高中物理实验手册

1、首届北京市中小学教职工实验技能比赛培训手册中学物理单项目录第一章根本物理实验仪器使用标准 错误!未指定书签。第一节力学实验仪器的使用标准 错误!未指定书签。一、托盘天平的使用标准 错误!未指定书签。二、 刻度尺的使用标准 错误!未指定书签。三、游标卡尺的使用标准 错误!未指定书签。四、 螺旋测微计的使用标准 错误!未指定书签。五、 弹簧秤的使用标准 错误!未指定书签。六、 打点计时器的使用标准 错误!未指定书签。七、气垫导轨的使用标准 错误!未指定书签。八、量筒的使用标准 错误!未指定书签。第二节热学实验仪器使用标准 错误!未指定书签。一、 温度计的使用标准 5二、 酒精灯的使用标准 错误!未

2、指定书签。第三节光学实验仪器使用标准 错误!未指定书签。一、 透镜的使用标准 错误!未指定书签。二、 干预仪的使用标准 错误!未指定书签。第四节电学实验仪器使用标准 错误!未指定书签。一、学生电源的使用标准 错误!未指定书签。二、 电流表的使用标准 错误!未指定书签。三、 电压表的使用标准 错误!未指定书签。四、 滑动变阻器的使用标准 错误!未指定书签。第二章中学物理实验操作标准 错误!未指定书签。第一节零位调整 错误!未指定书签。第二节水平、铅直调整 错误!未指定书签。第三节 消除读数装置的空程误差 错误!未指定书签。第四节仪器的初态和平安位置 错误!未指定书签。第五节逐次逼近调整 错误!未

3、指定书签。第六节消视差调节 错误!未指定书签。第三章中学物理实验数据处理标准 错误!未指定书签。第一节误差分析 错误!未指定书签。一、偶然误差处理 错误!未指定书签。二、系统误差处理 错误!未指定书签。第二节有效数字及其运算规那么 错误!未指定书签。一、仪器正确测读的原那么 错误!未指定书签。二、 关于“0的问题 错误!未指定书签。三、数值表示的标准形式 错误!未指定书签。第三节数据处理方法 错误!未指定书签。一、 歹y表法 错误!未指定书签。二、作图法 错误!未指定书签。三、逐差法 错误!未指定书签。四、 最小二乘法 错误!未指定书签。附录1:中学物理典型实验初中物理局部 错误!未指定书签。

4、一、 二力平衡 错误!未指定书签。二、 做功过程就是能量转化或转移的过程 错误!未指定书签。三、阿基米德定律 错误!未指定书签。四、 不同物质的比热容不同 错误!未指定书签。五、探究焦耳定律 错误!未指定书签。六、 滑动变阻器的构造及使用 20七、 探究电流与电压、电阻的关系 错误!未指定书签。八、平面镜成像特点 错误!未指定书签。九、 反射定律 错误!未指定书签。十、研究凸透镜成像规律 错误!未指定书签。附录2:中学物理典型实验高中物理局部 错误!未指定书签。一、 验证力的合成的平行四边形定那么 错误!未指定书签。二、牛顿第二定律 错误!未指定书签。三、验证机械能守恒定律 错误!未指定书签。

5、四、光的折射定律 错误!未指定书签。五、描绘小灯泡的伏安特性曲线 错误!未指定书签。六、 用电流表和电压表测电池的电动势和内电阻 错误!未指定书签。七、 用单摆测定重力加速度 错误!未指定书签。八、研究自由落体运动的规律 错误!未指定书签。九、 变压器电压与匝数关系 错误!未指定书签。十、传感器的简单使用 错误!未指定书签。第一章根本物理实验仪器使用标准中学物理主要包括力、热、声、光和电这五个局部。而中学物理实验对声学局部的实 验涉及较少，即使涉及也多以小实验为主，没有学生实验和教师演示实验，也没有特定的 声学实验仪器，所以本章主要介绍力学、热学、光学和电学实验仪器的使用标准。第一节力学实验仪

6、器的使用标准力学是物理学的一个重要分支，主要研究能量和力以及它们与固体、液体及气体的平 衡、变形或运动的关系。力学可分为静力学、运动力学和动力学三局部。而这些局部对应 的实验也是中学物理实验的重要组成局部。因而，对这局部实验仪器的熟悉与掌握是中学 物理实验必不可少的。本节将介绍几种中学力学实验中常见实验仪器的使用标准。、托盘天平的使用标准图1-1托盘天平是中学物理实验的根本仪器之一。由托 盘、横梁、平衡螺母、刻度尺、指针、刀口、底座、 分度标尺、游码、砝码等组成。主要用于中学物理的 质量的测量、密度的测量等实验中。精确度高的还有 物理天平、电子天平等。具体使用标准如下：1托盘天平称量前，先把游

7、码拨零点，观察天平是否平；不平应调节平衡螺母2. 称量物体时左盘放称物，右盘放砝码。对于潮、腐药品的称量要用器皿盛放 3 移动游码时要左手扶住标尺左端，右手用镊子轻轻拨动游码;4. 称取一定质量的固体粉末时，右盘中放入一定质量的砝码，缺乏用游码补充。质 量确定好后，在左盘中放入固体物质，往往在接近平衡时参加药品的量难以掌握，这时应 用右手握持盛有药品的药匙，用左手掌轻碰右手手腕，使少量固体溅落在左盘里逐渐到达 平衡。5. 假设不慎在托盘上放多了药品，取出后不要放回原瓶，要放在指定的容器中图1-2二、刻度尺的使用标准 刻度尺是测量物体长度的 工具，刻度尺的分度值一般为 1mm。刻度尺测量长度是物

8、理实 验的根本技能，也是其他测量仪 器正确读数的根底。具体使用标准如下：1使用前做到三看，即首先看刻度尺的零刻度是否磨损，如已磨损那么应重选一个刻 度值作为测量的起点。其次看刻度尺的测量范围即量程。原那么上测长度要求一次测量, 如果测量范围小于实际长度，势必要移动刻度尺测量假设干次，贝U会产生较大的误差。最后 应看刻度尺的最小刻度值。2使用时应注意正确放置和正确观察。正确放置的关键是做到：尺边对齐被测对象， 必须放正重合，不能歪斜；尺的刻面必须紧贴被测对象，不能“悬空。正确观察的关键 是视线在终端刻度线的正前方，视线与刻面垂直，看清大格及小格数。3读数时一般情况下应估读到最小刻度值的下一位。图

9、1-3三、游标卡尺的使用标准游标卡尺也是力学实验根本仪器之一。 它是一种测量长度、内外径、深度的量具。 游标卡尺由主尺和附在主尺上能滑动的游 标两局部构成。主尺一般以毫米为单位，而 游标上那么有10、20或50个分格，根据分格 的不同，游标卡尺可分为十分度游标卡尺、 二十分度游标卡尺、五十分度格游标卡尺等。游标卡尺的主尺和游标上有两副活动量 爪，分别是内测量爪和外测量爪，内测量爪 通常用来测量内径，外测量爪通常用来测量长度和外径具体使用标准如下：1 使用前要用软布将量爪擦干净，使其并拢，查看游标和主尺身的零刻度线是否对 齐。如果对齐就可以进行测量：如没有对齐那么要记取零误差：游标的零刻度线在尺

10、身零刻 度线右侧的叫正零误差，在尺身零刻度线左侧的叫负零误差。2测量时，右手拿住尺身，大拇指移动游标，左手拿待测外径或内径的物体， 使待测物位于外测量爪之间，当与量爪紧紧相贴时，即可读数3使用后用棉纱擦拭干净。长期不用时应将它擦上黄油或机油，两量爪合拢并 拧紧紧固螺钉，放入卡尺盒内盖好。四、螺旋测微计的使用标准螺旋测微器又称千分尺、螺旋测微仪、分厘卡，是比游标 卡尺更精密的测量长度的工具，用它测长度可以准确到 0.01mm ， 测量范围为几个厘米。图1-4具体使用标准如下：1 使用前要了解螺旋测微器的构造及活动刻度与固定刻度的意义，并且应注意是否存在零误差，假设有请教师调整。2 测量时，在测微

11、螺杆快靠近被测物体时应停止使用旋钮，而改用微调旋钮，防止 产生过大的压力，既可使测量结果精确，又能保护螺旋测微器。3在读数时，要注意固定刻度尺上表示半毫米的刻线是否已经露出。4. 当小砧和测微螺杆并拢时，可动刻度的零点与固定刻度的零点不相重合，将出现 零误差，应加以修正，即在最后测长度的读数上去掉零误差的数值。5. 用毕要放松固定栓，将活动砧与固定砧合拢，但不可用力，接触即可。五、弹簧秤的使用标准图1-5弹簧测力计是中学物理力学实验中经常出现仪器， 主要 用于力的大小的测量。具体使用标准如下：1. 测量前要看弹簧秤的量程、弹簧秤的灵敏度及弹簧 秤的零点读数，校准零点或依零点读数修正测量结果。2

12、. 使用时要知道弹簧秤的指针需与刻度线平行，弹簧 秤的轴线方向与力的作用线方向一致，会依仪器精密度按有 效数字读数并记录。3. 使用时要注意不能使弹簧秤长久受力，以免引起弹 性疲劳。六、打点计时器的使用标准打点计时器是一种测量时间的工具。如果运动物体带 动的纸带通过打点计时器，在纸带上打下的点就记录了物 体运动的时间，纸带上的点也相应的表示出了运动物体在 不同时刻的位置。研究纸带上的各点间的间隔，就可分析 物体的运动状况。具体使用标准如下：图1-61. 打点计时器使用的电源是交流电源，电磁打点计时器电压是4-6V;电火花打点计时器电压是220V。2 .打点计时器在纸带上应打出轻重适宜的小圆点，

13、如遇到打出的是小横线、重复 点或点迹不清晰，应调整振针距复写纸片的高度，使之大一点。3 .复写纸不要装反，每打完一条纸带，应调整一下复写纸的位置，假设点迹不够清 晰，应考虑更换复写纸。4 .纸带应捋平，减小摩擦，从而起到减小误差的作用。5. 使用打点计时器，应先接通电源，待打点计时器稳定后再放开纸带。6. 使用电火花计时器时，还应注意把两条白纸带正确穿好，墨粉纸盘夹在两纸带 之间；使用打点计时器时，应让纸带通过限位孔，压在复写纸下面7 处理纸带数据时，密集点的位移差值测量起来误差大，应舍去；一般以五个点 为一个计数点。8 描点作图时，应把尽量多的点连在一条直线或曲线上不能连在线上的点应 分居在

14、线的两侧。误差过大的点可以舍去。9 打点器不能长时间连续工作。每打完一条纸带后，应及时切断电源。待装好纸 带后，再次接通电源并实验。10.在实验室使用打点计时器时， 先将打点计时器固定在实验台上， 然后接通电源图1-7七、气垫导轨的使用标准 气垫导轨是一种现代化的力学实验仪器。它利用小型气源将气体压缩空气送入导轨内 腔。空气再由导轨外表上的小孔中喷出，在导 轨外表与滑行器内外表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。结合打点计时器、光电门、闪光照相等，测定多

15、种力 学物理量和验证力学定律。中学物理实验中，利用气垫导轨验证动量守恒定律，研究弹 簧振子的运动规律，研究物体的加速度等。具体使用标准如下：1使用前先用酒精擦拭，去除灰尘。要垫好塑料垫，然后调平，左右尽量保持高度 一致，否那么会增大误差。2使用气垫导轨时先通空气，再放小车。3使用气垫导轨后要及时盖好，防止落上灰尘。 除了导轨，还包括数字计时器和光电门。1. 数字计时器需注意在实验前先调整发光器件和光敏器件的相对位置，假设二者没有对 准那么不能计时，同时需手动“复位，显示“ 0后才可开始遮光计时。2. 光电门一边为发光装置，一边安装接收装置并与计时装置连接。当物体通过光电门 时光被挡住计时器开始

16、计时，当物体离开时停止计时，这样就可以根据物体大小与运动时 间计算物体运动的速度。八、量筒的使用标准量筒是用来量取液体的一种玻璃仪器。规格以所能量度的最大容量ml表示，常用的有 10 ml、25ml、50 ml、100 ml、250 ml、500 ml、1000 ml等。外壁刻度都是以 ml为单位，10 ml量 简每小格表示0.2 ml，而50 ml量筒每小格表示1ml。量筒越大， 管径越粗，其精确度越小，由视线的偏差所造成的读数误差也越大。所以，实验中应根据所取溶液的体积，尽量选用能一次量取的最小规格的量筒。分次量取也能引起误差。图1-8具体使用标准如下：1 使用量筒时应根据所需量取的液体体

17、积，选用能一次量取即可的最小规格的量筒。2. 掉入液体时应口挨口，防止称量液体外流，接近刻度线时改用滴管滴加至刻度处。假设不慎参加液体的量超过刻度，应手持量筒倒出少量于指定容器中， 再用滴管滴至刻度处3. 读数时，视线与液面最低处保持水平。第二节热学实验仪器使用标准热学实验也是中学物理必不可少的局部之一。对于中学热学实验总的来说数量不是很 多，所以对于热学实验仪器的使用标准我们仅列举了两个主要的实验仪器。即温度计和酒 精灯的使用标准。一、温度计的使用标准温度计是热学实验中常见的实验仪器。它可以准确的判断和测 量温度。利用固体、液体、气体受温度的影响而热胀冷缩等的现象 为设计的依据。有煤油温度计

18、、酒精温度计、水银温度计、气体温具体的使用标准如下：1. 使用温度计前要观察温度计的量程和分度值。要选择适当的 温度计测量被测物体的温度。2. 利用温度计测量温度时，温度计的液泡应与被测物体充分接触，且玻璃泡不能碰 到被测物体的侧壁或底部。3. 读数时，温度计不要离开被测物体，且眼睛的视线应与温 度计内的液面相平。二、酒精灯的使用标准酒精灯也是热学实验的根本实验仪器之一。它是以酒精为燃料 的加热工具，由灯体、灯芯管和灯帽组成。酒精灯的加热温度图 1-10400 500 °C。具体使用标准如下：1. 新购置的酒精灯应首先配置灯芯。灯芯通常是用多股棉纱线拧在一起，插进灯芯 瓷套管中。灯芯

19、不要太短，一般浸入酒精后还要长 45cm对于旧灯，特别是长时间未用 的灯，在取下灯帽后，应提起灯芯瓷套管，用洗耳球或嘴轻轻地向灯内吹一下，以赶走其 中聚集的酒精蒸气。再放下套管检查灯芯，假设灯芯不齐或烧焦都应用剪刀修整为平头等长。2. 新灯或旧灯壶内酒精少于其容积1/2的都应添加酒精。酒精不能装得太满，以不超 过灯壶容积的2/3为宜。酒精量太少那么灯壶中酒精蒸气过多，易引起爆燃；酒精量太多那么受热膨胀，易使酒精溢出，发生事故。添加酒精时一定要借助个小漏斗，以免将酒精洒 出。燃着的酒精灯，假设需添加酒精，必须熄灭火焰。决不允许燃着时加酒精，否那么，很易 着火，造成事故。3新灯加完酒精后须将新灯芯

20、放入酒精中浸泡，而且移动灯芯套管使每端灯芯都浸 透，然后调好其长度，才能点燃。因为未浸过酒精的灯芯，一经点燃就会烧焦。4点燃酒精灯一定要用燃着的火柴，决不可用燃着的酒精灯对火。否那么易将酒精洒 出，引起火灾。5. 加热时假设无特殊要求，一般用温度最高的外焰来加热器具。加热的器具与灯焰的 距离要适宜，过高或过低都不正确。与灯焰的距离通常用灯的垫木或铁环的上下来调节。被加热的器具必须放在支撑物三脚架、铁环等上或用坩埚钳、试管夹夹持，决不允许手 拿仪器加热。6. 加热完毕或要添加酒精需熄灭灯焰时，可用灯帽将其盖灭，盖灭后需再重盖一次， 让空气进入，免得冷却后盖内造成负压使盖打不开。决不允许用嘴吹灭。

21、不用的酒精灯必 须将灯帽罩上，以免酒精挥发。7. 酒精灯不用时，应盖上灯帽。如长期不用，灯内的酒精应倒出，以免挥发；同时 在灯帽与灯颈之间应夹小纸条，以防粘连。第三节光学实验仪器使用标准光学实验也是中学物理必不可少的一局部，这一局部既涉及教师实验也涉及学生动手 实验。因而，这一节我们将介绍中学物理根本光学实验仪器的使用标准。一、透镜的使用标准图 1-11透镜是根据光的折射规律制成的。是中学物理光学实验中 常见的实验仪器。它是由透明物质如玻璃、水晶等制成的 一种光学元件。具体使用标准如下：1. 使用透镜之间，先要观察透镜是凸透镜还是凹透镜， 正 确选择透镜。2. 实验中要保护透镜，不要用手触摸镜

22、面，以免影响成像质量更不能损坏透镜。3. 利用透镜成像时要注意，透镜中心与蜡烛焰心，光屏中心放在同一高度。二、干预仪的使用标准根据光的干预原理制成的一种仪器。将来自一个光源的 两个光束完全分并，各自经过不同的光程，然后再经过合并， 可显出干预条纹。具体使用标准如下：1.使用双缝干预仪前，首先要把直径约为 10cm长约1cm图1-12的遮光筒放在光具座上，筒的一端装有双缝，另一端装有毛玻璃屏。2取下双缝，翻开光源，调节光源的高度，使它发出的光束能够沿着遮光筒的轴线 把屏照亮。3放好单缝和双缝，单缝双缝相互平行，单缝和双缝间距约为510cm使缝相互平行，中心大致在遮光筒的轴线上，这是在屏上就会看到

23、白光的双缝干预图样。第四节电学实验仪器使用标准中学物理电学局部涉及的实验相对来说比拟多。本节将重点介绍中学物理电学局部常 见仪器的使用标准。一、学生电源的使用标准具有以下几档输出:图 1-13学生电源是电学实验必不可少的实验仪器。1 交流输出：2-16V，每2V 一挡，共8挡。输出电流最大3A,有过载指示。2直流输出：2-16V，每2V一挡，共8挡。输出电流最大3A,有过载指示。3 .直流稳压输出：6V,输出电流最大 300mA电压稳定度在电源电压变化土10%时输出电压变化W0 .3V。负载稳定度W0 .3V， 输出纹波电压w 10mV具体使用标准如下：1. 使用时先接通电源，指示灯亮，将交直

24、流输出电压选择旋钮作相应转换便可得到8 挡交流或直流电源。2. 如负载电流超过3A,过载指示灯亮，应立即关掉电源，故障排除后再开启电源。并加有保护装置,在中学物理电学实3. 直流稳压采用串联型稳压电路， 如输出短路，即自动截止。二、电流表的使用标准电流表是电学实验常见的仪器之一验中主要用于电流的测量。具体的操作标准如下：电流从正接线柱流1. 电流表要串联使用，不能短路， 入，从负接线柱流出。2. 读数时首先要看所用接线柱，其次要找表盘对应的量程数，之后看表盘上的最小分度值。图1-143. 使用时要注意：如果无法估计电流大小，就先选用最大的量程把表接入电路，用 开关“试触，表的指针不超过量程时再

25、接通，如果指针指示值较小，可改用小量程测量使用电流表时，绝对不允许不经过用电器而将电流表的两个接线柱直接连到电源的两极 上。导线必须接在接线柱上。每做完一次实验，应立刻将开关断开。三、电压表的使用标准电压表是电学实验常见的仪器之一。在中学物理电学实验中主要用于电压的测量。具体使用标准如下：1. 电压表要并联接入电路测量电压，电流从正接线柱流入， 从负接线柱流出。2. 读数时首先要看所用接线柱，其次要找表盘对应的量程数，之后看表盘上的最小分度值。图1-153. 使用时要注意：如果无法估计电压大小，就先选用最大的量程把表接入电路，用 开关“试触，表的指针不超过量程时再接通，如果指针指示值较小，可改

26、用小量程测量。 导线必须接在接线柱上。每做完一次实验，应立刻将开关断开。四、滑动变阻器的使用标准滑动变阻器也是中学物理电学实验中常见的实验器材。其结构如图1-16所示，其构成一般包括接1线柱、2滑片、3电阻丝、4金属杆和5瓷筒等五局部。 它在电路中既可以作限流器用，也可以作分压器用。在确保平安的条件下，如何选用这两 种不同的形式，是由电路中的需要来决定的。具体使用标准如下：图1-161. 在把滑动变阻器作为限流接入电路时，要选择一上一下两个接线柱串联在电路里。2. 使用时要注意：将滑动变阻器接入电路时，要使滑片“ 2放在阻值最大的位置上， 此时开关是断开的。同时，所连接的电路中电流不能超过滑动

27、变阻器允许通过的最大电流 值。五、高压感应圈的使用标准高压感应圈是工业生产和实验室中用低压直流电获得交变高压的一种装置。它的主要 局部是两个绕在铁芯上的绝缘导线线圈，初级线圈直接绕在铁芯上，是比拟少的几匝粗导 线线圈，次级线圈那么由多匝细导线组成。感应圈的初级线圈中有节奏地通过断续的直流电。 因此，各种电流断续器是感应圈的重要部件。具体使用标准如下：图1-171. 先将转换开关断开，接上电源。然后将转换开关转过90。，接通电流，转动调节螺杆，使断续器作用，产生正常的火花放电。2. 使用时要注意：感应圈每次工作结束时，都应先将调节螺杆退出，再将转换开关断开，最后与电源断开。感应圈的存放不可置于温

28、度高于40 °C以上的地方，？不能曝晒或烘烤，以免封蜡熔化。六、多用电表的使用标准它一般可测交流电压用符号“表示、直流电 压、直流电流用符号“一表示和电阻四样，它的 电阻刻度是不均匀的，而且左边是最大的，右边是0，这与电流和电压表的标法相反。测量前，应先检查表针 是否停在左端的“ 0位置，否那么，要用小螺丝刀轻轻地 转动表盘下边中间的调整定位螺丝，使指针指零。万用 表有两根测试笔，将红表笔和黑表笔分别插入正+、 负-测试笔插孔，测量时，应把选择开关旋到相应 的工程和量程上。读数时，要看跟选择开关的挡位相应 的刻度。具体使用标准如下：图1-181. 测量电流时，跟电流表一样，应把万用表

29、串联在被测电路里；对于直流电，还必须 使电流从红表笔流进万用表，从黑表笔流出来。2. 测量电压时，跟电压表一样，应把万用表和被测局部并联；对于直流电，必须用红 表笔接电势较高的点，用黑表笔接电势较低的点。3. 测量电阻时，在选择好选择开关的挡位后它常见有x 1、X10、x 100. x 1K四档,以指针指在当中为最正确，要先把两根表笔相接触，调整欧姆挡的调零旋钮，使指针指在 电阻刻度的零位上注意，电阻刻度的零位在表盘的右端。然后再把两表笔分别与待测电阻的两端相接，进行测量别忘了读数要乘上档位。换用欧姆挡的另一量程时，需要重新调整欧姆挡的调零旋钮，才能进行测量。应当注意，测量电阻时待测电阻要跟别

30、的元 件和电源断开。测量时，注意手不要碰到表笔的金属触针，以保证平安和测量的准确；使 用后，要把表笔从测试笔插孔拔出，并且不要把选择开关置于欧姆挡，以防电池漏电；长 期不使用时，应把电池取出。七、验电器的使用标准 最常用的金属箔验电器，它是检验物体是否带电的最简单的仪器，构造如下图。上部是一金属球，它和金属 杆相连接，金属杆穿过橡皮塞，其下端挂两片极薄的金属箔，封装在由金属桶和玻璃密封的腔内。 当带电体与金 属小球接触时，箔片因带同性电荷相排斥而张开。为了避 免气流的影响，金属棒和箔片圭寸闭在一个圭寸闭的腔中， 棒 与桶间有绝缘材料相隔。具体使用标准如下：图 1-191. 将带电体靠近仪器上端

31、，由于同种电荷的排斥力使 指示器发生偏转，它是从力的角度来反映导体带电的情况。2、检验时，把物体与金属板接触，如果物体带电，就有一局部电荷传到两片金属箔 上，金属箔由于带了同种电荷，彼此排斥而张开，所带的电荷越多，张开的角度越大；如 果物体不带电，那么金属箔不动。3、当物体带电时，假设要识别它所带电荷的种类，只要先把这带电体与金属球接 触一下，使金属箔张开。然后，再用的带足够多正电的物体接触验电器的金属球，如 果金属箔张开的角度更大，那么表示该带电体的电荷为正的；反之，如果金属箔张开的角度 减小，或先闭合而后张开，那么表示带电体的电荷是负的。第二章 中学物理实验操作标准在物理实验中调整和操作技

32、术十分重要。合理的调整和正确操作对提高实验结果的准 确度有直接影响。本章将具体介绍一些最根本的且具有普遍意义的调整操作技术。第一节 零位调整许多仪器由于装配不当或由于长期使用和环境变化等原因，其零位往往已发生偏离。 因此在使用前都须校正零位。有一类仪器配有零位校准器，如电表等，可直接调整零位； 另有一类仪器不能或不易校正零位，如螺旋测微器等，那么可在使用前记下零位读数，以便 在测量值中加以修正。第二节 水平、铅直调整在实验中常需对仪器进行水平和铅直调整，如仪器工作台的水平或立柱需保持铅直 等。调整时可利用水平仪和悬垂进行。一般说来需要调整水平或铅直的实验装置和水平工 作台在底座都装有 3 个调

33、节螺钉。 3 个螺钉的连线成正三角形或等腰三角形，如图 2-1 所 示。调整时，首先将水平仪放在与 2-3连线平行的AB方向上，调整螺钉2 或3,使2-3 连线方向处于水平方向；然后再将水平仪置于与 AB垂直的CD方向，调节螺钉1,使工作 台大致在一个水平面上；由于调整时 3 个螺钉作用的相互影响，故这种调节须反复进行， 直到达满意程度。水平调整图图 2-1第三节 消除读数装置的空程误差许多仪器如测微目镜、 读数显微镜等 的读数装置都由丝杠螺母的螺旋机构组成。 在刚开始测量或开始反向移测时，丝杠须转动一定的角度才能与螺母啮合，由此引起的虚 假读数，称为空程误差这种空程误差会由于空程的累积而加大

34、，如迈克耳孙干预仪的读 数机构。为了消除空程误差，使用时除了一开始就要注意排除空程外，还须保持整个读 数过程沿同一方向行进。第四节 仪器的初态和平安位置许多仪器在正式实验操作前，需要处于正确的“初态和“平安位置，以便保证实 验顺利进行和仪器使用平安。光学仪器中有许多调节螺钉，如迈克耳孙干预仪动镜和定镜 的调节螺钉和光学测角仪中望远镜的俯仰角调节螺钉等，在调整这些仪器前，应先将这些 调整螺钉处于适中状态，使其具有足够的调整量。移测显微镜在使用前也应使显微镜处于 主尺的中间位置。在电学实验中那么需要考虑一个平安位置。例如连好线路而未合开关接通电源前，应使 电源处于最小电压输出位置，使滑线变阻器组成

35、的制流电路处于电路电流最小状态和组成 的分压电路处于电压输出最小状态；电路平衡调节前，要使接入指零仪器的保护电阻处于 阻值最大位置，等等。电路的平安位置不仅保护了仪器的平安，还能使实验顺利进行。第五节逐次逼近调整“反向逐次逼近调节法是使仪器装置较快调整到规定状态的一种方法。可在天平、 电桥、电位差计等平衡调节中应用，也可在光路共轴调整、分光计调整中应用。例如，输 入量为X1时，指零器左偏假设干格，输入第二个量x2时应使指零器右偏假设干格，这样就可 以判定指零的平衡位置对应的输入量X应在 XiV XV X2范围内。然后输入X3 (X2VX3V XI)， X3的大小约为X1 一，再输入 X4 (

36、X2 V X4V X3)，X4大小约为X2 ：X3一。如此反向逐33次逼近就会很快找到平衡点。第六节消视差调节在光学实验中，像与叉丝(或分划板标尺)不在一个平面上的情况经常出现。此时， 假设眼睛在观察位置左右或上下的移动，即可见像和叉丝的相对位置也随之变动，这就是视 差现象。如同日常用尺量物，尺和物必须贴紧才能测量准确的道理一样，在光路中为了准 确定位和测量，必须把像与叉丝或分划板标尺调到一个平面上，即作消视差调节。在比拟 像与叉丝二者离眼睛的远近时，可据下述实验规律作出判断：把自己左右手的食指伸直， 一前一后立在视平线附近，眼睛左右移动时即可看出，离眼近者，其视位置变动与眼睛移 动方向相反，

37、而离眼远者，其视位置变动与眼睛移动方向相同。第三章 中学物理实验数据处理标准第一节 误差分析物理实验中，绝大多数实验都涉及到物理量的测量和物理规律的研究，要求学生能应 用所选择的适宜仪器， 尽可能获得令人满意的结果。 一个待测物理量， 在客观上具有真值。 但由于受到测量仪器、测量方法、测量条件和观察者生理反响能力、操作水平等因素的限 制，测得的结果只可能是一个近似值。测量值与真值之差称为绝对误差，简称误差，即误 差=测量值- 真值。在实验中进行测量和数据处理时，都应着眼于减少误差，尽可能使实验 结果接近真值。误差产生的原因是多方面的，从误差的性质和来源上可分为系统误差和偶 然误差两大类。实验中

38、常用精密度、准确度和精确度来评价实验结果中误差的大小。这三个概念的涵 义不同，应加以区别。精密度表示测量结果中偶然误差大小的程度。精密度高是指在屡次 测量中，数据的离散性小，偶然误差小。准确度表示测量结果中系统误差大小的程度。准 确度高表示屡次测量数据的平均值偏离真值的程度小，系统误差小。精确度是对测量结果 中系统误差和偶然误差大小的综合评价。精确度高是表示在屡次测量中，数据比拟集中， 且逼近真值，即测量结果中的系统误差和偶然误差都比拟小。另外，在评价测量结果时，常用到精度这个概念。精度是一个泛指的概念，有时，它 是表示系统误差的大小，即准确度的上下；有时它是表示偶然误差的大小，即精密度的大

39、小；同时，它也可用来综合评定系统误差和偶然误差的大小，即表示测量结果的精确度。一、偶然误差处理1测量结果的最正确值屡次测量取平均值 对某一物理量进行测量时，最好进行屡次重复测量。根据屡次重复测量的结果，可能 获得一个最接近真值的最正确值。在相同条件下，对某物理量 x 进行了 n 次重复测量，其测 量值分别为Xi , X2 Xn。用X表示它们的算术平均值简称平均值，得：当测量次数无限增多时， 根据偶然误差的性质可以证明： 该平均值将无限接近于真值。 所以，平均值X又称为测量结果的最正确值，常把它作为测量的结果。2算术平均绝对误差 真值无法得到，误差也就无法估算。由于平均值是最正确值，可以把它作为

40、近真值来估 算误差。一般定义测量值与平均值之差为“偏差或“离差，它们与误差是有区别的。 然而当测量次数很多时，“偏差会接近误差。在以下讨论中，不去严格区分“偏差和 误差，把它们统称为误差。在屡次重复测量中，每次测量值与平均值的差，取绝对值，用AX i表示，那么有取称厶X平均为算术平均绝对误差，简称为算术平均误差或平均绝对误差。测量结果表达式可写为二、系统误差处理系统误差的消除和修正是指使其影响减小到仪器测量的精度以内。否那么，精确的测量 便失去意义。下面介绍对于系统误差进行消除和修正时常采用的几种方法。1修正法 对于有些零值误差，如千分尺使用时间较长后产生的磨损，可引入一个修正值，在测 量时进

41、行修正。对于仪器的示值误差，可通过与高精度仪器比拟，或根据理论分析导出修 正值，予以修正。2交换法在测量中对某些条件 如被测物的位置 进行交换，使产生系统误差的原因对测量结果 起相反的作用。例如，为了消除天平不等臂误差，可采用“复秤法，即交换被测物和砝 码的位置再测一次，取两次结果的平均值。3补偿法 例如在量热学实验中，采用加冰降温，使系统的初温低于环境温度而吸热，以补偿在 升温时的热损失。4对于实验中，由于方法 例如伏安法测电阻 或人员 例如观测者对准目标时习惯偏 向一方 引起的系统误差，应逐项进行分析、并予以修正。第二节 有效数字及其运算规那么一、仪器正确测读的原那么仪器正确测读的原那么是

42、：读出有效数字中可靠数局部是由被测量的大小与所用仪器的 最小分度来决定。可疑数字由介于两个最小分度之间的数值进行估读，估读取数一位 这 一位是有误差的 。对于标明误差的仪器，应根据仪器的误差来确定测量值中可疑数的位 置。测量结果的有效数字由误差确定。不管是直接测量还是间接测量，其结果的误差一般 只取一位。测量结果有效数字的最后一位与误差所在的一位对齐。二、关于“ 0的问题关于“ 0的问题 : 有效数字的位数与十进制的单位变换无关。末位“ 0和数字中间 的“0均属于有效数字。如 23. 20cm ；10.2V 等，其中出现的“ 0都是有效数字。 小数点前面出现的“ 0和它之后紧接着的“ 0都不是

43、有效数字。三、数值表示的标准形式数值表示的标准形式是用 10的方幂来表示其数量级。前面的数字是测得的有效数字， 并只保存一位数在小数点的前面第三节 数据处理方法一、列表法在记录和整理数据时，常常把数据列成表格，可以简明地表示有关物理量之间的对应 关系，以便得出正确的结论或获得经验公式。在列表处理实验数据时应做到：1简单明了，便于看出有关量之间的关系。2说明所列表格中各符号所代表的物理量，写明其单位。物理量的单位应写在标题 栏目中，不要重复地写在各个数值的后面。3表格中的数据要正确反映被测物理量的有效数字。4必要时可以加注说明所列表中数据的其它情况。5写清表名、实验日期。二、作图法物理实验中得出

44、的一系列数据，假设用图线来表示，可以比拟直观地表达所测物理量之 间的关系。有时还可以不通过计算读得某种情况下各物理量的对应关系值。如果图线是根 据许多数据点描出的光滑曲线，那么作图法具有求出屡次测量值平均效果的作用，并能对平 均值进行修正。图线还可以帮助发现个别观测量的错误，并可通过图线对系统误差进行分 析。有的情况下，能简便地从图线中求出实验所需的某些结论。用图示法表达物理量之间 的关系，要注意以下作图方法。1要作好一张实验图线，首先要选择适宜的图纸，最常用的图纸是直角坐标纸。图 纸的大小，原那么上以不损失实验数据的有效数字和能包括所有的实验点为最低限度，即图 纸上最小分格至少应与实验数据中

45、最后一位准确数相当。2合理选轴，正确分度。一般以自变量为横轴、因变量为纵轴，并且顺轴的方向注 明该轴所代表的物理量和单位。坐标轴确定以后，还要在轴上均匀地标明坐标分度，分度 应使每一个点的坐标值能迅速方便地读出，并应使作出的图线比拟对称地充满整个图纸而 不偏于一边或一角。坐标的起点可以不从零开始，两轴的比例也可以不同。3正确标出实验数据的坐标点。测量数据点常用“ +符号标出，并使交叉处正好落 在数据点上。4连接实验图线。连接实验图线有两种方法：一种是直接将各点用直线连接起来， 成为一条折线。这一般在数据点过少，并且自变量和因变量的关系难以确定时采用。多数 情况下，由于物理量之间的关系在某一定范

46、围内是连续的，因此应根据图上各数据点的分 布和趋势，作出一条连续且光滑的曲线或直线。由于实验有一定的误差，所以图线不一定 要通过每一个数据点，只要求它们离图线很近且匀称，合理地分布在图线两侧。5图注和说明。作完图后，在图纸上明显的位置标明图名、作者和作图日期。有时 还可附上简要的说明，如实验条件、数据来源等。三、逐差法逐差法是对等间距测量的有序数据进行逐项或相等间隔项相减得到结果。它计算简 便，并可充分利用测量数据，及时发现错误，总结规律，是物理实验中常用的数据处理方 法之一。在中学物理实验中，虽然没有提出逐差法这个名词，但在许多地方都用到了这种数据 处理方法。如在验证牛顿第二定律的实验中，在

47、验证质量一定情境下a与F的关系时，用a 亠丘 求出各个加速度，然后取平均值，用的就是逐差法。3T1逐差法应用说明(以拉伸法测弹簧的劲度系数为例)设实验中等间隔地在弹簧下加砝码(如每次加1g)，共加9次，分别记下对应的弹簧下 端点的位置Lo、Li、Lgo 现计算每加1g砝码时弹簧的平均伸长量，由下式：那么知中间的测量值全部被抵消了，这样就不能充分利用测量数据了。为保证屡次测量的优点，只要在数据处理方法上作一些组合，那么仍可到达屡次测量减小误 差的目的。因此可将等间隔所测量的值分成前后两组，前一组为Lo到L4，后一组为L3到L9。隔 4 项逐差得： L' 1=_5 Lo L' 5=

48、Lg L41 4再取平均值：L' - (Ls i Li)5 i o由此可见，与上面一般求平均值的方法不同，这时每个数据都派上用场了(当然，这里的三是增加5g砝码时弹簧的平均伸长量)。故对应项逐差可充分利用测量数据，具有 对数据求平均和减小误差的目的。2. 逐差法应用条件(1) 自变量x是等间距变化的。M(2) 被测物理量之间的函数关系形式可以写成 x的多项式，即yamxmm 03. 用逐差法求y=ao+ax的系数ao、a1设实验数据共有21 (偶数)组，即xi、X2、x2,，对应的有yi、y2、y2l。且xy1aoajxox)作等间距变化，那么有：y2aoa1 (Xo2 x)y2iao

49、a1 (xo2i x)y1yi 1y1a1i x隔(1 1)项逐差，那么有:y2yi 2 ya1i xyiy2iyia1i x1故a1平均值为：a11l1亠i 1 l x1 ii2 x i 1yi由式及式可求出系数 a0 的平均值，四、最小二乘法把实验结果通过前面的作图法，固然可以求出函数关系，表示出某种物理规律，但是 由图像求出的方程函数关系，不如用测量数据直接求函数关系更合理、准确、方便， 在图线的绘制上往往带有较大的任意性，所得的结果也常常因人而异，而且很难对它作进 一步的误差分析。为了克服这些缺点，希望从实验的数据求经验方程函数关系 。在数理统计中研究了直线的拟合问题，此类问题称为方程

50、的回归问题。最小二乘法是总结经验公式的最常用方法之一。它是由一组实验数据找出一条最正确的 拟合直线 或曲线的常用方法，所得的变量之间的相关函数关系称为回归方程。所以最小 二乘法线性拟合也称为最小二乘法线性回归。附录 1：中学物理典型实验初中物理局部一、二力平衡实验目的： 认识二力平衡的条件。实验原理： 二力平衡原理。实验器材：带羊眼圈的小木块6厘米X8厘米X2厘米参看图1,测力计2支， 刻度尺，粉笔，小车，线，定滑轮 2 个，等质量小盘 2 个，砝码假设干。实验步骤：1在实验桌上用粉笔划一条直线，直线两端桌子边缘处安上两个定滑轮。将小车放 在直线中段，用粉笔在桌面上画出小车的四边。然后将小车两

51、端用线系好绕过定滑轮后下 端各吊一个质量相等的小盘。往两个小盘里分别放上质量不相等的砝码，可看到小车向砝 码较重的一方运动。图12往两个小盘里放上质量相等的砝码，可看到小车保持静止图2。这时小车受到的两个小盘及其所载砝码的重力相等。这样，又可以得出上述的二力平衡条件。图23将小车一端撤去挂线及重物，换成用手握持测力计。让小车保持静止，记下测力 计示数。然后用测力计测出另一端小盘及挂线和砝码的总重，可看到两次读数相等，由此 再一次证实了二力的平衡条件。二、做功过程就是能量转化或转移的过程实验目的： 探究功和能量的关系。实验原理： 能量守恒原理。实验器材： 一端封闭的铜管一个、橡皮塞一个、粗棉绳一

52、根、乙醚、铁夹一个。实验步骤：1. 先将铜管固定在铁夹上如图 3。2. 在铜内注入约 1/3 管高的乙醚，盖上橡皮塞，不要塞太紧。3. 把棉绳套在铜管上，双手反复拉动棉绳使铜管变热，继续摩擦铜管即可看到橡皮塞 跳出。图3考前须知：1. 乙醚易燃，使用时注意平安。2. 实验完毕将乙醚倒入原瓶。三、阿基米德定律实验目的： 验证阿基米德定律。实验仪器： 阿基米德定律演示器，自制圆柱体，小石块，染色水，煤油，自制的“气 体的浮力实验装置。实验步骤：1重做“浮力的大小一节实验，复习“圆柱体排开水的体积与浸入水中体积相等 的结论。2在测力计与圆柱体之间加挂塑料小桶，按图 4 分步进行演示，观察圆柱体浸入水

53、 中前，浸入一局部如 1/2 、全部浸没和每次浸入后圆柱体排开的水倒入塑料小桶时， 测力计上视重的变化，得出圆柱体所受浮力的大小等于圆柱体排开的水重。图43用自制圆柱体取代塑料圆柱体重做一次，观察测力计视重的变化，再次证明浮力 的大小跟圆柱体自身的材料性质无关。4将水换成煤油，观察圆柱体浸入前、浸没后和圆柱体排开的煤油倒入塑料小瓶， 测力计上视重的变化，得出圆柱体所受浮力的大小跟排开的液体的密度有关；浮力的大小 等于圆柱体排开的煤油重，同时引导学生将结论中的“水改为“液体。5用细线系住小石块取代圆柱体，重复做一遍，使结论中的“圆柱体扩展为任意 形状的一般物体。图56用图 5 装置演示物体在气体

54、中所受浮力的大小。调节重物，使杠杆平衡在烧瓶 中放入石灰石，注入盐酸，把发生的二氧化碳气体用橡皮管注入水槽，当水槽内充满二氧 化碳气体时，观察密封纸筒受到二氧化碳气体的浮力而浮起，杠杆失去平衡。再把二氧化 碳气体注入上面的空心纸桶内，当注满时，杠杆又恢复平衡。说明浸入二氧化碳气体的密 封纸桶，受到二氧化碳气体的浮力，浮力的大小等于排开的二氧化碳气体受到的重力。考前须知1实验方法要交代清楚，不要一开始就把全套仪器端出来，先不挂小桶演示，再加 挂小桶演示，要指出加挂小桶的意图；要演示圆柱体的体积与塑料小桶的容积相等；要说 明溢水杯的作用；要指出浸入体积与排开体积和浮力大小与排开液体气体受到的重力

55、之间的数量关系。学生对实验装置、原理、方法、步骤明确了解是本实验收到预期效果的 关键，教师必须交代清楚。2实验层次要清楚。如浸入前、底面刚接触液面、浸入一局部、全部浸没、浸没在 不同深度、沉到底部，每步都要有明确的观察重点，有意澄清一些错觉，得出准确结论。四、不同物质的比热容不同实验目的： 探究不同物质的吸热本领是否相同。实验原理： 1 、不同的物质吸收热量的本领不同； 2 、知道什么是物质的比热容； 3 、 研究质量相同的不同物质升高相同温度吸收热量的不同，要采取控制变量法。实验器材： 铁架台两个， 500ml 的烧杯两个，相同规格的加热器两个，搅拌 器两个，秒表，量筒，水，煤油，温度计两支。实验步骤：取两个相同的烧杯，甲杯里装 400 克水，乙杯里装 200 克水，使它们都处于室温，给 它们加热到沸腾，观察加热的时间是否相同。然后取同样多的水400克，甲杯加热到100°C，乙杯加热到80 °C,观察加热的时间是 否相同。图6取 400 克的水和煤油分别加到烧杯中 图 6，给它们加热相同的时间，观察它们升高 的温度是否相同。实验结论： 给相同质量和相同温度的水和煤油加热，使它们吸收相同的热量，煤油上 升的温度高。要使它们上升的温度相等，对水的加热时间