高考物理二轮复习 专题12 力学实验课件.ppt

1 专题12力学实验 力学实验常用仪器 实验一研究匀变速直线运动 实验二探究弹力和弹簧伸长的关系 实验三验证力的平行四边形定则 实验四验证牛顿运动定律 实验五探究动能定理 实验六验证机械能守恒定律 2 力学实验常用仪器 1 刻度尺及其应用常用的是毫米刻度尺 分度值是1mm 读数时要估读一位 2 弹簧测力计及其应用 1 弹簧测力计是用来测量力的大小的仪器 也叫测力计 2 构造 主要由弹簧 带刻度的外壳 指针三个部分组成 3 原理 根据胡克定律F kx 由于弹力的大小与弹簧的形变量成正比 所以弹簧测力计的刻线是均匀的 4 注意事项 所测力不要超过弹簧测力计的量程 读数时眼睛要正视刻度 3 3 停表 1 构造 外壳按钮 使指针启动 停止和回零 表盘刻度 如图所示 长针是秒针 指示大圆周的刻度 其分度值一般是0 1s 秒针转一圈是30s 短针是分针 其常见分度值为0 5min 2 读数方法所测时间超过0 5min时 0 5min的整数部分由分针读出 不足0 5min的部分由秒针读出 总时间为两针示数之和 即t 短针读数 t1 长针读数 t2 如图所示 总时间为两指针示数之和1min 15 2s 75 2s 4 打点计时器打点计时器是利用交流电驱动振针振动 在纸带上留下点迹 根据打点频率和交流电频率相等 可以从点的数目上算出对应的时间 返回专题首页 力学实验常用仪器 4 实验一研究匀变速直线运动 5 2 速度 加速度的求解方法 逐差法 求加速度 即 然后取平均值 即 这样可使所给数据全部得到利用 以提高准确性 平均速度法 求速度 即 如图所示 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图像 直线的斜率即为加速度 2 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 细绳 钩码 刻度尺 导线 电源 复写纸片 实验一研究匀变速直线运动 6 3 实验步骤 1 仪器安装如图安装实验仪器 放手后 看小车能否在木板上平稳地加速滑行 2 测量与记录 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 实验一研究匀变速直线运动 7 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 从后边便于测量的点开始确定计数点 为了计算方便和减小误差 通常用连续打点五次的时间作为时间单位 即T 0 1s 如图所示 正确使用毫米刻度尺测量每相邻两计数点间的距离 并填入设计的表格中 利用某一段时间的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度求得各计数点的瞬时速度 增减所挂钩码数 再做两次实验 3 数据处理及实验结论 由实验数据作出v t图像 实验一研究匀变速直线运动 8 根据表格中的v t数据 在平面直角坐标系中仔细描点 作一条直线 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的v t图像 它是一条倾斜的直线 如图所示 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 a 小车运动的v t图像是一条倾斜的直线 当时间增加相同的值 t时 速度也会增加相同的值 v 由此得出结论 小车的速度随时间均匀变化 实验一研究匀变速直线运动 9 b 小车运动的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 显然v与t成 线性关系 小车的速度随时间均匀变化 4 注意事项 1 交流电源的电压及频率要符合要求 2 实验前要检查打点的稳定性和清晰程度 必要时要调节振针的高度和更换复写纸 3 开始释放小车时 应使小车靠近打点计时器 4 先接通电源 打点计时器工作后 再放开小车 当小车停止运动时及时断开电源 5 要区别打点计时器打出的点与人为选取的计数点 一般在纸带上每隔四个点取一个计数点 即 每5个点取一个计数点 时间间隔为T 0 02 5s 0 1s 实验一研究匀变速直线运动 10 6 小车另一端挂的钩码个数要适当 避免速度过大而使纸带上打的点太少 或者速度太小 使纸带上的点过于密集 7 选择一条理想的纸带 是指纸带上的点迹清晰 适当舍弃开头密集部分 适当选取计数点 弄清楚所选的时间间隔T 8 测距离时不要分段测量 读数时要注意有效数字的要求 计算a时要注意用逐差法 以减小误差 实验一研究匀变速直线运动 11 实验二探究弹力和弹簧伸长的关系 1 实验原理 1 如图所示 弹簧在下端悬挂钩码时会伸长 平衡时弹簧产生的弹力与所挂钩码的重力大小相等 2 图像法处理数据 用刻度尺测出弹簧在不同钩码拉力下的伸长量x 建立坐标系 以纵坐标表示弹力大小F 以横坐标表示弹簧的伸长量x 在坐标系中描出实验所测得的各组 x F 对应的点 用平滑的曲线连接起来 根据实验所得的图线 就可探知弹力大小与伸长量间的关系 12 2 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 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 3 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 3 注意事项 1 每次增减钩码测量有关长度时 均需保证弹簧及钩码不上下振动而处于静止状态 否则 弹簧弹力将可能与钩码重力不相等 实验二探究弹力和弹簧伸长的关系 13 2 弹簧下端增加钩码时 注意不要超过弹簧的弹性限度 3 测量有关长度时 应区别弹簧原长l0 实际总长l及伸长量x三者之间的不同 明确三者之间的关系 4 记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位 4 误差分析 1 本实验的误差来源之一是因弹簧拉力大小的不稳定造成的 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 可以提高实验的准确度 2 弹簧长度的测量是本实验的主要误差来源 所以 测量时尽量要精确 3 在F x图像上描点 作图不准确 实验二探究弹力和弹簧伸长的关系 14 实验三验证力的平行四边形定则 1 实验原理使一个力F 和两个力F1 F2都让同一条一端固定的橡皮条伸长到某点 即它们的作用效果相同 所以这个力F 就是这两个力F1和F2的合力 作出力F 的图示 再根据平行四边形定则作出力F1和F2的合力F的图示 比较F和F 的大小和方向在实验误差允许范围内是否都相同 2 实验步骤 1 用图钉把白纸钉在水平桌面上的方木板上 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 15 3 用两只弹簧测力计分别钩住细绳套 互成角度地拉橡皮条 使橡皮条与绳的结点伸长到某一位置O 如图所示 记录两弹簧测力计的读数 用铅笔描下O点的位置及此时两细绳套的方向 用刻度尺和三角板根据平行四边形定则求出合力F 4 只用一只弹簧测力计通过细绳套把橡皮条的结点拉到同样的位置O 记下弹簧测力计的读数F 和细绳套的方向 5 比较F 与用平行四边形定则求得的合力F 看它们在实验误差允许的范围内是否相等 6 改变两弹簧测力计拉力的大小和方向 再重做两次实验 3 注意事项 1 在同一次实验中 使橡皮条拉长时 结点O位置一定要相同 实验三验证力的平行四边形定则 16 2 用两只弹簧测力计钩住绳套互成角度地拉橡皮条时 夹角不宜太大也不宜太小 在60 100 之间为宜 3 读数时应注意使弹簧测力计与木板平行 并使细绳套与弹簧测力计的轴线在同一条直线上 避免弹簧测力计的外壳和弹簧测力计的限位孔之间有摩擦 读数时眼睛要正视弹簧测力计的刻度 在合力不超过量程及橡皮条弹性限度的前提下 拉力的数值尽量大些 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标一个点 去掉细绳套后 再将所标点与O点连接 即可确定力的方向 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 实验三验证力的平行四边形定则 17 4 误差分析 1 减小读数误差的方法 选择相同的弹簧测力计并调整好零刻度 弹簧测力计数据在允许的情况下 尽量大一些 读数时眼睛一定要正视 要正确读数和记录 2 减小作图误差的方法 作图时两力的对边一定平行 两个分力F1 F2间的夹角越大 用平行四边形作出的合力F的误差就越大 所以实验时不要把F1 F2间的夹角取得太大 实验三验证力的平行四边形定则 18 实验四验证牛顿运动定律 1 实验原理探究加速度a与力F及质量m的关系时 应用的基本方法是控制变量法 即先控制一个参量 小车的质量m不变 改变小车所受的力F 讨论加速度a与力F的关系 再控制力F不变 改变小车质量m 讨论加速度a与质量m的关系 2 实验步骤 1 用天平测量小盘的质量m0和小车的质量m 2 把一端附有定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远离滑轮的一端 连接好电路 如图所示 19 3 平衡摩擦力 小车的尾部挂上纸带 纸带穿过打点计时器的限位孔 将木板无滑轮的一端稍微垫高一些 使小车在不挂小盘和砝码的情况下 能沿木板做匀速直线运动 这样小车所受重力沿木板的分力与小车所受摩擦力平衡 在保证小盘和砝码的总质量远小于小车质量的条件下 可以近似认为小盘和砝码的总重力大小等于小车所受的合外力的大小 4 把小车停在靠近打点计时器处 挂上小盘和砝码 先接通电源 再让小车拖着纸带在木板上匀加速下滑 打出一条纸带 计算小盘和砝码的总重力 即为小车所受的合外力 由纸带计算出小车的加速度 并记录力和对应的加速度 实验四验证牛顿运动定律 20 5 改变小盘内砝码的个数 重复步骤 4 并多做几次 6 保持小盘内的砝码个数不变 在小车上放上砝码改变小车的质量 让小车在木板上滑动打出纸带 计算砝码和小车的总质量m 并由纸带计算出小车对应的加速度 7 改变小车上砝码的个数 重复步骤 6 多做几次 并记录对应的质量和加速度 3 注意事项 1 平衡摩擦力时使小车的重力沿着斜面方向的分力正好平衡小车受到的摩擦阻力 在平衡摩擦力时 不要把悬挂小盘的细绳系在小车上 即不要给小车加任何牵引力 并要让小车拖着纸带运动 平衡了摩擦力后 不管以后是改变小盘和砝码的总质量还是改变小车和砝码的总质量 都不需重新平衡摩擦力 实验四验证牛顿运动定律 21 2 每条纸带必须在满足小车的质量远大于小盘和砝码的总质量的条件下打出 只有如此 小盘和砝码的总重力才可视为与小车受到的拉力大小相等 3 改变拉力和小车质量后 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 4 作图像时 要使尽可能多的点落在所作直线上 不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线两侧 5 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 6 为提高测量精度 应舍掉纸带上开头比较密集的点 在后边便于测量的地方找一个起点 可以把每打五次点的时间作为时间单位 即从开始点起 每五个点标出一个计数点 而相邻计数点间的时间间隔为T 0 1s 实验四验证牛顿运动定律 22 4 误差分析摩擦力平衡不准确 质量测量不准确 计数点间距测量不准确 纸带和细绳不严格与木板平行 因实验原理不完善都会引起误差 实验四验证牛顿运动定律 23 实验五探究动能定理 1 实验原理探究做功与速度变化的关系 可通过改变力对物体做的功 测出力对物体做不同的功时物体的速度 为简化实验可将物体初速度设置为零 可用如图所示的装置进行实验 通过增加橡皮筋的条数使橡皮筋对小车做的功成倍增加 再通过打点计时器和纸带来测量每次实验小车的末速度v 通过作图确定速度变化与做功的关系 24 2 实验步骤 1 按上图所示将实验仪器安装好 同时注意平衡摩擦力 2 先用一条橡皮筋做实验 用打点计时器和纸带测出小车获得的速度v1 设此时橡皮筋对小车做的功为W1 将这一组数据记入表格 3 用两条橡皮筋做实验 实验中橡皮筋拉伸的长度与第一次相同 这时橡皮筋对小车做的功为W2 测出小车获得的速度v2 将数据记入表格 4 用三条 四条 橡皮筋做实验 用同样的方法测出功和速度 记入表格 5 分别用各次实验测得的v与W绘制W v W v2或W v3 图像 明确W与v的关系 实验五探究动能定理 25 3 注意事项 1 平衡摩擦力很关键 将木板一端垫高 使小车重力沿斜面向下的分力与摩擦阻力平衡 方法是轻推小车 由打点计时器打在纸带上的点的均匀程度判断小车是否做匀速运动 找到木板一个合适的倾角 2 测小车速度时 应选纸带上点距均匀的部分 也就是选小车做匀速运动时打在纸带上的点 3 橡皮筋应选规格一样的 力对小车做的功以一条橡条筋做的功为单位即可 不必计算出具体数值 4 误差分析 1 误差的主要来源是橡皮筋的长度 粗细不一 使橡皮筋的拉力做功W与橡皮筋的条数不成正比 实验五探究动能定理 26 2 没有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力时倾角过大 3 利用打点的纸带计算小车的速度时 测量不准确 返回专题首页 实验五探究动能定理 27 实验六验证机械能守恒定律 1 实验原理如图所示 质量为m的物体从O点自由下落 以地面作为参考平面 选取下落过程中任意两点A和B 如果忽略空气阻力 物体下落过程中的机械能守恒 有 EA EB 即 上式亦可写成 等式说明 物体重力势能的减少量等于动能的增加量 为方便测量 可以直接从开始下落的O点至任意一点 如图中A点 来进行研究 这时应有mv mgh 即为本实验要验证的表达式 式中h是物体从O点下落至A点的高度 28 2 实验步骤 1 安装置 按图将检查 调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上 接好电路 2 打纸带 将纸带的一端用夹子固定在重物上 另一端穿过打点计时器的限位孔用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方 先接通电源 后松开纸带 让重物带着纸带自由下落 更换纸带重复做3 5次实验 实验六验证机械能守恒定律 29 实验六验证机械能守恒定律 30 实验六验证机械能守恒定律 31 4 误差分析 1 本实验中因重物和纸带在下落过程中要克服各种阻力 如空气阻力 打点计时器阻力 做功 故动能的增加量 Ek稍小于重力势能的减少量 Ep 即 Ek Ep 这属于系统误差 改进的办法是调整器材的安装 尽可能地减小阻力 2 本实验的另一个误差来源于长度的测量 属偶然误差 减小误差的办法是测下落距离时都从0点量起 一次将各打点对应的下落高度测量完 且多次测量取平均值来减小误差 实验六验证机械能守恒定律