高中物理分组实验汇总.doc

高中物理辅导网第二节：分组实验n 分组实验原理与仪器每个学生分组实验都有自己的实验原理，理解并掌握好这些实验原理，可以触类旁通，用于今后设计其它的没做过的实验。至于实验仪器，也不必去死记，一来记不住，二来实在没必要。其实实验仪器很好处理的，同学们先回顾一下实验的装置，画个草图，把草图上的仪器写出来，草图上没有的仪器都是些测量仪器，看看本实验要哪些数据要测量，而这些数据各要什么测量工具，这样就行了。下面我们介绍部分实验的原理与仪器。其它类推。1、 验证牛顿第二定律：原理：验证与F成正比，与成反比（1） 用控制变量法处理、F、三者关系，先让不变，改变F测如何变；然后让F不变，改变看如何变。（2） 用遂差法处理纸带的点，求出（3） 用图像法处理数据，针对与成反比，在设计坐标轴时，建立1的坐标轴，若描出的点的连线是直线证明与成反比。（4） 实验时为减少误差，用抬高木板一端方式以重力下滑分力抵消摩擦力，以砂与砂桶的质量远小于小车的质量使砂与砂桶的重力约等于绳子的拉力。仪器：（1） 回忆实验时情景，画个草图，上有打点计时器、低压交流电源、纸带、复写纸、导线、附有滑轮的长木板、小车、砂和砂桶；（2） 而在数据测量时要用到天平、若干砝码、刻度尺。2、 动量守恒的验证:原理：验证碰撞时的动量守恒，碰前一球先静止则有m1v1=m1v1/+m2v2/（1） 用平抛方法测水平速度，借等效替代法用水平射程代替速度（因为空中飞行的时间一样） OP-m1以v1平抛时的水平射程 OM-m1以v1平抛时的水平射程 ON-m2以V2 平抛时的水平射程 验证的表达式：m1OP=m1OM+m2O/N（2）用描迹法得到落点，同样情况做10次，用最小的圆把它们圈起来，取圆心为平均落点。仪器：（1） 回忆实验时情景，画个草图，上有斜槽、重锤、白纸、复写纸、入射小球、被碰小球、（2） 而在数据测量时要用到米尺、游标卡尺、刻度尺、圆规、天平。3、 用单摆测定重力加速度：原理：用公式g=测当地的重力加速度（1） 用米尺测线长，用游标尺测小球直径，摆长是线长加直径的一半（2） 用累积法多测几次全振动的时间（比如30次或50次），然后用测得的时间除上振动的次数就是振动一次的时间。可减少误差。（3） 改变线长，再重复几次测，最后用平均值法测仪器：（1） 回忆实验时情景，画个草图，上有长约1m的细线、小铁球、铁架台（2） 而在数据测量时要用到米尺、游标卡尺、秒表4、 用油膜法测量分子的大小原理：利用油酸分子C17H33COOH的特性，它分两部分，一部分即C17H33不受水的吸引，而另一部分COOH它对水有很强的亲和力。当一滴经过苯（酒精）稀释的油酸滴到水面上时，油酸就在水面上散开形成一个油膜，而苯会挥发。其中C17O33冒出水面，而COOH却留在水中，所以油酸分子是直立在水面上的，只要知道油酸体积和相应水面上的面积就行了。（1）0.1毫升的纯油酸在水面上要形成80至90平方米的区域，所以必须用量要少，而太少却不利于测量准确，所以用稀释法处理，经过苯（酒精）稀释后，一滴溶液的体积可知，而所含的极少量油酸体积也可计算得到。（2）一滴溶液的体积仍难测定，所以先测1毫升的溶液经滴定管能滴几滴，通过此法可知一滴溶液的体积。（3）油膜面积测量是个难点，因为它的形状是不规则的，可用格子法算面积，就是把油膜形状画出来，用坐标纸（1大格是1平方厘米）计算轮廓中正方形格数，不足一格的用互补方法去处理来研究面积。仪器：（1） 回忆实验时情景，画个草图，上有浅盘、有机玻璃、容量瓶、苯（酒精）、油酸、水、粉笔灰（石膏粉、痱子粉）（2） 量面积时要用到坐标纸、水彩笔；量体积用到滴定管5、 用伏特表和安培表测电源的电动势和内电阻：原理：用伏特表测路端电压、用安培表测总电流，两次数据代入闭合电路欧姆定律解方程可得。（1） 采用如图电路（此电路测电动势和内电都有误差但不大），如果把安培表放在电源边的主干路上，测的内阻实际上是安培表内阻与电源内阻之和，误差太大。（2） 用安培表和伏特表测出两组以上电流和路端电压，再用闭合电路的欧姆定律=U1I1r、=U2I2r来求出电动势和内电阻（3） 可多测几组数据再取平均值法，也可用作图法求、r。（4） 实验的U值不宜过小（否则内压太大烧毁电源），在用作图法时纵坐标U的起点可以不要从零开始。仪器：画出电路图，找出相应的仪器如电源、电键、导线、伏特表、安培表、滑动变阻器。n 实验步骤与注意事项1、 实验步骤的处理：实验步骤不要死记，仔细体会所有学生实验的步骤，可以把一个实验步骤分成三大块，第一块是准备工作，这主要是安装调试仪器和测量那些只需一次性测量的物理量；第二块是具体实验操作过程；最后一块是数据处理过程。如果给我们一个被打乱的实验步骤，让我们重新正确排序，我们可以给每个步骤前标上它属于哪一块，再根据这一块的合理操作过程排序。当然平时一些重要的实验规则是必须遵守的，比如对于打点计时器是先打点后动纸带及对于多用电表欧姆档每换档一次就要重新调零一次等等。下面看一个典型例子：碰撞中的动量守恒：1) 用天平测出2个小球质量1、2，和直径（一次性测量量）2) 安装好实验装置，斜槽固定在桌边，并使末端水平，并调节装置使两小球等高（安装调试仪器）3) 在地上铺白纸，白纸上放复写纸（安装调试仪器）4) 在白纸上记下重垂线的位置O，表示入射球的位置。（一次性测量量）5) 先不放被碰球，让入射球1从斜槽上某一固定高度多次滚下，用尺可能小的圆把它们圈起来，圆心就作为落点P。（具体实验操作过程）6) 把被碰小球放在小支柱上，让入射球从斜槽上同一固定高度多次滚下发生碰撞，用上面同样方法标出入射球1的落地点M和被碰球2的落地点N。（具体实验操作过程）7) 用刻度尺量出线段OM、OP、ON。（具体实验操作过程）8) 算出1 OP与2（ON）1OM看两者在实验误差范围内是否相等（数据处理过程）2、 注意事项：为了让实验准确与安全，我们在具体操作时有许多要注意的方面（1） 互成角度的两个共点力的合成A) 测力计使用前要校准零点B) 弹簧伸长方向和所测拉力方向应一致,并与木板平行C) 在同一次实验中，橡皮条拉长的结点O位置一定要相同D) 两个分力间的夹角不宜过大或过小,一般取600-1200为宜.（2） 测定匀变速直线运动的加速度A) 去掉前面几个不稳定的计时点B) 在无法知第一个计算点的速度是否为0时。不可用V计算速度C) 先打点后拉纸带（3） 验证牛顿第二定律A) 平衡摩擦力时，应取下砂和砂桶 ，使细线不受拉力B) 实验前要调整滑轮的高度使拉小车的细线与木板平行C) 小车和码砝的质量之和必须远远大于砂和砂桶的总质量D) 小车开始释放时应尽量靠近打点记时器，而且先通电再放小车（4） 动量守恒的验证A) 入射小球的质量要大于被碰小球的质量B) 入射球半径等于被碰球半径C) 入射小球每次必须从斜槽上同一高度处由静止滑下D) 斜槽未端的切线方向水平E) 两球碰撞时，球心等高或在同一水平线上F) 实验过程中实验桌、斜槽、记录的白纸的位置要始终保持不变（5） 研究平抛物体的运动A) 固定白纸的木板要竖直B) 斜槽未端要切线水平，要在白纸上准确记下槽口位置C) 小球每次从槽上同一位置由静止滑下（6） 验证机械能守恒定律A) 打点计时器应该竖直固定在铁架台，纸带也应竖直悬挂，B) 纸带上最初两点间的距离约为2毫米最佳C) 不必测重锤的质量，但重锤越重越好D) 先合上电源，再松开纸带（7） 用单摆测定重力加速度A) 小球摆动时，最大偏角应小于100B) 小球应在竖直面内振动，不要转成圆锥摆C) 应从摆球通过平衡位置时开始计时D) 摆长应为悬点到球心的距离（8） 电场中等势线的描绘A) 这不是真的静电场，而是电流场模拟B) 只能用灵敏电流计，不能用量程太大的安培表C) 从下到上依次铺放白纸、复写纸、导电纸D) 导电纸的导电面应朝上，电极与导电纸的相对位置不要改变（9） 测定金属的电阻率A) 此金属丝电阻较小，用安培表外接法B) 测L时应测接入电路的电阻丝的有效长度C) 闭合开关前，应把滑动变阻器的滑动触头置于使电路处于最安全位置D) 电流不宜过大，防止升温（10） 用伏特表和安培表测电源的电动势和内电阻A) 电路应采用安培表和滑动变阻器串联后与伏特表并联B) 闭合开关前，应把滑动变阻器的滑动触头置于使电阻最大处（11） 测定玻璃的折射率A) 玻璃砖两个界面不平行，不影响实验测定B) 插大头针要垂直纸面；入射角一般300600之间C) 在确定光路时，两枚大头针不宜插得太近（13） 探索弹力和弹簧伸长的关系A) 实验前应并不知道弹力和弹簧伸长的长度的关系B) 应研究弹力与弹簧长度、弹簧伸长的长度的一次或二次函数关系，从中找出有或无规律来。（14） 用油膜法估测分子的大小A) 粉笔粉要均匀散在水面上B) 滴定管中下降1毫升有几滴要数清（15） 传感器的简单应用测热敏电阻时应在其温度稳定时再测（16） 描绘小电珠的伏安特性曲线A) 合上开关前，应调节滑动变阻器，使小电珠的电压为0，自然要用分压法B) 调节过程中不要超过额定功率和电表量程C) 小电珠的电阻太小，用安培表外接法（17） 把电流表改装为电压表A) 测内电阻时，干路上的滑动变阻器的电阻要比支路上的电阻箱的电阻大得多B) 测内电阻时，合上开关前，干路上的滑动变阻器的电阻置于最大处（18） 练习使用示波器A) 亮度不要太大，光点不应长期停留在一点上，以免烧坏荧光屏B) 打开电源时，预热12分钟C) 输入电压不要太大。以免损害仪器（19） 用双缝干涉测光的波长为减少误差，测相邻两条明（暗）纹间距X时不直测，而是测出条明（暗）纹的间距，取平均值X（1）（20）用多用电表探索黑箱内的电学元件A) 每次换档必须重新电阻调零B) 选择合适的倍率档，使指针在中值电阻附近时误差较小C) 测电阻前，必须把待测电阻同其它电路断开，不能用两手同时握住两表笔金属部分测电阻。D) 测量电阻时，若指针偏角过小，应换倍率较大的档进行测量；若指针偏角过大，应换倍率较小的档进行测量。E) 测完电阻，要拔出表笔，并把选择开关置于“OFF”档或交流电压最高档n 典型例题例1：.在测定电源的电动势和内阻的实验中某同学所用的电路图和测得的数据如下：123456U/V1.421.361.07I/A0.040.000.240.200 1.00U/VI/A1.50实验误差分系统误差和偶然误差两种。该实验的系统误差主要是由_引起的。用画U-I图线求电动势和内阻的优点在于可以尽量减小实验的_误差。在下面给出的U-I坐标系中用给出的数据画出U-I图线（横、纵坐标的起点已经规定好），从图象中可以发现该同学记录的第_组数据有误。0.200 1.00U/VI/A1.50求得电动势E=_V，内阻r=_。（均保留2位有效数字）。 分析与解：电压表的分流作用，偶然 （图象见右），3 1.5 ，1.8 。例2：某同学在做探究弹力和弹簧伸长的关系的实验中，每次都测出相应的弹簧总长度，将数据填在了下面的表中。(弹力始终未超过弹性限度)弹簧长度L（）2.503.013.494.04.504.99砝码重力N00.51.01.52.02.5试根据这些实验数据在坐标纸上作出弹簧所受弹力大小F跟弹簧总长L和伸长的长度X之间的函数关系图线，比较它们之间的区别。 上一问所得图线的物理意义是什么?该弹簧的劲度k是多大?分析与解答：根据实验数据在坐标纸上描出的点，基本上在同一条直线上。可以判定F和L间是不过原点的一次函数关系，但与X却是正比例函数。F跟弹簧总长L该图线跟横轴交点的横坐标表示弹簧的原长。图线的物理意义是表明弹簧的弹力大小和弹簧伸长量大小成正比。由可得k=100N/m。例3：在用电流场模拟静电场描绘电场等势线的实验中，在下列所给出的器材中，应该选用的是_（用器材前的字母表示）。 A.6V的交流电源 B.6V的直流电源 C.100V的直流电源 D.量程00.5V，零刻度在刻度盘中央的电压表 E.量程0300mA，零刻度在刻度盘中央的电流表 在实验过程中，要把复写纸、导电纸、白纸铺放在木板上，它们的顺序（自上而下）是_，_，_。 在实验中，按下电键，接通电路。若一个探针与基准点O接触，另一探针已分别在基准点O的两侧找到了实验所需要的某点a。则当此探针与a点接触时，电表的指针应_（填“偏左”、“指零”、“偏右”）。 解答：模拟静电场描绘电场等势线的实验要求的电压为6V的直流电，所以器材应选电源B。根据实验原理电表必须要灵敏，所以应选电流表E。实验所需放置的顺序是导电线、复写纸、白纸。由于a点是实验所需要的点，由实验原理可知，当探针与a点接触时，电流表指针应为零。n 配套练习1、用多用电表测电阻时，若选择“100”的欧姆档测量发现（ ）A、 指针指在电阻刻度较靠近0的某刻度线上，则应换用“k”的欧姆档测量B、 指针指在电阻刻度较靠近0的某刻度线上，则应换“10”或“1”欧姆档测量C、 指针指在电阻刻度较靠近的某刻度线上，则应换用“1k”的欧姆档测量D、 针指在电阻刻度较靠近的某刻度线上，则应换用“10”或“1”的欧姆档测量2、在验证牛顿第二定律的实验中，当作用力一定时，加速度与质量关系的实验中，以下做法错误的是（ ）A、 平衡摩擦力时，应将装砂的小桶用细线通过定滑轮系在小车上B、 每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力C、 实验时，先放开小车，再接通打点计时器的电源3、在用电流场模拟静电场描绘电场中等势线的实验中，所用的器材除了木板、白纸、复写纸、圆柱形电极、导线、电池、电键外，还必须有 、 和 . 4、用伏安法测定两节干电池组成的电源的电动势和内电阻r。实验中共测出五组数据，如下表所示： 1 2 3 4 5U（V）280260250220200I（A）048080100160196（1） 将图中所给的器材连接成测量、r的电路，并用箭头标出电键闭合前滑动变阻器滑动触头的位置。（2） 在图中作UI图线，根据图线求出：电动势_V，内电阻r_。（3） 若考虑电流表、电压表内阻对测量结果的影响，则测_真。5、用落体法验证机械能守恒定律，下面哪些测量工具是必需的？( )(A)天平 (B)弹簧秤 (C)刻度尺 (D)秒表（2）图是实验中得到的一条纸带。已知打点计时器所用电源的频率为50Hz，当地的重力加速度 g980ms2，测得所用重物的质量为100kg，纸带上第0、1两点间距离接近2mm，A、B、C、D是连续打出的四个点，它们到O点的距离如图所示，则由图中数据可知，重物由O点运动到C点，重力势能的减少量小于_J，动能的增加量等于_J（取三位有效数字）。动能增量小于重力势能的减少量的原因主要是_6、有“用单摆测定重力加速度”的实验中：有如下器材可供选用，你认为应选用的器材的序号是_ 。(A)约1m长的细线 (B)约03m长的细线(C)约08m长的粗线 (D)直径约1cm实心铁球(E)直径约1cm的实心木球 (F)毫米刻度尺(G)游标卡尺 (H)螺旋测微器(I)秒表 (J)手表 (K)铁架台7、甲乙两个学生分别按课本的实验步骤做“验证牛顿第二运动定律”实验时，各自得到如图甲乙所示的两图线，对出现甲乙两图线原因的解释以下说法正确的是(A)出现图甲这种情况的原因可能是因为带滑轮的木板倾角过大，平衡摩擦过分所造成(B)出现图乙这种情况的原因可能是没有接通电源，让小车拖着纸带做匀速运动(C)出现图乙这种情况的原因可能是没有事先平衡摩擦(D)出现图甲这种情况的原因可能是没有事先平衡摩擦8、如图所示为某人所安装的“验证牛顿第二定律”的实验装置。在图示状态下，他开始做实验，该人在装置和操作上的主要错误是：_9、在“验证牛顿第二定律”的实验中，图为实验装置示意图。（1）除图中所示仪器外，还需要下列哪些仪器？( )(A)秒表 (B)天平(C)带毫米刻度的刻度尺 (D)弹簧测力计(E)低压直流电源 (F)低压交流电源（2）为了保证实验验证的条件和减小误差，以下哪些措施是必要的？( )(A)将木板一端垫高，使之与水平方向有一倾角使小车不受拉力时恰能在板上做匀速运动(B)每次改变小车的质量后，都要做平衡摩擦力的工作(C)尽量使沙与沙桶的总质量比小车质量小很多(D)同一条件下分打几条纸带10、练习用万用电表测电阻的实验有关欧姆表的使用和连接，下列说法中正确的是（ ）(A)黑表笔与表内电源正极相连，红表笔与表内电源负极相连(B)测电阻时，表针偏转角度越大，所测电阻越小(C)两表笔短接调零时，指针不能指在零位，可在读数时将原来的阻值扣除(D)读出表面指示数值，即得测量值11、在用伏安法测电阻的实验中，所用电压表的内阻约为20k，电流表的内阻约为10，选择能够尽量减小误差的电路图接线进行实验，读得的各组数据用实心圆点标于坐标图上，如图所示。（1）根据各点表示的数据描出IU图线，由此求得该电阻的阻值Rx为_（保留两位有效数字）；（2）画出此实验的电路原理图。12、图所示为测量电源电动势和内电阻r的电路图.图中R1和R2为阻值已知的定值电阻、由于没有考虑安培表的电阻、因此测定的结果与真实值比较，（A）和r都不准确； （B）准确、r偏小；（C）偏小、r准确； （D）准确、r偏大；（E）偏大、r准确。13、测定玻璃的折射率的实验在测定玻璃的折射率时，实验步骤如下所述，请你在空白处填入适当文字，并按正确顺序排列为_（各步骤中的文字符号的意义见图）(A)用_量出入射角和折射角，从三角函数表中查出它们的正弦值，将这些数据记入表格中；(B)用图钉把白纸钉在平木板上，在白纸上画一直线aa作为_，通过aa上的一点O画出_NN，并画一条线段AO作为_然后把玻璃砖在白纸上，使它的长边跟aa对齐，画出玻璃砖的另一表面bb；(C)移去大头针和玻璃砖，过P3P4引一直线OB，连接OO就是_光线的方向； (D)用同样的方法求出入射角是30、45、60、75时的折射角，查出正弦值并记入表中；(E)在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1P2，透过玻璃砖观察大头针的像，直到P1的像_，再在观察的这一边插上大头针P3P4，使P4挡住_，记下_的位置；(F)用公式_算出不同入射角时的折射率，看是否近于一个常数，求出几次实验中测得的n的平均值14、甲、乙两同学做测定玻璃折射率实验.甲同学将所画bb界面向下偏离了一小角度，如图中的bb1.乙同学则向下平移了一小段，如图中b1b2.其他操作步骤都正确，则他们测出的玻璃砖折射率与真实值比较n甲_n真，n乙_n真.15、做“验证动量守恒定律”（1）为了避免碰撞后入射的小球反弹到斜槽上，而引起系统误差，入射小球的质量m1与被撞小球的质量m2的关系是m1_于m2。两小球大小相等，直径已量出为d。（2）为了保证入射小球水平抛出，必须调整斜槽，使_。（3）现提供以下实验步骤：（A）确定铅锤对应点O（B）不放m2，让m1从斜槽滚下，确定它落地点的位置P（地上有复写纸白纸）（C）放m2于立柱上，让m1从斜槽滚下，与m2正碰后，确定m1，m2落地点的位置M，N（D）量OM、OP、ON（E）看与是否相等，以验证动量守恒定律指出上述步骤的不完善之处。答：_。16、杨氏双缝干涉实验中，设置单缝的目的是：(A)使得作为光源的双缝都是由它形成的相干光源；(B)控制光的强度；(C)控制光的照射范围；(D)使光先发生衍射。 17、今有一段镍铬合金电阻丝，阻值约为3，要测出此电阻丝的电阻率，可供选择的实验器材如下： （A）量程为15V、内阻15k的电压表； （B）量程为3V、内阻3k的电压表； （C）量程为3A、内阻0.05的电流表； （D）量程为0.6A，内阻0.2的电流表； （E）20的滑线变阻器； （F）3V的干电池组； （G）6V的蓄电池； （H）电键、导线若干。 （1）实验中应选用的器材是 ，还需要的器材有 。 （2）在方框中画出你所设计的实验电路图。 （3）实验中应测量的物理量有 ，由此得出电阻率计算式=18、某同学在做验证机械能守恒定律的实验时，不慎将一条选择好的纸带的前面部分损坏了，剩下的一段纸带上各点间的距离，他测出并标在纸带上，如图10-10所示。已知打点计时器的周期为 0.02s，重力加速度g=9.8m/s2。利用纸带说明重锤通过2、5两点时机械能守恒。19、在做用油膜法估测分子大小的实验中，已知实验室中使用的酒精油酸溶液的体积浓度为n,，又用滴管测得每N滴这种酒精油酸的总体积为V,，将一滴这种溶液滴在浅盘中的水面上，在玻璃板上描出油膜的边界线，再把玻璃板放在画有边长为a的正方形小格的纸上(如右图)测得油膜占有的小正方形个数为m。 用以上字母表示油酸分子的大小d。 从右图中数得油膜占有的小正方形个数为m=_。20、）图中为示波器面板，屏上显示的是一亮度很低、线条较粗且模糊不清的波形。（1）若要增大显示波形的亮度，应调节 旋钮。（2）若要屏上波形线条变细且边缘清晰，应调节 旋钮。（3）若要将波形曲线调至屏中央，应调节 与 旋钮。21、（12分）在测定玻璃砖的折射率的实验中： （1）有两位同学各设计了一个记录表格，而且都已完成了计算，根据他们设计的表格所反应的信息，判断他们论证做得是否正确。 甲同学设计的表格是：次数入射解isini折射角rsinrn1300.5520.90.3571.401.402450.70730.50.5081.393600.86638.00.6161.41 乙同学设计的表格是：次数123角平均值正弦值入射角i304560450.7071.42折射角20.930.538.028.80.497 答：上述二位同学做得