1、1力学实验总复习物理考试说明中确定的力学实验有：研究匀变速直线运动、探究弹力和弹簧伸长的关系、验证力的平行四边形定则、验证牛顿运动定律、探究动能定理、验证机械能守恒定律。一、打点计时器系列实验中纸带的处理1纸带的选取：一般实验应用点迹清晰、无漏点的纸带中选取有足够多点的一段作为实验纸带。在“验证机械能守恒定律”实验中还要求纸带包含第一、二点，并且第一、二两点距离接近 2.0mm。2根据纸带上点的密集程度选取计数点: 打点计时器每打 n 个点取一个计数点，则计数点时间间隔为 n 个打点时间间隔，即 T=0.02n（s）。一般取 n5，此时 T=0.1s。3测量计数点间距离: 为了测量、计算的方便
2、和减小偶然误差的考虑，测量距离时不要分段测量，尽可能一次测量完毕，即测量计数起点到其它各计数点的距离。如图所示，则由图可得：， ， ， ， ，1sSI12sI23sSI34sSIV45sSV56sSVI4判定物体运动的性质： 若 IS、 I、 I、 IVS、 、 VI基本相等，则可判定物体在实验误差范围内作匀速直线运动。 设s1= I I，s2= I IS，s3= IV IS，s4= V IS，s5= VIS若 s1、 s2、 s3、 s4、 s5基本相等，则可判定物体在实验误差范围内作匀变速直线运动。 测定第 n 点的瞬时速度。物体作匀变速直线运动时，在某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时
3、速度。即测出第 n 点的相邻的前、后两段相等时间 T 内的距离，由平均速度公式就可求得，如上图中第 4 点的瞬时速度为：4s63 65210s5s4s3s2s1S SSSSS2。TsSvVI2354 测定作匀变速直线运动物体的加速度，一般用逐差法求加速度。将如上图所示的连续相等时间间隔 T 内的位移 、 、 、 、 、 分成两组，利ISIIIVSVI用 可得： 、 、 ，再算出的 、2aTs213IIV223TaIV23TaI1a、 平均值，即： 就是所测定作匀变速直线运动物体的加速23 21a度。若为奇数组数据则将中间一组去掉，然后再将数据分组利用逐差法求解。二 、考试大纲规定的学生实验1.
4、长度的测量（游标卡尺和螺旋测微器）（1）游标卡尺 10 分度的游标卡尺。游标上相邻两个刻度间的距离为 0.9mm，比主尺上相邻两个刻度间距离小 0.1mm。读数时先从主尺上读出厘米数和毫米数，然后用游标读出 0.1 毫米位的数值：游标的第几条刻线跟主尺上某一条刻线对齐，0.1毫米位就读几（不能读某）。其读数准确到 0.1mm。 20 分度的游标卡尺。游标上相邻两个刻度间的距离为 0.95mm，比主尺上相邻两个刻度间距离小 0.05mm。读数时先从主尺上读出厘米数和毫米数，然后用游标 读出毫米以下的数值：游标的第几条刻线跟主尺上某一条刻线对齐，毫米以下的读数就是几乘 0.05 毫米。其读数准确到
5、 0.05mm。 50 分度的游标卡尺。游标上相邻两个刻度间的距离为 0.98mm，比主尺上相邻两个刻度间距离小 0.02mm。这种卡尺的刻度是特殊的，游标上的刻度值，就是毫米以下的读数。这种卡尺的读数可以准确到 0.02mm。注意：游标卡尺都是根据刻线对齐来读数的， 所以都不再往下一位估读。要知道主要构造的名称：主尺、游标尺、外测量爪、内测量爪、深度尺、紧固螺钉。（2）螺旋测微器0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 103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
6、 条刻线，所以相邻两条刻线间代表 0.01mm。读数时，从固定刻度上读取整、半毫米数，然后从可动刻度上读取剩余部分（因为是 10 分度，所以在最小刻度后必须再估读一位），再把两部分读数相加，得测量值。要知道主要构造的名称：以下的-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。 例 3、有一游标卡尺，主尺的最小分度是 1mm，游标上有 20 个小的等分刻度用它测量一小球的直径，如图甲所示的读数是 mm用螺旋测微器测量一根金属丝的直径，如图乙所示的读数是 mm例 4、（1）某学生用螺旋测微器在测定某一
7、金属丝的直径时，测得的结果如图甲所示，则该金属丝的直径 d= mm。另一位学生用游标尺上标有 20 等分刻度的游标卡尺测一工件的长度，测得的结果如图乙所示，则该工件的长度 L= cm。3 4 cm 0 5 106780 10 20cm012345601234567890cm 0 10 150 5 10 25 30图乙0mm20302515图甲1 2 3 (cm) 5 0 10 4图甲 图乙2. 研究匀变速直线运动（1）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
8、 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 （2）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。（3）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 Tsc23（4）利用纸带求被测物体的加速度 a。具体来说又有 3种方法：“逐差法”：从纸带上得到 6 个相邻相等时间内的位移，则 2316549Tssa利用任意两段相邻记数点间的位移求 a：如 2Tnms利用 v-t
9、 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。例 6、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 50Hz，图为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 六个计数点，用米尺量出1、2、3、4、5 点到 0 点的距离如图所示（单位：cm）。由纸带数据计算可得计数点 4 所代表时刻的即时速度大小v4_ms，小车的加速度大小a_ms 2。（保留三位有效数字）A B Cs1s2s3Ot/s0 T 2T 3T 4T 5
10、T 6Tv/(ms-1)x0 1 2 3 4 5 622.530.037.545.052.5y/mm60.05例 7 、做匀加速直线运动的小车，牵引一条纸带通过打点计时器，交流电源的频率为 50Hz，由纸带上打出的某一点开始，每 5 个点剪下一段纸带，按图所示，使每一条纸带下端与 x 轴重合，左边与 y 轴平行，将纸带段粘贴在直角坐标系中，则小车运动的加速度是 m/s 2（保留两位有效数字）。例 8、2004 年 7 月 25 日，中国用长征运载火箭成功地发射了“探测 2 号”卫星右图是某监测系统每隔 2.5s 拍摄的关于起始匀加速阶段火箭的一组照片(1)已知火箭的长度为 40 m，用刻度尺测
11、量照片上的长度，结果如图所示则火箭在照片中第 2 个像所对应时刻的瞬时速度大小v=_ms(2)为探究物体做直线运动过程中 s 随 t 变化的规律，某实验小组经过实验和计算得到下表的实验数据：根据表格数据，请你在下图所示的坐标系中，用纵、横轴分别选择合适的物理量和标度作出关系图线并根据图线分析得出物体从 AB的过程中 s 随 t 变化的定量关系式：_，2231.065tts3探究弹力和弹簧伸长的关系例 9、某同学在做探究弹力和弹簧伸长的关系的实验中，设计了如图所示的实验装置。所用的钩码每只的质量都是 30g，他先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，再将 5 个钩码逐个挂在弹簧的下端，每次都测出相应的弹
12、簧总长度，将数据填在了下面的表中。(弹力始终未超过弹性限度，取 g=9.8m/s2)物体运动的起止点所测的物理量测量次数1 2 3 4 5A B时间 t(s) 0.89 1.24 1.52 1.76 1.97时间 t2(s2) 0.79 1.54 2.31 3.10 3.88位移 s(m) 0.25 0.50 0.75 1.00 1.256（1）试根据这些实验数据在右图给定的坐标纸上作出弹簧所受弹力大小F 跟弹簧总长 L 之间的函数关系图线，说明图线跟坐标轴交点的物理意义。（2）上一问所得图线的物理意义是什么?该弹簧的劲度 k 是多大?例 10、（08 北京卷）某同学和你一起探究弹力和弹簧伸长
13、的关系，并测弹簧的劲度系数 k。做法是先将待测弹簧的一端固定在铁架台上，然后将最小刻度是毫米的刻度尺竖直放在弹簧一侧，并使弹簧另一端的指针恰好落在刻度尺上。当弹簧自然下垂时，指针指示的刻度数值记作 L0，弹簧下端挂一个 50g 的砝码时，指针指示的刻度数值记作 L1;弹簧下端挂两个50g 的砝码时，指针指示的刻度数值记作L2;挂七个 50g 的砝码时，指针指示的刻度数值记作 L2。下表记录的是该同学已测出的 6 个值，其中有两个数值在记录时有误，它们的代表符号分别是 和 测量记录表：代表符号 L0 L1 L2 L3L4 L5 L6 L7刻度数值/cm 1.70 3.40 5.10 8.60 1
14、0.3 12.1实验中，L 3和 L2两个值还没有测定，请你根据上图将这两个测量值填入记录表中。为充分利用测量数据，该同学将所测得的数值按如下方法逐一求差，分别计算出了三个差值：。1231326.90cm,6.90cm,7.0cmndLdLdL请你给出第四个差值： dA= cm。根据以上差值，可以求出每增加 50g 砝码的弹簧平均伸长量 。 用Ld1、 d2、 d3、 d4表示的式子为： ，LF/Nx/10-2m5 6 8 10 121.61.20.80.40砝码质量(g) 0 30 60 90 120 150弹簧总长 (cm) 6.00 7.15 8.34 9.48 10.64 11.79弹
15、力大小(N)7代入数据解得 cm。L计算弹簧的劲度系数 k N/m。（ g 取 98m/s 2）4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 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。（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 / 的图示大小和方向在误差允许的范围内相同就可以了。例 11、 橡皮筋的一端固定在 A 点，另一端栓上两根细绳，每根细绳分别连着一个量程为 5N、最小刻度为 0.1N 的弹簧测力计，沿着两个不同的方向拉弹簧测
16、力计。当橡皮筋的活动端拉到 O 点时，两根细绳相互垂直，如图所示。这时弹簧测力计的读数可从图中读出。由图可读得两个相互垂直的拉力的大小分别为_N 和_N。（只须读到 0.1N）在右图的方格纸中按作图法的要求画出这两个力及它们的合力。例 12、李明同学在做互成角度的两个力的合成实验时，利用坐标纸记下了橡皮筋的结点位置 O 点以及两只弹簧秤拉力的大小如图（a）所示，（1）试在图（a）中作出无实验误差情况下 F1和 F2的合力图示，并用 F 表示此力（2）有关此实验，下列叙述正确的是 （A）两弹簧秤的拉力可以同时比橡皮筋的拉力大（B）橡皮筋的拉力是合力，两弹簧秤的拉力是分力34012345(N)(N
17、)1234AOBabc8结点绳套（C）两次拉橡皮筋时，需将橡皮筋结点拉到同一位置 O这样做的目的是保证两次弹簧秤拉力的效果相同（D）若只增大某一只弹簧秤的拉力大小而要保证橡皮筋结点位置不变，只需调整另一只弹簧秤拉力的大小即可（3）图（b）所示是李明和张华两位同学在做以上实验时得到的结果，其中哪一个实验比较符合实验事实？（力 F是用一只弹簧秤拉时的图示）答： （4）在以上比较符合实验事实的一位同学中，造成误差的主要原因是：（至少写出两种情况）答： 。例 13、在“验证力的平行四边形定则”的实验情况如图甲所示，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。图乙是在
18、白纸上根据实验结果画出的图。图乙中的 F 与 F两力中，方向一定沿 AO 方向的是_。(2 分)本实验采用的科学方法是-（ ）(2分)A. 理想实验法 B. 等效替代法C. 控制变量法 D. 建立物理模型法例 14、在“探究求合力的方法”的实验中，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，使橡皮条伸长，结点到达某一位置 O（1）某同学在做该实验时认为：A拉橡皮条的绳细一些且长一些，实验效果较好B拉橡皮条时，弹簧秤、橡皮条、细绳应贴近木板且与木板平面平行C橡皮条弹性要好，拉结点到达某一位置 O 时，
19、拉力要适当大些D拉力 F1和 F 2的夹角越大越好其中正确的是 （填入相应的字母）（2）若两个弹簧秤的读数均为 4N，且两弹簧秤拉力的方向相互垂直，则 （选填“能”或“不能”）用一个量程为 5N 的弹簧秤测量出它们的合力，理由是 95验证牛顿第二运动定律（1）了解该实验的系统误差的来源。用砂和砂桶的总重量代替小车受到的拉力。由牛顿第二定律可知，由于砂桶也在做匀加速运动，因此砂和砂桶的总重量肯定大于小车受到的实际拉力。可以推导出结论：只有在小车的总质量 M 远大于砂和砂桶的总质量 m 时，才能使该系统误差足够小。没有考虑摩擦阻力的作用。应该用平衡摩擦力的方法来消除这个系统误差。（2）为研究 a、
20、 F、 m 三者的关系，要利用“控制变量法”，分别研究 a 与 F、 a 与 m 的关系。（3）用图象法验证 a F、 a m-1（后者必须用 a-m-1图象，不能用 a-m 图象）例 15 、一打点计时器固定在斜面上某处，一小车拖着穿过打点计时器的纸带从斜面上滑下，如右图所示。下图是打出的纸带的一段。已知打点计时器使用的交流电频率为 50Hz，利用下图给出的数据可求出小车下滑的加速度 a=_。为了求出小车在下滑过程中所受的阻力，还需要测量的物理量有_。用测得的量及加速度 a 表示阻力的计算式为 f=_。例 16、某校学习兴趣小组在研究“探索小车速度随时间变化的规律”的实验，图是某次实验得出的
21、纸带，所用电源的频率为 50HZ，舍去前面比较密集的点，从 0 点开始，每 5 个连续点取 1 个计数点，标以 1、2、3。各计数点与 0计数点之间的距离依次为 d1=3cm，d 2=7.5cm,d3=13.5cm，则（1）物体做 的运动，理由是 ；（2）物体通过 1 计数点的速度 v1= m/s；（3）物体运动的加速度为 a = m/s2.例 17 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，小车运
22、动加速度 a 可用纸带上的打点求得打点计时器图 15.12 5.74 6.37 6.98 7.60 8.24 8.85 9.47 (单位：cm)d1 d2 d30 1 2 310（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：次 数 1 2 3 4 5 6 7 8 9小车加速度a/ms2 1.98 1.72 1.48 1.25 1.00 0.75 0.48 0.50 0.30小车质量m/kg 0.25 0.29 0.
23、33 0.40 0.50 0.71 0.75 1.00 1.67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（如有需要，可利用上表中空格）（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 18 在探究加速度与物体所受合外力和质量间的关系时，采用如图所示的实验装置，小车及车中的砝码质量用 M表示，盘及盘中的砝码质量用 m 表示，小车的加速度可由小车后拖动的纸带由打点计时器打出的点计算出：当 M 与 m 的大小关系满足 时，才可以认为绳子对小车的拉力大小等于盘和砝码的重力。一组同学在先保持盘及盘中的砝码质量一定，探究加速度与质量的关系，以下做法错(d)Fa0DBAC (a)aA B EDC6.19 6.70 7.21 7.72 单位：cm(b)a(c)
