中学物理教学法实验讲义

中学物理教学法实验讲义实验1验证力的平行四边形定则(4实验2验证机械能守恒定律(6实验3验证动量守恒定律(11实验4研究平抛物体的运动规律(15实验5探究匀速直线运动的加速度和质量、力的关系(17实验6静电感应、磁感线、静电屏蔽现象的演示(18实验7探究弹力和弹簧伸长的关系、滚摆实验演示(19实验8探究杠杆的平衡条件(20实验9测定滑轮组的机械效率(21实验10验证阿基米德原理(22实验11声音的产生和传播(选做(23实验12光的干涉和衍射现象(选做(24实验13探究凸透镜成像(选做(25实验14小孔成像(选做(26实验15探究牛顿第一定律(27实验16测定重力加速度(28实验17分子间有空隙和分子间的引力(30实验18反冲运动演示(32实验19滑动摩察系数的测量(选做(33实验20探究滑动摩察力和哪些因素有关(选做(36实验21用PASCO实验系统验证牛顿第二定律(37实验22用PASCO实验系统验证验证牛顿第三定律(41实验23用PASCO实验系统测量静电感应电荷(选做(45实验1验证平行四边形定则我们已经知道,两个互成角度的共点力,可以用平行四边形定则求出他们的合力,在这个实验里我们就来验证平行四边形定则。【实验目的】验证平行四边形定则。【实验器材】方木板,白纸,弹簧秤(两个,橡皮条,细绳(两条,三角板,刻度尺,图钉(几个。【实验步骤】(1在桌上平放一块木板,在方木板上铺一张白纸,用图钉把白纸钉在方木板上。(2用图钉把橡皮条的一端固定在板上A点,在橡皮条的另一端拴上两条细绳,细绳的另一端系着细绳。(3用两个弹簧秤分别勾住绳套,互成角度地拉橡皮条,使橡皮条伸长,结点到达某一位置O。(4用铅笔记下O点的位置和两条细绳的方向,读出两个弹簧秤的示数。(使用弹簧秤时,要注意使弹簧秤与木板平面平行。(5用铅笔和刻度尺在白纸上从O点沿着两条细绳的方向画直线,按着一定的标度作出两个力F1和F2的图示,用平行四边形定则求出合力F。(6只用一个弹簧秤,通过细绳把橡皮条的结点拉倒同样的位置O,读出弹簧秤的示数,记下细绳的方向,按同一标度作出这个力F′的图示。(7比较力F′与用平行四边形定则求得的合力F的大小和方向,看他们是否相等。(8改变两个分力的大小和夹角,再做两次实验。从实验结果可以得到什么结论?思考:另做这样的实验。先用两个弹簧秤一起把橡皮条的结点拉倒位置O,用手指按住结点,使它不能活动,再改变其中一个弹簧秤的方位,使这个弹簧秤的拉力的大小和方向都跟原来的不同。固定这个弹簧秤的位置,松开结点,于是结点便离开原来的地方。试着改变另一个弹簧秤的方位,来改变拉力的大小和方向,总可以找到一个适当的方位(并且是惟一的,使结点回到原来的地方。两个弹簧秤后来的拉力的合力跟他们原来的拉力的合力有什么关系?请说明,为什么另一个弹簧秤的方位是惟一的。实验2验证机械能守恒定律1、重力势能和动能相互转化的机械能守恒在这个实验里,验证机械能守恒定律:在重力作用下,物体的重力势能和动能可以相互转化,但总的机械能守恒。研究自由落体下落的过程中,如果忽略空气阻力,这时物体的机械能守恒,即重力势能的减少等于动能的增加。设物体的质量为m,下落的距离为h是的速度为v,则势能减少mgh,动能增加221mv。【实验目的】验证动能和重力势能守恒【实验过程】现用如图2.1所示的实验装置做实验。图2.1将纸带固定在重物上,让纸带穿过电磁打点计时器。先用手提着纸带,使重物静止在靠近计时器的地方,然后接通电源,松开纸带,让重物自由下落,计时器就在纸带上打下一系列的小点。在挑选的纸带上,记下第一个点的位置O,并在纸带上从任意点开始依次选取几个点1、2、3、4………并量出各点到位置O的距离,这些距离就是物体运动到点1、2、3、4……….时下落的高度h1、h2、h3、h4……..时间t内的平均速度等于该段时间中点t/2时刻的瞬时速度。根据这个结论算出点1到点3之间的距离等于h3-h1,除以2×0.02s(纸带上任意两个相邻的点间所表示的时间都是0.02s,计算出平均速度,这个平均速度就是点2处的瞬时速度。用这种合办法计算出物体在打下点2、3、4………时的瞬时速度432vvv、、……..把得到的数据填入自己设计的表格里,算出重物运动到点2、3、4………时减少的重力势能,然后再计算出物体运动到点2、3、4………时增加的动能,根据机械能守恒比较重力势能和增加的动能,比较结果是否跟理论一致?如果不一致,为什么?2、研究弹性势能和重力势能,证明能量守恒。【实验目的】研究弹性势能和重力势能,证明能量守恒。【实验原理】把弹簧由平衡位置压缩一段距离x的势能为PE=(1/2kx2,这里k是弹性系数。根据胡克定律,弹簧所施加的力与弹簧被压缩或伸长的距离成正比,F=kx,这里k是弹性常数。因此在实验上弹性系数可以通过施加不同的力让弹簧压缩或伸长不同的距离来确定。作力与距离的关系图,所得直线的斜率就等于k.当小车沿斜面上升时,所获得的势能为PE=mgh,这里m是小车的质量,g是重力加速度,h是小车上升的垂直高度。小车在斜面上移动距离d时,所上升的高度为h=dsinθ.如果能量定恒,压缩弹簧的势能将会完全转化为重力势能。【实验仪器】动力学小车I(ME-9430导轨滑轮米尺支架(ME-9355砝码丝线天平坐标纸【实验步骤】调平导轨是把小车静止地放在导轨上,看它向哪个方向运动。相应升降调节导轨末端的水平调节脚钉,直至小车静止不动为止。用天平称取小车的质量,记录在表2上。一、测定弹性常数如图2.2所示,把小车放在导轨上,使有弹簧活塞杆的一端靠紧挡板。在小车端部系上一根丝线,丝线跨过滑轮悬挂一砝码钩。把小车位置记录在表1中。增加砝码记下小车新的位置,取5组不同的质量重复测量。表1图2.2仪器安装二、势能脚。⑵去掉小车上的丝线,把活塞杆压缩到最大限度,图2.3靠近挡板放置小车,测量活塞杆被压缩的长度并记录在表2中。⑶使导轨倾斜如图2.3,在导轨配备的量角器上读出导轨倾角,记录在表2中。⑷在表2中记下小车的初始位置。⑸用小棍轻击活拴释放活塞杆,记下小车沿导轨向上运动的距离。重复5次,在表2中记下小车运动的最大距离。⑹改变斜面的倾角并重复测量。⑺在小车上增加质量再重复测量。表2小车移动的距离(d(x==数据分析⑴利用表1中的数据绘制力与位移关系图,通过数据点画出最佳直线并确定直线的斜率,这个斜率就等于有效弹性系数k=__________⑵计算弹性势能记录在表3中。⑶计算每种情况下的重力势能,并记录在表3中。问题与思考①哪个势能较大?损失的能量哪里去了?②小车的质量加倍时,为什么重力势能保持大致相同?实验3验证动量守恒定律【实验原理】这个实验用两个大小相同但质量不等的小球碰撞来验证动量守恒这个定律。实验装置如图3.1所示。图3.1让一个质量较大的小球从斜槽上滚下来,跟放在斜槽末端的另一质量较小的小球发生碰撞(正碰。设两个小球的质量分别为1m和2m。碰前,质量为1m的入射小球的速度是1v,质量为2m的被碰小球静止。两个小球碰撞前的总动量是1m1v,碰后,入射小球的速度是'1v,被碰小球的速度是'2v。两个小球碰后的总动量是1m'1v+2m'2v。根据动量守恒定律,应该有1m1v=1m'1v+2m'2v小球质量可用天平称出。两球碰撞前后的速度利用平抛运动的知识求出。实验中,做平抛运动的小球落到地面,下落高度相同,飞行时间t也就相同,且飞行的水平距离vts=与小球开始做平抛运动时的水平速度成正比。设小球下落时间为t,则在图3.2中tvOP1=(1tvOM'1=(2tvON'2=(3图3.2如果实验测得的ONOMOPmm、、、、21满足以下关系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这样就验证了动量守恒定律。【实验器材】碰撞实验仪,天平、砝码,白纸,复写纸,刻度尺等。【实验操作】(1用C形夹把碰撞实验仪固定在桌边,松开水平固定螺母,调节轨道位置,直到钢球能在平直槽的任何部位静止不动,然后旋紧水平固定螺母(图3.1。(2用天平测出两个小球的质量,分别记为1m,2m。(3调节支球管的高度和位置,使靶球与入射球的球心在同一高度,并且从支球管中心线到槽口竖直面之间的距离等于两球半径之和。(4在地上铺上一张白纸a,白纸上铺放复写纸(如果地面不平应将白纸和复写纸铺设在置于地面上的木板上。利用重垂线在白纸上标绘出槽口中心的竖直投影点O和支球管的竖直投影O′,分别作为入射球和靶球作平抛运动的起点在纸上的垂直投影。(5将挡板固定在斜槽较高处,不放靶球,让入射球(钢球自挡板处由静止滚下,重复10次。钢球每次落地,便在白纸上留下落地点的痕迹。用尽可能小的圆把所有10次落地点圈在里面,圆心P就是钢球落地点的平均位置。(6保持挡板位置不变,把靶球放在支球管顶上,调整支球管左右位置,使两球碰撞后靶球落地点也处于OP直线上(此时两球发生正碰。仍让入射球从挡板处由静止滚下,在平直槽出口处与靶球发生碰撞,重复10次,用同样的方法标出碰撞后入射球的落地点的平均位置M和靶球落地点的平均位置N。(7用刻度尺测量出OP(入射球在不发生碰撞时作平抛运动的射程,OM(入射球与靶球发生碰撞后作平抛运动的射程,O′N(靶球作平抛运动的射程的长度,依次记为s1,s1′,s2′。(8重复2次实验。注意本实验成功的关键是既要使两球发生正碰(如果发生斜碰将使两球碰撞后作斜抛运动,给实验带来很大的误差,又要使入射球碰撞后不受靶球支球管的影响。为了达到这个目的,可以在支球管上端放一小片泡沫塑料,上面放靶球。调节支球管高度,使两球球心等高(也就是使支球管顶略低于水平槽口。在两球正碰后,塑料片随靶球飞走。这样既保证了两球正碰,又避免入射球与支球管碰撞。虽然塑料片要带走一些动量,但因它质量很小,对实验结果影响不大。实验4研究平抛物体的运动规律【实验目的】通过这个实验我们要描出平抛物体运动的轨迹,并且求出平抛物体的初速度。【实验过程】实验装置如图4.1所示,将固定有斜槽的木板放在实验桌上,实验前要检查木板是否水平。用图钉把坐标纸钉在竖直的木板上,固定时要用重垂线检查坐标纸上的竖线是否竖直。选定斜槽末端所在的点为坐标原点O,从坐标原点O画出竖直向下的y轴和水平向右的x轴。图4.1实验时使小球由斜槽的某以固定位置自由滑下,并由O点开始做平抛运动。先用眼睛粗略地确定做平抛运动的小球在某一x值处(如x=1cm的y值,然后使小球从开始时的位置滚下,在粗略确定的位置附近,用铅笔较准确地确定小球通过的位置,并在坐标纸上记下这一点。以后依次改变x值,用同样的方法确定其他各点的位置。取下坐标纸,根据记下的一系列位置,用平滑的曲线画出小球做平抛运动的轨迹。在轨迹上选取几个不同的点,测出他们的横坐标x和纵坐标y,已知g值,利用公式221gty=和tvx0=求出小球做平抛运动的初速度0v,最后算出0v的平均值。注意:做这个实验时应使小球每次从斜槽上滚下时开始的位置都相同。实验5探究匀速直线运动的加速度和质量、力的关系取两个质量相同的小车,放在光滑的水平板上(图5.1。小车的前端各系上细绳,绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘,盘里分别放着数目不等的砝码,使两个小车在不同的拉力下做匀加速直线运动。小车所受的水平拉力F的大小可以认为等于砝码(包括砝码盘所受的重力的大小。车的后端也分别系上细绳,用一只夹子夹住这两根细绳,以同时控制两辆小车,使他们同时开始运动和停止运动。利用这一装置,我们来研究质量相等的两辆小车在不同的恒定拉力作用下,他们的加速度是怎样的。由研究匀变速直线运动实验可知,小车在恒力作用下做匀加速直线运动。打开夹子,让两辆小车同时从静止开始运动。小车走过一段距离以后,关上夹子,让他们同时停下来。在打开和关闭夹子这段时间里,两辆小车发生的位移不同,所受拉力大的那辆小车,位移大。由公式221ats可知,在时间t相同的情况下,位移s和加速度a成正比,比较小车的位移s就可以比较他们的加速度a。图5.1探究匀速直线运动的加速度和质量、力的关系实验6静电感应、磁感线、静电屏蔽等现象演示【实验目的】演示静电感应、磁感应、静电屏蔽等现象【实验过程】利用静电箱内的实验器材,结合说明来进行静电现象的相关实验演示。1、毛皮和橡胶棒摩擦起电演示2、丝绸和玻璃棒摩擦起电演示3、静电屏蔽演示4、磁感线的演示实验7探究弹力和弹簧伸长的关系(胡克定律、滚摆实验演示弹簧受到拉力会伸长,平衡时弹簧产生的弹力和外力大小相等。弹簧的伸长越长,弹力也越大。这个实验的目的是探究弹力与弹簧伸长的定量关系,并学习所用的科学方法。可以用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力,用直尺测量弹簧的伸长或总长。拉力不要太大,以免弹簧被过分拉伸,超出它的弹性限度。实验可以按下面的步骤进行。1、测量弹簧的伸长(或总长及所受的拉力(或所挂钩码的质量,列表作出记录。要尽可能多测几组数据。2、根据所测数据在坐标纸上描点。最好以力为纵坐标,以弹簧的伸长为横坐标。3、按照图中各点的分别与走向,尝试作出一条平滑的曲线(包括直线,所画的点不一定正好在这条曲线上,但要注意使曲线两侧的点数大致相同。4、以弹簧的伸长为自变量,写出曲线所代表的函数。首先尝试一次函数,如果不行则考虑二次函数………5、解释函数表达式中常数的物理意义。滚摆实验演示:本实验是初中进行“动能和势能的相互转化”的教学时进行的演示实验,高中讲授机械能守恒时的演示实验。师范生演示时要求学生讲授滚摆运动过程中的能量转化过程,为什么最后会停止下来,是否符合能量守恒的条件等等。(这些问题都在中学物理的范围内回答。实验8探究杠杆的平衡条件【实验目的】探究杠杆平衡条件【实验过程】1、提出问题当杠杆在动力和阻力的作用下静止时,我们就说杠杆平衡了。杠杆平衡时,动力、动力臂和阻力、阻力臂之间存在着怎样的关系?2、猜想与假设既然探究杠杆的平衡条件,那么动力、动力臂、阻力、阻力臂之间便可能存在某种关系。由此,几位同学作出几种假设。3、制定计划与设计实验4、进行实验与收集证据5、交流与合作6、评估实验9测定滑轮组的机械效率【实验目的】测得滑轮组的机械效率【实验过程】自己组装好定、动不同的滑轮组4组,并且分别提重物,将需要的数据填入自己设计的表格里,算出机械效率,比较4个机械效率是否相等。说出原因。实验10验证阿基米德原理【实验目的】探究浮力的大小。【实验过程】浮力的大小与物体排开的液体的重力有什么样的关系呢?图10.1按照图10.1的实验方法,分别选石块、金属块来探究浮力的大小。实验11声音的产生和传播(选做【实验目的】声音的产生和传播相关演示【实验过程】1、音叉发生和声音的传播,音叉的共鸣现象。实验12光的干涉和衍射现象(选做【实验目的】演示和观察光的干涉、衍射及全反射现象,计算光的波长。【实验过程】1、光的双缝干涉如图12.1,可以用公式λdlx=∆计算出光的波长,其中λ为光的波长,d为两条狭缝的距离,l为挡板与屏间的距离。图12.12、光的单缝衍射和圆孔衍射现象图12.2图12.3实验13探究凸透镜成像(选做【实验目的】探究凸透镜成像特点【实验过程】凸透镜成像的特点有哪些,引导学生提出相关问题,制定计划和设计好实验;进行实验与收集证据;然后选用探究凸透镜成像实验的相关器材,让发光体经凸透镜成放大、缩小、等大的像,量出成像时的物距和像距;最后进行数据分析,分析论证。图13.1实验14小孔成像(选做【实验目的】小孔成像演示和理解【实验过程】选用硬纸板,光屏,蜡烛,锥子等器材(1用锥子在硬纸板中央部分扎一直径约3mm的小孔,然后将点燃的蜡烛,带孔硬纸板及光屏按一定的距离立在桌面上。可在光屏上观察到一倒立的烛焰像。(2前后移动光屏,观察烛焰像的变化。(3改变小孔孔径的大小,观察烛焰像的变化。(4在硬纸板上,戳几个大小不等、形状不同的孔(可预先戳好,用黑纸遮没,需要时再揭去黑纸,孔与孔之间相距约几cm,则每个小孔都会在屏上成像,观察比较孔的大小、形状对烛焰像的影响。小孔成像的实质是:当把发光体看作由无数多个发光点组成时,由于光的直线传播,若各发光点发出的光束经小孔后在光屏上形成的光斑不出现明显的重叠,就会呈现出整个物体清晰的像。在演示和理解小孔成像时应注意:(1小孔的“小”是相对的,并无确定的尺寸限制;(2小孔只起到限制光束作用,孔本身形状无关紧要。实验15探究牛顿第一定律【实验目的】牛顿第一定律的探究【实验过程】1、提出问题运动物体如果不受其他物体的作用,会一直运动下去吗?2、制定与设计实验让滑块从斜面滑下,逐渐减小平面的粗造程度,测量滑块的运动距离,并且推论当滑块与平面间没有摩察力时滑块的运动状况。准备器材:斜面、粗造程度不同的木板、滑块等。3、进行实验与证据收集如图15.1所示,让滑块从粗造程度不同的三个表面的同一位置处下滑到水平面上,分别记录滑块在水平面上的运动距离。设计数据收集表格等。图15.14、分析与论证实验16测定重力加速度1、单摆测定重力加速度【实验目的】用单摆测定重力加速度【实验过程】本实验的关键是测准单摆的摆长与周期,而其中周期的测量更加重要。以下三种方法各有特色。方法一的分析部分提出了用单摆测定重力加速度应该达到的准确度的标准,并讨论了周期与摆长的关系。器材单摆球,秒表,钢卷尺,米尺,尼龙线,铁架台等。操作(1将合适长度的细线一端穿过单摆球后打结固定,另一端悬挂在铁架台上。(图16.1。图16.1(2为了便于观察摆线何时越过平衡位置,在铁架台的竖杆上固定一个标志物,在不妨碍单摆振动的前提下,标志物要尽量靠近摆线(图16.1。(3用米尺和三角尺测量出摆球的直径D,用钢卷尺测量出悬点到摆球下沿的距离s,单摆的摆长2Dsl-=。(4将钢球拉离平衡位置后释放,摆角不要太大。等单摆摆动稳定之后,用秒表记下单摆完成几个全振动的时间t(开表和停表都选在摆线越过标志物时,单摆的周期T=t/n。(5将操作(4重复两次,取三次周期的平均值作为单摆的周期值。然后用224Tlgπ=计算出当地的重力加速度g。2、用打点计时器测量重力加速度(选做实验17分子间有空隙、分子间的引力演示1、分子间有空隙【实验目的】分子间有空隙的演示【实验过程】用一个直径不大的玻璃管(一端开口、内径0.5—1cm,橡皮塞,橡皮筋,清水,酒精(染成红色等。操作(1往玻璃管内注入清水(近半,再沿管壁缓缓注入酒精,使酒精液面距管口约5cm处。(2用橡皮塞(或手指塞紧管口,并用橡皮筋在管壁上标志出酒精液面的位置。(3将玻璃管反复颠倒几次,使酒精和水混合,可发现混合后的液体上表面明显低于橡皮筋所标出的原液面的位置。这是由于分子间有空隙,酒精和水混合后分子重新排列,从而使总体积减小。2、分子间的引力【实验目的】演示固体分子间的引力现象。【实验过程】用内聚力演示仪(铅块2块,刀,钩码等器材(1用刀将两铅圆柱体(即内聚力演示仪的接触面锉平,锉时应沿一个方向,使铅块表面平整、清洁。(2沿锉纹方向推压铅柱,边紧压边向前推进。由于分子引力,两者会结合成一体。然后把它们竖直提起,挂在铁支架上。(3在铅圆柱体下端挂钩上加一定质量的钩码,不会将两铅柱拉开。实验18反冲运动演示【实验目的】反冲运动演示【实验过程】利用反冲运动演示小车装置演示实验19滑动摩察系数的测量(选做测定滑动摩擦系数,在做测定滑动摩擦系数的实验时,实验结果与实验器材有很大的关系。例如,本实验中测定的木块与木板之间的滑动摩擦系数,就和木头的种类、木头表面的光洁程度、木头的干燥程度等因素有很大的关系。因此,不同的实验,结果可以有较大的差异。【实验目的】测量滑动摩察系数【实验过程】方法一图19.1该实验的设计如图19.1,木块放在斜面上时,如果木块匀速下滑,则ααμμsincosGGNFf====αμtan===NFNf器材木块,木板,刻度尺,支架等。操作(1将木板搁在支架上形成一个斜面。(2调节木板的倾角,使木块获得一个初速度后能自行匀速滑下(目测判断木块是否作匀速运动或另找更确切的办法确定其做匀速运动。(3可以从动力学小车上的量角器读出斜面的倾角(如图19.1,即可由公式αμtan===shNf算出木块与木板之间的滑动摩擦系数。注意目测判断木块的运动是否匀速是不容易的,所以每次给予木块的初速度要尽量相同,以减少判断的错觉,而且实验要多次进行,使判断尽可能正确。方法二图19.2器材带定滑轮的木板,木块,细绳,小盘,托盘天平,砝码,槽码等。操作(1调平水平板,使它水平放置,细绳跨过定滑轮,一端连着木块,另一端拴上小盘(如图19.2。(2调节小盘中的砝码,使木块被轻推一下后能向右作匀速运动(目测。测量出小盘与砝码所受的总重力,即木块所受的滑动摩擦力f;测量出木块所受的重力,即木块与木板之间的正压力N。(3将槽码放在木块上,增大木块与木板之间的正压力,重复操作(2。共重复九到十次。(4以横轴表示木块与木板之间的正压力N,纵轴表示木块受的滑动摩擦力f,作f-N图。(5用图解法求出图线的斜率,即木块与木板之间的滑动摩擦系数。方法三器材弹簧秤,细绳,木块,木板,槽码,托盘天平,砝码等。操作(1将木板放在水平桌面上,木块放在木板上,木块通过细绳与弹簧秤相连,弹簧秤另一端固定在桌面上(图19.3。(2用手拉动木板,同时读出弹簧秤的读数,即木块与木板之间的滑动摩擦力f;测量出木块所受的重力,即木块与木板之间的正压力N。(3将钩码放在木块上,增大木块与木板之间的正压力N,重复(2的操作。共重复7—9次。(4以横轴代表木块与木板之间的正压力N,纵轴表示木块受的滑动摩擦力f,作f-N图。用图解法求出图线的斜率,即木块与木板之间的滑动摩擦系数(或采用多次测量求平均值。图19.3注意:操作时尽量使木板以较小的速度匀速前进。分析:这个方法的误差比前两个方法的误差要小一些,主要因为滑动摩擦力的大小在一定范围内与相对运动的速度大小无关,因此对木板的运动不必严格要求匀速。实验20探究滑动摩察力和哪些因素有关(选做【实验目的】探究滑动摩察力和哪些因素有关【实验过程】用空啤酒瓶,毛巾,浓肥皂液少量(或洗洁精等材料。(1手握空瓶瓶颈,用较小的压力产生的摩擦力便可以将空瓶提起(20.1a。(2瓶内装满水,显然瓶和水的重力大于空瓶,只有手对瓶压力增大,产生较大摩擦力,才能将满瓶提起(图20.1b。(3手沾肥皂液,或在装满水的酒瓶瓶颈四周涂满肥皂液。肥皂液使接触面变得很光滑,减小“啮合”和“粘合”使摩擦力大为减小,瓶不易被提起(图20.1c。(4用毛巾将涂肥皂液的瓶颈处包裹起来,由于毛巾吸取了肥皂液使接触面变得粗糙,摩擦力增大,瓶就很方便地被提起(图20.1d。图20.1实验21用PASCO实验系统验证牛顿第二定律1、牛顿第二定律I【实验目的】验证物体的加速度依赖于力和质量。【实验仪器】动力学小车I(ME-9430导轨停表【实验过程】调平导轨是把小车放在导轨上,看它向哪个方向运动。相应调节导轨的水平调节脚钉,直至小车静止不动为止。为了完成以下内容,使小车上的活塞杆处于待发状态,并把小车静止地放在导轨的一端,使小车活塞抵住挡板。然后用直尺(或短棍按下小车上的活拴释放活塞杆,观察所产生的加速度。改变力:将活拴扣在第一个位置(活塞杆压缩最少来完成第一次试验,然后通过增加活塞杆的压缩增加对小车的作用力再做两次试验。改变质量:对于这个实验,保持活塞杆处于最大压缩位置,观察小车加一个质量块时的相对加速度。如果有另外的质量块可用,改变小车的质量再做试验。数据分析①当作用力增加时,加速度是增加还是减小?②当质量增加时,加速度是增加还是减小?问题与思考③从这个实验的结果,你能推导出加速度与质量和力有关的方程式吗?2、牛顿第二定律II【实验目的】验证牛顿第二定律maF=.【实验原理】根据牛顿第二定律maF=,F表示作用在质量为m的物体上的力,a表示物体所产生的加速度。如图21.1所示,质量为1m的小车位于水平导轨上,通过一根跨过滑轮的丝线与质量2m相连,在整个系统上(小车与悬挂砝码的净力就是所悬挂砝码的重量,gmF2=(摩擦忽略不计。由牛顿第二定律可知,这个净力应等于ma,这里m是正在被加速的总质量,在这种情况下就是1m+2m。在这个实验中,当忽略摩擦时,检验gm2是否等于(1m+2ma。为了得到小车的加速度,要求小车从静止启动,测量小车前进某一距离d和所用的时间t,因为221atd=,所以加速度可由下式计算22tda=(假设a=常数【实验仪器】动力学小车、导轨、滑轮、支架、丝线、砝码钩与砝码、停表、木质或金属挡板、天平(见实验步骤③【实验步骤】①调平导轨是把小车放在导轨上,看它向哪个方向滚动。相应升降调节导轨末端的水平调节脚钉,直至小车静止不动为止。②用天平称取小车的质量并记录在表21.1中。如图21.1所示,把滑轮固定在导轨的一端,将小车放在导轨上。在小车的一端穿过小孔系一根丝线,丝线的另一端跨过滑轮后系一砝码钩,线的长度以砝码钩到达地面前小车碰到档板为宜。间走完全程。因为反映Array时间太短会引起较大的误差。然而,如果小车运动太慢,也会因摩擦图21.1仪器安装而引起较大的误差。在表21.1中记下所悬挂质量.④在装有滑轮的导轨一端,靠紧可调挡板处放置小车,在表21.1中记下小车的位置.⑤至少重复测量5次时间,并记录于表21.1中.⑥增加小车的质量,重复以上实验过程.表21.1==(d=数据分析①计算平均时间,并记录于表21.1中.②由小车初末位置之差计算小车所走的距离(见表21.1.③计算加速度,并记录于表21.2中.④对于每种情况,计算总质量与加速度的乘积,并记录于表21.2中.⑤对于每种情况,计算作用在系统上的净力,并记录于表21.2中.⑥计算g=与(1m+2ma的百分误差,并记录于表21.2中.mF2表21.2问题与分析①你的实验结果证实了maF=吗?②考虑到摩擦力后,你认为那个力会较大,悬挂物所产生的重力还是质量与加速度的乘积?这个实验的结果一直是一个比另一个大吗?③为什么在maF=中的质量不等于小车的质量?④用质量乘以重力加速度计算加在小车上的作用力时,为什么不包括小车的质量?实验22用PASCO实验系统验证牛顿第三定律【实验目的】验证牛顿第三定律【实验过程】用力传感器两个及其支架,动力学小车两个,导轨。1、首先按照附1的方法安装好计算机和力传感器(图22.1。对其校准,数据记录校准到100HZ,并且让接入模拟通道B的力传感器测出的数据和模拟通道A的力传感器测出的数据相反,例如:传感器A的拉力是负值而传感器B的拉力却是正值。图22.12、把动力学小车放置在导轨上,调平导轨。调平导轨是把小车放在导轨上,看它向哪个方向运动。相应调节导轨的水平调节脚钉,直至小车静止不动为止。3、用装配在力传感器上的螺钉将其安装到每个小车上。4、让力传感器的前端相向放置,取下力传感器前端的小钩,在同一位置装上有磁性的缓冲器(图22.2。图22.2【数据记录】一、碰撞1、把小车移到导轨的两个最末端,按动按钮把每个力传感器归零。这很重要。2、开始记录数据。3、一起推动两个小车,允许两个小车以几乎相同的速度在导轨中间的位置相碰撞,。4、当小车碰撞后停止记录数据。这是显示的第一组数据。5、给每一个小车增加质量,重复第3、4步骤操作记录数据,记住重复记录数据之前点击按钮将传感器归零。6、再重新记录数据,但这次允许质量小的小车保持固定不动而只推动质量大的小车。7、为两个小车的质量和速度的结合重复数据记录过程,并且在实验报告中体现每一次数据记录。8、分析数据,得出结论。二、拉、拽1、把一个力传感器从小车上移走。2、把这个力传感器安装在力传感器支架上。然后把力传感器支架安装在导轨边的T槽内。该力传感器应该和小车上的力传感器处于同一个高度。3、把力传感器前端的磁性的缓冲器取下,装上小钩(图22.3。图22.34、把两个力传感器的小钩挂在一起。5、按动按钮把两个传感器归零。6、开始记录数据。7、分别推小车向前和拉小车向后,并且观察两个传感器的力数据大小的变化,然后停止记录数据。8、分析数据,得出结论。总的数据记录表格【问题范例】1、当两小车碰撞时,有些什么力作用在他们上面?2、当一个小车静止时,两小车哪个受到的力多一些?3、当两小车质量不相等但都运动时,哪个受到的力多一些?4、当两小车速度不相等时,其相互作用的力的大小如何?实验23用PASCO实验系统测量静电感应电荷(选做【实验目的】测量静电感应电荷的极性【实验过程】一、该实验主要是通过电荷传感器测量出通过接触各种电荷发生器而转移到“法拉第屏蔽笼”的电荷极性。最后,通过电荷传感器测量出经过“法拉第屏蔽笼”感应而产生的电荷极性。比较两种电荷的极性。1、按照附1的方法安装好计算机和电荷传感器,将电荷传感器直接插入模拟通道A(如图23.1。校准时数据采集选择10HZ。图23.12、把传感器上配备的鳄鱼夹分别把法拉第屏蔽笼的内外篮连起来(如图23.2。图23.23、开始做实验使用法拉第屏蔽笼前,法拉第屏蔽笼必须接地。可以用你的一只手的食指同时接触它的内外屏罩(如图23.3。