专题20 力学实验-【人教】2023年高考物理必背知识手册.doc

专题20 力学实验
探究小车速度随时间变化的规律
力学实验
探究弹簧弹力与形变量的关系
探究两个互成角度的力的合成规律
探究加速度与物体受力、物体质量的关系
探究平抛运动的特点
探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系
验证机械能守恒定律
探究做功与物体速度变化的关系(新教材已删除)
验证动量守恒定律
用单摆测量重力加速度的大小
一、探究小车速度随时间变化的规律
1、实验器材：电火花计时器(或电磁打点计时器)、一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、槽码、刻度尺、导线、交变电源．
2、实验过程
①按照实验装置，把打点计时器固定在长木板无滑轮的一端，接好电源；
②把一细绳系在小车上，细绳绕过滑轮，下端挂合适的槽码，纸带穿过打点计时器，固定在小车后面；
③把小车停在靠近打点计时器处，先接通电源，后放开小车；
④小车运动一段时间后，断开电源，取下纸带；
⑤增减所挂的槽码（或在小车上放置重物），更换纸带重复实验三次，选择一条比较理想的纸带进行测量、分析．
为了便于测量，舍掉纸带开头一些过于密集的点，找一个适当的点作为计时起点
3、数据处理
①依据纸带判断物体是否做匀变速直线运动
Ⅰ、对于每次实验，描出的几个点都大致落在一条直线上。因此，可以很有把握地认为，如果是理想情况（没有实验误差），代表小车速度与时间关系的点真的能够全部落在一条直线上，在科学术语中，速度和时间的这种关系称为“线性关系”。
Ⅱ、x1、x2、x3…xn是相邻两计数点间的距离．是两个连续相等的时间内的位移差：Δx1＝x2－x1，Δx2＝x3－x2，…．若等于恒量()，则说明小车做匀变速直线运动．
，只要小车做匀变速直线运动，它在任意两个连续相等的时间间隔内的位移之差就一定相等．
②求物体的速度与加速度
Ⅰ、利用平均速度求瞬时速度：．
Ⅱ、利用逐差法求解平均加速度
，，
⇒．
Ⅲ、利用速度—时间图像求加速度
a．作出速度—时间图像，通过图像的斜率求解物体的加速度；
b．剪下相邻计数点的纸带紧排在一起求解加速度．
4、注意事项
①平行：纸带、细绳要与长木板平行．
②两先两后：实验中应先接通电源，后让小车运动；实验完毕应先断开电源，后取下纸带．
③防止碰撞：在到达长木板末端前应让小车停止运动，防止槽码落地及小车与滑轮相撞．
④减小误差：小车的加速度应适当大些，可以减小长度测量的相对误差，加速度大小以能在约50 cm的纸带上清楚地取出6～7个计数点为宜．
⑤小车从靠近打点计时器位置释放．
5、误差分析
①纸带运动时摩擦力不均匀，打点不稳定引起误差．
②计数点间距测量有偶然误差．
③作图有误差．
二、探究弹簧弹力与形变量的关系
1、实验原理
①如图所示，弹簧下端悬挂钩码时会伸长，平衡时弹簧产生的弹力与所挂钩码的重力大小相等．
②用刻度尺测出弹簧在不同钩码拉力下的伸长量x，建立直角坐标系，以纵坐标表示弹力大小F，以横坐标表示弹簧的伸长量x，在坐标系中描出实验所测得的各组对应的点，用平滑的曲线连接起来，根据实验所得的图线，就可探知弹力大小与形变量间的关系．
2、实验器材：铁架台、弹簧、毫米刻度尺、钩码若干、三角板、坐标纸、重垂线．
3、实验步骤
①将弹簧的一端挂在铁架台上，让其自然下垂，用刻度尺测出弹簧自然伸长状态时的长度 l0，即原长．
②如图所示，在弹簧下端挂质量为m1的钩码，测出此时弹簧的长度l1，记录m1和l1，得出弹簧的伸长量x1，将这些数据填入自己设计的表格中．
③改变所挂钩码的质量，测出对应的弹簧长度，记录m2、m3、m4、m5和相应的弹簧长度l2、l3、l4、l5，并得出每次弹簧的伸长量x2、x3、x4、x5.
钩码个数
长度
伸长量x
钩码质量m
弹力F
0
l0
1
l1
x1＝l1－l0
m1
F1
2
l2
x2＝l2－l0
m2
F2
3
l3
x3＝l3－l0
m3
F3
…
…
…
…
…
4、数据处理
①以弹力F(大小等于所挂钩码的重力)为纵坐标，以弹簧的伸长量x为横坐标，用描点法作图．用平滑的曲线连接各点，得出弹力F随弹簧伸长量x变化的图线．
②以弹簧的伸长量为自变量，写出图线所代表的函数表达式．首先尝试一次函数，如果不行则考虑二次函数．
③得出弹力和弹簧形变量之间的定量关系，解释函数表达式中常数的物理意义．
5、注意事项
①不要超过弹性限度：实验中弹簧下端挂的钩码不要太多，以免弹簧被过度拉伸，超过弹簧的弹性限度．
②尽量多测几组数据：要使用轻质弹簧，且要尽