高中物理实验宝典.docx

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高中物理实验宝典

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实验验证动量守恒定律

一）实验目的

1．验证一维碰撞中的动量守恒．

2．探究一维弹性碰撞的特点．

二）实验原理

在一维碰撞中，测出物体的质量m和碰撞前后物体的速度v、v′，找出碰撞前的动量p＝m1v1＋m2v2及碰撞后的动量p′＝m1v1′＋m2v2′，看碰撞前后动量是否守恒．

三）实验器材

方案一：

气垫导轨、光电计时器、天平、滑块（两个）、重物、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、

撞针、橡皮泥．

方案二：

带细线的摆球（两套）、铁架台、天平、量角器、坐标纸、胶布等．

方案三：

光滑长木板、打点计时器、纸带、小车（两个）、天平、撞针、橡皮泥．

方案四：

斜槽、大小相等质量不同的小铜球两个、重垂线一条、白纸、复写纸、天平、刻度尺、

圆规、三角板．

四）实验步骤

方案一：

利用气垫导轨完成一维碰撞实验

1．测质量：

用天平测出滑块质量．

2．安装：

正确安装好气垫导轨．

3．实验：

接通电源，利用配套的光电计时装置测出两滑块各种情况下碰撞前后的速度

（①改变滑块的质量．②改变滑块的初速度大小和方向）．

4．验证：

一维碰撞中的动量守恒．

方案二：

利用等长悬线悬挂等大小球完成一维碰撞实验

1．测质量：

用天平测出两小球的质量m1、m2.

2．安装：

把两个等大小球用等长悬线悬挂起来．

3．实验：

一个小球静止，拉起另一个小球，放下时它们相碰．

4．测速度：

可以测量小球被拉起的角度，从而算出碰撞前对应小球的速度，

测量碰撞后小球摆起的角度，算出碰撞后对应小球的速度．

5．改变条件：

改变碰撞条件，重复实验．

6．验证：

一维碰撞中的动量守恒．

方案三：

在光滑桌面上两车碰撞完成一维碰撞实验

1．测质量：

用天平测出两小车的质量．

2．安装：

将打点计时器固定在光滑长木板的一端，把纸带穿过打点计时器，

连在小车的后面，在两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥．

3．实验：

接通电源，让小车A运动，小车B静止，两车碰撞时撞针插入橡皮泥中，

把两小车连接成一体运动．

4．测速度：

通过纸带上两计数点间的距离及时间由v＝算出速度．

5．改变条件：

改变碰撞条件、重复实验．

6．验证：

一维碰撞中的动量守恒

方案四：

碰撞前后的速度测量是实验中误差的主要来源，

若采用下列实验方法可避免速度的测量．

如图1－2－1所示，将质量分别为m1和m2的两小球发生正碰，

若碰前m1运动，m2静止，且m1>m2，根据动量守恒定律应有：

m1v1＝m1v1′＋m2v2′

因小球从斜槽末端飞出后做平抛运动，由平抛运动的知识可知，小球下落高度相同，则飞行时间相同，若用飞行时间作时间单位，则水平速度大小就等于小球飞出的水平距离，则动量守恒时应有：

五）误差分析

1．系统误差：

主要来源于装置本身是否符合要求，

即：

（1）碰撞是否为一维碰撞．

（2）实验是否满足动量守恒的条件：

如气垫导轨是否水平，两球是否等大，长木板实验是否平衡掉摩擦力．

2．偶然误差：

主要来源于质量m和速度v的测量．

3．改进措施：

（1）设计方案时应保证碰撞为一维碰撞，且尽量满足动量守恒的条件．

（2）采取多次测量求平均值的方法减小偶然误差．

六）注意事项

1．前提条件：

碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”．

2．方案提醒：

（1）若利用气垫导轨进行实验，调整气垫导轨时，注意利用水平仪确保导轨水平．

（2）若利用摆球进行实验，两小球静放时球心应在同一水平线上，且刚好接触，摆线竖直，

将小球拉起后，两条摆线应在同一竖直面内．

（3）若利用长木板进行实验，可在长木板下垫一小木片用以平衡摩擦力．

（4）若利用斜槽进行实验，入射球质量应大于被碰球质量，

且入射球每次都必须从斜槽轨道同一位置由静止释放．

3．探究结论：

寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不改变．

题型一对基本原理和实验方法的考查

【例1】如图1－2－2所示为实验室中验证动量守恒的实验装置示意图．

（1）若入射小球质量为m1，半径为r1；被碰小球质量为m2，半径为r2，则（　）

A．m1＞m2，r1＞r2B．m1＞m2，r1＜r2两小球要选等大的，

C．m1＞m2，r1＝r2D．m1＜m2，r1＝r2且入射小球的质量应大些

（2）为完成此实验，以下所提供的测量工具中必需的是__ac．（填下列对应的字母）

A．直尺B．游标卡尺　C．天平　D．弹簧秤　E．秒表

（3）设入射小球的质量为m1，被碰小球的质量为m2，P为碰前入射小球落点的平均位置，

则关系式（用m1、m2及图中字母表示）________________成立，即表示碰撞中动量守恒．

解析：

（2）该实验必须测出两球平抛的水平位移和质量，故必须用到直尺和天平，

因两球平抛起点相同，不用测小球直径，故用不到B.

（3）因平抛落地时间相同，可用水平位移代替速度，故关系式为

题型二实验数据测量与处理

【例2】气垫导轨是常用的一种实验仪器．它是利用气泵使带孔的导轨与滑块之间形成气垫，

使滑块悬浮在导轨上，滑块在导轨上的运动可视为没有摩擦．

我们可以用带竖直挡板C和D的气垫导轨以及滑块A和B来探究碰撞中的不变量，

实验装置如图1－2－3所示（弹簧的长度忽略不计），采用的实验步骤如下：

a．用天平分别测出滑块A、B的质量mA、mB

b．调整气垫导轨，使导轨处于水平

c．在A和B间放入一个被压缩的轻弹簧，用电动卡销锁定，静止地放置在气垫导轨上

d．用刻度尺测出A的左端至C板的距离L1

e．按下电钮放开卡销，同时使分别记录滑块A、B运动时间的计时器开始工作．

当A、B滑块分别碰撞C、D挡板时停止计时，记下A、B分别到达C、D的运动时间t1和t2

（1）实验中还应测量的物理量是___________________________________________________________；

（2）利用上述测量的实验数据，得出关系式________成立，即可得出碰撞中守恒的量mv的矢量和，上式中算得的A、B两滑块的动量大小并不完全相等，产生误差的原因是__________________________________________________________________；

（3）利用上述实验数据能否测出被压缩弹簧的弹性势能的大小？

如能，请写出表达式．

解答：

（1）要测量B的速度必须要先测出B的位移和发生该位移所用时间，

故还应测量的物理量为B的右端至D板的距离L2.

（2）因为碰撞之前两物体都静止即总动量为零，所以要得出守恒的量是mv的矢量和，

需得到的关系式

.给验证带来误差的原因有测量时间、距离等存在误差，

由于阻力、气垫导轨不水平等造成误差．（只要答对其中两点即可）

（3）根据能量守恒定律，A、B两物体运动的动能来源于静止时候压缩弹簧的弹性势能，

故根据动能的总和可求弹簧的弹性势能，即

专题电阻的测量方法

专题导析：

一、电表的使用及读数方法

1．使用时应注意

（1）使用前若指针未对准零刻度线，应进行零点调整（机械调零）．

（2）选择合适的量程：

使得测量时指针偏转角度要尽可能大，

一般要求超过量程的1/3，但又不能超过量程．

（3）电流表应串联在被测电路中，电压表应并联在被测电路两端．

2．读数方法注：

电表“＋”“－”接线柱不能接反．

（1）读数时应使视线垂直刻度盘表面．

（2）估读问题

①最小分度为“1”的仪器，测量误差出现在最小分度的下一位，

在下一位按十分之一估读．

②最小分度为“2”、“5”的仪器，测量误差出现在最小分度的同一位，

在同一位按二分之一、五分之一估读．

特别提醒：

（1）一般情况下，电路中的电表没有特别说明或明显暗示，

都可视为理想电表，对电路无影响．

（2）电表不可看作理想电表在某种场合下，要考虑到电表内阻对原电路的影响，

可把电流表和电压表分别看作能显示出电流值和电压值的电阻．

针对训练：

1．如图7－3－1甲是学生实验用的有两个量程的电流表刻度盘，当用“＋”和“－0.6”两接线柱时，

能测量的最大电流是____A，对应刻度盘上每一小格代表____A，图中表针示数为___A；

当使用电流表的“＋”和“－3”两接线柱时，对应刻度盘上每一小格代表___A，图中表针示数为___A.

图乙为学生实验用的两个量程的电压表刻度盘，当使用较小量程时，测量电压最大值不得超过____V，每小格表示___V，图中指针示数___V；若使用的是较大量程时，则表盘刻度每小格表示__V，图中指针示数___V.

二、伏安法测电阻1．两种测量电阻的电路

内接法

外接法

电路图

误差原因

电流表U测＝Ux＋UA

电压表I测＝Ix＋IV

电阻测量值

R测＝＝Rx＋RA＞Rx

测量值真实值

R测＝＝Rx＜Rx

测量值真实值

适用条件

RA≪Rx

RV≫Rx

2.两种控制电路　

项目/接法　

限流式

分压式

电路组成

电压调节范围

≤Ux≤E（不计电源内阻）

0≤Ux≤E（不计电源内阻）

电流调节范围

≤Ix≤

0≤Ix≤

闭合开关前

触头应处位置

b端

a端

相同条件下电路消耗的总功率

E·Ix

E（Ix＋IaP）

由上表可以看出：

滑动变阻器的分压式接法中，电压和电流的调节范围较大，限流式接法较节能．

3．两种接法的选择

4．两种接法的适用条件

（1）限流式接法适用于测阻值小的电阻，相对滑动变阻器总电阻而言，

但又不是相差很大．这样移动滑动触头调节范围大且方便．

（2）分压式接法适合测量大阻值电阻（与滑动变阻器的总电阻相比），

因为Rx越大，分压式中Rx几乎不影响电压的分配，滑片移动时，电压变化明显，便于调节．

通常情况下（满足安全条件），由于限流电路连接简单，耗能较小，一般优先考虑用限流接法．

针对训练：

2．用伏安法测电阻，可采用7－3－2所示的甲、乙两种接法．

如所用电压表内阻为5000Ω，电流表内阻为0.5Ω.

（1）当测量100Ω左右的电阻时，宜采用_甲_电路．

（2）现采用乙电路测量某电阻的阻值时，

两电表的读数分别为10V、0.5A，则此电阻的测量值为_20_Ω，真实值为__20.08__Ω.

解析：

（1）

＝200，与Rx≪RV和Rx≫RA两个条件相比，显然待测电阻

更符合Rx≫RA这说明因电流表的分压造成的误差要比因电压表的分流造成的误差小，所以选甲图

（2）R测＝

Ω＝20Ω电压表中的电流IV＝

A＝0.002A

Rx中电流IR＝I测－IV＝（0.5－0.002）A＝0.498A

所以R真＝

Ω＝20.08Ω.

2.用伏安法测金属电阻Rx（约为5Ω）的值，已知电流表内阻为1Ω，量程为0.6A，电压表内阻为几千欧，量程为3V，电源电动势为9V，滑动变阻器的阻值为0～6Ω，额定电流为5A，试画出测量Rx的原理图．

解析：

待测金属电阻Rx≪

应采用电流表外接法．

如果采用变阻器限流接法，负载Rx的电压Umin＝

Umax＝9V.

调节范围45/11～9V，显然所提供的电压表量程不够，

应采用分压接法，实际电路应如右图所示。

典例剖析：

题型一：

伏安法测电阻

【例1】为用伏安法测量一个定值电阻阻值的实验，备有器材规格如下：

①待测电阻Rx（约100Ω）②直流毫安表（量程0～10mA，内阻50Ω）

③直流电压表（量程0～3V，内阻5kΩ）④直流电源（输出电压4V，允许最大电流1A）

⑤滑动变阻器（阻值范围0～100Ω，允许最大电流1A）⑥电键、导线若干

根据器材的规格和实验要求，画出正确电路图．

解析：

（1）选择测量电路用伏安法测电阻，首先要判明电流表应该内接还是外接，

由题目所给器材规格来看，显然不是满足RA≪Rx条件，

而是满足RV≫Rx条件，所以应采用外接法．

（2）选择控制电路

滑动变阻器若使用如右图电路，当滑动触头P处于最左端，滑动变阻器为最大值时，

由题设条件估算出流过电流表的最小电流I＝

＝

A＝16mA

超过电流表的量程．因此变阻器应分压连接．正确的连接图如图所示：

画图的关键是：

毫安表需外接，变阻器接成分压电路，

实验开始前将滑动变阻器的滑动触头滑至分压为零的位置．

以题说法：

1．伏安法测电阻的电路选择

（1）阻值比较法：

先将待测电阻的估计值与电压表、电流表的内阻进行比较，

若Rx较小，宜采用电流表外接法；若Rx较大，宜采用电流表内接法．

（2）临界值计算法：

Rx<

用电流表外接法．

Rx>

用电流表内接法．

（3）实验试探法：

按图7－3－3接好电路，让电压表接线柱P先后与a、b处接触一下，

如果电压表的示数有较大的变化，而电流表的示数变化不大，则可采用电流表外接法；

如果电流表的示数有较大的变化，而电压表的示数变化不大，则可采用电流表内接法．

2．在下列情况下必须采用分压接法

（1）要使某部分电路的电压或电流从零开始连续调节．

（2）如果实验所提供的电表量程或电阻元件允许的最大电流很小，采用限流接法时，

无论怎样调节，电路中的实际电流（电压）都会超过电表量程或电阻元件允许的最大电流（电压），

为了保护电表或电阻元件，必须采用分压接法．

（3）若待测电阻的阻值比滑动变阻器总电阻大得多，采用限流接法时，

即使变阻器的滑动片从一端滑至另一端，待测电阻上的电流（电压）变化范围不够大，

不利于多次测量求平均值或用图象法处理数据，因此要采用分压接法．

题型二：

“替代法”测电阻

【例2】要测量一个未知电阻Rx的阻值（阻值约为4Ω），现有如下器材：

读数不准的电流表A（满偏电流约为0.6A），滑动变阻器R（最大阻值20Ω），电阻箱R1（最大阻值99.9Ω），电源E1（电动势为2V，内阻不计），单刀单掷开关S1，单刀双掷开关S2，导线若干．

现要求尽量精确地测量Rx的阻值．

解析：

本题提供了一个读数不准的电流表，所以无法直接读出读数，

因此可利用电阻箱等效替代的方法来测量未知电阻．

（1）根据实验所给器材，设计实验电路如右图所示．③则Rx＝R1

（2）主要步骤：

①闭合S1，将S2与Rx接通，记下电流表指针所指位置；

②将S2与R1接通，调节R1的阻值，使电流表指针指在原来的位置，记下R1的值；

.

题型三：

电表内阻的测量

【例3】某电压表的内阻在20kΩ～50kΩ之间，现要测量其内阻，实验室提供下列可供选用的器材：

待测电压表V（量程3V）、电流表A1（量程200μA）、电流表A2（量程5mA）、电流表A3（量程0.6A）、

滑动变阻器R（最大值1kΩ）、电源E（电动势4V），开关S.

（1）所提供的电流表中，应选用________．

（2）为了减小误差，要求测量多组数据，试画出符合要求的电路图．

思路点拨：

解答

（1）电压表的读数即为其内阻上的电压U，若将它与电流表串联，测出流过它（即流过其内阻）的电流I，即可转化为由“伏安法”测出其内阻RV＝U/I.取电压表内阻的最小可能值20kΩ，并结合电压表的量程3V，可求得流过电流表的最大电流Im＝3/（20×103）A＝1.5×10－4A＝0.15mA＝150μA.为使与电压表串联的电流表能大角度偏转（这样读数误差小），而其又不被损坏，故选A1.根据电流表、电压表示数，可求得电压表内阻RV＝U/I.

（2）实验要求测多组数据，因此实验电路中滑动变阻器应接成分压式，电路图如右图所示．

题后反思：

对测电流表或电压表内阻的问题，设计电路时，

一定要注意到其自身量程对设计电路的限制，

二是要充分利用电流表能“自报电流”或电压表能“自报电压”的功能．

【例4】有一电流表，量程为1mA，内阻rg约为100Ω.要求测量其内阻．可选用的器材有：

电阻箱R0，最大阻值为99999.9Ω；滑动变阻器甲，最大阻值为10kΩ；滑动变阻器乙，

最大阻值为2kΩ；电源E1，电动势约为2V，内阻不计；电源E2，电动势约为6V，内阻不计；

开关2个，导线若干．采用的测量电路图如图7－3－4所示，实验步骤如下：

a.断开S1和S2，将R调到最大；b.合上S1，调节R使满偏；

c.合上S2，调节R1使半偏，此时可以认为的内阻Rg＝R1.

试问：

（1）在上述可供选择的器材中，可变电阻R1应该选择_电阻箱R0；

为了使测量尽量精确，可变电阻R应该选择_滑动变阻器甲，电源E应该选择__E2　．

（2）认为内阻rg＝R1，此结果与rg的真实值相比_偏小__（填“偏大”、“偏小”或“相等”）

解析：

本题考查对实验器材的选取、半偏法测电流表的内阻和误差分析及探索实验的能力．

（1）此为半偏法测电流表内阻，R1只能选用电阻箱R0，以方便读数；

闭合S2后，电路中总电阻发生变化，要减小实验误差，R应选滑动变阻器甲，电源应选E2.

（2）闭合S2后，回路总电阻变小，总电流变大，当电流表示数为原电流一半时，

通过R1的电流比通过电流表的电流大，由并联电路的特点可知R1

以题说法：

电表内阻的主要测量方法

1．电流表、电压表各一只，可以测量它们的内阻

（1）原理图（如图7－3－5）：

（2）测量值：

RA＝

2．半偏法

（1）原理图：

如图7－3－6甲，闭合S1，调节变阻器R1，使电流表G读数满偏．

闭合S2，只调节电阻箱R2，使电流表G读数半偏，读出电阻箱示数R2.

如图7－3－6乙，先使电阻箱示数为零，闭合S，调节变阻器R1，使电压表V读数满偏．

只调节电阻箱R2，使电压表V读数半偏，读出电阻箱示数R2.

（2）测量值：

Rg＝R2，RV＝R2.

题型四：

仪器的选择

例5、现有一根横截面为正方形（边长约为1mm）、长约为20cm的柱状金属丝（设电阻率为5×10－5Ω·m），某同学用伏安法测该金属丝的电阻，电源用电动势为4.5V的直流电源，另有下列器材：

A．量程为0A～0.6A、内阻约为1Ω的电流表一只B．量程为0A～1A、内阻约为10Ω的电流表一只

C．量程为0V～6V、内阻约为4kΩ的电压表一只D．量程为0V～10V、内阻约为50kΩ的电压表一只

E．阻值为0Ω～10Ω、额定电流为1A的滑动变阻器一只

F．阻值为0Ω～1kΩ、额定电流为0.1A的滑动变阻器一只G．开关一个、导线若干

（1）以上器材中应选用ACEG组成电路；

（2）为了较精确地测出该金属丝的电阻，请画出测量时的实验原理图．解析：

（1）该金属丝的电阻约为R＝ρ＝10Ω.

1电流表的选择：

滑动变阻器的阻值为0时，

电路中可达到最大电流，使用A电流表时I1＝A≈0.41A.

读数达到最大量程的2/3，使用B电流表时I2＝A≈0.23A.

其最大电流也只能达到最大量程的1/5左右，读数不准确，所以应选用A电流表．

②由电源电压确定了电压表应选C.③滑动变阻器的选择：

比较滑动变阻器E和F，显而易见F的全阻值较大，开始滑动时，接入电路中的电阻都比较大，电路中的电流比较小，电表指针偏转甚微，读数不方便且不准确，滑动到最后时，电流随滑动触头位置的变化过于敏感，操作不便，这实际上限制了滑动变阻器F的有效调节长度，而使用E可使滑动触头在整个金属丝上滑动，电流变化都比较明显、均匀，操作方便，且有效调节长度比较大，所以应选用滑动变阻器E.综上所述，应选A、C、E、G.

（2）电路的选择：

因待测电阻的阻值远小于电压表的内阻，所以采用电流表的外接法．待测电阻的阻值与滑动变阻器的阻值相比，可以用分压电路也可以用限流电路，本着节能、简便的原则而选用限流电路，电路原理图如图所示．

选择器材的一般步骤：

（1）根据实验要求设计合理的实验电路；

（2）找出实验中唯一性器材

（3）估算待测电路中电流、电压可能达到的最大值，考虑能否使电表达半偏以上，

据此选择合适的电流表和电压表及量程；

（4）选择合适阻值的滑动变阻器及电动势合适的电源．

实验一基本实验测定金属的电阻率

一、实验目的

1．学会正确使用螺旋测微器及正确读数方法．

2．测定金属的电阻率．

3．进一步熟练电流表、电压表的使用及伏安法测电阻．

二、实验原理

1．螺旋测微器的构造原理及读数

（1）螺旋测微器的构造如图7－4－1所示是常用的螺旋测微器．

它的小砧A和固定刻度S固定在U形框架F上．旋钮K、微调旋钮K′和可动刻度H、测微螺杆P连在一起，通过精密螺纹套在S上．

（2）螺旋测微器的原理

测微螺杆P与固定刻度S之间的精密螺纹的螺距为0.5mm，即旋钮K每旋转一周，P前进或后退0.5mm，可动刻度H上的刻度为50等份，每转动一小格，P前进或后退0.01mm.即螺旋测微器的精确度为0.01mm.读数时误差出现在毫米的千分位上，因此，螺旋测微器又叫千分尺．

（3）读数：

测量时被测物体长度的整数毫米数由固定刻度读出，小数部分由可动度读出．

刻测量值（毫米）＝固定刻度数（毫米）（注意半毫米刻线是否露出）＋可动刻度数（估读一位）×0.01（毫米）．

2．测出金属导线的长度l和它的直径d，计算出导线的横截面积S，

再用伏安法测出金属导线的电阻R＝由电阻定律得金属导线的电阻率ρ＝

实验器材：

被测金属导线、螺旋测微器、米尺、电压表、电流表、直流电源、开关、滑动、变阻器、导线．

实验步骤：

1、测量直径：

用螺旋测微器在被测金属导线上三个不同的位置各测一次直径，求出其平均值d.

2、连接电路及测量：

按图7－4－2所示电路图连结好用伏安法测电阻的实验电路．

用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属导线的有效长度，反复测量3次，求出其平均值l.

把滑动变阻器的滑片调节到使接入电路中的电阻值最大的位置，电路经检查确认无误后，闭合开关S.

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的值，填入记录表格内，

断开开关S.求出导线电阻R的平均值．

3、数据处理、整理器材

将测得R、l、d的值，代入电阻率计算公式ρ＝中，计算出金属导线的电阻率．

拆去实验电路，整理好实验器材．

注意事项：

1．本实验中被测金属导线的电阻值较小，因此实验电路必须用电流表外接法．

2．实验连线时，应先从电源的正极出发，依次将电源、开关、电流表、待测金属导线、滑动变阻器连成主干线路（闭合电路），然后再把电压表并联在待测金属导线的两端．

3．测量被测金属导线的有效长度，是指测量待测导线接入电路的两个端点之间的长度，

亦即电压表两端点间的待测导线长度，测量时应将导线拉直．

4．在用伏安法测电阻时，通过待测导线的电流强度I不宜过大（电流表用0～0.6A量程），

通电时间不宜过长，以免金属导线的温度明显升高，造成其电阻率在实验过程中逐渐增大．

5．求R的平均值可用两种方法：

第一种是用R＝U/I算出各次的测量值，再取平均值；

第二种是用图象（UI图线）来求出．

若采用图象法，在描点时，要尽量使各点间的距离拉大一些，

连线时要尽可能的让各点均匀分布在直线的两侧，个别明显偏离较远的点可以不予考虑．

误差分析：

1．测量金属丝直径时出现误差：

（1）金属丝本身直径并不严格均匀；

（2）螺旋测微器本身有误差；

（3）读数时观测有误差．因此测量时要在金属丝的不同部位，且不同方向上