物理實驗要遵循實事求是的原則.小雯同學在“研究定滑輪和動滑輪特點”的實驗中,完成了如下圖所示的實驗并記錄了數據.
實驗次數 | 物重 G/N | 使用定滑輪時測力計的示數 F1/N | 使用動滑輪時測力計的示數F2/N |
1 | 1.00 | 0.60 | 0.65 |
2 | 1.50 | 1.10 | 0.90 |
3 | 2.00 | 1.60 | 1.15 |
(1)該實驗中出現這樣結果的主要原因是什么?
(2)請你對小雯的實驗方法提出合理的改進意見.
解:(1)對圖乙:
①
對彈簧測力計進行受力分析:受到向上繩子的拉力(大小等于鉤碼重),向下受到重力和手向下的拉力.圖中手拉測力計掛鉤,因此測力計測量的是手向下的拉力而不是繩子自由端的拉力.所以在勻速拉動時,根據二力平衡條件可知實驗會造成 F1的測量會小于物重.
②改進:彈簧測力計的掛鉤應該掛在繩子自由端,其讀數才是用定滑輪提升物體時繩子自由端的拉力值.
(2)對丙圖:
①分析:“使用動滑輪能省一半力”是在不考慮動滑輪和摩擦的理想情況下才成立的,在實際實驗中,動滑輪的物重和摩擦是客觀存在的.由表中數據可知,隨著物重的增加,測力計的示數變大,但比物重的一半要大,這與“使用動滑輪能省一半的力”的結論偏差較大.其主要原因是沒有考慮滑輪的自重.
②改進:可以先測出鉤碼和動滑輪的總重,然后比較拉力與總重的關系或采用輕質滑輪.
故答案為:
(1)由表中數據可看出,使用定滑輪時(乙圖)F1≠G,這是由于沒有考慮到彈簧測力計外殼受到的重力;
使用動滑輪時(丙圖) F2≠,是由于沒有考慮動滑輪受到的重力.
(2)使用定滑輪時(乙圖),將彈簧測力計倒過來使用(或水平拉動彈簧測力計;或實驗前先測出彈簧測力計自身的重力);
使用動滑輪時(丙圖),要先測出鉤碼和動滑輪的總重,然后比較拉力與總重的關系(或采用輕質滑輪或增加鉤碼重).
分析:(1)根據表格記錄的數據的分析可知3次定滑輪拉力的測量存在問題.根據圖乙對彈簧測力計進行受力分析可以找到問題所在.
(2)滑輪組中如果忽略滑輪自重和摩擦力的大小,使用動滑輪能省一半的力,如果考慮動滑輪自重,則F=(G動+G物).
(3)使用定滑輪時,改進彈簧測力計的使用法;使用動滑輪時,要考慮到動滑輪的重力.
點評:本題考查了學生對實驗測量數據的分析能力,屬實驗評估類題目范疇.有許多物理中的結論是建立在理想模型條件下得出的,在實際的應用中會出現與結論不一致的情況,是受到了客觀條件的影響,而不能說結論有錯誤.
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