力学实验,作为每年高考必考题,其重要性自是不言而喻。那么,高中的力学实验究竟有哪些呢?这些力学实验间有没有什么联系呢?今天我们就一起来探究一下。
高中的物理实验主要包括七个:
1、研究匀变速直线运动
2、验证牛顿运动定律
3、探究动能定理
4、验证机械能守恒定律
5、验证动量守恒
6、探究弹力与弹簧伸长的关系
7、验证力的平行四边形定则。
这七个实验中,前五个都是以计时仪器和纸带为依托的,由此可见,研究匀变速直线运动的实验是其他另外四个实验的基础。只要把研究匀变速直线运动的实验弄懂了,那其他四个也就不难掌握了。今天我们就先来说说研究匀变速直线运动的实验,下次我们再总结一下其他的几个实验需要掌握重点知识。
首先我们说说常用到的计时仪器有那些,经常见到的有下面这些:
1、电磁打点计时器:4到6V交流电,频率50Hz,打点周期T0=0.02S。2、电火花计时器:V交流电,频率50Hz,打点周期T0=0.02S。
注意:计时点与计数点的区别
计时点:打点计时器直接打出的点,相邻计时点时间间隔即为打点周期,T0=0.02S
计数点:为了计算方便人为选取的点,通常每隔5个点选一个计数点(通常也说成相邻两个计数点间还有4个点没画出来),此时相邻两计数点之间的时间间隔T=5T0=0.1S。
2、频闪照相机:相邻小球的时间间隔即为频闪周期T0
3、气垫导轨+光电门:通过测出遮光条宽度d、光电门1到2的距离x以及滑块通过两光电门的遮光时间t1和t2,利用相关公式就可以求出瞬时速度以及加速度等物理量。
匀变速直线运动实验中,通过纸带求瞬时速度和加速度是该实验的核心考点,也是其他力学实验的基础,所以我们必须要掌握求瞬时速度和加速度的方法。瞬时速度的求法比较简单,就是利用中间时刻的瞬时速度等于这一段时间内的平均速度进行求解就可以了。下面我们一起来看看。
加速度的求法主要是逐差法和图像法,其中逐差法有以下几种情况:
一、偶数段:从中间平分成两大段
二、奇数段:舍去最中间一段
三、不连续段:利用Xm-Xn=(m-n)aT2计算。
四、断点不连续:补点后再用Xm-Xn=(m-n)aT2计算。
五、利用V-t图像求加速度
(1)利用平均速度求出各点的速度
(2)做出速度--时间图像,通过图像斜率求物体的加速度。
频闪照相的处理方法与打点计时器类似,光电门主要利用的是:
Vt/2=(xn+xn+1)/2T和2ax=vt2-v02。这个在介绍光电门时已经说过了,不清楚的可以看看前面。
匀变速直线运动除了以上核心知识,还有一些要注意的细节,比如:
1、平行:纸带、细绳与木板平行
2、靠近:释放小车前,车靠近打点计时器
3、一先一后:先通电后释放,先断电再取带
4、减小误差:钩码适当,避免速度过大,打的点太少或速度过小,点过于密集。
5、纸带选取:多次测量,选择点迹清晰的纸带,舍弃点密集部分,适当选取计数点。
接下来我们就应用上面知识,来看两个例题。
某探究小组为了研究小车在桌面上的直线运动,用自制“滴水计时器”计量时间.实验前,将该计时器固定在小车旁,如图(a)所示.实验时,保持桌面水平,用手轻推一下小车.在小车运动过程中,滴水计时器等时间间隔地滴下小水滴,图(b)记录了桌面上连续6个水滴的位置.(已知滴水计时器每30s内共滴下46个小水滴)
(1)由图(b)可知,小车在桌面上是___(填“从右向左”或“从左向右”)运动的.
(2)该小组同学根据图(b)的数据判断出小车做匀变速运动.小车运动到图(b)中A点位置时的速度大小为___m/s,加速度大小为___m/s2.(结果均保留2为有效数字)
图(a)为测量物块与水平桌面之间动摩擦因数的实验装置示意图,实验步骤如下:
①用天平测量物块和遮光片的总质量M、重物的质量m;用游标卡尺测量遮光片的宽度d;用米尺测量两光电门之间的距离s;
②调整轻滑轮,使细线水平:
③让物块从光电门A的左侧由静止释放,用数字毫秒计分别测出遮光片经过光电门A和光电门B所用的时间ΔtA和ΔtB,求出加速度a:
④多次重复步骤③,求a的平均值ap:
⑤根据上述实验数据求出动摩擦因数μ
回答下列问题:
(1)测量d时,某次游标卡尺(主尺的最小分度为1mm)的示数如图(b)所示,其读数为_________cm.
(2)物块的加速度a可用d、s、ΔtA和ΔtB表示为a=_________
(3)动摩擦因数μ可用M、m、ap和重力加速度g表示为μ=________
如下
(1)游标0上读主尺,上下对齐读游标。
(2)利用Vt/2=(xn+xn+1)/2T和2ax=vt2-v02即可求出a
(3)利用牛顿第二定律结合(2)中计算出的a即可求出μ
研究匀变速直线运动的实验,我们今天就探讨到这了。至于其他的诸如实验目的、实验原理、实验器材和实验步骤这些基本要求,大家也不要忽视哦。