广东省高考物理实验基础

实验一：研究匀变速直线运动一、实验目的：使用打点计时器测定匀变速直线运动的速度和加速度。

二、实验原理：设物体做匀加速直线运动，加速度是a ，在各个连续相等的时间T 里的位移分别是s 1、s 2、s 3……则有△s=s 2-s 1=s 3-s 2=s 4-s 3=……=aT 2由上式还可得到s 4-s 1=(s 4-s 3)+(s 3-s 2)+(s 2-s 1)=3aT 2同理有s 5-s 2=s 6-s 3=……=3aT 2可见，测出各段位移s 1、s2……即可求出21413Ts s a -= 22523T s s a -=…… 再算出a 1、a 2……的平均值，就是我们所要测定的匀变速直线运动的加速度。

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，刻度尺，导线，电源，钩码，细绳。

四、实验步骤：（1）把附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸处桌面。

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。

（2）把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下边挂上合适的钩码。

把纸带穿过打点计时器，并把纸带的一端固定在小车的后面。

（3）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列小点。

换上新纸带，重复实验三次。

（4）从三条纸带中选择一条比较理想的，舍掉开头一些比较密集的点，在后边便于测量的地方找一个开始点。

为了测量方便和减小误差，通常不用每打一次点的时间作为时间的单位，而用每打五次点的时间作为时间的单位，就是T=0.02×5=0.1s。

在选好的开始点下面标明A，在第六点下面标明B，在第十一点下面标明C，在第十六点下面标明D，……，点A、B、C、D……叫做计数点，如图所示。

两个相邻计数点间的距离分别是s1、s2、s3……s1s2 s3A B C D（5）测出六段位移s1、s2、s3、s4、s5、s6的长度，把测量结果填入下表中。

（6）根据测量结果，利用“实验原理”中给出的公式算出加速度a1、a2、a3的值。

注意：T=0.1s。

求出a1、a2、a3的平均值，它就是小车做匀变速直线运动的加速度。

[常考点]：1、求纸带的某点速度；2、求纸带的加速度（逐差法）；3、打点计时器的使用：先打点再放手，打完点及时关闭打点计时器；4、开始打点时，小车紧靠打点计时器。

实验二：探究弹力和弹簧伸长的关系实验目的：探索弹力与弹簧伸长的定量关系。

实验原理：F=kX实验器材：轻弹簧、钩码（一盒）、刻度尺、铁架台、三角板、重垂线、坐标纸。

实验步骤：1．将铁架台放于桌面上，将弹簧的一端固定于铁架台的横梁上，在靠近弹簧处将刻度尺固定于铁架台上，并用重垂线检查刻度尺是否垂直。

2．记下弹簧的原长（自然长度）l03．在弹簧下端挂上钩码，待钩码静止后，记下弹簧的的现长l及弹力F，算出伸长量x=l-l0，并改变钩码个数，多次测量。

数据记录表如下：（略）4．根据测量数据画出F-x图像。

（以F为纵轴，以x为横轴）5．探索结论：按照F-x图中各点的分布与走向，尝试做出一条平滑的曲线（包括直线）。

所画的点不一定正好在这条曲线上，但要注意使曲线两侧的点数大致相同。

尝试写出曲线所代表的函数，首先尝试F-x是否为一次函数，如果不行则考虑二次函数……在实验误差范围内，应得出弹力的大小与弹簧的伸长量成正比，即F=kx，其中k的单位由F和x的单位决定。

[常考点]：1、根据实验数据作图：F-X图，m-X图等（在弹性限度内：直线；超过弹性限度：不是直线）；2、根据图象（直线部分）求劲度系数k；3、结论表述：在弹簧的弹性限度内，弹簧的伸长跟拉力成正比。

实验三：验证力的平行四边形定则实验目的：验证平行四边形定则实验原理：利用测力计测力作矢量图验证力的平行四边形定则。

实验器材：方木板一块、测力计两个、细绳两段、橡皮条一段、白纸、铅笔、刻度尺、图钉实验步骤：（1）把橡皮条的一端固定在板上的A点。

（2）用两条细绳结在橡皮条的另一端，通过细绳用两个弹簧秤互成角度拉橡皮条，橡皮条伸长，使结点伸长到O点（如图2-1）点拨：经验得知两个分力F1、F2间夹角θ越大，用平行四边形作图得出的合力F的误差也越大，所以实验中不要把θ角取得太大，一般不大于90°为最佳。

橡皮条、细绳、测力计应在同一平面内，测力计的挂钩应避免与纸面磨擦。

（3）用铅笔记下O点的位置，画下两条细绳的方向，并记下两个测力计的读数。

点拨：拉橡皮条的细线要长些，标记每条细线方向的方定是使视线通过细线垂直于纸面，在细线下面的纸上用铅笔点出两个定点的位置，并使这两个点的距离要尽量远些。

（4）在纸上按比例作出两个力F1、F2的图示，用平行四边形定则求出合力F。

点拨：作图要用尖铅笔，图的比例要尽量大些，要用严格的几何方定作出平行四边形，图旁要画出表示力的比例线段，且注明每个力的大小和方向。

（5）只用一个测力计，通过细绳把橡皮条上的结点拉到同样的位置O点，记下测力计的读数和细绳的方向，按同样的比例作出这个力F′的图示，比较F′与用平行四边形定则求得的合力F，比较合力大小是否相等，方向是否相同。

（6）改变F1和F2的夹角和大小，再做两次。

[常考点]：1、实验操作的要点：用两个力拉和用一个力拉，要将结点拉到同一位置（力的等效性）；2、数据记录：O点的位置，力的大小，力的方向（细绳的方向）；3数据的处理：作力的图示（注意：要有标度），4、实际合力和理论合力的区分；5、结论表达。

实验四：验证牛顿运动定律实验原理：牛顿第二定律实验仪器：轨道小车、打点计时器、学生电源、天平、砂桶、砂袋(砂桶、砂袋也可用钩码代替)、纸带、刻度尺、细线、木块如图，如果摩擦力可以不计，则对质量为m的砂桶和砂及质量为M的小车分别有T=Ma (1) mg－T=ma (2)解得T=1mg m M当M>>m时，T≈mg则(1)式变为mg≈Ma所以，如果实验测得在M一定时，a∝mg，在mg一定时a ∝1M，就验证了牛顿第二定律。

操作步骤：(1)用天平测出小车质量M，在砂桶内加适量的砂，用天平测出砂和桶的总质量m(要保证m<<M)。

把打点计时器固定在长木板上。

(2)把纸带系在小车上，并使纸带穿过打点计时器。

把木块垫在装有打点计时器的木板一端下面，调节木块位置使小车能在木板上做匀速运动。

这时，小车所受摩擦阻力与小车所受重力沿斜面方向的分力平衡(注意此时未挂砂桶)。

(3)把系在砂桶上的细线绕过木板上的定滑轮后系在小车上，把小车放在打点计时器附近，接通电源，放开小车，便在纸带上留下反映小车运动状况的点迹。

取下纸带并编上号码。

(4)给小车换上新纸带，保持小车质量不变。

往砂桶内加一些砂，并称出其质量(注意仍需保证m<<M)。

重复步骤(3)。

如此做几次。

对各次实验所得的纸带取好计数点，进行测量和计算，求出每条纸带对应的小车的加速度，分别记入表格中。

(5)保持砂桶总质量m不变，往小车上依次加不同数目的砂袋(其质量预先测出)，重复步骤(3)几次。

把各次纸带数据记入下面的表格中。

(6)分析实验数据，看是否符合牛顿第二定律。

注意事项：(1)平衡摩擦力和保证M>>m 是减小本实验系统误差的关键。

采用上述“垫板法”平衡摩擦力，不仅操作方便，而且在改变小车质量的实验中不需再调。

调匀速时，先进行目测，最后应打一条纸带观察，看是否调到匀速了。

为了保证M>>m ，小车质量应足够大。

如果所用小车质量较小，可在小车内装一些砝码以增加总质量。

(2)本实验的数据处理主要是用打点纸带测算加速度，可以逐差法求加速度，也可用速度－时间图象求加速度。

(3)分析实验数据验证牛顿第二定律时，可以用比例法验证：即看比值11mg a ，22m g a ，……等在实验误差范围内是否为同一恒量(等于小车质量M)；乘积M 1a 1，M 2a 2，M 3a 3……等是否为同一恒量(等于拉力mg)；也可以作出a －F 图像和a －1M 图像，看图像是否为直线来验证。

(4)如果平衡摩擦力做得不好，则图像不会通过坐标原点；如果不满足M>>m 的条件，图像将会是一条曲线。

[常考点]：1、误差的减小措施：摩擦力的平衡（例如：垫高木板），M>>m 等；2、由纸带数据求速度和加速度；3、作出a －F 图像和a －1M 图；4、图象不过原点的原因；5、实验结论的表达（要有前提条件），例如：小车质量不变时，小车加速与合力成正比。

合力不变时，小车加速度与小车质量成反比。

实验五：探究动能定理实验目的：探究合外力做功和动能变化的关系实验器材：打点计时器，电源，导线，一端附有定滑轮的光滑长木板，小车，纸带，细绳，弹簧测力计，砝码盘和砝码，刻度尺实验原理：用打点计时器和纸带记录下小车做匀加速运动的情况如图实6-1所示。

通过测量和计算可以得到小车从O 点到2、3、4、5点的距离，及在2、3、4、5点的瞬时速度。

从打下0点到打下2、3、4、5点的过程中，合外力F （等于绳的拉力）对小车做的功W 及小车增加的动能ΔE k ，可由下式计算：n n Fx W =，0mv 21E 2n kn -=∆其中n =2，3，4，5……实验步骤：图实6-11．把一端附有定滑轮的光滑长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上没有定滑轮的一端，连接好电路（如图）。

2．在实验小车上先固定一个测力计，测力计的挂钩连接细轻绳，轻绳跨过定滑轮，挂一个小盘，盘内放砝码。

试放手后，小车能在长木板上平稳地加速滑行一段距离，把纸带穿过打点计时器，并把它的一端固定在小车后面。

3．把小车停靠在打点计时器处，先接通电源，再放开小车，让小车运动，打点计时器在纸带上打出一系列点迹。

在小车运动过程中读出测力计读数F，即小车受到的拉力大小。

取下纸带，换上新纸带，重复实验几次。

4．选择点迹清晰的纸带，记下第一个点的位置0，并在纸带上从任意点开始依次选取几个点，记作1，2，3，4，5，6，测量各点到0的距离x1，x2，x3，x4，x5，x6。

5．计算出打下2，3，4，5时小车的速度v2，v3，v4，v5。

6．计算从打下0点到打下2，3，4，5的过程中合外力F（大小等于测力计读数F）对小车做的功W及小车增加的动能ΔE k，并填入下表。

7．在坐标纸上画出ΔE k——W图像。

（五）数据记录及处理：以ΔE k为横轴，W为纵轴，做出ΔE k——W图像。

注意事项：1．长木板应尽量光滑，如果摩擦力较大应先平衡摩擦力。

可以在长木板下端垫小物块。

2．使用打点计时器时应先接通电源再释放小车。

[常考点]：1、纸带数据处理；2、作图，由图象得结论；3、误差分析；4、打点计时器时应先接通电源再释放小车；5、若用砝码的重力代替拉力，则要求M>>m；若用测力计（或力传感器）测量拉力，则不要求M>>m（想想为什么？）。