A. 高一物理總結
牛頓三大定律,動能定理,機械能守恆,拋體運動
B. 高一物理用打點計時器測數度實驗報告怎麼寫
1、將打點計時器用配套的螺旋夾固定在長木板的一邊。如無螺旋夾時可在長木板上敲幾個長釘緊靠打點計時器的前後藉以固定;有的用大彈簧夾子把打點計時器緊夾在長木板邊緣也可,但要注意不能影響打點計時器工作。
2、將穿過打點計時器的紙帶與小車廂連接。操作時須注意要將紙帶緊緊地夾在小車上,以免小車運動時紙帶松開,可用彈簧夾子夾住,但不要使紙帶破損,以免小車啟動時把紙帶拉斷。
3、將掛有重物的細繩跨過滑輪與小車相連接。
4、操作時必須注意使細繩的拉力通過小車的重心,以免小車前進時小車轉動或搖晃,可在系好細繩後試拉一下小車,觀察車身是否作直線運動。
5、將打點計時器接上電源,讓小車在水平長木板上運動;打點計時器同時開始工作,在紙帶上打出一系列的點。操作時應試打幾次,不要使點跡過分密集或過分疏散,若覺得太密集時可增加繞過滑輪線繩下所系的重物,反之則減小。
6、取下紙帶,捨去開頭的較密集的點,在後面便於測量的地方找一個起始點,把每打五次的時間作為時間單位,即T=0.02*5s=0.1s。在紙帶上從第一個點開始,每隔5點一次標上0,1,2,3,……。設兩個相鄰計數點的距離分別是s1',s2',s3',……
7、測出位移s1',s2',s3',……,算出兩相鄰位移之差△s1=s2'-s1',△s2=s3'-s2',△s3=s4'-s3',……。
8、利用公式a=△s/T^2,算出加速度a1,a2,a3,……的值。
9、求出加速度a1,a2,a3,……的平均值,它就是小車作勻加速直線運動的加速度。
C. 高一物理實驗報告
我們又不知你要哪方面得報告,是趣味實驗還是教材後的實驗
我想想教材後的實驗參考書一大堆,我給你一個給趣味的吧!(也是書上提及過的)
實驗目的:驗證不同年齡人的反映速率是否相同
所用器材:米尺一把,實驗人員40人(性別相同,年齡分別為10歲的10人,20歲的10人30歲的10人40歲的10人),記錄本一個,鉛筆一支,
實驗步驟:1,請10歲的人站立,右手放於視線前距眼睛25cm處,大拇指與食指形成一個環其他三指自然彎曲,米尺剛好可以在其中自由移動。
2,一以工作人員手持米尺使米尺的O刻度線與指環平行,實驗人員精神高度集中,實驗人員隨機使米尺自由下落,實驗人員看到米尺下落即可握緊手,鎖死米尺。
3,由米尺直接讀出米尺下降的高度,記錄在專業的記錄本上
4,重復1,2,3步
5,按照測量的一人的方法完成其他實驗人員人員的測量工作,做好相應的記錄。
6,清理實驗現場並放好實驗用具。
7,數據處理(應用運動學),數據分析,將所得的實驗結果填入報告。
實驗結果:從所得的數據可以看出,不同的年齡的人反應速率也不相同,反應速率先隨年年齡的增加而加快後隨年齡的增加而減慢。
實驗啟示:人的運動素質會應年齡的變化而發生較大的變化,我們應珍惜我們的時光,當我們年老時不會應我們沒有出什麼而後悔。
給分吧!這份報告的思路雖簡單可也不好寫。
D. 高一物理上學期知識點總結
高中學習容量大,不但要掌握目前的知識,還要把高中的知識與初中的知識溶為一體才能學好。在讀書、聽課、研習、 總結 這四個環節都比初中的學習有更高的要求。下面給大家分享一些關於 高一物理 上學期知識點總結,希望對大家有所幫助。
高一物理上學期知識點1
一、定律定義
牛頓第一定律表明,當合外力為零時,原來靜止的物體將繼續保持靜止狀態,原來運動的物體則將繼續以原來的速度做勻速直線運動。合外力為零包括兩種情況:一種是物體受到的所有外力相互抵消,合外力為零;另一種是物體不受外力的作用。有的專家學者認為這種表述方式並不嚴謹,所以通常採用原始表述。
二、演繹過程
伽利略研究運動學的 方法 是把實驗和數學結合在一起,既注重邏輯推理,又依靠實驗檢驗。他對光滑斜面的推論是通過實驗觀察,並推論得到的。但是這個完全光滑的斜面在現實中不存在,因為無法將摩擦力完全消除,因此理想斜面實驗屬於伽利略的邏輯推理部分。
伽利略對光滑斜面的推論
現實中,當一個球沿斜面向下滾時,它的速度增大,而向上滾時,它的速度減小。
由此伽利略推論,當球沿水平面滾動時,它的速度應不增不減。實際上他發現,球愈來愈慢,最後停下來。伽利略認為,這並非是它的「自然本性」,而是由於摩擦阻力的緣故,因為他同樣還觀察到,表面愈光滑,球便會滾得愈遠。
於是他推論,若沒有摩擦阻力,球將永遠滾下去。
伽利略的理想斜面實驗
伽利略的理想斜面實驗實驗如圖所示,讓小球沿一個光滑斜面從靜止狀態開始下滾,小球將滾上另一個斜面,達到與原來差不多的高度然後再下滾。他推論,只是因為摩擦力,球才沒能達到原來的高度。然後,他減小後一斜面的傾角,小球在這個斜面上仍達到同一高度,但這時它要滾得遠些。繼續減小第二個斜面的傾角,球達到同一高度就會滾得更遠。
於是他對斜面平放時的情況進行研究,結論顯然是球將永遠滾下去。這就是說,力不是維持物體的運動即維持物體的速度的原因,而恰恰是改變物體運動狀態即改變物體速度的原因。因此,一旦物體具有某一速度,如果它不受力,就將以這一速度勻速直線地運動下去。
三、適用范圍
牛頓第一定律只適用於慣性參考系。在質點不受外力作用時,能夠判斷出質點靜止或作勻速直線運動的參考系一定是慣性參考系,因此只有在慣性參考系中牛頓第一運動定律才適用。
牛頓第一定律在非慣性參考系(即有加速度的系統)中不適用,因為不受外力的物體,在該參考系中也可能具有加速度,這與牛頓第一定律相悖。
當牛頓第一定律不成立時,即非慣性系中,要用非慣性系中的力學方程求解力學問題。式中為在慣性系中測得的物體受的合力,為在非慣性系中測得的慣性力,為非慣性系統的加速度。
高一物理上學期知識點2
1、超重現象
定義:物體對支持物的壓力大於物體所受重力的情況叫超重現象。
產生原因:物體具有豎直向上的加速度。
2、失重現象
定義:物體對支持物的壓力(或對懸掛物的拉力)小於物體所受重力的情況叫失重現象。
產生原因:物體具有豎直向下的加速度。
3、完全失重現象
定義:物體對支持物的壓力等於零的情況即與支持物或懸掛物雖然接觸但無相互作用。
產生原因:物體豎直向下的加速度就是重力加速度,即只受重力作用,不會再與支持物或懸掛物發生作用。是否發生完全失重現象與運動方向無關,只要物體豎直向下的加速度等於重力加速度即可。
只有在平衡狀態下,才能用彈簧秤測出物體的重力,因為此時彈簧秤對物體的支持力(或拉力)的大小恰等於它的重力。假若系統在豎直方向有加速度,那麼彈簧秤的示數就不等於物體的重力了,大於mg時叫「超重」小於mg叫「失重」(等於零時叫「完全失重」)。
注意:物體處於「超重」或「失重」狀態,地球作用於物體的重力始終存在,大小也無變化。發生「超重」或「失重」現象與物體的速度V方向無關,只取決於物體加速度的方向。在「完全失重」(a=g)的狀態,平常一切由重力產生的物理現象都會完全消失,比如單擺停擺、浸在水中的物體不受浮力等。
另外,「超重」或「失重」狀態還可以從牛頓第二定律的獨立性(是指作用於物體上的每一個力各自產生對應的加速度)上來解釋。上述狀態中物體的重力始終存在,大小也無變化,自然其產生的加速度(通常稱為重力加速度g)是不發生變化的,自然重力不變。
高一物理上學期知識點3
一、質點的運動
(1)——直線運動
1)勻變速直線運動
1、平均速度V平=S/t(定義式)2、有用推論Vt^2–Vo^2=2as
3、中間時刻速度Vt/2=V平=(Vt+Vo)/24、末速度Vt=Vo+at
5、中間位置速度Vs/2=(Vo^2+Vt^2)/21/26、位移S=V平t=Vot+at^2/2=Vt/2t
7、加速度a=(Vt-Vo)/t以Vo為正方向,a與Vo同向(加速)a>0;反向則a<0
8、實驗用推論ΔS=aT^2ΔS為相鄰連續相等時間(T)內位移之差
9、主要物理量及單位:初速(Vo):m/s
加速度(a):m/s^2末速度(Vt):m/s
時間(t):秒(s)位移(S):米(m)路程:米速度單位換算:1m/s=3、6Km/h
註:(1)平均速度是矢量。(2)物體速度大,加速度不一定大。(3)a=(Vt-Vo)/t只是量度式,不是決定式。(4) 其它 相關內容:質點/位移和路程/s——t圖/v——t圖/速度與速率/
2)自由落體
1、初速度Vo=0
2、末速度Vt=gt
3、下落高度h=gt^2/2(從Vo位置向下計算)4、推論Vt^2=2gh
註:(1)自由落體運動是初速度為零的勻加速直線運動,遵循勻變速度直線運動規律。
(2)a=g=9、8m/s^2≈10m/s^2重力加速度在赤道附近較小,在高山處比平地小,方向豎直向下。
3)豎直上拋
1、位移S=Vot-gt^2/22、末速度Vt=Vo-gt(g=9、8≈10m/s2)
3、有用推論Vt^2–Vo^2=-2gS4、上升高度Hm=Vo^2/2g(拋出點算起)
5、往返時間t=2Vo/g(從拋出落回原位置的時間)
註:(1)全過程處理:是勻減速直線運動,以向上為正方向,加速度取負值。(2)分段處理:向上為勻減速運動,向下為自由落體運動,具有對稱性。(3)上升與下落過程具有對稱性,如在同點速度等值反向等。
二、質點的運動(2)——曲線運動萬有引力
1)平拋運動
1、水平方向速度Vx=Vo2、豎直方向速度Vy=gt
3、水平方向位移Sx=Vot4、豎直方向位移(Sy)=gt^2/2
5、運動時間t=(2Sy/g)1/2(通常又表示為(2h/g)1/2)
6、合速度Vt=(Vx^2+Vy^2)1/2=Vo^2+(gt)^21/2
合速度方向與水平夾角β:tgβ=Vy/Vx=gt/Vo
7、合位移S=(Sx^2+Sy^2)1/2,
位移方向與水平夾角α:tgα=Sy/Sx=gt/2Vo
註:(1)平拋運動是勻變速曲線運動,加速度為g,通常可看作是水平方向的勻速直線運動與豎直方向的自由落體運動的合成。(2)運動時間由下落高度h(Sy)決定與水平拋出速度無關。(3)θ與β的關系為tgβ=2tgα。(4)在平拋運動中時間t是解題關鍵。(5)曲線運動的物體必有加速度,當速度方向與所受合力(加速度)方向不在同一直線上時物體做曲線運動。
2)勻速圓周運動
1、線速度V=s/t=2πR/T2、角速度ω=Φ/t=2π/T=2πf
3、向心加速度a=V^2/R=ω^2R=(2π/T)^2R4、向心力F心=Mv^2/R=mω^2-R=m(2π/T)^2-R
5、周期與頻率T=1/f6、角速度與線速度的關系V=ωR
7、角速度與轉速的關系ω=2πn(此處頻率與轉速意義相同)
8、主要物理量及單位:弧長(S):米(m)角度(Φ):弧度(rad)頻率(f):赫(Hz)
周期(T):秒(s)轉速(n):r/s半徑(R):米(m)線速度(V):m/s
角速度(ω):rad/s向心加速度:m/s2
註:(1)向心力可以由具體某個力提供,也可以由合力提供,還可以由分力提供,方向始終與速度方向垂直。(2)做勻速度圓周運動的物體,其向心力等於合力,並且向心力只改變速度的方向,不改變速度的大小,因此物體的動能保持不變,但動量不斷改變。
3)萬有引力
1、開普勒第三定律T2/R3=K(=4π^2/GM)R:軌道半徑T:周期K:常量(與行星質量無關)
2、萬有引力定律F=Gm1m2/r^2G=6、67×10^-11N·m^2/kg^2方向在它們的連線上
3、天體上的重力和重力加速度GMm/R^2=mgg=GM/R^2R:天體半徑(m)
4、衛星繞行速度、角速度、周期V=(GM/R)1/2ω=(GM/R^3)1/2T=2π(R^3/GM)1/2
5、第一(二、三)宇宙速度V1=(g地r地)1/2=7、9Km/sV2=11、2Km/sV3=16、7Km/s
6、地球同步衛星GMm/(R+h)^2=m-4π^2(R+h)/T^2h≈3、6kmh:距地球表面的高度
註:(1)天體運動所需的向心力由萬有引力提供,F心=F萬。(2)應用萬有引力定律可估算天體的質量密度等。(3)地球同步衛星只能運行於赤道上空,運行周期和地球自轉周期相同。(4)衛星軌道半徑變小時,勢能變小、動能變大、速度變大、周期變小。(5)地球衛星的環繞速度和最小發射速度均為7、9Km/S。
四、機械能
1、功
(1)做功的兩個條件:作用在物體上的力。
物體在里的方向上通過的距離。
(2)功的大小:W=Fscosa功是標量功的單位:焦耳(J)
1J=1N-m
當0<=a<派/2w>0F做正功F是動力
當a=派/2w=0(cos派/2=0)F不作功
當派/2<=a<派W<0F做負功F是阻力
(3)總功的求法:
W總=W1+W2+W3……Wn
W總=F合Scosa
2、功率
(1)定義:功跟完成這些功所用時間的比值。
P=W/t功率是標量功率單位:瓦特(w)
此公式求的是平均功率
1w=1J/s1000w=1kw
(2)功率的另一個表達式:P=Fvcosa
當F與v方向相同時,P=Fv。(此時cos0度=1)
此公式即可求平均功率,也可求瞬時功率
1)平均功率:當v為平均速度時
2)瞬時功率:當v為t時刻的瞬時速度
(3)額定功率:指機器正常工作時輸出功率
實際功率:指機器在實際工作中的輸出功率
正常工作時:實際功率≤額定功率
(4)機車運動問題(前提:阻力f恆定)
P=FvF=ma+f(由牛頓第二定律得)
汽車啟動有兩種模式
1)汽車以恆定功率啟動(a在減小,一直到0)
P恆定v在增加F在減小尤F=ma+f
當F減小=f時v此時有值
2)汽車以恆定加速度前進(a開始恆定,在逐漸減小到0)
a恆定F不變(F=ma+f)V在增加P實逐漸增加
此時的P為額定功率即P一定
P恆定v在增加F在減小尤F=ma+f
當F減小=f時v此時有值
3、功和能
(1)功和能的關系:做功的過程就是能量轉化的過程
功是能量轉化的量度
(2)功和能的區別:能是物體運動狀態決定的物理量,即過程量
功是物體狀態變化過程有關的物理量,即狀態量
這是功和能的根本區別。
4、動能。動能定理
(1)動能定義:物體由於運動而具有的能量。用Ek表示
表達式Ek=1/2mv^2能是標量也是過程量
單位:焦耳(J)1kg-m^2/s^2=1J
(2)動能定理內容:合外力做的功等於物體動能的變化
表達式W合=ΔEk=1/2mv^2-1/2mv0^2
適用范圍:恆力做功,變力做功,分段做功,全程做功
5、重力勢能
(1)定義:物體由於被舉高而具有的能量。用Ep表示
表達式Ep=mgh是標量單位:焦耳(J)
(2)重力做功和重力勢能的關系
W重=-ΔEp
重力勢能的變化由重力做功來量度
(3)重力做功的特點:只和初末位置有關,跟物體運動路徑無關
重力勢能是相對性的,和參考平面有關,一般以地面為參考平面
重力勢能的變化是絕對的,和參考平面無關
(4)彈性勢能:物體由於形變而具有的能量
彈性勢能存在於發生彈性形變的物體中,跟形變的大小有關
彈性勢能的變化由彈力做功來量度
6、機械能守恆定律
(1)機械能:動能,重力勢能,彈性勢能的總稱
總機械能:E=Ek+Ep是標量也具有相對性
機械能的變化,等於非重力做功(比如阻力做的功)
ΔE=W非重
機械能之間可以相互轉化
(2)機械能守恆定律:只有重力做功的情況下,物體的動能和重力勢能
發生相互轉化,但機械能保持不變
表達式:Ek1+Ep1=Ek2+Ep2成立條件:只有重力做功
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E. 如何寫物理實驗報告 高一的打點計時器的
實驗報告
一、原理
電磁打點計時器是一種使用交流電源的計時儀器,其工作電壓是4~6V,電源的頻率是50Hz,它每隔0.02s打一次點。
電火花計時器是利用火花放電在紙帶上打出小孔而顯示出點跡的計時儀器,使用220V交流電壓,當頻率為50Hz時,它每隔0.02s打一次點,電火花計時器工作時,指導運動所受到的阻力比較小,它比電磁打點計時器實驗誤差小。
如果運動物體帶動的紙帶通過打點計時器,在紙帶上打下的點就記錄了物體運動的時間,紙帶上的點也相應的表示出了運動物體在不同時刻的位置。研究紙帶上的各點間的間隔,就可分析物體的運動狀況。
二、實驗過程
1.把長木板平放在實驗桌上,並使滑輪伸出桌面
2.把打點計時器固定在木板沒有滑輪的一側,並聯好電路
3.把一條細繩栓在小車上,細繩跨過定滑輪,下邊吊著合適的鉤碼。
4.把穿過打點計時器的紙帶固定在小車後面
5.使小車停在靠近打點計時器處,接通電源,放開小車,讓小車運動
6.斷開電源,取出紙帶
7.換上新的紙帶,再重做兩次
三、實驗數據及計算公式
打點計時器測加速度中的公式v=〔s(n)+s(n+1)〕/2t
s(n)指第N-1個計時點到第N個計時點的位移,s(n+1)指第N個計時點到第N+1個計時點的位移?〔s(n)+s(n+1)〕指第N-1個計時點到第N+1個計時點的位移.(即把要求的點包括在了他們中間即N處)
t指發生兩個相擰計數點(N-1到N,N到N+1)之間的時間間隔.2T就是時間間隔總和
他們求得的就是這段位移的平均速度,即可以近似看做N(要求的點)點的瞬時速度
相鄰兩個計數點間的距離為S1,S2,S3.......兩計數點間的時間間隔為T,根據△S=aT*T有
S4-S3=(S4-S3)+(S3-S2)+(S2-S1)=3aT*T
同理S5-S2=S6-S3=3aT*T
求出a1=(S4-S1)/3T*T a2=(S5-S2)/3T*T a3=(S6-S3)/3T*T
再求平均值
四、實驗總結
1.打點計時器使用的電源是交流電源,電磁打點計時器電壓是4~6V;電火花打點計時器電壓是220V。
2.打點計時器在紙帶上應打出輕重合適的小圓點,如遇到打出的是小橫線,應調整振針距復寫紙片的高度,使之大一點。
3.復寫紙不要裝反,每打完一條紙帶,應調整一下復寫紙的位置,若還不夠清晰,考慮更換復寫紙。
4.使用打點計時器,應先接通電源,待打點計時器穩定後再放開紙帶。
5.使用電火花計時器時,還應注意把兩條白紙帶正確穿好,墨粉紙盤夾在兩紙帶之間;使用打點計時器時,應讓紙帶通過限位孔,壓在復寫紙下面。
6.處理紙帶數據時,密集點的位移差值測量起來誤差大,應捨去;一般以五個點為一個計數點。
7.描點作圖時,應把盡量多的點連在一條直線(或曲線)上不能連在線上的點應分居在線的兩側。
8.打點器不能長時間連續工作。
F. 高一物理《重力加速度》實驗報告怎麼寫
實驗報告有十個部分: 一 實驗目的 寫明本實驗的目的及要學習和掌握的內容. 二 實驗儀器 列出本實驗所用的儀器用具(應包含規格,數量,型號和編號)及消耗物品,被測物品. 三 實驗原理 扼要說明本實驗所依原理,包括:本實驗所依據的物理原理,公式
G. 高中物理用打點計時器測速度的實驗結論怎麼寫
計算勻變速運動中某點瞬時速度;
由勻變速運動物體在某段位移的平均速度等於物體在該段位移中點時刻的瞬時速度;
即 V(n)=〔s(n)+s(n+1)〕/2t s(n)指第N-1個計時點到第N個計時點的位移,s(n+1)指第N個計時點到第N+1個計時點的位移?〔s(n)+s(n+1)〕指第N-1個計時點到第N+1個計時點的位移.(即把要求的點包括在了他們中間即N處) ,t指發生兩個相鄰計數點(N-1到N,N到N+1)之間的時間間隔.2T就是時間間隔總和
計算勻變速運動的加速度:
(1)、理想紙帶的加速度計算:由於理想紙帶描述的相鄰兩個計數點間的距離之差完全相等,即 有:S2-S1=S3-S2=…=S(n)-S(n-1)=△S=aT*T;故其加速度 a=△S/(T*T)
(2)、實際的實驗紙帶加速度計算:由於實驗過程中存在一定的誤差,導致各相鄰兩個計數點間的距離之差不完全相等,為減小計算加速度時產生的偶然誤差,採用隔位分析法計算,可以減小運算量,方法是,用S1,S2,S3.表示相鄰計數點的距離,兩計數點間的時間間隔為T。
根據=aT*T有 S4-S1=(S4-S3)+(S3-S2)+(S2-S1)=3a1T*T 同理S5-S2=S6-S3=3a2T*T 求出a1=(S4-S1)/3T*T a2=(S5-S2)/3T*T a3=(S6-S3)/3T*T 再求平均值計算加速度 :a=(a1+a2+a3)/3
H. 高一物理實驗題總結
本實驗研究小車(或滑塊)的加速度a與其所受的合外力F、小車質量M關系,實驗裝置的主體結構如圖所示。由於涉及到三個變數的關系,採用控制變數法,即:
(1)控制小車的質量M不變,討論a與F的關系。
(2)再控制托盤和鉤碼的質量不變即F不變,改變小車的質量M,討論a與M的關系。
(3)綜合起來,得出a與F、M之間的定量關系。
實驗涉及三個物理量的測量:即質量、加速度、和力,其中加速度和力的測量方法具有探究意義。
一、如何測量小車的加速度
1.紙帶分析方法
例如:「探究加速度與物體質量、物體受力的關系」的實驗裝置如圖甲所示。在平衡小車與木板之間摩擦力的過程中,打出了一條紙帶如圖乙所示。計時器打點的時間間隔為0.02s。從比較清晰的點起,每5個點取一個計數點,量出相鄰計數點之間的距離。該小車的加速度a=______m/s2。(結果保留兩位有效數字)
用公式,t=0.1s,(3.68-3.52)m,代入求得加速度=0.16m/s2,也可以用最後一段和第二段的位移差求解,加速度=0.15m/s2。
2.對比分析法
實驗裝置如下圖所示,在兩條高低不同的導軌上放置兩量小車,車的一端連接細繩,細繩的另一端跨過定滑輪掛一個小桶;車的另一端通過細線連接到一個卡口上,它可以同時釋放兩輛小車。輛車從靜止開始做勻加速直線運動,相等時間內通過對位移與它們的加速度成正比,因此實驗中不必計算出加速度,可以採用比較位移的方法,比較加速度的大小。
例如:某小組設計雙車位移比較法來探究加速度與力的關系。通過改變砝碼盤中的砝碼來改變拉力大小。已知兩車質量均為200g,實驗數據如表中所示:
實驗次數
小車
拉力F/N
位移s/cm
拉力比F甲/F乙
位移比s甲/s乙
1
甲
0.1
22.3
0.50
0.51
乙
0.2
43.5
2
甲
0.2
29.0
0.67
0.67
乙
0.3
43.0
3
甲
0.3
41.0
0.75
0.74
乙
0.4
55.4
分析表中數據可得到結論:在實驗誤差范圍內當小車質量保持不變時,由於,說明。
3.光電門計時法
實驗裝置如下圖所示,研究氣墊導軌上滑塊的加速度,滑塊上安裝了寬度為L的擋光片,如圖,滑塊在牽引力作用下,先後通過兩個光電門,配套的數字計時器記錄了通過第一個光電門的時間t1,通過第二個光電門的時間t2,則
小車通過第一個光電門的速度,小車通過第二個光電門的速度
若測得兩光電門間距為x,則滑塊的加速度
簡化裝置圖
4.DIS實驗法
採用DIS手段做實驗具有快捷、方便、精確、細微的優點。
例如測量小車下滑的加速度,位移感測器(發射器)隨小車一起沿傾斜軌道運動,位移感測器(接收器)固定在軌道一端,如下圖所示。
數據採集器將位移感測接受器接收到的數據傳入計算機,計算機進行數據處理,可以直接得到小車運動的v-t圖象,根據v-t圖象可求出小車的加速度。
比較以上四種方法,形式不同原理相似,都是利用運動學中公式或圖象計算出來的加速度,只是實驗中直接測量物理量不同。
二、怎樣測量小車所受的合外力F?
1.平衡摩擦力
小車所受的合外力等於小車受到的重力、支持力、摩擦力和繩子拉力的合力,若小車受到的重力、支持力、摩擦力的合力等於零,那麼小車的合外力等於繩子的拉力。
怎樣實現小車運動時受到的重力、支持力、摩擦力的合力等於零呢?構建斜面情景,調節斜面的傾斜角度,使小車在重力、支持力、摩擦阻力的作用下做勻速運動,也就是重力的在斜面方向的分力與摩擦力平衡,即平衡摩擦力。
用實驗方法檢查平衡的效果:長木板的一端墊高一些,使之形成一個斜面,然後把實驗用小車放在長木板上,輕推小車,給小車一個沿斜面向下的初速度,觀察小車的運動情況,看其是否做勻速直線運動。如果基本可看作勻速直線運動,認為達到平衡效果。
在實驗開始後,小車運動的阻力不只是小車受到的摩擦力,還有紙帶的摩擦力。上面的操作中沒有考慮後者。所以平衡摩擦力正確的方法應該拖著紙帶。檢驗平衡效果憑眼睛直接觀察,判斷小車是否做勻速直線運動不可靠。正確做法是:輕推小車,給小車一個沿斜面向下的初速度,觀察小車的運動,用眼睛看到小車近似勻速運動以後,保持長木板和水平桌面的傾角不變,並裝上打點計時器及紙帶,接通電源,使小車拖著紙帶沿斜面向下運動.取下紙帶後,如果紙帶上打出的點子間隔基本上均勻,表明小車受到的阻力跟它的重力沿斜面的分力平衡。
平衡摩擦力以後,實驗中需在小車上增加或減少砝碼,改變小車對木板的壓力,摩擦力會發生變化,需要重新平衡摩擦力嗎?具體分析如下:
小車拖著紙帶平衡摩擦力,設小車的質量為M,則有
化簡為,式中f是紙帶受到的摩擦力
由上式可知,平衡一次摩擦力後,木板傾角不變,改變小車的質量M,方程兩邊不再相等,小車所受合外力的測量將會產生誤差。
可見,只平衡一次摩擦力後,保持斜面的傾角不變,不會消除由紙帶的摩擦力引起的誤差。若實驗時,紙帶受到的摩擦力小到可以忽略,上述方法還是可行的。
2.平衡摩擦力後,小車受到的合力等於繩子的拉力,如何測量拉力
實驗中,當小車質量M遠大於砂及桶的總質量m,可近似認為對拉力F等於砂及桶的重力mg。嚴格地說,細繩對小車的拉力F並不等於砂和砂桶的重力mg,而是。推導如下:
對砂桶、小車整個系統有: ①
對小車: ②
由①②得:
由於,因此
若允許實驗誤差在5%之內,則由
在實驗中控制 (一般說: )時,則可認為F=mg,由此造成的系統誤差小於5%。
為了提高實驗的准確性,在小車和重物之間接一個不計質量的微型力感測器,可以直接從計算機顯示的圖象中准確讀出小車受到的拉力大小。
三、圖象法數據處理,三個圖象變形的原因
在畫和 圖象時,多取點、均分布,達到一種統計平均以減小誤差的目的。圖象的形狀不易直接觀察加速度與質量間的關系,該實驗採取了化曲為直的轉化思想。
1.該實驗得到圖象如圖所示,直線I、II在縱軸和橫軸上的截距較大,明顯超出了誤差范圍。圖像I在縱軸上有較大的截距,說明在繩對小車的拉力F=0時(還沒有掛砂桶)時,小車就有了沿長木板向下的加速度。設長木板與水平桌面間的夾角為,小車所受的重力為,沿長木板向下的分力應為,長木板對小車的摩擦阻力應為,設運動系統所受其他阻力為(可視為定值),則應有,其中為定值,如果適當減少值,實現=0,圖象起點回到坐標系原點,表明斜面的傾角過大。
圖像II在橫軸上有較大的截距,說明在繩對小車有了較大的拉力F後,小車的加速度仍然為零,因此合外力一定為零,此時應有(為靜摩擦力最大值,且隨變化),當較小或等於零時該式成立。表明長木板傾角θ太小。
2.如圖是研究質量一定,加速度與合外力的關系的圖象,其圖象的斜率物理意義分析如下:
即
該實驗圖象的縱坐標是小車的加速度,橫坐標F=mg,可寫成,圖象的斜率K=。
在條件下,增加m,斜率可認為等於,由於M不變,故斜率不變,圖象是直線。不滿足條件,斜率隨m的增大而減小。故上面圖象中AB段向下彎曲。
四、優化實驗方案,減小實驗誤差
優化方案1:巧妙轉換研究對象,消除系統誤差
本實驗以小車為研究對象,以砂桶重力替代牽引力,產生了系統誤差。要消除這種誤差,可以小車與砂桶組成的系統為研究對象。則該系統質量 ,系統所受合外力 。驗證a與F關系時,要保證 恆定,可最初在小車上放幾個小砝碼,逐一把小砝碼移至砂桶中,以改變每次的外力;驗證a與總質量的關系時,要保證砂、桶重力不變,可在小車上逐一加放小砝碼,以改變每次總質量。其他方法步驟同原來一樣。
優化方案2:利用DIS實驗精確簡捷
實驗裝置示意圖如圖,用位移感測器測小車的加速度,用拉力感測器測小車受到的拉力。
優化方案3:簡化裝置如圖
實驗器材:高度可調的氣墊導軌、滑塊、光電門計時器(1個)、米尺
實驗步驟:
①讓滑塊自斜面上方一固定點A1,從靜止開始下滑至斜面底端A2,用光電門測量出滑塊通過A2位置時的遮光時間t,並求出滑塊在A2位置時的速度v=,l為遮光板長度。
②用米尺測量A1與A2之間的距離x,則小車的加速度a=v2/2x。
③用米尺測量A1相對於A2的高h。設小車所受重力為mg,則小車所受的合外力F=mgh/x。
④ 改變斜面傾角或h的數值,重復上述測量。
⑤以h為橫坐標,v2為縱坐標,根據實驗數據作圖。
若得到一條過原點的直線,則「質量一定時,物體運動的加速度與它所受的合外力成正比」。
滑塊在氣墊導軌上運動受到的阻力很小,可認為小車的重力在斜面方向的分力等於滑塊所受的合外力。該實驗方案用光電門測量出滑塊下滑至A2的速度v,以及A1相對於A2的高h,間接測量出小車的加速度,巧妙測量出滑塊所受的合外力。
該方案研究合外力一定時,加速度與質量的關系,同時改變m和h,只要mh的乘積不變,即保證合外力不變,加速度的測量方法同上。