IDES实验手册.docx

1、IDES实验手册智能数字化探究实验系统实验手册（物理部分）南京慧硕科教仪器有限公司2008年9月目 录实验一、力的合成 1实验二、力的分解 2实验三、牛顿第三定律 3实验四、摩擦力实验（一） 4实验五、摩擦力实验（二） 6实验六、胡克定律 7实验七、弹簧的串并联 9实验八、变速直线运动的平均速度和即时速度 10实验九、测定匀变速直线运动的加速度 12实验十、研究牛顿第二定律 13实验十一、测自由落体的加速度 15实验十二、超重与失重 16实验十三、一维碰撞中的动量守恒 17实验十四、研究动能定理 18实验十五、弹簧振子的简谐振动 19实验十六、弹簧振子的阻尼振动 21实验十七、弹簧振子的受迫振

2、动 22实验十八、单摆周期的测量 24实验十九、利用单摆测重力加速度 25实验二十、声波的振动图像 26实验二十一、液体蒸发吸热 28实验二十二、固体熔化时温度的变化规律 29实验二十三、摩擦生热 30实验二十四、玻意耳定律 31实验二十五、查理定律 32实验二十六、欧姆定律 33实验二十七、电容的串并联实验 35实验二十八、电阻的串并联实验 37实验二十九、小灯泡的伏安特性 38实验三十、伏安法测金属丝的电阻率 40实验三十一、伏安法测电池电动势及内阻 41实验三十二、补偿法测电池电动势 42实验三十三、整流与滤波 43实验三十四、LC振荡 46实验三十五、RC、RL移相 47实验三十六、二

3、极管特性曲线 49实验三十七、三极管特性曲线 50实验三十八、晶体管放大电路 52实验三十九、简单逻辑电路 53实验四十、单稳态电路 55实验四十一、双稳态电路 56实验四十二、多谐振荡器 57实验四十三、磁感强度的测量与研究 58实验四十四、通电螺线管的磁感应强度与电流的关系 59实验四十五、电磁感应现象 60实验四十六、楞次定律 60实验四十七、自感现象实验 61实验四十八、发电机原理 62实验四十九、光强与位移的关系 63实验五十、小灯泡发光强度与灯丝电流的关系 64 实验五十一、向心力实验.65 实验一、力的合成 实验目的验证互成角度的两个共点力的合成法则。 实验原理互成角度的两个共点

4、力的合成符合平行四边形法则和三角形定则。 实验器材力传感器一只、计算机、力的合成与分解演示器、钩码、细绳等。 实验装置见右图。 实验步骤1. 将一只力传感器固定在圆盘正上方，测量钩竖直向下；2. 把一条细绳的一端拴在测量钩上，细绳的另一端在圆盘的圆心处与另外两条细绳打结拴在一起；3. 将力传感器接入计算机，打开实验软件，点击菜单“实验目录力学实验力的合成实验”，进入专项实验界面；4. 在专项实验界面内点击“调零”按钮，（在测量钩不受拉力的情况下）使传感器数值显示为零；5. 在另外两条细绳的另一端分别挂上三个50g钩码（约为1.5N），将两个细绳分别跨过圆盘边缘的两个滑轮，调整滑轮的位置，使力传

5、感器下端所系的细绳竖直向下，并使结点在圆盘中心处，待力传感器读数稳定后，在角度a1、角度a2、重量G1和重量G2文本框内分别输入当前所挂钩码的角度及其质量，点击“采集一次”按钮记录一组实验数据；6. 改变钩码数量，并相应调整滑轮的所在位置，确保力传感器所系细绳方向为竖直方向，且细绳结点与圆盘圆心重合，读数稳定后，输入当前角度，点击“采集一次”按钮记录实验数据；7. 重复步骤6，多次实验，点击“计算理想值”按钮，计算出理论值的合力大小，点击“计算偏差”按钮计算出实验结果和理论值的偏差，比较实测值与理论值，发现二者相差很小，充分验证了力的合成法则。建议：可以接入两只力传感器替代钩码的重力，重新做上

6、述实验。实验二、力的分解 实验目的验证力的分解中的平行四边形法则。 实验原理力的分解是力的合成的逆过程，同样遵循平行四边形法则和三角形定则。 实验器材力传感器两只、计算机、力的合成与分解演示器、钩码、细绳等。 实验装置见右图。 实验步骤1. 在圆盘上方固定一根水平横杆，并将两只力传感器固定横杆上，调整测量钩竖直向下；2. 把两条细绳拴在测量钩上，细线通过滑轮（滑轮必须位于力传感器的正下方）于圆盘的圆心处打结拴在一起；3. 将力传感器接入计算机，打开实验软件，点击菜单“实验目录力学实验力的分解实验”，进入专项实验界面；4. 在细绳的打结处向下方引出另一条细绳，并挂上六只50g钩码（约为3N），传

7、感器1和传感器2读数均稳定后，在物体质量M、角度a1和角度a2文本框内分别输入物体质量和细绳的角度，点击“采集数据”按钮记录一组实验数据；5. 改变力传感器和滑轮所在的位置，并相应调整绳长，确保细绳结点与圆盘圆心重合，读数稳定后，重复实验过程4的操作，记录5组实验数据；6. 点击“计算理想值”按钮计算出理论上的合力大小，点击“计算偏差”按钮计算出实验结果和理论值的偏差，比较实测值与理论值，发现二者相差很小，充分验证了力的合成定则。建议：可以接入第三只传感器替代钩码的重力，重新做上述实验。实验三、牛顿第三定律 实验目的验证牛顿第三定律。 实验原理力是相互作用的，作用力与反作用力大小相等，方向相反

8、。 实验器材力传感器两只、计算机。 实验装置 实验步骤1、 取两只力传感器，分别接入计算机；2、 打开实验软件，点击菜单“实验目录力学实验牛顿第三定律”，进入专项实验界面；3、 将两只力传感器水平放置，（在测量钩不受拉力的情况下）点击“调零”按钮校准传感器，两手各持一只力传感器，将两传感器的测量钩互相钩住，双手轻拉传感器，观察测量波形，发现两组波形几乎完全对称，表示两个力的大小是相等的；4、 再次实验开始前，按下“开始实验”按钮，开始记录一组实验数据，待实验过程结束后点击“结束记录”按钮，记下一组实验数据；5、 点击“绘制曲线”按钮，设置X轴为时间，Y轴为力传感器1，曲线颜色为蓝色，点击“确定

9、”按钮，绘制出传感器1的实验曲线；6、 点击“绘制曲线”按钮，设置X轴为时间，Y轴为力传感器2，曲线颜色为红色，并选中“保留原曲线”复选框，点击“确定”按钮，绘制出传感器2的实验曲线；7、 对比两条曲线可发现，两条曲线几乎完全重合，充分验证了牛顿第三定律 (效果图见下图)。注意：实验中应保持两传感器的手柄平行，注意测量钩的角度，以免产生扭力。实验四、摩擦力实验（一） 实验目的理解静摩擦力和滑动摩擦力的概念，观察最大静摩擦力与滑动摩擦力的关系。 实验原理相互接触的两个物体处于相对静止的时候，若其中一个物体有相对运动趋势，两物体之间具有摩擦力，即为静摩擦力。其最大值叫做最大静摩擦力。相互接触的两个

10、物体处于相对滑动的时候，两物体之间具有摩擦力，即为滑动摩擦力。 实验器材力传感器一只、计算机、滑块、细绳。 实验装置 实验步骤1、 取出一只力传感器，并接入计算机；2、 打开实验软件，点击菜单“实验目录力学实验摩擦力实验”，进入专项实验界面；3、 将力传感器与滑块用细绳连接，并保证细线与摩擦面平行；4、 在接触面1材质和接触面2材质下拉框内分别选择接触面1和接触面2的材质类型，在滑块质量文本框内输入滑块质量；5、 点击“开始记录”按钮后，缓慢水平匀速拉动滑块，待滑块开始匀速运动一段时间后，点击“停止记录”按钮完成一组实验数据的记录；6、 点击“绘制曲线”按钮，设置X轴为时间，Y轴为摩擦力，点击

11、“确定”按钮绘制出摩擦力变化曲线；7、 多次实验，绘制出较为理想的实验曲线，观察实验图像，总结滑动摩擦力与最大静摩擦力的大小关系（效果图见下图）。注意：1、 如果摩擦力过小，可以在木块上放置重物来增加摩擦力；2、 可以增加位移传感器，从而更易区分滑块所受的力为静摩擦力还是滑动摩擦力。实验五、摩擦力实验（二） 实验目的研究影响动摩擦力大小的因素。 实验原理相互接触的两个物体处于相对静止的时候，若其中一个物体有相对运动趋势，两物体之间具有摩擦力，摩擦力大小与接触面压力和接触面粗糙程度有关。 实验器材力传感器两只、计算机、滑块、细绳、砝码。 实验装置 实验步骤1、 取出一只力传感器，接入计算机；2、

12、 打开实验软件，点击菜单“实验目录力学实验摩擦力实验”，进入专项实验界面；3、 将力传感器与滑块用细绳连接，并保证细线与摩擦面平行；4、 在接触面1材质和接触面2材质下拉框内分别选择接触面1和接触面2的材质类型，在滑块质量文本框内输入滑块质量；5、 点击“开始记录”按钮后，缓慢水平匀速拉动滑块，待滑块开始匀速运动一段时间后，点击“停止记录”按钮完成一组实验数据的记录；6、 点击“绘制曲线”按钮，设置X轴为时间，Y轴为摩擦力，点击“确定”按钮绘制出摩擦力变化曲线；7、 在滑块上添加不同质量的砝码，重复上述步骤4、5和6，点击“求最大静摩擦力”按钮求出最大静摩擦力，观察实验结果，总结滑动摩擦力大小

13、与接触面压力的关系；8、 更换滑块和底板的接触面材质，重复上述步骤4、5和6，点击“求最大静摩擦力”按钮求出最大静摩擦力，观察实验结果，总结滑动摩擦力大小与接触面材质的关系。实验六、胡克定律 实验目的研究弹簧形变（被拉伸的长度）与受力的关系 实验原理由胡克定律可知，弹簧的伸长量s与弹力F，有以下关系F=ks。k为弹簧的劲度系数，与弹簧的材质、自然长度、直径、加工工艺以及弹簧丝的直径等因素有关。 实验器材力传感器一只、位移传感器一只、计算机、弹簧、钩码、砝码盘等。 实验装置见右图。 实验步骤1、 将物理支架安放在地面上，调整下端的螺钉使底座水平；2、 将力传感器竖直向下固定在物理支架上方，然后将

14、待测弹簧和砝码盘依次固定在力传感器的下方；3、 将钩码全部放入砝码盘，使待测弹簧达到自身允许的最大伸长量，在砝码盘正下方510cm处安装一只位移传感器；4、 将力传感器和位移传感器接入计算机，打开实验软件，取出砝码盘内的所有钩码，使弹簧回复到自然长度，如果位移传感器读数不稳定，微调位移传感器的角度及连接杆的伸长量，直到达到满意效果为止；5、 点击菜单“实验目录力学实验胡克定律”，进入专项实验界面，当力传感器和位移传感器读数稳定后，点击“校准”按钮，准备记录实验数据；6、 点击“采集一次”按钮，记录一组实验数据，然后在砝码盘内增加一个钩码，在传感器读数稳定后，再次点击“采集一次”按钮，记录一组实

15、验数据，重复上述方法，直到弹簧达到自身允许的最大伸长量为止；7、 数据记录结束后，取出砝码盘内所有钩码，放回钩码盒；8、 点击“绘制曲线”按钮，设置X轴为位移“s”，Y轴为力“f”，点击“确定”按钮，绘制“s-f”实验曲线，观察数据点的分布，点击“直线拟合”按钮，拟合曲线与数据点基本重合，可以推断弹簧的伸长量与所受拉力的大小成正比，其一次项系数即为弹簧的劲度系数（效果图见下图）；9、 更换不同的弹簧，重复上述实验，可得到新的“s-f” 实验曲线，观察各个弹簧的长度、直径、材料等，比较曲线的斜率，思考弹簧劲度系数（斜率）的大小与弹簧的那些参数有关。实验七、弹簧的串并联 实验目的研究弹簧串并联后劲

16、度系数的变化规律。 实验原理设两个弹簧劲度系数分别为K1、K2，则两个弹簧并联后的劲度系数为K1K2，两个弹簧串联后的劲度系数为（K1*K2）/（K1K2）。 实验器材力传感器一只、位移传感器一只、计算机、弹簧、米尺等。 实验装置 实验步骤1、 将物理支架安放在地面上，调整下端的螺钉使底座水平；2、 将力传感器竖直向下固定在物理支架上方，将两只弹簧串联，然后将串联的弹簧和砝码盘依次固定在力传感器的下方；3、 将钩码全部放入砝码盘，使待测弹簧达到自身允许的最大伸长量，在砝码盘正下方510cm处安装一只位移传感器；4、 将力传感器和位移传感器接入计算机，打开实验软件，取出砝码盘内的所有钩码，使弹簧

17、回复到自然长度，如果位移传感器读数不稳定，微调位移传感器的角度及连接杆的伸长量，直到达到满意效果为止；5、 点击菜单“实验目录力学实验弹簧串并联”，进入专项实验界面，当力传感器和位移传感器读数稳定后，点击“校准”按钮，准备开始记录实验数据；6、 点击“采集一次”按钮，记录一组实验数据，然后在砝码盘内增加一个钩码，在传感器读数稳定后，再次点击“采集一次”按钮，记录一组实验数据，重复上述方法，直到弹簧达到自身允许的最大伸长量为止；7、 点击“绘制曲线”按钮，设置X轴为位移“s”，Y轴为力“f”，点击“确定”按钮，绘制“s-f”实验曲线，观察数据点的分布，点击“直线拟合”按钮，求出曲线斜率即弹簧的劲

18、度系数，点击“记录结果”按钮，记录当前实验结果；8、 点击“删除”按钮，将实验数据全部删除，选中单选框“弹簧并联”，将串联的弹簧换成两个并联的弹簧重复上述实验过程；9、 将理论值与测得的实际值进行比较，发现两者相差很小，充分验证了弹簧串并联的劲度系数公式。实验八、变速直线运动的平均速度和即时速度 实验目的理解平均速度的概念，掌握平均速度的测量方法。 实验原理作匀变速运动的物体，其位移，两边都除以时间，可得。取不同的时间间隔，可测得一系列不同的。作图,并作线性处理推到处，即可得到当趋向零时的极限值，就是该时刻的即时速度v0。 实验器材光电门两只、计算机、气垫导轨、垫块、固定支架等。 实验装置 实

19、验步骤1、 在气垫导轨的单脚下垫上一块垫块，在导轨一侧分别放置两个光电门（相距约0.65m），在导轨高端固定好定位杆，并在滑块上装上U形挡光片。2、 将光电门接入计算机，打开实验软件，点击菜单“实验目录运动学实验变速直线运动的平均速度和即时速度”，进入专项实验界面；3、 从导轨的标尺上读出两只光电门之间的距离s，将距离s输入OA距离文本框，点击“记录”按钮后，让滑块紧靠定位杆后由静止释放，光电门记下滑块从光电门1（导轨高端）到光电门2（导轨低端）的时间，得到一组(，s)的值；4、 选中单选框“OB段的测量”，使光电门1位置不动，光电门2离光电门1的距离缩小一些（约0.1m），重复类似步骤3的操

20、作，得到另一组(，s)值。共重复5次；5、 点击“计算”按钮计算出每次的平均速度，然后点击“绘制曲线”按钮，设置时间为X轴，平均速度为Y轴，作出曲线；6、 点击“线性拟和”按钮，将图线外推到处，即可得到滑块经过光电门1时的即时速度，即拟和公式中的b项；7、 选中单选框“即时速度的测量”，使光电门1位置不动，移除光电门2，在“挡光片宽度”文本框内输入U形挡光片的宽度d，；8、 点击“记录”按钮后，让滑块紧靠定位杆后由静止释放，滑块经过光电门1时，光电门自动记下时间t，并根据即时速度公式计算出即时速度，比较两种方法得到的是否基本相同。建议：为了提高实验的准确性，每个距离可重复几次，重复的次数视数据

21、一致性的好坏而定。实验九、测定匀变速直线运动的加速度 实验目的通过测量斜轨上小车的加速度，理解加速度的概念。 实验原理由定义得：加速度a=(Vt-V0)/t。 实验器材光电门两只、计算机、气垫导轨、垫块、U型挡光片等。 实验装置 实验步骤1. 将气垫导轨调水平之后，在单支脚下垫上高度为h的垫块。在导轨一侧A、B 两处分别放置光电门1和光电门2。滑块装上U形挡光片，挡光片间距为d；2. 将光电门接入计算机，打开实验软件，点击菜单“实验目录运动学实验测定匀变速直线运动的加速度”，进入专项实验界面；3. 点击“光电门复位”按钮将光电门复位后，点击“自动记录”按钮准备开始实验；4. 让滑块从光电门1以

22、上的任意位置开始滑下（初速不一定要为零），经过光电门1和光电门2时，光电门分别记下挡光时间和，点击“计算V1、V2”按钮计算出和的值，由于挡光框的宽度相对导轨的长度来说非常小，因此可以认为V1和V2是滑块通过两个光电门时的即时速度，点击“计算加速度”按钮，求出加速度a；5. 改变滑块的初始位置或初速度，重复上述操作多次测量。6. 分别改变两只光电门的位置，重复上述操作多次测量。7. 点击“计算加速度平均值”按钮求出各次所得加速度的平均值，作为测量最佳值；8. 输入垫块的高度h、导轨两支承脚之间的距离L和当地重力加速度，点击“计算理论加速度”按钮，计算出所测加速度的理论值，点击“计算误差”按钮，

23、计算出实验误差，检验实验值和理值是否相等。注意： 滑块的质量增加量不能大。实验十、研究牛顿第二定律 实验目的验证加速度与质量、拉力的关系，加深对牛顿第二运动定律的理解。 实验原理由牛顿第二运动定律：f =Ma,当M不变时，f a，在f不变的情况下，a与M成反比关系。 实验器材光电门两只、计算机、气垫导轨、配重片、小桶、U型挡光片等。 实验装置 实验步骤1. 接通气源后，将滑块放在导轨上，反复调节单脚端螺丝，直至滑块能基本静止在导轨上；2. 滑块上安装一个U形挡光片，在导轨一侧放置两个光电门，调整光电门高度使挡光片能够顺利通过光电门；3. 将两只光电门接入计算机，打开实验软件，点击菜单“实验目录

24、运动学实验研究牛顿第二定律”，进入专项实验界面；4. 在小车质量m1、钩码质量m2和挡光片宽度d文本框内分别输入相应的参数，点击“自动记录”按钮，给滑块一个初速度，使其从导轨的无滑轮端滑向有滑轮端，比较两次挡光的时间通过光电门1的时间和通过光电门2的时间。反复调节单脚端螺丝，使两次挡光时间完全相等，此时可认为导轨已调平；5. 点击“记录”按钮，使砝码盘拉着滑块从导轨的无滑轮端滑向有滑轮端运动，前后两个光电门分别记下挡光时间t1 和t2，以及通过两只光电门的时间间隔；6. 点击“计算V1、V2”按钮计算出滑块通过两只光电门即时速度，点击“计算拉力f”按钮求出小车所受拉力，点击“计算a及误差”按钮

25、，计算出滑块的实际加速度、理论加速度和实验误差；7. 将小桶中的少量配重片放到滑块上（保持系统的总质量不变），重复上述操作，可求出另一组(f,a)值，多次实验，求出79 组(f,a)值；8. 点击“绘制曲线”按钮，设置X轴为f，Y轴为a，点击“确认”按钮绘制出“af”曲线，如果“af”曲线是一条过原点的直线，可证实当质量不变时，系统的加速度与其受的合外力成正比；9. 固定小桶中配重片的总质量（使系统产生加速度的力不变），用加重铁块加在滑块上改变系统的质量，共改变7-8 次，每次都用天平测出滑块的总质量m1并输入小车质量文本框；10. 重复类似绘制“af”曲线的步骤，绘制出“”曲线，得出aF/M

26、 的结论。实验十一、测自由落体的加速度 实验目的测量自由落体的加速度。 实验原理由得加速度，利用两只光电门分别测得Vt和V0，再用米尺测得两个光电门的距离S，根据推导所得的公式即可求得重力加速度g。 实验器材光电门传感器两只、计算机、物理支架、U型挡光片等。 实验装置见右图。 实验步骤1、 把两个光电门水平固定在物理支架上，并保证一个光电门在另一个光电门的正下方，将两个光电门传感器接入计算机；2、 打开实验软件，点击菜单“实验目录运动学实验测自由落体的加速度”，进入专项实验界面，并测试挡光片是否能够顺利通过两个光电门并顺利挡光；3、 用米尺测量出两个光电门边缘的距离s和U形挡光片宽度d，并将其

27、分别输入光电门距离s和挡光片宽度d文本框；4、 点击“记录”按钮，使挡光片自由下落 ，记录挡光片分别通过两个光电门的时间，点击“计算a”按钮，根据公式“”和“”求得挡光片的加速度，即重力加速度g；5、 与当地重力加速度进行比较，验证实验结果。实验十二、超重与失重 实验目的观察超重与失重现象，研究产生超重与失重的原因。 实验原理物体在向上或向下作加速运动时，对支持物的作用力大于或小于重力，这种现象称为超重或失重。 实验器材力传感器一只、计算机、钩码 实验装置见右图。 实验步骤1、 取一只力传感器，接入计算机；2、 打开实验软件，点击菜单“实验目录运动学实验超重与失重”，打开专项实验界面；3、 手

28、持传感器的手柄，测量钩竖直向下，点击“仪器校准”按钮将传感器读数调整为零；4、 在传感器的测量钩上悬挂3-5只钩码，点击“记录”按钮，将传感器快速提升，力传感器读数稳定后，点击“停止”按钮，完成一只实验数据的记录，同时看到的效果图见下图；5、 点击“绘制曲线”按钮，设置X轴为时间，Y轴为力传感器，点击“确定”按钮，绘制“f-t”曲线，观察实验波形变化，分析波形变化的原因；6、 在传感器的测量钩上悬挂3-5只钩码，点击“记录”按钮，将传感器快速下降，力传感器读数稳定后，点击“停止”按钮，完成一只实验数据的记录；7、 点击“绘制曲线”按钮，设置X轴为时间，Y轴为力传感器，点击“确定”按钮，绘制“f

29、-t”曲线，观察实验波形变化，分析波形变化的原因。实验十三、一维碰撞中的动量守恒 实验目的通过碰撞实验验证动量守恒定律，加深学生对动量守恒定律的理解。 实验原理根据动量守恒定理，位于导轨上的两滑块碰撞前后总动量大小基本不变。 实验器材光电门传感器两只、计算机、气垫导轨、支架。 实验装置 实验步骤1、 接通气垫导轨的气源后，将一个滑块放在气垫导轨中间部位，反复调节单脚螺钉，直至滑块由静止释放后基本不动为止；2、 在气垫导轨一侧分别放置两个光电门，并将两只光电门接入计算机；3、 打开实验软件，点击菜单“实验目录运动学实验一维碰撞中的动量守恒”，打开专项实验界面；4、 将两个滑块装上U形挡光片，并在

30、两滑块的碰撞面上装上弹性金属片，调节光电门高度使U形挡光片能够顺利通过光电门并顺利挡光。在滑块1质量m1、滑块1质量m2和U形片宽度d文本框内输入滑块1质量m1、滑块1质量m2和U形挡光片的宽度d；5、 点击“记录”按钮，推动两个滑块分别由两只光电门外侧相向而行，在两只光电门中间发生弹性碰撞并返回。光电门1记下滑块1 碰撞前后两次挡光时间t1a 和t1b，光电门2记下滑块2碰撞前后两次挡光时间t2a和t2b，已知挡光片两前沿之间距离为d，v1a=d/t1a，v2a=d/t2a，v1b=d/t1b，v2b=d/t2b，则点击“计算速度”按钮可得到v1a、v2a、v1b和v2b；6、 如果设滑块1的初始运动的方向为正，则v1a、v2b为正，v1b、v2a为负。又知两个滑块的质量m1、m2，点击“计算p和p”按钮可计算出p=m1v1a+m2v2a和p=m1v1b+m2v2b；7、 比较p和p，如果有p=p，即验证了动量守恒定律；8、 用加重片改变两个滑动的质量，重复以上操作，可验证其他情况的动量守恒。实验十四、研究动能定理