Transcript 高中物理实验

实验一：研究匀变速直线运动
一、重点难点剖析：
1.练习使用打点计时器
(1)打点计时器的构造及原理：
①电磁打点计时器是使用低压交流电源的一种计时仪
器。电磁打点计时器的线圈中通过交流电时，线圈中
的振动片才能振动。所用电压通常为4～6V。振动片
的振动周期与交流电的周期相同。目前我们所使用的
交流电的周期均为0.02s。因此，振动片的振动周期
亦为0.02s，纸带上每隔0.02s打下一个点。
②电火花计时器是利用火花放电在纸带打出小孔而
显示s点迹的计时器,使用220V交流电压,当电源频率
为50Hz时,它每0.02s在纸带上打下一孔。
(2)使用打点计时器注意事项：
①应先接通电源打点，待打点计时器稳定后再让小车运
动。每打完一张纸带,应及时关掉电源；
②打点计时器在纸带上打下的点应点迹清晰，若点迹不
清或打出短横线，应调整振针的长度及它与复写纸的距
离高度；
③释放物体前，应使物体停在靠近打点计时器的位置；
④使用电火花计时器时，应注意把两条纸带正确穿好，
墨粉纸盘应夹在两纸带之间；使用电磁打电计时器时应
让纸带通过限位孔，压在复写纸下面。
(3)纸带的测量。应选取—条理想的纸带，是指纸带上的
点迹清晰。适当舍弃打点计时器所打点密集部分，适当
选取计数点(计数点与计时点有区别)，弄清楚所选的时
间间隔了等于多少秒。
2.测定匀变速直线运动的加速度：
(1)实验原理：
①判断物体的运动是否为匀变速直线运动：
②加速度的测定(逐差法)：
如果一个物体作匀变速直线运动，加速度是a，则在各个
连续相等的时间T里的位移分别是s1 s2 s3 ……则有：
s4  s1
a1 
3T 2
s5  s2
a2 
3T 2
再求出a 的平均值即可。
s6  s3
a3 
3T 2
(2)注意事项：
①纸带和细绳要与木板平行，小车运动要平稳；
②小车的加速度应适当大一些；
③若先求出△S1、△S2、△S3，……的平均值，
再根据 a  s / T 2 求出a，作为所要测定的加速度，
其误差略大于上述实验所要求的计算方法。
例1、在做“练习使用打点计时器测定匀变速直线运动
的加速度的实验中”的实验时，为了能够较准确地测
出加速度，将你认为正确的选项前面的字母填在横线
上：
。
a．把附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸出
桌面。
b．把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，连
接好电路。
c．再把一条细绳拴在小车上，细绳跨过滑轮，下边挂
上合适的钩码，每次必须由静止释放小球。
d．把纸带穿过打点计时器，并把它的一端固定在小车
的后面。
e．把小车停在靠近打点计时器处，接通直流电源
后，放开小车，让小车拖着纸带运动，打点计时
器就在纸带上打下一系列的点，换上新纸带，重
复三次。
f．从三条纸带中选择一条比较理想的纸带，舍掉
开头比较密集的点，在后边便于测量的地方找一
个开始点，并把每打五个点的时间作为时间的单
位．在选好的开始点下面记作0，第六点作为记数
点1，依此标出计数点2、3、4、5、6，并测出相
邻两点间的距离。
g．根据公式a1=(s4-s1)/3T2
a2=(s5–s2)/3T2
a3=(s6 –s3)/3T2
a=(a1+a2+a3)/3
求出a。
实验二：探究弹力与形变之间的关系
一、实验目的
探索弹力与弹簧伸长的定量关系，并学习所用
的科学方法。
二、设计实验方案验证猜测：
1、参考器材：下端带挂钩指针的弹簧、
钩码若干、铁架台、刻度尺等
F
2、需要解决的几个问题：
①弹簧产生的弹力大小如何测量？
②弹簧的总长L怎么测量?
③弹簧的伸长量X如何测量？
④要探究弹力与形变之间的关系，故要多次
改变形变量,如何不断增大弹簧的伸长量？
⑤如何设计一个数据记录表格?
G
三、、实验步骤：
（1）将较细的一根弹簧悬挂在铁架台上。用毫米刻
l
度尺量出弹簧的长度 0，并填入表中。
（3）如图，在弹簧下挂1个钩码，用毫米刻度尺量出
l
此时弹簧的长度 ，并填入表中。
（4）分别在弹簧下挂2、3、4、5个相同的钩码，依
l
次量出相应的弹簧长度 ，并填入表中。
（5）分别计算出在弹簧下挂1、2、3、4、5个钩码时
l l
弹簧的伸长量（ – 0），并填人表。
（6）以力为纵坐标，以弹簧的伸长量为横坐标，根
据表中所测数据在坐标纸上描点。
（7）按照坐标图中各点的分布与走向，尝试作出一
条平滑的曲线（包括直线）。所画的点不一定正好
在这条曲线上，但要注意使曲线两侧的点数大致相
同。
（8）以弹簧的伸长为自变量，写出曲线所代表的函
数，首先尝试一次函数，如果不行则考虑二次函
数……
（9）解释函数表达式中常数的物理意义。
（10）有兴趣的同学自己编排探索弹簧受压而长度
缩短时，弹力与弹簧长度变化的关系的实验步骤。
四、怎样描绘实验图线？
处理实验数据的常用方法之一是图象法。运用图象法
处理数据有许多优点，例如，能比较直观地表达物理
规律，能够减小偶然误差对结果的影响，能够较方便
地获得某些未经测量或无法直接测量的物理量数值。
（1）描绘图线时，一般以横坐标代表自变量，以纵
坐标代表因变量，在轴的末端箭头旁注明代表的物理
量及其单位。
（2）根据测量的数据，选取适当的坐标轴的标度
（即每格所代表的量值），使横轴与纵轴的全长（表
示数据的最大值的长度）接近相等，图线大约分布在
正方形区域内，并尽可能使最小分度与测量的准确程
度相一致，且测量的准确值在图上也能确切标出。
（3）当图线不通过坐标原点时，坐标的原点可以不
从零开始，这样可以使图线分布匀称。
（4）描点和连线。依据实验数据用削尖的铅笔在图
上描点，用“×”或“· ”符号标明。描线应该用直尺
或曲线板，描出的线应是光滑的直线或曲线。因为测
量值有一定的误差，图线不通过全部点是正常现象，
连线时应尽量使图线通过或接近数据点，个别严重偏
离的点应舍弃，应使其余的点尽量比较均匀地分布在
困线两侧。
三、动手实验，采集实验数据
弹簧原长L0=
cm
实验次数
1
2
钩码总重G/N
弹簧总长L/cm
弹簧伸长量
x=L-L0/cm
F/N
6.0
5.0
4.0
3.0
2.0
1.0
0
2.0
4.0 6.0 8.0 10.0 12.0 X/cm
3
清空表格
画图线
4
5
实验三：验证力的平行四边形 定则
1、实验器材：
方木板，白纸，弹簧秤（两个），橡皮条，细绳（两
条），三角板，刻度尺，图钉（几个）、量角器 。
2、实验步骤：
（1）在桌上平放一块方木板，在方木板上铺一张白
纸，用图钉把白纸钉在方木板上。
（2）用图钉把橡皮条的一端固定在板上的A点，在
橡皮条的另一端挂上两条细绳，细绳的另一端系着绳
套。
（3）用两个弹簧秤分别勾住绳套，互成角度地拉橡
皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O。
（4）用铅笔记下O点的位置和两条细绳的方向，读
出两个弹簧秤的示数。（在使用弹簧秤的时候，要
注意使弹簧秤与木板平面平行。）
（5）用铅笔和刻度尺在白纸上从O点沿着两条细绳
的方向画直线，按着一定的标度作出两个力F1和F2
的图示，用平行四边形定则求出合力F。
（6）只用一个弹簧秤，通过细绳把橡皮条的结点拉
到同样位置O，读出弹簧秤的示数，记下细绳的方向，
按同一标度作出这个力F′的图示。
（7）比较力F′与用平行四边形定则求得的合力F的
大小和方向，看它们是否相等。
（8）改变两个分力的大小和夹角，再做两次实验。
3、注意点：
（1）两只弹簧秤在使用前应检查、校正零点，检查量程
和最小刻度单位，将两弹簧称钩好后对拉，若两只弹簧秤
在拉的过程中，读数相同，则可选用，若不同，应另换，
直至相同为止，使用弹簧秤时应与板面平行。
（2）选用的橡皮条应富有弹性，能发生弹性形变，同一
次实验中，橡皮条拉长后的结点O的位置必须保持不变。
（3）在满足合力不超过弹簧评量程及橡皮条形变不超过
弹性限度的条件下，应使拉力尽量大一些，以减小误差。
（4）画力的图示时，应选定恰当的单位长度作为标度；
作力的合成图时，应尽量将图画得大一些，但也不要太大
而画出纸外，要严格按力的图示要求和几何作图法作出合
力。
（5）由作图法得到的F和实际测量得到的F′不可能完全符
合，但在误差允许范围内可以认为F与F′符合即可。
测力计可以只用一个，分别测出两个分力，虽然
操作较麻烦，但可避免两个测力计的不一致性带
来的误差。
本实验误差主要来源有：
①用两个测力计拉橡皮条时，橡皮条、细绳和测力计不
在同一个平面内，这样两个测力计的水平分力的实际合
力比由作图法得到的合力小。
②结点O的位置和两个测力计的方向画得不准，造成作
图的误差。
③两个分力的起始夹角a太大，如大于120°，再重做
两次实验，为保证结点O位置不变（即保证合力不变），
则a变化范围不大，因而测力计示数变化不显著，读数
误差大。
④作图比例不恰当造成作图误差。
• 实验中易混淆的是：量角器测量的
F′与F的偏角θ与不需测量的F1与F2
的夹角a。
• 易错的是：由作图法得到的合力F
和单个测力计测量的实际合力F′错
乱。
• 易忘的是：忘记检查测力计的零点，
忘了记下用一个弹簧秤测量的实际
合力F′的大小和方向
实验变通
在验证两个互成角度的共点力合成遵从
平行四边形定则的实验中，只用一个测
力计，其他的器材不变，请叙述实验步
骤和方法。
（1）在《互成角度的两个共点力的合成》实验中，用A、B两
只弹簧秤把结点拉到某一位置O，这时两绳套AO、BO的夹
角∠AOB<90°，如图所示，现改变弹簧秤A的拉力方向而
不改变拉力大小，使a角减小，那么要使结点仍被拉到O点
就应调整弹簧秤B的拉力大小及β角，则下列调整方法可行
的是[
]
• A.增大弹簧秤B的拉力的同时
增大β角
• B.增大弹簧秤B的拉力的同时
保持β角不变
• C.保持B的拉力大小不变，增
大β角
• D.增大B的拉力的同时减小β角
A
O
将下述实验步骤按正确顺序用字排列应是____
A、在白纸上按比例做出两个力F1和F2的图示，根据平行
四边形法则作图求出合力F．
B、只用一只测力计，通过细绳把橡皮条的结点拉到同样
的位置．
C、记下两测力计读数，描出两测力计的方向．
D、在水平放置的木板上，垫一张白纸，把橡皮条的一端
固定在板上A点，用两条细绳连接在橡皮条的另一端，通
过细绳同时用两个测力计互成角度地拉橡皮条，使橡皮条
与细绳的连接点到达某一位置，并记下此位置．
E、记下测力计的读数F和细绳方向，按同一比例做出这
个力的图示．比较这个实测的力和按平行四边形定则求出
的合力F，看它们的大小和方向是否相同．
F、改变两测力计拉力的大小和方向，重做两次实验，从
实验得出结论．
实验四：验证牛顿运动定律
1．原理：
原
理
图
原
理
图
①、保持车质量不变,改变车所受合外力大小
（改变砂的质量）。用打点计时器打出纸带,
求出加速度,用图象法验证物体运动的加速度
是否正比于物体所受到的合外力。
②、保持砂子质量不变,改变研究对象质量。
利用打点计时器打出的纸带,求出运动物体
加速度,用图象法验证物体的加速度是否反
比于物体的质量。
平衡摩擦力：
适当垫高长木板不带滑轮的一端，使小车
刚好匀速下滑。
用细绳将砂桶(质量为m)和小车连成一个整体，
连接体做匀加速直线运动。
根据牛顿第二定律：
整体：mg=（M+m）a
小车：T = Ma =
mg
m
1
M
当m《 M时, 即小车的合外力近似为砂和砂桶的重力mg。
2．实验条件:
平衡摩擦力：
把长木板不带滑轮的一端适当垫高,使小车不受牵
引力时,小车刚好沿斜轨匀速下滑。本实验全过程
不必再平衡摩擦力。
m《 M
只有小车和码砝的质量之和（M）远远大于砂和砂
桶的总质量(m)时,小车的合力才近似等于砂和砂桶
的重力mg.
3．实验器材：
打点计时器、低压交流电源、刻度尺、纸带、
复写纸、导线、附有滑轮的长木板、天平、砂和砂
桶、小车、若干砝码。
4．主要测量量：
小车的质量(包括砝码)M；
砂和砂桶的总持量m；
纸带上相邻计数点间的位移S1、S2、S3
5．数据处理：
逐差法求加速度:（同上）
6.[实验步骤]
①、用天平测出车和桶的质量M和M‘。在车上加砝码,在
桶内放入适量砂,使桶和砂总质量远小于车和砝码总质量
记下砝码和砂的质量m和m'。
②、安装好实验装置。
③、平衡车和纸带受的摩擦力:在长木板不带定滑轮的一
端下垫一块木板,反复移动木板位置,直到车在斜面上运动
时可保持匀速直线运动,这时车拖着纸带运动时所受的阻
力恰与车所受到的重力在斜面方向上的分量平衡。
④、把细绳系在小车上,并绕过滑轮悬挂小桶。接通电源
放开小车,打点计时器在纸带上打下一系列点。取下纸带
在纸带上标上纸带号码。
⑤、保持车的质量不变,通过改变砂桶的质量而改变车所
受到的牵引力,再做几次实验。
⑥、在每条纸带上选取一段比较理想的部分,测量各计数
点间的距离Sn,利用公式 Δs＝aT2,算出各条纸带所对应的
小车的加速度。
⑦、根据实验结果画出车运动的a─F图线,如图线是过原
点的倾斜直线,则证明物体运动的加速度a和合外力大小成
正比。
⑧、保持砂子和小桶的质量不变,在小车上加放砝码,重复
上面的实验
⑨、根据实验结果画出小车运动时的a--图线,
如果图线是过原点的的倾斜直线,则证明物体运动的加速
度a和物体的质量大小成反比。
7．实验结果分析：
图线法：M一定时，a—F图线；F一定时，a—图线。
本实验画出的图线可能有四种情况：
8．易错点:
a．平衡摩擦力时，应取下砂和砂桶 ，使细线不受
拉力。
b．实验前要调整滑轮的高度使拉小车的细线与木
板平行。
c．摩擦力一但平衡后，木板的倾角不变。
1.[实验思考题]1在验证牛顿第二定律的实
验中，平衡摩擦力时
A不能将装砂子的小桶用细绳通过滑轮系在
小车上
B小车后的纸带必须连好，但打点计时器可
以不打点
C应使打点计时器打在纸带上的相邻点迹间
的距离相等
D每次改变小车的质量，必须再次平衡摩擦
力
2.在做验证牛顿第二定律实验时
A.应该使砂子和小桶的总质量远小于小车和砝码
的总质量，以减小实验误差
B.可用天平测得小桶和砂的总质量m，小车和砝
码的总质量M,根据公式
，求出小车
的加速度
C.处理实验数据时采用描点法画图象，是为了减
小误差
D.处理实验数据时采用
图象，是为了便于
根据图线直接地作出判断
[ A、C、D ]
3、某学生在做验证牛顿第二定律实验中，测得
小车加速度a和拉力F数据如下表所示
F（N）
2
a(m/S )
0.2
0.1
0.3
0.21
0.4
0.29
0.5
0.4
根据表中的数据在右图中作出a-F图线
图线在F轴上截距物理意义
是 车受的滑动摩擦力 。
图线斜率物理意义是
小车和砝码总质量的倒数 。
4、做验证牛顿第二定律的实验中，由于没有考虑砂桶的
质量，结果的图象应该是哪一幅？ [ D ]
5.在做验证牛顿第二定律的实验时，某学生将实
验装置按如图安装，而后就接通电源开始做实验
他有三个明显的错误：
（1） 没有平衡摩擦力
；
（2） 不应挂钩码应挂装有砂子的小桶
；
（3）细线太长悬挂物离地面太近
。
4、某同学在做“物体所受外力不变，验证物体的加速度
是否与其质量成反比”的实验时，得到表4－3中的数据：
(1)在坐标纸上用图象处理这些数据，以验证实验结论。
(2)根据作出的图象，可以求得小车受到的外力为 0.12 N
a/m.s2
表4－3
物体的质
量m/kg
物体的加速
度a/m.s-2
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.60
0.40
0.29
0.25
0.20
0.60
0.40
0.20
0
1
2
3
4
5 1/m
5、质量为m的物体放在A地的水平面上，用竖直向上的
力F拉物体，物体的加速度a与拉力F的关系如图线①所示
，质量为m′的另一物体在B地做类似实验，测得a－F关
系如图线②所示，设两地的重力加速度分别为g和g′,则
A.m′＞m，g′=g B.m′＜m，g′=g
C.m′=m，g′＞g D.m′=m，g′＜g
B