1.測定勻變速直線運動的加速度
這個實驗要求我們用打點計時器來研究勻變速直線運動,從而測定物體做勻變速運動的加速度。要做好這個實驗,並運用這些物理知識去分析研究物體的運動,以及正確分析和處理在紙帶上所記錄的實驗數據。
從紙帶上所打上的點,分析測得和計算出任意連續相等時間內的位移之差。可以判斷紙帶做勻變速直線運動。
在計算加速度時,為了使各實驗數據都用上,以減小偶然誤差。
本實驗也采用圖線法測定加速度。它的要點是,設法畫出小車做勻變速直線運動的圖,求出圖線的斜率即等於小車加速度的數值。圖像的得出,關鍵是計算各時刻的即時速度值。其依據是,勻變速直線運動的某段位移上中間時刻的即時速度等於這段位移上的平均速度。然後為了減少實驗誤差,提高實驗精確度,在實驗中應注意以下幾點:
①長木板要水平放置平穩。
②打點計時器應安裝在長木板的一端,並使打點計時器的限位孔位於長木板的中線上。
③調節長木板的滑輪,讓跨過滑輪拉小車的細繩跟木板麵平行。
④係著小車穿過限位孔的紙帶應自然平直,還應與小車的運動方向一致。
⑤所加砝碼應適當,小車加速度過小,則打的點太密集,造成計數困難。加速度太大,則紙帶可取的計數點太少。一條紙帶以至少能取6個計數點為宜。可試打三條紙帶,選一條較理想的進行研究。
⑥為了避免測量和計數上的困難,計數點可以從任意清晰的點開始,如果點較密集,可取每5個點時間間隔為計時單位。
⑦測量相鄰計數點間的距離時,應在直尺不移動的情況下,一次測出各計數點到計數點間的距離,再逐一相減得出,以免多次移動造成的累積誤差。
2.驗證機械能守恒定律
這個實驗要求我們通過物體做自由落體運動,來驗證機械能守恒定律。本實驗以自由落體運動為研究過程,以做自由落體的重物為研究對象。因此,從原理上說,重物重力勢能的減少應該等於重物動能的增加,即物體從某一位置開始從靜止下落高度後,測得其速度。
顯然,隻要成立,機械能就守恒。所以,實驗中無需測出重物的質量,關鍵是測量某位置到起始點的高度和計算這一點的即時速度。
實驗的注意事項:
①打點計時器一定要安裝穩固,保持豎直,使重物帶著紙帶下落時不受阻礙。
②紙帶要平整地夾在重物上,手提紙帶要平直,防止皺折。
③釋放紙帶時,注意不要晃動,以保證重物下落時的初速度為零和紙帶上打出的第一點清晰可辨。
④測量高度時,都應從0位置算起,各點之間的間隔數可自行確定,可選三個或五個點為一記數點,但其t就不是0.02秒了。
3.用單擺測定重力加速度
本實驗要求我們通過測出單擺的擺長,和周期,利用單擺周期公式求出當地的重力加速度的數值。並準確測量單擺的擺長和周期,從而求出重力加速度的大小。
單擺是指在一根不能伸長、又沒有質量的細線的下端係一個質點。為此在實驗時應選取不易伸長的細線做擺線,用體積較小、密度較大的金屬球做擺球。由予單擺是在擺角很小(小於5)的情況下,它的振動才可當作簡諧運動。因此實驗中應控製擺角在宇以內。
實驗的注意事項:
①擺線應選擇細麗不易伸長的線,一般不短於1米,擺球應選密度較大,直徑較小的金屬球,一般直徑不超過2厘米。
②單擺懸線上端不可隨意卷在鐵夾的杆上,應夾在鐵夾中,以免振動時發生擺線下滑,而造成擺長改變的現象。
③測擺長時,應注意是指擺線長與擺球半徑之和,不能隻測擺線長作為擺長。
④振動時控製擺角不超過50,並要保持在同一個豎直平麵內擺動,不要形成錐擺。
⑤計量時間時,應從平衡位置開始,並且要測30次到50次全擺動的時間,再求其周期,如此反複三次,求出周期的平均值才可做為單擺的周期。
4.研究平拋物體的運動
這個實驗要求我們描出平拋物體的運動軌跡,並測定平拋物體的初速度,從而學會一種描繪曲線運動的實驗方法。要做好這個實驗,關鍵在於正確運用運動合成的知識,采用逐點描繪的方法,準確地描繪出平拋物體的運動軌跡。
根據平拋物體的運動可以看作是兩個分運動的合運動:一個是水平方向的勻速直線運動,速度等於平拋物體的初速度;另一個是豎直方向的自由落體運動。因此,我們可以測出其運動軌跡上某一點的坐標。
本實驗準確描繪平拋小球運動的軌跡曲線是實驗成敗最關鍵的一環。為此,在實驗中我們應注意以下事項:
①在固定斜槽時,要注意它的末端點切線是水平的,以使小球以某一速度水平拋出。否則,小球將做斜拋運動,描出的曲線是斜拋運動的軌跡。
②必須利用重錘線將圖紙板校準在豎直平麵上,並使小球下落的豎直麵與板麵平行。小球運動時剛好靠近圖紙板,但又不接觸。
③坐標的原點應為小球在末端靜止時的球心位置,切不能把槽口末端當作坐標原點。
④為保持小球每次實驗的初速度相同,每次釋放小球應從斜槽同一高度靜止釋放。
⑤為順利地描出平拋運動軌跡,標點時,應先目測小球的運動軌跡,然後用有孔的紙卡片確定小球的運動軌跡點。
⑥計算小球運動的初速度時,應在曲線軌跡上任意選幾個距拋點較遠的點的坐標來計算,以便於測量和計算。
5.碰撞中的動量守恒
本實驗要求我們通過兩個小球發生正碰,來驗證相互作用的物體係的動量守恒定律,即碰撞前的總功量與碰撞後的總動量相等。要做好這個實驗,關鍵在於準確測出兩球的質量以及兩球碰撞前後的速度,再通過數據分析處理後,就可總結出碰撞的規律。
質量可用天平準確測量。按實驗裝置,兩球碰撞前和碰撞後,均作同一高度的平拋運動,故薅球落地時間相同,所以它們的水平射程跟初速度成正比,如果取下落高度所用的時間為1單位時間,則水平位移的大小就可以代表水平速度的大小。因此它們的碰前碰後的即時速度可測出。