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    内容展示 实验目的 1．学会用实验的方法探究物体的加速度与力.质量的关系.即质量一定时.加速度与作用力成正比,作用力一定时.加速度与质量成反比. 2．掌握用控制变量法研究问题的实验方法. 实验器材 电磁打点计时器.复写纸片和纸带.一端带滑轮的长木板.小车.小桶.沙子.低压交流电源.天平.砝码.刻度尺.导线两条 实验原理 采用控制变量法.在所研究的问题中.有两个以上的参量在发生牵连变化时.可以控制某个或某些量不变.只研究其中两个量之间的变化关系的方法.这也是物理学中研究问题经常采用的方法. 本实验中.研究的参量有.在验证牛顿第二定律的实验中.可以控制参量一定.研究与的关系,控制参量一定.研究与的关系. 实验步骤 1．用天平测出小车和砝码的总质量M.小盘和砝码的总质量m.把数值记录下来. 2．按图把实验器材安装好.只是不把悬挂小盘的细绳系在车上.即不给小车加牵引力. 3．平衡摩擦力:在长木板不带定滑轮的一端下面垫一块木板.反复移动木板的位置.直至小车在斜面上运动时可以保持匀速直线运动状态.这时.小车拖着纸带运动时受到的摩擦阻力恰好与小车所受的重力在斜面方向上的分力平衡. 4．把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂小盘.先接通电源再放开小车.打点计时器在纸带上打下一系列的点.打完点后切断电源.取下纸带.在纸带上标上纸带号码. 5．保持小车和砝码的质量不变.在小盘里放入适量的砝码.把小盘和砝码的总质量记录下来.重复步骤4.在小桶内再放入适量砝码.记录下小盘和砝码的总质量.再重复步骤4. 6．重复步骤5三次.得到三条纸带. 7．在每条纸带上都选取一段比较理想的部分.标明计数点.测量计数点间的距离.算出每条纸带上的加速度的值. 8．用纵坐标表示加速度a.横坐标表示作用力F.作用力的大小F等于小盘和砝码的总重力.根据实验结果在坐标平面上画出相应的点.如果这些点是在一条过原点的直线上.便证明了加速度与作用力成正比． 9．保持小盘和砝码的质量不变.在小车上加砝码.重复上面的实验.用纵坐标表示加速度a.横坐标表示小车和砝码总质量的倒数.根据实验结果在坐标平面上画出相应的点.如果这些点是在一条过原点的直线上.就证明了加速度与质量成反比. 方法攻略 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: 本实验中用小盘和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和砝码的总重力).存在系统误差.小盘和砝码的总质量越接近小车的质量.误差就越大,反之.小盘和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.其它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各点的距离相等. 注意事项 1．一定要做好平衡摩擦力的工作.也就是调出一个合适的斜面.使小车的重力沿着斜面方向的分力正好平衡小车受的摩擦阻力.在平衡摩擦力时.不要把悬挂小盘的细线系在小车上.即不要给小车加任何牵引力.并要让小车拖着打点的纸带运动. 2．实验步骤2.3不需要重复.即整个实验平衡了摩擦力后.不管以后是改变小盘和砝码的总质量还是改变小车和砝码的总质量.都不需要重新平衡摩擦力. 3．每条纸带必须在满足小车与车上所加砝码的总质量远大于小盘和砝码的总质量的条件下打出.只有如此.小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力. 4．改变拉力和小车质量后.每次开始时小车应尽量靠近打点计时器.并应先接通电源.再放开小车.且应在小车到达滑轮前按住小车. 5．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两侧. 6．作图时两轴标度比例要选择适当.各量须采用国际单位.这样作图线时.坐标点间距不至于过密.误差会小些. 7．为提高测量精度 (1)应舍掉纸带上开头比较密集的点.在后边便于测量的地方找一个起点. (2)可以把每打五次点的时间作为时间单位.即从开始点起.每五个点标出一个计数点.而相邻计数点间的时间间隔为T=0. 1 s. 典型例题透析 1.(1)某一同学用如图所示的实验装置验证牛顿第二定律.即把小车放在光滑的木板上.小车受到的合外力就是下滑力.通过改变木板的倾斜角度.即可改变合外力.通过打点计时器测量加速度.对此你有何评论? (2)另一同学将打点计时器换成光电计时器.光电计时器其结构如图甲所示.a.b分别是光电门的激光发射和接收装置.当有物体从a.b间通过时.光电计时器就可以显示物体的挡光时间.并设计了图乙所示装置探究“牛顿第二定律 的实验.图中NQ是水平桌面PQ是一端带有滑轮的长木板.1.2是固定在木板上的两个光电门(与之连接的两个光电计时器没有画出).小车上固定着用于挡光的窄片.让小车从木板的顶端滑下.光电门各自连接的计时器显示窄片的挡光时间. 该实验为了把沙和沙桶m拉车的力当作小车的合力必须平衡摩擦力.为什么要平衡摩擦力呢?请简要说明理由. (3)该实验中.让小车质量M不变时.探究a与F关系.该同学通过测量.作出图线.如图丙中的实线所示.你认为: 图线不通过坐标原点的原因是 , 图线上部弯曲的原因是 . 解析: (1)本实验设计是想通过小车在下滑力的作用下.做匀加速直线运动.来验证牛顿第二定律.但由于合外力即下滑力.与小车的质量是线性关系.无法验证加速度与质量的关系.因此该设计不合理. (2)牛顿第二定律表达式中的F是物体所受的合外力.在本实验中.如果不采用一定的办法平衡小车所受的摩擦力.小车所受的合外力就不只是细绳的拉力.而应是细绳的拉力和系统所受的摩擦力的合力.画此.在研究加速度a和外力F的关系时.若不计摩擦力.误差较大.若计摩擦力.其大小的测量又很困难,在研究加速度a和质量m的关系时.由于随着小车上的砝码增加.小车与木板间的摩擦力会增大.小车所受的合外力就会变化.不满足合外力恒定的实验条件.因此实验前必须平衡摩擦力. 答案:见思路点拨 (3)平衡摩擦力时木板倾角太大,没有满足小车质量M远大于沙和沙桶的质量m. 总结升华:根据新课标的“知识与技能 .“过程与方法 .“情感态度与价值观 的三维思想.实验考查应重在过程.同时要多思考几个为什么.它是今后高考命题的方向.本题的设计就是想让学生学会分析实验过程和现象.注意培养学生的知识迁移能力. 举一反三 [变式]根据图甲装置在进行验证牛顿第二定律的实验中.研究加速度与质量的关系时.由于没有考虑沙桶的质量.结果得到的图像如乙图中( ) 答案:D 解析:设小车质量为M.沙和沙桶的质量为m.两者共同的加速度为 当合外力mg不变时.若以为横坐标.得到的是一条通过原点的倾斜直线,若以为横坐标.只有当时.图像才接近于上述倾斜直线.且随着M的减小.图像与直线的偏离越大.得到如图D所示的图像. 2.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.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: ① 小车自斜面上方一固定点从静止开始下滑至斜面底端.记下所用的时间 ② 用米尺测量与之间的距离s.则小车的加速度 . ③用米尺测量相对于的高h.设小车所受重力为mg.则小车所受的合外力F＝ . ④ 改变 .重复上述测量. ⑤ 以h为横坐标.为纵坐标.根据实验数据作用作图.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.测量此时点相对于斜面底端的高度. ② 进行(1)中的各项测量. ③ 计算与作图时用()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 . 思路点拨:本题主要考查了学生的实验能力和误差判断能力.考查了物理规律的基本运用.解题时要充分利用题设条件来进行有关的计算和判断. 解析: (1)②由得 ③小车在斜面上受重力和支持力作用.其合力 ④改变小车所受外力来研究加速度与力的关系. 改变受力又是通过改变斜面倾角或斜面高度h来实现的. (2)此方案不可行.如果在①测量中.使小车在针面上匀速下滑.则满足.即.此后.无论如何改变小车质量.小车都不可能加速下滑.即无法验证加速度与合外力的关系. 答案:(1)② ③ ④斜面倾角 C 总结升华:该题属中档题.考查质量一定时.加速度与合外力的关系.要做好该题.必须掌握实验原理及误差分析. 举一反三 [变式]若测得某一物体M一定时.a与F的关系的有关数据资料如下表所示. (1)根据表中数据.画出a一F图象. (2)从图象可以判定:当M一定时.a与F的关系为 . 答案: (1)a一F图象 如图所示. (2)由图象可知a一F成正比关系． 解析:若a与F成正比.则图象是一条过原点的直线．同时因实验中不可避免地会出现误差.研究误差产生的原因.从而减小误差.增大实验的准确性.则在误差范围内图线是一条过原点的直线即可.连线时应使直线过尽可能多的点.不在直线上的点应大致对称分布在直线两侧.离直线较远的点应视为错误数据.不予考虑 【查看更多】

     

    题目列表(包括答案和解析)

    A．（选修模块3-3）
    二氧化碳是导致全球变暖的主要原因之一，人类在采取节能减排措施的同时，也在研究控制温室气体的新方法，目前专家们正在研究二氧化碳的深海处理技术．
    （1）在某次实验中，将一定质量的二氧化碳气体封闭在一可自由压缩的导热容器中，将容器缓慢移到海水某深处，气体体积减为原来的一半，不计温度变化，则此过程中
    BD
    BD

    A．封闭气体对外界做正功            B．封闭气体向外界传递热量
    C．封闭气体分子的平均动能增大      D．封闭气体组成的系统的熵减小
    （2）实验发现，二氧化碳气体在水深170m处变成液体，它的密度比海水大，靠深海的压力使它永沉海底，以减少排放到大气中的二氧化碳量．容器中的二氧化碳处于汽液平衡状态时的压强随温度的增大而
    增大
    增大
    （选填“增大”、“减小”或“不变”）；在二氧化碳液体表面，其分子间的引力
    大于
    大于
    （选填“大于”、“等于”或“小于”）斥力．
    （3）实验发现，在水深300m处，二氧化碳将变成凝胶状态，当水深超过2500m时，二氧化碳会浓缩成近似固体的硬胶体．设在某状态下二氧化碳气体的密度为ρ，摩尔质量为M，阿伏加德罗常数为N，将二氧化碳分子看作直径为D的球，体积为于
    1
    6
    π    D3，则在该状态下体积为V的二氧化碳气体变成固体后体积为多少？
    B．（选修模块3-4）
    （1）下列说法中正确的是
    AB
    AB

    A．相对论认为时间和空间与物质的运动状态有关
    B．用激光读取光盘上记录的信息是利用激光平行度好的特点
    C．一列波在向前传播，当波源突然停止振动时，其他质点也同时停止振动
    D． 单摆的摆长增大后，简谐运动的频率会变大
    （2）我国正在大规模建设第三代移动通信系统（3G），它将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合起来，能提供无线网络、电话会议、电子商务等信息服务．某移动运营商采用1.8x109HZ的电磁波传递信号，此电磁波在真空中的波长为
    0.17
    0.17
    m；在通话时，手机将声音信号转变成电信号，再经过
    调制
    调制
    （选填“调谐”、“调制”或“解调”）后，把信号发送到基站中转．
    （3）在某科技馆内放置了一个高大的半圆柱形透明物体，其俯视图如图所示，0为半圆的圆心．甲、乙两同学为了估测该透明体的折射率，进行了如下实验．他们分别站在A、O处时，相互看着对方，然后两人贴着柱体慢慢向一侧运动，到达B、C处时，甲刚好看不到乙．已知半圆柱体的半径为R，OC=0.6R，BC⊥OC，则半圆柱形透明物体的折射率为多少？
    C．（选修模块3-5）
    （1）下列物理实验中，能说明粒子具有波动性的是
    CD
    CD

    A．通过研究金属的遏止电压与入射光频率的关系，证明了爱因斯坦方程的正确性
    B．通过测试多种物质对X射线的散射，发现散射射线中有波长变大的成分
    C．通过电子双缝实验，发现电子的干涉现象
    D．利用晶体做电子束衍射实验，证实了电子的波动性
    （2）氢原子的能级如图所示．有一群处于n=4能级的氢原子，这群氢原子能发出
    6
    6
    种谱线，发出的光子照射某金属能产生光电效应现象，则该金属的逸出功应小于
    12.75
    12.75
    eV．
    （3）近年来，国际热核聚变实验堆计划取得了重大进展，它利用的核反应方程是
     
    2
    1
    H+
     
    3
    1
    H    →
     
    4
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    He+
     
    1
    0
    n    ．若
     
    2
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    H    和
     
    3
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    H    迎面碰撞，初速度大小分别为v1、v2，
     
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    H    、
     
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    He、
     
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    0
    n    的质量分别为m1、m2、m3、m4，反应后
     
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    He的速度大小为v3，方向与
     
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    1
    H    的运动方向相同，求中子
     
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    0
    n    的速度
    （选取m的运动方向为正方向，不计释放的光子的动量，不考虑相对论效应）．

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    A．（选修模块3-3）
    二氧化碳是导致全球变暖的主要原因之一，人类在采取节能减排措施的同时，也在研究控制温室气体的新方法，目前专家们正在研究二氧化碳的深海处理技术．
    （1）在某次实验中，将一定质量的二氧化碳气体封闭在一可自由压缩的导热容器中，将容器缓慢移到海水某深处，气体体积减为原来的一半，不计温度变化，则此过程中______
    A．封闭气体对外界做正功B．封闭气体向外界传递热量
    C．封闭气体分子的平均动能增大D．封闭气体组成的系统的熵减小
    （2）实验发现，二氧化碳气体在水深170m处变成液体，它的密度比海水大，靠深海的压力使它永沉海底，以减少排放到大气中的二氧化碳量．容器中的二氧化碳处于汽液平衡状态时的压强随温度的增大而______（选填“增大”、“减小”或“不变”）；在二氧化碳液体表面，其分子间的引力______（选填“大于”、“等于”或“小于”）斥力．
    （3）实验发现，在水深300m处，二氧化碳将变成凝胶状态，当水深超过2500m时，二氧化碳会浓缩成近似固体的硬胶体．设在某状态下二氧化碳气体的密度为ρ，摩尔质量为M，阿伏加德罗常数为N，将二氧化碳分子看作直径为D的球，体积为于
    1
    6
    π    D3，则在该状态下体积为V的二氧化碳气体变成固体后体积为多少？
    B．（选修模块3-4）
    （1）下列说法中正确的是______
    A．相对论认为时间和空间与物质的运动状态有关
    B．用激光读取光盘上记录的信息是利用激光平行度好的特点
    C．一列波在向前传播，当波源突然停止振动时，其他质点也同时停止振动
    D．单摆的摆长增大后，简谐运动的频率会变大
    （2）我国正在大规模建设第三代移动通信系统（3G），它将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合起来，能提供无线网络、电话会议、电子商务等信息服务．某移动运营商采用1.8x109HZ的电磁波传递信号，此电磁波在真空中的波长为______m；在通话时，手机将声音信号转变成电信号，再经过______（选填“调谐”、“调制”或“解调”）后，把信号发送到基站中转．
    （3）在某科技馆内放置了一个高大的半圆柱形透明物体，其俯视图如图所示，0为半圆的圆心．甲、乙两同学为了估测该透明体的折射率，进行了如下实验．他们分别站在A、O处时，相互看着对方，然后两人贴着柱体慢慢向一侧运动，到达B、C处时，甲刚好看不到乙．已知半圆柱体的半径为R，OC=0.6R，BC⊥OC，则半圆柱形透明物体的折射率为多少？
    C．（选修模块3-5）
    （1）下列物理实验中，能说明粒子具有波动性的是______
    A．通过研究金属的遏止电压与入射光频率的关系，证明了爱因斯坦方程的正确性
    B．通过测试多种物质对X射线的散射，发现散射射线中有波长变大的成分
    C．通过电子双缝实验，发现电子的干涉现象
    D．利用晶体做电子束衍射实验，证实了电子的波动性
    （2）氢原子的能级如图所示．有一群处于n=4能级的氢原子，这群氢原子能发出______种谱线，发出的光子照射某金属能产生光电效应现象，则该金属的逸出功应小于______eV．
    （3）近年来，国际热核聚变实验堆计划取得了重大进展，它利用的核反应方程是
    21
    H+
    31
    H    →
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    He+
    10
    n    ．若
    21
    H    和
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    H    迎面碰撞，初速度大小分别为v1、v2，
    21
    H    、
    31
    H    、
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    He、
    10
    n    的质量分别为m1、m2、m3、m4，反应后
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    He的速度大小为v3，方向与
    21
    H    的运动方向相同，求中子
    10
    n    的速度
    （选取m的运动方向为正方向，不计释放的光子的动量，不考虑相对论效应）．

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    A．（选修模块3-3）
    二氧化碳是导致全球变暖的主要原因之一，人类在采取节能减排措施的同时，也在研究控制温室气体的新方法，目前专家们正在研究二氧化碳的深海处理技术．
    （1）在某次实验中，将一定质量的二氧化碳气体封闭在一可自由压缩的导热容器中，将容器缓慢移到海水某深处，气体体积减为原来的一半，不计温度变化，则此过程中______
    A．封闭气体对外界做正功            B．封闭气体向外界传递热量
    C．封闭气体分子的平均动能增大      D．封闭气体组成的系统的熵减小
    （2）实验发现，二氧化碳气体在水深170m处变成液体，它的密度比海水大，靠深海的压力使它永沉海底，以减少排放到大气中的二氧化碳量．容器中的二氧化碳处于汽液平衡状态时的压强随温度的增大而______（选填“增大”、“减小”或“不变”）；在二氧化碳液体表面，其分子间的引力______（选填“大于”、“等于”或“小于”）斥力．
    （3）实验发现，在水深300m处，二氧化碳将变成凝胶状态，当水深超过2500m时，二氧化碳会浓缩成近似固体的硬胶体．设在某状态下二氧化碳气体的密度为ρ，摩尔质量为M，阿伏加德罗常数为N，将二氧化碳分子看作直径为D的球，体积为于D3，则在该状态下体积为V的二氧化碳气体变成固体后体积为多少？
    B．（选修模块3-4）
    （1）下列说法中正确的是______
    A．相对论认为时间和空间与物质的运动状态有关
    B．用激光读取光盘上记录的信息是利用激光平行度好的特点
    C．一列波在向前传播，当波源突然停止振动时，其他质点也同时停止振动
    D． 单摆的摆长增大后，简谐运动的频率会变大
    （2）我国正在大规模建设第三代移动通信系统（3G），它将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合起来，能提供无线网络、电话会议、电子商务等信息服务．某移动运营商采用1.8x109HZ的电磁波传递信号，此电磁波在真空中的波长为______m；在通话时，手机将声音信号转变成电信号，再经过______（选填“调谐”、“调制”或“解调”）后，把信号发送到基站中转．
    （3）在某科技馆内放置了一个高大的半圆柱形透明物体，其俯视图如图所示，0为半圆的圆心．甲、乙两同学为了估测该透明体的折射率，进行了如下实验．他们分别站在A、O处时，相互看着对方，然后两人贴着柱体慢慢向一侧运动，到达B、C处时，甲刚好看不到乙．已知半圆柱体的半径为R，OC=0.6R，BC⊥OC，则半圆柱形透明物体的折射率为多少？
    C．（选修模块3-5）
    （1）下列物理实验中，能说明粒子具有波动性的是______
    A．通过研究金属的遏止电压与入射光频率的关系，证明了爱因斯坦方程的正确性
    B．通过测试多种物质对X射线的散射，发现散射射线中有波长变大的成分
    C．通过电子双缝实验，发现电子的干涉现象
    D．利用晶体做电子束衍射实验，证实了电子的波动性
    （2）氢原子的能级如图所示．有一群处于n=4能级的氢原子，这群氢原子能发出______种谱线，发出的光子照射某金属能产生光电效应现象，则该金属的逸出功应小于______eV．
    （3）近年来，国际热核聚变实验堆计划取得了重大进展，它利用的核反应方程是→．若和迎面碰撞，初速度大小分别为v1、v2，、、He、的质量分别为m1、m2、m3、m4，反应后He的速度大小为v3，方向与的运动方向相同，求中子的速度
    （选取m的运动方向为正方向，不计释放的光子的动量，不考虑相对论效应）．

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