高二物理实验

一、验证机械能守恒定律。

1、【实验目的】验证机械能守恒定律。

2、【实验原理】

由纸带记录的重物的运动，并得到下落高度为h时，重物的瞬时速度v，比较自由下落过程中减少的重力势能mgh和增加的动能mv，看它们在实验误差允许范围内是否相等，若相等则验证了机械能守恒。

计算打第n个点的瞬时速度的方法：测出第n个点与相邻前后点之间的距离sn和sn+1，由公式vn=（或vn=）算出，如图4-1所示：

3、【实验器材】铁架台、打点计时器、学生电源、纸带及复写纸片、导线、毫米刻度尺、重物（带纸带夹）.

4、【实验步骤】

按图4-2把打点计时器安装在铁架台上，用导线把打点计时器与学生电源连接好。

把纸带的一端在重物上用夹子固定好，另一端穿过计时器限位孔，用手竖直提起纸带使重物停靠在打点计时器附近。

先接通电源，后松手让重物带着纸带自由落下。

重复几次，得到3-5条打好点的纸带。

在打出的纸带中挑选一条点迹清晰，且第两打点间距离接近2mm的纸带，在第一个打点上标出o，并从稍靠后的某一点开始，依次标出…，量出各点到位置o的距离、…，并记入**中。

用公式vn=，计算出各点对应的瞬时速度v1,、v2、v3、v4、…并记在**中。

计算打各点时重力势能的减少量mghn 和动能的增加量mvn，并进行比较，看是否相等。

5、【注意事项】

打点计时器安装稳固，并使两限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力。

实验中，需保持提纸带的手不动，待接通电源，打点计时器工作稳定后再松开纸带让重物落下。

选取纸带时，本着点迹清晰，且第。

一、第二两点距离接近2mm原则。

测下落高度时，须从起点量起，并且各点对应的下落高度要一次测完。各计数点要离起始点远些，纸带不宜过长，约40cm即可。

不需要测出物体质量，只需验证vn=ghn 就行。

重物要选密度大、体积小的。

某时刻瞬时加速度的计算应用vn=，不能用vn=.

二、**导线电阻的决定因素。

1、【实验目的】用伏安法间接测定某种金属导体的电阻率；练习使用螺旋测微器。

2、【实验原理】

伏安法测电阻，原理：用电流表测出通过被测电阻的电流i，同时用电压表测出被测电阻两端电压u，然后代入公式r=即可求出被测电阻的阻值。测量电路如图5-1所示。

采用内接法测电阻时：i=ir，u=ua+ur，所以r测===ra+r，当r>>ra时，r测≈r，即测量值接近真实值。

采用外接法测电阻时：i=ir+iv，ur=u，所以r测===当rv>>r时，r测≈r，即测量值接近真实值。

根据电阻定律公式r=ρ，只要测量出金属导线的长度l和它的直径d，计算出导线的横截面积s，并用伏安法测出金属导线的电阻r，即可计算出金属导线的电阻率。

3、【实验器材】被测金属导线，直流电源，电流表(0.6a)，电压表（3v），滑动变阻器（50ω），电键，导线若干，螺旋测微器，米尺等。

4、【实验步骤】

用螺旋测微器在被测金属导线上的三个不同位置各测一次直径，求出其平均值d，计算出导线的横截面积s．

按如图5-2所示的原理电路图连接好用伏安法测电阻的实验电路。

用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属导线的有效长度，反复测量3次，求出其平均值。

把滑动变阻器的滑动片调节到使接入电路中的电阻值最大的位置，电路经检查确认无误后，闭合电键s。改变滑动变阻器滑动片的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数i和u的值，断开电键s，求出导线电阻r的平均值。

将测得的r、l、d值，代入电阻率计算公式ρ= d2中，计算出金属导线的电阻率。

拆去实验线路，整理好实验器材。

5、【注意事项】

测量被测金属导线的有效长度，是指测量待测导线接入电路的两个端点之间的长度，亦即电压表两接入点间的部分待测导线长度，测量时应将导线拉直。

本实验中被测金属导线的电阻值较小，因此实验电路必须采用电流表外接法。

实验连线时，应先从电源的正极出发，依次将电源、电键、电流表、待测金属导线、滑动变阻器连成主干线路（闭合电路），然后再把电压表并联在待测金属导线的两端。

闭合电键s之前，一定要使滑动变阻器的滑动片处在有效电阻值最大的位置。

在用伏安法测电阻时，通过待测导线的电流强度i的值不宜过大（电流表用0~0.6a量程），通电时间不宜过长，以免金属导线的温度明显升高，造成其电阻率在实验过程中变化。

三、描绘小灯泡的伏安特性曲线。

1、【实验目的】通过实验来描绘小灯泡的伏安特性曲线，并分析曲线的变化规律．

2、【实验原理】金属物质的电阻率随温度升高而增大，从而使得一段金属导体的电阻随温度发生相应变化．对一只灯泡来说，不正常发光和正常发光时灯丝的电阻值可以相差几倍到十几倍，它的伏安特性曲线（i－u图线）并不是一条直线．即灯丝的电阻是非线性的，本实验通过描绘伏安特性曲线的方法来研究钨丝灯泡在某一电压变化范围内阻值的变化，从而了解它的导电特性．

实验电路图：如图6-1所示，采用滑动变阻器的分压式接法。

3、【实验器材】小灯泡，4v－6v学生电源，滑动变阻器，伏特表，安培表，开关，导线若干．

4、【实验步骤】

按上图连接好电路，把滑动变阻器的滑动臂p调节到靠近a端处．

闭合电键s，把滑动臂p调节到某个合适的位置，然后读出此时伏特表的示数u1和安培表的示数i1，并把它们记录到**中．

把滑动片p从近a端逐渐往b端调节，重复步骤⑵，读出并记录下多组不同的电压值和电流值．

断开电键s，拆除电路．

以i为纵轴，u为横轴画出直角坐标系，选取适当的标度，在坐标平面内依次描出多组数据所表示的点，然后用平滑曲线连接这些点，此曲线就是小灯泡的伏安特性曲线．

5、【注意事项】

本实验中，因被测小灯泡灯丝电阻较小，因此实验电路必须采用电流表外接法．

因本实验要作i－u图线，要求测出一组包括零在内的电压、电流值，因此变阻器要采用分压接法．

电键闭合前变阻器滑片移到图6-1中所示的a端．

电键闭合后，调节变阻器滑片的位置，使灯泡的电压逐渐增大，可在伏特表读数每增加一个定值（如0.5v）时，读取一次电流值，并将数据（要求保留两位有效数字）记录在表中．调节滑片时应注意伏特表的示数不要超过小灯泡的额定电压．

在坐标纸上建立一个直角坐标系，纵轴表示电流，横轴表示电压，两坐标轴选取的标度要合理，使得根据测量数据画出的图线尽量占满坐标纸；要用平滑曲线将各数据点连接起来．

四、测量电源的电动势和内阻。

1、【实验目的】测定电池的电动势和内电阻．

2、【实验原理】如图7-1所示，改变r的阻值，从电压表和电流表中读出几组u、i值，利用闭合电路的欧姆定律，得，e =,r =.求出几组e、r值，最后分别算出它们的平均值。

此外，还可以用作图法来处理数据。即在坐标纸上以i为横坐标，u为纵坐标，用测出的几组i、u值画出u－i图象（如图7-2）所得直线跟纵轴的交点即为电动势值，图线斜率的绝对值即为内电阻r的值。

3、【实验器材】待测电池，电压表（0－3v），电流表（0－0.6a），滑动变阻器（10ω），开关，导线。

4、【实验步骤】

按电路图连接好电路，电流表取0.6a量程，电压表取3v量程，移动滑动变阻器触头位置，使开关刚闭合时，连入电路中的有效阻值最大．

测几组（i，u）值。闭合开关，移动滑动变阻器触头，使电流表有明显示数，记下一组（i，u）值，然后，断开开关，用同样的方法，多次移动滑动变阻器触头，记录多组（i，u）值，然后断开开关，整理好器材。

建立坐标系、描点，纵轴表示电压，横轴表示电流，取合适的标度，使所描点绝大部分分布在坐标纸上，必要时纵坐标可以不从零开始取。

根据描出的坐标点画出u－i图象。

测算电动势和内电阻，准确读出u-i图线与纵坐标和横坐标的交点坐标，并代入u=e-ir中，算出e和r.

5、【注意事项】

为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻宜大些。（可选用已使用过一段时间的干电池)

实验中不要将i调得过大，每次读完u和i的数据后应立即断开电源。避免干电池在大电流放电时极化现象严重，使得e和r明显变化。

在画u－i图线时，要使较多的点落在这条直线上或使各点均匀分布在直线的两侧。个别偏离直线太远的点可舍去不予考虑。这样，就可使偶然误差得到部分的抵消，从而提高精确度。

干电池内阻较小时，路端电压u的变化也是比较小的，即不会比电动势小很多，这时，在画u－i图线时，纵轴的刻度可以不从零开始，而是根据测得的数据从某一恰当值开始（横坐标i必须从零开始）。但这时图线和横轴的交点不再是短路电流。不过直线斜率的绝对值照样还是电源的内阻。

五、基本仪器使用及误差分析。

1、游标卡尺。

结构与测量原理：如图8-1所示：

游标卡尺及读数方法：

2、螺旋测微器（千分尺）

结构：如图8-3所示：

测量原理：精密螺纹的螺距是0.5mm，即旋钮每旋转一周，测微螺旋前进或后退0.

5mm，可动刻度分成50等份，每一等份表示0.01mm，即可动刻度每转过一等份，测微螺旋前进或后退0.01mm，因此，从可动刻度旋转了多少等份就知道长度变化了多少个0.

01mm，用它测量长度，可以精确到0.01mm，还可估读到0.001mm（即毫米的千分位），因此螺旋测微器又称为千分尺。

读数方法：先从固定刻度上读出半毫米整数倍的部分，不足半毫米的部分由可动刻度读出，即看可动刻度上的第几条刻度与固定刻度线上的横线对齐，从而读出可动刻度示数（注意估读）.即有：

测量长度=固定刻度示数+可动刻度示数×精确度。（注意单位为mm）如图8-4所示，读数应该是6.702mm.

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