高中物理探究运动的实验装置

① 设计性物理实验气垫导轨测重力加速度

【试验目的】：

1．研究测重力加速度的方法；

2．测量本地区的重力加速度。

【实验原理】：

当气轨水平放置时，自由漂浮的滑块所受的合外力为零，因此，滑块在气轨上可以静止，或以一定的速度作匀速直线运动。在滑块上装一与滑块运动方向严格平行、宽度为 的挡光板，当滑块经过设在某位置上的光电门时，挡光板将遮住照在光敏管上的光束，因为挡光板宽度一定，遮光时间的长短与滑块通过光电门的速度成反比，测出挡光板的宽度 和遮光时间 ，则滑块通过光电门的平均速度为：

若 很小，则在 范围内滑块的速度变化也很小，故可以把平均速度看成是滑块经过光电门的瞬时速度。 越小，则平均速度越准确地反映该位置上滑块的瞬时速度，显然，如果滑块作匀速直线运动，则滑块通过设在气轨任何位置的光电门时瞬时速度都相等，毫秒计上显示的时间相同，在此情形下，滑块速度的测量值与 的大小无关。

若滑块在水平方向受一恒力作用，滑块将作匀加速直线运动，分别测出滑块通过相距S的2个光电门的始末速度 和 ，则滑块的加速度：

g=asina.

【待测物理量】：

V〈物体运动速度〉、a〈物体运动加速度〉、g〈本地区的加速度〉、 、 、 〈物体在两光电门之间的运动时间〉．

【实验仪器及其使用介绍】：

气垫导轨、数字毫秒计、滑块、游标卡尺、垫块。

一、气垫导轨

气垫导轨是一种现代化的力学实验仪器。实物如右图所示：

它利用小型气源将压缩空气送入导轨内腔。空气再由导轨表面上的小孔中喷出，在导轨表面与滑行器内表面之间形成很薄的气垫层。滑行器就浮在气垫层上，与轨面脱离接触，因而能在轨面上做近似无阻力的直线运动，极大地 减小了以往在力学实验中由于摩擦力引起的误差。使实验结果接近理论值。配用数字计时器或高压电火花计时器记录滑行器在气轨上运动的时间，可以对多种力学物理量进行测定，对力学定律进行验证。

1、导轨

导轨是用三角形铝合金材料制成。可以调整其平直度，常把它用螺丝固定在工字钢上，导轨长1.50~2.20 m，两侧面非常平整，并且均匀分布着许多很小的气孔。导轨一端封闭，上面装有定滑轮，另一端有进气嘴，通过皮管与气源相连。当压缩空气进入导轨后，从小气孔喷出，在导轨和滑块之间形成空气层，导轨和滑块两端都装有缓冲弹簧，使滑块可以往返运动。工字钢底部装有3个底脚螺丝，用来调节导轨水平，或将垫块放在导轨底脚螺丝下，以得到不同的斜度。

2、滑块

图2-13 滑块装置

滑块是在导轨上运动的物体，一般用角铝制成，内表面经过细磨，能与导轨的两侧面很好的吻合。当导轨中的压缩空气由小孔喷出时，垂直喷射到滑块表面，它们之间形成空气薄层，使滑块浮在导轨上（图2-13）。根据实验要求，滑块上可以安装挡光板、重物或砝码。滑块两端除可装缓冲弹簧外，也可装尼龙搭扣及轻弹簧。

3、光电转换装置

图2-14 光电转换装置

光电转换装置又称光电门，由聚光灯泡和光敏管组成（图2-14）。聚光灯泡的电源由数字毫秒计供给， 图2-14光电转换装置只要接通毫秒计电源开关，聚光灯泡即可点亮，发出的光束正好照在光敏管上，光敏管与数字毫秒计的控制电路连接。当光照被罩住时，光敏管电阻发生变化，从而产生一个电信号，触发毫秒计开始计时；当光照恢复或光照又一次被遮住（视数字毫秒计的工作状态而定），又产生一个电信号，使毫秒计停止计时。毫秒计显示出一次遮光或两次遮光之间的时间间隔。

4、注意事项

气轨是一种高精度实验装置，导轨表面和滑块内表面有较高的光洁度，且配合良好。因此，各组导轨和滑块只能配套使用，不得与其他组调换，实验中要严防敲碰、划伤导轨和滑块（特别是滑块不能掉在地上）；不得在未通气时就将滑块在导轨上滑动，以免擦伤表面；使用完毕，先将滑块取下再关气源；导轨和滑块表面有污物或灰尘时，可用棉纱沾酒精擦拭干净；导轨表面气孔很小，易被堵塞，影响滑块运动，通入压缩空气后要仔细检查，发现气孔堵塞，可用小于气孔直径的细钢丝轻轻捅通；实验完毕，应将轨面擦净，用防尘罩盖好。

二、数字毫秒计

数字毫秒计时器简称为数字毫秒计。

是一种能够准确测量横断时间间隔的及时毫秒计，测量的最短时间间隔可达到百万分之一秒（0.1ms）。实验室通常配用的是JSJ_3A型的数字毫秒计，它采用cmos集成电路，利用石英晶体稳定的震荡特性产生10kz电脉冲，即每秒钟内产生一万个脉冲，两个脉冲之间的间隔是一万分之一秒。我们把相邻脉冲的时间间隔称之为时基。振荡经分频后，除保留10kz脉冲外，还得到1kz电脉冲。由三者构成时基脉冲信号（即时基分别为0.1ms，1ms和10ms）。用这些脉冲在开始计数和停计数的时间间隔内推动计数器计数，即一个脉冲一个数。从停止到计这一段时间计数器的所记的数由显示窗口显示出来。由此得时间为数字窗显示的数值乘以时基。实物如右上图所示：

JSJ——3A数字毫秒计面板如右图所示，

其各建名称及其功能如下:

控制方式选择开关：该开关上标有“机控”·“光控”。机控是指用机械接触来控制开关的通与开，从而控制毫秒机的及时与停机；光控是指用光信号控制计时与停计。本实验用光控及时方法，即测量须将选择开关拔至光控一端。

计时方式选择开关：开关上标有“A”和“B”。选择开关置于A时，毫秒计的计时时间显示的时光照被遮挡时开始计时，遮挡结束时计时停计。当选择开关置于B时，毫秒级显示的是光敏管被两次遮挡的时间间隔，即迈着当任何一只光敏管时，计时开始，当任何一只光敏管被又一次遮挡时，及时停止。

清零方式选择开关：为了便于读出计时结果，根据测量的不同需要，毫秒计数字的时间可以长久保留，也可以短暂保留。当清零方式选择开关置于“手动”位置时，数字窗中显示的时间数字，只有在按动手动复位按钮放可消除。否则会长时间保留下去，并会累加到毫秒计以后的时间数字上。当该选择开关置于“手动”位置时，数字窗中显示的时间数字经过一定时间间隔后会自动回零。

延时按钮：当清零方式选择开关置于“手动”位置时，数字窗中显示的时间数字保留的时间长短由此按钮控制。旋转此钮时，显示时间的长短在0~3s间连续可调。

手动复位：当轻灵方式选择开关置于0.1s，1ms，10ms三种，由测量需要而选择适当档位。时基补通，对应显示数字所代表的时间长短不同，其仪器的最大误差也不同。例如，数字窗中显示数为2677，对于时基为0.1ms，时间为2677×0.1ms=267.7ms，为0.1ms;而对于时基为1ms，则时间为2667×1ms=2667ms，为1ms。

注意：在轨道没有充气的情况下，不要将滑块拿下或取下，更不要在导轨上滑动滑块！

② 平抛运动的实验探究为什么从同一高度静止释放两小铁珠会有相同的初速度,这个初速度是怎么产生的

要了解平抛运动的实验装置。

如图：该实验中，平抛运动是从小球到达O点处开始的，所谓平抛运动的初速度就是小球在O点时水平向右的速度。

①为什么要从同一高度静止释放小球才会有相同的初速度？

因为在同一高度处小球的重力势能相等，到达最低点(包括O点)时，重力势能完全转化为动能。即：

(1/2)mv0²=mgh 推出v0=√2gh

由上式可知，只有当h相同时，小球到达O点时的速度v0才相同。这个速度就是小球做平抛运动的初速度。

②这个初速度是怎么产生的？

从上面的分析可以知道：小球从高处沿着轨道运动的过程，是势能转化为动能的过程。有了动能就意味着有了速度。小球到达O点开始做平抛运动的初速度，就是由势能转化为动能产生的。

③平抛运动的实验为什么要伏裂差保持斜槽末端的切线保持水平？

因为实验中源衫的平抛运动是从O点开始的，只有让斜槽末端的切线(也就是桌面上平板部分)保持水平，才能保证小球在O点的速度方向水平向右(这才是平抛)。如果斜槽末端向上翘起或向下低，则小球到达O点后缺皮将做斜抛运动了。

③ （1）某同学利用如图甲所示的实验装置，探究物块在水平桌面上的运动规律．物块在重物的牵引下开始运动，

①根据某段的平均速度等于中时刻的速度，则有：v₅=

④ 高中物理实验室设备配置清单

近年来，我国各级各部门在教育上的投入力度在逐渐地增加，除了在教育改革不断深入的大背景下逐渐完善的中小学的硬件设施，作为高中物理教学的重要组成部分，高中物理实验室设备的配置也越来越受到教育部门、学校的重视。

高中物理实验室设备种类较多，按功能划分可分为数字化探究实验室设备、常规实验室设备。以下就是小编为大家整理的最全的高中物理实验室设备配置清单——常规实验室设备部分。

高中物理实验室设备教师演示类

演示游标卡尺、演示外径千分尺(演示螺旋测微器)、演示电表、演示电流电压表、演示电阻表、演示功率表、向心力演示器、超重失重演示器、高中静力学演示教具、演示测力计、演示斜面小车、演示力矩盘、物体形变演示器、力的合成分解演示器、演示轨道小车、反冲运动演示器、动能势能演示器、运动合成演示器、高中力学演示板、牛顿第二定律演示仪、波动演示器、单摆运动规律演示器、纵波演示器、振动合成演示器、单摆振动图像演示器、声波演示仪、纵横波演示仪、波动图像投影演示器、简谐振动投影演示仪、受迫振动和共振演示器、波的合成演示器、内聚力演示器、气体定律演示器、液体表面张力演示器、毛细现象演示器、气体做功内能减少演示器、气压微观解释演示器、电力线谱演示器、电阻定律演示器、演示线路实验板、磁感线演示器、直导线磁场演示器、环形电流磁场演示器、通电螺线管磁场演示器、演示原副线圈、左右手定则演示器、楞次定律演示器、直线电流磁感应强度演示器、电磁感应演示器、交流电路特性演示器、洛仑兹力演示器、电磁振荡演示仪、电磁波的发送和接收演示器、立体磁感线演示器、磁感线演示板、自感现象演示器、安培力演示器、电谐振演示器、光的干涉/衍射/偏振演示器、光导纤维应用演示器、光电效应演示器、白光的色散与合成演示器、太阳能电池演示器、氢燃料电池演示器、紫外线作用演示器、红外线作用演示器、钠的吸收光谱演示器。

高中物理实验室设备学生实验类

碰撞实验器、平抛运动实验器、匀速圆周运动实验器、气体定律实验器、油膜实验器、等势线描绘实验器、传感器应用实验器。

威成亚建设的物理电学实验室

高中物理实验室设备其他常规类

直尺、游标卡尺、外径千分尺(螺旋测微器)、物理天平、托盘天平、灵敏电流计、投影检流计、旋片式真空泵、两用气筒、空盒气压计、仪器车、物理支架、方座支架、多功能实验支架、升降台、高中教学电源、高中学生电源、蓄电池、直流高压电源、感应圈、条形盒测力计、条形盒测力计、条形盒测力计、圆筒测力计、平板测力计、圆盘测力计、金属钩码(10g×2只、20g×2只、50g×10只、200g×4只)、圆柱体组、螺旋弹簧组、滚摆、气垫导轨(2000mm、1200mm)、小型气源、手摇离心转台、离心轨道、毛钱管(牛顿管)、碰撞球、轨道小车弹簧振子、音叉(256Hz、512Hz)、共振音叉、发音齿轮、发波水槽、单摆组、干湿球湿度计、投影气桌、道尔顿板、音叉组、玻棒、胶棒、验电球、金属网罩、感应起电机、范氏起电机、枕形导体、球形导体、验电羽、验电幡、小灯座、单刀开关、电阻圈、教学电阻箱、简式电阻箱、可调内阻电池、库仑扭秤、学生线路实验板、单刀双掷开关、双刀双掷开关、电阻箱、电池盒、条形磁铁、蹄形磁铁(D～CG～LU～80、U085
D-CG-LU-100型)、翼形磁针、菱形小磁针、磁分子模型、原副线圈、电机模型、低气压放电管组、低气压放电管、阴极射线管(磁效应、示直进、机械效应、静电偏转)、教学信号源、学生信号源、三线电子开关、热阴极射线管、电学元件黑箱、光具盘、凹面镜、凸面镜、玻璃砖、光具座、三棱镜、望远镜、半导体激光光源、分光镜、光谱管组、手持直视分光镜、酒精喷灯、晶体空间点阵模型、高中物理教学挂图。

注：文中所列为高中物理实验室设备标准配置清单，供参考，并可根据实际情况进行修改。

⑤ 找高一物理探究平抛运动在水平方向的运动规律的实验步骤

描迹法探究平抛运动裂或规律的实验器材和步骤
实验器材：斜槽轨道、小球、木键源嫌板、白纸、图钉、铅垂线、直尺、三角板、铅笔等. 实验步骤：
① 安装斜槽轨道，使其末端保持水平；
② 固定木板上的坐标纸，使木板保持竖直状态，小球的运动轨迹与板面平行，坐标纸方格横线呈水平方向；
③ 以斜槽末端为坐标原点沿铅垂线画出y轴;
④ 让小球从斜槽上适当的高度由静止释放，用铅笔记录小球做平抛运动经过的位置； ⑤ 重复步骤4，在坐标纸上记录多个位置；
⑥ 在坐标纸上作出x轴，用平滑的曲线连接各个记录点，得到平抛运动的轨迹； ⑦ 在轨迹上取几个点，使这些点在水平方向间距相等，研究这些点对应的纵坐标y随时间变化的规律。
运用此轨迹，若已知水平方向上的运动特点，可分析竖直方向上的运动特点，若已知竖直方向上的运动特点，可分析水平方向上的运动特点。比如，若在竖直方向上物体做初速度为零的匀加速运动，必然是连续相等的时间内位移之差Δy等于常数，即Δy=gΔt，从物体抛出计时，连续相等的时间内的位移yⅠ、yⅡ……之比为1∶3∶5∶…∶(2n-1)。
实验过程注意事项：
① 保证斜槽末端的切线水平，方木板竖直且与小球下落的轨迹平面平行，并使小球运动时靠近木板，但不接触；
② 小球每次都从斜槽上稿手同一位置滚下；
③ 小球做平抛运动的起点不是槽口的端点，应是小球在槽口时球的重心在木板上的水平投影点；
④ 小球在斜槽上开始滚下的位置要适当，以便使小球运动的轨迹由木板的左上角到右下角。
思考 关于教材中参考案例中几个实验装置及操作 ① 如何保证物体的运动是平抛运动，即初速度水平？ ② 如何得到轨迹线？
③ 怎样使水平初速度大小不变？