高考物理實驗全面總結
考點內容
實驗一：研究勻變速直線運動 實驗二：探究彈力和彈簧伸長的關系
實驗三：驗證力的平等四邊形定則 實驗四：驗證牛頓運動定律
實驗五：探究動能定理 實驗六：驗證機械能守恒定律
實驗七：測定金屬的電阻率 實驗八：描繪小電珠的伏安特性曲線
實驗九：測定電源的電動勢和內阻 實驗十：練習使用多用電表
實驗十一：傳感器的簡單使用 實驗十二：驗證動量守恒定律
實驗十三：用油膜法估測分子的大小
實驗一 勻變速直線運動的探究
一、實驗目的
1．練習使用打點計時器，學會用打上點的紙帶研究物體的運動．
2．掌握判斷物體是否做勻變速直線運動的方法．
3．能夠利用紙帶測定物體做勻變速直線運動的加速度．
二、實驗原理
1．理論基礎
沿直線運動的物體在連續(xù)相等的時間內不同時刻的速度分別為v1、v2、v3、…，若v2-v1=v3-v2=v4-v3=…，則說明該物體在相等時間內速度的增量相等，由此說明該物體在
做勻變速直線運動；
2．打點計時器的工作原理：
(1)作用：計時儀器，每隔0.02 s打一次點．
工作條件①電磁打點計時器：4～6v交流電②電火花打點計時器：200v交流電
(3)紙帶上點的意義：
①表示和紙帶相連的物體在不同時刻的位置．（記錄了時間和位移）
②通過研究紙帶上各點之間的間隔，可以判斷物體的運動情況．
設相鄰兩點之間的位移為S1、S2、S3…
(1)若如S2-S1=S3-S2=…=Sn-Sn-1=0．則物體做勻速直線運動．
(2)若如S2-S1=S3-S2=…=Sn-Sn-1≠0，則物體做變速直線運動．
3．求物體加速度的方法和速度
(1)逐差法
如圖實-1-1所示，相鄰兩計數(shù)點間的距離分別為S1、S2、S3…、S6兩計數(shù)點間的時間間隔為T，根據(jù)△s=aT2
同理如
即為所求物體運動的加速度．
（2）平均速度法求速度
求各點的瞬時速度
(2)V-t圖象法
根據(jù): ，求出各個記數(shù)點的瞬時速度，再作出v-t圖像，其斜率表示加速度。
三、實驗器材
電磁打點計時器或電火花計時器、一端附有定滑輪的長木板、小車、紙帶、刻度尺、導線、電源、墊片等．
四、實驗步驟與數(shù)據(jù)處理
1．如圖實-1-2所示，把原來放于水平桌面上的長木板一端墊起，把打點計時器固定在木板被墊起的那一端，連接好電路．讓平整的紙帶穿過打點計時器的限位孔把紙帶的一端固定在小車后面．
2．用手按住小車，使小車停在靠近打點計時器處．先接通電源。再放開小車．小車在拖著紙帶運動的同時，打點計時器就在紙帶上打下一系列的點．斷開電源，取下紙帶；更換新紙帶，重復實驗三次．
3．從三條紙帶中選擇一條比較理想的紙帶，舍掉開頭一些比較密集的點，在后面便于測量的地方找一個開始點，為了測量方便和減少誤差，通常不用每打一次點的時間作為時間的單位，而用每打五次點（每隔四個點）的時間作為時間的單位，就是T=0.02S× 5=0.1S，在選好的開始點下標明A，依次標為B、C、D、E…叫做計數(shù)點．
4．用毫米刻度尺正確測出每相鄰兩計數(shù)點之間的距離S1、S2、S3、S4、S、5S6并填入下表中。
5．比較各段的加速度是否相等，得出結論，即小車沿斜面的下滑是否可以看成勻變速直線運動。
6．根據(jù)實驗原理中所講的方法，計算小車的加速度或根據(jù) v-t圖象求出小車的加速度．
五、注意事項
1．開始釋放小車時，應使小車靠近打點計時器．
2．應該先接通電源，再釋放小車，當小車到達滑輪前及時用手按住.
3．先斷開電源，再取下紙帶．
4．如打出的點較輕或是短線時，應調整振針距復寫紙的高度．
5．選擇一條理想的紙帶，是指紙帶上的點跡清晰，適當舍棄點密集部分，適當選取計數(shù)點(注意計數(shù)點與計時點的區(qū)別)，弄清楚所選的時間間隔T等于多少秒．
6．每打好一條紙帶，將定位軸上的復寫紙換個位置，以保證打點清晰．
7．不要分段測量各段位移，應盡可能地一次測量完畢(可先統(tǒng)一量出各計數(shù)點到計數(shù)起點0之間的距離)．讀數(shù)時應估讀到毫米的下一位。
8．要多測幾組，盡量減小誤差．
六、誤差分析
1．根據(jù)紙帶測量的位移有誤差．
2．根據(jù)位移計算的瞬時速度有誤差．
3．計算的加速度有誤差．
4．用作圖法作出的v-t圖線并非是一條直線．
5．木板的粗糙程度并非完全相同．
高考真題
1.（2013廣東）（1）研究小車勻速直線運動的實驗裝置如圖16（a）所示其中斜面傾角θ可調，打點計時器的工作頻率為50HZ，紙帶上計數(shù)點的間距如圖16（b）所示，七中每相鄰兩點之間還有4個記錄點未畫出。
① 部分實驗步驟如下：
A. 測量完畢，關閉電源，取出紙帶
B. 接通電源，待打點計時器工作穩(wěn)定后放開小車
C. 將小車依靠在打點計時器附近，小車尾部與紙帶相連
D. 把打點計時器固定在平板上，讓紙穿過限位孔
上述實驗步驟的正確順序是： （用字母填寫）
② 圖16（b）中標出的相鄰兩計數(shù)點的時間間隔T= s
③ 計數(shù)點5對應的瞬時速度大小計算式為V5= 。
④ 為了充分利用記錄數(shù)據(jù)，減小誤差，小車加速度大小的計算式應為a=
2.（2011廣東）（1）圖14是“研究勻變速直線運動”實驗中獲得的一條紙帶，O、A、B、C、D和E為紙帶上六個計數(shù)點，加速度大小用a表示。
① OD間的距離為________cm。
② 圖15是根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出的s-t2圖線（s為各計數(shù)點至同一起點的距離），斜率表示________，其大小為________m/s2（保留三位有效數(shù)字）。
1. DCBA 0.1 s (S4+S5)/0.2 m/s a= [(S4+S5+S6)-(S1+S2+S3)]/0.09 m/s2
2.（1）① 2.20 ②加速度的二分之一 0.923
實驗二 探究彈力和彈簧伸長的關系
一、實驗目的
I．培養(yǎng)學生用所學知識探究物理規(guī)律的能力．
2．探究彈力和彈簧伸長的關系．
3．養(yǎng)成用圖象法處理實驗數(shù)據(jù)的習慣．
二、實驗原理
1．如圖實-2-1所示，彈簧在下端懸掛鉤碼時會伸長．平衡時彈簧產生的彈力與所掛鉤碼的重力大小相等．
2．用刻度尺測出彈簧在不同鉤碼拉力下的伸長量x，建立坐標系，以縱坐標表示彈力大小F，以橫坐標表示彈簧的伸長量x，在坐標系中描出實驗所測得的各組(x，F(xiàn))對應的點，用平滑的曲線連接起來．根據(jù)實驗所得的圖線，就可探知彈力大小與伸長量間的關系．
三、實驗器材
鐵架臺、彈簧、毫米刻度尺、鉤碼若干、三角板、坐標紙、重垂線．
四、實驗步驟與數(shù)據(jù)處理
1．將彈簧的一端掛在鐵架臺上，讓其自然下垂，用刻度尺測出彈簧自然伸長狀態(tài)時的長度L0，即原長．
2.如圖實-2-2所示，將已知質量的鉤碼掛在彈簧的下端，在平衡時測量彈簧的總長L并計算鉤碼的重力，填寫在記錄表格里．
3．改變所掛鉤碼的質量，重復前面的實驗過程多次．
4．以彈力F(大小等于所掛鉤碼的重力)為縱坐標，以彈簧的伸長量x為橫坐標，用描點法作圖．連接各點，得出彈力F隨彈簧伸長量x變化的圖線．
5．以彈簧的伸長量x為自變量，寫出曲線所代表的函數(shù)．首先嘗試寫成一次函數(shù)，如果不行則考慮二次函數(shù)．
6．得出彈力和彈簧伸長量之間的定量關系，解釋函數(shù)表達式中常數(shù)(斜率K)的物理意義．
五、注意事項
1．所掛鉤碼不要過重，以免彈簧被過分拉伸，超出它的彈性限度．要注意觀察，適可而止．
2．每次所掛鉤碼的質量差盡量大一些，從而使坐標上描的點盡可能稀，這樣作出的圖線更精確．
3．測彈簧長度時，一定要在彈簧豎直懸掛且處于平衡狀態(tài)時測量，以減小誤差．
4．描點畫線時，所描的點不一定都落在一條曲線上，但應注意一定要使各點均勻分布在曲線的兩側．描出的線不應是折線，而應是平滑的曲線．
5．記錄數(shù)據(jù)時要注意彈力與彈簧伸長量的對應關系及單位．
六、誤差分析
1．鉤碼標值不準確，彈簧長度測量不準確帶來誤差．
2．畫圖時描點及連線不準確也會帶來誤差．
3．彈簧豎直懸掛時，未考慮彈簧自身重力的影響而帶來誤差．
高考真題
34.（2012廣東）（2）某同學探究彈力與彈簧伸長量的關系。
①將彈簧懸掛在鐵架臺上，將刻度尺固定在彈簧一側，彈簧軸線和刻度尺都應在______方向（填“水平”或“豎直”）
②彈簧自然懸掛，待彈簧______時，長度記為L0，彈簧下端掛上砝碼盤時，長度記為Lx；在砝碼盤中每次增加10g砝碼，彈簧長度依次記為L1至L6，數(shù)據(jù)如下表表：
代表符號 | L0 | Lx | L1 | L2 | L3 | L4 | L5 | L6 |
數(shù)值（cm） | 25.35 | 27.35 | 29.35 | 31.30 | 33.4 | 35.35 | 37.40 | 39.30 |
③圖16是該同學根據(jù)表中數(shù)據(jù)作的圖，縱軸是砝碼的質量，橫軸是彈簧長度與_________的差值（填“L0或L1”）。
④由圖可知彈簧和的勁度系數(shù)為_________N/m；通過圖和表可知砝碼盤的質量為_________g（結果保留兩位有效數(shù)字，重力加速度取9.8m/s2）。
34. (2) ①豎直 ②穩(wěn)定 L3 1mm
③ L0
⑤ 4.9 10
實驗三 驗證力的平行四邊形定則
一、實驗目的
1.掌握彈簧測力計的正確使用方法．
2.根據(jù)實驗的要求，會對給定的實驗步驟排序、糾錯．
3.驗證互成角度的兩個力合成時的平行四邊形定則，培養(yǎng)用作圖法處理問題的能力．
二、實驗原理
等效法：使一個力F′和兩個力F1、F2都讓同一條一端固定的橡皮筋伸長到某點。即它們的作用效果相同，所以一個力F′就是這兩個力F1和F2的合力，作出力F′的圖示．再根據(jù)平行四邊形定則作出力F1和F2的合力F的圖示，比較F和F′的大小和方向是否都相同．
三、實驗器材
方木板，白紙，彈簧測力計(兩只)，橡皮筋，細繩套(兩個)，三角板，刻度尺，圖釘(幾個)、鉛筆．
四、實驗步驟與數(shù)據(jù)處理
1．用圖釘把白紙釘在水平桌面的方木板上．
2．用圖釘把橡皮筋的一端固定在A點，橡皮筋的另一端拴上兩個細繩套．
3．用兩只彈簧測力計分別鉤住細繩套，互成角度地拉橡皮筋，使橡皮筋伸長到某一位置0，如圖實-3-1所示，記錄兩彈簧測力計的讀數(shù)，用鉛筆描下O點的位置及此時兩細繩套的方向．
4．用鉛筆和刻度尺從結點O沿兩條細繩方向畫直線，按選定的標度作出這兩只彈簧測力計的讀數(shù)F1和F2的圖示，并以F1和F2為鄰邊用刻度尺作平行四邊形，過O點畫平行四邊形的對角線，此對角線即為合力F的圖示．
5．只用一只彈簧測力計通過細繩套把橡皮筋的結點拉到同樣的位置0，記下彈簧測力計的讀數(shù)和細繩的方向，用刻度尺從0點按同樣的標度沿記錄的方向作出這只彈簧測力計的拉力F′的圖示．
6．比較力F′與用平行四邊形定則作出的合力F在大小和方向上是否相同．
7．改變兩個力F1與F2的大小和夾角，再重復實驗兩次．
五、注意事項
1．不要直接以橡皮筋端點為結點，可拴一短細繩連兩細繩套，以三繩交點為結點，應使結點小些，以便準確地記錄結點0的位置．
2．在同一次實驗中，使橡皮筋拉長時結點O的位置一定要相同．
3．不要用老化的橡皮筋，檢查方法是用一個彈簧拉橡皮筋，要反復做幾次，使橡皮筋拉到相同的長度看彈簧讀數(shù)有無變化．
4．細繩套應適當長一些，便于確定力的方向．不要直接沿細繩套的方向畫直線。應在細繩套末端用鉛筆畫一個點，取掉細繩套后，再將所標點與0點連直線確定力的方向．
5．在同一次實驗中，畫力的圖示所選定的標度要相同．并且要恰當選取標度，使所作力的圖示稍大一些．
六、誤差分析
本實驗誤差的主要來源除彈簧測力計本身的誤差外，還有讀數(shù)誤差、作圖誤差，因此讀數(shù)時眼睛一定要正視，要按有效數(shù)字正確讀數(shù)和記錄，兩力與各對邊要平行．兩個分力F1
和F2間的夾角θ越大，用平行四邊形作圖得出的合力F的誤差△F也越大，所以實驗中不要把θ取得太大，但也不宜太小，以600～1000之間為宜．
例題分析
1.有同學利用如圖的裝置來驗證力的平行四邊形定則：在豎直木板上鋪有白紙，固定兩個光滑的滑輪A和B，將繩子打一個結點O，每個勾碼的重量相等，當系統(tǒng)達到平衡時，根據(jù)勾碼個數(shù)讀出三根據(jù)繩子的拉力TOA、TOB和TOC，回答下列問題：
（1）改變勾碼個數(shù)，實驗能完成的是（ ）
A．勾碼的個數(shù)N1=N2=2，N3=4
B．勾碼的個數(shù)N1=N3=3，N2=4
C．勾碼的個數(shù)N1=N2=N3=4
D．勾碼的個數(shù)N1=3，N2=4，N3=5
（2）在拆下勾碼和繩子前,最重要的一個步驟是（ ）
A．標記結點O的位置，并記錄OA、OB、OC三段繩子的方向．
B．量出OA、OB、OC三段繩子的長度
C．用量角器量出三根繩子之間的夾角
D．用天平測出勾碼的質量
（3）在作圖時，你認為
下圖中圖 是正確的．
（填“甲”或“乙”）
BCD A 甲
實驗四 驗證牛頓運動定律
一、實驗目的
1．學會用控制變量法研究物理規(guī)律；
2．驗證牛頓第二定律；
3．掌握利用圖象處理數(shù)據(jù)的方法．
二、實驗原理
1．驗證牛頓運動定律的實驗依據(jù)是牛頓運動定律，即F＝Ma，當研究對象有兩個以上的參量發(fā)生變化時，設法控制某些參量使之不變，而研究另外兩個參量之間的變化關系的方法叫控制變量法．本實驗中有力F、質量M和加速度a三個變量，研究加速度a與F及M的關系時，先控制質量M不變，討論加速度a與力F的關系；然后再控制力F不變，討論加速度a與質量M的關系．
2．實驗中需要測量的物理量和測量方法是：小車及砝碼的總質量M；用天平測出．
小車受到的拉力F認為等于托盤和砝碼的總重力mg．
小車的加速度a利用紙帶根據(jù)Δs=aT2計算．
三、實驗器材
打點計時器、紙帶、復寫紙片、小車、一端附有定滑輪的長木板、重物、夾子、細繩、低壓交流電源、導線、天平（帶有一套砝碼）、刻度尺、砝碼．
四、實驗步驟及數(shù)據(jù)處理
1．用天平測出小車和砝碼的總質量M，小盤和砝碼的總質量m，把數(shù)值記錄下來．
圖3-4-1
2．按如圖3-4-1所示把實驗器材安裝好，只是不把懸掛小盤的細繩系在車上，即不給小車加牽引力．
3．平衡摩擦力：在長木板不帶定滑輪的一端下面墊一塊木板．反復移動木板的位置，直至小車在斜面上運動時可以保持勻速直線運動狀態(tài)．這時，小車拖著紙帶運動時受到的摩擦阻力恰好與小車所受的重力在斜面方向上的分力平衡．
4．把細繩系在小車上并繞過滑輪懸掛小盤，先接通電源再放開小車，打點計時器在紙帶上打下一系列的點，打完點后切斷電源，取下紙帶，在紙帶上標上紙帶號碼．
5．保持小車和砝碼的質量不變，在小盤里放入適量的砝碼，把小盤和砝碼的總質量m′記錄下來，重復步驟4．在小桶內再放入適量砝碼，記錄下小盤和砝碼的總質量m″，再重復步驟4．
6．重復步驟5兩次，得到三條紙帶．
7．在每條紙帶上都選取一段比較理想的部分，標明計數(shù)點，測量計數(shù)點間的距離，算出每條紙帶上的加速度的值．
8．用縱坐標表示加速度a，橫坐標表示作用力F，作用力的大小F等于小盤和砝碼的總重力，根據(jù)實驗結果在坐標平面上畫出相應的點，如果這些點是在一條過原點的直線上，便證明了加速度與作用力成正比．
9．保持小盤和砝碼的質量不變，在小車上加砝碼，重復上面的實驗，用縱坐標表示加速度a，橫坐標表示小車和砝碼總質量的倒數(shù)，根據(jù)實驗結果在坐標平面上畫出相應的點．如果這些點是在一條過原點的直線上，就證明了加速度與質量成反比．
五、注意事項
1．一定要做好平衡摩擦力的工作，也就是調出一個合適的斜面，使小車的重力沿著斜面方向的分力正好平衡小車受的摩擦阻力．在平衡摩擦力時，不要把懸掛小盤的細線系在小車上，即不要給小車加任何牽引力，并要讓小車拖著打點的紙帶運動．
2．實驗步驟2、3不需要重復，即整個實驗平衡了摩擦力后，不管以后是改變小盤和砝碼的總質量還是改變小車和砝碼的總質量，都不需要重新平衡摩擦力．
3．每條紙帶必須在滿足小車與車上所加砝碼的總質量遠大于小盤和砝碼的總質量的條件下打出．只有如此，小盤和砝碼的總重力才可視為小車受到的拉力．
4．改變拉力和小車質量后，每次開始時小車應盡量靠近打點計時器，并應先接通電源，再放開小車，且應在小車到達滑輪前按住小車．
5．作圖象時，要使盡可能多的點分布在所作直線上，不在直線上的點應盡可能對稱分布在所作直線兩側.
6．作圖時兩軸標度比例要選擇適當，各量須采用國際單位．這樣作圖線時，坐標點間距不至于過密，誤差會小些．
7．為提高測量精度
（1）應舍掉紙帶上開頭比較密集的點，在后邊便于測量的地方找一個起點．
（2）可以把每打五次點的時間作為時間單位，即從開始點起，每五個點標出一個計數(shù)點，而相鄰計數(shù)點間的時間間隔為T＝0.1 s．
六、誤差分析
1．質量的測量誤差紙帶上打點計時器打點間隔距離的測量誤差，拉線或紙帶不與木板平行等都會造成誤差.
2．因實驗原理不完善造成誤差
本實驗中用小盤和砝碼的總重力代替小車受到的拉力（實際上小車受到的拉力要小于小盤和砝碼的總重力），存在系統(tǒng)誤差．
小盤和砝碼的總質量越接近小車的質量，誤差就越大；反之，小盤和砝碼的總質量越小于小車的質量,誤差就越?。?/p>
3．平衡摩擦力不準造成誤差
在平衡摩擦力時，除了不掛小盤外；其他的都跟正式實驗一樣（比如要掛好紙帶、接通打點計時器），勻速運動的標志是打點計時器打出的紙帶上各點的距離相等．
高考物理
23(2012全國理綜).（11分）
圖1為驗證牛頓第二定律的實驗裝置示意圖。圖中打點計時器的電源為50Hz的交流電源，打點的時間間隔用Δt表示。在小車質量未知的情況下，某同學設計了一種方法用來研究“在外力一定的條件下，物體的加速度與其質量間的關系”。
（1）完成下列實驗步驟中的填空：
①平衡小車所受的阻力：小吊盤中不放物塊，調整木板右端的高度，用手輕撥小車，直到打點計時器打出一系列________的點。
②按住小車，在小吊盤中放入適當質量的物塊，在小車中放入砝碼。
③打開打點計時器電源，釋放小車，獲得帶有點列的紙袋，在紙袋上標出小車中砝碼的質量m。
④按住小車，改變小車中砝碼的質量，重復步驟③。
⑤在每條紙帶上清晰的部分，沒5個間隔標注一個計數(shù)點。測量相鄰計數(shù)點的間距s1，s2，…。求出與不同m相對應的加速度a。
⑥以砝碼的質量m為橫坐標為縱坐標，在坐標紙上做出關系圖線。若加速度與小車和砝碼的總質量成反比，則與m處應成_________關系（填“線性”或“非線性”）。
（2）完成下列填空：
（?。┍緦嶒炛?，為了保證在改變小車中砝碼的質量時，小車所受的拉力近似不變，小吊盤和盤中物塊的質量之和應滿足的條件是_______________________。
（ⅱ）設紙帶上三個相鄰計數(shù)點的間距為s1、s2、s3。a可用s1、s3和Δt表示為a=__________。圖2為用米尺測量某一紙帶上的s1、s3的情況，由圖可讀出s1=__________mm，s3=__________。由此求得加速度的大小a=__________m/s2。
（ⅲ）圖3為所得實驗圖線的示意圖。設圖中直線的斜率為k，在縱軸上的截距為b，若牛頓定律成立，則小車受到的拉力為___________，小車的質量為___________。
【解析與答案】（1）間距相等的點。（2）線性
.
(iii)設小車的質量為，則有，變形得,所以圖象的斜率為，所以作用力，圖象的截距為，所以。
(1)試驗中，為了使細線對小車的拉力等于小車所受的合外力，先調節(jié)長木板一滑輪的高度，使細線與長木板平行。接下來還需要進行的一項操作是
A. 將長木板水平放置，讓小車連著已經穿過打點計時器的紙帶，給打點計時器通電，調節(jié)的大小，使小車在砂和砂桶的牽引下運動，從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運動。
B. 將長木板的一端墊起適當?shù)母叨?，讓小車連著已經穿過打點計時器的紙帶，撤去砂和砂桶，給打點計時器通電，輕推小車，從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運動。
C. 將長木板的一端墊起適當?shù)母叨?，撤去紙帶以及砂和砂桶，輕推小車，觀察判斷小車是否做勻速運動。
(2)實驗中要進行質量和的選取，以下最合理的一組是
A. =200, =10、15、20、25、30、40
B. =200, =20、40、60、80、100、120
C. =400, =10、15、20、25、30、40
D. =400, =20 40、60、80、100、120
（3）圖2 是試驗中得到的一條紙帶，、、、、、、為7個相鄰的計數(shù)點，相鄰的兩個計數(shù)點之間還有四個點未畫出。量出相鄰的計數(shù)點之間的距離分別為=4.22 cm、=4.65 cm、=5.08 cm、=5.49 cm、=5.91 cm、=6.34 cm 。已知打點計時器的工作效率為50 Hz,則小車的加速度= m/s2（結果保留2位有效數(shù)字）。
21Ⅰ答案：（1）B；(2)C；（3）0.42
要使砂和砂桶的重力mg近似等于小車所受合外力，首先要平衡摩擦力，然后還要滿足m＜＜M。而平衡摩擦，不需掛砂桶，但要帶紙帶，故（1）選B，（2）選C。（3）用逐差法，求得。
實驗五 探究動能定理
一、實驗目的
通過實驗得出質量一定時，力對物體做功與物體動能的關系．
二、實驗原理
如圖實-5-l所示，小車在橡皮筋的作用下彈出．沿木板滑行．當我們用2條、3條……同樣的橡皮筋進行第2次、第3次……實驗時，每次實驗中橡皮筋拉伸的長度都保持一致．那么，第2次、第3次……實驗中橡皮筋對小車做的功就是第一次的2倍、3倍……如果把第一次實驗時橡皮筋的功記為W，以后各次的功就是2W、3W……
由于橡皮筋做功而使小車獲得的速度可以由紙帶和打點計時器測出，也可以用其他方法測出．這樣進行若干次測量，就得到若干組功和速度的數(shù)據(jù)．
以橡皮筋對小車做的功為縱坐標，小車獲得的速度為橫坐標，以第一次實驗時的功w為單位．作出W-V曲線,即功-速度曲線．分析這條曲線，可以得知橡皮筋對小車做的功與小車獲得的速度的定量關系或作出W-V2圖象,指出W與V2的關系,進而找出功與動能變化之間的關系．
三、實驗器材
小車(前面帶小鉤)、長木板(兩側適當?shù)膶ΨQ位置釘兩個鐵釘)、打點計時器及紙帶、學生電源及導線(使用電火花計時器不用學生電源)、5～6條等長的橡皮筋、刻度尺．
四、實驗步驟及數(shù)據(jù)處理
1．按圖實-5-1所示將實驗儀器安裝好，同時平衡摩擦力．
2．先用一條橡皮筋做實驗，用打點計時器和紙帶測出小車獲得的速度V1，設此時橡皮筋對小車做的功為W1，將這一組數(shù)據(jù)記入表格．
3．用2條橡皮筋做實驗，實驗中橡皮筋拉伸的長度與第一次相同，這時橡皮筋對小車做的功為W2,測出小車獲得的速度V2．將數(shù)據(jù)記人表格．
4．用3條、4條……橡皮筋做實驗，用同樣的方法測出功和速度，記人表格.
5．分析數(shù)據(jù)，得出結論
(1)測量小車的速度：實驗獲得如圖實-5-2所示的紙帶，為探究橡皮筋彈力做功和小車速度的關系，需要測量彈力做功結束時小車的速度，即小車做勻速運動的速度，應在紙帶上測量的物理量是A1、A2間的距離s，小車速度的表達式是v=s/T=手(T為打點計時器的時間間隔)。
(2)實驗數(shù)據(jù)記錄
(3)實驗數(shù)據(jù)處理及分析：在坐標紙上(圖實-5-3)畫出W-V和W-V2圖線(“W”以一根橡皮筋做的功為單位)．
(4)實驗結論：從圖象可知功與物體速度變化的關系為W∝V2
五、注意事項
1．平衡摩擦力：實驗中的小車不可避免地要受到摩擦力的作用，摩擦力對小車做負功，我們研究的是橡皮筋做的功與物體速度的關系，應設法排除摩擦力的影響，可采用將木板一端墊高的方法來實現(xiàn)．將木板一端墊高，使重力沿斜面方向的分力與摩擦力相平衡，就能消除摩擦力的影響．判斷已平衡掉摩擦力的方法是：輕推一下小車，觀察小車不受其他力時能在木板上做勻速運動．
2．打點計時器打出的紙帶上相鄰各點的間距并不均勻，應選間距均勻的那一段紙帶來計算小車的速度，因為這一段是橡皮筋對小車做功完畢時的情形．
3．本實驗并不需要測量橡皮筋做的功到底是多少焦耳，只是測出以后各次實驗橡皮筋做的功是第一次實驗時的多少倍，這樣做可以大大簡化操作．
六、誤差分析
1．誤差的主要來源是橡皮筋的長度、粗細不一，使橡皮筋的拉力與橡皮筋的條數(shù)不成正比．
2．平衡摩擦力不徹底或平衡過了也會造成誤差．
3．利用打上點的紙帶計算小車的速度時，測量不準帶來誤差．
例1.為了探究恒力作用時的動能定理，某同學做了如下實驗，他讓滑塊在某一水平面上滑行，利用速度采集器獲取其初速度v，并測量出不同初速度的最大滑行距離x，得到下表所示幾組數(shù)據(jù):
數(shù)據(jù)組 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
v/(m·s-1) | 0 | 0.16 | 0.19 | 0.24 | 0.30 | 0.49 |
x/m | 0 | 0.045 | 0.075 | 0.111 | 0.163 | 0.442 |
(1)一同學根據(jù)表中數(shù)據(jù)，作出x-v圖象如圖甲所示.觀察該圖象，該同學作出如下推理：根據(jù)x-v圖象大致是一條拋物線，可以猜想x可能與v2成正比.請在圖乙所示坐標紙上選擇適當?shù)淖鴺溯S作出圖線驗證該同學的猜想.
| |||
| |||
(2)根據(jù)你所作的圖象，你認為滑塊滑行的最大距離x與滑塊初速度平方v2的關系是 （）
實驗六 驗證機械能守恒定律
一、實驗目的
驗證機械能守恒定律
二、實驗原理
1.在只有重力做功的自由落體運動中，物體的重力勢能和動能互相轉化。但總的機械能保持不變．若物體某時刻瞬時速度為v，下落高度為h，則重力勢能的減少量為mgh，動能的增加量為，看它們在實驗誤差允許的范圍內是否相等，若相等則驗證了機械能守恒定律．
2．速度的測量；做勻變速運動的紙帶上某點的瞬時速度等于相鄰兩點之間的平均速度 計算打第n個點速度的方法；測出第n個點與相鄰前后點間的距離Sn和Sn+1，，由公式
算出，如圖實一6—1所示．
三、實驗器材
鐵架臺(含鐵夾)，打點計時器，學生電源，紙帶，復寫紙，導線，毫米刻度尺，重物(帶紙帶夾)．
四、實驗步驟及數(shù)據(jù)處理
1．安裝置：按圖實-6-2所示將檢查、調整好的打點計時器豎直固定在鐵架臺上，接好電路．
2．打紙帶：將紙帶的一端用夾予固定在重物上，另一端穿過打點計時器的限位孔。用手提著紙帶使重物靜止在靠近打點計時器的地方．先接通電源，后松開紙帶，讓重物帶著紙帶自由下落．更換紙帶重復做3～5次實驗．
3．選紙帶：在打好點的紙帶中挑選點跡清晰且打點呈一條直線的一條紙帶．
4．數(shù)據(jù)處理：在起始點標上0，在以后各點依次標上l、2、3……用刻度尺測出對應下落高度h1、h2、h3……利用計算出點1、點2、點3、……的瞬時速度v1，v2、v3、……
5．驗證
方法一：利用起始點和第n點計算．代入,如果在實驗誤差允許的條件下,則機械能守恒定律是正確的．
方法二：任取兩點計算.
(1)任取兩點A、B測出hAB，算出ghAB．
(2)算出的值．
(3)在實驗誤差允許的條件下，如果,則機械能守恒定律是正確的．
方法三：圖象法．從紙帶上選取多個點，測量從第一點到其余各點的下落高度h，并計算各點速度的平方V2。然后以為縱軸，以h為橫軸，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出-h圖線．若在誤差允許的范圍內圖象是一條過原點且斜率為g的直線，則驗證了機械能守恒．
五、注意事項
1．打點計時器要穩(wěn)定地固定在鐵架臺上，打點計時器平面與紙帶限位孔調整在豎直方向，以減小摩擦阻力．
2．重物要選用密度大、體積小的物體，這樣可以減小空氣阻力的影響，從而減小實驗誤差．
3．實驗中，需保持提紙帶的手不動，且保證紙帶豎直,待接通電源，打點計時器工作穩(wěn)定后，再松開紙帶．
4．測下落高度時，要從第一個打點測起，并且各點對應下落高度要一次性測量完．
5．可以不測出物體質量，只需驗證。即可．
6．速度不能用或計算，因為只要認為加速度為g，機械能當然守恒，即相當于用機械能守恒定律驗證機械能守恒定律，況且用計算出的速度比實際值大，會得出機械能增加的結論，而因為摩擦阻力的影響，機械能應該減小，所以速度應從紙帶上直接測量計算．同樣的道理，重物下落的高度h，也只能用刻度尺直接測量，而不能用計算得到．
六、誤差分析
1．本實驗中因重物和紙帶在下落過程中要克服各種阻力(空氣阻力、打點計時器阻力)做功，故動能的增加量△EK稍小于重力勢能的減少量△EP，即△EK<△EP，這屬于系統(tǒng)誤差．改進的辦法是調整器材的安裝，盡可能地減小阻力．
2．本實驗的另一個誤差來源于長度的測量，屬偶然誤差．減小誤差的辦法是測下落距離時都從第一點0量起，一次性將各打點對應的下落高度測量完，采用多次測量取平均值來減小誤差．
高考真題
（1）若將滑塊自A點由靜止釋放，則在滑塊從A運動至B的過程中，滑塊、遮光片與砝碼組成的系統(tǒng)重力勢能的減小量可表示為____。動能的增加量可表示為_ _。若在運動過程中機械能守恒，與s的關系式為= __
(2)多次改變光電門的位置，每次均令滑塊自同一點（A點）下滑，測量相應的s與t值，結果如下表所示：
以s為橫坐標，為縱坐標，在答題卡上對應圖2位置的坐標紙中描出第1和第5個數(shù)據(jù)點；根據(jù)5個數(shù)據(jù)點作直線，求得該直線的斜率k=__________(保留3位有效數(shù)字).
由測得的h、d、b、M和m數(shù)值可以計算出直線的斜率，將k和進行比較，若其差值在試驗允許的范圍內，則可認為此試驗驗證了機械能守恒定律。
答案：（1）、、
（2）2.40
實驗十一 傳感器的簡單使用
(一)實驗目的
了解傳感器的簡單應用.
(二)實驗原理
傳感器是將它感受到的物理量(如力\,熱\,光\,聲等)轉換成便于測量的量(一般是電學量).其工作過程是通過對某一物理量敏感的元件將感受到的信號按一定規(guī)律轉換成便于利用的信號.例如,光電傳感器是利用光敏電阻將光信號轉換成電信號,熱電傳感器是利用熱敏電阻或金屬熱電阻將溫度信號轉換成電信號,轉換后的信號經過電子電路的處理就可以達到方便檢測\,自動控制\,遙控等各種目的了.
(三)實驗器材
熱敏電阻、多用電表、溫度計、水杯、鐵架臺、光敏電阻、小燈泡(或門鈴)、學生用電源、繼電器、滑動變阻器、開關、導線若干.
(四)實驗步驟
1.熱敏特性實驗
按如圖所示將一熱敏電阻連入電路中,將多用電表的選擇開關置于歐姆擋,再將電表的兩支表筆分別與熱敏電阻兩端相連.將熱敏電阻放入有少量冷水并插有溫度計的燒杯中,在歐姆擋上選擇適當?shù)谋堵?觀察表盤所示熱敏電阻的阻值;再分幾次向燒杯中倒入開水,觀察不同溫度下熱敏電阻的阻值,看看這個熱敏電阻的阻值是如何隨溫度變化的.
2.光敏特性實驗
按如圖所示將一光敏電阻連入電路中,將多用電表的選擇開關置于歐姆擋,再將電表的兩支表筆分別與光敏電阻兩端相連.在歐姆擋上選擇適當?shù)谋堵?觀察表盤所示光敏電阻的阻值;將手張開放在光敏電阻上方,擋住部分光線,觀察表盤所示光敏電阻的阻值;上下移動手掌,觀察表盤所示光敏電阻的阻值,總結一下光敏電阻的阻值隨光線發(fā)生怎樣的變化.
3.光電計數(shù)的基本原理
下圖是利用光敏電阻自動計數(shù)的示意圖,其中A是發(fā)光儀器,B是接收光信號的儀器,B中的主要元件是光電傳感器——光敏電阻.當傳送帶上沒有物品擋住由A射向B的光信號時,光敏電阻的阻值變小,供給信號處理系統(tǒng)的電壓變高,這種高低交替變化的信號經過信號處理系統(tǒng)的處理,就會自動將其轉化相應的數(shù)字,實現(xiàn)自動計數(shù)的功能.
實驗十二：驗證動量守恒定律
1、實驗目的：
(1)驗證兩小球碰撞中的動量守恒；
(2)掌握實驗操作步驟和所需的實驗儀器的性能；
(3)知道實驗注意事項，會進行誤差分析，并在實驗中盡量減小誤差。
2、實驗原理：
質量為m1和m2的兩個小球發(fā)生正碰，若碰前m1運動，m2靜止，根據(jù)動量守恒定律應有m1v1 = m1 +m2。因小球從斜槽上滾下后做平拋運動，由平拋運動知識可知，只要小球下落的高度相同，在落地前運動的時間就相同，則小球的水平速度若用飛行時間作時間單位，在數(shù)值上就等于小球飛出的水平距離．所以只要測出小球的質量及兩球碰撞前后飛出的水平距離，代入公式就可驗證動量守恒定律。
3、實驗器材
斜槽、大小相等而質量不同的小球兩個、重錘線一條、白紙、復寫紙、天平一臺、刻度尺、圓規(guī)。
4、實驗步驟
(1)先用天平測出小球質量m1、m2。
(3)在地上鋪一張白紙，白紙上鋪放復寫紙。
(4)在白紙上記下重錘線所指的位置O，它表示入射球被碰前的位置，如圖 所示。
(5)先不放被碰小球，讓入射球從斜槽上同一高度處自由滾下，重復10次，用圓規(guī)畫盡可能小的圓，把所有的小球落點圍在里面，圓心就是入射球不碰撞時的落地點P。
(6)把被碰小球放在斜槽末端，讓入射小球從同一高度處自由滑下，使它們發(fā)生正碰，重復10次，仿步驟⑤求出入射小球落點的平均位置M和被碰小球落點的平均位置N。
(7) 用刻度尺量出線段、、的長度。把兩小球的質量和相應的速度數(shù)值代入m1= m1+m2，看是否成立．
(8)整理實驗器材，放回原處。
5、數(shù)據(jù)處理
入射球、被碰球都是從同—高度開始做平拋運動，故它們平拋運動的時間都相同，設為t，入射球從斜槽軌道上某—點由靜止釋放后，落在P點，它平拋運動的起點為斜槽軌道的末端，共平拋運動的水平位移為，水平速度v′=，入射球從斜槽軌道上的同一點由靜止釋放，與被碰球碰撞后分別落在M、N點，它們的水平速度分別為v1′=，v2′=，如果動量守恒，則應有m1v1 = m1 +m2，亦即m1= m1+ m2，只要證明這個關系正確，就驗證了機械能守恒。
6、注意事項
(1)斜槽末端的切線必須水平。
(2)入射小球每次都必須從斜槽同一高度由靜止釋放。
(3)入射球質量應大于被碰球的質量。
(4)實驗過程中實驗桌、斜槽、記錄所用自紙的位置要始終保持不變。斜槽末端必須水平，檢驗方法是把小球放在斜槽末端平軌道上任何位置，看其能否保持靜止狀態(tài)．
7、誤差分析
實驗所研究的過程是兩個不同質量的金屬球發(fā)生水平正碰，因此“水平”和“正碰”是操作中應盡量予以滿足的前提條件。實驗中兩球球心高度不在同一水平面上，給實驗帶來誤差．每次靜止釋放入射球的釋放點越高，兩球相碰時內力越大，動量守恒的誤差越小，應進行多次碰撞，落點取平均位置來確定，以減小偶然誤差。本實驗代入計算的量并不多，只有小球的質量和碰撞前后兩個小球平拋的水平位移，因此質量的測量和水平位移的測量是產生誤差的主要原因，應盡量準確。
(1)碰撞后B球的水平射程應取為 。
(2)在以下選項中，哪些是本次實驗必須進行的測量 ．
B．A球與B球碰撞后，測量A球落點位置到O點的距離
C．測量A球或B球的直徑
D．測量A球和B球的質量(或兩球質量之比)
E．測量G點相對于水平槽面的高度
ABD
例2 用如圖6所示裝置來驗證動量守恒定律，質量為mA的鋼球A用細線懸掛于O點，質量為mB的鋼球B放在離地面高度為H的小支柱N上，O點到A球球心的距離為L，使懸線在A球釋放前伸直，且線與豎直線夾角為α，A球釋放后擺到最低點時恰與B球正碰，碰撞后，A球把輕質指示針OC推移到與豎直線夾角β處，B球落到地面上，地面上鋪有一張蓋有復寫紙的白紙D，保持α角度不變，多次重復上述實驗，白紙上記錄到多個B球的落點．
(1)圖中s應是B球初始位置到 的水平距離．
(2)為了驗證兩球碰撞過程動量守恒，應測得的物理量有： 。
(3)用測得的物理量表示碰撞前后A球、B球的動量：
pA= ，pA′= ，pB= ，pB′= 。
解析 (1)對照基本實驗可知，本方法的實驗原理與基本實驗原理相同，僅將A球代替原入射小球．s應是B球初始位置到落點的水平距離．
(2)不難想到為驗證動量守恒，必須測量mA、mB。為測得入射球碰撞前后速度，根據(jù)機械能守恒定律，mgL(1-cosα)=mv12；mgL(1-cosβ)=mv1′2。故必須測量α、β、L；同理，B碰后做平拋運動，為測量碰后B的速度v2′，還必須測量H。
(3)由(2)知pA = mA,pA′= mA，pB=0，pB′= mBs。
實驗十三 用油膜法估測分子的大小
一、實驗目的
1．估測油酸分子的大?。?/p>
2．學習間接測量微觀量的原理和方法．
二、實驗原理
實驗采用使油酸在水面上形成一層單分子油膜的方法估測分子的大小．當把一滴用酒精稀釋過的油酸滴在水面上時，油酸就在水面上散開，其中的酒精溶于水，并很快揮發(fā)，在水面上形成如圖1所示形狀的一層純油酸薄膜．如果算出一定體積的油酸在水面上形成的單分子油膜的面積，即可算出油酸分子的大?。?em>V表示一滴油酸酒精溶液中所含油酸的體積，用S表示單分子油膜的面積，用d表示分子的直徑，如圖2所示，則：d＝.
圖1 圖2
三、實驗器材
盛水淺盤、滴管(或注射器)、試劑瓶、坐標紙、玻璃板、痱子粉、油酸酒精溶液、量筒、彩筆．
四、實驗步驟
1．用稀酒精溶液及清水清洗淺盤，充分洗去油污、粉塵，以免給實驗帶來誤差．
2．配制油酸酒精溶液，取油酸1 mL，注入500 mL的容量瓶中，然后向容量瓶內注入酒精，直到液面達到500 mL刻度線為止，搖動容量瓶，使油酸充分在酒精中溶解，這樣就得到了500 mL含1 mL純油酸的油酸酒精溶液．
3．用注射器或滴管將油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，并記下量筒內增加一定體積Vn時的滴數(shù)n.
4．根據(jù)V0＝算出每滴油酸酒精溶液的體積V0.
5．向淺盤里倒入約2 cm深的水，并將痱子粉或石膏粉均勻地撒在水面上．
6．用注射器或滴管將一滴油酸酒精溶液滴在水面上．
7．待油酸薄膜的形狀穩(wěn)定后，將玻璃板(或有機玻璃板)放在淺盤上，并將油酸膜的形狀用彩筆畫在玻璃板上．
8．將畫有油酸薄膜輪廓的玻璃板放在坐標紙上，算出油酸薄膜的面積S(求面積時以坐標紙上邊長為1 cm的正方形為單位計算輪廓內正方形的個數(shù)，不足半個的舍去，多于半個的算一個)．
9．根據(jù)油酸酒精溶液的配制比例，算出一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積V，并代入公式d＝算出油酸薄膜的厚度d.
10．重復以上實驗步驟多測幾次油酸薄膜厚度，并求平均值，即為油酸分子的大?。?/p>
五、數(shù)據(jù)處理
根據(jù)上面記錄的數(shù)據(jù)，完成以下表格內容.
實驗次數(shù) | 量筒內增加1 mL 溶液時的滴數(shù) | 輪廓內的[來源:學.科.網] 小格子數(shù) | 輪廓面積S |
1 | |||
2 |
實驗次數(shù) | 一滴純油酸 的體積V | 分子的大小(m) | 平均值 |
1[來源:學科網ZXXK] | |||
2 |
六、注意事項
1．注射器針頭高出水面的高度應在1 cm之內，當針頭靠水面很近(油酸未滴下之前)時，會發(fā)現(xiàn)針頭下方的粉層已被排開，這是由于針頭中酒精揮發(fā)所致，不影響實驗效果．
2．待測油膜面
3．當重做實驗時，將水從盤的一側邊緣倒出，在這側邊緣會殘留油酸，可用少量酒精清洗，并用脫脂棉擦去再用清水沖洗，這樣做可保持盤的清潔．
4．從盤的中央加痱子粉，使粉自動擴散至均勻，這樣做，比將粉撒在水面上的效果好．因為：一，加粉后水的表面張力系數(shù)變小，水將粉粒拉開；二，粉粒之間相互排斥．
高考真題
1.（2011全國卷1第22題）．
在“油膜法估測油酸分子的大小”實驗中，有下列實驗步驟：
①往邊長約為40 cm的淺盤里倒入約2 cm深的水．待水面穩(wěn)定后將適量的痱子粉
均勻地撒在水面上。
②用注射器將事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待薄膜形狀穩(wěn)定。
③將畫有油膜形狀的玻璃板平放在坐標紙上，計算出油膜的面積，根據(jù)油酸的體
積和面積計算出油酸分子直徑的大小。
④用注射器將事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，記下量筒內每增
加一定體積時的滴數(shù)，由此計算出一滴油酸酒精溶液的體積。
⑤將玻璃板放在淺盤上，然后將油膜的形狀用彩筆描繪在玻璃板上。
完成下列填空：
(1)上述步驟中，正確的順序是__________。(填寫步驟前面的數(shù)字)
(2)將1 cm3的油酸溶于酒精，制成300 cm3的油酸酒精溶液；測得l cm3的油酸
酒精溶液有50滴。現(xiàn)取一滴該油酸酒精溶液滴在水面上，測得所形成的油膜的面積是0.13 m2。由此估算出油酸分子的直徑為_________m。(結果保留l位有效數(shù)字)
2.（2011上海）在“用單分子油膜估測分子大小”實驗中，
(1)某同學操作步驟如下：
①取一定量的無水酒精和油酸，制成一定濃度的油酸酒精溶液；
②在量筒中滴入一滴該溶液，測出它的體積；
③在蒸發(fā)皿內盛一定量的水，再滴入一滴油酸酒精溶液，待其散開穩(wěn)定；
④在蒸發(fā)皿上覆蓋透明玻璃，描出油膜形狀，用透明方格紙測量油膜的面積。
改正其中的錯誤：
(2)若油酸酒精溶液體積濃度為，一滴溶液的體積為，其形成的油膜面積為，則估測出油酸分子的直徑為 m。
(3)1.解析：(1) ④①②⑤③ (2)5×10-10m
2.答案 (1)
②在量筒中滴入N滴溶液
③在水面上先撒上痱子粉
(2)
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