第第1讲力学力学实验 1.实验原理实验原理(1)由由纸带判断物体做匀判断物体做匀变速运速运动的方法的方法如如图611所示，所示，0、1、2为时间间隔相等的各隔相等的各计数点，数点，x1、x2、x3为相相邻两两计数点数点间的距离，若的距离，若xx2x1x3x2x4x3C(常量常量)，即若两，即若两连续相等的相等的时间间隔内的位移之差隔内的位移之差为恒量，恒量，则与与纸带相相连的物体的运的物体的运动为匀匀变速运速运动2注意事项注意事项(1)在在实验的的过程中，要重复三次，打三条程中，要重复三次，打三条纸带，然后再从三条中，然后再从三条中选一条比一条比较理想的理想的纸带，舍掉开始比，舍掉开始比较密集的点，在后面便于密集的点，在后面便于测量量的地方找一个开始点的地方找一个开始点(2)小小车的加速度的加速度应适当大些，使相等适当大些，使相等时间内的位移内的位移较大，可以减大，可以减小小长度的度的测量量误差差(3)要区要区别计时器打出的点与人器打出的点与人为选取的取的计数点，一般地每隔数点，一般地每隔4个个点取点取1个个计数点数点 (2012湖南四市联考湖南四市联考)某同学在做某同学在做“研究匀研究匀变速直速直线运运动”实验时，从打下的若干，从打下的若干纸带中中选出了如出了如图612所示的一条所示的一条纸带，已知，已知打点打点计时器使用器使用电源源频率率为50 Hz，每两个相，每两个相邻计数点数点间有四个点没有四个点没有画出，有画出，则纸带上相上相邻两个两个计数点数点间的的时间间隔隔为_s如果如果用用s1、s2、s3、s4、s5、s6来表示从来表示从0点开始各相点开始各相邻两个两个计数点数点间的距离，的距离，用用T表示两相表示两相邻记数点的数点的时间间隔，隔，则该匀匀变速直速直线运运动的加速度的的加速度的表达式表达式为a_(用符号写出表达式，不要求用符号写出表达式，不要求计算算)打打F点点时物物体的速度大小体的速度大小为vF_m/s.(答案均要求保留三位有效数字答案均要求保留三位有效数字)1.实验原理实验原理如如图613所示，所示，弹簧受到拉力会伸簧受到拉力会伸长，平衡，平衡时弹簧簧产生的生的弹力力和外力大小相等，和外力大小相等，这样弹力的大小可以通力的大小可以通过测定外力而得出定外力而得出(可以用可以用悬挂挂钩码的方法的方法给弹簧施加拉力簧施加拉力)；弹簧的伸簧的伸长可用直尺可用直尺测出多出多测几几组数据，用列表或作数据，用列表或作图的方法探索出的方法探索出弹力和力和弹簧伸簧伸长的定量关系的定量关系2注意事项注意事项(1)拉力不能拉力不能过大，以免大，以免弹簧超出其簧超出其弹性限度性限度(2)实验中用中用弹簧的伸簧的伸长而不用而不用弹簧的簧的总长，若用，若用弹簧簧总长得到的得到的不是正比例函数，关系不是正比例函数，关系较为复复杂(3)本本实验可用列表法、可用列表法、图象法、函数法来象法、函数法来处理理实验数据，最好用数据，最好用图象法，象法，图象法形象、直象法形象、直观(4)拟合曲合曲线时，不要，不要连成成“折折线”而而应尽量尽量让坐坐标点大致分布在直点大致分布在直线上或两上或两侧 (2012广东高考广东高考)某同学探究弹力与弹簧伸长量的关系某同学探究弹力与弹簧伸长量的关系(1)将弹簧悬挂在铁架台上，将刻度尺固定在弹簧一侧弹簧轴线和将弹簧悬挂在铁架台上，将刻度尺固定在弹簧一侧弹簧轴线和刻度尺都应在刻度尺都应在_方向方向(填填“水平水平”或或“竖直竖直”)(2)弹簧自然悬挂，待弹簧弹簧自然悬挂，待弹簧_时，长度记为时，长度记为L0；弹簧下端挂上；弹簧下端挂上砝码盘时，长度记为砝码盘时，长度记为Lx；在砝码盘中每次增加；在砝码盘中每次增加10 g砝码，弹簧长度依砝码，弹簧长度依次记为次记为L1至至L6.数据如下表数据如下表.表中有一个数表中有一个数值记录不不规范，代表符号范，代表符号为_由表可知所用由表可知所用刻度尺的最小分度刻度尺的最小分度为_(3)图614是是该同学根据表中数据作的同学根据表中数据作的图，纵轴是砝是砝码的的质量，横量，横轴是是弹簧簧长度与度与_的差的差值(填填“L0”或或“Lx”)(4)由由图可知可知弹簧的簧的劲度系数度系数为_N/m；通；通过图和表可知砝和表可知砝码盘的的质量量为_g(结果保留两位有效数字，重力加速度取果保留两位有效数字，重力加速度取9.8 m/s2)【解析解析】(1)为保证弹簧的形变只由砝码和砝码盘的重力引起，为保证弹簧的形变只由砝码和砝码盘的重力引起，所以弹簧轴线和刻度尺均应在竖直方向所以弹簧轴线和刻度尺均应在竖直方向(2)弹簧静止时，记录原长弹簧静止时，记录原长L0；表中的数据；表中的数据L3与其他数据有效位数与其他数据有效位数不同，所以数据不同，所以数据L3不规范，标准数据应读至不规范，标准数据应读至cm位的后两位，最后一位的后两位，最后一位应为估计值，精确至位应为估计值，精确至mm位，所以刻度尺的最小分度为位，所以刻度尺的最小分度为1 mm.(3)由题图知所挂砝码质量为由题图知所挂砝码质量为0时，时，x为为0，所以，所以xLLx.【答案答案】(1)竖直竖直(2)静止静止L31 mm(3)Lx(4)4.9101.实验原理实验原理(1)如如图615所示，所示，结点受三个共点力作用点受三个共点力作用处于平衡状于平衡状态，则F1与与F2的合力必与橡皮条拉力平衡，改用一个拉力的合力必与橡皮条拉力平衡，改用一个拉力F使使结点仍到点仍到O点，点，则F必与必与F1和和F2的合力等效的合力等效(2)以以F1和和F2为邻边作平行四作平行四边形求出合力形求出合力F，比，比较F与与F的大小和的大小和方向，以方向，以验证互成角度的两个力合成互成角度的两个力合成时的平行四的平行四边形定形定则2注意事项注意事项(1)本本实验要注意两只要注意两只弹簧簧测力力计的的选用，将两只用，将两只弹簧簧测力力计钩好好后后对拉，若两只拉，若两只弹簧簧测力力计在拉的在拉的过程中程中读数相同，数相同，则可可选，若不，若不同，同，应另另换，直至相同，直至相同为止，使用止，使用时弹簧簧测力力计应与板面平行与板面平行(2)只有分力与合力具有等效性只有分力与合力具有等效性时，它，它们才遵守平行四才遵守平行四边形定形定则，所以本所以本实验的关的关键是要控制好作用效果相同即是要控制好作用效果相同即实验成成败的关的关键是是前后两次都要把前后两次都要把结点拉到同一位置，并点拉到同一位置，并记好好弹簧簧测力力计读数及数及细绳套的方向套的方向(3)作作图时，应选择恰当的恰当的标度，作的度，作的图大一些便于大一些便于观察察 如如图616所示在所示在“力的平行四力的平行四边形形定定则”的的实验探究中，某同学探究中，某同学进行行实验的主要的主要步步骤是：是：将橡皮条的一端固定在木板上的将橡皮条的一端固定在木板上的A点，另一端拴点，另一端拴上两根上两根带有有绳套的套的细绳，每根，每根绳套分套分别挂着一个挂着一个弹簧簧测力力计沿着两个方向拉沿着两个方向拉弹簧簧测力力计，将橡皮条的活，将橡皮条的活动端拉到端拉到某一位置，将此位置某一位置，将此位置标记为O点，点，读取此取此时弹簧簧测力力计的示数，分的示数，分别记录两个拉力两个拉力F1、F2的大小并的大小并标出方向；再用一个出方向；再用一个弹簧簧测力力计将橡皮将橡皮条的活条的活动端仍拉至端仍拉至O点，点，记录其拉力其拉力F的大小和方向的大小和方向(1)用一个用一个弹簧簧测力力计将橡皮条的活将橡皮条的活动端仍拉至端仍拉至O点，点，这样做的目的做的目的是是_(2)为尽可能减小尽可能减小实验误差，下列操作中正确的是差，下列操作中正确的是_ A弹簧秤、簧秤、细绳、橡皮条都、橡皮条都应与木板平行与木板平行B两两细绳必必须等等长C标记同一同一细绳方向的两点要方向的两点要远些些D用两用两弹簧秤同簧秤同时拉拉细绳时夹角角应尽可能大尽可能大【解析解析】(1)用一个弹簧测力计将橡皮条的活动端仍拉至用一个弹簧测力计将橡皮条的活动端仍拉至O点，点，目的是让目的是让F与与F1、F2的合力效果相同的合力效果相同(2)为了减小实验误差，弹簧秤、细绳、橡皮条都应与木板平行，为了减小实验误差，弹簧秤、细绳、橡皮条都应与木板平行，标记同一细绳方向的两点要适当远些故标记同一细绳方向的两点要适当远些故A、C正确正确【答案答案】(1)见解析解析(2)AC1.实验原理实验原理本本实验共有共有F、m、a三个参量，探究加速度三个参量，探究加速度a与作用力与作用力F及物体的及物体的质量量m的关系的关系时，应用的方法是控制用的方法是控制变量法，即先控制一个参量量法，即先控制一个参量小小车的的质量量m不不变，讨论a与与F的关系，再控制小桶和砂的的关系，再控制小桶和砂的质量不量不变，即即F不不变，改，改变小小车质量量m，讨论a与与m的关系的关系 (2012山东高考山东高考)某同学利用某同学利用图617甲所示的甲所示的实验装置，装置，探究物探究物块在水平桌面上的运在水平桌面上的运动规律物律物块在重物的在重物的牵引下开始运引下开始运动，重物落地后，物重物落地后，物块再运再运动一段距离停在桌面上一段距离停在桌面上(尚未到达滑尚未到达滑轮处)从从纸带上便于上便于测量的点开始，每量的点开始，每5个点取个点取1个个计数点，相数点，相邻计数点数点间的距的距离如离如图617乙所示打点乙所示打点计时器器电源的源的频率率为50 Hz.【答案答案】(1)67(或或76)(2)1.001.20 (3)2.00偏大偏大1.实验原理实验原理如如图618所示，小所示，小车在橡皮筋的作用下在橡皮筋的作用下弹出，沿木板滑行当出，沿木板滑行当我我们用用2条、条、3条条同同样的橡皮筋的橡皮筋进行第行第2次、第次、第3次次实验时，每次，每次实验中橡皮筋拉伸的中橡皮筋拉伸的长度都保持一致，那么，第度都保持一致，那么，第2次、第次、第3次次实验中橡皮筋中橡皮筋对小小车做的功就是第做的功就是第1次的次的2倍、倍、3倍倍如果把第如果把第1次次实验时橡皮筋所做的功橡皮筋所做的功记为W，以后各次做的功就是，以后各次做的功就是2W、3W (2012皖南八校联考皖南八校联考)为了了“探究探究动能改能改变与合外力做功与合外力做功”的关系，某同学的关系，某同学设计了如下了如下实验方案：方案：A第一步他把第一步他把带有定滑有定滑轮的木板有滑的木板有滑轮的一端的一端垫起，把起，把质量量为M的滑的滑块通通过细绳与与质量量为m的的带夹重重锤相相连，然后跨，然后跨过定滑定滑轮，重，重锤夹后后连一一纸带，穿，穿过打点打点计时器，器，调整木板整木板倾角，直到角，直到轻推滑推滑块后，后，滑滑块沿木板匀速运沿木板匀速运动如如图619甲所示甲所示B第二步保持第二步保持长木板的木板的倾角不角不变，将打点，将打点计时器安装在器安装在长木板靠木板靠近滑近滑轮处，取下，取下细绳和和钩码，将滑，将滑块与与纸带相相连，使其穿，使其穿过打点打点计时器，然后接通器，然后接通电源源释放滑放滑块，使之从静止开始加速运，使之从静止开始加速运动，打出，打出纸带，如如图619乙所示乙所示试回答下列回答下列问题：(1)已知已知O、A、B、C、D、E、F相相邻计数点的数点的时间间隔隔为t，根，根据据纸带求滑求滑块速度，当打点速度，当打点计时器打器打A点点时滑滑块速度速度vA_，打点，打点计时器打器打B点点时滑滑块速度速度vB_.(2)已知重已知重锤质量量m，当地的重加速度，当地的重加速度g，要，要测出某一出某一过程合外力程合外力对滑滑块做的功做的功还必必须测出出这一一过程滑程滑块_(写出物理名称及符号写出物理名称及符号)，合外力，合外力对滑滑块做功的表达式做功的表达式W合合_.(3)测出滑出滑块运运动OA段、段、OB段、段、OC段、段、OD段、段、OE段合外力段合外力对滑滑块所做的功，并所做的功，并计算出算出A、B、C、D、E各点的速度，以各点的速度，以v2为纵轴，以，以W为横横轴建立坐建立坐标系，描点作出系，描点作出v2W图象，可知它是一条象，可知它是一条过坐坐标原原点的点的倾斜直斜直线，若直，若直线斜率斜率为k，则滑滑块质量量M_.2注意事项注意事项(1)安装打点安装打点计时器器时，必，必须使限位孔与使限位孔与纸带在同一在同一竖直平面内，以直平面内，以减小重物下落减小重物下落时纸带受到的阻力受到的阻力(2)要特要特别注意注意实验操作的操作的顺序，开始序，开始实验时，需保持提，需保持提纸带的手不的手不动，同，同时先接通先接通电源，源，让打点打点计时器正常工作再放开器正常工作再放开纸带让重物下落，重物下落，以保以保证第一个点是一个清晰的小点第一个点是一个清晰的小点(3)根据自由落体运根据自由落体运动过程中机械能守恒原理，可以程中机械能守恒原理，可以测量任意两个量任意两个计数点之数点之间距离距离h，求出，求出这两点两点间的的动能之差能之差Ek，利用，利用mghEk来来验证机械能守恒定律机械能守恒定律(4)本本实验有两种有两种误差：差：因重物和因重物和纸带下落的下落的过程中要克服阻力做功，故程中要克服阻力做功，故动能的增量能的增量Ek一定略小于重力一定略小于重力势能的减少量，能的减少量，这是不可避免的，属于系是不可避免的，属于系统误差，改差，改进的的办法只能法只能调整器材的安装，尽可能减小阻力整器材的安装，尽可能减小阻力长度度测量量过程中属于偶然程中属于偶然误差可以通差可以通过多次多次测量取平均量取平均值来减来减小小误差差