选修3-4--3-5实验

高中物理选修3-4；3-5实验一、用单摆测重力加速度（1）、某同学在“用单摆测定重力加速度”的实验中，用游标为10分度（测量值可准确到0.1mm）的卡尺测量小球的直径。某次测量的示数如图1所示，读出小球直径d的值为mm。在实验中需要用秒表测出单摆振动n次所需要的时间。在一次实验中，他用秒表记下了单摆振动50次的时间如图2所示，由图可读出时间为s。（2）在实验中，①测量摆长时，他正确地测出悬线长l和摆球直径d，则摆长L=___________；②测量周期时，在摆球某次向右通过最低点时，该同学按下秒表开始计时，并将此次计为第1次，直到摆球第30次向右通过最低点时，该同学按下秒表停止计时，读出秒表显示的时间t，则该单摆的周期T＝__________。（3）该同学采用图象法处理实验数据，实验中测出不同摆长L以及对应的周期T，作出L-T2图线如图9所示，利用图线上任两点A、B的坐标（xl，y1）、（x2，y2）可得出重力加速度的表达式为g＝____________。（4）老师提供了体积相同且均为实心的木球、铝球和钢球，你认为应选择______球用来制作单摆进行实验。（5）若在某次实验中，测得单摆摆长为L、单摆完成n次全振动的时间为t，则利用上述测量量和常数求重力加速度g的表达式为g=_____________。0123cm01054230105图1461214161820222426283028100126789101134512131431图2683313531375313975314139753143139753145313975314765313975314976531397531510532554397531576598637531OABLT2x1x2y1y2图9二、测量玻璃的折射率（1）一块玻璃砖用两个相互平行的表面，其中一个表面是镀银的（光线不能通过表面）。现要测定此玻璃的析射率。给定的器材还有：白纸、铅笔、大头针4枚（1p、2p、3p、4p）带有刻度的直角三角板、量角器。实验时，先将玻璃砖放到白纸上，使上述两个相互平行的表面与纸面垂直。在纸上画出直线aa’和bb’，aa’表示镀银的玻璃表面，bb’表示另一表面，如图所示。然后，在白纸上竖直插上两枚大头针1p、2p（位置如图）。用1p、2p的连线表示入射光线。ⅰ．为了测量折射率，应如何正确使用大头针3p、4p？试在题图中标出3p、4p的位置。ⅱ．然后，移去玻璃砖与大头针。试在题图中通过作图的方法标出光线从空气到玻璃中的入射角θ1与折射角θ2。简要写出作图步骤。。ⅲ．写出θ1、θ2表示的折射率公式为n＝。（2）在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，甲、乙、丙三位同学在纸上画出的界面aa’、bb’与玻璃砖位置的关系分别如图①、②和③所示，其中甲、丙同学用的是矩形玻璃砖，乙同学用的是梯形玻璃砖。他们的其他操作均正确，且均以aa’、bb’为界面画光路图。则甲同学测得的折射率与真实值相比（填“偏大”、“偏小”或“不变”）乙同学测得的折射率与真实值相比（填“偏大”、“偏小”或“不变”）丙同学测得的折射率与真实值相比（3）某同学用大头针、三角板、量角器等器材测半圆形玻璃砖的折射率。开始玻璃砖的位置如图中实线所示，使大头针P1、P2与圆心O在同一直线上，该直线垂直于玻璃砖的直径边，然后使玻璃砖绕圆心O缓慢转动，同时在玻璃砖直径边一侧观察P1、P2的像，且P2的像挡住P1的像。如此观察，当玻璃砖转到图中虚线位置时，上述现象恰好消失。此时只需测量出，即可计算出玻璃砖的折射率。请用你的测量量表示出折射率。三、双缝干涉实验⑴如图6所示，在“用双缝干涉测光的波长”实验中，光具座上放置的光学元件依次为①光源．②______．③______．④______．⑤遮光筒．⑥光屏。对于某种单色光，为增加相邻亮纹（暗纹）间的距离，可采取____________或_____________的方法。下图中螺旋测微器读数为mm，用游标为50分度的卡尺（测量值可准确到0．02mm）测定某圆柱的直径时，卡尺上的示数如图。可读出圆柱的直径为mmθP1P2Oθ（2）现有毛玻璃屏A．双缝B．白光光源C．单缝D和透红光的滤光片E等光学元件，要把它们放在图1所示的光具座上组装成双缝干涉装置，用以测量红光的波长。1）将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右，表示各光学元件的字母排列顺序应为C．_________．A。2）本实验的步骤有：①取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮；②按合理顺序在光具座上放置各光学元件，并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上；③用米尺测量双缝到屏的距离；④用测量头（其读数方法同螺旋测微器）测量数条亮纹间的距离。在操作步骤②时还应注意___________________和___________________。3）将测量头的分划板中心刻线与某条亮纹中心对齐，将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上的示数如图2所示。然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐，记下此时图3中手轮上的示数__________mm，求得相邻亮纹的间距Δx为__________mm。4）已知双缝间距d为2．0×10-4m，测得双缝到屏的距离l为0．700m，由计算式λ=________，求得所测红光波长为__________nm。四、验证动量守恒1、⑴每次入射小球都应该从斜槽轨道的同一位置开始自由下滑。⑵被碰小球的位置必须与入射小球等高，其中心与斜槽末端的水平距离恰好是小球半径的2倍。⑶由于v1、v1/、v2/均为水平方向，且两球的竖直下落高度相等，所以它们飞行时间相等，若以该时间为时间单位，那么小球的水平射程的数值就等于它们的水平速度。在右图中分别用OP、OM和O/N表示。因此只需验证：m1OP=m1OM+m2(O/N-2r）即可。⑷必须以质量较大的小球作为入射小球（保证碰撞后两小球都向前运动）。⑸小球落地点的平均位置要用圆规来确定：用尽可能小的圆把所有落点都圈在里面，圆心就是落点的平均位置。遮光筒图1图203530104035图3⑹所用的仪器有：天平、刻度尺、游标卡尺（测小球直径）、碰撞实验器、复写纸、白纸、重锤、两个直径相同质量不同的小球、圆规。⑺若被碰小球放在斜槽末端，而不用支柱，那么两小球将不再同时落地，但两个小球都将从斜槽末端开始做平抛运动，于是验证式就变为：m1OP=m1OM+m2ON，两个小球的直径也不需测量了（但必须相等）。例1在“碰撞中的动量守恒”实验中，仪器按要求安装好后开始实验，第一次不放被碰小球，第二次把被碰小球直接静止放在斜槽末端的水平部分，在百纸上记录下重锤位置和各小球落点的平均位置依次为O、A、B、C，设入射小球和被碰小球的质量依次为m1、m2，则下列说法中正确的有A.第一、二次入射小球的落点依次是A、BB.第一、二次入射小球的落点依次是B、AC.第二次入射小球和被碰小球将同时落地D.m1AB=m2OC例2碰撞的恢复系数的定义为e=1v2-v11/1v20-v101，其中v10和v20分别是碰撞前两物体的速度，v1和v2分别是碰撞后物体的速度。弹性碰撞的恢复系数e=1，非弹性碰撞的e1。某同学借用验证动力守恒定律的实验装置（如图所示）验证弹性碰撞的恢复系数是否为1，实验中使用半径相等的钢质小球1和2（它们之间的碰撞可近似视为弹性碰撞），且小球1的质量大于小球2的质量。实验步骤如下：安装好实验装置，做好测量前的准备，并记下重锤线所指的位置O。第一步，不放小球2，让小球1从斜槽上A点由静止滚下，并落在地面上。重复多次，用尽可能小的圆把小球的所落点圈在里面，其圆心就是小球落点的平均位置。第二步，把小球2放在斜槽前端边缘处C点，让小球1从A点由静止滚下，使它们碰撞。重复多次，并使用与第一步同样的方法分别标出碰撞后小球落点的平均位置。第三步，用刻度尺分别测量三个落地点的平均位置离O点的距离，即线段OM、OP、ON的长度。上述实验中，○1P点是平均位置，M点是平均位置，N点是平均位置。○2请写出本实验的原理，写出用测量量表示的恢复系数的表达式。○3三个落地点距O点的距离OM、OP、ON与实验所用的小球质量是否有关系？。例3用半径相同的两小球A、B的碰撞验证动量守恒定律，实验装置示意如图，斜槽与水平槽圆滑连接。实验时先不放B球，使A球从斜槽上某一固定点C由静止滚下，落到位于水平地面的记录纸上留下痕迹。再把B球装置于水平槽前端边缘处，让A球仍从C处由静止滚下，A球和B球碰撞后分别落在记录纸上留下各自的痕迹。记录纸上的O点是重垂线所指的位置，若测得各落点痕迹到O点的距离：cmOM68.2，cmOP62.8，cmON50.11，并知A、B两球的质量比为1:2，则未放B球时A球落地点是记录纸上的点，系统碰撞前总动量p与碰撞后总动量p的百分误差ppp%（结果保留一位有效数字）。例4如图2，用碰撞实验器可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。○1实验中，直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的。但是，可以通过仅测量______(填选项前的符号)，间接地解决这个问题。A．小球开始释放高度hB．小球抛出点距地面的高度HC．小球做平抛运动的射程○2图2中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影。实验时，先让入射球ml多次从斜轨上S位置静止释放，找到其平均落地点的位置P，测量平抛射程OP。然后，把被碰小球m2静置于轨道的水平部分，再将入射球ml从斜轨上S位置静止释放，与小球m2相碰，并多次重复。接下来要完成的必要步骤是_________。(填选项前的符号)A．用天平测量两个小球的质量ml、m2B．测量小球m1开始释放高度hC．测量抛出点距地面的高度HD．分别找到m1、m2相碰后平均落地点的位置M、NE．测量平抛射程OM，ON○3若两球相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为_________(用○2中测量的量表示)；若碰撞是弹性碰撞，那么还应满足的表达式为___________(用○2中测量的量表示)。○4经测定，m1=45.0g，m2=7.5g，小球落地点的平均位置距O点的距离如图3所示。碰撞前、后m1的动量分别为p1与p1´，则p1:p1´=____:11；若碰撞结束时m2的动量为p2´，则p1´:p2´=11:_______。实验结果表明，碰撞前、后总动量的比值112ppp为____________。○5有同学认为，在上述实验中仅更换两个小球的材质，其它条件不变，可以使被碰小球做平抛运动的射程增大。请你用○4中已知的数据，分析和计算出被碰小球m2平抛运动射程ON的最大值为________cm。例5某同学用如图所示的装置，利用两个大小相同的小球做对心碰撞来验证动量守恒定律，图中AB是斜槽，BC是水平槽，它们连接平滑，O点为重锤线所指的位置。实验时先不放置被碰球2，让球1从斜槽上的某一固定位置G由静止开始滚下，落到位于水平地面的记录纸上，留下痕迹，重复10次。然后将球2置于水平槽末端，让球1仍从位置G由静止滚下，和球2碰撞。碰后两球分别在记录纸上留下各自的痕迹，重复10次。实验得到小球的落点的平均位置分别为M、N、P。①在此实验中，球1的质量为m1，球2的质量为m2，需满足m1_m2（选填“大于”、“小于”或“等于”）。②被碰球2飞行的水平距离由图中线段表示。③若实验结果满足m1ON=____，就可以验证碰撞过程中动量守恒。例6某实验小组在进行“验证动量守恒定律”的实验。入射球与被碰球半径相同。①实验装置如下图所示。先不放B球，使A球从斜槽上某一固定点C由静止滚下，落到位于水平地面的记录纸上留下痕迹。再把B球静置于水平槽前端边缘处，让A球仍从C处由静止滚下，A球和B球碰撞后分别落在记录纸上留下各自落点的痕迹。记录纸上的O点是重锤所指的位置，M、P、N分别为落点的痕迹。未放B球时，A球落地点是记录纸上的点。②释放多次后，取各落点位置的平均值，测得各落点痕迹到O点的距离：OM=13.10cm，OP=21.90c