专题五：物理实验（考点分析 典例）—新教材粤教版（2019）高一物理上学期期末复习专题讲义.docx

1、必修一物理复习专题五：实验编写：XXX一、1.打点计时器的使用项目电磁打点计时器电火花计时器结构示意图打点原理电磁作用下振针上下周期性振动打点脉冲电流经放电针、墨粉纸盘到纸盘轴放电打点工作电压46 V交流电源220 V交流电源打点周期0.02s打点频率50Hz误差纸带与限位孔、复写纸的摩擦，纸带与振针的摩擦纸带与限位孔、墨粉纸盘的摩擦，比前者小功能功能相同，都是计时仪器2.计算某点瞬时速度.如图所示,纸带上E点的瞬时速度可用D,G或D,F间的平均速度代表,但用D,F间的平均速度表示时更精确.当打点周期t=0.02s,每5个(每隔4个)点为1个计数点时,T=0.1 s 3.用“逐差法”求加速度.

2、(如果有奇数段位移，一般舍弃最小的那段)例如：s4s1s5s2s6s33aT2（T为相邻两计数点间的时间间隔）求出：a1，a2，a3 再算出平均值a.4、注意事项(1).实验中应先接通电源,后让纸带运动;实验完毕应先断开电源后取纸带.(2).纸带的选取应防止点迹太密集，让纸带运动加速度尽量大些。【典例】1. 在做“测量匀变速直线运动的加速度”的实验时,某同学得到一条用打点计时器打下的纸带如图所示,并在其上取了A,B,C,D,E,F,G等7个计数点,每相邻两个计数点之间还有4个点,图中没有画出,打点计时器接周期为 T=0.02 s的交流电源.经过测量得:d1=3.62 cm,d2=8.00 cm

3、,d3=13.20 cm,d4=19.19 cm,d5=25.99 cm,d6=33.61 cm.(1)计算vF=m/s.(结果保留三位有效数字)(2)物体的加速度为m/s2.(结果保留三位有效数字)(3)如果当时电网中交变电流的频率是f=51 Hz,而做实验的同学并不知道,那么加速度的测量值与实际值相比(选填“偏大”“偏小”或“不变”).(4)在实验过程中,对减小实验误差来说,下列方法中有益的是 .A.选取计数点,把每打5个点的时间间隔作为一个时间单位B.使小车运动的加速度尽量小些C.舍去纸带上密集的点,利用点迹清晰的点进行测量、计算D.选用各处平整程度、光滑程度相同的长木板做实验【创新】2

4、. 做变速运动的小车，牵引一条纸带通过打点计时器，交流电源的频率是50 Hz.由纸带上打出的某一点开始，每5个点剪下一段纸带.按如图所示，每一段纸带的一端与x轴相重合，左边与y轴平行，将纸带贴在坐标系中.（1）本实验中运动的小车，相邻相等时间内位移存在某种关系，请你仔细研究图像，找出这一关系；（2）设t0.1 s，请作出小车的v-t图像；（3）根据图像求出其加速度大小.3.某探究小组为了测量匀变速直线运动的加速度，用自制“滴水计时器”计量时间.实验前，将该计时器固定在小车旁，如图（a）所示.实验时，保持桌面水平，用手轻推一下小车.在小车运动过程中，滴水计时器等时间间隔地滴下小水滴，图（b）记录

5、了桌面上连续6个水滴的位置.（已知滴水计时器每30 s内共滴下46个小水滴）（1）由图（b）可知，小车在桌面上是（选填“从右向左”或“从左向右”）运动的.（2）该小组同学根据图（b）的数据判断出小车做匀变速运动.小车运动到图（b）中A点位置时的速度大小为m/s.加速度大小为m/s2（结果均保留两位有效数字）.（a）（b）二、数字计时器1、若已知小球的直径和小球通过两光电门的遮光时间和，则小球通过光电门的瞬时速度dt1、dt22、 若已知两光电门之间的距离和小球通过两光电门之间的时间，则小球在两光电门之间运动的平均速度st3，加速度a=t22-t122s3、 为了提高测速度的精度，可以使用更窄的

6、遮光条、将滑块从远离光电门的地方释放。【典例】4、 让滑块从斜面的顶端滑下，光电门1、2各自连接的光电计时器显示的挡光时间分别为5.00102 s、2.00102s.滑块从开始遮住第一个光电门到开始遮住第二个光电门的时间为t0.31 s，已知滑块沿斜面方向的长度为5.00 cm，测得光电门1和2之间的距离为0.54 m.求（结果要求保留两位有效数字）：（1）滑块通过光电门1时的速度v1m/s，通过光电门2时的速度v2m/s.（2）滑块从光电门1运动到光电门2的这段时间内的平均速度为m/s.（3）滑块p的运动加速度a=m/s2实验：探究弹簧弹力与形变量的关系一、原理1.如图所示，在弹簧下端悬挂钩

7、码时弹簧会伸长，平衡时弹簧产生的弹力与所挂钩码的重力大小相等.2.弹簧的长度可用刻度尺直接测出，伸长量可以由拉长后的长度减去弹簧原来的长度进行计算.这样就可以研究弹簧的弹力和弹簧伸长量之间的定量关系了.3.求弹簧的劲度系数：弹簧的弹力F与其伸长量x成正比，比例系数k，即为弹簧的劲度系数；另外，在F-x图像中，直线的斜率也等于弹簧的劲度系数.二、误差分析由于弹簧原长及伸长量的测量都不便于操作，存在较大的测量误差，另外由于弹簧自身的重力的影响，即当未放重物时，弹簧在自身重力的作用下，已经有一个伸长量，这样所作图线往往不过原点.【典例】5.探究弹力与弹簧伸长量的关系.（1）将弹簧悬挂在铁架台上，将刻

8、度尺固定在弹簧一侧.弹簧轴线和刻度尺都应在（选填“水平”或“竖直”）方向.（2）弹簧自然悬挂，待弹簧时，长度记为L0；弹簧下端挂上砝码盘时，长度记为Lx；在砝码盘中每次增加10 g砝码，弹簧长度依次记为L1至L6，数据如下表.代表符号L0LxL1L2L3L4L5L6数值/cm25.3527.3529.3531.3033.435.3537.4039.30表中有一个数值记录不规范，代表符号为.由表可知所用刻度尺的最小分度为.（3）下图是该同学根据表中数据作的图，纵轴是砝码的质量，横轴是弹簧长度与（选填“L0”或“Lx”）的差值.（4）由图可知弹簧的劲度系数为N/m；通过图和表可知砝码盘的质量为g.

9、（结果保留两位有效数字，重力加速度g取9.8 N/kg）（5）某同学做的图线明显偏离直线,可能的原因是 .【创新】6.探究弹力和弹簧伸长量的关系，并测定弹簧的劲度系数”的实验中，实验装置如图所示.所用的每个钩码的重力相当于对弹簧提供了向右恒定的拉力.实验时先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，再将5个钩码逐个挂在绳子的下端，每次测出相应的弹簧总长度.（1）有一个同学通过以上实验测量后把6组数据描点在坐标系图中，请作出F-L图线.（2）由此图线可得出该弹簧的原长L0cm，劲度系数kN/m.（3）该同学实验时，把弹簧水平放置与弹簧悬挂放置相比较，优点在于：_，缺点在于：_.实验探究两个互成角度的力的合成

10、规律一、实验原理1.合力F的确定：一个力F的作用效果与两个共点力F1与F2共同作用的效果相同都是把橡皮筋拉伸到相同位置，则F为F1和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和F2的合力F的图示.3.平行四边形定则的验证：在实验误差允许的范围内，比较F和F是否大小相等、方向相同.二、操作与记录（1）两力拉：用两个弹簧测力计分别钩住两个细绳套，互成角度地拉橡皮筋，使橡皮筋伸长，结点到达某一位置O（如图所示）.用铅笔描下结点O的位置和两条细绳套的方向，并记录弹簧测力计的读数.（2）一力拉：只用一个弹簧测力计，通过细绳套把橡皮筋的结点拉到与前面相同的位置O，记下弹簧测力计的读数和

11、细绳套的方向.3.作图对比.（结论）（1）理论值：在白纸上按比例从O点开始作出两个弹簧测力计同时拉橡皮筋时拉力F1和F2的图示，利用刻度尺和三角板根据平行四边形定则求出合力F（如图所示）.（2）测量值：按同样的比例用刻度尺从O点起作出一个弹簧测力计拉橡皮筋时拉力F的图示.三、误差分析1.弹簧测力计使用前没调零会造成误差.2.使用中，弹簧测力计的弹簧和外壳之间、指针和外壳之间或弹簧测力计的外壳和纸面之间有摩擦力存在会造成误差.3.两次测量拉力时，橡皮筋的结点没有拉到同一点会造成偶然误差.4、注意不要超过弹簧的限度【典例】7.用如图甲所示的装置探究力的合成实验中.将一木板（图中未画出）竖直放置与铁

12、架台和轻弹簧所在平面平行.其部分实验操作如下，请完成下列相关内容：（1）如图甲，在木板上记下悬挂两个钩码时弹簧末端的位置O；（2）卸下钩码然后将两细绳套系在弹簧下端.用两弹簧测力计将弹簧末端拉到同一位置O，记录细绳套AO、BO的及两弹簧测力计相应的读数.图乙中弹簧测力计B的读数为N；（3）该同学在坐标纸上画出两弹簧测力计拉力FA、FB的大小和方向如图丙所示，请在图丙中作出FA、FB的合力F；（4）已知钩码的重力，可得弹簧所受的拉力F如图丙所示，观察比较F和F，得出结论：_.【创新】8.学利用如图所示的装置来验证力的平行四边形定则：在竖直木板上铺有白纸，固定两个光滑的滑轮A和B，将绳子打一个结点

13、O，每个钩码的重量相等，当系统达到平衡时，根据钩码个数读出三根绳子的拉力FOA、FOB和FOC，回答下列问题：（1）改变钩码个数，能完成实验的是（）A.钩码的个数N1N22，N34B.钩码的个数N1N33，N24C.钩码的个数N1N2N34D.钩码的个数N13，N24，N35（2）在拆下钩码和绳子前，最重要的一个步骤是（）A.标记结点O的位置，并记录OA、OB、OC三段绳子的方向B.量出OA、OB、OC三段绳子的长度C.用量角器量出三段绳子之间的夹角D.用天平测出钩码的质量（3）在作图时，你认为下图中正确的是（选填“甲”或“乙”）.实验加速度与力、质量之间的关系（传统导轨和气垫导轨两种）气垫导

14、轨型实验原理1、用砝码来拖动滑块在气垫导轨上运动，用数字计时器测出小车的加速度，从而研究加速度与力和质量的关系.当滑块上的挡光片经过光电门时，数字计时器的显示窗口可以自动显示出挡光片经过两个光电门的挡光时间t1和t2.结合挡光片的宽度l可分别计算出滑块经过两个光电门时的瞬时速度：v1，v2.再利用两个光电门之间的距离s，即可求出滑块在两光电门之间的加速度a.2、注意事项：（1）气垫导轨上的滑块所受摩擦力可近似为0，但一定要保持轨道水平放置。取下牵引钩码,滑块放在任意位置都不动;或取下牵引钩码,轻推滑块,数字计时器记录的挡光片通过两个光电门的时间相等.则可认为轨道已经水平。（2）实验中滑块(含遮

15、光条和砝码)的质量远大于小桶及橡皮泥的总质量（即Mm）.只有如此,小桶及橡皮泥的重力才可作为滑块受到的拉力.传统轨道型实验实验原理1、用砝码来拖动小车在导轨上运动，用打点计时器测出小车的加速度，从而研究加速度与力和质量的关系.例如：s4s1s5s2s6s33aT2（T为相邻两计数点间的时间间隔）求出：a1，a2，a3 再算出平均值a.2、注意事项：（1）传统轨道的摩擦力不可避免，因此需要通过把轨道倾斜放置，让小车所受重力沿斜面向下的分力把摩擦力平衡，在实验过程中只需调节轨道一次即可。将不带滑轮的木板一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀速运动。则可认为摩擦力已经平衡。（2）实验中小车的

16、质量远大于小桶及橡皮泥的总质量（即Mm）.只有如此,小桶及橡皮泥的重力才可作为滑块受到的拉力.其他物理量的测量方法本实验的研究对象：放在长木板上的滑块在拉力的作用下做匀加速直线运动.（1）滑块质量的测量.利用天平测出，在滑块上增减砝码可改变滑块的质量.（2）拉力的测量.将钩码的重力近似等于对滑块的拉力，即Fmg.（注意：如果本实验中，与滑块相连的绳子上有力的传感器或弹簧测力计等测力仪器，则该实验不需要满足 Mm。）实验结果图像分析(1)若平衡阻力时,木板垫起的倾角过小,则aF,a 1M图像如图(甲)、(乙)中,所示.(2)若平衡阻力时,木板垫起的倾角过大,则aF,a 1M图像如图(甲)、(乙)

17、中,所示.(3)若实验中没有满足M远大于m,则aF,a 1M图像如图(丙)、(丁)所示.实验结论： M一定时a与F成正比. F一定时， a与成正比，即a与m成反比. 【典例】9.为了“探究加速度与力、质量的定量关系”，使用如图所示的气垫导轨装置进行实验.其中G1、G2为两个光电门，它们与数字计时器相连，当滑行器通过光电门G1、G2时，光束被遮挡的时间t1、t2都可以被测量并记录.滑行器连同上面固定的一条形挡光片的总质量为M，挡光片宽度为D，两光电门间距离为s，牵引砝码的质量为m.回答下列问题：（1）实验开始应先调节气垫导轨下面的螺钉，使气垫导轨水平，在不增加其他仪器的情况下，如何判定调节是否到

18、位？（2）若探究加速度与力的定量关系，应保持的质量不变；若探究加速度与质量的定量关系，应保持的质量不变.（3）若取M0.4 kg，改变m的值，进行多次实验，以下m的取值不合适的一个是.A.m15 gB.m215 gC.m340 g D.m4400 g（4）在此实验中，需要测得每一个牵引力对应的加速度，其中求得的加速度a的表达式为：_（用t1、t2、D、s表示）.10. “探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图甲所示.（1）实验中，需要在木板的右端垫上一个小木块，其目的是.（2）在平衡小车与桌面之间摩擦力的过程中，打出了一条纸带如图乙所示.计时器打点的时间间隔为0.02 s，从比较清晰的点起

19、，每5个点取一个计数点，量出并标出相邻计数点之间的距离，该小车的加速度a m/s2.（3）平衡摩擦力后，将5个相同的砝码放在小车上.挂上砝码盘，然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中，测量小车的加速度.小车的加速度a与砝码盘中砝码总重力F的实验数据如下表所示.砝码盘中砝码总重力F/N0.1960.3920.5880.7840.980加速度a/（ms2）0.691.181.662.182.70请根据实验数据在如图所示坐标系中作出aF的关系图像.（4）根据提供的实验数据作出的aF图线不通过原点，请说明主要原因._【创新】11.为了探究物体质量一定时加速度与力的关系,某同学设计了如图1所示的实验装

20、置,其中M为小车和小车上的滑轮的总质量,m为沙和沙桶的总质量,力传感器可测出轻绳中的拉力大小.(1)下列实验操作中,一定要进行的是.A.用天平测出沙和沙桶的总质量B.将带滑轮的长木板右端适当垫高,以平衡摩擦力C.调整力传感器和定滑轮的高度,使连接它们的轻绳与长木板平行D.为减小误差,一定要保证m远小于M(2)该同学在实验中得到如图2所示的一条纸带(相邻两计数点间还有四个点没有画出),已知打点计时器采用的是频率为50 Hz的交流电,根据纸带可求出小车的加速度为m/s2(结果保留三位有效数字).(3)该同学以力传感器的示数F为横坐标,加速度a为纵坐标,画出的aF图像是一条倾斜直线,如图3所示,求得

21、图像的斜率为k,则小车和小车上的滑轮的总质量为.A.1k B.k C.2k D.2k12. 如图所示为一气垫导轨，导轨上安装有一个光电门B，滑块上固定一遮光条，滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连，力传感器可测出绳子上的拉力大小.力传感器下方悬挂钩码，每次滑块都从A处由静止释放.（1）该同学用游标卡尺测量遮光条的宽度d2.25 mm.（2）实验时，由数字计时器读出遮光条通过光电门B的时间t1.0102 s，则滑块经过光电门B时的瞬时速度为m/s.（3）若某同学用该实验装置探究加速度与力的关系.要求出滑块的加速度，还需要测量的物理量是（文字说明并用相应的字母表示）.下列不必要的一项实

22、验要求是（请填写选项前对应的字母）.A.滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量B.应使A位置与光电门间的距离适当大些C.应将气垫导轨调节水平D.应使细线与气垫导轨平行必修一物理复习专题五：物理实验参考答案编写：XXX1【解答】解析:(1)每相邻两个计数点间还有4个点图中没有画出,所以相邻的计数点之间的时间间隔为t=5T.利用匀变速直线运动的推论,得VF=sEGtEG=d6-d410T=0.721 m/s.(2)分成AD和DG两段处理,根据a=sT2,得a=DG-AD(3t)2=d6-d3-d3(15T)2=(33.61-26.40)10-20.302 m/s2=0.801 m/s2.(3)如果交

23、流电的频率f=51 Hz,f50 Hz,那么实际打点周期变小,根据s=aT2,得真实的加速度值就会偏大,所以测量的加速度值与真实的加速度值相比是偏小.(4)取5个点的时间间隔作为一个时间单位,可以减小偶然误差,A正确;加速度太小,打的点太密,测量误差增大,B错误;舍弃密集点,利用点迹清晰的点进行测量可以减小误差,C正确;选用平整度、光滑程度均匀的长木板可以减小系统误差,D正确.答案:(1)0.721(2)0.801(3)偏小(4)ACD2【解答】（1）横坐标中的1、2、3、4、5、6分别表示连续相等时间T0.1 s内的6段纸带，而纵坐标表示这6段纸带的位移大小，分别设为x1、x2、x6.仔细观

24、察可得：x2x18 mm，x3x27 mm，x4x38 mm，x5x48 mm，x6x58 mm.可见在实验误差允许的范围内，此车在相邻相等的时间内的位移之差都是相等的.（2）设想将这6段纸带连接起来，并将每段纸带的上端作为计数点的位置，分别为A、B、C、D、E、F，则A点的速度vA mm/s265 mm/s0.265 m/s.同理可求得vB0.340 m/s，vC0.415 m/s，vD0.495 m/s，vE0.575 m/s.在v-t图像中描出A、B、C、D、E各点，拟合得到直线，如图所示.（3）由v-t图像可知，其加速度大小等于直线的斜率的大小，约为0.80 m/s2.答案：（1）在实

25、验误差允许的范围内，此车在相邻相等的时间内的位移之差都是相等的（2）图见解析（3）0.80 m/s23解析：（1）小车在阻力的作用下，做减速运动，由图（b）知，从右向左相邻水滴间的距离逐渐减小，所以小车在桌面上是从右向左运动.（2）已知滴水计时器每30 s内共滴下46个小水滴，所以相邻两水滴间的时间间隔为t s s，所以A点位置的速度为vA m/s0.19 m/s.根据逐差法可求加速度a，解得a0.037 m/s2.答案：（1）从右向左（2）0.190.0374解析：（1）滑块通过光电门1时的速度：v1 m/s1.0 m/s.滑块通过光电门2时的速度：v2 m/s2.5 m/s.（2）滑块从光

26、电门1运动到光电门2的这段时间内的平均速度：v1.74 m/s. （3）a=v22-v122s=4.86答案：（1）1.02.5（2）1.74（3）4.865. 解析：（1）为保证弹簧的形变只由砝码和砝码盘的重力产生，弹簧轴线和刻度尺均应在竖直方向.（2）弹簧静止稳定时，记录原长L0；表中的数据L3与其他数据有效位数不同，所以数据L3不规范，标准数据应读至cm位的后两位，最后一位应为估读值，精确至0.1 mm，所以刻度足的最小分度为1 mm.（3）由题图知所挂砝码质量为0时，x为0，所以xLLx（L为弹簧长度）.（4）由胡克定律Fkx知，mgk（LLx），即mgkx，所以图线斜率即为弹簧的劲度

27、系数k N/m4.9 N/m同理，砝码盘的质量m kg0.01 kg10 g.答案：（1）竖直（2）稳定L31 mm（3）Lx（4）4.910 （5）超过了弹簧的弹性限度6. 解析：（1）F-L图像如图所示.（2）弹簧的原长L0即弹力为零时弹簧的长度，由图像可知，L05102 m5 cm.劲度系数为图像直线部分的斜率，k20 N/m.（3）优点是：可以避免弹簧自身重力对实验的影响.缺点是：弹簧与桌面及绳子与滑轮间存在的摩擦会造成实验误差.答案：（1）见解析图（2）520（3）见解析7. 答案：（2）方向11.40（3）如图所示（4）在实验误差允许范围内F和F相等8. 解析：（1）OA、OB、O

28、C分别表示三个力的大小，由于三共点力平衡，所以三个力的大小构成一个三角形.2、2、4不可以构成三角形，故A错误，B、C、D都正确.（2）为验证平行四边形定则，必须作受力图，所以先明确受力点，即标记结点O的位置，其次要作出力的方向并读出力的大小，最后作出力的图示，因此要做好记录，从力的三要素角度出发，要记录钩码的个数和记录OA、OB、OC三段绳子的方向，故A正确，B、C、D错误.（3）以O点为研究对象，F3为实际作用效果，在OC这条线上，由于误差的存在，F1、F2的理论合力值要与实际值有一定偏差，故图甲符合实际.答案：（1）BCD（2）A（3）甲9解析：（1）取下牵引砝码，滑行器放在任意位置都不

29、动；或取下牵引砝码，轻推滑行器，数字计时器记录每一个当电门的光束被遮挡的时间t都相等.（2）滑行器；牵引砝码.（3）本实验只有在满足mM的条件下，才可以用牵引砝码的重力近似等于对滑行器的拉力，所以D是不合适的.（4）由于挡光片通过光电门的时间很短，所以可以认为挡光片通过光电门这段时间内的平均速度等于瞬时速度，即有v1，v2，再根据运动学公式vv2as，得a.答案：（1）见解析（2）滑行器牵引砝码（3）D（4）a10. 解析：（1）本实验木板表面不可能光滑，摩擦力会影响实验结果，所以要平衡摩擦力.（2）由题意可知计数间隔T5T00.1 s.由题图乙可知s0.16 cm1.6103 m，由saT2

30、可得a0.16 m/s2.（3）aF图像如图所示.（4）平衡小车与桌面之间的摩擦力后，aF图像仍不通过原点，可能是在计算F时忘记加入砝码盘的重力，使作出的图像向左平移造成的.答案：（1）见解析（2）0.16（3）见解析图（4）计算F时忘记加入砝码盘的重力11. 解析:(1)本题拉力可以由力传感器测出,所以不需要用天平测出沙和沙桶的质量,也就不需要使沙桶(包括沙)的质量远小于小车和小车上的滑轮的总质量,故A,D错误;为使得拉力等于小车受到的合力,需要将带滑轮的长木板右端垫高,以平衡摩擦力,故B正确;调整力传感器和定滑轮的高度,使连接它们的轻绳与长木板平行,故C正确.(2)由于两计数点间还有四个点

31、没有画出,相邻计数点的时间间隔为0.1 s,由s=aT2可得a=(7.10+9.13+11.09-1.10-3.09-5.12)10-29(0.1)2 m/s2=2.00 m/s2.(3)对aF图像来说,图像的斜率表示小车和小车上滑轮的总质量的倒数,此题中力传感器的示数F=12F合,小车和小车上滑轮的总质量为M=F合a=2FkF=2k,故C正确,A,B,D错误.答案:(1)BC(2)2.00(3)C12. 解析：（2）实验时，将滑块从A位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门B的时间t，滑块经过光电门时的瞬时速度可近似认为是滑块经过光电门的平均速度，即v m/s0.225 m/s.（3）根据运动学公式a，若要得到滑块的加速度，还需要测量的物理量是遮光条到光电门的距离s.拉力是直接通过传感器测量的，故与小车质量和钩码质量的大小关系无关，故A错误；应使A位置与光电门间的距离适当大些，有利于减小误差，故B正确；应将气垫导轨调节水平，使拉力等于合力，故C正确；要保持拉线方向与木板平面平行，拉力才等于合力，故D正确.答案：（2）0.225（3）遮光条到光电门的距离sA