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1、高中物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)大全1、力是物體之間的相互作用 實(shí)驗(yàn)儀器:磁鐵、小鐵塊;細(xì)線、鉤碼(學(xué)生用) 教師操作:磁鐵吸引鐵塊。 學(xué)生操作:用細(xì)線使放在桌上的鉤碼上升。 實(shí)驗(yàn)結(jié)論:力是物體對(duì)物體的作用。 2、測(cè)量力的儀器 實(shí)驗(yàn)儀器:彈簧秤(2只) 彈簧秤: (1)構(gòu)造和原理 彈簧秤測(cè)力原理是根據(jù)胡克定律,即F拉=F彈=kx,故彈簧秤的刻度是均勻的,構(gòu)造如圖。 (2)保養(yǎng) 測(cè)力計(jì)不能超過(guò)彈簧秤的量程。 測(cè)量前要注意檢查彈簧秤是否需要調(diào)零,方法是將彈簧秤豎直掛起來(lái),如其指針不指零位,就需要調(diào)零,一般是通過(guò)移動(dòng)指針來(lái)調(diào)零。 被測(cè)力的方向應(yīng)與彈簧秤軸線方向一致。 讀數(shù)時(shí)應(yīng)正對(duì)平視。 測(cè)量時(shí),除讀出彈簧秤上最小刻
2、度所表示的數(shù)值外,還要估讀一位。 一次測(cè)量時(shí)間不宜過(guò)久,以免彈性疲乏,損壞彈簧秤。 教師操作:兩只彈簧秤鉤在一起拉伸,可檢驗(yàn)彈簧秤是否已損壞。 3、力的圖示 實(shí)驗(yàn)儀器:刻度尺、圓規(guī) 4、重力的產(chǎn)生及方向 實(shí)驗(yàn)儀器:小球、重錘、斜面 教師操作:向上拋出小球,小球總是會(huì)落到地面。 教師操作:小球在桌上滾到桌邊后總是會(huì)落到地面。 實(shí)驗(yàn)結(jié)論:地球?qū)λ浇囊磺形矬w都有力的作用,地球?qū)λ車奈矬w都有吸引的作用。 教師操作:觀察重錘線掛起靜止時(shí),線的方向。 教師操作:觀察重錘線的方向與水平桌面、斜面是否垂直。 實(shí)驗(yàn)結(jié)論:重力的方向與水平面垂直且向下,而不是垂直物體表面向下。 5、重力和質(zhì)量的關(guān)系 實(shí)驗(yàn)儀
3、器:彈簧秤、鉤碼(100g×3只) 教師操作:將質(zhì)量為100g的3只鉤碼依次掛在彈簧秤上,分別讀出它們受到的重力為多少牛,將數(shù)據(jù)記在表格中,做出相應(yīng)計(jì)算。 質(zhì)量m(kg) 重力G(N) 重力與質(zhì)量的比g(N/kg) 0.1 0.2 0.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論:物體的質(zhì)量增大幾倍,重力也增大幾倍,即物體所受的重力跟它的質(zhì)量成正比,這個(gè)比值始終是9.8N/kg。 1 / 456、懸掛法測(cè)重心 實(shí)驗(yàn)儀器:三角板、懸線、不規(guī)則形狀薄板(人字形梯子、繩子) 教師操作:在A點(diǎn)用線將不規(guī)則物體懸掛起來(lái);在B點(diǎn)將不規(guī)則物體懸掛
4、起來(lái),兩次重錘線的交點(diǎn)即是重心。 (若條件許可,可用梯子、繩子測(cè)出人的重心位置。) 7、重心位置會(huì)發(fā)生改變 實(shí)驗(yàn)儀器:100元面值人民幣 學(xué)生游戲:人民幣放于墻附近,學(xué)生56人,腳跟、屁股不離墻,腿不打彎,誰(shuí)夠到100元就歸誰(shuí)。 游戲結(jié)論:沒(méi)有人能夠完成這個(gè)動(dòng)作重心前移,屁股頂在墻上不能后撤,人會(huì)向前倒。 8、顯示微小形變 實(shí)驗(yàn)儀器:平面鏡及支架(2組)、半導(dǎo)體激光光源;裝滿紅色水帶細(xì)管的玻璃瓶(橢圓柱體型) 教師操作:先沿短軸方向捏壓玻璃瓶,細(xì)管中水面上升,后沿玻璃瓶長(zhǎng)軸方向捏壓,細(xì)管中水面不但沒(méi)有上升,反而還下降了。 實(shí)驗(yàn)結(jié)論:說(shuō)明玻璃瓶容積改變,發(fā)生了形變。 教師操作:激光通過(guò)二平面鏡的
5、反射,射在白墻上,在桌面加力。 實(shí)驗(yàn)結(jié)論:反射光向下移動(dòng),說(shuō)明兩平面鏡向中間傾斜,桌面發(fā)生形變。 9、胡克定律彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系(學(xué)生實(shí)驗(yàn)) 實(shí)驗(yàn)儀器:彈簧(不同的多根)、直尺、鉤碼(一盒)、細(xì)繩、定滑輪 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模禾剿鲝椓εc彈簧伸長(zhǎng)的定量關(guān)系,并學(xué)習(xí)所用的科學(xué)方法。 實(shí)驗(yàn)原理:彈簧受到拉力會(huì)伸長(zhǎng),平衡時(shí)彈簧產(chǎn)生的彈力和外力大小相等。這樣彈力的大小可以通過(guò)測(cè)定外力而得出(可以用懸掛鉤碼的方法給彈簧施加拉力);彈簧的伸長(zhǎng)可用直尺測(cè)出。多測(cè)幾組數(shù)據(jù),用列表或作圖的方法探索出彈力和彈簧伸長(zhǎng)的定量關(guān)系。 學(xué)生操作:(1)用直尺測(cè)出彈簧的原長(zhǎng)l0. (2)將彈簧一端固定,另一端用細(xì)繩連接,細(xì)繩跨過(guò)定滑
6、輪后,下面掛上鉤碼,待彈簧平衡后,記錄下彈簧的長(zhǎng)度及鉤碼的重量。改變鉤碼的質(zhì)量,再讀出幾組數(shù)據(jù)。 1 2 3 4 5 6 7 彈簧原長(zhǎng)l0(cm) 鉤碼重量F(N) 彈簧現(xiàn)長(zhǎng)l(cm) 彈簧伸長(zhǎng)量x(cm) (3)根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)畫出F-x圖像。 實(shí)驗(yàn)結(jié)論:在彈性限度內(nèi),彈簧的伸長(zhǎng)
7、量與受到的拉力成正比。 10、影響滑動(dòng)摩擦力的因素 實(shí)驗(yàn)儀器:摩擦計(jì)(J2109)、彈簧測(cè)力計(jì)、鉤碼(一盒) 教師操作:將摩擦板水平放置平穩(wěn),摩擦塊置于其上,用測(cè)力計(jì)牽引摩擦塊,可測(cè)得最大靜摩擦力,待勻速拉動(dòng)后,可測(cè)得滑動(dòng)摩擦力。 教師操作:改變摩擦面和在摩擦塊上加砝碼重做上邊實(shí)驗(yàn)。 實(shí)驗(yàn)結(jié)論:通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可驗(yàn)證摩擦力與正壓力和摩擦系數(shù)有關(guān),與摩擦面大小無(wú)關(guān)。 11、摩擦系數(shù) 摩擦計(jì)(J2109)、軌道小車(J2108)、鉤碼(J2106)、砝碼、砝碼盤、坐標(biāo)紙、長(zhǎng)毛巾、棉布、玻璃板、測(cè)力計(jì)(J2104) 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步明確決定滑動(dòng)摩擦力大小的因素,掌握測(cè)定滑動(dòng)摩擦系數(shù)的原理和方法。
8、 實(shí)驗(yàn)原理:一個(gè)物體在水平面上做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí),物體所受的滑動(dòng)摩擦力與外界施加的水平拉力是一對(duì)平衡力。測(cè)出物體所受的水平拉力即可求得水平面對(duì)物體的摩擦力,由 fN即可求出物體與水平面間的滑動(dòng)摩擦系數(shù)。 教師操作: (1)將一端裝有定滑輪的長(zhǎng)木板放在水平桌面上,調(diào)節(jié)木板成水平狀態(tài)。 (2)用測(cè)力計(jì)稱出摩擦塊所受的重力,將摩擦塊放在長(zhǎng)木板上,用細(xì)線將摩擦塊跨過(guò)滑輪與砝碼盤相連,如圖。注意調(diào)整滑輪的高度,使線與木板表面平行。 (3)逐漸在砝碼盤中加砝碼,直到用手推動(dòng)一下摩擦塊后,摩擦塊能在木板上做勻速直線運(yùn)動(dòng)為止。稱出砝碼盤和砝碼的總重,即求出此時(shí)摩擦塊所受的摩擦力f(應(yīng)重復(fù)幾次求平均值)。摩擦塊對(duì)
9、木板的壓力N等于摩擦塊所受的重力。 (4)依次在摩擦塊上加50克、100克、150克、200克、250克鉤碼,即改變摩擦塊對(duì)木板的壓力N,重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)可發(fā)現(xiàn)摩擦塊所受的摩擦力變大。分別記下摩擦塊所受的摩擦力f1,f2,f3,將以上結(jié)果填入下面的表格中。 實(shí)驗(yàn)次數(shù) 壓力FN(N) 摩擦力f(N) 1 1 平均值 2 3 2 1 平均值 2 3 3 1 平均值 2 3 4 1
10、 平均值 2 3 5 1 平均值 2 3 (5)以滑動(dòng)摩擦力f為縱坐標(biāo),壓力N為橫坐標(biāo),在坐標(biāo)紙上描出滑動(dòng)摩擦力與正壓力之間的關(guān)系圖象(圖象應(yīng)為過(guò)原點(diǎn)的直線)。 (6)求出圖象的斜率ktga,此即摩擦塊與木板之間的滑動(dòng)摩擦系數(shù)。 (7)在長(zhǎng)木板上依次鋪上長(zhǎng)毛巾、棉布、玻璃板,重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)方法(3),確定在壓力相同的情況下,摩擦塊所受滑動(dòng)摩擦力與接觸材料表面情況之間的關(guān)系。 (8)在以上實(shí)驗(yàn)中,將摩擦塊由平放改為側(cè)放,即改變摩擦塊與木板接觸面積的大小,測(cè)出相應(yīng)的滑動(dòng)摩擦力,
11、觀測(cè)在壓力和接觸面情況相同的條件下,滑動(dòng)摩擦力的大小與接觸面積有無(wú)關(guān)系。測(cè)定時(shí)每次都應(yīng)使拉線與水平木板表面平行。 12、滑動(dòng)摩擦力與滾動(dòng)摩擦力比較 實(shí)驗(yàn)儀器:帶軸的滾輪、摩擦板、彈簧測(cè)力計(jì) 教師操作:將摩擦板水平放置平穩(wěn),固定滾輪不讓滾動(dòng),置于摩擦板上,用測(cè)力計(jì)牽引滾輪,待勻速拉動(dòng)后,可測(cè)得滑動(dòng)摩擦力;取消固定讓滾輪滾動(dòng),待勻速拉動(dòng)后,可測(cè)得滾動(dòng)摩擦力。 實(shí)驗(yàn)結(jié)論:通過(guò)比較數(shù)據(jù),可驗(yàn)證滾動(dòng)摩擦力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于滑動(dòng)摩擦力。 13、共點(diǎn)力的合成與分解 實(shí)驗(yàn)儀器:力的合成分解演示器(J2152)、鉤碼(一盒)、平行四邊形演示器 教師操作:把演示器按事先選定的分力夾角和分力大小,調(diào)整位置和選配鉤碼個(gè)數(shù);把匯
12、力環(huán)上部連接的測(cè)力計(jì)由引力器拉引來(lái)調(diào)節(jié)角度,并還要調(diào)節(jié)拉引力距離,使匯力環(huán)懸空,目測(cè)與坐標(biāo)盤同心;改變分力夾角,重做上邊實(shí)驗(yàn)。 實(shí)驗(yàn)結(jié)論:此時(shí)測(cè)力計(jì)的讀數(shù)就是合力的大??;分力夾角越小合力越大,分力夾角趨于180度時(shí)合力趨近零。 力的合成分解演示器: 教師操作:用平行四邊形演示器O點(diǎn)孔套在坐標(biāo)盤中心桿上,調(diào)整平行四邊形重合實(shí)驗(yàn)所形成四邊形,用緊固螺帽壓緊,學(xué)生可直觀的在演示器上看出矢量作圖。 14、驗(yàn)證力的平行四邊形定則(學(xué)生實(shí)驗(yàn)) 實(shí)驗(yàn)儀器:方木板、白紙、橡皮筋、細(xì)繩套2根、平板測(cè)力計(jì)2只、刻度尺、量角器、鉛筆、圖釘3-5個(gè) 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模候?yàn)證互成角度的兩個(gè)共點(diǎn)力合成的平行四邊形定則。 實(shí)驗(yàn)原理:
13、一個(gè)力F的作用效果與兩個(gè)共點(diǎn)力F1和F2的共點(diǎn)作用效果都是把橡皮筋拉伸到某點(diǎn),所以F為F1和F2的合力。做出F的圖示,再根據(jù)平行四邊形定則做出F1和F2的合力F的圖示,比較F和F是否大小相等,方向相同。 學(xué)生操作: (1)白紙用圖釘固定在方木板上;橡皮筋一端用圖釘固定在白紙上,另一端拴上兩根細(xì)繩套。 (2)用兩只測(cè)力計(jì)沿不同方向拉細(xì)繩套,記下橡皮筋伸長(zhǎng)到的位置O,兩只測(cè)力計(jì)的方向及讀數(shù)F1、F2,做出兩個(gè)力的圖示,以兩個(gè)力為臨邊做平行四邊形,對(duì)角線即為理論上的合力F,量出它的大小。 (3)只用一只測(cè)力計(jì)鉤住細(xì)繩套,將橡皮筋拉到O,記下測(cè)力計(jì)方向及讀數(shù)F,做出它的圖示。 (4)比較F與F的大小與
14、方向。 (5)改變兩個(gè)力F1、F2的大小和夾角,重復(fù)實(shí)驗(yàn)兩次。 實(shí)驗(yàn)結(jié)論:在誤差允許范圍內(nèi),證明了平行四邊形定則成立。 注意事項(xiàng): (1)同一實(shí)驗(yàn)中的兩只彈簧測(cè)力計(jì)的選取方法是:將兩只彈簧測(cè)力計(jì)鉤好后對(duì)拉,若兩只彈簧測(cè)力計(jì)在拉的過(guò)程中讀數(shù)相同,則可選,若不同,應(yīng)另?yè)Q,直到相同為止;使用時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)與板面平行。 (2)在滿足合力不超過(guò)彈簧測(cè)力計(jì)量程及橡皮筋形變不超過(guò)彈性限度的條件下,應(yīng)使拉力盡量大一些,以減小誤差。 (3)畫力的圖示時(shí),應(yīng)選定恰當(dāng)?shù)臉?biāo)度,盡量使圖畫得大一些,但也不要太大而畫出紙外;要嚴(yán)格按力的圖示要求和幾何作圖法作圖。 (4)在同一次實(shí)驗(yàn)中,橡皮筋拉長(zhǎng)后的節(jié)點(diǎn)O位置一定要相同。
15、(5)由作圖法得到的F和實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到的F不可能完全符合,但在誤差允許范圍內(nèi)可認(rèn)為是F和F符合即可。 誤差分析: (1)本實(shí)驗(yàn)誤差的主要來(lái)源彈簧秤本身的誤差、讀數(shù)誤差、作圖誤差。 (2)減小誤差的方法讀數(shù)時(shí)眼睛一定要正視,要按有效數(shù)字正確讀數(shù)和記錄,兩個(gè)力的對(duì)邊一定要平行;兩個(gè)分力F1、F2間夾角越大,用平行四邊形作圖得出的合力F的誤差F也越大,所以實(shí)驗(yàn)中不要把取得太大。 15、研究有固定轉(zhuǎn)動(dòng)軸物體的平衡條件 實(shí)驗(yàn)儀器:力矩盤(J2124型)、方座支架(J1102型)、鉤碼(J2106M)、杠桿(J2119型)、測(cè)力計(jì)(J2104型)、三角板、直別針若干 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^(guò)實(shí)驗(yàn)研究有固定轉(zhuǎn)動(dòng)軸的物體
16、在外力作用下平衡的條件,進(jìn)一步明確力矩的概念。 教師操作: (1)將力矩盤和一橫桿安裝在支架上,使盤可繞水平軸自由靈活地轉(zhuǎn)動(dòng),調(diào)節(jié)盤面使其在豎直平面內(nèi)。在盤面上貼一張白紙。 (2)取四根直別針,將四根細(xì)線固定在盤面上,固定的位置可任意選定,但相互間距離不可取得太小。 (3)在三根細(xì)繩的末端掛上不同質(zhì)量的鉤碼,第四根細(xì)繩掛上測(cè)力計(jì),測(cè)力計(jì)的另一端掛在橫桿上,使它對(duì)盤的拉力斜向上方。持力矩盤靜止后,在白紙上標(biāo)出各懸線的懸點(diǎn)(即直別針的位置)和懸線的方向,即作用在力矩盤上各力的作用點(diǎn)和方向。標(biāo)出力矩盤軸心的位置。 (4)取下白紙,量出各力的力臂L的長(zhǎng)度,將各力的大小F與對(duì)應(yīng)的力臂值記在下面表格內(nèi)(填
17、寫時(shí)應(yīng)注明力矩M的正、負(fù)號(hào),順時(shí)針?lè)较虻牧貫樨?fù),反時(shí)針?lè)较虻牧貫檎?。 (5)改變各力的作用點(diǎn)和大小,重復(fù)以上的實(shí)驗(yàn)。 次數(shù) F(N) L(m) M(N·m) M(N·m) 1 2 3
18、 注意事項(xiàng): (1)實(shí)驗(yàn)時(shí)不應(yīng)使力矩盤向后仰,否則懸線要與盤的下邊沿發(fā)生摩擦,增大實(shí)驗(yàn)誤差。為使力矩盤能靈活轉(zhuǎn)動(dòng),必要時(shí)可在軸上加少許潤(rùn)滑油。 (2)測(cè)力計(jì)的拉力不能向下,否則將會(huì)由于測(cè)力計(jì)本身所受的重力而產(chǎn)生誤差。測(cè)力計(jì)如果處于水平,彈簧和秤殼之間的摩擦也會(huì)影響結(jié)果。 (3)有的力矩盤上畫有一組同心圓,須注意只有受力方向與懸點(diǎn)所在的圓周相切時(shí),圓半徑才等于力臂的大小。一般情況下,力臂只能通過(guò)從轉(zhuǎn)軸到力的作用線的垂直距離來(lái)測(cè)量。 16、共點(diǎn)力
19、作用下物體的平衡 實(shí)驗(yàn)儀器:方木板、白紙、圖釘、橡皮條、測(cè)力計(jì)3個(gè)(J2104型)、細(xì)線、直尺和三角板、小鐵環(huán)(直徑為5毫米的螺母即可) 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^(guò)實(shí)驗(yàn)掌握利用力的平行四邊形定則解決共點(diǎn)力的平衡條件等問(wèn)題的方法,從而加深對(duì)共點(diǎn)力的平衡條件的認(rèn)識(shí)。 教師操作: (1)將方木板平放在桌上,用圖釘將白紙釘在板上。三條細(xì)線將三個(gè)測(cè)力計(jì)的掛鉤系在小鐵環(huán)上。 (2)將小鐵環(huán)放在方木板上,固定一個(gè)測(cè)力計(jì),沿兩個(gè)不同的方向拉另外兩個(gè)測(cè)力計(jì)。平衡后,讀出測(cè)力計(jì)上拉力的大小F1、F2、F3,并在紙上按一定的標(biāo)度,用有向線段畫出三個(gè)力F1、F2、F3。把這三個(gè)有向線段廷長(zhǎng),其延長(zhǎng)線交于一點(diǎn),說(shuō)明這三個(gè)力是共點(diǎn)力
20、。 (3)去掉測(cè)力計(jì)和小鐵環(huán)。沿力的作用線方向移動(dòng)三個(gè)有向線段,使其始端交于一點(diǎn)O,按平行四邊形定則求出F1和F2的合力F12。比較F12和F3,在實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi)它們的大小相等、方向相反,是一對(duì)平衡力,即它們的合力為零。由此可以得出F1、F2、F3的合力為零是物體平衡的條件,如果有更多的測(cè)力計(jì),可以用細(xì)線將幾個(gè)測(cè)力計(jì)與小鐵環(huán)相連,照步驟2、3那樣,畫出這些作用在小鐵環(huán)上的力F1、F2、F3、F4,它們?nèi)允枪颤c(diǎn)力,其合力仍為零,從而得出多個(gè)共點(diǎn)力作用下物體的平衡條件也是合力等于零。 注意事項(xiàng): (1)實(shí)驗(yàn)中所說(shuō)的共點(diǎn)力是在同一平面內(nèi)的,所以實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)使各個(gè)力都與木板平行,且與木板的距離相等。 (2
21、)實(shí)驗(yàn)中方木板應(yīng)處于水平位置,避免重力的影響,否則實(shí)驗(yàn)的誤差會(huì)增大。描述運(yùn)動(dòng)的基本概念 勻速運(yùn)動(dòng) 1、時(shí)間與時(shí)刻 實(shí)驗(yàn)儀器:作息時(shí)間表、停表、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 停表(秒表): (1)構(gòu)造 外殼按鈕使指針啟動(dòng)、停止和回零。 表盤刻度如圖所示,長(zhǎng)針是秒針指示大圓周的刻度,其最小分度一般是0.1s,秒針轉(zhuǎn)一圈是30s;短針是分針,只是小圓圈的刻度,其最小分度值常見(jiàn)為0.5min。 (2)使用方法 首先要上好發(fā)條,它上端的按鈕用來(lái)開(kāi)啟和止動(dòng)秒表。 (3)讀數(shù)方法 所測(cè)時(shí)間超過(guò)0.5min時(shí),0.5min的整數(shù)倍部分由分針讀出,不足0.5min的部分由秒針讀出,總時(shí)間為兩針示數(shù)之和。 (
22、4)注意事項(xiàng) 檢查秒表零點(diǎn)是否準(zhǔn)確。如不準(zhǔn),應(yīng)記下其讀數(shù),并對(duì)讀數(shù)作修正。 實(shí)驗(yàn)中切勿碰摔秒表,以免震壞。 實(shí)驗(yàn)完畢,應(yīng)讓秒表繼續(xù)走動(dòng),使發(fā)條完全放松。 對(duì)秒表讀數(shù)時(shí)一般不估讀,因?yàn)闄C(jī)械表采用的齒輪傳動(dòng),指針不可能停在兩小格之間,所以不能估讀出比最小刻度更短的時(shí)間。 電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器: (1)調(diào)節(jié)和固定 電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用時(shí)應(yīng)先固定。它的底座上有兩條凹槽,可用臺(tái)夾將它固定在實(shí)驗(yàn)桌的邊沿或斜面的一端,注意使紙帶的中心線位于物體的運(yùn)動(dòng)方向上或與斜面另一端的定滑輪凹糟的方向一致。如果單獨(dú)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,也可用臺(tái)夾將它固定在鐵支架的支桿上。 把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接入50赫6伏的正弦交流電源(J1202型或J12
23、021型學(xué)生電源,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在46伏范圍內(nèi)能正常工作),讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器開(kāi)始工作,觀察振動(dòng)片的振動(dòng)是否均勻。如果振動(dòng)不均勻,可調(diào)節(jié)振動(dòng)片的調(diào)節(jié)螺母,直到打點(diǎn)均勻有力,聲音清晰、不拖尾巴。表示打點(diǎn)計(jì)時(shí)器已能正常工作。然后關(guān)閉電源。 給打點(diǎn)計(jì)時(shí)器裝上復(fù)寫紙片,移動(dòng)復(fù)寫紙的轉(zhuǎn)軸,使復(fù)寫紙壓入壓紙框架下。從紙帶限位孔穿入紙帶,經(jīng)復(fù)寫紙下從另一限位孔穿出。 接上電源,使打點(diǎn)針工作,調(diào)節(jié)打點(diǎn)針的高低,以剛好能在紙上打出點(diǎn)為準(zhǔn),盡量減少打點(diǎn)針與打點(diǎn)紙帶的接觸時(shí)間。 (2)構(gòu)造和原理 J0203型電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器為磁電式結(jié)構(gòu),其構(gòu)造如圖。當(dāng)線圈通以50赫的交流電時(shí),線圈產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)使振動(dòng)片(由彈簧鋼制成)磁化,振
24、動(dòng)片的一端位于永久磁鐵的磁場(chǎng)中。由于振動(dòng)片的磁極隨著電流方向的改變而不斷變化,在永久磁鐵的磁場(chǎng)作用下,振動(dòng)片將上下振動(dòng),其振動(dòng)周期與線圈中的電流變化周期一致,即為0.02秒。圖為半個(gè)周期時(shí)的情況。 振動(dòng)片的一端裝有打點(diǎn)針,當(dāng)紙帶從針尖下通過(guò)時(shí)。便打上一系列點(diǎn),相鄰點(diǎn)之間對(duì)應(yīng)的時(shí)間為0.02秒。5個(gè)間距對(duì)應(yīng)的時(shí)間為0.10秒。 (3)頻率檢查 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)精度主要由振動(dòng)片的振動(dòng)頻率所決定。由于振動(dòng)、碰撞等原因可能使打點(diǎn)頻率偏離正常范圍(包括出現(xiàn)頻率偏移和頻率不穩(wěn)等現(xiàn)象),影響它的正常工作。實(shí)驗(yàn)前可檢查其頻率是否正常。這里介紹用示波器檢查打點(diǎn)頻率的方法。 將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的線圈接入6伏交流電源,振
25、動(dòng)片接示波器的“y輸入”(不能使用旋松緊固螺釘或夾在振動(dòng)片上的方法連結(jié),可用導(dǎo)線繞在振動(dòng)片的固定螺釘上,避免影響振動(dòng)頻率),限位板接示波器的“接地”端,如圖。當(dāng)打點(diǎn)針與限位板不接觸時(shí),示波器y輸入上就有一個(gè)感應(yīng)交流電壓的正弦信號(hào)輸入;當(dāng)打點(diǎn)針與限位板接觸時(shí),y輸入電壓為零,因此在正弦波上留下一個(gè)缺口。若打點(diǎn)器的振動(dòng)頻率穩(wěn)定,打點(diǎn)針與限位板碰擊的時(shí)機(jī)相同,則正弦波上的缺口位置始終一致;若打點(diǎn)器的振動(dòng)不穩(wěn)定,打點(diǎn)針與限位板碰擊時(shí)機(jī)不等,各次缺口出現(xiàn)的位置不同,由于視覺(jué)暫留的作用,正弦波看來(lái)就會(huì)有兩個(gè)缺口,這時(shí)打點(diǎn)紙帶上會(huì)出現(xiàn)重復(fù)性的“雙點(diǎn)”。仔細(xì)調(diào)節(jié)振動(dòng)片的固定螺釘,直到示波器顯示的正弦波只出現(xiàn)一
26、個(gè)缺口,打點(diǎn)器的振動(dòng)頻率就核準(zhǔn)好了。 (4)造成打點(diǎn)計(jì)時(shí)器頻率不穩(wěn)或出現(xiàn)“雙點(diǎn)”的原因及解決辦法 當(dāng)振動(dòng)片的固有頻率與電源頻率(50赫)相一致時(shí),振動(dòng)片便產(chǎn)生與電源頻率同步的振動(dòng),即發(fā)生共振,此時(shí)打點(diǎn)周期與電源周期一致。若振動(dòng)片的固有頻率偏離工作電源頻率,就會(huì)出現(xiàn)打點(diǎn)周期不穩(wěn)的情形。振動(dòng)片的固有周期主要由它的長(zhǎng)度決定。所以可通過(guò)調(diào)節(jié)振動(dòng)片的長(zhǎng)度來(lái)調(diào)整它的固有周期。松開(kāi)振動(dòng)片的固定螺釘,逐步改變振動(dòng)片的長(zhǎng)度,并觀察振動(dòng)片的振幅,當(dāng)振幅最大時(shí),表明振動(dòng)片的固有頻率與電源頻率一致。 振動(dòng)片在線圈框架中的位置及在磁鐵之間的位置都必須位于正中間,否則會(huì)出現(xiàn)打點(diǎn)周期不穩(wěn)的現(xiàn)象。如發(fā)現(xiàn)振動(dòng)片周期不穩(wěn),可松開(kāi)
27、振動(dòng)片的緊固螺釘,改變墊片的厚度,使振動(dòng)片位于正中間。 電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器: 電火花計(jì)時(shí)器的外形如圖所示,它可以代替電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用,也可以與簡(jiǎn)易電火花描跡儀配套使用。 使用時(shí)電源插頭直接插在交流220伏插座內(nèi),將裁成圓片(直徑約38毫米)的墨粉紙盤的中心孔套在紙盤軸上,將剪切整齊的兩條普通有光白紙帶(20×700mm2)從彈性卡和紙盤軸之間的限位槽中穿過(guò),并且要讓墨粉紙盤夾在兩條紙帶之間,這樣當(dāng)兩條紙帶運(yùn)動(dòng)時(shí),也能帶動(dòng)墨粉紙盤運(yùn)動(dòng),當(dāng)按下脈沖輸出開(kāi)關(guān)時(shí),放電火花不至于始終在墨粉紙盤的同一位置而影響到點(diǎn)跡的清晰度。也可以用上述尺寸的白紙帶和墨粉紙帶(位于下面)做實(shí)驗(yàn),例如在簡(jiǎn)易電火花
28、描跡儀的導(dǎo)軌上就是這樣放置的。還可以用兩條白紙帶夾著一條墨粉紙帶做實(shí)驗(yàn);用電火花計(jì)時(shí)器做測(cè)量自由落體的加速度實(shí)驗(yàn)就是這樣做的。墨粉紙可以使用比較長(zhǎng)的時(shí)間,一條白紙帶也可以使用4次,從而降低了實(shí)驗(yàn)成本。 電火花計(jì)時(shí)器使用中運(yùn)動(dòng)阻力極小(這種極小阻力來(lái)自于紙帶運(yùn)動(dòng)的本身,而不是打點(diǎn)產(chǎn)生的),因而系統(tǒng)誤差小,記時(shí)精度與交流電源頻率的穩(wěn)定程度一致(脈沖周期漂移不大于50微秒,這一方面也遠(yuǎn)優(yōu)于電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器),同時(shí)它的操作簡(jiǎn)易,學(xué)生使用安全可靠(脈沖放電電流平均值不大于500微安)。 2.平均速度與瞬時(shí)速度 實(shí)驗(yàn)儀器:數(shù)字計(jì)時(shí)器(J0201-CC)、氣墊導(dǎo)軌(J2125)、小型氣源(J2126)、水平尺
29、、滑快、擋光片 氣墊導(dǎo)軌: (1)構(gòu)造 氣墊導(dǎo)軌是一種現(xiàn)代化的力學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器。它利用小型氣源將壓縮空氣送入導(dǎo)軌內(nèi)腔??諝庠儆蓪?dǎo)軌表面上的小孔中噴出,在導(dǎo)軌表面與滑行器內(nèi)表面之間形成很薄的氣墊層。滑行器就浮在氣墊層上,與軌面脫離接觸,因而能在軌面上做近似無(wú)阻力的直線運(yùn)動(dòng),極大地減小了以往在力學(xué)實(shí)驗(yàn)中由于摩擦力引起的誤差。使實(shí)驗(yàn)結(jié)果接近理論值。配用數(shù)字計(jì)時(shí)器或高壓電火花計(jì)時(shí)器記錄滑行器在氣軌上運(yùn)動(dòng)的時(shí)間,可以對(duì)多種力學(xué)物理量進(jìn)行測(cè)定,對(duì)力學(xué)定律進(jìn)行驗(yàn)證。 氣墊導(dǎo)軌按其直線度是否可調(diào)分為普通式(不可調(diào)式)和可調(diào)式兩種型式。該產(chǎn)品以軌面長(zhǎng)度為主參數(shù)。主參數(shù)系列有800毫米、1200毫米、1500毫米和2
30、000毫米四種,前兩種規(guī)格適合中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)使用。氣墊導(dǎo)軌還可以按照其所需的工作壓強(qiáng)和滑行器質(zhì)量分為高氣壓、重滑行器及低氣壓、輕滑行器兩類。前者性能好,但價(jià)格略高,后者性能稍差,價(jià)格較低。 上圖中畫的氣軌為1200毫米、高氣壓可調(diào)式氣軌。 上圖J2125型氣墊導(dǎo)軌,它是低氣壓;輕滑行器、直線度不可調(diào)式氣軌。 上圖為J21251型氣墊導(dǎo)軌,它是另一種高氣壓、重滑行器、直線度可調(diào)式氣墊導(dǎo)軌。 上圖為J21252型氣墊導(dǎo)軌,它是高氣壓、重滑行器、直線度不可調(diào)式氣墊導(dǎo)軌。 氣墊導(dǎo)軌實(shí) 驗(yàn)中的運(yùn)動(dòng)物體為滑行器(又稱滑塊),右圖為L(zhǎng)QGT1200/5.8型氣墊導(dǎo)軌的滑行器。滑行器上部有五條“T”形槽,可用螺
31、釘和螺帽方便地在槽上固定各種附件。下面的兩條“T”形槽的中心正好通過(guò)滑行器的質(zhì)心,在這兩條槽的兩端安裝碰撞器或掛鉤,可使滑行器在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受外力通過(guò)質(zhì)心。在這兩條槽的中部加裝配重塊后滑行器的質(zhì)心不會(huì)改變高度。 (2)保養(yǎng) 氣墊導(dǎo)軌是一種精度較高的現(xiàn)代教學(xué)儀器。軌道面的直線度,粗糙度,滑行器內(nèi)角及表面的平面度都有較高要求,切忌振動(dòng)、重壓。嚴(yán)防碰傷和劃傷。不允許在不通氣的情況下將滑行器在軌面上滑磨。 實(shí)驗(yàn)前一定要檢查氣孔是否通暢,如有小孔被堵塞,滑行器運(yùn)動(dòng)到該處就會(huì)受到影響,甚至?xí)W〔粍?dòng)。如有小孔被堵塞,應(yīng)該用細(xì)鋼絲(直徑小于0.5毫米)捅開(kāi)。 滑行器的運(yùn)動(dòng)速度不宜過(guò)低,否則當(dāng)外界因素變化時(shí)(
32、如室內(nèi)氣流量不穩(wěn)、壓力不均時(shí),會(huì)影響滑行器的運(yùn)動(dòng))。一般來(lái)說(shuō),滑行器的運(yùn)動(dòng)速度應(yīng)大于50厘米/秒。 導(dǎo)軌使用時(shí)應(yīng)安放在結(jié)實(shí)、牢固的實(shí)驗(yàn)臺(tái)上。如實(shí)驗(yàn)臺(tái)單薄會(huì)影響導(dǎo)軌調(diào)水平。如欲使導(dǎo)軌成斜面、可在調(diào)平螺釘下面加定高墊塊。 導(dǎo)軌應(yīng)放于清潔干燥的環(huán)境中,長(zhǎng)期不用應(yīng)用塑料套遮蓋,防止灰塵。 (3)調(diào)平 氣軌在使用前應(yīng)調(diào)節(jié)軌面成水平。因?yàn)檐壝娌凰綍?huì)使滑行器所受的重力產(chǎn)生與導(dǎo)軌長(zhǎng)度方向平行的分力,由于滑行器是“飄浮”在氣墊上的,任何微小的分力都會(huì)給滑行器以附加的加速度,因而增加實(shí)驗(yàn)的誤差。氣軌的調(diào)平可按下列兩種方法之一進(jìn)行。 靜態(tài)調(diào)平法 氣墊導(dǎo)軌的調(diào)平螺釘一般是按等腰三角形的三個(gè)頂點(diǎn)分布的。先調(diào)節(jié)位于三角
33、形底邊兩端的調(diào)平螺釘,使軌面在與長(zhǎng)度垂直方向上達(dá)到目視水平。然后向?qū)к壨猓瑢⒒衅鬏p放在軌面上,調(diào)節(jié)位于三角形頂點(diǎn)位置的螺釘,使滑行器在將要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)停住不動(dòng)或無(wú)明顯移動(dòng),則可認(rèn)為軌面已經(jīng)調(diào)平。注意在即將調(diào)平時(shí)要以很小的角度旋轉(zhuǎn)調(diào)平螺釘,以免調(diào)節(jié)過(guò)量。 動(dòng)態(tài)調(diào)平法 將兩個(gè)光電門按實(shí)驗(yàn)需要拉開(kāi)一段距離安裝在導(dǎo)軌上,使其指針對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)軌上標(biāo)尺刻度。把光電門線兩端的四芯插頭分別插入光電門架和計(jì)時(shí)器面板上的四芯插座中,將兩光電門和計(jì)時(shí)器連通。開(kāi)啟計(jì)時(shí)器電源,使計(jì)時(shí)器能正常工作:將計(jì)時(shí)方式置于“計(jì)時(shí)”,用手在光電門處遮一下光,計(jì)時(shí)器能計(jì)下遮光時(shí)間即為正常;將計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)方式置于“計(jì)時(shí)”,用手在任一
34、光電門處遮一下光,再在另一光電門處遮一下光,計(jì)時(shí)器能計(jì)下兩次遮光的時(shí)間間隔為工作正常。計(jì)時(shí)器的時(shí)標(biāo)定為不大于1毫秒。 在滑行器中部安裝擋光片,接通氣源,將滑行器輕放在軌面上,使其運(yùn)動(dòng)起來(lái)。調(diào)整光電門的位置,使其能被擋光片有效遮光,又不妨礙滑行器運(yùn)動(dòng)。置計(jì)時(shí)器為“計(jì)時(shí)”計(jì)時(shí)方式。讓滑行器從導(dǎo)軌一端向另一端運(yùn)動(dòng),擋光片順序通過(guò)兩個(gè)光電門。計(jì)時(shí)器分別計(jì)下?lián)豕馄ㄟ^(guò)兩個(gè)光電門的時(shí)間。調(diào)節(jié)處于三角形頂點(diǎn)位置的調(diào)平螺釘,使計(jì)時(shí)器計(jì)下的兩次計(jì)時(shí)值基本相等,使滑行器從另一端向相反方向運(yùn)動(dòng),計(jì)時(shí)器的兩次計(jì)時(shí)值也基本相等,即可認(rèn)為軌面已調(diào)平。 (4)滑塊質(zhì)心的調(diào)整 氣墊導(dǎo)軌的氣墊對(duì)滑行器有一定的“浮力”。這一力的
35、方向向上并且過(guò)滑行器的幾何中心。一般情況下滑行器的質(zhì)心也在其幾何中心。 所以,在軌面水平的條件下,滑行器應(yīng)能浮在軌面上不沿軌面左右移動(dòng)。但在使用氣軌做實(shí)驗(yàn)時(shí)要在滑行器上安裝擋光片等附件。如果不注意,就改變了質(zhì)心位置,破壞滑行器所受重力與浮力的平衡,浮力中心會(huì)離開(kāi)質(zhì)心一段距離。浮力會(huì)產(chǎn)生以質(zhì)心為軸的力矩,使滑行器在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)小的角度,形成了使滑行器沿軌面移動(dòng)的分力。 這時(shí)即使軌面已經(jīng)水平,滑行器仍不能浮在軌面上不動(dòng)。這時(shí)請(qǐng)沿長(zhǎng)度方向移動(dòng)滑行器上所安附件的位置,使裝上附件后滑行器的質(zhì)心與沒(méi)裝附件時(shí)滑行器的質(zhì)心盡量重合。裝好附件的滑行器也應(yīng)能浮在軌面上不動(dòng)。 數(shù)字計(jì)時(shí)器: (1)構(gòu)造 數(shù)字計(jì)
36、時(shí)器和光電門一起組成氣墊導(dǎo)軌的計(jì)時(shí)裝置。光電門的外形如圖。它由發(fā)光器件(聚光燈泡或紅外發(fā)光二極管)和光敏器件(光敏二極管或光敏三極管)組成。通常使光敏器件處于亮(被光照)狀態(tài),在暗(光被遮)狀態(tài)時(shí)向數(shù)字計(jì)時(shí)器進(jìn)出脈沖訊號(hào),觸發(fā)數(shù)字計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)或停計(jì)。 J02011型數(shù)字計(jì)時(shí)器如圖。 計(jì)時(shí)器上的輸入插口和分別與兩個(gè)光電門相連接。計(jì)時(shí)開(kāi)關(guān)扳向“1ms”擋時(shí)數(shù)碼管顯示計(jì)時(shí)值單位為毫秒,計(jì)時(shí)量程00.999秒;該開(kāi)關(guān)扳向“10ms”擋時(shí),量程為00.09秒。復(fù)位鍵又稱清零鍵。用以清除上一次計(jì)數(shù)或計(jì)時(shí)的示數(shù)。 (2)J0201-CC型數(shù)字計(jì)時(shí)器工作狀態(tài) “C”計(jì)數(shù) 用當(dāng)光片對(duì)任意一個(gè)光電門遮光一次,屏幕顯
37、示即累加一次。 “S1”遮光計(jì)時(shí) 當(dāng)采用計(jì)時(shí)S1時(shí),任一光電門遮光時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí),遮光結(jié)束(露光)停止計(jì)時(shí),屏幕依次顯示出遮光次數(shù)和遮光時(shí)間。即圖甲中擋光條通過(guò)光電門的時(shí)間??蛇B續(xù)作1255次時(shí)間,但只存儲(chǔ)前10個(gè)數(shù)據(jù)。 “S2”間隔時(shí)間 當(dāng)采用計(jì)時(shí)S2時(shí),任一光電門第一次遮光時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)。第二次遮光時(shí)停止計(jì)時(shí),屏幕依次顯示出擋光間隔和擋光間隔的時(shí)間,即圖乙中兩個(gè)擋光條先后通過(guò)兩個(gè)光電門之間的時(shí)間間隔或擋光片的兩個(gè)邊M、N通過(guò)一個(gè)光電門所用的時(shí)間??蛇B續(xù)作1255次實(shí)驗(yàn),只存儲(chǔ)前10個(gè)數(shù)據(jù)。 “T”測(cè)振子周期 用彈簧振子或單擺振子配合一個(gè)光電門和一個(gè)擋光片做實(shí)驗(yàn)?!巴V埂庇?jì)時(shí)后,屏幕依次顯示n個(gè)振動(dòng)
38、周期和1個(gè)n次振動(dòng)時(shí)間的總和。 “a”加速度 配合氣墊導(dǎo)軌、擋光框、兩個(gè)光電門作運(yùn)動(dòng)體的加速度試驗(yàn)。運(yùn)動(dòng)體上的擋光框通過(guò)兩個(gè)光電門之后自動(dòng)進(jìn)入循環(huán)顯示擋光框通過(guò)第一個(gè)光電門的時(shí)間;擋光框通過(guò)第一個(gè)光電門至第二個(gè)光電門之間的間隔時(shí)間;擋光框通過(guò)第二個(gè)光電門的時(shí)間;擋光框通過(guò)第一個(gè)光電門的速度;擋光框通過(guò)第二個(gè)光電門的速度;擋光框通過(guò)第一個(gè)光電門至第二個(gè)光電門之間的運(yùn)動(dòng)加速度。 “g”測(cè)重力加速度 “Col”完全彈性碰撞實(shí)驗(yàn) “Sgl”時(shí)標(biāo)輸出 (3)保養(yǎng) 實(shí)驗(yàn)前應(yīng)先調(diào)整發(fā)光器件和光敏器件的相對(duì)位置。如果二者沒(méi)有對(duì)準(zhǔn),數(shù)字計(jì)時(shí)器在“S1”計(jì)時(shí)方式下數(shù)碼管會(huì)不停地翻動(dòng)、不能計(jì)時(shí)。使發(fā)光器件的光束對(duì)準(zhǔn)
39、光敏器件、計(jì)時(shí)器的數(shù)碼管就不會(huì)再翻動(dòng)。手動(dòng)“復(fù)位”后顯示“0”,即可開(kāi)始遮光計(jì)時(shí)。 數(shù)字計(jì)時(shí)器應(yīng)按電子儀器常規(guī)保養(yǎng)。維修時(shí)嚴(yán)禁帶電焊接,焊接時(shí)要將電烙鐵斷掉電源,用余熱焊接。 小型氣源: (1)構(gòu)造 小型氣源為氣墊導(dǎo)軌提供一定流量和壓強(qiáng)的空氣。 它由過(guò)濾器、離心式風(fēng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)、波紋管、濾清器、減震彈簧等組成。工作時(shí),電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)離心式風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn),空氣從氣源的進(jìn)氣口進(jìn)入過(guò)濾器,進(jìn)入風(fēng)機(jī)后被壓縮成較高壓強(qiáng)的氣體,經(jīng)過(guò)波紋管(能減少壓縮空氣噪聲)后進(jìn)入濾清器,清除空氣中的碳粉;(這些碳粉是電動(dòng)機(jī)的碳刷產(chǎn)生的),然后從氣源的出氣口經(jīng)過(guò)塑料蛇形軟管進(jìn)入氣墊導(dǎo)軌的型腔中。減震彈簧能減少機(jī)械震動(dòng)產(chǎn)生的噪聲。 國(guó)
40、內(nèi)已能生產(chǎn)大流量、高風(fēng)壓、無(wú)碳粉的低噪聲氣源,由于仍然使用整流子電機(jī),氣源使用一段時(shí)間后,需要取出濾清器,更換其中的泡沫塑料。 (2)保養(yǎng) 為保持進(jìn)入氣源的空氣干凈清潔,實(shí)驗(yàn)時(shí)不要將氣源放在地上。為了不使氣源的振動(dòng)影響滑行器的運(yùn)動(dòng),也不要把氣源與氣軌放在同一實(shí)驗(yàn)臺(tái)上。 氣源連續(xù)使用一般不超過(guò)90分鐘。 氣源要與導(dǎo)軌配套。高壓重滑行器的氣軌要用高壓氣源(壓強(qiáng)46千帕),低壓輕滑行器的氣軌用低壓氣源(壓強(qiáng)約0.3千帕)。 使用以串激整流子電機(jī)為動(dòng)力的氣源,要定期更換碳刷。 教師操作:氣墊導(dǎo)軌保持水平(水平尺處于中心位置);數(shù)字計(jì)時(shí)器選擇S2;用一只光電門;用不同的擋光片(100mm,50mm,30
41、mm)演示平均速度;當(dāng)擋光片寬度越來(lái)越小時(shí),平均速度趨近于瞬時(shí)速度。 3、勻速直線運(yùn)動(dòng) 實(shí)驗(yàn)儀器:數(shù)字計(jì)時(shí)器(J0201-CC)、氣墊導(dǎo)軌(J2125)、小型氣源(J2126)、水平尺、滑快、擋光片(30mm) 教師操作:數(shù)字計(jì)時(shí)器選擇S2;氣墊導(dǎo)軌保持水平;使用兩只光電門;用手輕推滑塊,比較兩個(gè)光電門示數(shù);根據(jù)v= 計(jì)算速度,比較結(jié)果。 擋光片S 光電門1 光電門2 30mm t1 v1 t2 v2 3.勻變速直線運(yùn)動(dòng) 加速度 實(shí)驗(yàn)儀器:數(shù)字計(jì)時(shí)器(J0201-CC)、氣墊導(dǎo)軌(J2125)、小型氣源(J2126)、滑快、擋光片(30m
42、m) 教師操作: (1)使導(dǎo)軌呈傾斜狀(通過(guò)調(diào)節(jié)調(diào)平螺絲使右端略高于左端,使兩光電門之間的距離約30厘米。接好計(jì)時(shí)器。計(jì)時(shí)器用S2擋。 (2)接通計(jì)時(shí)器電源,把滑行器(已插上擋光條)放在導(dǎo)軌上靠近右邊光電門處,接通氣源電源,自由釋放滑行器。在滑行器撞擊到緩沖彈簧時(shí)立即關(guān)閉氣源。記下滑行器在兩光電門間運(yùn)動(dòng)的時(shí)間和兩光電門之間的距離。記入記錄表中。使計(jì)時(shí)器置零。 (3)移動(dòng)左邊光電門門架改變計(jì)時(shí)距離(改變10厘米左右即可),重復(fù)步驟(2)。如此繼續(xù),多取幾組S、t數(shù)據(jù),直至左邊光電門過(guò)于接近緩沖彈簧,不便于計(jì)時(shí)為止。 (4)根據(jù)所測(cè)S、t值,計(jì)算 的值在實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi)是否為恒量。若是,則可求出其加
43、速度的平均值。研究勻變速直線運(yùn)動(dòng) 實(shí)驗(yàn)儀器:數(shù)字計(jì)時(shí)器(J0201-CC)、氣墊導(dǎo)軌(J2125)、小型氣源(J2126)、滑快、擋光片(30mm) 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模河脷鈮|導(dǎo)軌比較精確地測(cè)定勻變速直線運(yùn)動(dòng)的即時(shí)速度和加速度。 實(shí)驗(yàn)原理: 物體(質(zhì)點(diǎn))過(guò)某點(diǎn)的即時(shí)速度等于物體經(jīng)該點(diǎn)時(shí)足夠小的位移(或足夠小的時(shí)間)內(nèi)的平均速度的極限值。實(shí)驗(yàn)中位移S在可能條件下盡量取小。測(cè)出通過(guò)S所用的時(shí)間t,則所求得的平均速度 就可認(rèn)為近似等于過(guò)該點(diǎn)的即時(shí)速度。 若實(shí)驗(yàn)測(cè)得物體在勻變速直線運(yùn)動(dòng)中通過(guò)某兩點(diǎn)時(shí)的即時(shí)速度,再測(cè)得物體通過(guò)兩點(diǎn)所用的時(shí)間t可以用公式a 求得其加速度。 教師操作: (1)使氣墊導(dǎo)軌傾斜約1
44、76;以下。兩光電門分別放在位置A和A1處,如圖。滑行器置于A的右邊,并在其上插上擋光片。把光電門接在計(jì)時(shí)器上。計(jì)時(shí)器撥到“計(jì)時(shí)”(S2)擋。接通計(jì)時(shí)器電源。 (2)使小型氣源工作,給導(dǎo)軌通氣。讓滑行器自由下滑。從計(jì)時(shí)器上讀出滑行器經(jīng)過(guò)AA1的時(shí)間t1,在標(biāo)尺上讀出AA1之間的距離S1,求出滑行器在AA1這段位移中的平均速度.(3)把A1處的光電門移到A2,A3,重復(fù)步驟2,分別測(cè)出對(duì)應(yīng)的平均速度 , 實(shí)驗(yàn)時(shí)要注意每次都使滑行器從同一位置自由滑下。 (4)分析所得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn),平均速度隨位移減小而減小并趨向某一極限(下表中數(shù)據(jù)僅供參考)。 (5)為了近似求得此平均速度的極限值,可將計(jì)時(shí)器撥
45、在“計(jì)時(shí)”擋,讓滑行器從上面實(shí)驗(yàn)中同一位置自由滑下通過(guò)A點(diǎn),測(cè)出擋光條通過(guò)A點(diǎn)的時(shí)間tA。擋光條的有效寬度SA=30mm(即L有),則可求得滑行器在擋光條遮光時(shí)間內(nèi)運(yùn)動(dòng)的平均速度。它是在我們的裝置中可能取到的過(guò)A點(diǎn)的最小位移內(nèi)的平均速度,可近似認(rèn)為是過(guò)A點(diǎn)時(shí)的平均速度的極限值,它接近滑行器過(guò)A點(diǎn)時(shí)的即時(shí)速度,見(jiàn)下表中最后一欄。 s(m) 0.414 0.260 0.109 0.057 0.0136 t(s) 2.56 1.78 0.86 0.48 0.12 V瞬時(shí)(m/s) 0.162 0.146 0.127 0.120 0.113 (6)讓一個(gè)光電門仍置于A處,另一光電門重新移回A1處。重復(fù)
46、步驟(5)的操作。但此時(shí)要注意記下?lián)豕鈼l通過(guò)A的時(shí)間tA以及通過(guò)A和A1的總時(shí)間t,可得擋光條通過(guò)A1的時(shí)間t1ttA。根據(jù)擋光條的有效遮光寬度SA,分別求出滑行器通過(guò)A及A1時(shí)的即時(shí)速度VA 和VA1 。利用步驟(2)所測(cè)得的時(shí)間t1,可求得a 。 測(cè)定勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度(學(xué)生實(shí)驗(yàn)) 實(shí)驗(yàn)儀器:打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、交流電源(電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器220V,電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器46V)、紙帶、小車、軌道、細(xì)繩、鉤碼、刻度尺、導(dǎo)線 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?(1)掌握判斷物體是否作勻變速直線運(yùn)動(dòng)的方法。 (2)測(cè)定勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度。 紙帶處理: (1)“位移差”法判斷運(yùn)動(dòng)情況,設(shè)相鄰點(diǎn)之間的位移分別為s1、s2、s3
47、(A)若s2-s1=s3-s2=sn-sn-1=0,則物體做勻速直線運(yùn)動(dòng)。 (B)若s2-s1=s3-s2=sn-sn-1=s0,則物體做勻變速直線運(yùn)動(dòng)。 (2)“逐差法”求加速度 a1= ,a2= ,a3= , 然后取平均值,即a= 。 (3)“平均速度法”求速度 vn= 。 (4)“圖像法”求加速度 由vn= ,求出無(wú)數(shù)個(gè)點(diǎn)的速度,畫出v-t圖像,直線的斜率即加速度。 學(xué)生操作: (1)把附有滑輪的軌道放在實(shí)驗(yàn)桌上,并使滑輪伸出桌面,把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在軌道沒(méi)有滑輪一端,連接好電路;再把細(xì)繩拴在小車上,細(xì)繩跨過(guò)滑輪,下邊掛上合適的鉤碼;把紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,并把它的一端固定在小車的后面(若是
48、電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,用兩個(gè)紙帶分別從上下兩邊穿過(guò)墨粉紙盤)。 (2)把小車停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處,接通電源后,放開(kāi)小車,讓小車拖著紙帶運(yùn)動(dòng),打點(diǎn)計(jì)時(shí)器就在紙帶上打下一系列的點(diǎn),換上新紙帶,重復(fù)三次。 (3)從三條紙袋中選擇一條比較理想的紙帶,舍掉開(kāi)頭比較密集的點(diǎn),在后邊便于測(cè)量的地方找一個(gè)開(kāi)始點(diǎn),并把每打五個(gè)點(diǎn)的時(shí)間作為時(shí)間的單位,即T=0.02×5=0.1s,在選好的開(kāi)始點(diǎn)下面記作0,第六點(diǎn)作為計(jì)數(shù)點(diǎn)1,依次標(biāo)出計(jì)數(shù)點(diǎn)2、3、4、5、6。兩相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離用刻度尺測(cè)出分別記作s1、s2s6。 (4)求出a的平均值,它就是小車做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度。 注意事項(xiàng): (1)要在鉤碼落地處
49、放置軟墊,防止撞壞鉤碼。 (2)小車的加速度宜適當(dāng)大些,可以減小長(zhǎng)度的測(cè)量誤差,加速度大小以能在約50cm的紙帶上清楚的取出7-8個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)為宜。 (3)紙帶運(yùn)動(dòng)時(shí)不要讓紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔摩擦。 (4)不要分段測(cè)量各段位移,應(yīng)盡可能的一次測(cè)量完畢(可先統(tǒng)一量出到記數(shù)起點(diǎn)0之間的距離)。 自由落體運(yùn)動(dòng) 豎直上拋運(yùn)動(dòng) 1、阻力很小時(shí)不同物體同時(shí)下落 實(shí)驗(yàn)儀器:旋片式真空抽氣泵(XZ)、牛頓管 教師演示:用抽氣泵把牛頓管內(nèi)空氣抽出不同程度,觀察鋁片與羽毛的下落快慢。 實(shí)驗(yàn)結(jié)論:空氣阻力很小時(shí)(接近于真空),鋁片與羽毛同時(shí)下落。 2、測(cè)重力加速度(1) 實(shí)驗(yàn)儀器:鐵架臺(tái)、鐵質(zhì)小球(直徑22.5厘米
50、)、數(shù)字計(jì)時(shí)器(J0201CC)、光電門2個(gè)、米尺、學(xué)生電源、電磁鐵 教師操作: (1)按圖將光電門A、B和電磁鐵安裝在鐵架臺(tái)上,調(diào)整它們的位置使三者在一條豎直線內(nèi)。當(dāng)電磁鐵斷電釋放小球后,小球能順利通過(guò)兩個(gè)光電門 (2)將數(shù)字計(jì)時(shí)器通電并調(diào)整光電門,當(dāng)光電門A光路被瞬間切斷時(shí),即開(kāi)始計(jì)時(shí);當(dāng)光電門B的光路被瞬間切斷時(shí),則停止計(jì)時(shí)。再接通電磁鐵電源吸住小球,開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。切斷電磁鐵電源,小球落下。此時(shí)計(jì)時(shí)器顯示的時(shí)間即為小球做自由落體運(yùn)動(dòng)通過(guò)兩光電門A、B的時(shí)間t,實(shí)驗(yàn)連續(xù)做三次,然后取平均值。 (3)用米尺測(cè)出從小球開(kāi)始下落的位置到兩個(gè)光電門中心的距離h1、h2,由公式h1= gt12和h2=
51、gt22, 得t=t2-t1= - = ( - ) t2= ( - )2,g= 由此就可算出所測(cè)的重力加速度。 注意事項(xiàng): (1)用電磁鐵釋放小球的缺點(diǎn)是,當(dāng)切斷電流后,電磁鐵的磁性消失需要一時(shí)間,鐵球與電磁鐵鐵心可能有一些剩磁,都會(huì)使下落時(shí)間較實(shí)際值大,引起誤差。因此,上面介紹的方法是測(cè)定小球通過(guò)兩光電門之間距離所用的時(shí)間。避免了測(cè)定小球開(kāi)始下落的時(shí)刻,這樣就消除了上述誤差。 (2)測(cè)量小球從開(kāi)始下落的位置到兩個(gè)光電門中心的距離h1、h2,應(yīng)該是從小球下部球表面到兩個(gè)光電門中心的距離。而不是小球中心到光電門中心的距離,因?yàn)楣怆婇T在小球下表面隔斷光線時(shí)就立即開(kāi)始計(jì)時(shí)。為了提高精度,光電門的光束
52、應(yīng)該調(diào)得較細(xì),并適當(dāng)增大兩光電門A、B間的距離,使時(shí)間測(cè)量的相對(duì)誤差減小。 3、測(cè)重力加速度(2) 實(shí)驗(yàn)儀器:鐵架臺(tái)、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(J0203型)、米尺、重錘、夾子、學(xué)生電源 教師操作:(1)將鐵架臺(tái)放于水平桌的邊沿,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定于支架的下端并位于豎直平面內(nèi)。支架底座上放一重物以保持支架的穩(wěn)定。打點(diǎn)紙帶上端穿過(guò)計(jì)時(shí)器的限位孔,并用夾子固定起來(lái),下端通過(guò)夾子懸掛一重錘。 (2)接上電源,閉合開(kāi)關(guān)。待打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作穩(wěn)定后,放開(kāi)上面的夾子讓重錘帶著紙帶自由下落。這時(shí)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下了一系列點(diǎn)。重復(fù)實(shí)驗(yàn),可得幾條打點(diǎn)紙帶。 (3)在紙帶上選取56個(gè)點(diǎn),分別求出打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在打這幾個(gè)點(diǎn)時(shí),重錘下落的
53、速度及對(duì)應(yīng)的時(shí)刻,把乘出的結(jié)果在坐標(biāo)紙上以t為橫坐標(biāo),以v為縱坐標(biāo),畫出各點(diǎn)。再根據(jù)這些點(diǎn)畫直線,直線的斜率即為利用該紙帶測(cè)出的重力加速度的值。然后利用另外幾條紙帶分別求出重力加速度的值,最后求出這些重力加速度值的平均值,即為該地區(qū)的重力加速度值。 牛頓第一定律 牛頓第三定律1、慣性(1) 實(shí)驗(yàn)儀器:氣墊導(dǎo)軌(J2125)、小型氣源(J2126)、水平尺、滑塊、擋光片 教師操作:氣墊導(dǎo)軌保持水平;用手輕推滑塊,手離開(kāi)滑塊后,合外力為零,滑塊維持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 2、慣性(2) 實(shí)驗(yàn)儀器:木塊、小車 教師操作:突然使小車向前運(yùn)動(dòng),小車上的木塊向后倒。 3、慣性(3)判斷生蛋和熟蛋 實(shí)驗(yàn)儀器:生
54、雞蛋、熟雞蛋、細(xì)繩2根 學(xué)生游戲:不敲碎蛋殼來(lái)判別一個(gè)蛋的生熟,你該怎么辦呢? 這兒?jiǎn)栴}的關(guān)鍵就在生蛋和熟蛋的旋轉(zhuǎn)情形不一樣。這一點(diǎn)就可以用來(lái)解決我們的問(wèn)題。把要判別的蛋放到一只平底盤上,用兩只手指使它旋轉(zhuǎn)。這個(gè)蛋如果是煮熟的(特別是煮得很“老”的),那么它旋轉(zhuǎn)起來(lái)就會(huì)比生蛋快得多,而且轉(zhuǎn)得時(shí)間久。生蛋呢,卻甚至轉(zhuǎn)動(dòng)不起來(lái)。而煮得“老”的熟蛋,旋轉(zhuǎn)起來(lái)快得使你只看到一片白影,它甚至能夠自動(dòng)在它尖的一端上豎立起來(lái)。 這兩個(gè)現(xiàn)象的原因是,熟透的蛋已經(jīng)變成一個(gè)實(shí)心的整體,生蛋卻因?yàn)樗鼉?nèi)部液態(tài)的蛋黃、蛋白,不能夠立刻旋轉(zhuǎn)起來(lái),它的慣性作用就阻礙了蛋殼的旋轉(zhuǎn);蛋白和蛋黃在這里是起著“剎車”的作用。 生蛋
55、和熟蛋在旋轉(zhuǎn)停止的時(shí)候情形也不一樣。一個(gè)旋轉(zhuǎn)著的熟蛋,只要你用手一捏,就會(huì)立刻停止下來(lái),但是生蛋雖然在你手碰到的時(shí)候停止了,如果你立刻把手放開(kāi),它還要繼續(xù)略略轉(zhuǎn)動(dòng)。這仍然是方才說(shuō)的那個(gè)慣性作用在作怪,蛋殼雖然給阻止了,內(nèi)部的蛋黃、蛋白卻仍舊在繼續(xù)旋轉(zhuǎn);至于熟蛋,它里面的蛋黃、蛋白是跟外面的蛋殼同時(shí)停止的。 這類實(shí)驗(yàn),還可以用另外一種方法來(lái)進(jìn)行。把生蛋和熟蛋各用橡皮圈沿它的“子午線”箍緊,各掛在一條同樣的線上。把這兩條線各扭轉(zhuǎn)相同的次數(shù)以后,一同放開(kāi),你立刻就會(huì)看到生蛋跟熟蛋的分別:熟蛋在轉(zhuǎn)回到它的原來(lái)位置以后,就因?yàn)閼T性作用向反方向扭轉(zhuǎn)過(guò)去,然后又退轉(zhuǎn)回來(lái)這樣扭轉(zhuǎn)幾次,每次的轉(zhuǎn)數(shù)逐漸減少。但是
56、生蛋卻只來(lái)回扭轉(zhuǎn)三四次,熟蛋沒(méi)有停止它就早停下來(lái)了:這是因?yàn)樯暗牡鞍住⒌包S妨礙了它的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的緣故。 4、彈力的相互性 實(shí)驗(yàn)儀器:氣墊導(dǎo)軌(J2125)、小型氣源(J2126)、水平尺、彈簧圈2只、滑塊2只 教師操作:氣墊導(dǎo)軌保持水平;兩只滑塊相向運(yùn)動(dòng),碰撞瞬間觀察兩只彈簧圈變化。 5、摩擦力的相互作用 實(shí)驗(yàn)儀器:三合板、遙控玩具電動(dòng)小車、玻璃棒 教師操作:在桌面上并排放上一些圓桿,可用靜電中的玻璃棒.在棒上鋪一塊三合板,板上放一輛遙控電動(dòng)玩具小車.用遙控器控制小車向前運(yùn)動(dòng)時(shí),板向后運(yùn)動(dòng);當(dāng)車向后運(yùn)動(dòng)時(shí)板向前運(yùn)動(dòng)。 6、靜電力的相互作用 實(shí)驗(yàn)儀器:輕小球2個(gè)、毛皮、橡膠棒、絲綢、玻璃棒、細(xì)線
57、2根 教師操作:用細(xì)線拴兩個(gè)小球,當(dāng)兩個(gè)小球帶同種電荷時(shí),相互推斥而遠(yuǎn)離;當(dāng)帶異種電荷時(shí),相互吸引而靠近。 7、磁場(chǎng)力的相互作用 實(shí)驗(yàn)儀器:小車2個(gè)、條形磁鐵2個(gè) 教師操作:在兩輛小車上各固定一根條形磁鐵,當(dāng)磁鐵的同名磁極靠近時(shí),放開(kāi)小車,兩車被推開(kāi);當(dāng)異名磁極接近時(shí),兩輛小車被吸攏。 8、拉力的相互作用 實(shí)驗(yàn)儀器:小車(2個(gè))、繩子 學(xué)生體驗(yàn):把兩輛能站人的小車放在地面上,小車上各站一個(gè)學(xué)生,每個(gè)學(xué)生拿著繩子的一端。當(dāng)一個(gè)學(xué)生用力拉繩時(shí),兩輛小車同時(shí)向中間移動(dòng)。 實(shí)驗(yàn)結(jié)論: 相互性:兩個(gè)物體間力的作用是相互的。施力物體和受力物體對(duì)兩個(gè)力來(lái)說(shuō)是互換的,分別把這兩個(gè)力叫做作用力和反作用力。 同時(shí)性:作用力消失,反作用力立即消失。沒(méi)有作用就沒(méi)有反作用。 同一性:作用力和反作用力的性質(zhì)是相同的。這一點(diǎn)從幾個(gè)實(shí)驗(yàn)中可以看出,當(dāng)作用力是彈力時(shí),反作用力也是彈力;
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