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张前军物理教学随笔

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力学实验图像异常原因实例分析  

2011-05-15 20:58:12|  分类: 实验 |  标签: |举报 |字号 订阅

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写在前面:近期复习力学实验,其中不少问题都是关于图像异常原因的分析,更能深层次的考查学生对实验原理的理解和灵活分析,其中有较多共性的分析方法,现总结如下。

一、力学实验图像的特点

在物理高考中主要力学实验有:(1)研究匀变速运动、(2)探究弹力和弹簧伸长的关系、(3)验证力的平行四边形定则、(4)探究加速度与力、质量的关系、(5)验证机械能守恒;除实验(3)外都可用图像分析,且这且图像都为过原点直线。

二、力学实验图像异常分析

1、直线变为曲线

在(2)探究弹力和弹簧伸长的关系中,实验的前提是在弹簧的弹性限度内,在该实验中会出理在弹力较小时力和伸长量关系为直线,到力较大时变为了曲线,这是因为超过了弹性限度。

在(4)探究加速度与力、质量关系中,本来悬挂物的重力是大于绳子的拉力的,但悬挂物质量比小车质量非常小时,绳子的拉力近似等于悬挂的重力。当增大拉力,也即增大悬挂物的质量或减小小车的质量时,会突破绳子的拉力近似等于悬挂的重力的条件,此时实际拉力是小于悬挂物的重力的,这样实测加速度比理论值偏小,导致原本为直线的图像向下弯曲。

2、不过原点

在(2)探究弹力和弹簧伸长的关系中,为了消除重力产生的形变量影响,实验条件要求:弹簧实际上应以竖直悬挂时的长度为原长,但当以水平放置时长度为原长时,弹簧的伸长量就多算了一些,导致图像不再经过原点。

在(4)探究加速度与力、质量关系中,为实验测量合方便,实验条件要求绳子的拉力就是合力,而摩擦力是一定存在的,所以在实验中要用重力的分力平衡摩擦力。当摩擦力没有平衡或平衡过头都会导致绳的拉力并不是真正的合力,真正的合力会总比理论多一个或少一个较小的固定值,导致图像发生平移而不过原点。当计入的合力比理论值总少些(如只计入法码质量而不计入盘的质量)也会出现与之类似的情况。

综上所述,分析力学实验图像异常应从实验条件进行分析。

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