【高中物理】实验与探究教案讲义要点.pdf
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1、实验与探究 一、基本仪器 1. 有效数字 带有一位不可靠数字的近似数字叫有效数字。有效数字的位数从左边第一位不为零的数字算起。有效 数字的位数与单位无关。 0.012 是 2 位有效数字、 1000mm 是 4 位有效数字、 1.000m 是 4 位有效数字、 1.0102kg 是 2 位有效数字。 2. 基本仪器 (1)游标卡尺: 先确定分度值,看游标上的刻度数量,10 个就是 10 分度,精度 0.1 mm ;20 个就 是 20 分度,精度 0.05 mm ;50 个就是 50 分度,精度 0.02 mm 。 读数:主尺读的毫米数+游标对齐的刻度数精度,无估读。 (2)螺旋测微器:每一螺
2、纹的螺距为 0.5 mm ,精度 0.01 mm 。 读数:固定刻度读数+可动刻度读数(估读一位)0.01mm 。 (3)多用电表: 测量前,机械调零、选档。 电流档和电压档:电流从红表笔流入,黑表笔流出。 欧姆档:欧姆调零(两表笔短接),电阻与电路断开,读数为指针示数倍率。换挡虚重新欧姆调零。 测量二极管:黑表笔接二极管正极、红表笔接负极,示数很小,反之很大。因为二极管电流 方向从正极流向负极时电阻很小,反之很大。 读数:指针示数相应倍数。 3. 常见数据收集方法 (1)直接测量: 利用刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器测量长度;利用秒表、打点计时器、光电门测 量时间;利用天平、弹簧测力计测量质量
3、和力;利用欧姆表测电阻;利用电流电压表测电流电压;利用温 度计测温度。 (2)间接测量: 测量某些物理量后通过计算得出待测物理量。 测速度:利用纸带 vn=x n+xn+1 2T ,利用平抛运动 v0=x g 2y , 利用光电门v= x t 测加速度:利用纸带 a= x T 2,利用单摆g=4 2L T 2 测电阻:利用电流电压表R= U I ,利用电阻箱代替法或半偏法 测电功率:利用电流电压表P=UI 测电动势:利用电流电压表E=U+Ir ,测量两组数据列方程组求解E、r 4. 具体题型 1. 填写下列读数: 0.740mm 0.935mm 0.520mm 0.680mm 15.2mm 2
4、1.25mm 11.90mm 12.20mm 6.860mm 13.20mm 2.一多用电表的电阻挡有三个倍率,分别是 1、 10、 100.用 10 挡测量某电阻时,操作步骤正确, 发现表头指针偏转角度很小,为了较准确地进行测量,应换到1 挡,如果换挡后立即用表笔连接待 测电阻进行读数,那么缺少的步骤是欧姆调零;若补上该步骤后测量,表盘的示数如图所示,则该电 阻的阻值是 22.0 若将该表的选择开关置于5 mA 挡测电流, 表盘示数仍如图所示,则被测电流为 2.0 mA;若用直流5 V 挡测量电压, 则读数为 3.70 V 二、力学实验 1. 匀变速直线运动 (1)利用纸带判断物体是否做匀变
5、速直线运动:若纸带上相邻点之间的位移差为恒量,则物体做匀 变速直线运动,即x=x2-x1=x3-x2=x4-x3= (2)利用纸带求物体加速度:根据推论x=aT 2 :x4-x1=x5-x2=x6-x3=3aT 2 , 为保证精确,需多次 测量多个结果,取平均值。 利用 v-t图像:根据 vn=x n+xn+1 2T ,求出几个瞬时速度,做出v-t 图像,图像的斜率即物体的加速度。 2. 弹力与弹簧伸长的关系 直接测量弹簧的原长和伸长后的长度以及砝码质量,根据胡克定律计算相应问题。 3. 具体题型 1. 下图是某同学在做匀变速直线运动实验中获得的一条纸带。 (1)已知打点计时器电源频率为50H
6、z,则纸带上打相邻两点的时间间隔为0.02 s。 (2) A、B、C、D 是纸带上四个计数点,每两个相邻计数点间有四个点没有画出。从图中读出A、 B 两 点间距 s =0.7 cm。 (3) C 点的速度是0.100 m/s;加速度大小等于0. 200 m/s2。 (保留三位有效数字) 2. 如图,为测量做匀加速直线运动小车的加速度,将宽度均为b 的挡光片 A、B固定在小车上,测得 二者间距为d。 (1) 小车匀加速经过光电门时,测得两挡光片先后经过的时间t1和t2, 小车加速度a= (2)(多选题)为减小实验误差,可采取的方法是(BC) A增大两挡光片宽度b B减小两挡光片宽度b C增大两挡
7、光片间距d D减小两挡光片间距d 首先求出挡光片经过光电门时的平均速度 VA= b t1 ,VB= b t2 。根据公式VB 2-V A 2=2ad,求出 a 挡光时间越小,小车经过光电门的速度就越接近瞬时速度,故减小两挡光片宽度b,可减小误差,增大两 挡光片间距d,可减小测量误差,故BC正确 3. 图为“验证牛顿第二定律”的实验装置示意图砂和砂桶的质量为m ,小车和砝码的总质量为M. 实验中用砂和砂桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小。 (1) 实验中,为了使细线对小车的拉力等于小车所受 的合外力,先调节长木板一端滑轮的高度,使细线与长 木板平行接下来还需要进行的一项操作是( B ) A将
8、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( C ) AM 200 g ,m 10 g 、15 g 、20 g 、25 g 、 30 g 、40 g BM 200 g ,m 20 g 、40
9、 g 、60 g 、80 g 、 100 g 、 120 g CM 400 g ,m 10 g 、15 g 、20 g 、25 g 、 30 g 、40 g DM 400 g ,m 20 g 、40 g 、60 g 、80 g 、 100 g 、 120 g (3) 下图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:SAB4.22 cm 、SBC4.65 cm 、SCD5.08 cm 、 SDE5.49 cm 、SEF5.91 cm 、 SFG6.34 cm. 已知打点计时器的工作频率为50
10、Hz,则小车的加速度a _0.42_ m/s 2(结果保留两位小数)。 (1)要先平衡摩擦力,让小车的重力沿斜面向下抵消摩擦力 (2)为了让砂和砂桶的重力近似等于细线对车的拉力,要满足m M ,因为 mg=ma+Ma,m越小越好 (3) 4. 利用图示装置进行验证机械能守恒定律的实验时,需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的 瞬时速度v 和下落高度h 某班同学利用实验得到的纸带,设计了以下四种测量方案,以上方案中只有一种 正确,正确的是(D) A.用刻度尺测出物体下落的高度h,并测出下落时间t ,通过 v=gt 计算出瞬时速度v B.用刻度尺测出物体下落的高度h,并通过 v=2gh计算出瞬时
11、速度v C.根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度,等于这点前后相邻两点间 的平均速度,测算出瞬时速度v,并通过h= v 2 2g计算出高度 h D.用刻度尺测出物体下落的高度h,根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时 速度,等于这点前后相邻两点间的平均速度,测算出瞬时速度v 由于有摩擦力,所以加速度不能用g 来算, ABC都错 5. 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t 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: 平衡
12、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 打出一系列间距相等的点 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 打开打点计时器电源,释放小车,获得带有点列的纸带,在纸带上标出小车中砝码的质量 按住小车,改变小车中砝码的质量,重复步骤 在每条纸带上清晰的部分,每5 个间隔标注一个计数点测量相邻计数点的间距求出与不 同相对应的加速度a 以砝码的质量为横坐标 , 1 a 为纵坐标,在坐标纸上作出 1 a - 关系图线若加速度与小车和 砝码的总质量成反比,则 1 a 与应成线性(填“线性”或“非线性”)关系 (2)完成下列填空: ( )本实验中,为
13、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远小于小车的质量 ( ) 设纸带上三个相邻计数点的间距为a 可用和 t 表示为 a= s3-s1 2( 5t ) 2 图 2 为用米尺测量某一纸带上的的情况,由图可读出=24.20.3 mm, =47.3 0.3 mm, 由此求得加速度的大小a=1.160.3 m/s 2 () 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_1 k ,小车的质量为 b k (1)平衡阻力为了消除摩擦力,小车合外力为零,做匀速直线运动,所以点间距相等。
14、根据牛顿第二定律可得,m0g=(M+m )a,所以 1 a= M m0g + m m0g ,所以成线性关系 (2)根据牛顿第二定律可得,m0g=(M+m )a ,为了让重力等于小车受到的拉力,m必须远小于M s3-s1=2aT 2 , T=5t ,所以 a= s3-s1 2(5t ) 2 s1=36.7-12.5=24.2 ,s3=120-72.7=47.3 ,代入得 a1.16 注意单位 由( 1) 1 a= M m0g + m m0g 可得 M m0g=b , 1 m0g=k ,解得 m 0g=1 k ,M=bm 0g=b k 6. 某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验。 图甲是不
15、挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度, 其示数为7.73 cm; 图乙是在弹簧下端悬挂钩码后 指针所指的标尺刻度, 此时弹簧的伸长量l 为6.93cm; 本实验通过在弹簧下端悬挂钩码的方法来改变弹簧的弹力, 关于此操作 , 下列选项中规范的做法是A ( 填选项前的字母) A.逐一增挂钩码 , 记下每增加一只钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重 B.随意增减钩码 , 记下增减钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重 图丙是该同学描绘的弹簧的伸长量l 与弹力 F 的关系图线 , 图线的 AB段明显偏离直线OA,造成这 种现象的主要原因是超过弹簧的弹性限度。 7. 某同学使用打点计时器测量当地的重
16、力加速度。 请完成以下主要实验步骤: 按图 (a) 安装实验器材并连接电源; 竖直提起系有重物的纸带, 使重物 ( 填“靠近”或“远离”)靠近计时器下端 ;接通电源, 施放纸带使重物自由下落; 关闭电源 , 取出纸带 ; 换新纸带重复实验。 图 (b) 和(c) 是实验获得的两条纸带, 应选取b( 填“ (b) ”或“ (c) ”) 来计算重力加速度。在 实验操作和数据处理都正确的情况下, 得到的结果仍小于当地重力加速度, 主要原因是空气阻力和纸带与 限位孔间的摩擦。 8. 在“验证力的平行四边形定则”实验中, 某同学用图钉把白纸固定在水平放置的木板上, 将橡皮条的一 端固定在板上一点,两个细
17、绳套系在橡皮条的另一端。用两个弹簧测力计分别拉住两个细绳套, 互成角度地 施加拉力 , 使橡皮条伸长, 结点到达纸面上某一位置, 如图所示。请将以下的实验操作和处理补充完整: 用铅笔描下结点位置, 记为 O; 记录两个弹簧测力计的示数F1和 F2, 沿每条细绳的方向用铅笔分别描出几个点, 用刻度尺把相应的点 连成线 ; 只用一个弹簧测力计, 通过细绳套把橡皮条的结点仍拉到位置O,记录测力计的示数F3, 沿此时细绳的方向用铅笔描出几个点,用刻度尺把这些点连成直线; 按照力的图示要求, 作出拉力F1、F2、F3; 根据力的平行四边形定则作出F1和 F2的合力 F; 比较F 和 F3的一致程度 ,
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