高三物理实验全集-力学

归类 应 用 性 实 验 验 证 性 实 验 测 量 性 实 验 实验内容 1．游标卡尺的使用 说明 测量原理、使用方法；10分度、20分度、50分度的游标卡尺的读数等 2．螺旋测微器的使用 构造、原理、使用方法、正确读数等 3．练习使用示波器 面板上各个旋钮或开关的作用；调试方法；观察正弦波的波形等 4．传感器的简单应用 光电转换和热电转换及其简单应用；光电计数的简单了解等 5．验证力的平行四边形定则 实验的等效思想；作图法等 6．验证动量守恒定律 用平抛实验器进行实验；转化要验证的等效表达式；对暂态过程分阶段测量等 7．验证机械能守恒定律 用自由落体进行验证；使用打点计时器和刻度尺等 8．用单摆测定重力加速度 使用刻度尺和秒表；实验操作要求等 9．用油膜法估测分子的大小 溶液的配制；油膜面积的估算方法等 10．测定金属的电阻率 使用刻度尺和螺旋测微器；电流表、电压表量程的选择；测量电路的选取与连接等 11．把电流表改装为电压表 “半偏法”的设计思想与误差分析；计算分压电阻；改装表的校对与百分误差等 12．测定电源的电动势和内阻 实验电路的选取与连接；作图法求解的方法等 13．测定玻璃的折射率 用插针法测定；画光路图等 14．用双缝干涉测光的波长 用双缝干涉仪进行实验；实验调节；分划板的使用等 15．研究匀变速直线运动 明确实验目的；使用打点计时器；用刻度尺测量、分析所打的纸带来计算加速度等 16．研究平抛物体的运动 用平抛实验器进行实验；研究的目的和方法；描绘平抛轨迹；计算平抛物体的初速度等 17．用描迹法画出电场中平面上用恒定电流场模拟静电场；寻找等电势点的方的等势线 法；描迹的方法等 18．描绘小电珠的伏安特性曲线 使用电流表、电压表、滑动变阻器；电路的选取与连接；描绘U－I图象并分析曲线非线性的原因等 19．探究弹力和弹簧伸长的关系 实验设计的原理和方法；实验数据的记录与分析；实验结论的描述与表达形式等 20．用多用电表探索黑箱内的电多用电表的使用与读数；探索的思路；测量过学元件 程中的分析与判断等 研 究 性 实 验 探 究 性 实 验

物理实验的基本思想方法

1．等效法

等效法是科学研究中常用的一种思维方法．对一些复杂问题采用等效法，可将其变换成理想的、简单的、已知规律的过程来处理，常使问题的解决得以简化．因此，等效法也是物理实验中常用的方法．如在“验证力的平行四边形定则”的实验中，要求用一个弹簧秤单独拉橡皮条时，要与用两个互成角度的弹簧秤同时拉橡皮条时产生的效果相同——使结点到达同一位置O，即要在合力与两分力等效的条件下，才能找出它们之间合成与分解时所遵循的关系——平行四边形定则．又如在“验证动量守恒定律”的实验中，用小球的水平位移代替小球的水平速度；在“验证牛顿第二定律”的实验中，通过调节木板的倾斜度使重力的分力抵消摩擦力而等效于物体不受摩擦力作用．还有，电学实验中电流表的改装、用替换法测电阻等，都是等效法的应用．

2．转换法

将某些不易显示、不易直接测量的物理量转化为易于显示、易于测量的物理量的方法称为转换法(间接测量法)．转换法是物理实验常用的方法．如：弹簧测力计是把力的大小转换为弹簧的伸长量；打点计时器是把流逝的时间转换成振针的周期性振动；电流表是利用电流

L在磁场中受力，把电流转化为指针的偏转角；用单摆测定重力加速度g是通过公式T＝2π

g

把g的测量转换为T和L的测量，等等．

3．留迹法

留迹法是利用某些特殊的手段，把一些瞬间即逝的现象(如位置、轨迹等)记录下来，以便于此后对其进行仔细研究的一种方法．留迹法也是物理实验中常用的方法．如：用打点计时器打在纸带上的点迹记录小车的位移与时间之间的关系；用描迹法描绘平抛运动的轨迹；在“测定玻璃的折射率”的实验中，用大头针的插孔显示入射光线和出射光线的方位；在描绘电场中等势线的实验中，用探针通过复写纸在白纸上留下的痕迹记录等势点的位置等等，都是留迹法在实验中的应用．

4．累积法

累积法是把某些难以直接准确测量的微小量累积后测量，以提高测量的准确度的一种实验方法．如：在缺乏高精密度的测量仪器的情况下测细金属丝的直径，常把细金属丝绕在圆柱体上测若干匝的总长度，然后除以匝数就可求出细金属丝的直径；测一张薄纸的厚度时，常先测出若干页纸的总厚度，再除以被测页数即所求每页纸的厚度；在“用单摆测定重力加速度”的实验中，单摆周期的测定就是通过测单摆完成多次全振动的总时间除以全振动的次数，以减小个人反应时间造成的误差影响等．

5．模拟法

模拟法是一种间接实验方法，它是通过与原型相似的模型来说明原型的规律性的．模拟法在中学物理实验中的典型应用是“用描迹法画出电场中平面上的等势线”这一实验，由于直接描绘静电场的等势线很困难，而恒定电流的电场与静电场相似，所以用恒定电流的电场来模拟静电场，通过它来了解静电场中等势线的分布情况．

6．控制变量法

在多因素的实验中，可以先控制一些量不变，依次研究某一个因素的影响．如在“验证牛顿第二定律”的实验中，可以先保持质量一定，研究加速度和力的关系；再保持力一定，研究加速度和质量的关系；最后综合得出加速度与质量、力的关系．

实验数据的处理方法

1．列表法

在记录和处理数据时，常常将数据列成表格．数据列表可以简单而又明确地表示出有关物理量之间的关系，有助于找出物理量之间联系的规律性．

列表的要求：

(1)写明表的标题或加上必要的说明；

(2)必须交代清楚表中各符号所表示的物理量的意义，并写明单位； (3)表中数据应是正确反映测量结果的有效数字． 2．平均值法

现行教材中只介绍了算术平均值，即把测定的数据相加求和，然后除以测量的次数．必须注意的是，求平均值时应该按测量仪器的精确度决定应保留的有效数字的位数．

3．图象法

图象法是物理实验中广泛应用的处理实验数据的方法．图象法的最大优点是直观、简便．在探索物理量之间的关系时，由图象可以直观地看出物理量之间的函数关系或变化趋势，由此建立经验公式．

作图的规则：

(1)作图一定要用坐标纸，坐标纸的大小要根据有效数字的位数和结果的需要来定； (2)要标明轴名、单位，在轴上每隔一定的间距按有效数字的位数标明数值；

(3)图上的连线不一定通过所有的数据点，而应尽量使数据点合理地分布在线的两侧； (4)作图时常通过选取适当的坐标轴使图线线性化，即“变曲为直”．

虽然图象法有许多优点，但在图纸上连线时有较大的主观任意性，另外连线的粗细、图纸的大小、图纸本身的均匀程度等，都对结果的准确性有影响．

实验误差的分析及减小误差的方法

中学物理中只要求初步了解绝对误差与相对误差、偶然误差与系统误差的概念，以及能定性地分析一些实验中产生系统误差的主要原因．

(1)绝对误差与相对误差

设某物理量的真实值为A0，测量值为A，则

绝对误差为： ΔA＝|A－A0|， 相对误差为：

ΔA|A－A0|

＝．

A0A0

(2)偶然误差与系统误差

偶然误差是由于各种偶然因素（人为）对实验的影响而产生的．偶然误差具有随机性，有时偏大，有时偏小，所以可以通过多次测量求平均值的方法减小偶然误差．

系统误差是由于仪器本身不够精确，或实验方法粗略，或实验原理不完善而产生的．它的特点是使测量值总是偏大或总是偏小．所以，采用多次测量求平均值的方法不能减小系统误差．要减小系统误差，必须校准仪器，或改进实验方法，或设计在原理上更为完善的实验方案．

一、用打点计时器测速度 1、打点计时器基本知识：

1）电磁打点计时器:

（1）工作条件:交流电源、电压4-6V，频率f50Hz（即每隔0.02s打一次点)。 （2）注意:一般电磁打点计时器内部都装有一个变压器，当接入220V，f50Hz 的正弦式交变电压时，通过变压器的变压可以得到电磁打点计时器所 需的交变电压而能正常工作。 2）电火花打点计时器

（1）工作条件：交流电源、电压220V、频率f50Hz即每隔0.02s打一次点。 （2）注意：电火花打点计时器工作时， 纸带运动所受到的阻力比较小， 因此 它比电磁打点计时器实验误差小。 但在做实验时我们更多的是使用 电磁打点计时器， 因为电磁打点计时器使用时更简单方便。

2、用打点计时器测速度：

①实验目的

1）了解打点计时器的结构、原理及使用方法。 2）会用纸带求速度及根据vt图象处理数据。 ②实验器材

打点计时器、电源、刻度尺、纸带、复写纸、导线、坐标纸 ③实验步骤

1）了解打点计时器的结构，然后把它固定在桌子上。 2）按要求穿好纸带。 3）启动电源，用手水平拉动纸带，纸带上就会打出一行小点，随后立即关闭源。 4）纸带处理，从能够看清的某个点开始，往后数出若干个点，如果共有n个 那么n个点的间隔数为n-1，相邻两计时点间的时间间隔为0.02s，则纸 带运动的时间t  (n 1)0.02s。

（I）处理纸带数据时， 密集点间的位移测量起来误差大，应舍去；一般以五 个点（或每隔四个点）作为一个计数点，则相邻两个计数点间的时间间 隔为T '  5T  0.1s，所以相应纸带运动的时间t '  (n 1)0.1s 。 （II）注意计时点与计数点的物理意义不同。 5）完成实验，整理仪器。 ④数据处理

1）用刻度尺测量出各点间的距离。

x 2）利用公式v可以计算出纸带在某一段时间内的平均速度。

tx 3）利用vtv求纸带上某点的瞬时速度。

2t 注意： 一般计算某点的瞬时速度， X 应取该点前一点到后一点间的距离 4）根据同样的原理，可测出纸带中各点的瞬时速度，然后作纸带的vt图象。 5）由vt图象，分析纸带的运动情况。

注意： 从纸带上的点迹分布情况，也可以反映出纸带的运动情况。 ⑤注意事项

1）打点计时器使用的电源都是交流电源， 电磁打点计时器电压是 4~6V； 电火花打点计时器电压是 220V， 它们的频率都是 50Hz。

2）打点计时器在纸带上应打出轻重合适的小圆点，如遇到打出的点是小横线， 应调节振针与复写纸片间的高度， 使之大一些。 拓展： 打点计时器打出的点是小横线有两种可能情况。 （I）电源电压偏高。

（II）振针与复写纸片间的距离太低。

3）复写纸不要装反，每打完一条纸带，应调整一下复写纸的位置，若还不够清 晰，考虑更换复写纸。

4）使用打点计时器，应先接通电源，待打点计时器工作稳定后再拉动纸带。 5）使用电火花打点计时器时，还应注意把两条白纸带正确穿好，墨粉纸盘夹在 两纸带之间；使用电磁打点计时器时，应让纸带通过限位孔，压在复写纸下 面。

6）描点作图时，应把尽量多的点连在一条直线（或曲线）上，不能连在线上的 点应分居在线的两侧。误差过大的点可以舍去。

二、探究小车速度随时间的变化规律

①实验目的

1、根据相关实验器材，设计实验并熟练操作。 2、学会运用已学知识处理纸带，求各点的瞬时速度 及加速度。

3、巧用 v－t 图象处理数据，观察规律。

4、掌握画图象的一般方法，并能用简洁的语言进行阐述。 ②实验器材

学生电源、导线、打点计时器、钩码、一端带有滑轮的长木板、细线、纸带、刻度尺、坐标纸 ③实验步骤

1、把一端附有滑轮的长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，把打点计 时器固定在长木板远离滑轮的一端。

2、让一条细绳系在小车上，使细绳跨过滑轮，下边挂上合适的砝码，使小车 靠近打点计时器，装好纸带，连接好电路，启动电源，然后释放小车，让 小车拖动纸带运动，打完一条纸带后立即关闭电源，再取出纸带。 3、换上新纸带，重复操作三次。 4、完成实验，整理仪器 ④利用纸带计算加速度：

注意： T 取 0.02s，但是如果是以 5 个点（或每隔 4 个点）作为一个计数点 则T '  5T  0.1s 1、逐差法:

条件： n 为纸带中相邻的总段数（且 n  3，每小段纸带所对应的时间必须 相等），若 n为奇数则舍去第一段或最后一段化奇为偶。 拓展：若只知道相邻的两段或三段则用S2S1aT2求加速度。若只知道一些 不相邻的段数则用 SNSM(NM)aT2求加速度。

【每小段纸带所对应的时间必须相等】 ⑤注意事项

1、开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器。

2、先接通电源， 待打点计时器工作稳定后 再释放小车；当小车停止运动时 应及时关闭电源，再取出纸带。 3、需防止钩码落地和小车与滑轮相撞，当小车到达滑轮前应及时用手按住它。 4、钩码个数适当，以免 a 过大或过小。（应以 50cm 的纸带取得 20~40 个 连续点为佳）

三、探究弹力与弹簧伸长量的关系

①实验目的

探究弹力与弹簧伸长量的关系， 培养实验探究能力。 ②实验器材

铁架台、重锤线、轻质弹簧（一根）、钩码（一盒）、毫米刻度尺、坐标纸、三角板、铅笔 ③实验原理

弹簧悬挂重物静止时，弹簧的弹力和所挂重物的重力大小相等，测出每次悬挂 重物的重力大小F和弹簧的伸长量x，建立 F  x坐标系，描点作图即可得出F和x之间的关系。 ④实验步骤及数据处理

1、将铁架台固定于桌面上(固定好)，并将弹簧的一端系于横梁上,在弹簧附近 竖直固定一刻度尺（最小刻度为 1mm）。

2、记下弹簧不挂钩码(竖直悬挂且处于平衡状态)时其下端在刻度尺上的刻度 L0。

注意：若以弹簧水平放置且处于平衡状态时的长度作为弹簧的原长L0，则作出 来的弹力F与弹簧伸长量x的 F  x图象将不会过原点，这是由于弹 簧自身有重力而引起的误差。

3、依次在弹簧下端挂上 1 个、 2 个、 3 个、 …钩码，并分别记下钩码静 止时，弹簧下端所对应的刻度 L1、L2、L3… ，并记录在表格内，然后取 下钩码。

4、以弹簧伸长量为横坐标，以弹力为纵坐标，描出各组数据(x,F)对应的点， 并用平滑的曲线连接起来（包括直线）。

5、以弹簧伸长量为自变量，写出弹力与伸长量的关系式，首先尝试写成一次 函数，如果不行则考虑二次函数。 6、解释函数表达式中常数的物理意义。 7、完成实验，整理仪器。

实验结论：在实验误差允许的范围内，在弹簧的弹性限度内，弹力与弹簧的伸长 量成正比即F  kx ，在F  x图象中，斜率表示弹簧的劲度系数。 拓展：作弹力F与弹簧总长度L的F L 图象是一条不过原点的直线，其图线 跟x 轴的交点横坐标的物理意义是弹簧竖直悬挂且处于平衡状态时的原 长，图线的斜率表示弹簧的劲度系数。

⑤注意事项

1、要在弹簧的弹性限度内使用弹簧，所挂钩码不要过重，以免弹簧被过分拉 伸，超出它的弹性限度，要注意观察，适可而止。 2、每次所挂钩码的质量差尽量大一些，从而使坐标上描的点的间距尽可能大， 这样作出的图线更精确。

3、为了更好的测量劲度系数，在选用钩码时需考虑尽可能使伸长量在弹性限 度范围内，同时又有足够大的伸长量，以减小长度测量的误差。 4、测弹簧原长时,一定要在弹簧竖直悬挂且处于平衡状态时测量,以免弹簧自身 的重量而带来误差。

5、描点画线时，所描的点不一定都落在一条曲线上（或直线），但应注意一定 要使各点均匀分布在曲线（或直线）的两侧。

6、记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位。 ⑥误差分析

1、钩码标值不准确，弹簧长度测量不准确带来误差。 2、画图时描点及连线不准确也会带来误差。

注意：描出的点的连线后面变弯了的原因是因为后面的拉力超出了弹簧的弹性 限度。

拓展：若将上述弹簧竖直放置的实验装置改装成如下图所示的弹簧水平放置的 实验装置。

优点：避免弹簧自身所受重力对实验的影响。

缺点：弹簧与桌面及绳子与滑轮间存在摩擦对实验会造成误差。

四、验证力的平行四边形法则

①实验目的

验证力的平行四边形法则 ②实验器材

方木板、白纸、图钉、橡皮条、细绳套、细绳、弹簧秤、铅笔、刻度尺 。 ③实验步骤

使用弹簧秤时应注意的问题：

1、使用前要先调到零点，再用标准砝码检查示值是否准确，如不准，可以旋 转卡在弹簧圈上的三角形钢片来改变弹簧的工作圈数。（例如：对于示值偏 大的，应把三角片向上拧几圈，减少弹簧的工作圈数，增大劲度系数；对 于示值偏小的则采取相反措施）

2、使用时弹簧的伸长方向和所测拉力的方向要一致。

3、弹簧、指针、拉杆都不要与刻度板和刻度板末端的限位卡发生磨擦。 步骤：

（1）把橡皮条的一端固定在板上的 A 点。

（2）用两条细绳系在橡皮条的另一端，且两细绳的另一端均系上细绳套，通过 细绳套用两个弹簧秤互成角度拉橡皮条，橡皮条伸长，使结点伸长O点。 （3）用铅笔记O点的位置，画下两条细绳的方向，并记下两个弹簧秤的读数 F1、F2。

（4）在纸上按比例作出两个力F1、F2的图示，用平行四边形法则求出合力 F。 （5）只用一个弹簧秤，通过细绳套把橡皮条上的结点拉到同样的位置O点， 记 下弹簧秤的读数和细绳的方向，按同样的比例作出这个力 F′的图示，比较 F′与用平行四边形法则求得的合力F两力的大小是否相等，方向是否相同。

（6）改变F1、F2的夹角和大小，再做两次。 （7）完成实验，整理仪器。

实验采用的科学方法是：等效替换法。 ④注意事项

1、为了减小系统误差要用同一类型的弹簧秤。 2、拉力要沿弹簧秤轴线方向。

3、使用弹簧秤必须在弹簧的弹性限度内使用。在合力不超出量程及在橡皮条 的弹性限度内的前提下，测量数据应适当大些， 这样合力产生的效果较明 显，有利于减小实验误差。

4、橡皮条、细绳、弹簧秤应在同一平面内。弹簧、指针、拉杆都不要与刻度 板和刻度板末端的限位卡发生磨擦。

理解：弹簧秤的外壳与纸面间的摩擦不会影响实验结果。 5、每次实验时都应该使橡皮条的结点拉至同一位置O点。

6、两个分力F1、F2间的夹角不宜过大，当夹角接近 180º 时，两分力的合 力产生的效果并不明显，误差大。但也不宜过小，因为太小，作图困难，

误差大。因此两个分力F1、F2间的夹角应适当大些，实验中角以 60°— 100°之间为宜。

7、拉橡皮条的细线要适当长些，标记每条细线方向时使视线通过细线垂直于 纸面，在细线下面的纸上用铅笔点出两个定点的位置，并使这两个点的距 离要尽量远些。

8、作图时要用细铅笔，同一实验中选定的比例标度要相同，并且选取的比例 标度要适当大些，使所作力的图示稍大些。要用严格的几何方法作出平行 四边形，图旁要画出表示力的比例线段，且注明每个力的大小和方向。 注意： 理解比例标度。

例:1cm 表示10N的比例标度大于1cm表示20N的比例标度。 ⑤误差分析

本实验的误差除弹簧测力计本身的系统误差外，还主要来源于以下两个方面： 1、读数误差：减小读数误差的方法是弹簧测力计数据在弹性限度内，尽量大 一些．读数时眼睛一定要正视，要按有效数字正确读数和记录。

2、作图误差：减小作图误差的方法是作图时两力的对边一定要平行，两个分 力F1、F2间的夹角适当大些。

拓展：在验证两个互成角度的共点力的合成遵守平行四边形法则的实验中，只 用一个弹簧秤，其它的器材不变，请叙述实验步骤和方法。 （1）把橡皮条的一端固定在板上的 A 点。

（2）用两条细绳系在橡皮条的另一端，且两细绳的另一端均系上细绳套，一只 手拉住一细绳的细绳套，另一细绳的细绳套用一弹簧秤拉住，互成角度拉 橡皮条，橡皮条伸长，使结点伸长到O点。

（3）用铅笔记下O点的位置，画下两条细绳的方向，并记下弹簧秤的读数F1。 （4）用弹簧秤拉住原来用手拉住的细绳套，而手拉住原来用弹簧秤拉住的细绳 套，再按（3）步骤记下的原来两细绳的方向拉橡皮条，橡皮条伸长，使 结点伸长到O点，并记下弹簧秤的读数F1。

（5）在纸上按比例作出两个力F1、F2的图示，用平行四边形法则求出合力F。 （6）只用一个弹簧秤，通过细绳套把橡皮条上的结点拉到同样的位置O点， 记下弹簧秤的读数和细绳的方向，按同样的比例作出这个力 F′的图示， 比较 F′与用平行四边形法则求得的合力F两力的大小是否相等，方向 是否相同。

五、探究加速度与力、质量的关系

①实验目的

1、学会用控制变量法研究物理规律。 2、验证牛顿第二定律。

3、掌握利用图象处理数据的方法。 ②实验原理 控制变量法： 1、保持小车质量M一定时，改变小车受力F测出加速度a，用图象法研究a 与 F 的关系。

2、保持F一定时，改变小车质量M测出加速度a，用图象法研究a与M的关 系。 ③实验器材

一端附有滑轮的长木板、小车、细线和小盘、天平、砝码、打点计时器、学生 电源、纸带、刻度尺。 ④实验步骤

1、探究a与F的关系：

⑴用天平测出小车和小盘的质量M和m0把数值记录下来。

⑵按下图实验装置把实验器材安装好，使长木板有滑轮的一端伸出桌面。

⑶在长木板不带定滑轮的一端下面垫一小木块，通过前后移动，来平衡小车 的摩擦力。

⑷把细线系在小车上并跨过定滑轮，此时要调节定滑轮的高度使细线与木板 平行。

⑸将小车放于靠近打点记时器处，在小盘内放上砝码(5g)，接通电源，放开小 车得到一打好点的纸带（注意不要让小车撞到定滑轮，打好的纸带要标明 条件即小车的质量，小盘的质量及砝码的质量）。

⑹保持小车的质量不变，改变小盘内砝码的质量(10g、15g、20g、25g)，再做 几次实验。

⑺在每条纸带上都要选取一段比较理想的部分，算出每条纸带的加速度。 ⑻把各次实验中的数据填入表一内，作用力F的大小认为等于小盘和砝码 的重力，作出a  F 的图象。

实验结论： 如果a  F 图象中的点在一条过原点的直线上，则说明a与F成 正比，如果不是这样，则需进一步分析。

【在实验误差允许的范围内：aF】 2、探究a与M的关系：

在上述实验装置的基础上保持小盘内砝码质量不变，在小车上放砝码改变小车的质量（分别加 50g、100g、150g、200g），重复上面的实验。把各次实验中

1的数据填入表二内，作出a图象。

M

注意：不要作a  M图象，因为根据a  M 图象很难确定其图线函数关系， 从a  M 图象上看可能“a与M成反比”，但也可能是“以a与M2成反比”，甚至

11是更复杂的关系。因此我们可以作a图象，如果a图象中的点在一条过

MM1原点的直线上，则说明a与成正比即a与M成反比。

M⑤注意事项

1、平衡摩擦力时不要挂小盘，小车应连着纸带且通过打点记时器的限位孔。 2、调节木板上的滑轮使拉小车的细线要与长木板平行。 3、不要让小车撞到定滑轮。

4、起始小车应靠近打点计时器处，且先接通电源待打点计时器工作稳定后再 释放小车。

5、要使砝码和小盘的总质量远小于小车和车上砝码的总质量，这样才可以认 为绳子对小车的拉力大小等于小盘与砝码的重力大小。如果m过大或M过

1 小，造成m不远小于M，则作出来的 a  F 图象和a图象将不呈线。

M 如下图。

（因为开始时，m 较小，基本满足m << M，故实验误差小，所以前面一段图线几乎是

直线；但是随着m的增大，就不再满足 m << M ，实验误差大，同一F下产生的实 际加速度amgFmgF小于a ，故后面的图线为向下弯曲的

mMmMMM 曲线。）

拓展： 在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，保持 M 不变，若小车的a  F 图象为 不过原点的直线，如下图所示，则可能原因是

六、验证平抛运动

①实验目的

通过实验进一步明确平抛物体的运动是竖直方向的自由落体运动与水平方向的匀速直线运动的合运动，学会通过平抛物体运动的轨迹计算物体的初速度。 ②实验原理

平抛运动的特点，水平方向做匀速直线运动，竖直方向上做自由落体运动。 ③实验器材

平抛运动实验器、小球、刻度尺、描迹记录纸、复写纸、图钉、重锤线 ④实验步骤

1、将平抛运动实验器置于桌面，装好平抛轨道，使轨道的抛射段处于水平位 置（把小球放在斜槽的水平部分，小球能保持静止而不向任何方向滚动说 明斜槽抛射段是水平面的）。调节调平螺丝，观察重垂线或气泡水准，使面 板处于竖直平面内（防止小球在下落过程中与面板发生磨擦），卡好定位板， 装置如下图所示。

2、在描迹记录纸(或用白纸)上放一张复写纸，紧贴记录面板用压纸板固定在 面板上，使横坐x轴在水平方向上，纵坐标y轴沿竖直方向向下（若用白 纸，可事先用铅笔在纸上画出x、y坐标轴线），并注意使坐标原点的位置 与钢球球心刚离开轨道时在木板上的投影重合，坐标原点不是槽口的端点 【 即坐标原点在槽口的端点上方r处（r为小球半径） 】 。

记录纸要靠近斜槽边缘且至少高于斜槽 r（r为小球半径）以便使原点落在 记录纸上。

3、把接球挡板拉到最上方一格的位置，将定位板定在某一位置固定好。钢球 紧靠定位板静止释放，球沿轨道向下运动，以一定的初速度由轨道的平直 部分水平抛出，下落的钢球打在面板的接球挡板上，同时在面板上留下一 个印迹点。

4、再将接球挡板向下拉一格，重复上述操作方法，打出第二个印迹点，如此 继续下拉接球挡板，直至最低点，即可得到平抛的钢球下落时的一系列印 迹点。

5、变更定位板的位置，即可改变钢球平抛的初速度，更换记录纸、复写纸， 按上述实验操作方法，便可打出另一系列印迹点。

6、取下记录纸，将各次实验所记录的点用平滑曲线连接起来。即可得到以不 同的初速度做平抛运动的轨迹图线。 7、完成实验，整理仪器。

⑤数据处理

原理： 水平方向上做匀速直线运动，竖直方向上做自由落体运动。 1、在轨迹线上取三个点，使相邻两个点的水平距离相等（设为 L ），则：

2、 竖直方向上某一段时间t 内的平均速度等于竖直方向上该段时间t 内的中 间时刻的瞬时速度。

y 水平分速度为v0；vyt2vy

t则

时间t内对应的中间时刻点的合速度：vtv02v2 yt22 时间t内对应的中间时刻点的速度偏转角：arctanvyt2v0

拓展：求得某点的速度后再结合其它信息可以求出平抛运动抛出点的具体位置。 注意：解题时所给图象的顶点不一定是坐标原点（例：上图二中的点 A 不一定 是坐标原点），故解题时不能利用这一性质求解。（一般根据题目信息可以 推导出坐标原点的确切位置） ⑥注意事项

1、为了保证实验精度，必须保证记录面板处于竖直平面内，使平抛轨道的平 面靠近面板。

2、安放记录纸时，要使坐标原点与抛体的“抛出点”重合，这样才能正确地确 定抛体运动轨迹的起始点，从而确定轨迹上任意点的 x、 y 坐标。

3、应尽量使描出的平抛轨迹占满白纸，让得到的图象尽可能的大些，以便减 小实验误差。数据处理时选取离“抛出点”较远的点分析求解误差更小。 4、描绘同一轨迹线时，小球都要从同一位置静止释放。 5、描迹记录纸(或用白纸)在下，复写纸在上。 ⑦误差分析

1、安装斜槽时，其末端切线不平而产生误差。

2、建立坐标系时，以斜槽末端端口位置为坐标原点产生误差。 3、数据测量时，测量不准确而产生误差。 4、确定小球位置不准确而产生误差。

七、探究功与速度变化的关系

①实验目的

1、通过实验探究外力对物体做功与物体速度变化的关系。

2、通过实验数据分析，总结出做功与物体速度平方的变化成正比关系。 ②实验原理

探究功与速度变化的关系，可通过改变力对物体做的功，测出力对物体做不同 功时物体的速度，为简化实验可将物体初速度设置为零，可用如下图所示的装 置进行实验，通过增加橡皮筋的条数使橡皮筋对小车做的功成倍增加，再通过 打点计时器和纸带来测量每次实验后小车的末速度。 ③实验器材

小车(前面带小钩)、100 g～200 g砝码、长木板（两侧适当的对称位置钉两个铁钉）、打点计时器及纸带、学生电源及导线(使用电火花计时器不用学生电源) 、5～6 条等长的同种橡皮筋、刻度尺。 ④实验步骤

1、按下图所示组装好实验仪器，由于小车在运动中会受到阻力，把木板装有 打点计时器的一端用薄木块略微垫高，平衡摩擦力。

2、先用一条橡皮筋做实验，用打点计时器和纸带测出小车获得的速度v1，设 此时橡皮筋对小车做的功为W1 ，将这组数据记入下表内。

3、用2条橡皮筋做实验，实验中橡皮筋拉伸的长度与第一次相同，这样橡皮 筋对小车做的功为W2 ，测出小车获得的速度v2，将数据记入下表内。 4、用3条、4条…橡皮筋做实验，用同样的方法测出相应的功与速度，记入 下表内。

5、测量小车的速度：实验获得如下图所示的纸带，为探究橡皮筋弹力做功和 小车速度的关系，需要测量弹力做功结束时小车的速度，即小车做匀速运 动的速度，应在纸带上测量的物理量是（用字母表示）点A1和A2 间的距

vx （T 为相邻两 离x，小车速度的表达式是（用测量的物理量表示） T 计数点间的时间间隔）。

6、实验数据记录

7、实验数据处理及分析：在坐标纸上画出W v和W v图线

(“W ”以一根橡皮筋做的功为单位)。

2

⑤注意事项

1、平衡摩擦力：将木板一端垫高，使小车重力沿斜面向下的分力与摩擦阻力 平衡．方法是轻推小车，由打点计时器打在纸带上的点的均匀程度判断小 车是否匀速运动，找到木板一个合适的倾角。

2、选点迹测小车的末速度：测小车的末速度时，纸带上的点应选均匀部分的， 也就是选小车做匀速运动状态的点迹。

3、橡皮筋的规格要一样：力对小车做的功以一条橡皮筋做的功为单位即可， 不必计算出具体数值。 ⑥误差分析

1、误差的主要来源是橡皮筋的长度、粗细不一，使橡皮筋的拉力做功与橡皮 筋的条数不成正比。

2、没有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力时倾角过大也会造成误差。 3、利用打上点的纸带计算小车的速度时，测量不准带来误差。 拓展： 验证“动能定理”。

八、验证机械能守恒定律

①实验目的

验证机械能守恒定律。 ②实验原理

当物体由静止自由下落时，只有重力做功，物体的重力势能和动能互相转 化，机械能守恒。若某一时刻物体下落的瞬时速度为v，下落高度为h，则应有：

1mghmv2，用米尺测出重物某时刻的下落高度 h，借助打点计时器计算出该

2时刻对应的瞬时速度v，即可验证机械能是否守恒，实验装置如下图所示。

测定第n点的瞬时速度的方法是：测出第n点的相邻前、后两段相等时间T

SSn1ddn1内下落的距离Sn和Sn1，由公式vnn（或由vnn1）算出，如下

2T2T图所示。 （原理：匀变速直线运动某一段时间内的平均速度等于该段时间中间 时刻的瞬时速度）

③实验器材

铁架台（带铁夹），打点计时器，学生电源，导线，带铁夹的重锤，纸带， 米尺。 ④实验步骤

1、按上图装置把打点计时器安装在铁架台上，用导线把打点计时器与学生电 源连接好。 2、把纸带的一端系在重锤上用夹子固定好，另一端穿过打点计时器的限位孔， 竖直提起纸带使重锤停靠在打点计时器附近。

3、接通电源，待打点计时器正常工作后松开纸带，让重锤自由下落。 4、重复几次，得到 3～5 条打好点的纸带。

5、在打好点的纸带中挑选第一、二两个点间的距离接近2mm，且点迹清晰的 一条纸带，在起始点标上 0，以后依次各标上 1，2，3……，用刻度尺测出 对应下落的高度 h1、h2、h3……

理解：因为打点计时器接交流50HZ，0.02s打一次点，所以第一个点和第二个点

1 间的距离dgT22mm

2 （I）由于空气阻力及纸带与打点计时器间的摩擦，第一个点与第二个点间的

距离d 会略小于 2mm。

（II）若先放纸带后启动打点计时器，则第一个点与第二个点间的距离 d 有可 能会大于 2mm。

SSn1ddn1 6、应用公式vnn（或由vnn1） ,计算各点对应的瞬时速度

2T2T v1、v2、v3……

12 7、计算各点对应的重力势能减少量mghn和动能的增加量mvn，进行比较。

2 （I）理解由于阻力的影响，某点重力势能的减少mghn会略大于该点动能的

12 增加量mvn

212 （II）在实验误差允许的范围内可以认为mghnmvn，即机械能守恒。

2 （III）因不需知道动能和重力势能的具体数值，所以不需要测量重锤的质量。 ⑤注意项事

1、打点计时器安装时，须使纸带和限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力。 2、选用纸带时应尽量挑第一、二点间距接近2mm 且点迹清晰的纸带。 3、 处理纸带数据时， 密集点间的位移测量起来误差大， 则一般以五个点（ 或 每隔四个点）作为一个计数点， 则相邻两个计数点间的时间间隔为 T '  5T  0.1s . ⑥误差分析

纸带与打点计时器之间有摩擦带来实验误差；用米尺测量纸带上点的位置时读 数有误差；交流电频率不稳定等带来误差。

拓展： 上述实验要求纸带必须完整（特别是第一个点很重要），若纸带不完整

1212mvn来验证机械 或不知道纸带的第一个点，则可采用：mghnmmvm22 能守恒定律。