① 1.用什麼儀器測力,步驟是什麼
使用彈簧測力計測量力。
步驟:
1、觀察彈簧秤,辨認指針、零刻度、量程、最小刻度。
2、使用彈簧秤時,測量力的大小不應超過量程,所以測量前應先估計所測力的大小。
3、檢查指針是否在零刻度。
4、用手拉彈簧測力計掛鉤,親自感受1N和5N的力有多大;
5、測量自己頭發的能承受最大拉力。
彈簧秤的使用
①與刻度尺的使用相對比,引導學生觀察彈簧秤和構造、單位、零刻度線等彈簧稱上的刻度值是用什麼作單位的?
彈簧稱上最大刻度是多少?
說明:彈簧稱上的這個最大刻度就是量程,彈簧稱受到的拉力不能它的量程,否則彈簧稱會損壞。
彈簧稱的最小刻度值是多少?
說明:不同彈簧稱的的最小刻度不一定相同。
②使用方法:
板書:首先觀察測力計的指針是否與零刻度對齊,若沒對齊,要進行調零劃記下零點誤差;拉力要沿彈簧的軸線方向;讀數時以指針最靠近的刻度線為准;使用前應來回拉動掛鉤,避免掛鉤被外殼卡住。
② 關於力的實驗方法
方法一、用彈簧秤和已知質量的鉤碼測量
將已知質量為m的鉤碼掛在彈簧秤下,平衡後,讀數為G.利用公式G=mg得g=G/m.
方法二、用滴水法測重力加速度
調節水龍頭閥門,使水滴按相等時間滴下,用秒錶測出n個(n取50—100)水滴所用時間t,則每兩水滴相隔時間為t′=t/n,用米尺測出水滴下落距離h,由公式h=gt′2/2可得g=2hn2/t2.
方法三、用單擺測量(見高中物理學生實驗)
方法四、用圓錐擺測量.所用儀器為:米尺、秒錶、單擺.
使單擺的擺錘在水平面內作勻速圓周運動,用直尺測量出h(見圖1),用秒錶測出擺球n轉所用的時間t,則擺球角速度ω=2πn/t
擺球作勻速圓周運動的向心力F=mgtgθ,而tgθ=r/h所以mgtgθ=mω2r由以上幾式得:
g=4π2n2h/t2.
將所測的n、t、h代入即可求得g值.
方法五、用斜槽測量,所用儀器為:斜槽、米尺、秒錶、小鋼球.
按圖2所示裝置好儀器,使小鋼球從距斜槽底H處滾下,鋼球從水平槽底末端以速度v作平拋運動,落在水平槽末端距其垂足為H′的水平地面上,垂足與落地點的水平距離為S,用秒錶測出經H′所用的時間t,用米尺測出S,則鋼球作平拋運動的初速度v=S/t.不考慮摩擦,則小球在斜槽上運動時,由機械能守恆定律得:mgH=mv2/2.所以g=v2/2H=S2/2Ht2,將所測代入即可求得g值.
方法六、用打點計時器測量.所用儀器為:打點計時器、直尺、帶錢夾的鐵架台、紙帶、夾子、重物、學生電源等.
將儀器按圖3裝置好,使重錘作自由落體運動.選擇理想紙帶,找出起始點0,數出時間為t的P點,用米尺測出OP的距離為h,其中t=0.02秒×兩點間隔數.由公式h=gt2/2得g=2h/t2,將所測代入即可求得g.
方法七、如圖4,標有刻度的粗細均勻的U型管裝有適量的水固定在小車上,用不計質量的彈簧秤拉著小車在光滑水平面上作勻加速運動,彈簧秤讀數為F,用天平測出整個小車裝置的質量為M,小車運動時兩液面高度差為Δh,U型管兩管相距為L.
設U型管水平部分橫截面積為S,則這段液體質量為m=ρ·S·L,ρ為水的密度.整個系統以加速度a=F/M沿水平方向運動,作用在該段水的合作力應為F=ma=ρ·S·LF/M.這個合外力由兩臂液柱的壓力差提供,即F=ρ·g·S·Δh.所以ρ·g·S·Δh=ρ·S·LF/M.由此可得:g=F·L/M·Δh,將所測F、L、M、Δh代入可求得g值.
方法八、將方法七中的U型管換成有刻度的玻璃缸(如圖5)內徑為D,其它條件不變,水與小車一起作勻加速運動時,液面上下高差為Δh,這時測力計的讀數為F,整套裝置質量為M,加速度a=F/M.
在液體斜面上取一微小體積元,設其質量為m,所受重力為mg,它還受到下面液體給予的支持力N,這兩個力的合力是產生加速度a的合力,即mg·tgα=ma.又tgα=Δh/D,所以g=F·D/M·Δh,將所測D、F、M、Δh代入即可求g.
方法九、在小車上固定一個「⊥」形支架,上面裝有量角器.量角器的圓心處掛有一重錘線,如圖6所示.用天平測出整套裝置的質量M,測力計質量不計,用測力計拉著小車在光滑的水平面上作勻加速運動時,測力計讀數為F,重錘線與豎直方向夾角為α,整套裝置的加速度為a=F/M,擺球受重力mg和繩子張力T,其合力產生加速度a.即mgtgα=ma,∴g=a/tgα=F/Mtgα.將所測F、M、α代入即可求得g.
方法十、取半徑為R的玻璃杯,內裝適當的液體,固定在旋轉台上.旋轉台繞其對稱軸以角速度ω勻速旋轉,這時液體相對於玻璃杯的形狀為旋轉拋物面(如圖7).
重力加速度的計算公式推導如下:
取液面上任一液元A,它距轉軸為x,質量為m,受重力mg、彈力N.由動力學知:
Ncosα-mg=0 (1)
Nsinα=mω2x (2)
兩式相比得tgα=ω2x/g,又 tgα=dy/dx,∴dy=ω2xdx/g,
∴y/x=ω2x/2g. ∴ g=ω2x2/2y.
.將某點對於對稱軸和垂直於對稱軸最低點的直角坐標系的坐標x、y測出,將轉台轉速ω代入即可求得g.
以上測量重力加速度的方法,有的是粗略的,有的是較精確的,有的是可以實際做的,有的是不能做但原理上是合理的「理想實驗」.這些方法多數是力學知識的綜合運用,有利於培養學生創造性思維和發散性思維。