高中物理必修1必修2实验汇总

第一讲 实验 研究匀变速直线运动

一、打点计时器

1．电磁打点计时器使用交流电压为 4V ～6V 的电源，当电源涉率是50Hz 时，它每隔 0.02s 打一个点．

2．电火花计时器是利用火花放电在纸带上打出小孔而显示出点迹的计时仪器，使用220V 交流电压，当电源频率为50Hz 时，它也是每隔0.02s 打一个点．

二、纸带的数据记录

1．取点的原则：从打下的纸带中选取点迹清晰的纸带，舍掉开始比较密集的点迹，以便于测量位置取一个计数点A ，然后每5个点(或者说每隔4个点)如图所示，取一个计数点B 、C 、D ….这样每两个计数点间的时间间隔为T ＝0.1s ，计算比较方便．

2．从纸带读取长度的方法：利用毫米刻度尺．测出各点到A 点的距离，算出相邻计数点间的距离s 1、

s 2、s 3、s 4、s 5、s 6….由于毫米刻度尺的最小刻度是

mm ，读数时必须估读到mm 的下一位 ． 三、实验原理

1．利用纸带判断物体是否做匀变速直线运动的方法

设s 1、s 2、s 3……为纸带上相邻两个计数点之间的距离，若Δs ＝s 2－s 1＝s 3－s 2＝s 4－s 3＝……＝常数，即连续相等的时间间隔内的位移之差为恒量，则与纸带相连的物体做匀变速直线运动． 2．由纸带求物体运动加速度的方法

(1)逐差法：根据s 4－s 1＝s 5－s 2＝s 6－s 3＝3aT 2

，求

a 1、a 2、a 3，再算出a 1、a 2、a 3的平均值即为我们所

求的匀变速直线运动物体的加速度． 设T 为相邻两计数点之间的时间间隔，则

a 1＝s 4－s 13T 2，a 2＝s 5－s 23T 2，a 3＝s 6－s 3

3T

2

加速度的平均值为a ＝

a 1＋a 2＋a 3

3

“逐差法”求加速度的目的是尽可能多地使用我们测量的数据s 1、s 2、s 3……，以减小偶然误差．

(2)用v －t 图象求加速度：根据匀变速直线运动某段时间中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度即v n ＝

s n ＋s n ＋1

2T

，求出打各个计数点时纸带的瞬时速度，再作出v －t 图象，图线的斜率即为做匀变速直线运动物体的加速度． 四、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． 五、实验步骤

1．把一端附有滑轮的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滑轮的一端，连接好电路，如图所示．

2．把一条细绳拴在小车上，细绳跨过滑轮，并在绳的另一端挂上合适的钩码，把纸带穿过打点计时器(纸带要放在复写纸下面)，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系列的点．取下纸带，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纸带，舍掉开头一些较密集的点，在后边便于测量的地方找一个开始点，为了测量方便和减少误差，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 ＝0.02s×5＝0.1s ，在选好的开始点下标明A ，依次标为B 、C 、

D 、

E ……(这些点叫做计数点)．

5．一般要测出六段位移s 1、s 2、s 3、s 4、s 5、s 6. 6．根据测量结果，利用“实验原理”中给出的公式算出加速度a 1、a 2、a 3的值，(注意T ＝0.1s)求出

a1、a2、a3的平均值，就是小车做匀变速直线运动的加速度．

六、注意事项

1．要在钩码落地处放置软垫或砂箱，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，防止车掉在地上或撞坏滑轮．

3．开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器．4．应该先接通电源，待打点计时器工作稳定后，再释放小车．

5．小车另一端所挂的钩码个数要适当，避免加速度过大而使纸带上打的点太少，或者加速度太小，使各段位移无多大区别．

6．选择一条理想的纸带，是指纸带上的点迹清晰．适当舍弃点子密集部分，适当选取计数点(计数点和计时点有区别)，弄清楚所选的时间间隔T 等于多少秒．

七、误差分析

本实验中误差来源于s和T.由于电源频率很稳定，所以打点时间T的误差可忽略不计．在用毫米刻度尺测量s时，要求眼睛正对刻度尺．

【特别提醒】除了每两计数点间逐段测量长度s1、s2、s3…外，还可让刻度尺的零刻度对准第一个计数点0，分别测出各计数点1、2、3…到0点的距

离d1、d2、d3…，此时用v n＝d n＋1－d n－1

2T来求各点的

瞬时速度．

第二讲实验验证平行四边形法则1．实验目的

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等效法：使一个力F′的作用效果和两个力F1、F2的作用相同，都是让同一条一端固定的橡皮条伸长到某点，所以一个力F′就是这两个力F1和F2的合力，作出力F′的图示，如图所示．

②平行四边形法：根据平行四边形定则作出力F1和F2的合力F的图示．

③验证：比较F和F′的大小和方向是否相同，若有误差允许的范围内相同，则验证了力的平行四边形定则．

3．实验器材

方木板、白纸，弹簧测力计(两只)，橡皮条，细绳套(两个)，三角板，刻度尺，图钉(几个)．

4．实验步骤

①用图钉把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A点，橡皮条的另一端拴上两个细绳套．

③用两只弹簧测力计分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条与绳的结点伸长到某一位置O，如图所示，记录两弹簧测力计的读数，用铅笔描下O 点的位置及此时两细绳的方向．

④用铅笔和刻度尺从结点O沿两条细绳方向画直线，按选定的标度作出这两只弹簧测力计的拉力F1和F2的图示，并以F1和F2为邻边用刻度尺作平行四边形，过O点画平行四边形的对角线，此对角线即为合力F的图示．

⑤只用一只弹簧测力计通过细绳套把橡皮条的结

点拉到同样的位置O，记下弹簧测力计的读数和细绳的方向，用刻度尺从O点按同样的标度沿记录的方向作出这只弹簧测力计的拉力F′的图示．

⑥比较力F′与平行四边形定则求出的合力F在大小和方向上是否相同．

⑦改变两个力F1和F2的大小和夹角，再重复实验两次．

5．实验注意事项

①在同一次实验中，使橡皮条拉长时结点的位置一

定要相同．

②用两个弹簧测力计钩住细绳套互成角度地拉橡

皮条时，其夹角不宜太小，也不宜太大，以60°～100°之间为宜．

③读数时应注意使弹簧测力计与木板平行，并使细绳与弹簧测力计的轴线在同一条直线上，避免弹簧与测力计外套、弹簧测力计的限位卡之间有摩擦．读数时眼睛要正视弹簧测力计刻度，在合力不超出量程及橡皮条在弹性限度内的前提下，测量数据尽量大一些．

④细绳应适当长一些，便于确定力的方向．不要直接沿细绳方向画直线，应在细绳两端画两个射影点．取掉细绳后，连直线确定力的方向．

⑤以调零后的弹簧测力计的两挂钩互钩后对拉，读数相同为宜．

⑥在同一次实验中，画力的图示选定的标度要相同，并且要恰当选定标度，使力的图示稍大一些．6．实验误差分析

①读数误差

减小读数误差的方法：弹簧测力计数据在允许的情况下，尽量大一些．读数时眼睛一定要正视刻度尺，要按有效数字正确读数和记录．

②作图误差

减少作图误差的方法：作图时两力的对边一定要平行．两个分力F1、F2间的夹角越大，用平行四边形作出的合力F的误差ΔF就越大，所以实验中不要把F1、F2间的夹角取得太大．

第三讲验证牛顿第二定律

1．实验目的、原理

实验目的：验证牛顿第

二定律，即物体的质量一定

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．

实验原理：利用砂及砂

桶通过细线牵引小车做加

速运动的方法，采用控制变

量法研究上述两组关系．如图3-14-1所示，通过适当的调节，使小车所受的阻力忽略，当M和m做加速运动时，可以得到

g

m

M

m

a

+

=

m

M

m

mg

T

+

?

=

当M>>m时，可近似认为小车所受的拉力T等于mg．

本实验第一部分保持小车的质量不变，改变m的大小，测出相应的a，验证a与F的关系；第二部分保持m不变，改变M的大小，测出小车运动的加速度a，验证a与M的关系．

2．实验器材

打点计时器，纸带及复写纸，小车，一端附有滑轮的长木板，小桶，细绳，砂，低压交流电源，两根导线，天平，刻度尺，砝码．

3．实验步骤及器材调整

(1)用天平测出小车和小桶的质量M和m，把数值记录下来．

(2)按图3-14-2所示把实验器材安装好．

(3)平

衡摩擦力：

在长木板

的不带滑

轮的一端

下面垫上

一块薄木

板，反复移

动其位置，直至不挂砂桶的小车刚好在斜面上保持匀速运动为止．

(4)将砂桶通过细绳系在小车上，接通电源放开小车，使小车运动，用纸带记录小车的运动情况，取下纸带，并在纸带上标上号码．

(5)保持小车的质量不变，改变砂桶中的砂量重复步骤(4)，每次记录必须在相应的纸带上做上标记，列表格将记录的数据填写在表内．

(6)建立坐标系，用纵坐标表示加速度，横坐标表示力，在坐标系上描点，画出相应的图线以验证a与F的关系．

(7)保持砂及小桶的质量不变，改变小车的质量(在小车上增减砝码)，重复上述步骤(5)、(6)验证a与M的关系．

4．注意事项

(1)在本实验中，必须平衡摩擦力，方法是将长木板的一端垫起，而垫起的位置要恰当．在位置确定以后，不能再更换倾角．

(2)改变m和M的大小时，每次小车开始释放时应尽量靠近打点计时器，而且先通电再放小车． (3)每次利用纸带确定a时，应求解其平均加速度．

图3－14－1

图3－14－2

5．数据处理及误差分析 (1)该实验原理中T=m

M M

mg +?

，可见要在

每次实验中均要求M>>m ，只有这样，才能使牵引小

车的牵引力近似等于砂及砂桶的重力．

(2)在平衡摩擦力时，垫起的物体的位置要适当，长木板形成的倾角既不能太大也不能太小，同时每次改变M 时，不再重复平衡摩擦力．

(3)在验证a 与M 的关系时，作图时应将横轴用l ／M 表示，这样才能使图象更直观．

第四讲 实验 研究平抛运动

一、实验原理

平抛物体的运动可以看作是两个分运动的合运动：一个是水平方向的匀速直线 运动，另一个是竖直方向的自由落体运动．使小球做平抛运动，利用描迹法描出小球的运动轨迹，即小球做平抛运动的曲线，建立坐标系，测出曲线上的某一点的坐标x 和

y ，根据重力加速度g 的数值，利用公式y ＝gt 2/2，

求出小球的飞行时间t ，再利用公式x ＝v 0t ，求出小球的水平分速度，即为小球做平抛运动的初速度

v 0＝

二、实验器材

斜槽，竖直固定在铁架台上的木板，铅笔，白纸，图钉，小球，刻度尺，重垂线． 三、实验步骤

1．安装调整斜槽：用图钉把白纸钉在竖直板上，在木板的左上角固定斜槽，可用平衡法调整斜槽，即将小球轻放在斜槽平直部分的末端处，能使小球在平直轨道上的

任意位置静止，就表明斜槽末端的水平已调好． 2．调整木板：用悬挂在槽口的重垂线把木板调整到竖直方向，并使木板平面与小球下落的竖直面平行．然后把重垂线方向记录到钉在木板上的白纸上，固定木板，使在重复实验的过程中，木板与斜槽的相对位置保持不变．

3．确定坐标原点O ：把小球放在槽口处，用铅笔记下球在槽口时球心在木板上的 水平投影点O ，O 点即为坐标原点．

4．描绘运动轨迹：让小球从斜槽上一个确定的位置自由下滑，用眼睛粗略地确定做平抛运动的小球

在某一x 值处(如x ＝1cm)的y 值，再用铅笔较准确

地确定小球通过的位置，并在坐标纸上记下这一点．

用同样的方法，找出小球平抛轨迹上的一系列位置．

用平滑的曲线把所记下的小球通过的位置连接起来就得出小球做平抛运动的轨迹．

5．测量记录数据：以O 点为原点画出竖直向下的y 轴和水平向右的x 轴，并在曲线上选取A 、B 、C 、D 、

E 、

F 六个不同的点，用刻度尺和三角板测出它们的

坐标x 和y ，记录在设计的表格内．

6．计算初速度：用公式x ＝v 0t

和 y ＝12gt 2

计算出小球的初速度v 0，最后计算

出v 0的平均值，并将有关数据记入表格内． 四、实验注意事项

1．实验中必须保持通过斜槽末端点的切线水平，木板必须处在竖直面内且与小球运动轨迹所在的竖直平面平行，并使小球的运动靠近图板但不接触．

2．小球必须每次从斜槽上同一位置由静止滚下，即在斜槽上固定一个挡板，每次都从挡板位置释放小球．

3．坐标原点(小球做平抛运动的起点)不是槽口的端点，应是小球在槽口时，球心在木板上的水平投影点．

4．要在斜槽上适当的高度释放小球，使它以适当的水平初速度抛出，其轨迹由图板左上角到达右下角；要在平抛轨迹上选取距O 点远一些的点来计算小球的初速度，这样可以减小测量误差． 五、实验误差分析

1．安装斜槽时，其末端不水平．

2．小球做平抛运动受空气阻力影响，宜用密度大的金属小球．

3．小球每次滚下的初位置不尽相同．

4．建立坐标系时，可能误将斜槽末端端口作为坐标原点．

第五讲 用实验方法探究动能定理

【实验目的】

用实验方法探究动能定理 【实验原理】

外力对物体所做功等于物体动能增量。

实验中，可以通过改变橡皮筋的根数，达到改变外力做功；通过打电计时器记录物体运动，分析物体的速度，从而得到它的动能增量；当然也可以直接利用光电门测出物体获得的速度

【实验器材】

打电计时器，物体，电源，

橡皮筋（保证近似相同），木板

（或：汽垫导轨，光电计时装置） 【实验步骤】

1．按图把实验器材安装好，并平衡摩擦力。（调平垫导轨）

2．用一根橡皮筋套住物块，拉至某位置O ，接通电源，放开物块，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。

3．改变橡皮筋根数，从同一位置O ，释放物块，得到一系列纸带

4．通过纸带数据处理，得到物块的速度

第六讲 实验 验证机械能守恒定律

一、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 ，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 ，算出mgh 和mv 2

/2，若mgh ＝mv 2

/2，即可验证机械能守恒．

测定第n 点的瞬时速度的方法是：如图所示，测出第n 点的相邻前、后两段相等时间T 内下落的距离

sn 和sn ＋1，由公式vn ＝(sn ＋sn ＋1)/(2T )，或vn ＝(dn ＋1－dn －1)/(2T )，求出打第n 个点时纸

带的瞬时速度．

二、实验器材

铁架台(带铁夹)，打点计时器(带复写纸)，学生电源，导线，带铁夹的重锤，纸带，毫米刻度尺 三、实验步骤

1．安装置：按如图所示装置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．

把纸带的一端在重锤上用夹子固定好，另一端穿过计时器限位孔，用手竖直提起纸带使重锤停靠在打点计时器附近．

2．打纸带：接通电源，松开纸带，让重锤自由下落，重复几次，得到3～5条打好点的纸带． 3．选纸带：在打好点的纸带中挑选点迹清晰的一条纸带．

4．数据处理：在纸带起始点标上0，以后各依次标上1,2,3，…，用刻度尺测出对应下落高度d 1、d 2、

d 3….

应用公式v n ＝(d n ＋1－d n －1)/(2T )计算各点对应的瞬时速度v 1、v 2、v 3….

5．验证：法一：利用起始点和第n 点计算，计算各点对应的势能减少量mgh n 和动能的增加量

mv n 2/2，分别进行比较．

法二：任取纸带上两点由mg Δh 和12mv 22－12mv 1

2

进行比较． 四、数据处理

1．在起始点标上0，在以后各点依次标上1、2、3……用刻度尺测出对应下落高度h 1、h 2、h 3……

打点计时器

纸带 橡皮筋

2．利用公式v n ＝

h n ＋1－h n －1

2T

计算出点1、点2、点3……的瞬时速度v 1、v 2、v 3……

3．验证

方法一：利用起始点和第n 点计算．代入gh n 和12v n 2，如果在实验误差允许的条件下gh n ＝12v n 2，则机械能守恒定律是正确的．

方法二：任取两点计算．

(1)任取两点A 、B 测出h AB ，算出gh AB .

(2)算出12v B 2－12

v A 2

的值．

(3)若在实验误差允许的条件下gh AB ＝12v B 2－

1

2

v A 2，则机械能守恒定律是正确的．

方法三：图象法．从纸带上选取多个点，测量从第一点到其余各点的下落高度h ，并计算各点速度的平方v 2

，然后以12v 2为纵轴，以h 为横轴，根据

实验数据绘出12v 2

－h 图线．若在误差允许的范围内，

图象是一条过原点且斜率为g 的直线，则验证了机械能守恒定律．

五、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ΔE k 稍小于重力势能的减少量ΔE p ，即ΔE k <ΔE p ，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，属偶然误差．减小误差的办法是测下落距离时都从0点量起，一次将各打点对应的下落高度测量完，或者多次测量取平均值．

3．打点计时器产生的误差

(1)由于交流电周期的变化，引起打点时间间隔变化而产生误差；

(2)读数点选择不好，振动片振动不均匀，纸带放置方法不正确引起摩擦，造成实验误差． 六、注意事项

1．打点计时器要稳定地固定在铁架台上，打点计时器平面与纸带限位孔调整在竖直方向，以减小摩擦阻力．

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．

3．实验中，需保持提纸带的手不动，且保证纸带竖直，待接通电源，打点计时器工作稳定后，再松开纸带．

4．测量下落高度时，为了减小测量值h 的相对误差，选取的各个计数点要离起始点远一些，纸带也不易过长，有效长度可在60cm ～80cm 之间

5．不需测出物体的质量，只需验证12v n 2

＝gh n 即可．

6．速度不能用v n ＝gt n 或v n ＝2gh n 计算，因为只要认为加速度为g ，机械能当然守恒，即相当于用机械能守恒定律验证机械能守恒定律，况且用v n ＝

gt n 计算出的速度比实际值大，会得出机械能增加的

结论，而因为摩擦阻力的影响，机械能应该减小，所以速度应从纸带上直接测量计算．同样的道理，重物下落的高度h 也只能用刻度尺直接测量，而不能用h n ＝12gt n 2或h n ＝v n

2

2g

计算得到．