1、第1讲力学实验1.误差和有效数字(1)有效数字有效数字的位数：从左侧第一个不为零的数字起到最末一位数字止，共有几个数字，就是几位有效数字。科学记数法：大的数字，如36 500，如果第3位数5已不可靠时，应记作3.65104；如果是在第4位数不可靠时，应记作3.650104。(2)误差误差是测量值与真实值之间的差异，不是错误，且不可避免。由于仪器不精确、方法粗略、原理不完善等产生的是系统误差，特点是测量值总偏大或偏小。由于各偶然因素对实验者、测量仪器、被测量物的影响而产生的误差是偶然误差，特点是有时偏大有时偏小，可用多次测量求平均值减小偶然误差。2.基本仪器的使用(1)长度测量类仪器：毫米刻度尺
2、的读数：精确到毫米，估读一位。游标卡尺的读数：游标尺/mm精度/mm测量结果(游标尺上第n条刻度线与主尺上的某刻度线正对时)/mm刻度格数刻度总长度每小格与1毫米差1090.10.1主尺上读的毫米数0.1n20190.050.05主尺上读的毫米数0.05n50490.020.02主尺上读的毫米数0.02n螺旋测微器的读数：测量值固定刻度整毫米数半毫米数可动刻度读数(含估读)0.01 mm。(2)时间测量类仪器：打点计时器：每打两个点的时间间隔为0.02 s，一般每五个点取一个计数点，则时间间隔为t0.025 s0.1 s。频闪照相机：用相等时间间隔获取图象信息的方法将物体在不同时刻的位置记录下
3、来。光电计时器：记录遮光时间。3.力学实验(1)验证性实验：验证力的平行四边形定则，验证牛顿运动定律，验证机械能守恒定律，验证动量守恒定律。(2)探究性实验：探究弹力与弹簧伸长的关系，探究动能定理。4.实验数据的处理方法(1)列表法：在记录和处理数据时，为了简单而明显地表示出有关物理量之间的关系，可将数据填写在适当的表格中，即为列表法。(2)平均值法：把在同一状态下测定的同一个物理量的若干组数据相加求和，然后除以测量次数。(3)作图法：用作图法处理数据的优点是直观、简便，有取平均值的效果。由图线的斜率、截距、包围的面积等可以研究物理量之间的关系。1.(2017全国卷，22)某探究小组为了研究小
4、车在桌面上的直线运动，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1(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)图1(1)由图(b)可知，小车在桌面上是_(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2位有效数字)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
5、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a0.038 m/s2。答案(1)从右向左(2)0.19 0.0382.(2017全国卷，22) 某探究小组做“验证力的平行四边形定则”实验，将画有坐标轴(横轴为x轴，纵轴为y轴，最小刻度表示1 mm)的纸贴在水平桌面上，如图2(a)所示。将橡皮筋的一端Q固定在y轴上的B点(位于图示部分之外)，另一端P位于y轴上的A点时，橡皮筋处于原长。(1)用一只测力计将橡皮筋的P端沿y轴从
6、A点拉至坐标原点O，此时拉力F的大小可由测力计读出。测力计的示数如图(b)所示，F的大小为_N。 (2)撤去(1)中的拉力，橡皮筋P端回到A点；现使用两个测力计同时拉橡皮筋，再次将P端拉至O点。此时观察到两个拉力分别沿图(a)中两条虚线所示的方向，由测力计的示数读出两个拉力的大小分别为F14.2 N和F25.6 N。()用5 mm长度的线段表示1 N的力，以O为作用点，在图2(a)中画出力F1、F2的图示，然后按平行四边形定则画出它们的合力F合；图2()F合的大小为_N，F合与拉力F的夹角的正切值为_。若F合与拉力F的大小及方向的偏差均在实验所允许的误差范围之内，则该实验验证了力的平行四边形定
7、则。解析(1)由图(b)可知，F的大小为4.0 N(2)()画出力F1、F2的图示，如图所示()用刻度尺量出F合的线段长为20 mm，所以F合大小为4.0 N，F合与拉力F的夹角的正切值为tan 0.05。答案(1)4.0 N(2)()见解析 ()4.00.053.(2017全国卷，22)某同学研究在固定斜面上运动物体的平均速度、瞬时速度和加速度之间的关系。使用的器材有：斜面、滑块、长度不同的矩形挡光片、光电计时器。图3实验步骤如下：如图3(a)，将光电门固定在斜面下端附近，将一挡光片安装在滑块上，记下挡光片前端相对于斜面的位置，令滑块从斜面上方由静止开始下滑；当滑块上的挡光片经过光电门时，用
8、光电计时器测得光线被挡光片遮住的时间t；用s表示挡光片沿运动方向的长度(如图(b)所示)，v表示滑块在挡光片遮住光线的t时间内的平均速度大小，求出v；将另一挡光片换到滑块上，使滑块上的挡光片前端与中的位置相同，令滑块由静止开始下滑，重复步骤、；多次重复步骤；利用实验中得到的数据作出vt图，如图4所示。图4完成下列填空：(1)用a表示滑块下滑的加速度大小，用vA表示挡光片前端到达光电门时滑块的瞬时速度大小，则v与vA、a和t的关系式为 v_。(2)由图4可求得vA_ cm/s，a_ cm/s2。(结果保留3位有效数字)解析(1)设挡光片末端到达光电门的速度为v，则由速度时间关系可知：vvAat，
9、且v联立解得：vvAat；(2)由图4可读出vA52.1 cm/s，图线的斜率ka cm/s28.14 cm/s2，即a16.3 cm/s2。答案(1)vvAat(2)52.116.3真题感悟1.高考考查特点(1)“源于课本，不拘泥于课本”一直是高考实验命题的理念。(2)考查实验的灵魂原理是重中之重。(3)将实验的基本方法控制变量法，处理数据的基本方法图象法、逐差法，融入实验的综合分析之中。(4)以基本的力学模型为载体，依托运动学规律和力学定律设计实验。如2017年全国卷的第22题。2.解题的常见误区及提醒(1)拘泥于教材实验，死记硬背不知变通是常见错误。(2)注重物理规律在实验仪器和操作中的
10、实现条件是解题的关键。(3)不分析试题的情景，生搬硬套教材实验，错误的应用实验结论。(4)进行实验时要注重实验的细节，不能结合实验的器材和数据以及物体的受力情况进行分析。游标卡尺和螺旋测微器的读数1.下面各图均是用游标卡尺测量时的示意图，图5甲中游标卡尺为50分度游标卡尺，图乙为20分度游标卡尺，图丙为10分度游标卡尺，它们的读数分别为_；_；_。图5解析在图甲中，主尺读数为42 mm，游标尺上第5条刻度线与主尺上的一条刻度线对齐，由于游标尺是50分度的，所以读数为42 mm50.02 mm42.10 mm；在图乙中，主尺读数为63 mm，游标尺上第6条刻度线与主尺上的一条刻度线对齐，由于游标
11、尺是20分度的，所以读数为63 mm60.05 mm63.30 mm；在图丙中，主尺读数为29 mm，游标尺上第8条刻度线与主尺上的一条刻度线对齐，由于游标尺是10分度的，所以读数为29 mm80.1 mm29.8 mm。答案42.10 mm63.30 mm29.8 mm2.某同学利用螺旋测微器测量一金属板的厚度。该螺旋测微器校零时的示数如图6(a)所示，测量金属板厚度时的示数如图(b)所示。图(a)所示读数为_mm，图(b)所示读数为_ mm，所测金属板的厚度为_mm。图6解析题图(a)所示读数为0 mm1.00.01 mm0.010 mm；题图(b)的读数为6.5 mm37.00.01 m
12、m6.870 mm；故金属板的厚度d6.870 mm0.010 mm6.860 mm。答案0.0106.8706.860练后反思游标卡尺和螺旋测微器读数的“3点注意”(1)螺旋测微器读数时要估读，以毫米为单位，小数点后必须为3位，同时注意固定刻度上的半刻度是否露出。(2)游标卡尺不估读，以毫米为单位，10分度卡尺，小数点后只有1位；20分度和50分度卡尺，小数点后有2位。(3)注意题目要求的单位是否为mm，若不是则要先以mm为单位读数，然后再换算为题目要求的单位。“纸带”类实验1.(1)在“研究匀变速直线运动”的实验中，下列方法中有助于减小实验误差的是_。(填正确答案标号)A.选取计数点，把每
13、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.舍去纸带上开始时密集的点，只利用点迹清晰、点间隔适当的那一部分进行测量、计算D.适当增加挂在细绳下钩码的个数(2)某次实验获得的纸带如图7所示，O点为起始点，A、B、C、D、E、F、G为计数点，每相邻两个计数点间还有4个点没有画出，由图可知纸带的加速度为a_，在打D点时纸带的速度为vD_(保留两位有效数字)，F到G的距离为xFG_。图7解析(1)选取计数点，把每打5个点的时间间隔作为一个时间单位，可以减小测量的误差，A正确；为了减小实验的测量误差，加速度应适当大一些，B错误；舍去纸带上开始时密集的点，只利用点迹清晰、点间隔适当
14、的那一部分进行测量、计算，可以减小误差，C正确；适当增加钩码的个数，可以适当增大加速度，减小实验误差，D正确。(2)因为连续相等时间内的位移之差x0.75 cm，根据xaT2得，a m/s20.75 m/s2，xFGxEF0.75 cm19.65 cm14.50 cm0.75 cm5.90 cm。打D点时纸带的速度vD m/s0.40 m/s。答案(1)ACD(2)0.75 m/s20.40 m/s5.90 cm2.用图8所示装置探究物体的加速度与力的关系。实验时保持小车(含车中重物)的质量M不变，细线下端悬挂钩码的总重力作为小车受到的合力F，用打点计时器测出小车运动的加速度a。图8(1)关于
15、实验操作，下列说法中正确的是_。A.实验前应调节滑轮高度，使滑轮和小车间的细线与木板平行B.平衡摩擦力时，在细线的下端悬挂钩码，使小车在线的拉力作用下能匀速下滑C.每次改变小车所受的拉力后都要重新平衡摩擦力D.实验时应先接通打点计时器电源，后释放小车(2)图9为实验中打出纸带的一部分，从比较清晰的点迹起，在纸带上标出连续的5个计数点A、B、C、D、E，相邻两个计数点之间都有4个点迹未标出，测出各计数点到A点间的距离。已知所用电源的频率为50 Hz，打B点时小车的速度v_m/s，小车的加速度a_m/s2。(3)改变细线下端钩码的个数，得到aF图象如图10所示，造成图线上端弯曲的原因可能是_。图9
16、图10解析(1)细线的拉力不能引起小车对长木板压力的变化，A项正确；平衡摩擦力时不要挂钩码，B项错误；改变小车的拉力时无需重新平衡摩擦力，C项错误；实验时应先接通电源，后释放小车，D项正确。(2)打B点时小车的速度为vB m/s0.316 m/s；根据逐差法得出小车加速度为a0.93 m/s2。(3)F变大弯曲时，原因是随所挂钩码质量m的增大，不能满足钩码的质量远小于小车质量。答案(1)AD(2)0.316(0.32也算对)0.93(3)随所挂钩码质量m的增大，不能满足Mm 练后反思纸带的三大应用(1)由纸带确定时间要区别打点计时器(打点周期为0.02 s)打出的点与人为选取的计数点之间的区别
17、与联系，若每五个点取一个计数点，则计数点间的时间间隔t0.025 s0.10 s。(2)求解瞬时速度利用做匀变速直线运动的物体在一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求打某一点的瞬时速度。如图11甲所示，第n点的瞬时速度vn。(3)用“逐差法”求加速度如图乙所示，因为a1，a2，a3，所以a。甲乙图11“橡皮条、弹簧、碰撞”类实验1.小明同学在做“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验时，安装好如图12所示的实验装置，让刻度尺的零刻度线与弹簧上端平齐。(1)在弹簧下端挂1个钩码，静止时弹簧长度为l1，此时固定在弹簧挂钩上的指针在刻度尺(分度值是1 mm)上位置的放大图如图12所示，可读出弹簧的长
18、度l1_cm。图12(2)在弹性限度内，在弹簧下端分别挂2个、3个、4个、5个相同钩码，静止时弹簧长度分别是l2、l3、l4、l5。实验中，当挂3个钩码时，弹簧长度为24.95 cm。已知单个钩码质量是50 g，当地重力加速度g9.80 m/s2，据此小明计算出弹簧的劲度系数为_N/m。(结果保留3位有效数字)(3)实验中没有考虑到弹簧的自重，对弹簧劲度系数的测量结果有无影响？_(填“有”或“没有”)。(4)小红同学发现小明仅用这两组数据计算出的结果与弹簧的标称值相差较大，请你帮助小红提出更合理的数据处理方案：_。解析(1)已知刻度尺的零刻度线与弹簧上端平齐，由示数知此时弹簧长度为24.75
19、cm。(2)根据胡克定律，k490 N/m。(按题目要求，结果保留3位有效数字)(3)因为k，弹簧伸长量的增加量x取决于所挂钩码重力的增加量F，即k跟弹簧自重无关，故弹簧的自重对弹簧劲度系数的测量结果无影响。(4)偶然误差是由各种偶然因素(实验者、测量仪器、被测物理量影响等)引起的，偏大和偏小概率均等，故多次测量求平均值可有效减小偶然误差。答案(1)24.75(2)490(3)没有(4)作出Fl图象，求斜率；作出Fl图象，求斜率；利用逐差法求劲度系数；用多组数据，求平均值(答出任一种即可)2.现要用图13甲完成“验证力的平行四边形定则”实验：把白纸固定在竖直放置的木板上，白纸上画有一些同心圆，
20、相邻两圆之间的距离为r，圆心O距第一个圆的距离为r，A、B为光滑的滑轮，可沿虚线圆环滑动，也可固定。CO为竖直方向的一基准线。图13(1)完成下列主要实验步骤所缺的内容：用一细线系住橡皮筋的一端，细绳的另一端固定在C点，橡皮筋的另一端连接两条轻绳，跨过定滑轮后各拴一细绳套，分别挂上3个钩码和4个钩码(每个钩码重1 N)如图乙所示，适当调整A、B滑轮的位置，使橡皮筋与两细绳之间的结点稳定于O点处，记下_和两条轻绳的方向，取下钩码。再用一把弹簧测力计沿竖直方向把两细绳与橡皮筋的结点也拉至O处，如图丙所示，记下弹簧测力计的读数F_N。图14(2)若相邻两圆环之间的距离表示1 N，该同学已经在图14中
21、作出两条轻绳的拉力F1和F2。请按力的图示在图14中作出F1和F2的合力F及拉力F的图示。(3)对比F和F的大小和方向，发现它们不是完全一致的，其可能的原因是_。(填一个原因)(4)在步骤中“适当调整A、B滑轮的位置，使橡皮筋与两细绳之间的结点稳定于O点处”的目的是_。解析(1)本实验中钩码的重力替代拉力，故在实验完成后要记录下两条细绳上的钩码的个数，这样就相当于记录下了每根细绳所受到的拉力大小。弹簧测力计的读数F5.0 N。(2)所作的图示如图所示。(3)测量存在误差、作图没有画准、弹簧测力计自身重力的影响、滑轮与绳之间的摩擦力等。(4)由于CO是在竖直方向，适当调整A、B滑轮的位置，使橡皮
22、筋与两细绳之间的结点稳定于O点处，目的是为了使F1和F2的合力沿竖直方向。答案(1)两条细绳上的钩码的个数5.0(2)见解析(3)见解析(4)使F1和F2的合力沿竖直方向3.气垫导轨工作时，可忽略滑块与导轨表面间的阻力影响。现借助气垫导轨验证动量守恒定律，如图15甲所示，在水平气垫导轨上放置质量均为m的A、B(图中未标出)两滑块，左侧滑块的左端、右侧滑块的右端分别与一条穿过打点计时器的纸带(图中未画出)相连，打点计时器电源的频率为f。气垫导轨正常工作后，接通两个打点计时器的电源，待打点稳定后让两滑块以大小不同的速度相向运动，两滑块相碰后粘在一起继续运动。如图乙、图丙所示为某次实验打出的、分别与
23、两个滑块相连的两条纸带，纸带上相邻两计数点间有4个点未画出，用刻度尺分别测出s1、s2和s3。图15(1)若碰前滑块A的速度大于滑块B的速度，则滑块_(填“A或B”)与图乙所示纸带的_(填“左”或“右”)端相连；(2)碰撞前A、B两滑块的动量大小分别为_、_，验证动量守恒定律的表达式为_(用题目所给的已知量表示)。解析(1)因碰前A的速度大于B的速度，且A、B的速度方向相反，碰后速度相同，根据动量守恒定律可知，滑块A应与图乙所示纸带的左侧相连。(2)碰撞前两滑块的速度大小分别为v10.2s1f；v20.2s3f。碰撞后两滑块的共同速度大小v0.2s2f。所以碰前两滑块动量大小分别为p1mv10
24、.2mfs1，p2mv20.2mfs3，总动量为pp1p20.2mf(s1s3)，碰后总动量为p2mv0.4mfs2。则验证动量守恒定律的表达式为0.2mf(s1s3)0.4mfs2，即s1s32s2。答案(1)A左(2)0.2mfs10.2mfs3s1s32s2力学创新实验1.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、质量不相等的小球，按下述步骤做了如下实验：图16用天平测出两个小球的质量分别为m1和m2，且m1m2。按照如图16所示，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
25、端。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。将小球m2放在斜槽末端点B处，让小球m1从斜槽顶端A处由静止开始滚下，使它们发生碰撞，分别记下小球m1和m2在斜面上的落点位置。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点是该同学记下小球在斜面上的落点位置，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和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
26、碰撞是弹性碰撞。解析(1)不放小球m2，小球m1在斜面上的落点为E点，放上小球m2，小球m1和m2发生碰撞后，m1的落点为D点，m2的落点为F点。(2)由平抛运动的知识可知，设斜面BC的倾角为，小球从斜面顶端平抛落到斜面上，两者距离为L，则Lcos vt，Lsin gt2，可得vLcos cos 。由于、g都是恒量，所以v，v2L，所以动量守恒的表达式为m1m1m2。(3)由能量守恒定律可得m1LEm1LDm2LF，即满足此关系式则说明两小球碰撞为弹性碰撞。答案(1)DF(2)m1m1m2(3)m1LEm1LDm2LF2.如图17所示是某研究性学习小组设计的“探究做功与速度的关系”的实验装置。
27、他们将光电门固定在直轨道上的O点，将拉力传感器固定在质量为M的小车上，用不可伸长的细线通过一个定滑轮将小车与钩码相连，用拉力传感器记录小车所受拉力F的大小，通过光电门记录遮光条通过光电门的时间t，结合遮光条的宽度d计算出小车通过光电门时的速度，该小组提出如下两种操作方案：图17(1)方案一：用同一钩码通过细线拉同一小车，每次小车从不同位置由静止释放，各位置A、B、C、D、E、F、G(图中只标出了G)与O点间的距离s分别为s1、s2、s3、s4、s5、s6、s7。则该实验方案_(填“需要”或“不需要”)测量钩码的重力；_(填“需要”或“不需要”)平衡摩擦力；利用图象法处理实验数据，若以s为横轴，
28、以_(填“t”、“t2”、“”或“”)为纵轴作出的图象是一条过原点的直线，则可得出做功与速度的关系。(2)方案二：用不同的钩码通过细线拉同一小车，每次小车都从同一位置(与O点之间距离为s0)由静止释放。用该实验方案_(填“需要”或“不需要”)测量钩码的重力；_(填“需要”或“不需要”)平衡摩擦力；只要已知量和测得量满足关系_，即可得出做功与速度的关系。(3)为了减小两种方案的实验误差，下列做法正确的是_。A.增大遮光条的宽度使其宽度测量的相对误差尽量小B.对同一遮光条，多测几次宽度以减小偶然误差C.钩码质量应当远小于小车质量D.调节定滑轮高度，使连接小车的细线与轨道严格平行解析(1)本实验探究
29、做功与速度的关系，实际上是验证动能定理，由F合sMv2M，在方案一中只需要以s为横轴，以为纵轴作出图象，若图象是一条过原点的直线，即可验证动能定理，不需要计算拉力大小，也不需要平衡摩擦力。(2)方案二中，给出了不同的合外力，因为拉力传感器可以直接测出细线的拉力，要把该力作为小车所受的合外力，就需要平衡摩擦力；要验证动能定理，需要满足关系Fs0M。(3)应减小遮光条的宽度使测得的速度尽量接近小车经过光电门时的瞬时速度，A错误；多次测量求平均值可以减小偶然误差，B正确；因为细线的拉力直接由传感器测得，所以不必使钩码质量远小于小车质量，C错误；调节滑轮高度，使连接小车的细线与轨道平行，这样可使拉力方
30、向恒定，小车运行平稳，摩擦力稳定易平衡，D正确。答案(1)不需要不需要(2)不需要需要Fs0M(3)BD练后反思创新实验的解法(1)根据题目情境，提取相应的力学模型，明确实验的理论依据和实验目的，设计实验方案；(2)进行实验，记录数据，应用原理公式或图象法处理实验数据时，应结合物体实际受力情况和理论受力情况对结果进行误差分析。赢取满分策略做到一“明”、二“看”、三“提取”又快又准破解实验题满 分 策 略1.明明确考查的知识范围现在的物理实验题涉及力学、电(场、路)磁(场、感)学等知识。尽管题目千变万化，但通过仔细审题，都能直接地判断出命题人想要考查的知识点和意图。2.看看清实验题图实验题一般配
31、有相应的示意图、实物图，目的是告知实验仪器(或部分)及其组装情况，让考生探究考查意图。认识这些器材在实验中所起的作用，便能初步勾画实验过程。3.提取提取信息试题总是提供诸多信息再现实验情景，因此，解答时必须捕捉并提取有价值的信息，使问题迎刃而解。一般需要关注如下信息：(1)新的概念、规律、公式一些新颖的非学生实验题、陌生的新知识(概念公式)应用题、新规律验证题，都会为我们提供信息。要在阅读理解的基础上提取有用信息为解题服务。(2)新的表格数据通过解读表格，了解实验测量的物理量，根据表格中的数据，判断相关物理量之间的关系。如正比例、反比例关系，平方还是开方关系，或者是倒数关系。根据数据描点作图可
32、以直观反映实验的某种规律。(3)新的物理图象实验题本身提供物理图象，但这些图象平时没有接触过，关键要明确图象的物理意义，才能正确分析实验问题。【模拟示例】 (1)在DIS实验中，通过测量遮光板的宽度以及用光电计时器测量遮光板通过光电门时遮光的时间，可以求得速度，该速度本质上是_(填“平均速度”或“瞬时速度”)。若运动物体从同一位置开始运动，而遮光板的宽度不同，在下表中的四个速度中，哪个更接近于物体通过光电门瞬间的速度？_(填“”“”“”或“”)。 s0.020 mt0.043 101 s0.464 0 m/s s0.015 mt0.032 640 s0.459 6 m/s s0.010 mt0
33、.021 869 s0.457 3 m/s s0.005 mt0.011 160 s0.448 0 m/s图18(2)“用DIS测定加速度”的实验中，通过位移传感器获得小车运动的vt图象如图18(a)所示。小车在AB区域内的运动可视为_运动，此区域内小车的加速度a_m/s2。(3)如图(b)所示，为测量做匀加速直线运动小车的加速度，将宽度均为b的遮光板A、B固定在小车上，测得二者间距为d。当小车匀加速经过光电门时，测得两遮光板A、B先后经过的时间t1和t2，则小车加速度a_。解析(1)通过测量遮光板的宽度以及用光电计时器测量遮光板通过光电门时遮光的时间这一方法求得运动物体的速度，该速度本质是平
34、均速度。时间取得越短，平均速度越趋近于瞬时速度，可知第个速度更接近光电门的瞬时速度。(2)由图可知图象AB部分为倾斜的直线，因此小车在AB区域内做匀加速直线运动，图象的斜率的绝对值等于小车的加速度大小，因此有a m/s21.6 m/s2。(3)A通过光电门时小车的速度v1，B通过光电门时小车的速度v2，根据匀变速直线运动的速度与位移关系有vv2ad，解得小车的加速度为a。答案(1)平均速度(2)匀加速直线1.6(3)反思总结(1)利用DIS能直接将测量数据输入计算机，经过处理可得到所需图象，如xt图象、vt图象和at图象等，然后分析图象，利用图象的斜率和截距等即可求得速度和加速度。(2)在用图
35、象处理实验数据时常利用“化曲为直”的思想，将非线性关系图象转化为线性关系图象，然后由图线的截距和斜率等确定相关量。课时跟踪训练1.用游标卡尺测得某材料的长度如图1甲所示，示数为L_mm；用螺旋测微器测得该材料的直径如图乙所示，示数为D_mm。图1解析材料的长度L30 mm70.05 mm30.35 mm，材料的直径D3 mm20.30.01 mm3.203 mm。答案30.353.2032.如图2甲所示为研究小车做匀变速直线运动的实验装置图。图2(1)请写出图2甲中的两个重要的实验器材名称：_，_。(2)如图乙所示是某次实验中得到的纸带的一部分，则O、E两点间的距离为_cm。(3)如图3所示是
36、根据实验数据绘出的st2图象(s为纸带上各计数点至第一个点的距离)，则加速度大小a_m/s2(结果保留三位有效数字)。图3解析(1)题图甲中是纸带，是打点计时器。(2)由题图乙所示刻度尺可知，O、E两点间的距离s2.82 cm1.00 cm1.82 cm。(3)小车做初速度为零的匀加速直线运动，则根据sat2，由题图3可知，ka，则a2k0.933 m/s2。答案见解析3.利用以下装置可以完成力学中的许多实验。图4(1)以下说法中正确的是_。A.用此装置研究匀变速直线运动时，必须设法消除小车和木板间摩擦阻力的影响B.用此装置探究加速度与力、质量的关系时，每次改变砝码及砝码盘的总质量之后，需要重
37、新平衡摩擦力C.用此装置探究加速度与力、质量的关系时，为保证拉力近似等于沙桶(含沙)的重力，必须满足沙桶(含沙)的质量远小于小车的质量D.用此装置探究做功和速度变化的关系时，必须调节滑轮高度使连接小车的细线与木板平行(2)某同学在进行“探究加速度与力、质量的关系”实验时，经历了以下过程：a.在实验准备过程中，发现实验室有两种打点计时器，如图5所示。该同学决定使用电火花计时器，该打点计时器对电源的要求是_。图5A.交流220 V B.直流220 VC.交流46 V D.直流46 Vb.该同学欲通过图6所示装置打出的纸带(图7)来判断是否已经平衡摩擦力。根据纸带的点迹可以判断：为进一步平衡摩擦力，
38、图6中的垫块应向_(选填“左”或“右”)移一些。图6 图7c.在利用此装置做实验时(已知电源频率为50 Hz)，实验中按规范操作打出的一条纸带的一部分如图8所示。从比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，量出相邻计数点之间的距离。则打下计数点3时小车的瞬时速度大小为_m/s，小车的加速度大小为_m/s2。(以上两空结果均保留两位有效数字)图8解析(1)用此装置研究匀变速直线运动时，由于摩擦阻力是恒力，不必设法消除小车和木板间摩擦阻力的影响，选项A错误；用此装置探究加速度与力、质量的关系时，每次改变砝码及砝码盘的总质量之后，不需要重新平衡摩擦力，选项B错误；用此装置探究加速度与力、质量的关系时，为
39、保证拉力近似等于沙桶(含沙)的重力，必须满足沙桶(含沙)的质量远小于小车的质量，选项C正确；用此装置探究做功和速度变化的关系时，必须调节滑轮高度使连接小车的细线与木板平行，选项D正确。(2)电火花计时器使用的是220 V的交流电。根据纸带的点迹可以判断小车做减速直线运动，需要进一步平衡摩擦力，图6中垫块应向右移动。打下计数点3时小车的瞬时速度大小为v3102 m/s0.38 m/s。由逐差法可知小车的加速度大小为a102 m/s20.16 m/s2。答案(1)CD(2)a.Ab.右c.0.380.164.某实验小组要探究力对物体做功与物体获得速度的关系，选取的实验装置如图9所示。图9(1)除了
40、图中已有的实验器材外，还需要导线、开关、刻度尺和_电源(填“交流”或“直流”)。(2)实验主要步骤如下：.实验时，为使小车所受合力等于橡皮筋的拉力，在未连接橡皮筋前将木板的左端用小木块垫起，使木板倾斜合适的角度，启动电源，轻推小车，得到的纸带应该是图10中的_(填“甲”或“乙”)；图10.使小车在一条橡皮筋的作用下由静止弹出，沿木板运动，此过程中橡皮筋对小车做的功记为W；.再分别改用完全相同的2条、3条橡皮筋作用于小车，每次释放小车时由静止释放外，还必须_(填写相应实验条件)，使得每次每条橡皮筋对小车做的功都为W；.分析打点计时器打出的纸带，分别求出小车每次获得的最大速度v1、v2、v3，如图
41、11所示是实验中打出的一条纸带，为了测量小车获得的最大速度，应选纸带的_部分进行测量；图11.只有一条橡皮筋时，作出Wv图象，则下列符合实际的图象是_。(3)若该小组实验时在遗忘了步骤的情况下也完成了实验，那么当小车速度最大时，橡皮筋处于_(填“伸长”或“原长”)状态。解析(1)电磁打点计时器接46 V的交流电源，电火花计时器接220 V的交流电源。因此需要交流电源。(2)为使小车所受合外力等于橡皮筋的拉力，实验前必须平衡摩擦力，木板倾斜合适的角度，启动电源，轻推小车，使小车做匀速直线运动，得到的纸带应该是点迹均匀的乙。分别改用完全相同的2条、3条橡皮筋作用于小车，每次释放小车时除由静止释放外
42、，还必须从同一位置释放，使得每次每条橡皮筋对小车做的功都为W。为了测量小车获得的最大速度，应选用纸带的点迹均匀部分即GJ(或HJ)部分进行测量；由动能定理有Wmv2，作出Wv图象，则符合实际的图象是D。(3)若该小组实验时在遗忘了步骤(即没有平衡摩擦力)的情况下也完成了实验，那么当小车速度最大时，橡皮筋拉力等于摩擦力，即橡皮筋处于伸长状态。答案(1)交流(2)乙从同一位置释放GJ(或HJ)D(3)伸长5.随着力传感器的测量精度的提高，不用“扭秤”而进行实验研究点电荷间的相互作用力(库仑力)成为可能。如图12所示是某科技实验小组设计的研究库仑力的装置，在抽成真空的玻璃容器A内，M、N为完全相同的
43、金属小球(带电后可视为点电荷)，用绝缘支柱固定带电小球M，用可调丝线悬挂原来不带电的小球N，调控小球N的位置，通过等距离的背景刻度线0、1、2、3、4可准确确定小球M、N间的距离，相邻刻度线间距离均为d，通过固定在容器顶部并与丝线上端相连的高灵敏度拉力传感器B可以显示丝线上的拉力，控制放电杆可以让带电小球完全放电。实验小组完成了以下操作；图12在球N不带电时读出传感器示数F0；让球N与球M接触后，调整球N到位置1，读出并记录传感器示数F1；继续调整球N分别到位置2、3、4，依次读出并记录传感器示数F2、F3、F4；用放电杆使球N完全放电，再让球N与球M接触后，放回到位置1，读出并记录传感器示数
44、F5；重复的操作，依次读出并记录传感器示数F6、F7。(1)对于上述操作，下列判断正确的是_。A.根据的操作，可求出小球N在不同情况下所受的库仑力B.根据的操作，可研究库仑力跟点电荷距离间的关系C.根据的操作，可研究库仑力跟小球带电荷量间的关系D.要测定静电力常量k，还须准确测出小球M的带电荷量(2)小球N第一次与小球M接触后调整球N到位置1，此时小球M、N间的库仑力大小为_。(3)实验中使用两个完全相同的金属小球，其作用是_。解析(1)当小球N与球M接触带电后，M、N间产生库仑斥力，小球N受到重力mgF0、丝线拉力F1及库仑力FC1三个力，故库仑力FC1F0F1，需要及后续操作共同确定不同情
45、况下的库仑力大小，A选项错误；操作保持M、N所带电荷量不变，因此结合可研究库仑力跟点电荷距离间的关系，B选项正确；操作保持小球间距离不变，每次小球N放电后再与M接触，由于两球完全相同，使小球所带电荷量依次减小到前次的，要研究的是库仑力跟小球所带电荷量间的关系，需要四步的操作共同完成，选项C错误；由库仑定律可知，要测定静电力常量，必须准确测定小球M的带电荷量，D选项正确。(2)根据(1)可知FC1F0F1；(3)根据(1)可知，实验中使用两个完全相同的金属小球是为了使小球N与带电小球M接触时将M所带的电荷量平分。答案(1)BD(2)F0F1(3)使小球N与带电小球M接触时将M所带的电荷量平分6.
46、某同学利用打点计时器和气垫导轨做“验证动量守恒定律”的实验，气垫导轨装置如图13甲所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架等组成。在空腔导轨的两个工作面上均匀分布着一定数量的小孔，向导轨空腔内不断通入压缩空气，压缩空气会从小孔中喷出，使滑块稳定地漂浮在导轨上，这样就大大减小因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差。图13下面是实验的主要步骤：安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；向气垫导轨通入压缩空气；把打点计时器固定在紧靠气垫导轨左端弹射架的外侧，将纸带穿过打点计时器的限位孔和弹射架并固定在滑块1的左端，调节打点计时器的高度，直至滑块拖着纸带移动时，纸带始终在水平方向；使滑块1挤
47、压导轨左端弹射架上的橡皮绳；把滑块2放在气垫导轨的中间，已知碰后两滑块一起运动；先_，然后_，让滑块带动纸带一起运动；取下纸带，重复步骤，选出较理想的纸带如图乙所示；测得滑块1(包括撞针)的质量为310 g，滑块2(包括橡皮泥)的质量为205 g。(1)试完善实验步骤的内容。(2)已知打点计时器每隔0.02 s打一个点，计算可知两滑块相互作用前质量与速度的乘积之和为_kgm/s；两滑块相互作用以后质量与速度的乘积之和为_kgm/s。(保留三位有效数字)(3)试说明(2)问中两结果不完全相等的主要原因是_。解析(2)作用前滑块2的速度v0 m/s2.0 m/s，故作用前两滑块质量与速度的乘积为0.310 kg2.0 m/s0.620 kgm/s，作用后滑块1和滑块2具有相同的速度v m/s1.2 m/s，其质量与速度的乘积之和为(0.310 kg0.205 kg)1.2 m/s0.618 kgm/s。(3)相互作用前后动量减小的主要原因是纸带与打点计时器的限位孔有摩擦。答案(1)接通打点计时器的电源放开滑块1(2)0.6200.618(3)纸带与打点计时器的限位孔之间有摩擦
