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鉴于物理学是一门实验性学科,又有相当多的分支,所以物理实验方法也极为丰富。它们是中学阶段的重要内容,又是高考涉及的考点,学生们应努力掌握。为了使学生们拓展思维,提高实验能力,本文有选择地、有重点地介绍一些课本外的实验方法,以供学生们参考。
(一)复称法——称衡物体质量的又一种方法
实验器材:物理天平,待测物。
实验原理:利用物理天平将待测物称衡两次,一次放在左盘,一次放在右盘,由于两臂长度不等,则在两种情况下称得的质量略有差别,以L 、L 分别表示横梁左右臂的长度,M 、M 分别表示两次称衡的质量,设M为称衡物的实际质量,由杠杆原理得:
复称法消除了天平由于两臂不完全相等所带来的系统误差,通过交换称衡的处理方法,绕过天平两臂的实际长度,达到提高实验精确度的测量目的。
注意事项:
(1)按天平的使用规则调节天平至正常工作状态。(2)注意游码的增减总作用在右盘上。
(二)差值法——测定重力加速度
实验器材:单摆架(附有标尺)单摆球、细线、三角板、秒表。
实验原理:(1)考虑到摆球的球心位置不便确定,可采用确定摆长差的办法。(2)将三角板的一直角边轻贴悬挂的小球下端点,另一直角边靠近标尺,设标尺的读数为l ,测得对应的振动周期为T1。(3)缩短摆线再测量。
设新读数为l ,测得对应的周期为T ,由单摆的周期公式得:
T =2π( ) ,T =2π( ) ,式中r为小球半径,
则g= 。
注意事项:
(1)单摆架调整垂直。(2)保持悬点在摆动中位置不变。(3)摆动应在竖直面内并防止小球旋转,摆角不宜过大。
(三)渐近法——测定单摆周期
实验器材:单摆架,小球、细线、秒表。
实验原理:(1)测量单摆30个周期的累计值t。则单摆周期第一个近似值为T = 。(2)估算100个周期的累计值t。(3)使单摆摆动,当摆动沿某个方向通过平衡位置时开始计时,直至计时接近t时,右同方向通过平衡位置的瞬间停止计数,测出t 。(4)根据第一次周期的近似值T ,求出t 对应的振动次数N = 。(5)计算周期的第二次近似值T = 。(6)重复以上步聚,多次测量,结果将逐渐逼近真值。
(四)自准法——测凸透镜焦距
实验器材:光具座、光源、物屏、凸透镜、圆形透光屏、观测屏、参照物、平面镜、刻度尺、手电筒。
实验原理:位于凸透镜焦点上的物体发出的光,经透镜折射后成为平行光,若用一平面镜M把这一束光反射回来,再经过原透镜必成像于原焦点处,利用调节透镜本身的位置,使其产生平行光,以达到调焦的目的。
在光具座上布置好光路,移动透镜,当物屏与透镜间距刚好等于透镜焦距时,由平面镜反射回来的光经透镜后在物屏上成一倒立与原物大小相等的实像,这时分别读出物与透镜位置x 及x ,即得焦距f=|x -x |。
注意事项:
(1)在光具座上调节各光学元件之间共轴同高,调节分目测、粗调、细调三步。(2)调节倒立等大实像应成像清晰,以减少误差。(3)多次测量取平均值。
(五)混合法——测定冰的溶解热L
基本方法:把待测系统A和一个已知其热容的系统B混合起来,形成一个新的近似绝热系统,这样A(或B)所放出的热量全部被B(或A)吸收,这时B系统所吸收的热量可由其温度的改变Δt和比热容C计算出来,即Q=CΔtM,故待测系统A在实验过程中所传递的热量也就是Q,由此可求得待测的物理量。
具体操作如下:
实验器材:物理天平、量热器(含搅拌器C =0.385J/g℃)、温度计、待测物(冰块)、冷水(C=4.186J/g℃)、热水、镊子、毛巾、吸水纸。
实验原理:(1)称出量热器内筒和搅拌器的总质量m 。(2)将热水(较室温高出约5℃)约100g装入量热器,第二次称量热器,确定水的质量m,并记下水的初温t 。(3)将一块冰(约20g)用镊子小心放入水中。(4)小心搅拌,待冰全部溶解后,读出水的质量数据处理:M克的冰溶解后的水由0℃到t℃所吸热量为Q =LM+CMt,m 克的量热器(含搅拌器)和它所装的m克冰,从t ℃到t℃所放热量Q =(m C +mC)(t -t),由热平衡条件得Q =Q ,则L= -Ct。
注意事项:
(1)实验中使水的初温t 高于室温,则系统向外传递热量,当投入适量的冰块溶解后,系统温度低于室温时系统从外界吸收热量,这一失一得使系统接近绝热。(2)当冰块投入后,温度开始下降,下降到平衡点t时便不再下降,而系统从外界吸收热量而使温度回升,平衡点的温度应确定为温度的回升点。(3)冰块适量,不能有冰块和水共存的状态。(4)整个过程应保持冰、水质量的稳定,如防止水溅出等。
注:“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”
(一)复称法——称衡物体质量的又一种方法
实验器材:物理天平,待测物。
实验原理:利用物理天平将待测物称衡两次,一次放在左盘,一次放在右盘,由于两臂长度不等,则在两种情况下称得的质量略有差别,以L 、L 分别表示横梁左右臂的长度,M 、M 分别表示两次称衡的质量,设M为称衡物的实际质量,由杠杆原理得:
复称法消除了天平由于两臂不完全相等所带来的系统误差,通过交换称衡的处理方法,绕过天平两臂的实际长度,达到提高实验精确度的测量目的。
注意事项:
(1)按天平的使用规则调节天平至正常工作状态。(2)注意游码的增减总作用在右盘上。
(二)差值法——测定重力加速度
实验器材:单摆架(附有标尺)单摆球、细线、三角板、秒表。
实验原理:(1)考虑到摆球的球心位置不便确定,可采用确定摆长差的办法。(2)将三角板的一直角边轻贴悬挂的小球下端点,另一直角边靠近标尺,设标尺的读数为l ,测得对应的振动周期为T1。(3)缩短摆线再测量。
设新读数为l ,测得对应的周期为T ,由单摆的周期公式得:
T =2π( ) ,T =2π( ) ,式中r为小球半径,
则g= 。
注意事项:
(1)单摆架调整垂直。(2)保持悬点在摆动中位置不变。(3)摆动应在竖直面内并防止小球旋转,摆角不宜过大。
(三)渐近法——测定单摆周期
实验器材:单摆架,小球、细线、秒表。
实验原理:(1)测量单摆30个周期的累计值t。则单摆周期第一个近似值为T = 。(2)估算100个周期的累计值t。(3)使单摆摆动,当摆动沿某个方向通过平衡位置时开始计时,直至计时接近t时,右同方向通过平衡位置的瞬间停止计数,测出t 。(4)根据第一次周期的近似值T ,求出t 对应的振动次数N = 。(5)计算周期的第二次近似值T = 。(6)重复以上步聚,多次测量,结果将逐渐逼近真值。
(四)自准法——测凸透镜焦距
实验器材:光具座、光源、物屏、凸透镜、圆形透光屏、观测屏、参照物、平面镜、刻度尺、手电筒。
实验原理:位于凸透镜焦点上的物体发出的光,经透镜折射后成为平行光,若用一平面镜M把这一束光反射回来,再经过原透镜必成像于原焦点处,利用调节透镜本身的位置,使其产生平行光,以达到调焦的目的。
在光具座上布置好光路,移动透镜,当物屏与透镜间距刚好等于透镜焦距时,由平面镜反射回来的光经透镜后在物屏上成一倒立与原物大小相等的实像,这时分别读出物与透镜位置x 及x ,即得焦距f=|x -x |。
注意事项:
(1)在光具座上调节各光学元件之间共轴同高,调节分目测、粗调、细调三步。(2)调节倒立等大实像应成像清晰,以减少误差。(3)多次测量取平均值。
(五)混合法——测定冰的溶解热L
基本方法:把待测系统A和一个已知其热容的系统B混合起来,形成一个新的近似绝热系统,这样A(或B)所放出的热量全部被B(或A)吸收,这时B系统所吸收的热量可由其温度的改变Δt和比热容C计算出来,即Q=CΔtM,故待测系统A在实验过程中所传递的热量也就是Q,由此可求得待测的物理量。
具体操作如下:
实验器材:物理天平、量热器(含搅拌器C =0.385J/g℃)、温度计、待测物(冰块)、冷水(C=4.186J/g℃)、热水、镊子、毛巾、吸水纸。
实验原理:(1)称出量热器内筒和搅拌器的总质量m 。(2)将热水(较室温高出约5℃)约100g装入量热器,第二次称量热器,确定水的质量m,并记下水的初温t 。(3)将一块冰(约20g)用镊子小心放入水中。(4)小心搅拌,待冰全部溶解后,读出水的质量数据处理:M克的冰溶解后的水由0℃到t℃所吸热量为Q =LM+CMt,m 克的量热器(含搅拌器)和它所装的m克冰,从t ℃到t℃所放热量Q =(m C +mC)(t -t),由热平衡条件得Q =Q ,则L= -Ct。
注意事项:
(1)实验中使水的初温t 高于室温,则系统向外传递热量,当投入适量的冰块溶解后,系统温度低于室温时系统从外界吸收热量,这一失一得使系统接近绝热。(2)当冰块投入后,温度开始下降,下降到平衡点t时便不再下降,而系统从外界吸收热量而使温度回升,平衡点的温度应确定为温度的回升点。(3)冰块适量,不能有冰块和水共存的状态。(4)整个过程应保持冰、水质量的稳定,如防止水溅出等。
注:“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”