高中物理基礎(chǔ)型拓展型學生試驗復習講義

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高中物理基礎(chǔ)型&拓展型學生試驗復習講義

基礎(chǔ)型學生試驗

試驗一用DIS測定位移和速度2試驗二用DIS測定加速度3試驗四研究共點力的合成3試驗五用DIS研究加速度與力的關(guān)系，加速度與質(zhì)量的關(guān)系4試驗六用DIS研究機械能守恒定律5試驗七用單分子油膜估測分子的大小5試驗八用DIS研究溫度不變時，一定質(zhì)量的氣體壓強與體積的關(guān)系6試驗十用多用電表測電阻、電壓和電流6試驗十一設(shè)計、組裝簡單的模塊式電路7試驗十二用DIS研究通電螺線管的磁感應強度8試驗十三測定直流電動機的效率8試驗十四探究感應電流產(chǎn)生的條件9非課標規(guī)定：試驗三用DIS探究自由落體運動的規(guī)律、試驗九探究太陽能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的效率

拓展型學生試驗

試驗一描繪平拋運動的軌跡9試驗二研究有固定轉(zhuǎn)動軸的物體的平衡條件10試驗三用單擺測定重力加速度11試驗四觀測水波的干擾現(xiàn)象11試驗五用DIS描繪電場的等勢線12試驗六用DIS測定電源的電動勢和內(nèi)阻13試驗七研究磁通量變化時感應電流的方向14試驗八用DIS研究回路中感應電動勢大小與磁通量變化快慢的關(guān)系14試驗九觀測光的干擾現(xiàn)象15試驗十觀測光的衍射現(xiàn)象16

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基礎(chǔ)型學生試驗

試驗一用DIS測定位移和速度

[試驗目的]

（1）熟悉DIS的使用方法；

（2）用DIS測定位移，并研究變速直線運動物體的s-t圖像；（3）測量變速直線運動物體的平均速度；（4）測定變速直線運動的瞬時速度。[試驗原理]

利用位移傳感器測定物體距位移傳感器接收器之間的距離，及其隨時間的變化關(guān)系。測定位移、得出s-t圖，測量平均速度

v??s?t。注：位移傳感器的工作原理《教參》P27，《課本》P28。利用光電門測量擋

v??s?t光片通過光電門的時間，計算出小車通過光電門的平均速度《教參》P27，《課本》P32。[試驗器材]

（△t很?。?。注：光電門傳感器的介紹

位移傳感器（發(fā)射器、接收器）、光電門傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計算機、刻度尺、軌道、小車、擋光

片。[試驗步驟]

（二）用DIS測定位移

（1）將位移傳感器的發(fā)射器固定在小車上，接收器固定在軌道右端（軌道稍傾斜，使小車能做勻速直線運動），將數(shù)據(jù)采集器相連。

（2）開啟計算機和數(shù)據(jù)采集器電源，運行DIS應用軟件，選擇“教材專用〞點擊試驗條目中的“測量運動物體的位移和速度〞，出現(xiàn)相應的界面。

（3）點擊“開始記錄〞，放開小車使其運動，計算機界面的表格內(nèi)，將出現(xiàn)小車的位移隨時間變化的取樣點數(shù)據(jù)，同時在s-t圖中將出現(xiàn)對應的數(shù)據(jù)點，從點的走向可大致看出小車位移隨時間的變化的規(guī)律。

（4）點擊“數(shù)據(jù)點連線〞，得出位移隨時間變化的曲線。

（5）改變軌道的傾角，重復試驗，觀測不同形狀的圖線與小車運動狀態(tài)的關(guān)系。小車做變速直線運動時，對應的圖線是怎樣的？

（三）用DIS測變速直線運動的平均速度（1）試驗裝置同（二），依照前述學生試驗的步驟，使載有位移傳感器發(fā)射器的小車做變速直線運動，獲得的s-t圖界面。

（2）點擊“選擇區(qū)域〞，取A、D兩點，圖中直角三角形水平邊為兩點的時間間隔△t，豎直邊為兩點位移的變化量△s，其斜邊的斜率

?s?t即為平均速度值，試驗下方速度窗口中將顯示該速度的值。

（3）將類似于上述試驗界面圖中“AD〞“AC〞“AB〞選定為研究區(qū)域，觀測試驗界面下方速度窗口中顯示的數(shù)據(jù)，并將數(shù)值填入表格內(nèi)。

（四）用DIS測變速直線運動的瞬時速度

（1）將光電門傳感器固定在軌道側(cè)面，墊高軌道的一端，使固定有擋光片的小車能夠順利通過并能擋光。

（2）開啟電源，運行DIS應用軟件，點擊試驗條目中的“用DIS測定瞬時速度〞，出現(xiàn)相應軟件界面。（3）點擊“開始記錄〞，依次將與軟件中△s對應的擋光片固定在小車上，讓小車從軌道的同一位置由靜止開始下滑，分別記錄下四次擋光的時間，DIS實時計算出小車通過光電門時的平均速度。（4）將上述試驗數(shù)據(jù)填入表格中：[本卷須知]

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（1）位移傳感器的接受器和發(fā)射器要正對，發(fā)射器固定在小車上，接收器固定在軌道的右端。發(fā)射器的電源開關(guān)要開啟。

（2）擋光片上邊沿應和小車運動軌道平行。

（3）注意點擊“開始記錄〞和釋放小車的先后順序?qū)υ囼灥挠绊憽?/p>

試驗二用DIS測定加速度

[試驗目的]

測定沿軌道下滑小車的加速度。[試驗原理]

利用位移傳感器測出運動物體的位移隨時間的變化關(guān)系，進行數(shù)據(jù)處理得到s-t圖的斜率v隨時間的變化關(guān)系，即得到v-t圖，根據(jù)

?v?ta?得到運動物體的加速度。

[試驗器材]

小車、軌道、量角器、位移傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計算機。

[試驗步驟]

（1）將位移傳感器與數(shù)據(jù)采集器相連。并將軌道墊高。

（2）開啟電源，運行DIS應用軟件，點擊試驗條目中的“用DIS測定加速度〞，出現(xiàn)相應的試驗界面。（3）點擊“開始記錄〞并釋放小車，得到v-t圖像。

（4）觀測得到小車在軌道上運動的v-t圖線，思考分析速度隨時間的變化規(guī)律。

（5）點擊“選擇區(qū)域〞，移動光標，在圖像上取相距較遠的兩點A（t1，v1）與B（t2，v2），求出它們所在直線上的斜率，即可求出加速度，即

a??v?tv2?v1t2?t1?，并記錄a1=______m/s2。

（6）不改變軌道的傾角，重復試驗，屢屢（5次）測量加速度a值，并做好相應的記錄。a2=______m/s2，a3=______m/s2，a4=______m/s2，a5=______m/s2。選做：（7）改變軌道的傾角，測量加速度值，并做好相應的記錄。重復試驗5次。[試驗結(jié)論]

當斜面傾角為___________時，小車下滑的加速度平均值為。（選做）當斜面的傾角越大，下車下滑的加速度越__________。[本卷須知]

（1）小車的輪子應在軌道的卡槽內(nèi)，位移傳感器的接收器和發(fā)射器要正對。

（2）注意連接時，各接口不要松動，并開啟數(shù)據(jù)采集器的電源。（3）試驗過程中和屢屢測量同一傾斜角時，斜面角度不要改變。

a?_____m/s2試驗四研究共點力的合成

[試驗目的]

研究合力與分力的關(guān)系

[試驗原理]

用一個力與同時用兩個力使橡皮筋發(fā)生一致形變效果（伸長一致的長度），合力與兩個分力的大小和方向的關(guān)系。[試驗器材]

圖板、圖釘、白紙、橡皮筋、彈簧測力計（兩個）、刻度尺、量角器等。[試驗步驟]

（1）用兩個彈簧秤互成角度地拉繩套，使橡皮筋伸長到一定的位置，記錄下來橡皮筋與繩套結(jié)點的位置

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O，畫出兩繩套的方向，記錄兩彈簧秤的示數(shù)F1和F2。

（2）用一個彈簧秤將橡皮筋拉伸，使結(jié)點仍到達位置O，畫出繩套的方向，記錄彈簧秤示數(shù)。（3）用一致標度作出兩個分力F1、F2與合力F，以F1和F2為鄰邊作出平行四邊形，得到其對角線F’，看F’和F是否完全重合（研究的話應連接各力的頂點看是否平行四邊形）。選做：（4）改變兩力的夾角再做幾次。[數(shù)據(jù)處理]

用一致標度作出兩個分力與合力F，用平行四邊形定則作出兩個分力的合力F’，再比較F’和F。[試驗結(jié)論]

在誤差范圍內(nèi)，假使用表示兩個共點力F1和F2的線段為鄰邊作平行四邊形，那么合力F的大小和方向就可以用F1和F2所夾的對角線來表示。即符合力的合成符合平行四邊形定則。[本卷須知]：

（1）彈簧秤水平放時調(diào)零，彈簧秤與細線平行與木板平行。

（2）彈簧秤示數(shù)要估讀。

試驗五用DIS研究加速度與力的關(guān)系，加速度與質(zhì)量的關(guān)系

[試驗目的]

（1）研究小車在質(zhì)量一定的狀況下，加速度與作用力的關(guān)系。（2）研究小車在受力一定的狀況下，加速度與質(zhì)量的關(guān)系。[試驗器材]

帶滑輪的軌道、小車、鉤碼、小車的配重片、天平、位移傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計算機等[試驗步驟]

（一）用DIS研究加速度與力的關(guān)系

（1）用天平測量小車的質(zhì)量（含位移傳感器的發(fā)射器）。

（2）測量鉤碼的重力（作為對小車的拉力）。

（3）將位移傳感器的接收器固定在軌道的一端，并連接到數(shù)據(jù)采集器。將發(fā)射器固定在小車上，同時開啟其電源。

（4）開啟數(shù)據(jù)采集器電源，運行DIS應用軟件，點擊試驗條目中的“牛頓其次定律〞，出現(xiàn)軟件界面。

（5）用細線連接小車，跨過滑輪系住鉤碼。點擊“開始記錄〞并釋放小車，讓其在外力F的作用下運動，界面實時顯示小車的運動狀態(tài)的圖像。當小車到達終點時，點擊“中止記錄〞，得到v-t圖。

（6）拖動滾動條，將需要的圖像顯示在窗口中，點擊“選擇區(qū)域〞，用鼠標在圖線中選擇“開始點〞和“終止點〞，計算機自動計算出所選區(qū)域的加速度值。

（7）將加速度a和外力F記錄在表格中內(nèi)相應的位置。

（8）保持小車的質(zhì)量不變，改變鉤碼的大小重復試驗，得到一組數(shù)據(jù)（至少5組）。[數(shù)據(jù)處理]

（1）將試驗數(shù)據(jù)記錄在表格中。

（2）根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，繪出a-F圖像。[試驗步驟]

（二）研究小車在受力一定的狀況下，加速度與質(zhì)量的關(guān)系。（1）-（6）同上。

（7）將加速度a和質(zhì)量m記錄在表格中相應的位置。

（8）保持鉤碼的大小不變，改變小車質(zhì)量并重復試驗，得到一組數(shù)據(jù)（至少5組）。（9）根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，畫出a-m圖，并通過重新設(shè)置變量，使圖像成為一條線。[數(shù)據(jù)處理]

（1）將試驗數(shù)據(jù)記錄在表中。

（2）根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，繪出a-m圖像，通過重新設(shè)置變量，使圖像成為一條直線

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[試驗結(jié)論][本卷須知]

（1）軌道應保持水平。（2）小車與軌道的摩擦力要小。（3）鉤碼的質(zhì)量也應小些。

試驗六用DIS研究機械能守恒定律

[試驗目的]

研究動能和重力勢能轉(zhuǎn)化中遵循的規(guī)律；[試驗原理]

利用光電門傳感器測量物體的瞬時速度，動能Ek?12mv，勢能Ep?mgh

2[試驗器材]

機械能守恒試驗器、光電門傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計算機等

[試驗步驟]

（一）觀測由同一位置釋放的擺錘，當擺線長度不同時錘上升的最大高度。

（1）試驗裝置中，卸下“定位擋片〞和“光電門傳感器〞。將擺錘置于大標尺盤的A點并釋放，觀測它擺到左邊最高點時的位置，用筆記錄下來這個位置，看看這個高度與A點位置是否一致？

（2）裝上定位擋片并調(diào)整到P點位置，它對擺線有阻擋作用。再次釋放擺錘，同樣觀測擺錘向左擺起的最大高度，記錄下來這個位置。

（3）依次將定位擋片下移至Q、R等位置，重復上述試驗。作類似觀測、記錄。

（二）測定擺錘在某一位置的瞬時速度，從而求得擺錘在該位置的動能，進而研究勢能和動能轉(zhuǎn)化時的規(guī)律。

（1）卸下“定位擋片〞和“小標尺盤〞，安裝光電門傳感器并接入數(shù)據(jù)采集器。

（2）開啟電源，運行DIS應用軟件，點擊試驗條目中的“研究機械能守恒定律〞，出現(xiàn)相應的界面。（3）測量擺錘的直徑△s及其質(zhì)量m，將數(shù)據(jù)輸入軟件界面內(nèi)，把光電門傳感器放在大標尺盤最低端的D點，并以此作為零勢能點。A、B、C點相對于D點的高度已事先輸入，作為計算機的默認值。（4）擺錘置于A點，點擊“開始記錄〞，同時釋放擺錘，擺錘通過D點的速度將自動記錄在表格的對應處。

（5）點擊“數(shù)據(jù)計算〞，計算D點的勢能、動能和機械能。

（6）依次將光電門傳感器放在標尺盤的C、B點，重復試驗，得到相應的數(shù)據(jù)。[試驗結(jié)論]

[本卷須知]注意安裝要豎直。

試驗七用單分子油膜估測分子的大小

[試驗目的]

估測油酸分子的直徑。[試驗原理]

V

形成單分子油膜，d=

S[試驗器材]

油酸、酒精、滴管、痱子粉、量筒、刻度尺、蒸發(fā)皿。

[試驗步驟]

（1）用已知濃度的油酸酒精溶液滴入量筒，記錄下來滴數(shù)，測量并計算出每滴溶液中油酸的體積。（2）在蒸發(fā)皿內(nèi)盛放一定量的水，再把痱子粉均勻地撒在水面上，滴入一滴油酸酒精溶液，待其散開。

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（3）用透明的方格紙（把方格復印在透明薄膜上），測量油膜的面積。（可用玻璃蓋在蒸發(fā)皿上畫出油膜的輪廓，再把透明方格紙墊在玻璃板下數(shù)格子）

V

（4）用d=，就可估算出油酸分子的大小。

S[數(shù)據(jù)處理]

油酸酒精溶液的濃度___________________滴數(shù)_______________________量筒體積___________________

每滴溶液中油酸的體積V=_______________油膜的面積S=________________[試驗結(jié)論]

油酸分子的直徑d=________________。[本卷須知]：

必需保證是單分子層

試驗八用DIS研究溫度不變時，一定質(zhì)量的氣體壓強與體積的關(guān)系

[試驗目的]

探究一定質(zhì)量的氣體在溫度不變的狀況下，壓強與體積之間的關(guān)系。[試驗器材]

注射器、壓強傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計算機[試驗步驟]

（1）將壓強傳感器與數(shù)據(jù)采集器相連。

（2）開啟電源，運行DIS應用軟件，點擊試驗條目中的“研究溫度不變時，一定質(zhì)量氣體的壓強與體積的關(guān)系〞，出現(xiàn)相應軟件界面。

（3）點擊“開始記錄〞，觀測壓強傳感器所測得的大氣壓強值。

（4）將注射器的活塞置于初始位置（如15cm處），并與壓強傳感器探測口連接。

（5）在數(shù)據(jù)表格中輸入活塞初始位置所對應的氣體體積值。點擊“記錄數(shù)據(jù)〞，記錄此刻針筒中密閉氣體的壓強值。

（6）連續(xù)改變注射器活塞得位置使氣體體積發(fā)生變化，將變化后的體積輸入到表格中，同時記錄該體積所對應的壓強值，獲得多組壓強數(shù)據(jù)。

（7）點擊“p-V繪圖〞，計算機根據(jù)數(shù)據(jù)點繪出“壓強—體積〞關(guān)系圖線。1

（8）點擊“p-繪圖〞計算機繪出“壓強—體積的倒數(shù)〞關(guān)系圖線。

V[數(shù)據(jù)處理]

請在圖表中記錄壓強和體積的數(shù)據(jù)，并描繪出p和V的關(guān)系圖。[試驗結(jié)論]略[本卷須知]：

（1）不能用手握住注器；試驗時緩慢推動注射器；等壓強值穩(wěn)定后再記錄。（2）活塞涂潤滑油防止漏氣。

（3）注射器與壓強傳感器連接處有一定的體積。

試驗十用多用電表測電阻、電壓和電流

[試驗目的]

練習用多用電表測電阻、電壓和電流

高中物理基礎(chǔ)型&拓展型學生試驗復習講義-7-

[試驗原理]

閉合電路歐姆定律

[試驗器材]

多用電表、待測電阻、電源、開關(guān)、導線若干。

[試驗步驟]

（1）按如下圖的電路把待測電阻、電源、開關(guān)連接成電路。（2）斷開開關(guān)S，用多用表電阻擋測出待測電阻R的阻值。（3）合上開關(guān)S，用多用表電壓擋測出電阻兩端的電壓值U。（4）斷開開關(guān)S，用多用表串聯(lián)接入電路，再合上開關(guān)S，用多用表電流擋測出流過電阻的電流值。

[數(shù)據(jù)錄處理]

（1）待測電阻R=_______________；電阻兩端電壓U=_______________；流過電阻的電流I=______________。

（2）根據(jù)測出的電壓和電流值，計算出待測電阻值R=_____________。[問題探討]

比較電阻測量值與計算值的大小，分析產(chǎn)生差異的原因有哪些？[本卷須知]

（1）待測電阻必需從電路中斷開（2）手不能接觸兩表筆（3）換倍率擋后必需重新調(diào)零

試驗十一設(shè)計、組裝簡單的模塊式電路

[試驗目的]

練習使用傳感器、控制器和執(zhí)行器組裝成簡單模塊機器人[試驗器材]

（1）傳感器：光敏電阻、熱敏電阻、聲傳感器、觸發(fā)傳感器。（2）控制器：與門控制器、非門控制器、或門控制器。（3）執(zhí)行器：小燈泡、小風扇、蜂鳴器。電池、滑線變阻器、開關(guān)、導線等。[試驗步驟]

（1）用多用表歐姆擋測量光敏電阻的電阻值，比較在有光照和遮光的不同條件下，它的電阻值有何變化？

（2）依照課本圖9-43連接電路。當光敏電阻被遮蓋和移去遮蓋物時，小燈泡的發(fā)光狀況發(fā)生什么變化？

（3）用多用電表歐姆擋測量熱敏電阻的阻值，比較在溫度升高和降低的不同條件下，它的電阻值有何變化？

（4）選用適合的器材，設(shè)計一個用熱敏電阻控制小燈泡的電路（畫在右面的框內(nèi)），要求溫度升高時小燈泡發(fā)光，溫度降低時小燈熄滅。

（5）用兩個觸發(fā)傳感器器、與門控制器、電動機組裝成能控制洗衣機的模塊機器人，要求只有當電源開關(guān)和洗衣機蓋子同時合上時，電源才能接通。

（6）用光傳感器、溫度傳感器，或門控制器、小風扇組裝成一個類似自動控溫裝置的模塊機器人，要求在有光照或溫度升高時，小風扇都能啟動。

（7）用溫度傳感器、非門控制器、蜂鳴器組裝一臺類似火警報警器的模塊機器人。[問題探討]

（1）模塊機器人有那幾部分組成？

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（2）利用上列試驗器材，除了洗衣機控制器、自動溫控裝置、火警報警器外，你還以設(shè)計、組裝多少種模塊機器人。

試驗十二用DIS研究通電螺線管的磁感應強度

[試驗目的]

測定通電螺線管內(nèi)部磁場的磁感應強度。[試驗器材]

長螺線管、滑動變阻器、穩(wěn)壓電源、導線、磁傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計算機[試驗步驟]

（1）如課本圖10-29所示，將磁傳感器連接到數(shù)據(jù)采集器的輸入口。

（2）螺線管接入電源后放置在水平面上，調(diào)理傳感器的高度，使它的探管正好在螺線管的軸線上。（3）點擊試驗菜單上的“研究通電螺線管的磁感應強度〞，顯示屏上將出現(xiàn)B-d坐標及數(shù)據(jù)表格等（課本10-30）。其中B為通電線圈產(chǎn)生的磁場的磁感應強度，d為磁傳感器探管端部插入線圈的長度。

（4）改變d值，點擊“記錄數(shù)據(jù)〞，可得到多組不同的d、B值。[數(shù)據(jù)處理]

（1）在表格中記錄下來傳感器探管端部在不同位置測得的磁感應強度值。（2）啟動“繪圖〞功能，在顯示屏上可觀測到B-d圖線。[本卷須知]

（1）螺線管接入穩(wěn)定的直流電源電壓小于6V。（2）調(diào)理電源的正負極，使磁傳感器的讀數(shù)為正值。（3）傳感器使用前需預熱4分鐘。

（4）傳感器測量的為平行長管方向的磁場強度分量。

試驗十三測定直流電動機的效率

[試驗目的]

測定在一定電壓下工作的直流電動機的效率。[試驗原理]

在右面方框中畫出試驗電路圖。為了測定直流電動機的效率η，必需先測出電動機的輸出功率P出和輸入功率P入。輸出功率P出=______________，輸入功率P入=___________。則直流電動機的效率η=___________。

由此可知，本試驗要測定的物理量是______________________________。[試驗器材]

直流電動機（帶長軸，額定電壓4.5伏）、電源、電壓表、電流表、滑動變阻器、開關(guān)、砝碼盤（已知質(zhì)量）、砝碼若干、停表、刻度尺、細繩一根、導線若干。[試驗步驟]

（1）將電動機與電源、滑動變阻器、電壓表、電流表、開關(guān)接成試驗電路。

（2）將盛砝碼的小盤用細繩系住，細繩上端繞在電動機長軸上，調(diào)理盤中的砝碼數(shù)使小盤上升的運動為勻速運動，記錄下來小盤與盤中砝碼的總質(zhì)量。

（3）接通開關(guān)，測出小盤上升所用時間及上升高度，并記錄下來電流、電壓表的示數(shù)。（4）計算電動機的效率。（至少測量三次）[數(shù)據(jù)處理]

電壓、電流、高度、時間、輸入功率、輸出功率、效率。[試驗結(jié)論]

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[本卷須知]

2

小盤上升的運動要勻速。mgh小于IUt－Irt

試驗十四探究感應電流產(chǎn)生的條件

[試驗目的]

探究感應電流產(chǎn)生的條件。[試驗器材]

條形磁鐵、靈敏電流計、線圈A和B、滑動變阻器、電源、開關(guān)、導線等。[試驗方案設(shè)計（包括原理、電路、步驟和觀測記錄）]

方案一（供參考）

將靈敏電流計和線圈B按課本圖11-7連接成閉合回路；線圈A與電源、開關(guān)、變阻器串聯(lián)成另一個閉合回路。合上開關(guān)，這時通電螺線管A相當于一根條形磁鐵。

（1）線圈A在線圈B中靜止不動，靈敏電流計指針不偏轉(zhuǎn)。（2）線圈A在線圈中拔出或插入時，靈敏電流計指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。

方案二方案三[本卷須知]

（1）必需用靈敏電流計G；（2）有兩個電流回路，副線圈回路只有靈敏電流計G。

拓展型學生試驗

試驗一描繪平拋運動的軌跡

[試驗目的]

（1）利用有連拍功能的數(shù)碼相機或攝像機獲得平拋運動的軌跡；

（2）利用DIS試驗研究平拋物體的飛行時間t與下落高度h、初速度v0之間的關(guān)系；平拋物體的射程d與v0、t之間的關(guān)系。[試驗器材]

有連拍功能的數(shù)碼相機或攝像機，以及由斜面滑槽和支架、金屬小球、光電門傳感器、碰撞傳感器等組成的DIS平拋運動試驗裝置。[試驗步驟]

試驗裝置如圖1所示。

（1）控制斜槽導軌的水平槽口高度，讓小球從斜槽的不同高度處滾下，以4種不同的速度沖出水平槽口在空中做平拋運動。利用安置在槽口的光電門傳感器測量小球平拋運動的初速度v0，利用安裝在底板上的碰撞傳感器測量小球的飛行時間t0并顯示在計算機屏幕

上。落地點的水平距離d由底座上的標尺讀出，物體拋出時的高度h由直尺測量。將這些數(shù)據(jù)記錄在預先設(shè)計好的表格中。

（2）改變斜槽水平槽口的高度，重復步驟(1)中的試驗，將顯示在計算機屏幕上的這些數(shù)據(jù)記錄在預先設(shè)計好的其次張表格中。

（3）利用數(shù)碼相機的連拍功能（或攝像機），在上述兩組試驗中，各選一次試驗，拍攝小球做平拋運動的過程，將所攝得的一組照片輸入計算機中，然后進行處理，并將這些照片圖像疊合在一起，以獲得小

圖1

高中物理基礎(chǔ)型&拓展型學生試驗復習講義-10-

球做平拋運動的軌跡。[分析數(shù)據(jù)，得出結(jié)論]

(1)根據(jù)表中物體拋出時的高度h和初速度v0的數(shù)據(jù)，分別計算出射程和飛行時間的理論值，然后與相應的試驗數(shù)據(jù)進行比較，進行分析，得出結(jié)論。

(2)考察由數(shù)碼相機所得到的小球做平拋運動的軌跡圖像，分析由此得到的某些信息，如水平分速度、豎直分速度等。[本卷須知]數(shù)碼相機大多具有攝像功能，每秒鐘拍攝約15幀照片，可用它拍攝小球從水平桌面飛出后做平拋運動的幾張連續(xù)照片。假使用數(shù)學課上畫函數(shù)圖像的方格黑板做背景，就可根據(jù)照片上小球的位置在方格紙上畫出小球的軌跡。也可將拍攝的照片輸入計算機，把多張圖片合成一張，從而顯示出小球做平拋運動的軌跡。注意：假使小球從高度大約為1.5m處水平拋出，則小球從拋出到落地大約為0.5s，所以要選擇連續(xù)曝光間隔小于0.1s的數(shù)碼相機，以便能得到小球在空中時的4～5張照片。

試驗二研究有固定轉(zhuǎn)動軸的物體的平衡條件

[試驗目的]研究有固定轉(zhuǎn)動軸的物體的平衡條件。[試驗器材]

鐵架臺、力矩盤、彈簧秤、一組鉤碼、帶套環(huán)的橫桿、釘子、細線、刻度尺等。[探究思路]作用在有固定轉(zhuǎn)動軸物體上的力矩可引起物體沿不同方向轉(zhuǎn)動。從沿著轉(zhuǎn)動軸的某一個方向上看，力矩的作用效果不外乎有兩種可能：引起物體沿逆時針方向轉(zhuǎn)動或者沿順時針方向轉(zhuǎn)動。于是我們要通過試驗來探究的問題是，為了使一個有固定轉(zhuǎn)動軸的物體處于平衡狀態(tài)，施加在該物體上的能引起它沿逆時針方向轉(zhuǎn)動的力矩和能引起它沿順時針方向轉(zhuǎn)動的力矩之間畢竟需滿足怎樣的定量關(guān)系。[試驗步驟]

（1）如圖2所示，將力矩盤的金屬軸O固定在鐵架臺上，把力矩盤套在軸上并使盤面保持豎直。同時在鐵架臺上固定一根橫桿。力矩盤上畫出的同心圓供確定力臂時參考。

（2）將釘子固定在力矩盤的四個任意位置上，其中三枚釘子上用細線懸掛不同個數(shù)的鉤碼，第四個釘子用細線與測力計的鉤子相連，測

圖2力計的另一端則掛在水平橫桿的套環(huán)上。（3）當力矩盤在這四個力的作用下處于平衡狀態(tài)時，測出各個力的大小及它們的力臂。將力和力臂的數(shù)據(jù)記錄在預先設(shè)計的表格中。（4）改變釘子的位置，重復試驗一次。（5）分析數(shù)據(jù)，得出結(jié)論。

[本卷須知]（1）為了使試驗條件具有普遍性，可用測力計對圓盤施加非豎直方向的力。原盤所受的幾個力的作用點不要和轉(zhuǎn)動軸在同一水平線上。測力計向左上方的拉力的作用點最好在軸的右側(cè)，這有助于提高學生正確找出力矩、判斷力矩方向的能力。（2）試驗前須對圓盤進行檢查和調(diào)整。若圓盤不能隨遇平衡，說明盤的重心偏離軸心，試驗時重心處所受的重力矩會引起誤差，這時可用圖釘作配重進行校正。軸桿要保持水平，圓盤與軸桿之間的間隙要小，避免圓盤受力時向前傾斜而偏離豎直平面。軸上要加些機油潤滑，使圓盤轉(zhuǎn)動靈活，盡可能減小摩擦力矩。

高中物理基礎(chǔ)型&拓展型學生試驗復習講義-11-

（3）測力計的精度尋常低于鉤碼，事前應對測力計細心校準。試驗時為避免測力計因自重下垂而造成測量誤差，可用手扶住測力計，使它與所拉細繩在同一直線上時再讀數(shù)。每條細線都應掛在釘子的根部，橫梁的位置也應前后適當，使圓盤受到的各個力均在同一平面內(nèi)。各力矩的力臂應盡量取大些，以減小用尺測量的誤差。各力矩應盡量大些，以減小軸上摩擦力矩的影響。平衡后輕輕地敲幾下圓盤，這樣的振動可減小軸上摩擦力矩的影響。（4）試驗時可在圓盤上貼一張白紙，供作圖用。在紙上標記力的作用線時，要使視線通過細線垂直于紙面，然后在細線后面離力的作用點盡可能遠處用筆畫一個點。確定軸心的方法是，在紙上細心地拓出軸的圓形橫截面，再取這個圓的圓心，最終將紙取下，放在桌上作圖，畫出各個力和力臂，并將測量結(jié)果記錄在預先設(shè)計的表格中，算出力矩，得出結(jié)論。（5）本試驗的誤差主要來源：鉤碼質(zhì)量誤差（≤1%）、測力計精度產(chǎn)生的誤差（≤2.5%），以及軸心定位偏差和作圖偏差等?？傮w誤差可控制在4%以內(nèi)。

試驗三用單擺測定重力加速度

[試驗目的]

用單擺測出當?shù)氐闹亓铀俣取?/p>

[試驗器材]單擺、停表、直尺、游標卡尺、鐵架臺等。

[試驗原理]由單擺周期計算公式可得

g?4?2lT2

測出l、T就可以計算重力加速度g。

圖3-1圖3-2

[試驗步驟]選取一個擺線長約1m的單擺，把線的上端用鐵夾固定在鐵架臺上，把鐵架臺放在試驗桌邊，使鐵夾伸到桌面以外，讓擺球自由下垂，如圖3-1所示。用米尺量出擺線長度l，確切到毫米；用游標卡尺測量擺球的直徑，然后算出擺球半徑，也確切到毫米；然后放開小球讓它搖擺，用停表測出單擺做30～50次全振動所用的時間。計算出平均搖擺一次的時間，這個時間就是單擺的振動周期。再根據(jù)單擺的周期公式，計算出重力加速度。變更擺長，重復幾次試驗，計算出每次試驗測得的重力加速度。設(shè)計一個表格，把測得的數(shù)據(jù)和計算結(jié)果填入表中。最終，求出幾次試驗得到的重力加速度的平均值，即可看作本地區(qū)的重力加速度。[本卷須知]

（1）從擺球經(jīng)過平衡位置時開始計時。（2）擺長等于擺線的長度加擺球半徑。（3）多測幾次求平均值。

[補充說明]本試驗也可用DIS試驗系統(tǒng)來做，其方法如下：

應用DIS試驗系統(tǒng)，將圖3-2中的光電傳感器接到數(shù)據(jù)采集器的輸入口，點擊試驗菜單中的“用單擺測重力加速度〞。試驗時，先量出擺球的半徑與擺線的長度，輸入計算機。單擺搖擺后，點擊“記錄數(shù)據(jù)〞，顯示屏將得到一組單擺的周期與重力加速度的值。

試驗四觀測水波的干擾現(xiàn)象

高中物理基礎(chǔ)型&拓展型學生試驗復習講義-12-

[試驗目的]觀測兩列頻率一致的水波相遇時發(fā)生的干擾現(xiàn)象。[試驗器材]發(fā)波水槽、變頻電動機、電源等，如圖4所示。[試驗步驟]（1）開啟變頻電動機電源；（2）調(diào)理兩小球擊水深度和頻率；（3）觀測兩列波疊加區(qū)域水面的波形；

（4）改變試驗條件，使兩個小球以不同的頻率擊水，觀測不同頻率的兩列波疊加時，水面的波形。

圖4

[試驗結(jié)論]

頻率及其他振動狀況一致的兩列波疊加以后，某些區(qū)域質(zhì)點的振動加強，某些區(qū)域質(zhì)點振動減弱；這些區(qū)域是相互間隔的；而且這些區(qū)域的分布是穩(wěn)定的。

[本卷須知]不同頻率的波在空間相遇也能疊加，各質(zhì)點的合位移也等于每列波引起的分位移的矢量和，但合位移的最大值不能保持不變，也就不能在相遇區(qū)域產(chǎn)生穩(wěn)定的干擾圖樣，當然也就不能產(chǎn)生干擾現(xiàn)象。

試驗五用DIS描繪電場的等勢線

[試驗目的]

用描跡法畫出電場中一個平面上的等勢線。[試驗器材]DIS（數(shù)字信息系統(tǒng)）、木板、白紙、復寫紙、導電紙、圖釘若干、電池、電鍵、圓柱形電級兩個。[試驗原理]

用DIS的電壓傳感器探測等勢點，用描跡法把等勢點連接成等勢線。[試驗步驟]

（1）安裝試驗裝置

如圖5-1所示，在一塊平整的木板上，依次鋪放白紙、復寫紙、導電紙。導電紙有導電物質(zhì)的一面向上，用圖釘將它們固定好。在導電紙上放兩個與它接觸良好的圓柱形電極，電極A與電源的正極相連作為“正電荷〞，電極B與電源的負極相連作為“負電荷〞。兩個電極之間的距離約為10cm，電壓為4～6V。將兩探針通過電壓傳感器連接到數(shù)據(jù)采集器的輸入口，點擊“試驗單〞中的“電壓測量〞，開始試驗。

（2）試驗測量

1．選擇基準點

先將兩個電極的位置壓印在白紙上，然后在兩極的連線上，選取間距大致相等的5個點作為基準點，并用探針把它們的位置壓印在白紙上。

2．探測等勢點

將兩個探針分別拿在左、右手中，用左手中的探針跟導電紙上的某一基準點接觸，然后用右手中的探針在導電紙平面上找若干個與基準點的電勢差為零的點，用

圖5-2

圖5-1

高中物理基礎(chǔ)型&拓展型學生試驗復習講義-13-

探針把這些點一一壓印在白紙上，照這樣的方法，在每個基準點的兩側(cè)，各探測出五個等勢點，每個等勢點大約相距1cm。

3．畫等勢線

取出白紙，根據(jù)五組等勢點畫出五條平滑的曲線，它們就是等勢線（如圖5-2）

[本卷須知]（1）先用多用表的歐姆擋在各處測一下電阻是否均勻，以便選用厚薄均勻的導電紙，撳壓時注意不要使紙破碎以免影響場的分布。（2）電極跟導電紙的接觸要良好，這是做好試驗的關(guān)鍵。可以選用10g或20g的銅質(zhì)小砝碼做電極壓在導電紙上。（3）本試驗為更好表達原理，選用電壓傳感器來探測等勢點。在找跟某一基準點電勢相等的點時，不要盲目地移動探針，要根據(jù)電壓變化的趨勢來調(diào)整探針的位置。（4）用探針找到跟某一基準點的電勢相等的點后，在用探針把這些點一一壓印在白紙上，不可用力太大以免導電紙破碎。

[補充說明]這個試驗裝置所形成的“電場〞實際上不是正、負電荷間的靜電場而是恒定電流場，這是具有不同概念的兩種場，只是由于它們遵守的規(guī)律相像而用恒定的電流場模擬靜電場來做試驗。

試驗六用DIS測定電源的電動勢和內(nèi)阻

[試驗目的]

測量干電池的電動勢和內(nèi)阻[試驗器材]

DIS（數(shù)字信息系統(tǒng)）、電學試驗電路板、滑線變阻器、待測干電池、導線等。[試驗原理]

改變電路的外電阻，通過電壓傳感器和電流傳感器測量不同工作狀態(tài)的端電壓和電流，輸入計算機，自動生成U-I圖線，由圖線得出電動勢和內(nèi)阻。電路圖和實物裝置圖見圖6-1和圖6-2。

圖6-1

圖6-2

[試驗步驟]（1）把電壓、電流傳感器分別接入數(shù)據(jù)采集器第一、二輸入口。（2）將試驗電路板的開關(guān)S斷開，電壓、電流傳感器的測量夾分別接入試驗板的U3、I端。

（3）連接滑動變阻器R′，并把阻值調(diào)到最大，開關(guān)S閉合。（4）開啟“計算表格〞，改變滑動變阻器的觸點，使其阻值逐漸減

圖6-3

高中物理基礎(chǔ)型&拓展型學生試驗復習講義-14-

小，同時點擊“手動〞按鈕，記錄幾組不同的電壓、電流值。

（5）開啟“坐標繪圖〞界面，設(shè)x軸為“I2〞,y軸為“U1〞,點擊“直線擬合〞，得到試驗結(jié)果如圖6-3所示。

（6）根據(jù)圖6-3顯示，擬合直線方程為________________________，測得電動勢為________，內(nèi)阻為_________。[本卷須知]

由于試驗操作上難度不大，試驗重點應放在對擬合圖線的分析上，要理解該圖線的意義，其代數(shù)表達式以及截距和斜率的含義等。

試驗七研究磁通量變化時感應電流的方向

[探究目的]探究感應電流的方向與磁通量變化的關(guān)系。方案設(shè)計：方案1

[試驗原理]將條型磁鐵的N、S極分別插入感應線圈，或從感應線圈中拉出，觀測檢流計指針的偏轉(zhuǎn)狀況，然后歸納出判斷感應電流方向的規(guī)律。[試驗器材]條型磁鐵、檢流計、感應線圈等。[試驗過程]

圖7

如圖7中(a)、(b)、(c)、(d)所示，將條型磁鐵插入或拉出，觀測并記錄檢流計指針的偏轉(zhuǎn)方向。[試驗記錄]

（1）在圖7中畫出(a)、(b)、(c)、(d)四種狀況下，線圈中感應電流方向及感應電流磁場的方向。（2）歸納出感應電流的方向與磁通量變化的關(guān)系：_____________________________________。方案2（請同學自己設(shè)計）

[試驗原理]_________________________________________________________________________。[試驗器材]_________________________________________________________________________。[試驗過程][試驗記錄]

試驗結(jié)果：通過上述兩個試驗，你得到的共同結(jié)果是什么？___________________________________。

試驗八用DIS研究回路中感應電動勢大小與磁通量變化快慢的關(guān)系

[試驗目的]摸索影響感應電動勢大小的有關(guān)因素。[試驗器材]

導軌、小車、擋光片、螺線管、磁鐵、電壓傳感器、光電門傳感器、計算機等。[試驗裝置]

如圖8-1所示，小車上裝有磁鐵和擋光片，小車的擋光片經(jīng)過光電門傳感器時，DIS試驗系統(tǒng)記錄擋光時間Δt，電壓傳感器記錄下此段時間螺線管中感應電動勢的平均值E。[試驗過程及數(shù)據(jù)分析]

高中物理基礎(chǔ)型&拓展型學生試驗復習講義-15-

（1）讓小車以不同的速度靠近螺線管，得到在不同Δt內(nèi)的感應電動勢的平均值E。（感應電動勢平均值近似于最大值）（2）重復上述步驟可得一組Δt和E值，點擊軟件界面上的“E-1?t〞，屏幕上出現(xiàn)圖8-2所示圖線。

試驗中因磁鐵相對螺線管位置的變化一致，各次試驗螺線管中磁通量的變化量ΔΦ都一致，可見感應電動勢E和

1?t成正比關(guān)系，即E和Δt成反比。

圖8-1

（3）改用不同匝數(shù)的線圈（線圈直徑不變），使磁鐵用一致速度靠近線圈，會得到什么結(jié)果？

[試驗結(jié)果]________________________________________________________________________。

圖8-2

[本卷須知]

（1）首先要搞明白如何用試驗裝置測出各個物理量

如磁鐵靠近線圈時，穿過線圈里的磁通量發(fā)生變化，線圈輸出導線兩端的感應電動勢E由電壓傳感器記錄下來。必需說明，磁鐵靠近線圈時，線圈里產(chǎn)生的感應電動勢是在變化的，直接讀出來的是感應電動勢的最大值。但在很短的時間內(nèi)，感應電動勢的平均值接近其最大值。所以，通過試驗可以得到近似的結(jié)果。小車上所裝的擋光片經(jīng)過光電門傳感器的時間，就是磁鐵運動的時間Δt。

（2）試驗過程用控制變量的方法進行摸索

磁鐵以不同速度靠近線圈時，穿過線圈的磁通量變化一致，即ΔΦ保持不變，探求感應電動勢E跟時

間Δt的關(guān)系。使磁鐵以一致速度靠近線圈，保持Δt不變，改用匝數(shù)N不同的線圈，就可以知道感應電動勢E跟線圈匝數(shù)N的關(guān)系。

試驗九觀測光的干擾現(xiàn)象

[試驗目的]利用自制的雙縫，觀測光的干擾條紋的間距隨雙縫的間隙、光屏到縫的距離變化的狀況。[試驗器材]

激光，自制的雙縫屏，光屏。[試驗原理]

高中物理基礎(chǔ)型&拓