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专题 15 　力学实验 实验 专题 网络构建 考题二　 “ 橡皮条 ”“ 弹簧 ” 类实验 考题三　力学创新拓展实验 栏目索引 考题一　 “ 纸带类 ” 实验 考题一　 “ 纸带类 ” 实验 新课标《考试大纲》规定的六个力学实验中有四个涉及打点计时器：研究 匀变速直线运动、探究加速度与力、质量的关系、探究做功和物体速度变化的关系和验证机械能守恒定律 . 这类实验的关键是要掌握纸带的分析处理方法，对于纸带常有以下三大应用： 1. 由纸带确定时间 要区别打点计时器打出的点与人为选取的计数点之间的区别与联系，便于 测量和计算 . 知识精讲 2. 求解瞬时速度 利用做匀变速直线运动的物体在一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度 . 如图 1 所 示，打 n 点时的瞬时速度 v n ＝ . 图 1 图 2 有些实验用光电门代替打点计时器来完成瞬时速度和加速度的测量，具体做法如下 ： (1) 求瞬时速度：把遮光条 ( 宽度为 d ) 通过光电门的时间 Δ t 内的平均速度看做物体经过光电门的瞬时速度，即 v ＝ . (2) 求加速度：若两个光电门之间的距离为 L ，则利用速度与位移的关系可求加速度，即 a ＝ . 例 1 　 图 3 甲是 “ 研究匀变速直线运动 ” 的实验装置，图乙是该实验中获得的一条纸带 . 已知所用交流电源的频率为 50 Hz ， A 、 B 、 C 、 D 、 E 、 F 是纸带上的计数点，相邻计数点间还有四个点没有画出 . 图 3 典例剖析 图 3 (1) 实验时由于没有记录 CD 间的读数，根据图乙中已有的数据估算出 CD 间的距离约为 ________ cm . 解析 　 由 Δ x ＝ aT 2 ，即 ED － CD ＝ CD － BC ＝ aT 2 ， 2.13 解析答案 ( 2) 某同学在处理数据时将 A 点记为 t ＝ 0 ， B 点记为 t ＝ 0.1 s ， C 点记为 t ＝ 0.2 s …… ，将 AB 间距离记为 t ＝ 0.1 s 时的位移 x 1 ＝ 1.50 cm ， BC 间距离记为 t ＝ 0.2 s 时的位移 x 2 ＝ 1.81 cm …… ，并根据图乙中的数据作出如图丙所示的 x － t 图象，该图线与纵坐标的交点表示 的 是 _____________ ；若该 同学根据 图象 得出 x － t 图象 的 斜率 为 k (m /s) ，则该纸带运动时 的 加速度大小 是 ________ m/ s 2 ( 请用斜率 k 来表示 ， 数值 概不 给分 ). 答案 OA 之间的距离 10 k 解析 (3) 若将实验中的打点计时器拿掉，改用在水平轨道上安装两个光电门，小车 上固定有力传感器和挡光板，细线一端与力传感器连接，另一端跨过定滑轮挂上砂桶，如图丁所示，可以用来验证 “ 牛顿第二定律 ” ，实验时，先测 出小车、传感器和挡光板的总质量 m ，再让小车从靠近光电门 1 处由静止开始 运动，读出小车在两光电门之间的运动时间 t . 改变小车质量 m ，测得多组 m 、 t 的值，建立坐标系描点作出图线，下列能直观得出 “ 合外力一定时，加速度 与质量成反比 ” 的图线是 ______. 解析 √ 1. 在 用图 4 所示 的装置 “ 验证牛顿第二定律 ” 的实验中，保持小车质量一定时， 验证小车加速度 a 与合力 F 的关系 . [ 变式 训练 ] 1 2 3 图 4 (1) 除了电火花计时器 、 小车 、 砝码 、 砝码盘 、 细线 、 附有定滑轮的长木板 、 垫木 、 导线及 开关 外 ， 在下列器材中必须使用的有 _____ ( 选填选项前的字母 ). A.220 V 、 50 Hz 的 交流电源 B . 电压可调的直流 电源 C . 刻度尺 D . 秒表 E . 天平 ( 附砝码 ) 解析 √ √ √ 解析　 打点计时器接交流电源，处理纸带时要用刻度尺测出计数点间的距离，还要用到天平测砝码和砝码盘的质量，故选 A 、 C 、 E ； 1 2 3 (2) 为了使细线对小车的拉力等于小车所 受的 合外力，以下操作正确的是 _____. A. 调整长木板上滑轮的高度使细线 与 长木板 平行 B. 在调整长木板的倾斜度平衡摩擦力时 ， 应当 将砝码和砝码盘通过细线挂 在 小车 上 C. 在调整长木板的倾斜度平衡摩擦力时，应当将穿过打点计时器的 纸带 连 在小车 上 1 2 3 解析 √ √ 解析 　 在 平衡摩擦力时，不能挂盘；要保证细线和纸带与木板平行，先接通电源，再释放小车，若纸带做匀速直线运动，则纸带上的点间距是均匀的，即说明平衡了摩擦力，故选 A 、 C ； 1 2 3 (3) 某同学得到 了图 5 所 示的一条纸带，由此得到小车加速度的大小 a ＝ ____ m/s 2 . 1 2 3 图 5 15 解析答案 (4) 在本实验中认为细线的拉力 F 等于砝码和砝码盘的总重力 mg ，已知三位同学利用实验数据作出的 a － F 图象 如图 6 中 的 1 、 2 、 3 所示 . 下列分析正确的是 ____( 选填选项前的字母 ). A. 出现图线 1 的原因可能是没有平衡摩擦力 B. 出现图线 2 的原因可能是砝码和砝码盘的 质量 不 合适 C. 出现图线 3 的原因可能是在平衡摩擦力时长 木板 的 倾斜度过 大 1 2 3 图 6 解析 √ 解析　 出现 图线 1 的原因是平衡摩擦力过大， A 错误 ； 出现 图线 2 的原因是砝码和砝码盘的质量没有远小于小车的质量， B 正确 ； 出现 图线 3 的原因是平衡摩擦力时长木板的倾斜度过小，使得摩擦力过大， C 错误 . 故 选 B. 1 2 3 (5) 在本实验中认为细线的拉力 F 等于砝码和砝码盘的总重力 mg ，由此造成 的 误差是 _______ _ _( 选填 “ 系统误差 ” 或 “ 偶然误差 ” ). 设拉力的真实值为 F 真 ， 小车的质量为 M ，为了 使 < 5% ，应当满足的条件 是