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2．小車的加速度應(yīng)適當(dāng)大一些，以能在紙帶上長約50cm的范圍內(nèi)清楚地取7-8個計數(shù)點為宜。

試題詳情

1、測定勻變速直線運動的加速度(含練習(xí)使用打點計時器) 　[實驗?zāi)康腯　1．練習(xí)使用打點計時器，學(xué)習(xí)利用打上點的紙帶研究物體的運動。　2．學(xué)習(xí)用打點計時器測定即時速度和加速度。　[實驗原理] 　1．打點計時器是一種使用交流電源的計時儀器，它每隔0.02s打一次點(由于電源頻率是50Hz)，紙帶上的點表示的是與紙帶相連的運動物體在不同時刻的位置，研究紙帶上點之間的間隔，就可以了解物體運動的情況。　2．由紙帶判斷物體做勻變速直線運動的方法：如圖所示，0、1、2……為時間間隔相等的各計數(shù)點，s₁、s₂、s₃、……為相鄰兩計數(shù)點間的距離，若△s=s₂-s₁=s₃-s₂=……=恒量，即若連續(xù)相等的時間間隔內(nèi)的位移之差為恒量，則與紙帶相連的物體的運動為勻變速直線運動。　3．由紙帶求物體運動加速度的方法：　(1)用“逐差法”求加速度：即根據(jù)s₄-s₁=s₅-s₂=s₆-s₃=3aT²(T為相鄰兩計數(shù)點間的時間間隔)求出 a₁= 、a₂= 、a₃= ，再算出a₁、a₂、a₃的平均值即為物體運動的加速度。　(2)用v-t圖法：即先根據(jù)v_n= 求出打第n點時紙帶的瞬時速度，后作出v-t圖線，圖線的斜率即為物體運動的加速度。　[實驗器材] 　小車，細繩，鉤碼，一端附有定滑輪的長木板，打點計時器，低壓交流電源，導(dǎo)線兩根，紙帶，米尺等。　　[實驗步驟] 　1．把一端附有定滑輪的長木板平放在實驗桌上，并使滑輪伸出桌面，把打點計時器固定在長木板上沒有滑輪的一端，連接好電路，如圖所示。　2．把一條細繩拴在小車上，細繩跨過滑輪，并在細繩的另一端掛上合適的鉤碼，試放手后，小車能在長木板上平穩(wěn)地加速滑行一段距離，把紙帶穿過打點計時器，并把它的一端固定在小車的后面。　3．把小車停在靠近打點計時器處，先接通電源，再放開小車，讓小車運動，打點計時器就在紙帶上打下一系列的點，取下紙帶，換上新紙帶，重復(fù)實驗三次。　4．選擇一條比較理想的紙帶，舍掉開頭的比較密集的點子，確定好計數(shù)始點0，標(biāo)明計數(shù)點，正確使用毫米刻度尺測量兩點間的距離，用逐差法求出加速度值，最后求其平均值。也可求出各計數(shù)點對應(yīng)的速度，作v-t圖線，求得直線的斜率即為物體運動的加速度。　[注意事項] 　1．紙帶打完后及時斷開電源。

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3、驗證機械能守恒定律　[實驗?zāi)康腯　驗證機械能守恒定律。　[實驗原理] 　當(dāng)物體自由下落時，只有重力做功，物體的重力勢能和動能互相轉(zhuǎn)化，機械能守恒。若某一時刻物體下落的瞬時速度為v，下落高度為h，則應(yīng)有：mgh= mv²，借助打點計時器，測出重物某時刻的下落高度h和該時刻的瞬時速度v，即可驗證機械能是否守恒，實驗裝置如圖所示。　測定第n點的瞬時速度的方法是：測出第n點的相鄰前、后兩段相等時間T內(nèi)下落的距離s_n和s_n+1，由公式 v_n= ，或由v_n= 算出，如圖所示。　　　　[實驗器材] 　鐵架臺(帶鐵夾)，打點計時器，學(xué)生電源，導(dǎo)線，帶鐵夾的重綞，紙帶，米尺。　[實驗步驟] 　1．按如圖裝置把打點計時器安裝在鐵架臺上，用導(dǎo)線把打點計時器與學(xué)生電源連接好。　2．把紙帶的一端在重錘上用夾子固定好，另一端穿過計時器限位孔，用手豎直提起紙帶使重錘停靠在打點計時器附近。　3．接通電源，松開紙帶，讓重錘自由下落。　4．重復(fù)幾次，得到3-5條打好點的紙帶。　5．在打好點的紙帶中挑選第一、二兩點間的距離接近2mm，且點跡清晰一條紙帶，在起始點標(biāo)上0，以后各依次標(biāo)上1，2，3……，用刻度尺測出對應(yīng)下落高度h₁、h₂、h₃……。　6．應(yīng)用公式v_n= 計算各點對應(yīng)的即時速度v₁、v₂、v₃……。　7．計算各點對應(yīng)的勢能減少量mgh_n和動能的增加量 mv_n²，進行比較。　[注意項事] 　1．打點計時器安裝時，必須使兩紙帶限位孔在同一豎直線上，以減小摩擦阻力。　2．選用紙帶時應(yīng)盡量挑第一、二點間距接近2mm的紙帶。　3．因不需要知道動能和勢能的具體數(shù)值，所以不需要測量重物的質(zhì)量。　[例題] 　1．在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，已知打點計時器所用電源的頻率為50Hz。查得當(dāng)?shù)氐闹丶铀俣萭=9.80m/s²，測得所用的重物的質(zhì)量為1.00kg。實驗中得到一條點跡清晰的紙帶，把第一個點記作O，另連續(xù)的4個點A、B、C、D作為測量的點，經(jīng)測量知道A、B、C、D各點到O點的距離分別為62.99cm、70.18cm、77.76cm、85.73cm。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可知重物由O點到運動C點，重力勢能減少量等于________J，動能的增加量等于________J。(取3位有效數(shù)字) 　答案：7.62，7.57 　2．在本實驗中，所用電源的頻率為50Hz，某同學(xué)選擇了一條理想的紙帶，用刻度尺測量時各計數(shù)點位置對應(yīng)刻度尺上的讀數(shù)如圖所示。(圖中O是打點計時器打的第一個點，A、B、C、D、E分別是以每打兩個點的時間作為計時單位取的計數(shù)點)。根據(jù)紙帶求：　(1)重錘下落的加速度。　(2)若重錘質(zhì)量為mkg，則重錘從起始下落至B時，減少的重力勢能為多少？　(3)重錘下落到B時，動能為多大？　(4)從(2)、(3)的數(shù)據(jù)可得什么結(jié)論？產(chǎn)生誤差的主要原因是什么？　答案：(1)9.69m/s²；(2)|△E_p|=1.95mJ；(3)E_k=1.89mJ；(4)在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，重錘重力勢能的減少等于其動能的增加，機械能守恒。產(chǎn)生誤差的主要原因是重錘下落過程中受到阻力(空氣阻力、紙帶與限位孔間的摩擦阻力)的作用。　4、碰撞中的動量守恒　[實驗?zāi)康腯　研究在彈性碰撞的過程中，相互作用的物體系統(tǒng)動量守恒。　[實驗原理] 　一個質(zhì)量較大的小球從斜槽滾下來，跟放在斜槽前邊小支柱上另一質(zhì)量較小的球發(fā)生碰撞后兩小球都做平拋運動。由于兩小球下落的高度相同，所以它們的飛行時間相等，這樣如果用小球的飛行時間作時間單位，那么小球飛出的水平距離在數(shù)值上就等于它的水平速度。因此，只要分別測出兩小球的質(zhì)量m₁、m₂，和不放被碰小球時入射小球在空中飛出的水平距離s₁，以及入射小球與被碰小球碰撞后在空中飛出的水平距離s₁'和s₂'，若m₁s₁在實驗誤差允許范圍內(nèi)與m₁s₁'+m₂s₂'相等，就驗證了兩小球碰撞前后總動量守恒。　[實驗器材] 　碰撞實驗器(斜槽、重錘線)，兩個半徑相等而質(zhì)量不等的小球；白紙；復(fù)寫紙；天平和砝碼；刻度尺，游標(biāo)卡尺(選用)，圓規(guī)等。　[實驗步驟] 　1．用天平測出兩個小球的質(zhì)量m₁、m₂。　2．安裝好實驗裝置，將斜槽固定在桌邊，并使斜槽末端點的切線水平。　3．在水平地上鋪一張白紙，白紙上鋪放復(fù)寫紙。　4．在白紙上記下重錘線所指的位置O，它表示入射球m₁碰前的位置。　5．先不放被碰小球，讓入射球從斜槽上同一高度處由靜止開始滾下，重復(fù)10次，用圓規(guī)作盡可能小的圓把所有的小球落點圈在里面，圓心就是入射球不碰時的落地點的平均位置P。　6．把被碰球放在小支柱上，調(diào)節(jié)裝置使兩小球相碰時處于同一水平高度，確保入射球運動到軌道出口端時恰好與被碰球接觸而發(fā)生正碰。　7．再讓入射小球從同一高度處由靜止開始滾下，使兩球發(fā)生正碰，重復(fù)10次，仿步驟(5)求出入射小球的落點的平均位置M和被碰小球落點的平均位置N。　8．過O、N作一直線，取OO'=2r(可用游標(biāo)卡尺測出一個小球的直徑，也可用刻度尺測出緊靠在一起的兩小球球心間的距離)，O'就是被碰小球碰撞時的球心豎直投影位置。　9．用刻度尺量出線段OM、OP、O'N的長度。　10．分別算出m₁· 與m₁· +m₂· 的值，看m₁· 與m₁· +m₂· 在實驗誤差允許的范圍內(nèi)是否相等。　[注意事項] 　1．應(yīng)使入射小球的質(zhì)量大于被碰小球的質(zhì)量。　2．要調(diào)節(jié)好實驗裝置，使固定在桌邊的斜槽末端點的切線水平，小支柱與槽口間距離使其等于小球直徑，而且兩球相碰時處在同一高度，碰撞后的速度方向在同一直線上。　3．每次入射小球從槽上相同位置由靜止?jié)L下，可在斜槽上適當(dāng)高度處固定一檔板，使小球靠著檔板，然后釋放小球。　4．白紙鋪好后不能移動。　[例題] 　1．因為下落高度相同的平拋小球(不計空氣阻力)的________相同，所以我們在“碰撞中的動量守恒”實驗中可以用________作為時間單位，那么，平拋小球的________在數(shù)值上等于小球平拋的初速度。　答案：飛行時間，飛行時間，水平位移。　2．某同學(xué)用圖1所示裝置通過半徑相同的A、B兩球的碰撞來驗證動量守恒定律，圖中PQ是斜槽，QR為水平槽。實驗時先使A球從斜槽上某一固定位置G由靜止開始滾下，落到位于水平地面的記錄紙上，留下痕跡。重復(fù)上述操作10次，得到10個落點痕跡。再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方，讓A球仍從位置G由靜止開始滾下，和B球碰撞后，A、B球分別在記錄紙上留下各自的落點痕跡。重復(fù)這種操作10次。圖1中O點是水平槽末端R在記錄紙上的垂直投影點。B球落點痕跡如圖2所示，其中米尺水平放置，且平行于G、R、O所在的平面，米尺的零點與O點對齊。　　　　　(1)碰撞后B球的水平射程應(yīng)取為__________cm。　(2)在以下選項中，哪些是本次實驗必須進行的測量？答：__________(填選項號)。　A．水平槽上未放B球時，測量A球落點位置到O點的距離　B．A球與B球碰撞后，測量A球落點位置到O點的距離　C．測量A球或B球的直徑　D．測量A球和B球的質(zhì)量(或兩球質(zhì)量之比) 　E．測量G點相對于水平槽面的高度。　答案：(1)如圖所示，用一紅色的圓盡可能多的把小球落點圈在里面，由此可見圓心O的位置是65.7cm，這也是小球落點的平均位置。　(2)本實驗中要測量的數(shù)據(jù)有：兩個小于的質(zhì)量m₁、m₂，三個落點的距離s₁、s₂、s₃，所以應(yīng)選ABD。注意此題實驗裝置與我們前面講的實驗裝置的不同，該實驗中被碰小球拋出點即為O點，所以C選項不選。不要受思維定勢的影響，要具體問題具體分析。

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2、驗證牛頓第二定律　[實驗?zāi)康腯　驗證牛頓第二定律。　[實驗原理] 　1．如圖所示裝置，保持小車質(zhì)量不變，改變小桶內(nèi)砂的質(zhì)量，從而改變細線對小車的牽引力，測出小車的對應(yīng)加速度，作出加速度和力的關(guān)系圖線，驗證加速度是否與外力成正比。　2．保持小桶和砂的質(zhì)量不變，在小車上加減砝碼，改變小車的質(zhì)量，測出小車的對應(yīng)加速度，作出加速度和質(zhì)量倒數(shù)的關(guān)系圖線，驗證加速度是否與質(zhì)量成反比。　[實驗器材] 　小車，砝碼，小桶，砂，細線，附有定滑輪的長木板，墊木，打點計時器，低壓交流電源，導(dǎo)線兩根，紙帶，托盤天平及砝碼，米尺等。　[實驗步驟] 　1．用天平測出小車和小桶的質(zhì)量M和M'，把數(shù)據(jù)記錄下來。　2．按如圖裝置把實驗器材安裝好，只是不把掛小桶用的細線系在小車上，即不給小車加牽引力。　3．平衡摩擦力：在長木板的不帶定滑輪的一端下面墊上墊木，反復(fù)移動墊木的位置，直至小車在斜面上可以保持勻速直線運動狀態(tài)(也可以從紙帶上打的點是否均勻來判斷)。　4．在小車上加放砝碼，小桶里放入適量的砂，把砝碼和砂的質(zhì)量m和m'記錄下來。把細線系在小車上并繞過滑輪懸掛小桶，接通電源，放開小車，打點計時器在紙帶上打下一系列點，取下紙帶，在紙帶上寫上編號。　5．保持小車的質(zhì)量不變，改變砂的質(zhì)量(要用天平稱量)，按步驟4再做5次實驗。　6．算出每條紙帶對應(yīng)的加速度的值。　7．用縱坐標(biāo)表示加速度a，橫坐標(biāo)表示作用力，即砂和桶的總重力(M'+m')g，根據(jù)實驗結(jié)果在坐標(biāo)平面上描出相應(yīng)的點，作圖線。若圖線為一條過原點的直線，就證明了研究對象質(zhì)量不變時其加速度與它所受作用力成正比。　8．保持砂和小桶的質(zhì)量不變，在小車上加放砝碼，重復(fù)上面的實驗，并做好記錄，求出相應(yīng)的加速度，用縱坐標(biāo)表示加速度a，橫坐標(biāo)表示小車和車內(nèi)砝碼總質(zhì)量的倒數(shù) ，在坐標(biāo)平面上根據(jù)實驗結(jié)果描出相應(yīng)的點，并作圖線，若圖線為一條過原點的直線，就證明了研究對象所受作用力不變時其加速度與它的質(zhì)量成反比。　[注意事項] 　1．砂和小桶的總質(zhì)量不要超過小車和砝碼的總質(zhì)量的。　2．在平衡摩擦力時，不要懸掛小桶，但小車應(yīng)連著紙帶且接通電源。用手輕輕地給小車一個初速度，如果在紙帶上打出的點的間隔是均勻的，表明小車受到的阻力跟它的重力沿斜面向下的分力平衡。　3．作圖時應(yīng)該使所作的直線通過盡可能多的點，不在直線上的點也要盡可能對稱地分布在直線的兩側(cè)，但如遇個別特別偏離的點可舍去。　[例題] 　1．在驗證牛頓第二定律的實驗中，用改變砂的質(zhì)量的辦法來改變對小車的作用力F，用打點計時器測出小車的加速度a，得出若干組F和a的數(shù)據(jù)。然后根據(jù)測得的數(shù)據(jù)作出如圖所示的a-F圖線，發(fā)現(xiàn)圖線既不過原點，又不是直線，原因是　A．沒有平衡摩擦力，且小車質(zhì)量較大　B．平衡摩擦力時，所墊木板太高，且砂和小桶的質(zhì)量較大　C．平衡摩擦力時，所墊木板太低，且砂和小桶的質(zhì)量較大　D．平衡摩擦力時，所墊木板太高，且小車質(zhì)量較大

　答案：C 　2．在驗證牛頓第二定律的實驗中，打出如圖所示的紙帶，如果只測出圖示數(shù)據(jù)，則小車運動的加速度是________m/s²。(所用交流電源頻率為50Hz) 　答案：0.55

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1、互成角度的兩個共點力的合成　[實驗?zāi)康腯　驗證力的合成的平行四邊形定則。　[實驗原理] 　此實驗是要用互成角度的兩個力與一個力產(chǎn)生相同的效果(即：使橡皮條在某一方向伸長一定的長度)，看其用平行四邊形定則求出的合力與這一個力是否在實驗誤差允許范圍內(nèi)相等，如果在實驗誤差允許范圍內(nèi)相等，就驗證了力的平行四邊形定則。　[實驗器材] 　木板一塊，白紙，圖釘若干，橡皮條一段，細繩套，彈簧秤兩個，三角板，刻度尺，量角器等。　[實驗步驟] 　1．用圖釘把一張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板上的A點，用兩條細繩套結(jié)在橡皮條的另一端。　3．用兩個彈簧秤分別鉤住兩個細繩套，互成一定角度地拉橡皮條，使橡皮條伸長，結(jié)點到達某一位置O(如圖所示)。　4．用鉛筆描下結(jié)點O的位置和兩個細繩套的方向，并記錄彈簧秤的讀數(shù)。在白紙上按比例作出兩個彈簧秤的拉力F₁和F₂的圖示，利用刻度尺和三角板，根椐平行四邊形定則用畫圖法求出合力F。　5．只用一個彈簧秤，通過細繩套把橡皮條的結(jié)點拉到與前面相同的位置O，記下彈簧秤的讀數(shù)和細繩的方向。按同樣的比例用刻度尺從O點起做出這個彈簧秤的拉力F'的圖示。　6．比較F'與用平行四邊形定則求得的合力F，在實驗誤差允許的范圍內(nèi)是否相等。　7．改變兩個分力F₁和F₂的大小和夾角。再重復(fù)實驗兩次，比較每次的F與F'是否在實驗誤差允許的范圍內(nèi)相等。　[注意事項] 　1．用彈簧秤測拉力時，應(yīng)使拉力沿彈簧秤的軸線方向，橡皮條、彈簧秤和細繩套應(yīng)位于與紙面平行的同一平面內(nèi)。　2．同一次實驗中，橡皮條拉長后的結(jié)點位置O必須保持不變。　[例題] 　1．在本實驗中，橡皮條的一端固定在木板上，用兩個彈簧秤把橡皮條的另一端拉到某一位置O點，以下操作中錯誤的是　A．同一次實驗過程中，O點位置允許變動　B．在實驗中，彈簧秤必須保持與木板平行，讀數(shù)時視線要正對彈簧秤刻度　C．實驗中，先將其中一個彈簧秤沿某一方向拉到最大量程，然后只需調(diào)節(jié)另一彈簧秤拉力的大小和方向，把橡皮條的結(jié)點拉到O點　D．實驗中，把橡皮條的結(jié)點拉到O點時，兩彈簧之間的夾角應(yīng)取90°不變，以便于算出合力的大小　答案：ACD 　2．做本實驗時，其中的三個實驗步驟是：　(1)在水平放置的木板上墊一張白張，把橡皮條的一端固定在板上，另一端拴兩根細線，通過細線同時用兩個彈簧秤互成角度地拉橡皮條，使它與細線的結(jié)點達到某一位置O點，在白紙上記下O點和兩彈簧秤的讀數(shù)F₁和F₂。　(2)在紙上根據(jù)F₁和F₂的大小，應(yīng)用平行四邊形定則作圖求出合力F。　(3)只用一個彈簧秤通過細繩拉橡皮條，使它的伸長量與用兩個彈簧秤拉時相同，記下此時彈簧秤的讀數(shù)F'和細繩的方向。　以上三個步驟中均有錯誤或疏漏，指出錯在哪里？　在(1)中是________________。　在(2)中是________________。　在(3)中是________________。　答案：本實驗中驗證的是力的合成，是一個失量的運算法則，所以即要驗證力大小又要驗證力的方向。彈簧秤的讀數(shù)是力的大小，細繩套的方向代表力的方向。　(1)兩繩拉力的方向；(2)“的大小”后面加“和方向”；(3)“相同”之后加“使橡皮條與繩的結(jié)點拉到O點” 　