高中物理探究運動的實驗裝置

① 設計性物理實驗氣墊導軌測重力加速度

【試驗目的】：

1．研究測重力加速度的方法；

2．測量本地區的重力加速度。

【實驗原理】：

當氣軌水平放置時，自由漂浮的滑塊所受的合外力為零，因此，滑塊在氣軌上可以靜止，或以一定的速度作勻速直線運動。在滑塊上裝一與滑塊運動方向嚴格平行、寬度為 的擋光板，當滑塊經過設在某位置上的光電門時，擋光板將遮住照在光敏管上的光束，因為擋光板寬度一定，遮光時間的長短與滑塊通過光電門的速度成反比，測出擋光板的寬度 和遮光時間 ，則滑塊通過光電門的平均速度為：

若 很小，則在 范圍內滑塊的速度變化也很小，故可以把平均速度看成是滑塊經過光電門的瞬時速度。 越小，則平均速度越准確地反映該位置上滑塊的瞬時速度，顯然，如果滑塊作勻速直線運動，則滑塊通過設在氣軌任何位置的光電門時瞬時速度都相等，毫秒計上顯示的時間相同，在此情形下，滑塊速度的測量值與 的大小無關。

若滑塊在水平方向受一恆力作用，滑塊將作勻加速直線運動，分別測出滑塊通過相距S的2個光電門的始末速度 和 ，則滑塊的加速度：

g=asina.

【待測物理量】：

V〈物體運動速度〉、a〈物體運動加速度〉、g〈本地區的加速度〉、 、 、 〈物體在兩光電門之間的運動時間〉．

【實驗儀器及其使用介紹】：

氣墊導軌、數字毫秒計、滑塊、游標卡尺、墊塊。

一、氣墊導軌

氣墊導軌是一種現代化的力學實驗儀器。實物如右圖所示：

它利用小型氣源將壓縮空氣送入導軌內腔。空氣再由導軌表面上的小孔中噴出，在導軌表面與滑行器內表面之間形成很薄的氣墊層。滑行器就浮在氣墊層上，與軌面脫離接觸，因而能在軌面上做近似無阻力的直線運動，極大地 減小了以往在力學實驗中由於摩擦力引起的誤差。使實驗結果接近理論值。配用數字計時器或高壓電火花計時器記錄滑行器在氣軌上運動的時間，可以對多種力學物理量進行測定，對力學定律進行驗證。

1、導軌

導軌是用三角形鋁合金材料製成。可以調整其平直度，常把它用螺絲固定在工字鋼上，導軌長1.50~2.20 m，兩側面非常平整，並且均勻分布著許多很小的氣孔。導軌一端封閉，上面裝有定滑輪，另一端有進氣嘴，通過皮管與氣源相連。當壓縮空氣進入導軌後，從小氣孔噴出，在導軌和滑塊之間形成空氣層，導軌和滑塊兩端都裝有緩沖彈簧，使滑塊可以往返運動。工字鋼底部裝有3個底腳螺絲，用來調節導軌水平，或將墊塊放在導軌底腳螺絲下，以得到不同的斜度。

2、滑塊

圖2-13 滑塊裝置

滑塊是在導軌上運動的物體，一般用角鋁製成，內表面經過細磨，能與導軌的兩側面很好的吻合。當導軌中的壓縮空氣由小孔噴出時，垂直噴射到滑塊表面，它們之間形成空氣薄層，使滑塊浮在導軌上（圖2-13）。根據實驗要求，滑塊上可以安裝擋光板、重物或砝碼。滑塊兩端除可裝緩沖彈簧外，也可裝尼龍搭扣及輕彈簧。

3、光電轉換裝置

圖2-14 光電轉換裝置

光電轉換裝置又稱光電門，由聚光燈泡和光敏管組成（圖2-14）。聚光燈泡的電源由數字毫秒計供給， 圖2-14光電轉換裝置只要接通毫秒計電源開關，聚光燈泡即可點亮，發出的光束正好照在光敏管上，光敏管與數字毫秒計的控制電路連接。當光照被罩住時，光敏管電阻發生變化，從而產生一個電信號，觸發毫秒計開始計時；當光照恢復或光照又一次被遮住（視數字毫秒計的工作狀態而定），又產生一個電信號，使毫秒計停止計時。毫秒計顯示出一次遮光或兩次遮光之間的時間間隔。

4、注意事項

氣軌是一種高精度實驗裝置，導軌表面和滑塊內表面有較高的光潔度，且配合良好。因此，各組導軌和滑塊只能配套使用，不得與其他組調換，實驗中要嚴防敲碰、劃傷導軌和滑塊（特別是滑塊不能掉在地上）；不得在未通氣時就將滑塊在導軌上滑動，以免擦傷表面；使用完畢，先將滑塊取下再關氣源；導軌和滑塊表面有污物或灰塵時，可用棉紗沾酒精擦拭乾凈；導軌表面氣孔很小，易被堵塞，影響滑塊運動，通入壓縮空氣後要仔細檢查，發現氣孔堵塞，可用小於氣孔直徑的細鋼絲輕輕捅通；實驗完畢，應將軌面擦凈，用防塵罩蓋好。

二、數字毫秒計

數字毫秒計時器簡稱為數字毫秒計。

是一種能夠准確測量橫斷時間間隔的及時毫秒計，測量的最短時間間隔可達到百萬分之一秒（0.1ms）。實驗室通常配用的是JSJ_3A型的數字毫秒計，它採用cmos集成電路，利用石英晶體穩定的震盪特性產生10kz電脈沖，即每秒鍾內產生一萬個脈沖，兩個脈沖之間的間隔是一萬分之一秒。我們把相鄰脈沖的時間間隔稱之為時基。振盪經分頻後，除保留10kz脈沖外，還得到1kz電脈沖。由三者構成時基脈沖信號（即時基分別為0.1ms，1ms和10ms）。用這些脈沖在開始計數和停計數的時間間隔內推動計數器計數，即一個脈沖一個數。從停止到計這一段時間計數器的所記的數由顯示窗口顯示出來。由此得時間為數字窗顯示的數值乘以時基。實物如右上圖所示：

JSJ——3A數字毫秒計面板如右圖所示，

其各建名稱及其功能如下:

控制方式選擇開關：該開關上標有「機控」·「光控」。機控是指用機械接觸來控制開關的通與開，從而控制毫秒機的及時與停機；光控是指用光信號控制計時與停計。本實驗用光控及時方法，即測量須將選擇開關拔至光控一端。

計時方式選擇開關：開關上標有「A」和「B」。選擇開關置於A時，毫秒計的計時時間顯示的時光照被遮擋時開始計時，遮擋結束時計時停計。當選擇開關置於B時，毫秒級顯示的是光敏管被兩次遮擋的時間間隔，即邁著當任何一隻光敏管時，計時開始，當任何一隻光敏管被又一次遮擋時，及時停止。

清零方式選擇開關：為了便於讀出計時結果，根據測量的不同需要，毫秒計數字的時間可以長久保留，也可以短暫保留。當清零方式選擇開關置於「手動」位置時，數字窗中顯示的時間數字，只有在按動手動復位按鈕放可消除。否則會長時間保留下去，並會累加到毫秒計以後的時間數字上。當該選擇開關置於「手動」位置時，數字窗中顯示的時間數字經過一定時間間隔後會自動回零。

延時按鈕：當清零方式選擇開關置於「手動」位置時，數字窗中顯示的時間數字保留的時間長短由此按鈕控制。旋轉此鈕時，顯示時間的長短在0~3s間連續可調。

手動復位：當輕靈方式選擇開關置於0.1s，1ms，10ms三種，由測量需要而選擇適當檔位。時基補通，對應顯示數字所代表的時間長短不同，其儀器的最大誤差也不同。例如，數字窗中顯示數為2677，對於時基為0.1ms，時間為2677×0.1ms=267.7ms，為0.1ms;而對於時基為1ms，則時間為2667×1ms=2667ms，為1ms。

注意：在軌道沒有充氣的情況下，不要將滑塊拿下或取下，更不要在導軌上滑動滑塊！

② 平拋運動的實驗探究為什麼從同一高度靜止釋放兩小鐵珠會有相同的初速度,這個初速度是怎麼產生的

要了解平拋運動的實驗裝置。

如圖：該實驗中，平拋運動是從小球到達O點處開始的，所謂平拋運動的初速度就是小球在O點時水平向右的速度。

①為什麼要從同一高度靜止釋放小球才會有相同的初速度？

因為在同一高度處小球的重力勢能相等，到達最低點(包括O點)時，重力勢能完全轉化為動能。即：

(1/2)mv0²=mgh 推出v0=√2gh

由上式可知，只有當h相同時，小球到達O點時的速度v0才相同。這個速度就是小球做平拋運動的初速度。

②這個初速度是怎麼產生的？

從上面的分析可以知道：小球從高處沿著軌道運動的過程，是勢能轉化為動能的過程。有了動能就意味著有了速度。小球到達O點開始做平拋運動的初速度，就是由勢能轉化為動能產生的。

③平拋運動的實驗為什麼要伏裂差保持斜槽末端的切線保持水平？

因為實驗中源衫的平拋運動是從O點開始的，只有讓斜槽末端的切線(也就是桌面上平板部分)保持水平，才能保證小球在O點的速度方向水平向右(這才是平拋)。如果斜槽末端向上翹起或向下低，則小球到達O點後缺皮將做斜拋運動了。

③ （1）某同學利用如圖甲所示的實驗裝置，探究物塊在水平桌面上的運動規律．物塊在重物的牽引下開始運動，

①根據某段的平均速度等於中時刻的速度，則有：v₅=

④ 高中物理實驗室設備配置清單

近年來，我國各級各部門在教育上的投入力度在逐漸地增加，除了在教育改革不斷深入的大背景下逐漸完善的中小學的硬體設施，作為高中物理教學的重要組成部分，高中物理實驗室設備的配置也越來越受到教育部門、學校的重視。

高中物理實驗室設備種類較多，按功能劃分可分為數字化探究實驗室設備、常規實驗室設備。以下就是小編為大家整理的最全的高中物理實驗室設備配置清單——常規實驗室設備部分。

高中物理實驗室設備教師演示類

演示游標卡尺、演示外徑千分尺(演示螺旋測微器)、演示電表、演示電流電壓表、演示電阻表、演示功率表、向心力演示器、超重失重演示器、高中靜力學演示教具、演示測力計、演示斜面小車、演示力矩盤、物體形變演示器、力的合成分解演示器、演示軌道小車、反沖運動演示器、動能勢能演示器、運動合成演示器、高中力學演示板、牛頓第二定律演示儀、波動演示器、單擺運動規律演示器、縱波演示器、振動合成演示器、單擺振動圖像演示器、聲波演示儀、縱橫波演示儀、波動圖像投影演示器、簡諧振動投影演示儀、受迫振動和共振演示器、波的合成演示器、內聚力演示器、氣體定律演示器、液體表面張力演示器、毛細現象演示器、氣體做功內能減少演示器、氣壓微觀解釋演示器、電力線譜演示器、電阻定律演示器、演示線路實驗板、磁感線演示器、直導線磁場演示器、環形電流磁場演示器、通電螺線管磁場演示器、演示原副線圈、左右手定則演示器、楞次定律演示器、直線電流磁感應強度演示器、電磁感應演示器、交流電路特性演示器、洛侖茲力演示器、電磁振盪演示儀、電磁波的發送和接收演示器、立體磁感線演示器、磁感線演示板、自感現象演示器、安培力演示器、電諧振演示器、光的干涉/衍射/偏振演示器、光導纖維應用演示器、光電效應演示器、白光的色散與合成演示器、太陽能電池演示器、氫燃料電池演示器、紫外線作用演示器、紅外線作用演示器、鈉的吸收光譜演示器。

高中物理實驗室設備學生實驗類

碰撞實驗器、平拋運動實驗器、勻速圓周運動實驗器、氣體定律實驗器、油膜實驗器、等勢線描繪實驗器、感測器應用實驗器。

威成亞建設的物理電學實驗室

高中物理實驗室設備其他常規類

直尺、游標卡尺、外徑千分尺(螺旋測微器)、物理天平、托盤天平、靈敏電流計、投影檢流計、旋片式真空泵、兩用氣筒、空盒氣壓計、儀器車、物理支架、方座支架、多功能實驗支架、升降台、高中教學電源、高中學生電源、蓄電池、直流高壓電源、感應圈、條形盒測力計、條形盒測力計、條形盒測力計、圓筒測力計、平板測力計、圓盤測力計、金屬鉤碼(10g×2隻、20g×2隻、50g×10隻、200g×4隻)、圓柱體組、螺旋彈簧組、滾擺、氣墊導軌(2000mm、1200mm)、小型氣源、手搖離心轉台、離心軌道、毛錢管(牛頓管)、碰撞球、軌道小車彈簧振子、音叉(256Hz、512Hz)、共振音叉、發音齒輪、發波水槽、單擺組、干濕球濕度計、投影氣桌、道爾頓板、音叉組、玻棒、膠棒、驗電球、金屬網罩、感應起電機、范氏起電機、枕形導體、球形導體、驗電羽、驗電幡、小燈座、單刀開關、電阻圈、教學電阻箱、簡式電阻箱、可調內阻電池、庫侖扭秤、學生線路實驗板、單刀雙擲開關、雙刀雙擲開關、電阻箱、電池盒、條形磁鐵、蹄形磁鐵(D～CG～LU～80、U085
D-CG-LU-100型)、翼形磁針、菱形小磁針、磁分子模型、原副線圈、電機模型、低氣壓放電管組、低氣壓放電管、陰極射線管(磁效應、示直進、機械效應、靜電偏轉)、教學信號源、學生信號源、三線電子開關、熱陰極射線管、電學元件黑箱、光具盤、凹面鏡、凸面鏡、玻璃磚、光具座、三棱鏡、望遠鏡、半導體激光光源、分光鏡、光譜管組、手持直視分光鏡、酒精噴燈、晶體空間點陣模型、高中物理教學掛圖。

註：文中所列為高中物理實驗室設備標准配置清單，供參考，並可根據實際情況進行修改。

⑤ 找高一物理探究平拋運動在水平方向的運動規律的實驗步驟

描跡法探究平拋運動裂或規律的實驗器材和步驟
實驗器材：斜槽軌道、小球、木鍵源嫌板、白紙、圖釘、鉛垂線、直尺、三角板、鉛筆等. 實驗步驟：
① 安裝斜槽軌道，使其末端保持水平；
② 固定木板上的坐標紙，使木板保持豎直狀態，小球的運動軌跡與板面平行，坐標紙方格橫線呈水平方向；
③ 以斜槽末端為坐標原點沿鉛垂線畫出y軸;
④ 讓小球從斜槽上適當的高度由靜止釋放，用鉛筆記錄小球做平拋運動經過的位置； ⑤ 重復步驟4，在坐標紙上記錄多個位置；
⑥ 在坐標紙上作出x軸，用平滑的曲線連接各個記錄點，得到平拋運動的軌跡； ⑦ 在軌跡上取幾個點，使這些點在水平方向間距相等，研究這些點對應的縱坐標y隨時間變化的規律。
運用此軌跡，若已知水平方向上的運動特點，可分析豎直方向上的運動特點，若已知豎直方向上的運動特點，可分析水平方向上的運動特點。比如，若在豎直方向上物體做初速度為零的勻加速運動，必然是連續相等的時間內位移之差Δy等於常數，即Δy=gΔt，從物體拋出計時，連續相等的時間內的位移yⅠ、yⅡ……之比為1∶3∶5∶…∶(2n-1)。
實驗過程注意事項：
① 保證斜槽末端的切線水平，方木板豎直且與小球下落的軌跡平面平行，並使小球運動時靠近木板，但不接觸；
② 小球每次都從斜槽上稿手同一位置滾下；
③ 小球做平拋運動的起點不是槽口的端點，應是小球在槽口時球的重心在木板上的水平投影點；
④ 小球在斜槽上開始滾下的位置要適當，以便使小球運動的軌跡由木板的左上角到右下角。
思考 關於教材中參考案例中幾個實驗裝置及操作 ① 如何保證物體的運動是平拋運動，即初速度水平？ ② 如何得到軌跡線？
③ 怎樣使水平初速度大小不變？