十四力学实验.docx

十四力学实验.docx

《十四力学实验.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《十四力学实验.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

十四力学实验

教案

题目（教学章节或主题）：

授课日期：

授课时间：

1.在验证“机械能守恒”实验中，一同学进行如下操作：

①将打点计时器水平地固定在铁架台上

②将长约0.5m的纸带用小夹子固定在重物上后穿过打点计时器.用手提着纸带，使重物静止在靠近打点计时器的地方

③先松开纸带，后接通电源，让重物自由下落，计时器就在纸带上打下一系列的点

④换几条纸带，重做上面的实验

⑤在打出的纸带中挑选第一、二两点间距接近2mm，且点迹清楚的纸带进行测量，先记下O点的位置，依次再取四个计数点A、B、C、D.求出相应位置对应的速度及其下落的高度

⑥将测量数据及计算结果填入自己设计的表格中

⑦根据以上测得数据计算相应的

v2和ghn的值.验证机械能守恒定律

（1）以上操作有错误的是___________；

（2）实验中选出一条纸带如图所示.其中O点为起始点，A、B、C、D为四个计数点，打点计时器所选用电源是频率为50Hz的交流电，用最小刻度为1mm的刻度尺，测得OA=11.13cm，OB=17.69cm，OC=25.9cm.这三个数据中不符合有效数字要求的是__________,在计数点A和B之间，B和C之间各还有一个点，重锤的质量为m=1.5kg，根据以上数据，当打点到B点时重锤的重力势能比开始下落时减少了_________，这时它的动能是__________；

（3）实验中往往出现重锤的重力势能减少量大于动能的增加量，其主要原因是

本次教学评价：

非常满意○较满意○一般○家长或学生签字共小时

本节课回访记录：

任课老师签字：

主任签字：

日期：

学生：

任课教师：

关于“验证牛顿第二定律实验”的三个问题

问题1.在“验证牛顿第二定律”的实验中，小车包括砝码的质量为什么要远大于砂和砂桶的总质量。

分析：

在做

关系实验时，用砂和砂桶重力

代替了小车所受的拉力F，如图所示：

而砂和砂桶的重力

与小车所受的拉力F是并不相等．这是产生实验系统误差的原因，为此，必须根据牛顿第二定律分析

和F在产生加速度问题上存在的差别．

实验时可得到加速度与力的关系的图像，如图2所示，由图像经过原点知，小车所受的摩擦力已被平衡．设小车实际加速度为

，由牛顿第二定律可得：

问题2：

在利用打点计时器和小车做“验证牛顿第二定律”的实验时，实验前为什么要平衡摩擦力？

应当如何平衡摩擦力？

问题３.

-F图线出现截距的原因和调整方法是什么？

利用图4所示装置做“验证牛顿第二定律”实验，甲同学

根据实验数据画出小车的加速度和小车所受拉力

－F的图像

为右图中的直线

，乙同学画出

－F图像为右图中的直线

．直线

、

在纵轴和横轴上的截距较大，明显超出了误差范围，出现截距的原因和调整方法是什么？

实验探究动能定理

一、【实验目的】

探究力对物体做的功与物体动能变化的关系.

二、【实验原理】

采用如图1所示装置,让小车在橡皮筋作用下弹出,使小车获得速度后沿木板匀速滑行.当用一条橡皮筋弹出时对小车做的功记为W,则用两条、三条……完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次……实验,每次橡皮筋都拉伸到同一位置释放时,实验中橡皮筋对小车做的功就是第1次的2倍（2W）、3倍（3W）…….橡皮筋每次实验做的功使小车获得的速度根据打点计时器打出的纸带得到.当得出若干组功和速度的数据后,以橡皮筋对小车做的功为纵坐标,分别以小车获得的速度v、

为横坐标,以第1次实验时的功W为单位,用描点法分别作出W—v、W—

曲线,分析曲线,得出橡皮筋对小车做的功与小车获得速度的定量关系.

三、【实验器材】

木板、小车、橡皮筋、打点计时器及交流电源、纸带、刻度尺等.

四、【实验步骤】

（1）.安装实验装置:

如图1所示.

（2）.平衡摩擦力:

在长木板的有打点计时器的一端下面垫一块木板,反复移动木板的位置,直至小车上不挂橡皮筋时,纸带打出的点间距均匀,即小车能匀速运动为止.

（3）.把小车的另一端与一条橡皮筋的中点连接,向后拖动纸带,并记下此时小车的位置.然后接通电源,放开小车,将得到的纸带标号为1.

（4）.换上新纸带,橡皮筋分别采用两条、三条、四条……,重复步骤3,将纸带标号2、3、4……

五、【处理数据、探索结论】

1.以橡皮筋对小车做的功为纵坐标（以第1次实验时的功W为单位）,小车获得的速度为横坐标,作出W—v曲线.如果W—v曲线是一条直线,表明W∝v;如果不是直线,可考虑是否存在下列关系:

W∝

、W∝

、W∝……

2.根据各种草图,大致判断两个量可能是什么关系.如果认为很可能是W∝

就作出W—

曲线,如果这条曲线是一条直线,就可以证明你的判断是正确的.

六、【误差分析】

1.每个橡皮筋的劲度系数不同和每次拉伸的长度不完全一致,造成橡皮筋对小车做的功不是整数倍关系引起误差.

2.不完全平衡摩擦力或平衡摩擦力过大,造成实验中除橡皮筋的拉力做功外,还有其他力做功,并由此造成最末阶段纸带上点的间隔不均匀而引起测量速度的误差.

七、【注意事项】

1.每次实验中小车要拖动到同一位置.

2.长木板要倾斜,使小车能在长木板上匀速运动.

3.实验中不用测小车的质量.

4.实验中测定的速度应是橡皮筋恢复形变以后小车的速度,所以应选用那些间距较大,且相对均匀的点来测量和计算.

八、典例剖析

某探究学习小组的同学欲验证“动能定理”,他们在实验室组装了一套如图2所示的装置,另外他们还找到了打点计时器所用的学生电源、导线、复写纸、纸带、小木块、细沙,当滑块连接上纸带,用细线通过滑轮挂上空的小沙桶时,释放小桶,滑块由静止开始运动.若你是小组中的一位成员,要完成该项实验,则:

（1）你认为还需要的实验器材有.

（2）实验时为了保证滑块受到的合力与沙和沙桶的总重力大小基本相等,沙和沙桶的总质量应满足的实验条件是,实验时首先要做的步骤是.

（3）在

（2）的基础上,某同学用天平称量滑块的质量M,往沙桶中装入适量的细沙,用天平称出此时沙和沙桶的总质量m,让沙桶带动滑块加速运动,用打点计时器记录其运动情况,在打点计时器打出的纸带上取两点,测出这两点的间距L以及这两点对应的滑块速度的大小v1与v2（v1

（3）探究动能定理的实验方法较多,在解决此类问题之前,首先要弄清本实验所涉及的实验原理和方法,然后再依据相应规律求解.变式练习某同学做探究动能定理的实验,如图3所示,图中小车在一条橡皮筋的作用下弹出,沿木板滑行,这时,橡皮筋对小车做的功为W.当用2条,3条…实验时,使每次实验中橡皮筋伸长的长度都保持一致.每次实验中小车获得的速度都由打点计时器所打的纸带测出.

（1）除了图中已有的器材外,还需要导线、开关、（填测量工具）和电源（填“交流”或“直流”）.

（2）实验中小车会受到阻力,可以使木板适当倾斜来平衡摩擦力,需要在（填“左”或“右”）侧垫高木板.

（3）若粗糙的木板水平,小车在橡皮筋的作用下,当小车速度最大时,关于橡皮筋所处的状态与小车所在的位置可能是（）

A.橡皮筋处于原长状态

B.橡皮筋仍处于伸长状态

C.小车在两个铁钉连线处

D.小车已过两个铁钉连线处

实验六验证机械能守恒定律

（一）实验原理

只有重力做功的自由落体运动遵守机械能守恒定律，即物体的重力势能的减小量等于动能的增加量.利用打点计时器在纸带上记录下物体自由下落的高度h，计算出瞬时速度v，即可验证物体在自由下落过程中，重力势能的减小量ΔEp=mgh与物体动能的增加量ΔEk=

mv2相等.测定各点的瞬时速度的方法是，物体做匀变速直线运动在某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度.

（二）实验器材

铁架台（带铁夹）、电磁打点计时器、重锤（带纸带的夹子）、纸带、复写纸片、导线、刻度尺、低压交流电源.

（三）实验步骤

（1）按下图装置把打点计时器固定在支架上，并用导线将打点计时器接在4～6V的交流电源上.

（2）将大约0.5m长的纸带用小夹子固定在重锤上后穿过打点计时器，用手提着纸带，使重物静止在靠近打点计时器的地方.

（3）接通电源，松开纸带，让重物自由下落，计时器就在纸带上打下一系列的点.

（4）换上新的纸带，重做几次上面的实验.

（5）在取下的纸带中挑选第一、第二两点间距离接近2mm且点迹清楚的纸带进行测量.先记下第一点O的位置，再任意取几个连续点1、2、3、4、5，用刻度尺测出距O点的相应的下落高度h1、h2、h3……等.如图所示.

（6）用公式vn=

计算出各点对应的瞬时速度v1，v2，v3，…

（7）计算各点对应的重力势能减小量mghn和动能增加量

mvn2进行比较.

一、实验注意事项

1.安装打点计时器时要竖直架稳，使其两限位孔在同一竖直平面内，以减少重物带着纸带下落时所受到的阻碍作用.

2.实验时，应先接通电源，待打点计时器工作正常后再松开纸带让重物下落.

3.纸带的选取：

第一个点为计时起点，起点速度为零.即选择第一、二两点间距离接近2mm且点迹清晰的纸带进行测量.

4.不需要测出物体的质量，只需要验证vn2/2=ghn就行了.

典例剖析

例1在“验证机械能守恒定律”的实验中，需要特别注意的有（）

A.称出重锤的质量

B.手提纸带，先接通电源再松开纸带让重物落下

C.取下纸带，可不考虑前面较密集的点，选某个清晰的点作为起始运动点处理纸带，验证mgh=

mv2公式

D.必须选取第1、2点间距离接近2mm的纸带，从第1点起处理纸带，验证mgh=

mv2

二、误差的来源及分析

例2下列关于“验证机械能守恒定律”实验的实验误差的说法中，正确的是（）

A.重锤质量的称量不准会造成较大误差

B.重锤质量选用得大些，有利于减小误差

C.重锤质量选用得较小些，有利于减小误差

D.纸带下落和打点不能同步会造成较大误差

课堂训练

1.利用重锤下落验证机械能守恒定律的实验中，下面叙述正确的是（）

A.应该用天平称出物体的质量

B.应该选用点迹清晰，特别是第一点没有拉成长条的纸带

C.操作时应在接通电源的同时放开纸带

D.打点计时器应接在电压为4～6V的直流电源上

2.在验证机械能守恒定律实验中：

（1）研究对象是自由落体的重物，除下述器材：

铁架台、打点计时器、纸带、重物、

夹子外，还要用下列器材___________.

（2）做此实验时，有同学按以下步骤进行：

①固定好打点计时器，将连有重物的纸带穿过限位孔，用手提住，让手尽量靠近打

点计时器.

②松开纸带，接通电源，开始打点，并如此重复几次，取得几条打点纸带.

③取下纸带，挑选点迹清楚的纸带，记下起始点O点，在离O点较近处选择几个连续

记数点（或计时点）并计算出各点的速度值.

④测出各点距O点的距离，即为下落高度.

⑤用天平称出物体的质量.

⑥计算出mghn和

mv

，看是否相等.

在上述步骤中，多余的是________，有错误并给予更正：

a_____,

B____________,c__________,d____________.

（3）选择纸带的要求是①__________，②______________，③____________.

（4）实验中得到一条纸带，如图所示，当打点计时器打点c时，物体的动能表达式为

___________，物体势能减少的表达式为___________.若等式成立_______________，

则验证了机械能守恒定律.

3.在“验证机械能守恒定律”的实验中，质量为m的重锤从高处由静止开始下落，重锤上拖着的纸带经过打点计时器打出一系列的点，对纸带上点的痕迹进行测量，就可验证机械能守恒定律.

（1）在某次实验中得到的纸带如图所示，选取纸带上打出的连续的五个点A、B、C、D、E，测出A点距起点O的距离为s0，使用的交流电源的频率为f，则打点计时器打C点时重锤的速度为__________，打点计时器在打O点和C点的这段时间内重锤的重力势能的减少量为_____________.利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度，则加速度的表达式为a=

______________.

（2）在实验中发现，重锤减少的重力势能总是略大于重锤增加的动能，其原因主要是因为在重锤带着纸带下落的过程中存在着阻力的作用.若已知当地重力加速度的值为g，用第

（1）小题给出的已知量表示重锤在下落过程中所受到的平均阻力的大小F=____________.

4.在用重锤下落来验证机械能守恒时，某同学按照正确的操作选得纸带如图所示.其中O是起始点，A、B、C、D、E是打点计时器连续打下的5个点，

打点频率为50Hz.该同学用毫米刻度尺测量O到A、B、C、D、E各点的距离，并记录在图中（单位：

cm）

（1）这五个数据中不符合有效数字读数要求的是（填A、B、C、D或E）点读数________.

（2）该同学用重锤在OC段的运动来验证机械能守恒，OC距离用h来表示，他用vC=

计算与C点对应的重锤的瞬时速度，得到动能的增加量，这种做法（填“对”或“不对”）___________.

（3）若O点到某计数点的距离用h表示，重力加速度为g，该点对应重锤的瞬时速度为v，则实验中要验证的等式为________________.

（4）若重锤质量m=2.00×10-1kg，重力加速度g=9.80m/s2，由图中给出的数据，可得出从O点到打下D点，重锤重力势能的减少量为_______________J，而动能的增加量为____________J（均保留三位有效数字）.