3高考物理实验全面总结_高中三年全科资料_高中_2高中9科分类资料包_高中理综

高考物理实验全面总结 考点内容 实验一：研究匀变速直线运动 实验二：探究弹力和弹簧伸长的关系 实验三：验证力的平等四边形定则 实验四：验证牛顿运动定律 实验五：探究动能定理 实验六：验证机械能守恒定律 实验七：测定金属的电阻率 实验八：描绘小电珠的伏安特性曲线 实验九：测定电源的电动势和内阻 实验十：练习使用多用电表 实验十一：传感器的简单使用 实验十二：验证动量守恒定律 实验十三：用油膜法估测分子的大小 实验一 匀变速直线运动的探究 一、实验目的 1．练习使用打点计时器，学会用打上点的纸带研究物体的运动． 2．掌握判断物体是否做匀变速直线运动的方法． 3．能够利用纸带测定物体做匀变速直线运动的加速度． 二、实验原理 1．理论基础 沿直线运动的物体在连续相等的时间内不同时刻的速度分别为v、v、v、…，若v-v=v- 1 2 3 2 1 3 v=v-v=…，则说明该物体在相等时间内速度的增量相等，由此说明该物体在 2 4 3 做匀变速直线运动； 2．打点计时器的工作原理： (1)作用：计时仪器，每隔0.02 s打一次点． 工作条件①电磁打点计时器：4～6v交流电②电火花打点计时器：200v交流电 (3)纸带上点的意义： ①表示和纸带相连的物体在不同时刻的位置．（记录了时间和位移） ②通过研究纸带上各点之间的间隔，可以判断物体的运动情况． 设相邻两点之间的位移为S、S、S… 1 2 3 (1)若如S-S=S-S=…=S-S =0．则物体做匀速直线运动． 2 1 3 2 n n-1 (2)若如S-S=S-S=…=S-S ≠0，则物体做变速直线运动． 2 1 3 2 n n-1 3．求物体加速度的方法和速度 (1)逐差法如图实-1-1所示，相邻两计数点间的距离分别为S、S、S…、S 两计数点间的时间间隔为 1 2 3 6 T，根据△s=aT2 同理如 即为所求物体运动的加速度． （2）平均速度法求速度 求各点的瞬时速度 (2)V-t图象法 根据: ，求出各个记数点的瞬时速度，再作出v-t图像，其斜率表示加速度。 三、实验器材 电磁打点计时器或电火花计时器、一端附有定滑轮的长木板、小车、纸带、刻度尺、导线、 电源、垫片等． 四、实验步骤与数据处理 1．如图实-1-2所示，把原来放于水平桌面上的长木板一端垫起，把打点计时器固定在木板被 垫起的那一端，连接好电路．让平整的纸带穿过打点计时器的限位孔把纸带的一端固定在小 车后面． 2．用手按住小车，使小车停在靠近打点计时器处．先接通电源。再放开小车．小车在拖着纸带 运动的同时，打点计时器就在纸带上打下一系列的点．断开电源，取下纸带；更换新纸带，重 复实验三次． 3．从三条纸带中选择一条比较理想的纸带，舍掉开头一些比较密集的点，在后面便于测量的 地方找一个开始点，为了测量方便和减少误差，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（每隔四个点）的时间作为时间的单位，就是T=0.02S× 5=0.1S，在选好的开 始点下标明A，依次标为B、C、D、E…叫做计数点． 4．用毫米刻度尺正确测出每相邻两计数点之间的距离S、S、S、S、S、S 并填入下表中。 1 2 3 4 5 65．比较各段的加速度是否相等，得出结论，即小车沿斜面的下滑是否可以看成匀变速直线运 动。 6．根据实验原理中所讲的方法，计算小车的加速度或根据 v-t图象求出小车的加速度． 五、注意事项 1．开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器． 2．应该先接通电源，再释放小车，当小车到达滑轮前及时用手按住. 3．先断开电源，再取下纸带． 4．如打出的点较轻或是短线时，应调整振针距复写纸的高度． 5．选择一条理想的纸带，是指纸带上的点迹清晰，适当舍弃点密集部分，适当选取计数点(注 意计数点与计时点的区别)，弄清楚所选的时间间隔T等于多少秒． 6．每打好一条纸带，将定位轴上的复写纸换个位置，以保证打点清晰． 7．不要分段测量各段位移，应尽可能地一次测量完毕(可先统一量出各计数点到计数起点0 之间的距离)．读数时应估读到毫米的下一位。 8．要多测几组，尽量减小误差． 六、误差分析 1．根据纸带测量的位移有误差． 2．根据位移计算的瞬时速度有误差． 3．计算的加速度有误差． 4．用作图法作出的v-t图线并非是一条直线． 5．木板的粗糙程度并非完全相同． 高考真题 1（. 2013广东）（1）研究小车匀速直线运动的实验装置如图16（a）所示其中斜面倾角θ可调， 打点计时器的工作频率为50H 纸带上计数点的间距如图16（b）所示，七中每相邻两点之间 Z， 还有4个记录点未画出。 ① 部分实验步骤如下：A. 测量完毕，关闭电源，取出纸带 B. 接通电源，待打点计时器工作稳定后放开小车 C. 将小车依靠在打点计时器附近，小车尾部与纸带相连 D. 把打点计时器固定在平板上，让纸穿过限位孔 上述实验步骤的正确顺序是： （用字母填写） ② 图16（b）中标出的相邻两计数点的时间间隔T= s ③ 计数点5对应的瞬时速度大小计算式为V = 。 5 ④ 为了充分利用记录数据，减小误差，小车加速度大小的计算式应为a= 2（. 2011广东）（1）图14是“研究匀变速直线运动”实验中获得的一条纸带，O、A、B、 C、D和E为纸带上六个计数点，加速度大小用a表示。 O A B C D E       1 cm 2 3 图 14 ① OD间的距离为________cm。 ② 图15是根据实验数据绘出的s-t2图线（s为各计数点至同一起点的距离），斜率表示 ________，其大小为________m/s2（保留三位有效数字）。 s/cm 3.0  2.0   1.0   t2 /s2 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 图 15 1. DCBA 0.1 s (S4+S5)/0.2 m/s a= [(S4+S5+S6)-(S1+S2+S3)]/0.09 m/s2 2.（1）① 2.20 ②加速度的二分之一 0.923 实验二 探究弹力和弹簧伸长的关系 一、实验目的 I．培养学生用所学知识探究物理规律的能力． 2．探究弹力和弹簧伸长的关系． 3．养成用图象法处理实验数据的习惯．二、实验原理 1．如图实-2-1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、实验步骤与数据处理 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 L，即原长． 0 2.如图实-2-2所示，将已知质量的钩码挂在弹簧的下端，在平衡时测量弹簧的总长L并计算 钩码的重力，填写在记录表格里． 3．改变所挂钩码的质量，重复前面的实验过程多次． 4．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． 5．以弹簧的伸长量x为自变量，写出曲线所代表的函数．首先尝试写成一次函数，如果不行 则考虑二次函数． 6．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(斜率K)的物理意义． 五、注意事项 1．所挂钩码不要过重，以免弹簧被过分拉伸，超出它的弹性限度．要注意观察，适可而止． 2．每次所挂钩码的质量差尽量大一些，从而使坐标上描的点尽可能稀，这样作出的图线更精 确． 3．测弹簧长度时，一定要在弹簧竖直悬挂且处于平衡状态时测量，以减小误差． 4．描点画线时，所描的点不一定都落在一条曲线上，但应注意一定要使各点均匀分布在曲线的两侧．描出的线不应是折线，而应是平滑的曲线． 5．记录数据时要注意弹力与弹簧伸长量的对应关系及单位． 六、误差分析 1．钩码标值不准确，弹簧长度测量不准确带来误差． 2．画图时描点及连线不准确也会带来误差． 3．弹簧竖直悬挂时，未考虑弹簧自身重力的影响而带来误差． 高考真题 34.（2012广东）（2）某同学探究弹力与弹簧伸长量的关系。 ①将弹簧悬挂在铁架台上，将刻度尺固定在弹簧一侧，弹簧轴线和刻度尺都应在______ 方向（填“水平”或“竖直”） ②弹簧自然悬挂，待弹簧______时，长度记为L ，弹簧下端挂上砝码盘时，长度记为L； 0 x 在砝码盘中每次增加10 砝码，弹簧长度依次记为L 至L ，数据如下表表： g 1 6 代表符号 L L L L L L L L 0 x 1 2 3 4 5 6 数值（cm） 25.35 27.35 29.35 31.30 33.4 35.35 37.40 39.30 表中有一个数值记录不规范，代表符号为 _______。由表可知所用刻度尺的最小长度为 ______。 ③图16是该同学根据表中数据作的图，纵轴是砝 码的质量，横轴是弹簧长度与_________的差值 （填“L或L”）。 0 1 ④由图可知弹簧和的劲度系数为_________N/m； 通过图和表可知砝码盘的质量为_________g（结 果保留两位有效数字，重力加速度取9.8m/s2）。 34. (2) ①竖直 ②稳定 L 1mm 3 ③ L 0 ⑤ 4.9 10 实验三 验证力的平行四边形定则 一、实验目的 1.掌握弹簧测力计的正确使用方法． 2.根据实验的要求，会对给定的实验步骤排序、纠错． 3.验证互成角度的两个力合成时的平行四边形定则，培养用作图法处理问题的能力． 二、实验原理 等效法：使一个力F′和两个力F、F 都让同一条一端固定的橡皮筋伸长到某点。即它们 1 2 的作用效果相同，所以一个力F′就是这两个力F 和F 的合力，作出力F′的图示．再根据平 1 2 行四边形定则作出力F 和F 的合力F的图示，比较F和F′的大小和方向是否都相同． 1 2 三、实验器材 方木板，白纸，弹簧测力计(两只)，橡皮筋，细绳套(两个)，三角板，刻度尺，图钉(几个)、 铅笔． 四、实验步骤与数据处理 1．用图钉把白纸钉在水平桌面的方木板上． 2．用图钉把橡皮筋的一端固定在A点，橡皮筋的另一端拴上两个细绳套．F合 F合 3．用两只弹簧测力计分别钩住细绳套，互成角度F 地拉橡皮筋，F使橡皮筋伸长F到1某一位置0，如F2 图实-3-1所示，记录两弹簧测力计的读数，用1铅笔描下O点的2 位置及此时两细绳套的方向． 4．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 的读数F 和F 的图示，并以F 和F 为邻边用刻度尺作平行四边形，过O点画平行四边形的对 1 2 1 2 角线，此对角线即为合力F的图示． F3 F3 5．只用一只弹簧测力计通过细绳套把橡皮筋的结点拉到同样的位置0，记下弹簧测力计的读 图甲 数和细绳的方向，用刻度尺从0点按同样的标度沿记录的方向作出这只弹簧测力计图的乙拉力 F′的图示． 6．比较力F′与用平行四边形定则作出的合力F在大小和方向上是否相同． 7．改变两个力F1与F2的大小和夹角，再重复实验两次． 五、注意事项 1．不要直接以橡皮筋端点为结点，可拴一短细绳连两细绳套，以三绳交点为结点，应使结点 小些，以便准确地记录结点0的位置． 2．在同一次实验中，使橡皮筋拉长时结点O的位置一定要相同． 3．不要用老化的橡皮筋，检查方法是用一个弹簧拉橡皮筋，要反复做几次，使橡皮筋拉到相 同的长度看弹簧读数有无变化． 4．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，取掉细绳套后，再将所标点与0点连直线确定力的方向． 5．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． 六、误差分析 本实验误差的主要来源除弹簧测力计本身的误差外，还有读数误差、作图误差，因此读 数时眼睛一定要正视，要按有效数字正确读数和记录，两力与各对边要平行．两个分力F 1 和F 间的夹角θ越大，用平行四边形作图得出的合力F的误差△F也越大，所以实验中不要 2 把θ取得太大，但也不宜太小，以600～1000之间为宜． 例题分析 1.有同学利用如图的装置来验证力的平行四边形定则：在竖直木板上铺有白纸，固定两个光 滑的滑轮A和B，将绳子打一个结点O，每个勾码的重量相等，当系统达到平衡时，根据勾码 个数读出三根据绳子的拉力TOA、TOB和TOC，回答下列问题： （1）改变勾码个数，实验能完成的是（ ） A．勾码的个数N1=N2=2，N3=4 B．勾码的个数N1=N3=3，N2=4 C．勾码的个数N1=N2=N3=4 A D．勾码的个数N1=3，N2=4，N3=5 B O （2）在拆下勾码和绳子前,最重要的一个步骤是（ ） C A．标记结点O的位置，并记录OA、OB、OC三段绳子的方向． N1 N2 B．量出OA、OB、OC三段绳子的长度 N3C．用量角器量出三根绳子之间的夹角 D．用天平测出勾码的质量 （3）在作图时，你认为 下图中图 是正确的． （填“甲”或“乙”） BCD A 甲 实验四 验证牛顿运动定律 一、实验目的 1．学会用控制变量法研究物理规律； 2．验证牛顿第二定律； 3．掌握利用图象处理数据的方法． 二、实验原理 1．验证牛顿运动定律的实验依据是牛顿运动定律，即 F ＝ M a，当研究对象有两个以上的 参量发生变化时，设法控制某些参量使之不变，而研究另外两个参量之间的变化关系的方法 叫控制变量法．本实验中有力F、 质量 M 和加速度a三个变量，研究加速度a与F及M的关系 时，先控制质量M不变，讨论加速度a与 力 F 的关系；然后再控制力F不变，讨论加速度a与 质量M的关系． 2．实验中需要测量的物理量和测量方法是：小车及砝码的总质量M；用天平测出． 小车受到的拉力F认为等于托盘和砝码的总重力mg． 小车的加速度a利用纸带根据 Δs =a T 2 计算． 三、实验器材 打点计时器、纸带、复写纸片、小车、一端附有定滑轮的长木板、重物、夹子、细绳、低压 交流电源、导线、天平（带有一套砝码）、刻度尺、砝码． 四、实验步骤及数据处理 1．用天平测出小车和砝码的总质量M，小盘和砝码的总质量m，把数值记录下来． 图3-4-1 2．按如图3-4-1所示把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细绳系在车上，即不给小 车加牵引力． 3．平衡摩擦力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫一块木板．反复移动木板的位置，直 至小车在斜面上运动时可以保持匀速直线运动状态．这时，小车拖着纸带运动时受到的摩擦 阻力恰好与小车所受的重力在斜面方向上的分力平衡． 4．把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂小盘，先接通电源再放开小车，打点计时器在纸带 上打下一系列的点，打完点后切断电源，取下纸带，在纸带上标上纸带号码． 5．保持小车和砝码的质量不变，在小盘里放入适量的砝码，把小盘和砝码的总质量m′ 记录下来，重复步骤4．在小桶内再放入适量砝码，记录下小盘和砝码的总质量m″，再重复步骤4． 6．重复步骤5两次，得到三条纸带． 7．在每条纸带上都选取一段比较理想的部分，标明计数点，测量计数点间的距离，算出 每条纸带上的加速度的值． 8．用纵坐标表示加速度a，横坐标表示作用力F，作用力的大小F等于小盘和砝码的总重 力，根据实验结果在坐标平面上画出相应的点，如果这些点是在一条过原点的直线上，便证 明了加速度与作用力成正比． 9．保持小盘和砝码的质量不变，在小车上加砝码，重复上面的实验，用纵坐标表示加速 度a，横坐标表示小车和砝码总质量的倒数，根据实验结果在坐标平面上画出相应的点．如果 这些点是在一条过原点的直线上，就证明了加速度与质量成反比． 五、注意事项 1．一定要做好平衡摩擦力的工作，也就是调出一个合适的斜面，使小车的重力沿着斜面 方向的分力正好平衡小车受的摩擦阻力．在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细线系在小车 上，即不要给小车加任何牵引力，并要让小车拖着打点的纸带运动． 2．实验步骤2、3不需要重复，即整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变小盘和砝码 的总质量还是改变小车和砝码的总质量，都不需要重新平衡摩擦力． 3．每条纸带必须在满足小车与车上所加砝码的总质量远大于小盘和砝码的总质量的条 件下打出．只有如此，小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力． 4．改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源， 再放开小车，且应在小车到达滑轮前按住小车． 5．作图象时，要使尽可能多的点分布在所作直线上，不在直线上的点应尽可能对称分布 在所作直线两侧. 6．作图时两轴标度比例要选择适当，各量须采用国际单位．这样作图线时，坐标点间距 不至于过密，误差会小些． 7．为提高测量精度 （1）应舍掉纸带上开头比较密集的点，在后边便于测量的地方找一个起点． （2）可以把每打五次点的时间作为时间单位，即从开始点起，每五个点标出一个计数点， 而相邻计数点间的时间间隔为T＝0.1 s． 六、误差分析 1．质量的测量误差纸带上打点计时器打点间隔距离的测量误差，拉线或纸带不与木板 平行等都会造成误差. 2．因实验原理不完善造成误差 本实验中用小盘和砝码的总重力代替小车受到的拉力（实际上小车受到的拉力要小于 小盘和砝码的总重力），存在系统误差． 小盘和砝码的总质量越接近小车的质量，误差就越大；反之，小盘和砝码的总质量越小 于小车的质量,误差就越小． 3．平衡摩擦力不准造成误差 在平衡摩擦力时，除了不挂小盘外；其他的都跟正式实验一样（比如要挂好纸带、接通打 点计时器），匀速运动的标志是打点计时器打出的纸带上各点的距离相等． 高考物理 23(2012全国理综).（11分） 图1为验证牛顿第二定律的实验装置示意图。图中打点计时器的电源为50Hz 的交流电源，打点的时间间隔用Δt表示。在小车质量未知的情况下，某同学设计了一种方法用来研究“在外力一定的条件下，物体的加速度与其质量间的关系” （1）完成下列实验步骤中的填空： ①平衡小车所受的阻力：小吊盘中不放物块，调整木板右端的高度，用手轻拨 小车，直到打点计时器打出一系列________的点。 ②按住小车，在小吊盘中放入适当质量的物块，在小车中放入砝码。 ③打开打点计时器电源，释放小车，获得带有点列的纸袋，在纸袋上标出小车中 砝码的质量m。 ④按住小车，改变小车中砝码的质量，重复步骤③。 ⑤在每条纸带上清晰的部分，没5个间隔标注一个计数点。测量相邻计数点的间 距s ，s ，…。求出与不同m相对应的加速度a。 1 2 1 1 ⑥以砝码的质量m为横坐标 为纵坐标，在坐标纸上做出 m关系图线。若加 a a 1 速度与小车和砝码的总质量成反比，则 与m处应成_________关系（填“线 a 性”或“非线性”）。 （2）完成下列填空： （ⅰ）本实验中，为了保证在改变小车中砝码的质量时，小车所受的拉力近似不变 小吊盘和盘中物块的质量之和应满足的条件是_______________________。 （ⅱ）设纸带上三个相邻计数点的间距为 s 、s 、s 。a可用s 、s 和Δt表示为 1 2 3 1 3 a=__________。图 2 为用米尺测量某一纸带上的 s 、s 的情况，由图可读出 1 3 s =__________mm，s =__________。由此求得加速度的大小a=__________m/s2。 1 3 （ⅲ）图3为所得实验图线的示意图。设图中直线的斜率为k，在纵轴上的截距为 b，若牛顿定律成立，则小车受到的拉力为___________，小车的质量为 ___________。 【解析与答案】（1）间距相等的点。（2）线性s s s s （2）（i）远小于m(ii)a  3 1  3 1 2(5t)2 50(t)2 s s (6.722.43)102 a  3 1   2.15m/s. 2(5t)2 2(50.02)2 1 1 m' 1 (iii)设小车的质量为m'，则有F (mm')a，变形得  m ,所以 m a F F a 1 1 1 m' 图象的斜率为  k ，所以作用力 F  ， m图象的截距为 b，所以 F k a F s 3.681.25 2.43cm 1 b m' 。 k 小车、砝码、打点计时器 21（2012安徽卷）.（18分）Ⅰ.（10分）图1 □ □ □ □ ● 为“验证牛顿第二定律”的实验装置示意 图。砂和砂桶的总质量为m，小车和砝码 接交流电 的总质量为M 。实验中用砂和砂桶总重 源 力的大小作为细线对小车拉力的大小。 砂、砂桶 (1)试验中，为了使细线对小车的拉力 图1 等于小车所受的合外力，先调节长木板一 滑轮的高度，使细线与长木板平行。接下来还需要进行的一项操作是 A. 将长木板水平放置，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，给打点计时器通电，调 节m的大小，使小车在砂和砂桶的牵引下运动，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动。 B. 将长木板的一端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，撤去砂和 砂桶，给打点计时器通电，轻推小车，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动。 C. 将长木板的一端垫起适当的高度，撤去纸带以及砂和砂桶，轻推小车，观察判断小车 是否做匀速运动。 (2)实验中要进行质量m和M 的选取，以下最合理的一组是 A. M =200g, m=10g、15g、20g、25g、30g、40g B. M =200g, m=20g、40g、60g、80g、100g、120gC. M =400g, m=10g、15g、20g、25g、30g、40g D. M =400g, m=20g 40g、60g、80g、100g、120g （3）图2 是试验中得到的一条纸带，A、B、C、D、E、F 、G 为7个相邻的计数点，相邻 的两个计数点之间还有四个点未画出。量出相邻的计数点之间的距离分别为s =4.22 cm、 AB s =4.65 cm、s =5.08 cm、s =5.49 cm、s =5.91 cm、s =6.34 cm 。已知打点计时器 BC CD DE EF FG 的工作效率为50 Hz,则小车的加速度a= m/s2 （结果保留2位有效数字）。 A B C D E F G ● ● ● ● ● ● ● 图2 21Ⅰ答案：（1）B；(2)C；（3）0.42 要使砂和砂桶的重力mg近似等于小车所受合外力，首先要平衡摩擦力，然后还要满足m ＜＜M。而平衡摩擦，不需挂砂桶，但要带纸带，故（1）选B，（2）选C。（3）用逐差法 s s s -s -s -s a  DE EF FG AB BC CD ，求得a 0.42m/s2。 9T2 实验五 探究动能定理 一、实验目的 通过实验得出质量一定时，力对物体做功与物体动能的关系． 二、实验原理 如图实-5-l所示，小车在橡皮筋的作用下弹出．沿木板滑行．当我们用2条、3条……同样 的橡皮筋进行第2次、第3次……实验时，每次实验中橡皮筋拉伸的长度都保持一致．那么， 第2次、第3次……实验中橡皮筋对小车做的功就是第一次的2倍、3倍……如果把第一次 实验时橡皮筋的功记为W，以后各次的功就是2W、3W…… 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． 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，以第一次实验时的功w为 单位．作出W-V曲线,即功-速度曲线．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或作出W-V2图象,指出W与V2的关系,进而找出功与动能变化之间的 关系． 三、实验器材 小车(前面带小钩)、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． 四、实验步骤及数据处理 1．按图实-5-1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V，设此时橡皮筋对小 1 车做的功为W，将这一组数据记入表格． 1 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，这时橡皮筋对小车做的功 为W,测出小车获得的速度V．将数据记人表格． 2 2 4．用3条、4条……橡皮筋做实验，用同样的方法测出功和速度，记人表格. 5．分析数据，得出结论 (1)测量小车的速度：实验获得如图实-5-2所示的纸带，为探究橡皮筋弹力做功和小车速度 的关系，需要测量弹力做功结束时小车的速度，即小车做匀速运动的速度，应在纸带上测量 的物理量是A、A 间的距离s，小车速度的表达式是v=s/T=手(T为打点计时器的时间间隔)。 1 2 (2)实验数据记录 (3)实验数据处理及分析：在坐标纸上(图实-5-3)画出W-V和W-V2图线(“W”以一根橡皮筋 做的功为单位)． (4)实验结论：从图象可知功与物体速度变化的关系为W∝V2 五、注意事项 1．平衡摩擦力：实验中的小车不可避免地要受到摩擦力的作用，摩擦力对小车做负功，我们 研究的是橡皮筋做的功与物体速度的关系，应设法排除摩擦力的影响，可采用将木板一端垫 高的方法来实现．将木板一端垫高，使重力沿斜面方向的分力与摩擦力相平衡，就能消除摩 擦力的影响．判断已平衡掉摩擦力的方法是：轻推一下小车，观察小车不受其他力时能在木 板上做匀速运动．2．打点计时器打出的纸带上相邻各点的间距并不均匀，应选间距均匀的那一段纸带来计算 小车的速度，因为这一段是橡皮筋对小车做功完毕时的情形． 3．本实验并不需要测量橡皮筋做的功到底是多少焦耳，只是测出以后各次实验橡皮筋做的 功是第一次实验时的多少倍，这样做可以大大简化操作． 六、误差分析 1．误差的主要来源是橡皮筋的长度、粗细不一，使橡皮筋的拉力与橡皮筋的条数不成正比． 2．平衡摩擦力不彻底或平衡过了也会造成误差． 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． 例1.为了探究恒力作用时的动能定理，某同学做了如下实验，他让滑块在某一水平面上滑行， 利用速度采集器获取其初速度v，并测量出不同初速度的最大滑行距离x，得到下表所示几 组数据: 数据组 1 2 3 4 5 6 v/(m·s-1) 0 0.16 0.19 0.24 0.30 0.49 x/m 0 0.045 0.075 0.111 0.163 0.442 (1)一同学根据表中数据，作出x-v图象如图甲所示.观察该图象，该同学作出如下推理：根 据x-v图象大致是一条抛物线，可以猜想x可能与v2成正比.请在图乙所示坐标纸上选择适 当的坐标轴作出图线验证该同学的猜想. (2)根据你所作的图象，你认为滑块滑行的最大距离x与滑块初速度平方v2的关系是 （） 实验六 验证机械能守恒定律 一、实验目的 验证机械能守恒定律 二、实验原理 1.在只有重力做功的自由落体运动中，物体的重力势能和动能互相转化。但总的机械能保持 不变．若物体某时刻瞬时速度为v，下落高度为h，则重力势能的减少量为mgh，动能的增加量 为 ，看它们在实验误差允许的范围内是否相等，若相等则验证了机械能守恒定律． 2．速度的测量；做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度等于相邻两点之间的平均速度 计算打第n个点速度的方法；测出第n个点与相邻前后点间的距离S 和S ，，由公 n n+1 式算出，如图实一6—1所示． 三、实验器材 铁架台(含铁夹)，打点计时器，学生电源，纸带，复写纸，导线，毫米刻度尺，重物(带纸带 夹)． 四、实验步骤及数据处理 1．安装置：按图实-6-2所示将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上，接好电路． 2．打纸带：将纸带的一端用夹予固定在重物上，另一端穿过打点计时器的限位孔。用手提着 纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方．先接通电源，后松开纸带，让重物带着纸带自由 下落．更换纸带重复做3～5次实验． 3．选纸带：在打好点的纸带中挑选点迹清晰且打点呈一条直线的一条纸带． 4．数据处理：在起始点标上0，在以后各点依次标上l、2、3……用刻度尺测出对应下落高度 h1、h2、h3……利用 计算出点1、点2、点3、……的瞬时速度v，v、v、…… 1 2 3 5．验证 方法一：利用起始点和第n点计算．代入 ,如果在实验误差允许的条件下, 则机械能守恒定律是正确的． 方法二：任取两点计算. (1)任取两点A、B测出h ，算出gh ． AB AB (2)算出 的值． (3)在实验误差允许的条件下，如果 ,则机械能守恒定律是正确的． 方法三：图象法．从纸带上选取多个点，测量从第一点到其余各点的下落高度h，并计算各点 速度的平方V2。然后以 为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出 -h图线．若在误差 允许的范围内图象是一条过原点且斜率为g的直线，则验证了机械能守恒． 五、注意事项 1．打点计时器要稳定地固定在铁架台上，打点计时器平面与纸带限位孔调整在竖直方向，以 减小摩擦阻力．2．重物要选用密度大、体积小的物体，这样可以减小空气阻力的影响，从而减小实验误差． 3．实验中，需保持提纸带的手不动，且保证纸带竖直,待接通电源，打点计时器工作稳定后， 再松开纸带． 4．测下落高度时，要从第一个打点测起，并且各点对应下落高度要一次性测量完． 5．可以不测出物体质量，只需验证 。即可． 6．速度不能用 或 计算，因为只要认为加速度为g，机械能当然守恒，即相 当于用机械能守恒定律验证机械能守恒定律，况且用 计算出的速度比实际值大，会 得出机械能增加的结论，而因为摩擦阻力的影响，机械能应该减小，所以速度应从纸带上直 接测量计算．同样的道理，重物下落的高度 h，也只能用刻度尺直接测量，而不能用 计算得到． 六、误差分析 1．本实验中因重物和纸带在下落过程中要克服各种阻力(空气阻力、打点计时器阻力)做功， 故动能的增加量△E 稍小于重力势能的减少量△E，即△E<△E，这属于系统误差．改进的办 K P K P 法是调整器材的安装，尽可能地减小阻力． 2．本实验的另一个误差来源于长度的测量，属偶然误差．减小误差的办法是测下落距离时都 从第一点0量起，一次性将各打点对应的下落高度测量完，采用多次测量取平均值来减小误 差． 高考真题 14（2012海南卷）.现要通过实验验证机械能守恒定律。实验装置如图1所示：水平桌面上固 定一倾斜的气垫导轨；导轨上A点处有一带长方形遮光片的滑块，其总质量为M，左端由跨过 轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m的砝码相连；遮光片两条长边与导轨垂直；导轨上B点 有一光电门，可以测试遮光片经过光电门时的挡光时间 t，用d表示A点到导轨低端C点的 距离，h表示A与C的高度差，b表示遮光片的宽度，s表示A ,B 两点的距离，将遮光片通过光电门的平均速度看作滑块 通过B点时的瞬时速度。用g表示重力加速度。完成下列填空 和作图； （1）若将滑块自A点由静止释放，则在滑块从A运动至B的过 程中，滑块、遮光片与砝码组成的系统重力势能的减小量可表示为____。动能的增加量可表 1 1 示为 _ _。若在运动过程中机械能守恒， 与s的关系式为 = _ _ t2 t2 (2)多次改变光电门的位置，每次均令滑块自同一点（A点）下滑，测量相应的s与t值，结果 如下表所示：1 以s为横坐标， 为纵坐标，在答题卡上对应图2位置的坐标纸中描出第1和第5个数据点； t2 根据5个数据点作直线，求得该直线的斜率k=__________104m1.s2(保留3位有效数 字). 1 由测得的h、d、b、M和m数值可以计算出 s直线的斜率k ，将k和k 进行比较，若其差 t2 o o 值在试验允许的范围内，则可认为此试验验证了机械能守恒定律。 h 1 b2 1 2(hM dm)g 答案：（1）( M m)gs、 (mM) 、  s d 2 t2 t2 (M m)db2 （2）2.40 实验十一 传感器的简单使用 (一)实验目的 了解传感器的简单应用. (二)实验原理 传感器是将它感受到的物理量(如力\,热\,光\,声等)转换成便于测量的量(一般是电学量).其工作过程是通过对某一物理量敏感的元件将感受到的信号按一定规律转换成便于利 用的信号.例如,光电传感器是利用光敏电阻将光信号转换成电信号,热电传感器是利用热敏 电阻或金属热电阻将温度信号转换成电信号,转换后的信号经过电子电路的处理就可以达到 方便检测\,自动控制\,遥控等各种目的了. (三)实验器材 热敏电阻、多用电表、温度计、水杯、铁架台、光敏电阻、小灯泡(或门铃)、学生用电源、 继电器、滑动变阻器、开关、导线若干. (四)实验步骤 1.热敏特性实验 按如图所示将一热敏电阻连入电路中,将多用电表的选择开关置于欧姆挡,再将电表的 两支表笔分别与热敏电阻两端相连.将热敏电阻放入有少量冷水并插有温度计的烧杯中,在 欧姆挡上选择适当的倍率,观察表盘所示热敏电阻的阻值;再分几次向烧杯中倒入开水,观察 不同温度下热敏电阻的阻值,看看这个热敏电阻的阻值是如何随温度变化的. 2.光敏特性实验 按如图所示将一光敏电阻连入电路中,将多用电表的选择开关置于欧姆挡,再将电表的 两支表笔分别与光敏电阻两端相连.在欧姆挡上选择适当的倍率,观察表盘所示光敏电阻的 阻值;将手张开放在光敏电阻上方,挡住部分光线,观察表盘所示光敏电阻的阻值;上下移动 手掌,观察表盘所示光敏电阻的阻值,总结一下光敏电阻的阻值随光线发生怎样的变化. 3.光电计数的基本原理 下图是利用光敏电阻自动计数的示意图,其中A是发光仪器,B是接收光信号的仪器,B 中的主要元件是光电传感器——光敏电阻.当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时, 光敏电阻的阻值变小,供给信号处理系统的电压变高,这种高低交替变化的信号经过信号处 理系统的处理,就会自动将其转化相应的数字,实现自动计数的功能.实验十二：验证动量守恒定律 1、实验目的： (1)验证两小球碰撞中的动量守恒； (2)掌握实验操作步骤和所需的实验仪器的性能； (3)知道实验注意事项，会进行误差分析，并在实验中尽量减小误差。 2、实验原理： 质量为m 和m 的两个小球发生正碰，若碰前m 运动，m 静止，根据动量守恒定律应有 1 2 1 2 mv = m + m 。因小球从斜槽上滚下后做平抛运动，由平抛运动知识可知，只要小球下 1 1 1 2 落的高度相同，在落地前运动的时间就相同，则小球的水平速度若用飞行时间作时间单位， 在数值上就等于小球飞出的水平距离．所以只要测出小球的质量及两球碰撞前后飞出的水 平距离，代入公式就可验证动量守恒定律。 3、实验器材 斜槽、大小相等而质量不同的小球两个、重锤线一条、白纸、复写纸、天平一台、刻度尺、 圆规。 4、实验步骤 (1)先用天平测出小球质量m、m。 1 2 (2)如图1所示，安装好实验装置，将斜槽固定在桌边， 使槽的末端点切线水平，把被碰小球放在斜槽水平方向 的末端．调节实验装置使两个相碰时处于同一水平高度， 且碰撞瞬间，入射球与被碰球的球心联机与轨道末端的 切线平行，以确保碰撞后的速度方向水平。 (3)在地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸。 (4)在白纸上记下重锤线所指的位置O，它表示入射球 被碰前的位置，如图 所示。 (5)先不放被碰小球，让入射球从斜槽上同一高度处自由滚下，重复10次，用圆规画尽可能 小的圆，把所有的小球落点围在里面，圆心就是入射球不碰撞时的落地点P。 (6)把被碰小球放在斜槽末端，让入射小球从同一高度处自由滑下，使它们发生正碰，重复 10次，仿步骤⑤求出入射小球落点的平均位置M和被碰小球落点的平均位置N。 (7) 用刻度尺量出线段 、 、 的长度。把两小球的质量和相应的速度数值代入m 1 = m +m ，看是否成立． 1 2 (8)整理实验器材，放回原处。5、数据处理 入射球、被碰球都是从同—高度开始做平抛运动，故它们平抛运动的时间都相同，设为 t，入射球从斜槽轨道上某—点由静止释放后，落在P点，它平抛运动的起点为斜槽轨道的末 端，共平抛运动的水平位移为 ，水平速度v′= ，入射球从斜槽轨道上的同一点由静止释 放，与被碰球碰撞后分别落在M、N点，它们的水平速度分别为v′= ，v′= ，如果动量守 1 2 恒，则应有mv = m + m ，亦即m = m + m ，只要证明这个关系正确，就验证 1 1 1 2 1 1 2 了机械能守恒。 6、注意事项 (1)斜槽末端的切线必须水平。 (2)入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放。 (3)入射球质量应大于被碰球的质量。 (4)实验过程中实验桌、斜槽、记录所用自纸的位置要始终保持不变。斜槽末端必须水平，检 验方法是把小球放在斜槽末端平轨道上任何位置，看其能否保持静止状态． 7、误差分析 实验所研究的过程是两个不同质量的金属球发生水平正碰，因此“水平”和“正碰” 是操作中应尽量予以满足的前提条件。实验中两球球心高度不在同一水平面上，给实验带来 误差．每次静止释放入射球的释放点越高，两球相碰时内力越大，动量守恒的误差越小，应进 行多次碰撞，落点取平均位置来确定，以减小偶然误差。本实验代入计算的量并不多，只有小 球的质量和碰撞前后两个小球平抛的水平位移，因此质量的测量和水平位移的测量是产生 误差的主要原因，应尽量准确。 例题1 某同学用如图2所示装置通过半径相同的A、B两球的碰撞来验证动量守恒定 律．图中PQ是斜槽，QR为水平槽．实验时先使A球从斜槽上某固定位置G由静止开始滚下， 落到位于水平地面的记录纸上，留下痕迹．重复上述操作 10次，得到10个落点痕迹，再把B球放在水平槽上靠近槽 末端的地方，让A球仍从位置G由静止开始滚下，和B球 碰撞后，A、B球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹．重 复这种操作10次，图中O点是水平槽末端及在记录纸上 的垂直投影点．B球落点痕迹如图3所示，其中米尺水平放 置且平行于G、R、O所在的平面，米尺的零点与O点对齐． (1)碰撞后B球的水平射程应取为 。 (2)在以下选项中，哪些是本次实验必须进行的测量 ． A．水平槽上未放B球时，测量A球落点位置到O点的距离 B．A球与B球碰撞后，测量A球落点位置到O点的距离 C．测量A球或B球的直径 D．测量A球和B球的质量(或两球质量之比) E．测量G点相对于水平槽面的高度 ABD例2 用如图6所示装置来验证动量守恒定律，质量为m 的钢球A用细线悬挂于O点， A 质量为m 的钢球B放在离地面高度为H的小支柱N上，O点到A球球心的距离为L，使悬线 B 在A球释放前伸直，且线与竖直线夹角为α，A球释放后摆到最低点时恰与B球正碰，碰撞后， A球把轻质指示针OC推移到与竖直线夹角β处，B球落到地面上，地面上铺有一张盖有复写 纸的白纸D，保持α角度不变，多次重复上述实验，白纸上记录到多个B球的落点． (1)图中s应是B球初始位置到 的水平距离． (2)为了验证两球碰撞过程动量守恒，应测得的物理量有： 。 (3)用测得的物理量表示碰撞前后A球、B球的动量： p = ，p ′= ，p = ，p ′= 。 A A B B 解析 (1)对照基本实验可知，本方法的实验原理与基本实验原理相同，仅将A球代替原 入射小球．s应是B球初始位置到落点的水平距离． (2)不难想到为验证动量守恒，必须测量m 、m 。为测得入射球碰撞前后速度，根据机械能 A B 守恒定律，mgL(1-cosα)= mv2；mgL(1-cosβ)= mv′2。故必须测量α、β、L；同理，B碰后做平抛 1 1 运动，为测量碰后B的速度v′，还必须测量H。 2 (3)由(2)知p = m , p ′= m ，p =0，p ′= m s 。 A A A A B B B 实验十三 用油膜法估测分子的大小 一、实验目的 1．估测油酸分子的大小． 2．学习间接测量微观量的原理和方法． 二、实验原理 实验采用使油酸在水面上形成一层单分子油膜的方法估测分子的大小．当把一滴用酒精 稀释过的油酸滴在水面上时，油酸就在水面上散开，其中的酒精溶于水，并很快挥发，在水面 上形成如图1所示形状的一层纯油酸薄膜．如果算出一定体积的油酸在水面上形成的单分子 油膜的面积，即可算出油酸分子的大小．用V表示一滴油酸酒精溶液中所含油酸的体积，用S 表示单分子油膜的面积，用d表示分子的直径，如图2所示，则：d＝. 图1 图2 三、实验器材 盛水浅盘、滴管(或注射器)、试剂瓶、坐标纸、玻璃板、痱子粉、油酸酒精溶液、量筒、彩笔． 四、实验步骤 1．用稀酒精溶液及清水清洗浅盘，充分洗去油污、粉尘，以免给实验带来误差． 2．配制油酸酒精溶液，取油酸1 mL，注入500 mL的容量瓶中，然后向容量瓶内注入酒精，直 到液面达到500 mL刻度线为止，摇动容量瓶，使油酸充分在酒精中溶解，这样就得到了 500 mL含1 mL纯油酸的油酸酒精溶液． 3．用注射器或滴管将油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，并记下量筒内增加一定体积V n时的滴数n. 4．根据V＝算出每滴油酸酒精溶液的体积V. 0 0 5．向浅盘里倒入约2 cm深的水，并将痱子粉或石膏粉均匀地撒在水面上． 6．用注射器或滴管将一滴油酸酒精溶液滴在水面上． 7．待油酸薄膜的形状稳定后，将玻璃板(或有机玻璃板)放在浅盘上，并将油酸膜的形状用彩 笔画在玻璃板上． 8．将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，算出油酸薄膜的面积S(求面积时以坐标纸 上边长为1 cm的正方形为单位计算轮廓内正方形的个数，不足半个的舍去，多于半个的 算一个)． 9．根据油酸酒精溶液的配制比例，算出一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V，并代入公式d ＝算出油酸薄膜的厚度d. 10．重复以上实验步骤多测几次油酸薄膜厚度，并求平均值，即为油酸分子的大小． 五、数据处理 根据上面记录的数据，完成以下表格内容. 量筒内增加1 mL 轮廓内的 实验次数 [来源:学.科.网] 轮廓面积S 溶液时的滴数 小格子数 1 2 一滴纯油酸 实验次数 分子的大小(m) 平均值 的体积V 1 [来源:学科网ZXXK] 2 六、注意事项 1．注射器针头高出水面的高度应在1 cm之内，当针头靠水面很近(油酸未滴下之前)时，会 发现针头下方的粉层已被排开，这是由于针头中酒精挥发所致，不影响实验效果． 2．待测油膜面扩散后又收缩，要在油膜面稳定后再画轮廓．扩散后又收缩有两个原因：第一， 水面受油酸液滴冲击凹陷后又恢复；第二，酒精挥发后液面收缩． 3．当重做实验时，将水从盘的一侧边缘倒出，在这侧边缘会残留油酸，可用少量酒精清洗，并 用脱脂棉擦去再用清水冲洗，这样做可保持盘的清洁． 4．从盘的中央加痱子粉，使粉自动扩散至均匀，这样做，比将粉撒在水面上的效果好．因 为：一，加粉后水的表面张力系数变小，水将粉粒拉开；二，粉粒之间相互排斥． 高考真题 1.（2011全国卷1第22题）． 在“油膜法估测油酸分子的大小”实验中，有下列实验步骤：①往边长约为40 cm的浅盘里倒入约2 cm深的水．待水面稳定后将适量的痱子粉 均匀地撒在水面上。 ②用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待薄膜形状稳定。 ③将画有油膜形状的玻璃板平放在坐标纸上，计算出油膜的面积，根据油酸的体 积和面积计算出油酸分子直径的大小。 ④用注射器将事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内每增 加一定体积时的滴数，由此计算出一滴油酸酒精溶液的体积。 ⑤将玻璃板放在浅盘上，然后将油膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上。 完成下列填空： (1)上述步骤中，正确的顺序是__________。(填写步骤前面的数字) (2)将1 cm3的油酸溶于酒精，制成300 cm3的油酸酒精溶液；测得l cm3的油酸 酒精溶液有50滴。现取一滴该油酸酒精溶液滴在水面上，测得所形成的油膜的面积 是0.13 m2。由此估算出油酸分子的直径为_________m。(结果保留l位有效数字) 2.（2011上海）在“用单分子油膜估测分子大小”实验中， (1)某同学操作步骤如下： ①取一定量的无水酒精和油酸，制成一定浓度的油酸酒精溶液； ②在量筒中滴入一滴该溶液，测出它的体积； ③在蒸发皿内盛一定量的水，再滴入一滴油酸酒精溶液，待其散开稳定； ④在蒸发皿上覆盖透明玻璃，描出油膜形状，用透明方格纸测量油膜的面积。 改正其中的错误： (2)若油酸酒精溶液体积浓度为0.10%，一滴溶液的体积为4.8103ml，其形成的油膜 面积为40cm2，则估测出油酸分子的直径为 m。 1 1 1  106 (3)1.解析：(1) ④①②⑤③ (2)5×10-10m v 50 300 d   m51010m s 0.13 2.答案 (1) ②在量筒中滴入N滴溶液 ③在水面上先撒上痱子粉 (2) 1.2109