高中物理实验.docx

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高中物理实验

高中物理实验

实验七、验证机械能守恒定律

实验思考

1．怎样验证机械能守恒定律?

验证到什么结果就可以说验证了机械能守恒?

怎样用纸带上的两个计数点，验证机械能守恒?

2．验证机械能守恒，需要什么器材?

为什么不用天平也可以验证?

3．固定打点计时器时应注意些什么?

4．测量重力势能的减少量，需要测量什么量?

测量物体动能的增加量，需要测量什么量?

5．本实验中用的重锤，质量大一些好还是小一些好?

为什么?

[实验目的]验证机械能守恒定律。

[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内下落的距离Sn和Sn+1，由公式Vn=

，或由Vn=

算出。

[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。

[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用夹子固定好，另一端穿过打点计时器限位孔，用手竖直提起纸带使重锤停靠打点计时器附近。

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，且点迹清晰的一条纸带，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

mvn2，进行比较计算。

[注意事项]

1．打点计时器安装时，必须使两纸带限位孔正在同一条竖直线上，以减小摩擦阻力。

2．选用纸带时应尽量挑选第一、二两点间的距离接近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。

4．注意先开电源，然后再释放物体，其目的是使打第一个点时物体的初速度为零。

5．实验中减小实验误差的两个重点方法：

一是选择质量比较大的重物，使mg远远大于阻力f；二是使打点计时器的板面竖直，从而减小纸带和打点计时器之间的摩擦。

例1．实验中，除铁架台（带铁夹）、学生电源、导线、带铁夹的重锤和纸带外，还需选用下述仪器中的哪几种（）

A．秒表　　Ｂ．刻度尺　　Ｃ．天平　　Ｄ．打点计时器（答案：

ＢＤ）

例2．在“验证机械能守恒定律”的实验中，已知打点计时器所用电源的频率为50HZ，查得当地的重力加速度g=9.80m/s2,测得所用重物的质量为1.00kg,实验中得到一条点迹清晰的纸带如下图3所示,把第一个点计作0,另外连续的四个点A、B、C、D作为测量的点，经测量知道A、B、C、D各点到O点的距离分别为62.99cm、70.18cm、77.76cm、85.73cm。

根据以上数据，可知重物由O点运动到C点，

重力势能减少量等于J，动能的增加

量等于J。

（取3位有效数字）

（答案：

7.62，7.57）

例3．在本实验中，所有电源的频率为50Hz，某同学选择了一条理想的纸带，用刻度尺测量时各计数点位置对应刻度尺上的读数如上图4所示。

（图中O是打点计时器打的第一个点，A、B、C、D、E分别是以每打两个点的时间作为计时单位取的计数点）。

根据纸带求：

（1）重锤下落的加速度。

（2）若重锤的质量为m千克，则重锤从起始下落至B时，减少的重力势能为多少？

（3）重锤下落到B时，动能为多大？

（4）从

（2）、（3）的数据可得什么结论？

产生误差的主要原因是什么？

答案：

（1）9.69m/s2;

（2）

（3）EK=1.89mJ;（4）在实验误差允许的范围内,重锤重力势能的减少量等于其动能

的增加量,机械能守恒。

产生误差的主

要原因是重锤下落过程中受到阻力（空

气阻力、纸带与限位孔间的摩擦阻力）

的作用。

例4．在"验证机械能守恒定律"的实验中，已知打点计时器所用电源的频率为50赫。

查得当地的重力加速度g＝9.80米/秒2。

测得所用的重物的质量为1.00千克。

实验中得到一条点迹清晰的纸带，把第一个点记作0，另选连续的4个点A、B、C、D作为测量的点。

经测量知道A、B、C、D各点到0点的距离分别为62.99厘米、70.18厘米、77.76厘米、85.73厘米。

根据以上数据，可知重物由0点运动到C点，重力势能的减少量等于____焦，动能的增加量等于____焦（取3位有效数字）。

练习

1．关于验证机械能守恒定律的以下实验步骤

A．用天平称重物和夹子的质量B．将重物系在夹子上

C．将纸带穿过计时器，上端用手提着，下端夹在系住重物的夹子上，再把纸带向上拉，让夹子静止靠近打点计时器处

D．把打点计时器接在学生电源的交流输出端，把输出电压调至6V（电源暂不接通）

E．把打点计时器用铁夹固定到桌边的铁架台上，使两个限位孔在同一竖直线上

F．在纸带上选取几个点，进行测量并记录数据G．用秒表测出重物下落的时间

H．接通电源，待计时器响声稳定后释放纸带I．切断电源

J．更换纸带，重新进行两次实验K．在三条纸带中选取较好的一条

L．进行计算，得出结论，完成实验报告M．拆下导线，整理器材

本试验步骤中，不必要的有，正确步骤的合理顺序是（填字母代号）

2．在验证机械能守恒定律的实验中，下列物理量中需要测量

的有；通过计算得到的有（填写字母）

A．重锤质量B．重力加速度C．重锤下落的高度D．与下落

高度对应的重锤的即时速度3．用如图所示的实验装置验证机

械能守恒定律，实验所用的电源为学生电源，输出电压为6V

的交流电和直流电两种，重锤从高处由静止开始落下，重锤从

拖着的纸带通过打点计时器打出一系列的点，对纸带上的点的

痕迹进行测量，即可验证机械能守恒定律.

①下面列举了该实验的几个操作步骤：

A．按照图示的装置安装器件；

B．将打点计时器接到电源的直流输出端上；

C．用天平测量出重锤的质量；

D．释放悬挂纸带的夹子，同时接通电源开关打出一条纸带；

E．测量打出的纸带上某些点之间的距离；

F．根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是

否等于增加的动能.

指出其中没有必要进行的步骤是；操作不恰当的步骤是.

②利用这个装置也可以连续五个点A、B、C、D、E，测出A点距

起始点O的距离为s0，点A、C间的距离为s1，点C、E间的距离为s2，使用交流电

的频率为f，则根据这些条件计算重锤下落的加速度a的表达式为：

a=.

③在验证机械能守恒定律的实验中发现，重锤减少的重力热能总是大于重锤动能的增

加，其原因主要是因为在重锤下落过程中存在着阻力的作用，可以通过该实验装置测

定该阻力的大小.若已知当地重力加速度公认的较准确的值为g，还需要测量的物理

量是.试用这些物理量和纸带上的测量数据表示出重锤在下落的过

程中受到的平均阻力大小为F=.

实验八、用单摆测定重力加速度

实验思考

1．用单摆测量重力加速度是根据什么物理关系?

重力加速度的计算式是怎样的?

2．该实验要测量哪些量?

各用什么测量工具?

读数各有几位有效数字?

计算出来的重力加速度是几位有效数字?

（三位）

3．单摆应当选用什么样的球?

什么样的线?

线长度应当在什么范围内?

（80～120ｃｍ）

4．怎样保证小球的摆动是简谐运动?

小球摆成圆锥摆，对周期有什么影响?

5．测量摆长用什么测量工具?

有必要用卡尺或千分尺吗?

6．怎样测量单摆周期?

从何处开始计时?

到何处停止计时?

测30～50个周期有什么好处?

7．秒表怎样读数?

短针怎样读数?

长针怎样读数?

要不要估读?

秒表奇数位与偶数位的刻度不连续是怎么回事?

8．刻度尺长度只有30ｃｍ，怎样测重力加速度?

[实验目的]

利用单摆测定当地的重力加速度。

[实验原理]

单摆在摆角小于5º时的振动是简谐振动，其固有周期为T=2π

，由此可得g=

。

据此，只要测出摆长L和周期T，即可计算出当地的重力加速度值。

[实验器材]

铁架台（带铁夹），中心有孔的金属小球，约1米长的细线，米尺，游标卡尺（选用），秒表。

[实验步骤]

1．在细线的一端打一个比小球上的孔径稍大些的结，将细线穿过球上的小孔，制成一个单摆。

2．将铁夹固定在铁架台的上端，铁架台放在实验桌边，使铁夹伸到桌面以外，把做好的单摆固定在铁夹上，使单摆自由下垂。

3．测量单摆的摆长L：

用米尺测出悬点到球心间的距离；或用游标卡尺测出摆球的直径2r，再用米尺测出从悬点到小球上端的悬线长L‘，则摆长L=L‘+r。

4．把单摆从平衡位置拉开一个小角度（不大于5度），使单摆在竖直平面内摆动，用秒表测量单摆完成30至50次全振动所用的时间，求出完成一次全振动所用的平均时间，这就是单摆的周期T。

5．将测出的摆长L和周期T带入公式g=

求出重力加速度g的值。

6．改变摆长重做两次，并求出三次所得的g的平均值。

[注意事项]

1．选择材料时应选择细、轻又不易伸长的线，长度一般在1米左右，小球应选用密度较大的金属球，直径应较小，最好不超过2厘米。

2．单摆悬线的上端不可随意卷在铁夹的杆上，应夹紧在铁夹中，以免摆动时发生摆线下滑、摆长改变的现象。

3．注意摆动时控制摆线偏离竖直方向不超过5度，可通过估算振幅的办法来控制。

4．摆球摆动时，要使之保持在同一个竖直平面内，不要形成圆锥摆。

5．计算单摆的振动次数时，应以摆球通过最低位置时开始计时，以后摆球从同一方向通过最低点时，进行计数，且在数“零”的同时按下秒表，开始计时计数。

6．摆长是从悬点到球心的距离，L=L线+d/2，d为小球的直径，用卡尺测量

7．测n（30-50）次振动的时间t周期，周期为T=t/n

8．在进行数据处理时，可以用直接测出的数据根据g=4π2L／T2计算出不同摆长时重力加速度g的值，再求相应的平均值。

为减小实验误差，此实验还可以采用图象法，即：

根据T2=（4π2／g）L，在以T2为纵坐标、L为横坐标的坐标系中，以（L、T2）为坐标描点得出的将是过原点的直线，该直线的斜率k即等于（4π2／g），从而计算出重力加速度g的值。

注意用图象法时不画T与L的图象，因为此时的图线为曲线，很难看出T与L的平方根成正比。

例1．某同学在做“利用单摆测重力加速度”实验中，先测得摆线长为101.00cm,摆球直径为2.00cm,然后用秒表记录了单摆振动50次所用的时间为101.5s.则:

（1）.他测得的重力加速度为g=m/s2.

（2）.他测得的g值偏小,可能的原因是:

（）

A.测摆线长时摆线拉得过紧.B.开始计时时,秒表过迟按下.

C.摆线上端未牢固地系于悬点,振动中出现松动,使摆线长度增加了.

D.实验中误将49次全振动数为50次.

例2：

利用单摆周期公式测定重力加速度时，测出不同摆长l所

对应的周期T，做出T2－l图线，如图所示。

T2与l的关

系是，图线斜率的意义。

利用图线上任意

两个点a、b的坐标（l1，T12）、（l2，T22）计算重力加速度的

公式是。

例3．在做《用单摆测定重力加速度》的实验时，用摆长l和周期T计算重力加速度的公式是g=。

如果已知摆球直径为2.00cm，让刻度尺的零点对准摆线的悬点，摆线竖直下垂。

如图所示，那么单摆摆长是。

如果测定了40次全振动是时间如图中秒表所示，那么秒表的读数是s，单摆的摆动周期是s。

练习

1．某同学在做“用单摆测重力加速度”的实验时，测量5种不同摆长情况下单摆的振动周期，记录数据如下：

摆长L/m

0.5000

0.8000

0.9000

1.0000

1.2000

周期T/s

1.42

1.79

1.90

2.00

2.20

T2/s2

2.02

3.20

3.61

4.00

4.84

（1）以摆长L为横坐标，周期的平方T2为

纵坐标，根据以上数据在图8中画出T2—L

的图线。

（2）由此图像求出重力加速度g=m/s2。

（结果保留到小数点后二位）

2．在用单摆测定重力加速度的实验中，单摆摆角应，在摆球经过

位置开始计时，测得N次全振动的时间为t，用毫米刻度尺测量出摆长L，用螺旋测微器测出摆球的直径d

1）用上述物理量的符号写出测定重力加速度的一般表达式为g=

2）实验中某同学发现它测出的重力加速度值总是偏大，其原因可能是（）

A．实验室处在高山上，海拔太高B．单摆所用摆球太重

C．测出n次全振动的时间为t误以为（n+1）次全振动的时间进行计算

D．以摆球的直径与摆线长之和作为摆长来进行计算

3．

（1）在“研究平抛运动”实验中，某同学只

记录了小球运动途中的A、B、C三点的位置，取A点

为坐标原点，则各点的位置坐标如图所示，当g＝10m/s2

时，下列说法正确的是（）

A．小球抛出点的位置坐标是（0，0）

B．小球抛出点的位置坐标是（-10，-5）

C．小球平抛初速度为2m/s

D．小球平抛初速度为1m/s

4．某同学利用闪光照片研究平抛物体运动，他

记录了小球沿水平桌面运动并抛出的闪光照片，如

图所示，若图中每一正方形小格的边长为1cm，照

相机两次闪光的时间间隔为0.10s，利用图中数

据，可计算出小球抛出的水平速度为m/s，

小球通过c点时的竖直速度为m/s（可以用

根式表示）。

实验九、用油膜法估测分子的大小

实验原理

一滴体积为V的油滴滴在水面上，使之充分散开，形成单分子油膜，认为油分子是球状且紧紧地挨在一起，油膜的面积为S，则分子的直径为d=

实验方法

实验仪器

实验步骤

数据处理

注意事项

例题分析

电学实验

说明：

1．电学中的仪器使用，要求掌握的有：

电流表、电压表、万用表、电阻箱、滑动变阻器、示波器等

2．电学实验电路一般可分为电源、控制电路和测量电路三部分．其中控制电路的元器件为滑动变阻器，它的作用是保证测量电路的电流和电压在一个合适的范围变化，便于测量．

4．实验设计和仪器选择的基本原则:

（1）安全性原则

（2）精确性原则（3）方便性原则

一、限流电路和分压电路

1．限流电路：

（1）电路：

如图所示

（2）电路的特点：

在电源内阻不计的情况下，R用两端的电压调节范围：

E≥U用≥ER用/（R0+R用），电流调节范围：

E/R用≥I用≥E/（R0+R用）。

即电压和电流不能从调至零，因此调节范围较小。

要使限流电路的电压和电流调节范围变大，可适当增大R0。

另外，使用该电路时，在接通电前，R0应调到最大。

（3）选择条件：

为使负载Rx既能得到较宽的电流调节范围，又能使电流变化均匀，选择变阻器时，应使其总电阻R0＞Rｘ，一般在2～5倍为好．

2.分压电路：

（1）电路：

如图所示

（2）电路的特点：

在电源内阻不计的情况下，R用两端的电压调节范围为E≥U用≥0，

即电压可调到零，电压调节范围大。

电流调节范围为E/R用≥I用≥0。

（3）选择条件：

从电压调节均匀角度考虑，应使R0＜Rx，调节性能好，实际分压电路一般取RO在0.1Rx～0.5Rx之间为好。

通电前，滑片P置于A端，使U用=0。

3.两种用法的选择

如果滑动变阻器的额定电流够用，在下列三种情况下必须采用分压接法：

①用电器的电压或电流要求从零开始连续可调。

②要求电器的电压或电流变化范围大，但滑动变阻器的阻值小。

③采用限流接法时限制不住，电表总超量程，用电器总超额定值。

在安全（I滑额够大，仪表不超量程，用电器上的电流、电压不超额定值，电源不过载）、有效（调节范围够用）的前题下，若R用>R0，则只能采用分压电路.

二、测量电路的选择：

（1）内接法：

电路如图

选择条件：

RX＞＞RA

测量值大于真实值，测量值偏大，产生误差的原因是安培表的分压，使得电压测量偏大，测得的是电阻和安培表的串联总电阻

（2）外接法：

电路如图

选择条件：

RV＞＞RX

测量值小于真实值，测量值偏小，产生误差的原因是伏特表的分流，使得安培表测量值偏大，测出的是电阻和伏特表的并联总电阻

三、电表的选择和读数：

1．电表的选择依据：

①被测电路的电压、电流不超量程；②为减小测量误差，电流表和电压表应使指针偏转在满量程的1/3以上，最好达到满量程的2/3，欧姆表则使指针偏转到中央附近为好。

2．电表的读数：

①最小分度是“1”的仪器：

下一位估读，方法为估最小分度的n/10

②最小分度是“2”或“5”的仪器：

在本位上估读，不足半格的舍去，超过半格的按半格估读。

3.电阻箱的使用和读数

实验十、用描迹法画出电场中平面上的等势线

实验思考

1．为什么说本实验是模拟实验?

用什么场模拟静电场?

2．本实验用什么电源?

多高电压?

3．本实验可以采用哪两种测量仪表?

各怎样用?

4．本实验在板上铺几层纸?

各有什么功能?

什么次序?

5．本实验的电路怎样连接?

安装电极要注意些什么?

6．什么是基准点?

怎样决定基准点?

怎样找出基准点的等势点?

找多少个等势点?

7．怎样判定两个点的电势是否相相等?

两个探针哪个动?

哪个不动?

朝哪个方向动?

8．怎样描出等势线?

9．如果要模拟匀强电场，应当装什么样的电极?

怎样确定基准点?

10．如果要模拟孤立的正点电荷的电场，应当装什么样的电极?

[实验目的]

利用电场中电势差及等势面的知识，练习用描迹法画出电场中一个平面上的等势线。

[实验原理]

1．用导电纸上形成的稳恒电流场来模拟静电场，

当两探针与导电纸上电势相等的两点接触时，与探

针相连的灵敏电流计中通过的电流为零，指针不偏

转，从而可以利用灵敏电流计找出导电纸上的等势

点，并依据等势点绘出等势线。

2．等量异种电荷的电场线和等势面分布

[实验器材]

学生电源或电池组（电源电压约为6V），灵敏电流计，开关，导电纸，复写纸，白纸，圆柱形金属电极两个，探针两只，导线若干，木板一块，图钉，刻度尺。

[实验步骤]

1．在平整的木板上，由上而下依次铺放白纸、复写纸、

导电纸各一张，导电纸有导电物质的一面向上，用图钉把白

纸、复写纸、和导电纸一起固定在木板上。

2．在导电纸上平放两个跟它接触良好的圆柱形电极，

两个电极之间的距离约为10cm，将两个电极分别与电压

约为6V的直流电源的正负极相接，作为“正电荷”和“负电荷”，再把两根探针分别接到灵敏电流记的“+”、“-”接线柱上（如图所示）。

3．在导电纸上画出两个电极的连线，在连线上取间距大致相等的五个点作基准点，并用探针把它们的位置复印在白纸上。

4．接通电源，将一探针跟某一基准点接触，然后在这一基准点的一侧距此基准点约1cm

处选一点，在此点将另一探针跟导电纸接触，，这时一般会看到灵敏电流极的指针发生偏转，左右移动探针位置，可以找到一点使电流计的指针不发生偏转，用探针把这一点位置复印在白纸上。

5．按步骤（4）的方法，在这个基准点的两侧逐步由近及远地各探测出五个等势点，相邻两个等势点之间的距离约为1cm。

6．用同样的方法，探测出另外四个基准点的等势点。

7．断开电源，取出白纸，根据五个基准点的等势点，画出五条平滑的曲线，这就是五条等势线。

[注意事项]

1．电极与导电纸接触要良好，且与导电纸的相对位置不能改变。

2．寻找等势点时，应从基准点附近由近及远地逐渐推移，不可冒然进行大跨度移动，以免电势差过大，发生电流计过载现象。

3．导电纸上所涂导电物质相当薄，故在寻找等势点时，不能用探针在导电纸上反复滑动，而应采用点接触法。

4．探测等势点不要太靠近导电纸的边缘，因为实验是用电流场模拟静电场，导电纸边缘的电流方向与边界平行，并不与等量异种电荷电场的电场线相似。

[例题]

1．电场中等势线的装置，所用的电流计电流从那一接线

柱流入，其指针应向哪一侧偏？

在寻找基准点o的另一等势

点时，探针I与O点接触，另一探针II与导电纸上的C点

接触，电流计的指针向负接线柱一侧偏转，为了尽快探测到

新等势点，探针II应由C点逐渐：

A.向上移动B.向下移动

C.向左移动D.向右移动（答案C）

2．某同学在做“电场中等势线的描绘实验”中，若手头没有灵敏电流计，是否可以用内阻较大的电压表代替？

（答案能。

将电压表一端接某一电极，另一端接探针，使探针与各基准点接触并在附近移动，电压表读数相等的点即为等势点。

）

[练习]

1.在用电流场模拟静电场描绘电场等势线的实验中，在下列所给出的器材中，应该选用的有（用器材前的字母表示）。

A：

6V的交流电源；B：

6V的直流电源；C：

100V的直流电源；D：

量程0～0.5V，零刻度在刻度盘中央的电压表；

E：

量程0～300微安，零刻度在刻度盘中央的电流表；

（1）在实验过程中，要把复写纸、导电纸、白纸铺放在木板上，它们的顺序（自上而下）是：

①__②③。

（2）在实验中，按下电键，接通电路。

若一个探针与基准点O接触，另一探针已分别在基准点O的两侧找到了实验所需要的两点a、b（如图所示），则当此探针与a点接触时，电表的指针应（填“左偏”、“指零”或“右偏”）；当此探针与b点接触时，电表的指针应（填“左偏”、“指零”或“右偏”）。

2.电源E（电动势为12V，内阻不计），木板

N（板上从下往上依次叠放白纸、复写纸、导电纸各

一张），两个金属条A、B（平行放置在导电纸上，与

导电纸接触良好，用作电极），滑线变阻器R（其总阻

值小于两平行电极间导电纸的电阻），直流电压表

（量程为6V，内阻很大，其负接线柱与B极相连，

正接线柱与探针P相连），

（Ⅰ）在图中连线，画成实验电路原理图。

（Ⅱ）下面是主要的实验操作步骤，将所缺的内容填写在横线上方。

a接好实验电路。

b。

c合上K，并将探针P与A相接触。

d。

e用探针压印的方法把A、B的位置标记在白纸上。

画一线段连接AB两极，在连线上选取间距大致相等的5个点作为基准点，用探针把它们的位置印在白纸上。

f将探针与某一基准点相接触，，这一点是此基准的等势点。

用探针把这一点的位置也压印在白纸上。

用相同的方法找出此基准点的其它等势点。

g重复步骤f，找出其它4个基准点的等势点。

取出白纸画出各条等势线。

（Ⅲ）画出等势线和电场线的分布

实验十一、测定金属的电阻率

实验思考

1．伏安法测量电阻的理论根据是什么？

电阻的计算式是怎样的？

2．伏安法测量电阻有哪两种测量电路？

画出电路图。

怎样选用电流表内接还是外接？

3．两种电路产生系统误差的原因各是什么？

测量结果比电阻的实际值大还是小？

两种电路测量的结果，绝对误差和相对误差各多大？

两种电路分别适于测量多大的电阻？

如果知道电流表和电压表的内电阻，怎样计算待测电阻值？

4．已知待测电阻的大约值和电压、电流表的内电阻，怎样选用测量电路？

在待测电阻大小，安培表、伏特表内阻都不了解的情况下怎样决定采用哪种测量电路？

5．如果没有安培表，只有伏特表，另有一个电阻箱（或者两个定值电阻）怎样测电阻？

画出电路图。

6．如果没有伏特表，只有安培表，另有一个电阻箱（或者两个定值电阻）怎样测电阻？

画出电路图。

7．图1所示的电路中电流表内电阻可以忽略不计，用它怎样测量未知电阻Rx？

8．图2的电路中，怎