1、【 精品教育资源文库 】 第 1 讲 力学实验 (一 ) 考试标准 知识内容 必考要求 加试要求 说明 1.用打点计时器测速度 1.会正确使用的仪器主要有：刻度尺、游标卡尺、天平、秒表、电火花计时器或电磁打点计时器、弹簧测力计、电流表、电压表、多用电表、滑动变阻器、电阻箱等 . 2.认识误差问题在实验中的重要性，了解误差的概念，知道系统误差和偶然误差；知道在多次测量的基础上，通过作图或求平均值的方法可减小偶然误差；能在某些实验中分析误差的主要来源；不要求计算误差 . 3.知道有效数字的概念，会用有效数字表达直接测量的结果，间接测量 的有效数字运算不作要求 . 2.探究小车速度随时间变化的规律
2、 3.探究求合力的方法 4.探究加速度与力、质量的关系 5.探究作用力与反作用力的关系 6.研究平抛运动 7.探究做功与物体速度变化的关系 8.验证机械能守恒定律 9.测绘小灯泡的伏安特性曲线 10.探究导体电阻与其影响因素 (包括材料 )的关系 11.练习使用多用电表 12.测定电池的电动势和内阻 13.探究电磁感应的产生条件 14.探究感应电流方向的规律 15.探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系 16.探究单摆周期与摆长的关系 17.测定玻璃的折射率 18.用双缝干涉测量光的波长 (同时练习使用测量头 ) 19.探究碰撞中的不变量 实验 1：用打点计时器测速度 一、实验原理 1.打点计时
3、器： 计时仪器 .(1)当电源频率为 50 Hz 时，每隔 0.02 s 打一次点； (2)电磁打点计时器需要 4 6 V 交流电源，电火花计时器需要 220 V 交流电源 . 2.测平均速度、瞬时速度： 【 精品教育资源文库 】 平均速度： v x t，当 t0 时，认为 x t是 t 时刻的瞬时速度 . 二、实验器材 打点计时器、交流电源、刻度尺、纸带、导线、坐标纸 三、实验步骤 1.把电磁打点计时器固定在水平桌子上，并穿好纸带； 2.把电磁打点计时器的两个接线柱用导线分别与电源接线柱相连接； 3.打开电源开关，用手水平地拉动纸带，纸带上就打出一行小点； 4.关闭电源，取下纸带，从能看清
4、的某个点数起，往后数出 n 个点，纸带的运动时间 t 0.02(n 1) s； 5.用刻度尺测量出从开 始计数的一点到最后一点间的距离 x； 6.利用公式 v x t计算出纸带在这段时间内的平均速度 . 四、数据处理 1.计算瞬时速度 在纸带上连续选出 7 个计数点，分别标以 O、 A、 B、 C、 D、 E、 F，它们之间的距离 OA x1，AB x2， BC x3， CD x4?. 打点计时器打点的周期为 T，则各点的瞬时速度分别是： vA x1 x22T ， vB x2 x32T ， vC x3 x42T ， vD x4 x52T ? 把计算所得的各点的速度填入下表中 位置 A B C
5、D E F (xn xn 1)/m v/(ms 1) 2.v t 图象的画法 根据测量的数据在坐标系中描点，然后用平滑的曲线把这些点连接起来 . 五、注意事项 1.使用打点计时器时，应先接通电源，待打点计时器稳定时再拉动纸带； 2.拉纸带时，速度应快一些，以防点迹太密集； 3.使用电火花计时器时，应注意把纸带正确穿 好，墨粉纸盘位于纸带上方；使用电磁打点计时器时，应让纸带穿过限位孔，压在复写纸下面； 【 精品教育资源文库 】 4.对纸带测量时，要用刻度尺一次性将各段长度测量完毕 . 例 1 某同学在做 “ 用打点计时器测速度 ” 实验时，得到一条点迹清晰的纸带如图 1，在纸带上依次选出 7
6、个计数点，分别标以 O、 A、 B、 C、 D、 E 和 F，每相邻的两个计数点间还有四个点未画出，打点计时器所用电源的频率是 50 Hz. 图 1 (1)如果测得 C、 D 两点间距 x4 2.70 cm， D、 E 两点间距 x5 2.90 cm，则据此数据用速度公式 vD x4 x52T 计算在打 D 点时的速度值 vD _ m/s.(保留三位有效数字 ) (2)该同学分别算出其他速度： vA 0.220 m/s， vB 0.241 m/s， vC 0.258 m/s， vE 0.300 m/s，请在图 2 的坐标系中作出小车运动的 v t 图象，设 O 点为计时起点 . 图 2 答案
7、(1)0.280 (2)见解析图 解析 (1)将数据代入速度公式 vD x4 x52T 解得 vD 0.280 m/s. (2)根据已知数据在坐标轴上取合适的标度，再将数据点描绘在坐标系中，最后用平 滑的曲线“ 拟合 ” 数据点 .如图所示 . 变式 1 (2017 杭州期末教学质检 )打点计时器是高中阶段常用的实验器材之一 .如图 3 所示是两种常见的打点计时器 . 【 精品教育资源文库 】 图 3 (1)关于两种计时器说法正确的是 _(填字母 ). A.图甲中的打点计时器用的是交流 220 V 的电源 B.图乙中的打点计时器用的是直流 4 6 V 的学生电源 C.图甲中的打点计时器的 A
8、 处应为 “ 墨粉纸 ” D.图甲中的打点计时器的 A 处应为 “ 复写纸 ” (2)某实验小组为研究小车的运动规律，选择了图甲中的打点计时器来实验 (如图 4)，该图为释放 小车前的情景，其中操作最合理的是图 _(填字母 ). 图 4 (3)关于纸带中相应点间距的测量过程，下列操作最合理的是 _(填字母 ). A.用刻度尺上边缘紧贴纸带打出的点，一次性记录好所有点对应的读数 B.用刻度尺分段测量出所有相邻两点之间的距离，以备不时之需和方便计算 C.用刻度尺分段测量出需要的相邻两点之间的距离，以方便计算 答案 (1)AC (2)A (3)A 解析 (1)图甲是电火花计时器，需要使用 220 V
9、 的交流电源， A 处是墨粉纸，选项 A、 C 正确， D 错误；图乙是电磁打点计时 器，需要使用 4 6 V 的交流电源，选项 B 错误 .(2)小车应该靠近打点计时器，纸带应该与限位孔平行，选项 A 正确 .(3)一次性记录所有的点，误差较小，选项 A 正确 . 变式 2 某同学在做 “ 用打点计时器测速度 ” 实验时，从打下的若干纸带中选取了点迹清晰的一条，如图 5 所示 .打点计时器的电源频率为 50 Hz. 图 5 由这些已知数据计算： (结果均保留三位有效数字 ) (1)物体经过 BD 过程的平均速度 v _ m/s； (2)纸带上 C 点相对应的瞬时速度 v _ m/s. 【
10、精品教育资源文库 】 答 案 (1)1.50 (2)1.50 解析 (1)相邻计数点间的时间间隔是 T 0.02 s，所以 BD 过程的平均速度 v |BD|2T 1.50 m/s；(2)纸带上的 C 点相对应的瞬时速度可以用 BD 过程的平均速度替代，即 v 1.50 m/s. 变式 3 (1)为完成 “ 练习使用打点计时器 ” 实验，在图 6 甲的四种器材中， _(选填“A”“B”“C” 或 “D”) 为电磁打点计时器，工作电压为交流 _(选填 “4 6 V” 或“220 V”) ，当电源的频率为 50 Hz 时，打点周期为 _ s. (2)某同学拉着纸带运动，得到一条点迹清晰的纸带 .他
11、确定好起点之后，作出了位移时间图象如图乙所示 .则在 0 2.0 s 内的平均速度大小为 _ m/s.(结果保留二位有效数字 ) 图 6 答案 (1)C 4 6 V 0.02 (2)0.80 解析 (1)带线圈的 C 图是电磁打点计时器，工作电压为交流 4 6 V，当电源的频率为 50 Hz时，打点周期是 0.02 s.(2)由题图乙得，平均速度的大小 v xt 1.62.0 m/s 0.80 m/s. 实验 2：探究小车速度随时间变化的规律 一、实验原理 利用纸带记录的数据，计算各时刻的速度，再作出速度 时间图象 . 1.某点的瞬时速度 vn xn xn 12T ； 2.若 v t 图象是一
12、条倾斜的直线，则物体做匀变速直线运动，图线的斜率表示加速度 . 二、实验装置图及器材 如图 7 所示，打点计时器、学生电源、复写纸、纸带、导线、一端带有滑轮的长木板、小车、细绳、钩码、刻度尺、坐标纸 . 图 7 三、实验步骤 【 精品教育资源文库 】 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，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系列小点 . 4.
13、换上新的纸带，重复实验两次 . 5.增减所挂钩码，按以上步骤再做两次实验 . 四、数据处理 1.利用纸带测量并计算 (1)从纸带中选取便于测量的点作为计数始点，以后依次每五个点取一个计数点，并标明 0、1、 2、 3、 4? 测量各计数点到 0 点的距离 x，并记录在表中 . 位置编号 0 1 2 3 4 5 t/s x/m v/(ms 1) (2)分别计算出相邻的两计数点之间的距离 x1、 x2、 x3? (3)利用 vn xn xn 12T 求得计数点 1、 2、 3、 4 的瞬时速度，填入上面的表格中 . 2.作出小车运动的 v t 图象 (1)定标度、描点：坐标轴的标度选取要合理，并根
14、据表格中的数据在此坐标系中描点 . (2)连线：画一条直线，让这条直线通过尽可能多的点，不在直线上的点大 致均匀分布在直线的两侧 . 五、注意事项 1.细绳、纸带要与长木板平行； 2.先接通电源，待打点稳定后再释放小车； 3.开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器； 4.无须平衡摩擦力； 5.悬挂的钩码要适当，避免纸带打出的点太少或过于密集； 6.作 v t 图象时，注意坐标轴单位长度的选取，应使图象尽量分布在坐标平面的大部分面积 . 例 2 (2016 浙江 10 月选考 17) 在 “ 探究小车速度随时间变化的规律 ” 实验中 (1)下列说法中不正确或不必要的是 _(填字母 ). 【 精品教育资源文库 】 A.长木板的一端必须垫高，使小车在不 挂钩码时能在木板上做匀速运动 B.连接钩码和小车的细线应与长木板保持平行 C.小车应靠近打点计时器，先接通电源，后释放小车 D.选择计数点时，必须从纸带上第一个点开始 (2)图 8 甲是实验中打下的一段纸带，算出计数点 2 的速度大小为 _m/s，并在图乙中标出，其余计数点 1、 3、 4、 5 对应的小车瞬时速度大小在图乙中已标出 . (3)
