1 专题 12 力学实验 力学实验常用仪器 实验一 研究匀变速直线运动 实验二 探究弹力和弹簧伸长的关系 实验三 验证力的平行四边形定则 实验四 验证牛顿运动定律 实验五 探究动能定理 实验六 验证机械能守恒定律 2 力学实验常用仪器 1 刻度尺及其应用 常用的是毫米刻度尺 ， 分度值是 1 读数时要估读一位 2 弹簧测力计及其应用 (1) 弹簧测力计是用来测量力的大小的仪器 ， 也叫测力计 (2) 构造：主要由弹簧 、 带刻度的外壳 、 指针三个部分组成 (3) 原理：根据胡克定律 F 所以弹簧测力计的刻线是均匀的 (4) 注意事项： 所测力不要超过弹簧测力计的量程； 读数时眼睛要正视刻度 3 3 停表 (1) 构造 外壳按钮：使指针启动 、 停止和回零 表盘刻度：如图所示 ， 长针是秒针 ， 指示大圆周的刻度 ， 其分度值一般是 0.1 s， 秒针转一圈是 30 s；短针是分针 ， 其常见分度值为 0.5 (2) 读数方法 所测时间超过 0.5 0.5 不足 0.5 总时间为两针示数之和 ， 即 t短针读数 (长针读数( 如图所示 ， 总时间为两指针示数之和 1 15.2 s 75.2 s. 4 打点计时器 打点计时器是利用交流电驱动振针振动 ， 在纸带上留下点迹 ， 根据打点频率和交流电频率相等 ， 可以从点的数目上算出对应的时间 返回专题首页 力学实验常用仪器 4 实验一 研究匀变速直线运动 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 ， 这样可使所给数据全部得到利用 ， 以提高准确性 “ 平均速度法 ”求速度 ， 即 ， 如图所示 “图像法 ”求加速度 ， 即由 “平均速度法 ”求出多个点的速度 ， 画出v 直线的斜率即为加速度 2 实验器材 电火花计时器 (或电磁打点计时器 )、 一端附有滑轮的长木板 、 小车 、纸带 、 细绳 、 钩码 、 刻度尺 、 导线 、 电源 、 复写纸片 实验一 研究匀变速直线运动 6 3 实验步骤 (1) 仪器安装 如图安装实验仪器 放手后 ， 看小车能否在木板上平稳地加速滑行 (2) 测量与记录 把小车停在靠近打点计时器处 ， 先接通电源 ， 后放开小车 ， 让小车拖着纸带运动 ， 打点计时器就在纸带上打下一系列的点 ， 换上新纸带 ，重复三次 实验一 研究匀变速直线运动 7 从三条纸带中选择一条比较理想的 ， 舍掉开头一些比较密集的点 ，从后边便于测量的点开始确定计数点 ， 为了计算方便和减小误差 ， 通常用连续打点五次的时间作为时间单位 ， 即 T 0.1 s， 如图所示 ， 正确使用毫米刻度尺测量每相邻两计数点间的距离 ， 并填入设计的表格中 利用某一段时间的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度求得各计数点的瞬时速度 增减所挂钩码数 ， 再做两次实验 (3) 数据处理及实验结论 由实验数据作出 v 实验一 研究匀变速直线运动 8 根据表格中的 v、 在平面直角坐标系中仔细描点 ， 作一条直线 ， 使同一次实验得到的各点尽量落到这条直线上 ， 落不到直线上的点 ，应均匀分布在直线的两侧 ， 这条直线就是本次实验的 v 它是一条倾斜的直线 ， 如图所示 由实验得出的 v 有两条途径进行分析： a 小车运动的 v 当时间增加相同的值 速度也会增加相同的值 v， 由此得出结论：小车的速度随时间均匀变化 实验一 研究匀变速直线运动 9 b 小车运动的 v 那么 v随 v b， 显然 v与 线性关系 ”， 小车的速度随时间均匀变化 4 注意事项 (1) 交流电源的电压及频率要符合要求 (2) 实验前要检查打点的稳定性和清晰程度 ， 必要时要调节振针的高度和更换复写纸 (3) 开始释放小车时 ， 应使小车靠近打点计时器 (4) 先接通电源 ， 打点计时器工作后 ， 再放开小车 ， 当小车停止运动时及时断开电源 (5) 要区别打点计时器打出的点与人为选取的计数点 ， 一般在纸带上每隔四个点取一个计数点 ， 即 “ 每 5个点取一个计数点 ” ， 时间间隔为T 5 s 0.1 s. 实验一 研究匀变速直线运动 10 (6) 小车另一端挂的钩码个数要适当 ， 避免速度过大而使纸带上打的点太少 ， 或者速度太小 ， 使纸带上的点过于密集 (7) 选择一条理想的纸带 ， 是指纸带上的点迹清晰 适当舍弃开头密集部分 ， 适当选取计数点 ， 弄清楚所选的时间间隔 T. (8) 测距离时不要分段测量 ， 读数时要注意有效数字的要求 ， 计算 以减小误差 返回专题首页 实验一 研究匀变速直线运动 11 实验二 探究弹力和弹簧伸长的关系 1. 实验原理 (1) 如图所示 ， 弹簧在下端悬挂钩码时会伸长 ， 平衡时弹簧产生的弹力与所挂钩码的重力大小相等 (2) 图像法处理数据： 用刻度尺测出弹簧在不同钩码拉力下的伸长量 x， 建立坐标系 ， 以纵坐标表示弹力大小 F， 以横坐标表示弹簧的伸长量 x， 在坐标系中描出实验所测得的各组 (x、 F)对应的点 ， 用平滑的曲线连接起来 ， 根据实验所得的图线 ， 就可探知弹力大小与伸长量间的关系 12 2 实验步骤 (1) 将弹簧的一端挂在铁架台上 ， 让其自然下垂 ， 用刻度尺测出弹簧自然伸长状态时的长度 即原长 (2) 在弹簧下端挂质量为 量出此时弹簧的长度 记录 填入自己设计的表格中 (3) 改变所挂钩码的质量 ， 量出对应的弹簧长度 ， 记录 m4、并得出每次弹簧的伸长量 x3、3 注意事项 (1) 每次增减钩码测量有关长度时 ， 均需保证弹簧及钩码不上下振动而处于静止状态 ， 否则 ， 弹簧弹力将可能与钩码重力不相等 实验二 探究弹力和弹簧伸长的关系 13 (2) 弹簧下端增加钩码时 ， 注意不要超过弹簧的弹性限度 (3) 测量有关长度时 ， 应区别弹簧原长 实际总长 明确三者之间的关系 (4) 记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位 4 误差分析 (1) 本实验的误差来源之一是因弹簧拉力大小的不稳定造成的 ， 因此 ， 使弹簧的悬挂端固定 ， 另一端通过悬挂钩码来充当对弹簧的拉力 ，可以提高实验的准确度 (2) 弹簧长度的测量是本实验的主要误差来源 ， 所以 ， 测量时尽量要精确 (3) 在 F 作图不准确 实验二 探究弹力和弹簧伸长的关系 返回专题首页 14 实验三 验证力的平行四边形定则 使一个力 F和两个力 即它们的作用效果相同 ， 所以这个力 F就是这两个力 2的合力 作出力 F的图示 ， 再根据平行四边形定则作出力 2的合力 比较 的大小和方向在实验误差允许范围内是否都相同 2 实验步骤 (1) 用图钉把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 橡皮条的另一端拴上两个细绳套 15 (3) 用两只弹簧测力计分别钩住细绳套 ， 互成角度地拉橡皮条 ， 使橡皮条与绳的结点伸长到某一位置 O， 如图所示 ， 记录两弹簧测力计的读数 ， 用铅笔描下 用刻度尺和三角板根据平行四边形定则求出合力 F. (4) 只用一只弹簧测力计通过细绳套把橡皮条的结点拉到同样的位置 O， 记下弹簧测力计的读数 F和细绳套的方向 (5) 比较 F与用平行四边形定则求得的合力 F， 看它们在实验误差允许的范围内是否相等 (6) 改变两弹簧测力计拉力的大小和方向 ， 再重做两次实验 3 注意事项 (1) 在同一次实验中 ， 使橡皮条拉长时 ， 结点 实验三 验证力的平行四边形定则 16 (2) 用两只弹簧测力计钩住绳套互成角度地拉橡皮条时 ， 夹角不宜太大也不宜太小 ， 在 60 100 之间为宜 (3) 读数时应注意使弹簧测力计与木板平行 ， 并使细绳套与弹簧测力计的轴线在同一条直线上 ， 避免弹簧测力计的外壳和弹簧测力计的限位孔之间有摩擦 读数时眼睛要正视弹簧测力计的刻度 ， 在合力不超过量程及橡皮条弹性限度的前提下 ， 拉力的数值尽量大些 (4) 细绳套应适当长一些 ， 便于确定力的方向 不要直接沿细绳套的方向画直线 ， 应在细绳套末端用铅笔标一个点 ， 去掉细绳套后 ， 再将所标点与 即可确定力的方向 (5) 在同一次实验中 ， 画力的图示所选定的标度要相同 ， 并且要恰当选取标度 ， 使所作力的图示稍大一些 实验三 验证力的平行四边形定则 17 4 误差分析 (1) 减小读数误差的方法：选择相同的弹簧测力计并调整好零刻度；弹簧测力计数据在允许的情况下 ， 尽量大一些 ， 读数时眼睛一定要正视 ， 要正确读数和记录 (2) 减小作图误差的方法：作图时两力的对边一定平行 两个分力 用平行四边形作出的合力 所以实验时不要把 返回专题首页 实验三 验证力的平行四边形定则 18 实验四 验证牛顿运动定律 1. 实验原理 探究加速度 及质量 应用的基本方法是控制变量法 ，即先控制一个参量 小车的质量 改变小车所受的力 F， 讨论加速度 的关系 ， 再控制力 改变小车质量 m， 讨论加速度 2 实验步骤 (1) 用天平测量小盘的质量 m. (2) 把一端附有定滑轮的长木板放在实验桌上 ， 并使滑轮伸出桌面 ，把打点计时器固定在长木板上远离滑轮的一端 ， 连接好电路 ， 如图所示 19 (3) 平衡摩擦力：小车的尾部挂上纸带 ， 纸带穿过打点计时器的限位孔 ， 将木板无滑轮的一端稍微垫高一些 ， 使小车在不挂小盘和砝码的情况下 ， 能沿木板做匀速直线运动 这样小车所受重力沿木板的分力与小车所受摩擦力平衡 在保证小盘和砝码的总质量远小于小车质量的条件下 ， 可以近似认为小盘和砝码的总重力大小等于小车所受的合外力的