北京高考物理实验大串讲

北京高考物理实验大串讲
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50 cm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) 220 50 (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＝9.8 m/s2)


①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) ① DCABEF   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。
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。

①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__________________。
②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。
③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/s 2m/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① CD；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
②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∝