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(1)根據實驗數據描繪出F1 和F2 曲線。
(2)通過分析數據,他覺得與課本結論有很大偏差,根據所繪直線分析,出現這樣結果的原因是什麼?如何改進?
解:由於重力從1牛頓到3牛頓,因此選取橫坐標的10個小格,每個小格代表的刻度即為0.2牛頓。縱坐標上的范圍從0.65牛頓到3.1牛頓,因此選取縱坐標的16個小格,每個小格代表的刻度為0.2牛頓。利用描點法在坐標系中描繪出圖線。
F1是定滑輪的拉力,F2是動滑輪的拉力,因此根據課本所學知識,F1應當等於重力,而F2應當為重力的一半,因此在坐標系中描繪出F1的圖線,以及將F2擴大一倍後描繪出圖線。(如圖4所示)經過分析發現兩條直線與重力的直線是平行的,也就是說與重力的差值為定值,因此在每次實驗中引起差異的因素必然相同。分析兩個實驗的做法發現,對於定滑輪來說,彈簧測力計是倒著用的,因此彈簧測力計的自重將影響F1的示數,F1曲線與重力曲線的差值就是彈簧測力計的自重,經計算彈簧測力計的重力為0.1牛頓。
對於動滑輪來說能省一半力,故而要將拉力乘以2然後再分析對比。由於動滑輪本身有重力,提昇重物的同時也要提昇動滑輪,2F2曲線與物重的差值即為動滑輪的重力,經計算動滑輪重力為0.3牛頓。
改進:在定滑輪實驗中只要想辦法消除彈簧測力計本身重力的影響即可。由於動滑輪可以改變拉力的方向,因此可以將彈簧測力計水平拉動,也可以在下面再加一個定滑輪,增加繩子纏繞,改變繩子自由端方向,使彈簧測力計向上拉動。
通過上面兩道題的分析解題,同學們應該感受到了靜力學圖像問題的一般分析方法。圖像問題並不可怕,但需要靜下心來認真對待,要運用一定的數學手段,要在頭腦中形象地再現實驗過程,就不難從中獲得結論,發現問題。
新華中學 劉曉松