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探索性实验 力、热探索性实验

课时综述

1．在高中物理学生分组实验中有关力、热的探索性实验有研究匀变速直线运动、研究平抛物体的运动、探究弹力和弹簧伸长的关系等。

2．探究性实验是通过实验中出现的现象，来分析这个现象的原因和规律，要注意有关实验条件与现象的关系，明确实验目的，要保证实验条件并注意观察实验现象，分析实验现象与条件之间的关系，以达到研究性实验的目的。 互动探究

例1、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簧总长度，将数据填在了下面的

2

表中。(弹力始终未超过弹性限度，取g=9.8m/s)

?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

砝码质量(g) 弹簧总长(cm) 弹力大小(N) 0 6.00 30 7.15 60 8.34 90 9.48 120 10.64 150 11.79 例1

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。 F/N 1.6 ?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?

1.2

0.8 0.4

x/10-2m 0 5 6 8 10 12 例1

例2、某同学设计了一个研究平抛运动的实验装置，如图。在水平桌面上放置一个斜面，让钢球从斜面上由静止滚下，钢球滚过桌边后便做平

钢球抛运动。在钢球抛出后经过的地方放置一块水平木板，木板由支架固定成

水平，木板所在高度可通过竖直标尺读出，木板可以上下自由调节。在木板上固定一张白纸。该同学在完成装置安装后进行了如下步骤的实验：

A．实验前在白纸上画一条直线，并在线上标出a、b、c三点，且ab＝bc，如图。量出ab长度L=20.00cm。 例2

B．让钢球从斜面上的某一位置由静

acOb止滚下，调节木板高度，使得钢球正好击

中c点，记下此时木板离地面的高度h1＝70cm。

C．让钢球从斜面上的同一位置由静例2 止滚下，调节木板高度，使得钢球正好击

中b点，记下此时木板离地面的高度h2＝90.00（cm）。

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D．让钢球从斜面上的同一位置由静止滚下，调节木板高度，使得钢球正好击中a点，记下此时木板离地面的高度h3＝100.00cm。

则该同学由上述测量结果即可粗测出钢球的平抛初速度大小vo= m/s，钢球击中b点时其竖

2

直分速度大小为vby= m/s。已知钢球的重力加速度为g=10m/s，空气阻力不计。

例3、利用打点计时器研究一个约1.4高的商店卷帘窗的运动。将纸带粘在卷帘底部，纸带通过打点计时器随帘在竖直面内向上运动。打印后的纸带如图所示，数据如表格所示。纸带中AB、BC、CD??每两点之间的时间间隔为0.10s，根据各间距的长度，可计算出卷帘窗在各间距内的平均速度V平均。可以将V平均近似地作为该间距中间时刻的即时速度V。

（1）请根据所提供的纸带和数据，绘出卷帘窗运动的V-t图线。

2

（2）AD段的加速度为 m/s，AK段的平均速度为 m/s。

例3

例4、某同学想研究弹簧的弹性势能Ep和弹簧形变量x间的函数关系。设想用水平力缓慢地将弹簧从原长拉伸x,该过程拉力做的功W等于弹性势能的增加,即Ep。根据本实验所得,弹力F和弹簧伸长x的关

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系为F=kx。拉力的平均值为kx/2,所以W=1/2kx。他猜想弹性势能的表达式应该就是Ep=1/2kx。他找到一根弹簧、一个木板、一个重G=5.0N的长方体形金属块，设计了一个实验，利用一把毫米刻度尺来验证这个结论。步骤是： （1）将金属块悬挂在该弹簧下方，静止时测得弹簧的伸长量为1.00cm,由此得出该弹簧受单位作用力伸长，即F= kx式中的比例系数k为________N/m； （2）将金属块放在长木板上，调节长木板的倾角，当金属块刚好能匀速下滑时测出斜面的高度为10.00cm,底边长为40.00cm,由此测得金属块和长木板间的动摩擦因数μ=______。

（3）如图将弹簧一端固定在竖直墙上，另一端与金属块接触，用手向左压金属块使弹簧压缩一定长度后由静止释放，滑块脱离弹簧后，又沿长木板滑行一段距离而停下。测出每次弹簧的压缩量x和金属块和长木板上滑行的距离s，将对例4 应的数据填写在下面的表格中。 X/cm S/cm 1.50 4.50 2.00 8.10 2.50 12.45 3.00 18.00 23.50 24.46 4.00 32.05 请你根据他的思路完成该实验。并验证结果是否符合猜想Ep=kx/2。

例5、为研究钢球在液体中运动时所受阻力的大小,让钢球从某一高度竖直落下进入液体中运动,用闪光照相方法拍摄钢球在不同时刻的位置,如图所示.已知钢球在液体中运动时所

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例5

受阻力F=kv,闪光照相机的闪光频率为f,图中刻度尺的最小分度为s0,钢球的质量为m.

（1）试定性描述钢球的运动： （2）由闪光照片及上述已知条件可求得阻力常数k的表达式为k= 2

*例6、如图甲所示为探究“水流射程与排水孔高度的关系”的实验装置。 在一个一端开口的塑料筒侧壁的母线上钻一排小孔，使小孔间距相等。实验时将筒内注满水，并保持水面高度H不变，测出相应的高度h和射程S为 h／cm 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 20.0 25.0 S／cm 11.0 15.0 19.0 22.0 23.0 22.5 17.0 6.5

(1)根据所测数据，在坐标纸乙上作出小孔高度h和对应的射程s的关系曲线。

(2)根据测得数据和关系曲线可以判断：在 h= H时，射程s最大．

(3)为什么在靠近水面处和靠近底面处射程s都很小,说说你的看法 .

例6甲

课堂反馈

1、如图甲所示，是一位同学在实验室中照的一小球做平抛运动的频闪照片的一部分，由于照相时的疏忽，没有摆上背景方格板，图中方格是后来用直尺画在相片上的（图中格子的竖直线是实验中重垂线的方向，每小格的边长均为5mm ) ， 为了补救这一过失，他对小球的直径进行了测量，如图

2

乙所示，如果取重力加速度 g=10m / s ，

则 ( l ）照片闪光的频率为 _____Hz ; ( 2 ）小球作平抛运动的初速度为____m / s .

12 .

例6乙

馈1

2、某兴趣小组为测一遥控电动小车的额定功率，进行了如下实验：

①用天平测出电动小车的质量为0.4kg；

②将电动小车、纸带和打点计时器按如图甲所示安装；

打点计时器 纸带

馈2图甲

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③接通打点计时器（其打点周期为0.02s）；

④使电动小车以额定功率加速运动，达到最大速度一段时间后关闭小车电源，待小车静止时再关闭打点计时器（设小车在整个过程中小车所受的阻力恒定）。

在上述过程中，打点计时器在纸带上所打的部分点迹如图乙所示。

6.00 6.01 5.99 6.00 5.78 5.35 5.04 4.71 4.40 4.07

单位：cm 馈2图乙

请你分析纸带数据，回答下列问题：

（1）该电动小车运动的最大速度为 m/s； （2）该电动小车的额定功率为 W。

*3、在液体中下落的物体最终会达到一个恒定的速度，称之为收尾速度。一个半径为r的球体在液体中下落的收尾速度为v?g2'r(???')，其中?、g、?、?分别为液体的粘滞系数（与液体种类相关的常3?数）、重力加速度（本题中为已知量）、球体的密度、液体的密度。某同学为了测定某已知密度的液体的粘滞系数，选定了下列器材：一只1000mL的量筒、一块秒表、一把刻度尺、直径不同的铝球若干个（最大直径约10.00mm）。

（1）请列出该同学漏选的器材： 。

（2）实验时，该同学首先将直径约10.00mm的铝球重复从装满被测液体的量筒面上自由落下测定它通过量筒刻度线750mL到500mL和450mL到200mL的两段时间，列表如下： ’距离L（mL） 时间t(s) 平均时间t(s) 750～500 1.74 1.72 1.72 1.73 450～200 1.73 1.72 1.73 1.73 由以上测量数据得到的结论是 。 （3）若测出了不同半径的铝球的收尾速度，并已知球体和液体的密度，要求出液体的粘滞系数，对以上数据应如何处理？

达标训练

1、科学思维和科学方法是我们认识世界的基本手段。在研究和解决问题过程中，不仅需要相应的知识，还要注意运用科学方法。理想实验有时更能深刻地反映自然规律。伽利略设想了一个理想实验，如图所示，其中有一个是经验事实，其余是推论。

①减小第二个斜面的倾角，小球在这斜面上仍然要达到原来的高度

第1题 ②两个对接的斜面，让静止的小球沿一个斜面滚下，小球将滚上

另一个斜面

③如果没有摩擦，小球将上升到原来释放时的高度

④继续减小第二个斜面的倾角，最后使它成水平面，小球要沿水平面作持续的匀速运动

请将上述理想实验的设想步骤按照正确的顺序排列 （只要写序号即可）在上述的设想步骤中，有的属于可靠的事实，有的则是理想化的推论。下列关于事实和推论的分类正确的是（ ） A．①是事实，②③④是推论 B．②是事实，①③④是推论 C．③是事实，①②④是推论 D．④是事实，①②③是推论

2、科技馆中有一个展品，如图所示，在较暗处有一个不断均匀滴水的龙头，在一种特殊的灯光照射下，可观察到一个个下落的水滴，缓缓调节水滴下落的时间间隔到适当状况，可看到一种奇特现象，水滴似乎不在落下，而有如固定在图中A、B、C、D四个位置不动一般。

请问实际上水滴是下是在继续下滴？这种特殊的照射灯有什么特点？能不能通过图中标尺定量地说明这个灯的特点？

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