高中物理实验专项.docx
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高中物理实验专项
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必修1实验专项
一．实验题（共7小题）
1．根据“探究加速度与力、质量的关系”的实验完成下面的题目．
（1）有关实验以及数据处理，下列说法正确的是 ．
A．应使砂和小桶的总质量远小于小车和砝码的总质量，以减小实验误差
B．可以用天平测出小桶和砂的总质量m及小车和砝码的总质量M；根据公式a=
，求出小车的加速度
C．处理实验数据时采用描点法画图象，是为了减小误差
D．处理实验数据时采用a﹣
图象，是为了便于根据图线直观地作出判断
（2）某学生在平衡摩擦力时，把长木板的一端垫得过高，使得倾角偏大．他所得到的a﹣F关系可用图甲中的哪个表示？
（图中a是小车的加速度，F是细线作用于小车的拉力）．
（3）某学生将实验装置按如图乙所示安装好，准备接通电源后开始做实验．他的装置图中，明显的错误是 （写出两条）．
（4）图丙是实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：
xAB=4.22cm、xBC=4.65cm、xCD=5.08cm、xDE=5.49cm，xEF=5.91cm，xFG=6.34cm．已知打点计时器的工作频率为50Hz，则小车的加速度a= m/s2．（结果保留二位有效数字）．
2．某同学在“用打点计时器测速度”的实验中，用打点计时器记录了被小车拖动的纸带的运动情况，在纸带上确定出A、B、C、D、E、F、G共7个计数点．其相邻点间的距离如图1所示，每两个相邻的测量点之间的时间间隔为0.10s．（本题计算结果均保留3位有效数字）
（1）在实验中，使用打点计时器操作步骤应先 再 （选填“释放纸带”或“接通电源”）．
（2）每两个计数点间还有 个点没有标出．
（3）试根据纸带上各个计数点间的距离，每隔0.10s测一次速度，计算出打下B、C、D三个点时小车的瞬时速度，并将各个速度值填入下表
vB
vC
vD
vE
vF
数值（m/s）
0.640
0.721
（4）将B、C、D、E、F各个时刻的瞬时速度标在如图2所示的直角坐标系中，并画出小车的瞬时速度随时间变化的关系图线．
3．在“力的合成的平行四边形定则”实验中，某同学将橡皮筋的一端固定于P点，用一只弹簧测力计将橡皮筋的另一端拉到O点，记下拉力F合的大小和方向．
（1）改用两只弹簧测力计拉伸橡皮筋，记下两个分力，如图1所示．请指出图中两处操作错误．
（2）纠正错误后，记下两分力F1、F2的大小和方向．如图2所示，用力的图示法在纸上画出表示三个力的箭头，以表示F1和F2的线段为邻边作平行四边形，由图可得，F1和F2的合力F= N．
（3）在题25﹣2图中，表示F合的线段不在平行四边形的对角线上，上述实验误差产生的原因可能有哪些？
（写出两个原因）
4．某实验小组为探究物体的加速度a与合外力F以及物体质量M之间的关系，某同学连接的实验装置如图1．另一同学指出了实验时的几个错误，其说法正确的是 ．（多项选择）
A．该实验前没有平衡摩擦力；
B．拉小车的细线应平行桌面
C．实验电源应为交流电电源
D．小车应靠近打点计时器且打点计时器应距左端较远．
（2）由于小车的加速度a与质量M及拉力F都有关，所以实验时必须保持其中一个量不变，研究另两个量之间的关系，这种科学的探究方法叫 ．
（3）图2示是实验得到的一条点迹清晰的纸带，A、B、C、D为四个计数点，相邻两个计数点之间还有4个点未画出，则相邻两个计数点间的时间间隔是s．经测量知道AB=12.20cm，BC=15.80cm，根据以上数据，可知小车加速度a= m/s2．
5．如图1所示，某学生小组借用“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置，进行“探究合外力做功和动能变化的关系”的实验：
（1）实验明使小车在砝码和托盘的牵引下运动，以此定量探究细绳拉力做功与小车动能变化的关系．
①实验准备了打点计时器及配套的电源、导线、复写纸及图1所示的器材．若要完成该实验，必需的实验器材还有 ．
②为达到平衡摩擦力的目的，取下细绳和托盘，通过调节垫片的位置，改变长木板倾斜程度，根据打出的纸带判断小车是否做 运动．
③实验开始时，先调节木板上定滑轮的高度，使牵引小车的细绳与木板平行．这样做的目的是 （填字母代号）．
A．避免小车在运动过程中发生抖动B．可使打点计时器在纸带上打出的点迹清晰
C．可以保证小车最终能够实现匀速直线运动D．可在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的合力
（2）连接细绳及托盘，放入砝码，通过实验得到图2所示的纸带．纸带上O为小车运动起始时刻所打的点，选取时间间隔为0.1s的相邻计数点A、B、C、D、E、F、G．实验时测得小车的质量为M=200g，小车所受细绳的拉力为F=0.2N．各计数点到O的距离为s，对应时刻小车的瞬时速度为v，小车所受拉力做的功为W，小车动能的变化为△Ek．请计算前补填表中空格（结果保留小数点后四位）．
计数点
s/m
v/（m•s﹣1）
v2/（m2•s﹣2）
W/J
△Ek/J
A
0.1550
0.5560
0.3091
0.0310
0.0309
B
0.2160
0.6555
0.4297
0.0432
0.0430
C
0.2861
0.7550
0.5700
0.0572
0.0570
D
0.3670
0.8570
0.7344
0.0734
0.0734
E
0.4575
0.9525
0.9073
F
0.5575
1.051
1.105
0.1115
0.1105
G
0.6677
1.150
1.323
0.1335
0.1323
分析上述数据可知：
在实验误差允许的范围内 ．
（3）这个小组在之前的一次实验中分析发现拉力做功总是要比小车动能增量明显大一些．这一情况可能是下列个些原因造成的 （填字母代号）．
A．在接通电源的同时释放了小车B．小车释放时离打点计时器太近
C．平衡摩擦力时长木板倾斜程度不够D．平衡摩擦力时长木板倾斜程度过大
（4）实验小组进一步讨论认为可以通过绘制v2﹣s图线来分析实验数据．请根据表中各计数点的实验数据在图3中标出对应的坐标点，并画出v2﹣s图线．分析△v2﹣s图线为一条通过原点的直线，直线的斜率如果在实验误差允许的范围内等于理论值，也可以得出相同的结论．这种方案中直线斜率表达式为k= （用题目中相关物理量字母表示）．
6．某班物理小组计划用一台具有摄像功能的数码相机来研究弹簧做功的规律．该小组设计的装置如图甲所示，光滑水平桌面离地高度为H=0.8m，轻质弹簧左端固定于竖直挡板上，挡板到桌面右端的距离恰好等于弹簧的原长．
实验时将一质量为m=200g的小滑块（可视为质点）置于被压缩弹簧的右端，释放后小滑块在弹力的作用下向右运动，并离开桌面做平抛运动（不计空气阻力），用数码相机将滑块运动过程拍成视频，改变滑块的释放位置再拍，获得多个视频，每个视频都是由相同时间间隔的照片连贯而成，通过电脑将这些照片按时间顺序制作成频闪照片（如图乙所示），筛选出5张频闪照片，用刻度尺测得照片中的桌面离地高度h=50.0mm，再测出5张照片中的x和s，记录到下表中．取重力加速度g=10m/s2．
频闪照片序号
1
2
3
4
5
x/mm
4.0
8.0
12.0
16.0
18.0
s/mm
32.0
64.2
95.9
128.6
143.3
（1）分析图乙中滑块的位置分布规律，可知该相机每秒能拍摄 张照片．
（2）根据表中数据在答题卡相应坐标图（如图丙）中画出s﹣x图象．
（3）若测得s﹣x图象的斜率为k，则弹簧对滑块的功W可以表示成
A．W=
B．W=
C．W=
D．W=
．
7．如图1是物体做匀变速直线运动得到的一条纸带，从0点开始每5个计时点取一个计数点，依照打点的先后顺序依次编为1、2、3、4、5、6，测得x1=5.18cm，x2=4.40cm，x3=3.62cm，x4=2.78cm，x5=2.00cm，x6=1.22cm．（电源频率50赫兹）
（1）相邻两计数点间的时间间隔为 s．
（2）试根据纸带上各个计数点间的距离，计算出打下1、2、3、4、5五个点时小车的瞬时速度，并将各个速度值填入下表（要求保留3位有效数字）
V1
V2
V3
V4
V5
数值（m/s）
（3）将l、2、3、4、5各个时刻的瞬时速度标在如图所示的坐标纸上，并画出小车的瞬时速度随时间变化的关系图线．
（4）根据第（3）问中画出的v﹣t图线，求出小车运动的加速度大小为 m/s2（保留2位有效数字）
必修1实验专项
参考答案与试题解析
一．实验题（共7小题）
1．根据“探究加速度与力、质量的关系”的实验完成下面的题目．
（1）有关实验以及数据处理，下列说法正确的是 ACD ．
A．应使砂和小桶的总质量远小于小车和砝码的总质量，以减小实验误差
B．可以用天平测出小桶和砂的总质量m及小车和砝码的总质量M；根据公式a=
，求出小车的加速度
C．处理实验数据时采用描点法画图象，是为了减小误差
D．处理实验数据时采用a﹣
图象，是为了便于根据图线直观地作出判断
（2）某学生在平衡摩擦力时，把长木板的一端垫得过高，使得倾角偏大．他所得到的a﹣F关系可用图甲中的哪个表示？
C （图中a是小车的加速度，F是细线作用于小车的拉力）．
（3）某学生将实验装置按如图乙所示安装好，准备接通电源后开始做实验．他的装置图中，明显的错误是 打点计时器使用直流电源；小车与打点计时器间的距离太长；木板水平，没有平衡摩擦力 （写出两条）．
（4）图丙是实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：
xAB=4.22cm、xBC=4.65cm、xCD=5.08cm、xDE=5.49cm，xEF=5.91cm，xFG=6.34cm．已知打点计时器的工作频率为50Hz，则小车的加速度a= 0.42 m/s2．（结果保留二位有效数字）．
【分析】
（1）在“验证牛顿第二定律的实验”中要注意平衡摩擦力；同时要注意根据实验的原理和实验方法分析实验中的注意事项及实验结论；
（2）在探究加速度与力、质量的关系时，应平衡摩擦力，平衡摩擦力时如果木板垫得过高，平衡摩擦力过度，小车受到的合力大于拉力，a﹣F图象在a轴上有截距；如果没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足，小车受到的合力小于拉力，a﹣F图象在F轴上有截距．
（3）分析实验装置的安装情况，从而明确出现的明显错误；
（4）根据逐差法即可求得小车的加速度．
【解答】解：
（1）A为保证绳拉小车的力等于砂和小桶的总重力大小，应使砂和小桶的总质量远小于小车和砝码的总质量，以减小实验误差，故A正确；
B、小车的加速度应通过打点计时器打出的纸带求出，故B错误；
C、采用描点法画图象来处理实验数据，不仅可以减小误差，还可以形象直观地反映出物理量之间的关系，故C正确；
D、为了将图象画成我们熟悉的直线，更直观反映两个变量的关系．a与M成反比，故数据处理应作a﹣M1图象，故D正确．
故选：
ACD．
（2）在平衡摩擦力时，把长木板的一侧垫得过高，使得倾角偏大，小车重力沿木板向下的分力大于小车受到摩擦力，小车受到的合力大于砂桶的拉力，在砂桶对小车施加拉力前，小车已经有加速度；在探究物体的加速度与力的关系时，作出的a﹣F图线在a轴上有截距，故C正确．
故选：
C．
（3）由实验原理图可知，打点计时器用的必须是交流电，图中用的是直流电；小车释放的位置应该靠近计时器，以便测量更多的数据来减小误差；同时木板水平，没有平衡摩擦力．
（4）由逐差法可以求出a=
=
=0.42m/s2．
故答案为
（1）ACD；
（2）C；（3）打点计时器使用直流电源；小车与打点计时器间的距离太长；木板水平，没有平衡摩擦力；（4）0.42
【点评】本题考查了“探究加速度与力、质量关系”的实验中注意事项以及利用图象处理数据等基本知识，要注意动手实验，加强对基础实验的理解，同时注意掌握逐差法的正确应用．
2．某同学在“用打点计时器测速度”的实验中，用打点计时器记录了被小车拖动的纸带的运动情况，在纸带上确定出A、B、C、D、E、F、G共7个计数点．其相邻点间的距离如图1所示，每两个相邻的测量点之间的时间间隔为0.10s．（本题计算结果均保留3位有效数字）
（1）在实验中，使用打点计时器操作步骤应先 接通电源 再 释放纸带 （选填“释放纸带”或“接通电源”）．
（2）每两个计数点间还有 4 个点没有标出．
（3）试根据纸带上各个计数点间的距离，每隔0.10s测一次速度，计算出打下B、C、D三个点时小车的瞬时速度，并将各个速度值填入下表
vB
vC
vD
vE
vF
数值（m/s）
0.640
0.721
（4）将B、C、D、E、F各个时刻的瞬时速度标在如图2所示的直角坐标系中，并画出小车的瞬时速度随时间变化的关系图线．
【分析】实验时应先接通电源再释放纸带．
根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求出B、C、D的速度，结合各点的速度作出速度时间图线．
【解答】解：
（1）在实验中，使用打点计时器操作步骤应先接通电源，再释放纸带；
（2）每两个计数点间还有n=
﹣1=
﹣1=4个点没有标出．
（3）根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度知，vB=
m/s=0.400m/s；
vC=
m/s=0.479m/s；
vD=
m/s=0.599m/s．
（4）速度时间图线如图所示．
故答案为：
（1）接通电源，释放纸带，
（2）4，（3）0.400，0.479，0.559，（4）如图所示．
【点评】解决本题的关键掌握纸带的处理方法，会根据纸带求解瞬时速度，主要是匀变速直线运动推论的运用．对于作图问题，对于偏离比较远的点，应大胆舍去．
3．在“力的合成的平行四边形定则”实验中，某同学将橡皮筋的一端固定于P点，用一只弹簧测力计将橡皮筋的另一端拉到O点，记下拉力F合的大小和方向．
（1）改用两只弹簧测力计拉伸橡皮筋，记下两个分力，如图1所示．请指出图中两处操作错误．
（2）纠正错误后，记下两分力F1、F2的大小和方向．如图2所示，用力的图示法在纸上画出表示三个力的箭头，以表示F1和F2的线段为邻边作平行四边形，由图可得，F1和F2的合力F= 4.5 N．
（3）在题25﹣2图中，表示F合的线段不在平行四边形的对角线上，上述实验误差产生的原因可能有哪些？
（写出两个原因）
【分析】
（1）为了使两根弹簧秤拉力的作用效果与一根弹簧秤拉力的作用效果相同，两次橡皮条伸长的长度相同，且拉到同一个结点．为减小测量误差，拴在橡皮筋上的细绳套要长些．
（2）根据比例关系求合力的大小．
（3）本实验误差产生的原因较多，如的测量有误差；作图不准确等．
【解答】解：
（1）图中有两处操作错误：
①橡皮筋的端点没有再次回到O点，这样两次力的作用效果不同．
②拴在橡皮筋上的细绳套太短，确定拉力方向会产生的误差．
（2）由图可得，F1和F2的合力为：
F=4.5×1N=4.5N
（3）上述实验误差产生的原因可能有力的测量有误差；作图不准确；力的方向记录不准确等．
答：
（1）图中有两处操作错误：
①橡皮筋的端点没有再次回到O点．②拴在橡皮筋上的细绳套太短．
（2）4.5
（3）上述实验误差产生的原因可能有力的测量有误差；作图不准确；力的方向记录不准确；等等．
【点评】本实验采用的是等效替代的方法，即一个合力与几个分力共同作用的效果相同，可以互相替代．解答实验的出发点为明确实验原理、实验步骤、数据处理，明确合力和分力之间的关系，同时注意应用所学物理基本规律解决实验问题．
4．某实验小组为探究物体的加速度a与合外力F以及物体质量M之间的关系，某同学连接的实验装置如图1．另一同学指出了实验时的几个错误，其说法正确的是 ABCD ．（多项选择）
A．该实验前没有平衡摩擦力；
B．拉小车的细线应平行桌面
C．实验电源应为交流电电源
D．小车应靠近打点计时器且打点计时器应距左端较远．
（2）由于小车的加速度a与质量M及拉力F都有关，所以实验时必须保持其中一个量不变，研究另两个量之间的关系，这种科学的探究方法叫 控制变量法 ．
（3）图2示是实验得到的一条点迹清晰的纸带，A、B、C、D为四个计数点，相邻两个计数点之间还有4个点未画出，则相邻两个计数点间的时间间隔是s．经测量知道AB=12.20cm，BC=15.80cm，根据以上数据，可知小车加速度a= 3.6 m/s2．
【分析】
（1）根据实验的原理以及注意事项确定错误的操作步骤．
（2）实验时必须保持其中一个量不变，研究另两个量之间的关系，这种科学的探究方法叫控制变量法．
（3）根据连续相等时间内的位移之差是一恒量求出小车的加速度．
【解答】解：
（1）A、为了使细线的拉力等于小车所受的合力，实验前应平衡摩擦力，即将木板的右端适当垫高，而该实验没有平衡摩擦力，故A正确．
B、拉小车的拉力等于小车的合力，细线应平行于桌面，故B正确．
C、打点计时器应接交流电源，故C正确．
D、实验时小车应靠近打点计时器，且打点计时器应距左端较远，故D正确．
故选：
ABCD．
（2）于小车的加速度a与质量M及拉力F都有关，所以实验时必须保持其中一个量不变，研究另两个量之间的关系，这种科学的探究方法叫控制变量法．
（3）根据
得，小车的加速度a=
m/s2=3.6m/s2．
故答案为：
（1）ABCD，
（2）控制变量法，（3）3.6．
【点评】解决本题的关键知道实验的原理以及注意事项，掌握纸带的处理方法，会根据纸带求解瞬时速度和加速度，关键是匀变速直线运动推论的运用．
5．如图1所示，某学生小组借用“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置，进行“探究合外力做功和动能变化的关系”的实验：
（1）实验明使小车在砝码和托盘的牵引下运动，以此定量探究细绳拉力做功与小车动能变化的关系．
①实验准备了打点计时器及配套的电源、导线、复写纸及图1所示的器材．若要完成该实验，必需的实验器材还有 刻度尺；天平（带砝码） ．
②为达到平衡摩擦力的目的，取下细绳和托盘，通过调节垫片的位置，改变长木板倾斜程度，根据打出的纸带判断小车是否做 匀速直线运动 运动．
③实验开始时，先调节木板上定滑轮的高度，使牵引小车的细绳与木板平行．这样做的目的是 D （填字母代号）．
A．避免小车在运动过程中发生抖动B．可使打点计时器在纸带上打出的点迹清晰
C．可以保证小车最终能够实现匀速直线运动D．可在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的合力
（2）连接细绳及托盘，放入砝码，通过实验得到图2所示的纸带．纸带上O为小车运动起始时刻所打的点，选取时间间隔为0.1s的相邻计数点A、B、C、D、E、F、G．实验时测得小车的质量为M=200g，小车所受细绳的拉力为F=0.2N．各计数点到O的距离为s，对应时刻小车的瞬时速度为v，小车所受拉力做的功为W，小车动能的变化为△Ek．请计算前补填表中空格（结果保留小数点后四位）．
计数点
s/m
v/（m•s﹣1）
v2/（m2•s﹣2）
W/J
△Ek/J
A
0.1550
0.5560
0.3091
0.0310
0.0309
B
0.2160
0.6555
0.4297
0.0432
0.0430
C
0.2861
0.7550
0.5700
0.0572
0.0570
D
0.3670
0.8570
0.7344
0.0734
0.0734
E
0.4575
0.9525
0.9073
F
0.5575
1.051
1.105
0.1115
0.1105
G
0.6677
1.150
1.323
0.1335
0.1323
分析上述数据可知：
在实验误差允许的范围内 细绳拉力做的功等于小车动能的变化 ．
（3）这个小组在之前的一次实验中分析发现拉力做功总是要比小车动能增量明显大一些．这一情况可能是下列个些原因造成的 C （填字母代号）．
A．在接通电源的同时释放了小车B．小车释放时离打点计时器太近
C．平衡摩擦力时长木板倾斜程度不够D．平衡摩擦力时长木板倾斜程度过大
（4）实验小组进一步讨论认为可以通过绘制v2﹣s图线来分析实验数据．请根据表中各计数点的实验数据在图3中标出对应的坐标点，并画出v2﹣s图线．分析△v2﹣s图线为一条通过原点的直线，直线的斜率如果在实验误差允许的范围内等于理论值，也可以得出相同的结论．这种方案中直线斜率表达式为k=
（用题目中相关物理量字母表示）．
【分析】根据该实验的实验原理、要求和减少误差的角度分析，平衡摩擦力作用后，进行实验过程中需要用刻度尺测量纸带上点的距离，用天平测出小车的质量，需要改变砝码的质量来代替小车的拉力．根据W=Fs求出砂桶及砂的总重力做功，根据匀变速直线运动的平均速度等于中点时刻的瞬时速度求初末位置的速度，即可得到动能的变化量，从而写出探究结果表达式，根据此表达式分析所需要的测量仪器．
【解答】解：
（1）①根据本实验的实验原理是合外力所做的功等于动能的变化量，通过研究纸带来研究小车的速度，利用天平测量小车的质量，利用砝码的重力代替小车的合外力，所以需要刻度尺来测量纸带上点的距离和用天平测得小车的质量，即还需要刻度尺，天平（带砝码）．
故答案为：
刻度尺；天平（带砝码）
②为达到平衡摩擦力的目的，取下细绳和托盘，通过调节垫片的位置，改变长木板倾斜程度，根据打出的纸带判断小车是否做匀速直线运动；
③、实验过程中，为减少误差，提高实验的精确度，他先调节木板上定滑轮的高度，使牵引小车的细绳与木板平行，目的是消除摩擦带来的误差，即平衡摩擦力后，使细绳的拉力等于小车的合力，故ABC错误，D正确．
故选：
D．
（2）W=mgs=0.2×0.4595=0.0915J，
△Ek=
×0.2×0.9073=0.0907J，
分析上述数据可知：
在实验误差允许的范围内细绳拉力做的功等于小车动能的变化．
（3）他将钩码重力做的功当做细绳拉力做的功，经多次实验发现拉力做功总是要比小车动能增量大一些，从功能关系看出：
该实验一定有转化为内能的，即试验中有存在摩擦力没有被平衡掉；还有该实验要求，只有当小车的质量远大于砝码的质量时，小车的拉力才近似等于砝码的重力，故ABD错误，C正确．
故选：
C．
（4）根据表中各计数点的实验数据在图中标出对应的坐标点，并画出v2﹣s图线：
分析△v2﹣s图线为一条通过原点的直线，直线的斜率如果在实验误差允许的范围内等于理论值，也可以得出相同的结论．
这种方案中直线斜率表达式为k=
．
故答案为：
（1）①刻度尺；天平（带砝码）；②匀速直线运动；③D；
（2）0.0915；0.0907；细绳拉力做的
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