高中物理学生基础型拓展型实验参考资料.docx
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高中物理学生基础型拓展型实验参考资料
高中物理学生基础型、拓展型实验参考资料
基础型学生实验
实验一用DIS测定位移和速度1
实验二用DIS测定加速度2
实验四研究共点力的合成2
实验五用DIS研究加速度与力的关系，加速度与质量的关系3
实验六用DIS研究机械能守恒定律3
实验七用单分子油膜估测分子的大小3
实验八用DIS研究温度不变时，一定质量的气体压强与体积的关系4
实验十用多用电表测电阻、电压和电流4
实验十一设计、组装简单的模块式电路4
实验十二用DIS研究通电螺线管的磁感应强度5
实验十三测定直流电动机的效率5
实验十四探究感应电流产生的条件5
非课标规定：
实验三用DIS探究自由落体运动的规律、实验九探究太阳能转化为内能的效率
拓展型学生实验
实验一描绘平抛运动的轨迹6
实验二研究有固定转动轴的物体的平衡条件6
实验三用单摆测定重力加速度7
实验四观察水波的干涉现象7
实验五用DIS描绘电场的等势线8
实验六用DIS测定电源的电动势和内阻8
实验七研究磁通量变化时感应电流的方向9
实验八用DIS研究回路中感应电动势大小与磁通量变化快慢的关系9
实验九观察光的干涉现象10
实验十观察光的衍射现象10
实验一用DIS测定位移和速度
[实验目的]
（1）熟悉DIS的使用方法；
（2）用DIS测定位移，并研究变速直线运动物体的s-t图像；
（3）测量变速直线运动物体的平均速度；
（4）测定变速直线运动的瞬时速度。
[实验原理]
利用位移传感器测定物体距位移传感器接收器之间的距离，及其随时间的变化关系。
测定位移、得出s-t图，测量平均速度
。
注：
位移传感器的工作原理《教参》P27，《课本》P28。
利用光电门测量挡光片通过光电门的时间，计算出小车通过光电门的平均速度
（△t很小）。
注：
光电门传感器的介绍《教参》P27，《课本》P32。
[实验器材]
位移传感器（发射器、接收器）、光电门传感器、数据采集器、计算机、刻度尺、轨道、小车、挡光片。
[实验步骤]
（二）用DIS测定位移
（1）将位移传感器的发射器固定在小车上，接收器固定在轨道右端（轨道稍倾斜，使小车能做匀速直线运动），将数据采集器相连。
（2）开启计算机和数据采集器电源，运行DIS应用软件，选择“教材专用”点击实验条目中的“测量运动物体的位移和速度”，出现相应的界面。
（3）点击“开始记录”，放开小车使其运动，计算机界面的表格内，将出现小车的位移随时间变化的取样点数据，同时在s-t图中将出现对应的数据点，从点的走向可大致看出小车位移随时间的变化的规律。
（4）点击“数据点连线”，得出位移随时间变化的曲线。
（5）改变轨道的倾角，重复实验，观察不同形状的图线与小车运动状态的关系。
小车做变速直线运动时，对应的图线是怎样的？
（三）用DIS测变速直线运动的平均速度
（1）实验装置同
（二），按照前述学生实验的步骤，使载有位移传感器发射器的小车做变速直线运动，获得的s-t图界面。
（2）点击“选择区域”，取A、D两点，图中直角三角形水平边为两点的时间间隔△t，竖直边为两点位移的变化量△s，其斜边的斜率
即为平均速度值，实验下方速度窗口中将显示该速度的值。
（3）将类似于上述实验界面图中“AD”“AC”“AB”选定为研究区域，观察实验界面下方速度窗口中显示的数据，并将数值填入表格内。
（四）用DIS测变速直线运动的瞬时速度
（1）将光电门传感器固定在轨道侧面，垫高轨道的一端，使固定有挡光片的小车能够顺利通过并能挡光。
（2）开启电源，运行DIS应用软件，点击实验条目中的“用DIS测定瞬时速度”，出现相应软件界面。
（3）点击“开始记录”，依次将与软件中△s对应的挡光片固定在小车上，让小车从轨道的同一位置由静止开始下滑，分别记录下四次挡光的时间，DIS实时计算出小车通过光电门时的平均速度。
（4）将上述实验数据填入表格中：
[注意事项]
（1）位移传感器的接受器和发射器要正对，发射器固定在小车上，接收器固定在轨道的右端。
发射器的电源开关要打开。
（2）挡光片上边沿应和小车运动轨道平行。
（3）注意点击“开始记录”和释放小车的先后顺序对实验的影响。
实验二用DIS测定加速度
[实验目的]
测定沿轨道下滑小车的加速度。
[实验原理]
利用位移传感器测出运动物体的位移随时间的变化关系，进行数据处理得到s-t图的斜率v随时间的变化关系，即得到v-t图，根据
得到运动物体的加速度。
[实验器材]
小车、轨道、量角器、位移传感器、数据采集器、计算机。
[实验步骤]
（1）将位移传感器与数据采集器相连。
并将轨道垫高。
（2）开启电源，运行DIS应用软件，点击实验条目中的“用DIS测定加速度”，出现相应的实验界面。
（3）点击“开始记录”并释放小车，得到v-t图像。
（4）观察得到小车在轨道上运动的v-t图线，思考分析速度随时间的变化规律。
（5）点击“选择区域”，移动光标，在图像上取相距较远的两点A（t1，v1）与B（t2，v2），求出它们所在直线上的斜率，即可求出加速度，即
，并记录a1=______m/s2。
（6）不改变轨道的倾角，重复实验，多次（5次）测量加速度a值，并做好相应的记录。
a2=______m/s2，a3=______m/s2，a4=______m/s2，a5=______m/s2。
选做：
（7）改变轨道的倾角，测量加速度值，并做好相应的记录。
重复实验5次。
[实验结论]
当斜面倾角为___________时，小车下滑的加速度平均值为
。
（选做）当斜面的倾角越大，下车下滑的加速度越__________。
[注意事项]
（1）小车的轮子应在轨道的卡槽内，位移传感器的接收器和发射器要正对。
（2）注意连接时，各接口不要松动，并打开数据采集器的电源。
（3）实验过程中和多次测量同一倾斜角时，斜面角度不要改变。
实验四研究共点力的合成
[实验目的]
研究合力与分力的关系
[实验原理]
用一个力与同时用两个力使橡皮筋发生相同形变效果（伸长相同的长度），合力与两个分力的大小和方向的关系。
[实验器材]
图板、图钉、白纸、橡皮筋、弹簧测力计（两个）、刻度尺、量角器等。
[实验步骤]
（1）用两个弹簧秤互成角度地拉绳套，使橡皮筋伸长到一定的位置，记下橡皮筋与绳套结点的位置O，画出两绳套的方向，记录两弹簧秤的示数F1和F2。
（2）用一个弹簧秤将橡皮筋拉伸，使结点仍到达位置O，画出绳套的方向，记录弹簧秤示数。
（3）用相同标度作出两个分力F1、F2与合力F，以F1和F2为邻边作出平行四边形，得到其对角线F’，看F’和F是否完全重合（研究的话应连接各力的顶点看是否平行四边形）。
选做：
（4）改变两力的夹角再做几次。
[数据处理]
用相同标度作出两个分力与合力F，用平行四边形定则作出两个分力的合力F’，再比较F’和F。
[实验结论]
在误差范围内，如果用表示两个共点力F1和F2的线段为邻边作平行四边形，那么合力F的大小和方向就可以用F1和F2所夹的对角线来表示。
即符合力的合成符合平行四边形定则。
[注意事项]：
（1）弹簧秤水平放时调零，弹簧秤与细线平行与木板平行。
（2）弹簧秤示数要估读。
实验五用DIS研究加速度与力的关系，加速度与质量的关系
[实验目的]
（1）研究小车在质量一定的情况下，加速度与作用力的关系。
（2）研究小车在受力一定的情况下，加速度与质量的关系。
[实验器材]
带滑轮的轨道、小车、钩码、小车的配重片、天平、位移传感器、数据采集器、计算机等
[实验步骤]
（一）用DIS研究加速度与力的关系
（1）用天平测量小车的质量（含位移传感器的发射器）。
（2）测量钩码的重力（作为对小车的拉力）。
（3）将位移传感器的接收器固定在轨道的一端，并连接到数据采集器。
将发射器固定在小车上，同时打开其电源。
（4）开启数据采集器电源，运行DIS应用软件，点击实验条目中的“牛顿第二定律”，出现软件界面。
（5）用细线连接小车，跨过滑轮系住钩码。
点击“开始记录”并释放小车，让其在外力F的作用下运动，界面实时显示小车的运动状态的图像。
当小车到达终点时，点击“停止记录”，得到v-t图。
（6）拖动滚动条，将需要的图像显示在窗口中，点击“选择区域”，用鼠标在图线中选择“开始点”和结束点“”，计算机自动计算出所选区域的加速度值。
（7）将加速度a和外力F记录在表格中内相应的位置。
（8）保持小车的质量不变，改变钩码的大小重复实验，得到一组数据（至少5组）。
[数据处理]
（1）将实验数据记录在表格中。
（2）根据实验数据，绘出a-F图像。
[实验步骤]
（二）研究小车在受力一定的情况下，加速度与质量的关系。
（1）-（6）同上。
（7）将加速度a和质量m记录在表格中相应的位置。
（8）保持钩码的大小不变，改变小车质量并重复实验，得到一组数据（至少5组）。
（9）根据实验数据，画出a-m图，并通过重新设置变量，使图像成为一条线。
[数据处理]
（1）将实验数据记录在表中。
（2）根据实验数据，绘出a-m图像，通过重新设置变量，使图像成为一条直线
[实验结论]
[注意事项]
（1）轨道应保持水平。
（2）小车与轨道的摩擦力要小。
（3）钩码的质量也应小些。
实验六用DIS研究机械能守恒定律
[实验目的]
研究动能和重力势能转化中遵循的规律；
[实验原理]
利用光电门传感器测量物体的瞬时速度，动能
，势能
[实验器材]
机械能守恒实验器、光电门传感器、数据采集器、计算机等
[实验步骤]
（一）观察由同一位置释放的摆锤，当摆线长度不同时锤上升的最大高度。
（1）实验装置中，卸下“定位挡片”和“光电门传感器”。
将摆锤置于大标尺盘的A点并释放，观察它摆到左边最高点时的位置，用笔记下这个位置，看看这个高度与A点位置是否相同？
（2）装上定位挡片并调整到P点位置，它对摆线有阻挡作用。
再次释放摆锤，同样观察摆锤向左摆起的最大高度，记下这个位置。
（3）依次将定位挡片下移至Q、R等位置，重复上述实验。
作类似观察、记录。
（二）测定摆锤在某一位置的瞬时速度，从而求得摆锤在该位置的动能，进而研究势能和动能转化时的规律。
（1）卸下“定位挡片”和“小标尺盘”，安装光电门传感器并接入数据采集器。
（2）开启电源，运行DIS应用软件，点击实验条目中的“研究机械能守恒定律”，出现相应的界面。
（3）测量摆锤的直径△s及其质量m，将数据输入软件界面内，把光电门传感器放在大标尺盘最低端的D点，并以此作为零势能点。
A、B、C点相对于D点的高度已事先输入，作为计算机的默认值。
（4）摆锤置于A点，点击“开始记录”，同时释放摆锤，摆锤通过D点的速度将自动记录在表格的对应处。
（5）点击“数据计算”，计算D点的势能、动能和机械能。
（6）依次将光电门传感器放在标尺盘的C、B点，重复实验，得到相应的数据。
[实验结论]
[注意事项]注意安装要竖直。
实验七用单分子油膜估测分子的大小
[实验目的]
估测油酸分子的直径。
[实验原理]
形成单分子油膜，d=
[实验器材]
油酸、酒精、滴管、痱子粉、量筒、刻度尺、蒸发皿。
[实验步骤]
（1）用已知浓度的油酸酒精溶液滴入量筒，记下滴数，测量并计算出每滴溶液中油酸的体积。
（2）在蒸发皿内盛放一定量的水，再把痱子粉均匀地撒在水面上，滴入一滴油酸酒精溶液，待其散开。
（3）用透明的方格纸（把方格复印在透明薄膜上），测量油膜的面积。
（可用玻璃盖在蒸发皿上画出油膜的轮廓，再把透明方格纸垫在玻璃板下数格子）
（4）用d=
，就可估算出油酸分子的大小。
[数据处理]
油酸酒精溶液的浓度___________________
滴数_______________________
量筒体积___________________
每滴溶液中油酸的体积V=_______________
油膜的面积S=________________
[实验结论]
油酸分子的直径d=________________。
[注意事项]：
必须保证是单分子层
实验八用DIS研究温度不变时，一定质量的气体压强与体积的关系
[实验目的]
探究一定质量的气体在温度不变的情况下，压强与体积之间的关系。
[实验器材]
注射器、压强传感器、数据采集器、计算机
[实验步骤]
（1）将压强传感器与数据采集器相连。
（2）开启电源，运行DIS应用软件，点击实验条目中的“研究温度不变时，一定质量气体的压强与体积的关系”，出现相应软件界面。
（3）点击“开始记录”，观察压强传感器所测得的大气压强值。
（4）将注射器的活塞置于初始位置（如15cm处），并与压强传感器探测口连接。
（5）在数据表格中输入活塞初始位置所对应的气体体积值。
点击“记录数据”，记录此刻针筒中密闭气体的压强值。
（6）连续改变注射器活塞得位置使气体体积发生变化，将变化后的体积输入到表格中，同时记录该体积所对应的压强值，获得多组压强数据。
（7）点击“p-V绘图”，计算机根据数据点绘出“压强—体积”关系图线。
（8）点击“p-
绘图”计算机绘出“压强—体积的倒数”关系图线。
[数据处理]
请在图表中记录压强和体积的数据，并描绘出p和V的关系图。
[实验结论]略
[注意事项]：
（1）不能用手握住注器；实验时缓慢推动注射器；等压强值稳定后再记录。
（2）活塞涂润滑油防止漏气。
（3）注射器与压强传感器连接处有一定的体积。
实验十用多用电表测电阻、电压和电流
[实验目的]
练习用多用电表测电阻、电压和电流
[实验原理]
闭合电路欧姆定律
[实验器材]
多用电表、待测电阻、电源、开关、导线若干。
[实验步骤]
（1）按如图所示的电路把待测电阻、电源、开关连接成电路。
（2）断开开关S，用多用表电阻挡测出待测电阻R的阻值。
（3）合上开关S，用多用表电压挡测出电阻两端的电压值U。
（4）断开开关S，用多用表串联接入电路，再合上开关S，用多用表电流挡测出流过电阻的电流值。
[数据录处理]
（1）待测电阻R=_______________；电阻两端电压U=_______________；流过电阻的电流I=______________。
（2）根据测出的电压和电流值，计算出待测电阻值R=_____________。
[问题讨论]
比较电阻测量值与计算值的大小，分析产生差异的原因有哪些？
[注意事项]
（1）待测电阻必须从电路中断开
（2）手不能接触两表笔
（3）换倍率挡后必须重新调零
实验十一设计、组装简单的模块式电路
[实验目的]
练习使用传感器、控制器和执行器组装成简单模块机器人
[实验器材]
（1）传感器：
光敏电阻、热敏电阻、声传感器、触发传感器。
（2）控制器：
与门控制器、非门控制器、或门控制器。
（3）执行器：
小灯泡、小风扇、蜂鸣器。
电池、滑线变阻器、开关、导线等。
[实验步骤]
（1）用多用表欧姆挡测量光敏电阻的电阻值，比较在有光照和遮光的不同条件下，它的电阻值有何变化？
（2）按照课本图9-43连接电路。
当光敏电阻被遮盖和移去遮盖物时，小灯泡的发光情况发生什么变化？
（3）用多用电表欧姆挡测量热敏电阻的阻值，比较在温度升高和降低的不同条件下，它的电阻值有何变化？
（4）选用合适的器材，设计一个用热敏电阻控制小灯泡的电路（画在右面的框内），要求温度升高时小灯泡发光，温度降低时小灯熄灭。
（5）用两个触发传感器器、与门控制器、电动机组装成能控制洗衣机的模块机器人，要求只有当电源开关和洗衣机盖子同时合上时，电源才能接通。
（6）用光传感器、温度传感器，或门控制器、小风扇组装成一个类似自动控温装置的模块机器人，要求在有光照或温度升高时，小风扇都能启动。
（7）用温度传感器、非门控制器、蜂鸣器组装一台类似火警报警器的模块机器人。
[问题讨论]
（1）模块机器人有那几部分组成？
（2）利用上列实验器材，除了洗衣机控制器、自动温控装置、火警报警器外，你还以设计、组装多少种模块机器人。
实验十二用DIS研究通电螺线管的磁感应强度
[实验目的]
测定通电螺线管内部磁场的磁感应强度。
[实验器材]
长螺线管、滑动变阻器、稳压电源、导线、磁传感器、数据采集器、计算机
[实验步骤]
（1）如课本图10-29所示，将磁传感器连接到数据采集器的输入口。
（2）螺线管接入电源后放置在水平面上，调节传感器的高度，使它的探管正好在螺线管的轴线上。
（3）点击实验菜单上的“研究通电螺线管的磁感应强度”，显示屏上将出现B-d坐标及数据表格等（课本10-30）。
其中B为通电线圈产生的磁场的磁感应强度，d为磁传感器探管端部插入线圈的长度。
（4）改变d值，点击“记录数据”，可得到多组不同的d、B值。
[数据处理]
（1）在表格中记下传感器探管端部在不同位置测得的磁感应强度值。
（2）启动“绘图”功能，在显示屏上可观察到B-d图线。
[注意事项]
（1）螺线管接入稳定的直流电源电压小于6V。
（2）调节电源的正负极，使磁传感器的读数为正值。
（3）传感器使用前需预热4分钟。
（4）传感器测量的为平行长管方向的磁场强度分量。
实验十三测定直流电动机的效率
[实验目的]
测定在一定电压下工作的直流电动机的效率。
[实验原理]
在右面方框中画出实验电路图。
为了测定直流电动机的效率η，必须先测出电动机的输出功率P出和输入功率P入。
输出功率P出=______________，输入功率P入=___________。
则直流电动机的效率η=___________。
由此可知，本实验要测定的物理量是__________
____________________。
[实验器材]
直流电动机（带长轴，额定电压4.5伏）、电源、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、砝码盘（已知质量）、砝码若干、停表、刻度尺、细绳一根、导线若干。
[实验步骤]
（1）将电动机与电源、滑动变阻器、电压表、电流表、开关接成实验电路。
（2）将盛砝码的小盘用细绳系住，细绳上端绕在电动机长轴上，调节盘中的砝码数使小盘上升的运动为匀速运动，记下小盘与盘中砝码的总质量。
（3）接通开关，测出小盘上升所用时间及上升高度，并记下电流、电压表的示数。
（4）计算电动机的效率。
（至少测量三次）
[数据处理]
电压、电流、高度、时间、输入功率、输出功率、效率。
[实验结论]
[注意事项]
小盘上升的运动要匀速。
mgh小于IUt－I2rt
实验十四探究感应电流产生的条件
[实验目的]
探究感应电流产生的条件。
[实验器材]
条形磁铁、灵敏电流计、线圈A和B、滑动变阻器、电源、开关、导线等。
[实验方案设计（包括原理、电路、步骤和观察记录）]
方案一（供参考）
将灵敏电流计和线圈B按课本图11-7连接成闭合回路；线圈A与电源、开关、变阻器串联成另一个闭合回路。
合上开关，这时通电螺线管A相当于一根条形磁铁。
（1）线圈A在线圈B中静止不动，灵敏电流计指针不偏转。
（2）线圈A在线圈中拔出或插入时，灵敏电流计指针发生偏转。
方案二
方案三
[注意事项]
（1）必须用灵敏电流计G；
（2）有两个电流回路，副线圈回路只有灵敏电流计G。
拓展型实验
实验一描绘平抛运动的轨迹
[实验目的]
（1）利用有连拍功能的数码相机或摄像机获得平抛运动的轨迹；
（2）利用DIS实验研究平抛物体的飞行时间
与下落高度
、初速度
0之间的关系；平抛物体的射程
与
0、
之间的关系。
[实验器材]
有连拍功能的数码相机或摄像机，以及由斜面滑槽和支架、金属小球、光电门传感器、碰撞传感器等组成的DIS平抛运动实验装置。
[实验步骤]
实验装置如图1所示。
（1）控制斜槽导轨的水平槽口高度，让小球从斜槽的不同高度处滚下，以4种不同的速度冲出水平槽口在空中做平抛运动。
利用安置在槽口的光电门传感器测量小球平抛运动的初速度
0，利用安装在底板上的碰撞传感器测量小球的飞行时间
0并显示在计算机屏幕上。
落地点的水平距离
由底座上的标尺读出，物体抛出时的高度
由直尺测量。
将这些数据记录在预先设计好的表格中。
（2）改变斜槽水平槽口的高度，重复步骤
（1）中的实验，将显示在计算机屏幕上的这些数据记录在预先设计好的第二张表格中。
（3）利用数码相机的连拍功能（或摄像机），在上述两组实验中，各选一次实验，拍摄小球做平抛运动的过程，将所摄得的一组照片输入计算机中，然后进行处理，并将这些照片图像叠合在一起，以获得小球做平抛运动的轨迹。
[分析数据，得出结论]
（1）根据表中物体抛出时的高度
和初速度
0的数据，分别计算出射程和飞行时间的理论值，然后与相应的实验数据进行比较，进行分析，得出结论。
（2）考察由数码相机所得到的小球做平抛运动的轨迹图像，分析由此得到的某些信息，如水平分速度、竖直分速度等。
[[注意事项]]
数码相机大多具有摄像功能，每秒钟拍摄约15帧照片，可用它拍摄小球从水平桌面飞出后做平抛运动的几张连续照片。
如果用数学课上画函数图像的方格黑板做背景，就可根据照片上小球的位置在方格纸上画出小球的轨迹。
也可将拍摄的照片输入计算机，把多张图片合成一张，从而显示出小球做平抛运动的轨迹。
注意：
如果小球从高度大约为1.5m处水平抛出，则小球从抛出到落地大约为0.5s，所以要选择连续曝光间隔小于0.1s的数码相机，以便能得到小球在空中时的4～5张照片。
实验二研究有固定转动轴的物体的平衡条件
[实验目的]
研究有固定转动轴的物体的平衡条件。
[实验器材]
铁架台、力矩盘、弹簧秤、一组钩码、带套环的横杆、钉子、细线、刻度尺等。
[探究思路]
作用在有固定转动轴物体上的力矩可引起物体沿不同方向转动。
从沿着转动轴的某一个方向上看，力矩的作用效果不外乎有两种可能：
引起物体沿逆时针方向转动或者沿顺时针方向转动。
于是我们要通过实验来探究的问题是，为了使一个有固定转动轴的物体处于平衡状态，施加在该物体上的能引起它沿逆时针方向转动的力矩和能引起它沿顺时针方向转动的力矩之间究竟需满足怎样的定量关系。
[实验步骤]
（1）如图2所示，将力矩盘的金属轴O固定在铁架台上，把力矩盘套在轴上并使盘面保持竖直。
同时在铁架台上固定一根横杆。
力矩盘上画出的同心圆供确定力臂时参考。
（2）将钉子固定在力矩盘的四个任意位置上，其中三枚钉子上用细线悬挂不同个数的钩码，第四个钉子用细线与测力计的钩子相连，测力计的另一端则挂在水平横杆的套环上。
（3）当力矩盘在这四个力的作用下处于平衡状态时，测出各个力的大小及它们的力臂。
将力和力臂的数据记录在预先设计的表格中。
（4）改变钉子的位置，重复实验一次。
（5）分析数据，得出结论。
[注意事项]
（1）为了使实验条件具有普遍性，可用测力计对圆盘施加非竖直方向的力。
原盘所受的几个力的作用点不要和转动轴在同一水平线上。
测力计向左上方的拉力的作用点最好在轴的右侧，这有助于提高学生正确找出力矩、判断力矩方向的能力。
（2）实验前须对圆盘进行检查和调整。
若圆盘不能随遇平衡，表明盘的重心偏离轴心，实验时重心处所受的重力矩会引起误差，这时可用图钉作配重进行校正。
轴杆要保持水平，圆盘与轴杆之间的间隙要小，避免圆盘受力时向前倾斜而偏离竖直平面。
轴上要加些机油润滑，使圆盘转动灵活，尽可能减小摩擦力矩。
（3）测力计
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