第十四章实验与探究 [考试标准] 实验名称 考试要求 说明 1.探究小车速度随时间变化的规律 √ 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.探究求合力的方法 √ 3.探究加速度与力、质量的关系 √ 4.研究平抛运动 √ 5.探究做功与物体速度变化的关系 √ 6.验证机械能守恒定律 √ 7.测绘小灯泡的伏安特性曲线 √ 8.探究导体电阻与其影响因素包括材料的关系 √ 9.练习使用多用电表 √ 10.测定电池的电动势和内阻 √ 11.探究电磁感应的产生条件 √ 12.探究感应电流方向的规律 √ 13.探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系 √ 14.探究单摆周期与摆长的关系 √ 15.测定玻璃的折射率 √ 16.用双缝干涉测量光的波长同时练习使用游标型测量头 √ 17.探究碰撞中的不变量 √ 第1讲 力学实验一 实验1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＝；
2若v－t图象是一条倾斜的直线，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 实验装置图如图1所示 图1 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. 三、实验步骤 1.把一端带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.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＝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1 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. 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2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作图并求得小车的加速度大小为________m/s2. 甲 乙 图2 答案 见解析 解析 1探究小车速度随时间变化的规律，要求长木板平放，选项A是不必要的.在处理纸带时，由于第一点并不确定，因此常常将前面的点去掉，从清晰可辨的点开始取点，选项D是不必要的.连接钩码和小车的细线需要与长木板平行，否则就要涉及到线的拉力分解问题，选项B是必要的.操作时应先接通电源再释放小车，选项C是必要的. 2根据题图甲，x1＝3.80 cm ，x3＝15.70 cm，T＝50.02 s＝0.1 s，所以v2＝≈0.60 m/s.标出计数点2的速度如图a所示. 3作图如图b所示，由图象可求出加速度a＝＝1.50 m/s2. 变式1 2018宁波市期末在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中 1用到电磁打点计时器，应采用的电源是________. A.学生电源交流输出 B.3节干电池 C.蓄电池 2下列说法正确的是________. A.应先接通电源，在打点计时器开始打点后再释放小车 B.应先释放小车，再接通打点计时器的电源 3某学生实验时得到一条点迹清晰的纸带如图3所示，图中O、A、B、C、D、E是打点计时器连续打下的6个点，若打点计时器的打点周期为T，则利用此纸带得到小车的加速度的表达式为________.用x2、x5、T来表示 图3 答案 1A 2A 3 变式2 2018温州市“十五校联合体”期中同学们利用如图4所示装置做“探究小车速度随时间变化的规律”实验.请你完成下列有关问题 图4 1实验室提供如图5甲、乙两种打点计时器，某实验小组决定使用电火花计时器，则应选用图中的____填“甲”或“乙”计时器. 图5 2另一实验小组使用的是电磁打点计时器，图6中接线正确的是_______填“甲”或“乙”. 图6 3小宇同学选取一条清晰纸带进行研究，在纸带上选出九个计数点，如图7所示，相邻两个计数点之间的时间间隔为0.1 s，根据纸带提供的信息，纸带上3、5两点间距离为________ mm. 图7 4纸带上计数点6的瞬时速度为________ m/s结果保留3位有效数字，小车运动的加速度为________ m/s2结果保留2位有效数字. 5在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中，下列说法中对于减小实验误差有益的是________. A.垫高长木板的一端，使小车在不挂钩码时能在木板上做匀速运动 B.使小车运动的加速度尽量小些 C.舍去纸带上密集的点，利用点迹清晰、点间间隔适当的那一部分进行测量 D.选用各处平整程度、光滑程度相同的长木板做实验 答案 1乙 2乙 335.034.5～35.5均可 40.2550.254～0.256均可 0.380.36～0.42均可 5CD 变式3 2018杭州市五校联考如图8所示，某同学在做“探究小车速度随时间变化的规律”实验时，对打出的一条纸带进行研究打点计时器所用电源频率为50 Hz，该同学在纸带上按每5个点取一个计数点，取了A、B、C、D、E、F等计数点进行研究，该同学已求出了一些计数点对应的速度，其数值见表格. 图8 1关于用打点计时器“探究小车速度随时间变化的规律”的实验，以下说法正确的是________. A.长木板带滑轮的一端必须伸出桌面外侧 B.实验时小车应从靠近打点计时器的位置释放 C.应先释放小车，再启动打点计时器 D.牵引小车的钩码质量越大越好 2根据图9纸带提供的信息，该同学已经计算出了打下B、D、E这三个计数点时小车的速度，请你帮助他计算出打下计数点C时小车的速度保留2位有效数字，并填入相应空格. 图9 计数点 B C D E v/m/s 0.40 0.56 0.64 3以速度v为纵轴、时间t为横轴在坐标纸上建立直角坐标系A点对应时刻为坐标系中的0时刻，根据以上数据在图10所给的坐标纸中作出小车的v－t图线. 图10 4根据图象可得，小车在打下A点时的速度vA＝________ m/s，小车运动的加速度a＝________ m/s2.以上结果均保留2位有效数字 答案 1AB 20.48 3如图所示 40.32 0.80 实验2探究求合力的方法 一、实验原理 1.合力F′的确定一个力F′的作用效果和两个力F1、F2的共同作用效果都是把橡皮条拉伸到同一点，则F′就是F1、F2的合力. 2.合力理论值F的确定根据平行四边形定则作出F1、F2的合力F的图示. 3.平行四边形定则的验证比较F和F′的大小和方向是否相同. 二、实验装置图及器材 实验装置图如图11所示 图11 方木板、白纸、弹簧测力计两只、橡皮条、细绳套、刻度尺与三角板、图钉若干. 三、实验步骤 1.钉白纸用图钉把白纸钉在水平桌面上的方木板上. 2.拴绳套用图钉把橡皮条的一端固定在A点，在橡皮条的另一端拴上两个细绳套. 3.两力拉用两只弹簧测力计分别勾住细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长到某一位置O，如图12所示.记录两弹簧测力计的读数，用铅笔描下O点的位置及此时两细绳套的方向. 图12 4.一力拉只用一只弹簧测力计通过细绳套把橡皮条的结点拉到同样的位置O，记下弹簧测力计的读数和细绳套的方向. 5.改变两个力F1和F2的大小和夹角，再重复实验两次. 四、数据处理 1.用铅笔和刻度尺从结点O沿两条细绳方向画直线，按选定的标度作出这两只弹簧测力计的拉力F1和F2的图示，并以F1和F2为邻边用刻度尺与三角板作平行四边形，过O点画平行四边形的对角线，即可得到合力F的图示. 2.用刻度尺从O点按同样的标度沿记录的方向作出实验步骤中用一只弹簧测力计拉时弹簧测力计的拉力F′的图示. 3.比较F与F′是否完全重合或几乎完全重合，从而验证平行四边形定则. 五、注意事项 1.同一实验中的两只弹簧测力计的选取方法是将两只弹簧测力计调零后互钩对拉，若两只弹簧测力计在对拉过程中，读数相同，则可选；
若读数不同，应另换，直至相同为止. 2.在同一次实验中，使橡皮条拉长时，结点O位置一定要相同. 3.用两只弹簧测力计钩住绳套互成角度地拉橡皮条时，夹角不宜太大也不宜太小，在60～100之间为宜. 4.实验时弹簧测力计应与木板平行，弹簧轴线与绳子共线，读数时眼睛要正视弹簧测力计的刻度，在合力不超过弹簧测力计量程及橡皮条弹性限度的前提下，拉力的数值尽量大些. 5.细绳套应适当长一些，便于确定力的方向.不要直接沿细绳套的方向画直线，应在细绳套末端用铅笔画一个点，去掉细绳套后，再将所标点与O点连接，即可确定力的方向. 6.在同一次实验中，画力的图示所选定的标度要相同，并且要恰当选取标度，使所作力的图示稍大一些. 例2 某探究小组做“探究求合力的方法”实验，将画有坐标轴横轴为x轴，纵轴为y轴，最小刻度表示1 mm的纸贴在水平桌面上，如图13a所示.将橡皮筋的一端Q固定在y轴上的B点位于图示部分之外，另一端P位于y轴上的A点时，橡皮筋处于原长. 1用一只测力计将橡皮筋的P端沿y轴从A点拉至坐标原点O，此时拉力F的大小可由弹簧测力计读出.弹簧测力计的示数如图b所示，F的大小为________N.