高一物理实验专题
研究匀变速直线运动
（练习使用打点计时器)
1、电磁式打点计时器：6V以下的交流电。 电火花式打点计时器：220V的交流电。 2、交流电的频率为50HZ，打点间隔为0.02s 3、根据纸带算平均速度和瞬时速度
4、算各点的瞬时速度，描点法做出V—t图 实验：1、先开电源，然后释放小车。
2、开头过于密集的点舍掉，一般每5个点或每隔4个点取一个计数点，使相邻计数点之间时间间隔为T＝0.1s 数据处理：
计算法：根据纸带求某点瞬时速度和加速度
(1)求某点瞬时速度，如： T 指相邻两点的时间间隔
X5?X6 VF?VEG?2T（1）求加速度：
a、理想纸带（即ΔX相等）：
b、不理想纸带（即ΔX不相等）：用逐差法
X?X?3aT2411?X a?2T2 X5?X2?3a2T 2X?X?3aT633
213265
(X4?X5?X6)?(X1?X2?X3)a1?a2?a3注意化单位 a?2a?9T数据处理：图象法： 31根据所得数据，选择合适的标度建立坐标系，让图象尽量分布在坐标系平面的大部分面积。 2、此实验小车做匀加速直线运动，所以要用直线拟合数据点，让尽可能多的点处在直线上，不在直线上的点应均匀地分布在直线两侧，个别偏离较大点舍去。
（例题1）在“测定匀变速直线运动的加速度”的实验中，用打点计时器记录纸带运动的时间，计时器所用电源的频率为50 Hz，如图所示是一次实验得到的一条纸带，纸带上每相邻的两计数点间都有四个点未画出，按时间顺序取0、1、2、3、4、5、6七个计数点，用刻度尺量出1、2、3、4、5、6点到0点的距离分别为1.40 cm、3.55 cm、6.45 cm、10.15 cm、14.55 cm、19.70 cm.由纸带数据计算可得计数点4所代表时刻的瞬时速度大小为v4＝__________ m/s，小车的加速度大小a＝______m/s2。(结果保留三位有效数字)
?X?X?X?X?X???X?X
验证平行四边形定则
1. 实验目的：验证互成角度的两个力合成时的平行四边形定则 2. 实验原理：
（1）两个力F1、F2的作用效果与一个力F?的作用效果相同：使像皮绳在某一方向伸长一定的（相同）长度。 （2）以F1、F2为邻边作平行四边形求出F1、F2的合力F，在误差允许的范围内比较F?与F。如果在误差允许的范围内F?与F相同，就验证了两个力合成时遵循平行四边形定则。 3. 实验器材：方木板一块；白纸；图钉（若干）；橡皮条；细绳套（两个）；弹簧秤（两只）；三角板；刻度尺；铅笔。
4. 实验条件：为使橡皮绳有较明显的伸长，同时弹簧测力计有较大的示数，两测力计所拉线绳之间的夹角不宜过大和过小，一般在60°～120°之间较合适。
5. 主要测量：用两个测力计拉线绳，使橡皮条伸长，绳的结点到达O点，记录此时两个测力计的数值F1和F2及两个力的方向；用一只测力计重新将结点拉到O点，记录此时F的大小和方向。 6. 实验步骤
（1）用图钉把一张白纸钉在水平桌面上的方板上。
（2）用图钉把橡皮条的一端固定在A点，橡皮条的另一端固定拴上两个细绳套。 （3）用两只弹簧秤分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点达到O点。（如图所示）用铅笔记下O点的位置及两条细绳套的方向，并分别记录两弹簧秤的读数F1和F2。
（4）用铅笔和刻度尺从力的作用点（位置O）沿两条细绳套的方向画直线，按选定的标度作出F1、F2的图示，然后，以F1、F2为邻边用刻度尺和三角板作平行四边形，过O点画平行四边形的对角线，即为合力F的图示。
（5）只用一只弹簧秤，通过细绳套把橡皮条的结点拉到同样的位置O，记下细绳套的方向和弹簧秤的读数F?，用刻度尺从O点按选定的（相同）标度沿记录的方向作出F?的图示。
（6）比较力F?与用平行四边形定则求出的合力F的大小和方向，看在实验误差允许的范围内是否相同。
（7）改变两力F1、F2的大小和方向，再重复实验两次，从实验结果中得出结论。
7. 数据记录与处理
（1）记录：
（2）处理：用作图法比较F与F?的大小和方向。 8. 注意事项
（1）使用弹簧秤前，应将弹簧秤水平放置，然后检查、矫正零点，并应了解弹簧秤的量程、单位和精度（最小刻度），读数时视线要正对刻度。
（2）本实验中，为减少实验误差，应选用规格相同的弹簧秤，且要对其性能进行检验，具体方法是：将两弹簧秤的自由端钩在一起，沿水平方向拉伸，若两弹簧秤的读数一样，即可选用，否则，不可选。
（3）使用弹簧秤测拉力时，拉力必须沿弹簧秤的轴线方向。在实验中弹簧秤、橡皮条、细绳套应位于与纸面平行的同一平面内，要防止弹簧秤卡壳、弹簧秤或橡皮条与纸面产生摩擦。（4）使用弹簧秤测力时，拉力应适当地大些，以减小误差，但拉伸不要超过量程。
（5）选用的橡皮条应富有弹性，能发生弹性形变，不能选用老化了的橡皮条，实验时，一方面，缓慢地将橡皮条拉伸到预定的长度，看它能否滞缩缩回到原长；另一方面，用一个弹簧秤多次拉伸相同的长度，看弹簧秤的读数是否相同。
（6）同一次实验中，橡皮条拉伸后结点的位置O必须保持不变。
（7）作力的图示时，标度不宜过小，应尽可能使图画得大些，但不能超出纸外。 9. 误差分析
实验中误差的来源有弹簧秤的精度误差和两只弹簧秤规格不严格相同造成的误差、读数不准造成的误差和作图不准确带来的误差等等。另外，实验中弹簧秤与板面不严格平行和弹簧秤卡壳以及弹簧秤或橡皮条与纸面产生摩擦等等。两个分力F1、F2间的夹角?越大，用平行四边形定则作图得出的合力F的误差越大，所以实验中两个分力的夹角不要太大，误差只能减小不能消除，实验中要严格遵循实验操作规程，以减小实验误差，实验中若用一只弹簧秤可以减小由于两只弹簧秤规格不同而造成的误差。
（例2）某同学做“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验，他先把弹簧平放在桌面上使其自然伸长，用直尺测出弹簧的原长L0，再把弹簧竖直悬挂起来，挂上钩码后测出弹簧伸长后的长度L，把L－L0作为弹簧的伸长量x，这样操作，由于弹簧自身重力的影响，最后画出的图线可能是图中的（ ）
（例3）如图所示是甲、乙两位同学在“探究力的平行四边形定则”的实验中所得到的实验结果，若用F表示两个分力F1、F2的合力，用F′表示F1和F2的等效力，则可以判断________(填“甲”或“乙”)同学的实验结果是符合事实的。
（三）研究匀变速直线运动
1. 实验目的
（1）掌握判断物体是否做匀变速直线运动的方法。 （2）测定匀变速直线运动的加速度。 （3）会用逐差法计算物体运动的加速度。 2. 实验原理 测定物体做匀变速直线运动最基本的是测出位移和时间的关系，运用匀变速直线运动的规律，对纸带数据进行处理。如图实4—1所示，S1、S2??Sn是相邻两计数点间的距离，?S是两个连续相等的时间里的位移之差，即?S1?S2?S1，?S2?S3?S2??，T是两个相邻计数点间的时间间隔且T= 0.02n秒（n为两计数点间的间隔数）由运动学公式： 03.....1....2...........S1S2S3S411aT2 S2?V1T?aT2 V1?V0?aT得?S?S2?S1?aT2 22T是恒量。当a为恒量时，?S也为恒量，即做匀变速直线运动的物体的?S必为恒量，S1?V0T?它是判断物体是否做匀变速直线运动的必要条件。若物体做初速度为零的匀加速直线运动，其判断条件是： A. ?S?S2?S1?S3?S2???Sn?Sn?1?恒量； B. ?S?2S1（S1为开始运动到第一个计数点之间的距离）。 3. 实验器材 打点计时器、纸带、复写纸片、低压交流电源、小车、细绳、一端附有滑轮的长木板、刻度尺、钩码、两根导线。 4. 实验步骤
（1）把附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，连接好电路；再把一条细绳拴在小车上，细绳跨过滑轮，下边挂上合适的钩码，把纸带穿过打点计时器，并把它的一端固定在小车的后面。
（2）把小车停在靠近打点计时器处，接通电源后，放开小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一系列的点，换上新纸带，重复三次。 （3）选取一条点迹清晰的纸带，舍掉开头的比较密集的点。确定好记数起点。每隔T?0.02s?5?0.1s取一个记数点，并依次标明0，1，2，3?如图实4—3所示，用刻度尺测量两相邻记数点间距离S1,S2，S3??S6并把测量结果填入记录表格中。（4）根据测量结果，用逐差法求出加速度a1、a2、a3的值，然后计算出其平均值，它就是小车做匀变速直线运动的加速度。 SSS.................0123123 （4）根据测量结果，用逐差法求出加速度a1、a2、a3的值，然后计算出其平均值，它就是小车做匀变速直线运动的加速度。 5. 数据记录及处理 （1）记录：小车做匀变速直线运动的加速度a?a1?a2?a3? (m/s2)。 3 （2）处理：利用逐差法处理纸带数据求物体运动的加速度。 S5?S2S6?S3S4?S1a?a?，，，232223T3T3Ta?a2?a3(S6?S5?S4)?(S3?S2?S1)?故物体运动的加速度a?1 239Ta?a2(S4?S3)?(S2?S1)?② 若所选记数点为0，1，2，3，4，则a?1 24T2a?a2(S5?S4)?(S2?S1)?③ 若所选记数点0，1，2?5，则舍去S3，加速度a?1 26T2① 若所选记数点为0，1，2，?6。则a1?利用v—t图象求物体运动的加速度。 ① 先由vn?Sn?Sn?1求出打第n点时的瞬时速度(n?1,2,3,4,5,6)。
2T② 再作出v—t图象，图线的斜率即为物体运动的加速度。 6. 注意事项
（1）应调整使细绳与木板平行，小车运动要平稳。
（2）选用合适的钩码，使小车的加速度适当大一些，可以减小长度的测量误差。加速度大小以能在约50cm的纸带上清楚地取出7～8个计数点为宜。
（3）要在钩码（或沙桶）落地处放置软垫或砂箱，防止撞坏钩码。
（4）要在小车到达滑轮前用手按住它或放置泡沫塑料档块，防止小车掉在地上或撞坏滑轮。（5）操作时，应先接通电源，待打点计时器稳定打点后再释放小车。
（6）纸带运动时不要让纸带与打点计时器的限位孔摩擦。
（7）纸带上所选取的记数点不宜太长，不要分段测量各段位移，应一次性测量出各计数点到记数起点O之间的距离，读数时估读到毫米的下一位。
（8）处理纸带数据时，应注意S1，S2?Sn是连续相邻相等的时间内的位移，而不是各计数点到起点O的距离。
（例4）、在做“探究加速度与力、质量的关系”实验时：
（1）甲、乙两同学用同一装置做探究实验，画出了各自如图所示的a－F的图像，从图像可知两个同学做实验时
的取值不同，其中 同学的取值较大。
（2）在探究a与m的关系时，当增加小车的质量时，为了使小车所受外力F一定，必须 。
（3）在m一定时，测得a与F的有关数据如下表： a/m/s2 1.98 4.06 8.12 F/N 1.00 2.00 3.00 4.00 请你根据下列纸带以及提供的数据补充上表中的空格，该数值应为 m/s2，其中s1＝3. 67 cm，s2＝9. 61 cm，s3＝15. 69 cm，s4＝21.75 cm，s5= 27. 78 cm，s6= 33. 74 cm。图中从A点开始每打五个点取一个计数点。从表中数据可知，实验的结论是： 。