高中物理实验总结及试题.doc
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高中物理实验总结
实验一：
研究匀变速直线运动
（一）实验目的
1.学会用打上点的纸带研究物体的运动。
2.掌握判断物体是否做匀变速运动的方法。
3.会利用纸带测定匀变速直线运动的加速度。
4.练习使用打点计时器
（二）实验原理
1.匀变速直线运动的特点
（1）物体做匀变速直线运动时，若加速度为a，在各个连续相等的时间T内发生的位移依次为x1、x2、x3、…、xn，则有：
x2-x1＝x3－x2＝…=xn-xn-1＝aT2，即任意两个连续相等的时间内的位移差相等。
可以依据这个特点，判断一个物体是否做匀变速直线运动。
（2）做匀变速直线运动的物体在某段时间内的平均速度等于该段时间内中间时刻的瞬时速度。
2.由纸带求物体加速度的方法
（1）逐差法
设相邻相同时间T内的位移分别为x1、x2、…、x6，则
x2-x1=x3-x2=x4-x3=…=x6-x5=aT2
x4-x1=3a1T2
x5-x2=3a2T2
x6-x3=3a3T2
得加速度a＝（a1+a2+a3）/3
＝
（2）图象法
以打某计数点时为计时起点，然后利用vn＝（xn+xn+1）/2T测出打各点时的速
度，描点得v-t图象，v-t图象的斜率即为加速度，如图所示。
（3）由纸带求物体速度的方法“平均速度法”求速度，即vn＝（xn+xn+1）/2T，
如图所示。
（三）实验器材
电火花计时器或电磁打点计时器，一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、电源、复写纸片。
（四）实验步骤
1.把附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸
出桌面；把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端；
连接好电路，再把一条细绳拴在小车上，细绳跨过滑轮，
下边挂上合适的钩码；将纸带穿过打点计时器，并把它
的一端固定在小车的后面。
实验装置如图所示。
2.把小车停在靠近打点计时器处，接通电源后，放开小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一系列的点。
换上新纸带，重复三次。
3.从三条纸带中选择一条比较理想的纸带，舍掉开头比较密集的点，在后边便于测量的地方找一个开始点，在选好的开始点下面记作0，0后面第5个点记作1，1后面第5个点记作2，…依次标出计数点3，4，5，6，两相邻计数点间的距离用刻度尺测出，分别记作x1、x2、…、x6。
4.根据测量结果和前面计算公式，计算出a1、a2、a3的值，求出a的平均值，它就是小车做匀变速运动的加速度。
同学们还可先画出v-t图象，再求小车做匀变速运动的加速度。
（五）注意事项
1.要在钩码落地处放上软垫或砂箱，防止撞坏钩码。
2.要在小车到达滑轮前用手按住它或放置泡沫塑料挡板，防止撞坏小车。
3.小车的加速度宜适当大些，可以减小长度的测量误差，加速度大小以能在约50cm的纸带上清楚地取出7~8个计数点为宜。
4.纸带运动时尽量不要让纸带与打点计时器的限位孔摩擦。
5.要先接通电源，待打点计时器工作稳定后，再放开小车；放开小车时，小车要靠近打点计时器，以充分利用纸带的长度。
6.不要分段测量各段位移，应尽可能地一次测量完毕（可先统一量出各计数点到计数起点0之间的距离），读数时应估读到毫米的下一位。
（六）误差分析
本实验参与计算的量有x和T，因此误差来源于x和T。
1.由于相邻两计数点之间的距离x测量不够精确而使a的测量结果产生误差。
2.市电的频率不稳定使T不稳定而产生误差。
实验二：
探究弹力和弹簧伸长的关系
（一）实验目的
1.探究弹力与弹簧伸长的关系。
2.掌握利用图象研究两个物理量之间关系的方法。
（二）实验原理
1.如图所示，弹簧在下端悬挂钩码时会伸长，平衡时弹簧产生的弹力与所挂钩码的重力大小相等。
2.用刻度尺测出弹簧在不同钩码拉力下的伸长量x，建立坐标系，以纵坐标表示弹力大小F，以横坐标表示弹簧的伸长量x，在坐标系中描出各点（x，F），然后用平滑的曲线连结起来，根据实验所得的图线，就可探知弹力大小与伸长量之间的关系。
（三）实验器材
轻质弹簧一根、钩码一盒、刻度尺、重锤、坐标纸、三角板。
（四）实验步骤
1.如图所示，将铁架台放于桌面上（固定好），将弹簧的一端固定于铁架台的横梁上，在挨近弹簧处将刻度尺（最小分度为mm）固定于铁架台上，并用重锤线检查刻度尺是否竖直。
2.记下弹簧下端不挂钩码时所对应的刻度L0。
3.在弹簧下端挂上一个钩码，待钩码静止后，记下弹簧下端所对应的刻度L1。
4.用上面方法，记下弹簧下端挂2个、3个、4个…钩码时，弹簧下端所对应的刻度L2、L3、L4…，并将所得数据记录在表格中。
5.用xn＝Ln－L0计算出弹簧挂1个、2个、3个…钩码时弹簧的伸长量，并根据当地重力加速度值g，计算出所挂钩码的总重量，这个总重量就是弹簧弹力的大小，将所得数据填入表格。
6.在坐标纸上建立坐标系，以弹力为纵坐标，弹簧伸长量为横坐标，描出每一组数据（x,F）所对应的点。
7.根据所描各点的分布与走向，作出一条平滑的曲线（不能画成折线）。
8.以弹簧伸长量为自变量，弹力大小为因变量，写出曲线所代表的函数。
首先尝试写成一次函数的形式，如果不行，写成二次函数的形式或其他形式。
9.研究并解释函数表达式中常数的物理意义。
（五）注意事项
1.安装时，要保持刻度尺竖直并靠近弹簧。
2.实验时，要尽量选择长度较大、匝数较多，但软硬程度（劲度系数）适中的弹簧，以每挂一个钩码（20g）弹簧伸长量增大1~2cm为宜。
3.读取弹簧下端所对应的刻度时，要用三角板，并且视线垂直于刻度，力求读数准确，并且要等钩码静止时，再读数。
4.实验中悬挂钩码时注意不要太多，以免弹簧被过分拉伸，超过弹簧的弹性限度。
5.要使用轻质弹簧，且要尽量多测几组数据。
6.建立坐标系时，要选择合适标度，以使所画曲线占据整个坐标纸。
7.画图线时，不一定要让所有各点都正好在曲线上，但应注意使曲线两侧的点大致相同，偏离太远的点要舍弃。
（六）误差分析
本实验的误差主要来自以下两个方面：
1.弹簧的长度测量不精确。
2.描点、画图不精确。
实验三：
验证力的平行四边形定则
（一）实验目的
1.验证力的平行四边形定则。
2.掌握弹簧秤的构造、调节方法和使用方法。
（二）实验原理
如果两个互成角度的共点力F1、F2作用于橡皮筋的结点上，与只用一个力F′作用于橡皮筋的结点上，所产生的效果相同（橡皮条在相同方向上伸长相同的长度），那么，F′就是F1和F2的合力。
根据平行四边形定则作出两共点力F1和F2的合力F的图示，应与F′等大同向。
（三）实验器材
方木板一块、白纸、弹簧秤（两只）、橡皮条、细绳套（两个）、三角板、刻度尺、图钉（几个）。
（四）实验步骤
1.用图钉把白纸钉在方木板上。
2.把方木板平放在桌面上，用图钉把橡皮条的一端固定在A点，橡皮条的另一端拴上两个细绳套。
（固定点A在纸面外）
3.用两只弹簧秤分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O。
（如图所示，位置O须处于纸面以内）
4.用铅笔描下O的位置和两细绳套的方向，并记录弹簧秤的读数。
5.从力的作用点（位置O）沿着两细绳套的方向画直线，按选定的标度作出这两只弹簧秤的拉力F1和F2的图示，并用平行四边形定则作出合力F的图示。
6.只用一只弹簧秤通过细绳套把橡皮条的结点拉到同样的位置O，记下弹簧秤的读数和细绳的方向。
用刻度尺从O点按同样标度沿记录的方向作出这只弹簧秤的拉力F′的图示。
7.比较力F′的图示与合力F的图示，看两者是否等长、同向。
8.改变两个力F1和F2的大小和夹角，再重复实验两次。
（五）注意事项
1.不要直接以橡皮条端点为结点，可拴一短细绳再连两细绳套，以三绳交点为结点，使结点小些，便于准确地记录结点O的位置。
2.不要用老化的橡皮条，检查方法是用一个弹簧秤拉橡皮条，要反复做几次使橡皮条拉伸到相同的长度看弹簧秤读数有无变化。
3.弹簧秤在使用前应水平放置，然后检查、校正零点。
将两弹簧秤互相勾着水平拉伸，选择两只读数完全一致的弹簧秤使用。
4.在同一次实验中，使橡皮条拉长时结点O的位置一定要相同。
5.用两只弹簧秤钩住细绳套互成角度地拉橡皮条时，夹角不宜太大，也不宜太小，以60°～100°之间为宜。
6.读数时应注意使弹簧秤与木板平行，并使细绳套与弹簧秤的轴线在同一条直线上，避免弹簧秤的外壳与弹簧秤的限位孔之间有摩擦。
读数时眼睛要正视弹簧秤的刻度，在合力不超出量程及在橡皮条弹性限度范围内的前提下，拉力的数值应尽量大些。
7.细绳套应适当长一些，便于确定力的方向，不要直接沿细绳套的方向画直线，应在细绳套末端用铅笔画一个点，取掉细绳套后，再将所标点与O点连直线确定力的方向。
8.在同一次实验中，画力的图示所选定的标度要相同，并且要恰当选取标度，使所作力的图示稍大一些。
（六）误差分析
本实验的误差主要来自以下五个方面：
1.用描点法记录的拉力方向不够准确；
2.所作平行四边形的对边不严格平行；
3.拉橡皮条时，没有做到橡皮条及两细绳套平行于木板，使在纸上所描下的拉力方向并不是拉力的真实方向；
4.没有校准弹簧秤的零点，两只弹簧秤的刻度不准确；
5.弹簧的拉杆与限位孔有摩擦，使弹簧秤读数并不能真实地表示细绳中拉力的大小。
实验四：
验证牛顿运动定律
（一）实验目的
验证牛顿第二定律，即质量一定时，加速度与作用力成正比；作用力一定时，加速度与质量成反比。
（二）实验原理
采用控制变量法，当研究对象有两个以上的参量发生牵连变化时，我们设法控制某些参量不变，而研究其中两个参量之间的变化关系的方法，是物理实验中经常采取的一种方法。
本实验的参量有F、m、a三个参量，研究加速度a与F及m的关系时，我们先控制一个参量，验证牛顿第二定律实验要求先控制小车的质量m不变，讨论a与F的关系后，再控制小盘砝码的质量不变，即F不变，改变小车的质量，讨论a与m的关系。
（三）实验器材
打点计时器、纸带及复写纸片、小车、一端附有定滑轮的长木板、薄木板、小盘、细绳、低压交流电源、两根导线、天平（带有一套砝码）、刻度尺、砝码。
（四）实验步骤
1.用天平测出小车和小盘的质量m和m0，把数值记录下来。
2.按图3-4-1把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细绳系在小车上（即不给小车加牵引力）。
3.平衡摩擦力：
在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木板，反复移动木板的位置，直至小车在斜面上运动时保持匀速运动状态，这时小车拖着纸带运动时受到的摩擦力恰好与小车所受的重力在斜面方向上的分力平衡。
4.把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂小盘。
先接通电源再放开小车，取下纸带，在打点纸带上标上纸带号码。
5.保持小车的质量不变，在小盘内放入m′的砝码，重复步骤4，在小盘内分别放入质量m″，m……的砝码，再重复步骤4。
m′，m″，m……的数值都要记录在纸带上（或自己设计的表格内）。
6.在每条纸带上都选取一段比较理想的部分，按“研究匀变速直线运动”实验中的方法，算出每条纸带的加速度a。
7.用纵坐标表示加速度，横坐标表示力，根据实验结果在坐标平面上画出相应的点，若这些点在一条直线上，便证明了加速度与作用力成正比。
8.保持小盘与砝码的质量不变，在小车上依次加砝码（也需作好记录），重复上述步骤4和6。
用纵坐标表示加速度a，横坐标表示小车及砝码总质量的倒数，在坐标平面上根据实验结果画出相应的点，如果这些点在一条直线上，就证明加速度与质量成反比。
（五）注意事项
1.一定要做好平衡摩擦力的工作，也就是调出一个合适的斜面，使小车的重力沿着斜面方向的分力正好平衡小车受的摩擦阻力。
在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细线系在小车上，即不要给小车加任何牵引力，并要让小车拖着打点的纸带运动。
2.实验步骤2、3不需要重复，即整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变小盘和砝码的总质量还是改变小车和砝码的总质量，都不需要重新平衡摩擦力。
3.每条纸带必须在满足小车与车上所加砝码的总质量远大于小盘和砝码的总质量的条件下打出。
只有如此，小盘和砝码的总重力的大小才可视为小车受到的拉力的大小。
4.改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，再放开小车，且应在小车到达滑轮前按住小车。
5.作图象时，要使尽可能多的点在所作直线上，不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线两侧。
6.作图时两轴标度比例要选择适当。
各量须采用国际单位。
这样作图线时，坐标点间距不至于过密，误差会小些。
7.为提高测量精度
（1）应舍掉纸带上开头比较密集的点，在后边便于测量的地方找一个起点。
（2）可以把每打五次点的时间作为时间单位，即从开始点起，每五个点标出一个计数点，而相邻计数点间的时间间隔为T=0.1s。
8.调整定滑轮的高度，保证细绳与长木板平行。
（六）误差分析
1.质量的测量误差，纸带上打点计时器打点间隔距离的测量误差，细线或纸带不与木板平行等都会造成误差。
2.因实验原理不完善造成误差。
本实验中用小盘和砝码的总重力代替小车受到的拉力（实际上小车受到的拉力要小于小盘和砝码的总重力），存在系统误差。
小盘和砝码的总质量越接近小车的质量，误差就越大；反之，小盘和砝码的总质量越小于小车的质量，误差就越小。
3.平衡摩擦力不准造成误差。
在平衡摩擦力时，除了不挂小盘外，其他的都跟正式实验一样（比如要挂好纸带、接通打点计时器），匀速运动的标志是打点计时器打出的纸带上各点的距离相等。
实验五：
探究动能定理
（一）实验目的
探究外力对物体做功与物体动能变化的关系。
（二）实验原理
探究功与物体动能变化的关系，可通过改变力对物体做的功，测出力对物体做不同功时物体的速度，为简化实验可将物体初速度设置为零，可用如图所示的装置进行实验，通过增加橡皮筋的条数使橡皮筋对小车做的功成倍增加。
再通过打点计时器和纸带来测量每次实验后小车的末速度v。
（三）实验器材
小车（前面带小钩）、100g~200g砝码、长木板，两侧适当的对称位置钉两个铁钉、打点计时器及纸带、学生电源及导线（使用电火花计时器不用学生电源）、5~6条等长的橡皮筋、刻度尺。
（四）实验步骤
1.按上图将实验仪器安装好。
同时平衡摩擦力。
2.先用一条橡皮筋做实验，用打点计时器和纸带测出小车获得的速度v1，设此时橡皮筋对小车做的功为W1，将这一组数据记入表格。
3.用2条橡皮筋做实验，实验中橡皮筋拉伸的长度与第一次相同，这样橡皮筋对小车做的功为W2，测出小车获得的速度v2，将数据记入表格。
4.用3条、4条……橡皮筋做实验，用同样的方法测
出功和速度，记入表格。
5.分析数据，得出结论。
（1）测量小车的速度：
实验获得如图5-4-2所示的纸带，为探究橡皮筋弹力做功和小车速度的关系，需要测量弹力做功结束时小车的速度，即小车做匀速运动的速度，应在纸带上测量的物理量是（用字母表示）：
A1、A2间的距离x，小车速度的表达式是（用测量的物理量表示）v=x/T（T为打点计时器的时间间隔）。
（2）实验数据记录
（3）实验数据处理及分析：
在坐标纸上（如图5-4-3）画出W-v或W-v2图线（“W”以一根橡皮筋做的功为单位）。
（4）实验结论：
从图象可知功与物体速度变化的关系W∝v2。
（五）注意事项
1.平衡摩擦力
实验中的小车不可避免地要受到摩擦力的作用，摩擦力对小车做负功，我们研究的是橡皮筋做的功与物体速度的关系，应设法排除摩擦力的影响，可采用将木板一端垫高的方法来实现。
将木板一端垫高，使重力沿斜面方向的分力与摩擦力相平衡，就能消除摩擦力的影响。
判断是否已平衡掉摩擦力的方法是，轻推一下小车，观察小车不受其他力时能在木板上做匀速运动。
2.我们用2条，3条……橡皮筋进行第2次、第3次……实验时，每次实验时橡皮筋伸长的长度都应保持一致。
3.实验数据处理时，以橡皮筋对小车做的功W为纵坐标，小车获得的速度为横坐标，以第一次实验时的功W为单位，作出W-v图象，分析这条图线，可以得知橡皮筋对小车做的功W与小车获得的速度v的定量关系。
4.打点计时器打出的纸带上相邻各点的间距并不均匀，应选间距均匀的那一段纸带来计算小车的速度，因为这一段是橡皮筋对小车做功完毕时的情形。
（六）误差分析
误差是不可避免的，但我们可以尽量减小它。
为减小本实验的实验误差，要注意以下几个方面的问题：
1.在长木板上，小车、铁钉、打点计时器的位置应调整适当，以保证打在纸带上的点便于处理，求出小车运动的速度。
2.平衡摩擦力时，可使木板略微倾斜，作为补偿，保证小车脱离橡皮筋后做匀速运动。
3.小车的质量较小，当用多条橡皮筋时，打出的点过少，应改用质量稍大的小车（或加砝码），以保证打出的点便于处理。
实验六：
验证机械能守恒定律
（一）实验目的
验证机械能守恒定律
（二）实验原理
1.由纸带记录重物的运动，并得到下落高度为h时，重物的瞬时速度v。
比较自由下落过程中，减少的重力势能mgh和增加的动能1/2mv2，看它们在实验误差允许的范围内是否相等，若相等，则验证了机械能守恒。
2.计算打第n个点速度的方法：
测出第n个点与相邻前后点间距离xn和xn+1，由公式vn=（xn+xn+1）/（2T）或vn=（hn+1-hn-1）/（2T）算出，如图所示。
（三）实验器材
铁架台（含铁夹）、计时器（电火花计时器
或电磁打点计时器）、学生电源、纸带及复写
纸片、导线、毫米刻度尺、重物（带纸带夹）。
（四）实验步骤
1.按图5-5-2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.把纸带的一端在重物上用夹子固定好，另一端穿过打点计时器限位孔，用手竖直提起纸带使重物停靠在打点计时器附近。
3.先接通电源，后松手让重物带着纸带自由下落。
4.重复几次，得到3~5条打上点的纸带。
5.在打出的纸带中挑选出一条点迹清晰，且第1、2两打点间距离接近2mm的纸带，在第一个打点上标出O，并从稍靠后的某一点开始，依次标出1、2、3、4、…，并量出各点到位置O的距离h1、h2、h3、h4、…，并记入表格中。
6.用公式vn=（hn+1-hn-1）/（2T）计算出各点对应的瞬时速度v1、v2、v3、v4、…，并记录在表格中。
7.计算打各点时重力势能的减少量mghn和动能的增加量1/2mvn2，并进行比较，看是否相等。
将计算数值填入表格中。
（五）注意事项
1.应尽可能控制实验条件，即应满足机械能守恒的条件，这就要求尽量减小各种阻力，采取的措施有：
（1）铁架台应竖直安装，可使纸带所受阻力减小；
（2）应选用质量和密度较大的重物，增大重力可使阻力的影响相对减小，增大密度可以减小体积，可使空气阻力减小。
2.应先打开电源，让打点计时器开始打点稳定后，再放开纸带让重物下落。
3.选取纸带的原则是：
（1）点迹清晰；
（2）所打点呈一条直线；
（3）第1和第2两打点间距离接近2mm。
（六）误差分析
1.本实验中因重物和纸带在下落过程中要克服各种阻力（空气阻力、打点计时器阻力）做功，故动能的增加量1/2mv2稍小于重力势能的减少量mgh，这是不可避免的，这属于系统误差，改进的办法是调整器材的安装，尽可能地减小阻力。
2.本实验的另一个误差来源于长度的测量，属于偶然误差，可以通过改变长度的测量方法，或者多次测量取平均值来减小误差。
实验七：
测定金属的电阻率
（一）实验目的
1.掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法；
2.掌握螺旋测微器的使用和读数方法；
3.会用伏安法测电阻，进一步测定金属的电阻率。
（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
如图所示是常用的螺旋测微器，它的小砧A和固定刻度B固定在框架C上。
旋钮D、微调旋钮D′和可动刻度E、测微螺杆F连在一起，通过精密螺纹套在B上。
（2）螺旋测微器的原理
测微螺杆F与固定刻度B之间的精密螺纹的螺距为0.5mm，即旋钮D每旋转一周，F前进或后退0.5mm，而可动刻度E上的刻度为50等份，每转动一小格，F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，小数部分由可动刻度读出。
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.伏安法测电阻
（1）电流表的内接法和外接法的比较
（2）两种电路的选择
①定量判定法
若已知待测电阻的大致阻值Rx，电流表的内阻RA和电压表的内阻RV，则：
当Rx>>RA或Rx/RA>RV/Rx时，选用“内接法”，当Rx<简单概括即为“大内偏大，小外偏小”。
②试触法
若不知Rx的大约阻值，可采用“试触法”，将电路如图所示连接，空出电压表的一个接头S，然后将S分别与a，b接触一下，观察两表示数变化情况。
a.若电流表示数变化明显，说明电压表分流作用较强，即Rx阻值较大，应采用“内接法”，S应接b。
b.若电压表示数变化明显，说明电流表分压作用较强，即Rx阻值较小，应采用“外接法”，S应接a。
3.电阻率的测定原理
把金属丝接入如图所示的电路中，用电压表测金属丝两端的电压，用电流表测金属丝中的电流，根据Rx=U/I计算金属丝的电阻Rx，然后用米尺测量金属丝的有效长度l，用螺旋测微器测量金属丝的直径d，计算出金属丝的横截面积S；根据电阻定律Rx=ρl/S，得出计算金属丝电阻率的公式ρ=RxS/l=πd2U/（4lI）。
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