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第七章 力学实验

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流体力学实验第七章

流体力学实验第七章
kl 来表示. k h
29
〔2〕定床模型和动床模型
按照模型河床能否变形可把模型分成定床和动 床两类.
定床模型：模型河床不随水流作用而改变,其河 床常用水泥沙浆制作,模型水流是清水.
动床模型：模型河床随水流作用而改变,其河床 常用天然沙或轻质沙〔如煤粉、木屑、塑料沙、胶 木粉等〕制作,模型水流也常挟沙.当河床变形显著 或要了解河道冲淤情况时,需采用动床模型,动床模 型一般都是动态模型.
水洞可进行常规水动力学实验、空泡实验、 边界层机理和水噪声实验等.
17
小型水洞
18
重力式水洞的结构示意图如下所示：
水泵将地下水池中 的水泵入高位的水 箱中,水箱内的溢 流板使水箱中的水பைடு நூலகம்位保持恒定.水箱 内还插有多孔阻尼 板作为稳流装置, 用来消除进水所引 起的波动.水在管 道内经过扩压段、 整流网和收缩段后 进入实验段,然后 流入回流渠道,集 中到水池中.
32
Settling Chamber
Exit Section
小型水槽
Motor Assembly
9
大型水槽
10
船舶试验水槽〔400m〕
11
其它水槽 〔1〕拖曳水槽：船模实验、分层流实验等
12
〔2〕波浪水槽 在普通水槽上装上造波器和消波器,造波器用来模
拟海浪,有多种形式.在水槽的另一端,消波器使水波 以及模型产生的船波不再反射.
以及满足实验所需的流量要求,水槽实验装 置的供水不直接与自来水管道连接,而要通 过一独立的水箱管路系统,典型的由有一定 水头高度的水箱、连接管道、水渠道和水 泵组成.
水箱的溢流板使水箱中的水位在实验过程
中保持恒定,水箱内还可以插有几块多孔阻
尼板作为稳流装置,用来消除进水所引起的

高考物理真题分类汇编 全书目录

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目录
第一章直线运动
第二章相互作用
第三章牛顿运动定律
第四章曲线运动
第一节运动的合成与分解
第二节平抛运动
第三节圆周运动
第五章万有引力
第六章功和能的关系
第七章力学实验
第八章静电场
第一节电场力的性质
第二节电场能的性质
第三节电容器及带电粒子在电场中的运动第九章恒定电流
第十章电学实验
第一节电阻及电阻率的测量
第二节描绘小灯泡的伏安特性曲线
第三节测量电源电动势和内阻
第四节多用电表的使用
第五节电表内阻的测量及电表的改装
第六节传感器
第十一章磁场
第一节磁场对通电导线的作用
第二节带电粒子在磁场中的运动
第三节带电粒子在复合场中运动
第十二章电磁感应
第十三章交变电流
第十四章传感器
第十五章机械振动机械波
第十六章光学。

物理中学力学实验教案

物理中学力学实验教案

物理中学力学实验教案实验名称：用力矩平衡法测量物体的质量实验目的：通过用力矩平衡法测量物体的质量，掌握质量的测量方法及力矩的原理和应用。

实验器材：弹簧测力计、悬挂系统、质量盘、质量块等。

实验原理：根据力矩平衡条件，物体在平衡状态下，力矩的合力为零，即ΣM=0，可以得到测量物体质量的公式：m=(F×l)/g其中，m表示物体的质量，F表示所加力的大小，l表示力臂的长度，g表示重力加速度。

实验步骤：1.将悬挂系统固定在台架上，质量盘和质量块挂在悬挂系统上。

2.调整质量盘和质量块的位置，使之达到平衡状态。

3.使用弹簧测力计测量所加的力。

4.测量力臂的长度。

5.根据公式计算物体的质量。

6.多次测量，取平均值。

实验注意事项：1.测量力时，保持力的方向与力臂的方向垂直。

2.力矩平衡时，质量盘和质量块处于水平位置。

3.测力计读数需稳定后取值，避免抖动。

4.力臂的长度需准确测量，可使用尺子等工具进行测量。

实验结果分析：实验测量得到的数据可计算物体的质量。

在实际测量中，由于实验中的各项条件可能会存在一定误差，因此进行多次测量，并取平均值，以提高测量的准确性。

实验拓展：1.测量质量时，可以改变所加力的大小和力臂的长度，观察测量结果的变化，并总结影响测量结果的因素。

2.探究用力矩平衡法测量质量的原理和应用。

3.比较用弹簧测力计和天平测量质量的不同，分析其优缺点和适用情况。

实验总结：通过本实验，我们学习了应用力矩平衡法来测量物体质量的原理和方法。

在实验中，我们发现力矩平衡法可以较为准确地测量物体的质量，同时也掌握了测力计和力臂的使用方法。

通过多次测量取平均值，减小了误差，提高了测量的准确性。

此外，我们还发现力的方向和力臂的方向垂直是测量准确的前提。

这个实验不仅巩固了我们在力学中学到的知识，还培养了我们的实验能力和科学思维。

初一物理教案力学基础实验

初一物理教案力学基础实验

初一物理教案力学基础实验【实验目的】通过进行力学基础实验，使学生了解力的概念，掌握测量力的方法，并能够应用力的平衡条件解决简单的物理问题。

【实验器材】弹簧天平、静力杆、测力计、各种不同质量的物体。

【实验原理】1. 力的概念：力是物体之间相互作用所具有的基本属性，用来描述物体的运动状态。

力的单位是牛顿(N)。

2. 力的平衡条件：在静力学中，力的平衡条件可以表达为任意一个物体对于力的合成为零。

当物体受到多个力的作用时，若合力等于零，则物体处于力的平衡状态。

3. 弹簧天平：弹簧天平利用弹簧的弹性变形和胡克定律来测量物体的重力，根据弹簧的伸长量可以推测出物体所受的力。

【实验步骤】1. 实验准备：将弹簧天平安放在平稳的桌子上，调整好，以确保准确读取质量值。

2. 测量物体的质量：选取不同质量的物体，如小石头、木块等，将其放在弹簧天平的盘状托盘上，观察并记录下相应的示数，并换算成质量值。

3. 力的平衡实验：利用静力杆的悬臂原理进行实验。

将一个长杆固定在桌子上，选择一个固定点，将测力计挂在这个点上，并在测力计上调整指针，使其指向零刻度线。

然后在杆的另一端选择一个合适的砝码放置位置，初始时不放置砝码。

通过移动砝码的位置，使得力和重力平衡，记录下相应的示数，并记录下所放置砝码的位置。

4. 分析实验数据：根据实验记录，进行数据分析，并计算出合力的大小。

5. 实验总结：根据实验结果，总结实验中观察到的现象并进一步掌握力的概念和测量方法。

【实验要点】1. 实验时要注意安全，避免物体掉落或碰撞造成伤害。

2. 准确读取测量仪器的示数，尽量减小误差。

3. 实验结束后，要将实验器材清理干净，归位妥善保存。

【实验拓展】1. 尝试使用其他测力计或仪器进行测量，比较不同测力计的测量结果。

2. 利用悬挂法测量绳子或弹簧的伸长量，进一步验证胡克定律。

通过这次力学基础实验，初一学生可以通过实际操作，加深对力的概念的理解，并学会使用测力计、弹簧天平等实验器材，掌握测量力的方法。

第七章 机械能守恒定律第9节实验：验证机械能守恒定律

第七章 机械能守恒定律第9节实验：验证机械能守恒定律

科目教材版本章节（课题）主备人使用人物理人教版必修2第七章机械能守恒定律第9节实验：验证机械能守恒定律授课班级授课时间应到人数实到人数教学目标知识与技能1.要弄清实验目的，本实验为验证性实验，目的是利用重物的自由下落验证机械能守恒定律.2.要明确实验原理，掌握实验的操作方法与技巧、学会实验数据的采集与处理，能够进行实验误差的分析，从而使我们对机械能守恒定律的认识，不止停留在理论的推导上，而且还能够通过亲自操作和实际观测，从感性上增加认识，深化对机械能守恒定律的理解.3.通过学生自主学习，培养学生设计实验、采集数据，处理数据及实验误差分析的能力.过程与方法1.要明确纸带选取及测量瞬时速度简单而准确的方法.2.通过同学们的亲自操作和实际观测掌握实验的方法与技巧.3.通过对纸带的处理过程，体会处理问题的方法，领悟如何间接测一些不能直接测量的物理量的方法.4.通过实验过程使学生体验实验中理性思维的重要，既要动手，更要动脑.情感态度与价值观1.通过实验及误差分析，培养学生实事求是的科学态度，激发学生对物理规律的探知欲.2.培养学生的团结合作精神和协作意识，敢于提出与别人不同的见解.教学重点1.验证机械能守恒定律的实验原理.2.实验原理及方法的选择及掌握.教学难点实验误差分析的方法.导入新课请同学们思考，细绳的下端拴一个重球，上端固定在天花板上.把重球从平衡位置B拉到A，放开手，重球就在A、B间往复运动，如果空气阻力可以忽略不计，把铅笔放在B1的位置上，重球将沿怎样的弧线运动？它上升的最高点C1在什么地方？由此同学们得到什么启示？自主学习通过上一节课的学习，我们知道机械能守恒定律及其表达式以及其在物理学中的重要地位.一个规律的提出，不但要有理论的支持，还要由实验的验证，今天我们就设计实验，来验证机械能守恒定律.问题：1.机械能守恒定律的条件是什么？2.要验证机械能守恒应该创设什么样的问题情景？3.回顾以前学过的运动，哪种运动形式符合验证机械能守恒定律的条件？ 学生通过讨论，总结：1.机械能守恒定律的条件是：物体系统只有重力或弹力做功.2.要验证机械能守恒定律，应该符合守恒条件：只有重力或弹力做功.3.自由落体运动只受重力，符合验证条件.这节课我们通过设计实验，通过探究自由落体过程中能量的变化来验证机械能守恒定律. 指导学生阅读课本内容，找出利用自由落体运动验证机械能守恒定律的方法,培养学生的阅读、总结表达能力.方法总结：在只有重力做功的自由落体运动中，物体的重力势能和动能相互转化，总的机械能守恒，验证机械能守恒定律只需验证减少的重力势能等于增加的动能即可.问题探究：让学生分组讨论、交流，要完成本实验，应该测量的量有哪些,如何测量,并提出解决方案.明确：测量物体自由下落过程中减少的势能.方法：测量物体的质量m 、下降的高度Δh ，利用重力势能的公式计算ΔE p =mgΔh;测量自由落体下降Δh 时的速度v,利用动能的公式计算ΔE k =mv 2/2,利用打点计时器处理纸带的方法来求解速度.方法补充：如何利用纸带求解瞬时速度?指导学生根据匀变速直线运动的运动学规律，推导瞬时速度的求解方法. 学生通过阅读教材，总结推导过程，教师通过大屏幕投影学生的推导过程： 如图所示，由于纸带做匀加速运动，故有A 、C 之间的平均速度：2CA AC v v v +=.根据速度公式有：v B =v A +aΔt ，v C =v B +aΔt ， 故有：v B -v A =v C -v B ， 即v B =2CA v v +. 从而：vB =AC v .总结：匀变速直线运动中，某点的瞬时速度等于以该点为时间中点的两点间的平均速度. 解决方案：利用电火花计时器打出纸带，通过处理纸带，既可以求出物体下降的高度，还可以求出某一瞬时的速度，因此电火花计时器是重要的实验仪器.原理探究：通过实验，求自由落体的重力势能减少量和相应过程动能的增加量.若二者相等，说明机械能守恒，从而验证机械能守恒定律.而且，因为不需要知道物体在某点动能和势能的具体数值，所以不必测量物体的质量m ，而只需验证221n v =gh n 就行了，如果要具体计算出重力势能或动能的数值就需要天平.总结：指导学生根据实验原理，写出本实验用到的实验器材: ①电火花计时器（或电磁打点计时器）；②重物（质量300 g±3 g ）及纸带；③铁架台、夹子、烧瓶夹；④电源.问题预测:在本实验操作的具体过程中会遇到哪些问题？通过该问题的设置，学生对实验中可能遇到的问题进行预测，并提出相应的解决方法.1.重物下落的过程中除受重力外，还受到哪些阻力？怎样减小这些阻力对实验的影响?2.重物下落时最好选择哪两个位置作为过程的开始和终结的位置?3.本实验中用的重锤，质量大一些好还是小一些好？为什么？4.质量是否为本实验必须测量的量? 参考答案：1.重物下落的过程中，除受重力外，还要受空气阻力和打点计时器给纸带的摩擦力.安装打点计时器时注意保持竖直，重物要选择质量大一些的.2.为减小测量高度h 值的相对误差，选取的各计数点要离起始点远一些.要从起始点开始测量出h 1、h 2，再求出Δh=h 2-h 1.3.锤应该选择质量大一些，体积小一些的，可以有效地减小空气阻力的影响.4.质量并非必须测量的量，在需要计算具体的能量数值时，需要天平.步骤整理：教师指导学生根据实验原理、各种器材的注意事项，总结归纳实验步骤：(1)如图所示，将纸带固定在重物上，让纸带穿过打点计时器；打点计时器的两根导线接在6伏交流电源上.(2)用手提着纸带，让重物靠近打点计时器静止，然后接通电源，松开纸带，让重物自由落下，纸带上打下一系列点.(3)重复几次，从几条打下点的纸带中挑选第一、二点间距离接近2mm 且点迹清楚的纸带进行测量，测出一系列计数点,各点到第一个点的距离d 1、d 2，d 3,……,d n-1,d n ,d n+1,……据公式v n =Td d n n 211-+-，计算物体在打下点1、2……时的即时速度v 1、v 2……计算相应的动能的增加值,填入事先设计好的表格.教师点拨：选第1、2点间距约2 mm 的纸带意味着纸带是在打第一个点的瞬时开始运动的，根据h=gT 2/2=9.8×0.022/2 m=1.961 0-3 m≈2 mm.在起始点标上0，用刻度尺测量纸带从点0到点1、2……之间的距离h 1、h 2……计算出相应减少的重力势能,填入事先设计好的表格. 处理数据，得出结论. 参考数据： 各计数点 4 5 6 7 8 9 10 t(s) 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20 h×(10-2 m) 2.92 4.62 6.70 9.18 12.03 15.28 18.92 v=Δh/Δt(m/s) 0.945 1.14 1.33 1.53 1.72 ΔE k =mv 2/2 0.134 0.195 0.265 0.351 0.444 ΔE p =mgh0.1360.1970.2700.3540.450实验结论：在误差允许的范围内，物体减少的重力势能等于增加的动能，机械能守恒. 学生分组实验，并处理数据，教师利用实物投影仪展示几组数据，并进行点评. 师生根据实际实验中的体会，总结实验注意事项：1.打点计时器安装时，必须使两限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力.2.实验时，需保持提纸带的手不动，待接通电源，让打点计时器工作正常后再松开纸带让重锤下落，以保证第一个点是一个清晰的点.3.选用纸带时应尽量挑选第一、二点间接运2 mm 的纸带.4.打点计时器必须接50 Hz 交流低压电源.5.测量下落高度时，必须从起始点算起，不能搞错，为了减小测量h 值的相对误差，选取的各个计数点要离起始点远一些，纸带也不易过长，有效长度可在60 cm —80 cm 之内.6.实验中，只要验证gh 是否等于21v 2即可，也可不用测重锤的质量. 误差分析：教师指导学生观察表格中的数据，减少的重力势能并不是严格地等于增加的动能，而是稍大于增加的动能，让学生思考其中的原因，并总结归纳.原因：重物和纸带下落过程中要克服阻力，包括空气阻力、纸带与限孔位及纸带与计时器之间的摩擦力.由于摩擦力的存在，减少的重力势能并没有全部转化为动能，有一部分转化为内能.计时器平面不在竖直方向，纸带平面与计时器平面不平行是阻力增大的原因.电磁打点计时器的阻力大于电火花计时器.交流电的频率f 不是50 Hz 也带来误差.f ＜50 Hz,使动能E k ＜E p 的误差进一步加大，f ＞50 Hz 则可能出现E k ＞E p 的结果.因此为了实验的精确性，应该严格按照实验步骤进行.例题在用自由落体法验证机械能守恒定律的实验中，得到如图所示的一条纸带.起始点O 到A 、B 、C 、D 、E 各点的距离分别h A 、h B 、h C 、h D 、h E .如果重物的质量为m ，打点计时器所用电源的频率为f ，则在打B 、D 两点时，重物的速度v B =__________，v D =__________.如果选择起始点的位置为零势能参考点，则在打B 、D 两点时重物的机械能E B =__________，E D =__________，若E B __________E D ，则说明重物在下落过程中机械能守恒. 解析：根据纸带上瞬时速度的计算方法，得v B =22AC A C h h T h h -=-·f, vD =22CE C E h h T h h -=-·f ， 打B 点时，重物的动能和重力势能分别为：E kB =2222)(81)2(2121A C A C B h h mf f h h m mv -=•-=, E pB =-mgh B .此时重物的机械能E B =E kB +E pB =81mf 2(h C -h A )2-mgh B .同理E kD =81212 D mv mf 2（h E -h C )2,E pD =-mgh D ,E D =81mf 2(h E -h C )2-mgh D . 如果E B =E D ，则说明重物在下落过程中机械能守恒.方法总结：实际上，重物拖着纸带在下落过程中，受到阻力作用，机械能在不断减小，故有E B >E D .又因为在初始点时重物的机械能为0，所以有0>E B >E D ,21mv B 2-mgh B <0,221D mv-mgh D <0,说明重物在实际下落过程中，重力势能的减少量大于动能的增加量.检测反馈（1）为进行“验证机械能守恒定律”的实验，有下列器材可供选用：铁架台、打点计时器、复写纸、纸带、秒表、低压直流电源、导线、电键、天平.其中不必要的器材有： ________________；缺少的器材是________________________________.（2）在验证机械能守恒定律时，如果以v 2/2为纵轴，以h 为横轴，根据实验数据绘出的图线应是________________，才能验证机械能守恒定律，其斜率等于_______________的数值. （3）在做“验证机械能守恒定律”的实验时，用打点计时器打出纸带如图所示，其中A 点为打下的第一个点，0、1、2……为连续的计数点.现测得两相邻计数点之间的距离分别为s 1、s 2、s 3、s 4、s 5、s 6，已知相邻计数点间的打点时间间隔均为T.根据纸带测量出的距离及打点的时间间隔，可以求出此实验过程中重锤下落运动的加速度大小表达式为____________.在打第5号计数点时，纸带运动的瞬时速度大小的表达式为____________.要验证机械能守恒定律，为减小实验误差，应选择打下第_________号和第_________号计数点之间的过程为研究对象.（4）某次“验证机械能守恒定律”的实验中，用6 V 、50 Hz 的打点计时器打出的一条无漏点的纸带，如图所示，O 点为重锤下落的起点，选取的计数点为A 、B 、C 、D ，各计数点到O 点的长度已在图上标出，单位为毫米，重力加速度取9.8 m/s 2.若重锤质量为1 kg.①打点计时器打出B 点时，重锤下落的速度v B =__________m/s ，重锤的动能E kB =_________J. ②从开始下落算起，打点计时器打B 点时，重锤的重力势能减少量为____________J.③根据纸带提供的数据，在误差允许的范围内，重锤从静止开始到打出B 点的过程中，得到的结论是____________________________________. 参考答案：（1）不必要的器材有：秒表、低压直流电源、天平.缺少的器材是低压交流电源、重锤、刻度尺（2）通过原点的直线 g （3）（s 6+ s 5+ s 4- s 3- s 2-s 1）/9T 2 （s 5+s 6）/2T 1 5 （4）①1.175 0.69 ②0.69 ③机械能守恒 思维拓展处理纸带的时候速度能不能用v=gh 2或v=gt 计算？参考解答：v=gh 2是根据机械能守恒定律得到的，而我们的目的就是验证机械能守恒定律，所以不能用.v=gt 认为加速度为g ，由于各种摩擦阻力不可避免，所以实际加速度必将小于g ，故这种方法也不能用.课堂小结本节课主要学习了：1.实验目的：用自由落体运动验证机械能守恒.2.纸带的选取及重物速度的测量方法.3.实验的误差来源及注意事项.布置作业1.教材“问题与练习”第1、2题.2.自己设计方案,验证机械能守恒,自由选择实验仪器,写出操作步骤及实验报告.教学反思验证机械能守恒定律是在学习了机械能守恒定律之后进行的一节实验课，目的在于学习物理规律之后进行，验证物理规律的正确性，巩固和加深对物理规律的理解.本节仍然采用了不给步骤给思路，同时进行难点提示的写法，这给教师在实际教学中很大的教学空间.本实验虽然是个验证性实验，但本教学设计突破思维习惯，采用由学生自主提出、验证方法、验证原理、验证步骤及方案的方法，渗透探究型实验的思想.因此，本教学设计注重了在过程中培养学生的科学素养.通过积极的创造性活动，使学生参与并体验了设计方案形成的思维过程，从中体会实验设计的乐趣和艰辛，感悟了科学实验的本质和价值，从而使学生形成科学的情感态度与价值观.本教学设计主要讲解机械能守恒定律的推导，没有大量讲解例题，重点放在机械能守恒定律的含义要讲透，这对下一节的应用课有很大帮助.渗透了能量在物理学习中的重要地位，这是物理力学知识的核心所在.。

第七章-自旋和全同粒子

第七章-自旋和全同粒子

第七章自旋和全同粒子§7 - 1 电子自旋一电子自旋的概念在非相对论量子力学中，电子自旋的概念是在原子光谱的研究中提出来的。

实验研究表明，电子不是点电荷，它除了轨道运动外还有自旋运动。

描述电子自旋运动的两个物理量：1 、自旋角动量(内禀角动量)S它在空间任一方向上的投影s z 只能取两个值21±=z s ；(7. 1)2、 自旋磁矩(内禀磁矩)μs它与自旋角动量S 间的关系是：S es m e-=μ,(7. 2)B es 2μμ±=±=m e z,(7. 3)式中(- e )：电子的电荷，m e ：电子的质量，B μ：玻尔磁子。

3、电子自旋的磁旋比（电子的自旋磁矩/自旋角动量） es e s 2m e g m e s zz=-=μ,(7. 4)g s = – 2是相应于电子自旋的g 因数,是对于轨道运动的g 因数的两倍。

强调两点：● 相对论量子力学中，按照电子的相对论性波动方程−−狄拉克方程，运动的粒子必有量子数为1/2的自旋，电子自旋本质上是一种相对论效应。

●自旋的存在标志着电子有了一个新的自由度。

实际上，除了静质量和电荷外，自旋和内禀磁矩已经成为标志各种粒子的重要的物理量。

特别是，自旋是半奇数还是整数(包括零)，决定了粒子是遵从费米统计还是玻色统计。

二 电子自旋态的描述ψ ( r , s z )：包含连续变量r 和自旋投影这两个变量， s z 只能取 ±2/ 这两个离散值。

电子波函数（两个分量排成一个二行一列的矩阵）⎪⎭⎫⎝⎛-=)2/,()2/,(),( r r r ψψψz s , (7. 5) 讨论：● 若已知电子处于/2z s =，波函数写为 (,/2)(,) 0zs ψψ⎛⎫=⎪⎝⎭r r● 若已知电子处于/2z s =-，波函数写为0(,)(,/2)z s ψψ⎛⎫= ⎪-⎝⎭r r ● 概率密度2)2/,( r ψ：电子自旋向上()2/ =z s 且位置在r 处的概率密度；2)2/,( -r ψ：电子自旋向下()2/ -=z s 且位置在r 处的概率密度。

第七章-弯曲应力(1) (2)

y
M
z

Q
横截面上内力 横截面上切应力

横截面上正应力
Q dA
A
M y dA
A
切应力和正应力的分布函数不知道，2个方程确定不了
切应力无穷个未知数、正应力无穷个未知数，实质是 超静定问题 解决之前，先简化受力状态 —— 理想模型方法
8
横力弯曲与纯弯曲 横力弯曲 ——
剪力Q不为零 （ Bending by transverse force ） 例如AC, DB段
E
A
(-) B
D
(+) 10kN*m
y2
C
拉应力
a
e
压应力
y1
压应力 B截面
b
d
拉应力 D截面
危险点：
a, b, d
33
（3）计算危险点应力 拉应力
a
e
压应力
校核强度
M B y2 a Iz 30 MPa （拉） M B y1 b Iz
70 MPa （压）
压应力 B截面
b
d
强度问题 弯曲问题的整个分析过程： 弯曲内力 弯曲应力 弯曲变形 刚度问题
5
本章主要内容
7.1 弯曲正应力 7.2 弯曲正应力强度条件 7.3 弯曲切应力及强度条件 7.4 弯曲中心 7.5 提高弯曲强度的一些措施
这一堂课先效仿前人，探求出来弯曲正应力
公式，然后解决弯曲正应力强度问题
6
知道公式会用，不知推导，行不行？不行。
2
解：1 画 M 图求有关弯矩
qLx qx M1 ( ) 2 2
2
2
x 1
60kNm
M max qL / 8 67.5kNm

材料力学 第7章 扭转

Me
T Me
m
m Me
xn
2. 扭矩的符号规定
Me
T
T矢量的方向与截面外法线方 向相同时为正，反之为负。
n
x
T Me
7.2 扭矩和扭矩图
3. 扭矩图 (1) 定义：扭矩随杆轴线变化规律的图线称为扭矩图。 (2) 扭矩图的绘制步骤： ① 确定扭矩随截面位置的变化规律， ② 建立扭矩坐标系， ③ 画扭矩图。
7.2 扭矩和扭矩图
例7-1 已知一传动轴， n =300r/min，主动轮输入 PA=36kW， 从动轮输出 PB=PC=11kW，PD=14kW，求指定截面的扭矩。
解： 1. 计算外力偶矩
MB
B
MA
9549
PA n
1146(N m)
MC
1
2n
C
A
1
2 MA
MD
3
D
3
M B MC 350N m
7.3 圆轴扭转时的应力分析和强度计算
钻杆
7.3 圆轴扭转时的应力分析和强度计算
传动轴
第七章 扭转
7.1 引言 7.2 扭矩和扭矩图 7.3 圆轴扭转时的应力分析和强度计算 7.4 圆轴扭转时的变形计算和刚度设计
7.4 圆轴扭转时的变形计算和刚度设计
一、圆轴扭转时的变形
dφ T dx GIP dφ T dx
WP
πD13 16
D1
3 16Tmax 3 16 1.5 106
π[ τ ]
π 60
50mm
D1
(2) 空心轴
τ max
Tmax WP
[τ]
WP
πD23 (1 16
α4 )
d2
D2

(带答案)初中物理第七章力学经典大题例题

(带答案)初中物理第七章力学经典大题例题单选题1、茶杯放在水平桌面上，下列关于茶杯和桌面受力情况的叙述中，不正确的是（）A．杯子所受重力的施力物体是地球B．茶杯受到向上的弹力是因为茶杯发生了弹性形变C．此时桌面发生了弹性形变D．桌面受到向下的弹力是因为茶杯发生了弹性形变2、下列运动情景中，能明显观察到力使物体发生形变的是（）A．足球在空中成弧线落下B．跳水运动员向下压弯跳板C．在地面上的课桌保持静止D．篮球碰到篮板后改变运动方向3、由下列几个实例联想到的物理知识，其中错误的是（）A．“孤掌难鸣”表明力是物体对物体的作用B．划船时，使船前进的力的施力物体是船桨C．点心师傅将包子皮捏出漂亮的花边，是力改变了物体的形状D．把鸡蛋往碗沿上一磕，鸡蛋就破了，说明力的作用是相互的4、2022年冬奥会将在北京举行，跳跃式滑雪运动员也在积极备赛训练，下图正确表示滑雪运动员在空中时滑翔时所受重力示意图的是（）A．B．C．D．5、如图所示是教材中运动员踢足球的情景插图，下列说法正确的是（）A．踢球时，脚会痛是因为力的作用是相互的B．踢球时，脚对球的作用力大于球对脚的作用力C．运动员用头顶足球运动方向的改变，不属于改变物体的运动状态D．守门员抱住飞来的足球，不属于改变物体的运动状态6、下列估测最接近实际的是（）A．一本物理参考书的宽度约为5cmB．上课铃响一次持续的时间约5minC．一名中学生的重力约为500ND．中学生的步行速度约为20m/s7、如图所示为某届奥运会运动项目图标，其中不是利用“力的作用是相互的”这一原理的是（）A．游泳B．皮划艇C．蹦床D．举重8、如图所示，一个长方体的物块A静止在水平桌面上，物块受到水平桌面的支持力本质上也是弹力，下列关于该支持力的分析正确的是（）A．该支持力的作用点在水平桌面上B．支持力是由于水平桌面发生弹性形变产生的C．支持力是由于物块A发生弹性形变产生的D．该支持力的作用效果是使水平桌面发生形变9、如图所示实例中，与另外三个力所产生的作用效果不同的是（）A．压弯的跳板B．人推动箱子C．磁铁改变小钢球运动轨迹D．守门员抓住球10、下列关于力的说法正确的是（）A．成语“孤掌难鸣”说明一个物体一定不会产生力的作用B．《墨子》：”以卵投石，尽天下之卵，不可毁也。

工程力学弯曲强度2(应力分析与强度计算


max
y
2
当中性轴是横截面的对称轴时：
IZ
max
IZ
y
y1 y2 y max
1
即对称截 面梁
max max max
y
Iz 简单截面的抗弯截面系数 Wz＝ ymax y
h z
y z
bh Iz bh 2 Wz＝ 12 h h 6 2 2
3
max - max -

i max

M z max max i = Wz i
一般非等直梁
M z x y x max = max x = I z x max
可利用函数求导的方法得到最大正应力数值
固定端处梁截面上的弯矩: M＝Me 。 且这一梁的所有横截面上的弯矩都 等于外加力偶的力偶矩Me
中性轴通过 截面形心，因此z 轴就是中性轴。 据弯矩方向可知中性 轴以上均受压应力，以下 均受拉应力。 根据正应力公式，横截面上正应力沿截面高度（y） 按直线分布，在上、下边缘正应力最大。可画出固定 端截面上的正应力分布图。
M max y 2 0.253N m 10 3 15 10 3 m 2 0.842 10 3 Pa 84.2MPa Iz 4.5 10 -8 m 4
例题
C
FRA FRB
T形截面简支梁在中点承受集中力 FP ＝32kN， l=2m。 T形截面的形心坐标yC=96.4mm，横截面对于z 轴的惯性矩Iz =1.02108 mm4。求：弯矩最大截面上的 最大拉应力和最大压应力。 解： 根据静力学平衡可求得支座A和B处的约束力分别 为FRA＝FRB＝16 kN。据内力分析，知梁中点截面 上弯矩最大
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基本仪器的原理及使用1.(2012年全国新课标卷,22,5分)某同学利用螺旋测微器测量一金属板的厚度.该螺旋测微器校零时的示数如图(a)所示,测量金属板厚度时的示数如图(b )所示.图(a )所示读数为mm ,图(b )所示读数为 mm ,所测金属板的厚度为 mm.解析:图(a )的读数为1.0×0.01 mm=0.010 mm.图(b )的读数为6.5 mm+37.0×0.01 mm=6.870 mm.金属板的厚度为:6.870 mm-0.010 mm=6.860 mm. 答案:0.010 6.870 6.8602.(2010年安徽理综,21Ⅰ(2),3分)在用单摆测定重力加速度实验中,用游标为20分度的卡尺测量摆球的直径,示数如图所示,读数为 cm.解析:20分度游标卡尺的精度为0.05 mm ,故读数为6 mm+15×0.05 mm=6.75 mm=0.675 cm. 答案:0.675研究匀变速直线运动及图线、 1.(2012年山东理综,21(1),6分,节选)某同学利用图(甲)所示的实验装置,探究物块在水平桌面上的运动规律.物块在重物的牵引下开始运动,重物落地后,物块再运动一段距离停在桌面上(尚未到达滑轮处).从纸带上便于测量的点开始,每5个点取1个计数点,相邻计数点间的距离如图(乙)所示.打点计时器电源的频率为50 Hz.①通过分析纸带数据,可判断物块在两相邻计数点 和 之间某时刻开始减速.②计数点5对应的速度大小为 m/s ,计数点6对应的速度大小为 m/s.(保留三位有效数字)③物块减速运动过程中加速度的大小为a= m/s 2,若用来计算物块与桌面间的动摩擦因数(g 为重力加速度),则计算结果比动摩擦因数的真实值 (填“偏大”或“偏小”).解析:①从纸带计数点的分布来看1~6点间距逐渐增大,显然物块做加速运动,7~11点间距逐渐减小,可见物块做减速运动,因此在计数点6和7之间的某时刻开始减速.②5号点是4~6号点的时间中点,则 v 5=== m/s ≈1.00 m/s ;a加1= m/s2=2.00 m/s2,a加2= m/s2≈2.00 m/s2,则加速过程的加速度a加==2.00 m/s2则v6=v5+a加T=(1.00+2.00×0.1)m/s=1.20 m/s.③由逐差法xM -xN=(M-N)aT2可知:a1= m/s2=2.00 m/s2;a2= m/s2≈2.01 m/s2,则减速过程的加速度a=≈2.00 m/s2.由于小车运动过程中除了受到物块和桌面之间的摩擦力还可能受到纸带和限位孔的摩擦力以及空气阻力,因此用来表示物块和桌面之间的动摩擦因数显然偏大了.答案:①67(或76) ②1.00 1.20③2.00偏大2.(2011年广东理综,34(1),8分)图(甲)是“研究匀变速直线运动”实验中获得的一条纸带,O、A、B、C、D和E为纸带上六个计数点,加速度大小用a表示.①OD间的距离为 cm.②图(乙)是根据实验数据绘出的s t2图线(s为各计数点至同一起点的距离),斜率表示,其大小为 m/s2.(保留三位有效数字)解析:①OD 间距离为(2.20-1.00) cm=1.20 cm ;②由s=at 2得s t 2图线的斜率表示a ,即加速度的一半,a= m/s 2,解得:a ≈0.933 m/s 2.答案:①1.20 ②加速度的一半 0.9333.(2011年新课标全国卷,23,10分)利用图1所示的装置可测量滑块在斜面上运动的加速度.一斜面上安装有两个光电门,其中光电门乙固定在斜面上靠近底端处,光电门甲的位置可移动.当一带有遮光片的滑块自斜面上滑下时,与两个光电门都相连的计时器可以显示出遮光片从光电门甲至乙所用的时间t.改变光电门甲的位置进行多次测量,每次都使滑块从同一点由静止开始下滑,并用米尺测量甲、乙之间的距离s ,记下相应的t 值,所得数据如下表所示.完成下列填空和作图:(1)若滑块所受摩擦力为一常量,滑块加速度的大小a 、滑块经过光电门乙时的瞬时速度v t 、测量值s 和t 四个物理量之间所满足的关系式是 ; (2)根据表中给出的数据,在图2给出的坐标纸上画出t 图线;(3)由所画出的t 图线,得出滑块加速度的大小为a= m/s 2(保留2位有效数字).解析:(1)根据运动学公式有v t =v 甲+at ,s=v 甲t+at 2,联立求解s=v t t-at 2;(2)描点并连线,如图所示:(3)由s=v t t-at 2得=v t -t ,则t 图象的斜率绝对值为,所以a=|2k|,由图象得|k|≈1.0,所以a=2.0 m/s 2.答案:(1)s=v t t-at 2 (2)见解析 (3)2.04.(2010年广东理综,34(1),6分)如图是某同学在做匀变速直线运动实验中获得的一条纸带.①已知打点计时器电源频率为50 Hz ,则纸带上打相邻两点的时间间隔为 .②A 、B 、C 、D 是纸带上四个计数点,每两个相邻计数点间有四个点没有画出,从图中读出A 、B 两点间距s= ;C 点对应的速度是 (计算结果保留三位有效数字).解析:①电源频率为50 Hz ,则打点间隔为0.02 s. ②由刻度尺可读出A 、B 两点间距s=0.70 cm , 纸带的计数周期T=0.1 s , C 点的速度v C ===cm/s=10.0 cm/s=0.100 m/s.答案:①0.02 s ②0.70 cm 0.100 m/s探究弹力和弹簧伸长的关系L F l1.(2012年广东理综,34(2),9分,节选)某同学探究弹力与弹簧伸长量的关系.①将弹簧悬挂在铁架台上,将刻度尺固定在弹簧一侧,弹簧轴线和刻度尺都应在方向(填“水平”或“竖直”).②弹簧自然悬挂,待弹簧时,长度记为L;弹簧下端挂上砝码盘时,长度记为Lx ;在砝码盘中每次增加10 g砝码,弹簧长度依次记为L1至L6,数据如下表中有一个数值记录不规范,代表符号为.由表可知所用刻度尺的最小分度为.③如图是该同学根据表中数据作的图,纵轴是砝码的质量,横轴是弹簧长度与的差值(填“L0或Lx”).④由图可知弹簧的劲度系数为N/m;通过图和表可知砝码盘的质量为g(结果保留两位有效数字,重力加速度取9.8 m/s2).解析:①弹簧轴线和刻度尺都应和砝码的重力方向平行,沿竖直方向.②测弹簧自然悬挂的长度时,应在弹簧静止时测量.L3的数值记录不规范,有效数字的位数同其他数据不同.有效数字的最后一位是估读的,故刻度尺的最小分度为:0.1 cm=1 mm.③根据胡克定律:F=kx,由于m x图象过原点,m为砝码质量,m为0,x为0,则x应为弹簧长度L与弹簧挂上砝码盘时的长度Lx 的差值,即x=L-Lx.④以砝码为研究对象,有:mg=kx①则弹簧的劲度系数k== N/m=4.9 N/m.设砝码盘质量为m',弹簧仅挂砝码盘时,以砝码盘为研究对象,有:m'g=k(Lx -L)②故m'== kg=10 g.答案:①竖直②静止L31 mm③Lx④4.9102.(2011年安徽理综,21Ⅰ,6分)为了测量某一弹簧的劲度系数,将该弹簧竖直悬挂起来.在自由端挂上不同质量的砝码.实验测出了砝码质量m与弹簧长度l的相应数据,其对应点已在图上标出.(g=9.8 m/s2)(1)作出m l的关系图线;(2)弹簧的劲度系数为 N/m.解析:(1)图线如图:作图时应让尽可能多的点落在该直线上.(2)由胡克定律:mg=k(l-l)所以k==0.25 N/m.(0.248~0.262均正确)答案:见解析3.(2010年浙江理综,21Ⅰ,10分)在“探究弹簧弹力大小与伸长量的关系”的实验中,甲、乙两位同学选用不同的橡皮绳代替弹簧,为测量橡皮绳的劲度系数,他们在橡皮绳下端依次逐个挂上钩码(每个钩码的质量均为m=0.1 kg,取g=10 m/s2),并记录绳下端的坐标x加i(下标i表示挂在绳下端钩码个数),然后逐个拿下钩码,(1)同一橡皮绳的x加i x减i(大于或小于);(2) 同学的数据更符合实验要求(甲或乙);(3)选择一组数据用作图法得出该橡皮绳的劲度系数k(N/m);(4)为了更好地测量劲度系数,在选用钩码时需考虑的因素有哪些?解析:(1)橡皮绳经过拉伸后并不能完全恢复原长,所以挂同样多钩码时有x加i<x 减i.(2)甲同学每加一个钩码,形变量变化很大.而乙同学每加一个钩码,橡皮绳的形变量基本保持不变,故乙同学的数据更符合实验要求.取甲同学的数据作图,如图(甲).由图(甲)可看出:只有前几个数据在弹性限度内,由图中切线斜率得k 甲=25 N/m (20 N/m~30 N/m 均正确). 取乙同学的数据作图,如图(乙).由图(乙)可得:k 乙=60 N/m (50 N/m~70 N/m 均正确).(4)选用钩码的质量不能过大,否则很容易超出其弹性限度,质量也不能过小,否则其形变量很小,测量误差大.答案:(1)小于 (2)乙 (3)(4)见解析验证力的平行四边形定则1.(2011年江苏卷,10,8分)某同学用如图所示的实验装置来验证“力的平行四边形定则”.弹簧测力计A 挂于固定点P ,下端用细线挂一重物M ,弹簧测力计B 的一端用细线系于O 点,手持另一端向左拉,使结点O 静止在某位置分别读出弹簧测力计A 和B 的示数,并在贴于竖直木板的白纸上记录O 点的位置和拉线的方向.(1)本实验用的弹簧测力计示数的单位为N,图中A的示数为 N.(2)下列不必要的实验要求是.(请填写选项前对应的字母)A.应测量重物M所受的重力B.弹簧测力计应在使用前校零C.拉线方向应与木板平面平行D.改变拉力,进行多次实验,每次都要使O点静止在同一位置(3)某次实验中,该同学发现弹簧测力计A的指针稍稍超出量程,请你提出两个解决办法.解析:(1)示数为3.6 N.(2)本实验验证的是以两弹力为邻边作出的平行四边形的对角线是否与重物的重力近似等大反向,故D不必要.(3)①减小弹簧测力计B拉力;②减小重物M的质量;③改变弹簧测力计B拉力的方向;④将A更换成大量程的测力计等.答案:(1)3.6(2)D(3)见解析2.(2010年天津理综,9(2),6分)在探究求合力的方法时,先将橡皮条的一端固定在水平木板上,另一端系上带有绳套的两根细绳.实验时,需要两次拉伸橡皮条,一次是通过两细绳用两个弹簧秤互成角度地拉橡皮条,另一次是用一个弹簧秤通过细绳拉橡皮条.①实验对两次拉伸橡皮条的要求中,下列哪些说法是正确的(填字母代号).A.将橡皮条拉伸相同长度即可B.将橡皮条沿相同方向拉到相同长度C.将弹簧秤都拉伸到相同刻度D.将橡皮条和绳的结点拉到相同位置②同学们在操作过程中有如下议论,其中对减小实验误差有益的说法是(填字母代号).A.两细绳必须等长B.弹簧秤、细绳、橡皮条都应与木板平行C.用两弹簧秤同时拉细绳时两弹簧秤示数之差应尽可能大D.拉橡皮条的细绳要长些,标记同一细绳方向的两点要远些解析:①在探究求合力的方法的实验中,两次拉伸橡皮条应保证:橡皮条沿相同方向拉到相同长度且使橡皮条和绳的结点拉到相同位置,即B、D正确.②为了减小实验误差应使细绳长一些,且标记拉力方向的两点要远些,故D正确.此实验操作要求弹簧秤、细绳、橡皮条与木板平行,故B项正确.答案:①BD②BD验证牛顿运动定律1.(2012年安徽理综,21(Ⅰ),10分,节选)图1为“验证牛顿第二定律”的实验装置示意图.砂和砂桶的总质量为m,小车和砝码的总质量为M.实验中用砂和砂桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小.(1)实验中,为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力,先调节长木板一端滑轮的高度,使细线与长木板平行.接下来还需要进行的一项操作是( )A.将长木板水平放置,让小车连着已经穿过打点计时器的纸带,给打点计时器通电.调节m的大小,使小车在砂和砂桶的牵引下运动.从打出的纸带判断小车是否做匀速运动B.将长木板的一端垫起适当的高度.让小车连着已经穿过打点计时器的纸带,撤去砂和砂桶,给打点计时器通电,轻推小车,从打出的纸带判断小车是否做匀速运动C.将长木板的一端垫起适当的高度,撤去纸带以及砂和砂桶,轻推小车,观察判断小车是否做匀速运动(2)实验中要进行质量m和M的选取,以下最合理的一组是( )A.M=200 g,m=10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 gB.M=200 g,m=20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 gC.M=400 g,m=10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 gD.M=400 g,m=20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g(3)图2是实验中得到的一条纸带,A、B、C、D、E、F、G为7个相邻的计数点,相邻的两个计数点之间还有四个点未画出.量出相邻的计数点之间的距离分别为:sAB =4.22 cm、sBC=4.65 cm、sCD=5.08 cm、sDE=5.49 cm、sEF=5.91 cm、sFG=6.34cm.已知打点计时器的工作频率为50 Hz,则小车的加速度a= m/s2.(结果保留2位有效数字)解析:(1)据题意需进行的操作是平衡摩擦力.平衡方法为:将长木板无滑轮一侧垫起适当的高度,不挂砂桶,开启打点计时器,轻推小车,根据车后纸带打点情况判断小车是否做匀速运动.选项B符合要求.(2)因用砂和砂桶的总重力大小作为细线对小车的拉力,满足条件为m≪M,根据所给数据特点,C项最适合.(3)据逐差法xDG -xAD=a(3T)2,其中T=0.1 s,将各段数据代入后解得a=0.42 m/s2.答案:(1)B(2)C(3)0.422.(2012年全国大纲卷,23,11分)图1为验证牛顿第二定律的实验装置示意图.图中打点计时器的电源为50 Hz的交流电源,打点的时间间隔用Δt表示.在小车质量未知的情况下,某同学设计了一种方法用来探究“在外力一定的条件下,物体的加速度与其质量间的关系”.(1)完成下列实验步骤中的填空:①平衡小车所受的阻力:小吊盘中不放物块,调整木板右端的高度,用手轻拨小车,直到打点计时器打出一系列的点.②按住小车,在小吊盘中放入适当质量的物块,在小车中放入砝码.③打开打点计时器电源,释放小车,获得带有点列的纸带,在纸带上标出小车中砝码的质量m.④按住小车,改变小车中砝码的质量,重复步骤③.⑤在每条纸带上清晰的部分,每5个间隔标注一个计数点.测量相邻计数点的间距s1,s2,….求出与不同m相对应的加速度a.⑥以砝码的质量m为横坐标,为纵坐标,在坐标纸上作出m关系图线.若加速度与小车和砝码的总质量成反比,则与m应成关系(填“线性”或“非线性”).(2)完成下列填空:(ⅰ)本实验中,为了保证在改变小车中砝码的质量时,小车所受的拉力近似不变,小吊盘和盘中物块的质量之和应满足的条件是.(ⅱ)设纸带上三个相邻计数点的间距为s1、s2和s3.a可用s1、s3和Δt表示为a=.图2为用米尺测量某一纸带上的s1、s3的情况,由图可读出s1=mm,s3=mm.由此求得加速度的大小a=m/s2.(ⅲ)图3为所得实验图线的示意图.设图中直线的斜率为k,在纵轴上的截距为b,若牛顿定律成立,则小车受到的拉力为,小车的质量为.解析:(1)平衡阻力的过程要求给定小车一个速度后,小车做匀速直线运动,所以直到打点计时器打出一系列间距相等的点,则表明小车做匀速直线运动.若加速度与小车和砝码的总质量成反比,则与m应成线性关系.(2)(ⅰ)为了保证在改变小车中砝码的质量时,小车所受的拉力近似不变,小吊盘和盘中物块的质量之和应远小于小车和砝码的质量.(ⅱ)依据s3-s1=2aT2,其中T=5Δt,所以a=或者a=.从图中读出s1=36.6 mm-12.5 mm=24.1 mm,s3=120.0 mm-72.8 mm=47.2 mm代入上述公式算得a≈1.16 m/s2.(ⅲ)若牛顿定律成立则应满足F=(M+m)a,可知=m+M,采用待定系数法可得:k=,则小车受到的拉力F=,b=M,得小车的质量M=.答案:(1)间距相等线性(2)(ⅰ)小吊盘和盘中物块的质量之和应远小于小车和砝码的质量(ⅱ)或者24.147.2 1.155(ⅲ)3.(2011年浙江理综,21,10分)在“探究加速度与力、质量的关系”实验时,已提供了小车、一端附有定滑轮的长木板、纸带、带小盘的细线、刻度尺、天平、导线.为了完成实验,还须从下图中选取实验器材,其名称是①(漏选或全选得零分);并分别写出所选器材的作用②.解析:探究加速度与力、质量的关系需要测加速度,所以实验器材还需要电火花打点计时器、学生电源、钩码、砝码.答案:①电火花打点计时器、钩码、砝码(或电磁打点计时器、学生电源、钩码、砝码)②学生电源为电磁打点计时器提供交流电源;电磁打点计时器(电火花打点计时器)记录小车运动的位置和时间;钩码用以改变小车的质量;砝码用以改变小车受到拉力的大小,还可用于测量小车的质量.4.(2010年山东理综,23(1),6分)某同学设计了如图所示的装置来探究加速度与力的关系.弹簧秤固定在一合适的木板上,桌面的右边缘固定一支表面光滑的铅笔以代替定滑轮,细绳的两端分别与弹簧秤的挂钩和矿泉水瓶连接.在桌面上画出两条平行线MN 、PQ ,并测出间距d.开始时将木板置于MN 处,现缓慢向瓶中加水,直到木板刚刚开始运动为止,记下弹簧秤的示数F 0,以此表示滑动摩擦力的大小.再将木板放回原处并按住,继续向瓶中加水后,记下弹簧秤的示数F 1,然后释放木板,并用秒表记下木板运动到PQ 处的时间t.①木板的加速度可以用d 、t 表示为a= ;为了减小测量加速度的偶然误差可以采用的方法是(一种即可).②改变瓶中水的质量重复实验,确定加速度a 与弹簧秤示数F 1的关系.下列图象能表示该同学实验结果的是( )③用加水的方法改变拉力的大小与挂钩码的方法相比,它的优点是 . A.可以改变滑动摩擦力的大小B.可以更方便地获取多组实验数据C.可以比较精确地测出摩擦力的大小D.可以获得更大的加速度以提高实验精度解析:①木板做匀加速直线运动,据运动学公式得a=,为减小偶然误差可保持F 1不变,多次测量取加速度a 的平均值.②设木板的质量为M ,矿泉水瓶的总质量为m ,由牛顿第二定律知系统的加速度a==F 1-,当m ≪M 时,a ≈F 1-,故选项A 、B 错;当m 不满足远小于M 时,由a=F 1-知随m (F 1)的增大,逐渐减小,a F 1图线向下弯曲,故选项C 对,D错.③木板的滑动摩擦力大小不变,A 项错;往矿泉水瓶中添加水是很容易的事,可以更方便地获取多组实验数据,也可以比较精确地测出摩擦力的大小,故B 、C 项对;本实验加速度不能过大,尽量避免矿泉水瓶过重而不满足m ≪M ,从而使实验误差增大,D 项错.答案:① 保持F 1不变,多次测量取平均值 ②C ③BC验证机械能守恒定律1.(2011年海南卷,14,9分)现要通过实验验证机械能守恒定律.实验装置如图1所示:水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨,导轨上A 点处有一带长方形遮光片的滑块,其总质量为M ,左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m 的砝码相连;遮光片两条长边与导轨垂直;导轨上B 点有一光电门,可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间t ,用d 表示A 点到导轨底端C 点的距离,h 表示A 与C 的高度差,b 表示遮光片的宽度,s 表示A 、B 两点间的距离,将遮光片通过光电门的平均速度看做滑块通过B 点时的瞬时速度.用g 表示重力加速度.完成下列填空和作图:图1(1)若将滑块自A 点由静止释放,则在滑块从A 运动至B 的过程中,滑块、遮光片与砝码组成的系统重力势能的减小量可表示为 ,动能的增加量可表示为 .若在运动过程中机械能守恒,与s的关系式为= .(2)多次改变光电门的位置,每次均令滑块自同一点(A点)下滑,测量相应的s与t以s为横坐标,为纵坐标,在图2所示的坐标纸中描出第1个和第5个数据点;根据5个数据点作直线,求得该直线的斜率k=×104m-1·s-2(保留3位有效数字).图2由测得的h、d、b、M和m数值可以计算出s直线的斜率k0,将k和k进行比较,若其差值在实验允许的范围内,则可认为此实验验证了机械能守恒定律.解析:(1)ΔEp =ΔEpM+ΔEpm=Mg·s·-mgs=-mgs;v瞬B=,ΔE k =(M+m)=(M+m)()2.由ΔEp=ΔEk得-mgs=(M+m)()2,化简得:=·gs.(2)图线如图.k≈2.39×104 m-1·s-2.答案:(1)-mgs(M+m)()2·gs(2)描点作图见解析 2.392.(2010年新课标全国卷,22,4分)如图为验证机械能守恒定律的实验装置示意图.现有的器材为:带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重锤、天平.回答下列问题.(1)为完成此实验,除了所给的器材,还需要的器材有.(填入正确选项前的字母)A.米尺B.秒表C.0~12 V的直流电源D.0~12 V的交流电源(2)实验中误差产生的原因有.(写出两个原因) 解析:此实验用米尺测量重锤下落的高度;电磁打点计时器使用低压交流电源.答案:(1)AD.(2)纸带与打点计时器之间有摩擦;用米尺测量纸带上表示重物下落高度的两点间的距离时读数有误差;计算势能变化时,选取始末两点距离过近;交流电频率不稳定(写出两个原因).3.(2010年安徽理综,21(Ⅲ),6分)利用如图所示装置进行验证机械能守恒定律的实验时,需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度v和下落高度h.某班同学利用实验得到的纸带,设计了以下四种测量方案:a.用刻度尺测出物体下落的高度h ,并测出下落时间t.通过v=gt 计算出瞬时速度v.b.用刻度尺测出物体下落的高度h ,并通过v=计算出瞬时速度v.c.根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度,等于这点前后相邻两点间的平均速度,测算出瞬时速度v ,并通过h=计算出高度h.d.用刻度尺测出物体下落的高度h ,根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度,等于这点前后相邻两点间的平均速度,测算出瞬时速度v. 以上方案中只有一种正确,正确的是 .(填入相应的字母) 解析:a 、b 、c 选项中运用v=gt 、v=以及h=计算,均使用了机械能守恒的结论,故a ,b ,c 都错误,d 正确. 答案:d.创新设计性实验1.(2011年重庆理综,22(2),10分)某同学设计了如图(甲)所示的装置,利用米尺、秒表、轻绳、轻滑轮、轨道、滑块、托盘和砝码等器材来测定滑块和轨道间的动摩擦因数μ.滑块和托盘上分别放有若干砝码,滑块质量为M ,滑块上砝码总质量为m',托盘和盘中砝码的总质量为m.实验中,滑块在水平轨道上从A 到B 做初速为零的匀加速直线运动,重力加速度g 取10 m/s 2.①为测量滑块的加速度a,须测出它在A、B间运动的与,计算a 的运动学公式是;②根据牛顿运动定律得到a与m的关系为:a=m-μg他想通过多次改变m,测出相应的a值,并利用上式来计算μ.若要求a是m的一次函数,必须使上式中的保持不变,实验中应将从托盘中取出的砝码置于;③实验得到a与m的关系如图(乙)所示,由此可知μ=(取两位有效数字).解析:①由运动学公式x=at2得a=,测出位移x和发生该位移的时间t,就可求得加速度a.②以m为研究对象进行受力分析,由牛顿第二定律有mg-F=ma①以M+m'为研究对象进行受力分析,由牛顿第二定律有F-μ(M+m')g=(M+m')a②由①②两式得a=m-μg③将③式与一次函数表达式y=kx+b可知“”就相当于图线的斜率k,要使斜率k不变,则要求(m+m')不变,在实验中应将托盘中取出的砝码置于滑块上.③“-μg”相当于纵轴截距,在图线上取两点(64×10-3,0.23)、(67×10-3,0.35),写出直线表达式为y=40x-2.33,方程中-2.33=-μg,所以μ=0.233≈0.23.答案:①位移x时间t a=②m'+m滑块上③0.23(0.21~0.25均对)2.(2011年山东理综,23(1),6分)某探究小组设计了“用一把尺子测定动摩擦因数”的实验方案.如图所示,将一个小球和一个滑块用细绳连接,跨在斜面上端.开始时小球和滑块均静止,剪断细绳后,小球自由下落,滑块沿斜面下滑,可先后听到小球落地和滑块撞击挡板的声音.保持小球和滑块释放的位置不变,调整挡板位置,重复以上操作,直到能同时听到小球落地和滑块撞击挡板的声音.用刻度尺测出小球下落的高度H、滑块释放点与挡板处的高度差h和沿斜面运动的位移x.(空气阻力对本实验的影响可以忽略)①滑块沿斜面运动的加速度与重力加速度的比值为.②滑块与斜面间的动摩擦因数为.③以下能引起实验误差的是.a.滑块的质量b.当地重力加速度的大小c.长度测量时的读数误差d.小球落地和滑块撞击挡板不同时解析:①滑块和小球运动时间相同,则H=gt2,x=at2.所以=.②滑块下滑过程中,由动能定理得mgh-μmg·x=mv2又v=at,t=,a=g联立得μ=(h-).③测量结果中m、g皆约去,故a、b不会引起实验误差.答案:①②(h-)③cd3.(2010年江苏卷,11,10分)为了探究受到空气阻力时,物体运动速度随时间的变化规律,某同学采用了“加速度与物体质量、物体受力关系”的实验装置(如图所示).实验时,平衡小车与木板之间的摩擦力后,在小车上安装一薄板,以增大空气对小车运动的阻力.(1)往砝码盘中加入一小砝码,在释放小车(选填“之前”或“之后”)接通打点计时器的电源,在纸带上打出一系列的点.(2)从纸带上选取若干计数点进行测量,得出各计数点的时间t与速度v的数据如请根据实验数据作出小车的v t图象.(3)通过对实验结果的分析,该同学认为:随着运动速度的增加,小车所受的空气阻力将变大,你是否同意他的观点?请根据v t图象简要阐述理由.解析:(1)先接通电源,后释放小车.(2)用平滑曲线连接,要让尽可能多的点落在该条平滑曲线上,其余点分居两侧.(3)由v t图象可知,图线上各点切线的斜率越来越小,即加速度越来越小,故小车受到的空气阻力越来越大.答案:(1)之前(2)如图所示。