全國(guó)中學(xué)生物理競(jìng)賽實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)思考題參考答案-力學(xué)

PAGEPAGE4實(shí)驗(yàn)二在氣軌上研究瞬時(shí)速度【思考題參考答案】1．試測(cè)量氣軌傾斜角度，并把實(shí)驗(yàn)中所求得的加速度a和gsin相比較。答：測(cè)量的方法：先用勻速法把氣墊導(dǎo)軌調(diào)節(jié)水平，然后，測(cè)出兩個(gè)支點(diǎn)沿氣軌的長(zhǎng)度L，測(cè)出墊塊的高度h，。測(cè)量加速度的方法：（1）將兩個(gè)光電門(mén)安放在一定距離的適中位置，讀出距離s，（2）滑塊裝上U型擋光片，將光電計(jì)時(shí)器調(diào)節(jié)到測(cè)兩個(gè)速度狀態(tài)，讓滑塊靜止下滑測(cè)量經(jīng)過(guò)兩個(gè)光電門(mén)的速度v1、v2。（3）計(jì)算加速度a并與比較，其中。注：為消除粘滯阻力影響，可以通過(guò)測(cè)量四個(gè)速度分別計(jì)算下滑和上升的加速度。道理如下：，，所以PBPBAl答：將光電計(jì)時(shí)器調(diào)到測(cè)量一個(gè)時(shí)間間隔狀態(tài)，在滑塊上裝平板型擋光片，控制滑塊從氣軌上一個(gè)固定點(diǎn)P由靜止滑下，從擋光片前沿?fù)醯谝还怆婇T(mén)開(kāi)始計(jì)時(shí)，擋第二光電門(mén)停止計(jì)時(shí)，測(cè)出時(shí)間t，根據(jù)勻變速運(yùn)動(dòng)公式，有，而選擇不同的l，測(cè)出t，計(jì)算出，在坐標(biāo)紙上畫(huà)出—t曲線，確定斜率和截距，其斜率的絕對(duì)值為a/2，截距為A點(diǎn)的瞬時(shí)速度v?！狙a(bǔ)充思考題】測(cè)量氣軌的阻尼因數(shù)?；瑝K在氣軌上運(yùn)動(dòng)，由于內(nèi)摩擦和氣軌平整度問(wèn)題，也會(huì)有較小的阻力，一般認(rèn)為阻力與速度方向相反，大小成正比。即。設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，測(cè)量b值。AB測(cè)量依據(jù)和測(cè)量公式：將氣軌調(diào)節(jié)水平，放一質(zhì)量為m的滑塊，氣軌上兩光電門(mén)之間距離為s。輕推滑塊是它向右運(yùn)動(dòng)，由于阻尼，同理，向左運(yùn)動(dòng)。AB由于阻力很小，滑塊接近勻速運(yùn)動(dòng)利用牛頓第二定律，測(cè)量方案：在滑塊上裝一個(gè)擋光距離為S（很?。┑腢型擋光片，測(cè)出經(jīng)過(guò)兩個(gè)擋光片的速度，在沿相反方向測(cè)量一次，用兩次測(cè)量的速度差的平均值計(jì)算。實(shí)驗(yàn)三測(cè)量金屬的楊氏模量（伸長(zhǎng)法）【思考題參考答案】1．用光杠桿測(cè)量微小長(zhǎng)度變化的原理是什么？用測(cè)定楊氏模量要滿足哪些條件？答：第一問(wèn)，利用光的反射規(guī)律將微小長(zhǎng)度變化轉(zhuǎn)化為微小角度變化，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為遠(yuǎn)處明顯的位置變化，，放大倍數(shù)為2R/D。第二問(wèn)，測(cè)定楊氏模量要滿足兩個(gè)條件：（1）即使加最大載量，金屬絲的伸長(zhǎng)要在彈性限度內(nèi)；（2）光杠桿轉(zhuǎn)角要小。另外，裝置的初狀態(tài)盡量保證光杠桿三個(gè)足尖在同一水平面，平面鏡豎直，直尺豎直。2．在增減砝碼，從望遠(yuǎn)鏡中讀取和時(shí)，如何判斷所得的數(shù)據(jù)是否合理。答：第一，和讀數(shù)基本相同；第二，增減一個(gè)砝碼，讀數(shù)的變化量基本相同。3．如果金屬絲稍有彎曲，可能給實(shí)驗(yàn)結(jié)果帶來(lái)什么影響？為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，應(yīng)該采取什么措施？答：如果金屬絲彎曲，加一定的力金屬絲由于彎曲部分被拉直使l過(guò)大，測(cè)出的楊氏模量比真實(shí)值偏小。為了減小誤差，應(yīng)選取金屬絲的無(wú)彎曲部分，或者將彎曲的金屬絲搟直。4．在本實(shí)驗(yàn)中，用不同的儀器來(lái)測(cè)量各個(gè)長(zhǎng)度量，這是怎樣考慮的？為什么？答：根據(jù)測(cè)量公式E的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為。從誤差等分的原則出發(fā)，數(shù)值較大的長(zhǎng)度量可以用精確度低的測(cè)長(zhǎng)儀器，數(shù)值小的長(zhǎng)度量要用精確度高的測(cè)長(zhǎng)儀器或經(jīng)放大后測(cè)量。據(jù)此本實(shí)驗(yàn)用毫米尺和游標(biāo)卡尺測(cè)量L、R，用螺旋測(cè)徑器測(cè)量d，用光杠桿將l放大后測(cè)量。[補(bǔ)充思考題]在增減砝碼，從望遠(yuǎn)鏡中讀取的和差別較大的可能原因。答：讀數(shù)差別較大或者不隨載荷按比例增減的可能原因有：（1）金屬絲本身不直，且初始砝碼較小，導(dǎo)致加在到一定載荷時(shí)金屬絲被突然拉直；（2）楊氏模量?jī)x支柱未調(diào)垂直，導(dǎo)致金屬絲下端夾頭在圓孔內(nèi)摩擦力過(guò)大；（3）光杠桿主桿腳尖與金屬絲相碰，導(dǎo)致角度變化不正常；（4）增減砝碼時(shí)有明顯碰撞，導(dǎo)致光杠桿腳尖發(fā)生位移；（5）金屬絲夾頭沒(méi)夾緊，導(dǎo)致增加載荷時(shí)金屬絲下滑。在相位法測(cè)量時(shí)，出現(xiàn)斜直線代表發(fā)射端和接收端信號(hào)的相位差是2整倍數(shù)，這時(shí)接收端位置的微小變化將引起相位變化，直線就往閉合曲線變化，直線變曲線容易看出來(lái)。如果采用利薩如圖形為正橢圓進(jìn)行測(cè)量，盡管出現(xiàn)正橢圓也代表發(fā)射端和接收端信號(hào)的相位差是2整倍數(shù)，這時(shí)接收端位置的微小變化將引起相位變化，正橢圓向斜橢圓變化，這不容易判斷。【補(bǔ)充思考題】在測(cè)量空氣中的聲速的實(shí)驗(yàn)中，怎樣測(cè)量諧振頻率？答：使兩個(gè)換能器之間有適當(dāng)距離，信號(hào)發(fā)射器有適當(dāng)輸出，調(diào)節(jié)示波器，使熒光屏上出現(xiàn)穩(wěn)定的、適當(dāng)大小的正弦波形。改變信號(hào)源頻率，并略微調(diào)整接收端位置，使正弦波振幅盡可能大，反復(fù)這樣調(diào)節(jié)，直到在一定距離上不管改變信號(hào)頻率還是改變距離正弦波幅度都減小，此時(shí)的信號(hào)頻率即換能器的諧振頻率。[補(bǔ)充思考題]在測(cè)量空氣中的聲速的實(shí)驗(yàn)中，為什么波節(jié)處振幅一般不為零？答：因?yàn)樾盘?hào)源發(fā)射的信號(hào)不是理想正弦信號(hào)，帶有一定的諧波成份，其中基波最強(qiáng)，當(dāng)基波在接收端位置滿足波節(jié)條件時(shí)，而個(gè)別諧波信號(hào)并不滿足波節(jié)條件，振幅并不為零。實(shí)驗(yàn)七弦線上的駐波實(shí)驗(yàn)【思考題參考答案】1．弦線上出現(xiàn)駐波的條件是什么？答：，。2．如果要確定弦線作受迫振動(dòng)時(shí)共振頻率與弦線有效長(zhǎng)度L之間的關(guān)系，應(yīng)如何安排實(shí)驗(yàn)？答：固定T，改變L，測(cè)出n=1的共振頻率f。根據(jù)，，得令，，則其中根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作圖線，用最小二乘法計(jì)算斜率和截距，將斜率與“1”比較。[補(bǔ)充思考題]弦振動(dòng)實(shí)驗(yàn)中，如何尋找弦振動(dòng)的基頻，為什么在驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率較低的情況下也能產(chǎn)生共振？答：弦振動(dòng)的基頻是只有一個(gè)波腹時(shí)弦振動(dòng)出現(xiàn)共振（穩(wěn)定的駐波）時(shí)弦振動(dòng)頻率。對(duì)固定的弦長(zhǎng)和拉力，連接好信號(hào)源和示波器，接收線圈安放在兩個(gè)支點(diǎn)的正中間位置，保持已知的信號(hào)輸出功率，緩慢調(diào)節(jié)輸出頻率，當(dāng)出現(xiàn)正弦信號(hào)有穩(wěn)定趨勢(shì)時(shí)更慢調(diào)節(jié)頻率，當(dāng)正弦波形幅度最大時(shí)，用示波器測(cè)出驅(qū)動(dòng)和接收的正弦波峰峰值，測(cè)出接收的正弦波周期即弦振動(dòng)周期。繼續(xù)增大信號(hào)源頻率，只要出現(xiàn)穩(wěn)定駐波都進(jìn)行上述測(cè)量，你會(huì)發(fā)現(xiàn)這些共振的弦振動(dòng)頻率一樣。當(dāng)