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蘑菇云创造


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1、 了解杠杆的组成部分:动力臂、阻力臂、动力、阻力、支点
2、 探究杠杆的平衡条件
3、 分析杠杆的种类,以及其不同特点
附加知识: 1、了解胡克定律,制作拉力计
1、Arduino uno板 1块
2、Arduino uno扩展板 1块
3、角度传感器 1个
4、齿轮 1个
5、齿条 2条
6、质地均匀皮筋 1条
7、圆木棒 2根
8、雪糕棒 1根
9、胶枪以及其他结构辅材(板、梁、轴和短插销等)
10、电脑一部
中学物理力学弹性理论学习过一个胡克定律,即固体材料受力之后,材料中的应力与应变(单位变形量)之间成线性关系。其表达式为F=k·x或△F=k·Δx,其中k是常数,是物体的劲度(倔强)系数。当时我们做过实验,弹簧在发生弹性形变时,弹簧的弹力F和弹簧的伸长量成正比。其实质地均匀的皮筋也满足该规律。
今天我们就用皮筋和角度传感器制作一个拉力计。
角度传感器接到AO端口,编的程序很简单,只需人物读取角度传感器的反馈值就可以啦。
如下图
把重物挂在拉力计上进行测量,并通过mind+读取反馈值。
注意:在试验过程中有偏差,可以多测试几次。
我在这里记录了十组数据:291/284/287/292/270/275/281/286/279/288,平均值为:283.3
根据标准差计算公式得出标准差为:6.694027
(方差s^2=[(x1-x)^2+(x2-x)^2+......(xn-x)^2]/n ,标准差=方差的算术平方根)
在测量过程中由于各种影响因素,数值会有误差,有时会波动比较大,但是测量时让物体静止一会儿,待读数跳动趋于稳定时再读数会相对准确一点。
为了尽量缩小误差,尝试多次测量并记录数据。
同样的记录十组数据:323/318/321/330/314/311/322/317/327/324,平均值为:320.7
标准差为5.514526
记录的第一组数据为直接提重物的数值,没有其他摩擦力,只有角度传感器与限位卡槽之间的摩擦。
第二组数据为通过定滑轮拉动灯臂杠杆所得的值,中间除了角度传感器与限位卡槽之间的摩擦,还多了一个线与定滑轮之间的摩擦,为了准确,还需要测量一组通过定滑轮提升重物的数据。
并记录相关数据,同样记录十组:321、310、333、332、326、317、327、318、324、320
平均值为:322.8,标准差为:6.705221846
生成三组数据的折线图,对比发现,同样通过定滑轮测量得到的二组和三组数据关联程度更高。
通过等臂杠杆提升重物所用力量,和直接提升重物所用力量大小一样。
同样测验获得十组数据,并记录:647、655、650、636、640、643、635、641、645、639
平均值为:643.1,标准差为5.957348403
通过二组和三组的平均值和四组的平均值对比计算,以及相关数据的柱状图来看,二三组平均数基本是第四组平均数的一半。
测量拉力计在四分之三位置的拉力值,
并记录相关数值:429、426、415、425、429、430、432、409、427、435
平均数为:425.7,标准差为:7.497332859
通过数空位可以大致确认四分之三位置。
通过上图我们可以观察发现,力臂越短提升重物所用的力量越大。所得数值也基本满足杠杆平衡条件,L1*F1=L2*F2(第二、第三组数据得平均值乘以2所得值,大致等于力臂一半的第四组数据的平均值)(四分之三力臂位置测量得到的第五组数据的平均值乘以四分之三,大致等于第二第三组数据的平均值)
1、通过不等臂杠杆提升重物时,力臂越短所用的力越大。
相反的可以推理出另外一个结论,通过不等臂杠杆提升重物时,力臂越长所用的力越小。
2、杠杆平衡条件:L1*F1=L2*F2(其中L为力臂长度,F为相应的力的大小)
一、杠杆组成的基本要素:动力、动力臂、阻力、阻力臂、支点
二、1、杠杆的种类及特定:等臂杠杆,既不省力与不费力;
2、动力臂短的费力杠杆,用力提升重物会费力;
3、动力臂长的省力杠杆,用力提升重物会省力。
4、杠杆平衡条件:L1*F1=L2*F2(其中L为力臂长度,F为相应的力的大小)