高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題12 力學(xué)實驗課件.ppt

1 專題12力學(xué)實驗 力學(xué)實驗常用儀器 實驗一研究勻變速直線運動 實驗二探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系 實驗三驗證力的平行四邊形定則 實驗四驗證牛頓運動定律 實驗五探究動能定理 實驗六驗證機(jī)械能守恒定律 2 力學(xué)實驗常用儀器 1 刻度尺及其應(yīng)用常用的是毫米刻度尺 分度值是1mm 讀數(shù)時要估讀一位 2 彈簧測力計及其應(yīng)用 1 彈簧測力計是用來測量力的大小的儀器 也叫測力計 2 構(gòu)造 主要由彈簧 帶刻度的外殼 指針三個部分組成 3 原理 根據(jù)胡克定律F kx 由于彈力的大小與彈簧的形變量成正比 所以彈簧測力計的刻線是均勻的 4 注意事項 所測力不要超過彈簧測力計的量程 讀數(shù)時眼睛要正視刻度 3 3 停表 1 構(gòu)造 外殼按鈕 使指針啟動 停止和回零 表盤刻度 如圖所示 長針是秒針 指示大圓周的刻度 其分度值一般是0 1s 秒針轉(zhuǎn)一圈是30s 短針是分針 其常見分度值為0 5min 2 讀數(shù)方法所測時間超過0 5min時 0 5min的整數(shù)部分由分針讀出 不足0 5min的部分由秒針讀出 總時間為兩針示數(shù)之和 即t 短針讀數(shù) t1 長針讀數(shù) t2 如圖所示 總時間為兩指針示數(shù)之和1min 15 2s 75 2s 4 打點計時器打點計時器是利用交流電驅(qū)動振針振動 在紙帶上留下點跡 根據(jù)打點頻率和交流電頻率相等 可以從點的數(shù)目上算出對應(yīng)的時間 返回專題首頁 力學(xué)實驗常用儀器 4 實驗一研究勻變速直線運動 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 這樣可使所給數(shù)據(jù)全部得到利用 以提高準(zhǔn)確性 平均速度法 求速度 即 如圖所示 圖像法 求加速度 即由 平均速度法 求出多個點的速度 畫出v t圖像 直線的斜率即為加速度 2 實驗器材電火花計時器 或電磁打點計時器 一端附有滑輪的長木板 小車 紙帶 細(xì)繩 鉤碼 刻度尺 導(dǎo)線 電源 復(fù)寫紙片 實驗一研究勻變速直線運動 6 3 實驗步驟 1 儀器安裝如圖安裝實驗儀器 放手后 看小車能否在木板上平穩(wěn)地加速滑行 2 測量與記錄 把小車停在靠近打點計時器處 先接通電源 后放開小車 讓小車拖著紙帶運動 打點計時器就在紙帶上打下一系列的點 換上新紙帶 重復(fù)三次 實驗一研究勻變速直線運動 7 從三條紙帶中選擇一條比較理想的 舍掉開頭一些比較密集的點 從后邊便于測量的點開始確定計數(shù)點 為了計算方便和減小誤差 通常用連續(xù)打點五次的時間作為時間單位 即T 0 1s 如圖所示 正確使用毫米刻度尺測量每相鄰兩計數(shù)點間的距離 并填入設(shè)計的表格中 利用某一段時間的平均速度等于這段時間中間時刻的瞬時速度求得各計數(shù)點的瞬時速度 增減所掛鉤碼數(shù) 再做兩次實驗 3 數(shù)據(jù)處理及實驗結(jié)論 由實驗數(shù)據(jù)作出v t圖像 實驗一研究勻變速直線運動 8 根據(jù)表格中的v t數(shù)據(jù) 在平面直角坐標(biāo)系中仔細(xì)描點 作一條直線 使同一次實驗得到的各點盡量落到這條直線上 落不到直線上的點 應(yīng)均勻分布在直線的兩側(cè) 這條直線就是本次實驗的v t圖像 它是一條傾斜的直線 如圖所示 由實驗得出的v t圖像進(jìn)一步得出小車運動的速度隨時間變化的規(guī)律 有兩條途徑進(jìn)行分析 a 小車運動的v t圖像是一條傾斜的直線 當(dāng)時間增加相同的值 t時 速度也會增加相同的值 v 由此得出結(jié)論 小車的速度隨時間均勻變化 實驗一研究勻變速直線運動 9 b 小車運動的v t圖像是一條傾斜的直線 那么v隨t變化的函數(shù)關(guān)系式為v kt b 顯然v與t成 線性關(guān)系 小車的速度隨時間均勻變化 4 注意事項 1 交流電源的電壓及頻率要符合要求 2 實驗前要檢查打點的穩(wěn)定性和清晰程度 必要時要調(diào)節(jié)振針的高度和更換復(fù)寫紙 3 開始釋放小車時 應(yīng)使小車靠近打點計時器 4 先接通電源 打點計時器工作后 再放開小車 當(dāng)小車停止運動時及時斷開電源 5 要區(qū)別打點計時器打出的點與人為選取的計數(shù)點 一般在紙帶上每隔四個點取一個計數(shù)點 即 每5個點取一個計數(shù)點 時間間隔為T 0 02 5s 0 1s 實驗一研究勻變速直線運動 10 6 小車另一端掛的鉤碼個數(shù)要適當(dāng) 避免速度過大而使紙帶上打的點太少 或者速度太小 使紙帶上的點過于密集 7 選擇一條理想的紙帶 是指紙帶上的點跡清晰 適當(dāng)舍棄開頭密集部分 適當(dāng)選取計數(shù)點 弄清楚所選的時間間隔T 8 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 計算a時要注意用逐差法 以減小誤差 實驗一研究勻變速直線運動 11 實驗二探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系 1 實驗原理 1 如圖所示 彈簧在下端懸掛鉤碼時會伸長 平衡時彈簧產(chǎn)生的彈力與所掛鉤碼的重力大小相等 2 圖像法處理數(shù)據(jù) 用刻度尺測出彈簧在不同鉤碼拉力下的伸長量x 建立坐標(biāo)系 以縱坐標(biāo)表示彈力大小F 以橫坐標(biāo)表示彈簧的伸長量x 在坐標(biāo)系中描出實驗所測得的各組 x F 對應(yīng)的點 用平滑的曲線連接起來 根據(jù)實驗所得的圖線 就可探知彈力大小與伸長量間的關(guān)系 12 2 實驗步驟 1 將彈簧的一端掛在鐵架臺上 讓其自然下垂 用刻度尺測出彈簧自然伸長狀態(tài)時的長度l0 即原長 2 在彈簧下端掛質(zhì)量為m1的鉤碼 量出此時彈簧的長度l1 記錄m1和l1 填入自己設(shè)計的表格中 3 改變所掛鉤碼的質(zhì)量 量出對應(yīng)的彈簧長度 記錄m2 m3 m4 m5和相應(yīng)的彈簧長度l2 l3 l4 l5 并得出每次彈簧的伸長量x1 x2 x3 x4 x5 3 注意事項 1 每次增減鉤碼測量有關(guān)長度時 均需保證彈簧及鉤碼不上下振動而處于靜止?fàn)顟B(tài) 否則 彈簧彈力將可能與鉤碼重力不相等 實驗二探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系 13 2 彈簧下端增加鉤碼時 注意不要超過彈簧的彈性限度 3 測量有關(guān)長度時 應(yīng)區(qū)別彈簧原長l0 實際總長l及伸長量x三者之間的不同 明確三者之間的關(guān)系 4 記錄數(shù)據(jù)時要注意彈力及彈簧伸長量的對應(yīng)關(guān)系及單位 4 誤差分析 1 本實驗的誤差來源之一是因彈簧拉力大小的不穩(wěn)定造成的 因此 使彈簧的懸掛端固定 另一端通過懸掛鉤碼來充當(dāng)對彈簧的拉力 可以提高實驗的準(zhǔn)確度 2 彈簧長度的測量是本實驗的主要誤差來源 所以 測量時盡量要精確 3 在F x圖像上描點 作圖不準(zhǔn)確 實驗二探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系 14 實驗三驗證力的平行四邊形定則 1 實驗原理使一個力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 即它們的作用效果相同 所以這個力F 就是這兩個力F1和F2的合力 作出力F 的圖示 再根據(jù)平行四邊形定則作出力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)是否都相同 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 橡皮條的另一端拴上兩個細(xì)繩套 15 3 用兩只彈簧測力計分別鉤住細(xì)繩套 互成角度地拉橡皮條 使橡皮條與繩的結(jié)點伸長到某一位置O 如圖所示 記錄兩彈簧測力計的讀數(shù) 用鉛筆描下O點的位置及此時兩細(xì)繩套的方向 用刻度尺和三角板根據(jù)平行四邊形定則求出合力F 4 只用一只彈簧測力計通過細(xì)繩套把橡皮條的結(jié)點拉到同樣的位置O 記下彈簧測力計的讀數(shù)F 和細(xì)繩套的方向 5 比較F 與用平行四邊形定則求得的合力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 1 在同一次實驗中 使橡皮條拉長時 結(jié)點O位置一定要相同 實驗三驗證力的平行四邊形定則 16 2 用兩只彈簧測力計鉤住繩套互成角度地拉橡皮條時 夾角不宜太大也不宜太小 在60 100 之間為宜 3 讀數(shù)時應(yīng)注意使彈簧測力計與木板平行 并使細(xì)繩套與彈簧測力計的軸線在同一條直線上 避免彈簧測力計的外殼和彈簧測力計的限位孔之間有摩擦 讀數(shù)時眼睛要正視彈簧測力計的刻度 在合力不超過量程及橡皮條彈性限度的前提下 拉力的數(shù)值盡量大些 4 細(xì)繩套應(yīng)適當(dāng)長一些 便于確定力的方向 不要直接沿細(xì)繩套的方向畫直線 應(yīng)在細(xì)繩套末端用鉛筆標(biāo)一個點 去掉細(xì)繩套后 再將所標(biāo)點與O點連接 即可確定力的方向 5 在同一次實驗中 畫力的圖示所選定的標(biāo)度要相同 并且要恰當(dāng)選取標(biāo)度 使所作力的圖示稍大一些 實驗三驗證力的平行四邊形定則 17 4 誤差分析 1 減小讀數(shù)誤差的方法 選擇相同的彈簧測力計并調(diào)整好零刻度 彈簧測力計數(shù)據(jù)在允許的情況下 盡量大一些 讀數(shù)時眼睛一定要正視 要正確讀數(shù)和記錄 2 減小作圖誤差的方法 作圖時兩力的對邊一定平行 兩個分力F1 F2間的夾角越大 用平行四邊形作出的合力F的誤差就越大 所以實驗時不要把F1 F2間的夾角取得太大 實驗三驗證力的平行四邊形定則 18 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(guān)系時 應(yīng)用的基本方法是控制變量法 即先控制一個參量 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(guān)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(guān)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(yuǎn)離滑輪的一端 連接好電路 如圖所示 19 3 平衡摩擦力 小車的尾部掛上紙帶 紙帶穿過打點計時器的限位孔 將木板無滑輪的一端稍微墊高一些 使小車在不掛小盤和砝碼的情況下 能沿木板做勻速直線運動 這樣小車所受重力沿木板的分力與小車所受摩擦力平衡 在保證小盤和砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量的條件下 可以近似認(rèn)為小盤和砝碼的總重力大小等于小車所受的合外力的大小 4 把小車停在靠近打點計時器處 掛上小盤和砝碼 先接通電源 再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 即為小車所受的合外力 由紙帶計算出小車的加速度 并記錄力和對應(yīng)的加速度 實驗四驗證牛頓運動定律 20 5 改變小盤內(nèi)砝碼的個數(shù) 重復(fù)步驟 4 并多做幾次 6 保持小盤內(nèi)的砝碼個數(shù)不變 在小車上放上砝碼改變小車的質(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 并由紙帶計算出小車對應(yīng)的加速度 7 改變小車上砝碼的個數(shù) 重復(fù)步驟 6 多做幾次 并記錄對應(yīng)的質(zhì)量和加速度 3 注意事項 1 平衡摩擦力時使小車的重力沿著斜面方向的分力正好平衡小車受到的摩擦阻力 在平衡摩擦力時 不要把懸掛小盤的細(xì)繩系在小車上 即不要給小車加任何牽引力 并要讓小車拖著紙帶運動 平衡了摩擦力后 不管以后是改變小盤和砝碼的總質(zhì)量還是改變小車和砝碼的總質(zhì)量 都不需重新平衡摩擦力 實驗四驗證牛頓運動定律 21 2 每條紙帶必須在滿足小車的質(zhì)量遠(yuǎn)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 改變拉力和小車質(zhì)量后 每次開始時小車應(yīng)盡量靠近打點計時器 并應(yīng)先接通電源 再放開小車 且應(yīng)在小車到達(dá)滑輪前按住小車 4 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(yīng)盡可能對稱分布在所作直線兩側(cè) 5 作圖時兩軸標(biāo)度比例要選擇適當(dāng) 各量須采用國際單位 這樣作圖線時 坐標(biāo)點間距不至于過密 誤差會小些 6 為提高測量精度 應(yīng)舍掉紙帶上開頭比較密集的點 在后邊便于測量的地方找一個起點 可以把每打五次點的時間作為時間單位 即從開始點起 每五個點標(biāo)出一個計數(shù)點 而相鄰計數(shù)點間的時間間隔為T 0 1s 實驗四驗證牛頓運動定律 22 4 誤差分析摩擦力平衡不準(zhǔn)確 質(zhì)量測量不準(zhǔn)確 計數(shù)點間距測量不準(zhǔn)確 紙帶和細(xì)繩不嚴(yán)格與木板平行 因?qū)嶒炘聿煌晟贫紩鹫`差 實驗四驗證牛頓運動定律 23 實驗五探究動能定理 1 實驗原理探究做功與速度變化的關(guān)系 可通過改變力對物體做的功 測出力對物體做不同的功時物體的速度 為簡化實驗可將物體初速度設(shè)置為零 可用如圖所示的裝置進(jìn)行實驗 通過增加橡皮筋的條數(shù)使橡皮筋對小車做的功成倍增加 再通過打點計時器和紙帶來測量每次實驗小車的末速度v 通過作圖確定速度變化與做功的關(guān)系 24 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(shè)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 用三條 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 分別用各次實驗測得的v與W繪制W v W v2或W v3 圖像 明確W與v的關(guān)系 實驗五探究動能定理 25 3 注意事項 1 平衡摩擦力很關(guān)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 方法是輕推小車 由打點計時器打在紙帶上的點的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 測小車速度時 應(yīng)選紙帶上點距均勻的部分 也就是選小車做勻速運動時打在紙帶上的點 3 橡皮筋應(yīng)選規(guī)格一樣的 力對小車做的功以一條橡條筋做的功為單位即可 不必計算出具體數(shù)值 4 誤差分析 1 誤差的主要來源是橡皮筋的長度 粗細(xì)不一 使橡皮筋的拉力做功W與橡皮筋的條數(shù)不成正比 實驗五探究動能定理 26 2 沒有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力時傾角過大 3 利用打點的紙帶計算小車的速度時 測量不準(zhǔn)確 返回專題首頁 實驗五探究動能定理 27 實驗六驗證機(jī)械能守恒定律 1 實驗原理如圖所示 質(zhì)量為m的物體從O點自由下落 以地面作為參考平面 選取下落過程中任意兩點A和B 如果忽略空氣阻力 物體下落過程中的機(jī)械能守恒 有 EA EB 即 上式亦可寫成 等式說明 物體重力勢能的減少量等于動能的增加量 為方便測量 可以直接從開始下落的O點至任意一點 如圖中A點 來進(jìn)行研究 這時應(yīng)有mv mgh 即為本實驗要驗證的表達(dá)式 式中h是物體從O點下落至A點的高度 28 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 將紙帶的一端用夾子固定在重物上 另一端穿過打點計時器的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 先接通電源 后松開紙帶 讓重物帶著紙帶自由下落 更換紙帶重復(fù)做3 5次實驗 實驗六驗證機(jī)械能守恒定律 29 實驗六驗證機(jī)械能守恒定律 30 實驗六驗證機(jī)械能守恒定律 31 4 誤差分析 1 本實驗中因重物和紙帶在下落過程中要克服各種阻力 如空氣阻力 打點計時器阻力 做功 故動能的增加量 Ek稍小于重力勢能的減少量 Ep 即 Ek Ep 這屬于系統(tǒng)誤差 改進(jìn)的辦法是調(diào)整器材的安裝 盡可能地減小阻力 2 本實驗的另一個誤差來源于長度的測量 屬偶然誤差 減小誤差的辦法是測下落距離時都從0點量起 一次將各打點對應(yīng)的下落高度測量完 且多次測量取平均值來減小誤差 實驗六驗證機(jī)械能守恒定律