物理必修1 实验专题

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物理必修1 实验专题
实验一 匀变速直线运动的实验探究
一、实验目的
使用打点计时器测定匀变速直线运动的加速度。
二、实验原理
设物体做匀加速直线运动，加速度是a，在各个连续相等的时间T里的位移分别是s1、s2、s3……则有△s=s2-s1=s3-s2=s4-s3=……=aT2 ，上式还可得到s4-s1=(s4-s3)+(s3-s2)+(s2-s1)=3aT2，同理有：
s5-s2=s6-s3=……=3aT2，测出各段位移s1、s2……即可求出： ……
再算出a1、a2……的平均值，就是我们所要测定的匀变速直线运动的加速度。
三、实验器材
电火花计时器或电磁打点计时器，一端附有滑轮的长木板，小车，纸带，刻度尺，导线，电源，钩码，细绳。
四、实验步骤
（1）把附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面。把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，连接好电路。
（2）把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下边挂上合适的钩码。把纸带穿过打点计时器，并把纸带的一端固定在小车的后面。
（3）把小车停在靠近打点计时器处，接通电源后，放开小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一列小点。换上新纸带，重复实验三次。
（4）从三条纸带中选择一条比较理想的，舍掉开头一些比较密集的点，在后边便于测量的地方找一个开始点。为了测量方便和减小误差，通常不用每打一次点的时间作为时间的单位，而用每打五次点的时间作为时间的单位，就是T=0.02×5=0.1s。在选好的开始点下面标明A，在第六点下面标明B，在第十一点下面标明C，在第十六点下面标明D，……，点A、B、C、D……叫做计数点，如图所示。两个相邻计数点间的距离分别是s1、s2、s3……
（5）测出六段位移s1、s2、s3、s4、s5、s6的长度，把测量结果填入表中。
（6）根据测量结果，利用“实验原理”中给出的公式算出加速度a1、a2、a3的值。
五、强化练习
1、下图为用打点计时器测定匀变速直线运动的加速度的实验时记录下的一条纸带。纸带上选取1、2、3、4、5各点为记数点，将直尺靠在纸带边，零刻线与纸带上某一点0对齐。由0到1、2、3……点的距离分别用d1、d2、d3……表示，测量出d1、d2、d3……的值，填入表中。已知打点计时器所用交流电的频率为50Hz，由测量数据计算出小车的加速度a和纸带上打下点3时小车的速度v3，并说明加速度的方向。
距 离 d1 d2 d3 d4 d5
测量值(cm)
加速度大小a＝____m／s2，方向______，小车在点3时的速度大小v3＝______m／s。
2、电磁打点计时器的电源应是________电源，通常的工作电压为________伏，实验室使用我国民用电时，每隔________秒打一次点，如果每打5个取一个计数点，即相邻两个计数点间的时间间隔为________秒。
3、在“测定匀变速直线运动的加速度”的实验中，用打点计时器记录纸带运动的时间。计时器所用电源的频率为50Hz，图为一次实验得到的一条纸带，纸带上每相邻的两计数点间都有四个点未画出，按时间顺序取0、1、2、3、4、5六个计数点，用米尺量出1、2、3、4、5点到0点的距离如图所示（单位：cm）。
由纸带数据计算可得计数点4所代表时刻的即时速度大小v4＝________m／s，小车的加速度大小a＝________m／s2。
参考答案：
1、测量值：1．75 ；2．90 ；3．80 ；4．50 ；5．00 ；0．56 ；与运动方向相反； 12．9；
2、低压交流；4~6；0.02秒；0.1； 3、0.405；0.756；
实验二 验证牛顿第二定律
一、实验目的
验证牛顿第二定律，即物体的质量一定时，加速度与作用力成正比；作用力一定时，加速度与质量成反比。
二、实验原理
利用砂及砂桶通过细线牵引小车做加速运动的方法，采用控制变量法研究上述两组关系。如图所示，通过适当的调节，使小车所受的阻力忽略，当M和m做加速运动时，可以得到：
当M>>m时，可近似认为小车所受的拉力T等于mg。本实验第一部分保持小车的质量不变，改变m的大小，测出相应的a，验证a与F的关系；第二部分保持m不变，改变M的大小，测出小车运动的加速度a，验证a与M的关系。
三、实验器材
打点计时器，纸带及复写纸，小车，一端附有滑轮的长木板，小桶，细绳，砂，低压交流电源，两根导线，天平，刻度尺，砝码。
四、实验步骤
(1)用天平测出小车和小桶的质量M和m，把数值记录下来。
(2)按图3-14-2所示把实验器材安装好。
(3)平衡摩擦力：在长木板的不带滑轮的一端下面垫上一块薄木板，反复移动其位置，直至不挂砂桶的小车刚好在斜面上保持匀速运动为止。
(4)将砂桶通过细绳系在小车上，接通电源放开小车，使小车运动，用纸带记录小车的运动情况，取下纸带，并在纸带上标上号码。
(5)保持小车的质量不变，改变砂桶中的砂量重复步骤(4)，每次记录必须在相应的纸带上做上标记，列表格将记录的数据填写在表内。
(6)建立坐标系，用纵坐标表示加速度，横坐标表示力，在坐标系上描点，画出相应的图线以验证a与F的关系。
(7)保持砂及小桶的质量不变，改变小车的质量(在小车上增减砝码)，重复上述步骤(5)、(6)验证a与M的关系。
五、注意事项
(1)在本实验中，必须平衡摩擦力，方法是将长木板的一端垫起，而垫起的位置要恰当。在位置确定以后，不能再更换倾角。
(2)改变m和M的大小时，每次小车开始释放时应尽量靠近打点计时器，而且先通电再放小车。
(3)每次利用纸带确定a时，应求解其平均加速度。
6、数据处理
(1)该实验原理中T=，可见要在每次实验中均要求M>>m，只有这样，才能使牵引小车的牵引力近似等于砂及砂桶的重力。
(2)在平衡摩擦力时，垫起的物体的位置要适当，长木板形成的倾角既不能太大也不能太小，同时每次改变M时，不再重复平衡摩擦力。
(3)在验证a与M的关系时，作图时应将横轴用l／M表示，这样才能使图象更直观。
六、强化练习
1、在《验证牛顿第二定律》的实验中备有下列器材： 其中多余的器材是________________(填代号)，缺少的器材是_________ _。
A．打点计时器；B．天平(带砝码)；C．秒表；D．低压直流电源；E．纸带和复写纸；F．导线细线；G．小车；H．砂和小桶；I．带滑轮的长木板．
2、在《验证牛顿第二定律》实验中，下面的说法中正确的是( )
A．平衡摩擦力时，小桶应用细线通过法滑轮系在小车上，但小桶内不能装砂
B．实验中应始终保持小车和砝码的质量远大于砂和小桶的质量
C．实验中如用纵坐标表示加速度，用横坐标表示小车和车内砝码的总质量，描出相应的点在一条直线上，即可证明加速度与质量成反比
D．平衡摩擦力时，小车后面的纸带必须连好，因为运动过程中纸带也要受到阻力
3、a、b、c、d四位同学做《验证牛顿第二定律》的实验，设小车质量和车上砝码质量之和为M，砂及砂桶的总质量为M，分别得出如图3-14-14中a、b、c、d四个图线，其中图a、b、c是a-F图线，图d是a一1/M图线，则以下说法中正确的是( )
A．a和b较好地把握了实验条件M>>m
B．c和d则没有把握好实验条件M>>m
C．a同学长木板的倾角太小，而b同学长木板角度太大
D．a、b、c三同学中，c同学较好地完成了平衡摩擦力的操作
4、某同学在探究牛顿第二定律的实验中，在物体受外力不变时，改变物体的质量，得到数据下表：
实验次数 物体质量m（kg） 物体的加速度（m/s2） 物体质量的倒数1/m(1/kg)
1 0.20 0.78 5.00
2 0.40 0.38 2.50
3 0.60 0.25 1.67
4 0.80 0.20 1.25
5 1.00 0.16 1.00
(1)从表中的数据你可得出的结论为？
(2)物体受到的合力大约为？
解析：
参考答案：
1.CD；缺少的器材有低压交流电源，刻度尺、砝码
2.BD[M>>m是为了减小系统误差．平衡摩擦力时必须将小车后面的纸带连好]
3.ABCD.[图线为直线，表明M》m；a-F图线与F交于原点右侧表明f平衡]
不够，a-F图线与a交于原点上方，表明f平衡过甚；a-F图线过原点，表明f平衡恰当．)
4．(1)合外力一定的条件下，物体的加速度与物体的质量成反比.
(2) F合＝0.155N
s1 s2 s3
A B C D
图3－14－2
图3－14－14
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