实验专题2物理规律的验证(教师版)

工大附中2011-2012高三物理总复习第二轮实验专题（二）物理规律的验证1实验复习（二）——物理规律的验证在物理研究中，科学家们会对一些自然现象的产生提出一些假说或猜想。当假说或猜想被实验证明是正确时，假说才被承认为理论，赫兹用实验证实了麦克斯韦关于电磁波的存在的实验就是有名的验证性实验。我们复习验证性实验是重点注意：如何根据被验证的规律设计物理现象、每个实验的保证条件、怎样分离变量、怎样处理数据、怎样减小误差。一、验证性实验小结需要验证的规律设计物理现象保证验证的条件数据处理的方法验证力的平行四边形定则两个分力与它们的合力应该是等效的，因此实验时应把皮筋拉长到同一点O作图法：把实验测出的合力F与用平行四边形定则得到的合力F′进行比较验证牛顿第二定律控制变量法：物体质量不变，研究加速度与合外力的关系；合外力不变，研究加速度与物体质量的关系。图像法：做a—F图像和a—1/M图像，研究其中函数关系。验证机械能守恒定律机械能守恒的条件是只有重力做功，在做实验时为保证这个条件应注意，选择质量比较的重锤，使其重力远大于纸带所受阻力，使阻力做功可以忽略不计。计算法：通过计算比较物体减少的重力势能mgh与增加的动能221mv是否在允许的误差范围内相等验证动量守恒定律两小球在斜槽轨道末端水平、对心正碰，以保证两小球平抛，把速度的测量转化为位移的测量。通过计算比较碰前的动量“m1OP”与碰后的动量“m1OM+m2ON”是否在允许的误差范围内相等工大附中2011-2012高三物理总复习第二轮实验专题（二）物理规律的验证2二、实验要点及针对训练（一）验证力的平行四边形定则1．原理是两只弹簧秤成角度拉橡皮条和一只弹簧秤拉橡皮条的效果相同，效果是指橡皮条的形变量（大小和方向）相同。2．在画力的图示时，必须有箭头、标度、刻度。3．实验往往有一定的偶然误差，只要用平行四边形定则求得的合力F和一只弹簧秤的拉力F´的图示大小、方向在误差允许的范围内相同就可以了。【练习1】：（05全国1）在“验证力的平行四边形定则”实验中，需要将橡皮条的一端固定在水平木板上，另一端系上两根细绳，细绳的另一端都有绳套（如图）。实验中需用两个弹簧秤分别勾住绳套，并互成角度地拉橡皮条。某同学认为在此过程中必须注意以下几项：A．两根细绳必须等长。B．橡皮条应与两绳夹角的平分线在同一直线上。C．在使用弹簧秤时要注意使弹簧秤与木板平面平行。其中正确的是。（填入相应的字母）【练习2】：某同学尝试用三条相同的橡皮筋（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，验证平行四边形定。他设计了如下实验：将两条橡皮筋的一端分别挂在墙上的两个钉子A、B上，另一端与第三条橡皮筋连接，结点为O，将第三条橡皮筋的另一端通过细绳挂一重物。为完成实验，下述操作中必需的是。bcda．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的位置钉子位置固定，欲利用现有器材，改变条件再次验证，可采用的方法是。换用不同的小重物【练习3】：（2012朝阳期末）在“探究共点力合成规律”的实验中，某同学经历了以下实验步骤：A．在白纸上按比例做出两个力F1和F2的图示，根据平行四边形定则作图求出合力F；B．只用一个测力计，通过细绳把橡皮筋拉到同样长度；C．记下两个测力计F1和F2的读数，并且记录它们的方向；D．在水平放置的木板上，垫一张白纸，把橡皮筋的一端固定在板上P点，用两条细绳连接在橡皮筋的另一端，通过细绳同时用两个测力计互成角度地拉橡皮筋，使橡皮筋与细绳的连接点到达某一位置O，并记下此位置，如图所示；E．记下测力计的读数F和细绳方向，按同一比例做出这个力的图示，比较这个实测合力F′和按平行四边形定则求出的合力F，看它们的大小和方向是否相近；F．改变两测力计拉力的大小和方向，多次重复实验，从实验得出结论。（1）上述实验步骤中有一步骤有明显的错误，这个步骤是__________（填选项前的字母）；正确的操作应为__________________________________________。（2）将以上实验步骤按正确顺序排列，应为___________________（填选项前的字母）。（1）B，只用一个测力计，通过细绳把橡皮筋拉到O点（2）DCABEF工大附中2011-2012高三物理总复习第二轮实验专题（二）物理规律的验证3（二）验证牛顿第二定律1．研究对象是小车（含小车上的砝码）2．只有小车的总质量m远大于砝码和砝码盘的总质量m´时，才能认为细线对小车的拉力大小F等于砝码和砝码盘的总重量m´g。3．实验前必须平衡摩擦力。平衡摩擦力时小车前面不能和砝码盘相连，但小车后必须带上纸带。4．为研究a、m、F三者的关系，要采用控制变量法。先保持小车总质量m不变，改变砝码盘内的砝码，即改变F多做几次实验，由纸带算出和每个F对应的a，作出a-F图象，若是过原点的直线则证明a∝F；再保持砝码和砝码盘的总质量不变，即F不变，改变m多做几次实验，由纸带算出和每个m对应的a，作出ma1图象，若是过原点的直线则证明ma1。【练习1】（2010西城一模）某同学采用如图3所示的装置验证规律：“物体质量一定，其加速度与所受合力成正比”。a．按图3把实验器材安装好，不挂配重，反复移动垫木直到小车做匀速直线运动；b．把细线系在小车上并绕过定滑轮悬挂配重，接通电源，放开小车，打点计时器在被小车带动的纸带上打下一系列点，取下纸带，在纸带上写上编号；c．保持小车的质量M不变，多次改变配重的质量m，再重复步骤b；d．算出每条纸带对应的加速度的值；e．用纵坐标表示加速度a，横坐标表示配重受的重力mg（作为小车受到的合力F），作出a－F图象。①在步骤d中，该同学是采用v－t图象来求加速度的。图4为实验中打出的一条纸带的一部分，纸带上标出了连续的3个计数点，依次为B、C、D，相邻计数点之间还有．．4．个计时点没有标出．．．．．．．．。打点计时器接在频率为50Hz的交流电源上。打点计时器打C点时，小车的速度为m/s；工大附中2011-2012高三物理总复习第二轮实验专题（二）物理规律的验证4②其余各点的速度都标在了v－t坐标系中，如图5所示。t=0.10s时，打点计时器恰好打B点。请你将①中所得结果标在图5所示的坐标系中，并作出小车运动的v－t图线；利用图线求出小车此次运动的加速度a=_________m/s2；③最终该同学所得小车运动的a－F图线如图6所示，从图中我们看出图线是一条经过原点的直线。根据图线可以确定下列说法中不正确．．．的是：A．本实验中小车质量一定时，其加速度与所受合力成正比B．小车的加速度可能大于重力加速度gC．可以确定小车的质量约为0.50kgD．实验中配重的质量m远小于小车的质量M①0.44②略1.0（0.95~1.05）③B【练习2】：如图为用DIS（位移传感器、数据采集器、计算机）研究加速度和力的关系的实验装置。实验前已平衡摩擦力。（1）采用控制变量法，应保持_______不变，用钩码所受的重力作为________，用DIS测小车的加速度。（2）改变所挂钩码的数量，多次重复测量。根据测得的多组数据可画出a-F关系图线（如图所示）。分析此图线的OA段可得出的实验结论是。此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是（单项选择）A．小车与轨道之间存在摩擦B．导轨保持了水平状态C．所挂钩码的总质量太大D．所用小车的质量太大⑴为探究a、F间的关系，应保持小车的总质量m不变，由于已平衡摩擦力，在钩码质量m远小于小车总质量M的情况下，可以用钩码所受的重力作为小车所受外力。⑵OA段是线性关系，表面在质量不变的条件下，加速度与外力成正比；AB段对应的外力太大，即钩码总质量太大，不再满足mM，因此出现较大的系统误差，明显偏离直线。选C。【练习3】：（07海南）现要验证“当质量一定时，物体运动的加速度与它所受的合外力成正比”这一物理规律。给定的器材如下：一倾角可以调节的长斜面（如图）、小车、计时器一个、米尺。（1）填入适当的公式或文字，完善以下实验步骤（不考虑摩擦力的影响）：①让小车自斜面上方一固定点A1从静止开始下滑至斜面底端A2，记下所用的时间t。②用米尺测量A1与A2之间的距离s，则小车的加速度a=______。2s/t2③用米尺测量A1相对于A2的高度h。设小车所受重力为mg，则小车所受的合外力F=。mgh/s④改变，重复上述测量。斜面倾角⑤以h为横坐标，1/t2为纵坐标，根据实验数据作图。如能得到一条过原点的直线，则可以验证“当质量一定时，物体运动的加速度与它所受的合外力成正比”这一规律。（2）在探究如何消除上述实验中摩擦阻力影响的过程中，某同学设计的方案是：①调节斜面倾角，使小车在斜面上匀速下滑。测量此时A1相对于斜面底端A2的高度h0。②进行（1）中的各项测量。工大附中2011-2012高三物理总复习第二轮实验专题（二）物理规律的验证5③计算与作图时用（h-h0）代替h。对此方案有以下几种评论意见：A．方案正确可行。B．方案的理论依据正确，但利用所给的器材无法确定小车在斜面上是否做匀速运动。C．方案的理论依据有问题，小车所受摩擦力与斜面倾角有关。其中合理的意见是。C（三）验证机械能守恒定律用右图装置验证自由下落过程中机械能守恒。得到的某条纸带如下图所示，其左端是用夹子夹重物的一端。可以选择0~2过程，验证0~2重力势能减少量mgh2和动能增加量221mv是否相等。由于摩擦和空气阻力的影响，本实验的系统误差总是势能的减小量略大于动能的增加量。注意：本实验不需要在打下的点中取计数点。也不需要测重物的质量。【练习1】：用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律.实验所用的电源为学生电源，输出电压为6V的交流电和直流电两种.重物从高处由静止开始下落,重物上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点痕进行测量，即验证机械能守恒定律。（1）下面列举了该实验的几个操作步骤：A．按照图示的装置安装器件；B．将打点计时器接到电源的“直流输出”上；C．用天平测量出重物的质量；D．释放悬挂纸带的夹子,同时接通电源开关打出一条纸带；E．测量打出的纸带上某些点间的距离；F．根据测量的结果计算重物下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能。其中没有必要进行的或者操作不恰当的步骤是。(将其选项对应的字母填在横线处)BCD（2）利用这个装置也可以测量重物下落的加速度a的数值.如图4所示，根据打出的纸带,选取纸带上连续的五个点A、B、C、D、E,测出A点距起始点O的距离为s0,点A、C间的距离为s1，点C、E间的距离为s2，使用交流电的频率为f,根据这些条件计算重物下落的加速度a=。4)(212fssa（3）在上述验证机械能守恒定律的实验中发现，重物减小的重力势能总是大于重物增加的动能,其原因主要是重物下落的过程中存在阻力作用,可以通过该实验装置测定该阻力的大小.若已知当地重力加速度公认的较准确的值是g，还需要测量的物理量是：。试用这些物理量和上图纸带上的数据符号表示出重物在下落的过程中受到的平均阻力大小为F=。01234工大附中2011-2012高三物理总复习第二轮实验专题（二）物理规律的验证6重物质量m，]4)([212fssgF【练习2】：（2011东城零模）在用重锤下落来验证机械能守恒时，某同学按照正确的操作选得纸带如图所示.其中O是起始点，A、B、C、D、E是打点计时器连续打下的5个点，打点频率为f=50Hz.该同学用毫米刻度尺测量O到A、B、C、D、E各点的距离，并记录在图中（单位cm）①这五个数据中不符合有效数字读数要求的是________（填A、B、C、D或E）点读数。②该同学用重锤在OC段的运动来验证机械能守恒，OC距离用h来表示，他用vc=gh2计算与C点对应的物体的即时速度，得到动能的增加量，这种做法_________（填对或不对）。正确计算公式vc=。（用题中字母表示）③如O点到某计数点距离用h表示，重力加速度为g，该点对应重锤的瞬时速度为v，则实验中要验证的等