物理必修一实验思维脑图思维导图

U149115374

2023-12-29

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物理课程

物理实验

物理定律

力的合成分解，直线运动，胡克定律，牛顿第二定律等内容讲解

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思维导图大纲

匀加速直线运动

实验原理（结论）

加速度一定时，位移与时间的平方成正比

加速度一定时，速度与时间成正比

实验器材

电磁打点计时器

8V 50Hz

T=0.02s

电火花打点计时器

220V 50Hz

低压交变电源

实验步骤

先接通电源，再释放纸带

使打点稳定，提高纸带利用率

从初速度为零时开始打点，避免因为小车运动过快而打点过少或不准确

舍去开头过于密集的点

计算过程

测量位移时不应分段测量，要注意有效数字要求

求某点的瞬时速度

前后两段位移之和/两端时间，vn = (xn+xn+1)/2T

求加速度

逐差法

a = Δx/T^2

a = (Xm-Xn)/[(m-n)*T^2]

两个点中间隔了 n 段时间就是 nT^2

选取三段位移，分别计算后取平均值

画图

计算出每个点的瞬时速度，并拟合成一条过原点的直线

误差分析

因为位移 x 的测量误差导致的误差

因为电源频率不稳定，T 不稳定造成的误差

变形实验

测量重力加速度

影响因素

空气阻力、摩擦力

实验器材

重物应较重，减小空气阻力影响

光电门

求瞬时速度

遮光条长度/通过光电门的时间，Δx/Δt

求加速度

两次瞬时速度之差/时间差，(Δv1-Δv2)/Δt

超声波

牛顿第二定律

实验原理（结论）

F = ma

合外力一定时，物体的加速度与物体的质量成反比

物体的质量一定时，加速度与合外力成正比

实验器材

打点计时器、交变电源、小车、沙子、沙桶、木板、天平、刻度尺

不需要秒表

沙子和沙桶的总质量应远小于（<<）小车和砝码的总质量

如果用拉力传感器，则不需要“远小于”

实验操作

平衡摩擦力

稍垫高木板，让小车和纸带在不受绳的拉力时在木板上做匀速直线运动

实验步骤

质量 m 和加速度 a 的关系

保持沙子和沙桶的总质量不变

先平衡摩擦力

改变砝码的个数，再次平衡摩擦力后再释放小车

合外力 F 和加速度 a 的关系

保持小车质量不变，改变沙子和沙桶总质量

注意沙子和沙桶总质量应远小于小车质量

加速度计算

本实验中用沙子和沙桶的总重力作为合外力，F = m2g，则加速度 a = m2g/(m1+m2)，m1 为小车和砝码的总质量，m2 为沙子和沙桶的总质量

为了让加速度近似等于 F/m1，m2 必须很小，远小于 m1

画图

a-F 图像没有过原点

F = 0 时，a > 0

平衡摩擦力过度

F > 0 时，a = 0

平衡摩擦力不足

a-F 图像发生弯曲

沙子和沙桶的质量没有远小于小车和砝码的质量

a-1/m 图像

曲线关系不易得出结论（反比 or 平方反比 or）

将曲线关系转化为直线关系（正比关系），便于得出结论

误差分析

平衡摩擦力不足/过度

沙子和沙桶的总质量过大

电源频率不稳定

位移测量误差

变形实验

通过位移之比测量加速度之比

原理

x = 1/2at^2

要求

重物质量远小于小车质量

误差

按下黑板擦小车不会立即停止

结论

合外力不变时，加速度与质量成反比

力的合成与分解

实验原理（结论）

两个力 F1、F2 的作用效果与一个力 F（合力）的作用效果相同

等效替代法

实验器材

橡皮条、细绳套、图钉、白纸、木板

实验操作

拉力要适当大些，但两拉力及合力不能超过弹簧测力计的量程

两橡皮条之间所成角度不宜过大，在 60-120°之间即可

弹簧测力计、橡皮条应贴近木板且和木板平行

实验步骤

橡皮条一端固定，另一端与两个细绳套相连

先用两个弹簧测力计分别拉住两个细绳套，将橡皮条拉长，节点到达 O，记录两个力的大小（测力计读数）和方向

再用一个测力计把橡皮条拉到相同位置 O 点（不是相同长度），记录这个力的大小和方向

画图

在白纸上从节点 O 开始，按照选定的标度，沿着细绳套的方向画出 F1、F2、F 的图示

以 F1、F2 为邻边作平行四边形，过 O 点画出平行四边形的对角线，即为合力 F'

比较实际的力 F 和理论合力 F'

沿着橡皮条方向的是实际的力，沿着对角线方向的是理论合力

误差分析

器材问题

弹簧测力计精度误差、两测力计规格不相同造成的误差

弹簧卡壳

弹簧测力计或橡皮条和桌面产生摩擦

操作问题

拉力没有严格按照测力计轴线方向

沿轴线可以排除其它方向的分力或角度带来的误差

橡皮条没有和纸面平行

两次没有把橡皮条拉到同一位置

拉力过大或过小（导致画图误差）

两橡皮条之间的角度过大或过小（画图误差）

读数时或测量角度时存在误差

变形实验

胡克定律

实验原理（结论）

在弹性限度内，弹簧的弹力和弹簧的伸长量成正比，F = kΔx，k 为劲度系数

实验器材

弹簧、钩码、刻度尺等

实验步骤

测出弹簧原长 L0

在弹簧下挂质量为 m1 的钩码，测量弹簧长度 L1 和伸长量 ΔL

改变所挂钩码个数，重复实验，但不要超过弹簧的弹性限度

计算过程

计算弹簧弹力 m1 和弹簧伸长量 L1-L0 之间的定量关系

画图

弹簧弹力与伸长量的图

斜率

劲度系数，注意单位

弹簧弹力与弹簧长度的图

横轴交点

弹簧原长

横轴下方部分

弹簧被压缩时

弹力是纵坐标的绝对值

斜率

劲度系数，注意单位

对劲度系数没有影响

劲度系数是通过图像斜率与每个钩码的重力相乘测得的

误差分析

弹簧自身重力的影响

测量误差和读数误差

变形实验

通过手机定位测量劲度系数

手机重力对实验结果无影响

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