A. 高一物理总结
牛顿三大定律,动能定理,机械能守恒,抛体运动
B. 高一物理用打点计时器测数度实验报告怎么写
1、将打点计时器用配套的螺旋夹固定在长木板的一边。如无螺旋夹时可在长木板上敲几个长钉紧靠打点计时器的前后借以固定;有的用大弹簧夹子把打点计时器紧夹在长木板边缘也可,但要注意不能影响打点计时器工作。
2、将穿过打点计时器的纸带与小车厢连接。操作时须注意要将纸带紧紧地夹在小车上,以免小车运动时纸带松开,可用弹簧夹子夹住,但不要使纸带破损,以免小车启动时把纸带拉断。
3、将挂有重物的细绳跨过滑轮与小车相连接。
4、操作时必须注意使细绳的拉力通过小车的重心,以免小车前进时小车转动或摇晃,可在系好细绳后试拉一下小车,观察车身是否作直线运动。
5、将打点计时器接上电源,让小车在水平长木板上运动;打点计时器同时开始工作,在纸带上打出一系列的点。操作时应试打几次,不要使点迹过分密集或过分疏散,若觉得太密集时可增加绕过滑轮线绳下所系的重物,反之则减小。
6、取下纸带,舍去开头的较密集的点,在后面便于测量的地方找一个起始点,把每打五次的时间作为时间单位,即T=0.02*5s=0.1s。在纸带上从第一个点开始,每隔5点一次标上0,1,2,3,……。设两个相邻计数点的距离分别是s1',s2',s3',……
7、测出位移s1',s2',s3',……,算出两相邻位移之差△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,它就是小车作匀加速直线运动的加速度。
C. 高一物理实验报告
我们又不知你要哪方面得报告,是趣味实验还是教材后的实验
我想想教材后的实验参考书一大堆,我给你一个给趣味的吧!(也是书上提及过的)
实验目的:验证不同年龄人的反映速率是否相同
所用器材:米尺一把,实验人员40人(性别相同,年龄分别为10岁的10人,20岁的10人30岁的10人40岁的10人),记录本一个,铅笔一支,
实验步骤:1,请10岁的人站立,右手放于视线前距眼睛25cm处,大拇指与食指形成一个环其他三指自然弯曲,米尺刚好可以在其中自由移动。
2,一以工作人员手持米尺使米尺的O刻度线与指环平行,实验人员精神高度集中,实验人员随机使米尺自由下落,实验人员看到米尺下落即可握紧手,锁死米尺。
3,由米尺直接读出米尺下降的高度,记录在专业的记录本上
4,重复1,2,3步
5,按照测量的一人的方法完成其他实验人员人员的测量工作,做好相应的记录。
6,清理实验现场并放好实验用具。
7,数据处理(应用运动学),数据分析,将所得的实验结果填入报告。
实验结果:从所得的数据可以看出,不同的年龄的人反应速率也不相同,反应速率先随年年龄的增加而加快后随年龄的增加而减慢。
实验启示:人的运动素质会应年龄的变化而发生较大的变化,我们应珍惜我们的时光,当我们年老时不会应我们没有出什么而后悔。
给分吧!这份报告的思路虽简单可也不好写。
D. 高一物理上学期知识点总结
高中学习容量大,不但要掌握目前的知识,还要把高中的知识与初中的知识溶为一体才能学好。在读书、听课、研习、 总结 这四个环节都比初中的学习有更高的要求。下面给大家分享一些关于 高一物理 上学期知识点总结,希望对大家有所帮助。
高一物理上学期知识点1
一、定律定义
牛顿第一定律表明,当合外力为零时,原来静止的物体将继续保持静止状态,原来运动的物体则将继续以原来的速度做匀速直线运动。合外力为零包括两种情况:一种是物体受到的所有外力相互抵消,合外力为零;另一种是物体不受外力的作用。有的专家学者认为这种表述方式并不严谨,所以通常采用原始表述。
二、演绎过程
伽利略研究运动学的 方法 是把实验和数学结合在一起,既注重逻辑推理,又依靠实验检验。他对光滑斜面的推论是通过实验观察,并推论得到的。但是这个完全光滑的斜面在现实中不存在,因为无法将摩擦力完全消除,因此理想斜面实验属于伽利略的逻辑推理部分。
伽利略对光滑斜面的推论
现实中,当一个球沿斜面向下滚时,它的速度增大,而向上滚时,它的速度减小。
由此伽利略推论,当球沿水平面滚动时,它的速度应不增不减。实际上他发现,球愈来愈慢,最后停下来。伽利略认为,这并非是它的“自然本性”,而是由于摩擦阻力的缘故,因为他同样还观察到,表面愈光滑,球便会滚得愈远。
于是他推论,若没有摩擦阻力,球将永远滚下去。
伽利略的理想斜面实验
伽利略的理想斜面实验实验如图所示,让小球沿一个光滑斜面从静止状态开始下滚,小球将滚上另一个斜面,达到与原来差不多的高度然后再下滚。他推论,只是因为摩擦力,球才没能达到原来的高度。然后,他减小后一斜面的倾角,小球在这个斜面上仍达到同一高度,但这时它要滚得远些。继续减小第二个斜面的倾角,球达到同一高度就会滚得更远。
于是他对斜面平放时的情况进行研究,结论显然是球将永远滚下去。这就是说,力不是维持物体的运动即维持物体的速度的原因,而恰恰是改变物体运动状态即改变物体速度的原因。因此,一旦物体具有某一速度,如果它不受力,就将以这一速度匀速直线地运动下去。
三、适用范围
牛顿第一定律只适用于惯性参考系。在质点不受外力作用时,能够判断出质点静止或作匀速直线运动的参考系一定是惯性参考系,因此只有在惯性参考系中牛顿第一运动定律才适用。
牛顿第一定律在非惯性参考系(即有加速度的系统)中不适用,因为不受外力的物体,在该参考系中也可能具有加速度,这与牛顿第一定律相悖。
当牛顿第一定律不成立时,即非惯性系中,要用非惯性系中的力学方程求解力学问题。式中为在惯性系中测得的物体受的合力,为在非惯性系中测得的惯性力,为非惯性系统的加速度。
高一物理上学期知识点2
1、超重现象
定义:物体对支持物的压力大于物体所受重力的情况叫超重现象。
产生原因:物体具有竖直向上的加速度。
2、失重现象
定义:物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)小于物体所受重力的情况叫失重现象。
产生原因:物体具有竖直向下的加速度。
3、完全失重现象
定义:物体对支持物的压力等于零的情况即与支持物或悬挂物虽然接触但无相互作用。
产生原因:物体竖直向下的加速度就是重力加速度,即只受重力作用,不会再与支持物或悬挂物发生作用。是否发生完全失重现象与运动方向无关,只要物体竖直向下的加速度等于重力加速度即可。
只有在平衡状态下,才能用弹簧秤测出物体的重力,因为此时弹簧秤对物体的支持力(或拉力)的大小恰等于它的重力。假若系统在竖直方向有加速度,那么弹簧秤的示数就不等于物体的重力了,大于mg时叫“超重”小于mg叫“失重”(等于零时叫“完全失重”)。
注意:物体处于“超重”或“失重”状态,地球作用于物体的重力始终存在,大小也无变化。发生“超重”或“失重”现象与物体的速度V方向无关,只取决于物体加速度的方向。在“完全失重”(a=g)的状态,平常一切由重力产生的物理现象都会完全消失,比如单摆停摆、浸在水中的物体不受浮力等。
另外,“超重”或“失重”状态还可以从牛顿第二定律的独立性(是指作用于物体上的每一个力各自产生对应的加速度)上来解释。上述状态中物体的重力始终存在,大小也无变化,自然其产生的加速度(通常称为重力加速度g)是不发生变化的,自然重力不变。
高一物理上学期知识点3
一、质点的运动
(1)——直线运动
1)匀变速直线运动
1、平均速度V平=S/t(定义式)2、有用推论Vt^2–Vo^2=2as
3、中间时刻速度Vt/2=V平=(Vt+Vo)/24、末速度Vt=Vo+at
5、中间位置速度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为正方向,a与Vo同向(加速)a>0;反向则a<0
8、实验用推论ΔS=aT^2ΔS为相邻连续相等时间(T)内位移之差
9、主要物理量及单位:初速(Vo):m/s
加速度(a):m/s^2末速度(Vt):m/s
时间(t):秒(s)位移(S):米(m)路程:米速度单位换算:1m/s=3、6Km/h
注:(1)平均速度是矢量。(2)物体速度大,加速度不一定大。(3)a=(Vt-Vo)/t只是量度式,不是决定式。(4) 其它 相关内容:质点/位移和路程/s——t图/v——t图/速度与速率/
2)自由落体
1、初速度Vo=0
2、末速度Vt=gt
3、下落高度h=gt^2/2(从Vo位置向下计算)4、推论Vt^2=2gh
注:(1)自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动,遵循匀变速度直线运动规律。
(2)a=g=9、8m/s^2≈10m/s^2重力加速度在赤道附近较小,在高山处比平地小,方向竖直向下。
3)竖直上抛
1、位移S=Vot-gt^2/22、末速度Vt=Vo-gt(g=9、8≈10m/s2)
3、有用推论Vt^2–Vo^2=-2gS4、上升高度Hm=Vo^2/2g(抛出点算起)
5、往返时间t=2Vo/g(从抛出落回原位置的时间)
注:(1)全过程处理:是匀减速直线运动,以向上为正方向,加速度取负值。(2)分段处理:向上为匀减速运动,向下为自由落体运动,具有对称性。(3)上升与下落过程具有对称性,如在同点速度等值反向等。
二、质点的运动(2)——曲线运动万有引力
1)平抛运动
1、水平方向速度Vx=Vo2、竖直方向速度Vy=gt
3、水平方向位移Sx=Vot4、竖直方向位移(Sy)=gt^2/2
5、运动时间t=(2Sy/g)1/2(通常又表示为(2h/g)1/2)
6、合速度Vt=(Vx^2+Vy^2)1/2=Vo^2+(gt)^21/2
合速度方向与水平夹角β:tgβ=Vy/Vx=gt/Vo
7、合位移S=(Sx^2+Sy^2)1/2,
位移方向与水平夹角α:tgα=Sy/Sx=gt/2Vo
注:(1)平抛运动是匀变速曲线运动,加速度为g,通常可看作是水平方向的匀速直线运动与竖直方向的自由落体运动的合成。(2)运动时间由下落高度h(Sy)决定与水平抛出速度无关。(3)θ与β的关系为tgβ=2tgα。(4)在平抛运动中时间t是解题关键。(5)曲线运动的物体必有加速度,当速度方向与所受合力(加速度)方向不在同一直线上时物体做曲线运动。
2)匀速圆周运动
1、线速度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、周期与频率T=1/f6、角速度与线速度的关系V=ωR
7、角速度与转速的关系ω=2πn(此处频率与转速意义相同)
8、主要物理量及单位:弧长(S):米(m)角度(Φ):弧度(rad)频率(f):赫(Hz)
周期(T):秒(s)转速(n):r/s半径(R):米(m)线速度(V):m/s
角速度(ω):rad/s向心加速度:m/s2
注:(1)向心力可以由具体某个力提供,也可以由合力提供,还可以由分力提供,方向始终与速度方向垂直。(2)做匀速度圆周运动的物体,其向心力等于合力,并且向心力只改变速度的方向,不改变速度的大小,因此物体的动能保持不变,但动量不断改变。
3)万有引力
1、开普勒第三定律T2/R3=K(=4π^2/GM)R:轨道半径T:周期K:常量(与行星质量无关)
2、万有引力定律F=Gm1m2/r^2G=6、67×10^-11N·m^2/kg^2方向在它们的连线上
3、天体上的重力和重力加速度GMm/R^2=mgg=GM/R^2R:天体半径(m)
4、卫星绕行速度、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、地球同步卫星GMm/(R+h)^2=m-4π^2(R+h)/T^2h≈3、6kmh:距地球表面的高度
注:(1)天体运动所需的向心力由万有引力提供,F心=F万。(2)应用万有引力定律可估算天体的质量密度等。(3)地球同步卫星只能运行于赤道上空,运行周期和地球自转周期相同。(4)卫星轨道半径变小时,势能变小、动能变大、速度变大、周期变小。(5)地球卫星的环绕速度和最小发射速度均为7、9Km/S。
四、机械能
1、功
(1)做功的两个条件:作用在物体上的力。
物体在里的方向上通过的距离。
(2)功的大小:W=Fscosa功是标量功的单位:焦耳(J)
1J=1N-m
当0<=a<派/2w>0F做正功F是动力
当a=派/2w=0(cos派/2=0)F不作功
当派/2<=a<派W<0F做负功F是阻力
(3)总功的求法:
W总=W1+W2+W3……Wn
W总=F合Scosa
2、功率
(1)定义:功跟完成这些功所用时间的比值。
P=W/t功率是标量功率单位:瓦特(w)
此公式求的是平均功率
1w=1J/s1000w=1kw
(2)功率的另一个表达式:P=Fvcosa
当F与v方向相同时,P=Fv。(此时cos0度=1)
此公式即可求平均功率,也可求瞬时功率
1)平均功率:当v为平均速度时
2)瞬时功率:当v为t时刻的瞬时速度
(3)额定功率:指机器正常工作时输出功率
实际功率:指机器在实际工作中的输出功率
正常工作时:实际功率≤额定功率
(4)机车运动问题(前提:阻力f恒定)
P=FvF=ma+f(由牛顿第二定律得)
汽车启动有两种模式
1)汽车以恒定功率启动(a在减小,一直到0)
P恒定v在增加F在减小尤F=ma+f
当F减小=f时v此时有值
2)汽车以恒定加速度前进(a开始恒定,在逐渐减小到0)
a恒定F不变(F=ma+f)V在增加P实逐渐增加
此时的P为额定功率即P一定
P恒定v在增加F在减小尤F=ma+f
当F减小=f时v此时有值
3、功和能
(1)功和能的关系:做功的过程就是能量转化的过程
功是能量转化的量度
(2)功和能的区别:能是物体运动状态决定的物理量,即过程量
功是物体状态变化过程有关的物理量,即状态量
这是功和能的根本区别。
4、动能。动能定理
(1)动能定义:物体由于运动而具有的能量。用Ek表示
表达式Ek=1/2mv^2能是标量也是过程量
单位:焦耳(J)1kg-m^2/s^2=1J
(2)动能定理内容:合外力做的功等于物体动能的变化
表达式W合=ΔEk=1/2mv^2-1/2mv0^2
适用范围:恒力做功,变力做功,分段做功,全程做功
5、重力势能
(1)定义:物体由于被举高而具有的能量。用Ep表示
表达式Ep=mgh是标量单位:焦耳(J)
(2)重力做功和重力势能的关系
W重=-ΔEp
重力势能的变化由重力做功来量度
(3)重力做功的特点:只和初末位置有关,跟物体运动路径无关
重力势能是相对性的,和参考平面有关,一般以地面为参考平面
重力势能的变化是绝对的,和参考平面无关
(4)弹性势能:物体由于形变而具有的能量
弹性势能存在于发生弹性形变的物体中,跟形变的大小有关
弹性势能的变化由弹力做功来量度
6、机械能守恒定律
(1)机械能:动能,重力势能,弹性势能的总称
总机械能:E=Ek+Ep是标量也具有相对性
机械能的变化,等于非重力做功(比如阻力做的功)
ΔE=W非重
机械能之间可以相互转化
(2)机械能守恒定律:只有重力做功的情况下,物体的动能和重力势能
发生相互转化,但机械能保持不变
表达式:Ek1+Ep1=Ek2+Ep2成立条件:只有重力做功
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E. 如何写物理实验报告 高一的打点计时器的
实验报告
一、原理
电磁打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器,其工作电压是4~6V,电源的频率是50Hz,它每隔0.02s打一次点。
电火花计时器是利用火花放电在纸带上打出小孔而显示出点迹的计时仪器,使用220V交流电压,当频率为50Hz时,它每隔0.02s打一次点,电火花计时器工作时,指导运动所受到的阻力比较小,它比电磁打点计时器实验误差小。
如果运动物体带动的纸带通过打点计时器,在纸带上打下的点就记录了物体运动的时间,纸带上的点也相应的表示出了运动物体在不同时刻的位置。研究纸带上的各点间的间隔,就可分析物体的运动状况。
二、实验过程
1.把长木板平放在实验桌上,并使滑轮伸出桌面
2.把打点计时器固定在木板没有滑轮的一侧,并联好电路
3.把一条细绳栓在小车上,细绳跨过定滑轮,下边吊着合适的钩码。
4.把穿过打点计时器的纸带固定在小车后面
5.使小车停在靠近打点计时器处,接通电源,放开小车,让小车运动
6.断开电源,取出纸带
7.换上新的纸带,再重做两次
三、实验数据及计算公式
打点计时器测加速度中的公式v=〔s(n)+s(n+1)〕/2t
s(n)指第N-1个计时点到第N个计时点的位移,s(n+1)指第N个计时点到第N+1个计时点的位移?〔s(n)+s(n+1)〕指第N-1个计时点到第N+1个计时点的位移.(即把要求的点包括在了他们中间即N处)
t指发生两个相拧计数点(N-1到N,N到N+1)之间的时间间隔.2T就是时间间隔总和
他们求得的就是这段位移的平均速度,即可以近似看做N(要求的点)点的瞬时速度
相邻两个计数点间的距离为S1,S2,S3.......两计数点间的时间间隔为T,根据△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、实验总结
1.打点计时器使用的电源是交流电源,电磁打点计时器电压是4~6V;电火花打点计时器电压是220V。
2.打点计时器在纸带上应打出轻重合适的小圆点,如遇到打出的是小横线,应调整振针距复写纸片的高度,使之大一点。
3.复写纸不要装反,每打完一条纸带,应调整一下复写纸的位置,若还不够清晰,考虑更换复写纸。
4.使用打点计时器,应先接通电源,待打点计时器稳定后再放开纸带。
5.使用电火花计时器时,还应注意把两条白纸带正确穿好,墨粉纸盘夹在两纸带之间;使用打点计时器时,应让纸带通过限位孔,压在复写纸下面。
6.处理纸带数据时,密集点的位移差值测量起来误差大,应舍去;一般以五个点为一个计数点。
7.描点作图时,应把尽量多的点连在一条直线(或曲线)上不能连在线上的点应分居在线的两侧。
8.打点器不能长时间连续工作。
F. 高一物理《重力加速度》实验报告怎么写
实验报告有十个部分: 一 实验目的 写明本实验的目的及要学习和掌握的内容. 二 实验仪器 列出本实验所用的仪器用具(应包含规格,数量,型号和编号)及消耗物品,被测物品. 三 实验原理 扼要说明本实验所依原理,包括:本实验所依据的物理原理,公式
G. 高中物理用打点计时器测速度的实验结论怎么写
计算匀变速运动中某点瞬时速度;
由匀变速运动物体在某段位移的平均速度等于物体在该段位移中点时刻的瞬时速度;
即 V(n)=〔s(n)+s(n+1)〕/2t s(n)指第N-1个计时点到第N个计时点的位移,s(n+1)指第N个计时点到第N+1个计时点的位移?〔s(n)+s(n+1)〕指第N-1个计时点到第N+1个计时点的位移.(即把要求的点包括在了他们中间即N处) ,t指发生两个相邻计数点(N-1到N,N到N+1)之间的时间间隔.2T就是时间间隔总和
计算匀变速运动的加速度:
(1)、理想纸带的加速度计算:由于理想纸带描述的相邻两个计数点间的距离之差完全相等,即 有:S2-S1=S3-S2=…=S(n)-S(n-1)=△S=aT*T;故其加速度 a=△S/(T*T)
(2)、实际的实验纸带加速度计算:由于实验过程中存在一定的误差,导致各相邻两个计数点间的距离之差不完全相等,为减小计算加速度时产生的偶然误差,采用隔位分析法计算,可以减小运算量,方法是,用S1,S2,S3.表示相邻计数点的距离,两计数点间的时间间隔为T。
根据=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 再求平均值计算加速度 :a=(a1+a2+a3)/3
H. 高一物理实验题总结
本实验研究小车(或滑块)的加速度a与其所受的合外力F、小车质量M关系,实验装置的主体结构如图所示。由于涉及到三个变量的关系,采用控制变量法,即:
(1)控制小车的质量M不变,讨论a与F的关系。
(2)再控制托盘和钩码的质量不变即F不变,改变小车的质量M,讨论a与M的关系。
(3)综合起来,得出a与F、M之间的定量关系。
实验涉及三个物理量的测量:即质量、加速度、和力,其中加速度和力的测量方法具有探究意义。
一、如何测量小车的加速度
1.纸带分析方法
例如:“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”的实验装置如图甲所示。在平衡小车与木板之间摩擦力的过程中,打出了一条纸带如图乙所示。计时器打点的时间间隔为0.02s。从比较清晰的点起,每5个点取一个计数点,量出相邻计数点之间的距离。该小车的加速度a=______m/s2。(结果保留两位有效数字)
用公式,t=0.1s,(3.68-3.52)m,代入求得加速度=0.16m/s2,也可以用最后一段和第二段的位移差求解,加速度=0.15m/s2。
2.对比分析法
实验装置如下图所示,在两条高低不同的导轨上放置两量小车,车的一端连接细绳,细绳的另一端跨过定滑轮挂一个小桶;车的另一端通过细线连接到一个卡口上,它可以同时释放两辆小车。辆车从静止开始做匀加速直线运动,相等时间内通过对位移与它们的加速度成正比,因此实验中不必计算出加速度,可以采用比较位移的方法,比较加速度的大小。
例如:某小组设计双车位移比较法来探究加速度与力的关系。通过改变砝码盘中的砝码来改变拉力大小。已知两车质量均为200g,实验数据如表中所示:
实验次数
小车
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
分析表中数据可得到结论:在实验误差范围内当小车质量保持不变时,由于,说明。
3.光电门计时法
实验装置如下图所示,研究气垫导轨上滑块的加速度,滑块上安装了宽度为L的挡光片,如图,滑块在牵引力作用下,先后通过两个光电门,配套的数字计时器记录了通过第一个光电门的时间t1,通过第二个光电门的时间t2,则
小车通过第一个光电门的速度,小车通过第二个光电门的速度
若测得两光电门间距为x,则滑块的加速度
简化装置图
4.DIS实验法
采用DIS手段做实验具有快捷、方便、精确、细微的优点。
例如测量小车下滑的加速度,位移传感器(发射器)随小车一起沿倾斜轨道运动,位移传感器(接收器)固定在轨道一端,如下图所示。
数据采集器将位移传感接受器接收到的数据传入计算机,计算机进行数据处理,可以直接得到小车运动的v-t图象,根据v-t图象可求出小车的加速度。
比较以上四种方法,形式不同原理相似,都是利用运动学中公式或图象计算出来的加速度,只是实验中直接测量物理量不同。
二、怎样测量小车所受的合外力F?
1.平衡摩擦力
小车所受的合外力等于小车受到的重力、支持力、摩擦力和绳子拉力的合力,若小车受到的重力、支持力、摩擦力的合力等于零,那么小车的合外力等于绳子的拉力。
怎样实现小车运动时受到的重力、支持力、摩擦力的合力等于零呢?构建斜面情景,调节斜面的倾斜角度,使小车在重力、支持力、摩擦阻力的作用下做匀速运动,也就是重力的在斜面方向的分力与摩擦力平衡,即平衡摩擦力。
用实验方法检查平衡的效果:长木板的一端垫高一些,使之形成一个斜面,然后把实验用小车放在长木板上,轻推小车,给小车一个沿斜面向下的初速度,观察小车的运动情况,看其是否做匀速直线运动。如果基本可看作匀速直线运动,认为达到平衡效果。
在实验开始后,小车运动的阻力不只是小车受到的摩擦力,还有纸带的摩擦力。上面的操作中没有考虑后者。所以平衡摩擦力正确的方法应该拖着纸带。检验平衡效果凭眼睛直接观察,判断小车是否做匀速直线运动不可靠。正确做法是:轻推小车,给小车一个沿斜面向下的初速度,观察小车的运动,用眼睛看到小车近似匀速运动以后,保持长木板和水平桌面的倾角不变,并装上打点计时器及纸带,接通电源,使小车拖着纸带沿斜面向下运动.取下纸带后,如果纸带上打出的点子间隔基本上均匀,表明小车受到的阻力跟它的重力沿斜面的分力平衡。
平衡摩擦力以后,实验中需在小车上增加或减少砝码,改变小车对木板的压力,摩擦力会发生变化,需要重新平衡摩擦力吗?具体分析如下:
小车拖着纸带平衡摩擦力,设小车的质量为M,则有
化简为,式中f是纸带受到的摩擦力
由上式可知,平衡一次摩擦力后,木板倾角不变,改变小车的质量M,方程两边不再相等,小车所受合外力的测量将会产生误差。
可见,只平衡一次摩擦力后,保持斜面的倾角不变,不会消除由纸带的摩擦力引起的误差。若实验时,纸带受到的摩擦力小到可以忽略,上述方法还是可行的。
2.平衡摩擦力后,小车受到的合力等于绳子的拉力,如何测量拉力
实验中,当小车质量M远大于砂及桶的总质量m,可近似认为对拉力F等于砂及桶的重力mg。严格地说,细绳对小车的拉力F并不等于砂和砂桶的重力mg,而是。推导如下:
对砂桶、小车整个系统有: ①
对小车: ②
由①②得:
由于,因此
若允许实验误差在5%之内,则由
在实验中控制 (一般说: )时,则可认为F=mg,由此造成的系统误差小于5%。
为了提高实验的准确性,在小车和重物之间接一个不计质量的微型力传感器,可以直接从计算机显示的图象中准确读出小车受到的拉力大小。
三、图象法数据处理,三个图象变形的原因
在画和 图象时,多取点、均分布,达到一种统计平均以减小误差的目的。图象的形状不易直接观察加速度与质量间的关系,该实验采取了化曲为直的转化思想。
1.该实验得到图象如图所示,直线I、II在纵轴和横轴上的截距较大,明显超出了误差范围。图像I在纵轴上有较大的截距,说明在绳对小车的拉力F=0时(还没有挂砂桶)时,小车就有了沿长木板向下的加速度。设长木板与水平桌面间的夹角为,小车所受的重力为,沿长木板向下的分力应为,长木板对小车的摩擦阻力应为,设运动系统所受其他阻力为(可视为定值),则应有,其中为定值,如果适当减少值,实现=0,图象起点回到坐标系原点,表明斜面的倾角过大。
图像II在横轴上有较大的截距,说明在绳对小车有了较大的拉力F后,小车的加速度仍然为零,因此合外力一定为零,此时应有(为静摩擦力最大值,且随变化),当较小或等于零时该式成立。表明长木板倾角θ太小。
2.如图是研究质量一定,加速度与合外力的关系的图象,其图象的斜率物理意义分析如下:
即
该实验图象的纵坐标是小车的加速度,横坐标F=mg,可写成,图象的斜率K=。
在条件下,增加m,斜率可认为等于,由于M不变,故斜率不变,图象是直线。不满足条件,斜率随m的增大而减小。故上面图象中AB段向下弯曲。
四、优化实验方案,减小实验误差
优化方案1:巧妙转换研究对象,消除系统误差
本实验以小车为研究对象,以砂桶重力替代牵引力,产生了系统误差。要消除这种误差,可以小车与砂桶组成的系统为研究对象。则该系统质量 ,系统所受合外力 。验证a与F关系时,要保证 恒定,可最初在小车上放几个小砝码,逐一把小砝码移至砂桶中,以改变每次的外力;验证a与总质量的关系时,要保证砂、桶重力不变,可在小车上逐一加放小砝码,以改变每次总质量。其他方法步骤同原来一样。
优化方案2:利用DIS实验精确简捷
实验装置示意图如图,用位移传感器测小车的加速度,用拉力传感器测小车受到的拉力。
优化方案3:简化装置如图
实验器材:高度可调的气垫导轨、滑块、光电门计时器(1个)、米尺
实验步骤:
①让滑块自斜面上方一固定点A1,从静止开始下滑至斜面底端A2,用光电门测量出滑块通过A2位置时的遮光时间t,并求出滑块在A2位置时的速度v=,l为遮光板长度。
②用米尺测量A1与A2之间的距离x,则小车的加速度a=v2/2x。
③用米尺测量A1相对于A2的高h。设小车所受重力为mg,则小车所受的合外力F=mgh/x。
④ 改变斜面倾角或h的数值,重复上述测量。
⑤以h为横坐标,v2为纵坐标,根据实验数据作图。
若得到一条过原点的直线,则“质量一定时,物体运动的加速度与它所受的合外力成正比”。
滑块在气垫导轨上运动受到的阻力很小,可认为小车的重力在斜面方向的分力等于滑块所受的合外力。该实验方案用光电门测量出滑块下滑至A2的速度v,以及A1相对于A2的高h,间接测量出小车的加速度,巧妙测量出滑块所受的合外力。
该方案研究合外力一定时,加速度与质量的关系,同时改变m和h,只要mh的乘积不变,即保证合外力不变,加速度的测量方法同上。