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第1講　力學實驗(一) 實驗1：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律 一、實驗原理 利用紙帶記錄的數(shù)據(jù)，計算各時刻的速度，再作出速度—時間圖象. (1)某點的瞬時速度vn＝； (2)若v－t圖象是一條傾斜的直線，則物體做勻變速直線運動，圖線的斜率表示加速度. 二、實驗裝置圖及器材 實驗裝置圖如圖1所示： 圖1 打點計時器、學生電源、復寫紙、紙帶、導線、一端帶有滑輪的長木板、小車、細繩、鉤碼、刻度尺、坐標紙. 三、實驗步驟 1.把一端帶有滑輪的長木板放在實驗桌上，并使滑輪伸出桌面，把打點計時器固定在長木板上沒有滑輪的一端，連接好電路. 2.把一條細繩拴在小車上，使細繩跨過滑輪，下邊掛上鉤碼，把紙帶穿過打點計時器，并把紙帶的一端固定在小車的后面. 3.把小車停在靠近打點計時器處，接通電源后，釋放小車，讓小車拖著紙帶運動，打點計時器就在紙帶上打下一系列小點. 4.換上新的紙帶，重復實驗兩次. 5.增減所掛鉤碼，按以上步驟再做兩次實驗. 四、數(shù)據(jù)處理 1.利用紙帶測量并計算 (1)從紙帶中選取便于測量的點作為計數(shù)始點，以后依次每五個點取一個計數(shù)點，并標明0、1、2、3、4……測量各計數(shù)點到0點的距離x，并記錄在表中. 位置編號 0 1 2 3 4 5 t/s x/m v/(ms－1) (2)分別計算出相鄰的兩計數(shù)點之間的距離x1、x2、x3…… (3)利用vn＝求得計數(shù)點1、2、3、4的瞬時速度，填入上面的表格中. 2.作出小車運動的v－t圖象 (1)定標度、描點：坐標軸的標度選取要合理，并根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)在此坐標系中描點. (2)連線：畫一條直線，讓這條直線通過盡可能多的點，不在直線上的點大致均勻分布在直線的兩側(cè). 五、注意事項 1.細繩、紙帶要與長木板平行； 2.先接通電源，待打點穩(wěn)定后再釋放小車； 3.開始釋放小車時，應使小車靠近打點計時器； 4.無須平衡摩擦力； 5.懸掛的鉤碼要適當，避免紙帶打出的點太少或過于密集； 6.作v－t圖象時，注意坐標軸單位長度的選取，應使圖象盡量分布在坐標平面的大部分面積. 例1　(2016浙江10月選考17)在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”實驗中 (1)下列說法中不正確或不必要的是________(填字母). A.長木板的一端必須墊高，使小車在不掛鉤碼時能在木板上做勻速運動 B.連接鉤碼和小車的細線應與長木板保持平行 C.小車應靠近打點計時器，先接通電源，后釋放小車 D.選擇計數(shù)點時，必須從紙帶上第一個點開始 (2)圖2甲是實驗中打下的一段紙帶，算出計數(shù)點2的速度大小為________m/s，并在圖乙中標出，其余計數(shù)點1、3、4、5對應的小車瞬時速度大小在圖乙中已標出. (3)作圖并求得小車的加速度大小為________m/s2. 甲 乙 圖2 答案　見解析 解析　(1)探究小車速度隨時間變化的規(guī)律，要求長木板平放，選項A是不必要的.在處理紙帶時，由于第一點并不確定，因此常常將前面的點去掉，從清晰可辨的點開始取點，選項D是不必要的.連接鉤碼和小車的細線需要與長木板平行，否則就要涉及到線的拉力分解問題，選項B是必要的.操作時應先接通電源再釋放小車，選項C是必要的. (2)根據(jù)題圖甲，x1＝3.80cm，x3＝15.70cm，T＝50.02s＝0.1s，所以v2＝≈0.60m/s.標出計數(shù)點2的速度如圖(a)所示. (3)作圖如圖(b)所示，由圖象可求出加速度a＝＝1.50m/s2. 變式1　(2018寧波市期末)在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”實驗中 (1)用到電磁打點計時器，應采用的電源是________. A.學生電源交流輸出 B.3節(jié)干電池 C.蓄電池 (2)下列說法正確的是________. A.應先接通電源，在打點計時器開始打點后再釋放小車 B.應先釋放小車，再接通打點計時器的電源 (3)某學生實驗時得到一條點跡清晰的紙帶如圖3所示，圖中O、A、B、C、D、E是打點計時器連續(xù)打下的6個點，若打點計時器的打點周期為T，則利用此紙帶得到小車的加速度的表達式為________.(用x2、x5、T來表示) 圖3 答案　(1)A　(2)A　(3) 變式2　(2018溫州市“十五校聯(lián)合體”期中)同學們利用如圖4所示裝置做“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”實驗.請你完成下列有關問題： 圖4 (1)實驗室提供如圖5甲、乙兩種打點計時器，某實驗小組決定使用電火花計時器，則應選用圖中的____(填“甲”或“乙”)計時器. 圖5 (2)另一實驗小組使用的是電磁打點計時器，圖6中接線正確的是_______(填“甲”或“乙”). 圖6 (3)小宇同學選取一條清晰紙帶進行研究，在紙帶上選出九個計數(shù)點，如圖7所示，相鄰兩個計數(shù)點之間的時間間隔為0.1s，根據(jù)紙帶提供的信息，紙帶上3、5兩點間距離為________mm. 圖7 (4)紙帶上計數(shù)點6的瞬時速度為________m/s(結果保留3位有效數(shù)字)，小車運動的加速度為________ m/s2(結果保留2位有效數(shù)字). (5)在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗中，下列說法中對于減小實驗誤差有益的是________. A.墊高長木板的一端，使小車在不掛鉤碼時能在木板上做勻速運動 B.使小車運動的加速度盡量小些 C.舍去紙帶上密集的點，利用點跡清晰、點間間隔適當?shù)哪且徊糠诌M行測量 D.選用各處平整程度、光滑程度相同的長木板做實驗 答案　(1)乙　(2)乙　(3)35.0(34.5～35.5均可)　(4)0.255(0.254～0.256均可)　0.38(0.36～0.42均可) (5)CD 變式3　(2018杭州市五校聯(lián)考)如圖8所示，某同學在做“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”實驗時，對打出的一條紙帶進行研究(打點計時器所用電源頻率為50Hz)，該同學在紙帶上按每5個點取一個計數(shù)點，取了A、B、C、D、E、F等計數(shù)點進行研究，該同學已求出了一些計數(shù)點對應的速度，其數(shù)值見表格. 圖8 (1)關于用打點計時器“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”的實驗，以下說法正確的是________. A.長木板帶滑輪的一端必須伸出桌面外側(cè) B.實驗時小車應從靠近打點計時器的位置釋放 C.應先釋放小車，再啟動打點計時器 D.牽引小車的鉤碼質(zhì)量越大越好 (2)根據(jù)圖9紙帶提供的信息，該同學已經(jīng)計算出了打下B、D、E這三個計數(shù)點時小車的速度，請你幫助他計算出打下計數(shù)點C時小車的速度(保留2位有效數(shù)字)，并填入相應空格. 圖9 計數(shù)點 B C D E v/(m/s) 0.40 0.56 0.64 (3)以速度v為縱軸、時間t為橫軸在坐標紙上建立直角坐標系(A點對應時刻為坐標系中的0時刻)，根據(jù)以上數(shù)據(jù)在圖10所給的坐標紙中作出小車的v－t圖線. 圖10 (4)根據(jù)圖象可得，小車在打下A點時的速度vA＝________m/s，小車運動的加速度a＝________ m/s2.(以上結果均保留2位有效數(shù)字) 答案　(1)AB　(2)0.48　(3)如圖所示 (4)0.32　0.80 實驗2：探究求合力的方法 一、實驗原理 1.合力F′的確定：一個力F′的作用效果和兩個力F1、F2的共同作用效果都是把橡皮條拉伸到同一點，則F′就是F1、F2的合力. 2.合力理論值F的確定：根據(jù)平行四邊形定則作出F1、F2的合力F的圖示. 3.平行四邊形定則的驗證：比較F和F′的大小和方向是否相同. 二、實驗裝置圖及器材 實驗裝置圖如圖11所示： 圖11 方木板、白紙、彈簧測力計(兩只)、橡皮條、細繩套、刻度尺(與三角板)、圖釘(若干). 三、實驗步驟 1.釘白紙：用圖釘把白紙釘在水平桌面上的方木板上. 2.拴繩套：用圖釘把橡皮條的一端固定在A點，在橡皮條的另一端拴上兩個細繩套. 3.兩力拉：用兩只彈簧測力計分別勾住細繩套，互成角度地拉橡皮條，使橡皮條伸長到某一位置O，如圖12所示.記錄兩彈簧測力計的讀數(shù)，用鉛筆描下O點的位置及此時兩細繩套的方向. 圖12 4.一力拉：只用一只彈簧測力計通過細繩套把橡皮條的結點拉到同樣的位置O，記下彈簧測力計的讀數(shù)和細繩套的方向. 5.改變兩個力F1和F2的大小和夾角，再重復實驗兩次. 四、數(shù)據(jù)處理 1.用鉛筆和刻度尺從結點O沿兩條細繩方向畫直線，按選定的標度作出這兩只彈簧測力計的拉力F1和F2的圖示，并以F1和F2為鄰邊用刻度尺與三角板作平行四邊形，過O點畫平行四邊形的對角線，即可得到合力F的圖示. 2.用刻度尺從O點按同樣的標度沿記錄的方向作出實驗步驟中用一只彈簧測力計拉時彈簧測力計的拉力F′的圖示. 3.比較F與F′是否完全重合或幾乎完全重合，從而驗證平行四邊形定則. 五、注意事項 1.同一實驗中的兩只彈簧測力計的選取方法是：將兩只彈簧測力計調(diào)零后互鉤對拉，若兩只彈簧測力計在對拉過程中，讀數(shù)相同，則可選；若讀數(shù)不同，應另換，直至相同為止. 2.在同一次實驗中，使橡皮條拉長時，結點O位置一定要相同. 3.用兩只彈簧測力計鉤住繩套互成角度地拉橡皮條時，夾角不宜太大也不宜太小，在60～100之間為宜. 4.實驗時彈簧測力計應與木板平行，彈簧軸線與繩子共線，讀數(shù)時眼睛要正視彈簧測力計的刻度，在合力不超過彈簧測力計量程及橡皮條彈性限度的前提下，拉力的數(shù)值盡量大些. 5.細繩套應適當長一些，便于確定力的方向.不要直接沿細繩套的方向畫直線，應在細繩套末端用鉛筆畫一個點，去掉細繩套后，再將所標點與O點連接，即可確定力的方向. 6.在同一次實驗中，畫力的圖示所選定的標度要相同，并且要恰當選取標度，使所作力的圖示稍大一些. 例2　某探究小組做“探究求合力的方法”實驗，將畫有坐標軸(橫軸為x軸，縱軸為y軸，最小刻度表示1mm)的紙貼在水平桌面上，如圖13(a)所示.將橡皮筋的一端Q固定在y軸上的B點(位于圖示部分之外)，另一端P位于y軸上的A點時，橡皮筋處于原長. (1)用一只測力計將橡皮筋的P端沿y軸從A點拉至坐標原點O，此時拉力F的大小可由彈簧測力計讀出.彈簧測力計的示數(shù)如圖(b)所示，F(xiàn)的大小為________N. (2)撤去(1)中的拉力，橡皮筋P端回到A點；現(xiàn)使用兩個測力計同時拉橡皮筋，再次將P端拉至O點.此時觀察到兩個拉力分別沿圖(a)中兩條虛線所示的方向，由測力計的示數(shù)讀出兩個拉力的大小分別為F1＝4.2N和F2＝5.6N. ①用5mm長度的線段表示1N的力，以O為作用點，在圖(a)中畫出力F1、F2的圖示，然后按平行四邊形定則畫出它們的合力F合； 圖13 ②F合的大小為________N，F(xiàn)合與拉力F的夾角的正切值為________. 若F合與拉力F的大小及方向的偏差均在實驗所允許的誤差范圍之內(nèi)，則該實驗驗證了力的平行四邊形定則. 答案　(1)4.0　(2)①見解析圖　②4.0　0.05 解析　(1)由題圖(b)可知，F(xiàn)的大小為4.0N (2)①畫出力F1、F2的圖示，按平行四邊形定則畫出F合，如圖所示 ②F合的線段長約為20mm，所以F合大小約為4.0N，F(xiàn)合與拉力F的夾角的正切值為tanα＝0.05. 變式4　(2018嘉興市期末)如圖14所示為探究求合力的方法的實驗裝置圖. 圖14 (1)請將下面實驗的主要步驟補充完整. ①將橡皮筋的一端固定在木板上的A點，另一端拴上兩根繩套，每根繩套上分別連著一個彈簧測力計； ②沿著兩個方向拉彈簧測力計.將橡皮筋的活動端拉到某一位置，將此位置標記為O點，并記錄兩個拉力的大小及方向； ③再用一個彈簧測力計將橡皮筋的活動端仍拉至O點，記錄________. (2)下列幾種操作的討論中，說法正確的是________. 答案　(1)該彈簧測力計拉力的大小及細繩套的方向(2)AB 變式5　某同學做“探究求合力的方法”實驗，如圖15甲所示，其中A為固定橡皮條的圖釘，O為橡皮條與細繩的結點，OB和OC為細繩.圖乙是在白紙上根據(jù)實驗結果畫出的圖. 圖15 (1)如果沒有操作失誤，圖乙中的力F與F′中，方向一定沿AO方向的是________. (2)某同學認為實驗中必須注意下列要求，其中正確的是________.(填選項前的字母) A.兩根細繩必須等長 B.橡皮條應與兩繩夾角的平分線在同一直線上 C.在使用彈簧秤時要使彈簧秤與木板平面平行 D.細繩要適當長些 (3)實驗中兩個操作步驟如下： ①在水平放置的木板上墊一張白紙并固定好，把橡皮條的一端固定在木板上，另一端拴兩根細繩，通過細繩同時用兩個彈簧秤互成角度地拉橡皮條，使橡皮條與細繩的結點達到某一位置O點，在白紙上記下O點和兩個彈簧秤的讀數(shù)，并記下兩細繩的方向； ②只用一個彈簧秤通過細繩拉橡皮條，使橡皮條的伸長量與用兩個彈簧秤拉時的伸長量相同，記下此時彈簧秤的讀數(shù)和細繩的方向. 其中有錯誤的步驟是________，正確操作應是________________________. 答案　(1)F′　(2)CD　(3)②　將橡皮條與細繩結點拉到O點 解析　(1)F′是只用一個彈簧秤把橡皮條的結點拉到位置O的力，故F′必沿OA方向. (2)細繩的作用是顯示出力的方向，不必等長，A錯誤；只要確保用一個彈簧秤拉時能將結點拉到同一位置即可，橡皮條不一定要在兩繩夾角的平分線上，B錯誤；在拉彈簧秤時必須要求彈簧秤與木板平面平行，使結點受到的力在與木板平行的同一平面內(nèi)，C正確；為了便于記錄力的方向，并減小偶然誤差，拉橡皮條的細繩要適當長些，使標記細繩方向的兩點遠些，D正確. (3)實驗用到了等效法，用兩個彈簧秤拉應與用一個彈簧秤拉的效果相同，故錯誤的步驟是②，正確操作應是將橡皮條與細繩的結點拉到O點. 變式6　某同學利用共點力平衡的原理來探究共點力的合成是否遵循平行四邊形定則，他將三條相同的橡皮筋(遵循胡克定律)的一端系在一起，用三條細繩分別連接橡皮筋的另一端，按如圖16所示方式把重物豎直吊起.在實驗中，可以通過刻度尺測量橡皮筋的長度來得到橡皮筋的拉力的大小，并通過三條細繩的方向確定三個拉力的方向，從而探究其中任意兩個拉力的合力是否與第三個力等大反向. 圖16 (1)在實驗過程中，下列說法正確的是________. A.實驗過程中需要測量三條橡皮筋的長度以及橡皮筋的原長 B.以OA、OB為兩鄰邊作力的平行四邊形，其對角線一定與OC在一條直線上 C.多次實驗中可改變OA、OB的夾角或改變重物質(zhì)量，但結點O位置不能改變 D.每次實驗均需記錄三條細繩的方向及結點的位置 (2)為減小誤差，應選擇勁度系數(shù)適當________(填“大”或“小”)的橡皮筋，質(zhì)量適當________(填“大”或“小”)的重物. 答案　(1)AD　(2)小　大 解析　(1)實驗過程中需要測量三條橡皮筋的長度以及橡皮筋的原長，從而確定橡皮筋的伸長量，進而確定力的大小，選項A正確；以OA、OB為兩鄰邊作力的平行四邊形，由于實驗存在誤差，其對角線不一定與OC在一條直線上，選項B錯誤；多次實驗中可改變OA、OB的夾角或改變重物的質(zhì)量，因為是不同的實驗，則結點O位置可以變動，選項C錯誤；每次實驗均需記錄三條細繩的方向及結點的位置，選項D正確. (2)為減小誤差，應選擇勁度系數(shù)適當小的橡皮筋，質(zhì)量適當大的重物，這樣橡皮筋的伸長量較大，誤差較小. 實驗3：探究加速度與力、質(zhì)量的關系 一、實驗原理 1.探究方法——控制變量法 (1)保持小車質(zhì)量不變，分析加速度與力的關系. (2)保持小車所受的力不變，改變小車的質(zhì)量，分析加速度與質(zhì)量的關系. 2.要測量的物理量 (1)小車與其上砝碼的總質(zhì)量； (2)小車受到的拉力； (3)小車的加速度. 二、實驗裝置圖及器材 如圖17所示，所需器材有打點計時器、紙帶、復寫紙、小車、一端附有定滑輪的長木板、小盤、重物、薄木片、細繩、交流電源、導線、天平、刻度尺、砝碼. 圖17 三、實驗步驟 1.用天平測出小車和重物(包括小盤)的質(zhì)量分別為M0、m0，并把數(shù)值記錄下來. 2.按實驗裝置圖將實驗器材安裝好(小車上不系細繩). 3.平衡摩擦力，把木板無滑輪的一端下面墊一薄木片，反復移動其位置，直到打點計時器正常工作后不掛重物(包括小盤)的小車在斜面上做勻速直線運動為止(紙帶上相鄰點間距相等). 4.將重物(包括小盤)通過細繩系在小車上，先接通電源，后放開小車，打點完畢后關閉電源，取下紙帶并在紙帶上標上序號，此時所掛重物(包括小盤)的重力m0g，即為小車所受的合力F. 5.保持小車的質(zhì)量不變，改變所掛重物(包括小盤)的重力，重復步驟4，多做幾次實驗，并記錄好重物(包括小盤)的重力m1g、m2g……以及加速度，填入表格中. 6.保持小盤中所放重物的質(zhì)量不變，在小車上加放砝碼，并測出小車與所放砝碼的總質(zhì)量M，接通電源，放開小車，用紙帶記錄小車的運動情況，取下紙帶并在紙帶上標上序號. 7.繼續(xù)在小車上加砝碼，重復步驟6，多做幾次實驗，并將對應的質(zhì)量和加速度填入表格中. 四、數(shù)據(jù)處理 1.計算保持小車質(zhì)量不變時，各次小盤和重物的重力(作為小車的合力)及對應紙帶的加速度，填入表中. 2.計算保持小盤中重物的質(zhì)量不變時，各次小車和砝碼的總質(zhì)量及對應紙帶的加速度，填入表中. 3.需要記錄各組對應的加速度a與小車所受拉力F，然后建立直角坐標系，用縱坐標表示加速度a，橫坐標表示拉力F，描點畫a－F圖象，如果圖象是一條過原點的直線，便證明加速度與作用力成正比.再記錄各組對應的加速度a與小車和砝碼總質(zhì)量M，然后建立直角坐標系，用縱坐標表示加速度a，橫坐標表示小車和砝碼總質(zhì)量的倒數(shù)，描點畫a－圖象，如果圖象是一條過原點的直線，就證明了加速度與質(zhì)量成反比. 五、注意事項 1.一定要做好平衡摩擦力的工作，也就是調(diào)出一個合適的斜面，使小車的重力沿著斜面方向的分力正好平衡小車所受的摩擦阻力.在平衡摩擦力時，不要把懸掛重物(包括小盤)的細繩系在小車上，即不要給小車加任何牽引力，并要接通電源后讓小車拖著紙帶運動. 2.整個實驗平衡了摩擦力后，不管以后是改變重物(包括小盤)質(zhì)量，還是改變小車和砝碼的總質(zhì)量，都不需要重新平衡摩擦力. 3.每條紙帶必須在滿足小車與車上所加砝碼的總質(zhì)量遠大于重物(包括小盤)質(zhì)量的條件下打出.只有如此，重物(包括小盤)重力才可視為小車受到的拉力. 4.改變拉力和小車質(zhì)量后，每次開始時小車應盡量靠近打點計時器，并應先接通電源，再放開小車，且應在小車到達滑輪前按住小車. 5.作圖象時，要使盡可能多的點在所作直線上，不在直線上的點應盡可能均勻分布在所作直線兩側(cè). 6.作圖時兩軸標度比例要適當，各量須采用國際單位制單位，這樣作圖線時，坐標點間距不至于過密，誤差會小些. 例3　小張和小楊同學在實驗室中進行探究“加速度與力的關系”實驗. 為提高實驗的準確度，他們設計了如圖18所示的實驗方案.將力傳感器固定在小車上，通過力傳感器可以直接顯示細線拉力的大小. 圖18 (1)采用力傳感器測量細線拉力與用重物重力代替拉力的方法相比，下列說法正確的是______. A.可以不用平衡摩擦力 B.利用此實驗裝置還需要測量重物的質(zhì)量 C.重物的質(zhì)量要遠遠小于小車和力傳感器的總質(zhì)量 D.直接測量出小車(包括力傳感器)所受的拉力，可以減小誤差 (2)圖19是某同學在此實驗中獲得的一條紙帶，其中兩相鄰計數(shù)點間有四個點未畫出，已知打點計時器用的交流電源的頻率為50Hz，則小車運動的加速度a＝________m/s2. 圖19 (3)保持小車和力傳感器的總質(zhì)量一定，改變重物的質(zhì)量，測出相應的加速度，采用圖象法處理數(shù)據(jù).請根據(jù)測量數(shù)據(jù)在圖20中作出a－F圖象. 圖20 (4)根據(jù)作出的a－F圖線，分析實驗可能存在的問題是________. A.平衡摩擦力時長木板的傾角過大 B.平衡摩擦力不足 答案　(1)D　(2)0.39　(3)如圖所示 (4)B 解析　(2)a＝＝0.39m/s2. (4)分析a－F圖象，a＝0時所對應的F不為0，因此選B. 變式7　(2018浙江11月選考17(2))在“探究加速度與力、質(zhì)量的關系”的實驗中，兩個相同的小車放在光滑水平板上，前端各系一條細繩，繩的另一端跨過定滑輪各掛一個小盤，盤中可放重物.小車的停和動通過用黑板擦按住小車后的細線和抬起來控制，如圖21甲所示.實驗要求小盤和重物所受的重力近似等于使小車做勻加速直線運動的力. 圖21 (1)請指出圖乙中錯誤之處：______________________________________________________； (2)調(diào)整好實驗裝置后，在某次實驗中測得兩小車的位移分別是x1和x2，則兩車的加速度之比為________. 答案　(1)拉小車的細繩與水平板沒有平行　托盤和重物的總質(zhì)量沒有遠小于小車的質(zhì)量　(2)x1∶x2 解析　細繩拉力方向應與水平板平行，以保證小車受到恒力的作用，從而加速度恒定，如果不平行，則隨著小車的運動，小車水平方向的拉力會發(fā)生變化，同時根據(jù)題意“小盤和重物所受的重力近似等于使小車做勻加速直線運動的力”可知，只有當托盤和重物的質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量時，才可以近似把小車受到的拉力約等于托盤和重物的重力.根據(jù)x＝at2可知，兩車同時釋放，同時停止，加速度之比等于位移之比. 變式8　(2018杭州市期末)某同學用如圖22所示的裝置來探究加速度與力、質(zhì)量的關系. 圖22 (1)下列說法中正確的是________. A.平衡摩擦力時需要將木板有滑輪的一端稍墊高 B.平衡摩擦力時需要裝上紙帶，并懸掛好小桶 C.若改變小車質(zhì)量，因小車所受阻力發(fā)生變化，需重新平衡摩擦力 D.應調(diào)整滑輪，保證小車在運動過程中細線和木板平行 (2)為改變小車所受的力的大小，可往小桶中添加下列圖片中的________. (3)圖23甲為實驗中得到的一條紙帶，A、B、C、D、E為5個相鄰的計數(shù)點，相鄰的兩個計數(shù)點之間還有四個點未畫出，量出相鄰的計數(shù)點之間的距離分別為xAB＝4.22cm，xBC＝4.65cm、xCD＝5.08cm、xDE＝5.49cm，已知打點計時器的工作頻率為50Hz，則小車的加速度a＝________m/s2(結果保留兩位有效數(shù)字). 圖23 (4)該同學改變小車的質(zhì)量，多次實驗，作出小車的加速度a和質(zhì)量M的關系圖象如圖乙所示，根據(jù)圖象可知a與M的關系可能是________. A.a∝M B.a∝M2 C.a∝M－1 D.a∝M－2 答案　(1)D　(2)B　(3)0.43　(4)CD 解析　(1)平衡摩擦力時需要將木板沒有滑輪的一端稍墊高，故A錯誤；平衡摩擦力時需要裝上紙帶，但不需要掛上小桶，故B錯誤；平衡摩擦力后，mgsinθ＝Ff＝μmgcosθ，即μ＝tanθ，增大小車的質(zhì)量并無影響，不需要重新平衡摩擦力，故C錯誤；應保證在小車運動過程中細線和木板平行，故D正確. (2)為改變小車所受的力的大小，可往小桶中加入已知質(zhì)量的砝碼，故B正確； (3)根據(jù)逐差法得，a＝≈0.43m/s2. (4)由題圖圖象可知，質(zhì)量越大，加速度越小，故C、D正確. 變式9　在“探究加速度與力、質(zhì)量的關系”實驗中，某同學將實驗器材組裝好，如圖24甲所示為釋放小車前瞬間的情景. (1)在接通電源進行實驗之前，請你指出圖中的錯誤或不妥之處(寫出兩處即可)：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________. 圖24 (2)在使用打點計時器時，該同學發(fā)現(xiàn)紙帶有圖乙中的兩種穿法，感到有點猶豫.你認為________(選填“A”或“B”)穿法正確. (3)該同學通過圖25甲所示裝置打出一條紙帶，如圖乙所示.根據(jù)紙帶的點跡可判斷出實驗尚未平衡好摩擦力，為進一步平衡摩擦力，圖甲中墊塊應該向________(選填“左”或“右”)移一些. 圖25 (4)調(diào)整好實驗裝置后，該同學順利地完成了實驗.如圖26是他在實驗中得到的一條紙帶，圖中相鄰兩計數(shù)點之間的時間間隔為0.1s，由圖中的數(shù)據(jù)可算得小車的加速度a＝______m/s2，當打點計時器打下C點時，小車的速度vC＝________ m/s.(結果均保留兩位有效數(shù)字) 圖26 答案　(1)a.用了直流電源　b.開始實驗時，小車離打點計時器太遠　c.沒有平衡摩擦力 (2)B　(3)左 (4)0.38(0.34～0.42均可)　0.20(0.19～0.21均可) 解析　(1)電源使用了直流電源，小車未靠近打點計時器，沒有平衡摩擦力.(2)紙帶應在復寫紙的下面，故B的穿法正確.(3)由題圖知，在相同時間內(nèi)兩點間的距離越來越小，說明小車做減速運動，由牛頓第二定律知，重力沿斜面方向的分力小于滑動摩擦力，即沒有完全平衡摩擦力，故應將墊塊向左移以增加重力沿斜面方向的分力. (4)小車的加速度a＝＝≈0.38m/s2， 由中間時刻的速度等于這段時間內(nèi)的平均速度，得小車在C點的速度 vC＝＝≈0.20m/s. 1.(2018新高考研究聯(lián)盟聯(lián)考)(1)某次做實驗時，實驗員準備了以下器材，如圖1所示，請問用以下器材可以做下列哪些實驗________. 圖1 A.探究小車速度隨時間變化的規(guī)律 B.探究加速度與力、質(zhì)量的關系 C.探究求合力的方法 D.研究平拋運動 (2)上題四個選項中的實驗，必須用到天平的是________(填對應字母) 答案　(1)AB　(2)B 2.(2017浙江11月選考17)在做“探究加速度與力、質(zhì)量的關系”實驗中， (1)下列儀器需要用到的是________(多選). (2)下列說法正確的是________(多選). A.先釋放紙帶再接通電源 B.拉小車的細線應盡可能與長木板平行 C.紙帶與小車相連端的點跡較疏 D.輕推小車，拖著紙帶的小車能夠勻速下滑，說明摩擦力已被平衡 (3)如圖2所示是實驗時打出的一條紙帶，A、B、C、D…為每隔4個點取的計數(shù)點，據(jù)此紙帶可知小車在D點的速度大小為________m/s(小數(shù)點后保留兩位). 圖2 答案　(1)AD　(2)BD　(3)0.210.01 3.某同學用如圖3甲所示的實驗裝置“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”： 圖3 (1)電磁打點計時器接________電源(填“低壓直流”“低壓交流”或“220V交流”). (2)實驗時，使小車靠近打點計時器，先____________再________.(填“接通電源”或“放開小車”) (3)若所接電源的頻率是50Hz，則每隔________秒打一個點. (4)圖乙是繪出的小車速度—時間關系圖線，根據(jù)圖線求出小車的加速度為a＝________m/s2.(保留三位有效數(shù)字) 答案　(1)低壓交流　(2)接通電源　放開小車 (3)0.02　(4)0.682 解析　(1)電磁打點計時器接低壓交流電源.(2)實驗時，使小車靠近打點計時器，先接通電源再放開小車.(3)若所接電源的頻率是50Hz，則每隔0.02s打一個點.(4)在v－t圖象中圖線的斜率表示加速度，即a＝≈0.682m/s2. 4.(2019屆溫州市質(zhì)檢)一位同學在探究木塊速度隨時間變化的規(guī)律時，在質(zhì)地均勻的水平桌面上將木塊、電火花計時器、紙帶連接成如圖4甲所示的裝置，先接通周期為0.02s的交流電源，再給木塊一向右的初速度v0，木塊向右運動一小段距離后將紙帶拉緊，最后得到如圖乙所示點跡的紙帶，A、B、C、D、E是連續(xù)的五個計數(shù)點，每相鄰兩個計數(shù)點間還有一個計時點未畫出，其中AB、DE間距離已標出，單位是cm. 圖4 (1)圖乙中C點的讀數(shù)為________cm，打點計時器打下B點時木塊的速度為________m/s，木塊運動的加速度大小是________m/s2.(計算結果保留兩位有效數(shù)字) (2)由圖乙紙帶上數(shù)據(jù)判斷，在誤差允許范圍內(nèi)，可以認為木塊做的是______(選填“勻加速”或“勻減速”)運動. 答案　(1)3.90(3.88～3.92均可)　0.36(0.35～0.37均可)　2.5(2.4～2.6均可)　(2)勻減速 解析　(1)C點的讀數(shù)為3.90cm，紙帶上相鄰的兩個計數(shù)點之間還有一個計時點未畫出，所以兩個相鄰的計數(shù)點間的時間T＝0.022s＝0.04s. vB＝＝10－2m/s≈0.36 m/s. 根據(jù)Δx＝aT2得：a＝，解得：a≈2.5m/s2. (2)因為xAB＝1.25cm，xBC＝(3.90－2.25) cm＝1.65cm，xCD＝2.05cm，xDE＝2.43cm，相等時間內(nèi)的位移差近似相等，所以在誤差允許范圍內(nèi)，可以認為木塊做勻減速運動. 5.在“探究求合力的方法”的實驗中，某同學經(jīng)歷了以下實驗步驟： A.在白紙上按比例作出兩個力F1和F2的圖示，根據(jù)平行四邊形定則作圖求出合力F； B.只用一個測力計，通過細繩把橡皮條拉同樣長度； C.記下兩個測力計F1和F2的讀數(shù)，并且記錄它們的方向； D.在水平放置的木板上，墊一張白紙，把橡皮條的一端固定在板上P點，用兩條細繩連接在橡皮條的另一端，通過細繩同時用兩個測力計互成角度地拉橡皮條，使橡皮條與細繩的連接點到達某一位置O，并記下此位置，如圖5所示； 圖5 E.記下測力計的讀數(shù)F′和細繩方向，按同一比例作出這個力的圖示，比較這個實測合力F′和按平行四邊形定則求出的合力F，看它們的大小和方向是否相近； F.用刻度尺測量出P、O之間的距離并記錄； G.改變兩測力計拉力的大小和方向，多次重復實驗，從實驗得出結論. (1)上述實驗步驟有明顯的錯誤，這個步驟是________(填選項前的字母)；正確的操作應為______________. (2)上述實驗步驟中有一步驟是多余的，這個步驟是________(填選項前的字母)； (3)將以上實驗步驟按正確順序排列，應為________(填選項前的字母). 答案　(1)B　只用一個測力計，通過細繩拉橡皮條，使橡皮條與細繩的結點到達O位置　(2)F　(3)DCABEG 解析　(1)步驟B錯誤，正確操作為：只用一個測力計，通過細繩拉橡皮條，使橡皮條與細繩的結點到達O位置； (2)該實驗要使一個彈簧測力計拉力和兩個彈簧測力計拉力產(chǎn)生相同的形變效果，不需要測量形變量的具體數(shù)值，只需要使橡皮條沿著同一方向伸長相同的長度即可，故不需要測量P、O之間的距離； (3)組裝器材，測量分力：DC；求解合力的理論值：A；測量合力的實際值并重復實驗，分析實驗數(shù)據(jù)：BEG；所以實驗步驟為DCABEG. 6.根據(jù)要求，完成“探究求合力的方法”實驗. (1)如圖6甲所示，把白紙固定在木板上后，再把木板豎立在桌面上，用圖釘把橡皮筋的一端固定在A點，另一端B連有兩條輕繩，跨過定滑輪后各拴一細繩套，分別掛上3個鉤碼和4個鉤碼(每個鉤碼重1N)，調(diào)整滑輪的位置，穩(wěn)定后結點位于O處，記下________和兩條細繩的方向及拉力大小，取下滑輪及鉤碼. 圖6 (2)如圖乙所示，取某單位長度表示1N，用力的圖示作出兩條細繩的拉力F1和F2；再用一個彈簧測力計把結點也拉至O處，記下彈簧測力計的讀數(shù)F′＝________N和拉力方向，取下彈簧測力計. (3)在圖丙中作出F1和F2的合力F的圖示. 答案　(1)結點的位置O點　(2)5.0 (3)如圖所示 7.(2018紹興市選考診斷)如圖7所示是“探究加速度與力、質(zhì)量的關系”的實驗裝置. 圖7 (1)下圖是實驗時平衡阻力的情形，其中正確的是______.(選填字母) (2)在平衡阻力后，當小盤及盤內(nèi)物體的總質(zhì)量________(填“遠大于”“遠小于”或“近似等于”)小車總質(zhì)量時，小盤及盤內(nèi)物體的總重量近似等于小車運動時所受的拉力.實驗中可以通過增減小盤中________(選填“50g鉤碼”或“1g砝碼”)的個數(shù)來改變拉力的大小. (3)圖8是對一條紙條處理后得到的v－t圖象，根據(jù)圖象可求得加速度大小為_______m/s2.(結果保留三位有效數(shù)字) 圖8 答案　(1)C　(2)遠小于　1g砝碼　(3)2.00(1.95～2.05均可) 8.某同學設計了一個探究加速度與物體所受合力及物體質(zhì)量間關系的實驗，圖9(a)為實驗裝置圖，A為小車，B為打點計時器，C為裝有沙的沙桶，D為一端帶有定滑輪的長方形木板.實驗中認為細繩對小車的拉力F等于沙和沙桶的總重力，小車運動的加速度a可由打點計時器在紙帶上打出的點求得. (1)圖(b)為某次實驗得到的紙帶，紙帶上兩相鄰計數(shù)點的時間間隔為0.10s，由圖中數(shù)據(jù)求出小車加速度值為________m/s2.(計算結果保留兩位有效數(shù)字) 圖9 (2)保持沙和沙桶的質(zhì)量不變，改變小車質(zhì)量m，分別得到小車加速度a與質(zhì)量m及對應的數(shù)據(jù)如表中所示，根據(jù)表中數(shù)據(jù)，為直觀反映F不變時，a與m的關系，請在圖(c)中選擇恰當?shù)奈锢砹亢蜆硕冉⒆鴺讼?，并作出圖線. 次數(shù) 1 2 3 4 5 6 7 8 小車加速度a/(ms－2) 1.90 1.72 1.49 1.25 1.00 0.75 0.50 0.30 小車質(zhì)量m/kg 0.25 0.29 0.33 0.40 0.50 0.71 1.00 1.67 /kg－1 4.00 3.45 3.00 2.50 2.00 1.41 1.00 0.60 (3)從圖線中得到F不變時小車加速度a與質(zhì)量m間的定量關系是________. (4)保持小車質(zhì)量不變，改變沙和沙桶質(zhì)量，該同學根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出了加速度與合力F的關系圖線如圖10所示，該圖線不通過原點，其可能的原因是__________________________ ______________________________________________. 圖10 答案　(1)0.64m/s2　(2)如圖所示 (3)a＝　(4)沒有平衡摩擦力(或平衡摩擦力不足)