新课标高考物理力学实验基础知识Word格式.doc
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(2)确定有效数字时,应注意以下问题:
①有效数字的位数与小数点的位置无关。
②有效数字的位数与单位无关。
③关于“0”在有效数字中的特殊性:
0在前时,从左住右数第一个不为零的数字才是有效数字;
0在后时,计入有效数字。
④乘方不算有效数字。
实验一:
研究匀变速直线运动
一、实验目的:
使用打点计时器测定匀变速直线运动的速度和加速度。
二、实验原理:
设物体做匀加速直线运动,加速度是a,在各个连续相等的时间T里的位移分别是s1、s2、s3……则有
△s=s2-s1=s3-s2=s4-s3=……=aT2
由上式还可得到
s4-s1=(s4-s3)+(s3-s2)+(s2-s1)=3aT2
同理有
s5-s2=s6-s3=……=3aT2
可见,测出各段位移s1、s2……即可求出
……
再算出a1、a2……的平均值,就是我们所要测定的匀变速直线运动的加速度。
三、实验器材:
电火花计时器或电磁打点计时器,一端附有滑轮的长木板,小车,纸带,刻度尺,导线,电源,钩码,细绳。
四、实验步骤:
(1)把附有滑轮的长木板放在实验桌上,并使滑轮伸处桌面。
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,使细绳跨过滑轮,下边挂上合适的钩码。
把纸带穿过打点计时器,并把纸带的一端固定在小车的后面。
(3)把小车停在靠近打点计时器处,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列小点。
换上新纸带,重复实验三次。
(4)从三条纸带中选择一条比较理想的,舍掉开头一些比较密集的点,在后边便于测量的地方找一个开始点。
为了测量方便和减小误差,通常不用每打一次点的时间作为时间的单位,而用每打五次点的时间作为时间的单位,就是T=0.02×
5=0.1s。
在选好的开始点下面标明A,在第六点下面标明B,在第十一点下面标明C,在第十六点下面标明D,……,点A、B、C、D……叫做计数点,如图所示。
两个相邻计数点间的距离分别是s1、s2、s3……
s1s2s3
ABCD
(5)测出六段位移s1、s2、s3、s4、s5、s6的长度,把测量结果填入下表中。
(6)根据测量结果,利用“实验原理”中给出的公式算出加速度a1、a2、a3的值。
注意:
T=0.1s。
求出a1、a2、a3的平均值,它就是小车做匀变速直线运动的加速度。
[常考点]:
1、求纸带的某点速度;
2、求纸带的加速度(逐差法);
3、打点计时器的使用:
先打点再放手,打完点及时关闭打点计时器;
4、开始打点时,小车紧靠打点计时器。
实验二:
探究弹力和弹簧伸长的关系
实验目的:
探索弹力与弹簧伸长的定量关系。
实验原理:
F=kX
实验器材:
轻弹簧、钩码(一盒)、刻度尺、铁架台、三角板、重垂线、坐标纸。
实验步骤:
1.将铁架台放于桌面上,将弹簧的一端固定于铁架台的横梁上,在靠近弹簧处将刻度尺固定于铁架台上,并用重垂线检查刻度尺是否垂直。
2.记下弹簧的原长(自然长度)l0
3.在弹簧下端挂上钩码,待钩码静止后,记下弹簧的的现长l及弹力F,算出伸长量x=l-l0,并改变钩码个数,多次测量。
数据记录表如下:
(略)
4.根据测量数据画出F-x图像。
(以F为纵轴,以x为横轴)
5.探索结论:
按照F-x图中各点的分布与走向,尝试做出一条平滑的曲线(包括直线)。
所画的点不一定正好在这条曲线上,但要注意使曲线两侧的点数大致相同。
尝试写出曲线所代表的函数,首先尝试F-x是否为一次函数,如果不行则考虑二次函数……
在实验误差范围内,应得出弹力的大小与弹簧的伸长量成正比,即F=kx,其中k的单位由F和x的单位决定。
[常考点]:
1、根据实验数据作图:
F-X图,m-X图等(在弹性限度内:
直线;
超过弹性限度:
不是直线);
2、根据图象(直线部分)求劲度系数k;
3、结论表述:
在弹簧的弹性限度内,弹簧的伸长跟拉力成正比。
实验三:
验证力的平行四边形定则
验证平行四边形定则
利用测力计测力作矢量图验证力的平行四边形定则。
方木板一块、测力计两个、细绳两段、橡皮条一段、白纸、铅笔、刻度尺、图钉
(1)把橡皮条的一端固定在板上的A点。
(2)用两条细绳结在橡皮条的另一端,通过细绳用两个弹簧秤互成角度拉橡皮条,橡皮条伸长,使结点伸长到O点(如图2-1)
点拨:
经验得知两个分力F1、F2间夹角θ越大,用平行四边形作图得出的合力F的误差也越大,所以实验中不要把θ角取得太大,一般不大于90°
为最佳。
橡皮条、细绳、测力计应在同一平面内,测力计的挂钩应避免与纸面磨擦。
(3)用铅笔记下O点的位置,画下两条细绳的方向,并记下两个测力计的读数。
拉橡皮条的细线要长些,标记每条细线方向的方定是使视线通过细线垂直于纸面,在细线下面的纸上用铅笔点出两个定点的位置,并使这两个点的距离要尽量远些。
(4)在纸上按比例作出两个力F1、F2的图示,用平行四边形定则求出合力F。
作图要用尖铅笔,图的比例要尽量大些,要用严格的几何方定作出平行四边形,图旁要画出表示力的比例线段,且注明每个力的大小和方向。
(5)只用一个测力计,通过细绳把橡皮条上的结点拉到同样的位置O点,记下测力计的读数和细绳的方向,按同样的比例作出这个力F′的图示,比较F′与用平行四边形定则求得的合力F,比较合力大小是否相等,方向是否相同。
(6)改变F1和F2的夹角和大小,再做两次。
1、实验操作的要点:
用两个力拉和用一个力拉,要将结点拉到同一位置(力的等效性);
2、数据记录:
O点的位置,力的大小,力的方向(细绳的方向);
3数据的处理:
作力的图示(注意:
要有标度),4、实际合力和理论合力的区分;
5、结论表达。
实验四:
验证牛顿运动定律
牛顿第二定律
实验仪器:
轨道小车、打点计时器、学生电源、天平、砂桶、砂袋(砂桶、砂袋也可用钩码代替)、纸带、刻度尺、细线、木块
如图,如果摩擦力可以不计,则对质量为m的砂桶和砂及质量为M的小车分别有
T=Ma
(1)
mg-T=ma
(2)
解得T=
当M>
>
m时,T≈mg
则
(1)式变为mg≈Ma所以,如果实验测得在M一定时,a∝mg,在mg一定时a∝,就验证了牛顿第二定律。
操作步骤:
(1)用天平测出小车质量M,在砂桶内加适量的砂,用天平测出砂和桶的总质量m(要保证m<
<
M)。
把打点计时器固定在长木板上。
(2)把纸带系在小车上,并使纸带穿过打点计时器。
把木块垫在装有打点计时器的木板一端下面,调节木块位置使小车能在木板上做匀速运动。
这时,小车所受摩擦阻力与小车所受重力沿斜面方向的分力平衡(注意此时未挂砂桶)。
(3)把系在砂桶上的细线绕过木板上的定滑轮后系在小车上,把小车放在打点计时器附近,接通电源,放开小车,便在纸带上留下反映小车运动状况的点迹。
取下纸带并编上号码。
(4)给小车换上新纸带,保持小车质量不变。
往砂桶内加一些砂,并称出其质量(注意仍需保证m<
重复步骤(3)。
如此做几次。
对各次实验所得的纸带取好计数点,进行测量和计算,求出每条纸带对应的小车的加速度,分别记入表格中。
(5)保持砂桶总质量m不变,往小车上依次加不同数目的砂袋(其质量预先测出),重复步骤(3)几次。
把各次纸带数据记入下面的表格中。
(6)分析实验数据,看是否符合牛顿第二定律。
注意事项:
(1)平衡摩擦力和保证M>
m是减小本实验系统误差的关键。
采用上述“垫板法”平衡摩擦力,不仅操作方便,而且在改变小车质量的实验中不需再调。
调匀速时,先进行目测,最后应打一条纸带观察,看是否调到匀速了。
为了保证M>
m,小车质量应足够大。
如果所用小车质量较小,可在小车内装一些砝码以增加总质量。
(2)本实验的数据处理主要是用打点纸带测算加速度,可以逐差法求加速度,也可用速度-时间图象求加速度。
(3)分析实验数据验证牛顿第二定律时,可以用比例法验证:
即看比值,,……等在实验误差范围内是否为同一恒量(等于小车质量M);
乘积M1a1,M2a2,M3a3……等是否为同一恒量(等于拉力mg);
也可以作出a-F图像和a-图像,看图像是否为直线来验证。
(4)如果平衡摩擦力做得不好,则图像不会通过坐标原点;
如果不满足M>
m的条件,图像将会是一条曲线。
1、误差的减小措施:
摩擦力的平衡(例如:
垫高木板),M>
m等;
2、由纸带数据求速度和加速度;
3、作出a-F图像和a-图;
4、图象不过原点的原因;
5、实验结论的表达(要有前提条件),例如:
小车质量不变时,小车加速与合力成正比。
合力不变时,小车加速度与小车质量成反比。
实验五:
探究动能定理
探究合外力做功和动能变化的关系
打点计时器,电源,导线,一端附有定滑轮的光滑长木板,小车,纸带,细绳,弹簧测力计,砝码盘和砝码,刻度尺
用打点计时器和纸带记录下小车做匀加速运动的情况如图实6-1所示。
通过测量和计算可以得到小车从O点到2、3、4、5点的距离,及在2、3、4、5点的瞬时速度。
图实6-1
从打下0点到打下2、3、4、5点的过程中,合外力F(等于绳的拉力)对小车做的功W及小车增加的动能ΔEk,可由下式计算:
,其中n=2,3,4,5……
1.把一端附有定滑轮的光滑长木板平放在实验桌上,并使滑轮伸出桌面,把打点计时器固定在长木板上没有定滑轮的一端,连接好电路(如图)。
2.在实验小车上先固定一个测力计,测力计的挂钩连接细轻绳,轻绳跨过定滑轮,挂一个小盘,盘内放砝码。
试放手后,小车能在长木板上平稳地加速滑行一段距离,把纸带穿过打点计时器,并把它的一端固定在小车后面。
3.把小车停靠在打点计时器处,先接通电源,再放开小车,让小车运动,打点计时器在纸带上打出一系列点迹。
在小车运动过程中读出测力计读数F,即小车受到的拉力大小。
取下纸带,换上新纸带,重复实验几次。
4.选择点迹清晰的纸带,记下第一个点的位置0,并在纸带上从任意点开始依次选取几个点,记作1,2,3,4,5,6,测量各点到0的距离x1,x2,x3,x4,x5,x6。
5.计算出打下2,3,4,5时小车的速度v2,v3,v4,v5。
6.计算从打下0点到打下2,3,4,5的过程中合外力F(大小等于测力计读数F)对小车做的功W及小车增加的动能ΔEk,并填入下表。
7.在坐标纸上画出ΔEk——W图像。
(五)数据记录及处理:
以ΔEk为横轴,W为纵轴,做出ΔEk——W图像。
1.长木板应尽量光滑,如果摩擦力较大应先平衡摩擦力。
可以在长木板下端垫小物块。
2.使用打点计时器时应先接通电源再释放小车。
1、纸带数据处理;
2、作图,由图象得结论;
3、误差分析;
4、打点计时器时应先接通电源再释放小车;
5、若用砝码的重