重复步骤(3)。
如此做几次。
对各次实验所得的纸带取好计数点,进行测量和计算,求出每条纸带对应的小车的加速度,分别记入表格中。
(5)保持砂桶总质量m不变,往小车上依次加不同数目的砂袋(其质量预先测出),重复步骤(3)几次。
把各次纸带数据记入下面的表格中。
(6)分析实验数据,看是否符合牛顿第二定律。
注意事项:
(1)平衡摩擦力和保证M>>m是减小本实验系统误差的关键。
采用上述“垫板法”平衡摩擦力,不仅操作方便,而且在改变小车质量的实验中不需再调。
调匀速时,先进行目测,最后应打一条纸带观察,看是否调到匀速了。
为了保证M>>m,小车质量应足够大。
如果所用小车质量较小,可在小车内装一些砝码以增加总质量。
(2)本实验的数据处理主要是用打点纸带测算加速度,可以逐差法求加速度,也可用速度-时间图象求加速度。
(3)分析实验数据验证牛顿第二定律时,可以用比例法验证:
即看比值
,
,……等在实验误差范围内是否为同一恒量(等于小车质量M);乘积M1a1,M2a2,M3a3……等是否为同一恒量(等于拉力mg);也可以作出a-F图像和a-
图像,看图像是否为直线来验证。
(4)如果平衡摩擦力做得不好,则图像不会通过坐标原点;如果不满足M>>m的条件,图像将会是一条曲线。
[常考点]:
1、误差的减小措施:
摩擦力的平衡(例如:
垫高木板),M>>m等;2、由纸带数据求速度和加速度;3、作出a-F图像和a-
图;4、图象不过原点的原因;5、实验结论的表达(要有前提条件),例如:
小车质量不变时,小车加速与合力成正比。
合力不变时,小车加速度与小车质量成反比。
实验五:
探究动能定理
一、实验目的:
探究合外力做功和动能变化的关系
二、实验器材:
打点计时器,电源,导线,一端附有定滑轮的光滑长木板,小车,纸带,细绳,弹簧测力计,砝码盘和砝码,刻度尺
三、实验原理:
用打点计时器和纸带记录下小车做匀加速运动的情况如图实所示。
通过测量和计算可以得到小车从O点到2、3、4、5点的距离,及在2、3、4、5点的瞬时速度。
从打下0点到打下2、3、4、5点的过程中,合外力F(等于绳的拉力)对小车做的功W及小车增加的动能ΔEk,可由下式计算:
,
其中n=2,3,4,5……
四、实验步骤:
1.把一端附有定滑轮的光滑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上没有定滑轮的一端,连接好电路(如图)。
2.在实验小车上先固定一个测力计,测力计的挂钩连接细轻绳,轻绳跨过定滑轮,挂一个小盘,盘内放砝码。
试放手后,小车能在长木板上平稳地加速滑行一段距离,把纸带穿过打点计时器,并把它的一端固定在小车后面。
3.把小车停靠在打点计时器处,先接通电源,再放开小车,让小车运动,打点计时器在纸带上打出一系列点迹。
在小车运动过程中读出测力计读数F,即小车受到的拉力大小。
取下纸带,换上新纸带,重复实验几次。
4.选择点迹清晰的纸带,记下第一个点的位置0,并在纸带上从任意点开始依次选取几个点,记作1,2,3,4,5,6,测量各点到0的距离x1,x2,x3,x4,x5,x6。
5.计算出打下2,3,4,5时小车的速度v2,v3,v4,v5。
6.计算从打下0点到打下2,3,4,5的过程中合外力F(大小等于测力计读数F)对小车做的功W及小车增加的动能ΔEk,并填入下表。
7.在坐标纸上画出ΔEk——W图像。
五、数据记录及处理:
以ΔEk为横轴,W为纵轴,做出ΔEk——W图像。
注意事项:
1.长木板应尽量光滑,如果摩擦力较大应先平衡摩擦力。
可以在长木板下端垫小物块。
2.使用打点计时器时应先接通电源再释放小车。
[常考点]:
1、纸带数据处理;2、作图,由图象得结论;3、误差分析;4、打点计时器时应先接通电源再释放小车;5、若用砝码的重力代替拉力,则要求M>>m;若用测力计(或力传感器)测量拉力,则不要求M>>m
实验六:
验证机械能守恒定律
一、实验原理:
当物体自由下落时,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:
mgh=
,借助打点计时器,测出重物某时刻的下落高度h和该时刻的瞬时速度v,即可验证机械能是否守恒,实验装置如图所示。
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内下落的距离sn和sn+1,由公式vn=
,或由vn=
算出,如图所示。
二、实验器材:
铁架台(带铁夹),打点计时器,学生电源,导线,带铁夹的重缍,纸带,米尺。
三、实验步骤:
1.按如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.把纸带的一端在重锤上用夹子固定好,另一端穿过计时器限位孔,用手竖直提起纸带使重锤停靠在打点计时器附近。
3.接通电源,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、二两点间的距离接近2mm,且点迹清晰一条纸带,在起始点标上0,以后各依次标上1,2,3……,用刻度尺测出对应下落高度h1、h2、h3……。
6.应用公式vn=
计算各点对应的即时速度v1、v2、v3……。
7.计算各点对应的势能减少量mghn和动能的增加量
,进行比较。
注意项事:
1.打点计时器安装时,必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的纸带。
3.因不需要知道动能和势能的具体数值,所以不需要测量重物的质量。
[常考点]:
1、纸带速度的计算(或重力势能的减少量,动能的增加量);2、纸带连接重物端的判断;3、打点计时器的使用:
先打点再放手;4、纸带第一个点速度是否为零的判断:
第一、二点间距接近2mm;5、误差分析及见小误差的措施。
实验七:
测定金属的电阻率(同时练习使用螺旋测微器)
一、实验目的:
学会用伏安法测量电阻的阻值,测定金属的电阻率。
二、实验原理:
用刻度尺测一段金属导线的长度L,用螺旋测微器测导线的直径d,用伏安法测导线的电阻R,根据电阻定律,金属的电阻率ρ=RS/L=πd2R/4L
三、实验器材:
①金属丝②千分尺③安培表④伏特表⑤电源(3伏)⑥滑动变阻器(20Ω)⑦电键一个⑧导线几根
【点拨】被测金属丝要选用电阻率大的材料,如铁铬铝合金、镍铬合金等或300瓦电炉丝经细心理直后代用,直径0.4毫米左右,电阻5~10欧之间为宜,在此前提下,电源选3伏直流电源,安培表选0-0.6安量程,伏特表选0-3伏档,滑动变阻器选0-20欧。
四、实验步骤:
(1)用螺旋测微器三次测量导线不同位置的直径取平均值D求出其横截面积S=πD2/4.
(2)将金属丝两端固定在接线柱上悬空挂直,用毫米刻度米尺测量接入电路的金属丝长度L,测三次,求出平均值L。
(3)根据所选测量仪器和选择电路的原则画好电路图1,然后依电路图按顺序给实物连线并将滑动变阻器的阻值调到最大。
(4)检查线路无误后闭合电键,调节滑动变阻器读出几组I、U值,分别计算电阻R再求平均值,设计表格把多次测量的D、L、U、I记下来。
【点拨】测量时通过金属丝的电流应控制在0.6A以下,本实验由于安培表量程0~0.60A,每次通电时间应尽量短(以能读取电表数据为准),读数完毕立即断开电键S,防止温度升高使金属丝长度和电阻率发生明显变化。
计算时,务必算出每次的电阻值再求平均值,不能先分别求电压U和电流I的平均值,再由欧姆定律得平均值,否则会带来较大计算误差。
【注意事项】
(1)测量金属导线的直径时要用螺旋测微器,测量的结果要估读到分度值的下一位。
(2)金属导线的电阻和电流表的内阻相差不很大,因此在用伏安法测电阻时应采用电流表的外接法,开始实验时滑动变阻器在电路中的阻值应调至最大,实验过程中通过金属导线的电流不宜过大,以防止温度升高电阻率发生变化。
【点拨】
(1):
为了减少电阻的计算误差,可以作U-I图象求出电阻的平均值
(2):
经验表明,引起实验误差的原因可能是:
①采用外接法则由于伏特表的分流影响,造成电阻测量值偏小,若误用内接法则安培表分压影响更大。
②仪表读数存在误差。
[常考点]:
1、电流表和电压表及滑动变阻器的选择;2、电流表内接、外接法的选择;3、滑动变阻器限流、分压接法的选择;4、电表量程的选择;螺旋测微器的读数;5、实验误差的分析及减小误差的措施;6、数据的处理。
实验八:
描绘小灯泡的伏安特性曲线
一、实验原理:
金属导体的电阻率随温度的升高而增大,从而使金属导体的电阻随温度的升高而增大,因此,对一只灯泡来说,未正常发光和正常发光时灯丝的电阻可相差几倍甚至几十倍,它的伏安特性曲线应该是一条曲线。
根据部分电路欧姆定律
可得:
,即在I-U坐标系中,图线的斜率等于电阻的倒数。
二、实验器材:
小灯泡、电压表、电流表、滑动变阻器、学生电源、开关、导线若干。
三、实验步骤:
1.按图实连接好电路,将开关置于断开状态,将滑动变阻器滑动头置于输出电压为0的位置。
2.闭合开关,逐渐调节滑动头的位置,增大输出电压,记录电流表和电压表的多组示数,填写在表格中。
3.整理器材。
4.并根据实验数据描绘出小灯泡的
图像。
观察图线并进行分析。
【注意事项】
1.因本实验要作出
图线,要求测出一组包括零在内的电压、电流值,因此滑动变阻器要采用分压接法。
2.电键闭合前滑动变阻器的滑片要移动到图中的A点。
3.电键闭合后,调节变阻器滑片的位置,使灯泡的电压逐渐增大,可在电压表读数每增加一个定值(如0.5V)时,读取一次电流值;调节滑片时应注意使电压表的示数不要超过小灯泡的额定电压。
4.加在灯泡两端的电压不能过高,以免烧毁灯泡。
实验时,应使灯泡两端电压由低向高逐渐增大,不要一开始就使小灯泡在高于额定电压下工作。
因为灯丝电阻随温度的升高而加大,如果灯丝由低温状态,直接超过额定电压使用,会由于灯丝瞬间电流过大而烧坏灯泡。
[常考点]:
1、电流表和电压表及滑动变阻器的选择;2、电流表内接、外接法的选择;3、滑动变阻器限流、分压接法的选择;4、电表量程的选择;5、实验的标准操作:
开关闭合前滑动变阻器的滑片要移动到图中的A点;6、实验误差的分析及减小误差的措施;7、作图及根据图象计算某一电压下灯泡的实际电阻、功率;8、将灯泡接如某一电动势为E内阻为r的电路中,灯泡的实际功率。
实验九:
测定电源的电动势和内阻
一、实验原理
如图1所示,改变R的阻值,从电压表和电流表中读出几组I、U值,利用闭合电路的欧姆定律求出几组
、r值,最后分别算出它们的平均值。
此外,还可以用作图法来处理数据。
即在坐标纸上以I为横坐标,U为纵坐标,用测出的几组I、U值画出U-I图象(如图2)所得直线跟纵轴的交点即为电动势值,图线斜率的绝对值即为内电阻r的值。
二、实验器材:
待测电池,电压表(0-3V),电流表(0-0.6A),滑动变阻器(10Ω),电键,导线。
三、实验步骤
1.电流表用0.6A量程,电压表用3V量程,按电路图连接好电路。
2.把变阻器的滑动片移到一端使阻值最大。
3.闭合电键,调节变阻器,使电流表有明显示数,记录一组数据(I1、U1),用同样方法测量几组I、U的值。
4.打开电键,整理好器材。
5.处理数据,用公式法和作图法两种方法求出电动势和内电阻的值。
【注意事项】
1.为了使电池的路端电压变化明显,电池的内阻宜大些,可选用已使用过一段时间的1号干电池。
2.干电池在大电流放电时,电动势E会明显下降,内阻r会明显增大,故长时间放电不宜超过0.3A,短时间放电不宜超过0.5A。
因此,实验中不要将I调得过大,读电表要快,每次读完立即断电。
3.要测出不少于6组I、U数据,且变化范围要大些,用方程组求解时,要将测出的I、U数据中,第1和第4为一组,第2和第5为一组,第3和第6为一组,分别解出E、r值再平均。
4.在画U-I图线时,要使较多的点落在这条直线上或使各点均匀分布在直线的两侧。
个别偏离直线太远的点可舍去不予考虑。
这样,就可使偶然误差得到部分的抵消,从而提高精确度。
5.干电池内阻较小时路端电压U的变化也较小,即不会比电动势小很多,这时,在画U-I图线时,纵轴的刻度可以不从零开始,而是根据测得的数据从某一恰当值开始(横坐标I必须从零开始)。
但这时图线和横轴的交点不再是短路电流。
不过直线斜率的绝对值照样还是电源的内阻,这时要特别注意计算斜率时纵轴的刻度不从零开始。
[常考点]:
1、作图并根据图象求E和r;2、电流表内接和外接带来的误差:
①电流表内接:
E测E测=E真,r测>r真;虽然电流表外接E的测量准确,但r的误差非常大,综合考虑,本实验采用电流表内接法。
3、当纵坐标U不是从0开始时,根据图象求E和r。
实验十:
多用电表的使用
器材:
多用电表,标明阻值为几欧、几十欧、几百欧、几千欧的定值电阻各一个,小螺丝刀。
步骤:
1.机械调零,用小螺丝刀旋动定位螺丝使指针指在左端电流零刻度处,并将红、黑表笔分别插入“+”、“-”插孔。
2.选挡:
选择开关置于欧姆表“×1”挡。
3.欧姆调零:
在表笔短接时调整欧姆调零旋钮使指针指在右端电阻零刻度处,每一次换电阻档都要从新进行欧姆调零。
(若“欧姆零点”旋钮右旋到底也不能调零,应更换表内电池)
4.测量读数:
将表笔搭接在待测电阻两端,读出指示的电阻值
5.换一个待测电阻,重复以上2、3、4过程。
6.多用电表用完后,将选择开关置于“OFF”挡或交变电压的最高挡,拔出表笔。
【注意事项】
1.多用电表在使用前,应先观察指针是否指在电流表的零刻度,若有偏差,应进行机械调零。
2.测电阻前,必须把待测电阻同其它电路断开,不能用两手同时握住两表笔金属部分测电阻。
3.合理选择量程,使指针尽可能指在中间刻度附近(中间1/3)。
若指针偏角太大,应改换低挡位;若指针偏角太小,应改换高挡位。
一般比被测电阻的估计值低一个数量级,如估计值为200Ω就应该选×10的倍率。
每次换挡后均要重新欧姆调零,读数时应将指针示数乘以挡位倍率。
4.测量完毕后应拔出表笔,选择开头置OFF挡或交流电压最高挡,电表长期不用时应取出电池,以防电池漏电。
[常考点]:
1、各种电表的读数;2、重要的操作步骤:
例如测电阻时,每一次换档都要从新进行欧姆调零;所测电阻要与电路断开;机械调零看需要进行;测电阻时使指针接近表盘中间位置,测量完毕开关置置OFF挡或交流电压最高挡等。
3、使用时保证电流“红进黑出”。
实验十一:
传感器的简单使用
一、实验原理:
传感器是通过对某一物理量敏感的元件(如光敏电阻。
热敏电阻等)将感受的信号(如力、热、光、声等)转换成便于测量的物理量(一般是电学量)从而直接反应出具体变化。
二、实验器材:
热敏电阻、多用电表、温度计、烧杯、热水、冷水、光敏电阻、铁架台(装有铁夹)、导线等。
三、实验步骤
1.热敏特性的实验
(1)在烧杯内倒入少量冷水,放在铁架台上,将悬挂在铁架上的温度计放入水中
(2)将多用电表的选择开关置于“欧姆”挡,将两支表笔短接,调零后再将两支表笔分别与热敏电阻的两个输出端相连。
(3)将热敏电阻放入烧杯内水中,在欧姆挡上选择适当的倍率,要重新欧姆调零,把两支表笔接到热敏电阻两输出端,观察表盘指示的热敏电阻的阻值,记入表格内。
(4)分几次向烧杯内倒入开水。
观察不同温度时热敏电阻的阻值,记入表格内。