中学物理实验技能训练讲义正文 - 图文

中学物理实验技能训练讲义

实验一 探究加速度与力、质量的关系的研究

力学实验经常不容易做好，一方面是由于测量手段的精确性不够高，另一方面是由于容易受到别的因素的干扰，如摩擦的影响等，做好运动学和动力学实验的关键主要有以下几点：

1．准确计时。不同实验的准确度要求不同，不同计量工具的精度不同，因此应根据实验需要选择并正确使用适当的计时工具。常用的计时工具有节拍器、弹簧片振动计时器、秒表、电动秒表、毫秒计等。

2．精确定位。决定物体位置的方法很多，如打点定位、光电定位、闪光照像定位等。演示实验中也常用插旗或作记号等简易定位方法。

3．减少摩擦对实验的影响。常用的方法一种是减少摩擦力的值，如将滑动摩擦改为滚动摩擦，加润滑油或用气垫等。另一种方法是另外增加一个外力来抵消摩擦的影响。

4．计时和定位的良好配合。常用机械、光电或电磁等元件及装置，将计时和定位很好配合起来。在实验中要将耳听和眼看配合起来才能取得良好的实验效果。

目前新课程标准下，各个版本的高中物理教材的必修模块一般已经把“验证牛顿第二定律”的学生实验改成“探究加速度与力、质量的关系”的探究性实验。传统教学中，该实验的教学程序一般是：教师先通过理论授课告知学生结论，再通过学生实验验证结论。且实验目的、器材、步骤甚至数据处理均已经事先写进了教材、教案中，应该说，这种处理方法可以使学生顺利了解牛顿第二定律，并且使其动手能力得到了提高。但是学生在顺利接受知识的同时，却失去了一次进行自主探究的契机，且通过笔者多年的了解发现，该传统实验教学基本达不到教学大纲要求。尽管本实验讲义编写部分是按照传统实验教学方法进行，其主要目的是让大家了解仪器的工作原理使用方法，研究做好该实验的关键所在。但是希冀大家以后从事教学时，需要在此基础上更上一层楼，结合自己的教学实际，思考如何设计成一个探究活动。

【实验目的】

1．知道电磁打点计时器的构造、工作原理和使用方法。

2．能正确利用“倾斜法”平衡摩擦力，并能依据实验误差要求控制“外力质量”和“研究对象质量”的比率关系。

3．掌握从电磁打点计时器的纸带记录中得出实验数据的方法。

4．研究做好“探究加速度与力、质量的关系”实验的关键，分析和探索如何指导学生做好该实验。

【实验原理】

略，请同学们自己书写。注意：并不是简单总结“牛顿第二定律”的原理，而是要结合“探究”的涵义、特征等要素，总结一下“探究加速度与力、质量的关系”的理论原理、实验设计方案（相对于学生实验，则应是探究方案）等。

【仪器设备】

（一）实验仪器

附有定滑轮的斜面；物理小车；细线；钩码（5g、10g、20g、50g等各若干）；电磁打点计时器；电火花计时器；低压交流电源；导线；刻度尺；纸带；天平。

（二）仪器介绍

1．电磁打点计时器

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（1）电磁打点计时器的结构和工作原理

??? 电磁打点计时器在中学教学中应用十分广泛，几乎在所有的力学类学生实验中都可以见到它的身影，比如人教版的高中物理必修1和2中的实验“探究小车速度随时间变化的规律”、“验证机械能守恒”、“探究功和速度变化的关系”等。因此有必要对打点计时器的功能做一个比较全面的介绍。

J0203型电磁打点计时器的主要部分如图1-1所示。在胶木底座上固定一线圈，线圈的两端经接线柱与6V交流电源相接。?在线圈中间窗口内穿过一铁质的振动片，振动片一端由紧固螺钉固定在底座上。振动片穿过线圈后，又经过永久磁铁的两个磁极，在振动片的自由端装有打点针，在打点针下方的底板上固定有金属打点基板，打点基板上开有纸带限位孔，可将宽17.5mm纸带穿过限位孔紧贴打点基板。圆形的复写纸中心穿在装复写纸的螺钉上。复写纸压在纸带上。在复写纸的上面为压纸框架。

正脉冲输入负脉冲输入墨粉 纸带 图 1-1 J0203电磁打点计时器部件 图1-2 电火花打点计时器示意图

线圈与6V交流电接通后，产生交变磁场，使振动片磁化，振动片处在永久磁铁的磁场中，从而受到交变的作用力而发生振动。振动片末端的打点针也随着作振动，当打点针与底板上的复写纸撞击时，就在纸带上留下打点的痕迹。当线圈中通入交流电频率为50Hz时，打点针打击底板的周期为0.02s。当纸带移动时，打点针就在移动着的纸带上打出一系列点迹。除从起始点到第一个点以外，其余每相邻的两个点对应的时间间隔为0.02s。除从起始点到第一个点以外，?其余任意两个点之间的距离，即为纸带（或带动纸带运动的物体）在相应时间内通过的位移。 ???（2）电磁打点计时器的检验与调整

??? ①电磁打点计时器打点频率稳定性的检验。

????电磁打点计时器的打点周期应该稳定。其振动的稳定性可用示波器（如ST?9型或J2459型等）进行检查。所用电路如图1-2所示，将6V交流电加在一分压电路

???? 电磁打点计时器打点频率的稳定性的检验还可由视、听觉来判断。这种方法在很大程度上依赖于经验。如果振动片悬端振动幅度较大，如果打点针直接打在打点基板上的声音很清脆、恒定、没有强弱或音调的变化、没有“沉重感”，一般说来，打点等时性较好。这种方法并不十分可靠，但可做出快捷的判断。 ????②电磁打点器打点频率稳定性的调整

????我们知道，振动片除了受到一个永久磁铁所给的随电流的交变周期而周期性变化的磁力作用外，还受到一个打点基板所给的周期性的“瞬时”反作用力。只有当这两个力的合力是与交变磁力相似的交变力或者是一个变化周期稳定的周期性变化的力时，振动片的频率才会稳定,才会与电源频率相同。要做到这一点就要求打点器各部件的参数，如永久磁钢的磁场强度、两磁极的间距、线圈匝数、振动片的弹性系数和长度等等，都要很好地匹配。但是，由于各种原因，也可能造成打点频率不稳定：

????一些固定部件移位，特别是由于安装不好或固定螺钉松动而使振动片“移位”。 ????振动片的固有频率发生了变化或与电源频率不一致了。固有频率的变化主要是有效

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振动长度的变化。

? 打点针过长或打歪、损坏等。

? 一般情况下，调整打点器使之打点频率稳定主要是要解决上述问题。 ????打点频率的调整：

????在固定部件完好、位置正常、打点针无损的情况下，调整打点频率主要是调整振动片的固有振动频率和打点针长度（即打点针与基板的间距）。一般来说，振动片的弹性系数，即振动片上冲压的Ｖ形槽最好不要改变，因此，调整振动片的固有频率，主要是调整振动片的有效振动长度。 ?? 比较简便的调整方法是：

??? 移走纸带和复写纸，缩短打点针的长度；

??? 松开固定螺钉,微微改变振动片的长度（振动片缩短1mm，其固有频率约增加1Hz）旋紧螺钉，重复这一步骤，使振动片悬端振动幅度最大为止；

????逐步增大打点针长度，并作适当的比较、微调，使打点针打在基板上的声音很清脆。 ????固定螺钉的松紧程度会影响有效振动长度，因此，?每次调试时都应把它旋紧。但是，有时为了快捷地调整打点频率，上述第②步可直接通过调节固定螺钉的松紧程度而使振动片振幅最大。固定螺钉共有两个，?调节时应保持离打点针远的一个螺钉旋紧不动而 …… 此处隐藏：3701字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……