专题—力学实验.doc

高三物理 二轮复习 实验 海门实验学校黄顶峰
专题—力学实验
【专题解读】高考要求4个力学实验
实验一：速度随时间的变化规律（实验、探究）（P2—P5）
实验二：力的平行四边形定则（实验、探究）（P6—P7）
实验三：加速度与物体质量力、物体受力的关系（实验、探究）（P8—P13）
实验四：验证机械能守恒定律（实验、探究）（P14—P16）
一、误差和有效数字
1.误差
测量值与真实值的差异叫做误差。误差可分为系统误差和偶然误差两种。
⑴系统误差的特点是在多次重复同一实验时，误差总是同样地偏大或偏小。
⑵偶然误差总是有时偏大，有时偏小，并且偏大和偏小的机会相同。减小偶然误差的方法，可以多进行几次测量，求出几次测量的数值的平均值。这个平均值比某一次测得的数值更接近于真实值。
2.有效数字
带有一位不可靠数字的近似数字，叫做有效数字。
⑴有效数字是指近似数字而言。
⑵只能带有一位不可靠数字，不是位数越多越好。
凡是用测量仪器直接测量的结果，读数一般要求在读出仪器最小刻度所在位的数值（可靠数字）后，再向下估读一位（不可靠数字），这里不受有效数字位数的限制。
间接测量的有效数字运算不作要求，运算结果一般可用2~3位有效数字表示。
二、考试大纲规定的学生实验
1.长度的测量（游标卡尺和螺旋测微器）
⑴游标卡尺
①10分度的游标卡尺，其读数准确到0.1mm。
②20分度的游标卡尺。其读数准确到0.05mm。
③50分度的游标卡尺。其读数可以准确到0.02mm。
⑵螺旋测微器
固定刻度上的最小刻度为0.5mm（在中线的上侧）；可动刻度每旋转一圈前进（或后退）0.5mm。在可动刻度的一周上平均刻有50条刻线，所以相邻两条刻线间代表0.01mm。
要知道主要构造的名称：以下的①-⑦依次是：测砧、测微螺杆、固定刻度、可动刻度、旋钮、微调旋钮和尺架。
例1.读出下列游标卡尺测量的读数。

例2.读出下列螺旋测微器测量的读数。

实验一：速度随时间的变化规律（实验、探究）
【知识】
⑴纸带处理。从打点计时器重复打下的多条纸带中选点迹清楚的一条，舍掉开始比较密集的点迹，从便于测量的地方取一个开始点O，然后每5个点取一个计数点A、B、C、…（或者说每隔4个点取一个记数点），这样做的好处是相邻记数点间的时间间隔是0.1s，便于计算。测出相邻计数点间的距离s1、s2、s3 …
⑵利用s1、s2、s3 …可以计算相邻相等时间内的位移差s2-s1、s3- s2、s4- s3…，如果它们在允许的误差范围内相等，则可以判定被测物体的运动是匀变速直线运动。
⑶利用纸带可以求被测物体在任一计数点对应时刻的瞬时速度v：如　
t/s
0 T 2T 3T 4T 5T 6T
v/(ms-1)
⑷利用纸带求被测物体的加速度a。具体来说又有3种方法：
①“逐差法”：从纸带上得到6个相邻相等时间内的位移，则
②利用任意两段相邻记数点间的位移求a：如
③利用v-t图象求a：求出A、B、C、D、E、F各点的即时速度，画出如右的v-t图线，图线的斜率就是加速度a。

器材：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。

装置图1

【例题1】(1) 在用“图象法”处理实验数据时，为了减少误差（ ）
A．应使纵、横坐标每单位长度表示的数值大一些
B．应使纵、横坐标每单位长度表示的数值小一些
C．为使图线通过每个实验数据点，应使图线画成折线
D．应使图线画成直线或光滑曲线，让实验数据点大致均匀分布在图线附近，对于个别离线较远的点可以舍去
(2) 某同学要进行探究匀变速直线运动实验，请在下面列出的实验器材中，选出本实验中不需要的器材填在横线上(填编号)：
①打点计时器 ②天平 ③低压交流电源 ④低压直流电源 ⑤细绳和纸带 ⑥钩码和小车 ⑦秒表 ⑧一端有滑轮的长木板 ⑨刻度尺
(3)某同学利用打点计时器所记录的纸带来研究做匀变速直线运动小车的运动情况，实验中获得一条纸带，如图所示，其中两相邻计数点间有四个点未画出。已知所用电源的频率为50HZ，则打A点时小车运动的速度vA=_______m/s，小车运动的加速度a=_______m/s2。（结果要求保留三位有效数字）
O
A
B
C
D
3.18
6.74
10.69
15.05
(单位：cm)

【例题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所示.每两个相邻的计数点之间的时间间隔为0.10s.

完成下列填空和作图：
(1)每两个计数点间还有　 　　个点没有标出.
(2)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、E、F五个点时小车的瞬时速度，并将各个速度值填入下表(保留3位有效数字)

vB
vC
vD
vE
vF
数值（m/s）

(3)从打下B点到打下E点，这段时间内纸带的平均加速度为 m/s2.

(4) 将B、C、D、E、F各个时刻的瞬时速度标在直角坐标系中，并画出小车的瞬时速度随时间变化的关系图线.

【变式训练1】物理小组在一次探究活动中测量滑块与木板之间的动摩擦因数。实验装置如图，一表面粗糙的木板固定在水平桌面上，一端装有定滑轮；木板上有一滑块，其一端与电磁打点计时器的纸带相连，另一端通过跨过定滑轮的细线与托盘连接。打点计时器使用的交流电源的频率为50 Hz。开始实验时，在托盘中放入适量砝

码，滑块开始做匀加速运动，在纸带上打出一系列小点。

（1）上图给出的是实验中获取的一条纸带的一部分：0、1、2、3、4、5、6、7是计数点，每相邻两计数点间还有4个打点（图中未标出），计数点间的距离如图所示。根据图中数据计算的加速度a= (保留三位有效数字)。
(2)回答下列两个问题：
①为测量动摩擦因数，下列物理量中还应测量的有 。（填入所选物理量前的字母）
A.木板的长度l
B.木板的质量m1
C.滑块的质量m2
D.托盘和砝码的总质量m3
E.滑块运动的时间t
②测量①中所选定的物理量时需要的实验器材是 。
（3）滑块与木板间的动摩擦因数＝ （用被测物理量的字母表示，重力加速度为g）.与真实值相比，测量的动摩擦因数 （填“偏大”或“偏小” ）。写出支持你的看法的一个论据：
。

打点计时器
小车
纸带
接电源
【变式训练2】某同学用右图所示的实验装置研究小车在斜面上的运动。实验步骤如下：a．安装好实验器材。
b．接通电源后，让拖着纸带的小车沿平板斜面向下运动，重复几次。选出一条点迹比较清晰的纸带，舍去开始密集的点迹，从便于测量的点开始，每两个打点间隔取一个计数点，如下图中0、1、2……6点所示。
c．测量1、2、3……6计数点到0计数点的距离，分别记作：S1、S2、S3……S6。
d．通过测量和计算，该同学判断出小车沿平板做匀速直线运动。
e．分别计算出S1、S2、S3……S6与对应时间的比值。
f．以为纵坐标、t为横坐标，标出与对应时间t的坐标点，划出—t图线。
0
1cm
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
0
1
2
3
4
5
6
S1
S2
S3
S4
S5
S6

结合上述实验步骤，请你完成下列任务：
①实验中，除打点及时器（含纸带、复写纸）、小车、平板、铁架台、导线及开关外，在下面的仪器和器材中，必须使用的有 和 。（填选项代号）
A．电压合适的50 Hz交流电源 B．电压可调的直流电源
C．刻度尺 D．秒表 E．天平 F．重锤
②将最小刻度为1 mm的刻度尺的0刻线与0计数点对齐，0、1、2、5计数点所在位置如图所示，则S2＝ cm，S5＝ cm。
0
1 cm
2
3
13
0
1
2
5

5
70
15
20
25
20
10
30
40
50
60
10
80
0

/cm·s－1

③该同学在右图中已标出1、3、4、6计数点对应的坐标，请你在该图中标出与2、5两个计数点对应的坐标点，并画出—t图。
④根据—t图线判断，在打0计数点时，
小车的速度v0＝ m/s；它在斜
面上运动的加速度a＝ m/s2。

【变式训练3】如图所示，为了测定某辆轿车在平直路上起动时的加速度(轿车起动时的运动可以近似看作匀加速运动)，某人拍摄了一张在同一底片上多次曝光的照片.如果拍摄时每隔2 s曝光一次，轿车车身总长为4.5 m，那么这辆轿车的加速度约为
A.1 m/s2 B.2 m/s2 C.3 m/s2 D.4 m/s2

【注意点】用装置图1处理实验的注意点
(1)开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器。
（2）打电计时器必须使用交流电；
(3)先接通电源，等打点稳定后，再释放小车。
(4)打点完毕，立即断开电源。
(5)选取一条点迹清晰的纸带，适当舍弃点密集部分，适当选取计数点(注意计数点与计时点的区别)，弄清楚所选的时间间隔T等于多少秒。
(6)牵引小车的钩码质量要适宜。如果质量过大，纸带上打出的计时点太少；如果质量过小，打出的点过于密集，不便于测量距离。
(7)要防止钩码落地，避免小车跟滑轮相碰，当小车到达滑轮前及时用手按住。
(8)在坐标纸上画v－t图像时，注意坐标轴单位长度的选取，应使图像尽量分布在较大的坐标平面
（9）由于本实验是探究变速运动的规律，故不需要平衡摩擦力，在这一点上，要注意与探究加速度与力、加速度与质量关系实验的区别。

实验二：力的平行四边形定则（实验、探究）
【知识】⑴原理是两只弹簧秤成角度拉橡皮条AB和一只弹簧秤拉橡皮条AB的效果相同，这个效果就是指橡皮条的形变量（大小和方向）相同。
⑵在画力的图示时，必须有箭头、标度、刻度。
⑶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 / 的图示大小和方向在误差允许的范围内相同就可以了。
【例题1】将橡皮筋的一端固定在A点，另一端拴上两根细绳，每根细绳分别连着一个量程为5 N、最小刻度为0．1 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点时，两根细绳相互垂直，如图2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和______N．
（2）在图3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．
（3）图（A）（B）两图是两位同学得到的实验结果，其中哪一个图符合实际？若合力测量值F′是准确的，则F与F′有误差的原因可能是哪些？

【例题2】（1）在“探究力的平行四边形定则”的实验中，用图钉把橡皮条的一端固定在板上的A点，在橡皮条的另一端拴上两条细绳，细绳另一端系着绳套B、C（用来连接弹簧测量力计）。其中A为固定橡皮筋的图钉，O为橡皮筋与细绳的结点，OB和OC为细绳。
①在实验中，如果只将细绳换成橡皮筋，其它步骤没有改变，那么实验结果是否会发生变化？
答： 。（选填“变”或“不变”）
②本实验采用的科学方法是
A．理想实验法
B．等效替代法
C．控制变量法
D．建立物理模型法
【注意点】: 1．不要直接以橡皮条端点为结点，可拴一短细绳连两细绳套，以三绳交点为结点，应使结点小些，以便准确地记录结点O的位置．
2．使用弹簧秤前，应先调节零刻度，使用时不超量程，拉弹簧秤时，应使弹簧秤与木板平行．
3．在同一次实验中，橡皮条伸长时的结点位置要相同．
4．被测力的方向应与弹簧测力计轴线方向一致，拉动时弹簧不可与外壳相碰或摩擦．
5．读数时应正对、平视刻度．
6．两拉力F1和F2夹角不宜过小，作力的图示，标度要一致．

【变式训练1】在做验证力的平行四边行定则实验中：除了方木板、白纸、图钉、细线套、橡皮条、铅笔和刻度尺外，还需要的器材有： 。在此实验中，假如F1的大小及方向固定不变，那么为了使橡皮条仍然伸长到O点，对F2来说，下面几种说法中正确的是：( )
A.F2可以有多个方向 B.F2的方向和大小可以有多个值
C.F2的方向和大小是惟一确定值 D.F2的方向是惟一的，但大小可有多个值
【变式训练2】某同学利用如图所示的装置探究共点力合成的规律，图中GE是橡皮条，甲图表示用两个互成角度的拉力牵拉橡皮条，乙图表示用一个拉力牵拉橡皮条，下列说法正确的是
A、甲图中两个拉力的方向必须相互垂直
B、 甲、乙两图中，橡皮条拉伸方向£◦必须水平
C 、甲、乙两图中必须将橡皮条拉到相同位置O
D、甲图实验完成后，可更换橡皮条，继续进行乙图实验
【误差分析】
1．用两个测力计拉橡皮条时，橡皮条、细绳和测力计不在同一个平面内，这样两个测力计的水平分力的实际合力比由作图法得到的合力小．
2．结点O的位置和两个测力计的方向画得不准，造成作图的误差．
3．两个分力的起始夹角α太大，如大于120°，再重做两次实验，为保证结点O位置不变（即保证合力不变），则α变化范围不大，因而测力计示数变化不显著，读数误差大．
4．作图比例不恰当造成作图误差．

实验三：加速度与物体质量力、物体受力的关系（实验、探究）
【知识】 (1)采用控制变量法
在该实验中要求先控制小车的质量不变，改变小车所受的拉力F，讨论a与F的关系；再控制小车所受的拉力F不变，改变小车的质量m，讨论a与m的关系．
(2)要测量的物理量
小车与其上砝码的总质量M一用天平测出．
小车受的拉力F——用天平测出小盘和盘内砝码的总质量m，由F＝mg算出．
小车的加速度a——通过打点计时器打出的纸带测算出．
(3)平衡摩擦力的目的和方法
①目的：实验中小车要受到摩擦阻力的作用，增加了实验的难度．垫高水平木板不带滑轮的一端，使小车自身重力沿斜面的分力平衡摩擦力，这样小车所受拉力即为合力，提高了实验成功率．
②方法：不挂托盘，使小车拖着纸带，纸带通过打点计时器，并且使打点计时器处于工作状态，逐渐调节木板的倾角，使打下的纸带点间距相等，则说明小车做匀速直线运动，即平衡了摩擦力．
实验步骤：
1．用天平测出小车和小盘(包括其中砝码)的质量分别为M0、m0，并把数值记录下来．
2．如图将实验器材安装好(小车上不系绳)．
3．把木板无滑轮的一端下面垫一薄木板，平衡摩擦力．
4．将重物通过细绳系在小车上，接通电源放开小车，用纸带记录小车的运动情况；取下纸带并在纸带上标上号码及此时所挂重物的重力mo g．
5．保持小车的质量不变，改变小盘(包括其中砝码)的质量，重复步骤4多做几次实验，每次小车从同一位置释放，并记录好相应纸带重物的重力m1g、m2 g…
表1：M不变，加速度a与受力的关系
实验次数n
小车受力F/N
加速度a/(m·s－2)
1

…

6．保持小车所受的合外力不变，在小车上加砝码，并测出小车和放上砝码后的总质量M1，接通电源放开小车，用纸带记录小车的运动情况，取下纸带并在纸带上标上号码．
7．继续在小车上加放砝码，重复步骤6，多做几次实验，在每次得到的纸带上标上号码．
表2：F不变，加速度与质量的关系
实验次数n
小车质量M/kg
加速度a/(m·s－2)
1

…

8．利用以上两表中的数据，分别在坐标系中作出M不变时，a一F图象和F不变时，a一M图象．

【例题1】某同学设计了一个“探究加速度与物体所受合力F及质量m的关系”实验．如图a为实验装置简图，A为小车，B为电火花计时器，C为装有砝码的小桶，D为一端带有定滑轮的长方形木板，实验中认为细绳对小车拉力F等于砝码和小桶的总重量，电源频率是50HZ小车运动加速度a可用纸带上的打点求得．

（1）图（b）为某次实验得到的纸带，根据纸带可求出小车的加速度大小为        m/s2．（保留二位有效数字）
（2）在“探究加速度与质量的关系”时，保持砝码和小桶质量不变，改变小车质量m ，分别得到小车加速度a与质量m数据如下表：

根据上表数据，为直观反映F不变时a与m的关系，请在图c方格坐标纸中选择恰当物理量建立坐标系，并作出图线．
（3）在“探究加速度与力的关系”时，保持小车的质量不变，改变小桶中砝码的质量，该同学根据实验数据作出了加速度a与合力F图线如图d ，该图线不通过坐标原点，试分析图线不通过坐标原点的原因．
答：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

【例题2】某同学用如图所示装置“研究物体的加速度与外力关系”，他将光电门固定在气垫轨道上的某点B处，调节气垫导轨水平后，用重力为F的钩码，经绕过滑轮的细线拉滑块，每次滑块从同一位置A由静止释放，测出遮光条通过光电门的时间t。改变钩码个数，重复上述实验。记录的数据及相关计算如下表。

实验次数
1
2
3
4
5
F/N
0.49
0.98
1.47
1.96
2.45
t/(ms)
40.4
28.6
23.3
20.2
18.1
t2/(ms)2
1632.2
818.0
542.9
408.0
327.6

6.1
12.2
18.4
24.5
30.6

①为便于分析F与t的关系，应作出 的关系图象，并在坐标纸上作出该图线 ②由图线得出的实验结论是：
0
6
12
18
24
30
36
0.49
0.98
1.47
1.96
2.45
2.84

③设AB间的距离为s，遮光条的宽度为d，请你由上述实验结论推导出物体的加速度a与时间t的关系式为 。
解析：由记录的实验数据和计算可知，F与成正比，所以应作出F—的关系图象。，遮光条通过光电门的速度v=d/t，由v2=2as得a=。

【注意点】1．平衡摩擦力时不要挂重物，整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变盘和砝码的质量还是改变小车及砝码的质量，都不需要重新平衡摩擦力．
2．实验中必须满足小车和砝码的质量远大于小盘和砝码的总质量．只有如此，砝码和小盘的总重力才可视为与小车受到的拉力相等．
3．各纸带上的加速度a，都应是该纸带上的平均加速度．
4．作图象时，要使尽可能多的点在所作直线上，不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线的两侧．离直线较远的点是错误数据，可舍去不予考虑．
5．小车应靠近打点计时器且先接通电源再释放纸带．
甲

【变式训练1】.（1）在“探究恒力做功与动能改变的关系”实验中，某实验小组采用如图甲所示的装置．实验步骤如下：
把纸带的一端固定在小车的后面，另一端穿过打点计时器
A
B
s1
s2
s
乙
改变木板的倾角，以重力的一个分力平衡小车及纸带受到的摩擦力
用细线将木板上的小车通过一个定滑轮与悬吊的砂桶相连
接通电源，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
测出s、s1、s2（如图乙所示），查得打点周期为T．
判断重力的一个分力是否已与小车及纸带受到的摩擦力平衡的直接证据是____________________________________________；
本实验还需直接测量的物理量是：_____________________________．（并用相应的符号表示）
探究结果的表达式是______________________________________．（用相应的符号表示）
（2）用同样的装置做“探究加速度与力、质量的关系”实验．以下是一实验小组所获取的部分实验数据，根据表格中数据，在图中取合适的坐标系，作出图象．
表格：小车受力相同（均取砂桶质量m＝50g）．

O
次数
小车质量
M/g
加速度
a/m·s－2

1
200
1.91
5.00
2
250
1.71
4.00
3
300
1.50
3.33
4
350
1.36
2.86
5
400
1.12
2.50
6
450
1.00
2.22
7
500
0.90
2.00

根据图象判断，实验产生误差的最主要原因是：________________________________．
【变式训练2】（某研究性学习小组采用如图甲所示的装置，探究物体的加速度与所受合外力的关系．提供器材有：气垫导轨(总长度为L)、滑块(总质量为m，装有宽度为d的遮光板)、光电门两只(配接数字计时器)、木块若干、米尺．在一次实验中，测出两光电门AB间的距离为L0，导轨顶端距水平面的高度为h，接通气源，让滑块从导轨顶端由静止开始向下运动，读出遮光板通过光电门1的时间为tl，通过光电门2的时间为t2，重力加速度为g。

(1)通过改变气垫导轨与水平面的夹角，改变合外力大小，探究滑块从导轨顶端由静止开始运动的加速度与所受合外力的关系．上述实验中滑块所受合外力大小可表示为F= ，加速度大小为a= ·(2)该小组测得多组数据，描点作出了如图乙所示的a—F图线，图线不通过坐标原点的主要原因是 ·图线与横轴交点的物理意义是 ，图线斜率的物理意义是 。
解析：实验中滑块所受合外力大小为滑块重力沿斜面方向的分力，即F合=mgsinα= mgh/L。滑块遮光板通过光电门1时速度v1=d/ tl，通过光电门2时速度v2=d/ t2，由匀变速直线运动规律v22- v12=2a L0，解得a=。由于受到阻力f，则有F-f=ma，a=F/m -f/m，由此可知，图线与横轴交点的物理意义是滑块在运动中受阻力大小，图线斜率的物理意义是滑块质量的倒数1/m。
【答案】：（1）mgh/L (2)滑块在运动中受阻力作用，阻力大小，滑块质量的倒数1/m。
【变式训练3】某同学设计了如图所示的装置来探究加速度与力的关系。弹簧秤固定在一合适的木板上，桌面的右边缘固定一支表面光滑的铅笔代替定滑轮，细绳的两端分别与弹簧秤的挂钩和矿泉水瓶连接。在桌面上画出两条平行线MN、PQ，并测出间距d。开始时将木板置于MN处，现缓慢向瓶中加水，直到木板开始运动为止，记下弹簧秤的示数F0，以此表示滑动摩擦力的大小。再将木板放回原处并按住，继续向瓶中加水后，记下弹簧秤的示数F1。然后释放木板，并用秒表记下木板运动到PQ处的时间t。
①木板的加速度可以用d、t表示为a= ；为了减小测量加速度的偶然误差可以采用的办法是（一种即可） 。
②改变瓶中水的质量重复实验，确定加速度a与弹簧秤示数F1的关系。下列图象能表示该同学实验结果的是 。

③用加水的方法改变拉力的大小与挂钩码的方法相比，它的优点是
（2） 可以改变滑动摩擦力的大小
（3） 可以更方便地获取多组实验数据
（4） 可以比较精确地测出摩擦力的大小
（5） 可以获得更大的加速度以提高实验精度
【解析】由木板做匀加速运动，由d=at2/2得a=。由牛顿第二定律可得F1-F0=ma，解得a= F1/m-F0/m，此实验要求水的质量必须远远小于木板质量，当矿泉水瓶中水的质量逐渐增大到一定量后，图象将向下弯曲，所以能够表示该同学实验结果的图象是图c。由于水的质量可以几乎连续变化，所以可以方便地获取多组实验数据，所以选项b正确。
【答案】 增大d或让F1大于F0的前提下尽量小 c b
【误差分析】
1．质量的测量误差、纸带上打点计时器打点间隔距离的测量误差，拉线或纸带不与木板平行等都会造成误差．
2．因实验原理不完善造成误差：本实验中用小盘及砝码的总重力代替小车受到的拉力(实际上小车受到的拉力要小于小盘及砝码的总重力)，存在系统误差．小盘及砝码的总质量越接近小车的质量，误差就越大；反之，小盘及砝码的总质量越小于小车的质量，误差就越小．
3．平衡摩擦力不准造成误差：在平衡摩擦力时，除了不挂小盘外，其他的都跟正式实验一样(比如要挂好纸带、接通打点计时器)，匀速运动的标志是打点计时器打出的纸带上点的距离相等．

实验四：验证机械能守恒定律（实验、探究）
【知识】本实验要求验证自由下落过程中机械能守恒，图示纸带的左端是用夹子夹重物的一端。

⑴先接通电源后松开纸带，让重锤自由下落
⑵要多做几次实验，选点迹清楚，且第一、二两点间距离接近2mm的纸带进行测量。
⑶用刻度尺量出从0点到1、2、3、4、5各点的距离h1、h2、h3、h4、h5，利用“匀变速直线运动中间时刻的即时速度等于该段位移内的平均速度”，算出2、3、4各点对应的即时速度v2、v3、v4，验证与2、3、4各点对应的重力势能减少量mgh和动能增加量是否相等。
⑷由于摩擦和空气阻力的影响，本实验的系统误差总是使
⑸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。

【例题】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6 V的交流电和直流电两种.重锤从高处由静止开始下落，重锤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．用天平测出重锤的质量；
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．测量纸带上某些点间的距离；
F．根据测量的结果计算重锤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当的步骤是________________．（将其选项对应的字母填在横线处）
（2）利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度a的数值.如图所示，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锤下落的加速度a＝________________.

（3）在上述验证机械能守恒定律的实验中发现，重锤减小的重力势能总是大于重锤增加的动能，其原因主要是在重锤下落的过程中存在阻力作用，可以通过该实验装置测阻力的大小.若已知当地重力加速度公认的较准确的值为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锤在下落的过程中受到的平均阻力大小F＝________________.

【注意点】①先接通电源后松开纸带，让重锤自由下落。
②在打好点的纸带中挑选第一、二两点间的距离接近2mm，且点迹清晰的一条纸带。
③计算各点对应的势能减少量mghn和动能的增加量1/2mvn2，进行比较
④因不需要知道动能和势能的具体数值，故不需要测定重物质量，题目中已知则另当别论。

【变式训练1】如图所示，将打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置可以测定重力加速度。
① 所需器材有打点计时器（带导线）、纸带、复写纸、带铁夹的铁架台和带夹子的重物，此外还需 （填字母代号）中的器材。
A.直流电源、天平及砝码 B.直流电源、毫米刻度尺
C.交流电源、天平及砝码 D.交流电源、毫米刻度尺
②通过作图象的方法可以剔除偶然误差较大的数据，提高实验的准确程度。为使图线的斜率等于重力加速度，
除作v-t图象外，还可作 图象，其纵轴表示的是 ，横轴表示的是 。

【变式训练2】在用落体法验证机械能守恒定律时，某同学按照正确的操作选得纸带如右。其中O是起始点，A、B、C是打点计时器连续打下的3个点.该同学用毫米刻度尺测量O到A、B、C各点的距离,并记录在图中(单位cm)。
⑴这三个数据中不符合有效数字读数要求的是_____ ,应记作_______cm。
⑵该同学用重锤在OB段的运动来验证机械能守恒，已知当地的重力加速度g=9.80m/s2，他用AC段的平均速度作为跟B点对应的物体的即时速度，则该段重锤重力势能的减少量为_______，而动能的增加量为________，(均保留3位有效数字，重锤质量用m表示).这样验证的系统误差总是使重力势能的减少量_______动能的增加量，原因是_________________。
⑶另一位同学根据同一条纸带，同一组数据，也用重锤在OB段的运动来验证机械能守恒，不过他数了一下：从打点计时器打下的第一个点O数起，图中的B是打点计时器打下的第9个点。因此他用vB=gt计算跟B点对应的物体的即时速度，得到动能的增加量为______，这样验证时的系统误差总是使重力势能的减少量_______动能的增加量,原因是________________________________。

【变式训练3】某同学利用透明直尺和光电计时器来验证机械能守恒定律，实验的简易示意图5-5-4所示，当有不透光物体从光电门间通过时，光电计时器就可以显示物体的挡光时间.所用的西瓯XDS-007光电门传感器可测的最短时间为0.01ms，将挡光效果好、宽度为d＝3.8×10－3m的黑色磁带贴在透明直尺上，从一定高度由静止释放，并使其竖直通过光电门．某同学测得各段黑色磁带通过光电门的时间△ti与图中所示的高度差△hi，并将部分数据进行了处理，结果如下表所示．（取g＝9.8m/s2，注：表格中M为直尺质量）

i
（10-3s）
vi
（m·s-1）
△E ki=
△hi
（m）
Mg△hi
1
1.21
3.13

2
1.15
3.31
0.58M
0.06
0.58M
3
1.00
3.78
2.24M
0.23
2.25M
4
0.95
4.00
3.10M
0.32
3.14M
5
0.90

0.41

（1）从表格中数据可知，直尺上磁带通过光电门的瞬时速度是利用求出的，请你简要分析该同学这样做的理由是： ．
（2）请将表格中数据填写完整．
（3）通过实验得出的结论是： ．
（4）根据该实验请你判断下列k-△h图象中正确的是 （ ）

第16页（共16页）