专题十二 力学实验

图12-4典型课案: 第十二课时 力学实验一、知识梳理：新课程标准对力学实验要求是：1.能独立完成力学分组实验操作；2.能对力学分组实验、演示实验进行调整或改进；3.尝试与已有技能建立联系等.4.对刻度尺、游标卡尺、千分尺、天平会正确读数。

命题热点多集中在验证性实验方面，而研究性、测定性和设计性实验也应关注。

二、热身训练 1. 在做“研究匀变速直线运动”的实验时，某同学得到一条用打点计时器打下的纸带，并在其上取了A 、B 、C、D 、E 、F 等6个计数点（每相邻两个计数点间还有4个计时点，本图中没有画出）打点计时器接的是220V 、50Hz ⑴按照有效数字的读数规则读出相邻计数点AB 、BC 、CD 、DE 、EF 间的距离s 1、s 2、s 3、s 4、s 5，它们依次为______cm 、______cm 、______cm 、______cm 、______cm ． ⑵由以上数据计算打点计时器在打B 、C 、D 、E 各点时,物体的即时速度v B 、v C 、v D 、v E 依次是______m/s 、______m/s 、______m/s 、______m/s ．⑶根据以上结果,试用两种不同的方法计算该物体的加速度a ． ⑷根据⑵中得到的数据,试在右边所给的坐标系中,用作v -t 图像的方法,从图像中求物体的加速度a ．⑸从图像上求纸带上的A 、F 点所对应的物体的即时速度v A =______m/s, v F =_____m/s.并由此计算:当打点计时器打下A 点的时刻,物体已经从静止开始做匀加速运动________s 了．⑹如果当时电网中交变电流的频率是f =49Hz,而做实验的同学并不知道,那么由此引起的系统误差将使加速度的测量值比实际值偏_______.理由是:__________________．2. 图12-3是卡文迪许扭秤实验的示意图。

其中固定在T 形架上的小平面镜起着非常大的作用。

利用光的反射定律可以把T 形架的微小转动放大到能够精确测量的程度。

设小平面镜到刻度尺的距离为L ，T 形架两端固定的两个小球中心相距为l ，设放置两个大球m / 后，刻度尺上的反射光点向左移动了Δx ，那么在万有引力作用下，小球向大球移动了多少？3. 如图12-4，光滑水平轨道与光滑圆弧轨道相切，轻弹簧的一端固定在轨道的左端，OP 是可绕O 点转动的轻杆，且摆到某处就能停在该处；另有一小钢球。

现在利用这些器材测定弹簧被压缩时的弹性势能。

（1）还需要的器材是 、 。

（2）以上测量实际上是把对弹性势能的测量转化为对 能的测量，进而转化为对 和 的直接测量。

（3）为了研究弹簧的弹性势能与劲度系数和形变量的关系，除以上器材外，还准备了两个轻弹簧，所有弹簧的劲度系数均不相同。

试设计记录数据的表格。

三、讲练平台： 1．读出游标卡尺和螺旋测图12-3图 12-5 图12-6-1图12-8图77-1-3图77-1-3 微器的读数：⑴读数为__________cm ．⑵读数为__________cm ．2．已知天平两臂的长均为L 0=15cm,游码从0到1000mg 刻度间的总长度为L =25cm,那么游码的质量应该为________g ．某次测量时,将被测物体放在天平左盘内,在右盘内放有16g 砝码,而游码移到如图位置时天平恰好平衡,被测物体的质量为__________g ．请在图中画出在调节天平横梁水平时游码应该处在的位置．3． 一个有一定厚度的圆盘，可以绕通过中心垂直于盘面的水平轴转动，用下面的方法可以测量它匀速转动的角速度。

实验步骤：A ．用游标卡尺测量圆盘的直径。

B ．如图12-6-1所示，将电磁打点计时器固定在桌面上，将纸带的一端穿过打点计时器的限位孔后，固定在待测圆盘的侧面上，使得圆盘转动时，纸带可以卷在圆盘的侧面上。

C ．启动控制装置使得圆盘转动，同时接通电源（频率为50Hz ），打点计时器开始打点。

D ．经过一段时间，停止转动和打点，取下纸带进行测量。

（1）某次用游标卡尺测圆盘的直径时，示数见图12-6-2，由图读出直径的值为__________m 。

（2）某次实验得到的纸带的一段如图12-7所示。

由图可知a 点到k 点的时间间隔是________s 。

由此可计算出纸带运动的速度大小为________m/s 。

若测得圆盘直径的平均值为8.00×10-2m ，则可求出圆盘的角速度为_________rad ／s 。

4．某同学想在家里做用单摆测定重力加速度的实验,但没有合适的摆球,他只好找到一块大小为3cm 左右,外形不规则的大理石块代替小球.实验步骤是A ．石块用细尼龙线系好,结点为M ,将尼龙线的上端固定于O 点B ．用刻度尺测量OM 间尼龙线的长度L 作为摆长C ．将石块拉开一个大约α=30°的角度,然后由静止释放D ．从摆球摆到最高点时开始计时,测出30次全振动的总时间t ,由T =t /30得出周期E ．改变OM 间尼龙线的长度,再做几次实验,记下相应的L 和T ;F ．求出多次实验中测得的L 和T 的平均值作计算时使用的数据,带入公式LT g 22⎪⎭⎫ ⎝⎛=π求出重力加速度g ． 8 9cm图12-7图12-10⑴你认为该同学以上实验步骤中有重大错误的是________________.为什么?⑵该同学用OM 的长作为摆长,这样做引起的系统误差将使重力加速度的测量值比真实值偏大还是偏小5． 钩码逐个挂在弹簧的下端,每次都测出相应的弹簧总长度,将取g =9.8m/s 2)劲系数k 是多大6．某同学用图12-11装置做验证动量守恒定律的实验.先将a 球从斜 槽轨道上某固定点处由静止开始滚下,在水平地面上的记录纸上留下压痕,重复10次;再把同样大小的b 球放在斜槽轨道末端水平段的最右端附近静止,让a 球仍从原固定点由静止开始滚下,和b 球相碰后,位置处,重复10次．⑴本实验必须测量的物理量有以下哪_____________．A ．斜槽轨道末端到水平地面的高度HB ．小球b 的质量m a 、m bC ．小球a 、b 的半径rD ．小球a 、b 离开斜槽轨道末端后平抛飞行的时间t E ．记录纸上O 点到A 、B 、C 各点的距离OA 、OB 、OC F ．a 球的固定释放点到斜槽轨道末端水平部分间的高度差h ⑵小球a 、b 的质量m a 、m b 应该满足什么关系?为什么? ⑶放上被碰小球后,两小球碰后是否同时落地?如果不是同时落地,对实验结果有没有影响?为什么?这时小球a 、b 的落地点依次是图中水平面上的_____点和_____点．⑷为测定未放被碰小球时,小球a 落点的平均位置,把刻度尺的零刻线跟记录纸上的O 点对齐,右图给出了小球a 落点附近的情况,由图可得OB 距离应为__________cm ．⑸按照本实验方法,验证动量守恒的验证式是______________．7．像打点计时器一样，光电计时器也是一种研究物体运动情况的常用计时仪器，其结构如图12-13所示，a 、b 分别是光电门的激光发射和接收装置，当有物体从a 、b 间通过时，光电计时器就可以显示物体的挡光时间。

现利用图12-14所示装置测量滑块和长lm 左右的木块间的动摩擦因数，图中MN 是水平桌面，Q 是木板与桌面的接触点，1和2是固定在木板上适当位置的两个光电门，与之连接的两个光电计时器设有画出。

此外在木板顶端的P 点还悬挂着一个铅锤，让滑块从木板的顶端滑下，光电门l 、2各自连接的计时器显示的挡光时间分别为2100.5-⨯s 和2100.2-⨯s 。

用游标卡尺测量小滑块的宽度d ，卡尺数如图12-15所示。

（1）读出滑块的宽度d ＝ cm 。

（2）滑块通过光电门1的速度v 1 = m/s ，滑块通过光电门2的速度v 2 =m/s 。

（3）若仅提供一把米尺，已知当地的重力加速度为gv 1、v 2和两个光电门之间的距离L 外，还需测量的物理量是 （说明各量的物理意义，同时指明代表物理量的字母）。

（4）用（3）中各量求解动摩擦因数的表达式μ= （用字母表示）。

8.一小球做平抛运动的闪光照片的一部分，图12-16中背景方格的边长均为5cm ，如果取g ＝10m/s 2，那么：(1)闪光频率是 Hz ．(2)小球运动中水平分速度的大小 m/s ． (3)小球经过B 点时的速度大小是 m/s ． 9．如图12-17所示，将包有白纸的圆柱棒总质量为m 替代纸带和重物，蘸有颜料的毛笔固定在马达上并随之转动，使之替代打点计时器．当烧断挂圆柱的线后，圆柱棒竖直自由落下，毛笔就在圆柱棒面上的纸上画出记号，如图12-18所示。

测得记号之间的距离依次为26 mm 、42mm 、58mm 、74mm 、90mm 、106mm ，已知马达铭牌上有“1 500r ／min ”字样，由此验证机械能守恒． 由以上内容回答下列问题：(1) 毛笔画的线距时间间隔T ＝_______，乙图中圆柱棒的________端是悬挂端．(填“左”或“右”)(2) 根据图中所给数据，可知毛笔画下记号C 时，圆柱棒下落速度v C ＝______，画下记号D 时，圆柱棒下落速度v D ＝_______，动能的变化量为______，在这段位移上，圆柱棒重力势能的变化为______________，由此可得出结论为________________________．0 5 10 15 2012. 力学实验答案二、热身训练1．⑴1.00，1.40，1.84，2.26，2.67；⑵0.120，0.162，0.205，0.247；⑶0.42m/s 2；⑷0.42m/s 2；⑸0.079，0.290，0.188；⑹大，实际周期大于0.02s ，a =Δs /T 2∝1/T 2，实际加速度小于测量加速度。

2．Δx l/2L （关键抓住小平面镜在T 型架上，平面镜偏转θ角，反射光点在刻读尺上偏转2θ角，而对小球θ=l x ，对反射光点2θ=L x 2∆；Lxl x 2∆=∴） 3． = Kg（1）天平、刻度尺（2）重力势能、质量、上升高度（3）见上。

三、讲练平台1. (1)5.45cm (2)0.6726cm2. 0.6, 16.56 （游码左侧应与0刻线重合）3. （l ）21099.7-⨯ （2）0.20 0.52 134.（1）B ： 大理石质心到悬挂点间的距离才是摆长C ：最大偏角不能超过50D ：应在摆球经过平衡位置时计时F ：应该用各组的L 、T 求出各组的g 后，再取平均 （2）偏小。

略5．（1）图线跟坐标轴的交点，是弹簧压缩1cm 时的弹力（2）从图线说明弹力大小跟形变成正比。