【正文】 ：平拋運動實驗器(J2154)、學生電源、白紙、復(fù)寫紙 實驗?zāi)康模?(1)描出平拋物體的運動軌跡。 (2)求出平拋物體的初速度。 實驗原理：平拋運動可以看作是兩個分運動——水平方向的勻速直線運動和豎直方向的自由落體運動——的合成；用小球描出平拋運動的軌跡，測出曲線上任一點的坐標x和y，就可以根據(jù)平拋運動的公式x=vt和y= gt2求出小球的水平分速度，即平拋物體的初速度。 學生操作： (1)組裝儀器，接通電源(DC4～6V)；通過底板四只調(diào)平螺栓調(diào)整重錘線，使其與平板上標線平行，使導軌末端與重錘線垂直。 (2)旋轉(zhuǎn)小旋鈕，使接球槽在支軸上活動(一般先取上方位，逐漸下移)；把白紙與復(fù)寫紙疊放在一起(復(fù)寫紙在外)平整的壓入平板上紙夾內(nèi)(白紙左上角與原點重合)。 (3)吸球，放球，在白紙上描得一系列平拋球運動點跡(一般取6個點)。 數(shù)據(jù)處理：白紙左上角即為坐標原點O，上邊緣為X軸，左邊緣為Y軸；把各點用平滑曲線連接起來；量出各點的高度和水平距離，計算出初速度，最后算出平均值。 注意事項：保證斜槽末端的切線水平，使板豎直；小球每次從斜槽上同一位置滾下。 誤差分析： (1)誤差來源——小球受空氣阻力；斜槽末端切線不水平；小球每次自由滾下的位置不同。 (2)減小誤差方法——實驗中選取密度大的小金屬球；斜槽末端切線一定要調(diào)水平；小球每次從斜面上較高的同一點由靜止釋放。 傳動與同軸轉(zhuǎn)動 實驗儀器：自行車 教師操作：讓學生觀察自行車后輪、齒輪、腳踏板轉(zhuǎn)動現(xiàn)象。 實驗結(jié)論：皮帶、齒輪傳動——線速度相同；同軸轉(zhuǎn)動——角速度相同。 向心力 實驗儀器：向心力實驗器(J2131)、彈簧測力計、停表、游標卡尺 向心力實驗器： (1)指針較長，圓柱體的少量位移經(jīng)過杠桿的放大，使顯示更為明顯。但指針有質(zhì)量，同時，轉(zhuǎn)動時會做離心運動，所以制造時加了指針配量，使指針系統(tǒng)成靜平衡。再通過適當選擇擺桿的質(zhì)量維持指針系統(tǒng)的動平衡。因而實驗時無需考慮指針的質(zhì)量和它可能做離心運動的影響。 (2)轉(zhuǎn)動軸由立柱上的鋼珠支撐，轉(zhuǎn)動軸下部有定位錐套。實驗前調(diào)整配重的位置時應(yīng)將定位錐套退下，調(diào)整后將套重新推向上。 游標卡尺： (1)構(gòu)造 游標卡尺是工業(yè)上常用的測量長度的儀器，它由尺身及能在尺身上滑動的游標組成。若從背面看，游標是一個整體。游標與尺身之間有一彈簧片(圖中未能畫出)，利用彈簧片的彈力使游標與尺身靠緊。游標上部有一緊固螺釘，可將游標固定在尺身上的任意位置。尺身和游標都有量爪，利用內(nèi)測量爪可以測量槽的寬度和管的內(nèi)徑，利用外測量爪可以測量零件的厚度和管的外徑。深度尺與游標尺連在一起，可以測槽和筒的深度。 尺身和游標尺上面都有刻度。，尺身上的最小分度是1毫米，游標尺上有10個小的等分刻度，總長9毫米。量爪并攏時尺身和游標的零刻度線對齊，，……，第10條刻度線相差1毫米，即游標的第10條刻度線恰好與主尺的9毫米刻度線對齊。 。這時它的第一條刻度線恰好與尺身的1毫米刻度線對齊。同樣當游標的第五條刻度線跟尺身的5毫米刻度線對齊時，……，依此類推。 在測量大于1毫米的長度時，整的毫米數(shù)要從游標“0”線與尺身相對的刻度線讀出。 (2)使用 用軟布將量爪擦干凈，使其并攏，查看游標和主尺身的零刻度線是否對齊。如果對齊就可以進行測量：如沒有對齊則要記取零誤差：游標的零刻度線在尺身零刻度線右側(cè)的叫正零誤差，在尺身零刻度線左側(cè)的叫負零誤差(這件規(guī)定方法與數(shù)軸的規(guī)定一致，原點以右為正，原點以左為負)。 測量時，右手拿住尺身，大拇指移動游標，左手拿待測外徑(或內(nèi)徑)的物體，使待測物位于外測量爪之間，當與量爪緊緊相貼時，即可讀數(shù) (3)讀數(shù) 讀數(shù)時首先以游標零刻度線為準在尺身上讀取毫米整數(shù)，即以毫米為單位的整數(shù)部分。然后看游標上第幾條刻度線與尺身的刻度線對齊，如第6條刻度線與尺身刻度線對齊，(若沒有正好對齊的線，則取最接近對齊的線進行讀數(shù))。如有零誤差，則一律用上述結(jié)果減去零誤差(零誤差為負，相當于加上相同大小的零誤差)，讀數(shù)結(jié)果為： L＝整數(shù)部分＋小數(shù)部分－零誤差 判斷游標上哪條刻度線與尺身刻度線對準，可用下述方法：選定相鄰的三條線，如左側(cè)的線在尺身對應(yīng)線左右，右側(cè)的線在尺身對應(yīng)線之左，中間那條線便可以認為是對準了。 如果需測量幾次取平均值，不需每次都減去零誤差，只要從最后結(jié)果減去零誤差即可。 (4)保養(yǎng) ①游標卡尺使用完畢，用棉紗擦拭干凈。長期不用時應(yīng)將它擦上黃油或機油，兩量爪合攏并擰緊緊固螺釘，放入卡尺盒內(nèi)蓋好。 ②游標卡尺是比較精密的測量工具，要輕拿輕放，不得碰撞或跌落地下。使用時不要用來測量粗糙的物體，以免損壞量爪，不用時應(yīng)置于干燥地方防止銹蝕。 ③測量時，應(yīng)先擰松緊固螺釘，移動游標不能用力過猛。兩量爪與待測物的接觸不宜過緊。不能使被夾緊的物體在量爪內(nèi)挪動。 ④讀數(shù)時，視線應(yīng)與尺面垂直。如需固定讀數(shù)，可用緊固螺釘將游標固定在尺身上，防止滑動。 ⑤實際測量時，對同一長度應(yīng)多測幾次，取其平均值來消除偶然誤差。 (5)精度 。，總長為19毫米。測量時如游標上第11根刻度線與主尺對齊，則小數(shù)部分的讀數(shù)為 毫米＝，如第12根刻度線與主尺對齊，則小數(shù)部分讀數(shù)為 毫米＝。 一般來說，游標上有n個等分刻度，它們的總長度與尺身上(n－1)個等分刻度的總長度相等，若游標上最小刻度長為x，主尺上最小刻度長為y 則 nx＝(n－1)y， x＝y(tǒng)－( ) 主尺和游標的最小刻度之差為 Δx＝y(tǒng)－x＝ 叫游標卡尺的精度，它決定讀數(shù)結(jié)果的位數(shù)。由公式可以看出，提高游標卡尺的測量精度在于增加游標上的刻度數(shù)或減小主尺上的最小刻度值。一般情況下y為1毫米，n取。，其精度不能再提高。 教師操作：組裝儀器并調(diào)節(jié)使裝置處于水平；選取半徑并調(diào)節(jié)橫桿水平；調(diào)解彈簧松緊；用手捻動旋轉(zhuǎn)體，使指針低于紅色區(qū)域，轉(zhuǎn)動減慢，指針進入紅色區(qū)域時啟動停表，并記錄轉(zhuǎn)動圈數(shù)，指針上升到將離開紅色區(qū)域時，停止計時和計數(shù)；用游標卡尺測出半徑；用彈簧秤鉤住重錘外側(cè)的拉鉤將重錘水平的拉至指針桿處于紅色區(qū)域，讀出彈簧秤的讀數(shù)；比較向心力理論值與測量值；改變半徑或裝卸金屬環(huán)，重復(fù)上述實驗。 注意事項： (1)實驗前應(yīng)注意底座水平的調(diào)節(jié)，調(diào)不好將直接影響實驗效果。 (2)各個固定螺釘要緊固，防止在實驗中圓柱體的配重松動。 (3)擺桿和裝在擺桿上的指針等附件做圓周運動的向心力，本儀器在設(shè)計上已消除，實驗時可不予考慮。 (4)實驗操作時，捻動旋轉(zhuǎn)作用力不可過猛，防止損壞儀器和發(fā)生意外事故。 向心力游戲 實驗儀器：小球、細繩、獎品 學生游戲：不借助其它物體，只用身體，哪位同學能夠使拴著細繩的小球長時間在水平面內(nèi)作圓周運動。 獲獎同學：能夠說出“這是不可能實現(xiàn)的動作”的同學。 分析：假設(shè)球在某一時刻在水平面上做勻速圓周運動，球受向心力沿水平方向，重力沿豎直方向，合力斜向下，下一時刻小球一定不在水平面內(nèi)。 豎直面內(nèi)的圓周運動 實驗儀器：小桶、水、細繩 教師操作：小桶內(nèi)裝滿水，拴上細繩，在豎直面內(nèi)作圓周運動，當速度足夠快時，水不潵出。 實驗結(jié)論：水不潵出的臨界條件是v= 。 類比分析：固定小球的桿在豎直平面內(nèi)作圓周運動，桿不受力的臨界條件。 車轉(zhuǎn)彎 實驗儀器：火車輪模型(用泡沫、直桿自制) 離心現(xiàn)象 實驗儀器：白硬紙片、火柴(學生自備)、墨水(教師準備) 學生游戲： 拿一塊光滑的白色硬紙板剪成圓形，中間插一根削尖了的火柴梗，就可以做成一個陀螺，像圖所畫的是它的實際大小。要使這個陀螺旋轉(zhuǎn)，并不需要特別的技巧，只要把火柴梗的上部夾在大拇指和食指之間，把它擰轉(zhuǎn)以后，很快丟到平滑的面上，就可以了。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 現(xiàn)在，你可以利用這個陀螺做一個很有意義的實驗。在使它旋轉(zhuǎn)之前，在那圓紙片上先滴幾小滴墨水。接著，不等墨水干燥，立刻把陀螺擰轉(zhuǎn)。等它停下來以后，再看看那些墨水滴：每一滴墨水已經(jīng)畫成一條螺旋線，而這些墨水滴畫出的螺旋線合起來看，就像旋風的模樣。 像旋風的模樣倒并不是偶然的。你知道這圓紙片上的螺旋線表示了些什么嗎?這其實是墨水滴移動的軌跡。每一滴墨水在旋轉(zhuǎn)的時候受到的作用，跟坐在“魔盤”上的人受到的完全一樣。這些墨水滴在離心作用下離開了中心向邊上移動，在邊上紙片的轉(zhuǎn)速比墨水滴本身的要大了許多。 在這些地方，這圓紙片仿佛從墨水滴底下悄悄地溜了過去，跑到了它們的前面。結(jié)果每一滴墨水仿佛都落到了圓紙片的后面，退到它的半徑后面似的。它的路線正因了這個緣故才顯出彎曲的形狀──使我們在紙片上看到了曲線運動的軌跡。 從高氣壓地方向外流動的空氣流(就是所謂“反氣旋”)或流向低氣壓的空氣流(就是所謂“氣旋”)所受到的作用也完全相同。因此，墨水滴畫成的螺旋線實在可以說是真正旋風的縮影。 離心現(xiàn)象的應(yīng)用 實驗儀器：手搖離心轉(zhuǎn)臺(J04229)、離心機械模型(J2132) 教師操作：離心干燥器——把離心干燥器支軸固定在手搖離心轉(zhuǎn)臺上的軸套里；打開透明塑料外桶上蓋，把浸過水的海綿放進離心干燥器的內(nèi)桶里，蓋上桶蓋；手搖搖把，約2～3分鐘，可觀察到離心干燥器的透明外桶上飛散有水珠，取出海綿，手感可知已經(jīng)干了。 教師操作：離心分離器——把離心分離器的支軸插入手搖離心轉(zhuǎn)臺的軸套里；把撒入細土粒或細粉的混濁水裝在離心分離器的兩個離心管內(nèi)；手搖搖把，約2～3分鐘，可觀察到水中細粒沉淀在離心管的底部，上面水清澈透明。 動能 動能定理 動能與速度、質(zhì)量的關(guān)系 實驗儀器：動能勢能演示器(J2169) 動能勢能演示器： 教師操作：組裝好儀器；將鋼球掛于懸線上使之偏離豎直平面，釋放鋼球，讓其做單擺運動，鋼球運動到最低點時，速度最大，將滑塊放于滑槽起始端，滑塊將被鋼球撞擊并滑行一段位移；更換不同質(zhì)量的鋼球和從不同高度釋放鋼球，重復(fù)上述實驗。 實驗結(jié)論：質(zhì)量越大物體具有的動能越大，運動速度越大，動能越大。 驗證動能定理 實驗儀器：電磁打點計時器(J0203型)、學生電源、長方形木塊(約1074厘米3)、紙帶、天平(學生天平或托盤天平)、帶定滑輪的木板(長約1米)、細線、砝碼盤、砝碼 實驗?zāi)康模候炞C在外力作用下物體做加速運動或減速運動時，動能的增量等于合外力所做的功。 實驗原理：物體在恒力作用下做直線運動時，動能定理可表述為 F合s= mv22 mv12。只要實驗測得F合s 和 m(v22v12)在實驗誤差范圍內(nèi)相等，則動能定理被驗證。F合可以由F合＝ma求得。 教師操作： (1)用天平測出木塊的質(zhì)量。把器材按圖裝置好。紙帶固定在木塊中間的方孔內(nèi)。 (2)把木塊放在打點計時器附近，用手按住。往砝碼盤中加砝碼。接通打點計時器電源，讓它工作。放開木塊，讓它做加速運動。當木塊運動到木板長的 左右時，用手托住砝碼盤，讓木塊在阻力作用下做減速運動。當木塊到達定滑輪處(或靜止)時，斷開電源。 (3)取下紙帶，在紙帶上反映物體加速運動和減速運動的兩部分點跡中較理想的一段，分別各取兩點(其間點跡數(shù)不少于9點)。量出SA、SB、SC、SD和SAB、SCD。由SA、SB、SC、SD及相應(yīng)的時間間隔()。算出VA、VB、VC、VD，利用VA、VB和A、B間的時間間隔求出A、B間木塊運動的加速度aAB；同法求出aCD。則木塊質(zhì)量m與aAB、aCD的乘積分別表示在AB段和CD段木塊受的合力。 (4)根據(jù)實驗結(jié)果填好下表，看F合S與ΔEk是否相等。 加速階段 減速階段 計數(shù)點附近的位移(m) SA= SB= SC= SD= 各計數(shù)點處的速度(m/s) VA= VB= VC= VD= 運動的加速度(m/s2) aAB= aCD= 木塊受的合力ma(N) FAB= FBC= 計數(shù)點間的位移(m) 合外力的功(J) 木塊的動能增量(J) (5)重新取計數(shù)點，重復(fù)步驟(3)和(4)，再驗證一次。 機械能守恒定律重力勢能與質(zhì)量、高度的關(guān)系實驗儀器：動能勢能演示器(J2169)教師操作：組裝好儀器；將鋼球下落定位孔提升到一定的高度，使其中一孔對準下面的透明圓筒，透明圓筒口部放入帶布絨的圓柱體；讓一鋼球從定位孔中豎直下落，鋼球撞擊帶布絨的圓柱體，并使之下滑一段距離；使用不同質(zhì)量的鋼球從不同高度下落重做上面實驗。實驗結(jié)論：質(zhì)量越大物體具有的重力勢能越大，物體越高，重力勢能越大。彈性勢能實驗儀器：動能勢能演示器(J2169)教師操作：用彈簧壓縮桿將彈簧壓縮，在其上端放進鋼球，釋放被壓縮的鋼球，鋼球被彈起一定的高度；改變彈簧壓縮量，重做上述實驗。實驗結(jié)論：被壓縮產(chǎn)生彈性形變的彈簧具有彈性勢能；在彈性限度內(nèi)，物體發(fā)生形變越大，彈性勢能越大。動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化實驗儀器：麥克斯韋滾擺(J04423)、彈簧振子、動能勢能演示器(J2169)、單擺教師操作：演示動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化。驗證機械能守恒實驗儀器：密繞軟彈簧、100克鉤碼、方座支架的鐵圈、方座支架(J1102型)、長20厘米的金屬棒、直尺實驗?zāi)康模河秘Q直彈簧振子驗證在只有重力和彈力做功時，系統(tǒng)的機械能守恒。實驗原理：設(shè)彈簧自然長(未掛鉤碼時彈簧下端的簧頭距懸點O的距離)為L0，彈簧下掛質(zhì)量為m的鉤碼后，平衡時彈簧的伸長量為x0。豎直下拉鉤碼后放手，讓彈簧振子振動，且振動到最高位置時，彈簧長度大于L0。設(shè)振子在最低位置和最高位置時彈簧的伸長量分別為x1和x2，則振動中鉤碼上升的高度為x＝x1－x2，且x的中點在平衡位置處。設(shè)彈簧的倔強系數(shù)(勁度系數(shù))為k，則k= 設(shè)鉤碼在振動最低點時的重力勢能為零，則此位置彈簧振子系統(tǒng)的機械能為E1= kx12當鉤碼振動到最高點時，彈簧振子系統(tǒng)的機械能