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1、高一物理高一物理实验专题实验专题 【同步教育信息同步教育信息】 一. 本周教学内容 实验专题 （一）长度的测量 1. 实验目的：学会使用刻度尺，游标卡尺测量物体的长度。 2. 刻度尺（直尺） 最小分度值mm1，量程不等，常用的有钢板尺，钢卷尺，直尺。 注意：注意：测量时刻度尺紧贴被测物，眼睛正对刻度线读数、零刻线损坏，选其它清晰刻 线作起点，长度是两读数之差。 3. 游标卡尺 （1）结构：主尺、测量爪、测深尺，游标尺等。 （2）原理：主尺的最小分度为mm1。游标尺上有几个分度它们的总长度等于 mmn) 1( ，游标尺的每个分度比主尺的最小分度相差mm n 1 ，常用有 10 分度、20 分度、
2、 50 分度，所以其精度相应的是mm1 . 0、mm05 . 0 、mm02 . 0 。 （3）使用（操作）：根据测量内容选对应的测量部件。 （4）读数：分两步进行。首先读主尺上毫米值的整数，然后读游标读数，把两次读数 统一单位后相加即是被测量值。 （5）注意事项：游标卡使用前，先认尺包括认量程看精度，读数时一般不估读。测量 外尺寸时，应把外测爪先张大些，然后收拢把被测物卡住。不要用卡尺测过于粗糙物体， 以免卡尺损坏。 （6）误差分析：一般是选正对刻线时产生误差，取未对正线对称的两条线中间一条刻 线读数，如图中读数应按 b 这条线读数。 a b c d （二）验证平行四边形定则 1. 实验目的
3、 验证互成角度的两个力合成时的平行四边形定则 2. 实验原理 （1）两个力 F1、F2的作用效果与一个力 F 的作用效果相同：使像皮绳在某一方向伸 长一定的（相同）长度。 （2）以 F1、F2为邻边作平行四边形求出 F1、F2的合力 F，在误差允许的范围内比较 F 与 F。如果在误差允许的范围内 F 与 F 相同，就验证了两个力合成时遵循平行四边形 定则。 3. 实验器材 方木板一块；白纸；图钉（若干）；橡皮条；细绳套（两个）；弹簧秤（两只）；三 角板；刻度尺；铅笔。 4. 实验条件 为使橡皮绳有较明显的伸长，同时弹簧测力计有较大的示数，两测力计所拉线绳之间 的夹角不宜过大和过小，一般在 60
4、120之间较合适。 5. 主要测量量 用两个测力计拉线绳，使橡皮条伸长，绳的结点到达 O 点，记录此时两个测力计的数 值 F1和 F2及两个力的方向；用一只测力计重新将结点拉到 O 点，记录此时 F 的大小和方 向。 6. 实验步骤 （1）用图钉把一张白纸钉在水平桌面上的方板上。 （2）用图钉把橡皮条的一端固定在 A 点，橡皮条的另一端固定拴上两个细绳套。 （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，结点达到 O 点。（如图所示）用铅笔记下 O 点的位置及两条细绳套的方向，并分别记录两弹簧秤的 读数 F1和 F2。 （4）用铅笔和刻度尺从力的作用点（位置 O）沿两条细绳
5、套的方向画直线，按选定的 标度作出 F1、F2的图示，然后，以 F1、F2为邻边用刻度尺和三角板作平行四边形，过 O 点画平行四边形的对角线，即为合力 F 的图示。 （5）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，记下细绳套的 方向和弹簧秤的读数 F ，用刻度尺从 O 点按选定的（相同）标度沿记录的方向作出 F 的 图示。 （6）比较力 F 与用平行四边形定则求出的合力 F 的大小和方向，看在实验误差允许 的范围内是否相同。 （7）改变两力 F1、F2的大小和方向，再重复实验两次，从实验结果中得出结论。 7. 数据记录与处理 （1）记录： 物理量 次数 F1（N）F2（N）合
6、力 F（N）F（N） 1 2 3 （2）处理： 用作图法比较 F 与 F 的大小和方向。 8. 注意事项 （1）使用弹簧秤前，应将弹簧秤水平放置，然后检查、矫正零点，并应了解弹簧秤的 量程、单位和精度（最小刻度），读数时视线要正对刻度。 （2）本实验中，为减少实验误差，应选用规格相同的弹簧秤，且要对其性能进行检验， 具体方法是：将两弹簧秤的自由端钩在一起，沿水平方向拉伸，若两弹簧秤的读数一样， 即可选用，否则，不可选。 （3）使用弹簧秤测拉力时，拉力必须沿弹簧秤的轴线方向。在实验中弹簧秤、橡皮条、 细绳套应位于与纸面平行的同一平面内，要防止弹簧秤卡壳、弹簧秤或橡皮条与纸面产生 摩擦。 （4）使
7、用弹簧秤测力时，拉力应适当地大些，以减小误差，但拉伸不要超过量程。 （5）选用的橡皮条应富有弹性，能发生弹性形变，不能选用老化了的橡皮条，实验时， 一方面，缓慢地将橡皮条拉伸到预定的长度，看它能否滞缩缩回到原长；另一方面，用一 个弹簧秤多次拉伸相同的长度，看弹簧秤的读数是否相同。 （6）同一次实验中，橡皮条拉伸后结点的位置 O 必须保持不变。 （7）作力的图示时，标度不宜过小，应尽可能使图画得大些，但不能超出纸外。 9. 误差分析 实验中误差的来源有弹簧秤的精度误差和两只弹簧秤规格不严格相同造成的误差、读 数不准造成的误差和作图不准确带来的误差等等。另外，实验中弹簧秤与板面不严格平行 和弹簧秤
8、卡壳以及弹簧秤或橡皮条与纸面产生摩擦等等。两个分力 F1、F2间的夹角越大， 用平行四边形定则作图得出的合力 F 的误差越大，所以实验中两个分力的夹角不要太大， 误差只能减小不能消除，实验中要严格遵循实验操作规程，以减小实验误差，实验中若用 一只弹簧秤可以减小由于两只弹簧秤规格不同而造成的误差。 （三）研究匀变速直线运动 1. 实验目的 （1）掌握判断物体是否做匀变速直线运动的方法。 （2）测定匀变速直线运动的加速度。 （3）会用逐差法计算物体运动的加速度。 2. 实验原理 测定物体做匀变速直线运动最基本的是测出位移和时间的关系，运用匀变速直线运动 的规律，对纸带数据进行处理。如图实 41 所
9、示， 1 S、 2 S n S是相邻两计数点间的 距离，S是两个连续相等的时间里的位移之差，即 121 SSS， 232 SSS，T 是两个相邻计数点间的时间间隔且 T= 0.02n 秒（n 为两计数点间的 间隔数）由运动学公式： S1 . 0. . S3 S2 1 2 3 . S4 图实 41 2 01 2 1 aTTVS 2 12 2 1 aTTVS aTVV 01 得 2 12 aTSSS T 是恒量。当 a 为恒量时，S也为恒量，即做匀变速直线运动的物体的S必为恒量， 它是判断物体是否做匀变速直线运动的必要条件。若物体做初速度为零的匀加速直线运动， 其判断条件是： A. S 12312
10、nn SSSSSS恒量； B. S 1 2S（ 1 S为开始运动到第一个计数点之间的距离）。 3. 实验器材 打点计时器、纸带、复写纸片、低压交流电源、小车、细绳、一端附有滑轮的长木板、 刻度尺、钩码、两根导线。 4. 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，把纸带穿过打点计时器，并把它的一端固定在小车的后面。实验装置见图 实 42。 图实 42 （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
11、的点，换上新纸带，重复三次。 （3）选取一条点迹清晰的纸带，舍掉开头的比较密集的点。确定好记数起点。每隔 ssT1 . 0502 . 0 取一个记数点，并依次标明 0，1，2，3如图实 43 所示，用刻度 尺测量两相邻记数点间距离 1 S， 2 S， 63 SS并把测量结果填入记录表格中。 . . . . 0 S1 1 . S2 . . . . . . S3 23 图实 43 （4）根据测量结果，用逐差法求出加速度 1 a、 2 a、 3 a的值，然后计算出其平均值， 它就是小车做匀变速直线运动的加速度。 5. 数据记录及处理 （1）记录： 记数点 位移)(ms位移差)(ms 加速度 )/(
12、3 2 2 3 sm T ss a nn n 1 1 S 2 2 S 33 S 4 4 S 55 S 66 S 小车做匀变速直线运动的加速度 3 321 aaa a )/( 2 sm。 （2）处理： 利用逐差法处理纸带数据求物体运动的加速度。 若所选记数点为 0，1，2，6。则 2 14 1 3T SS a ， 2 25 2 3T SS a ， 2 36 3 3T SS a ，故物体运动的加速度 2 123456321 9 )()( 3T SSSSSSaaa a 若所选记数点为 0，1，2，3，4，则 2 123421 4 )()( 2T SSSSaa a 若所选记数点 0，1，25，则舍去
13、3 S，加速度 2 124521 6 )()( 2T SSSSaa a 利用 vt 图象求物体运动的加速度。 先由 T SS v nn n 2 1 求出打第 n 点时的瞬时速度)6,5,4,3,2,1( n。 再作出 vt 图象，图线的斜率即为物体运动的加速度。 6. 注意事项 （1）应调整使细绳与木板平行，小车运动要平稳。 （2）选用合适的钩码，使小车的加速度适当大一些，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 78 个计数点为宜。 （3）要在钩码（或沙桶）落地处放置软垫或砂箱，防止撞坏钩码。 （4）要在小车到达滑轮前用手按住它或放置泡沫塑料档块，防止小车掉
14、在地上或撞坏 滑轮。 （5）操作时，应先接通电源，待打点计时器稳定打点后再释放小车。 （6）纸带运动时不要让纸带与打点计时器的限位孔摩擦。 （7）纸带上所选取的记数点不宜太长，不要分段测量各段位移，应一次性测量出各计 数点到记数起点 O 之间的距离，读数时估读到毫米的下一位。 （8）处理纸带数据时，应注意 1 S， 2 S n S是连续相邻相等的时间内的位移，而不 是各计数点到起点 O 的距离。 7. 实验误差的来源与分析 本实验参与计算的量有 S 和 T，因此误差来源于 S 和 T。当调整好了打点计时器后， 由于市电的频率很稳定，其误差小于Hz2 . 0，所以可将打点时间误差忽略不计。若测各
15、 个 S 时用最小分度为mm1的刻度尺，其误差一般不超过mm5 . 0，若点子打得清晰而小， 则误差可小于mm2 . 0，因此我们应选择点子打得小而清晰的纸带。且要用最小分度 mm1的刻度尺估计到mm1 . 0。并要求眼睛要正对点和刻度尺，以尽量减小误差。另按逐 差法处理数据求加速度的平均值其好处是各个数据都得到了利用。达到正负偶然误差充分 互相抵消的作用。如) 333 ( 3 1 3 2 36 2 25 2 14321 T SS T SS T SSaaa a 2 321654 9 )()( T SSSSSS 使计算结果更接近真实值。 【典型例题典型例题】 例 1 用一把合格的游标卡尺测量某一
16、物体的长度游标尺的位置如图实 11 所示，则物体 的长度是多少？ 图实 11 解析：解析：被测物体的长度 L 等于主尺和游标尺零刻度线之间的距离，也就是 L = AC = AB + BC，其中 AB 在主尺上读。为 21mm；BC 在游标尺上读，这是关键，可以这样理解： 游标尺的零刻度线从 B 向后退零点几毫米，游标尺的第几条刻度线就与主尺上的某一条刻 度线重合，就读作零点几毫米；在图实 11 中 BC = 0.7mm，所以 L=AC= AB +BC= 21mm + 0.7mm = 21.7mm。 例 2 如图实 12 所示，用 10 分度的游标量尺测量一根金属圆管的内径和外径时，长尺 上的游标位置分别如图所示，则这根金属圆管的内径读
