高一物理必修一实验复习及同步训练.doc

高一物理必修一实验复习
【知识要点】
一、使用打点计时器测定匀变速直线运动的加速度。
1、实验原理
设物体做匀加速直线运动，加速度是a，在各个连续相等的时间T里的位移分别是s1、s2、s3……则有
△s=s2-s1=s3-s2=s4-s3=……=aT2
由上式还可得到
s4-s1=(s4-s3)+(s3-s2)+(s2-s1)=3aT2
同理有
s5-s2=s6-s3=……=3aT2
可见，测出各段位移s1、s2……即可求出
……
再算出a1、a2……的平均值，就是我们所要测定的匀变速直线运动的加速度。
2、实验器材
电火花计时器或电磁打点计时器，一端附有滑轮的长木板，小车，纸带，刻度尺，导线，电源，钩码，细绳。
3、实验步骤
（1）按教材图所示，把附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸处桌面。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。
（2）把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下边挂上合适的钩码。把纸带穿过打点计时器，并把纸带的一端固定在小车的后面。
（3）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列小点。换上新纸带，重复实验三次。
（4）从三条纸带中选择一条比较理想的，舍掉开头一些比较密集的点子，在后边便于测量的地方找一个开始点。为了测量方便和减小误差，通常不用每打一次点的时间作为时间的单位，而用每打五次点的时间作为时间的单位，就是T=0.02×5=0.1s。在选好的开始点下面标明A，在第六点下面标明B，在第十一点下面标明C，在第十六点下面标明D，……，点A、B、C、D……叫做计数点，如图所示。两个相邻计数点间的距离分别是s1、s2、s3……
s1 s2 s3
A B C D

（5）测出六段位移s1、s2、s3、s4、s5、s6的长度，把测量结果填入下表中。
（6）根据测量结果，利用“实验原理”中给出的公式算出加速度a1、a2、a3的值。注意：T=0.1s。
求出a1、a2、a3的平均值，它就是小车做匀变速直线运动的加速度。把计算的结果填入表中
小车做匀变速直线运动的加速度a=
二、验证力的平行四边形定则
1、演示实验并解说
（1）把方木板固定在黑板上，用图钉把白纸固定在木块上。
A
O
O’
F
F1
F2
（2）用图钉把橡皮条一端固定在A点，结点自然状态在O点，结点上系着细绳，细绳的另一端系着绳套。
（3）用两弹簧秤分别勾住绳索，互成角度地拉橡皮条，使结点到达O′点。让学生记下O′的位置，用铅笔和刻度尺在白纸上从O′点沿两条细绳的方向画线，记下F1、F2的力的大小。
（4）放开弹簧秤，使结点重新回到O点，再用一只弹簧秤，通过细绳把橡皮条的结点拉到O′，读出弹簧秤的示数F，记下细绳的方向，按同一标度作出F1、F2和F的力的图示。
（5）用三角板以F1、F2为邻边作平行四边形，在误差范围内，F几乎是F1、F2为邻边的平行四边形的对角线。
经过前人很多次的、精细的实验，最后确认，对角线的长度、方向、跟合力的大小、方向一致，即对角线与合力重合，也就是说，对角线就表示F1、F2的合力。
归纳：可见互成角度的两个力的合成，不是简单的将两个力相加减，而是用表示两个力的有向线段为邻边作平行四边形，这两邻边之间的对角线就表示合力的大小和方向。这就叫平行四边形定则。

2、注意事项
（1）本实验中，以橡皮筋的伸长（结点到达某一位置）衡量力的作用效果，故在同一次实验中，应使两种情况下结点到达同一位置。
（2）实验时，弹簧秤必须保持与木板平行，且拉力应沿轴线方向，以减小实验误差，测量前应首先检查弹簧秤的零点是否准确，注意使用中不要超过其弹性限度，弹簧秤的读数应估读到其最小刻度的下一位。

三、验证牛顿第二定律
1.实验原理: 实验装置如图。
用细线将小车(质量记为M)和砂桶(内装有细砂，总质量为m)连接起来，构成一个系统。
当系统做加速运动时，有：
a=mg/(M+m)
绳对车的拉力T=Ma=Mmg/(M+m)=
当M〉〉m时，T≈mg。
故可通过改变砂桶中细砂的质量来改变拉力的大小，从而验证加速度与拉力的关系；在小车上添加砝码来改变小车的质量，从而验证加速度与质量的关系。
2.实验步骤
1.通过调节木板的倾斜程度，用重力沿斜面的分力来平衡摩擦力。
此时不挂砂桶，但应把纸带在打点计时器的限位孔中穿好。
2.保持小车的质量不变，改变砂桶中细砂的质量，测出相应的加速度，验证当M一定时，a与F与关系。
3.保持外力(即砂桶中细砂的质量)不变，在小车上加砝码，测出相应的加速度，优证当作用力一定时，a与M的关系。
3.数据记录及处理
1.实验中要测定小桶和细砂的总质量m，小车及砝码的总质量M。
2.要在纸带测出小车的位移。
3.用逐差法处理数据。
4.用图象法处理数据。
通过实验所测得的数据，画出a—F图、a— 图。
a
a
正确的实验图线应如图1、2所示。

四.误差分析
1.未满足M〉〉m这一条件时，会得到图3所示图线。
2.未平衡摩擦力，会得到图4中2所示图线。
平衡摩擦力过甚，会得到图4中1所示图线。
【典型例题】
1．某同学用题22图2所示装置测量重力加速度g,所用交流电频率为50 Hz。在所选纸带上取某点为0号计数点，然后每3个点取一个计数点，所以测量数据及其标记符号如题22图3所示。
该同学用两种方法处理数据(T为相邻两计数点的时间间隔)：
方法A：由，……，取平均值=8.667 m/s2;
方法B：由，取平均值=8.673 m/s2。
从数据处理方法看，在S1、S2、S3、S4、S5、S6中，对实验结果起作用的，方法A中有__________；方法B中有__________。因此，选择方法___________（A或B）更合理，这样可以减少实验的 (系统或偶然)误差。本实验误差的主要来源有____________（试举出两条）。

2．如图所示，某同学在做“研究匀变速直线运动”实验中，由打点计时器得到表示小车运动过程的一条清晰纸带，纸带上两相邻计数点的时间间隔为T=0.10s，其中S1=7.05cm、S2=7.68cm、S3=8.33cm、S4=8.95cm、S5=9.61cm、S6=10.26cm，则A点处瞬时速度的大小是______m/s，小车运动的加速度计算表达式为_____，加速度的大小是_______m/s2（计算结果保留两位有效数字）。

3、在“验证平形四边形定则”的实验中，有A、B两个弹簧秤拉橡皮条的结点，使其位于O处，如图所示，此时，α+β=90°，现在保持A读数不变，减小α角，要使结点仍在O处，可采用的办法是（ ）
A．增大B的读数，同时减小β角
B．增大B的读数，同时增大β角
C．减小B的读数，同时减小β角
D．减小B的读数，同时增大β角
4．在做“互成角度的两个力的合成”的实验时，需要的器材有：方木板、白纸、细绳套两个，三角板、刻度尺、图钉几个，还需 。
5．在做上述实验时，在水平放置的木板上垫上一张白纸，把橡皮条的一端固定在板上，另一端结两个细绳套，通过细绳用两个互成角度的弹簧秤拉橡皮条，使结点移到某一位置O，此时需记下：① ② ③ 。然后用一个弹簧秤把橡皮条拉长，使结点到达 ，再记下 和 。
6．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验时，计算出纸带的加速度后，将加速度与力、质量的有关数值记入下表中

ａ（ｍ/ｓ２）
１．９８
４．０６
５．９５
８．１２
Ｆ（Ｎ）
１．００
２．００
３．００
４．００

ａ（ｍ/ｓ２）
２．４０
２．６６
３．２３
３．９８
１/Ｍ（ｋｇ－１）
０．５０
０．６７
０．８０
１．００

⑴根据表中所列数据，分别划出a—F图像和a—1/M图像。
⑵根据图像可以判定：当M一定时，a与F的关系是 ； 当F一定时，a与M的关系是 。
⑶由a-F图像可知M= 。
⑷由a-1/M图像可知 F= ．

【经典练习】
1、用打点计时器可测纸带运动的时间和位移．下面是没有按操作顺序写的不完整的实验步骤，按照你对实验的理解，在各步骤空白处填上适当的内容，然后按实际操作的合理步骤，将各步骤的字母代号顺序写在空白处．
A．在电磁打点计时器的两接线柱上分别接上导线，导线的另一端分别接在低压 电源的两个接线柱上。
B．把电磁打点计时器固定在桌子上，让纸带穿过 ，并压在 下面。
C．用刻度尺测量从计时开始点到最后一个点间的距离。
D．切断电源，取下纸带，如果共有n个清晰的点，则这段纸带记录的时间 　 。
E．打开电源开关，再用手水平地拉动纸带，纸带上打下一系列小点。
F．利用公式计算纸带运动的平均速度。实验步骤的合理顺序是
2、使用打点计时器时，下列问题对实验的影响是什么？
（1）错接在直流电源上，影响是
（2）电源频率不稳，影响是
（3）打点针压得太紧，影响是
（4）电源电压不稳，影响是
（5）振针过长，影响是

3、如图1所示，是某人练习使用打点计时器得到的纸带，纸带的右端后通过打点计时器．从点痕的分布情况可以断定纸带的运动情况是 。若所用电源频率为50Hz，从打下A点到打下D点，共13点，历时 s，位移为 m，这段时间内纸带运动的平均速度是 m/s．BD段的平均速度是 m/s。

4、电火花打点计时器使用交流 V电源工作，它是利用 在纸带上打出小孔而显示点迹的计时仪器．工作电源频率是50Hz，如果用它测量时，实验者不知工作电压的频率变为60Hz，仍按50Hz的频率计算，这样算出的速度值与物体速度的真实值相比是 （填“偏大”或“偏小”）。

5、在《探究小车速度随时间变化的规律》实验中，将下列步骤的代号按合理顺序填写在横线上：_____________
A.拉住纸带,将小车移至靠近打点计时器处,先接通电源,后放开纸带
B.将打点计时器固定在平板上,并接好电路
C.把一条细绳拴在小车上,细绳跨过定滑轮,下面吊着重量适当的钩码
D.断开电源,取下纸带
E.将纸带固定在小车尾部,并穿过打点计时器的限位孔
F.换上新的纸带,再重复做三次

6、某次实验用打点计时器交流电的频率为50Hz，纸带的记录如图所示,图中前几个点模糊,因此从A点开始每打五个点取一个计数点,其中B、C、D、E点的对应速度vB=_____m/s, vC=_____m/s, vD=_____m/s, vE=_____m/s,由此推得F点的速度vF=_____m/s.
O
A
B
1.40
C
D
E
F
G
3.55
6.45
10.10
14.50
19.65
单位:cm
第6题图

7、（1）在加速度实验中，伽俐略将光滑直木板槽倾斜固定；让铜球从木槽顶端沿斜面由静止开始滑下，并用水钟测量铜球每次下滑的时间，研究铜球的运动路程与时间的关系。亚里士多德曾预言铜球运动速度是均匀不变的，伽俐略却证明铜球运动的路程与时间的平方成反比。请将亚里士多德的预言和伽俐略的结论分别用公式表示（其中路程用x，速度用v，加速度用a，时间用t表示）。亚里士多德的预言： ；伽俐略的结论： 。
（2）研究物理问题时，常常需要忽略某些次要因素，建立理想化的物理模型。例如“质点”模型忽略了物体的体积、形状，只记其质量。请写出你所学过的两个物理模型名称： 和 模型。
8、如图所示为四位同学在“验证力的平行四边形定则”的实验中所作的图示，F1和F2是两个弹簧秤同时拉橡皮条时的力的图示，F’是一个弹簧秤单独拉橡皮条时的力的图示，F是根据平行四边形定则作出的F1和F2的合力的图示，其中错误的一个图是 .

第8题图
在上述实验中，如果将两个细绳套换成两根橡皮条，那么实验结果变不变？答： ；如果实验中OA之间的橡皮条已经“疲劳”（即形变不能完全恢复），按实验步骤先测出F1、F2作出合力F，再测出F＇，那么F与F＇相比，大小、方向是否相同？答：大小 ，方向 .
9、为了测量两张纸之间的动摩擦因数，某同学设计了一个实验：如图所示，在木块A和木板B上贴上待测的纸，B板水平固定，沙桶通过细线与A相连，调节沙桶中沙的多少，使A匀速向左运动，测出沙桶和沙的总质量m以及贴纸的木块A的质量M，则可计算出动摩擦因数.问：（1）该同学为什么要把纸贴在木板上而不直接测量两张纸间的滑动摩擦力？

（2）实验中动摩擦因数的表达式为 .（用测出的物理量表示）

第9题图
10、做“探究两个力的合成”的实验中，如果把钩码换成弹簧秤，则实验步骤是：
（1）在水平放置的木板上垫一张白纸，把橡皮条的一端固定在板上，另一端栓两根细线.通过细线同时用两个测力计互成角度地拉橡皮条，使它与细线的结点到达某一位置O点，在白纸上记下O点和两测力计的读数F1和F2.
（2）在纸上根据F1和F2的大小，画出力的图示，猜想合力F和分力F1和F2之间的可能关系.
（3）只用一个测力计通过细绳拉橡皮条，使它的伸长量与两个测力计拉时相同，记下此时测力计的读数F′和细线的方向.
以上三个步骤中均有错误和疏漏，指出错在哪里.
在（1）中是 .
在（2）中是 .
在（3）中是 .

11、在探究加速度与力、质量的关系得实验中，得到以下三个实验图线a、b、c，描述加速度与质量关系的图线是 ；加速度与力的关系图线是 ； 图线是描述加速度与质量的倒数关系．
a

0
第12题a
第12题b
图4—10
a

0
a

0
第12题c

12、在探究牛顿第二定律的实验方案中，比较初速为零的不同物体加速度大小的关系是根据：，请你给出证明过程．

15、一辆小车放在水平桌面上，现在用两种方式使小车向右作加速运动．第一种情况，对小车加上水平向右大小为10N的拉力（见图1）；第二种情况，通过定滑轮挂上10N的重物（见图2）．（1）两车的加速度大小是否相同(2) 试比较两种情况下加速度的大小关系．

第一讲 必修1实验复习（作业）
1.利用打点计时器测定匀加速直线运动的小车的加速度.下图给出了该次实验中，从O点开始每5个点取一个计数点的纸带，其中O、1、2、3、4、5、6都为记数点.测得相邻计数点的距离依次为s1＝1.40cm，s2＝1.90cm,s3＝2.38cm,s4＝2.88cm,s5＝3.39cm,s6＝3.87cm.
(1)在计时器打出点1、2、3、4、5时，小车的速度分别为：v1＝ cm/s,
v2= cm/s,v3＝ cm/s,v4＝ cm/s, v5＝ cm/s.
(2)作出速度-时间图像，并由图像求出小车的加速度a＝ cm/s2.
2. 如右图，是物体做匀变速直线运动得到的一条纸带，从O点开始每5个计时点取一个记数点，依照打点的先后顺序依次编为1、2、3、4、5、6，测得s1＝5.18cm,S2＝4.40cm,s3＝3.62cm,
s4＝2.78cm,s5＝2.00cm,s6＝1.22cm.
(1)相邻两记数点间的时间间隔为 s.
(2)物体的加速度大小a＝ m/s2,方向 (填A→B或B→A).
(3)打点计时器打记数点3时，物体的速度大小v3＝ m/s,方向 (同上).
3．打点计时器振针打点的周期，决定于（　　）
A．交流电压的高低 B．交流电的频率
C．永久磁铁的磁性强弱 D．振针与复写纸的距离
4．在研究匀变速直线运动的实验中，如图所示，为一次记录小车运动情况的纸带，图中A、B、C、D、E为相邻的记数点，相邻记数点间的时间间隔T=0.1s。
⑴根据_______可判定小车做_________运动。
⑵根据________计算各点的瞬时速度，且vA＝ ， vB＝ ，
vC＝ ，vD＝ ，vE＝ 。
⑶在图所示的坐标中作出小车的v一t，图线，并根据图线求出a=_____。
⑷将图线延长与纵轴相交，交点的速度是_______，此速度的物理意义是_______。

5．实验装置如图所示：

0
1
2
3
4
5
6
7
纸带运动方向
一木块放在水平长木板上，左侧栓有一细软线，跨过固定在木板边缘的滑轮与一重物相连。木块右侧与打点计时器的纸带相连。在重物牵引下，木块在木板上向左运动，重物落地后，木块继续向左做匀减速运动，右图给出了重物落地后，打点计时器在纸带上打出的一些点，在每相邻的两点中间都有四个点未画出．用米尺量出1、2、3、4、5、6、7点到0点的距离分别是（单位：cm）8.78、16.45、23.02、28.50、32.88、36.14、38.29．试根据这些数据，求木块与木板间的摩擦因数μ。要求写出主要的运算过程。结果保留2位有效数字。（打点计时器所用交流电频率为50Hz，不计纸带与木块间的拉力。取重力加速度g=10m/s2）
打点计时器
纸带