点画平行四 边形的对角线，即为合力 F 的图示。 （5）只用一只弹簧秤，通过细绳套把橡皮条的结点拉到同 样的位置 O，记下细绳套的方向和弹簧秤的读数 F ，用刻度尺 从 O 点按选定的（相同）标度沿记录的方向作出 F 的图示。 （6）比较力 F 与用平行四边形定则求出的合力 F 的大小和方向，看在实验误差允许 的范围内是否相同。 （7）改变两力 F1、F2 的大小和方向，再重复实验两次，从实验结果中得出结论。 7. 数据记录与处理 （1）记录： （2）处理：用作图法比较 F 与 F 的大小和方向。 8. 注意事项 （1）使用弹簧秤前，应将弹簧秤水平放置，然后检查、矫正零点，并应了解弹簧秤的量程、 单位和精度（最小刻度），读数时视线要正对刻度。 （2）本实验中，为减少实验误差，应选用规格相同的弹簧秤，且要对其性能进行检验，具 体方法是：将两弹簧秤的自由端钩在一起，沿水平方向拉伸，若两弹簧秤的读数一样，即可 选用，否则，不可选。 （3）使用弹簧秤测拉力时，拉力必须沿弹簧秤的轴线方向。在实验中弹簧秤、橡皮条、细 绳套应位于与纸面平行的同一平面内，要防止弹簧秤卡壳、弹簧秤或橡皮条与纸面产生摩擦。 （4）使用弹簧秤测力时，拉力应适当地大些，以减小误差，但拉伸不要超过量程。 （5）选用的橡皮条应富有弹性，能发生弹性形变，不能选用老化了的橡皮条，实验时，一 方面，缓慢地将橡皮条拉伸到预定的长度，看它能否滞缩缩回到原长；另一方面，用一个弹 簧秤多次拉伸相同的长度，看弹簧秤的读数是否相同。 （6）同一次实验中，橡皮条拉伸后结点的位置 O 必须保持不变。 （7）作力的图示时，标度不宜过小，应尽可能使图画得大些，但不能超出纸外。 9. 误差分析 实验中误差的来源有弹簧秤的精度误差和两只弹簧秤规格不严格相同造成的误差、读数不准 造成的误差和作图不准确带来的误差等等。另外，实验中弹簧秤与板面不严格平行和弹簧秤 卡壳以及弹簧秤或橡皮条与纸面产生摩擦等等。两个分力 F1、F2 间的夹角 越大，用平行 四边形定则作图得出的合力 F 的误差越大，所以实验中两个分力的夹角不要太大，误差只 能减小不能消除，实验中要严格遵循实验操作规程，以减小实验误差，实验中若用一只弹簧 秤可以减小由于两只弹簧秤规格不同而造成的误差。 三、研究匀变速直线运动 2. 实验原理 测定物体做匀变速直线运动最基本的是测出位移和时间的关系，如图实 4—1 所示， 1S 、 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 3 2S …… nS 是相邻两计数点间的距离， S 是两个连续相等的时间里的位移之差，即 121 SSS  ， 232 SSS  ……，T 是两个相邻计数点间的时间间隔且 T= 0.02n 秒（n 为两计数点间的间隔数）由运动学公式得： 2 12 aTSSS  ；T 是恒量。当 a 为恒量时， S 也为恒量，即做匀变速直线运动的物体的 S 必为恒量，它是判断物体是否做匀变速直 线运动的必要条件。 3. 实验器材 打点计时器、纸带、复写纸片、低压交流电源、小车、细绳、一端附有滑轮的长木板、刻度 尺、钩码、两根导线。 4. 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；再把一条细绳拴在小车上，细绳跨过滑轮，下边挂上合适 的钩码，把纸带穿过打点计时器，并把它的一端固定在小车的后面。 （2）把小车停在靠近打点计时器处，接通电源后，放开小车，让小车拖着纸带运动，打点 计时器就在纸带上打下一系列的点，换上新纸带，重复三次。 （3）选取一条点迹清晰的纸带，舍掉开头的比较密集的点。确定好记数起点。每隔 ssT 1.0502.0  取一个记数点，并依次标明 0，1，2，3…如图实 4—3 所示，用刻度 尺测量两相邻记数点间距离 1S , 2S ， 63 SS  并把测量结果填入记录表格中。（4）根据 测量结果，用逐差法求出加速度 1a 、 2a 、 3a 的值，然后计算出其平均值，它就是小车做匀 变速直线运动的加速度。 ...... 0 S 1 1 . . . . .S 2 . . . . . .S 3 2 3 （4）根据测量结果，用逐差法求出加速度 1a 、 2a 、 3a 的值，然后计算出其平均值，它就 是小车做匀变速直线运动的加速度。 5. 数据记录及处理 （1）记录：小车做匀变速直线运动的加速度  3 321 aaaa )/( 2sm 。 （2）处理：利用逐差法处理纸带数据求物体运动的加速度。 ① 若所选记数点为 0，1，2，…6。，故物体运动的加速度 2 123456321 9 )()( 3 T SSSSSSaaaa  ② 若所选记数点为 0，1，2，3，4，则 2 123421 4 )()( 2 T SSSSaaa  ③ 若所选记数点 0，1，2…5，则舍去 3S ，加速度 2 124521 6 )()( 2 T SSSSaaa  6. 注意事项 （1）应调整使细绳与木板平行，小车运动要平稳。 （2）选用合适的钩码，使小车的加速度适当大一些，可以减小长度的测量误差。加速 度大小以能在约 50cm 的纸带上清楚地取出 7～8 个计数点为宜。 （3）要在钩码（或沙桶）落地处放置软垫或砂箱，防止撞坏钩码。 （4）要在小车到达滑轮前用手按住它或放置泡沫塑料档块，防止小车掉在地上或撞坏 滑轮。（5）操作时，应先接通电源，待打点计时器稳定打点后再释放小车。 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 4 （6）纸带运动时不要让纸带与打点计时器的限位孔摩擦。 （7）纸带上所选取的记数点不宜太长，不要分段测量各段位移，应一次性测量出各计数点 到记数起点 O 之间的距离，读数时估读到毫米的下一位。 （8）处理纸带数据时，应注意 1S ， 2S … nS 是连续相邻相等的时间内的位移，而不是各计 数点到起点 O 的距离。 四验证牛顿第二定律 一【实验器材】 附有定滑轮的长木板、薄木垫、小车、细线、小桶及砂、打点计时器、低压交流电源、导线、 天平（带一套砝码）、毫米刻度尺、纸带及复写纸等。 二【实验步骤】 1、用天平测出小车和小桶的质量 M0 和 m0，并记录数值； 2、按照要求安装实验器材，此时不把悬挂小桶用的细绳系 在车上，即不给小车加牵引力； 3、平衡摩擦力，在长木板不带定滑轮的一端下面垫薄木板，并反 复移动其位置，直到打点计时器正常工作后，小车在斜面上的运动 可以保持匀速直线运动状态为止。 4、记录小车及车内所加砝码的质量；称好砂子后将砂倒入小桶，把细绳系在小车上并绕过 定滑轮悬挂小桶；此时要调整定滑轮的高度使绳与木板平行；接通电源，放开小车，待打点 计时器在纸带上打好点后，取下纸带，做好标记。 5、保持小车的总质量不变，改变砂的质量（均要用天平称量），按步骤 4 中方法打好纸带， 做好标记。 6、在每条纸带上选取一段比较理想的部分，分别计算出加速度值。 7、用纵坐标表示加速度，横坐标表示作用力（即砂和砂桶的总重力 mg），根据实验结果画 出相应的点，如果这些点在一条直线上，便证明了质量一定的情况下，加速度与合外力成正 比。 8、保持砂和桶的质量不变，在小车上加砝码（需记录好数据），重复上面的实验步骤，求出 相应的加速度，用纵坐标表示加速度，横坐标表示小车及砝码的总质量的倒数 1 M ，根据实验 结果画出相应的点，如果这些点在一条直线上，就证明了合外力一定的情况下，加速度与质 量成反比。 三【注意事项】 1、实验中始终要求砂和砂桶的总质量（m）远小于小车和砝码的总质量（M），一般情况下 要满足 10m＜M。只有这样，砂和砂桶的总重力才能视为小车所受的拉力。 2、平衡摩擦力时不要挂小桶，但小车要挂纸带并接通打点计时器；有两个作用：一是从纸 带上打出的点子来判断小车是否匀速运动，二是在平衡摩擦力时也要平衡振针和纸带之间的 摩擦(如果使用电火花计时器，该摩擦可以忽略)。平衡摩擦力是使小车重力沿斜面的分力与 小车运动时所受到的所有摩擦力相平衡。 3、在每次打过点的纸带上，都要注明小车的质量和拉力数值，以免在分析数据时造成错误。 4、小车每次释放前应靠近打点计时器，且先接通电源再释放小车；小车停止运动前应按住 小车。 【例题 2】如图所示，是某次利用气垫导轨探究加速度与力、质量关系的实验装置安装完毕 后的示意图，图中 A 为砂桶和砂，B 为定滑轮，C 为滑块及上 面添加的砝码，D 为纸带，E 为电火花计时器，F 为蓄电池， 电压为 6V，K 是电键，请指出图中的三处错误。 （1） （2） （3） 【答案】（1）B 接滑块的细线应水平(或与导轨平行)； （2）C 滑块离计时器太远；