高考大纲要求的七个力学实验实验详细整理打印 7页

新课标高中物理力学实验考点总结 一、研究匀变速直线运动 （1） 实验原理 ‎ 测定物体做匀变速直线运动最基本的是测出位移和时间的关系，运用匀变速直线运动的规律，对纸带数据进行处理．‎ （2） 器材与装置 器材：小车，细绳，钩码，一端附有定滑轮的长木板，电磁打点计时器+6V以下低压交流电源（或者电火花计时器+220V交流电源），导线，纸带，细绳，刻度尺，复写纸片．‎ 注意：本实验不需要秒表，因为打点计时器本身就可以测量时间。‎ ‎ 纸带 ‎ 打点计时器 图1-1‎ 装置：按图1-1所示安装实验仪器，让带有纸带的小车在重物的拉动下运动，分析实验所得的纸带．‎ （3） 注意事项 ‎①开始要把小车停在打点计时器处，以便充分利用纸带，在纸带上打下足够的点．‎ ‎②应该先接通电源再放开小车．‎ ‎③打完点后应先关闭电源再取下纸带。‎ ‎④选择点迹清晰的纸带，在纸带上选择间隔较大的一段内的点作为计数点，并做好标记供分析用．将纸带平放在水平桌面上，用刻度尺测量任一计数点到第一个点间的距离并做好记录，不要分段测量．‎ ‎⑤小车的加速度宜适当大些，可以减小长度测量误差，一般能在约‎50cm的纸带上清楚取7-8个计数点为宜．‎ （4） 实验方法 ‎①纸带选择：从打点计时器重复打下的多条纸带中选点迹清楚的一条，舍掉开始比较密集的点迹，从便于测量的地方取一个开始点O作为基准点，然后每5个点取一个计数点A、B、C、…（或者说每隔4个点取一个记数点，有时题目中也说相邻两个计数点间还有4个点没画出来），这样做的好处是相邻记数点间的时间间隔是0.1s，便于计算．测算出相邻计数点间的距离x1、x2、x3 …‎ ‎②判断物体运动的性质：利用x1、x2、x3 …可以计算相邻相等时间内的位移差x2-x1、x3- x2、x4- x3…，如果各Δx的差值不等于零且在几乎相等，则可以判定被测物体的运动是匀变速直线运动．‎ ‎③求被测物体在任一计数点对应时刻的瞬时速度v：应用做匀变速直线运动的物体某段时间内的平均速度等于该段时间中间时刻的瞬时速度．如　‎ ‎④求被测物体的加速度有3种方法：‎ ‎ 方法1：“逐差法”．从纸带上得到6个相邻相等时间内的位移，则.‎ ‎ 方法2：利用任意两段相邻记数点间的位移求加速度，最后取平均值．如 ‎ 方法3：利用v-t图象求加速度．求出A、B、C、D、E、F各点的即时速度，画出如图‎1-5-2‎所示的v-t图线，图线的斜率就是加速度a．‎ 二、探究弹力与弹簧伸长的关系 一、实验目的 ‎1．探究弹力和弹簧伸长量的关系．‎ ‎2．学会利用图象法处理实验数据，探究物理规律．‎ 二、实验原理 ‎1．如图1所示，弹簧在下端悬挂钩码时会伸长，平衡时弹簧产生的 弹力与所挂钩码的重力大小相等．‎ ‎2．用刻度尺测出弹簧在不同钩码拉力下的伸长量x，建立直角坐标 系，以纵坐标表示弹力大小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(x、F)对应的点，用平滑的曲线连接起j来，根据实验所得的图线，就可探知弹力大小与伸长量间的关系．‎ 三、实验器材 铁架台、弹簧、毫米刻度尺、钩码若干、三角板、坐标纸、重垂线．‎ 四、实验步骤 ‎1．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l0，即原长．‎ 钩码个数 长度 伸长量x 钩码质量m 弹力F ‎0‎ l0＝‎ ‎1‎ l1＝‎ x1＝l1－l0‎ m1＝‎ F1＝‎ ‎2‎ l2＝‎ x2＝l2－l0‎ m2＝‎ F2＝‎ ‎3‎ l3＝‎ x3＝l3－l0‎ m3＝‎ F3＝‎ ‎⋮‎ ‎⋮‎ ‎⋮‎ ‎⋮‎ ‎⋮‎ ‎2．如右图所示，在弹簧下端挂质量为m1的钩码，测出此时弹簧的长度l1，记录m1和l1，填入自己设计的表格中．‎ ‎3．改变所挂钩码的质量，测出对应的弹簧长度，记录m2、m3、m4、m5和相应的弹簧长度l2、l3、l4、l5，并得出每次弹簧的伸长量x1、x2、x3、x4、x5.‎ 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变化的图线．‎ ‎2．以弹簧的伸长量为自变量，写出图线所代表的函数．首先尝试一次函数，如果不行则考虑二次函数．‎ ‎3．得出弹力和弹簧伸长量之间的定量关系，解释函数表达式中常数的物理意义．‎ 六、误差分析 ‎1．本实验的误差来源之一是由弹簧拉力大小的不稳定造成的，因此，使弹簧的悬挂端固定，另一端通过悬挂钩码来充当对弹簧的拉力，可以提高实验的准确度．‎ ‎2．弹簧长度的测量是本实验的主要误差来源，所以，应尽量精确地测量弹簧的长度．‎ ‎3．在F－x图象上描点、作图不准确．‎ 七、注意事项 ‎1．每次增减钩码测量有关长度时，均需保证弹簧及钩码不上下振动而处于静止状态，否则，弹簧弹力将可能与钩码重力不相等．‎ ‎2．弹簧下端增加钩码时，注意不要超过弹簧的限度．‎ ‎3．测量有关长度时，应区别弹簧原长l0、实际总长l及伸长量x三者之间的不同，明确三者之间的关系．‎ ‎4．建立平面直角坐标系时，两轴上单位长度所代表的量值要适当，不可过大，也不可过 小．‎ ‎5．描线的原则是，尽量使各点落在描出的线上，少数点分布于线两侧，描出的线不应是折线，而应是平滑的曲线．‎ ‎6．记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位．‎ 三、验证力的平行四边形定则 实验目的：1.知道什么是等效替代法.2.能用作图法验证互成角度的两个力合成时遵守平行四边形定则．‎ 基本实验要求 ‎1．实验原理 互成角度的两个力F1、F2与另外一个力F′产生相同的效果，看F1、F2用平行四边形定则求出的合力F与F′‎ 在实验误差允许范围内是否相等．‎ ‎2．实验器材 木板、白纸、图钉若干、橡皮条、细绳、弹簧测力计两个、三角板、刻度尺．‎ ‎3．实验步骤 ‎(1)用图钉把一张白纸钉在水平桌面上的木板上．‎ ‎(2)用两个弹簧测力计分别钩住两个细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O.如实验原理图所示．‎ ‎(3)用铅笔描下结点O的位置和两个细绳套的方向，并记录弹簧测力计的读数，利用刻度尺和三角板根据平行四边形定则求出合力F.‎ ‎(4)只用一个弹簧测力计，通过细绳套把橡皮条的结点拉到与前面相同的位置O，记下弹簧测力计的读数F′和细绳的方向．‎ ‎(5)比较F′与用平行四边形定则求得的合力F，看它们在实验误差允许的范围内是否相等．‎ 规律方法总结 ‎1．正确使用弹簧测力计 ‎(1)将两只弹簧测力计调零后水平互钩对拉过程中，读数相同，可选；若不同，应另换或调校，直至相同为止．‎ ‎(2)使用时，读数应尽量大些，但不能超出范围．‎ ‎(3)被测力的方向应与轴线方向一致．‎ ‎(4)读数时应正对、平视刻度．‎ ‎2．注意事项 ‎(1)位置不变：在同一次实验中，使橡皮条拉长时结点的位置一定要相同．‎ ‎(2)角度合适：用两个弹簧测力计钩住细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°～100°之间为宜．‎ ‎(3)在合力不超出量程及在橡皮条弹性限度内形变应尽量大一些．细绳套应适当长一些，便于确定力的方向．‎ ‎(4)统一标度：在同一次实验中，画力的图示选定的标度要相同，并且要恰当选定标度，使力的图示稍大一些．‎ ‎3．误差分析 ‎(1)误差来源：除弹簧测力计本身的误差外，还有读数误差、作图误差等．‎ ‎(2)减小误差的办法：‎ ‎①实验过程中读数时眼睛一定要正视弹簧测力计的刻度，要按有效数字和弹簧测力计的精度正确读数和记录．‎ ‎②作图时用刻度尺借助于三角板，使表示两力的对边一定要平行.‎ 四、验证牛顿第二定律 ‎1．实验目的、原理 图3－14－1‎ 图3－14－2 ‎ 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．‎ 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‎3-14-1‎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．‎ ‎ 2．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．‎ ‎ 3．实验步骤及器材调整 ‎ (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．‎ ‎ 4．注意事项 ‎ (1)在本实验中，必须平衡摩擦力，方法是不挂细绳及钩码时，将长木板不带定滑轮的一端垫起适当的高度，将小车靠近打点计时器，打开打点计时器，然后轻推一下小车，等小车运动到定滑轮处，关闭打点计时器，取下纸带，通过分析纸带判断小车是否做匀速直线运动。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．‎ ‎ 5．数据处理及误差分析 ‎ (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．‎ 五、探究平抛运动的规律 学习目标: ‎ ‎1．学会用实验方法描绘出平抛物体运动的轨迹。‎ ‎2．能根据运动轨迹分析实验数据，求出平抛物体的初速度。‎ 主要内容:‎ 一、实验原理 ‎ 平抛运动是以速度v0沿水平方向抛出后，物体只在重力作用下，加速度是重力加速度g的匀变速曲线运动。根据运动的合成与分解的知识，可以将平抛运动看作是两个分运动的合运动：一个分运动是水平方向上的匀速直线运动，其速度就是平抛运动的初速度v0；另一个分运动是竖直向下方向上的自由落体运动。在以抛出点O为原点的平面直角坐标系中，用铅笔试碰描迹法描绘出小球做平抛运动的轨道曲线。测出曲线上某一点的坐标(x、y)，利用y=求出运动时间t，再利用公式x=v0t，求出小球做平抛运动的初速度v0=x 。‎ 二、实验器材 斜槽，金属小球，木板(竖直固定支架)，坐标纸，图钉，刻度尺，重锤线，铅笔。‎ ‎ 三、实验步骤 ‎ 1．将斜槽放在实验桌上，其末端伸出桌面外，调节末端使其切线水平后固定。‎ ‎ 检查斜槽末端部分是否水平的方法：若将小球放在斜槽末端水平轨道的任何位置，小球都不滚动，则可以认为斜槽末端水平(也可将小球放在斜槽末端，轻轻将其向两边拨动各一次，看其是否有明显的运动倾向)。精细的检查方法是用水平仪调整。‎ ‎ 2．用图钉把坐标纸钉在木板上，让木板竖直固定，其左上方靠近槽口，用重锤线检查坐标纸上的竖线是否竖直，整个实验装置如图所示。用重锤线把木板校准到竖直方向，使小球平抛的轨道平面与板面平行，保证在重复实验的过程中，木板与斜槽的相对位置保持不变。‎ ‎ 3．建立直角坐标系xoy：以小球做平抛运动的起点O为坐标原点，从坐标原点O画出竖直向下的y轴和水平向右的x轴。‎ ‎ 确定坐标原点O的方法是：把小球放在槽口末端处，用铅笔记下这时球的球心在坐标纸板上的水平投影点O，即为坐标原点(不是槽口端点)。‎ ‎ 4．让小球由斜槽的某一固定位置自由滚下，由O点开始做平抛运动。先用眼睛粗略地估计小球在某一x值处(如x=1 cm或2 cm等)的y值，然后用铅笔尖指着这个位置，让小球从原释放处开始滚下，看是否与铅笔尖相碰，如此重复数次，较准确地确定小球通过的这个位置，并在坐标纸上记下这一点。‎ ‎ 5．依次改变x值，用与(4)同样的方法确定小球通过其他各点的位置。‎ ‎ 6．取下坐标纸，用刻度尺过0点画出y轴和z轴[当第(3)步未进行时]，将(4)(5)中所描出的各点用平滑曲线连接起来，这就画出了小球做平抛运动的轨迹曲线(所画曲线可不通过个别偏差大的点，但必须保持曲线平滑，不允许出现凹陷处)。‎ ‎ 7．求小球平抛的初速度v0‎ ‎ ①在所描绘的轨迹曲线上选取A、B、C、D、E、F六个不同点[不必是步骤(4)(5)中测出的点]，测出它们的坐标值。‎ ‎ ②将各点坐标值代入v0=x中，求出小球做平抛运动的初速度v0，最后算出v0的平均值。‎ ‎ ③实验记录：‎ 初速度v0的平均值_____________。‎ 四、注意事项 ‎ （1）固定斜槽时，必须注意使通过斜槽末端点的切线保持水平，以使小球离开斜槽后做平抛运动。‎ ‎ (2)木板必须处在竖直面内，与小球运动轨迹所在的竖直平面平行，使小球的运动靠近图纸但不接触。‎ ‎ (3)在斜槽上设定位卡板，使小球每次都从定位卡板所确定的同一位置由静止开始滚下，以保证重复实验时，小球做平抛运动的初速度相等。‎ ‎ (4)应在斜槽上适当的高度处释放小球，使小球能以适当的水平速度抛出，其运动轨迹由图板左上角到右下角。这样可以充分利用坐标纸，减小测量误差。‎ ‎ （5）由平抛运动方程求小球平抛的初速度时，应在平抛轨迹上选取离坐标原点0较远的点的坐标数据来进行计算，这样既便于测量又减小了误差。‎ ‎ 五、误差分析 ‎ (1)安装斜槽时，其末端切线不水平，造成小球并非做平抛运动，测量的数据不准确。‎ ‎ (2)建立直角坐标系时，误以斜槽末端端口位置为坐标原点(实际上应以末端端口上的小球球心位置为坐标原点)。‎ ‎ (3)小球每次从槽上开始滚下的位置不相同，使得平抛初速度不相同。‎ 六、探究动能定理 实验目的 ‎1．通过实验探究外力对物体做功与物体速度的关系．‎ ‎2．通过实验数据分析，总结出做功与物体速度平方的正比关系．‎ 实验原理 ‎1．不是直接测量对小车做功，而是通过改变橡皮筋条数确定对小车做功W、2W、3W、….‎ ‎2．由于橡皮筋做功而使小车获得的速度可以由纸带和打点计时器测出，也可以用其他方法测出．这样，进行若干次测量，就得到若干组功和速度的数据．‎ ‎3．以橡皮筋对小车做的功为纵坐标，小车获得的速度为横坐标，作出W－v曲线，分析这条曲线，可以得知橡皮筋对小车做的功与小车获得的速度的定量关系．‎ 实验器材 小车(前面带小钩)、‎100 g～‎200 g砝码、长木板，两侧适当的对称位置钉两个铁钉、打点计时器及纸带、学生电源及导线(使用电火花计时器不用学生电源)、5～6条等长的橡皮筋、刻度尺．‎ 一、实验步骤 ‎1．按图所示将实验仪器安装好．同时平衡摩擦力 ‎2．先用一条橡皮筋做实验，用打点计时器和纸带测出小车获得的速度v1，设此时橡皮筋对小车做功为W1，将这一组数据记入表格．‎ ‎3．用2条橡皮筋做实验，实验中橡皮筋拉伸的长度与第一次相同，这样橡皮筋对小车做的功为W2，测出小车获得的速度v2，将数据记入表格．‎ ‎4．用3条、4条…橡皮筋做实验，用同样的方法测出功和速度，记入表格.‎ 二、实验分析 ‎1．数据采集 ‎(1)求小车的速度：利用纸带上点迹均匀的一段测出两点间的距离x，则v＝(其中T为打点周期)．‎ 如图所示中测出AB两点间距离．‎ ‎(2)数据记录：把计算出的速度填入上表中并算出v2值．‎ ‎(3)数据处理：在坐标纸上画出W－v和W－v2图线 三、误差分析 ‎1．误差的主要来源是橡皮筋的长度、粗细不一，使橡皮筋的拉力做功W与橡皮筋的条数不成正比．‎ ‎2．没有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力时倾角过大也会造成误差．‎ ‎3．利用打上点的纸带计算小车的速度时，测量不准带来误差．‎ 四、注意事项 ‎1．平衡摩擦力很关键，将木板一端垫高，使小车重力沿斜面向下的分力与摩擦阻力平衡．方法是轻推小车，由打点计时器打在纸带上的点的均匀程度判断小车是否匀速运动，找到木板一个合适的倾角．2．测小车速度时，纸带上的点应选均匀部分的，也就是选小车做匀速运动的部分．3．橡皮筋应选规格一样的．力对小车做的功以一条橡皮筋做的功为单位即可，不必计算出具体数值． ‎ ‎4．小车质量应大一些，使纸带上打的点多一些．‎ ‎ ‎ 七、验证机械能守恒定律 ‎◆实验目的 ‎ 用打点计时器验证机械能守恒定律。‎ ‎◆实验原理 ‎ 在只有重力做功的自由落体运动中遵守机械能守恒定律，即重力势能的减少量等于动能的增加量，利用打点计时器在纸带上记录物体下落的高度h，计算出物体的瞬时速度v，即可求得重力势能的减少量△Ep=mgh和物体动能的增加量△Ek=，再验证△Ep与△Ek是否在误差范围内相等．‎ ‎◆实验器材 打点计时器、纸带、重物(附带夹子)、刻度尺、‎ 铁架台．‎ ‎◆实验步骤 ‎1．将电火花(或电磁)打点计时器固定在铁 架台上．‎ ‎2．如图所示，将纸带固定在重物上，让纸 带穿过打点计时器的限位孔．‎ ‎3．用手握着纸带，让重物静止地靠近打点计时器，‎ 然后接通电源，松开纸带让重物自由落下，纸带上打下一系列小点．‎ ‎4．从打出的几条纸带中挑选第一、二两点间的距离接近‎2 mm且点迹清晰的纸带进行测量，记下第一个点的位置O，并纸带上从任意点开始依次选取几个点1、2、3、4…，并量出各点到O距离h1、h2、‎ h3…，‎ 计算相应的重力势能减少量mghn．‎ ‎ 5．测出一系列计数点到第1个点的距离d1、d2…，根据公式vn=，计算物体在打下点1、2、…时的即时速度v1、v2…，计算相应的动能。‎ ‎ 6．比较与mghn是否相等。‎ ‎◆注意事项 ‎ 1．尽可能控制实验条件，减少各种阻力，采取的措施有：‎ ‎ (1)铁架台应竖直安装，可使纸带所受阻力减小．‎ ‎ (2)应选用质量和密度较大的重物，增大重力可使阻力的影响相对减小，增大密度可以减小体积，可使空气阻力减小．‎ ‎ (3)实验时必须保持提起的纸带竖直，手不动，待接通电源，让打点计时器工作正常后，再松开纸带以保持第一点是一个清晰的点．‎ ‎ 2．选取纸带的原则是：‎ ‎ (1)点迹清晰；‎ ‎ (2)所打点呈一条直线；‎ ‎ (3)第1、2点间距接近‎2 mm，这样可保证重锤恰好由静止开始下落．‎ ‎3．测量高度h时，应从起始点算起，为减小h的相对误差，选取的计数点要离起始点远些，纸带不宜过长，最好有效长度在‎60 cm～‎80 cm。‎