20170501高三物理第17课时：力学实验 (学生)

第四讲：必修1 实验专题实验一、探究弹簧弹力与伸长量的关系1、某同学利用如图（a）装置做“探究弹簧弹力大小与其长度的关系”的实验．①在安装刻度尺时，必须使刻度尺保持状态．②他通过实验得到如图（b）所示的弹力大小F与弹簧长度x的关系图线．由此图线可得该弹簧的原长X0=cm，劲度系数k= N/m．③他又利用本实验原理把该弹簧做成一把弹簧秤，当弹簧秤上的示数如图（c）所示时，该弹簧的长度X=cm．2、（1）做“探索弹力与弹簧伸长量关系”的实验步骤如下：A．以弹簧伸长量为横坐标，以弹力为纵坐标，描出各组数据(x，F)对应的点，并用平滑的曲线连接起来B．记下弹簧不挂钩码时．其下端在刻度尺上的刻度LC．将铁架台固定在桌子上(也可在横梁的另一端挂上一定的配重)，并将弹簧的一端系于横梁上，在弹簧附近竖直固定一刻度尺D．依次在弹簧下端挂上2个、3个、4个……钩码，并分别记下钩码静止时弹簧下端所对应的刻度，并记录在表格内，然后取下钩码E．以弹簧伸长量为自变量，写出弹力与伸长量的关系式．首先尝试写成一次函数，不行再写成二次函数F．解释函数表达式中常数的物理意义G．整理仪器①请将以上步骤按操作的先后顺序排列出来，为：；②某同学在做研究弹簧的形变与外力的关系实验时，作出外力F与弹簧总长度L的关系图线如右图所示．该实验始终在弹簧的弹性限度内进行。

由右图可知：该弹簧的自然长度为__________；该弹簧的劲度系数为__________.（后一空保留三位有效数字）3.一个实验小组做“探究弹簧弹力与弹簧伸长关系”的实验，采用如图a所示装置，质量不计的弹簧下端挂一个小盘，在小盘中增添砝码，改变弹簧的弹力。

实验中做出小盘中砝码重力随弹簧伸长量x的图像如图b所示。

（重力加速度）①利用图b中图象，可求得该弹簧的劲度系数为__________N/m。

②利用图b中图象，可求得小盘的质量为________kg，小盘的质量会导致弹簧劲度系数的测量结果与真实值相比________（“偏大”、“偏小”、“相同”）实验二、验证力的平行四边形定则1．某同学做“验证力的平行四边形定则”实验时，主要步骤是：A．在桌面上放一块方木板，在方木板上铺一张白纸，用图钉把白纸钉在方木板上；B．用图钉把橡皮条的一端固定在板上的A点，在橡皮条的另一端拴上两条细绳，细绳的另一端系着绳套；C．用两个弹簧秤分别钩住绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O.记下O点的位置，读出两个弹簧秤的示数；D．按选好的标度，用铅笔和刻度尺作出两只弹簧秤的拉力F1和F2的图示，并用平行四边形定则求出合力F；E．只用一只弹簧秤，通过细绳套拉橡皮条使其伸长，读出弹簧秤的示数，记下细绳的方向，按同一标度作出这个力F/的图示；F．比较力F/和F的大小和方向，看它们是否相同，得出结论.上述步骤中：①有重要遗漏的步骤的序号是________和____________；②遗漏的内容___________ ______________和________________________________.2、.“验证力的平行四边形定则”实验小彭同学所在的实验小组操作如下，请完成相关内容a．在桌面上放一块方木板，在木板上铺一张白纸，把橡皮条一端固定在木板上的A点．b．把两条细绳系在橡皮条的另一端，通过细绳用两个弹簧测力计互成角度拉橡皮条，橡皮条伸长，使结点到达某一位置O．c．记下两个弹簧测力计的读数及结点O的位置，，在纸上按比例做出F1和F2的图示，用平行四边形法则求出合力F．d.只用一个弹簧测力计，，，按同样比例做出这个力F'的图示．e．比较F' 和F，可以看出它们在实验误差范围内是相等的．f．改变两个力的大小，重做几次．（２）小胡同学的实验记录如图（a）所示．①用如图（b）的线段长度表示1N力的大小，作出力F1、F2、F’的图示．②用作图的方法求出F1、F2的合力F′．3在“验证力的平行四边形法则”实验中，需要将橡皮条的一端固定在水平木板上，另一端系上两根细绳，细绳的另一端都有绳套（如图甲）．实验中需用两个弹簧测力计分别勾住绳套，并互成角度地拉橡皮条．某同学认为在此过程中必须注意以下几项：A．两根细绳必须等长；B．橡皮条应与两绳夹角的平分线在同一直线上；C．在使用弹簧测力计时要注意使弹簧测力计与木板平面平行，其中正确的是_________．（填入相应的字母）（2）某同学的实验结果（如图乙），其中A为固定橡皮条的图钉，O为橡皮条与细绳结点的位置。

图中是F1与F2的合力的理论值；是力F1与F2合力的实验值；通过把和进行比较，验证平行四边形法则。

实验三、探究加速度与力和质量的关系1.（1）用如下图所示的实验装置，验证牛顿第二定律．①在平衡摩擦力时，先取下砂桶，将木板不带滑轮的一端垫高，让打点计时器接，（选填“交流电源”或“直流电源），然后（选填“静止释放”或“轻轻推动”）小车，让小车拖着纸带运动。

如果打出的纸带如上图右所示，则应（选填“增大”或“减小”）木板的倾角，反复调节，直到纸带上打出的点迹，平衡摩擦力才算完成．②下图是某次实验中得到的一条纸带，则小车的加速度是m/s2。

（计算结果保留两位有效数字）2.在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，采用如图A所示的实验装置，小车及车中砝码的质量用M表示，盘及盘中砝码的质量用m表示，小车运动时拖动纸带，由打点计时器打出的点可求出加速度。

①当M与m的大小关系满足时，才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘和盘中砝码的重力。

②一组同学在做加速度与质量的关系实验时，保持盘及盘中砝码的质量一定，改变小车及车中砝码的质量，测出相应的加速度。

采用图象法处理数据，为了比较容易检查出加速度a 与质量M的关系，应该做a与_______的图象。

③如图B所示为甲同学根据测量数据作出的a—F图象，说明实验存在的问题是。

④乙、丙同学用同一装置做实验，画出了各自得到的a-F图象如图C所示，两个同学做实验时的哪一个物理量的取值不同______ 。

3.用如图（甲）所示的实验装置来验证牛顿第二定律，为消除摩擦力的影响，实验前必须进行平衡摩擦力.（1）小华同学平衡摩擦力时是这样操作的：将小车水平静止地放在长木板上，把木板不带滑轮的一端慢慢垫高，如图（乙），直到小车由静止开始沿木板向下缓慢滑动为止.请问这位同学的操作是否正确？如果不正确，应当如何进行？答：.（2）如果小华同学先如（1）中的操作，然后不断改变对小车的拉力F ，他得到的M （小车质量）保持不变的情况下的a —F 图线是下图中的 （将选项代号的字母填在横线上）.（3）打点计时器使用的交流电周期为T=0.02s.下图是小昕同学在正确操作下获得的一条纸带，其中A 、B 、C 、D 、E 每两点之间还有3个点没有标出.写出用s1、s2、s3、s4以及T 来表示小车加速度的计算式：a = （用题目所给的符号表示）.根据纸带所提供的数据，算得打点计时器打下B 点时，小车速度VB= （结果保留两位有效数字）4、某课外兴趣小组利用右图的实验装置研究物体加速度与合外力的关系：①该小组同学实验时先正确平衡摩擦力，并利用钩码和小车之间连接的力传感器测出细线上的拉力，改变钩码的个数，确定加速度a 与细线上拉力F 的关系，下图中能表示该同学实验结果的是A B C D5、如图所示为“探究加速度与物体受力的关系”的实验装置图。

图中小车A 质量为m 1，连接在小车后的纸带穿过电火花打点计时器B ，它们均置于水平放置一端带有定滑轮足够长的木板上，p 的质量为m 2 ， C 为测力传感器，实验时改变p 的质量，读出测力器不同读数F ，不计绳与滑轮的摩擦。

①电火花打点计时器工作电压为 流(选填“交、直”) V ②下列说法正确的是（ ）A ．一端带有定滑轮的长木板必须保持水平B ．实验时应先接通电源后释放小车C ．实验中m 2应远小于m 1D ．测力计的读数始终为g m 221 ③下图为某次实验得到的纸带，纸带上标出了所选的四个计数点之间的距离，相邻计数点间还有四个点没有画出。

由此可求得小车的加速度的大小是 m/s 2。

（交流电的频率为50Hz ，结果保留二位有效数字）④实验时，某同学由于疏忽，遗漏了平衡摩擦力这一步骤，他测量得到的a —F 图像是图中的图线（ ）6．利用如图甲所示的气垫导轨实验装置来探究合力一定时，物体的加速度与质量之间的关系。

①做实验时，将滑块从图甲所示位置由静止释放，由数字计时器（图中未画出）可读出遮光条通过光电门1、2的时间分别为△t 1、△t 2；用刻度尺测得两个光电门中心之间的距离L ，用游标卡尺测得遮光条宽度d ，则滑块经过光电门1时的速度表达式V 1= ；滑块加速度的表达式a= 。

（以上表达式均用已知字母表示）。

如图乙所示，若用20分度的游标卡尺测量遮光条的宽度，其读数为 d= mm 。

②在实验过程中，当改变小车质量M 时，通过改变 保证小车受到的合力大小不变。

A B C课后作业1、在“研究物体做匀加速直线运动”的某一次实验中，由电火花计时器得到表示小车运动过程的一条清晰纸带（如图所示），纸带上每打5个点取一个作为计数点，其中S1=7.05cm 、S2=7.68cm 、S3=8.33cm 、S4=8.95cm 、S5=9.61cm 、S6=10.26cm ，试根据纸带求解以下问题：（计算的结果保留两位有效数字）（1）与小车相连的是纸带的 端（选填“左”或“右”）；（2）两相邻计数点间的时间间隔T= s ；（3）A 点处瞬时速度的大小A v = m/s ；（4）利用逐差法求小车运动加速度的表达式为： ；（请用S1 、S2 、…、 S6和T 来表示）（5）求出的加速度的大小为：=a _ ___m/s2。

2.如下图（a ）所示，用铁架台、弹簧和多个已知质量且质量相等的钩码，探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系实验．① 为完成实验，还需要的实验器材有： (游标卡尺或刻度尺)；② 图（b ）是弹簧所受弹力F 与伸长量x 的关系图线，由此可求弹簧的劲度系数k= N/m ．图线不过原点的原因是由于 ．3、某同学用如图所示的实验装置来验证“力的平行四边形定则”，弹簧测力计A 挂于固定点P ，下端用细线挂一重物M ，弹簧测力计B 的一端用细线系于O 点，手持另一端向左拉，使结点O 静止在某位置．分别读出弹簧测力计A 和B 的示数，并在贴于竖直木板的白纸上记录O 点的位置和拉线的方向。

（1）本实验用的弹簧测力计示数的单位为N ，图中A 的示数为______N ；（2）下列不必要的实验要求是________．（请填写选项前对应的字母）A ．应测量重物M 所受的重力B ．弹簧测力计应在使用前校零C ．拉线方向应与木板平面平行S 1 S 2 S 3 S 4 S 5 S 6D．改变拉力，进行多次实验，每次都要使O点静止在同一位置（3）某次实验中，该同学发现弹簧测力计A的指针稍稍超出量程，请您提出两个解决办法．_____________________、_____________________ 。