全国中学生物理竞赛实验指导书思考题参考答案-力学.pdf

实验二 在气轨上研究瞬时速度 【思考题参考答案】 1．试测量气轨倾斜角度 ，并把实验中所求得的加速度a 和 gsin相比较。 答：测量 的方法：先用匀速法把气垫导轨调节水平，然后，测出两个支点沿气轨 的长度L ，测出垫块的高度h ，sin   h L 。 测量加速度的方法：（1）将两个光电门安放在一定距离的适中位置，读出距离s ，（2 ） 滑块装上 U 型挡光片，将光电计时器调节到测两个速度状态，让滑块静止下滑测量经过 h v2  v2 两个光电门的速度 v 、v 。（3 ）计算加速度a 并与g sin   g 比较，其中a  2 1 。 1 2 L 2s 注：为消除粘滞阻力影响，可以通过测量四个速度分别计算下滑和上升的加速度。 2 2 2 2 2 2 2 2 v  v v  v v  v  v  v 道理如下 a  a  a  2 1 ：，a  a  a  3 4 ，所以a  2 3 4 1 下 f 上 f 2s 2s 4s 2 ．使用平板型挡光片和两个光电门，如何测量滑块 通过倾斜气轨上一点 A 的瞬时速度。 P B l 答：将光电计时器调到测量一个时间间隔状态，在滑 A 块上装平板型挡光片，控制滑块从气轨上一个固定点 P 由 静止滑下，从挡光片前沿挡第一光电门开始计时，挡第二光电门停止计时，测出时间 t， 根据匀变速运动公式，有vA  v  vB  at ，而v  v  vB  2  v  at 2  l t 选择不同的 l，测出 t，计算出v  l t ，在坐标纸上画出v —t 曲线，确定斜率和截 距，其斜率的绝对值为 a/2 ，截距为A 点的瞬时速度 v 。 【补充思考题】测量气轨的阻尼因数。滑块在气轨上运动，由于内摩擦和气轨平整 度问题，也会有较小的阻力，一般认为阻力与速度方向相反，大小成正比。即f  bv 。 设计一个实验，测量 b 值。 测量依据和测量公式：将气轨调节水平，放一质量 为m 的滑块，气轨上两光电门之间距离为s 。轻推滑块是它 A B 向右运动，由于阻尼v  v ，同理，向左运动v  v 。 B A A B 由于阻力很小，滑块接近匀速运动 f  bv bv bs m 利用牛顿第二定律 v  vB  vA  t  ，b  v m m s 测量方案：在滑块上装一个挡光距离为S （很小）的U 型挡光片，测出经过两个 挡光片的速度，在沿相反方向测量一次，用两次测量的速度差