必修一实验
一、用打点计时器测速度 关于仪器：电磁打点计时器是一种使用 交流电源的计时仪器，有电磁打点计时 器和电火花计时器两种：相同点---都接交流电源，电源频率都是 50Hz 时，都 是 每隔 0.02s 打一次点，都可以用来打点测速度等物理量；不同点---电磁打点 计时器使用低压交流（4 ～6V），电火花计时器工作电压为 220V 交流电源。
本实验注意点：实际上，打点计时器测出的是两点间的平均速度，我们已经知道 瞬时速度是一段非常非常短时间内的平均速度，当时间很短时就可以粗略的用所测的两点间的平均速度来代替瞬 时速度，所以某点的速度的公式：v=x/t，x 是与所求点的直接相邻两点间的距离。
7、打点计时器是一种使用（选填“直流”或“交流”）电源的计时仪器，电源的频率是 5 0Hz 时，它每隔 s 打一次点．在某次“练习使用打点计时器”的实验中，打点纸带如图所示，A、B、C、D是连续打出的四个．由图中数据可知，纸带的运动是（选填“匀速”或“变速”）运动，纸带在打下A、D 点间运动的平均速度大小是 m/s．B 点的瞬时速度为 m/s 8、某次实验纸带的记录如图所示，图中前几个点模糊，因此从 A 开始 每打 5 个点取 1 个计数点，计时器打点频率为 50Hz．测得各段长度为 AB=1.6cm，AC=3.4cm，AD=5.4cm，AE=7.6cm，则打点计时器打计数点的时间间隔为 s，从打 A 点打到 E 点共历时 s，从 A 到 E 纸带的平均速度是 m/s，B 点的瞬时速度为 m/s． 9、某同学水平拉动纸带，使用电源频率为 50Hz 的打点计时器在纸带上打出一系列的点．下列说法正确的是 A． 打相邻两点的时间间隔为 0.02s B.点痕只记录了物体运动的时间信息，不能记录位移信息 C． 该打点计时器使用的是直流电源 D.点迹密集的地方表示纸带的运动速度较小
实验：验证力的平行四边形定则 一、考纲要求：验证力的平行四边形定则 二、自主学习（一）、实验目的 1.会使用弹簧测力计..2.验证互成角度的两个力合成时的平行四边形定则..（二）、实验原理 1.等效法：使一个力 F F ′的作用效果和两个力 F F 1 1、F F 2 2 的作用效果都是让同一条一端固定的橡皮条伸长到同一点，所以一个力 F F ′就是这两个力 F F 1 1 和 F F 2 2 的合力，作出力 F F ′的图示，如图实－2 2 －1 1 所示..2.平行四边形法：根据平行四边形定则作出力 F F 1 1 和 F F 2 2 的 合力 F F 的图示..3.验证：比较 F F 和 F F ′的大小和方向是否相同，若在误差允许的范围内相同，则验证了力的平行四边形定则..（三）、实验器材 方木板、白纸，弹簧测力计((两只))，橡皮条，细绳套((两个))，三角板，刻度尺，图钉((几个).（四）、实验步骤 1.在水平桌面上平放一块方木板，在方木板上铺一张白纸，用图钉把白纸固定在方木板上..2.用图钉把橡皮条的一端固定在板上的 A A 点，在橡皮条的 另一端拴上两条细绳，细绳的另一端各系上细绳套..3.用两个弹簧测力计分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮 条，将结点拉到某一位置 O O，如图实－2 2 －2 2 所示..4.用铅笔描下 O O 点的位置和两条细绳的方向，读出并记录 两个弹簧测力计的示数..5.用铅笔和刻度尺在白纸上从 O O 点沿两条细绳的方向画直 线，按一定的标度作出两个力 F F 1 1 和 F F 2 2 的图示，并以 F F 1 1 和 F F 2 2 为邻边用刻度尺和三角板作平行四边形，过 O O 点的平行四边形的对角线即为合力 F F..6.只用一个弹簧测力计，通过细绳把橡皮条的结点拉到同样的位置 O O，读出并记录弹簧测力计的示数，记下细绳的方向，按同一标度用刻度尺从 O O 点作出这个力 F F ′的图示..7.比较 F F ′与用平行四边形定则求出的合力 F F 的大小和方向，看它们在实验误差允许的范围内是否相等..8.改变 F F 1 1 和 F F 2 2 的大小和方向，再做两次实验..（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，应调整或另换，直至相同为止..2.在同一次实验中，使橡皮条拉长时，结点 O 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.读数时应注意使弹簧测力计与木板平行，并使细绳套与弹簧测力计的轴线在同一条直线上，避免弹簧测力计的外壳与弹簧测力计的限位卡之间有摩擦..读数时眼睛要正视弹簧测力计的刻度，在合力不超过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 点，去掉细绳套后，再将所标点与 O 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..（六）、误差分析 1.弹簧测力计本身的误差..2.读数误差和作图误差..3.两分力 F F 1 1、F F 2 2 间的夹角 θ 越大，用平行四边形定则作图 得出的合力 F F 的误差ΔF F 也越大..（七）、实验改进 本实验用一个弹簧测力计也可以完成，具体操作如下：
(1)把两条细绳中的一条细绳与弹簧测力计连接，另一条细绳用手直接抓住，然后同时拉这两条细绳，使结点至 O O 点，记下两条细绳的方向和弹簧测力计的示数 F1.(2)放回橡皮条后，将弹簧测力计连接到另一细绳上，用手再同时拉这两条细绳，使结点至 O O 点，并使两条细绳位于记录下来的方向上，读出弹簧测力计的示数 F2.其他步骤与提供两只弹簧测力计相同..这种操作的优点是能减小因两弹簧测力计的不同而带来的误差，但实验过程稍麻烦..三、典例分析（一）：对原理的理解 典例 1 1、某同学在家中尝试验证平行四边形定则，他找到三条相同的橡皮筋((遵循胡克定律))和若干小重物，以及刻度尺、三角板、铅笔、细绳、白纸、钉子，设计了如下 实验：如图实－2 2 －3 3 所示，将两条橡皮筋的一端分别挂在墙上的两个钉子 A A、B B 上，另一端与第三条橡皮筋连接，结点为 O O，将第三条橡皮筋的另一端通过细绳挂一重物..(1)为完成实验，下述操作中必需的是..a.测量细绳的长度 b.测量橡皮筋的原长 c.测量悬挂重物后橡皮筋的长度 d.记录悬挂重物后结点 O O 的位置)(2)钉 子 位 置 固 定，欲 利 用 现 有 器 材，改 变 条 件 再 次 验 证，可 采 用 的 方 法是..（二）、实验数据的处理 典例 2 2、将橡皮筋的一端固定在 A A 点，另一端拴上两根细绳，每根细绳分别连接着一个量程为 5 N N、最小刻度为 0.1 N N 的弹簧测力计，沿着两个不同的方向拉弹簧测力计..当橡皮筋的活动端拉到 O O 点时，两根细绳相互垂直，如图实－2 2 －4 4 所示，这时弹簧测力计的读数可从图中读出..(1)由图可读得两个相互垂直的拉力的大小分别 为 N N 和 N N((只需读到 0.1 N N).(2)在图实－2 2 －4 4 所示的方格纸上按作图法的要求画出这两个力及它们的合力.练习：（1 2011 江苏高考））．8(8 分))某同学用如图所示的实验装置来验证“力的平行四边形定则”。弹簧测力计A A 挂于固定点 P P，下端用细线挂一重物 M M。弹簧测力计 B B 的一端用细线系于 O O 点，手持另一端向左拉，使结点 点 O O 静止在某位置。分别读出弹簧测力计 A A 和 和 B B 的示数，并在贴于竖直木板的白 记录 O O 点的位置和拉线的方向。
(1)本实验用的弹簧测力计示数的单位为 N N，图中 A A 的示数为 _______N。
(2)下列不必要的实验要求是 _________。((请填写选项前对应的字母))(A)应测量重物 M M 所受的重力(B)弹簧测力计应在使用前校零(C)拉线方向应与木板平面平行(D)改变拉力，进行多次实验，每次都要使 O O 点静止在同一位置(3)某次实验中，该同学发现弹簧测力计 A A 的指针稍稍超出量程，请您提出两个解决办法。
a O F(c)a O F(d)a O F(a)a O F(b)实验---探究 “ 加速度与力、质量的关系 ” 实验，即验证牛顿第二定律 F F 合 =ma 由于有力、质量、加速度三个变量，若研究三个变量同时变化的实验是非常难做的，所以我们采用 控制变量法分为两个实验：保持小车质量不变，研究 a 与 F 的关系；保持拉力不变，研究 a 与 m 的关系。即控制一个量不变，再研究另外两个变量之间的关系。
实验装置图：如图，砝码和放砝码的小盘（简称砝码盘）的总重力代表拉力 F，小车是物体，其质量就是 m，小车后面连有打点计时器和纸带，可以利用纸带上的测出小车的加速度 a。
力 本实验是以砝码和砝码盘的总重力代表合力 F，为此需要两点要求，一是 要平衡摩擦力（即把放小车的木板垫高一点，让不挂砝码盘时小车刚好能匀速行驶，平衡摩擦力只要进行一次就行了，即改变拉力或小车质量时不需要再平衡摩擦力），二是 要保证砝码和砝码盘的总质量比小车的质量小得多（一般的只 要小车的质量/砝码和砝码盘的总质量>=10 就可以了）器材：木板、小车、打点计时器、刻度尺、纸带、电源、细线、砝码盘、砝码、天平等。
实验一：
保持小车质量不变，研究 a a 与 与 F F 的关系。实验的基本思路：保持小车的质量不变，测量小车在不同的拉力（可以通过改变砝码盘内的砝码的数量来改变小车受到的拉力）的作用下的加速度（通过纸带打下地点可以计算小车的加速度），分析加速度与力的关系，为了直观地反映出 F 与 a 是否成正比，可以以 a为纵坐标，F 为横坐标，描出各个点，如果这些点在一条过原点的直线上，说明 a∝F 即 a 与 F 成正比。从理论上（F F =ma）来说，a 与 F 成正比，但在做实验时由于有误差，这些点不可能都在直线上，为了减小误差，要让直线尽量过最多的点，或让点均匀的分布在直线的两侧，有些偏离太大的点可以忽略不计，在画出的 a a--F F 图像中，斜率的倒数代表物体的质量。
实验结果：平衡摩擦力后的正常图像是 a 图，如果平衡摩擦力时木板垫的太高或者合力中忘了计入砝码盘的重力结果是 c 图，如果平衡摩擦力时木板垫的不够高或没有平衡摩擦力，结果会是 d 图，当砝码加得比较多时（此时小车的质量/砝码和砝码盘的总质量<10）实验结果是 f 图，即会出现 AB 段曲线部分，注意 b 图是不可能出现的结果。
实验二：
保持拉力不变，研究 a a 与 与 m m 的关系。基本思路：保持物体所受的力相同（砝码盘里不增减砝码即可实现），测量不同质量的物体（可以通过在小车上增减砝码改变物体的质量）在该力作用下的加速度（通过纸带打下的点可以计算小车的加速度），分析加速度与质量的关系。实验结果处理：根据牛顿第二定律，可知 a 与 m 成反比，若画 a a--m m 图像，会是一条曲线如下左图这样误差大，我们可以用下面的技巧---即“a与 m 成反比”实际上就是“a 与 1／m 成正比”，如果以 a a 为 纵坐标、m 1/m 为横坐标建立坐标系，如果画出的a a--m 1/m 图 象是过原点的直线，则可以证明在力不变的情况下，a 与 m 成反比，即 a∝1/m。在做实验时 由于有误差，画出的（a，1/m）这些点不可能都在直线上，为了减小误差，要让直线尽量过最 多的点，或让点均匀的分布在直线的两侧，有些偏离太大的点可以忽略不计，a O F(C)a O F(D a O F(A)a O F(B)在画出的 a a--m 1/m 图像中，斜率代表物体的受到的拉力即砝码和砝码盘的总重力。
1、在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，（1）为了研究加速度跟力和质量的关系，应该采用的研究实验方法是 A．控制变量法 B．假设法 C．理想实验法 D．图象法（2）当作用力一定时，探究加速度与质量关系时，以下做法正确的是 A．平衡摩擦力时，应将装砝码的托盘用细线通过定滑轮系在小车上 B．每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力 C．实验时，先放开小车，再接通打点计时器的电源 D．“重物的质量远小于小车的质量”这一条件如不满足，对探究过程也不会产生影响 2、为了更直观地反映物体的加速度 a 与物体的质量 m 的关系，往往利用它们的图像表示出来，该关系图像应选用 A.a-m 的图像； B.m-a 的图像； C.a—1/m 的图像； D.m-1/a 的图像。
3、某同学做探究加速度与力、质量的关系的实验，在平衡摩擦力时把木板的一端垫得过高，所得的 a—F图象为图中的（）4、下表是某物理老师上“牛顿第二定律”一课时演示实验所记录的部分实验数据：
若利用 l、2、3 三组数据探究加速度与受力的关系，则 2、3 组数 据中物体的质量分别为，； 若利用 3、4、5 三组数据探究加速度与物体质量的关系，则 4、5 组数据中物体所受的力分别为。
5、在探究加速度与力、质量关系的实验中，采用如图甲所示的装置．(1)实验过程中，电火花计时器应接在_____(选填“直流”或“交流”)电源上．(2)某小组在探究“质量一定时，加速度与合力成正比”的实验中，测出多组数据，作出了如图乙所示的图 象，已知实验过程中细线与木板始终保持平行，则图线没有过坐标原点的原因可能是_______________，图线上部弯曲的原因可能是_________________(3)如右上图为实验中打出的一条纸带的一部分，计时器频率 50Hz，0、1、2、3、4、5、6 为依次选取的 7个计数点，相邻两计数点间还有 4 个打点未画出．从纸带上测出 x 1 =3.20cm，x 2 =4.52cm，x 5 =8.42cm，x 6 =9.70cm．则打 1 计数点时木块的速度大小_____m/s，木块加速度的大小 a=_____m/s 2(保留两位有效数字)(4)实验中要进行质量砝码质量 m 和小车质量 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、100 g、120g C.M=400g, m=10g、15g、20g、25g、30g、40 g D.M =400g, m=20g 40g、60g、80g、100g、120 g(5)改变砂和砂桶质量，重新测出对应的加速度，多次测量后得到小车的加 速度 a 和拉力 F 的数据如下表（小车质量保持不变）．根据表中的数据在坐
标图上汇出的 a-F 图象如图所示，由图象得到的实验结论是____________ _______________________，由图像可以求出小车质量的质量为______。
