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第十二章力學實驗 力學實驗常用儀器 1 刻度尺及其應用常用毫米刻度尺 分度值1mm 讀數(shù)要估讀一位2 彈簧測力計及其應用 1 用來測量力的大小的儀器 2 構造 彈簧 帶刻度的外殼 指針 3 原理 根據(jù)胡克定律F kx 彈力大小與彈簧形變量成正比 4 注意事項 所測力不要超過量程 讀數(shù)時眼睛要正視刻度3 停表 1 構造 外殼按鈕 使指針啟動 停止和回零 表盤刻度 長針是秒針 分度值0 1s 一圈30s 短針是分針 分度值0 5min 2 讀數(shù)方法超過0 5min 0 5min整數(shù)部分由分針讀出 不足0 5min由秒針讀出 總時間為兩指針示數(shù)之和 4 打點計時器 1 打點計時器分為兩種 電磁打點計時器和電火花計時器 電磁打點計時器利用電流的磁效應使振針振動 利用復寫紙在紙帶上留下點跡6V以下交流電源 打點頻率與交流電頻率相同 從點的數(shù)目算出對應時間 電火花計時器工作原理和電磁打點計時器相同 紙帶上打點的是電火花和墨粉 2 打點計時器使用過程中的常見現(xiàn)象和調(diào)節(jié)方法 實驗一研究勻變速直線運動 5 注意事項 1 開始釋放小車時 應使小車靠近打點計時器 2 先接通電源 后放開小車 小車停止運動及時斷開電源 3 區(qū)別打點計時器打出的點與人為選取計數(shù)點 4 測距離時不要分段測量 讀數(shù)時要注意有效數(shù)字的要求 二 應用光電門測瞬時速度研究勻變速直線運動 1 光電門是一種常用計時儀器 其結構如圖所示 a b分別是光電門的激光發(fā)射和接收裝置 當有物體 帶擋光片 從a b間通過時 光電計時器就可以精確地顯示物體的擋光時間 光電門測量物體瞬時速度的基本原理是 極短時間內(nèi)的平均速度大小可以近似認為是該時刻的瞬時速度大小 2 測得瞬時速度后 可以應用圖像法描繪出物體運動的v t圖像 進而研究其運動性質(zhì) 實驗二探究彈力和彈簧伸長的關系 1 實驗原理彈簧下端懸掛鉤碼伸長 平衡時彈簧產(chǎn)生彈力與所掛鉤碼重力大小相等2 實驗步驟 1 彈簧一端掛在鐵架臺上 自然下垂 刻度尺測出彈簧自然伸長狀態(tài)時長度l0 2 彈簧下端掛質(zhì)量m1的鉤碼 量出彈簧長度l1 記錄m1和l1 填入表格中 3 改變鉤碼質(zhì)量 量出對應的彈簧長度 記錄m2 m3 m4 m5和相應的彈簧長度l2 l3 l4 l5 得出每次彈簧的伸長量x1 x2 x3 x4 x53 注意事項 2 彈簧下端增加鉤碼時 注意不要超過彈簧的彈性限度 3 應區(qū)別彈簧原長l0 實際總長l及伸長量x三者不同 明確三者關系4 誤差分析 1 彈簧拉力大小不穩(wěn)定 使彈簧懸掛端固定 另一端懸掛鉤碼充當拉力 2 彈簧長度的測量是本實驗的主要誤差來源5 數(shù)據(jù)處理方法圖像法處理數(shù)據(jù) 縱坐標表示彈力大小F 橫坐標表示彈簧的伸長量x在坐標系中描出實驗所測各組 x F 對應點 用平滑曲線連接起來 實驗三驗證力的平行四邊形定則 1 實驗原理一個力F 和兩個力F1 F2都讓同一條一端固定的橡皮條伸長到某點 F 是這F1和F2的合力 作力F 的圖示 作力F1和F2的合力F的圖示 比較F和F 的大小和方向在實驗誤差允許范圍內(nèi)是否相同2 實驗步驟 1 用圖釘把白紙釘在水平桌面上的方木板上 2 用圖釘把橡皮條的一端固定在A點 另一端拴上兩個細繩套 3 用兩彈簧測力計分別鉤住細繩套 互成角度拉橡皮條 使橡皮條與繩的結點伸長到某一位置O 記錄兩彈簧測力計讀數(shù) 用鉛筆描下O點位置及兩細繩套方向 用刻度尺和三角板根據(jù)平行四邊形定則求出合力F 4 用一只彈簧測力計通過細繩套把橡皮條結點拉到同樣位置O 記下讀數(shù)F 和細繩套方向 5 比較F 與合力F 看它們在實驗誤差允許的范圍內(nèi)是否相等 6 改變兩彈簧測力計拉力的大小和方向 再重做兩次實驗 3 注意事項同一次實驗中 橡皮條拉長 結點O位置一定相同兩只彈簧測力計鉤住繩套互成角度拉橡皮條 夾角在60 100 為宜讀數(shù)應注意彈簧測力計與木板平行 使細繩套與彈簧測力計軸線在同一直線上 避免彈簧測力計外殼和彈簧測力計限位孔有摩擦 讀數(shù)時眼睛要正視彈簧測力計刻度 合力不超過量程及橡皮條彈性限度前提下 拉力數(shù)值盡量大細繩套應適當長一些 便于確定力的方向 不要直接沿細繩套方向畫直線 應在細繩套末端用鉛筆標點 去掉細繩套 所標點與O點連接 確定力的方向同一次實驗中 畫力的圖示所選定的標度要相同 要恰當選取標度 使所作力的圖示稍大一些 實驗四驗證牛頓運動定律 1 實驗原理探究加速度a與力F及質(zhì)量m的關系時 基本方法是控制變量法先控制一個參量 小車的質(zhì)量m不變 改變小車所受的力F 討論加速度a與力F的關系 再控制力F不變 改變小車質(zhì)量m 討論加速度a與質(zhì)量m的關系 2 實驗步驟 1 用天平測量小盤的質(zhì)量m0和小車的質(zhì)量m 2 把一端附有定滑輪的長木板放在實驗桌上 并使滑輪伸出桌面 把打點計時器固定在長木板上遠離滑輪的一端 連接好電路 3 平衡摩擦力 小車尾部掛上紙帶 紙帶穿過打點計時器限位孔 將木板無滑輪端稍墊高 使小車在不掛小盤和砝碼情況下 沿木板做勻速直線運動 小盤和砝碼的總質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量 4 小車停在靠近打點計時器處 掛上小盤和砝碼 接通電源 讓小車拖著紙帶在木板上勻加速下滑 打出一條紙帶 計算小盤和砝碼的總重力 由紙帶計算小車加速度 記錄合外力和對應加速度 5 改變小盤內(nèi)砝碼的個數(shù) 重復步驟 4 并多做幾次 6 保持小盤內(nèi)砝碼個數(shù)不變 在小車上放上砝碼改變小車質(zhì)量 讓小車在木板上滑動打出紙帶 計算砝碼和小車的總質(zhì)量m 由紙帶計算出小車對應的加速度 7 改變小車上砝碼個數(shù) 重復步驟 6 多做幾次 記錄對應的質(zhì)量和加速度3 注意事項 1 改變拉力和小車質(zhì)量后 每次開始時小車應盡量靠近打點計時器 應先接通電源 再放開小車 應在小車到達滑輪前按住小車 2 每條紙帶必須在滿足小車的質(zhì)量遠大于小盤和砝碼的總質(zhì)量的條件下打出 只有如此 小盤和砝碼的總重力才可視為與小車受到的拉力大小相等 3 作圖時兩軸標度比例要選擇適當 作圖像時 要使盡可能多的點落在所作直線上 不在直線上的點應盡可能對稱分布在所作直線兩側 實驗五探究動能定理 1 實驗原理探究做功與速度變化關系 改變力對物體做功 測出力對物體做不同功時物體速度 增加橡皮筋條數(shù)使橡皮筋對小車做功成倍增加 打點計時器和紙帶測量每次實驗小車末速度v 作圖確定速度變化與做功關系2 實驗步驟 1 按上圖所示將實驗儀器安裝好 同時注意平衡摩擦力 2 先用一條橡皮筋做實驗 用打點計時器和紙帶測出小車獲得的速度v1 設此時橡皮筋對小車做的功為W1 將這一組數(shù)據(jù)記入表格 3 用兩條橡皮筋做實驗 實驗中橡皮筋拉伸的長度與第一次相同 這時橡皮筋對小車做的功為W2 測出小車獲得的速度v2 將數(shù)據(jù)記入表格 4 三條 四條 橡皮筋做實驗 用同樣的方法測出功和速度 記入表格 5 用各次實驗測的v與W繪制W v W v2或W v3 圖像 明確W與v關系 3 注意事項 1 平衡摩擦力很關鍵 將木板一端墊高 使小車重力沿斜面向下的分力與摩擦阻力平衡 輕推小車 由打點計時器打在紙帶上的點均勻程度判斷小車是否做勻速運動 找到木板一個合適的傾角 2 測小車速度 應選紙帶上點距均勻的部分 3 橡皮筋應選規(guī)格一樣的4 誤差分析誤差的主要來源是橡皮筋的長度 粗細不一 使橡皮筋的拉力做功W與橡皮筋的條數(shù)不成正比 沒有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力時傾角過大 利用打點的紙帶計算小車的速度時 測量不準確 實驗六驗證機械能守恒定律 1 實驗原理質(zhì)量為m的物體從O點自由下落 地面作為參考平面 選取下落過程中任意兩點A和B忽略空氣阻力 物體下落過程中的機械能守恒 有 EA EB 即 等式說明 物體重力勢能的減少量等于動能的增加量2 實驗步驟 1 安裝置 按圖將檢查 調(diào)整好的打點計時器豎直固定在鐵架臺上 接好電路 2 打紙帶 將紙帶一端用夾子固定在重物上 另一端穿過打點計時器限位孔用手提著紙帶使重物靜止在靠近打點計時器的地方 接通電源 松開紙帶 讓重物帶著紙帶自由下落 更換紙帶重復做3 5次實驗 實驗六驗證機械能守恒定律 實驗六驗證機械能守恒定律