《力學(xué)實(shí)驗(yàn)》課件

1、力 學(xué) 實(shí) 驗(yàn)Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. 基 礎(chǔ) 實(shí) 驗(yàn) 一、誤差與有效數(shù)字1誤差誤差產(chǎn)生原因大小特點(diǎn)減小方法系統(tǒng)誤差(1)實(shí)驗(yàn)儀器不精密(2)實(shí)驗(yàn)原理不完善(3)實(shí)驗(yàn)方法粗糙總是偏大或總是偏小(1)更新儀器(2)完善實(shí)驗(yàn)原理偶然誤差(1)測量不準(zhǔn)確(2)讀數(shù)不準(zhǔn)確忽大忽小(1)多次測量求平均值；(2)累積法；(3)圖象法.2.有效數(shù)字(1)定義：帶有一位不可靠數(shù)字的近似數(shù)字有效數(shù)字的最后一位是測量者估讀出來的，是誤差的來源(2)從數(shù)的左邊第一個(gè)不為零的數(shù)字算起，如0.0125為三位有效數(shù)字二、長度的測量1

2、毫米刻度尺的讀數(shù)：精確到毫米，估讀一位2游標(biāo)卡尺的讀數(shù)：游標(biāo)尺/mm精度/mm測量結(jié)果(游標(biāo)尺上第n個(gè)刻線與主尺上的某刻度線對正時(shí))/mm刻度格數(shù)刻度總長度每小格與1毫米差1090.10.1主尺上讀的毫米數(shù)0.1n20190.050.05主尺上讀的毫米數(shù)0.05n50490.020.02主尺上讀的毫米數(shù)0.02n3.螺旋測微器的讀數(shù)：測量值固定刻度整毫米數(shù)半毫米數(shù)可動(dòng)刻度讀數(shù)(含估讀)0.01 mm. 基本儀器的讀數(shù)現(xiàn)有一合金制成的圓柱體，為測量該合金的電阻率，現(xiàn)用伏安法測圓柱體兩端之間的電阻，用螺旋測微器測量該圓柱體的直徑，用游標(biāo)卡尺測量該圓柱體的長度螺旋測微器和游標(biāo)卡尺的示數(shù)如圖(a)和圖

3、(b)所示由上圖讀得圓柱體的直徑為_mm，長度為_cm.答案：1.8444.240 游標(biāo)卡尺和螺旋測微器讀數(shù)時(shí)應(yīng)注意的問題(1)10分度的游標(biāo)尺，以mm為單位，小數(shù)點(diǎn)后只有1位，20分度和50分度的游標(biāo)尺以mm為單位，小數(shù)點(diǎn)后有2位，不估讀(2)螺旋測微器以mm為單位，小數(shù)點(diǎn)后必須有3位，格數(shù)要估讀，同時(shí)還要注意半毫米刻度線是否露出1(1)用游標(biāo)尺為20分度的游標(biāo)卡尺測量某物體的長度如圖甲，由圖可知其長度為_mm；(2)用螺旋測微器測量某物體的直徑如圖乙，由圖可知其直徑為_mm.解析：(1)根據(jù)游標(biāo)尺的讀數(shù)方法，讀數(shù)為50 mm30.05 mm50.15 mm.(2)根據(jù)螺旋測微器的讀數(shù)規(guī)則，

4、讀數(shù)為45 mm20.00.01 mm4.700 mm.答案：(1)50.15(2)4.7002讀出圖甲、乙給出的螺旋測微器和游標(biāo)卡尺的示數(shù)，螺旋測微器的示數(shù)為_mm，游標(biāo)卡尺的示數(shù)為_cm. 解析：螺旋測微器固定刻度部分讀數(shù)為5.0 mm，可動(dòng)刻度部分讀數(shù)為0.485 mm，故讀數(shù)為5.485 mm；游標(biāo)卡尺主尺讀數(shù)為41 mm，游標(biāo)尺讀數(shù)為0.20 mm，所以游標(biāo)卡尺讀數(shù)為41.20 mm4.120 cm.答案：5.4854.120三、“紙帶”類(或“直線運(yùn)動(dòng)”類)實(shí)驗(yàn)1研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)(1)實(shí)驗(yàn)原理利用紙帶判斷物體是否做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的方法xx2x1x3x2x4x3連續(xù)相鄰相同時(shí)間內(nèi)的

5、位移差是否為恒量由紙帶求物體運(yùn)動(dòng)速度的方法vn(xnxn1)/2T.(2)操作關(guān)鍵不要分段測量各段位移，應(yīng)依次測出各計(jì)數(shù)點(diǎn)與第0個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)的距離，再逐個(gè)計(jì)算x1、x2、x3讀數(shù)時(shí)要注意有效數(shù)字的要求盡可能保證小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的方法是：.細(xì)繩盡可能與長木板面保持平行；.長木板表面粗糙程度、紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器之間的摩擦基本保持一致例2實(shí)驗(yàn)小組在“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”實(shí)驗(yàn)中：(1)實(shí)驗(yàn)室提供了以下器材：電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)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、交流電源、復(fù)寫紙、彈簧測力計(jì)在本實(shí)驗(yàn)中不需要的一項(xiàng)器材是_(2)圖甲為記錄小車運(yùn)動(dòng)情況的紙帶，圖中A、B、C、D、E、F、G

6、為相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔T0.1 s，該小組在圖乙所示的坐標(biāo)系中作出小車的vt圖線后，將圖線延長與縱軸相交，交點(diǎn)處的速度大小是11.60 cm/s，此速度的物理意義是：_ _.(3)實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)根據(jù)圖乙的vt圖象得出小車的加速度大小是_m/s2.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)解析：(1)本實(shí)驗(yàn)是利用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)，所以不需要的器材是彈簧測力計(jì)；(2)由圖象可知，B到F五個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)標(biāo)在vt圖象中，則圖線延長與縱軸相交的交點(diǎn)對應(yīng)的速度為小車在打A點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)速度；(3)vt圖象圖線的斜率即為小車的加速度答案：(1)彈簧測力計(jì)(2)小車在打A點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)速度(3)0.50(0.4

7、70.53)2驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律(1)實(shí)驗(yàn)原理小車的質(zhì)量m不變，討論a與F的關(guān)系，再控制小桶和沙的質(zhì)量不變，即F不變，討論a與m的關(guān)系(2)操作關(guān)鍵平衡摩擦力小車與車上所加砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)大于小桶和沙的總質(zhì)量例3. 某同學(xué)利用圖(a)所示實(shí)驗(yàn)裝置及數(shù)字化信息系統(tǒng)獲得了小車加速度a與鉤碼的質(zhì)量m的對應(yīng)關(guān)系圖，如圖(b)所示實(shí)驗(yàn)中小車(含發(fā)射器)的質(zhì)量為200 g，實(shí)驗(yàn)時(shí)選擇了不可伸長的輕質(zhì)細(xì)繩和輕定滑輪，小車的加速度由位移傳感器及與之相連的計(jì)算機(jī)得到回答下列問題：(1)根據(jù)該同學(xué)的結(jié)果，小車的加速度與鉤碼的質(zhì)量成_(填“線性”或“非線性”)關(guān)系(2)由圖(b)可知，am圖線不經(jīng)過原點(diǎn)，可能的原因是_

8、(3)若利用本實(shí)驗(yàn)裝置來驗(yàn)證“在小車質(zhì)量不變的情況下，小車的加速度與作用力成正比”的結(jié)論，并直接以鉤碼所受重力mg作為小車受到的合外力，則實(shí)驗(yàn)中應(yīng)采取的改進(jìn)措施是_，鉤碼的質(zhì)量應(yīng)滿足的條件是_ 解析：這是探究牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn)，即(2)是探究小車加速度與鉤碼質(zhì)量的關(guān)系，所以該實(shí)驗(yàn)必須平衡摩擦力，并且要保證鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量(1)由圖象可知小車的加速度與鉤碼的質(zhì)量成非線性關(guān)系(2)am圖線不經(jīng)過原點(diǎn)，在m軸上有截距，即掛上小鉤碼后小車加速度仍為零，可能的原因是存在摩擦力(3)本實(shí)驗(yàn)直接以鉤碼所受重力mg作為小車受到的合外力，則應(yīng)采取的措施是調(diào)節(jié)軌道的傾斜度以平衡摩擦力，鉤碼的質(zhì)量應(yīng)滿足的

9、條件是遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量答案：(1)非線性(2)存在摩擦力(3)調(diào)節(jié)軌道的傾斜度以平衡摩擦力遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量3探究動(dòng)能定理(1)實(shí)驗(yàn)原理小車在一根橡皮筋的作用下彈出，用2根、3根同樣的橡皮筋進(jìn)行第2次、第3次實(shí)驗(yàn)時(shí)，每次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋拉伸的長度都保持一致，如果把第一次實(shí)驗(yàn)時(shí)橡皮筋做的功記為W，以后各次做的功就是2W、3W小車獲得的速度可以由紙帶和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測出，作出Wv曲線探究(2)操作關(guān)鍵平衡摩擦力選間距均勻的那一段紙帶來計(jì)算小車的速度例4. 某同學(xué)把附有滑輪的長木板平放在實(shí)驗(yàn)桌上，將細(xì)繩一端拴在小車上，另一端繞過定滑輪，掛上適當(dāng)?shù)你^碼，使小車在鉤碼的牽引下運(yùn)動(dòng)，以此定量探究繩拉力做功與小車動(dòng)能

10、變化的關(guān)系此外還準(zhǔn)備了打點(diǎn)計(jì)時(shí)器及配套的電源、導(dǎo)線、復(fù)寫紙、紙帶、小木塊等組裝的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示(1)若要完成該實(shí)驗(yàn)，必需的實(shí)驗(yàn)器材還有哪些_ _.(2)實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，他先調(diào)節(jié)木板上定滑輪的高度，使?fàn)恳≤嚨募?xì)繩與木板平行他這樣做的目的是下列的哪個(gè)_(填字母代號)A避免小車在運(yùn)動(dòng)過程中發(fā)生抖動(dòng)B可使打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出的點(diǎn)跡清晰C可以保證小車最終能夠?qū)崿F(xiàn)勻速直線運(yùn)動(dòng)D可在平衡摩擦力后使細(xì)繩拉力等于小車受的合力(3)平衡摩擦力后，當(dāng)他用多個(gè)鉤碼牽引小車時(shí)，發(fā)現(xiàn)小車運(yùn)動(dòng)過快，致使打出的紙帶上點(diǎn)數(shù)較少，難以選到合適的點(diǎn)計(jì)算小車速度在保證所掛鉤碼數(shù)目不變的條件下，請你利用本實(shí)驗(yàn)的器材提出一個(gè)解決辦法：

11、_ _.(4)他將鉤碼重力做的功當(dāng)作細(xì)繩拉力做的功，經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)拉力做功總是要比小車動(dòng)能增量大一些這一情況可能是下列哪些原因造成的_(填字母代號)A在接通電源的同時(shí)釋放了小車B小車釋放時(shí)離打點(diǎn)計(jì)時(shí)器太近C阻力未完全被小車重力沿木板方向的分力平衡掉D鉤碼做勻加速運(yùn)動(dòng)，鉤碼重力大于細(xì)繩拉力解析：(1)本實(shí)驗(yàn)需要知道小車的動(dòng)能，因此還需要用天平測出小車的質(zhì)量，用刻度尺測量紙帶上點(diǎn)跡之間的長度，求出小車的瞬時(shí)速度(2)牽引小車的細(xì)繩與木板平行的目的是在平衡摩擦力后使細(xì)繩拉力等于小車受的合力，選項(xiàng)D正確(3)在保證所掛鉤碼數(shù)目不變的條件下要減小小車加速度可以增加小車的質(zhì)量，故可在小車上加適量砝碼(或鉤

12、碼)(4)當(dāng)小車在運(yùn)動(dòng)過程中存在阻力時(shí)，拉力做正功和阻力做負(fù)功之和等于小車動(dòng)能增量，故拉力做功總是要比小車動(dòng)能增量大一些；當(dāng)鉤碼加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，鉤碼重力大于細(xì)繩拉力，此同學(xué)將鉤碼重力做的功當(dāng)作細(xì)繩拉力做的功，則拉力做功要比小車動(dòng)能增量大，故只有C、D正確答案：(1)刻度尺天平(包括砝碼)(2)D(3)可在小車上加適量砝碼(或鉤碼)(4)CD例5.某物理小組用圖甲裝置探究光滑斜面上物體的加速度與斜面傾角的關(guān)系并用此裝置和DIS研究機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)室提供如下器材：A表面光滑的長木板(長度為L)B小球C方木塊(用于墊木板)D米尺E數(shù)據(jù)采集器第二步：在保持斜面傾角不變時(shí)，讓小球從一定高度由靜止自由滑下，

13、選擇DIS以圖象方式顯示實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，所顯示的圖象如圖丙所示圖象的橫軸表示小球距水平面的高度h，縱軸表示小球的重力勢能Ep、動(dòng)能Ek或機(jī)械能E.試回答下列問題：(1)圖丙中，表示小球的重力勢能Ep、動(dòng)能Ek、機(jī)械能E隨高度h變化關(guān)系的圖線分別是_(按順序填寫相應(yīng)圖線所對應(yīng)的文字)；(2)根據(jù)圖丙所示的實(shí)驗(yàn)圖象，可以得出的結(jié)論是：_.解析：物體在光滑斜面上運(yùn)動(dòng)，其加速度agsin ，則asin 圖象的斜率表示重力加速度，g10 m/s2.根據(jù)小球下滑過程中的動(dòng)能增大、重力勢能減小、機(jī)械能不變可知，表示小球的重力勢能Ep、動(dòng)能Ek、機(jī)械能E隨小球距水平面的高度h變化的關(guān)系圖線分別是乙、丙、甲由題圖丙

14、知對于同一高度EpEk與E相等，即忽略阻力作用，小球下滑過程中機(jī)械能守恒答案：10again (1)乙、丙、甲(2)忽略阻力作用，小球下滑過程中機(jī)械能守恒 四、“靜止平衡類”實(shí)驗(yàn)1探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系(1)實(shí)驗(yàn)原理 要測出每次懸掛重物的重力大小F和彈簧伸長的長度x，建立Fx坐標(biāo)，描點(diǎn)作圖探究(2)操作關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)中不能掛過多的鉤碼，使彈簧超過彈性限度作圖象時(shí)，不要連成“折線”，而應(yīng)盡量讓坐標(biāo)點(diǎn)落在直線上或均勻分布在兩側(cè)“靜止平衡類”實(shí)驗(yàn)例6. 某實(shí)驗(yàn)小組探究彈簧的勁度系數(shù)k與其長度(圈數(shù))的關(guān)系實(shí)驗(yàn)裝置如圖(a)所示：一均勻長彈簧豎直懸掛，7個(gè)指針P0、P1、P2、P3、P4、P5、P6分別

15、固定在彈簧上距懸點(diǎn)0、10、20、30、40、50、60圈處；通過旁邊豎直放置的刻度尺，可以讀出指針的位置，P0指向0刻度設(shè)彈簧下端未掛重物時(shí)，各指針的位置記為x0；掛有質(zhì)量為0.100 kg的砝碼時(shí)，各指針的位置記為x.測量結(jié)果及部分計(jì)算結(jié)果如下表所示(n為彈簧的圈數(shù)，取重力加速度為9.80 m/s2)已知實(shí)驗(yàn)所用彈簧總?cè)?shù)為60，整個(gè)彈簧的自由長度為11.88 cm.(3)圖(b)中畫出的直線可近似認(rèn)為通過原點(diǎn)若從實(shí)驗(yàn)中所用的彈簧截取圈數(shù)為n的一段彈簧，該彈簧的勁度系數(shù)k與其圈數(shù)n的關(guān)系的表達(dá)式為k_N/m；該彈簧的勁度系數(shù)k與其自由長度l0(單位為m)的關(guān)系的表達(dá)式為k_N/m.1. 在

16、“探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系”時(shí)，某同學(xué)把兩根彈簧如圖1連接起來進(jìn)行探究圖1圖2 (1)某次測量如圖2所示，指針示數(shù)為_cm.(2)在彈性限度內(nèi)，將50 g的鉤碼逐個(gè)掛在彈簧下端，得到指針A、B的示數(shù)LA和LB如上表用上表數(shù)據(jù)計(jì)算彈簧的勁度系數(shù)為_N/m(重力加速度g10 m/s2)由表中數(shù)據(jù)_(填“能”或“不能”)計(jì)算出彈簧的勁度系數(shù)鉤碼數(shù)1234LA/cm15.7119.7123.6627.76LB/cm29.9635.7641.5147.362驗(yàn)證力的平行四邊形定則(1)實(shí)驗(yàn)原理使一個(gè)力作用效果跟兩個(gè)力共同作用效果相同(2)操作關(guān)鍵每次拉伸結(jié)果位置O必須保持不變；記下每次各力的大小和方向；

17、畫力的圖示時(shí)應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)臉?biāo)度例7. 小明通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證力的平行四邊形定則(1)實(shí)驗(yàn)記錄紙如圖甲所示，O點(diǎn)為橡皮筋被拉伸后伸長到的位置，兩彈簧測力計(jì)共同作用時(shí)，拉力F1和F2的方向分別過P1和P2點(diǎn)；一個(gè)彈簧測力計(jì)拉橡皮筋時(shí)，拉力F3的方向過P3點(diǎn)三個(gè)力的大小分別為：F13.30 N、F23.85 N和F34.25 N請根據(jù)圖中給出的標(biāo)度作圖求出F1和F2的合力甲 (2)仔細(xì)分析實(shí)驗(yàn)，小明懷疑實(shí)驗(yàn)中的橡皮筋被多次拉伸后彈性發(fā)生了變化，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果他用彈簧測力計(jì)先后兩次將橡皮筋拉伸到相同長度，發(fā)現(xiàn)讀數(shù)不相同，于是進(jìn)一步探究了拉伸過程對橡皮筋彈性的影響實(shí)驗(yàn)裝置如圖乙所示，將一張白紙固定在豎直放置的木板上，橡皮筋的上端固定于O點(diǎn)，下端N掛一重物用與白紙平行的水平力緩慢地移動(dòng)N，在白紙上記錄下N的軌跡重復(fù)上述過程，再次記錄下N的軌跡乙 丙 兩次實(shí)驗(yàn)記錄的軌跡如圖丙所示過O點(diǎn)作一條直線與軌跡交于a、b兩點(diǎn)，則實(shí)驗(yàn)中橡皮筋分別被拉伸到a和b時(shí)所受拉力Fa、Fb的大小關(guān)系為_(3)根據(jù)(2)中的實(shí)驗(yàn)，可以得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果有哪些？_(填寫選項(xiàng)前的字母)A橡皮筋的長度與受到的拉力成正比B兩次受到的拉力相同時(shí)，橡皮筋第2次的長度較長C兩次被拉伸到相同長度時(shí)，橡皮筋第2次受到的拉力較大D兩次受到的拉力相