1、7.1 力学实验图1-7-1012345678910A B C D E F例1 在做“研究匀变速直线运动”的实验时，某同学得到一条用打点计时器打下的纸带，并在其上取了A、B、C、D、E、F等6个计数点（每相邻两个计数点间还有4个计时点，本图中没有画出）打点计时器接的是220V、50Hz的交变电流他把一把毫米刻度尺放在纸带上，其零刻度和计数点A对齐 按照有效数字的读数规则读出相邻计数点AB、BC、CD、DE、EF间的距离s1、s2、s3、s4、s5，它们依次为_cm、_cm、_cm、_cm、_cm 由以上数据计算打点计时器在打B、C、D、E各点时,物体的即时速度vB、vC、vD、vE依次是_m/
2、s、_m/s、_m/s、_m/s 根据以上结果,试用两种不同的方法计算该物体的加速度a图1-7-2 根据中得到的数据,试在右边所给的坐标系中,用作v-t图象的方法,从图象中求物体的加速度a 从图象上求纸带上的A、F点所对应的物体的即时速度vA=_m/s,vF=_m/s.并由此计算:当打点计时器打下A点的时刻,物体已经从静止开始做匀加速运动_s了 如果当时电网中交变电流的频率是f=49Hz,而做实验的同学并不知道,那么由此引起的系统误差将使加速度的测量值比实际值偏_.理由是:_图1-7-3例2 图1-7-3是卡文迪许扭秤实验的示意图。其中固定在T形架上的小平面镜起着非常大的作用。利用光的反射定律
3、可以把T形架的微小转动放大到能够精确测量的程度。设小平面镜到刻度尺的距离为L，T形架两端固定的两个小球中心相距为l，设放置两个大球m/ 后，刻度尺上的反射光点向左移动了x，那么在万有引力作用下，小球向大球移动了多少？ ASDFFGJ例3 如图1-7-4，光滑水平轨道与光滑圆弧轨道相切，轻弹簧的一端固定在轨道的左端，OP是可绕O点转动的轻杆，且摆到某处就能停在该处；另有一小钢球。现在利用这些器材测定弹簧被压缩时的弹性势能。（1）还需要的器材是 、 。图1-7-4（2）以上测量实际上是把对弹性势能的测量转化为对 能的测量，进而转化为对 和 的直接测量。 （3）为了研究弹簧的弹性势能与劲度系数和形变
4、量的关系，除以上器材外，还准备了两个轻簧，所有弹簧的劲度系数均不相同。试设计记录数据的表格。7.1 力学实验051056(1)1读出游标卡尺和螺旋测微器的读数：（2）读数为_cm读数为_cm图1-7-50 100 200 30 400 500 600 700 800 900 1000mg图7-1-22已知天平两臂的长均为L0=15cm,游码从0到1000mg刻度间的总长度为L=25cm,那么游码的质量应该为_g某次测量时,将被测物体放在天平左盘内,在右盘内放有16g砝码,而游码移到如图位置时天平恰好平衡,被测物体的质量为_g请在图中画出在调节天平横梁水平时游码应该处在的位置89cm05103
5、一个有一定厚度的圆盘，可以绕通过中心垂直于盘面的水平轴转动，用下面的方法可以测量它匀速转动的角速度。 实验步骤： A用游标卡尺测量圆盘的直径。图1-7-6B如图1-7-6所示，将电磁打点计时器固定在桌面上，将纸带的一端穿过打点计时器的限位孔后，固定在待测圆盘的侧面上，使得圆盘转动时，纸带可以卷在圆盘的侧面上。C启动控制装置使得圆盘转动，同时接通电源（频率为50Hz），打点计时器开始打点。D经过一段时间，停止转动和打点，取下纸带进行测量。（1）某次用游标卡尺测圆盘的直径时，示数见图1-7-6，由图读出直径的值为_m。图1-7-7图77-1-3图77-1-3（2）某次实验得到的纸带的一段如图1-7
6、-7所示。由图可知a点到k点的时间间隔是_s。由此可计算出纸带运动的速度大小为_m/s。若测得圆盘直径的平均值为8.0010-2m，则可求出圆盘的角速度为_rads。图1-7-8O4某同学想在家里做用单摆测定重力加速度的实验,但没有合适的摆球,他只好找到一块大小为3cm左右,外形不规则的大理石块代替小球.实验步骤是 A石块用细尼龙线系好,结点为M,将尼龙线的上端固定于O点 B用刻度尺测量OM间尼龙线的长度L作为摆长 C将石块拉开一个大约=30的角度,然后由静止释放 D从摆球摆到最高点时开始计时,测出30次全振动的总时间t,由T=t/30得出周期 E改变OM间尼龙线的长度,再做几次实验,记下相应
7、的L和TF求出多次实验中测得的L和T的平均值作计算时使用的数据,带入公式求出重力加速度g 你认为该同学以上实验步骤中有重大错误的是_.为什么?图1-7-9 该同学用OM的长作为摆长,这样做引起的系统误差将使重力加速度的测量值比真实值偏大还是偏小?_.你认为用何方法可以解决摆长无法准确测量的困难?F/Nx/10-2m5 6 8 10 121.61.20.80.40砝码质量(g)0306090120150弹簧总长(cm)6.007.158.349.4810.6411.79弹力大小(N)5 某同学在做探索弹力和弹簧伸长的关系的实验中,组成了如图1-7-9的装置所用的钩码每只的质量都是30g,他先测出
8、不挂钩码时弹簧的自然长度,再将5个钩码逐个挂在弹簧的下端,每次都测出相应的弹簧总长度,将数据填在了下面的表中.(弹力始终未超过弹性限度,取g=9.8m/s2) 试根据这些实验数据在右边给定的坐标纸上作出弹簧所受弹力大小跟弹簧总长之间的函数关系的图线说明图线跟坐标轴交点的物理意义图1-7-10 上一问所得图线的物理意义是什么?该弹簧的劲系数k是多大?abO A B C H6某同学用图1-7-11装置做验证动量守恒定律的实验.先将a球从斜 槽轨道上某固定点处由静止开始滚下,在水平地面上的记录纸上留下压痕,重复10次;再把同样大小的b球放在斜槽轨道末端水平段的最右端附近静止,让a球仍从原固定点由静止
9、开始滚下,和b球相碰后,两球分别落在记录纸的不同位置处,重复10次图1-7-11 本实验必须测量的物理量有以下哪些_ A斜槽轨道末端到水平地面的高度H B小球a、b的质量ma、mb C小球a、b的半径r D小球a、b 离开斜槽轨道末端后平抛飞行的时间t E记录纸上O点到A、B、C各点的距离OA、OB、OC Fa球的固定释放点到斜槽轨道末端水平部分间的高度差h 小球a、b的质量ma、mb应该满足什么关系?为什么?45 46 47 放上被碰小球后,两小球碰后是否同时落地?如果不是同时落地,对实验结果有没有影响?为什么?这时小球a、b的落地点依次是图中水平面上的_点和_点图1-7-12 为测定未放被
10、碰小球时,小球a落点的平均位置,把刻度尺的零刻线跟记录纸上的O点对齐,右图给出了小球a落点附近的情况,由图可得OB距离应为_cm 按照本实验方法,验证动量守恒的验证式是_光电计时器 光电门显示屏00.0ab图9 N12LdPQM 7像打点计时器一样，光电计时器也是一种研究物体运动情况的常用计时仪器，其结构如图1-7-13所示，a、b分别是光电门的激光发射和接收装置，当有物体从a、b间通过时，光电计时器就可以显示物体的挡光时间。图1-7-15图7-1-11图1-7-14图1-7-13图11567cm05101520现利用图1-7-14所示装置测量滑块和长lm左右的木块间的动摩擦因数，图中MN是水
11、平桌面，Q是木板与桌面的接触点，1和2是固定在木板上适当位置的两个光电门，与之连接的两个光电计时器设有画出。此外在木板顶端的P点还悬挂着一个铅锤，让滑块从木板的顶端滑下，光电门l、2各自连接的计时器显示的挡光时间分别为s和s。用游标卡尺测量小滑块的宽度d，卡尺数如图图1-7-15所示。 （1）读出滑块的宽度d cm。 （2）滑块通过光电门1的速度v1 = m/s，滑块通过光电门2的速度v2 = m/s。 （3）若仅提供一把米尺，已知当地的重力加速度为g，为完成测量，除了研究v1、v2和两个光电门之间的距离L外，还需测量的物理量是 （说明各量的物理意义，同时指明代表物理量的字母）。 （4）用（3
12、）中各量求解动摩擦因数的表达式= （用字母表示）。8.一小球做平抛运动的闪光照片的一部分，图1-7-16中背景方格的边长均为5cm，如果取g10m/s2，那么：(1)闪光频率是 Hz(2)小球运动中水平分速度的大小 m/s(3)小球经过B点时的速度大小是 m/s图1-7-16图1-7-18图1-7-179如图1-7-17所示，将包有白纸的圆柱棒总质量为m替代纸带和重物，蘸有颜料的毛笔固定在马达上并随之转动，使之替代打点计时器当烧断挂圆柱的线后，圆柱棒竖直自由落下，毛笔就在圆柱棒面上的纸上画出记号，如图1-7-18所示。测得记号之间的距离依次为26 mm、42mm、58mm、74mm、90mm、
13、106mm，已知马达铭牌上有“1 500rmin”字样，由此验证机械能守恒 由以上内容回答下列问题： (1) 毛笔画的线距时间间隔T_，乙图中圆柱棒的_端是悬挂端(填“左”或“右”) (2) 根据图中所给数据，可知毛笔画下记号C时，圆柱棒下落速度vC_，画下记号D时，圆柱棒下落速度vD_，动能的变化量为_，在这段位移上，圆柱棒重力势能的变化为_，由此可得出结论为_7.1 力学实验答案例11.00，1.40，1.84，2.26，2.67；0.120，0.162，0.205，0.247；0.42m/s2；0.42m/s2；0.079，0.290，0.188；大，实际周期大于0.02s，a=s/T2
14、1/T2，实际加速度小于测量加速度。例2x l/L例3 小球的质量m= Kg，弹簧A压缩量x（m）上升高度h（m）E=mgh（J）压缩量x= cm，小球的质量m= Kg弹簧ABC劲度系数k（N/m）上升高度h（m）E=mgh（J）（1）天平、刻度尺（2）重力势、质量、上升高度（3）见上。1. (1)5.45cm (2)0.6726cm2. 0.6, 16.563. （l） （2）0.20 0.52 134.（1）B： 大理石质心到悬挂点间的距离才是摆长C：最大偏角不能超过50D：应在摆球经过平衡位置时计时F：应该用各组的L、T求出各组的g后，再取平均（2）偏小。略5（1）图线跟坐标轴的交点，是
15、弹簧压缩1cm时的弹力 （2）从图线说明弹力大小跟形变成正比。弹簧的劲度系数为25.4牛/米。6（1）B、E （2）防止a球碰撞后反向弹回，再回到碰撞点的过程中因为有摩擦导致速度减小而影响实验结果。 （3）同时落地、如果不是同时落地，会影响实验结果、AC （4）4.59 （5）maOB=maOA+mbOC7（1）5.015 （2）1.0 2.5（3）P点到桌面高度h；重锤在桌面上所指的点与Q点的距离a；斜面的长度b （4）8(1)10Hz (2)1.5m/s (3)2.5m/s9(1)0.04s，左(2)1.25m/s，1.65m/s，0.58mJ，0.57mJ，物体在自由下落过程中机械能守恒6
