高中各科目的學(xué)習(xí)對同學(xué)們提高綜合成績非常重要，大家一定要認(rèn)真掌握，小編為大家整理了高中物理實驗：直線運動，希望同學(xué)們學(xué)業(yè)有成!
1、時間與時刻
實驗儀器：作息時間表、停表、電磁打點計時器、電火花打點計時器
停表(秒表)：
(1)構(gòu)造
①外殼按鈕——使指針啟動、停止和回零。
②表盤刻度——如圖所示，長針是秒針指示大圓周的刻度，其最小分度一般是0.1s，秒針轉(zhuǎn)一圈是30s;短針是分針，只是小圓圈的刻度，其最小分度值常見為0.5min。
(2)使用方法 首先要上好發(fā)條，它上端的按鈕用來開啟和止動秒表。
(3)讀數(shù)方法 所測時間超過0.5min時，0.5min的整數(shù)倍部分由分針讀出，不足0.5min的部分由秒針讀出，總時間為兩針示數(shù)之和。
(4)注意事項
①檢查秒表零點是否準(zhǔn)確。如不準(zhǔn)，應(yīng)記下其讀數(shù)，并對讀數(shù)作修正。
②實驗中切勿碰摔秒表，以免震壞。
③實驗完畢，應(yīng)讓秒表繼續(xù)走動，使發(fā)條完全放松。
④對秒表讀數(shù)時一般不估讀，因為機(jī)械表采用的齒輪傳動，指針不可能停在兩小格之間，所以不能估讀出比最小刻度更短的時間。
電磁打點計時器：
(1)調(diào)節(jié)和固定
電磁打點計時器使用時應(yīng)先固定。它的底座上有兩條凹槽，可用臺夾將它固定在實驗桌的邊沿或斜面的一端，注意使紙帶的中心線位于物體的運動方向上或與斜面另一端的定滑輪凹糟的方向一致。如果單獨使用打點計時器，也可用臺夾將它固定在鐵支架的支桿上。
把打點計時器接入50赫6伏的正弦交流電源(J1202型或J1202-1型學(xué)生電源，打點計時器在4～6伏范圍內(nèi)能正常工作)，讓打點計時器開始工作，觀察振動片的振動是否均勻。如果振動不均勻，可調(diào)節(jié)振動片的調(diào)節(jié)螺母，直到打點均勻有力，聲音清晰、不拖尾巴。表示打點計時器已能正常工作。然后關(guān)閉電源。
給打點計時器裝上復(fù)寫紙片，移動復(fù)寫紙的轉(zhuǎn)軸，使復(fù)寫紙壓入壓紙框架下。從紙帶限位孔穿入紙帶，經(jīng)復(fù)寫紙下從另一限位孔穿出。
接上電源，使打點針工作，調(diào)節(jié)打點針的高低，以剛好能在紙上打出點為準(zhǔn)，盡量減少打點針與打點紙帶的接觸時間。
(2)構(gòu)造和原理
J0203型電磁打點計時器為磁電式結(jié)構(gòu)，其構(gòu)造如圖。當(dāng)線圈通以50赫的交流電時，線圈產(chǎn)生的交變磁場使振動片(由彈簧鋼制成)磁化，振動片的一端位于永久磁鐵的磁場中。由于振動片的磁極隨著電流方向的改變而不斷變化，在永久磁鐵的磁場作用下，振動片將上下振動，其振動周期與線圈中的電流變化周期一致，即為0.02秒。圖為半個周期時的情況。
振動片的一端裝有打點針，當(dāng)紙帶從針尖下通過時。便打上一系列點，相鄰點之間對應(yīng)的時間為0.02秒。5個間距對應(yīng)的時間為0.10秒。
(3)頻率檢查
打點計時器的計時精度主要由振動片的振動頻率所決定。由于振動、碰撞等原因可能使打點頻率偏離正常范圍(包括出現(xiàn)頻率偏移和頻率不穩(wěn)等現(xiàn)象)，影響它的正常工作。實驗前可檢查其頻率是否正常。這里介紹用示波器檢查打點頻率的方法。
將打點計時器的線圈接入6伏交流電源，振動片接示波器的“y輸入”(不能使用旋松緊固螺釘或夾在振動片上的方法連結(jié)，可用導(dǎo)線繞在振動片的固定螺釘上，避免影響振動頻率)，限位板接示波器的“接地”端，如圖。當(dāng)打點針與限位板不接觸時，示波器y輸入上就有一個感應(yīng)交流電壓的正弦信號輸入;當(dāng)打點針與限位板接觸時，y輸入電壓為零，因此在正弦波上留下一個缺口。若打點器的振動頻率穩(wěn)定，打點針與限位板碰擊的時機(jī)相同，則正弦波上的缺口位置始終一致;若打點器的振動不穩(wěn)定，打點針與限位板碰擊時機(jī)不等，各次缺口出現(xiàn)的位置不同，由于視覺暫留的作用，正弦波看來就會有兩個缺口，這時打點紙帶上會出現(xiàn)重復(fù)性的“雙點”。仔細(xì)調(diào)節(jié)振動片的固定螺釘，直到示波器顯示的正弦波只出現(xiàn)一個缺口，打點器的振動頻率就核準(zhǔn)好了。
(4)造成打點計時器頻率不穩(wěn)或出現(xiàn)“雙點”的原因及解決辦法
①當(dāng)振動片的固有頻率與電源頻率(50赫)相一致時，振動片便產(chǎn)生與電源頻率同步的振動，即發(fā)生共振，此時打點周期與電源周期一致。若振動片的固有頻率偏離工作電源頻率，就會出現(xiàn)打點周期不穩(wěn)的情形。振動片的固有周期主要由它的長度決定。所以可通過調(diào)節(jié)振動片的長度來調(diào)整它的固有周期。松開振動片的固定螺釘，逐步改變振動片的長度，并觀察振動片的振幅，當(dāng)振幅最大時，表明振動片的固有頻率與電源頻率一致。
②振動片在線圈框架中的位置及在磁鐵之間的位置都必須位于正中間，否則會出現(xiàn)打點周期不穩(wěn)的現(xiàn)象。如發(fā)現(xiàn)振動片周期不穩(wěn) 高一，可松開振動片的緊固螺釘，改變墊片的厚度，使振動片位于正中間。
電火花打點計時器：
電火花計時器的外形如圖所示，它可以代替電磁打點計時器使用，也可以與簡易電火花描跡儀配套使用。
使用時電源插頭直接插在交流220伏插座內(nèi)，將裁成圓片(直徑約38毫米)的墨粉紙盤的中心孔套在紙盤軸上，將剪切整齊的兩條普通有光白紙帶(20×700mm2)從彈性卡和紙盤軸之間的限位槽中穿過，并且要讓墨粉紙盤夾在兩條紙帶之間，這樣當(dāng)兩條紙帶運動時，也能帶動墨粉紙盤運動，當(dāng)按下脈沖輸出開關(guān)時，放電火花不至于始終在墨粉紙盤的同一位置而影響到點跡的清晰度。也可以用上述尺寸的白紙帶和墨粉紙帶(位于下面)做實驗，例如在簡易電火花描跡儀的導(dǎo)軌上就是這樣放置的。還可以用兩條白紙帶夾著一條墨粉紙帶做實驗;用電火花計時器做測量自由落體的加速度實驗就是這樣做的。墨粉紙可以使用比較長的時間，一條白紙帶也可以使用4次，從而降低了實驗成本。
電火花計時器使用中運動阻力極小(這種極小阻力來自于紙帶運動的本身，而不是打點產(chǎn)生的)，因而系統(tǒng)誤差小，記時精度與交流電源頻率的穩(wěn)定程度一致(脈沖周期漂移不大于50微秒，這一方面也遠(yuǎn)優(yōu)于電磁打點計時器)，同時它的操作簡易，學(xué)生使用安全可靠(脈沖放電電流平均值不大于500微安)。
2、平均速度與瞬時速度
實驗儀器：數(shù)字計時器(J0201-CC)、氣墊導(dǎo)軌(J2125)、小型氣源(J2126)、水平尺、滑快、擋光片
氣墊導(dǎo)軌：
(1)構(gòu)造
氣墊導(dǎo)軌是一種現(xiàn)代化的力學(xué)實驗儀器。它利用小型氣源將壓縮空氣送入導(dǎo)軌內(nèi)腔�？諝庠儆蓪�(dǎo)軌表面上的小孔中噴出，在導(dǎo)軌表面與滑行器內(nèi)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(xué)實驗中由于摩擦力引起的誤差。使實驗結(jié)果接近理論值。配用數(shù)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(xué)物理量進(jìn)行測定，對力學(xué)定律進(jìn)行驗證。
氣墊導(dǎo)軌按其直線度是否可調(diào)分為普通式(不可調(diào)式)和可調(diào)式兩種型式。該產(chǎn)品以軌面長度為主參數(shù)。主參數(shù)系列有800毫米、1200毫米、1500毫米和2000毫米四種，前兩種規(guī)格適合中學(xué)物理實驗使用。氣墊導(dǎo)軌還可以按照其所需的工作壓強(qiáng)和滑行器質(zhì)量分為高氣壓、重滑行器及低氣壓、輕滑行器兩類。前者性能好，但價格略高，后者性能稍差，價格較低。
上圖中畫的氣軌為1200毫米、高氣壓可調(diào)式氣軌。
上圖J2125型氣墊導(dǎo)軌，它是低氣壓;輕滑行器、直線度不可調(diào)式氣軌。
上圖為J2125-1型氣墊導(dǎo)軌，它是另一種高氣壓、重滑行器、直線度可調(diào)式氣墊導(dǎo)軌。
上圖為J2125-2型氣墊導(dǎo)軌，它是高氣壓、重滑行器、直線度不可調(diào)式氣墊導(dǎo)軌。
氣墊導(dǎo)軌實
驗中的運動物體為滑行器(又稱滑塊)，右圖為L-QG-T-1200/5.8型氣墊導(dǎo)軌的滑行器�；衅魃喜坑形鍡l“T”形槽，可用螺釘和螺帽方便地在槽上固定各種附件。下面的兩條“T”形槽的中心正好通過滑行器的質(zhì)心，在這兩條槽的兩端安裝碰撞器或掛鉤，可使滑行器在運動過程中所受外力通過質(zhì)心。在這兩條槽的中部加裝配重塊后滑行器的質(zhì)心不會改變高度。
(2)保養(yǎng)
①氣墊導(dǎo)軌是一種精度較高的現(xiàn)代教學(xué)儀器。軌道面的直線度，粗糙度，滑行器內(nèi)角及表面的平面度都有較高要求，切忌振動、重壓。嚴(yán)防碰傷和劃傷。不允許在不通氣的情況下將滑行器在軌面上滑磨。
②實驗前一定要檢查氣孔是否通暢，如有小孔被堵塞，滑行器運動到該處就會受到影響，甚至?xí)Ｗ〔粍�。如有小孔被堵塞，�?yīng)該用細(xì)鋼絲(直徑小于0.5毫米)捅開。
③滑行器的運動速度不宜過低，否則當(dāng)外界因素變化時(如室內(nèi)氣流量不穩(wěn)、壓力不均時，會影響滑行器的運動)。一般來說，滑行器的運動速度應(yīng)大于50厘米/秒。
④導(dǎo)軌使用時應(yīng)安放在結(jié)實、牢固的實驗臺上。如實驗臺單薄會影響導(dǎo)軌調(diào)水平。如欲使導(dǎo)軌成斜面、可在調(diào)平螺釘下面加定高墊塊。
⑤導(dǎo)軌應(yīng)放于清潔干燥的環(huán)境中，長期不用應(yīng)用塑料套遮蓋，防止灰塵。
(3)調(diào)平
氣軌在使用前應(yīng)調(diào)節(jié)軌面成水平。因為軌面不水平會使滑行器所受的重力產(chǎn)生與導(dǎo)軌長度方向平行的分力，由于滑行器是“飄浮”在氣墊上的，任何微小的分力都會給滑行器以附加的加速度，因而增加實驗的誤差。氣軌的調(diào)平可按下列兩種方法之一進(jìn)行。
①靜態(tài)調(diào)平法
氣墊導(dǎo)軌的調(diào)平螺釘一般是按等腰三角形的三個頂點分布的。先調(diào)節(jié)位于三角形底邊兩端的調(diào)平螺釘，使軌面在與長度垂直方向上達(dá)到目視水平。然后向?qū)к壨�，將滑行器輕放在軌面上，調(diào)節(jié)位于三角形頂點位置的螺釘，使滑行器在將要進(jìn)行實驗的運動范圍內(nèi)停住不動或無明顯移動，則可認(rèn)為軌面已經(jīng)調(diào)平。注意在即將調(diào)平時要以很小的角度旋轉(zhuǎn)調(diào)平螺釘，以免調(diào)節(jié)過量。
②動態(tài)調(diào)平法
將兩個光電門按實驗需要拉開一段距離安裝在導(dǎo)軌上，使其指針對準(zhǔn)導(dǎo)軌上標(biāo)尺刻度。把光電門線兩端的四芯插頭分別插入光電門架和計時器面板上的四芯插座中，將兩光電門和計時器連通。開啟計時器電源，使計時器能正常工作：將計時方式置于“計時Ⅰ”，用手在光電門處遮一下光，計時器能計下遮光時間即為正常;將計時器計時方式置于“計時Ⅱ”，用手在任一光電門處遮一下光，再在另一光電門處遮一下光，計時器能計下兩次遮光的時間間隔為工作正常。計時器的時標(biāo)定為不大于1毫秒。
在滑行器中部安裝擋光片，接通氣源，將滑行器輕放在軌面上，使其運動起來。調(diào)整光電門的位置，使其能被擋光片有效遮光，又不妨礙滑行器運動。置計時器為“計時Ⅱ”計時方式。讓滑行器從導(dǎo)軌一端向另一端運動，擋光片順序通過兩個光電門。計時器分別計下?lián)豕馄ㄟ^兩個光電門的時間。調(diào)節(jié)處于三角形頂點位置的調(diào)平螺釘，使計時器計下的兩次計時值基本相等，使滑行器從另一端向相反方向運動，計時器的兩次計時值也基本相等，即可認(rèn)為軌面已調(diào)平。
(4)滑塊質(zhì)心的調(diào)整
氣墊導(dǎo)軌的氣墊對滑行器有一定的“浮力”。這一力的方向向上并且過滑行器的幾何中心。一般情況下滑行器的質(zhì)心也在其幾何中心。
所以，在軌面水平的條件下，滑行器應(yīng)能浮在軌面上不沿軌面左右移動。但在使用氣軌做實驗時要在滑行器上安裝擋光片等附件。如果不注意，就改變了質(zhì)心位置，破壞滑行器所受重力與浮力的平衡，浮力中心會離開質(zhì)心一段距離。浮力會產(chǎn)生以質(zhì)心為軸的力矩，使滑行器在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動一個小的角度，形成了使滑行器沿軌面移動的分力。
這時即使軌面已經(jīng)水平，滑行器仍不能浮在軌面上不動。這時請沿長度方向移動滑行器上所安附件的位置，使裝上附件后滑行器的質(zhì)心與沒裝附件時滑行器的質(zhì)心盡量重合。裝好附件的滑行器也應(yīng)能浮在軌面上不動。
為大家整理的高中物理實驗：直線運動就到這里，同學(xué)們一定要認(rèn)真閱讀，希望對大家的學(xué)習(xí)和生活有所幫助。
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