高中物理复习验证性实验

二十一、验证性实验

1、互成角度的两个共点力的合成

[实验目的]

验证力的合成的平行四边形定则。

[实验原理]

此实验是要用互成角度的两个力与一个力产生相同的

效果（即：使橡皮条在某一方向伸长一定的长度），看其用

平行四边形定则求出的合力与这一个力是否在实验误差允

许范围内相等，如果在实验误差允许范围内相等，就验证了

力的平行四边形定则。

[实验器材]

木板一块，白纸，图钉若干，橡皮条一段，细绳套，弹

簧秤两个，三角板，刻度尺，量角器等。

[实验步骤]

1．用图钉把一张白纸钉在水平桌面上的方木板上。

2．用图钉把橡皮条的一端固定在板上的A 点，用两条细绳套结在橡皮条的另一端。

3．用两个弹簧秤分别钩住两个细绳套，互成一定角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O （如图所示）。

4．用铅笔描下结点O 的位置和两个细绳套的方向，并记录弹簧秤的读数。在白纸上按比例作出两个弹簧秤的拉力F 1和F 2的图示，利用刻度尺和三角板，根椐平行四边形定则用画图法求出合力F 。

5．只用一个弹簧秤，通过细绳套把橡皮条的结点拉到与前面相同的位置O ，记下弹簧秤的读数和细绳的方向。按同样的比例用刻度尺从O 点起做出这个弹簧秤的拉力F'的图示。

6．比较F'与用平行四边形定则求得的合力F ，在实验误差允许的范围内是否相等。

7．改变两个分力F 1和F 2的大小和夹角。再重复实验两次，比较每次的F 与F'是否在实验误差允许的范围内相等。

[注意事项]

1．用弹簧秤测拉力时，应使拉力沿弹簧秤的轴线方向，橡皮条、弹簧秤和细绳套应位于与纸面平行的同一平面内。

2．同一次实验中，橡皮条拉长后的结点位置O 必须保持不变。

[例题]

1．在本实验中，橡皮条的一端固定在木板上，用两个弹簧秤把橡皮条的另一端拉到某一位置O 点，以下操作中错误的是

A ．同一次实验过程中，O 点位置允许变动

B ．在实验中，弹簧秤必须保持与木板平行，读数时视线要正对弹簧秤刻度

C ．实验中，先将其中一个弹簧秤沿某一方向拉到最大量程，然后只需调节另一弹簧秤拉力基本

实验

的大小和方向，把橡皮条的结点拉到O点

D．实验中，把橡皮条的结点拉到O点时，两弹簧之间的夹角应取90°不变，以便于算出合力的大小

答案：ACD

2．做本实验时，其中的三个实验步骤是：

（1）在水平放置的木板上垫一张白张，把橡皮条的一端固定在板上，另一端拴两根细线，通过细线同时用两个弹簧秤互成角度地拉橡皮条，使它与细线的结点达到某一位置O点，在白纸上记下O点和两弹簧秤的读数F1和F2。

（2）在纸上根据F1和F2的大小，应用平行四边形定则作图求出合力F。

（3）只用一个弹簧秤通过细绳拉橡皮条，使它的伸长量与用两个弹簧秤拉时相同，记下此时弹簧秤的读数F'和细绳的方向。

以上三个步骤中均有错误或疏漏，指出错在哪里？

在（1）中是________________。

在（2）中是________________。

在（3）中是________________。

答案：本实验中验证的是力的合成，是一个失量的运算法则，所以即要验证力大小又要验证力的方向。弹簧秤的读数是力的大小，细绳套的方向代表力的方向。

（1）两绳拉力的方向；（2）“的大小”后面加“和方向”；（3）“相同”之后加“使橡皮条与绳的结点拉到O点”

2、验证牛顿第二定律

[实验目的]

验证牛顿第二定律。

[实验原理]

1．如图所示装置，保持小车质量不变，改变小桶内砂的

质量，从而改变细线对小车的牵引力，测出小车的对应加速

度，作出加速度和力的关系图线，验证加速度是否与外力成

正比。

2．保持小桶和砂的质量不变，在小车上加减砝码，改变

小车的质量，测出小车的对应加速度，作出加速度和质量倒

数的关系图线，验证加速度是否与质量成反比。

[实验器材]

小车，砝码，小桶，砂，细线，附有定滑轮的长木板，垫木，打点计时器，低压交流电源，导线两根，纸带，托盘天平及砝码，米尺等。

[实验步骤]

1．用天平测出小车和小桶的质量M和M'，把数据记录下来。

2．按如图装置把实验器材安装好，只是不把挂小桶用的细线系在小车上，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垫木，反复移动垫木的位置，直至小车在斜面上可以保持匀速直线运动状态（也可以从纸带上打的点是否均匀来判断）。

4．在小车上加放砝码，小桶里放入适量的砂，把砝码和砂的质量m和m'记录下来。把细线系在小车上并绕过滑轮悬挂小桶，接通电源，放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，取

下纸带，在纸带上写上编号。

5．保持小车的质量不变，改变砂的质量（要用天平称量），按步骤4再做5次实验。

6．算出每条纸带对应的加速度的值。

7．用纵坐标表示加速度a，横坐标表示作用力，即砂和桶的总重力(M'+m')g，根据实验结果在坐标平面上描出相应的点，作图线。若图线为一条过原点的直线，就证明了研究对象质量不变时其加速度与它所受作用力成正比。

8．保持砂和小桶的质量不变，在小车上加放砝码，重复上面的实验，并做好记录，求出相

应的加速度，用纵坐标表示加速度a，横坐标表示小车和车内砝码总质量的倒数，在坐标平面上根据实验结果描出相应的点，并作图线，若图线为一条过原点的直线，就证明了研究对象所受作用力不变时其加速度与它的质量成反比。

[注意事项]

1．砂和小桶的总质量不要超过小车和砝码的总质量的。

2．在平衡摩擦力时，不要悬挂小桶，但小车应连着纸带且接通电源。用手轻轻地给小车一个初速度，如果在纸带上打出的点的间隔是均匀的，表明小车受到的阻力跟它的重力沿斜面向下的分力平衡。

3．作图时应该使所作的直线通过尽可能多的点，不在直线上的点也要尽可能对称地分布在直线的两侧，但如遇个别特别偏离的点可舍去。

[例题]

1．在验证牛顿第二定律的实验中，用改变砂的质量的办法来改变对小车的作用力F，用打点计时器测出小车的加速度a，得出若干组F和a的数据。然后根据测得的数据作出如图所示的a-F图线，发现图线既不过原点，又不是直线，原因是

A．没有平衡摩擦力，且小车质量较大

B．平衡摩擦力时，所垫木板太高，且砂和小桶的质量较大

C．平衡摩擦力时，所垫木板太低，且砂和小桶的质量较大

D．平衡摩擦力时，所垫木板太高，且小车质量较大

答案：C

2．在验证牛顿第二定律的实验中，打出如图所示的纸带，如果只测出图示数据，则小车运动的加速度是________m/s2。（所用交流电源频率为50Hz）

答案：0.55

3、验证机械能守恒定律

[实验目的]

验证机械能守恒定律。

[实验原理]

当物体自由下落时，只有重力做功，物体的重力势能和动能互相转化，机械能守恒。若某一

时刻物体下落的瞬时速度为v，下落高度为h，则应有：mgh= mv2，借助打点计时器，测出重物某时刻的下落高度h和该时刻的瞬时速度v，即可验证机械能是否守恒，实验装置如图所示。