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北京高考物理实验大串讲图片悬浮
2014年北京高考实验大串讲(2014年5月)
高级教师 许童钰
实验一 研究匀变速直线运动
实验目的
1.会利用纸带求匀变速直线运动的瞬时速度、加速度。
2.会利用纸带探究小车速度随时间变化的规律,并能画出小车运动的v-t图象,根据图象求加速度.
实验原理
1。
2。
实验过程
注意事项
1。
平行:
纸带和细绳要和木板平行.
2。
两先两后:
实验中应先接通电源,后让小车运动;实验完毕应先断开电源后取纸带。
3.防止碰撞:
在到达长木板末端前应让小车停止运动,要防止钩码落地和小车与滑轮相撞.
4.减小误差:
小车的加速度宜适当大些,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6~7个计数点为宜。
【例1】某同学用如下图所示的装置测定当地的重力加速度:
(1) 电火花计时器正常的工作电压是 V,频率为 Hz.
(2) 打出的纸带如下图所示,实验时纸带的 端和重物相连接.(填“甲"或“乙”)
(3) 纸带上1至9各点为计时点,由纸带所示数据算出当地的重力加速度是 m/s2。
答案
(1)22050
(2)乙(3)9.40
实验二探究弹力与弹簧伸长的关系
注意事项
1。
不要超过弹性限度:
实验中弹簧下端挂的钩码不要太多,以免弹簧被过分拉伸,超过弹簧的弹性限度.
2.尽量多测几组:
要使用轻质弹簧,且要尽量多测几组数据.
3.观察所描点的走向:
本实验是探究性实验,实验前并不知道其规律,所以描点以后所作的曲线是试探性的,只是在分析了点的分布和走向以后才决定用直线来连接这些点.
4.统一单位:
记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位。
误差分析
1.钩码标值不准确,弹簧长度测量不准确带来误差.
2.画图时描点及连线不准确也会带来误差.
【例2】
(1)在“探究弹力与弹簧伸长的关系”的实验中,以下说法正确的是( AB).
A.弹簧被拉伸时,不能超出它的弹性限度
B.用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力,应保证弹簧位于竖直位置且处于平衡状态
C。
用直尺测得弹簧的长度即为弹簧的伸长量
D.用几个不同的弹簧,分别测出几组拉力与伸长量,得出拉力与伸长量之比相等
(2)某同学做“探究弹力与弹簧伸长的关系"的实验,他先把弹簧平放在桌面上使其自然伸长,用直尺测出弹簧的原长L0,再把弹簧竖直悬挂起来,挂上钩码后测出弹簧伸长后的长度L,把L-L0作为弹簧的伸长量x,这样操作,由于弹簧自身重力的影响,最后画出的图线可能是( C ).
(3))为了测量某一弹簧的劲度系数,将该弹簧竖直悬挂起来,在自由端挂上不同质量的砝码。
实验测出了砝码质量m与弹簧长度l的相应数据,其对应点已在图中标出.(g=9。
8m/s2)
作出m-l的关系图线;
②弹簧的劲度系数为________N/m.
答案
(1)如图所示
(2)0。
259(0。
248~0.262)
实验三 验证力的平行四边形定则
误差分析
本实验的误差除弹簧测力计本身的误差外,还主要来源于以下两个方面:
1.读数误差
减小读数误差的方法:
弹簧测力计数据在允许的情况下,尽量大一些.读数时眼睛一定要正视,要按有效数字正确读数和记录.
2.作图误差
减小作图误差的方法:
作图时两力的对边一定要平行,两个分力F1、F2间的夹角越大,用平行四边形作出的合力F的误差ΔF就越大,所以实验中不要把F1、F2间的夹角取得太大.,注意事项
1.位置不变:
在同一次实验中,使橡皮条拉长时结点的位置一定要相同.
2。
角度合适:
用两个弹簧测力计钩住细绳套互成角度地拉橡皮条时,其夹角不宜太小,也不宜太大,以60°~100°之间为宜。
3.尽量减少误差
(1)在合力不超出量程及在橡皮条弹性限度内形变应尽量大一些。
(2)细绳套应适当长一些,便于确定力的方向.
4.统一标度:
在同一次实验中,画力的图示选定的标度要相同,并且要恰当选定标度,使力的图示稍大一些
.
【例3】在“验证力的平行四边形定则”的实验中,某同学经历了以下实验步骤:
A.用铅笔和直尺在白纸上从O点沿着两细绳方向画直线,按一定标度作出两个力F1和F2的图示,根据平行四边形定则作图求出合力F;
B。
只用一个测力计,通过细绳把橡皮筋与细绳的连接点拉到同样的位置O;
C.用铅笔记下O点的位置和两条细绳的方向,读出两个弹簧秤的示数;
D.在水平放置的木板上,垫一张白纸并用图钉固定,把橡皮筋的一端固定在板上A点,用两条细绳连接在橡皮筋的另一端,通过细绳同时用两个测力计互成角度地拉橡皮筋,使橡皮筋与细绳的连接点到达某一位置O;
E.记下测力计的读数和细绳方向,按同一标度作出这个力的图示F/,比较这个实测合力和按平行四边形定则求出的合力F,看它们的大小和方向是否相等;
F.改变两测力计拉力的大小和方向,多次重复实验,根据实验得出结论。
①将以上实验步骤按正确顺序排列,应为 (填选项前的字母).
②在物理学中跟力一样,运算时遵守平行四边形定则的物理量还有
(至少写出三个,要求写名称)。
答案
(1) ①DCABEF ②位移、速度、加速度、电场强度等
第4讲实验四 验证牛顿运动定律
误差分析
1.质量的测量误差、纸带上打点计时器打点间隔距离的测量误差、拉线或纸带不与木板平行等都会造成误差.
2.因实验原理不完善引起的误差
本实验用小盘和砝码的总重力mg代替小车的拉力,而实际上小车所受的拉力要小于小盘和砝码的总重力.
3.摩擦力平衡不准确、质量测量不准确、计数点间距测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差。
注意事项
1.平衡摩擦力:
在平衡摩擦力时,不要悬挂小桶,但小车应连着纸带且接通电源。
用手给小车一个初速度,如果在纸带上打出的点的间隔是均匀的,表明小车受到的阻力跟它的重力沿斜面向下的分力平衡.
2.不重复平衡摩擦力:
平衡了摩擦力后,不管以后是改变小盘和砝码的总质量还是改变小车和砝码的总质量,都不需要重新平衡摩擦力。
3.实验条件:
m车≫m只有如此,小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力.
4.一先一后一按:
改变拉力和小车质量后,每次开始时小车应尽量靠近打点计时器,并应先接通电源,后放开小车,且应在小车到达滑轮前按住小车.
5.作图:
作图时两轴标度比例要适当.各量须采用国际单位.这样作图线时,坐标点间距不至于过密,误差会小些.
【例4】
(1)用图甲所示的装置做“验证牛顿第二定律”的实验.
①为了减小长木板对小车摩擦力的影响,必须在长木板(填“远离”或“靠近”)滑轮的一端下面垫一块木板,反复移动木板的位置,直至小车能单独在长木板上做
运动.
②为了验证小车的加速度与其质量的定量关系,必须采用 法。
③保持小车受力不变,测量不同质量的小车在这个力作用下的加速度。
某次实验中打出如图乙所示的纸带(打点计时器电源的频率为50Hz),则这个加速度值a= m/s2.
④某同学把实验得到的几组数据画成图丙的a-m图象,为了更直观描述物体的加速度跟其质量的关系,请你根据他的图象在图丁中画出a-
图象。
答案①远离匀速直线
②变量控制(或控制变量)
③0。
8(或0.80);
(2)某实验小组采用如图3所示的装置探究小车的加速度与所受合力的关系。
①安装实验装置时,应调整定滑轮的高度,使拉小车的细线在实验过程中保持与 (填“桌面"或“长木板”)平行。
②实验时先不挂砂桶,反复调整垫木的位置,轻推小车,直到小车做匀速直线运动,这样做的目的是 。
③保持小车质量不变,用装有细砂的砂桶通过定滑轮拉动小车,打出纸带.如图4所示是实验中打出的一条纸带的一部分,从较清晰的点迹起,在纸带上标出了连续的5个计数点A、B、C、D、E,相邻的两个计数点之间都有4个点迹没标出,测出各计数点之间的距离。
已知打点计时器接在频率为50Hz的交流电源两端,则此次实验中AB两计数点间的时间间隔为T= s,小车运动的加速度为a= m/s2
④用砂桶和砂的重力充当小车所受合力F,通过分析打点计时器打出的纸带,测量加速度a。
分别以合力F 和加速度a作为横轴和纵轴,建立坐标系,根据实验中得到的数据描出如图5所示的点迹,该实验小组得到的a-F图线如图5所示。
ﻩ实验结果跟教材中的结论不完全一致。
你认为产生这种结果的原因可能是 。
⑤该实验中,若砂桶和砂的质量为m,小车质量为M,细线对小车的拉力为F.则拉力F与mg的关系式为 ,若要使
则m与M的关系应满足。
答案①长木板 ②平衡摩擦力
③ 0.1 s 0。
46 m/s2
④ 砂和砂桶质量较大,没满足砂和砂桶质量远小于小车质量的条件。
⑤
实验五研究物体的平抛运动
一、实验目的:
1.通过实验获得物体做平抛运动的轨迹。
2。
通过轨迹研究平抛运动的速度。
二、实验器材:
平抛运动实验仪(如图),白纸,刻度尺,铅笔。
三、实验原理:
平抛运动可分解为水平方向上的 和竖直方向的 。
若测出某物体作平抛运动的水平位移x和竖直位移y,则根据平抛运动的位移公式
,可求得初速度v0= 。
四、实验步骤:
(1)调整实验仪:
使记录面板平面竖直,调节左右支脚螺丝,使重垂线与记录面板上的y轴 平行 。
再调节板后面的支脚螺丝,使重垂线与记录面板 平行。
调节斜槽固定螺丝,并使斜槽末端的 水平.
(2)建立坐标:
将一张白纸固定在记录面板上,依照面板上的xoy坐标,在白纸上用铅笔描出原点O,以及在x轴和y轴所在的直线上分别描点。
将一白纸条固定在接球挡板上,并在上面放一张 复写纸。
(3)描绘运动轨迹:
让小球从斜槽上固定位置 无初速度 释放,打在接球挡板的复写纸上,在记录面板的白纸上对应的位置描点,记录小球落点位置,重复多次.取下白纸,连接ox、oy,建立xoy坐标.并将记下的一系列点,用平滑曲线 连接起来,即得到小球做平抛运动的轨迹。
(4)检验运动轨迹是否是抛物线。
在x轴上做出等距离的几个点A1、A2、A3……由A1、A2、A3向下作垂线,垂线与抛体轨迹的交点记为M1、M2、M3……如果轨迹的确是一条抛物线,各点的y坐标与x坐标间的关系应该具有
的形式(a是一个待定的常量)。
(5)计算初速度。
在曲线上取点,测出该点的水平位移x和竖直位移y,则根据公式
,求得初速度。
五、注意事项:
(1)保证斜槽 末端的切线必须 水平.
(2)记录面板平面必须竖直且平行小球平抛的轨道平面,固定时用重垂线检查是否竖直.
(3)坐标原点不在斜槽口的末端,应在槽口上方 小球求心 处。
(4)小球应在同一位置 位置无初速自由释放;释放的高度要适当。
(5)要在平抛轨道上选取距O点远些的点来计算球的初速度,这样可使结果的误差较小。
【例5】
(1)做本实验的实验装置如右下图所示,让小球多次沿同一轨道运动,通过描点法画小球做平抛运动的轨迹,为了能较准确地描绘运动轨迹,下面列出了一些操作要求,将你认为正确的选项前面的字母填在横线上:
________________________.
A。
通过调节使斜槽的末端保持水平
B.每次释放小球的位置必须不同
C。
每次必须由静止释放小球
D.用记录小球位置时,接球档板每次必须严格地等距离上升
E.小球运动时不应与记录面板白纸(或方格纸)相触
F.将球的位置记录在纸上后,取下纸,用直尺将点连成折线
(2)做出平抛运动的轨迹后,为算出其初速度,实验中需直接测量的物理量有________________、____________________________,其初速度的表达式为v0=_______________。
答案
(1)ACE
(2)水平位移x竖直位移y
(3)图甲是“研究平抛物体的运动”的实验装置图。
实验前应对实验装置反复调节,直到斜槽末端切线________。
每次让小球从同一位置由静止释放,是为了每次平抛__________________。
图乙是正确实验取得的数据,其中O为抛出点,则此小球做平抛运动的初速度为________m/s.
在另一次实验中将白纸换成方格纸,每小格的边长L=5cm,通过实验,记录了小球在运动途中的三个位置,如图丙所示,则该小球做平抛运动的初速度为_______m/s;B点的竖直分速度为_______m/s.
答案:
(1)水平,初速度相同
(2)1.6m/s (3)1.5m/s2m/s
实验6 探究动能定理
误差分析
1。
若忘记平衡摩擦力或没有完全平衡摩擦力会对实验结果产生影响。
2.实验中,由于钩码质量远小于小车质量,可认为绳子对小车的拉力F=mg.但实际情况是:
钩码向下的运动是加速运动,mg-F=ma,所以F<mg.F与mg的差别在钩码质量偏大时会对实验结果产生影响.
3.测量纸带上各点之间的距离时会产生误差。
【例6】
(1)“探究动能定理”的实验装置如图所示,当小车在两条橡皮筋作用下弹出时,橡皮筋对小车做的功记为W0.当用4条、6条、8条……完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、第4次……实验时,橡皮筋对小车做的功记为2W0、3W0、4W0……,每次实验中由静止弹出的小车获得的最大速度可由打点计时器所打的纸带测出。
①关于该实验,下列说法正确的是( )
A.打点计时器可以用直流电源供电,电压为4~6V
B.实验中若橡皮筋断裂了,可以拴接后继续使用,并不影响实验结果
C。
每次实验中应使小车从同一位置由静止弹出
D.利用每次测出的小车最大速度vm和橡皮筋做的功W,依次做出W-vm、W—vm2、W-vm3、W2—vm、W3-vm……的图象,得出合力做功与小车速度变化的关系。
②图7给出了某次在正确操作情况下打出的纸带,从中截取了测量物体最大速度所用的一段纸带,测得O点到A、B、C、D、E各点的距离分别为OA=5.65cm,OB=7.12cm,OC=8.78cm,OD=10.40cm,OE=11.91cm。
已知相邻两点打点时间间隔为0。
02s,则小车获得的最大速度vm= m/s。
(要求保留2位有效数字)
答案①CD;②0。
78~0。
84
(2)某实验小组采用如图所示的装置探究功与速度变化的关系,小车在橡皮筋的作用下弹出后,沿木板滑行。
打点计时器工作频率为50Hz。
①实验中木板略微倾斜,这样做________;
A.是为了使释放小车后,小车能匀加速下滑
B.是为了增大小车下滑的加速度
C。
可使得橡皮筋做的功等于合力对小车做的功
D。
可使得橡皮筋松弛后小车做匀速运动
若根据多次测量数据画出的W-v草图如图所示,根据图线形状,可知对W与v的关系做出的猜想肯定不正确的是 。
A。
W∝
ﻩ B。
W∝
ﻩﻩC.W∝v2ﻩD。
W∝v3
解析:
(1)① CD(3分) ②AB(3分)
实验七 验证机械能守恒定律
,误差分析
1.测量误差:
减小测量误差的办法,一是测下落距离时都从0点量起,一次将各打点对应下落高度测量完,二是多测几次取平均值.
2.系统误差:
由于重物和纸带下落过程中要克服阻力做功.故动能的增加量ΔEk=mvn2必定稍小于势能的减少量ΔEp=mghn,改进办法是调整器材的安装,尽可能地减小阻力。
注意事项
1.打点计时器要竖直:
安装打点计时器时要竖直架稳,使其两限位孔在同一竖直平面内以减少摩擦阻力.
2.重物密度要大:
重物应选用质量大、体积小、密度大的材料。
3。
一先一后:
应先接通电源,让打点计时器正常工作,后松开纸带让重物下落.
4.测长度,算速度:
某时刻的瞬时速度的计算应用vn=,不能用vn=
或vn=gt来计算.
【例7】某物理学习小组在“验证机械能守恒定律"的实验中(g取9.8m/s2):
①他们拿到了所需的打点计时器(带导线)、纸带、复写纸、铁架台、纸带夹和重物,此外还需要____________(填字母代号)
A.直流电源ﻩﻩB。
交流电源
C.游标卡尺ﻩD.毫米刻度尺
E.天平及砝码ﻩﻩF。
秒表
②先接通打点计时器的电源,再释放重物,打出的某条纸带如下图所示,O是纸带静止时打出的点,A、B、C是标出的3个计数点,测出它们到O点的距离分别为x1=12.16cm、x2=19。
1cm和x3=27。
36cm,其中有一个数值在记录时有误,代表它的符号是_______(选填“x1”、“x2"或“x3")。
③已知电源频率是50Hz,利用②中给出的数据求出打B点时重物的速度vB=_________m/s。
④ 重物在计数点O、B对应的运动过程中,减小的重力势能为mgx2,增加的动能为
,通过计算发现,mgx2_____
(选填“〉”、“<"或“=”),其原因是_________________.
答案①BD ②x2 ③1。
90④>纸带与限位孔间有摩擦或空气阻力
。
在做“验证机械能守恒定律”实验时,用打点计时器打出纸带如图所示,其中A点为打下的第一个点,0、1、2……为连续的相邻计数点。
现测得两相邻计数点之间的距离分别为s1、s2、s3、s4、s5、s6,已知计数点间的时间间隔为T。
根据纸带测量出的数据可以求出此实验过程中重锤下落运动的加速度大小的表达式为 ,打下第5号计数点时,纸带运动的瞬时速度大小的表达式为 .要验证机械能守恒定律,为减小实验误差,应选择打下第号和第 号计数点之间的过程为研究对象。
答案
或
……;(s5+s6)/2T;1,5
实验八 验证动量守恒定律
1.实验原理
在一维碰撞中,测出物体的质量m和碰撞前后物体的速度v、v′,找出碰撞前的动量p=m1v1+m2v2及碰撞后的动量p′=m1v1′+m2v2′,看碰撞前后动量是否守恒.
2.实验方案:
利用斜槽上滚下的小球验证动量守恒定律(如图所示)
(1)用天平测出两小球的质量,并选定质量大的小球为入射小球.
(2)按照图1—1-4所示安装实验装置.调整固定斜槽使斜槽底端水平.
(3)白纸在下,复写纸在上且在适当位置铺放好.记下重垂线所指的位置O.
(4)不放被撞小球,每次让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚下,重复10次.用圆规画尽量小的圆把所有的小球落点圈在里面。
圆心P就是小球落点的平均位置.
(5)把被撞小球放在斜槽末端,每次让入射小球从斜槽同一高度自由滚下,使它们发生碰撞,重复实验10次。
用步骤4的方法,标出碰后入射小球落点的平均位置M和被撞小球落点的平均位置N.如图所示.
(6)连接ON,测量线段OP、OM、ON的长度.将测量数据填入表中.最后代入m1O
=m1O+m2O
看在误差允许的范围内是否成立.
(7)整理好实验器材放回原处.
(8)实验结论:
在实验误差范围内,碰撞系统的动量守恒。
注意事项:
(1)前提条件:
碰撞的两物体应保证“水平"和“正碰”.
(2)方案提醒
①若利用气垫导轨进行实验,调整气垫导轨时,应用平仪确保导轨水平.
②若利用摆球进行实验,两小球静放时球心应在同一水平线上,且刚好接触,摆线竖直,将小球拉起后,两条摆线应在同一竖直平面内.
③若利用长木板进行实验,可在长木板下垫一小木片用以平衡摩擦力.
④若利用斜槽进行实验,入射球质量要大于被碰球质量即:
m1>m2,防止碰后m1被反弹.
(3)探究结论:
寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不改变.
【例8】 (1)某同学用如图所示装置通过半径相同的A、B两球的碰撞来验证动量守恒定律.实验时先使A球从斜槽上某一固定位置G由静止开始滚下,落到位于水平地面的记录纸上,留下痕迹.重复上述操作10次,得到10个落点痕迹.再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方,让A球仍从位置G由静止开始滚下,和B球碰撞后,A、B球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹.重复这种操作10次,得到了如图所示的三个落地点。
①.在图中读出OP=_______________.
②已知mA∶mB=2∶1,碰撞过程中动量守恒,则由图可以判断出R是__________球的落地点,P是__________球的落地点.
③用题中的字母写出动量守恒定律的表达式____________________。
(2)为了验证碰撞中的动量守恒和检验两个小球的碰撞是否为弹性碰撞(碰撞过程中没有机械能损失),某同学选取了两个体积相同、质量不等的小球,按下述步骤做了如下实验:
①用天平测出两个小球的质量分别为m1和m2,且m1>m2.
②按照如图所示的那样,安装好实验装置;将斜槽AB固定在桌边,使槽的末端点的切线水平,将一斜面BC连接在斜槽末端.
③先不放小球m2,让小球m1从斜槽顶端A处由静止开始滚下,记下小球在斜面上的落点位置.
④将小球m2放在斜槽前端边缘处,让小球m1从斜槽顶端A处滚下,使它们发生碰撞,记下小球m1和小球m2在斜面上的落点位置.
⑤用毫米刻度尺量出各个落点位置到斜槽末端点B的距离.图中D、E、F点是该同学记下的小球在斜面上的几个落点位置,到B点的距离分别为LD、LE、LF.
根据该同学的实验,回答下列问题:
(1)小球m1与m2发生碰撞后,m1的落点是图中的 点,m2的落点是图中的 点.
(2)用测得的物理量来表示,只要满足关系式 ,则说明碰撞中动量是守恒的。
(3)用测得的物理量来表示,只要再满足关系式 ,则说明两小球的碰撞是弹性碰撞.
答案:
实验九:
探究单摆的运动、用单摆测定重力加速度
注意事项
1.悬线顶端不能晃动,需用夹子夹住,保证顶点固定.
2.强调在同一平面内振动且摆角小于5°。
3.选择在摆球摆到平衡位置处时开时计时,并数准全振动的次数.
4.小球自然下垂时,用毫米刻度尺量出悬线长l,用游标卡尺测量小球的直径,然后算出摆球的半径r,则摆长L=l+r.
5.选用一米左右的细线.
【例9】(1)某同学在“用单摆测定重力加速度”的实验中,通过测量单摆摆长L,利用秒表记录该单摆50次全振动所用的时间并求出周期T,根据单摆周期公式
计算出重力加速度g。
ﻩ①如果该同学用秒表记录的时间如图所示,则秒表的示
数为99.8s;
ﻩ②如果该同学测得的g值偏大,可能的原因是【AB】
A.测摆线长时摆线拉得过紧
ﻩB.开始计时时,秒表按下稍晚
C.实验中将51次全振动误记为50次
ﻩD.摆线上端未牢固地系于悬点,振动中出现
松动,使摆线长度增加了
③如果某同学在实验时,用的摆球质量分布不均匀,无法
确定其重心位置。
他第一次量得悬线长为L1(不计摆球半径),
测得周期为T1:
第二次量得悬线长为L2,测得周期为T2。
根据上述数据,可求得g值为【B】
(2)在“用单摆测定重力加速度的实验"中测单摆周期时,当摆球经过_平衡位置__时开始计时并计1次,测出经过该位置N次所用时间为t,则单摆周期为_2t/(N-1)___。
③若测量出多组周期T、摆长L数值后,画出T2―L图象如图,则此图线的斜率的物理意义是 (C )
A
B
C
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