中學物理教學法實驗講義實驗1驗證力的平行四邊形定則(4實驗2驗證機械能守恒定律(6實驗3驗證動量守恒定律(11實驗4研究平拋物體的運動規律(15實驗5探究勻速直線運動的加速度和質量、力的關系(17實驗6靜電感應、磁感線、靜電屏蔽現象的演示(18實驗7探究彈力和彈簧伸長的關系、滾擺實驗演示(19實驗8探究杠桿的平衡條件(20實驗9測定滑輪組的機械效率(21實驗10驗證阿基米德原理(22實驗11聲音的產生和傳播(選做(23實驗12光的干涉和衍射現象(選做(24實驗13探究凸透鏡成像(選做(25實驗14小孔成像(選做(26實驗15探究牛頓第一定律(27實驗16測定重力加速度(28實驗17分子間有空隙和分子間的引力(30實驗18反沖運動演示(32實驗19滑動摩察系數的測量(選做(33實驗20探究滑動摩察力和哪些因素有關(選做(36實驗21用PASCO實驗系統驗證牛頓第二定律(37實驗22用PASCO實驗系統驗證驗證牛頓第三定律(41實驗23用PASCO實驗系統測量靜電感應電荷(選做(45實驗1驗證平行四邊形定則我們已經知道,兩個互成角度的共點力,可以用平行四邊形定則求出他們的合力,在這個實驗里我們就來驗證平行四邊形定則。【實驗目的】驗證平行四邊形定則。【實驗器材】方木板,白紙,彈簧秤(兩個,橡皮條,細繩(兩條,三角板,刻度尺,圖釘(幾個。【實驗步驟】(1在桌上平放一塊木板,在方木板上鋪一張白紙,用圖釘把白紙釘在方木板上。(2用圖釘把橡皮條的一端固定在板上A點,在橡皮條的另一端拴上兩條細繩,細繩的另一端系著細繩。(3用兩個彈簧秤分別勾住繩套,互成角度地拉橡皮條,使橡皮條伸長,結點到達某一位置O。(4用鉛筆記下O點的位置和兩條細繩的方向,讀出兩個彈簧秤的示數。(使用彈簧秤時,要注意使彈簧秤與木板平面平行。(5用鉛筆和刻度尺在白紙上從O點沿著兩條細繩的方向畫直線,按著一定的標度作出兩個力F1和F2的圖示,用平行四邊形定則求出合力F。(6只用一個彈簧秤,通過細繩把橡皮條的結點拉倒同樣的位置O,讀出彈簧秤的示數,記下細繩的方向,按同一標度作出這個力F′的圖示。(7比較力F′與用平行四邊形定則求得的合力F的大小和方向,看他們是否相等。(8改變兩個分力的大小和夾角,再做兩次實驗。從實驗結果可以得到什么結論?思考:另做這樣的實驗。先用兩個彈簧秤一起把橡皮條的結點拉倒位置O,用手指按住結點,使它不能活動,再改變其中一個彈簧秤的方位,使這個彈簧秤的拉力的大小和方向都跟原來的不同。固定這個彈簧秤的位置,松開結點,于是結點便離開原來的地方。試著改變另一個彈簧秤的方位,來改變拉力的大小和方向,總可以找到一個適當的方位(并且是惟一的,使結點回到原來的地方。兩個彈簧秤后來的拉力的合力跟他們原來的拉力的合力有什么關系?請說明,為什么另一個彈簧秤的方位是惟一的。實驗2驗證機械能守恒定律1、重力勢能和動能相互轉化的機械能守恒在這個實驗里,驗證機械能守恒定律:在重力作用下,物體的重力勢能和動能可以相互轉化,但總的機械能守恒。研究自由落體下落的過程中,如果忽略空氣阻力,這時物體的機械能守恒,即重力勢能的減少等于動能的增加。設物體的質量為m,下落的距離為h是的速度為v,則勢能減少mgh,動能增加221mv。【實驗目的】驗證動能和重力勢能守恒【實驗過程】現用如圖2.1所示的實驗裝置做實驗。圖2.1將紙帶固定在重物上,讓紙帶穿過電磁打點計時器。先用手提著紙帶,使重物靜止在靠近計時器的地方,然后接通電源,松開紙帶,讓重物自由下落,計時器就在紙帶上打下一系列的小點。在挑選的紙帶上,記下第一個點的位置O,并在紙帶上從任意點開始依次選取幾個點1、2、3、4………并量出各點到位置O的距離,這些距離就是物體運動到點1、2、3、4……….時下落的高度h1、h2、h3、h4……..時間t內的平均速度等于該段時間中點t/2時刻的瞬時速度。根據這個結論算出點1到點3之間的距離等于h3-h1,除以2×0.02s(紙帶上任意兩個相鄰的點間所表示的時間都是0.02s,計算出平均速度,這個平均速度就是點2處的瞬時速度。用這種合辦法計算出物體在打下點2、3、4………時的瞬時速度432vvv、、……..把得到的數據填入自己設計的表格里,算出重物運動到點2、3、4………時減少的重力勢能,然后再計算出物體運動到點2、3、4………時增加的動能,根據機械能守恒比較重力勢能和增加的動能,比較結果是否跟理論一致?如果不一致,為什么?2、研究彈性勢能和重力勢能,證明能量守恒。【實驗目的】研究彈性勢能和重力勢能,證明能量守恒。【實驗原理】把彈簧由平衡位置壓縮一段距離x的勢能為PE=(1/2kx2,這里k是彈性系數。根據胡克定律,彈簧所施加的力與彈簧被壓縮或伸長的距離成正比,F=kx,這里k是彈性常數。因此在實驗上彈性系數可以通過施加不同的力讓彈簧壓縮或伸長不同的距離來確定。作力與距離的關系圖,所得直線的斜率就等于k.當小車沿斜面上升時,所獲得的勢能為PE=mgh,這里m是小車的質量,g是重力加速度,h是小車上升的垂直高度。小車在斜面上移動距離d時,所上升的高度為h=dsinθ.如果能量定恒,壓縮彈簧的勢能將會完全轉化為重力勢能。【實驗儀器】動力學小車I(ME-9430導軌滑輪米尺支架(ME-9355砝碼絲線天平坐標紙【實驗步驟】調平導軌是把小車靜止地放在導軌上,看它向哪個方向運動。相應升降調節導軌末端的水平調節腳釘,直至小車靜止不動為止。用天平稱取小車的質量,記錄在表2上。一、測定彈性常數如圖2.2所示,把小車放在導軌上,使有彈簧活塞桿的一端靠緊擋板。在小車端部系上一根絲線,絲線跨過滑輪懸掛一砝碼鉤。把小車位置記錄在表1中。增加砝碼記下小車新的位置,取5組不同的質量重復測量。表1圖2.2儀器安裝二、勢能腳。⑵去掉小車上的絲線,把活塞桿壓縮到最大限度,圖2.3靠近擋板放置小車,測量活塞桿被壓縮的長度并記錄在表2中。⑶使導軌傾斜如圖2.3,在導軌配備的量角器上讀出導軌傾角,記錄在表2中。⑷在表2中記下小車的初始位置。⑸用小棍輕擊活拴釋放活塞桿,記下小車沿導軌向上運動的距離。重復5次,在表2中記下小車運動的最大距離。⑹改變斜面的傾角并重復測量。⑺在小車上增加質量再重復測量。表2小車移動的距離(d(x==數據分析⑴利用表1中的數據繪制力與位移關系圖,通過數據點畫出最佳直線并確定直線的斜率,這個斜率就等于有效彈性系數k=__________⑵計算彈性勢能記錄在表3中。⑶計算每種情況下的重力勢能,并記錄在表3中。問題與思考①哪個勢能較大?損失的能量哪里去了?②小車的質量加倍時,為什么重力勢能保持大致相同?實驗3驗證動量守恒定律【實驗原理】這個實驗用兩個大小相同但質量不等的小球碰撞來驗證動量守恒這個定律。實驗裝置如圖3.1所示。圖3.1讓一個質量較大的小球從斜槽上滾下來,跟放在斜槽末端的另一質量較小的小球發生碰撞(正碰。設兩個小球的質量分別為1m和2m。碰前,質量為1m的入射小球的速度是1v,質量為2m的被碰小球靜止。兩個小球碰撞前的總動量是1m1v,碰后,入射小球的速度是'1v,被碰小球的速度是'2v。兩個小球碰后的總動量是1m'1v+2m'2v。根據動量守恒定律,應該有1m1v=1m'1v+2m'2v小球質量可用天平稱出。兩球碰撞前后的速度利用平拋運動的知識求出。實驗中,做平拋運動的小球落到地面,下落高度相同,飛行時間t也就相同,且飛行的水平距離vts=與小球開始做平拋運動時的水平速度成正比。設小球下落時間為t,則在圖3.2中tvOP1=(1tvOM'1=(2tvON'2=(3圖3.2如果實驗測得的ONOMOPmm、、、、21滿足以下關系ONmMOmOPm2'11+=(4把(1(2(3(4式代入并消去t后即可看到1m1v=1m'1v+2m'2v這樣就驗證了動量守恒定律。【實驗器材】碰撞實驗儀,天平、砝碼,白紙,復寫紙,刻度尺等。【實驗操作】(1用C形夾把碰撞實驗儀固定在桌邊,松開水平固定螺母,調節軌道位置,直到鋼球能在平直槽的任何部位靜止不動,然后旋緊水平固定螺母(圖3.1。(2用天平測出兩個小球的質量,分別記為1m,2m。(3調節支球管的高度和位置,使靶球與入射球的球心在同一高度,并且從支球管中心線到槽口豎直面之間的距離等于兩球半徑之和。(4在地上鋪上一張白紙a,白紙上鋪放復寫紙(如果地面不平應將白紙和復寫紙鋪設在置于地面上的木板上。利用重垂線在白紙上標繪出槽口中心的豎直投影點O和支球管的豎直投影O′,分別作為入射球和靶球作平拋運動的起點在紙上的垂直投影。(5將擋板固定在斜槽較高處,不放靶球,讓入射球(鋼球自擋板處由靜止滾下,重復10次。鋼球每次落地,便在白紙上留下落地點的痕跡。用盡可能小的圓把所有10次落地點圈在里面,圓心P就是鋼球落地點的平均位置。(6保持擋板位置不變,把靶球放在支球管頂上,調整支球管左右位置,使兩球碰撞后靶球落地點也處于OP直線上(此時兩球發生正碰。仍讓入射球從擋板處由靜止滾下,在平直槽出口處與靶球發生碰撞,重復10次,用同樣的方法標出碰撞后入射球的落地點的平均位置M和靶球落地點的平均位置N。(7用刻度尺測量出OP(入射球在不發生碰撞時作平拋運動的射程,OM(入射球與靶球發生碰撞后作平拋運動的射程,O′N(靶球作平拋運動的射程的長度,依次記為s1,s1′,s2′。(8重復2次實驗。注意本實驗成功的關鍵是既要使兩球發生正碰(如果發生斜碰將使兩球碰撞后作斜拋運動,給實驗帶來很大的誤差,又要使入射球碰撞后不受靶球支球管的影響。為了達到這個目的,可以在支球管上端放一小片泡沫塑料,上面放靶球。調節支球管高度,使兩球球心等高(也就是使支球管頂略低于水平槽口。在兩球正碰后,塑料片隨靶球飛走。這樣既保證了兩球正碰,又避免入射球與支球管碰撞。雖然塑料片要帶走一些動量,但因它質量很小,對實驗結果影響不大。實驗4研究平拋物體的運動規律【實驗目的】通過這個實驗我們要描出平拋物體運動的軌跡,并且求出平拋物體的初速度。【實驗過程】實驗裝置如圖4.1所示,將固定有斜槽的木板放在實驗桌上,實驗前要檢查木板是否水平。用圖釘把坐標紙釘在豎直的木板上,固定時要用重垂線檢查坐標紙上的豎線是否豎直。選定斜槽末端所在的點為坐標原點O,從坐標原點O畫出豎直向下的y軸和水平向右的x軸。圖4.1實驗時使小球由斜槽的某以固定位置自由滑下,并由O點開始做平拋運動。先用眼睛粗略地確定做平拋運動的小球在某一x值處(如x=1cm的y值,然后使小球從開始時的位置滾下,在粗略確定的位置附近,用鉛筆較準確地確定小球通過的位置,并在坐標紙上記下這一點。以后依次改變x值,用同樣的方法確定其他各點的位置。取下坐標紙,根據記下的一系列位置,用平滑的曲線畫出小球做平拋運動的軌跡。在軌跡上選取幾個不同的點,測出他們的橫坐標x和縱坐標y,已知g值,利用公式221gty=和tvx0=求出小球做平拋運動的初速度0v,最后算出0v的平均值。注意:做這個實驗時應使小球每次從斜槽上滾下時開始的位置都相同。實驗5探究勻速直線運動的加速度和質量、力的關系取兩個質量相同的小車,放在光滑的水平板上(圖5.1。小車的前端各系上細繩,繩的另一端跨過定滑輪各掛一個小盤,盤里分別放著數目不等的砝碼,使兩個小車在不同的拉力下做勻加速直線運動。小車所受的水平拉力F的大小可以認為等于砝碼(包括砝碼盤所受的重力的大小。車的后端也分別系上細繩,用一只夾子夾住這兩根細繩,以同時控制兩輛小車,使他們同時開始運動和停止運動。利用這一裝置,我們來研究質量相等的兩輛小車在不同的恒定拉力作用下,他們的加速度是怎樣的。由研究勻變速直線運動實驗可知,小車在恒力作用下做勻加速直線運動。打開夾子,讓兩輛小車同時從靜止開始運動。小車走過一段距離以后,關上夾子,讓他們同時停下來。在打開和關閉夾子這段時間里,兩輛小車發生的位移不同,所受拉力大的那輛小車,位移大。由公式221ats可知,在時間t相同的情況下,位移s和加速度a成正比,比較小車的位移s就可以比較他們的加速度a。圖5.1探究勻速直線運動的加速度和質量、力的關系實驗6靜電感應、磁感線、靜電屏蔽等現象演示【實驗目的】演示靜電感應、磁感應、靜電屏蔽等現象【實驗過程】利用靜電箱內的實驗器材,結合說明來進行靜電現象的相關實驗演示。1、毛皮和橡膠棒摩擦起電演示2、絲綢和玻璃棒摩擦起電演示3、靜電屏蔽演示4、磁感線的演示實驗7探究彈力和彈簧伸長的關系(胡克定律、滾擺實驗演示彈簧受到拉力會伸長,平衡時彈簧產生的彈力和外力大小相等。彈簧的伸長越長,彈力也越大。這個實驗的目的是探究彈力與彈簧伸長的定量關系,并學習所用的科學方法。可以用懸掛鉤碼的方法給彈簧施加拉力,用直尺測量彈簧的伸長或總長。拉力不要太大,以免彈簧被過分拉伸,超出它的彈性限度。實驗可以按下面的步驟進行。1、測量彈簧的伸長(或總長及所受的拉力(或所掛鉤碼的質量,列表作出記錄。要盡可能多測幾組數據。2、根據所測數據在坐標紙上描點。最好以力為縱坐標,以彈簧的伸長為橫坐標。3、按照圖中各點的分別與走向,嘗試作出一條平滑的曲線(包括直線,所畫的點不一定正好在這條曲線上,但要注意使曲線兩側的點數大致相同。4、以彈簧的伸長為自變量,寫出曲線所代表的函數。首先嘗試一次函數,如果不行則考慮二次函數………5、解釋函數表達式中常數的物理意義。滾擺實驗演示:本實驗是初中進行“動能和勢能的相互轉化”的教學時進行的演示實驗,高中講授機械能守恒時的演示實驗。師范生演示時要求學生講授滾擺運動過程中的能量轉化過程,為什么最后會停止下來,是否符合能量守恒的條件等等。(這些問題都在中學物理的范圍內回答。實驗8探究杠桿的平衡條件【實驗目的】探究杠桿平衡條件【實驗過程】1、提出問題當杠桿在動力和阻力的作用下靜止時,我們就說杠桿平衡了。杠桿平衡時,動力、動力臂和阻力、阻力臂之間存在著怎樣的關系?2、猜想與假設既然探究杠桿的平衡條件,那么動力、動力臂、阻力、阻力臂之間便可能存在某種關系。由此,幾位同學作出幾種假設。3、制定計劃與設計實驗4、進行實驗與收集證據5、交流與合作6、評估實驗9測定滑輪組的機械效率【實驗目的】測得滑輪組的機械效率【實驗過程】自己組裝好定、動不同的滑輪組4組,并且分別提重物,將需要的數據填入自己設計的表格里,算出機械效率,比較4個機械效率是否相等。說出原因。實驗10驗證阿基米德原理【實驗目的】探究浮力的大小。【實驗過程】浮力的大小與物體排開的液體的重力有什么樣的關系呢?圖10.1按照圖10.1的實驗方法,分別選石塊、金屬塊來探究浮力的大小。實驗11聲音的產生和傳播(選做【實驗目的】聲音的產生和傳播相關演示【實驗過程】1、音叉發生和聲音的傳播,音叉的共鳴現象。實驗12光的干涉和衍射現象(選做【實驗目的】演示和觀察光的干涉、衍射及全反射現象,計算光的波長。【實驗過程】1、光的雙縫干涉如圖12.1,可以用公式λdlx=?計算出光的波長,其中λ為光的波長,d為兩條狹縫的距離,l為擋板與屏間的距離。圖12.12、光的單縫衍射和圓孔衍射現象圖12.2圖12.3實驗13探究凸透鏡成像(選做【實驗目的】探究凸透鏡成像特點【實驗過程】凸透鏡成像的特點有哪些,引導學生提出相關問題,制定計劃和設計好實驗;進行實驗與收集證據;然后選用探究凸透鏡成像實驗的相關器材,讓發光體經凸透鏡成放大、縮小、等大的像,量出成像時的物距和像距;最后進行數據分析,分析論證。圖13.1實驗14小孔成像(選做【實驗目的】小孔成像演示和理解【實驗過程】選用硬紙板,光屏,蠟燭,錐子等器材(1用錐子在硬紙板中央部分扎一直徑約3mm的小孔,然后將點燃的蠟燭,帶孔硬紙板及光屏按一定的距離立在桌面上。可在光屏上觀察到一倒立的燭焰像。(2前后移動光屏,觀察燭焰像的變化。(3改變小孔孔徑的大小,觀察燭焰像的變化。(4在硬紙板上,戳幾個大小不等、形狀不同的孔(可預先戳好,用黑紙遮沒,需要時再揭去黑紙,孔與孔之間相距約幾cm,則每個小孔都會在屏上成像,觀察比較孔的大小、形狀對燭焰像的影響。小孔成像的實質是:當把發光體看作由無數多個發光點組成時,由于光的直線傳播,若各發光點發出的光束經小孔后在光屏上形成的光斑不出現明顯的重疊,就會呈現出整個物體清晰的像。在演示和理解小孔成像時應注意:(1小孔的“小”是相對的,并無確定的尺寸限制;(2小孔只起到限制光束作用,孔本身形狀無關緊要。實驗15探究牛頓第一定律【實驗目的】牛頓第一定律的探究【實驗過程】1、提出問題運動物體如果不受其他物體的作用,會一直運動下去嗎?2、制定與設計實驗讓滑塊從斜面滑下,逐漸減小平面的粗造程度,測量滑塊的運動距離,并且推論當滑塊與平面間沒有摩察力時滑塊的運動狀況。準備器材:斜面、粗造程度不同的木板、滑塊等。3、進行實驗與證據收集如圖15.1所示,讓滑塊從粗造程度不同的三個表面的同一位置處下滑到水平面上,分別記錄滑塊在水平面上的運動距離。設計數據收集表格等。圖15.14、分析與論證實驗16測定重力加速度1、單擺測定重力加速度【實驗目的】用單擺測定重力加速度【實驗過程】本實驗的關鍵是測準單擺的擺長與周期,而其中周期的測量更加重要。以下三種方法各有特色。方法一的分析部分提出了用單擺測定重力加速度應該達到的準確度的標準,并討論了周期與擺長的關系。器材單擺球,秒表,鋼卷尺,米尺,尼龍線,鐵架臺等。操作(1將合適長度的細線一端穿過單擺球后打結固定,另一端懸掛在鐵架臺上。(圖16.1。圖16.1(2為了便于觀察擺線何時越過平衡位置,在鐵架臺的豎桿上固定一個標志物,在不妨礙單擺振動的前提下,標志物要盡量靠近擺線(圖16.1。(3用米尺和三角尺測量出擺球的直徑D,用鋼卷尺測量出懸點到擺球下沿的距離s,單擺的擺長2Dsl-=。(4將鋼球拉離平衡位置后釋放,擺角不要太大。等單擺擺動穩定之后,用秒表記下單擺完成幾個全振動的時間t(開表和停表都選在擺線越過標志物時,單擺的周期T=t/n。(5將操作(4重復兩次,取三次周期的平均值作為單擺的周期值。然后用224Tlgπ=計算出當地的重力加速度g。2、用打點計時器測量重力加速度(選做實驗17分子間有空隙、分子間的引力演示1、分子間有空隙【實驗目的】分子間有空隙的演示【實驗過程】用一個直徑不大的玻璃管(一端開口、內徑0.5—1cm,橡皮塞,橡皮筋,清水,酒精(染成紅色等。操作(1往玻璃管內注入清水(近半,再沿管壁緩緩注入酒精,使酒精液面距管口約5cm處。(2用橡皮塞(或手指塞緊管口,并用橡皮筋在管壁上標志出酒精液面的位置。(3將玻璃管反復顛倒幾次,使酒精和水混合,可發現混合后的液體上表面明顯低于橡皮筋所標出的原液面的位置。這是由于分子間有空隙,酒精和水混合后分子重新排列,從而使總體積減小。2、分子間的引力【實驗目的】演示固體分子間的引力現象。【實驗過程】用內聚力演示儀(鉛塊2塊,刀,鉤碼等器材(1用刀將兩鉛圓柱體(即內聚力演示儀的接觸面銼平,銼時應沿一個方向,使鉛塊表面平整、清潔。(2沿銼紋方向推壓鉛柱,邊緊壓邊向前推進。由于分子引力,兩者會結合成一體。然后把它們豎直提起,掛在鐵支架上。(3在鉛圓柱體下端掛鉤上加一定質量的鉤碼,不會將兩鉛柱拉開。實驗18反沖運動演示【實驗目的】反沖運動演示【實驗過程】利用反沖運動演示小車裝置演示實驗19滑動摩察系數的測量(選做測定滑動摩擦系數,在做測定滑動摩擦系數的實驗時,實驗結果與實驗器材有很大的關系。例如,本實驗中測定的木塊與木板之間的滑動摩擦系數,就和木頭的種類、木頭表面的光潔程度、木頭的干燥程度等因素有很大的關系。因此,不同的實驗,結果可以有較大的差異。【實驗目的】測量滑動摩察系數【實驗過程】方法一圖19.1該實驗的設計如圖19.1,木塊放在斜面上時,如果木塊勻速下滑,則ααμμsincosGGNFf====αμtan===NFNf器材木塊,木板,刻度尺,支架等。操作(1將木板擱在支架上形成一個斜面。(2調節木板的傾角,使木塊獲得一個初速度后能自行勻速滑下(目測判斷木塊是否作勻速運動或另找更確切的辦法確定其做勻速運動。(3可以從動力學小車上的量角器讀出斜面的傾角(如圖19.1,即可由公式αμtan===shNf算出木塊與木板之間的滑動摩擦系數。注意目測判斷木塊的運動是否勻速是不容易的,所以每次給予木塊的初速度要盡量相同,以減少判斷的錯覺,而且實驗要多次進行,使判斷盡可能正確。方法二圖19.2器材帶定滑輪的木板,木塊,細繩,小盤,托盤天平,砝碼,槽碼等。操作(1調平水平板,使它水平放置,細繩跨過定滑輪,一端連著木塊,另一端拴上小盤(如圖19.2。(2調節小盤中的砝碼,使木塊被輕推一下后能向右作勻速運動(目測。測量出小盤與砝碼所受的總重力,即木塊所受的滑動摩擦力f;測量出木塊所受的重力,即木塊與木板之間的正壓力N。(3將槽碼放在木塊上,增大木塊與木板之間的正壓力,重復操作(2。共重復九到十次。(4以橫軸表示木塊與木板之間的正壓力N,縱軸表示木塊受的滑動摩擦力f,作f-N圖。(5用圖解法求出圖線的斜率,即木塊與木板之間的滑動摩擦系數。方法三器材彈簧秤,細繩,木塊,木板,槽碼,托盤天平,砝碼等。操作(1將木板放在水平桌面上,木塊放在木板上,木塊通過細繩與彈簧秤相連,彈簧秤另一端固定在桌面上(圖19.3。(2用手拉動木板,同時讀出彈簧秤的讀數,即木塊與木板之間的滑動摩擦力f;測量出木塊所受的重力,即木塊與木板之間的正壓力N。(3將鉤碼放在木塊上,增大木塊與木板之間的正壓力N,重復(2的操作。共重復7—9次。(4以橫軸代表木塊與木板之間的正壓力N,縱軸表示木塊受的滑動摩擦力f,作f-N圖。用圖解法求出圖線的斜率,即木塊與木板之間的滑動摩擦系數(或采用多次測量求平均值。圖19.3注意:操作時盡量使木板以較小的速度勻速前進。分析:這個方法的誤差比前兩個方法的誤差要小一些,主要因為滑動摩擦力的大小在一定范圍內與相對運動的速度大小無關,因此對木板的運動不必嚴格要求勻速。實驗20探究滑動摩察力和哪些因素有關(選做【實驗目的】探究滑動摩察力和哪些因素有關【實驗過程】用空啤酒瓶,毛巾,濃肥皂液少量(或洗潔精等材料。(1手握空瓶瓶頸,用較小的壓力產生的摩擦力便可以將空瓶提起(20.1a。(2瓶內裝滿水,顯然瓶和水的重力大于空瓶,只有手對瓶壓力增大,產生較大摩擦力,才能將滿瓶提起(圖20.1b。(3手沾肥皂液,或在裝滿水的酒瓶瓶頸四周涂滿肥皂液。肥皂液使接觸面變得很光滑,減小“嚙合”和“粘合”使摩擦力大為減小,瓶不易被提起(圖20.1c。(4用毛巾將涂肥皂液的瓶頸處包裹起來,由于毛巾吸取了肥皂液使接觸面變得粗糙,摩擦力增大,瓶就很方便地被提起(圖20.1d。圖20.1實驗21用PASCO實驗系統驗證牛頓第二定律1、牛頓第二定律I【實驗目的】驗證物體的加速度依賴于力和質量。【實驗儀器】動力學小車I(ME-9430導軌停表【實驗過程】調平導軌是把小車放在導軌上,看它向哪個方向運動。相應調節導軌的水平調節腳釘,直至小車靜止不動為止。為了完成以下內容,使小車上的活塞桿處于待發狀態,并把小車靜止地放在導軌的一端,使小車活塞抵住擋板。然后用直尺(或短棍按下小車上的活拴釋放活塞桿,觀察所產生的加速度。改變力:將活拴扣在第一個位置(活塞桿壓縮最少來完成第一次試驗,然后通過增加活塞桿的壓縮增加對小車的作用力再做兩次試驗。改變質量:對于這個實驗,保持活塞桿處于最大壓縮位置,觀察小車加一個質量塊時的相對加速度。如果有另外的質量塊可用,改變小車的質量再做試驗。數據分析①當作用力增加時,加速度是增加還是減小?②當質量增加時,加速度是增加還是減小?問題與思考③從這個實驗的結果,你能推導出加速度與質量和力有關的方程式嗎?2、牛頓第二定律II【實驗目的】驗證牛頓第二定律maF=.【實驗原理】根據牛頓第二定律maF=,F表示作用在質量為m的物體上的力,a表示物體所產生的加速度。如圖21.1所示,質量為1m的小車位于水平導軌上,通過一根跨過滑輪的絲線與質量2m相連,在整個系統上(小車與懸掛砝碼的凈力就是所懸掛砝碼的重量,gmF2=(摩擦忽略不計。由牛頓第二定律可知,這個凈力應等于ma,這里m是正在被加速的總質量,在這種情況下就是1m+2m。在這個實驗中,當忽略摩擦時,檢驗gm2是否等于(1m+2ma。為了得到小車的加速度,要求小車從靜止啟動,測量小車前進某一距離d和所用的時間t,因為221atd=,所以加速度可由下式計算22tda=(假設a=常數【實驗儀器】動力學小車、導軌、滑輪、支架、絲線、砝碼鉤與砝碼、停表、木質或金屬擋板、天平(見實驗步驟③【實驗步驟】①調平導軌是把小車放在導軌上,看它向哪個方向滾動。相應升降調節導軌末端的水平調節腳釘,直至小車靜止不動為止。②用天平稱取小車的質量并記錄在表21.1中。如圖21.1所示,把滑輪固定在導軌的一端,將小車放在導軌上。在小車的一端穿過小孔系一根絲線,絲線的另一端跨過滑輪后系一砝碼鉤,線的長度以砝碼鉤到達地面前小車碰到檔板為宜。間走完全程。因為反映Array時間太短會引起較大的誤差。然而,如果小車運動太慢,也會因摩擦圖21.1儀器安裝而引起較大的誤差。在表21.1中記下所懸掛質量.④在裝有滑輪的導軌一端,靠緊可調擋板處放置小車,在表21.1中記下小車的位置.⑤至少重復測量5次時間,并記錄于表21.1中.⑥增加小車的質量,重復以上實驗過程.表21.1==(d=數據分析①計算平均時間,并記錄于表21.1中.②由小車初末位置之差計算小車所走的距離(見表21.1.③計算加速度,并記錄于表21.2中.④對于每種情況,計算總質量與加速度的乘積,并記錄于表21.2中.⑤對于每種情況,計算作用在系統上的凈力,并記錄于表21.2中.⑥計算g=與(1m+2ma的百分誤差,并記錄于表21.2中.mF2表21.2問題與分析①你的實驗結果證實了maF=嗎?②考慮到摩擦力后,你認為那個力會較大,懸掛物所產生的重力還是質量與加速度的乘積?這個實驗的結果一直是一個比另一個大嗎?③為什么在maF=中的質量不等于小車的質量?④用質量乘以重力加速度計算加在小車上的作用力時,為什么不包括小車的質量?實驗22用PASCO實驗系統驗證牛頓第三定律【實驗目的】驗證牛頓第三定律【實驗過程】用力傳感器兩個及其支架,動力學小車兩個,導軌。1、首先按照附1的方法安裝好計算機和力傳感器(圖22.1。對其校準,數據記錄校準到100HZ,并且讓接入模擬通道B的力傳感器測出的數據和模擬通道A的力傳感器測出的數據相反,例如:傳感器A的拉力是負值而傳感器B的拉力卻是正值。圖22.12、把動力學小車放置在導軌上,調平導軌。調平導軌是把小車放在導軌上,看它向哪個方向運動。相應調節導軌的水平調節腳釘,直至小車靜止不動為止。3、用裝配在力傳感器上的螺釘將其安裝到每個小車上。4、讓力傳感器的前端相向放置,取下力傳感器前端的小鉤,在同一位置裝上有磁性的緩沖器(圖22.2。圖22.2【數據記錄】一、碰撞1、把小車移到導軌的兩個最末端,按動按鈕把每個力傳感器歸零。這很重要。2、開始記錄數據。3、一起推動兩個小車,允許兩個小車以幾乎相同的速度在導軌中間的位置相碰撞,。4、當小車碰撞后停止記錄數據。這是顯示的第一組數據。5、給每一個小車增加質量,重復第3、4步驟操作記錄數據,記住重復記錄數據之前點擊按鈕將傳感器歸零。6、再重新記錄數據,但這次允許質量小的小車保持固定不動而只推動質量大的小車。7、為兩個小車的質量和速度的結合重復數據記錄過程,并且在實驗報告中體現每一次數據記錄。8、分析數據,得出結論。二、拉、拽1、把一個力傳感器從小車上移走。2、把這個力傳感器安裝在力傳感器支架上。然后把力傳感器支架安裝在導軌邊的T槽內。該力傳感器應該和小車上的力傳感器處于同一個高度。3、把力傳感器前端的磁性的緩沖器取下,裝上小鉤(圖22.3。圖22.34、把兩個力傳感器的小鉤掛在一起。5、按動按鈕把兩個傳感器歸零。6、開始記錄數據。7、分別推小車向前和拉小車向后,并且觀察兩個傳感器的力數據大小的變化,然后停止記錄數據。8、分析數據,得出結論。總的數據記錄表格【問題范例】1、當兩小車碰撞時,有些什么力作用在他們上面?2、當一個小車靜止時,兩小車哪個受到的力多一些?3、當兩小車質量不相等但都運動時,哪個受到的力多一些?4、當兩小車速度不相等時,其相互作用的力的大小如何?實驗23用PASCO實驗系統測量靜電感應電荷(選做【實驗目的】測量靜電感應電荷的極性【實驗過程】一、該實驗主要是通過電荷傳感器測量出通過接觸各種電荷發生器而轉移到“法拉第屏蔽籠”的電荷極性。最后,通過電荷傳感器測量出經過“法拉第屏蔽籠”感應而產生的電荷極性。比較兩種電荷的極性。1、按照附1的方法安裝好計算機和電荷傳感器,將電荷傳感器直接插入模擬通道A(如圖23.1。校準時數據采集選擇10HZ。圖23.12、把傳感器上配備的鱷魚夾分別把法拉第屏蔽籠的內外籃連起來(如圖23.2。圖23.23、開始做實驗使用法拉第屏蔽籠前,法拉第屏蔽籠必須接地。可以用你的一只手的食指同時接觸它的內外屏罩(如圖23.3。