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1、 高中物理实验高中物理实验 力学实验力学实验 1、互成角度的两个共点力的合成2、测定匀变速直线运动的加速度(含练习使用打点计时器)3、验证牛顿第二定律4、研究平抛物体的运动5、验证机械能守恒定律6、碰撞中的动量守恒7、用单摆测定重力加速度8、探究弹力和弹簧伸长的关系9、探究动能定理1 1、互成角度的两个共点力的合成、互成角度的两个共点力的合成 实验目的实验目的 验证力的合成的平行四边形定则。 实验原理实验原理 此实验是要用互成角度的两个力与一个力产生相同的效果(即:使橡皮条在某 一方向伸长一定的长度),看其用平行四边形定则求出的合力与这一个力是否在实 验误差允许范围内相等,如果在实验误差允许范
2、围内相等,就验证了力的平行四边 形定则。 实验器材实验器材 木板一块,白纸,图钉若干,橡皮条一段,细绳套,弹簧秤两个,三角板,刻 度尺,量角器等。 实验步骤实验步骤 1用图钉把一张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板上的 A 点,用两条细绳套结在橡皮条的另一端。3用两个弹簧秤分别钩住两个细绳套,互成一定角度地拉橡皮条,使橡皮条伸长,结点到达某一位置 O(如图所示)。4用铅笔描下结点 O 的位置和两个细绳套的方向,并记录弹簧秤的读数。在白纸上按比例作出两个弹簧秤的拉力 F1和 F2的图示,利用刻度尺和三角板,根椐平行四边形定则用画图法求出合力 F。5只用一个弹簧秤,通过细
3、绳套把橡皮条的结点拉到与前面相同的位置 O,记下弹簧秤的读数和细绳的方向。按同样 的比例用刻度尺从 O 点起做出这个弹簧秤的拉力 F的图示。6比较 F与用平行四边形定则求得的合力 F,在实验误差允许的范围内是否相等。7改变两个分力 F1和 F2的大小和夹角。再重复实验两次,比较每次的 F 与 F是否在实验误差允许的范围内相等。 注意事项注意事项 1用弹簧秤测拉力时,应使拉力沿弹簧秤的轴线方向,橡皮条、弹簧秤和细绳套应位于与纸面平行的同一平面内。2同一次实验中,橡皮条拉长后的结点位置 O 必须保持不变。 例题例题 1在本实验中,橡皮条的一端固定在木板上,用两个弹簧秤把橡皮条的另一端拉到某一位置
4、O 点,以下操作中错误的 是A同一次实验过程中,O 点位置允许变动B在实验中,弹簧秤必须保持与木板平行,读数时视线要正对弹簧秤刻度C实验中,先将其中一个弹簧秤沿某一方向拉到最大量程,然后只需调节另一弹簧秤拉力的大小和方向,把橡皮条的 结点拉到 O 点D实验中,把橡皮条的结点拉到 O 点时,两弹簧之间的夹角应取 90不变,以便于算出合力的大小答案:答案:ACD2做本实验时,其中的三个实验步骤是:(1)在水平放置的木板上垫一张白张,把橡皮条的一端固定在板上,另一端拴两根细线,通过细线同时用两个弹簧秤 互成角度地拉橡皮条,使它与细线的结点达到某一位置 O 点,在白纸上记下 O 点和两弹簧秤的读数 F
5、1和 F2。(2)在纸上根据 F1和 F2的大小,应用平行四边形定则作图求出合力 F。(3)只用一个弹簧秤通过细绳拉橡皮条,使它的伸长量与用两个弹簧秤拉时相同,记下此时弹簧秤的读数 F和细绳的 方向。以上三个步骤中均有错误或疏漏,指出错在哪里?在(1)中是_。在(2)中是_。在(3)中是_。答案:答案:本实验中验证的是力的合成,是一个失量的运算法则,所以即要验证力大小又要验证力的方向。弹簧秤的读数是 力的大小,细绳套的方向代表力的方向。(1)两绳拉力的方向;(2)“的大小”后面加“和方向”;(3)“相同”之后加“使橡皮条与绳的结点拉到 O 点”2 2、测定匀变速直线运动的加速度(含练习使用打点
6、计时器)、测定匀变速直线运动的加速度(含练习使用打点计时器) 实验目的实验目的 1练习使用打点计时器,学习利用打上点的纸带研究物体的运动。2学习用打点计时器测定即时速度和加速度。 实验原理实验原理 1打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器,它每隔 0.02s 打一次点 (由于电源频率是 50Hz),纸带上的点表示的是与纸带相连的运动物体在不 同时刻的位置,研究纸带上点之间的间隔,就可以了解物体运动的情况。2由纸带判断物体做匀变速直线运动的方法:如图所示,0、1、2为 时间间隔相等的各计数点,s1、s2、s3、为相邻两计数点间的距离,若s=s2- s1=s3-s2=恒量,即若连续相等的时间间隔内
7、的位移之差为恒量,则与纸带相 连的物体的运动为匀变速直线运动。3由纸带求物体运动加速度的方法:(1)用“逐差法”求加速度:即根据 s4-s1=s5-s2=s6-s3=3aT2(T 为相邻两计 数点间的时间间隔)求出a1= 、a2= 、a3= ,再算出 a1、a2、a3的平均值即为物体运动的加速度。(2)用 v-t 图法:即先根据 vn= 求出打第 n 点时纸带的瞬时速度,后作出 v-t 图线,图线的斜率即为物体运 动的加速度。 实验器材实验器材 小车,细绳,钩码,一端附有定滑轮的长木板,打点计时器,低压交流电源,导线两根,纸带,米尺等。 实验步骤实验步骤 1把一端附有定滑轮的长木板平放在实验桌
8、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的一端, 连接好电路,如图所示。2把一条细绳拴在小车上,细绳跨过滑轮,并在细绳的另一端挂上合适的钩码,试放手后,小车能在长木板上平稳地 加速滑行一段距离,把纸带穿过打点计时器,并把它的一端固定在小车的后面。3把小车停在靠近打点计时器处,先接通电源,再放开小车,让小车运动,打点计时器就在纸带上打下一系列的点, 取下纸带,换上新纸带,重复实验三次。4选择一条比较理想的纸带,舍掉开头的比较密集的点子,确定好计数始点 0,标明计数点,正确使用毫米刻度尺测 量两点间的距离,用逐差法求出加速度值,最后求其平均值。也可求出各计数点对应的速度,作 v-t
9、 图线,求得直线的斜率 即为物体运动的加速度。 注意事项注意事项 1纸带打完后及时断开电源。2小车的加速度应适当大一些,以能在纸带上长约 50cm 的范围内清楚地取 78 个计数 点为宜。3应区别计时器打出的轨迹点与人为选取的计数点,通常每隔 4 个轨迹点选 1 个计数点, 选取的记数点不少于 6 个。4不要分段测量各段位移,可统一量出各计数点到计数起点 0 之间的距离,读数时应估读到毫米的下一位。 例题例题 1电磁打点计时器是一种使用_电源的计时仪器,它的工作电压是_。如图所示,A 是_,B 是 _,C 是_,D 是_,E 是_,F 是_。答案:答案:交流,4 至 6V,线圈,振动片,振针,
10、纸带,接线柱,永磁体。2如图是某同学测量匀变速直线运动的加速度时,从若干纸带中选中的一条纸带的一部分,他每隔 4 个点取一个计数点, 图上注明了他对各计数点间距离的测量结果。(1)为了验证小车的运动是匀变速运动,请进行下列计算,填入表内(单位:cm)s2-s1s3-s2s4-s3s5-s4s6-s5各位移差与平均值最多相差_cm,由此可以得出结论:小车的位移在_范围内相等,所以小车的运动是 _。(2)根据匀变速直线运动的规律,可以求得物体的加速度 a= =_m/s2。 (3)根据 an-3= ,可求出a1= =_m/s2,a2= =_m/s2,a3= =_m/s2, 所以, = =_m/s2。
11、答案:答案:(1)1.60,1.55,1.62,1.53,1.61,1.58,0.05,任意两个连续相等的时间里、在误差允许的,匀加速直线 运动;(2)1.58;(3)1.59,1.57,1.59,1.58。3 3、验证牛顿第二定律、验证牛顿第二定律 实验目的实验目的 验证牛顿第二定律。 实验原理实验原理 1如图所示装置,保持小车质量不变,改变小桶内砂的质量,从而改变细线对小 车的牵引力,测出小车的对应加速度,作出加速度和力的关系图线,验证加速度是否 与外力成正比。2保持小桶和砂的质量不变,在小车上加减砝码,改变小车的质量,测出小车的 对应加速度,作出加速度和质量倒数的关系图线,验证加速度是否
12、与质量成反比。 实验器材实验器材 小车,砝码,小桶,砂,细线,附有定滑轮的长木板,垫木,打点计时器,低压交流电源,导线两根,纸带,托盘天平 及砝码,米尺等。 实验步骤实验步骤 1用天平测出小车和小桶的质量 M 和 M,把数据记录下来。2按如图装置把实验器材安装好,只是不把挂小桶用的细线系在小车上,即不给小车加牵引力。3平衡摩擦力:在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上垫木,反复移动垫木的位置,直至小车在斜面上可以保持匀速 直线运动状态(也可以从纸带上打的点是否均匀来判断)。4在小车上加放砝码,小桶里放入适量的砂,把砝码和砂的质量 m 和 m记录下来。把细线系在小车上并绕过滑轮悬挂 小桶,接通电源,
13、放开小车,打点计时器在纸带上打下一系列点,取下纸带,在纸带上写上编号。5保持小车的质量不变,改变砂的质量(要用天平称量),按步骤 4 再做 5 次实验。6算出每条纸带对应的加速度的值。7用纵坐标表示加速度 a,横坐标表示作用力,即砂和桶的总重力(M+m)g,根据实验结果在坐标平面上描出相应的 点,作图线。若图线为一条过原点的直线,就证明了研究对象质量不变时其加速度与它所受作用力成正比。8保持砂和小桶的质量不变,在小车上加放砝码,重复上面的实验,并做好记录,求出相应的加速度,用纵坐标表示加速度 a,横坐标表示小车和车内砝码总质量的倒数 ,在坐标平面上根据实验结果描出相应的点,并作图线,若图 线为
14、一条过原点的直线,就证明了研究对象所受作用力不变时其加速度与它的质量成反比。 注意事项注意事项 1砂和小桶的总质量不要超过小车和砝码的总质量的 。2在平衡摩擦力时,不要悬挂小桶,但小车应连着纸带且接通电源。用手轻轻地给小车一个初速度,如果在纸带上打 出的点的间隔是均匀的,表明小车受到的阻力跟它的重力沿斜面向下的分力平衡。3作图时应该使所作的直线通过尽可能多的点,不在直线上的点也要尽可能对称地分布在直线的两侧,但如遇个别特 别偏离的点可舍去。 例题例题 1在验证牛顿第二定律的实验中,用改变砂的质量的办法来改变对小车的作用力 F,用打点计 时器测出小车的加速度 a,得出若干组 F 和 a 的数据。
15、然后根据测得的数据作出如图所示的 a-F 图线, 发现图线既不过原点,又不是直线,原因是A没有平衡摩擦力,且小车质量较大B平衡摩擦力时,所垫木板太高,且砂和小桶的质量较大C平衡摩擦力时,所垫木板太低,且砂和小桶的质量较大D平衡摩擦力时,所垫木板太高,且小车质量较大答案:答案:C2在验证牛顿第二定律的实验中,打出如图所示的纸带,如果只测出图示数据,则小车运动的加速度是 _m/s2。(所用交流电源频率为 50Hz)答案:答案:0.554 4、研究平抛物体的运动、研究平抛物体的运动 实验目的实验目的 1用实验方法描出平抛物体的运动轨迹。2从实验轨迹求平抛物体的初速度。 实验原理实验原理 平抛物体的运动可以看作是两个分运动的合运动:一是水平方向的匀速直线运动,另一个是竖 直方向的自由落体运动。令小球做平抛运动,利用描迹法描出小球的运动轨迹,即小球做平抛运动 的曲线,建立坐标系,测出曲线上的某一点的坐标 x 和 y,根据重力加速度 g 的数值,利用公式 y= gt2求出小球的飞行时间 t,再利用公式 x=vt,求出小球的水平分速度,即为小球做平抛运动的初 速度。 实验器材实验器材 斜槽,竖直固定在铁架台