《力学实验上》PPT课件.ppt

力学实验(上),力学实验（上）,一.误差二.有效数字三.互成角度的两个共点力的合成2005年全国卷22（1）四.测定匀变速直线运动的加速度例1例2五.验证牛顿第二运动定律例306全国重点中学(启东、黄冈)理综卷22六.研究平抛物体的运动06年苏锡常镇四市一模1106年南通市调研测试一112006年广东卷11例4七.碰撞中的动量守恒例52006年天津理综卷22(1)例6例7八、验证机械能守恒定律05年洪泽外国语中学11例8,一.误差,测量值与真实值的差异叫做误差。误差可分为系统误差和偶然误差两种。,系统误差的特点是在多次重复同一实验时，误差总是同样地偏大或偏小。,偶然误差总是有时偏大，有时偏小，并且偏大和偏小的机会相同。减小偶然误差的方法，可以多进行几次测量，求出几次测量的数值的平均值。这个平均值比某一次测得的数值更接近于真实值。,二.有效数字,带有一位不可靠数字的近似数字，叫做有效数字。,有效数字是指近似数字而言。,只能带有一位不可靠数字，不是位数越多越好。凡是用测量仪器直接测量的结果，读数一般要求在读出仪器最小刻度所在位的数值（可靠数字）后，再向下估读一位（不可靠数字），这里不受有效数字位数的限制。,间接测量的有效数字运算不作要求，运算结果一般可用23位有效数字表示。,三.互成角度的两个共点力的合成,原理是两只弹簧秤成角度拉橡皮条AB和一只弹簧秤拉橡皮条AB的效果相同，这个效果就是指橡皮条的形变量（大小和方向）相同。,在画力的图示时，必须有箭头、标度、刻度。,实验往往有一定的偶然误差，只要用平行四边形定则求得的合力F和一只弹簧秤的拉力F/的图示大小和方向在误差允许的范围内相同就可以了。,2005年全国卷22（1）,22（1）在“验证力的平行四边形定则”实验中，需要将橡皮条的一端固定在水平木板上，另一端系上两根细绳，细绳的一另一端都有绳套（如图）。实验中需用两个弹簧秤分别勾住绳套，并互成角度地拉像皮条。某同学认为在此过程中必须注意以下几项：A两根细绳必须等长B橡皮条应与两绳夹角的平分线在同一直线上。C在使用弹簧秤时要注意使弹簧秤与木板平面平行。其中正确的是。（填入相应的字母）,C,四.测定匀变速直线运动的加速度,纸带处理。从打点计时器重复打下的多条纸带中选点迹清楚的一条，舍掉开始比较密集的点迹，从便于测量的地方取一个开始点O，然后每5个点取一个计数点A、B、C、（或者说每隔4个点取一个记数点），这样做的好处是相邻记数点间的时间间隔是0.1s，便于计算。测出相邻计数点间的距离s1、s2、s3,利用s1、s2、s3可以计算相邻相等时间内的位移差s2-s1、s3-s2、s4-s3，如果它们在允许的误差范围内相等，则可以判定被测物体的运动是匀变速直线运动。,例1、,某同学在做“测定匀变速直线运动的加速度”实验时，从打下的若干纸带中选出了如图所示的一条（每两点间还有4个点没有画出来），图中上部的数字为相邻两个计数点间的距离。打点计时器的电源频率为50Hz。由这些已知数据计算：该匀变速直线运动的加速度a=_m/s2。与纸带上D点相对应的瞬时速度vD=_m/s。（答案均要求保留3位有效数字）,解：a=(S4+S5+S6)(S1+S2+S3)(3T)2=1.99m/s2,1.99,1.20,例2、,为了使用作图法测量匀变速运动的加速度，同样需要设计一个表格，你认为这个表格应如何设计？根据纸带所给的数据，完成所设的表格，并在给出的坐标纸中做出速度时间图像，并根据图像求出加速度。,28.1,31.9,36.3,260.5,300.0,341.0,221.0,382.0,24.0,上页,下页,a=v/t=0.40m/s2,题目,上页,五.验证牛顿第二运动定律,了解该实验的系统误差的来源。用砂和砂桶的总重量代替小车受到的拉力。由牛顿第二定律可知，由于砂桶也在做匀加速运动，因此砂和砂桶的总重量肯定大于小车受到的实际拉力。可以推导出结论：只有在小车的总质量M远大于砂和砂桶的总质量m时，才能使该系统误差足够小。没有考虑摩擦阻力的作用。应该用平衡摩擦力的方法来消除这个系统误差。,为研究a、F、m三者的关系,要利用“控制变量法”,分别研究a与F、a与m的关系。,用图象法验证aF、am-1（后者必须用a-m-1图象，不能用a-m图象）,一打点计时器固定在斜面上某处，一小车拖着穿过打点计时器的纸带从斜面上滑下，如右图所示。下图是打出的纸带的一段。已知打点计时器使用的交流电频率为50Hz，利用下图给出的数据可求出小车下滑的加速度a=_。为了求出小车在下滑过程中所受的阻力，还需要测量的物理量有_。用测得的量及加速度a表示阻力的计算式为f=_。,例3、,3.89m/s2,解：小车质量m；斜面上任意两点间距离l及这两点的高度差h。,mgh/l-ma,06全国重点中学(启东、黄冈)理综卷22,22.(16分)像打点计时器一样,光电计时器也是一种研究物体运动情况的常用计时仪器,其结构如左图所示,a、b分别是光电门的激光发射和接收装置,当有物体从a、b间通过时,光电计时器就可以显示物体的挡光时间。,现利用右图所示装置测量滑块和长1m左右的木块间的动摩擦因数，图中MN是水平桌面，Q是木板与桌面的接触点，1和2是固定在木板上适当位置的两个光电门，与之连接的两个光电计时器没有画出。此外在木板顶端的P点还悬挂着一个铅锤，让滑块从木板的顶端滑下，光电门1、2各自连接的计时器显示的挡光时间分别为5.010-2s和2.010-2s。,用游标卡尺测量小滑块的宽度d，卡尺数如图所示.,(1)读出滑块的宽度d=cm。,(4)用(3)中各量求解动摩擦因数的表达式,(2)滑块通过光电门1的速度v1=m/s，滑块通过光电门2的速度v2=m/s。,(3)若仅提供一把米尺，已知当地的重力加速度为g，为完成测量，除了研究v1、v2和两个光电门之间的距离L外，还需测量的物理量是;.(说明各量的物理意义，同时指明代表物理量的字母)。,(用字母表示)。,5.015,d/t1=1.0,d/t2=2.5,P点到桌面高度h；重锤在桌面上所指的点与Q点的距离a；斜面的长度b,六.研究平抛物体的运动,斜槽末端的切线必须水平。,用重锤线检验坐标纸上的竖直线是否竖直。,以斜槽末端所在的点为坐标原点。,如果是用白纸，则应以斜槽末端所在的点为坐标原点，在斜槽末端悬挂重锤线，先以重锤线方向确定y轴方向，再用直角三角板画出水平线作为x轴，建立直角坐标系。,每次小球应从斜槽上的同一位置由静止开始下滑。,由描迹法得到小球平抛的轨迹,从轨迹上任何一点的横纵坐标都可以计算出该平抛物体抛出时的初速度。,若用闪光照相来研究，所得到的照片上相邻小球间的时间间隔是相等的，利用这一结论和运动分解的知识，可以求小球平抛的初速度，也可以求小球在任何一个位置的瞬时速度,11.(8分）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，如图乙所示，如果取重力加速度g=10m/s2，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.,06年苏锡常镇四市一模11,解：边长5mm的小格相当于直径2cm,h=5小格=50.02m=0.1m,h=gT2,T=0.1S,f=10Hz,v0=x/T=0.1/0.1=1m/s,10,1,11（8分）在做“研究平抛物体的运动”的实验时，通过描点法画出小球平抛运动的轨迹，并求出平抛运动的初速度。实验装置如图甲所示。(1)实验时将固定有斜槽的木板放在实验桌上,实验前要检查木板是否水平,请简述你的检查方法.(2)关于这个实验，以下说法中正确的是()A小球释放的初始位置越高越好B每次小球要从同一高度由静止释放C实验前要用重垂线检查坐标纸上的竖线是否竖直D小球的平抛运动要靠近木板但不接触,06年南通市调研测试一11,将小球放在槽的末端（或木板上）看小球能否静止。（或用水平仪检查木板是否水平,）,BCD,（3）某同学在描绘平抛运动轨迹时,得到的部分轨迹曲线如图乙所示.在曲线上取A、B、C三个点,测量得到A、B、C三点间竖直距离h1=10.20cm,h2=20.20cm，A、B、C三点间水平距离x1=x2=12.40cm,g取10m/s2，则物体平抛运动的初速度大小为m/s,解：由匀加速运动规律h=gT2，,h=h2h1=10.00cm=0.1m,T=0.1s,v0=x/T=1.240m/s,1.240,2006年广东卷11,11（9分）某同学设计了一个研究平抛运动的实验。实验装置示意图如图5所示，A是一块平面木板，在其上等间隔地开凿出一组平行的插槽（图5中P0P0、P1P1）,槽间距离均为d。把覆盖复写纸的白纸铺贴在硬板B上。实验时依次将B板插入A板的各插槽中，每次让小球从斜轨的一同位置由静止释放。每打完一点后,把B板插入后一槽中并同时向纸面内侧平移距离d。实验得到小球在白纸上打下的若干痕迹点，如图6所示。,（1）实验前应对实验装置反复调节，直到。每次让小球从同一位置由静止释放，是为了。（2）每次将B板向内侧平移距离d，是为了。（3）在图6中绘出小球做平抛运动的轨迹。,斜轨末端水平,A板水平,插槽P0P0垂直于斜轨并在斜轨末端正下方.,使小球每次作平抛运动的初速度相同,使记录纸上每两点之间的水平距离等于小球在水平方向实际运动的距离,例4、,试根据平抛运动原理设计“测量弹射器弹丸出射速度”的实验方案。提供的实验器材为：弹射器(含弹丸，如图所示)、铁架台（带有夹具）、米尺.(1)画出实验示意图。(2)认真安装弹射器，弹射器必须。(3)实验中需要测量的量(并在示意图中用字母标出）为。(4)由于弹射器每次射出的弹丸初速不可能完全相等，在实验中应采用的方法是.(5)计算公式为。,解：（1）实验装置如图所示。,（2）弹射器必须保持水平,以保证弹丸初速度沿水平方向.,（3）应测出下降的高度y和水平射程x，如图所示。,（4）在不改变高度y的情况下，进行多次实验，测量水平射程x，得出水平射程x的平均值，以减小误差。,（5）,返回,七.碰撞中的动量守恒,每次入射小球都应该从斜槽轨道的同一位置开始自由下滑。,被碰小球的位置必须与入射小球等高，其中心与斜槽末端的水平距离恰好是小球半径的2倍。,由于v1、v1、v2均为水平方向,且两球的竖直下落高度相等,所以它们飞行时间相等,若以该时间为时间单位,那么小球的水平射程的数值就等于它们的水平速度.在右图中分别用OP、OM和ON表示.因此只需验证：m1OP=m1OM+m2(ON-2r）即可,必须以质量较大的小球作为入射小球（保证碰撞后两小球都向前运动）。,小球落地点的平均位置要用圆规来确定：用尽可能小的圆把所有落点都圈在里面，圆心就是落点的平均位置。,所用的仪器有：天平,刻度尺,游标卡尺(测小球直径),碰撞实验器,复写纸,白纸,重锤,两个直径相同质量不同的小球,圆规。,若被碰小球放在斜槽末端,而不用支柱,那么两小球将不再同时落地,但两个小球都将从斜槽末端开始做平抛运动,于是验证式就变为：m1OP=m1OM+m2ON，两个小球的直径也不需测量了(但必须相等)。,例5、,在“碰撞中的动量守恒”实验中，仪器按要求安装好后开始实验，第一次不放被碰小球，第二次把被碰小球直接静止放在斜槽末端的水平部分，在百纸上记录下重锤位置和各小球落点的平均位置依次为O、A、B、C，设入射小球和被碰小球的质量依次为m1、m2，则下列说法中正确的有（）A.第一、二次入射小球的落点依次是A、BB.第一、二次入射小球的落点依次是B、AC.第二次入射小球和被碰小球将同时落地D.m1AB=m2OC,解：最远的C点一定是被碰小球的落点，碰后入射小球的速度将减小，因此选B；由于被碰小球是放在斜槽末端的，因此被碰小球飞出后入射小球才可能从斜槽末端飞出，两小球不可能同时落地；由动量守恒得m1OB=m1OA+m2OC，选D。答案是BD。,BD,2006年天津理综卷22(1),22（16分）（1）用半径相同的两小球A、B的碰撞验证动量守恒定律。实验装置如图，斜槽与水平槽圆滑连接。实验时先不放B球，使A球从斜槽上某一固定点C由静止滚下，落到位于水平地面的记录纸上留下痕迹。再把B球静置于水平槽前端边缘处，让A球仍从C处由静止滚下，A球和B球碰撞后分别落在记录纸上留下各自的痕迹。记录纸上的O点是重垂线所指的位置，若测得各落点痕迹到O点的距离：OM=2.68cm，OP=8.62cm,ON=11.50cm，并知A、B两球的质量比为2:1，则未放B球时A球落地点是记录纸上的点,系统碰撞前总动量p与碰撞后总动量p的,百分误差=.（结果保留一位有效数字）。,P,2%,例6、,A、B两小物块在一水平长直气垫导轨上相碰，碰撞前小物块B静止，用频闪照相机相隔t的时间连续拍照4次，拍得如图所示的照片，不计两小物块的大小，不计两小物块碰撞过程所用的时间，则由此照片可判断()A、第一次拍照时物块A在55cm处,并且mAmB=13B、第一次拍照时物块A在10cm处,并且mAmB=13C、第一次拍照时物块A在55cm处,并且mAmB=15D、第一次拍照时物块A在10cm处,并且mAmB=15,B,例7、,如图所示，在实验室用两端带竖直挡板C、D的气垫导轨（可认为没有摩擦）和有固定挡板的质量都是M的滑块A、B，做验证“动量守恒定律”的实验，实验步骤如下：（1）滑块A、B紧贴在一起，在A上放质量为m的砝码，置于导轨上，用电动卡销卡住A、B，在与A、B的固定挡板间放入一弹簧，使弹簧处于水平方向上压缩状态。（2）按下电钮使电动卡销放开，同时起动两个记录两滑块运动时间的电子计时器，当A、B与挡板C、D碰撞的同时，电子记时器自动停止计时，记下A至C运动的时间t1，B至D运动的时间t2。（3）重复几次，取t1、t2的平均值。在调整气垫导轨时应注意。应测量的数据还有。只要满足关系式成立，即可验证动量守恒。,答、（3）,用水平仪测量使导轨水平；,A端至C端的长度L1，B端至D端的长度L2；,八、验证机械能守恒定律,本实验要求验证自由下落过程中机械能守恒，图示纸带的左端是用夹子夹重物的一端。,要多做几次实验，选点迹清楚，且第一、二两点间距离接近2mm的纸带进行测量。,用刻度尺量出从0点到1、2、3、4、5各点的距离h1、h2、h3、h4、h5,利用“匀变速直线运动中间时刻的即时速度等于该段位移内的平均速度”,算出2、3、4各点对应的即时速度v2、v3、v4,验证与2、3、4各点对应的重力势能减少量mgh和动能增加量1/2mv2是否相等.,由于摩擦和空气阻力的影响，本实验的系统误差总是使mgh1/2mv2,本实验不需要在打下的点中取计数点。也不需要测重物的质量。,05年洪泽外国语中学11.,11、（6分）在“验证机械能守恒定律”的实验中：某同学用图所示的装置进行实验，得到如图所示的纸带。测出点A、C间的距离为14.77cm，点C、E间的距离为16.33cm，已知当地重力加速度为9.8m/s2，重锤的质量为m=1.0kg，则重锤在下落过程中受到的平均阻力大小Ff=N。某同学上交的实验报告显示重锤的动能略大于重锤的势能，则出现这一问题的原因可能是（）A、重锤的质量测量错误B、该同学自编了实验数据C、交流电源的频率不等于50HzD、重锤下落时受到的阻力过大,0.05,BC,例8、,在用落体法验证机械能守恒定律时，某同学按照正确的操作选得纸带如右。其中O是起始点，A、B、C是打点计时器连续打下的3个点.该同学用毫米刻度尺测量O到A、B、C各点的距离,并记录在图中(单位cm)。这三个数据中不符合有效数字读数要求的是_,应记作_cm。该同学用重锤在OB段的运动来验证机械能守恒，已知当地的重力加速度g=9.80m/s2，他用AC段的平均速度作为跟B点对应的物体的即时速度，则该段重锤重力势能的减少量为_，而动能的增加量为_，(均保留3位有效数字，重锤质量用m表示).这样验证的系统误差总是使重力势能的减少量_动能的增加量，原因是。,OC,15.70,1.22m,1.20m,大于,v是实际速度，因为有摩擦生热，减少的重力势能一部分转化为内能；,另一位同学根据同一条纸带，同一组数据，也用重锤在OB段的运动来验证机械能守恒，不过他数了一下：从打点计时器打下的第一个点O数起，图中的B是打点计时器打下的第9个点。因此他用vB=gt计算跟B点对应的物体的即时速度，得到动能的增加量为，这样验证时的系统误差总是使重力势能的减少量动能的增加量,原因是。,1.23m,小于,v是按照自由落体计算的，对应的下落高度比实际测得的高度要大。,