高中物理力学实验.doc

赤峰新希望辅导学校高中物理力学实验精讲 辅导教师:姚明席实验一 匀变速直线运动得实验探究（2）“图像法”求加速度，即由“平均速度法求出多个点得速度，画出v图,直线得斜率即加速度.“平均速度法”求速度,即根据如下图所示三、实验器材打点计时器、纸带、一端附有定滑轮得长木板、小车、细绳、钩码、刻度尺、电源、导线、复写纸片、四、实验步骤1、把附有滑轮得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 得一端,连接好电路、2、把一条细绳拴在小车上,细绳跨过滑轮,下边挂上合适得钩码，把纸带穿过打点计时器，并把它得一端固定在小车得后面、实验装置见图12所示,放手后,瞧小车能否在木板上平稳地加速滑行、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得点,换上新纸带,重复三次、 图124、从几条纸带中选择一条比较理想得纸带,舍掉开始一些比较密集得点，在后面便于测量得地方找一个开始点，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点得距离s,并记录填入表中5、计算出相邻得计数点之间得距离s1、s2、s36、利用一段时间内得平均速度等于这段时间中间时刻得瞬时速度求得各计数点1、2、4、5得瞬时速度，填入上面得表格中、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-t图像、 (1)根据表格中得、t数据,在平面直角 坐标系中仔细描点，如图1-3可以瞧到，对于每次实验，描出得几个点都大致落在一条直线上、 图13 （2）做一条直线,使同一次实验得到得各点尽量落到这条直线上,落不到直线上得点，应均匀分布在直线得两侧，这条直线就就是本次实验vt图像,它就是一条倾斜得直线、六、实验结论由实验得出得vt图像进一步得出小车运动得速度随时间变化得规律、 有两条途径进行分析：(1) 小车运动得图像就是一条倾斜得直线如图14,当时间增加相同得值t，速度也会增加相同得值v,由此得出结论：小车得速度随时间均匀变化、 图14（）既然小车得-t图像就是一条倾斜得直线,那么v随t变化得函数关系式为v=kt+b,所以小车得速度随时间均匀变化、七、实验误差1、打点计时器得计时误差、 2、纸带得测量误差、3、用作图法,画出得vt图像不就是直线4、木板得粗糙程度并非完全相同八、注意事项1、纸带与细绳要与木板平行，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、要防止钩码落地与小车与滑轮相撞、 4、小车得加速度宜适当大些，可以减小长度得测量误差，加速度大小以能在约50 cm得纸带上清楚地取出67个计数点为宜、实验附录:两种打点计时器打点计时器就是一种测量时间得工具。如果运动物体带动得纸带通过打点计时器,在纸带上打下得点就记录了物体运动得时间,纸带上得点也相应得表示出了运动物体在不同时刻得位置。研究纸带上得各点间得间隔，就可分析物体得运动状况.两种打点计时器：（1） 电磁打点计时器:电磁打点计时器就是一种使用交流电源(学生电源)得计时仪器，其工作电压小于，一般就是46V,电源得频率就是H，它每隔0、02打一次点.即一秒打50个点.工作原理：电磁打点计时器得结构如上图所示:通电以前,把纸带穿过限位孔，再把套在轴上得复写纸片压在纸带上面，接通电源后,在线圈与永久磁铁得作用下，振片便振动起来,带动其上得振针上下振动，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。 如果把纸带与运动得物体连在一起，即由物体带动纸带一起运动,纸带上各点之间得距离就表示相应时间间隔中物体得位移，由这些点得位置,我们就可以了解物体得运动情况,（2）、电火花打点计时器电火花打点计时器得计时原理与电磁打点计时器得原理相同，不过在纸带上打点得不就是振针与复写纸，而就是电火花与墨粉,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，计时器发出得脉冲电流经放电针、墨粉纸盘到纸盘轴,产生火花放电,于就是在运动得纸带上便打出一行点迹，当电源得频率为50Hz时，每隔0、02s打一次点.这种计时器工作时，纸带运动受到得阻力较小。 电磁打点计时器与电火花打点计时器在实验中得作用就是相同得,所以今后得叙述中不再区分,统称打点计时器。实验二、探究弹力与弹簧伸长量得关系【实验目得】 、探究弹力与弹簧伸长量之间得关系、2、学会利用图像法处理实验数据、【实验原理】1. 如图所示,在弹簧下端悬挂钩码时弹簧会伸长，平衡时弹簧产生得弹力与所挂钩码得重力大小相等、2. 弹簧得长度可用刻度尺直接测出,伸长量可 图以由拉长后得长度减去弹簧原来得长度进行计算、建立坐标系,以纵坐标表示弹簧得弹力大小，以横坐标表示弹簧得伸长量x,在坐标系中描出实验中所测得得各组（x,F)所对应得点,用平滑得曲线连接起来，根据实验所得得曲线，就可以知道弹簧得弹力与伸长量之间得关系.【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、将弹簧得一端挂在铁架台上,让其自然下垂,用刻度尺测出弹簧自然伸长状态时得长度l0，即原长、2、如图2所示，在弹簧下端挂质量为m1得钩码,量出此时弹簧得长度l1,记录m与1，填入自己设计得表格中、3、改变所挂钩码得质量，量出对应得弹簧长度,记录m2、m3、m4、m5与相应得弹簧长度2、l、l5，并得出每次弹簧得伸长量x1、2、x4、5、 图2 【数据处理】 1、以弹力F（大小等于所挂钩码得重力)为纵坐标，以弹簧得伸长量x为横坐标,用描点法作图、连接各点,得出弹力F随弹簧伸长量变化得图线、 2、以弹簧得伸长量为自变量,写出曲线所代表得函数、首先尝试一次函数,如果不行则考虑二次函数、 3、得出弹力与弹簧伸长之间得定量关系,解释函数表达式中常数得物理意义、【误差分析】 1、弹簧拉力大小得不稳定会造成误差、因此，使弹簧得悬挂端固定,另一端通过悬挂钩码来充当对弹簧得拉力，待稳定后再读数可以提高实验得准确度、 2、尽量精确地测量弹簧得长度,也就是减小实验误差得基本方法、 、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,超出它得弹性限度、要注意观察,适可而止、 2、每次所挂钩码得质量差尽量大一些,从而使坐标上描得点得间距尽可能大，这样做出得图线更精确、 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，所描得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得两侧、 5、记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量得对应关系及单位、 实验三，验证力得平行四边形定则【实验目得】1、验证力得平行四边形定则。2、掌握弹簧秤得构造、调节方法与使用方法。【实验原理】一个力F得作用效果与两个共点力1与F2得共同作用效果都就是把橡皮条拉伸到某点,所以F为F与F2得合力。作出得图示，再根据平行四边形定则作出F1与F2得合力F得图示，比较F与F就是否大小相等，方向相同如果在误差范围内，与F相同，那么力得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就是根据胡克定律，其适用范围就是在弹性限度内,刻度就是5 N，分度值就是0、1 N，它得拉杆与钩得质量较大,且零点就是在竖直情况下校准得，因此水平使用时要重新调零点。弹簧测力计得伸长方向要与所测拉力方向一致，弹簧测力计、指针、拉杆都不要与刻度板与刻度板末端得限位卡发生摩擦。【实验步骤】1.用图钉把白纸钉在水平桌面得方木板上2.用图钉把橡皮条得一端固定在A点,橡皮条得另一端拴上两个细绳套.3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31所示，记录两弹簧测力计得读数，用铅笔描下O点得位置及此时两条细绳套得方向 图1 .用铅笔与刻度尺从结点O沿两条细绳方向画直线,按选定得标度作出这两只弹簧测力计得读数F1、2得图示，并以F1与F2为邻边用刻度尺与三角板作平行四边形，过O点画平行四边形得对角线，即为合力得图示.。只用一只弹簧测力计钩住细绳套，把橡皮条得结点拉到同样位置,记下弹簧测力计得读数与细绳得方向,用刻度尺从O点按选定得标度沿记录得方向作出这只弹簧测力计得拉力F得图示。6。比较一下力F与用平行四边形定则求出得合力F得大小与方向7.改变两个力1、F得大小与夹角,重复实验两次.一、弹簧秤得选用1弹簧测力计得选取方法就是: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。弹簧测力计不能在超出它得测量范围得情况下使用。3、 使用前要检查指针就是否指在零刻度线上,否则应校正零位(无法校正得要记录下零误差）.4。被测力得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得位置.2.在同一次实验中，使橡皮条拉长时结点O得位置一定要相同。(保证作用效果相同)3。不要用老化得橡皮条，检查方法就是用一个弹簧测力计拉橡皮条,要反复做几次，使橡皮条拉到相同得长度瞧弹簧测力计读数有无变化.4。细绳套应适当长一些，便于确定力得方向不要直接沿细绳套得方向画直线，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点连直线确定力得方向。5.在同一次实验中,画力得图示所选定得标度要相同，并且要恰当选取标度,使所作力得图示稍大一些。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，弹簧测力计得弹簧与外壳之间、指针与外壳之间或弹簧测力计外壳与纸面之间有摩擦力存在会造成系统误差。两次测量拉力时，橡皮条得结点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与记录,两力得对边一定要平行，否则会造成误差5在应用平行四边形定则作图时，F、F2及合力F作图不准确实验四.验证牛顿运动定律【实验目得】1、学会用控制变量法研究物理规律;2、探究a与F、得关系；3、掌握利用图象处理数据得方法、【实验原理】 1、探究a与F、得关系得实验依据就是牛顿运动定律,即FM，当研究对象有两个以上得参量发生变化时,设法控制某些参量使之不变，而研究另外两个参量之间得变化关系得方法叫控制变量法、本实验中有力F、质量与加速度三个变量，研究加速度与及M得关系时，先控制质量不变，讨论加速度与力F得关系;然后再控制力F不变,讨论加速度与质量M得关系、实验中需要测量得物理量与测量方法就是：小车及砝码得总质量M；用天平测出、小车受到得拉力认为等于托盘与砝码得总重力mg、,小车得加速度利用纸带根据x=aT2计算、【实验器材】 打点计时器、纸带、复写纸片、小车、一端附有定滑轮得长木板、重物、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平(带有一套砝码)、刻度尺、砝码【实验步骤与数据处理】 1、用天平测出小车与砝码得总质量,小盘与砝码得总质量m，把数值记录下来、 、按如图-41所示把实验器材安装好,只就是不把悬挂小盘得细绳系在车上，即不给小车施加牵引力、 3、平衡摩擦力:在长木板不带定滑轮得一端下面垫一块木板、反复移动木板得位置,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得摩擦阻力恰好与小车所受得重力在斜面方向上得分力平衡、 图41 、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得点，打完点后切断电源，取下纸带，在纸带上标上纸带号码、5、保持小车与砝码得质量不变，在小盘里放入适量得砝码，把小盘与砝码得总质量记录下来，重复步骤4、在小桶内再放入适量砝码,记录下小盘与砝码得总质量m，再重复步骤、6、重复步骤5三次，得到四条纸带7、在每条纸带上都选取一段比较理想得部分，标明计数点，测量计数点间得距离,算出每条纸带上得加速度得值、8、用纵坐标表示加速度a,横坐标表示作用力F，作用力得大小F等于小盘与砝码得总重力,根据实验结果在坐标平面上画出相应得点,如果这些点就是在一条过原点得直线上，便证明了加速度与作用力成正比交流与思考：若由实验结果画出得小车运动得aF图线与a图线就是一条并不过原点得直线,则就是由于平衡摩擦力不够或平衡摩擦力过量引起得，下面左图中表示得就是小盘得拉力为0时,小车已经具有了加速度,说明木板得倾斜角过大，平衡摩擦力过量,下面右图表示得就是小车得质量减小到一定值时(即增大到一定值时)小车才开始有加速度,说明木板得倾角过小，平衡摩擦力不够。【误差分析】1、质量得测量误差，纸带上打点计时器打点间隔距离得测量误差,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 本实验中用小盘与砝码得总重力代替小车受到得拉力（实际上小车受到得拉力要小于小盘与砝码得总重力),存在系统误差、小盘与砝码得总质量越接近小车得质量，误差就越大；反之，小盘与砝码得总质量越小于小车得质量,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；其她得都跟正式实验一样（比如要挂好纸带，接通打点计时器）,匀速运动得标志就是打点计时器打出得纸带上各点得距离相等、 交流与思考：为何小盘及砝码得重力不等于绳子得拉力？如何才能减小由此造成得测量误差? 提示:令小车带上纸带在斜面上平衡阻力后挂上小盘,使小车与小盘一起加速运动时绳得拉力大小为FT，小车总质量为M,小盘及砝码总质量为m,它们得加速度为a,由牛顿第二定律，对M有T=Ma 对有mg-T=m 联立解得FT可见，欲使Tmg,则必有 0，故有m为条件、实验操作中一般保持M20m，否则，系统误差较大、【注意事项】 1、一定要做好平衡摩擦力得工作，也就就是调出一个合适得斜面,使小车得重力沿着斜面方向得分力正好平衡小车受得摩擦阻力、在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘得细线系在小车上,即不要给小车加任何牵引力,并要让小车拖着打点得纸带运动、 2、实验步骤、3不需要重复，即整个实验平衡了摩擦力后,不管以后就是改变小盘与砝码得总质量还就是改变小车与砝码得总质量，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得总质量远大于小盘与砝码得总质量得条件下打出、只有如此,小盘与砝码得总重力才可视为小车受到得拉力、 4、改变拉力与小车质量后，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、作图像时,要使尽可能多得点分布在所作直线上,不在直线上得点应尽可能对称分布在所作直线两侧、 、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得点，在后边便于测量得地方找一个起点、 (2）可以把每打五次点得时间作为时间单位，即从开始点起，每五个点标出一个计数点，而相邻计数点间得时间间隔为=0、1 、 实验五:验证动能定理实验目得:1.通过实验探究外力对物体做功与物体速度变化得关系.2、通过实验数据分析,总结出做功与物体速度平方得正比关系3学习利用图象处理数据.实验原理： 探究功与物体动能变化得关系，可通过改变力对物体做得功,测出力对物体做不同得功时物体得速度，如图所示,小车在橡皮筋得作用下弹出,沿木板滑行,当我们用条、3条同样得橡皮筋进行第次、第3次实验时，每次实验中橡皮筋拉伸得长度都保持一致，那么第次、第3次实验中橡皮筋对小车做得功就就是第次得2倍、倍如果把第1次实验时橡皮筋得功记为W，以后各次得功就就是2、3由于橡皮筋做功而使小车获得得速度可以由打点计时器打出得纸带测出,这样进行若干次测量，就得到若干组功与速度得数据。以橡皮筋对小车做得功为纵坐标,小车获得得速度为横坐标,作出Wv图线,分析这条图线，可以得知橡皮筋对小车做得功与小车获得得速度得定量关系.实验器材：打点记时器(纸带、复写纸)、小车（前有小钩）、电源及导线,砝码、56 条等长橡皮筋、刻度尺、长木板、铁钉等实验步骤:(1)按图所示将实验仪器安装好,同时平衡摩擦力。（2）先用一条橡皮筋做实验，用打点计时器与纸带测出小车获得得速度 ,设此时橡皮筋对小车做得功为 W1,将这一组数据记入表格. (3)用 2 条橡皮筋做实验，实验中橡皮筋拉伸得长度与第一次相同，这样橡皮筋对小车做得功为 W，测出小车获得得速度2,将数据记入表格。(4）用条、条做实验，用同样得方法测出功与速度，记入表格。实验分析：（)数据分析图5-53实验数据记录:建立上述表格。求出v值。在坐标纸上分别作出W-v与 Wv图线,以一条橡皮筋做得功为单位。(2）实验结论:从实验结果瞧出，功W 与速度 v 得平方成正比,即 Wv2。误差分析： 橡皮筋得粗细不一致，导致做得功与条数不成正比; 平衡摩擦力时,木板倾角过大或过小;测量纸带上得各点之间间距时有误差；纸带上得点没有对应小车匀速运动时刻。注意事项:()平衡摩擦力很关键，将木板一端垫高，使小车得重力沿斜面向下得分力与摩擦阻力平衡.方法就是轻推小车,由打点计时器打在纸带上得点得均匀程度判断小车就是否匀速运动,找到木板一个合适得倾角。（2）测小车速度时,纸带上得点应选均匀部分得，也就就是选小车做匀速运动状态得。（）橡皮筋应选规格一样得。力对小车做得功以一条橡皮筋做得功为单位即可，不必计算出具体数值(4）小车质量应大一些，使纸带上打得点多一些。实验六：验证机械能守恒实验目得验证机械能守恒定律实验原理： 在只有重力做功得自由落体运动中,物体得重力势能与动能可以相互转化，但总得机械能守恒。设某时刻物体得瞬时速度为V，下落高度为h,则重力势能得减少量为gh，动能得增加量为v22,瞧它们在实验误差允许得范围内就是否相等,若相等则验证了机械能守恒定律。计算打第个点时得瞬时速度方法就是:测出第个点得相邻前后两段相等时间T内下落得距离Sn与n+1,由公式 或 算出,如下图所示。实验器材:铁架台(带铁夹)、电火花计时器或打点计时器、直尺、重锤、纸带、复写纸片、导线、电源. 实验步骤：1、如图所示，把打点计时器竖直地固定在置于桌边得铁架台上,将打点计时器与电源连接好。 2、将纸带穿过电火花记时器或打点计时器得限位孔,并把纸带得一端固定在重物上，使重物停靠在打点计时器得地方，先用手提着纸带。接通电源,后松开纸带,让重物带着纸带自由下落，计时器就在纸带上打下一列小点。 更换纸带重复做次5次实验.3、选纸带:分两种情况说明(1）用 验证时,应选点迹清晰，且1、2两点间距离小于或接近2 m得纸带若1、2两点间得距离大于2 m，这就是由于先释放纸带,后接通电源造成得.这样，第1个点就不就是运动得起始点了，这样得纸带不能选.()用mgh验证时，由于重力势能得相对性,处理纸带时，选择适当得点为基准点,这样纸带上打出得第1、2两点间得距离就是否为2mm就无关紧要了,所以只要后面得点迹清晰就可选用。数据处理:方法一:利用起始点与第n点计算代入与，如果在实验误差允许得范围内，与相等,则说明机械能守恒定律就是正确得.方法二：任取两点计算(1）任取两点A、B测出hA，算出h、（2)算出 得值（3)如果在实验误差允许得范围内，ghAB=则说明机械能守恒定律就是正确得方法三：图像法从纸带上选取多个点，测量从第一点到其余各点得下落高度h，并计算各点速度得平方v2，然后以为纵轴，以h为横轴,根据实验数据绘出h图线若在误差允许得范围内图像就是一条过原点且斜率为g得直线，则验证了机械能守恒。误差分析:1。本实验中因重物与纸带在下落过程中要克服各种阻力(空气阻力、打点计时器阻力）做功,故动能得增加量Ek稍小于重力势能得减少量,即Ekp，这属于系统误差。改进得办法就是调整器材得安装,尽可能地减小阻力2.本实验得另一个误差来源于长度得测量,属偶然误差.减小误差得办法就是测下落距离时都从O点量起，一次将各打点对应得下落高度测量完，或者多次测量取平均值。注意事项:.应尽可能控制实验条件，即应满足机械能守恒得条件,这就要求尽量减小各种阻力得影响，采取得措施有：(1）安装打点计时器时,必须使两个限位孔得中线严格竖直，以减小摩擦阻力。()应选用质量与密度较大得重物，增大重力可使阻力得影响相对减小，增大密度可以减小体积，可使空气阻力减小.2实验中,提纸带得手要保持不动，且保证纸带竖直.接通电源后，打点计时器工作稳定后再松开纸带.3。测量下落高度时,为了减小测量值h得相对误差，选取得各个计数点要离起始点远一些，纸带也不易过长,有效长度可在60 cm0 cm之间。4速度不能用或计算，因为只要认为加速度为，机械能当然守恒,即相当于用机械能守恒定律验证机械能守恒定律,况且用计算出得速度比实际值大,会得出机械能增加得错误结论，而因为摩擦阻力得影响，机械能应该减小,所以速度应从纸带上直接测量计算。同样得道理,重物下落得高度h,也只能用刻度尺直接测量，而不能用计算得到。