(共30张PPT)
专题六 物理实验（1）课件
考点分析
物理实验是高考试题中不可缺少的一部分，所占比重虽然不是很大，但确是提分的关键，此部分试题有较为固定的解题思路，再难以解答的试题，都会有简单的填空。抓住各类题型的解题思路，是解决实验题的关键。高考中一般有两个实验题，力学实验与电学实验各一道题。实验题考察的是对知识的综合运用，是通过探究，运动所学的知识将实验步骤完成的题型。
知识结构
学习目标
1.熟练掌握关于实验的各知识点，并会合理运用。
2.将实验题的基础题型烂熟于心，并透彻研究其解题思路。
3.熟练掌握实验题解题技巧，学会举一反三。
第十一讲 力学实验
一、核心思路
二、重点知识
1.系统误差：由于仪器本身不精密、实验方法粗略或实验原理不完善而产生的误差。系统误差总是同样偏大或偏小。系统误差可以通过更新仪器、完善原理和精确实验方法来减小。
2.偶然误差：由各种偶然因素如测量、读数不准确、作图不规范造成的误差，偶然误差表现为重复做同一实验时总是时大时小，偶然误差可用多次测量求平均值或作图的方法来减小。
3.有效数字：带有一位不可靠数字的近似数字叫有效数字，有效数字从左边第一个不为零的数字算起，如0.0857为三位有效数字，中学阶段一般取2位或3位有效数字。
三、考点分析
考点1 游标卡尺和螺旋测微器的读数
考点2 纸带类实验
考点3 带电粒子在匀强电场
1.橡皮条、弹簧的弹力大小与伸长量之间的关系满足胡克定律，实验的数据处理中一般选用图象法。
2.胡克定律描述的是在弹性限度内，橡皮条（弹簧）的弹力与形变量成正比，如果超出弹性限度，正比关系不再成立。
3.图象法处理数据的要求
（1）作图一定要用坐标纸，提高作图的精准度。
（2）要标明坐标轴名、单位，在坐标轴上每隔一定的间距按有效数字的位数标明数值。
（3）图上的连线不一定通过所有的数据点，应尽量使数据点合理地分布在线的两侧。
（4）作图时常通过选取适当的坐标轴所表示的物理量使图象线性化，即“变曲为直”。
（5）为了使坐标纸有效使用范围增大，坐标原点可以不从“0”开始。
考点4 “光电门”问题
【例7】甲图是英国数学家和物理学家阿特伍德（G·Atwood1746-1807）创制的一种著名力学实验装置—阿特伍德机，用来研究竖直方向上做匀变速直线运动物体的超失重规律。某同学对该装置加以改进后还可以用来测量一个物体的质量，如图乙所示。
考点5 验证物理定律专题六 物理实验（1）讲义
物理实验是高考试题中不可缺少的一部分，所占比重虽然不是很大，但确是提分的关键，此部分试题有较为固定的解题思路，再难以解答的试题，都会有简单的填空。抓住各类题型的解题思路，是解决实验题的关键。高考中一般有两个实验题，力学实验与电学实验各一道题。实验题考察的是对知识的综合运用，是通过探究，运动所学的知识将实验步骤完成的题型。
1. 熟练掌握关于实验的各知识点，并会合理运用。
2. 将实验题的基础题型烂熟于心，并透彻研究其解题思路。
3. 熟练掌握实验题解题技巧，学会举一反三。
第十一讲 力学实验
一、核心思路
二、重点知识
1.系统误差：由于仪器本身不精密、实验方法粗略或实验原理不完善而产生的误差。系统误差总是同样偏大或偏小。系统误差可以通过更新仪器、完善原理和精确实验方法来减小。
2.偶然误差：由各种偶然因素如测量、读数不准确、作图不规范造成的误差，偶然误差表现为重复做同一实验时总是时大时小，偶然误差可用多次测量求平均值或作图的方法来减小。
3.有效数字：带有一位不可靠数字的近似数字叫有效数字，有效数字从左边第一个不为零的数字算起，如0.0857为三位有效数字，中学阶段一般取2位或3位有效数字。
三、考点分析
考点1 游标卡尺和螺旋测微器的读数
1.游标卡尺
（1）读数：测量值=主持读数+精度×游标尺读数
（2）精度：10分度，精度0.1mm
20分度，精度0.05mm
50分度，精度0.02mm
2.螺旋测微器
读数：测量值=固定刻度+可动刻度（带估读值）×0.01mm
3.注意事项
（1）10分度的游标卡尺，以mm为单位，小数点后只有1位数；20分度和50分度的游标卡尺以mm为单位，小数点后有2位数。
（2）游标卡尺在读数时先读主尺数据，再读游标尺数据，最后两数相加。游标卡尺读数不估读。
（3）不要把游标尺的边缘当成零刻线，从而把主尺的刻度读错。
（4）螺旋测微器读数时，要注意固定刻度上表示半毫米的刻度线是否已经露出；要准确到0.01 mm，估读到0.001 mm，即结果若用mm为单位，则小数点后必须保留三位数字。
【例1】另一位同学使用螺旋测微器测量某物体的厚度，测量结果如图所示，则该物体的厚度为_____。
答案：6.060
解析：螺旋测微器的固定刻度为6mm，可动刻度为6.0×0.01mm=0.060mm，所以最终读数为：6mm+0.060mm=6.060mm。
【例2】甲、乙、丙三位同学使用不同的游标卡尺测量某圆筒的直径时，测量结果分别如下：
甲同学：使用游标为10分度的卡尺，读数为；
乙同学：使用游标为20分度的卡尺，读数为；
丙同学；使用游标为50分度的卡尺，读数为。
从这些数据中可以看出读数不正确的是_____同学。
答案：丙
解析：甲同学使用游标为10分度的卡尺，精确度为0.1mm，所以游标为10分度的卡尺，以cm为单位的时候，小数点后又两位数，所以甲的读数是可能的
乙同学使用游标为20分度的卡尺，精确度为0.05mm，所以游标为20分度的卡尺，最后的读数一定是0或者5，所以乙的读数是可能的；
丙同学使用游标为50分度的卡尺，精确度为0.02mm，所以游标为50分度的卡尺，最后的读数一定是偶数，所以丙同学的读数是错误的。
[变式训练]
1.传统20分度游标卡尺的游标尺是将主尺上等分20小格，其测量值可准确到。用它测量某一薄板的厚度时卡尺示数如图甲所示，此薄板的厚度为_______。这种游标有一个最大的缺陷，就是游标尺的刻度线过密，容易造成使用者眼花而引起读数时产生差错。为此厂家设计制作时，作了较大的改进，如图乙所示为实验室现在使用的一种改进后的游标卡尺，它的游标尺将主尺的等分为20格（图中只画出了一部分），这样一来，使用者不再因游标尺的刻度线过密而导致眼花，这种尺的测量值可准确到_______。图乙中为用改进的这种卡尺测量某一物体长度时的示数，其值为_______。
2.某学生用螺旋测微器测定某一金属丝的直径时，测得的结果如图甲所示，则该金属丝的直径_______mm。另一位学生用游标尺上标有20等分刻度的游标卡尺测一工件的长度，测得的结果如图乙所示，则该工件的长度_________cm。
考点2 纸带类实验
1.打点计时器
（1）电磁打点计时器：低压交流电、50Hz；
（2）火花打点计时器：220V交流电、50Hz。
2.两个关键点
（1）区分计时点和计数点：计时点是指打点计时器在纸带上打下的点，计数点是指测量和计算时在纸带上所选取的点。要注意“每五个点取一个计数点”与“每隔四个点取一个计数点”的取点方法是一样的，都是描5个计时点的时间。
（2）涉及打点计时器的实验均是先接通打点计时器的电源，待打点稳定后，再释放纸带。
3.纸带的三大应用
（1）判断物体运动性质：设相邻相等时间内位移差为，有：①若，则可判定物体在实验误差允许的范围内做匀速直线运动。②若不为零且为定值，则可判定物体在实验误差允许范围内做匀变速直线运动。
（2）求解瞬B速度：做匀变速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。
（3）用“逐差法”求加速度
如图所示：
我们只需带入公式：，即可求出加速度。
【例3】在做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中：
（1）下列仪器需要用到的有______。
A. B.
C. D.
（2）某同学进行了以下实验操作步骤，其中有误的步骤是_________。
A.将电火花打点计时器固定在长木板的一端，并接在220 V交流电源上
B.将纸带固定在小车尾部，并穿过打点计时器的限位孔
C.把一条细绳拴在小车上，细绳跨过定滑轮，下面吊着适当重的钩码
D.拉住纸带，将小车移到靠近打点计时器的一端后，放开纸带，再接通电源
（3）在实验中得到一条如图所示的纸带，已知电源频率为50 Hz，相邻计数点间的时间间隔为0.1 s，测量出，则打下“F”点时小车的瞬时速度________m/s。（结果保留两位有效数字）
（4）若实验时电源频率大于50 Hz，则打下“F”点时小车的实际速度________（填“大于”“小于”或“等于”）测量速度。
答案：（1）AB
（2）D
（3）0.46
（4）大于
解析：（1）在做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，依据实验原理，通过打点计时器在纸带上打点，借助刻度尺来测量长度，从而研究小车的速度与时间的关系，故选A、B。
（2）应先接通电源，后放开纸带，故选项D错误。
（3）打下纸带上F点时小车的瞬时速度大小为
。
（4）若实验时电源频率大于50 Hz，则相邻计数点间的时间间隔，由F点的瞬时速度表达式可知，其实际速度大于测量速度。
[变式训练]
3.某同学用如图甲所示的实验装置探究匀变速直线运动的规律。
(1)做该实验时，下列操作必须满足的是( )
A.适当抬高木板左端，平衡小车在木板上运动时受到的摩擦力
B.小车的质量远大于砂桶和砂的质量
C.先释放小车后接通电源
D.拉小车的细绳与木板平行
(2)图乙是该同学实验时打出的一条纸带的一部分，由刻度尺的测量数据可知：做匀变速直线运动的物体，在连续相等的时间内，位移之差________(选填“相等”或“不相等”)，速度的变化量_________(选填“相等”或“不相等”)，位移之差、速度的变化量和时间的关系是__________。
考点3 橡皮条、弹簧类实验
1.橡皮条、弹簧的弹力大小与伸长量之间的关系满足胡克定律，实验的数据处理中一般选用图象法。
2.胡克定律描述的是在弹性限度内，橡皮条（弹簧）的弹力与形变量成正比，如果超出弹性限度，正比关系不再成立。
3.图象法处理数据的要求
（1）作图一定要用坐标纸，提高作图的精准度。
（2）要标明坐标轴名、单位，在坐标轴上每隔一定的间距按有效数字的位数标明数值。
（3）图上的连线不一定通过所有的数据点，应尽量使数据点合理地分布在线的两侧。
（4）作图时常通过选取适当的坐标轴所表示的物理量使图象线性化，即“变曲为直”。
（5）为了使坐标纸有效使用范围增大，坐标原点可以不从“0”开始。
【例4】“探究弹力和弹簧伸长量的关系，并测定弹簧的劲度系数”的实验装置如图1所示，所用的每个钩码的重力相当于对弹簧提供了向右恒定的拉力.实验时先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，再将5个钩码逐个挂在绳子的下端，测出每次相应的弹簧总长度L.（弹簧的弹力始终在弹性限度以内）
（1）某同学通过以上实验测量得到6组数据，并把6组数据描点在坐标系图中，如图2所示，请在图2中作出图线。
（2）由此图线可得出该弹簧的原长为________cm，劲度系数为________N/m。
（3）该同学实验时，把弹簧水平放置与弹簧竖直悬挂放置比较，优点在于：___________，缺点在于：______________。
答案：（1）如图所示
（2）5；20
（3）避免弹簧自身所受重力对实验的影响；弹簧与桌面及绳子与滑轮间存在摩擦造成实验的误差
解析：（1）用平滑的曲线将各点连接起来，如图所示。
（2）弹簧的原长为弹力为零时弹簧的长度，由图象可知，；劲度系数为图象直线部分的斜率，。
（3）优点在于：避免弹簧自身所受重力对实验的影响；缺点在于：弹簧与桌面及绳子与滑轮间存在摩擦造成实验的误差。
[变式训练]
4.有同学利用如图所示的装置来验证力的平行四边形定则.在竖直木板上铺有白纸,固定两个光滑的滑轮和,将绳子打一个结点,每个钩码的重量相等,当系统达到平衡时,根据钩码个数读出三根绳子的拉力和,回答下列问题。
(1)改变钩码个数,实验能完成的是( )
A.钩码的个数 B.钩码的个数
C.钩码的个数 D.钩码的个数
(2)在拆下钩码和绳子前,最重要的一个步骤是______.
A.标记结点的位置,并记录三段绳子的方向
B.量出三段绳子的长度
C.用量角器量出三段绳子之间的夹角
D.用天平测出钩码的质量
(3)在作图时,你认为图中________(选填“甲”或“乙”)是正确的。
考点4 “光电门”问题
1.光电门的结构：
光电门是一个像门样的装置，一边安装发光装置，一边安装接收装置并与计时装置连接。
2.光电门的原理：
当物体通过光电门时光被挡住，计时器开始计时，当物体离开时停止计时，根据物体大小与运动时间的比值计算物体运动的速度。
（1）计算速度：如果挡光片的宽度为d，挡光时间为，则物体经过光电门时的瞬时速度。
（2）计算加速度：利用两光电门的距离L及计算加速度。
【例5】甲图是英国数学家和物理学家阿特伍德（G·Atwood1746-1807）创制的一种著名力学实验装置—阿特伍德机，用来研究竖直方向上做匀变速直线运动物体的超失重规律。某同学对该装置加以改进后还可以用来测量一个物体的质量，如图乙所示。
(1)实验时，该同学进行了如下操作：
①将质量均为（的含挡光片，的含挂钩）的重物用绳连接后，跨放在定滑轮上，处于静止状态，测量出_______（填“的上表面”“的下表面”或“挡光片中心”）到光电门中心的竖直距离；
②在的下端挂上质量为（未知）的物块，让系统（重物以及物块）由静止开始运动，光电门记录挡光片挡光的时间为；
③测出挡光片的宽度，利用有关物理量，就可以计算出物块的质量。
(2)已知当地重力加速度为，则物块的质量可表达为_______（用表示）。
答案：（1）挡光片中心;（2）
解析：（2）对系统，设加速度大小为a，由牛顿第二定律可得mg=（2M+m）a,又，而，联立解得。
[变式训练]
5.某同学用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律。气垫导轨上处安装了一个光电门，滑块上固定一遮光条，滑块用绕过气垫导轨左端定滑轮的细线与钩码相连，每次滑块都从同一位置由静止释放，释放时遮光条位于气垫导轨上位置的上方。
（1）该同学用游标卡尺测量遮光条的宽度，如图乙所示，则_____。
（2）下列不必要的一项实验要求是（ ）(请填写选项前对应的字母)．
A．滑块必须由静止释放
B．应使滑块(包括遮光条)的质量远大于钩码的质量
C．已知当地重力加速度
D．应使牵引滑块的细线与气垫导轨平行
（3）实验中，接通气源，滑块静止释放后，由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间为，测得滑块(包括遮光条)质量为，钩码质量为间的距离为。在实验误差允许范围内，钩码减小的重力势能与__________(用直接测量的物理量符号表示)相等，则机械能守恒。
考点5 验证物理定律
【例6】如图所示为实验室中验证动量守恒定律的实验装置示意图。
（1）若入射小球质量为，半径为；被碰小球质量为，半径为，则下列说法正确的是_________。
A. B. C. D.
（2）为完成此实验，以下所提供的测量工具中必需的是__________。
A.刻度尺 B.游标卡尺 C.天平 D.停表
（3）设入射小球的质量为，被碰小球的质量为，则在用图中所示装置进行实验时（P为碰前入射小球落点的平均位置），所得“验证动量守恒定律”的表达式为_________（用装置图中的字母表示）。
答案：（1）C
（2）AC
（3）
解析：（1）在小球碰撞过程中水平方向上动量守恒，故有，在碰撞过程中若机械能守恒，则有，解得，若要碰后入射小球的速度，故，即，为了使两球发生正碰，要求两小球的半径相同，即，故选项C正确，A、B、D错误。
（2）P为碰前入射小球落点的平均位置，M为碰后入射小球落点的平均位置，N为碰后被碰小球落点的平均位置，碰撞前入射小球的速度为，碰撞后入射小球的速度为，碰撞后被碰小球的速度为，若成立，则表明通过该实验验证了两球碰撞过程中动量守恒，解得，故需要的测量工具有刻度尺和天平，故选项A、C正确，B、D错误。
（3）根据上述分析可知，表达式为
[变式训练]
6.某实验小组用单摆测量当地重力加速度，实验装置如图甲所示，处理数据时取3.14。
(1)以下说法正确的是________。
A.摆球应选择体积小的、质量大的
B.细线伸缩性要尽量小，长度大约
C.计时的起点和终点应选择摆球摆至最低点时
D.摆球的最大摆角大约为45°最好
E.细线上端应选择如图乙所示的悬挂方式
(2)该实验小组首先利用游标卡尺测量摆球的直径，如图丙所示，则小球直径_______。
(3)用细线将摆球悬挂好后，该实验小组又用刻度尺测得细线悬挂点到摆球上端的距离为；用秒表测得摆球完成30次全振动的时间为，根据测量的数据计算得出当地重力加速度_______(结果保留三位有效数字)。
(4)为使实验结果精确，该实验小组通过改变摆长又做了多次实验，用表示摆长，表示振动周期，根据实验数据做出的图象为一条过原点的直线，图线的斜率，由图象可得当地重力加速度_______(结果保留三位有效数字)。
变式训练答案
变式1答案：0.15；0.05；36.80
解析：比薄板的厚度为0+005mm×3=0.15mm；这种尺的测量值可准确到2mm-mm=0.05mm；物体长度为3968mm-×16mm=36.80mm。
变式2答案：3.200；5.025
解析：螺旋测微器的固定刻度读数为3 mm，可动刻度读数为，所以最终读数为。游标卡尺的固定刻度读数为5.0 cm，游标尺上第5个刻度与主尺上某一刻度对齐，游标读数为，所以最终读数为。
变式3答案：(1)D(2)相等；相等；
解析：（1）AB.该实验只是让小车在木板上匀加速运动即可，则没必要平衡摩擦力，也不需要使小车的质量远大于砂桶和砂的质量，选项AB错误;C.实验中要先接通电源后释放小车，选项C错误;小车的细绳与木板平行，选项D正确。故选D。
（2）由刻度尺的测量数据可知：做匀变速直线运动的物体，在连续相等的时间T内，位移之差相等，即；速度的变化量相等，位移之差、速度的变化量和时间T的关系是。
变式4答案：(1)BCD;(2)A;(3)甲
解析：(1)实验中的分力与合力的关系必须满足:,因此CD选项是可以的。
(2)拆下钩码和绳子前要记录结点的位置以及三段绳子的方向,故选A。
(3)实验中的方向是竖直向下的,故甲正确。
变式5答案：(1)2.75；(2)B；(3)
解析：(2)本实验中拉力时通过实验数据，来判定钩码重力势能的减少量与系统动能的增加量的关系，故不需要保证所挂钩码的质量m远小于滑块质量M，故ACD不符合题意，B符合；
故选：B。
(3)由于遮光条通过光电门的时间极短因此可以利用平均速度来代替其瞬时速度，因此滑块经过光电门时的瞬时速度为：；实验要验证机械能守恒定律，故：
变式6答案：(1)ABC
(2)2.00
(3)9.84
(4)9.86
解析：(1)AB、该实验中，要选择细些的、伸缩性小些的摆线，长度要适当长一些；和选择体积比较小，密度较大的小球，故AB正确；
C.计时的起点和终点应选择摆球摆至最低点时，误差小，故C正确；
D.拉开摆球,使摆线偏离平衡位置不大于，故D错误；专题六 物理实验 （1）习题2
1.某同学用图（a）所示装置“探究弹力和弹簧伸长量的关系”。弹簧的上端固定在铁架台支架上，弹簧的下端固定一水平纸片（弹簧和纸片的重力均忽略不计），激光测距仪可测量地面至水平纸片的竖直距离h。
（1）该同学在弹簧下端逐一增挂钩码，每增挂一个钩码，待弹簧_______时，记录所挂钩码的重力和对应的h。
（2）根据实验记录数据作出h随弹簧弹力F变化的图线如图（b）所示，可得未挂钩码时水平纸片到地面的竖直距离_______cm，弹簧的劲度系数_______N/m。（结果均保留到小数点后一位）
2.有同学利用如图所示的装置来验证力的平行四边形定则。在竖直木板上铺有白纸，固定两个光滑的滑轮A和B，将绳子打一个结点O，每个钩码的重量相等，当系统达到平衡时，根据钩码个数读出三段绳子的拉力和。回答下列问题：
（1）改变钩码个数，实验能完成的是_______。
A.钩码的个数 B.钩码的个数
C.钩码的个数 D.钩码的个数
（2）在拆下钩码和绳子前，最重要的一个步骤是__________。
A.标记结点O的位置，并记录三段绳子的方向
B.量出三段绳子的长度
C.用量角器量出三段绳子之间的夹角
D.用天平测出钩码的质量
（3）根据实验原理及操作，在作图时，你认为图______（填“甲”或“乙”）是正确的。
3.用下列器材测量小车质量M：小车、一端带有定滑轮的平直轨道、垫块、细线、打点计时器、纸带、频率为50 Hz的交流电源、直尺、6个槽码，已知每个槽码的质量均为。
（1）完成下列实验步骤中的填空：
ⅰ.按图甲所示安装好实验器材，跨过定滑轮的细线一端连接在小车上，另一端悬挂着6个槽码，改变轨道的倾角，用手轻拨小车，直到打点计时器在纸带上打出一系列______的点，表明小车沿倾斜轨道匀速下滑；
ⅱ.保持轨道倾角不变，取下1个槽码（即细线下端悬挂5个槽码），让小车拖着纸带沿轨道下滑，根据纸带上打出的点迹计算出小车的加速度a；
ⅲ.依次减少细线下端悬挂的槽码数量，重复步骤ⅱ；
ⅳ.以取下槽码的总个数n（）的倒数为横坐标，为纵坐标，在坐标纸上作出的关系图线。
（2）已知重力加速度大小，计算结果均保留三位有效数字，请完成下列填空：
①下列说法错误的是________。
A.接通电源后，再将小车从靠近打点计时器处释放
B.小车下滑时，位于定滑轮和小车之间的细线应始终跟倾斜轨道保持平行
C.实验中必须保证细线下端悬挂槽码的质量远小于小车的质量
D.若细线下端悬挂着2个槽码，则小车在下滑过程中受到的合外力大小为
②某次实验获得如图乙所示的纸带，相邻计数点间均有4个点未画出，则在打“5”点时小车的速度大小________m/s，加速度大小；
③写出随变化的关系式_________（用表示）；
④测得关系图线的斜率为，则小车的质量_______kg。
4.某同学用如图甲所示装置完成“验证动能定理”的实验。
（1）实验时，为了保证小车受到细线的拉力与钩码的总重力大小近似相等，小车质量M与钩码总质量m应满足的条件是_________。
（2）关于本实验，下列说法正确的是_________。
A.实验过程中用到了天平
B.调节长木板倾角，平衡小车运动过程中所受的阻力
C.调节定滑轮的高度，使连接小车的细线保持水平
D.实验时应先释放小车，再接通电源
（3）在符合实验需要的条件下，调节好器材进行实验，按正确操作打出一条纸带如图乙所示，将打下的第一个点标为O，在纸带上依次取、…若干个计数点，已知相邻计数点间的时间间隔为T，测得、…各点到O点的距离为、…。
①实验中，钩码的质量为m，小车的质量为M，当地重力加速度为g，要验证从打O点到B点的过程中符合“动能定理”，需验证的表达式是___________。
②为了减小偶然误差，可以釆用图像法处理数据。根据乙图中的测量数据，还可以计算出O至至D、……等多组合外力所做的功W和v，以为纵坐标、W为横坐标，利用实验数据作出图像。若图像为一过原点的直线，则斜率______，即可以验证动能定理成立。若该实验过程中漏掉了平衡摩擦力，则作出的图像将_________（填“过”或“不过”）坐标原点。
5.某研究性学习小组利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图甲所示。在气垫导轨上相隔一定距离的两处安装两个光电传感器，滑块P上固定一遮光条，若光线被遮光条遮挡，光电传感器会输出一定电压，两光电传感器与计算机相连，滑块在细线的牵引下向左加速运动，遮光条经过光电传感器时，通过计算机可以得到如图乙所示的电压U随时间t变化的图像。
（1）实验前，接通气源，将滑块（不挂钩码）置于气垫导轨上，轻推滑块，当图乙中的_______（填“>”“=”或“<”）时，说明气垫导轨已经水平。
（2）用螺旋测微器测遮光条的宽度d，测量结果如图丙所示，则_______mm。
（3）滑块P用细线跨过气垫导轨左端的定滑轮与质量为m的钩码Q相连，将滑块P由图甲所示位置释放，通过计算机得到的图像如图乙所示。若、和d已知，重力加速度为g，要验证滑块和钩码组成的系统机械能是否守恒，还应测出两光电门间的距离L和_________（写出物理量的名称及符号）。
（4）若上述物理量间满足关系式_________，则表明在上述过程中，滑块和钩码组成的系统机械能守恒。
6.某同学设计了如图1所示的装置验证动量守恒定律。
（1）小车a的左端粘有质量不计的橡皮泥，右端连着纸带，纸带通过电磁打点计时器的限位孔，长木板右端垫着小木块，开始时未放小车b，移动长木板右端的小木块，轻推小车a，直到纸带上打下的点迹_______（填“均匀”或“不均匀”）。
（2）在小车a的左侧放置一个与a材料相同的静止小车b，推动小车a使之运动，与小车b相碰后粘在一起，若实验得到的纸带如图2所示，O为小车a运动的起点，、、、分别为的长度，则应选________段来计算小车a碰撞前的速度，应选_______段来计算小车a和小车b碰后的共同速度（以上两空均填“”“”“”或“”）。
（3）设小车a的质量为、小车b的质量为，要验证碰撞中动量守恒，则要验证的关系式为_________（用、、、、、表示）。
7.图甲是“研究平抛物体运动”的实验装置图，通过描点画出小球做平抛运动的轨迹。
（1）下列有关实验过程的一些做法，其中合理的有______。
A.安装斜槽轨道，使其末端保持水平
B.每次释放小球的初始位置可以任意选择
C.每次小球应从同一高度由静止释放
D.为描出小球的运动轨迹描绘的点可以用折线连接
（2）实验得到小球做平抛运动的轨迹，在轨迹上取一些点，以平抛起点O为坐标原点，测量它们的水平坐标x和竖直坐标y，图乙中图像能说明小球做平抛运动的轨迹为抛物线的是_________。
（3）图丙是某同学根据实验画出的小球做平抛运动的轨迹，O为平抛的起点，在轨迹上任取三点，测得两点竖直坐标为5.0 cm、为45.0 cm，两点水平间距为40.0 cm。则小球做平抛运动的初速度为________m/s，若C点的竖直坐标为60.0 cm，则小球在C点的速度为__________m/s。（结果保留2位有效数字，g取）
答案以及解析
1.答案：（1）静止（2）120.0;31.3
解析：（1）该同学在弹簧下端逐一增挂钩码，每增挂一个钩码，待弹簧静止时，弹簧弹力与钩码重力大小相等，记录所挂钩码的重力和对应的h。
（2）由题图（b）可知，当时，即未挂钩码时水平纸片到地面的竖直距离；由胡克定律可得，可知图像的斜率绝对值的倒数表示弹簧劲度系数，有。
2.答案：（1）BCD
（2）A
（3）甲
解析：（1）实验中的分力与合力的关系必须满足：，故A错误，B、C、D正确。
（2）本实验应该确定好分力与合力的大小和方向，以及作用点的位置。由于力的大小可以通过测量钩码的质量来知道，故在拆下钩码和绳子前，最重要的一个步骤是标记结点O的位置，并记录三段绳子的方向。故B、C、D错误，A正确。
（3）由实验的实物图可知，方向是竖直向下的，故图甲是正确的。
3.答案：（1）等间距（2）①CD②0.723;0.820③④0.245
解析：（1）若小车匀速下滑，则，由可知纸带上打出系列等间距的点。
（2）①先接通电源，后释放小车，小车应从靠近打点计时器处释放，故A正确；小车下滑时，为保证实验的准确性，应使细线始终与倾斜轨道平行，故B正确；由于该实验每个槽码的质量已知，故不需要使细线下端悬挂槽码的质量远小于小车质量，故C错误；若细线下端悬挂着2个槽码，小车加速下滑，槽码加速上升，槽码处于超重状态，故细线对小车的拉力大于2个槽码的重力，所以小车下滑过程中受到的合外力小于，故D错误。本题选错误的，故选C、D。
②打下计数点5的时刻是打下计数点4、6的中间时刻，所以，由解得。
③对小车进行受力分析有，由牛顿第二定律有，整理得。
④由③可得斜率，解得。
4.答案：（1）
（2）AB
（3）①
②；过
解析：（1）实验时，为了保证小年受到的细线拉力与钩码的总重力大小近似相等，应满足的条件是。
（2）为了测量小车的质量，需要用天平，选项A正确；实验中需要调节长木板倾角，平衡摩擦力，选项B正确；调节定滑轮的高度，应使连接小车的细线与长木板平行，选项C错误；应该先接通电源，待打点计时器打点稳定后再释放小车，选项D错误。
（3）①拉力大小为到B的位移为，根据功的公式得，由于小车做匀加速直线运动，B点为的时间中点，段的平均速度等于B点的瞬时速度，即,所以表达式为。
②由，知，所以；若存在摩擦力，则，又，所以，当时，，因此图像仍过原点。
5.答案：（1）=
（2）8.473（±0.001均可）
（3）滑块质量M
（4）
解析：（1）实验前，接通气源，将滑块（不挂钩码）置于气垫导轨上，轻推滑块，若导轨水平，则滑块做匀速直线运动，。
（2）螺旋测微器的固定刻度读数为8 mm，可动刻度读数为，则最终读数为8.473 mm。
（3）系统重力势能的减少量为，系统动能的增加量为，可知满足关系式，则滑块和钩码组成的系统机械能守恒，所以还需要测量滑块的质量M。
（4）由（3）可得，满足关系式，滑块和钩码组成的系统机械能守恒。
6.答案：（1）均匀（2）;（3）
解析：（1）小车a所受的摩擦力和重力沿长木板方向的分力平衡时，小车a做匀速运动，即打下的点迹均匀。
（2）推动小车a由静止开始运动，小车a有一个加速过程，在碰撞前做匀速直线运动，即在相同的时间内通过的位移相同，故段为匀速运动阶段，故选计算小车a碰前的速度；两小车碰撞过程中速度变化，而小车a和小车b碰后共同运动时做匀速直线运动，故在相同的时间内通过的位移相同，故应选来计算碰后的共同速度。
（3）设打点计时器的打点周期为T，碰前小车a的速度，碰后两小车的共同速度，若满足动量守恒定律，则需要验证的关系式为，即。
7.答案：（1）AC
（2）C
（3）2.0；4.0
解析：（1）为了保证小球的初速度沿水平方向，斜槽的末端须水平，故A正确；为了使小球的初速度相等，每次让小球从斜槽的同一位置由静止释放，故B错误，C正确；描绘的点用平滑曲线连接，故D错误。
（2）根据平抛运动的特点得，
可知的图线为一条过原点的倾斜直线，故C正确。
（3），，根据得，根据得，则小球做平抛运动的初速度，小球在C点的竖直分速度，根据平行四边形定则知，小球在C点的速度。专题六 物理实验 （1）习题1
1.某兴趣小组的同学们在学习了动能定理以后，尝试用如图甲所示的装置来验证动能定理。打点计时器接在频率为f的交流电源上，实验前已测出砝码和砝码盘的总质量为m，小车的质量为M，重力加速度为g。
（1）挂砝码和砝码盘前，为了消除摩擦力的影响，应调节木板右侧的高度，直至轻推小车观察到_________。
（2）挂上砝码和砝码盘后，按实验要求打出如图乙所示的纸带，其中O为起始点，为纸带上选取的连续5个清晰的计数点，每相邻两计数点间有4个计时点未画出，测量出计数点到O点的距离分别为，则打下C点时小车的速度_________。
（3）若将砝码和砝码盘的重力视为小车受到的拉力，从O到C的过程中，只要表达式________成立，即验证了动能定理。
2.某实验小组的同学利用如图甲所示的装置验证动量守恒定律，在水平气垫导轨上放置两个质量均为m的滑块，每个滑块的一端分别与穿过打点计时器的纸带相连，两个打点计时器所用电源的频率均为f。气垫导轨正常工作后，接通两个打点计时器的电源，并让两滑块以不同的速度相向运动，两滑块相碰后粘在一起继续运动。图乙为某次实验打出的点迹清晰的纸带的一部分，在纸带上以等间距的6个连续点为一段划分纸带，用刻度尺测量出其长度分别为和。题中各物理量的单位均为国际单位。
（1）碰撞前，两滑块的动量大小分别为_____、_____，两滑块的总动量大小为_____；碰撞后，两滑块的总动量大小为_____。
（2）和满足什么关系，说明两滑块相碰过程动量守恒？答：_____________。重复上述实验，多做几次。若碰撞前、后两滑块的总动量在实验误差允许的范围内总是相等，则动量守恒定律得到验证。
3.某同学利用如图所示的装置来验证力的平行四边形定则。在竖直木板上铺有白纸，并固定两个光滑的滑轮A和B，三根绳子打一个结点O，各绳另一端均连接钩码，各钩码质量均相等，当系统达到平衡时，根据钩码个数可读出三根绳子的拉力、和，回答下列问题：
（1）若某次实验中钩码个数，，则可能等于________。
A.2 B.4 C.8 D.9
（2）在实验过程中，关于实验操作和相关要求，下列说法正确的是________。
A.实验中三段绳子应与竖直木板平行 B.实验中需要用天平测出一个钩码的质量
C.在某两次实验中，O点位置可以不同 D.实验中需要用量角器量出三段绳子之间的夹角
（3）通过实验，该同学用作图法作出了两个图，如图甲、乙所示，其中_________（填“甲”或“乙”）是正确的。
4.（1）在探究平抛运动的规律时，可以选用下列装置图，以下操作合理的是( )
A.选用装置1研究平抛物体的竖直分运动，应该用耳朵听两球是否同时落地
B.选用装置2，要获得稳定的细水柱显示平抛轨迹，竖直管上端A一定要高于水面
C.选用装置3，要获得钢球的平抛运动轨迹，每次一定要从斜槽上同一位置由静止释放钢球
D.除上述装置外，也能用数码照相机拍摄钢球做平抛运动时每秒15帧的录像获得平抛轨迹
（2）如图a是研究小球在斜面上做平抛运动的实验装置。每次将小球从弧形轨道同一位置由静止释放，并逐渐改变板面与水平地面之间的夹角θ，获得不同的射程x，最后作出如图b所示的图像，取。则：
由图b可知，小球在板面顶端水平抛出时的初速度_________。实验中发现θ超过60°后，小球将不会落在板面上，则板面的长度为_________。
5.如图甲所示为测量滑块与木板间动摩擦因数的实验装置示意图。木板固定在水平桌面上，打点计时器连接的电源的频率为50 Hz。开始实验时，在托盘中放入适量砝码，滑块开始做匀加速直线运动，在纸带上打出一系列点。
（1）如图乙所示是实验中获取的一条纸带的一部分，相邻两计数点间还有一个计时点未标出。用刻度尺测量计数点间的距离如图乙所示，则打点计时器打下计数点C时滑块的速度大小_______m/s，打该纸带的过程中滑块的加速度大小______。（结果均保留2位有效数字）
（2）若已知滑块的质量为，木板的质量为，托盘和砝码的总质量为，重力加速度为g，则滑块与木板间的动摩擦因数_______。（用相应的字母符号表示）
6.某兴趣小组的同学用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律，轻绳一端固定在光滑固定转轴O处，另一端系一小球。已知当地的重力加速度为g。
（1）小明同学在小球运动的最低点和最高点附近分别放置了一组光电门，用螺旋测微器测出了小球的直径，如图乙所示，则小球的直径__________mm。使小球在竖直面内做圆周运动，测出小球经过最高点的挡光时间为，经过最低点的挡光时间为。
（2）如果要验证小球从最低点运动到最高点的过程中机械能是否守恒，小明同学还需要测量的物理量有__________（选填字母代号）。
A.小球运行一周所需要的时间T B.小球的质量m C.轻绳的长度l
（3）根据小明同学的思路，请你写出验证小球从最低点运动到最高点的过程中机械能守恒的表达式：________（用题中的物理量的字母表示）。
7.为测量弹簧劲度系数，某探究小组设计了如下实验，实验装置如图1所示，角度传感器与可转动的“T”形螺杆相连，“T”形螺杆上套有螺母，螺母上固定有一个力传感器，力传感器套在左右两个固定的套杆（图中未画出）上，弹簧的一端挂在力传感器下端挂钩上，另一端与铁架台底座的固定点相连。当角度传感器顶端转盘带动“T”形螺杆转动时，力传感器会随着“T”形螺杆旋转而上下平移，弹簧长度也随之发生变化。
（1）已知“T”形螺杆的螺纹间距，当其旋转300°时，力传感器在竖直方向移动_______m（结果保留2位有效数字）。
（2）该探究小组操作步骤如下：
①旋转形螺杆使初状态弹簧长度大于原长；
②记录初状态力传感器示数以及角度传感器示数；
③旋转“T”形螺杆使弹簧长度增加，待稳定后，记录力传感器示数，其增加值为，以及角度传感器示数，其增加值为；
④多次旋转“T”形螺杆，重复步骤③的操作，在表格中录多组、值。
序号 （单位：N） （单位：°）
1 0.121 499.7
2 0.247 999.9
3 0.373 1 500.5
4 0.498 2 000.2
5 0.623 2 500.6
6 0.747 3 000.3
图2中已描出5个点，请将剩余点在图中描出并连线；若图2中的直线斜率为a，则用写出弹簧的劲度系数的表达式为________。
8.用下列器材测量小车质量M：小车、一端带有定滑轮的平直轨道、垫块、细线、打点计时器、纸带、频率为50 Hz的交流电源、直尺、6个槽码，已知每个槽码的质量均为。
（1）完成下列实验步骤中的填空：
ⅰ.按图甲所示安装好实验器材，跨过定滑轮的细线一端连接在小车上，另一端悬挂着6个槽码，改变轨道的倾角，用手轻拨小车，直到打点计时器在纸带上打出一系列______的点，表明小车沿倾斜轨道匀速下滑；
ⅱ.保持轨道倾角不变，取下1个槽码（即细线下端悬挂5个槽码），让小车拖着纸带沿轨道下滑，根据纸带上打出的点迹计算出小车的加速度a；
ⅲ.依次减少细线下端悬挂的槽码数量，重复步骤ⅱ；
ⅳ.以取下槽码的总个数n（）的倒数为横坐标，为纵坐标，在坐标纸上作出的关系图线。
（2）已知重力加速度大小，计算结果均保留三位有效数字，请完成下列填空：
①下列说法错误的是________。
A.接通电源后，再将小车从靠近打点计时器处释放
B.小车下滑时，位于定滑轮和小车之间的细线应始终跟倾斜轨道保持平行
C.实验中必须保证细线下端悬挂槽码的质量远小于小车的质量
D.若细线下端悬挂着2个槽码，则小车在下滑过程中受到的合外力大小为
②某次实验获得如图乙所示的纸带，相邻计数点间均有4个点未画出，则在打“5”点时小车的速度大小________m/s，加速度大小；
③写出随变化的关系式_________（用表示）；
④测得关系图线的斜率为，则小车的质量_______kg。
答案以及解析
1.答案：（1）小车做匀速直线运动
（2）
（3）
解析：（1）实验前需要平衡摩擦力，调节木板右侧的高度，直至轻推小车观察到小车做匀速直线运动。
（2）每相邻两计数点间的时间间隔为，则打下C点时小车的速度为。
（3）从O到C的过程中，若满足，即表达式成立，即可验证动能定理。
2.答案：（1）
（2）
解析：（1）由题图乙结合实际情况可以看出，和是两滑块相碰前打点计时器打出的纸带，是两滑块相碰后打点计时器打出的纸带，在纸带上以等间距的6个连续点为一段划分纸带，则每段划分纸带所用的时间，所以碰撞前两滑块的速度分别为，碰撞后两滑块的共同速度，所以碰撞前两滑块的动量分别为。设方向为正方向，则碰撞前两滑块的总动量为，碰撞后两滑块的总动量。
（2）若碰撞前、后两滑块的总动量在实验误差允许的范围内总是相等的，则说明两滑块相碰过程动量守恒，即，所以有，化简后可得，即满足关系式，说明两滑块相碰过程动量守恒。
3.答案：（1）B（2）AC（3）甲
解析：（1）、钩码的重力的合力大小应该等于钩码的重力，由三角形知识应有，即，故A、C、D错误，B正确。
（2）实验中只要知道三根绳子的拉力关系就能作图验证力的平行四边形定则，因此不需要测出钩码的质量，故B错误；实验中以、为邻边作平行四边形验证，无需测夹角，故D错误；实验中绳子与木板平行才能在木板平面完成实验，故A正确；由于每次实验都能进行一次验证，故两次实验中O点的位置可以不同，故C正确。
（3）以O点为研究对象，实验中方向应沿竖直方向，由于误差的存在，合力的理论值与实际值有一定偏差，所以甲图正确。
4.答案：（1）ACD
（2）1 m/s；
解析：（1）选用装置1研究平抛物体的竖直分运动，应该用耳朵听两球是否同时落地，故选项A正确。竖直管与大气相通，如果A端在水面下，可以保证竖直管上端口处的压强为大气压强，因而另一弯管的上端口处压强与竖直管上端口处的压强有恒定的差值，保证弯管出水口处压强恒定，从而水流速度恒定；如果竖直管上端口在水面上，则水面上方为恒定大气乐强，随水面下降，弯管上端口压强降低，出水速度减小；由此可知，要保证出水速度稳定，要使竖直管上端A在水面以下，故选项B错误。选用装置3，要获得钢球的平抛运动轨迹，每次一定要从斜槽上同一位置由静止释放钢球，这样才能保证初速度相同，故选项C正确。用数码照相机拍摄时曝光时间是固定的，所以可以用来研究平抛运动，故选项D正确。
（2）小球做平抛运动落在板面上，有，解得，则水平位移。由数学知识可知，题图b中直线的斜率为，解得。
设板长为L，当时，水平方向有，竖直方向有，解得。
5.答案：（1）0.58；4.7
（2）
解析：（1）相邻两计数点间还有一个计时点未标出，则，打点计时器打下计数点C时滑块的速度，打该纸带的过程中滑块的加速度。
（2）根据牛顿第二定律可得，则滑块与木板间的动摩擦因数。
6.答案：（1）5.700
（2）C
（3）
解析：（1）由题图乙可知，螺旋测微器的读数为。
（2）小球从最低点运动到最高点的过程中，若机械能守恒，则有，两边质量可以约去，故只需要测出轻绳的长度l即可，故选C。
（3）由（2）中表达式整理可得，需要验证的表达式为。
7.答案：（1）（2）见解析;
解析：（1）当“T”形螺杆旋转360°时，力传感器在竖直方向移动，则当其旋转300°时，力传感器在竖直方向移动距离为。
（2）描点作图如图所示；角度增加时，弹簧形变量为，则有，根据胡克定律得，联立得，图像斜率为，解得。
8.答案：（1）等间距（2）①CD②0.723;0.820③④0.245
解析：（1）若小车匀速下滑，则，由可知纸带上打出系列等间距的点。
（2）①先接通电源，后释放小车，小车应从靠近打点计时器处释放，故A正确；小车下滑时，为保证实验的准确性，应使细线始终与倾斜轨道平行，故B正确；由于该实验每个槽码的质量已知，故不需要使细线下端悬挂槽码的质量远小于小车质量，故C错误；若细线下端悬挂着2个槽码，小车加速下滑，槽码加速上升，槽码处于超重状态，故细线对小车的拉力大于2个槽码的重力，所以小车下滑过程中受到的合外力小于，故D错误。本题选错误的，故选C、D。
②打下计数点5的时刻是打下计数点4、6的中间时刻，所以，由解得。
③对小车进行受力分析有，由牛顿第二定律有，整理得。
④由③可得斜率，解得。
