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回扣五 物理试验
物理试验
[重要学问记]
一、试验器材的使用
1．游标卡尺和螺旋测微器的读数
(1)游标卡尺
测量大于1 mm长度时，整的毫米数由主尺上读出，毫米以下的部分从游标尺上读出．即读数＝主尺读数＋游标尺读数，其中“游标尺读数”就是与主尺某刻度线对齐的游标刻度的序数乘以精确度．留意游标卡尺不估读．
(2)螺旋测微器
螺旋测微器又叫千分尺，“千分”就是千分之一毫米，即0.001 mm.读数时0.5 mm以上的部分从固定刻度上读，并且要看其“0.5 mm”刻度线是否露出；0.5 mm以下的部分从可动刻度(螺旋)上读出，要估读一位，再把两部分读数相加即得测量值．如图所示的读数应当是6.700 mm.
2．打点计时器与纸带处理
(1)如图所示，利用x1、x2、x3、…可以计算相邻相等时间内的位移差x2－x1、x3－x2、x4－x3、…，假如它们在允许的误差范围内相等，则可以判定被测物体的运动是匀变速直线运动．
(2)利用纸带可以求被测物体在任一计数点对应时刻的瞬时速度v.如vB＝.
(3)利用纸带求被测物体的加速度a.具体来说又有两种方法：
①“逐差法”：从纸带上得到6个相邻相等时间内的位移，则a＝.
②利用vt图象求a：求出A、B、C、D、E、F各点的瞬时速度画出如图所示的vt图线，图线的斜率就等于加速度a.
3．多用电表的使用
(1)正确使用
①电流的流向：电流总要从电表的“＋”插孔(红表笔)流入，从“一”插孔(黑表笔)流出，所以使用欧姆挡时，多用电表内部电池的正极接的是黑表笔，负极接的是红表笔．
②要区分开“机械零点”与“欧姆零点”：“机械零点”在表盘刻度左侧“0”位置，调整的是表盘下边中间的定位螺丝；“欧姆零点”在表盘刻度的右侧电阻刻度“0”位置，调整的是欧姆挡的调零旋钮．
③选倍率：测量前应依据估量阻值选用适当的挡位．由于欧姆挡刻度的非线性，使用欧姆挡测电阻时，表头指针偏转过大、过小都有较大误差，通常只使用表盘中间一段刻度范围为测量的有效范围．
(2)留意问题
①在使用前，应观看指针是否指向电流表的零刻度线，若有偏差，应用螺丝刀调整多用电表中间的定位螺丝，使之归零；
②测电阻时，待测电阻须与其他元件和电源断开，不能用手接触表笔的金属杆；
③合理选择欧姆挡的量程，使指针尽量指在表盘中心位置四周；
④换用欧姆挡的另一量程时，肯定要先重新进行欧姆调零；
⑤读数时，应将表针示数乘以选择开关所指的倍率；
⑥测量完毕时，要把表笔从测试孔中拔出，选择开关应置于沟通电压最高挡或OFF挡，若长时间不用时，还应把电池取出．
(3)原理
被测电阻为Rx，I＝，指针指到某确定位置
表头电流I与电阻Rx一一对应，但不是线性关系，表盘刻度不均匀
①当Rx＝0时，即调零，I＝Ig，在满偏位置标“0”．
②当Rx＝r＋Rg＋R时，I＝，在半偏位置标“r＋Rg＋R”．此值称为中值电阻，从表盘可读出．
二、测量性试验
1．测定金属的电阻率
(1)试验原理
用毫米刻度尺测一段金属丝的长度l，用螺旋测微器测导线的直径d，用伏安法测导线的电阻R，依据电阻定律R＝ρ可求金属丝的电阻率ρ＝R.
(2)电流表的内、外接
在伏安法测电阻的试验中，若>，选用电流表外接电路；若<，选用电流表内接电路．
(3)把握电路的选择
假如滑动变阻器的额定电流够用，在下列状况下必需接受分压接法(如图所示)：
①用电器的电压或电流要求从零开头连续可调．
②要求用电器的电压或电流变化范围大，但滑动变阻器的阻值小．
2．测定电源的电动势和内阻
(1)由闭合电路欧姆定律E＝U＋Ir，只要测出两组U、I值，就可以列方程组求出E和r.
由于电源的内阻一般很小，为减小测量误差，常接受图甲所示的电路，而不用图乙所示电路．
(2)仪器及电路的选择
①电压表的量程依据测量电源的电动势的值选取．
②电流表量程：本试验中一般选0～0.6 A即可．
③滑动变阻器的选取：阻值一般为10～20 Ω.
(3)数据处理
转变R的值，测出多组U、I值，作出UI图线，如图所示，图线与U轴交点的纵坐标即为电源电动势，图线斜率的确定值即为电源内阻．
由于电源的内阻很小，即使电流有较大的变化，路端电压变化也很小，为充分利用图象空间，电压轴数据常从某一不为零的数开头，但UI图象在U轴上的截距和图线斜率的意义不变．
三、验证性试验
1．验证力的平行四边形定则
(1)原理：两只弹簧秤互成角度拉橡皮条AB和一只弹簧秤拉橡皮条AB的效果相同．
(2)留意问题
①将两只弹簧测力计钩好对拉，若两只弹簧测力计在拉的过程中读数相同，则可选，否则不行选；
②在满足合力不超过量程及弹性限度的条件下，应使拉力尽量大一些，以减小误差；
③画力的图示时，应当选定恰当的标度，尽量使图画得大一些，同时严格依据力的图示要求和几何作图法作出合力；
④在同一次试验中橡皮条拉长的结点O位置不变；
⑤本试验误差的主要来源除了弹簧测力计外，还可能来源于读数误差、作图误差，因此读数时眼睛肯定要正视，按有效数字正确读数和记录，作图时须保证两力的对边肯定要平行．
2．验证加速度与力、质量的关系
(1)了解该试验的系统误差的来源．
①用砂和砂桶的总重量代替小车受到的拉力．由牛顿其次定律可知，由于砂桶也在做匀加速运动，因此砂和砂桶的总重量确定大于小车受到的试验拉力．可以推导出结论：只有在小车的总质量M远大于砂和砂桶的总质量m时，才能使该系统误差足够小．
②没有考虑摩擦阻力的作用．应当用平衡摩擦力的方法来消退这个系统误差．
(2)为争辩a、F、m三者的关系，要利用“把握变量法”，分别争辩a与F、a与m的关系．
(3)用图象法验证a∝F、a∝m－1(后者必需用am－1图象，不能用am图象)．
3．验证机械能守恒定律
本试验要求验证自由下落过程中机械能守恒，如图所示，纸带的左端是用夹子夹重物的一端．
(1)原理：用刻度尺量出从0点到1、2、3、4、5各点的距离h1、h2、h3、h4、h5，利用“匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于该段位移内的平均速度”，算出2、3、4各点对应的瞬时速度v2、v3、v4，验证与2、3、4各点对应的重力势能削减量mgh和动能增加量mv2是否相等．
(2)留意事项
①安装时，重锤与纸带限位孔必需在同一竖直线上；
②试验时必需先接通电源，让打点计时器正常工作后才能松开纸带让重锤下落；
③要多做几次试验，选点迹清楚，且第一、二两点间距离接近2 mm的纸带进行测量；
④测量下落高度时，必需从起始点算起．为了减小测量值h的相对误差，选取的各个计数点要离起始点远些，纸带也不宜过长，有效长度可在60～80 cm；
⑤因不需要知道动能的具体数值，因此不需要测出重物的质量m；
⑥由于摩擦和空气阻力的影响，总是mgh稍大于mv2.
四、探究性试验
1．探究弹力和弹簧伸长的关系
(1)原理：弹簧受到拉力会伸长，平衡时弹簧产生的弹力和外力大小相等，这样弹力的大小可以通过测定外力而得出．弹簧的伸长可用直尺测出，多测几组数据，用列表或作图的方法探究出弹力和弹簧伸长的定量关系．
(2)留意事项
①悬吊弹簧时让它自然下垂，并要记录弹簧的原长L0；
②每转变一次拉力的大小就需要做一次测量记录．为了探究弹力和弹簧伸长的关系，要尽可能多测几组数据，以便在坐标纸上能描出更多的点；
③试验时拉力不要太大，不要超出弹簧的弹性限度；
④在坐标纸上尝试描画一条平滑曲线时，要顺着各点的走始终描，描出的点不肯定正好在曲线上，但要留意使曲线两侧的点数大致相同．
2．探究功与速度变化的关系
(1)原理：作用在物体上的力越大，在力的方向上发生的位移越大，力对物体做的功就越多．而力越大产生的加速度也就越大，物体通过较大的位移后获得的速度也就越大．所以力对物体做的功与速度是正向变化关系，可能与速度的一次方、二次方、三次方等成正比．
如图所示，小车在一条橡皮筋的作用下弹出，沿木板滑行．当我们用2条、3条、…同样的橡皮筋进行第2次、第3次、…试验时，每次试验中橡皮筋拉伸的长度都保持全都，那么，第2次、第3次、…试验中橡皮筋对小车做的功就是第一次的2倍、3倍、…假如把第一次试验时橡皮筋做的功记为W，以后各次做的功就是2W、3W、…
橡皮筋做功而使小车获得的速度可以由纸带和打点计时器测出，进行若干次测量，就得到若干次功和速度的数据．
(2)按图组装好试验器材，平衡阻力的方法是将木板固定有打点计时器的一端垫起适当的高度，使小车缓慢匀速下滑．
(3)在处理数据时，应先对测量数据进行估量，大致推断两个量可能的关系，然后以W为纵坐标，v2(或v，v3，)为横坐标作图．
3．描绘小灯泡的伏安特性曲线
(1)试验原理
①恒定电阻的伏安特性曲线是直线，而小灯泡灯丝的电阻随温度的上升而增大，故小灯泡的伏安特性曲线为曲线．
②用电流表测出流过小灯泡的电流，用电压表测出小灯泡两端的电压，测出多组(U，I)值后，在UI坐标系中描出对应点，用一条平滑的曲线将这些点连接起来．就得到小灯泡的伏安特性曲线．
(2)电路设计(如图所示)
①因小灯泡两端的电压要求从零开头变化，故滑动变阻器应接受分压式．
②该试验中，被测小灯泡电阻一般很小，故电路接受电流表外接法．
(3)留意事项
①调整滑动变阻器滑片时应留意电压表的示数不能超过小灯泡的额定电压．
②在坐标纸上建立坐标系时，横、纵坐标所取的分度比例应当适当，尽量使测量数据画出的图线占满坐标纸．
③连线肯定要用平滑的曲线，而不能画成折线．
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