物理实验

物理实验一、用打点计时器测速度1.打点计时器2.实验步骤①了解计时器的结构，并将打点计时器固定在桌面上②把纸带按要求安装好③启动电源，用手水平地拉动纸带，在纸带上打出一行小点，随即关掉电源④重复③的步骤，再打几条纸带⑤取下纸带，从能够看清的某个点开始，往后数n个点，则从第一个点到第n个点的时间间隔t=0.02（n-1）s;用刻度尺测量第一个点到第n个点间的距离△x⑥把测量结果记入表格中3.注意事项①使用打点计时器打点时，应先接通电源，待打点计时器打点稳定后，再释放纸带②打点计时器不能连续工作太长时间，每一次打点结束后，都要立即关闭电源③测量各段距离时用长刻度尺一次完成较好，以减少测量误差④使用带有mm刻度的刻度尺，读数时读至mm的下一位（此值为估读值）4.数据分析与处理粗略计算瞬时速度：用与某点前后相邻的两点间的平均速度来表示该点的瞬时速度二、探究小车速度随时间变化的规律1.实验原理：利用打出的纸带，计算出多个点的瞬时速度，作出v-t图像，分析速度和时间的关系2.实验器材：附有定滑轮的长木板、小车、细线、钩码、打点计时器、纸带、刻度尺、学生电源、导线3.实验步骤：①把一端附有定滑轮的长木板平放在实验桌上，并使定滑轮伸出桌面。将打点计时器固定在远离定滑轮的一端，连接好电路②让纸带穿过打点计时器的限位孔，固定在小车的后面。让细线绕过定滑轮，一端拴在小车前面，另一端挂上适量的钩码，并调节滑轮高度，使细线与木板面平行③让小车停在靠近打点计时器的位置。先启动打点计时器，待打点计时器稳定后再释放小车，让小车拖着纸带运动。打点计时器就在纸带上打下一行小点，随后立即关闭电源④增减所挂钩码，换上新纸带，再重复操作两次4.实验数据处理：（结论）通过直接分析图像的特点得到小车运动的v-t图像是一条倾斜的直线，那么当时间增加△t时，速度也会增大相应的值△v。也就是小车的速度随时间均匀增大。5.逐差法计算加速度：a=[v4+v5+v6-（v1+v2+v3）]/9T电磁打点计时器电火花计时器打点方式振针振动，利用复写纸在纸带上留下点迹利用火花放电在纸带上打出点迹工作电压6V以下的交流电源220的交流电源阻力来源振针和纸带间的摩擦限位孔和纸带间的摩擦阻力来自纸带本身的运动，而不是打点时产生的，实验误差小打点频率与交流电的频率相同，若频率为50Hz，则每隔0.02s打一个点三、探究力的合成的方法1.实验原理：根据等效替代法，将橡皮条的一端固定，先用两个弹簧测力计互成角度地拉橡皮条，再用一个弹簧测力计拉橡皮条，使两次拉伸至同一位置，即使两次的作用效果相同。找出用一个弹簧测力计拉橡皮条与用两个弹簧测力计互成角度拉橡皮条的两个拉力间存在的关系2.实验器材：方木板、白纸、弹簧测力计（两个）、橡皮条、三角板、刻度尺、图钉（几个）、细绳和细绳套（各两个）3.探究过程：①在桌上平放一块方木板，在放木板上铺一张白纸，用图钉把白纸固定在方木板上②用图钉把橡皮条的一端固定在方木板上的A点，在橡皮条的另一端挂上两条细绳，细绳的另一端均系着绳套③用两个弹簧测力计分别勾住绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O④用铅笔记下O点的位置和两条细绳的方向，读出并记录两个弹簧测力计的示数F1、F2（在使用弹簧测力计的时候，要注意使弹簧测力计与木板平面平行）⑤只用一个弹簧测力计，通过细绳套把橡皮条的结点拉到同样的位置O，读出并记录弹簧测力计的示数F’,同时记下细绳的方向⑥取下白纸，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，再按同一标度作出只用一个弹簧测力计拉的F’的图示⑦以F1、F2为邻边，利用刻度尺和三角板作平行四边形，并作出对角线F⑧比较F’与合力F的大小和方向，看他们在误差范围内是否大小相等，方向相同⑨改变两个分力F1和F2的大小和夹角，再重复两次实验，看看结论是否相同⑩实验结论：F’和对角线F在误差范围内重合，说明两个力合成时，用表示这两个力的线段为邻边作平行四边形，则平行四边形的对角线所代表的力与合力的大小和方向是相同的4.注意事项：①读数时要注意估读到最小刻度的下一位②橡皮条的结点要小一点，细绳（细绳套）要长一些③用两个弹簧测力计时，两拉力的夹角应适当大些④拉力可在限定范围内适当大一些，以减小误差四、探究加速度与力、质量的关系1.实验原理：本实验把小车作为研究对象，需要测量的物理量有加速度、力和质量。其中，质量可用天平测，加速度可以通过打点计时器打下的纸带进行计算，拉小车运动的物体的重力可以近似认为等于小车所受的拉力（小车质量越大，这种近似误差越小），故小车所受的拉力可通过测量物体的重力间接得到2.探究过程：①用天平测出小车的质量M、小盘的质量m，把测量结果记录下来②按上图安装好实验器材，但不把悬挂小盘的细绳系在车上，即不给小车施加牵引力③平衡摩擦力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫一块薄木板，反复移动薄木板的位置，直至小车在斜面上运动时可以保持匀速直线运动状态。这时，小车拖着纸带运动时受到的摩擦阻力恰好与小车所受的重力沿斜面方向上的分力平衡，在纸带上打出的点迹分布均匀④把细绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂小盘，先接通电源再放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列的点，打完点后切断电源，取下纸带，在打点纸带上标上纸带号码⑤保持小车的质量不变，在小盘内放入质量为m’,m’’,m’’’…的砝码，重复步骤4；注意m’,m’’,m’’’…的数值都要记录⑥在每条纸带上都选取一段比较理想的部分，算出每条纸带对应的小车的加速度⑦保持小盘和砝码的质量不变，在小车上加砝码，重复上述步骤4和63.注意事项：①平衡摩擦力时要让小车拖着纸带运动②平衡摩擦力只需要一次③小车与车上所加砝码的总质量必须远大于小盘和砝码的总质量4.实验误差分析①若不能满足mM,a-F、a-1/M的图像是：②若实验过程中未完全平衡摩擦力（板面倾角过小），又满足了mM,则图像为：③若平衡摩擦力过度（板面倾角过大），又满足了mM，则图像为：五、研究平抛运动1.实验原理：令小球做平抛运动，利用描迹法描出小球的运动轨迹，建立直角坐标系，测出曲线上的某一点的坐标x和y，根据重力加速度g的数值，利用公式y=gt^2/2求出小球的飞行时间t，再利用公式x=v0t求出小球的水平速度v0，即小球做平抛运动的初速度2.实验器材：木板及竖直固定的支架、中垂线、铅笔、刻度尺、三角板、小球、斜槽、白纸、图钉、挡板等3.实验步骤：①调整并安装斜槽：把小球轻放在斜槽平直部分的末端处，若小球在平直轨道上的任意位置都保持静止，则表明斜槽末端已水平②调整木板③确定坐标原点④描绘运动轨迹：轨道的粗糙程度对该实验没有影响4.注意事项：①试验中必须保证斜槽末端的切线水平，木板必须处在竖直面内且与小球运动轨迹所在的竖直平面平行，并使小球的运动靠近木板但不接触木板②坐标原点不是槽口的端点，而是小球在槽口时，小球的球心在白纸上的水平投影点六、探究功与速度变化的关系1.实验器材：长木板、小车、橡皮筋、打点计时器、刻度尺、电源和纸带等2.实验过程及数据处理：①先将钉有钢钉的长木板放在水平桌面上，并在长木板上放好实验小车②平衡摩擦力（有纸带）③采用如图装置，分别用1条、2条、3条……相同的橡皮筋将小车拉到同一位置释放，橡皮筋的拉力对小车所做的功依次为W、2W、3W、…④由纸带和打点计时器分别测出小车获得的速度v1、v2、v3、…（也可用其他方法测出）⑤以橡皮筋拉力所做的功W为纵坐标，小车获得的速度v为横坐标，做出W--v图像，并逐次作出W--v^2、W--v^3、W--v^(1/2)、关系图像，分析这些图像，可得出橡皮筋拉力对小车所做的功与小车获得的速度之间的定量关系3.注意事项：①由于本实验中所需的速度应该是橡皮筋储存的弹性势能完全释放后的速度，在没有脱离时，小车一直处于加速状态，速度在不断变化，因此应选间距均匀的那一段纸带来计算小车速度，因为这一段是橡皮筋的拉力对小车做功完毕时的情景②不需要求出功的数值③试验中物体的初速度为0（由静止释放）4.误差分析：①W的误差来源（1）橡皮筋的长短、粗细不一，使橡皮筋的拉力所做的功与条数不成正比（2）滑动摩擦阻力没有被完全抵消②v的误差来源（1）测量不准确（2）由于滑动摩擦阻力而使小车离开橡皮筋后做减速运动，使v得测量产生误差七、验证机械能守恒定律1.实验原理：忽略空气阻力，自由下落的物体在运动过称中机械能守恒，即动能的增加量等于重力势能的减少量2.实验器材：打点计时器、交流电源、纸带、复写纸、重物、小夹子、导线、刻度尺、铁架台（带架子）3.实验步骤及数据处理：①如图安装好装置②将纸带的一端用小夹子固定在重物上，使另一端穿过打点计时器的限位孔，用手竖直提着纸带，使重物静止在靠近打点计时器的地方③接通电源，松开纸带④换几条纸带，重复上面的实验⑤从几条打上了点的纸带上挑选第一、二两点间距离接近2mm且点迹清晰的纸带进行测量⑥在挑选出的纸带上，先记下第一个点的位置O，再任意选取几个点依次标上1、2、3、…，用刻度尺量出各点到O的距离h1、h2、h3、…⑦用公式vn=_h(n+1)_-h(n-1)_计算出各点对应的瞬时速度v1、v2、v3、…2T⑧计算出各点对应的重力势能的减少量mghn和动能的增加量1/2mgvn^2，进行比较得出结论4.误差分析：①纸带受到的摩擦力和空气阻力——选用质量大、密度大的重物、重物下落前纸带应保持竖直或选用电火花计时器等②将电火花计时器下移，使之紧贴铁架台的底座或实验桌面，这样比较稳固③减小测量长度造成误差的办法：测量距离都应从起点O量起，下落高度h适当大些（下落高度过小，不易准确测量；下落高度过大，由于阻力影响造成的误差大）；还可多测几次取平均值④交流电源频率与计算所用频率不符（测量一般不选取第一个点）5.注意事项：vn不能用gtn计算，因为由于各种摩擦阻力，加速度一定小于g八、绘制小灯泡的伏安特性曲线1.实验原理：实际电路中，小灯泡的电阻随温度的升高而增大2.实验器材：“3.8V0.3A”的小灯泡，4--6V的学生电源，0--10Ω的滑动变阻器，0--15V的电压表，0--3A的电流表，开关一个，导线若干3.电路选择：①采用电流表内接法还是电流表外接法外接法：由于小灯泡的电阻较小，为减小实验误差②滑动变阻器采用分压式接法还是限流式接法分压式：实验绘出小灯泡的伏安特性曲线要求有坐标原点附近的数据，且要求小灯泡的电压变化范围较大（从0开始逐渐增大到额定电压）。在接通电路前，滑动变阻器的滑片应放在使小灯泡两端电压为0的位置4.实验步骤：①确定电压表、电流表的量程，采用电流表外接法，按图连接好电路②把滑动变阻器的滑片调节到使小灯泡两端的电压为0的位置。电路经检查无误后，闭合开关③改变滑动变阻器滑片的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U，记入记录表格内，断开开关④在坐标纸上建立一个直角坐标系，纵轴表示电流，横轴表示电压，用平滑的曲线将各种数据连接起来，得到伏安特性曲线⑤拆除实验电路，整理好实验器材5.注意事项：①在坐标纸上建立直角坐标系，两坐标轴选取的标度要合理，使得画出的图像尽量占满坐标纸；连接各数据点点时要用平滑的曲线，误差大的点要舍去②I--U图像为曲线的原因是：小灯泡电阻丝电阻随温度的升高而变大