2021年高考物理复习知识点之实验与仪器使用素材

高考物理知识点之实验与仪器使用

考试要点

物理学是一门以实验为基础的自然科学。物理实验是中学物理教学中的重要内容，也是物理教学的基础。通过实验

教学，帮助学生理解、掌握物理知识，学会实验技能，仪器的使用和操作，学习物理学研究问题的方法。物理实验

的内容，也是高考重要的组成部分。

高考考查的实验

1.互成角度的两个共点力的合成

2.练习使用打点计时器3.测定匀变速直线运动的加速度

3.验证机械能守恒定律

4.用单摆测定重力加速度

5.测定金属的电阻率（同时练习使用螺旋测微器）

6.用电流表和电压表测电池的电动势和内电阻

7.练习使用多用表测电阻

8.测定玻璃的折射率

9.用游标卡尺观察光的衍射现象（同时练习使用游标卡尺）等

具体实验

1、力是物体之间的相互作用

实验仪器：磁铁、小铁块；细线、钩码（学生用）

教师操作：磁铁吸引铁块。

学生操作：用细线使放在桌上的钩码上升。

实验结论：力是物体对物体的作用。2

2、测量力的仪器

实验仪器：弹簧秤（2只）11

弹簧秤：Z

（1）构造和原理弹簧秤测力原理是根据胡克定律，即G产尸产kx,故弹簧秤的刻度是均匀的，构造

如图。

（2）保养

①测力计不能超过弹簧秤的量程。

②测量前要注意检查弹簧秤是否需要调零，方法是将弹簧秤竖直挂起来，如其指针不指零位，就需要调零，一

般是通过移动指针来调零。

③被测力的方向应与弹簧秤轴线方向一致。

④读数时应正对平视。

⑤测量时，除读出弹簧秤上最小刻度所表示的数值外，还要估读一位。

⑥一次测量时间不宜过久，以免弹性疲乏，损坏弹簧秤。

教师操作：两只弹簧秤钩在一起拉伸，可检验弹簧秤是否已损坏。

3、力的图示

实验仪器：刻度尺、圆规

4、重力的产生及方向

实验仪器：小球、重锤、斜面

教师操作：向上抛出小球，小球总是会落到地面。

教师操作：小球在桌上滚到桌边后总是会落到地面。

实验结论：地球对它附近的一切物体都有力的作用，地球对它周围的物体都有吸引的

作用。

教师操作：观察重锤线挂起静止时，线的方向。

教师操作：观察重锤线的方向与水平桌面、斜面是否垂直。

实验结论：重力的方向与水平面垂直且向下，而不是垂直物体表面向下。

5、重力和质量的关系

实验仪器：弹簧秤、钩码（100gX3只）

教师操作：将质量为100g的3只钩码依次挂在弹簧秤上，分别读出它们受到的重力为

多少牛，将数据记在表格中，做出相应计算。

质量m(kg)重力G（N）重力与质量的比g（N/kg）

0.1

0.2

0.3

实验结论：物体的质量增大几倍，重力也增大几倍，即物体所受的重力跟它的质量成正比，这个比值始终是

9.8N/kgo

6、悬挂法测重心

实验仪器：三角板、悬线、不规则形状薄板（人字形梯子、绳子）

教师操作：在A点用线将不规则物体悬挂起来；在B点将不规则物体悬挂起来，两次重锤线的交点即是重心。

（若条件许可，可用梯子、绳子测出人的重心位置。）

7、重心位置会发生改变

实验仪器：100元面值人民币

学生游戏：人民币放于墙附近，学生5〜6人，脚跟、屁股不离墙，腿不打弯，谁够到100元就归谁。

游戏结论：没有人能够完成这个动作一一重心前移，屁股顶在墙上不能后撤，人会向前倒。

8、显示微小形变

实验仪器：平面镜及支架（2组）、半导体激光光源；装满红色水带细管的玻璃瓶（椭

教师操作：先沿短轴方向捏压玻璃瓶，细管中水面上升，后沿玻璃瓶长轴方向捏压,

不但没有上升，反而还下降了。

实验结论：说明玻璃瓶容积改变，发生了形变。

教师操作：激光通过二平面镜的反射，射在白墙上，在桌面加力。

实验结论：反射光向下移动，说明两平面镜向中间倾斜，桌面发生形变。

9、胡克定律——弹力和弹簧伸长的关系（学生实验）

实验仪器：弹簧（不同的多根）、直尺、钩码（一盒）、细绳、定滑轮

实验目的：探索弹力与弹簧伸长的定量关系，并学习所用的科学方法。

实验原理：弹簧受到拉力会伸长，平衡时弹簧产生的弹力和外力大小相等。这样弹力

可以通过测定外力而得出（可以用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力）；弹簧的伸长可用直尺

多测儿组数据，用列表或作图的方法探索出弹力和弹簧伸长的定量关系。

学生操作：（1）用直尺测出弹簧的原长1。.

（2）将弹簧一端固定，另一端用细绳连接，细绳跨过定滑轮后，下面挂上钩码，待弹簧平衡后，记录下弹簧的长度

及钩码的重量。改变钩码的质量，再读出儿组数据。

1234567

弹簧原长lo（cm）

钩码重量厂（N）

弹簧现长1（cm）

弹簧伸长量x（cm）

（3）根据测量数据画出F-x图像。

实验结论：在弹性限度内，弹簧的伸长量与受到的拉力成正比。

10、影响滑动摩擦力的因素

实验仪器：摩擦计器2109）、弹簧测力计、钩码（一盒）

教师操作:将摩擦板水平放置平稳，摩擦块置于其上，用测力计牵引摩擦块,可测得

最大静摩擦力,待匀速拉动后，可测得滑动摩擦力。

教师操作：改变摩擦面和在摩擦块上加祛码重做上边实验。

实验结论：通过实验数据可验证摩擦力与正压力和摩擦系数有关，与摩擦面大小无关。

11、摩擦系数

摩擦计(J2109)、轨道小车(J2108)、钩码(J2106)、祛码、祛码盘、坐标纸、长毛巾、棉布、玻璃板、测力计

(J2104)

实验目的：通过实验进一步明确决定滑动摩擦力大小的因素，掌握测定滑动摩擦系数的原理和方法。

实验原理：一个物体在水平面上做匀速直线运动时，物体所受的滑动摩擦力与外界施加的水平拉力是一对平衡

力。测出物体所受的水平拉力即可求得水平面对物体的摩擦力，由f=UN即可求出物体与水平面间的滑动摩擦

系数。

教师操作：

(1)将一端装有定滑轮的长木板放在水平桌面上，调节木板成水平状态。

(2)用测力计称出摩擦块所受的重力，将摩擦块放在长木板上，用细线将摩擦块跨过滑轮与祛码盘相连，如图。

注意调整滑轮的高度，使线与木板表面平行。

(3)逐渐在祛码盘中加祛码，直到用手推动一下摩擦块后，摩擦块能在木板上做匀速直线运动为止。称出祛码

盘和祛码的总重，即求出此时摩擦块所受的摩擦力F(应重复几次求平均值)。摩Q擦块对

木板的压力N等于摩擦块所受的重力。

k,

(4)依次在摩擦块上加50克、100克、150克、200克、250克钩码，即改卜工二I--一-・=变摩擦

块对木板的压力N,重复以上实验可发现摩擦块所受的摩擦力变大。分别记下摩擦块所受的摩擦力珍九……,

将以上结果填入下面的表格中。

实验次数压力人(N)摩擦力AN)

1

12平均值

3

1

22平均值

3

1

32平均值

3

1

42平均值

3

1

52平均值

3

(5)以滑动摩擦力f为纵坐标，压力N为横坐标，在坐标纸上描出滑动摩擦力与正压力之间的关系图象(图象应

为过原点的直线)。

(6)求出图象的斜率1<=18@,此即摩擦块与木板之间的滑动摩擦系数U。

(7)在长木板上依次铺上长毛巾、棉布、玻璃板，重复以上实验方法(3),确定在压力相同的情况下，摩擦块所

受滑动摩擦力与接触材料表面情况之间的关系。

(8)在以上实验中，将摩擦块由平放改为侧放，即改变摩擦块与木板接触面积的大小，测出相应的滑动摩擦力，

观测在压力和接触面情况相同的条件下，滑动摩擦力的大小与接触面积有无关系。测定时每次都应使拉线与水平木

板表面平行。

12、滑动摩擦力与滚动摩擦力比较

实验仪器：带轴的滚轮、摩擦板、弹簧测力计

教师操作：将摩擦板水平放置平稳，固定滚轮不让滚动，置于

板上，用测力计牵引滚轮，待匀速拉动后，可测得滑动摩擦力：取

定让滚轮滚动，待匀速拉动后，可测得滚动摩擦力。

实验结论：通过比较数据，可验证滚动摩擦力远远小于滑动摩擦

13、共点力的合成与分解

实验仪器：力的合成分解演示器(J2152)、钩码(一盒)、平行四

演示器

教师操作：把演示器按事先选定的分力夹角和分力大小，调整

和选配钩码个数：把汇力环上部连接的测力计由引力器拉引来调节

度，并还要调节拉引力距离，使汇力环悬空，目测与坐标盘同心；

分力夹角，重做上边实验。

实验结论：此时测力计的读数就是合力的大小；分力夹角越小合力越大，分力夹角趋于180度时合力趋近零。

力的合成分解演示器：

教师操作：用平行四边形演示器0点孔套在坐标盘中心杆上，调整平行四边形重合实验所形成四边形，用紧固

螺帽压紧，学生可直观的在演示器上看出矢量作图。

14、验证力的平行四边形定则(学生实验)

实验仪器：方木板、白纸、橡皮筋、细绳套2根、平板测力计2只、刻度尺、量角器、铅笔、图钉3-5个

实验目的：验证互成角度的两个共点力合成的平行四边形定则。

实验原理：一个力F的作用效果与两个共点力F.和F2的共点p------------F-------------

作用效果都是把橡皮筋拉伸到某点，所以F为&和作的合力。做/V

出F的图示，再根据平行四边形定则做出R和F2的合力F'的图V、

示，比较F'和F是否大小相等，方向相同。/V

学生操作：£

(1)白纸用图钉固定在方木板上;橡皮筋一端用图钉固定在白/夕?

纸上，另一端拴上两根细绳套。。©

(2)用两只测力计沿不同方向拉细绳套，记下橡皮筋伸长到的°°

位置0,两只测力计的方向及读数％、Fz,做出两个力的图示，以两个力为临边做平行四边形，对角线即为理论上

的合力F',量出它的大小。

(3)只用一只测力计钩住细绳套，将橡皮筋拉到0,记下测力计方向及读数F,做出它的图示。

(4)比较F'与F的大小与方向。

(5)改变两个力Fi、F2的大小和夹角，重复实验两次。

实验结论：在误差允许范围内，证明了平行四边形定则成立。

注意事项：

(1)同一实验中的两只弹簧测力计的选取方法是：将两只弹簧测力计钩好后对拉，若两只弹簧测力计在拉的过

程中读数相同，则可选，若不同，应另换，直到相同为止；使用时弹簧测力计与板面平行。

(2)在满足合力不超过弹簧测力计量程及橡皮筋形变不超过弹性限度的条件下，应使拉力尽量大一些，以减小

误差。

(3)画力的图示时，应选定恰当的标度，尽量使图画得大一些，但也不要太大而画出纸外；要严格按力的图示

要求和几何作图法作图。

(4)在同一次实验中，橡皮筋拉长后的节点0位置一定要相同。

(5)由作图法得到的F和实验测量得到的F'不可能完全符合，但在误差允许范围内可认为是F和F'符合即可。

误差分析：

(1)本实验误差的主要来源一一弹簧秤本身的误差、读数误差、作图误差。

(2)减小误差的方法一一读数时眼睛一定要正视，要按有效数字正确读数和=记录，两个

力的对边一定要平行；两个分力品、艮间夹角0越大，用平行四边形作图得出飞、-L的合力F'

的误差AF也越大，所以实验中不要把e取得太大。)

15、研究有固定转动轴物体的平衡条件('•'I

实验仪器：力矩盘(J2124型)、方座支架(J1102型)、钩码(J2106M)、杠杆*['(J2119

型)、测力计(J2104型)、三角板、直别针若干1'"--r-；4

实验目的：通过实验研究有固定转动轴的物体在外力作用下平衡的条件，sI进一步明

确力矩的概念。,一^----二

教师操作：

(1)将力矩盘和一横杆安装在支架上，使盘可绕水平轴自由灵活地转动，调节盘面使其在竖直平面内。在盘面

上贴一张白纸。

(2)取四根直别针，将四根细线固定在盘面上，固定的位置可任意选定，但相互间距离不可取得太小。

(3)在三根细绳的末端挂上不同质量的钩码，第四根细绳挂上测力计，测力计的另一端挂在横杆上，使它对盘

的拉力斜向上方。持力矩盘静止后，在白纸上标出各悬线的悬点(即直别针的位置)和悬线的方向，即作用在力矩盘

上各力的作用点和方向。标出力矩盘轴心的位置。

(4)取下白纸，量出各力的力臂L的长度，将各力的大小F与对应的力臂值记在下面表格内(填写时应注明力矩

M的正、负号，顺时针方向的力矩为负，反时针方向的力矩为正)。

(5)改变各力的作用点和大小，重复以上的实验。

次数I;(\)L(m)M(N•m)2M(N•m)

1

注意事项:

(1)实验时不应使力矩盘向后仰，否则悬线要与盘的下边沿发生摩擦，增大实验误差。为使力矩盘能灵活转动,

必要时可在轴上加少许润滑油。

(2)测力计的拉力不能向下，否则将会由于测力计本身所受的重力而产生误差。测力计如果处于水平，弹簧和

秤壳之间的摩擦也会影响结果。

(3)有的力矩盘上画有一组同心圆，须注意只有受力方向与悬点所在的圆周相切时，圆半径才等于力臂的大小。

一般情况下，力臂只能通过从转轴到力的作用线的垂直距离来测量。

16、共点力作用下物体的平衡

实验仪器：方木板、白纸、图钉、橡皮条、测力计3个(J2104型)、细线、直尺和三角板、小铁环(直径为5

毫米的螺母即可)

实验目的：通过实验掌握利用力的平行四边形定则解决共点力的平衡条件等问题的方法，从而加深对共点力的

平衡条件的认识。

教师操作:

(1)将方木板平放在桌上，用图钉将白纸钉在板上

小铁环上。

(2)将小铁环放在方木板上，固定一个测力计，沿

两个不同的方向拉另外两个测力计。平衡后，读出测

力计上拉力的大小宿、&、鼻，并在纸上按一定的标度，

用有向线段画出三个力拼、F2、F”把这三个有向线段

廷长，其延长线交于一点，说明这三个力是共点力。

(3)去掉测力计和小铁环。沿力的作用线方向移动

三个有向线段，使其始端交于一点0,按平行四边形

定则求出E和F2的合力F&。比较小和在实验误

差范围内它们的大小相等、方向相反，是一对平衡力，

即它们的合力为零。由此可以得出％、&、F3的合力

为零是物体平衡的条件，如果有更多的测力计，可以

用细线将几个测力计与小铁环相连，照步骤2、3那样，画出这些作用在小铁环上的力R、&、F3、F,……，它们仍

是共点力，其合力仍为零，从而得出多个共点力作用下物体的平衡条件也是合力等于零。

注意事项：

(1)实验中所说的共点力是在同一平面内的，所以实验时应使各个力都与木板平行，且与木板的距离相等。

(2)实验中方木板应处于水平位置，避免重力的影响，否则实验的误差会增大。

描述运动的基本概念匀速运动

1、时间与时刻

实验仪器：作息时间表、停表、电磁打点计时器、电火花打

器

停表(秒表)：

(1)构造

①外壳按钮一一使指针启动、停止和回零。②表盘刻度一

示，长针是秒针指示大圆周的刻度，其最小分度一般是0.1s,秒

圈是30s；短针是分针，只是小圆圈的刻度，其最小分度值常见为

(2)使用方法首先要上好发条，它上端的按钮用来开启和止

(3)读数方法所测时间超过0.5min时,0.5min的整数倍部分

读出，不足0.5min的部分由秒针读出，总时间为两针示数之和。

(4)注意事项

①检查秒表零点是否准确。如不准，应记下其读数，并对读数作修正。

②实验中切勿碰摔秒表，以免震坏。

③实验完毕，应让秒表继续走动，使发条完全放松。

④对秒表读数时一般不估读，因为机械表采用的齿轮传动，指针不可能停在两小格之间，所以不能估读出比最

小刻度更短的时间。

电磁打点计时器:

（1）调节和固定

电磁打点计时器使用时应先固定。它

的底座上有两条凹槽，可用台夹将它固定在

实验桌的边沿或斜面的一端，注意使纸带的

中心线位于物体的运动方向上或与斜面另一

端的定滑轮凹糟的方向一致。如果单独使用

打点计时器，也可用台夹将它固定在铁支架

的支杆上。

把打点计时器接入50赫6伏的正弦交流

电源（J1202型或J1202-1型学生电源，打

点计时器在4〜6伏范围内能正常工作），让

打点计时器开始工作，观察振动片的振动是

否均匀。如果振动不均匀，可调节振动片的调节螺母,直到打点均匀有力，声音清晰、不拖尾巴。表示打点计时器

已能正常工作。然后关闭电源。

给打点计时器装上复写纸片，移动复写纸的转轴,使复写纸压入压纸框架下。从纸带限位孔穿入纸带，经复写

纸下从另一限位孔穿出。

接上电源，使打点针工作，调节打点针的高低，以刚好能在纸上打出点为准，尽量减少打点针与打点纸带的接

触时间。

（2）构造和原理

J0203型电磁打点计时器为磁电式结构，其构造如图。

当线圈通以50赫的交流电时，线圈产生的交变磁场使振动

片（由弹簧钢制成）磁化，振动片的一端位于永久磁铁的磁

场中。由于振动片的磁极随着电流方向的改变而不断变

化，在永久磁铁的磁场作用下，振动片将上下振动，其振

动周期与线圈中的电流变化周期一致，即为0.02秒。图为

半个周期时的情况。

振动片的一端装有打点针，当纸带从针尖下通过时。

便打上一系列点，相邻点之间对应的时间为0.02秒。5个

间距对应的时间为0.10秒。

（3）频率检查

打点计时器的计时精度主要由振动片的振动频率所决定。由于振动、碰撞等原因可能使打点频率偏离正常范围

（包括出现频率偏移和频率不稳等现象），影响它的正常工作。

前可检查其频率是否正常。这里介绍用示波器检查打点频率的

将打点计时器的线圈接入6伏交流电源,振动片接示波器

输入”（不能使用旋松紧固螺钉或夹在振动片上的方法连结，

导线绕在振动片的固定螺钉上，避免影响振动频率），限位板

波器的“接地”端，如图•当打点针与限位板不接触时，示波

入上就有一个感应交流电压的正弦信号输入：当打点针与限位

触时，y输入电压为零，因此在正弦波上留下一个缺口。若打

的振动频率稳定，打点针与限位板碰击的时机相同，则正弦波

缺口位置始终一致；若打点器的振动不稳定，打点针与限位板碰击时机不等，各次缺口出现的位置不同，由于视觉

暂留的作用，正弦波看来就会有两个缺口，这时打点纸带上会出现重复性的“双点”。仔细调节振动片的固定螺钉,

直到示波器显示的正弦波只出现一个缺口，打点器的振动频率就核准好了。

（4）造成打点计时器频率不稳或出现“双点”的原因及解决办法

①当振动片的固有频率与电源频率（50赫）相一致时，振动片便产生与电源频率同步的振动，即发生共振，此时

打点周期与电源周期一致。若振动片的固有频率偏离工作电源频率，就会出现打点周期不稳的情形。振动片的固有

周期主要由它的长度决定。所以可通过调节振动片的长度来调整它的固有周期。松开振动片的固定螺钉，逐步改变

振动片的长度，并观察振动片的振幅，当振幅最大时，表明振动片的固有频率与电源频率一致。

②振动片在线圈框架中的位置及在磁铁之间的位置都必须位于正中间，否则会出现打点周期不稳的现象。如发

现振动片周期不稳，可松开振动片的紧固螺钉，改

变垫片的厚度，使振动片位于正中间。

电火花打点计时器：

电火花计时器的外形如图所示，它可以代替电

磁打点计时器使用，也可以与简易电火花描迹仪配

套使用。

使用时电源插头直接插在交流220伏插座内，

将裁成圆片（直径约38毫米）的墨粉纸盘的中心孔

套在纸盘轴上，将剪切整齐的两条普通有光白纸带（20X700mnO从弹性卡和纸盘轴之间的限位槽中穿过，并且要让

墨粉纸盘夹在两条纸带之间，这样当两条纸带运动时，也能带动墨粉纸盘运动，当按下脉冲输出开关时，放电火花

不至于始终在墨粉纸盘的同一位置而影响到点迹的清晰度。也可以用上述尺寸的白纸带和墨粉纸带（位于下面）做实

验，例如在简易电火花描迹仪的导轨上就是这样放置的。还可以用两条白纸带夹着一条墨粉纸带做实验；用电火花

计时器做测量自由落体的加速度实验就是这样做的。墨粉纸可以使用比较长的时间，一条白纸带也可以使用4次，

从而降低了实验成本。

电火花计时器使用中运动阻力极小（这种极小阻力来自于纸带运动的本身，而不是打点产生的），因而系统误差

小，记时精度与交流电源频率的稳定程度一致（脉冲周期漂移不大于50微秒，这一方面也远优于电磁打点计时器），

同时它的操作简易，学生使用安全可靠（脉冲放电电流平均值不大于500微安）。

2.平均速度与瞬时速度

实验仪器：数字计时器（J0201-CC）、气垫导轨（J2125）、小型气源（J2126）、水平尺、滑快、挡光片

气垫导轨：

（1）构造

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

立㈣筒、）

0於⑥.&外弹性碰捶睡

歪卅\一定离垫炕

工她比定高中块

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。

气垫导轨按其直线度是否可调分为普通式（不可调式）和可调式两种型式。该产品以轨面长度为主参数。主参数

系列有800毫米、1200毫米、1500毫米和2000毫米四种，前两种规格适合中学物理实验使用。气垫导轨还可以按

照其所需的工作压强和滑行器质量分为高气压、重滑行器及低气压、轻滑行器两类。前者性能好，但价格略高，后

者性能稍差，价格较低。

的气轨

高气压

J2125

它是低

器、直

气轨。

匕图为J2125—1型气垫导轨，它是另一种高气压、重滑行器、直线度可调式气垫导轨。

上图为J2125—2型

气垫导轨，它是高气

压、重滑行器、直线

度不可调式气垫导

轨。

气垫导轨实验

中的运动物体为滑

行器（又称滑块），右

图为L—QG—T—

1200/5.8型气垫导

轨的滑行器。滑行器

上部有五条“T”形

槽，可用螺钉和螺帽方便地在槽上固定各种

附件。下面的两条“T”形槽的中心正好通过

滑行器的质心，在这两条槽的两端安装碰撞

器或挂钩，可使滑行器在运动过程中所受外

力通过质心。在这两条槽的中部加装配重块

后滑行器的质心不会改变高度。

（2）保养

①气垫导轨是一种精度较高的现代教学仪器。轨道面的直线度，粗糙度，滑行器内角及表面的平面度都有较高

要求，切忌振动、重压。严防碰伤和划伤。不允许在不通气的情况下将滑行器在轨面上滑磨。

②实验前一定要检查气孔是否通畅，如有小孔被堵塞，滑行器运动到该处就会受到影响，甚至会停住不动。如

有小孔被堵塞，应该用细钢丝(直径小于0.5毫米)捅开。

③滑行器的运动速度不宜过低，否则当外界因素变化时(如室内气流量不稳、压力不均时，会影响滑行器的运

动)。一般来说，滑行器的运动速度应大于50厘米/秒。

④导轨使用时应安放在结实、牢固的实验台上。如实验台单薄会影响导轨调水平。如欲使导轨成斜面、可在调

平螺钉下面加定高垫块。

⑤导轨应放于清洁干燥的环境中，长期不用应用塑料套遮盖，防止灰尘。

(3)调平

气轨在使用前应调节轨面成水平。因为轨面不水平会使滑行器所受的重力产生与导轨长度方向平行的分力，由

于滑行器是“飘浮”在气垫上的，任何微小的分力都会给滑行器以附加的加速度，因而增加实验的误差。气轨的调

平可按下列两种方法之一进行。

①静态调平法

气垫导轨的调平螺钉一般是按等腰三角形的三个顶点分布的。先调节位于三角形底边两端的调平螺钉，使轨面

在与长度垂直方向上达到目视水平。然后向导轨通气，将滑行器轻放在轨面上，调节位于三角形顶点位置的螺钉，

使滑行器在将要进行实验的运动范围内停住不动或无明显移动，则可认为轨面已经调平.注意在即将调平时要以很

小的角度旋转调平螺钉，以免调节过量。

②动态调平法

将两个光电门按实验需要拉开一段距离安装在导轨上，使其指针对准导轨上标尺刻度。把光电门线两端的四芯

插头分别插入光电门架和计时器面板上的四芯插座中，将两光电门和计时器连通。开启计时器电源，使计时器能正

常工作：将计时方式置于“计时I”，用手在光电门处遮一下光，计时器能计下遮光时间即为正常；将计时器计时

方式置于“计时H”，用手在任一光电门处遮一下光，再在另一光电门处遮一下光，计时器能计下两次遮光的时间

间隔为工作正常。计时器的时标定为不大于1毫秒。

在滑行器中部安装挡光片，接通气源，将滑行器轻放在轨面上，使其运动起来。调整光电门的位置，使其能被

挡光片有效遮光，又不妨碍滑行器运动。置计时器为“计时H”计时方式。让滑行器从导轨一端向另一端运动，挡

光片顺序通过两个光电门。计时器分别计下挡光片通过两个光电门的时间。调节处于三角形顶点位置的调平螺钉，

使计时器计下的两次计时值基本相等，使滑行器从另一端向相反方向运动，计时器的两次计时值也基本相等，即可

认为轨面已调平。

(4)滑块质心的调整

气垫导轨的气垫对滑行器有一定的“浮力”。这一力的方向向上并且过滑行器的几何中心。一般情况下滑行器

的质心也在其几何中心。

所以，在轨面水平的条件下，滑行器应能浮在轨面上不沿轨面左右移动。但在使用气轨做实验时要在滑行器上

安装挡光片等附件。如果不注意，就改变了质心位置，破坏滑行器所受重力与浮力的平衡，浮力中心会离开质心一

段距离。浮力会产生以质心为轴的力矩，使滑行器在竖直平面内转动一个小的角度，形成了使滑行器沿轨面移动的

分力。

这时即使轨面已经水平，滑行器仍不能浮在轨面上不动。这时请沿长度方向移动滑行器上所安附件的位置，使装上

附件后滑行器的质心与没装附件时滑行器的质心尽量重合。装好附件的滑行器也应能浮在轨面上不动。

数字计时器:

（1）构造

数字计时器和光电门一起组成气垫导轨的计时装置。

光电门的外形如图。它由发光器件（聚光灯泡或红外发光二

极管）和光敏器件（光敏二极管或光敏三极管）组成。通常使

光敏器件处于亮（被光照）状态，在暗（光被遮）状态时向数

字计时器进出脉冲讯号，触发数字计时器计时或停计。

J0201-1型数字计时器如图。

计时器上的输入插口I和n分别与两个光电门相连接。计时

开关扳向“1ms”挡时数码管显示计时值单位为毫秒，计时量程0

一0.999秒；该开关扳向“10ms”挡时，量程为0〜0.09秒。复位

键又称清零键。用以清除上一次计数或计时的示数。

（2）J0201-CC型数字计时器工作状态

①“C”——计数

用当光片对任意一个光电门遮光一次，屏幕显示即累加一次。

②“Si”一一遮光计时

当采用计时8时，任一光电门遮光时开始计时，遮光结束（露光）停止计时，屏幕依次显示出遮光次数和遮光时

间。即图甲中挡光条通过光电门的时间。可连续作1〜255次时间，但只存储前10个数据。

③“SJ一一间隔时间

当采用计时$2时，任一光电门第一次遮光时开始计时。第二次遮光时停止计时，屏幕依次显示出挡光间隔和挡

光间隔的时间，即图乙中两个挡光条先后通过两个光电门之间的时间间隔或挡光片的两个边M、N通过一个光电门

所用的时间。可连续作1-255次实验，只存储前10个数据。

④“T”——测振子周期

用弹簧振子或单摆振子配合一个光电门和一个挡光片做实验。“停止”计时后，屏幕依次显示n个振动周期和

1个n次振动时间的总和。

⑤“a”一一加速度

配合气垫导轨、挡光框、两个光电门作运动体的加速度试验。运动体上的挡光框通过两个光电门之后自动进入

循环显示一一挡光框通过第一个光电门的时间；挡光框通过第一个光电门至第二个光电门之间的间隔时间；挡光框

通过第二个光电门的时间；挡光框通过第一个光电门的速度；挡光框通过第二个光电门的速度；挡光框通过第一个

光电门至第二个光电门之间的运动加速度。

⑥“g”一一测重力加速度

⑦“Col”一一完全弹性碰撞实验

⑧“Sgl”一一时标输出

（3）保养

①实验前应先调整发光器件和光敏器件的相对位置。如果二者没有对准，数字计时器在“SJ'计时方式下数码

管会不停地翻动、不能计时。使发光器件的光束对准光敏器件、计时器的数码管就不会再翻动。手动“复位”后显

示“0”，即可开始遮光计时。

②数字计时器应按电子仪器常规保养。维修时严禁带电焊接，焊接时要将电烙铁断掉电源，用余热焊接。

小型气源：

(1)构造

小型气源为气垫导轨提供一定流量和压强的空气。

它由过滤器、离心式风机、电动机、波纹管、滤清器、减震弹簧等组成。工作时，电动机带动离心式风机旋转,

空气从气源的进气口进入过滤器，进入风机后被压缩成较高压强的气体，经过波纹管(能减少压缩空气噪声)后进入

滤清器，清除空气中的碳粉；(这些碳粉是电动机的碳刷产生的)，然后从气源的出气口经过塑料蛇形软管进入气垫

导轨的型腔中。减震弹簧能减少机械震动产生的噪声。

国内已能生产大流量、高风压、无碳粉的低噪声气源，由于仍然使用整流子电机，气源使用一段时间后，需要

取出滤清器，更换其中的泡沫塑料P

(2)保养

①为保持进入气源的空气干净清洁，实验时不要将气源放在地上。为了不使气源的振动影响滑行器的运动，也

不要把气源与气轨放在同一实验台上。

②气源连续使用一般不超过90分钟。

③气源要与导轨配套。高压重滑行器的气轨要用高压气源(压强4-6千帕)，低压轻滑行器的气轨用低压气源(压

强约0.3千帕)。

④使用以串激整流子电机为动力的气源，要定期更换碳刷。

教师操作：气垫导轨保持水平(水平尺处于中心位置)；数字计时器选择用一只光电门；用不同的挡光片

(100mm,50mm,30mm)演示平均速度；当挡光片宽度越来越小时，平均速度趋近于瞬时速度。

3、匀速直线运动

实验仪器：数字计时器(J0201-CC)、气垫导轨(J2125)、小型气源(J2126)、水平尺、滑快、挡光片(30mm)

教师操作：数字计时器选择Sz；气垫导轨保持水平；使用两只光电门；用手轻推滑块，比较两个光电门示数；

根据v=计算速度，比较结果。

挡光片S光电门1光电门2

30mmV1V2

3.匀变速直线运动

加速度

实验仪器：数字计时器(J0201-CC)、气垫导轨(J2125)、

气源(J2126)、滑快、挡光片(30mm)

教师操作：

(1)使导轨呈倾斜状(通过调节调平螺丝使右端略高于

使两光电门之间的距离约30厘米。接好计时器。计时器用

(2)接通计时器电源，把滑行器(已插上挡光条)放在导轨上靠近右边光电门处，接通气源电源，自由释放滑行

器。在滑行器撞击到缓冲弹簧时立即关闭气源。记下滑行器在两光电门间运动的时间和两光电门之间的距离。记入

记录表中。使计时器置零。

(3)移动左边光电门门架改变计时距离(改变10厘米左右即可)，重复步骤(2)。如此继续，多取儿组S、t数据,

直至左边光电门过于接近缓冲弹簧，不便于计时为止。

(4)根据所测S、t值，计算的值在实验误差范围内是否为恒量。若是，则可求出其加速度的平均值。

研究匀变速直线运动

实验仪器:数字计时器(J0201-CC)、气垫导轨(J2125)、小型气源(J2126)、滑快、挡光片(30mm)

实验目的：用气垫导轨比较精确地测定匀变速直线运动的即时速度和加速度。

实验原理：

物体(质点)过某点的即时速度等于物体经该点时足够小的位移(或足够小的时间)内的平均速度的极限值。实验

中位移AS在可能条件下尽量取小。测出通过AS所用的时间At,则所求得的平均速度V=As/AZ就可认为近似

等于过该点的即时速度。

若实验测得物体在匀变速直线运动中通过某两点时的即时速度，再测得物体通过两点所用的时间t可以用公式

a=求得其加速度。

教师操作：

(1)使气垫导轨倾斜约1°以下.两光电门分别放在位置A和儿处，如图。滑行器置于A的右边，并在其上插

上挡光片。把光电门接在计时器上。计时器拨到“计时H"(&)挡。接通计时器电源。

(2)使小型气源工作，给导轨通气。让滑行器自由下滑。从计时器上读出滑行器经过AAi的时间At.,在标尺上

读出AAi之间的距离AS1,求出滑行器在AAI这段位移中的平均速度.

(3)把N处的光电门移到Az,Aa……,重复步骤2,分别测出对应的平均速度V2,V3……实验时要注意每次

都使滑行器从同一位置自由滑下。

(4)分析所得的实验数据可发现，平均速度随位移减小而减小并趋向某一极限(下表中数据仅供参考)。

(5)为了近似求得此平均速度的极限值，可将计时器拨在“计时I”挡，让滑行器从上面实验中同一位置自由

滑下通过A点，测出挡光条通过A点的时间At.挡光条的有效宽度ASA=30mm(BPLfl),则可求得滑行器在挡光条

遮光时间内运动的平均速度。它是在我们的装置中可能取到的过A点的最小位移内的平均速度，可近似认为是过A

点时的平均速度的极限值，它接近滑行器过A点时的即时速度，见下表中最后一栏。

△s(m)0.4140.2600.1090.0570.0136

△t(s)2.561.780.860.480.12

Vw£m/s)0.1620.1460.1270.1200.113

(6)让一个光电门仍置于A处，另一光电门重新移回用处。重复步骤(5)的操作。但此时要注意记下挡光条通过

A的时间却以及通过A和Ai的总时间t,可得挡光条通过由的时间=t—根据挡光条的有效遮光宽度ASA,分

别求出滑行器通过A及4时的即时速度％=和VA尸。利用步骤⑵所测得的时间At,,可求得a=。

测定匀变速直线运动的加速度(学生实验)

实验仪器：打点计时器、交流电源(电火花打点计时器一220V,电磁打点计时器一4〜6V)、纸带、小车、轨道、

细绳、钩码、刻度尺、导线

实验目的：

(1)掌握判断物体是否作匀变速直线运动的方法。

(2)测定匀变速直线运动的加速度。

纸带处理：

(1)“位移差”法判断运动情况，设相邻点之间的位移分别为Sl、S2、S3……

(A)若S2-Si=s3-s2=.......=s「s0-i=O,则物体做匀速直线运动。

(B)若s2-si=s3-s2=.......=s「SnT=As#0,则物体做匀变速直线运动。

(2)“逐差法”求加速度

a尸,a?=，a3=,

然后取平均值，即a=。

(3)“平均速度法”求速度

(4)“图像法”求加速度

由v0=,求出无数个点的速度，画出v-t图像，直线的斜率即加速度。

学生操作:

(1)把附有滑轮的轨道放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在轨道没有滑轮一端，连接好电

路；再把细绳拴在小车上，细绳跨过滑轮，下边挂上合适的钩码；把纸带穿过打点计时器，并把它的一端固定在小

车的后面(若是电火花打点计时器，用两个纸带分别从上下两边穿过墨粉纸盘)。

(2)把小车停在靠近打点计时器处，接通电源后，放开小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打

下一系列的点，换上新纸带，重复三次。

(3)从三条纸袋中选择一条比较理想的纸带,舍掉开头比较密集的

边便于测量的地方找一个开始点，并把每打五个点的时间作为时间的

T=0.02X5=0.Is,在选好的开始点下面记作0,第六点作为计数点1,

出计数点2、3,4、5、6。两相邻计数点间的距离用刻度尺测出分别

S2...........S6。

(4)求出a的平均值，它就是小车做匀变速直线运动的加速度。

注意事项：

(1)要在钩码落地处放置软垫，防止撞坏钩码。

(2)小车的加速度宜适当大些，可以减小长度的测量误差，加速度

能在约50cm的纸带上清楚的取出7-8个计数点为宜。

(3)纸带运动时不要让纸带与打点计时器的限位孔摩擦。

(4)不要分段测量各段位移，应尽可能的一次测量完毕(可先统一量出到记数起点0之间的距离)。

自由落体运动竖直上抛运动

1、阻力很小时不同物体同时下落

实验仪器：旋片式真空抽气泵(XZ)、牛顿管

教师演示：用抽气泵把牛顿管内空气抽出不同程度，观察铝片与羽毛的下落快慢。

实验结论：空气阻力很小时(接近于真空)，铝片与羽毛同时下落。

2、测重力加速度(1)

实验仪器：铁架台、铁质小球(直径2—2.5厘米)、数字计时器(J0201—CC)、光电门2个、米尺、学生电源、

电磁铁

教师操作：

(D按图将光电门A、B和电磁铁安装在铁架台上，调整它们的位置使三者在一条竖直线内。当电磁铁断电释放

小球后，小球能顺利通过两个光电门

(2)将数字计时器通电并调整光电门，当光电门A光路被瞬间切断时，即开始计时；当光电门B的光路被瞬间

切断时，则停止计时。再接通电磁铁电源吸住小球，开始实验。切断电磁铁电源，小球落下。此时计时器显示的时

间即为小球做自由落体运动通过两光电门A、B的时间At,实验连续做三次，然后取平均值。

2

(3)用米尺测出从小球开始下落的位置到两个光电门中心的距离hi、h2,由公式hkgt『和h2=gt2,

得△t=t2-ti=-=(-)

△「=(-y,g=

由此就可算出所测的重力加速度。

注意事项：

(1)用电磁铁释放小球的缺点是，当切断电流后，电磁铁的磁性消失需要一

时间，铁球与电磁铁铁心可能有一些剩磁，都会使下落时间较实际值大，引起误

差。因此，上面介绍的方法是测定小球通过两光电门之间距离所用的时间。避免了

测定小球开始下落的时刻，这样就消除了上述误差。

(2)测量小球从开始下落的位置到两个光电门中心的距离卜、h2,应该是从

小球下部球表面到两个光电门中心的距离。而不是小球中心到光电门中心的距离,

因为光电门在小球下表面隔断光线时就立即开始计时。为了提高精度，光电门的

光束应该调得较细，并适当增大两光电门A、B间的距离，使时间测量的相对误

差减小。

3、测重力加速度(2)

实验仪器：铁架台、电磁打点计时器(J0203型)、米尺、重锤、夹子、学生电

源

教师操作：(1)将铁架台放于水平桌的边沿，打点计时器固定于支架的下端

并位于竖直平面内。支架底座上放一重物以保持支架的稳定。打点纸带上端穿过

计时器的限位孔，并用夹子固定起来，下端通过夹子悬挂一重锤。

(2)接上电源，闭合开关。待打点计时器工作稳定后，放开上面的夹子让重锤带着纸带自由下落。这时计时器

在纸带上打下了一系列点。重复实验，可得几条打点纸带。

(3)在纸带上选取5—6个点，分别求出打点计时器在打这几个点时，重锤下落的速度及对应的时刻，把乘出的结果

在坐标纸上以t为横坐标，以v为纵坐标，画出各点。再根据这些点画直线，直线的斜率即为利用该纸带测出的重

力加速度的值。然后利用另外几条纸带分别求出重力加速度的值，最后求出这些重力加速度值的平均值，即为该地

区的重力加速度值。

牛顿第一定律牛顿第三定律

1、惯性⑴

实验仪器：气垫导轨(J2125)、小型气源(J2126)、水平尺、滑块、挡光片

教师操作：气垫导轨保持水平；用手轻推滑块，手离开滑块后，合外力为零，滑块维持匀速直线运动状态。

2、惯性⑵

实验仪器：木块、小车