高中物理實驗總結

高中物理力學實驗

實驗一研究勻變速直線運動（含練習使用打點計時器）

[實驗目的]

1．練習使用打點計時器，學習利用打上點的紙帶研究物體的運動。

2．學習用打點計時器測定即時速度和加速度。

[實驗原理]

1．打點計時器是一種使用交流電源的計時儀器，它每隔0.02s打一次點（由於電源頻率是50hz），因此紙帶上的點就表示了和紙帶相連的運動物體在不同時刻的位置，研究紙帶上點之間的間隔，就可以了解物體運動的情況。

2．由紙帶判斷物體做勻變速直線運動的方法：如圖所示，0、1、2……為時間間隔相等的各計數點，s1、s2、s3、……為相鄰兩計數點間的距離，若△s=s2-s1=s3-s2=……=恒量，即若連續相等的時間間隔內的位移之差為恒量，則與紙帶相連的物體的運動為勻變速直線運動。

3．由紙帶求物體運動加速度的方法：

（1）用「逐差法」求加速度：即根據s4-s1=s5-s2=s6-s3=3at2（t為相鄰兩計數點間的時間間隔）求出a1=、a2=、a3=，再算出a1、a2、a3的平均值即為物體運動的加速度。

（2）用v-t圖法：即先根據vn=求出打第n點時紙帶的瞬時速度，後作出v-t圖線，圖線的斜率即為物體運動的加速度。

[實驗器材]

小車，細繩，鉤碼，一端附有定滑輪的長木板，打點計時器，低壓交流電源，導線兩根，紙帶，公尺尺。

[實驗步驟]

1．把一端附有定滑輪的長木板平放在實驗桌上，並使滑輪伸出桌面，把打點計時器固定在長木板上沒有滑輪的一端，連線好電路，如圖所示。

2．把一條細繩拴在小車上，細繩跨過滑輪，並在細繩的另一端掛上合適的鉤碼，試放手後，小車能在長木板上平穩地加速滑行一段距離，把紙帶穿過打點計時器，並把它的一端固定在小車的後面。

3．把小車停在靠近打點計時器處，先接通電源，再放開小車，讓小車運動，打點計時器就在紙帶上打下一系列的點，取下紙帶，換上新紙帶，重複實驗三次。

4．選擇一條比較理想的紙帶，捨掉開頭的比較密集的點子，確定好計數始點0，標明計數點，正確使用公釐刻度尺測量兩點間的距離，用逐差法求出加速度值，最後求其平均值。也可求出各計數點對應的速度，作v-t圖線，求得直線的斜率即為物體運動的加速度。

[注意事項]

1．紙帶打完後及時斷開電源。

2．小車的加速度應適當大一些，以能在紙帶上長約50cm的範圍內清楚地取7～8個計數點為宜。

3．應區別計時器打出的軌跡點與人為選取的計數點，通常每隔4個軌跡點選1個計數點，選取的記數點不少於6個。

4．不要分段測量各段位移，可統一量出各計數點到計數起點0之間的距離，讀數時應估讀到公釐的下一位。

[例題]

1．電磁打點計時器是一種使用______電源的計時儀器，它的工作電壓是______。如圖所示，a是______，b是______，c是______，d是______，e是______，f是______。

答案：交流，4至6v，線圈，振動片，限位孔，振針，永磁體，接線柱。

2．如圖是某同學測量勻變速直線運動的加速度時，從若干紙帶中選中的一條紙帶的一部分，他每隔4個點取乙個計數點，圖上註明了他對各計數點間距離的測量結果。

（1）為了驗證小車的運動是勻變速運動，請進行下列計算，填入表內（單位：cm）

各位移差與平均值最多相差______cm，由此可以得出結論：小車的位移在________範圍內相等，所以小車的運動是________。

（2）根據勻變速直線運動的規律，可以求得物體的加速度a==______m/s2。

（3）根據an-3=，可求出

a1==______m/s2，a2==______m/s2，a3==______m/s2，

所以m/s2。

答案：（1）1.60，1.

55，1.62，1.53，1.

61，1.58，0.05，任意兩個連續相等的時間裡、在誤差允許的，勻加速直線運動；（2）1.

58；（3）1.59，1.57，1.

59，1.58。

3．在研究勻變速直線運動的實驗中，如圖所示，為一條記錄小車運動情況的紙帶，圖中a、b、c、d、e為相鄰的計數點，相鄰計數點間的時間間隔t=0.1s。

（1）根據________計算各點瞬時速度，則

va=______m/s，vb=______m/s，vc=______m/s，

vd=______m/s，ve=______m/s。

（2）在如圖所示座標中作出小車的v-t圖線，並根據圖線求出a將圖線延長與縱軸相交，交點的速度是________，此速度的物理意義是________。

答案：（1）vn=，0.53，0.88，1.23，1.58，1.93；（2）3.50m/s2，0.53m/s，開始計時小車的速度，即va。

實驗二**彈力和彈簧伸長量的關係

一、實驗目的

1．**彈力和彈簧伸長量的關係．

2．學會利用圖象法處理實驗資料，**物理規律．

二、實驗原理

1．如圖1所示，彈簧在下端懸掛鉤碼時會伸長，平衡時彈簧產生的

彈力與所掛鉤碼的重力大小相等．

2．用刻度尺測出彈簧在不同鉤碼拉力下的伸長量x，建立直角座標

系，以縱座標表示彈力大小f，以橫座標表示彈簧的伸長量x，在

座標系中描出實驗所測得的各組(x、f)對應的點，用平滑的曲線

連線起j來，根據實驗所得的圖線，就可探知彈力大小與伸長量之間的關係．

三、實驗器材

鐵架臺、彈簧、公釐刻度尺、鉤碼若干、三角板、座標紙、重垂線．

四、實驗步驟

1．將彈簧的一端掛在鐵架台上，讓其自然下垂，用刻度尺測出彈簧自然伸長狀態時的長度l0，即原長．

2．如圖2所示，在彈簧下端掛質量為m1的鉤碼，測出此時彈簧的長度l1，記錄m1和l1，填入自己設計的**中．

圖23．改變所掛鉤碼的質量，測出對應的彈簧長度，記錄m2、m3、m4、m5和相應的彈簧長度l2、l3、l4、l5，並得出每次彈簧的伸長量x1、x2、x3、x4、x5.

五、資料處理

1．以彈力f(大小等於所掛鉤碼的重力)為縱座標，以彈簧的伸長量x為橫座標，用描點法作圖．連線各點，得出彈力f隨彈簧伸長量x變化的圖線．

2．以彈簧的伸長量為自變數，寫出圖線所代表的函式．首先嘗試一次函式，如果不行則考慮二次函式．

3．得出彈力和彈簧伸長量之間的定量關係，解釋函式表示式中常數的物理意義．

六、誤差分析

1．本實驗的誤差**之一是由彈簧拉力大小的不穩定造成的，因此，使彈簧的懸掛端固定，另一端通過懸掛鉤碼來充當對彈簧的拉力，可以提高實驗的準確度．

2．彈簧長度的測量是本實驗的主要誤差**，所以，應盡量精確地測量彈簧的長度．

3．在f－x圖象上描點、作圖不準確．

七、注意事項

1．每次增減鉤碼測量有關長度時，均需保證彈簧及鉤碼不上下振動而處於靜止狀態，否則，彈簧彈力將可能與鉤碼重力不相等．

2．彈簧下端增加鉤碼時，注意不要超過彈簧的限度．

3．測量有關長度時，應區別彈簧原長l0、實際總長l及伸長量x三者之間的不同，明確三者之間的關係．

4．建立平面直角座標系時，兩軸上單位長度所代表的量值要適當，不可過大，也不可過

小．5．描線的原則是，盡量使各點落在描出的線上，少數點分布於線兩側，描出的線不應是折線，而應是平滑的曲線．

6．記錄資料時要注意彈力及彈簧伸長量的對應關係及單位．

方法提煉圖象法直觀簡明，是物理實驗中最常用的資料處理方法之一．

作圖的規則：

(1)要在座標軸上標明軸名、單位，恰當地選取縱軸、橫軸的標度，並根據資料特點正確確定座標起點，使所作出的圖象幾乎佔滿整個座標圖紙．若彈簧原長較長，則橫座標起點可以不從零開始選擇．

(2)作圖線時，盡可能使直線通過較多座標描點，不在直線上的點也要盡可能對稱分布在直線的兩側(若有個別點偏離太遠，則是因偶然誤太大所致，應捨去)．

(3)要注意座標軸代表的物理量的意義，注意分析圖象的斜率、截距的意義．

跟蹤訓練某研究小組用如圖6所示裝置做**彈力和彈簧伸長量關係的

實驗．他們先測出不掛鉤碼時彈簧下端指標所指的標尺刻度，然後在彈

簧下端掛上鉤碼，並逐個增加鉤碼，測出指標所指的標尺刻度，所得數

據列表如下：(重力加速度g＝9.8 m/s2)

(1)根據所測資料，在座標紙圖7上作出彈簧指標所指的標尺刻度x與鉤碼質量m的關係曲線．

圖7 (2)根據所測得的資料和關係曲線可以判斷，在______範圍內彈力大小與彈簧伸長量關係

滿足胡克定律．這種規格彈簧的勁度係數為______ n/m.

答案：0～4.9 n　26

實驗三驗證力的平行四邊形定則

（一）實驗目的

驗證互成角度的兩個共點力的平行四邊形定則.

（二）實驗原理

結點受三個共點力作用處於平衡狀態，則f1與f2之合力必與橡皮條拉力平衡，改用乙個拉力f′使結點仍到o點，則f′必與f1和f2的合力等效，以f1和f2為鄰邊作平行四邊形求出合力f，比較f′與f的大小和方向，驗證互成角度的兩個力的合成的平行四邊形定則.

（三）實驗器材

方木板、白紙、彈簧秤(兩隻)、橡皮條、細繩套(兩個)、三角板、刻度尺、圖釘若干、細芯鉛筆.

（四）實驗步驟

①用圖釘把白紙釘在放於水平桌面的方木板上.

②用圖釘把橡皮條的一端固定在a點，橡皮條的另一端拴上兩個細繩套.

③用兩隻彈簧秤分別鉤住細繩套，互成角度地拉橡皮條，將結點拉到某一位置o，如圖標記，記錄兩彈簧秤的讀數，用鉛筆描下o點的位置及此時兩個細繩套的方向.

④用鉛筆和刻度尺從結點o沿兩條細繩方向畫直線，按選定的標度作出這兩隻彈簧秤的讀數f1和f2的圖示，並以f1和f2為鄰邊用刻度尺和三角板作平行四邊形，過o點畫平行四邊形的對角線，此對角線即為合力f的圖示.

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