高中物理力学实验

新希望辅导学校—高中物理力学实验精讲1赤峰新希望辅导学校高中物理力学实验精讲辅导教师：姚明席新希望辅导学校—高中物理力学实验精讲2实验一匀变速直线运动的实验探究新希望辅导学校—高中物理力学实验精讲3（2）“图像法”求加速度，即由“平均速度法”求出多个点的速度，画出v—t图，直线的斜率即加速度．“平均速度法”求速度,即根据1()2nnVnssT如下图所示三、实验器材打点计时器、纸带、一端附有定滑轮的长木板、小车、细绳、钩码、刻度尺、电源、导线、复写纸片.四、实验步骤新希望辅导学校—高中物理力学实验精讲41.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.2.把一条细绳拴在小车上,细绳跨过滑轮,下边挂上合适的钩码,把纸带穿过打点计时器,并把它的一端固定在小车的后面.实验装置见图—1—2所示,放手后,看小车能否在木板上平稳地加速滑行3.把小车停在靠近打点计时器处,先接通电源,后放开小车,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,换上新纸带,重复三次.图—1—24.从几条纸带中选择一条比较理想的纸带,舍掉开始一些比较密集的点,在后面便于测量的地方找一个开始点,以后依次每五个点取一个计数点,确定好计数始点,并标明0、1、2、3、4……,测量各计数点到0点的距离s,并记录填入表中v/(m·s-1)s/m时间(t/s)543210位置编号v/(m·s-1)s/m时间(t/s)543210位置编号5.计算出相邻的计数点之间的距离Δs1、Δs2、Δs3……6.利用一段时间内的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速新希望辅导学校—高中物理力学实验精讲5度求得各计数点1、2、3、4、5的瞬时速度,填入上面的表格中.7.增减所挂钩码数,再做两次实验.五、数据处理由实验数据得出v-t图像.(1)根据表格中的v、t数据,在平面直角坐标系中仔细描点，如图—1—3可以看到,对于每次实验,描出的几个点都大致落在一条直线上.图—1—3(2)做一条直线,使同一次实验得到的各点尽量落到这条直线上,落不到直线上的点,应均匀分布在直线的两侧,这条直线就是本次实验v-t图像，它是一条倾斜的直线.六、实验结论由实验得出的v-t图像进一步得出小车运动的速度随时间变化的规律.有两条途径进行分析：(1)小车运动的v-t图像是一条倾斜的直线如图—1—4，当时间增加相同的值Δt,速度也会增加相同的值Δv,由此得出结论：小车的速度随时间均匀变化.图—1—4(2)既然小车的v-t图像是一条倾斜的直线,那么v随t变化的函数关系式为v=kt+b,所以小车的速度随时间均匀变化.新希望辅导学校—高中物理力学实验精讲6七、实验误差1、打点计时器的计时误差.2、纸带的测量误差.3、用作图法，画出的v-t图像不是直线4、木板的粗糙程度并非完全相同八、注意事项1.纸带和细绳要和木板平行,小车运动要平稳.2.实验中应先接通电源,后让小车运动;实验后应先断开电源后取纸带.3.要防止钩码落地和小车与滑轮相撞.4.小车的加速度宜适当大些,可以减小长度的测量误差,加速度大小以能在约50cm的纸带上清楚地取出6～7个计数点为宜.新希望辅导学校—高中物理力学实验精讲7实验附录：两种打点计时器打点计时器是一种测量时间的工具。如果运动物体带动的纸带通过打点计时器，在纸带上打下的点就记录了物体运动的时间，纸带上的点也相应的表示出了运动物体在不同时刻的位置。研究纸带上的各点间的间隔，就可分析物体的运动状况。两种打点计时器：（1）电磁打点计时器：电磁打点计时器是一种使用交流电源（学生电源）的计时仪器，其工作电压小于6V，一般是4~6V，电源的频率是50Hz，它每隔0.02s打一次点。即一秒打50个点。工作原理：电磁打点计时器的结构如上图所示：通电以前，把纸带穿过限位孔，再把套在轴上的复写纸片压在纸带上面，接通电源后，在线圈和永久磁铁的作用下，振片便振动起来，带动其上的振针上下振动，这时，如果纸带运动，振针就通过复写纸在纸带上留下一行小点。如果把纸带和运动的物体连在一起，即由物体带动纸带一起运动，纸带上各点之间的距离就表示相应时间间隔中物体的位移，由这些点的位置，我们就可以了解物体的运动情况，（2）、电火花打点计时器新希望辅导学校—高中物理力学实验精讲8电火花打点计时器的计时原理与电磁打点计时器的原理相同，不过在纸带上打点的不是振针和复写纸，而是电火花和墨粉，使用时，墨粉纸套在纸盘轴上，把纸带穿过限位孔（如下图所示），当接通电源，按下脉冲输出开关时，计时器发出的脉冲电流经放电针、墨粉纸盘到纸盘轴，产生火花放电，于是在运动的纸带上便打出一行点迹，当电源的频率为50Hz时，每隔0.02s打一次点。这种计时器工作时，纸带运动受到的阻力较小。电磁打点计时器和电火花打点计时器在实验中的作用是相同的，所以今后的叙述中不再区分，统称打点计时器。新希望辅导学校—高中物理力学实验精讲9实验二、探究弹力和弹簧伸长量的关系【实验目的】1.探究弹力和弹簧伸长量之间的关系.2.学会利用图像法处理实验数据.【实验原理】1.如图1所示,在弹簧下端悬挂钩码时弹簧会伸长,平衡时弹簧产生的弹力与所挂钩码的重力大小相等.2.弹簧的长度可用刻度尺直接测出,伸长量可图1以由拉长后的长度减去弹簧原来的长度进行计算.建立坐标系，以纵坐标表示弹簧的弹力大小F，以横坐标表示弹簧的伸长量x，在坐标系中描出实验中所测得的各组（x，F）所对应的点，用平滑的曲线连接起来，根据实验所得的曲线，就可以知道弹簧的弹力和伸长量之间的关系。【实验器材】铁架台、弹簧、毫米刻度尺、钩码若干、三角板、坐标纸、重垂线、铅笔.【实验步骤】1.将弹簧的一端挂在铁架台上,让其自然下垂,用刻度尺测出弹簧自然伸长状态时的长度l0,即原长.2.如图2所示,在弹簧下端挂质量为m1的钩码，量出此时弹簧的长度l1，记录m1和l1，填入自己设计的表格中.新希望辅导学校—高中物理力学实验精讲103.改变所挂钩码的质量,量出对应的弹簧长度,记录m2、m3、m4、m5和相应的弹簧长度l2、l3、l4、l5,并得出每次弹簧的伸长量x1、x2、x3、x4、x5.图2F3=x3=l3-l0l3=3F2=x2=l2-l0l2=2F1=x1=l1-l0l1=1l0=0弹力F伸长量x长度钩码个数F3=x3=l3-l0l3=3F2=x2=l2-l0l2=2F1=x1=l1-l0l1=1l0=0弹力F伸长量x长度钩码个数【数据处理】1.以弹力F(大小等于所挂钩码的重力)为纵坐标,以弹簧的伸长量x为横坐标,用描点法作图.连接各点,得出弹力F随弹簧伸长量x变化的图线.2.以弹簧的伸长量为自变量，写出曲线所代表的函数.首先尝试一次函数,如果不行则考虑二次函数.3.得出弹力和弹簧伸长之间的定量关系,解释函数表达式中常数的物理意义.【误差分析】1.弹簧拉力大小的不稳定会造成误差.因此,使弹簧的悬挂端固定,另一端通过悬挂钩码来充当对弹簧的拉力,待稳定后再读数可以提高新希望辅导学校—高中物理力学实验精讲11实验的准确度.2.尽量精确地测量弹簧的长度，也是减小实验误差的基本方法.3.描点、作图不准确.【注意事项】1.所挂钩码不要过重,以免弹簧被过分拉伸,超出它的弹性限度.要注意观察,适可而止.2.每次所挂钩码的质量差尽量大一些,从而使坐标上描的点的间距尽可能大,这样做出的图线更精确.3.测弹簧长度时,一定要在弹簧竖直悬挂且处于平衡状态时测量,以免增大误差.4.描点画线时,所描的点不一定都落在一条曲线上,但应注意一定要使各点均匀分布在曲线的两侧.5.记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位.新希望辅导学校—高中物理力学实验精讲12实验三，验证力的平行四边形定则【实验目的】1.验证力的平行四边形定则。2.掌握弹簧秤的构造、调节方法和使用方法。【实验原理】一个力F′的作用效果与两个共点力F1和F2的共同作用效果都是把橡皮条拉伸到某点，所以F′为F1和F2的合力．作出F′的图示，再根据平行四边形定则作出F1和F2的合力F的图示，比较F′和F是否大小相等，方向相同．如果在误差范围内，F′和F相同，那么力的平行四边形定则就正确．【实验器材】方木板、白纸、弹簧测力计即弹簧秤(两只)、三角板、刻度尺、图钉(几个)、细芯铅笔、橡皮条、细绳套(两个)．弹簧测力计测力原理是根据胡克定律，其适用范围是在弹性限度内，刻度是0～5N，分度值是0.1N，它的拉杆和钩的质量较大，且零点是在竖直情况下校准的，因此水平使用时要重新调零点．弹簧测力计的伸长方向要和所测拉力方向一致，弹簧测力计、指针、拉杆都不要与刻度板和刻度板末端的限位卡发生摩擦．【实验步骤】1．用图钉把白纸钉在水平桌面的方木板上．2．用图钉把橡皮条的一端固定在A点，橡皮条的另一端拴上两个细绳套．新希望辅导学校—高中物理力学实验精讲133．用两只弹簧测力计分别钩住细绳套，互成角度拉橡皮条，将结点拉到某一位置O，如图－3－1所示，记录两弹簧测力计的读数，用铅笔描下O点的位置及此时两条细绳套的方向．图—3—14．用铅笔和刻度尺从结点O沿两条细绳方向画直线，按选定的标度作出这两只弹簧测力计的读数F1、F2的图示，并以F1和F2为邻边用刻度尺和三角板作平行四边形，过O点画平行四边形的对角线，即为合力F的图示．5．只用一只弹簧测力计钩住细绳套，把橡皮条的结点拉到同样位置O，记下弹簧测力计的读数和细绳的方向，用刻度尺从O点按选定的标度沿记录的方向作出这只弹簧测力计的拉力F′的图示．6．比较一下．力F′与用平行四边形定则求出的合力F的大小和方向．7．改变两个力F1、F2的大小和夹角，重复实验两次．一、弹簧秤的选用1．弹簧测力计的选取方法是：将两只弹簧测力计调零后互钩水平对拉，若两只弹簧在对拉过程中，读数相同，则可选；若读数不同，应另换，直至相同为止．2．弹簧测力计不能在超出它的测量范围的情况下使用．3.使用前要检查指针是否指在零刻度线上，否则应校正零位(无法校正的要记录下零误差)．新希望辅导学校—高中物理力学实验精讲144．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．二、注意事项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．在同一次实验中，使橡皮条拉长时结点O的位置一定要相同．(保证作用效果相同)3．不要用老化的橡皮条，检查方法是用一个弹簧测力计拉橡皮条，要反复做几次，使橡皮条拉到相同的长度看弹簧测力计读数有无变化．4．细绳套应适当长一些，便于确定力的方向．不要直接沿细绳套的方向画直线，应在细绳套末端用铅笔画一个点，去掉细绳套后，再将所标点与O点连直线确定力的方向．5．在同一次实验中，画力的图示所选定的标度要相同，并且要恰当选取标度，使所作力的图示稍大一些．6．用两个弹簧测力计勾住细绳套互成角度地拉橡皮条时，其夹角不宜太小，也不宜太大，以60°到100°之间为宜．三、实验误差分析1．弹簧测力计使用前没调零会造成系统误差．2．使用中，弹簧测力计的弹簧和外壳之间、指针和外壳之间或弹簧测力计外壳和纸面之间有摩擦力存在会造成系统误差．新希望辅导学校—高中物理力学实验精讲153．两次测量拉力时，橡皮条的结点O没有拉到同一点会造成偶然误差．4．读数时眼睛一定要正视，要按有效数字正确读数和记录，两力的对边一定要平行，否则会造成误差．5．在应用平行四边形定则作图时，F1、F2及合力F作图不准确新希望辅导学校—高中物理力学实验精讲16实验四。验证牛顿运动定律【实验目的】1.学会用控制变量法研究物理规律;2.探究a与F、M的关系;3.掌握利用图象处理数据的方法.【实验原理】1.探究a与F、M的关系的实验依据是牛顿运动定律,即F=Ma,当研究对象有两个以上的参量发生变化时,设法控制某些参量使之不变,而研究另外两个参量之间的变化关系的方法叫控制变量法.本实验中有力F、质量M和加速度a三个变量,研究加速度a与F及M的关系时,先控制质量M不变,讨论