高中物理必修第一册实验总结

测量做直线运动物体的瞬时速度 一、实验目的 1. 巩固对打点计时器的使用及利用纸带求瞬时速度。 2. 学会用实验探究小车速度随时间变化的规律，学会用v-t图像处理实验数据。 3. 探究小车在重物牵引下运动的速度随时间变化的规律。 二、实验原理 1. 利用纸带计算瞬时速度：以纸带上某点为中间时刻取一小段位移，用这段位移的平均速度表示该点的瞬时速度。 2. 用v-t图像表示小车的运动情况：以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系，用描点法画出小车的v-t图像。 三、实验器材 打点计时器、交流电源、纸带、一端带有滑轮的长木板、小车、细绳、槽码、刻度尺、坐标纸。 四、实验步骤 1. 如图所示，把一端带有滑轮的长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，打点计时器固定在长木板没有滑轮的一端，连接好电路。 2. 把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下面挂上适当的槽码，把纸带穿过打点计时器，并把纸带的另一端固定在小车的后面。 3. 把小车停在靠近打点计时器的位置，先接通电源，后释放小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一行小点，随后，立即关闭电源。 4. 增减所挂的槽码(或在小车上放置重物)，更换纸带，再做两次实验。 五、数据处理 1. 测量并记录数据 (1) 舍掉开头一些过于密集的点迹，找一个适当的点当作计时起点(0点) ，每5个点(相隔0.1s)取一个计数点进行测量，如图所示(相邻两点间还有四个点未画出) 。标明0，1，2，3，…测量各计数点到0点的距离 X1，X₂, X₃, …并记录填入表中。 (2) 分别计算出相邻的两计数点之间的距离x₁，x₂，x₃，… (3) 利用一段时间内的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度计算各点的速度，即 2. 作出v-t图像分析运动规律 (1) 在坐标纸上建立直角坐标系，横轴表示时间，纵轴表示速度，并根据表格中的数据在坐标系中描点。 (2) 画一条直线，让这条直线通过尽可能多的点，不在直线上的点均匀分布在直线的两侧，偏差比较大的点忽略不计，如图所示。 (3) 根据v-t图像求出小车运动的加速度 六、注意事项 1. 开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器。 2. 先接通电源，等打点稳定后，再释放小车。 3. 打点完毕，立即关闭电源。 4. 作图时应使所作的直线通过尽可能多的点，不在直线上的点也要尽可能地对称分布在直线的两侧，但若遇到个别偏离较远的点可舍去。 七、出题点 1.打点计时器： 低压交流电源选电磁打点计时器，220V交流选电火花打点计时器，必须用交流电，选择优先选电火花； 打点频率=交流电频率，通常频率为50Hz，即每两点时间间隔为0.02s（） 2.器材：电源一定要选交流电，刻度尺必须选，不需要计时工具，比如秒表。 3.顺序：必须先启动打点计时器、再放开小车（目的：节约纸带，多打点） 4.时间间隔：看题目中相邻两点之间还有几个点未画出，如出现关键词“相邻两点间有4个点未画出”，时间间隔要取0.1s。 5.纸带连小车问题：如下图 连小车的一头先打点，密集的一头先打点，点密集的一头连小车 6. 根据纸带算某点瞬时速度 如上图 7. 根据纸带算加速度 位移差公式：Δ𝒙 = 𝒂(𝒏 𝑻)𝟐 先把纸带等时间劈两半，整体列位移差公式，纸带奇数段时，舍去第一段即可 注意给的是每段长度还是到第一个点的长度 如上图 8.保留数字： 保留几位小数：从小数点后面取几位 保留几位有效数字：从第一个非0数字往后数 9.实际频率偏大偏小 T = 1/f , , 如实际频率偏大，代入公式的T偏大，算出来的a , v 均偏小 例题： 利用如图甲所示的实验装置“探究小车速度随时间变化的规律”. (1)甲图中打点计时器的工作电源是 (填标号). A.220 V直流电源 B.220 V交流电源 C.8 V直流电源 D.8 V 交流电源 (2)使用电火花计时器时的基本步骤如下： A.当纸带完全通过电火花计时器后，及时关闭电火花计时器 B.将电火花计时器插头插入相应的电源插座 C.把计时器固定在长木板上，将纸带从墨粉纸盘下面穿过打点计时器 D.接通开关，听到放电声，立即拖动纸带上述步骤正确的顺序是 (填写步骤前的字母). (3)某实验小组所得纸带上打出的部分计数点如图乙所示(每相邻两个计数点间还有 4个点，图中未画出). 6.11 cm,x₆=7.01 cm.打点计时器在打 E点时小车的速度大小为 = _________m/s(结果保留两位有效数字). (4)实验小组计算出纸带上各计数点对应的速度后，在坐标系中描出的点如图丙所示，请根据这些点在丙图中作出 v-t图像.并根据图像计算 出 小 车 运 动的 加 速 度 大 小为 (结果保留两位有效数字). (5)若所选用的电源电压略高于额定值，所测加速度的值 (选填“偏大”“偏小”或“不变”). 探究弹簧弹力与形变量的关系 一、实验目的 1. 探究弹簧弹力与形变量的关系。 2. 学会利用列表法、图像法、函数法处理实验数据。 3. 学会根据F-x、F-l图像求出弹簧的劲度系数。 二、实验原理 1. 如图所示，在弹簧下端悬挂钩码时弹簧会伸长，平衡时弹簧产生的弹力与所挂钩码的重力大小相等。因此通过对弹簧悬挂不同重物并求出对应的伸长量来探究弹力与弹簧伸长量的关系。 2. 弹簧的长度可用刻度尺直接测出，伸长量可由弹簧的长度减去弹簧的原长求得。 3. 建立直角坐标系，以纵坐标表示弹力的大小F，以横坐标表示弹簧的伸长量x，在坐标系中描出实验所测得的各组数据(x，F)对应的点，用平滑的曲线将这些点连接起来，根据实验所得的图线，就可探究弹力大小与伸长量间的关系。 三、实验器材 轻弹簧、钩码 (一盒) 、刻度尺、铁架台、重垂线、坐标纸。 四、实验步骤 1. 测量原长：将弹簧的一端挂在铁架台上，让其自然下垂，用刻度尺测出弹簧自然伸长状态时的长度10，即原长。 2. 测量弹簧总长度和弹力：如图在弹簧下端挂上质量为m₁的钩码，测出静止时弹簧的长度l₁，记录m₁与 3. 重复实验：改变所挂钩码的质量，量出对应的弹簧长度，记录m₂、m₃…和相对应的弹簧长度 填入表中。 钩码质量m 弹簧长度l 伸长量x 弹力F m₁ l₁ x₁ F₁ m2 l₂ x₂ F₂ m₃ l₃ x3 F₃ … … … … 五、数据处理 1. 以弹力F(大小等于所挂钩码的重力)为纵坐标，以弹簧的伸长量x为横坐标，用描点法作图。连接各点，得出弹力F随弹簧伸长量x变化的图像。由实际作出的F-x图像可知，图像为过原点的直线。 2. 以弹簧伸长量为自变量，写出弹力和弹簧伸长量之间的函数关系，函数表达式中的常数即为弹簧的劲度系数，这个常数也可根据F-x图像的斜率求解，即 六、误差分析 产生原因 减小方法 系统误差 弹簧自身重力 选轻质弹簧 钩码标值不准确 用弹簧测力计测量比较后选用 偶然误差 弹簧长度测量不准确 固定刻度尺， 多次测量 描点、作图不准确 坐标轴的标度尽量大些， 让尽量多的点落在线上或均匀分布于线的两侧 七、注意事项 1. 所挂钩码不要过重，以免弹簧被过分拉伸，超出其弹性限度。 2. 测量弹簧长度时，一定要在弹簧竖直悬挂且处于稳定状态时测量，刻度尺要保持竖直并靠近弹簧，以免增大读数误差。 3. 连线时，所描的点不一定都落在一条直线上，但应注意一定要使各点均匀分布在直线的两侧。 例题： 某同学利用如下图所示的装置做“探究弹簧弹力大小与伸长量的关系”实验。通过改变悬挂钩码的数量，改变弹簧的伸长量。 (1)在实验中，弹簧始终处于弹性限度内，弹簧的质量可以忽略不计。根据实验数据，在坐标纸上描出六个点。根据所描绘的点，在上图的坐标纸内画出F-x图像 ，并求出该弹簧的劲度系数k= N/m（保留2位有效数字）。观察F-x图像，可以判断弹簧弹力F与其伸长量x成正比，其依据是 。 (2)另一位同学利用相同的弹簧进行实验时，误将弹簧的长度记为x，得到的F-x图像的斜率 （选填“变大”、“不变”、“变小”），图线与横轴的交点表示弹簧的 。 (3)若将两个劲度系数均为k的弹簧串联在一起，形成一个“长弹簧”，甲同学类比电阻的串联规律，认为“长弹簧”整体的劲度系数为2k；乙同学认为在相同拉力作用下，“长弹簧”整体的形变量是单根弹簧的2倍，“长弹簧”整体的劲度系数应该为；你认为 （选填“甲同学对”、“乙同学对”、“都不对”） 。若将两个劲度系数均为k的弹簧并联在一起，形成一个“粗弹簧”，“粗弹簧”整体的劲度系数为 。 探究两个互成角度的力的合成规律 一、实验目的 1. 探究两个互成角度的共点力和合力的关系； 2. 学习用等效的思想探究矢量合成的方法。 二、实验原理 等效替代：如果使 F₁、F₂的共同作用效果与另一个力 F'的作用效果相同 (使橡皮条在某一方向伸长一定的长度)，看F₁、F₂用平行四边形定则求出的合力 F与这一个力 F'是否在实验误差允许范围内大小相等、方向相同，如果在实验误差允许范围内，就验证了力的平行四边形定则。 三、实验器材 木板，白纸，图钉若干，橡皮条一段，细绳套(两个)，弹簧秤两个，三角板，刻度尺，量角器，铅笔。 四、实验步骤 1. 把橡皮条的一端固定在板上的 A 点； 用两条细绳结在橡皮条的另一端，通过细绳用两个弹簧秤互成角度拉橡皮条，橡皮条伸长，使结点伸长到O点 (如图) 注意：经验得知两个分力F₁、F₂间夹角θ越大，用平行四边形作图得出的合力F的差也越大，所以实验中不要把θ角取得太大，一般不大于90°为最佳。橡皮条、细绳、测力计应在同一平面内，测力计的挂钩应避免与纸面磨擦。 2. 用铅笔记下O点的位置，画下两条细绳的方向，并记下两个测力计的读数。 注意：拉橡皮条的细线要长些，标记每条细线方向的方法是使视线通过细线垂直于纸面，在细线下面的纸上用铅笔点出两个定点的位置，并使这两个点的距离要尽量远 3. 在纸上按比例作出两个力F₁、F₂的图示，用平行四边形法则求出合力F。 注意：作图要用尖铅笔，图的比例要尽量大些，要用严格的几何方法作出平行四边形，图旁要画出表示力的比例线段，且注明每个力的大小和方向。 4. 只用一个测力计，通过细绳把橡皮条上的结点拉到同样的位置O 点，记下测力计的读数和细绳的方向，按同样的比例作出这个力 F"的图示，比较 F'与用平行四边形法则求得的合力F，比较合力大小是否相等，方向是否相同。 5. 改变F₁和F₂的夹角和大小，再做两次。 注意：改变分力大小和夹角再做两次时，每次都把橡皮条的结点拉到 O 点，为了直观地看出分力可能大于合力，可以使其中一次两个分力的夹角大于 l20°。 五、数据处理 1.实验记录 项目次数 分力 F₁ (牛) 分力 F₂ (牛) 用平行四边形法则作图量出合力F 用一个测力计直接测出 F₁、F₂的合力 F' F'与F的夹角θ(度) 1 2 3 六、注意事项 1. 用弹簧秤测拉力时，应使拉力沿弹簧秤的轴线方向，橡皮条、弹簧秤和细绳套应位于与纸面平行的同一平面内。 2. 同一次实验中，橡皮条拉长后的结点位置O必须保持不变。 3. 使用弹簧测力时，拉力适当大一些。 4. 画力的图示时应该选择适当的标度。尽量使图画的大些，同一次实验中标度应该相同，要严格按力的图示要求和几何作图法作出平行四边形，求出合力。 5. 用两个弹簧秤勾住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° 到 100° 之间为宜。 七、误差分析 1. 本实验误差的主要来源：弹簧秤本身的误差、读数误差、作图误差。 2. 减小误差的方法：读数时眼睛一定要正视，要按有效数字正确读数和记录，两个力的对边一定要平行； 两个分力 F₁、F₂间夹角θ越大，用平行四边形作图得出的合力 F'的误差△F也越大，所以实验中不要把θ取得太大。 例题： 用等效代替法验证力的平行四边形定则的实验情况如下图甲所示，其中A为固定橡皮筋的图钉，O为橡皮筋与细绳的结点， OB和 OC为细绳，图乙是白纸上根据实验结果画出的图。 （1）本实验中“等效代替”的含义是 A． 橡皮筋可以用细绳替代 B． 左侧弹簧测力计的作用效果可以替代右侧弹簧测力计的作用效果 C． 右侧弹簧测力计的作用效果可以替代左侧弹簧测力计的作用效果 D． 两弹簧测力计共同作用的效果可以用一个弹簧测力计的作用效果替代 （2） 图乙中的 F与F'两力中，方向一定沿着 AO方向的是 ，图中 是F1、F2合力的理论值， 是合力的实验值。 （3）完成该实验的下列措施中，容易产生实验误差的是 A． 拉橡皮筋的绳细一些且长一些 B． 拉橡皮筋时，弹簧秤、橡皮筋、细绳应贴近木板且与木板面平行 C． 可以用手按住细绳以方便记录细绳的方向 D． 拉橡皮筋的细绳要长些，标记同一细绳方向的两点要远些 探究加速度与物体受力、物体质量的关系 一、实验目的 1. 学会用“控制变量法”探究加速度与力、质量的定量关系。 2. 学会用图像法研究加速度与质量、力之间的关系。 3. 学会将a-m图像采用“化曲为直”法转化为( 图像的思想方法。 二、实验原理 1. 实验方法：控制变量法 2. 物理量测量 (1) 小车质量的测量：利用天平测出，在小车上增减砝码可改变小车的质量。 (2) 拉力的测量：实验装置如图所示，用悬挂槽码的方法为小车提供拉力。把木板的一端垫高，以补偿小车运动时受到的阻力。在悬挂的槽码的质量远小于小车质量的情况下，测出槽码的总重力，它近似等于小车运动时所受的拉力。 (3) 加速度的测量：利用打点计时器打出纸带，由 来计算加速度。 三、实验器材 小车、砝码、槽码、细绳、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、交流电源、纸带、刻度尺、天平。 四、实验步骤 1. 用天平测出小车的质量M，并把数值记录下来。 2. 按如图所示的装置把实验器材安装好(小车上先不系细绳) 。 3. 补偿阻力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫一木块，反复移动木块位置，直到使小车在不受牵引时能拖动纸带沿木板保持匀速直线运动为止 (纸带上相邻点间距相等) 。 4. 把小车停在靠近打点计时器处，挂上槽码，先接通电源，再让小车拖着纸带在木板上匀加速下滑，打出一条纸带。计算槽码的重力，即小车所受的拉力，由纸带计算出小车的加速度，并把槽码的重力和对应的加速度记录在下方表格中。 探究加速度与物体受力、物体质量的关系 实验序号 物理量 1 2 3 4 5 6 槽码的重力 F/N 加速度a/(m·s⁻²) 5. 改变槽码的个数，重复步骤(4)，并多做几次。 6. 保持小车受到的拉力不变，在小车上放上砝码改变小车的质量，再让小车在木板上运动打出纸带。计算小车上的砝码和小车的总质量m，并由纸带计算出小车对应的加速度。把相应数据记录在下方表格中。 实验序号 l 2 3 4 5 6 物理量 质量m/ kg 质量的倒数[1/kg⁻¹ 加速度a/(m·s⁻²) 7. 改变小车上砝码的个数，重复步骤(6)，并多做几次，所对应的质量和加速度也需记录在上方表格中。 五、数据处理 1. 由表1中记录的数据，以a为纵坐标、F为横坐标，根据数据作a-F图像(如图所示)，找出规律，分析a与F的关系。 2. 由表2中记录的数据，分别以a为纵坐标、m和为横坐标，根据数据作a-m图像和 图像(如图所示)，分析a与m的关系。 3. 实验结论 (1) 保持物体质量不变时，物体的加速度a与所受力F成正比。 (2) 在力F不变时，物体的加速度a与质量m成反比。 六、误差分析 1. 系统误差 本实验用槽码的重力m'g代替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于槽码的重力。槽码的质量越接近于小车的质量，误差越大； 反之，槽码的质量比小车的质量小的越多，由此引起的误差就越小。因此，满足槽码的质量远小于小车的质量的目的就是为了减小因实验方案不完善而引起的误差。 2. 偶然误差 补偿阻力不准确、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。 七、注意事项 1. 打点前小车应靠近打点计时器，且应先接通电源后释放小车。 2. 在补偿阻力时，不需要悬挂槽码，但小车应连接纸带且接通电源。用手轻轻地给小车一个初速度，如果在纸带上打出的点迹间隔均匀，表明小车受到的阻力跟它受到的重力沿斜面向下的分力平衡。 3. 改变悬挂槽码的个数的过程中，要始终保证槽码的总质量远小于小车的质量。 4. 作图时应使所作的直线通过尽可能多的点，不在直线上的点也要尽可能地对称分布在直线的两侧，但若遇到个别偏离较远的点可舍去。 例题： 2．某小组利用如图甲所示装置探究小车加速度与合外力的关系。    （1）下列做法中错误的是 （单选）； A．实验前调节滑轮高度，使细线与长木板平行 B．实验时，每次改变钩码总质量，都需要重新平衡摩擦力 C．先接通打点计时器电源，再由静止释放小车，使其在钩码拉动下运动 D．实验前将长木板远离滑轮一端适当垫高，在不挂钩码时轻推小车，小车恰能做匀速直线运动 （2）实验中打出的一条纸带如图乙所示，每间隔4个计时点取一个计数点。已知该电源频率为50Hz，则A、B两点间的时间间隔 s；由该纸带可求得小车的加速度 。    （3）另一小组利用力传感器直接测量小车所受拉力，实验装置如图丙所示。增加钩码总质量，得到的小车加速度a与绳子拉力F的图像如图丁所示。根据此图像，计算出小车质量 kg。（结果保留三位有效数字）本实验中，是否需要满足小车质量远大于钩码总质量？ （选填“是”或“否”）。 2 学科网（北京）股份有限公司 $$