高中物理实验--力学篇

高中物理实验—力学篇
实验一：研究匀变速直线运动。

实验二：探究弹力和弹簧伸长的关系。

实验三：验证力的平行四边形定则
实验四：验证牛顿运动定律
实验五：探究动能定理
实验六：验证动量守恒定律
一、实验基本要求：
高中阶段力学实验：
研究匀变速直线运动：
探究弹力和弹簧伸长的关系：
验证力的平行四边形定则：
验证牛顿运动定律：
探究动能定理：
二、实验数据处理：
研究匀变速直线运动：
1.利用逐差法求平均加速度：,,,
2.利用平均速度求瞬时速度
3.利用速度—-时间图像求加速度：作出速度—时间的图像，通过图像的斜率求物体的加速度。

探究弹力和弹簧伸长的关系：
1.以力为纵坐标，以弹簧的伸长量为横坐标，根据所测数据在坐标纸上描点。

2.按照图中各点的分布与走向，作出一条平滑的图线，所画的点不一定都在这条直线上，但要注意使图线两侧的点数大致相同。

3.以弹簧的伸长量为自变量，写出图线所代表的函数表达式，并解释函数表达式中常数的物理含义。

验证力的平行四边形定则：
1.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个弹簧测力计的拉力F1和F2的
图示，做起平行四边形，过O点画对角线即为合力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个弹簧测力计的拉力F’的图示.
验证牛顿运动定律：
探究动能定理：
1.测出每次做功后，小车获得的速度
2.分别用各次实验测得的v和W，绘制W-v或W-v2、W-v3、...图像，直到明确得出W和v的关系。

3.结论：物体的速度v与外力做功W间的关系为W正比于v2。

三、实验误差分析：
研究匀变速直线运动：
1.使用刻度尺测计数点距离时有误差。

2.作v-t图像时出现的作图误差。

3.电源频率不稳定，造成打点时间间隔不完全相同。

4.长木板粗糙程度不均匀，小车运动时加速度有变化造成的误差。

经典实验装置，本实
验不需要平衡摩擦力，
本实验还可用来验证牛
顿第二定律及探究功与
动能变化的关系，但都
需要平衡摩擦力。

探究弹力和弹簧伸长的关系：
1.钩码标值不准确，弹簧长度测量不正确带来的误差。

2.画图时描点及连线不准确也会带来误差。

验证力的平行四边形定则：
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；在允许的情况下，弹簧测力计的示数应尽量大一些，读数时眼睛一定要正视，要按有效数字正确读数记录。

2.作图误差
减小作图误差的方法：作图时要画准结点的位置和两个测力计的方向，两个分力F1、F2之间的夹角越大，用平行四边形定则做出的合力F的误差△F就越大，所以实验时不要把F1、F2间的夹角取的太大；作图比例要恰当。

验证牛顿运动定律：
1.因实验原理不完善引起的误差：本实验用小盘和砝码的总重力mg代替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力
要小于小盘和砝码的总重力。

2.摩擦力平衡不准确、质量测量不准确、计数点间距不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差。

探究动能定理：
1.误差的主要来源是橡皮筋的长短，粗细不一，使橡皮筋的拉力做功W与橡皮筋的条数不成正比。

2.没有完全平衡摩擦力，或者平衡摩擦力时倾角过大也会造成误差。

3.利用打上点的纸带计算小车的速度时，测量不准确带来的误差。

研究匀变速直线运动：
1.平行：纸带、细绳要和长木板平行。

2.靠近：释放小车前，应使小车停在靠近打点计时器的位置。

3.一先一后：实验时应先接通电源，后释放小车；实验后先断开电源，后取下纸带。

4.减小误差：小车另一端挂的钩码个数要适当，避免速度过大而使纸带上打的点太少，或者速
度太小，使纸带上打的点过于密集。

5.纸带选取：选择一条点迹清晰的纸带，舍弃点密集的部分，适当的选取计数点。

6.准确作图：在坐标纸上，纵、横轴选取合适的单位，仔细描点连线，不能连成折线，应做一
条直线，让各点尽量落到这条直线上，落不到直线上的点应均匀分布在直线的两侧。

探究弹力和弹簧伸长的关系：
1.安装实验装置：要保持刻度尺竖直并靠近弹簧。

2.不要超过弹性限度：实验中弹簧下端挂的钩码不要太多，以免超过弹簧的弹性限度。

3.尽量多测几组数据：要使用轻质弹簧，且要尽量多测几组数据。

4.观察所描点的走向：不要画折线。

5.同一单位：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：
1.在同一次实验中，使橡皮条拉长时，结点位置一定要相同。

2.用两个弹簧测力计勾住绳套互成角度地拉橡皮筋条，夹角不宜太大也不宜太小，在60o~100o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的摩擦，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，拉力数值应尽量大些。

4.细绳套应当长一些，以便于确定力的方向，不要直接沿细绳套的方向画直线，应在细绳套的末端用铅笔画
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，画力的图示时所选定的标度要相同，并且要恰当地选择标度，使所做力的图示稍微大一
些。

（减小偶然误差）
验证牛顿运动定律：
1.平衡摩擦力：一定要做好平衡摩擦力的工作，也就是调整出一个合适的斜面，使小车的重力沿着斜面方
向的分力正好平衡小车所受到的摩擦阻力，在平衡摩擦力时，不要把不要把悬挂小盘的细绳系在小车上，即不要给小车任何的牵引力，并要让小车拖着打着点的纸带运动。

2.不需要重复平衡摩擦力：整个实验过程中平衡了摩擦力后，不管之后是改变了小盘和砝码的总质量还是
改变小车的质量，都不需要重新平衡摩擦力。

3.实验条件：每条纸带必须满足小车的质量远大于小盘和砝码的总质量(10%)的条件下打出，只有如此，小
盘和砝码的总重力才能视为小车所受的拉力。

4.“一先一后”：改变拉力和小车质量后，每次开始时，小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，
再释放小车
探究动能定理：
1.平衡摩擦力：将木板的一端垫高，使小车重力沿斜面向下的分力与摩擦阻力平衡。

方法是轻推小车，由
打点计时器打在纸带上的点的均匀程度判断小车是否匀速运动，找到木板一个合适的倾角。

2.选点测速：测小车速度时，纸带上的点应选均匀部分，也就是选小车做匀速运动状态的。

3.规格相同：橡皮筋规格相同时，力对小车做的功以一条橡皮筋做的功为单位即可，不必计算出具体数
值。

研究匀变速直线运动：
（1）实验器材的创新：如果提供光电门的刻度尺，我们可以测出遮光片的宽度d，借助 求出物体通过光
电门的速度，再由 测出物体的加速度，如果提供闪光照相机和刻度尺，我们可以借助处理纸带的方法，求出物体瞬时速度及物体的加速度。

（2）数据处理方法的创新：如果测得物体运动的位移和对应时间可分两种情况考查，一是初速度为零，则
x=at2/2，因此作出x-t2图线；二是物体初速度不为零，则x=v0t+at2/2，可得x/t=v0+at/2，因此作出x/t--t图线，两种情况下，图线的斜率为物体加速度的2倍。

探究弹力和弹簧伸长的关系：
本实验需要测量的物理量是弹力和弹簧的伸长量，命题创新的方向有：
1.运用来处理数据。

（1）将“弹力变化量”转化为“质量变化量”；
（2）将“弹簧伸长量”转化为“弹簧长度变化量”
2.将弹簧平放在桌面上，消除弹簧自身重力的影响。

3..利用计算机或传感器技术，得到弹簧弹力和弹簧形变量的关系图像。

4.将弹簧转化为橡皮条。

3.31/l0~3.62/l0之
间均正确。

验证力的平行四边形定则：
验证牛顿运动定律：
1.实验器材的改进
（1）为了减小摩擦，用气垫导轨代替长木板。

（2）用频闪照相或光电计时器代替打点计时器。

2.数据处理方法的改进
利用传感器，借助计算机系统来处理数据，得到加速度，或直接得到加速度与外力、加速度与质量之间的关系。

3.运用牛顿运动定律进行新的探究实验
以本实验为背景，结合牛顿第二定律，测量两接触面间的动摩擦因数，物体的质量等。