文档内容
2 0 2 4 上 全 国 物 理 教 师 资 格 证
高中实验-第一讲
讲师：余贞
更多干货关注 粉笔教师教育 粉笔教师【实验1】研究匀变速直线运动
一、实验步骤
（一）按照实验装置图，把打点计时器固定在长木板无滑轮的一端。
（二）把一细线系在小车上，细线绕过滑轮，下端挂合适的钩码，
纸带穿过打点计时器，固定在小车后面。
（三）把小车停靠在打点计时器处，接通电源，放开小车。
（四）小车运动一段时间后，断开电源，取下纸带。
（五）换纸带反复做三次，选择一条比较理想的纸带进行测量分析。
2024FENBI二、实验数据的处理
（一）利用逐差法求平均加速度；
（二）利用平均速度求瞬时速度；
（三）利用速度—时间图像求加速度，做出速度—时间图
像，通过图像的斜率求物体的加速度。
2024FENBI（1）利用“逐差法”求加速度
𝑥 −𝑥 𝑥 −𝑥 𝑥 −𝑥
（a）如图所示，若为偶数段，设为6段，则𝑎 = 4 1 ，𝑎 = 5 2 ，𝑎 = 6 3 ，然后取平
1 2 3
3𝑇2 3𝑇2 3𝑇2
𝑎 +𝑎 +𝑎 (𝑥 +𝑥 +𝑥 )−(𝑥 +𝑥 +𝑥 )
均值，即𝑎 = 1 2 3 或由𝑎 = 4 5 6 1 2 3 直接求得；
3 3×3𝑇2
𝑥 −𝑥 𝑥 −𝑥
（b）若为奇数段，则中间段往往不用，如5段，则不用第三段，则 𝑎 = 4 1 ， 𝑎 = 5 2 ，
1 2
3𝑇2 3𝑇2
𝑎 +𝑎 (𝑥 +𝑥 )−(𝑥 +𝑥 )
然后取平均值，即𝑎 = 1 2；或去掉一段变为偶数段由𝑎 = 4 5 1 2 ；
2 2×3𝑇2
𝑥 +𝑥
（2）先求出第𝑛点时纸带的瞬时速度𝑣 = 𝑛 𝑛+1（一般要5点以上），然后作出𝑣–𝑡图象，
𝑛
2𝑇
用𝑣–𝑡图象的斜率求物体运动的加速度。 2024FENBI三、注意事项
（一）【问】纸带、细绳要和长木板应该怎样放置？
（二）【问】释放小车前，应使小车停在什么位置？
（三）【问】实验时，接通电源与释放小车的先后循序？实验后，断开电源与取下纸带的先后循序？
2024FENBI【实验2】验证牛顿运动定律
一、实验原理
先控制小车的质量𝑀不变，探究加速度𝑎与力𝐹的关系；再控制小盘（托盘）与砝码的质量不变，
即力不变，探究加速度𝑎与小车质量𝑀的关系。
二、实验装置示意图
2024FENBI三、实验步骤
（一）称量：用天平测量小盘（托盘）的质量𝑚和小车的质量𝑀
（二）安装：按照如图所示装置把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细绳系在小车上（即不给小车
牵引力）
（三）平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块，使小车匀速下滑。
2024FENBI四、操作
1.小盘通过细绳绕过滑轮系在小车上，先接通电源、后放开小车，取下纸带标记编号。
2.保持小车的质量𝑀不变，改变砝码和小盘的质量𝑚，重复步骤1。
3.保持砝码和小盘的质量𝑚不变，改变小车质量𝑀，重复步骤1和3。
2024FENBI【例1】（1）物体的加速度𝑎同时跟合外力𝐹和质量𝑀两个因素有关。
要研究这三个物理量之间的定量关系，需采用的思想方法是_控制变量法_。
（2）某同学的实验方案如图所示，她想用砂桶的重力表示小车受到的合外力𝐹，为了减少这种做法
带来的实验误差，她先做了两方面的调整措施：
①用小木块将长木板无滑轮的一端垫高，目的是_平衡摩擦力_。
②使砂桶的质量远小于小车的质量，目的是使拉小车的力近似等于_砂桶的重力_。
（3）该同学利用实验中打出的纸带求加速度时，处理方案有两种：
2𝑥
A.利用公式𝑎 = 计算
𝑡2
∆𝑥
B.根据逐差法，利用𝑎 = 计算
𝑇2
两种方案中，选择方案_B_比较合理。
2024FENBI【实验3】验证机械能守恒定律
一、实验原理
通过实验，求出做自由落体运动物体的重力势能的减少量和
相应过程动能的增加量，若二者相等，说明机械能守恒，从而验
证机械能守恒定律。
二、实验装置示意图
2024FENBI三、实验步骤
（一）将打点计时器固定在铁架台上，用导线将打点计时器与低压电源相连。
（二）将纸带固定在重物上，让纸带穿过打点计时器的限位孔。
（三）用手提着纸带，让重物靠近打点计时器并处于静止状态，然后接通电
源，松开纸带，让重物自由落下，纸带上打下一系列小点。
（四）从几条打下点的纸带中挑选出点迹清楚的纸带进行测量。
（五）在起始点标上0，在以后各点依次标上1、2、3、…用刻度尺测出对应
下落高度ℎ 、ℎ 、ℎ 、…
1 2 3
2024FENBI四、数据处理
方法一：利用起始点和第𝑛点计算
1 1
代入𝑔ℎ 和 𝑣2 ，如果在实验误差允许的情况下，𝑔ℎ = 𝑣2 ，
𝑛 𝑛 𝑛 𝑛
2 2
则验证了机械能守恒定律。
方法二：任取两点计算
(1)任取两点𝐴、𝐵，测出ℎ ，算出𝑔ℎ 。
𝐴𝐵 𝐴𝐵
1 1
2 2
(2)算出 𝑣 − 𝑣 的值。
𝐵 𝐴
2 2
1 1
2 2
(3)在实验误差允许的情况下，若𝑔ℎ = 𝑣 − 𝑣 ，则验证
𝐴𝐵 𝐵 𝐴
2 2
了机械能守恒定律。
2024FENBI五、误差分析
（一）减小测量误差：一是测下落距离时都从0点量起，一次将各打点对
应下落高度测量完；二是多测几次取平均值.
（二）误差来源：由于重物和纸带下落过程中要克服阻力做功，故动能的
1
增加量𝛥𝐸 = 𝑚𝑣2 必定稍小于重力势能的减少量𝛥𝐸 = 𝑚𝑔ℎ ，改进办法是调
𝑘 𝑛 𝑝 𝑛
2
整器材的安装，尽可能地减少阻力。
2024FENBI六、注意事项
（一）安装打点计时器时要竖直架稳，使其两限位孔在同一竖直平面内以减
少摩擦阻力。
（二）重物应选用质量大、体积小、密度大的材料。
（三）应先接通电源，让打点计时器正常工作，后松开纸带让重物下落。
ℎ +ℎ
（四）某时刻的瞬时速度的计算应用𝑣 = 𝑛 𝑛−1，不能用𝑣 = 2𝑔ℎ 或
𝑛 𝑛 𝑛
2𝑇
𝑣 = 𝑔𝑡来计算。
𝑛
2024FENBI【实验4】研究力的平行四边形定则
一、实验器材
木板、白纸、图钉若干、橡皮条、细绳、弹簧测力计两个、三角板、刻度尺
二、实验装置示意图
三、实验步骤
（一）用图钉把一张白纸钉在水平桌面上的木板上
（二）用两个弹簧测力计分别钩拉细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸
长，节点到达某一位置𝑂。
（三）用铅笔描下结点𝑂的位置和两条细绳的方向，并记录弹簧测力计的读数。
（四）只用一个弹簧测力计，通过细绳套把橡皮条的结点拉到与前面相同的位
置𝑂，记下弹簧测力计的读数𝐹′
和细绳的方向。
2024FENBI四、数据处理
（一）用铅笔和刻度尺从结点𝑂沿两条细绳方向画直线，按选定的标度作出这两个弹簧测力计的拉
力𝐹 和𝐹 的图示，作平行四边形，过𝑂点画对角线即为合力𝐹的图示。
1 2
（二）用刻度尺从𝑂点按同样的标度沿记录的方向作出只用一个弹簧测力计的拉力𝐹′
的图示。
2024FENBI五、误差分析
（一）读数误差
减小读数误差的方法：选择相同的弹簧测力计并调整好零刻度；弹簧测力
计的示数应尽量大一些。
（二）作图误差
减小作图误差的方法：两个分力𝐹 、𝐹 间的夹角越大，用平行四边形定则
1 2
作出的合力𝐹的误差𝛥𝐹就越大，所以实验时不要把𝐹 、𝐹 间的夹角取得太大；
1 2
也不宜太小。
2024FENBI六、注意事项
（一）【问】在同一次实验中，使橡皮条拉长时，结点位置是否一定要相
同？【答】在同一次实验中，使橡皮条拉长时，结点位置一定要相同。
（二）【问】读数时，弹簧测力计与木板应该保持怎样的位置关系？细绳
套与弹簧测力计应保持怎样的位置关系？拉力的数值应尽量大些还是应该尽量
小些？【答】读数时应注意使弹簧测力计与木板平行，并使细绳套与弹簧测力
计的轴线在同一条直线上，避免弹簧测力计的外壳和弹簧测力计的限位孔之间
有摩擦。读数时眼睛要正视弹簧测力计的刻度，在合力不超过量程及橡皮条弹
性限度的前提下，拉力的数值应尽量大些。
（三）【问】细绳套应适当长一些还是应适当短一些？是否可以直接沿细
绳套的方向画直线来确定力的方向？【答】细绳套应适当长一些，以便于确定
力的方向。不要直接沿细绳套的方向画直线，应在细绳套末端用铅笔画一个点，
去掉细绳套后，再将所标点与O点连接，即可确定力的方向。
（四）【问】在同一次实验中，画力的图示时所选定的标度是否要相同？
使所作力的图示应该稍大一些还是应该稍小一些？ 【答】在同一次实验中，画
2024FENBI
力的图示时所选定的标度要相同，并且要恰当选取标度，使所作力的图示稍大
一些。【实验5】伏安法测电阻
（1）实验原理
根据电阻定义式知道可用伏安法测出电阻𝑅 。
𝑥
（2）实验器材
被测电阻，直流电源（4 𝑉），电流表（0~0.6 𝐴），电压表（0~3 𝑉），滑动
变阻器（50 Ω），开关，导线若干。
（3）实验步骤
①接好用伏安法测电阻的实验电路。
②把滑动变阻器的滑片调节到使接入电路中的电阻值最大的位置。
③改变滑动变阻器滑片的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数𝐼和𝑈
的值，填入记录表格内。
④计算出导体的电阻。
2024FENBI（4）电流表、电压表测电阻两种方法的比较：
电流表内接法 电流表外接法
电路图
误差原因 电流表分压𝑈 = 𝑈 𝑈 电压表分流𝐼 = 𝐼 𝐼
𝑥＋ 𝐴 𝑥＋ 𝑉
测 测
𝑈 𝑈 𝑅 𝑅
𝑉
𝑅 = 测 = 𝑅𝑥 𝑅 > 𝑅𝑥 𝑅 = 测 = 测 < 𝑅𝑥
电阻测量值 𝐼 ＋ 𝐴 𝐼 𝑅 + 𝑅
测 测
𝑉
测 测 测
测量值大于真实值 测量值小于真实值
2024FENBI
适用条件 𝑅 ≪ 𝑅𝑥 𝑅 ≫ 𝑅𝑥
𝐴 𝑉五、规律方法总结：
（1）伏安法测电阻的电路选择
①阻值比较法：先将待测电阻的估计值与电压表、电流表内阻进行比较，若𝑅 较小，宜采用
𝑥
电流表外接法；若𝑅 较大，宜采用电流表内接法。
𝑥
②临界值计算法
𝑅 < 𝑅 𝑅 时，用电流表外接法；
𝑥 𝑉 𝐴
𝑅 > 𝑅 𝑅 时，用电流表内接法。
𝑥 𝑉 𝐴
③实验试探法：按图接好电路，让电压表一根接线柱𝑃先后与𝑎、𝑏处接触一下，如果电压表
的示数有较大变化，而电流表示数变化不大，则可采用电流表外接法；如果电流表示数有较大的
变化，而电压表示数变化不大，则可采用电流表内接法。
2024FENBI（2）注意事项
①电流表外接法：本实验中被测电阻的阻值较小，故采用电流表外接法。
②电流控制：电流不宜过大，通电时间不宜过长，以免电阻温度过高，导致有些电阻在实验
过程中变大。
（3）误差分析
①若为内接法，电流表分压。
②若为外接法，电压表分流。
③长度和直径的测量。
2024FENBI六、滑动变阻器两种调节方法的比较：
2024FENBI限流式与分压式的选取原则：
滑动变阻器的两种接法都能控制调解负载的电流和电压，但是在相同条件下调解效果不同，实际
应用中要根据具体情况恰当地选择限流接法和分压式接法。
1.通常情况下（满足安全条件）由于限流式电路能节约能源，电路结构简单，因此应优先选择限
流式接法（以提高电路效 率）。
2.为了便于调解，在待测电阻的阻值𝑅 小于变阻器总电阻或相差不多，且电压电流变化不要求从
𝑥
零开始调，可采用限流法。
3.为了便于调解，在待测电阻的阻值𝑅 远大于变阻器的总电阻的情况下应选择分压式
𝑥
4.在下列情况下必须采用分压式:
①当滑动变阻器总电阻小于被测电阻时，且要求测量的电压或电流变化范围较大
②明确要求测量电路的电压从零开始变化
③若采用限流接法，电路中的最小电流仍超过用电器的额定电流。
2024FENBI【实验6】测定电源的电动势和内阻
一、实验原理
闭合电路的欧姆定律
二、实验装置示意图和电路图
三、实验步骤
（一）电流表用0~0.6A量程，电压表用0~3V量程，按实验电路
图连接好电路。
（二）把电阻器的滑片移动到使阻值最大的一端
（三）闭合开关，调节变阻器，使电流表有明显示数并记录一组
数据（𝐼 ，𝑈 ），用同样方法测量几组𝐼、𝑈值填入表格中
1 1
（四）断开开关，拆除电路，整理好器材
2024FENBI四、数据处理
（一）计算法
由𝑈 = 𝐸 − 𝐼 𝑟和𝑈 = 𝐸 − 𝐼 𝑟，解得
1 1 2 2
𝐼 𝑈 − 𝐼 𝑈
1 2 2 1
𝐸 =
𝐼 − 𝐼
1 2
𝑈 − 𝑈
2 1
𝑟 =
𝐼 − 𝐼
1 2
（二）图像法
1.图线与纵轴交点为𝐸；
𝐸
2.图线与横轴交点为𝐼 = ；
短
𝑟
∆𝑈
3.图线斜率的绝对值表示𝑟 = | |
2024FENBI
∆𝐼五、注意事项
（一）可选用已使用过一段时间的干电池。
（二）实验中不要将𝐼调得过大，读电表要快，每次读完立即断电。
（三）在画𝑈 − 𝐼图线时纵轴的刻度可以不从零开始，而是根据测得的数据从某一个恰当值
开始(横坐标𝐼必须从零开始)。
（四）测出不少于6组(𝐼，𝑈)数据，且变化范围要大些。
2024FENBI电流表外接：
2024FENBI电流表内接：
2024FENBI【实验7】练习使用多用电表
一、测量原理
𝐸
（1）当红、黑表笔短接（被测电阻𝑅 = 0）时，𝐼 = 。
𝑥 𝑔
𝑅 +𝑅+𝑟
𝑔
𝐸
（2）当被测电阻𝑅 接在红、黑表笔两端时，𝐼 = 。
𝑥
𝑅 +𝑅+𝑟+𝑅
𝑔 𝑥
1
（3）当𝐼 = 𝐼 时，中值电阻𝑅 = 𝑅 + 𝑅 + 𝑟，此电阻等于多用
中 𝑔 中 𝑔
2
电表的内阻。
二、多用电表示意图和内部结构原理图
2024FENBI三.测量定值电阻的实验步骤
（一）调整指针定位螺丝，使指针指向左端的零位置
（二）根据被测电阻的估计阻值，选择合适的挡位，把测量表笔
短接，进行欧姆调零。
（三）将被测电阻接在两表笔之间，待指针稳定后读数。
（四）改变选择开关挡位时，需要重新进行欧姆调零。
（五）测量完毕，将选择开关置于交流电压最高挡或“OFF”挡。
2024FENBI四、欧姆表的
（1）欧姆表刻度盘不同于电压、电流刻度盘
①左∞右0：电阻无限大与电流、电压零刻度重合，电阻零与
电流、电压最大刻度重合。
②刻度不均匀：左密右疏。
③欧姆挡是倍率挡，即读出的示数应再乘以该挡的倍率。电
流、电压挡是量程范围挡。
在不知道待测电阻的估计值时，应先从小倍率开始，熟记
“小倍率小角度偏，大倍率大角度偏”（因为欧姆挡的刻度盘上
越靠左读数越大，且测量前指针指在左侧“∞”处）。
2024FENBI五、误差分析
（一）偶然误差
1.欧姆表的表盘刻度不均匀，估读时易带来误差。
2.表头指针偏转过大或过小都会使误差增大，因此要选用恰当挡
位，使指针在中值附近。
（二）系统误差
1.电池用旧后，电动势会减小，内阻会变大，致使电阻测量值偏
大，要及时更换电池。
2.测电流、电压时，由于电表内阻的影响，测得的电流、电压值
均小于真实值。
2024FENBI六、注意事项
（一）使用前要机械调零。
（二）两表笔在使用时，电流总是“红入”、“黑出”。
（三）刻度线有三条：上为电阻专用，中间为电流、电压、交流、
直流共用，下为交流2.5V专用。
（四）测电阻时：
1.待测电阻与电路、电源一定要断开。
2.两手一定不要同时接触两表笔金属杆。
3.指针指中值附近较准，否则换挡。
4.每换一次挡必须重新欧姆调零。
5.读出示数要乘以倍率。
6.电表自带电源，红表笔接电源负极、黑表笔接电源正极。
2024FENBI
（五）使用完毕，选择开关要置于“OFF”挡或交流电压最高挡，
长期不用应取出电池。【实验8】测定玻璃的折射率
一、实验原理
通过插针法找出跟入射光线对应的出射光线，从而找出折射光
线和折射角，再根据折射定律求出玻璃的折射率。
二、实验器材
塑料板、白纸、玻璃砖、大头针、量角器、刻度尺、铅笔。
三、实验原理示意图
如图所示。
2024FENBI四、实验步骤
1. 把白纸铺在塑料板上。
2. 在白纸上画一直线𝑎𝑎′作为界面，过𝑎𝑎′上的一点𝑂画出界面的法线𝑁𝑁′，
并画一条直线𝐴𝑂作为入射光线。
3. 把长方形玻璃砖放在白纸上，并使其长边与𝑎𝑎'重合，再用刻度尺画出
玻璃砖的另一边𝑏𝑏′。
4. 在直线𝐴𝑂上竖直地插上两枚大头针𝑃 、𝑃 。
1 2
5. 从玻璃砖bb'一侧透过玻璃砖观察大头针𝑃 、𝑃 的像，调整视线的方向
1 2
直到𝑃 的像被𝑃 的像挡住。再在𝑏𝑏′ 一侧插上两枚大头针𝑃 、𝑃 ，使𝑃 能挡
1 2 3 4 3
住𝑃 、𝑃 的像，𝑃 能挡住𝑃 本身及𝑃 、𝑃 的像。
1 2 4 3 1 2
6. 移去玻璃砖，在拔掉𝑃 、𝑃 、𝑃 、𝑃 的同时分别记下它们的位置，过𝑃 、
1 2 3 4 3
𝑃 作直线𝑂′𝐵交𝑏𝑏′ 于𝑂′。连接𝑂、𝑂′，𝑂𝑂′ 就是玻璃砖内折射光线的方向。
4
2024FENBI
∠𝐴𝑂𝑁为入射角∠𝑂′𝑂𝑁'为折射角。
7. 改变入射角，重复实验。五、注意事项
1. 实验时，应尽可能将大头针竖直插在白纸上，且 𝑃 和 𝑃 之间、
1 2
𝑃 和𝑃 之间、𝑃 与𝑂 之间、𝑃 与𝑂′ 之间距离要稍大一些。
3 4 2 3
2. 入射角𝜃 不宜太大（如接近90°），也不宜太小（如接近0°）。
1
当𝜃 太大时，反射光较强，出射光较弱；当𝜃 太小时，入射角、
1 1
折射角测量的相对误差较大。
3. 操作时，手不能触摸玻璃砖的光洁光学面，更不能把玻璃砖
界面当作尺子画界线。
4. 实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变。
5. 玻璃砖应选用宽度较大的，宜在5𝑐𝑚 以上，若宽度太小，则
测量误差较大。
2024FENBI六、数据处理
用量角器测量入射角𝜃1 和折射角𝜃 ，并查出其正弦值𝑠𝑖𝑛𝜃
2 1
𝑠𝑖𝑛𝜃
和𝑠𝑖𝑛𝜃 。算出不同入射角的 1，并取平均值。
2
𝑠𝑖𝑛𝜃
2
七、误差分析
1. 确定入射光线、出射光线时造成误差。在入射侧和出射
侧所插两枚大头针的间距应大一些，选用光学表面间距大一些
的玻璃砖。
2. 入射角和折射角的测量造成误差。入射角应适当大一些，
可以减小测量的相对误差。
2024FENBI
