高中物理力学实验大全

高中物理力学实验大全
力学实验是高中物理实验的一个重要分支。

在力学实验中，主要研究物体运动的规律，探讨物体的运动状态，包括速度、加速度、力和能量等方面的变化。

本文将介绍十种高中物理力学实验的操作方法及实验结果。

1. 用动量定理验证牛顿第二定律
实验目的：通过测量不同质量的小车在经过一定距离后
达到的速度，验证牛顿第二定律。

实验器材：小车、导轨、时间计、尺子、重物、电子秤、数据采集器。

实验步骤：
1) 在导轨的一端放置重物，使导轨处于倾斜状态。

2) 将小车放在导轨上，对小车进行称重，并记录下小车
的质量。

3) 预先将电子秤放在小车所经过的终点，记录下电子秤
显示的重量。

4) 启动计时器，放开小车，记录下小车经过一定距离后
的时间t及对应的速度v。

5) 重复实验三次，并取平均值。

实验结果及分析：
根据动量定理，p=mv，小车在倾斜导轨上的势能转化为
动能，在对称点转化为最大动能，此处动能等于摩擦力的负功。

通过实验测量得到小车的速度和质量，可以计算出小车的动能和动量，进而验证牛顿第二定律。

实验结果表明，小车的速度
与质量成正比，即v∝m，验证了牛顿第二定律的结论 F=ma。

2. 利用物体自由落体实验验证重力加速度的大小
实验目的：通过测量不同高度的物体下落时间，验证物体自由落体时的加速度大小。

实验器材：计时器、绳、微型摆锤、质量块、电子秤、天平。

实验步骤：
1) 在实验室地面下方放置微型摆锤，在与微型摆锤对称的另一侧放置重物。

2) 用绳把重物绑定在摆锤上方，让重物自由下落。

3) 同时启动计时器和下落状态的重物，记录下重物在不同高度下落所需的时间t。

4) 重复实验三次，并取平均值。

5) 根据公式s=1/2gt²计算出在不同高度下落的时间t 和自由落体加速度g。

实验结果及分析：
通过实验结果计算可得，物体自由落体时的加速度大小为9.8 m/s²，验证了该定值的正确性。

由此还可以推导出万有引力常数 G 和地球质量 M 的数值。

3. 利用万有引力实验探究行星运动规律
实验目的：研究太阳对行星的万有引力及行星围绕太阳的运动规律。

实验器材：太阳球、行星模型（木球）、轨道架、导轨、黑色纱布。

实验步骤：
1) 在轨道架上安装导轨，将太阳球放在下方固定好。

2) 选取适当的行星木球，放置在导轨上并加以平衡调整。

3) 由助手手轻扰动木球或用细线轻轻拉动木球，使其绕
太阳球做圆周运动。

4) 观察木球运动轨迹和运动速度，并记录下木球绕太阳
转一圈需要的时间t和离太阳球的距离r。

5) 重复实验三次，并取平均值。

实验结果及分析：
通过实验结果得到相应的运动规律：行星围绕太阳球做
椭圆运动，椭圆的中心为太阳球所在位置的引力中心，木球在离太阳越远的位置运动速度越慢，行星围绕太阳的周期 T 的
平方与它们相应的半长轴 a 的立方成正比，即T² ∝ a³。

该公式成为开普勒第三定律。

4. 用电子天平测定物体的密度
实验目的：利用电子天平和简易器材测定物体的容积和
质量，进而计算物体的密度。

实验器材：圆柱形金属棒、几升容器、滴球管、准直板、放大镜。

实验步骤：
1) 用滴球管把水滴在容器内，记录水面的高度 h1。

2) 把金属棒放在准直板上，将滴球管放在棒头位置，用
放大镜观察滴球管中的水珠棒头是否被完全覆盖。

3) 放开水珠，测量出水面的高度 h2。

4) 确定金属棒的质量，并将棒放入容器中，把水面的高
度 h3 记录下来。

5) 重复实验三次，并取平均值。

实验结果及分析：
根据物理学原理，物体密度ρ等于它的质量m除以体积V，即ρ=m/V。

根据实验结果计算可得物体的密度，为测试精
度，实验所得数据应该小差异，符合理论值。

5. 用牛顿冷却定律研究物体在不同温度下的冷却速度
实验目的：通过测量不同温度的物体在相同时间内的温度差，研究物体在不同温度下的冷却速度。

实验器材：热水槽、温度计、计时器、试管。

实验步骤：
1) 将热水槽中温度保持在一定值，将试管放入热水槽中。

2) 测量试管中的水温，并记作初始温度 T1。

3) 启动计时器，记录下试管中的水温在特定时间间隔内的变化，同时测量水温并记录下当前温度 T2。

4) 重复实验三次，并取平均值。

实验结果及分析：
根据牛顿冷却定律，物体冷却速度与其温度差 T1-T2 成正比。

通过实验测量得到不同温度下的冷却速度，可以验证该定律的正确性。

6. 利用特斯拉空气泵展示状态方程现象
实验目的：用特斯拉空气泵模拟物理气体在不同温度、压力和体积下的状态变化。

实验器材：特斯拉空气泵、气压计、气体分子模型。

实验步骤：
1) 打开特斯拉空气泵，通过气管和气压计连接气泵和气体分子模型。

2) 调整特斯拉空气泵的开关，使气体分子模型可以进行膨胀或收缩的状态转换。

3) 观察模型不同状态下的体积、温度和压力的变化。

4) 注重对气体状态转变的图表和曲线的解释。

实验结果及分析：
该实验可以展示出气体在不同温度、压力和体积下的状态变化，进而通过实验结果描绘气体状态方程，比较理解物理气体特性。

此外，该实验还能启发实验者深入理解气体的分子特性。

7. 用杠杆定律检验比重
实验目的：通过测量不同膜色质量所需的杠杆长度，检验比重。

实验器材：杠杆、支架、膜色、密度瓶。

实验步骤：
1) 确定密度瓶的标定值，把膜色和密度瓶放入天平盘中测量膜色质量。

2) 在支架上设置大杠杆，将小杠杆放在大杠杆一端，将天平的平衡点固定在大杠杆上。

3) 将装有膜色和水的密度瓶放在小杠杆的另一端，调整杠杆位置，使天平保持水平。

4) 重复实验三次，并取平均值。

实验结果及分析：
根据物理学定律，杠杆定律的比例关系为 m1l1=m2l2，在重力的作用下，杠杆不受力矩平衡，因此重物左侧的杠杆的长度与右侧杠杆的长度成反比例关系。

通过实验测定的膜色和密度瓶的质量，可以计算出膜色的比重，即导出膜色和水的密度比较值。

8. 利用弹簧刚度测试材料的弹性模量
实验目的：通过测定不同弹簧的弹性变形，探究材料的弹性模量。

实验器材：金属弹簧、分度尺、测力计。

实验步骤：
1) 确定弹簧的长度、线径、圈数和质量，并根据实验需要挑选弹性常数相对适合的弹簧。

2) 用分度尺测量弹簧的长度，并记录下初度长度 L0。

3) 现将一个固定端的弹簧置于测力计上，然后沿另一端慢慢施加小的拉伸力 F1，记录下相应的伸长量δ1。

4) 施加大一些的拉伸力 F2，记录下相应的伸长量δ2。

5) 重复实验三次，并取平均值。

实验结果及分析：
根据胡克定律，弹簧的弹性变形量F=kδ，弹性模量 E = kL0/A，其中 k 是弹簧的弹性常数，A 是弹簧的截面积。

通过实验测量得到不同拉伸力下的伸长量，可以计算出弹簧的弹性模量，从而得到材料的弹性特性。

9. 用帕邢和定律检测热导率
实验目的：通过测定不同材料对热量的传递速率，检测热导率。

实验器材：铜片、铁片、铝片、烧杯、水、温度计。

实验步骤：
1) 切割铜片、铁片和铝片，并使它们长度相等，宽度相等，厚度相等。

2) 在一个平静的容器中倒入水，并用火烧开，记录下水的初始温度。

3) 将金属片放在烧杯中，并放在沸腾的水中，等待到金属片达到稳定的温度时记录下时刻 t1。

4) 在金属片的一端加热，然后等待一段时间，使温差达到一个稳定值，并记录下时刻 t2。

5) 以相同的方式进行铁片和铝片的实验，重复该实验的数据四次，取平均值。

实验结果及分析：
当相同面积的不同材料置于相同热源的烤盘上，通过较
少的时间内传递热量达到平衡温度的度量，可以得出不同材料的热导率值并比较，从而研究材料的性质和适用范围。

10. 用托兰尼定律探究电阻率的变化规律
实验目的：通过测定不同材料的电阻值，并分析电阻值
与温度变化的关系，探究电阻率的变化规律。

实验器材：热水槽、电源、电阻表。

实验步骤：
1) 将电源接通，用电阻表测定介质材料的电阻值，同时
记录介质材料的温度。

2) 将介质材料放入热水槽中加热，取出介质材料后，立
即将介质材料重新测量它的电阻值，同时确定介质材料的温度。

3) 以相同的方式通过加热、冷却、测量介质材料的电阻
和温度，依次测定不同的介质材料；
4) 通过绘制电阻率与温度之间的线性关系图，分析电阻
率随温度变化的规律。

实验结果及分析：
根据托兰尼定律，在一定温度范围内，导体的电阻率随
温度的升高而增加，电子受阻的几率增加，电阻值逐渐变大。

通过实验结果得到不同材料随温度变化的电阻率，可以分析及推断电子材料的特性和适用范围。

通过以上十项实验，我们可以更深入地了解物理学原理
及其实际应用。

希望经过这些实验的学习与锻炼，能够更加深入地理解力学、热学、光学、电学等物理学的科学知识，更好地掌握实验技巧，提高科学实验水平。