1、1常用实验原理设计方法1控制变量法：如验证牛顿第二定律的实验中加速度、力和质量的关系控制。2等效替代法：某些量不易测量，可以用较易测量的量替代，从而简化实验。如验证碰撞中的动量守恒的实验中，速度的测量就转化为对水平位移的测量。3理想模型法：用伏安法测电阻时，选择了合适的内外接方法，一般就忽略电表的非理想性。4比值定义法：用两个基本的物理量的“比”来定义一个新的物理量的方法。如物质密度 电阻 场强 磁通密度 电势差 等。5微量放大法：微小量不易测量，勉强测量误差也较大，实验时常采用各种方法加以放大。卡文迪许测定万有引力恒量，采用光路放大了金属丝的微小扭转。6模拟法：当实验情景不易创设或根本无法创
2、设时，可以用物理模型或数学模型等效的情景代替， “描绘电场中的等势线”的实验就是用电流场模拟静电场。实验一：验证力的合成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，弹簧秤两个，三角板，刻度尺，量角器。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细绳套，互
3、成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置 O。4用铅笔描下结点 O 的位置和两条细绳套的方向，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 F1和 F2的图示，利用刻度尺和三角板根椐平行四边形定则求出合力 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 F1和 F2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
4、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。2实验二：测定加速度实验原理1打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，它每隔 0.02s 打一次点（由于电源频率是 50Hz） 2由纸带判断物体做匀变速直线运动的方法：如图所示，0、1、2为时间间隔相等的各计数点，s 1、s 2、s 3、为相邻两计数点间的距离，若s=s 2-s1=s3-s2=恒量，即若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的运动为匀变速直线运动。3由纸带求物体运动加速度的方法：（1）用“逐差法”求加速度：即根据 s4
5、-s1=s5-s2=s6-s3=3aT2（T 为相邻两计数点间的时间间隔）求出 a1= 、a 2= 、a 3= ，再算出 a1、a 2、a 3的平均值即为物体运动的加速度。14Ts25s236T（2）用 v-t 图法：即先根据 vn= 求出打第 n 点时纸带的瞬时速度，后作出 v-t 图线，1n图线的斜率即为物体运动的加速度。实验器材小车，细绳，钩码，一端附有定滑轮的长木板，打点计时器，低压交流电源，导线，纸带，米尺。实验步骤1把一端附有定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，并在细绳
6、的另一端挂上合适的钩码，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的后面。3把小车停在靠近打点计时器处，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选择一条比较理想的纸带，舍掉开头的比较密集的点子，确定好计数始点 0，标明计数点，正确使用毫米刻度尺测量两点间的距离，用逐差法求出加速度值，最后求其平均值。也可求出各计数点对应的速度，作 v-t 图线，求得直线的斜率即为物体运动的加速度。注意事项1纸带打完后及时断开电源。2小车的加速度应适当大一些，以能在纸带上长约 50cm 的范围
7、内清楚地取 78 个计数点为宜。3应区别计时器打出的轨迹点与人为选取的计数点，通常每隔 4 个轨迹点选 1 个计数点，选取的记数点不少于 6 个。4不要分段测量各段位移，可统一量出各计数点到计数起点 0 之间的距离，读数时应估读到毫米的下一位。3实验三：探究胡克定律实验原理：弹簧受到拉力会伸长，平衡时弹簧产生的弹力和外力大小相等。这样弹力的大小可以通过测定外力而得出(可以用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力)；弹簧的伸长可用直尺测出。多测几组数据，用列表或作图的方法探索出弹力和弹簧伸长的定量关系。 实验仪器：弹簧(不同的多根)、直尺、钩码(一盒)、细绳、定滑轮 实验步骤(1)用直尺测出弹簧的原长 l
8、0. (2)将弹簧一端固定，另一端用细绳连接，细绳跨过定滑轮后，下面挂上钩码，待弹簧平衡后记录下弹簧的长度及钩码的重量。改变钩码的质量，再读出几组数据。 1 2 3 4 5 6 7 弹簧原长 l0(cm) 钩码重量 F(N) 弹簧现长 l(cm) 弹簧伸长量 x(cm) (3)根据测量数据画出 F-x 图像。 实验结论：在弹性限度内，弹簧的伸长量与受到的拉力成正比。 4实验四：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
9、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。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，直至小车在斜面上运动时可以保持匀速直线运动状态（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
10、 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
11、数 ，在坐标平面上根mM1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 。102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。5实验五：研究平抛运动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：一是水平方向的匀速直线运动，另一个
12、是竖直方向的自由落体运动。令小球做平抛运动，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= gt2求出小球的飞行时间 t，再利用公式 x=vt,求出小球的水平分速度，即为小球做平抛运1动的初速度。实验器材斜槽，竖直固定在铁架台上的木板，白纸，图钉，小球，有孔的卡片，刻度尺，重锤线。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，就表明水平已调好。2调整木板：用悬挂在槽口的重锤线把
13、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。然后把重锤线方向记录到钉在木板的白纸上，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图板上的水平投影点 O，O点即为坐标原点。4描绘运动轨迹：在木板的平面上用手按住卡片，使卡片上有孔的一面保持水平，调整卡片的位置，使从槽上滚下的小球正好穿过卡片的孔，而不擦碰孔的边缘，然后用铅笔在卡片缺口上点个黑点，这就在白纸上记下了小球穿过孔时球心所对应的位置。保证小球每次从槽上开始滚下的位置都相同，用同样的方法，可找出小球平抛轨迹上的一系列位置。取下白纸用平滑的曲线把这些
14、位置连接起来即得小球做平抛运动的轨迹。5计算初速度：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，用公式 x=v0t 和 y=gt2计算出小球的初速度 v0，最后计算出 v0的平均值，并将有关数据记入表格内。1注意事项1实验中必须保持通过斜槽末端点的切线水平，方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滚下。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，球的球心在木板上的水平投影点。64要
15、在平抛轨道上选取距 O 点远些的点来计算球的初速度，这样可使结果的误差较小。实验六：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1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。测定第 n 点的瞬时速度的方法是：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s n+1，由公式 vn= ，或由 vn= 算出，如图所示。T2s1nTd21实验器材铁架台（带铁夹） ，打点计时器，学生电源
16、，导线，带铁夹的重缍，纸带，米尺。实验步骤1按如图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。2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。3接通电源，松开纸带，让重锤自由下落。4重复几次，得到 35 条打好点的纸带。5在打好点的纸带中挑选第一、二两点间的距离接近 2mm，且点迹清晰一条纸带，在起始点标上0，以后各依次标上 1，2，3，用刻度尺测出对应下落高度 h1、h 2、h 3。6应用公式 vn= 计算各点对应的即时速度 v1、v 2、v 3。Thn7计算各点对应的势能减少量 mghn和动能的增加量 mvn2
17、，进行比较。注意项事1打点计时器安装时，必须使两纸带限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力。2选用纸带时应尽量挑第一、二点间距接近 2mm 的纸带。3因不需要知道动能和势能的具体数值，所以不需要测量重物的质量。O NSn Sn+1dn-1dn+17实验七： 碰撞中的动量守恒实验原理一个质量较大的小球从斜槽滚下来，跟放在斜槽前边小支柱上另一质量较小的球发生碰撞后两小球都做平抛运动。由于两小球下落的高度相同，所以它们的飞行时间相等，这样如果用小球的飞行时间作时间单位，那么小球飞出的水平距离在数值上就等于它的水平速度。因此，只要分别测出两小球的质量 m1、m 2，和不放被碰小球时入射小球在空中飞出的水
18、平距离 s1，以及入射小球与被碰小球碰撞后在空中飞出的水平距离 s1和 s2，若 m1s1在实验误差允许范围内与m1s1+m2s2相等，就验证了两小球碰撞前后总动量守恒。实验器材碰撞实验器（斜槽、重锤线） ，两个半径相等而质量不等的小球；白纸；复写纸；天平和砝码；刻度尺，游标卡尺，圆规。实验步骤1用天平测出两个小球的质量 m1、m 2。2安装好实验装置，将斜槽固定在桌边，并使斜槽末端点的切线水平。3在水平地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸。4在白纸上记下重锤线所指的位置 O，它表示入射球 m1碰前的位置。5先不放被碰小球，让入射球从斜槽上同一高度处由静止开始滚下，重复 10 次，用圆规作尽可能小
19、的圆把所有的小球落点圈在里面，圆心就是入射球不碰时的落地点的平均位置 P。6把被碰球放在小支柱上，调节装置使两小球相碰时处于同一水平高度，确保入射球运动到轨道出口端时恰好与靶球接触而发生正碰。7再让入射小球从同一高度处由静止开始滚下，使两球发生正碰，重复 10 次，仿步骤（5）求出入射小球的落点的平均位置 M 和被碰小球落点的平均位置 N。8过 O、N 作一直线，取 OO=2r（可用游标卡尺测出一个小球的直径，也可用刻度尺测出紧靠在一起的两小球球心间的距离） ，O就是被碰小球碰撞时的球心竖直投影位置。9用刻度尺量出线段 OM、OP、ON 的长度。10.分别算出 m1 与 m1 +m2 的值，看
20、 m1 与 m1 +m2 在实验误差允许PON OPMNO的范围内是否相等。注意事项1应使入射小球的质量大于被碰小球的质量。2要调节好实验装置，使固定在桌边的斜槽末端点的切线水平，小支柱与槽口间距离使其等于小球直径，而且两球相碰时处在同一高度，碰撞后的速度方向在同一直线上。3每次入射小球从槽上相同位置由静止滚下，可在斜槽上适当高度处固定一档板，使小球靠着挡板，然后释放小球。4白纸铺好后不能移动。8实验八：探究动能定理实验原理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
21、力）对小车做的功 W 及小车增加的动能 Ek计算：， 其中 n=2，3，4，5nFxW0mv21nk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。实验步骤1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。2在实验小车上先固定一个弹簧测力计，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
22、，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（大笑等于测力计读数 F）对小车做的功 W 及小车增加的动能 Ek，并填入下表。7在坐标纸上画出 EkW 图像。02 03 04 05瞬时速度v/（m/s） Ek/J距离 x/mW/J以 Ek为横轴， W 为纵轴，做出 EkW 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目垫。图实 6-242使用打点计时器时应先接通电源再释放小车。
