物理必修一实验汇编

物理必修一实验汇编文件排版存档编号：[UYTR-OUPT28-KBNTL98-UYNN208]

高一物理实验目录实验一：用打点计时器测速度

实验二：研究小车速度随时间的变化规律

实验三：用打点计时器测自由落体加速度

实验四：研究弹簧弹力和伸长量的关系

实验五：验证力的平行四边形定则

实验六：探究加速度与质量和力的关系

实验七：探究作用力和反作用力的关系

用打点计时器测速度

一、实验目的

1.练习使用电磁打点计时器

2.利用打上点的纸带研究物体的运动情况

3.学会测量平均速度和瞬时速度

二、实验器材

电时打点计时器，纸带，刻度尺，导线，电源

三、实验步骤

（1）把打点计时器固定在桌子上，将纸带穿过限位孔，复写纸套在定位轴上，并压在纸带上。

（2）将打点计时器的两个接线柱分别与交流电源相连。 (电磁打点计时器接交流电源4～6 V。)

（3）打开电源开关，按实验需要使纸带运动，在纸带上打出一系列的点。

（4）取下纸带，根据具体情况选出计数点，按实验要求进行测量计算。

(5)整理实验器材

四、打点计时器使用要点及注意事项

（1）打点计时器使用的是低压交流电源，它的工作电压为4V—6V，频率为50Hz，如果电压过高会烧毁计时器线圈，如果电压过低，会出现不打点或打点不清的情况。至于交流电的频率，我国工农生产和生活用的交流电，频率都是50Hz，周期是，比较稳定，一般都满足要求。

（2）为使打点的频率比较稳定，要求打点计时器的振动片的固有频率也是50Hz，使之发生共振现象，振动片的长度可在一定范围调节，通过改变振动片的长度来调节它的固有频率。

（3）实验前要检查打点的清晰情况，必要时应调整振针的高度，振针过高时打不上点，过低时会打出短线，还会对纸带产生过大的阻力；振动片和振针要固定好，不能让它松动，否则会出现漏点或双点。

（4）所用纸带要平整，如果纸带不平整，可能出现点迹不清，漏点或点间距离不准（在纸带有褶皱时两点间间隔和展平后两点间间隔不等）等现象，一般来说使用的是专用纸带，比较平整，个别有褶皱的纸带不要用或熨平后再用。复写纸应安装在纸带的上面，专用复写纸只有一面有复印油墨的一面应朝下和纸带接触。

（5）在打点计时器系列实验中，纸带与打点计时器之间的摩擦是引起实验误差的主要原因之一，所以在实验前首先要放正打点计时器的位置，使纸带在移动过程中不与限位孔的侧壁相碰。

（6）在使用打点计时器时，应先接通电源，待打点计时器工作稳定时，再放开纸带；打点计时器属于间歇性工作仪器，每打完一条纸带，应及时切断电源，并将定位轴上的复写纸片换个位置，以保证打点清晰。

（7）选择记时点时，不一定从运动开始打下的第一个点算起，往往要排除初段密。在数据的处理，往往为了计算的方便会采取计算点而不是计时点。

v

探究小车速度随时间变化的规律

实验目的：

1．根据相关实验器材，设计实验并熟练操作。

2．会运用已学知识处理纸带，求各点瞬时速度。

3．会用表格法处理数据，并合理猜想。

4．巧用v—t图象处理数据，观察规律。

实验要求：

１．初步学习根据实验要求设计实验，完成某种规律的探究方法。

２．初步学会根据实验数据进行猜测探究、发现规律的探究方法。

３．认识数学化繁为简的工具作用，直观地运用物理图象展现规律，验证规律。

4．通过实验探究过程，进一步熟练打点计时器的应用，体验瞬时速度的求解方法。 实验器材：

电源、导线、打点计时器、小车、4个25 g 的钩码、一端带有滑轮的长木板、带小钩的细线、纸带、刻度尺、坐标纸等。 实验步骤：

1、把打点计时器固定在实验桌上（不许松动）,（是电磁式还是电火花式）连接电源（通电检查）。

2、把纸带穿过限位孔,复写纸压在纸带上（纸带在下复写纸在上!试拉检查!）。

3、先通电等待1～2s,后拖动或释放物体（先通电后拉动!控制快慢!）。

4、先切断电源,后取下纸带（先断电后取带!）。

5、再取2～3条纸带,重复2～4步2～3次.。

6、选取纸带（点迹清晰漏点拖点）,测量点编号（注意先后!写下序号!）,数点计时（点数不等于间隔数!）。

7、用刻度尺测量距离（最小分度有效数字）,记录数据（忠实地记录原始数据!）,保留纸带（不能丢失!）。

8、整理实验器材（不要忘记!）。 实验数据处理方法：

1、 纸带的选取：

2、 采

集△x 0

△x 1

△x 2

△x 3

数据的方法：

小车在几个时刻的瞬时速度

0123456789位置

编号

时间

t/s

3、在坐标纸上画出小车运动的速度时间图像。

用电磁打点计时器测量自由落体的重力加速度目的：测定自由落体的重力加速度

仪器：方座支架，电磁打点计时器，直尺，重锤，夹子，学生电源

步骤：1．将方座支架放于水平桌的边沿，打点计时器固定于支架

的下端并位于竖直平面内。支架底座上放一重物以保持支架的稳定。

打点纸带上端穿过计时器的限位孔，并用夹子固定起来，下端通过夹

子悬挂一重锤，

2．接上电源，闭合开关。待打点计时器工作稳定后，放开上面的

夹子让重锤带着纸带自由下落。这时计时器在纸带上打下了一系列

点。重复实验，可得几条打点纸带。

3．在纸带上选取5－6个点，分别求出打点计时器在打这几个点时，重锤下

落的速度及对应的时刻，把乘出的结果在坐标纸上以t为横坐标，以v为纵坐标，画出各点。再根据这些点画直线，直线的斜率即为利用该纸带测出的重力

加速度的值。然后利用另外几条纸带分别求出重力加速度的值，最后求出这些

重力加速度值的平均值，即为该地区的重力加速度值。

图1 探究弹力和弹簧伸长量的关系

一、实验目的

1．探究弹力和弹簧伸长量的关系．

2．学会利用图象法处理实验数据，探究物理规律． 二、实验原理

1．如图1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 ，建立直角坐标

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

坐标系中描出实验所测得的各组(x 、F )对应的点，用平滑的曲线

连接起j 来，根据实验所得的图线，就可探知弹力大小与伸长量间的关系． 三、实验器材

铁架台、弹簧、毫米刻度尺、钩码若干、三角板、坐标纸、重垂线． 四、实验步骤

1．将弹簧的一端挂在铁架台上，让其自然下垂，用刻度尺测出弹簧自然伸长状态时的长度l 0，即原长．

2．如图2所示，在弹簧下端挂质量为m 1的钩码，测出此时弹簧的长度l 1，记

录m 1和l 1，填入自己设计的表格中．

3．改变所挂钩码的质量，测出对应的弹簧长度，记录m 2、m 3、m 4、m 5和相应的

.

钩码个数 长度 伸长量x 钩码质量m 弹力F

0 l 0＝

1 l 1＝ x 1＝l 1－l 0 m 1＝ F 1＝

2 l 2＝ x 2＝l 2－l 0 m 2＝ F 2＝ 3

l 3＝ x 3＝l 3－l 0

m 3＝

F 3＝

五、数据处理

1．以弹力F (大小等于所挂钩码的重力)为纵坐标，以弹簧的伸长量x 为横坐

标，用描点法作图．连接各点，得出弹力F 随弹簧伸长量x 变化的图线． 2．以弹簧的伸长量为自变量，写出图线所代表的函数．首先尝试一次函数，如

果不行则考虑二次函数．

3．得出弹力和弹簧伸长量之间的定量关系，解释函数表达式中常数的物理意义．

六、误差分析

1．本实验的误差来源之一是由弹簧拉力大小的不稳定造成的，因此，使弹簧的

悬挂端固定，另一端通过悬挂钩码来充当对弹簧的拉力，可以提高实验的准确度．

2．弹簧长度的测量是本实验的主要误差来源，所以，应尽量精确地测量弹簧的长度．

3．在F－x图象上描点、作图不准确．

七、注意事项

1．每次增减钩码测量有关长度时，均需保证弹簧及钩码不上下振动而处于静止状态，否则，弹簧弹力将可能与钩码重力不相等．

2．弹簧下端增加钩码时，注意不要超过弹簧的限度．

3．测量有关长度时，应区别弹簧原长l0、实际总长l及伸长量x三者之间的不同，明确三者之间的关系．

4．建立平面直角坐标系时，两轴上单位长度所代表的量值要适当，不可过大，也不可过

小．

5．描线的原则是，尽量使各点落在描出的线上，少数点分布于线两侧，描出的线不应是折线，而应是平滑的曲线．

6．记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位．

验证力的平行四边形定则

一、实验目的

验证力的平行四边形定则．

二、实验原理

一个力F′的作用效果和两个力F1、F2的作用效果都是让同一条一端固定的橡皮条伸长到同一点，所以力F′就是这两个力F1和F2的合力．作出力F′的图示，再根据平行四边形定则作出力F1和F2的合力F的图示，比较F和F′的大小和方向是否都相同，若相同，则说明互成角度的两个力合成时遵循平行四边形定则．

三、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)，细芯铅笔．

四、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1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套的方向．

图1 4．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套的方向．

5．改变两弹簧测力计拉力的大小和方向，再重做两次实验． 五、数据处理

1．用铅笔和刻度尺从结点O 沿两细绳套方向画直线，按选定的标度作出这两只

弹簧测力计的拉力F 1和F 2的图示，并以F 1和F 2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．

2．用刻度尺从O 点按同样的标度沿记录的方向作出只用一只弹簧测力计时的拉

力F ′的图示．

3．比较F 与F ′是否完全重合或几乎完全重合，从而验证平行四边形定则． 六、误差分析 1．读数误差

减小读数误差的方法：选择相同的弹簧测力计并调整好零刻度；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，要按有效数字正确读数和记录． 2．作图误差

减小作图误差的方法：作图时要画准结点O 的位置和两个测力计的方向．两个分力F 1、F 2间的夹角越大，用平行四边形定则作出的合力F 的误差ΔF 就越大，所以实验时不要把F 1、F 2间的夹角取得太大；作图比例要恰当． 七、注意事项

1．在同一次实验中，使橡皮条拉长时，结点O 位置一定要相同．

2．用两只弹簧测力计钩住绳套互成角度地拉橡皮条时，夹角不宜太大也不宜太

小，在60°～90°之间为宜．

3．读数时应注意使弹簧测力计与木板平行，并使细绳套与弹簧测力计的轴线在

同一条直线上，避免弹簧测力计的外壳和弹簧测力计的限位孔之间有摩擦．读数时眼睛要正视弹簧测力计的刻度，在合力不超过量程及橡皮条弹性限度的前提下，拉力的数值尽量大些．

4．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，去掉细绳套后，再将所标点与O 点连接，即可确定力的方向．

5．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． 记忆口诀

结点位置O 确定，两绳夹角要适中. 力秤木板要平行，眼睛读数垂直秤. 细绳套应适当长，铅笔两点定方向. 画力标度要适当，不然误差要粗放

实验：探究加速度与力、质量的关系

[实验目的]

通过实验探究物体的加速度与它所受的合力、质量的定量关系

[实验原理]

1、控制变量法：

⑴保持m一定时，改变物体受力Ｆ测出加速度ａ，用图像法研究ａ与Ｆ关系

⑵保持Ｆ一定时，改变物体质量m测出加速度ａ，用图像法研究ａ与m关系

2、物理量的测量：

（1）小车质量的测量：天平

（2）合外力的测量：小车受四个力，重力、支持力、摩擦力、绳子的拉力。重力和支持力相互抵消，物体的合外力就等于绳子的拉力减去摩擦力。小车所受的合外力不是钩码的重力。为使合外力等于钩码的重力，必须：

①平衡摩擦力：平衡摩擦力时不要挂小桶，应连着纸带且通过打点记时器的限

．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

位孔，

．．．将长木板倾斜一定角度，此时物体在斜面上受到的合外力为0。做实验时肯定无法这么准确，我们只要把木板倾斜到物体在斜面上大致能够匀速下滑（可以根据纸带上的点来判断），这就说明此时物体合外力为0，摩擦力被重力的沿斜面向下的分力（下滑力）给抵消了。由于小车的重力G、支持力N、摩擦力f相互抵消，那小车实验中受到的合外力就是绳子的拉力了。点拨：整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变托盘和砝码的质量，还是改变小车及砝码的质量，都不需要重新平衡摩擦力.

②绳子的拉力不等于沙和小桶的重力：砂和小桶的总质量远小于小车的总质量

．．．．．．．．．．．．．．．．．

时，可近似认为

．．．．．．．．推导：实

．．．．．．．沙和小桶的重力。

．．．．．．．绳子的拉力等于

际上m/g=(m+ m/)a,F=ma,得F=m m/g/(m+ m/);理论上F= m/g，

只有当m/＜＜m时，才能认为绳子的拉力不等于沙和小桶的重力。点拨：平衡摩擦力后，每次实验必须在满足小车和所加砝码的总质量远大于砝码和托盘的总质量的条件下进行.只有如此，砝码和托盘的总重力才可视为与小车受到的拉力相等.在画图像时，随着勾码重量的增加或者小车质量的倒数增加时，实际描绘的图线与理论图线不重合，会向下弯折。

（3）加速度的测量：

①若v0 = 0 ，由x = v0 t + a t2 /2 得：a = 2 x / t2 , 刻度尺测量x，秒表测量t

②根据纸带上打出的点来测量加速度，由逐差法求加速度。

③可以只测

量加速度的

比值a1/a2 =

x1/x2 ，探究a1/a2 = F1/F2，a1/a2 = m2/m1.

[实验器材]

一端附有滑轮的长木板、小车、细线和小桶、天平、砝码、钩码（或槽码）、打点计时器、学生电源、纸带、刻度尺

[实验步骤]

⑴用天平测出小车和小桶的质量m 和m/把数值记录下来。

⑵按下图实验装置把实验器材安装好，使长木板有滑轮的一端伸出桌面

⑶在长木板不带定滑轮的一端下面垫一小木块，通过前后移动，来平衡小车的摩擦力

⑷把细线系在小车上并跨过定滑轮，此时要调节定滑轮的高度使细线与木板平．．．．．．．．．．．．．．．．行．

。 ⑸将小车放于靠近打点记时器处，在小桶内放上砝码(5g)，接通电源，放开小车得到一打好点的纸带（注意不要让小车撞到定滑轮，打好的纸带要标明条件m= m /=）点拨：要使砂和小桶的总质量远小于小车的总质量（m /＜＜m ）；起始小车应靠近打点计时器处，且先接通电源后再放开小车，注意不要让小车撞到定滑轮。

⑹保持小车的质量不变，改变小桶内砝码的质量(10g 、15g 、20g 、25g)，再做几次实验

⑺在每条纸带上都要选取一段比较理想的部分，算出每条纸带的加速度

⑻把各次实验中的数据填入表一内，作用力的大小认为等于小桶和砝码的重力 [m /g=( m 0/ + m X /)g]，做出ａ与Ｆ的图像

⑼保持小桶内砝码质量不变，在小车上放钩码改变小车的

质量（分别加50g 、100g 、150g 、200g ），重复上面的实验。把各次实验中的数据填入表二内，做出ａ与1/m 图像 [实验数据分析与处理]

若测得某一物体m 一定时，a 与F 的关系的有关数据资料如下表.

（1）根据表中数据，画出a －F 图象.

（2）从图象可以判定：当m 一定时，a 与F 的关系为___成正比____.

若测得某一物体受力F 一定时，a 与M 的关系数据如下表所示： （1）根据表中所列数据，画出a －1/m 图象.

（2）由a －1/m 关系可知，当F 一定时，a 与M 成__反比_____关系.

点拨：1、在研究加速度与质量的关系时，为什么描绘a －

m

1

图象，而不是描绘a －m 图象 在相同力的作用下，质量m 越大，加速度越小.这可能是“a 与

m 成反比”，但也可能是“a 与m 2成反比”，甚至可能是更复杂的关系.我们从

最简单的情况入手，检验是否“a 与m 成反比”.实际上“a 与m 成反比”就是“a 与

m 1成正比”，如果以m

1

为横坐标，加速度a 为纵坐标建立坐标系，根据a －

m

1

图象是不是过原点的直线，就能判断加速度a 是不是与质量m 成反比.当然，检查a －m 图象是不是双曲线，也能判断它们之间是不是反比例关系，但检查这条曲线是不是双曲线并不容易；而采用a －

m

1

图象，检查图线是不是过原点的倾斜直线，就容易多了.这种“化曲为直”的方法是实验研究中经常采用的一种有效方法，在以后的学习中也会用到.

2、利用所测得的数据在a －F 坐标上描点并连线，所连的直线应通过尽可能多的点，不在直线上的点应均匀分布在直线两则，这样所描的直线可能不过原点，如图4－2－1所示.

图4－2－1

图（a ）是由于平衡摩擦力时斜面倾角太小，未完全平衡摩擦力所致；图（b ）是由于平衡摩擦力时斜面倾角太大，平衡摩擦力过度所致.