力學實驗,作為每年高考必考題,其重要性自是不言而喻。那麼,高中的力學實驗究竟有哪些呢?這些力學實驗間有沒有什麼聯繫呢?今天我們就一起來探究一下。
高中的物理實驗主要包括七個:
1、研究勻變速直線運動
2、驗證牛頓運動定律
3、探究動能定理
4、驗證機械能守恆定律
5、驗證動量守恆
6、探究彈力與彈簧伸長的關係
7、驗證力的平行四邊形定則。
這七個實驗中,前五個都是以計時儀器和紙帶為依託的,由此可見,研究勻變速直線運動的實驗是其他另外四個實驗的基礎。只要把研究勻變速直線運動的實驗弄懂了,那其他四個也就不難掌握了。今天我們就先來說說研究勻變速直線運動的實驗,下次我們再總結一下其他的幾個實驗需要掌握重點知識。
首先我們說說常用到的計時儀器有那些,經常見到的有下面這些:
1、電磁打點計時器:4到6V交流電,頻率50Hz,打點週期T0=0.02S。2、電火花計時器:220V交流電,頻率50Hz,打點週期T0=0.02S。
注意:計時點與計數點的區別
計時點:打點計時器直接打出的點,相鄰計時點時間間隔即為打點週期,T0=0.02S
計數點:為了計算方便人為選取的點,通常每隔5個點選一個計數點(通常也說成相鄰兩個計數點間還有4個點沒畫出來),此時相鄰兩計數點之間的時間間隔T=5T0=0.1S。
1、頻閃照相機:相鄰小球的時間間隔即為頻閃週期T0
氣墊導軌+光電門:通過測出遮光條寬度d、光電門1到2的距離x以及滑塊通過兩光電門的遮光時間t1和t2,利用相關公式就可以求出瞬時速度以及加速度等物理量。
勻變速直線運動實驗中,通過紙帶求瞬時速度和加速度是該實驗的核心考點,也是其他力學實驗的基礎,所以我們必須要掌握求瞬時速度和加速度的方法。瞬時速度的求法比較簡單,就是利用中間時刻的瞬時速度等於這一段時間內的平均速度進行求解就可以了。下面我們一起來看看。
加速度的求法主要是逐差法和圖像法,其中逐差法有以下幾種情況
一、偶數段:從中間平分成兩大段
二、奇數段:捨去最中間一段
三、不連續段:利用Xm-Xn=(m-n)aT2計算
四、斷點不連續:補點後再用Xm-Xn=(m-n)aT2計算
二、利用V-t圖像求加速度
(1)利用平均速度求出各點的速度
(2)做出速度--時間圖像,通過圖像斜率求物體的加速度。
頻閃照相的處理方法與打點計時器類似,光電門主要利用的是:
Vt/2=(xn+xn+1)/2T和2ax=vt2-v02。這個在介紹光電門時已經說過了,不清楚的可以看看前面。
勻變速直線運動除了以上核心知識,還有一些要注意的細節,比如:
1、平行:紙帶、細繩與木板平行
2、靠近:釋放小車前,車靠近打點計時器
3、一先一後:先通電後釋放,先斷電再取帶
4、減小誤差:鉤碼適當,避免速度過大,打的點太少或速度過小,點過於密集。
5、紙帶選取:多次測量,選擇點跡清晰的紙帶,捨棄點密集部分,適當選取計數點。
接下來我們就應用上面知識,來看兩個例題。