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中学物理教学法实验讲义实验1 验证力的平行四边形定则4实验2 验证机械能守恒定律6实验3 验证动量守恒定律11实验4 研究平抛物体的运动规律15实验5 探究匀速直线运动的加速度和质量、力的关系17实验6 静电感应、磁感线、静电屏蔽现象的演示 18实验7 探究弹力和弹簧伸长的关系、滚摆实验演示19实验8 探究杠杆的平衡条件20实验9 测定滑轮组的机械效率21实验10 验证阿基米德原理22实验11 声音的产生和传播（选做）23实验12 光的干涉和衍射现象（选做）24实验13 探究凸透镜成像（选做）25实验14 小孔成像（选做）26实验15 探究牛顿第一定律27实验1 验证平行四边形定则我们已经知道，两个互成角度的共点力，可以用平行四边形定则求出他们的合力，在这个实验里我们就来验证平行四边形定则。【实验目的】验证平行四边形定则。【实验器材】方木板，白纸，弹簧秤（两个），橡皮条，细绳（两条），三角板，刻度尺，图钉（几个）。【实验步骤】 （1）在桌上平放一块木板，在方木板上铺一张白纸，用图钉把白纸钉在方木板上。 （2）用图钉把橡皮条的一端固定在板上A点，在橡皮条的另一端拴上两条细绳，细绳的另一端系着细绳。（3）用两个弹簧秤分别勾住绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O。（4）用铅笔记下O点的位置和两条细绳的方向，读出两个弹簧秤的示数。（使用弹簧秤时，要注意使弹簧秤与木板平面平行。）（5）用铅笔和刻度尺在白纸上从O点沿着两条细绳的方向画直线，按着一定的标度作出两个力F1和F2的图示，用平行四边形定则求出合力F。（6）只用一个弹簧秤，通过细绳把橡皮条的结点拉倒同样的位置O，读出弹簧秤的示数，记下细绳的方向，按同一标度作出这个力F的图示。（7）比较力F与用平行四边形定则求得的合力F的大小和方向，看他们是否相等。（8）改变两个分力的大小和夹角，再做两次实验。从实验结果可以得到什么结论？思考：另做这样的实验。先用两个弹簧秤一起把橡皮条的结点拉倒位置O，用手指按住结点，使它不能活动，再改变其中一个弹簧秤的方位，使这个弹簧秤的拉力的大小和方向都跟原来的不同。固定这个弹簧秤的位置，松开结点，于是结点便离开原来的地方。试着改变另一个弹簧秤的方位，来改变拉力的大小和方向，总可以找到一个适当的方位（并且是惟一的），使结点回到原来的地方。两个弹簧秤后来的拉力的合力跟他们原来的拉力的合力有什么关系？请说明，为什么另一个弹簧秤的方位是惟一的。实验2 验证机械能守恒定律1、重力势能和动能相互转化的机械能守恒在这个实验里，验证机械能守恒定律：在重力作用下，物体的重力势能和动能可以相互转化，但总的机械能守恒。研究自由落体下落的过程中，如果忽略空气阻力，这时物体的机械能守恒，即重力势能的减少等于动能的增加。设物体的质量为m，下落的距离为h是的速度为v，则势能减少mgh，动能增加。【实验目的】验证动能和重力势能守恒【实验过程】现用如图2.1所示的实验装置做实验。图2.1将纸带固定在重物上，让纸带穿过电磁打点计时器。先用手提着纸带，使重物静止在靠近计时器的地方，然后接通电源，松开纸带，让重物自由下落，计时器就在纸带上打下一系列的小点。在挑选的纸带上，记下第一个点的位置O，并在纸带上从任意点开始依次选取几个点1、2、3、4并量出各点到位置O的距离，这些距离就是物体运动到点1、2、3、4.时下落的高度h1、h2、h3、h4.时间t内的平均速度等于该段时间中点t/2时刻的瞬时速度。根据这个结论算出点1到点3之间的距离等于h3h1，除以2×0.02s（纸带上任意两个相邻的点间所表示的时间都是0.02s），计算出平均速度，这个平均速度就是点2处的瞬时速度。用这种合办法计算出物体在打下点2、3、4时的瞬时速度.把得到的数据填入自己设计的表格里，算出重物运动到点2、3、4时减少的重力势能，然后再计算出物体运动到点2、3、4时增加的动能，根据机械能守恒比较重力势能和增加的动能，比较结果是否跟理论一致？如果不一致，为什么？2、研究弹性势能和重力势能，证明能量守恒。【实验目的】研究弹性势能和重力势能，证明能量守恒。【实验原理】把弹簧由平衡位置压缩一段距离x的势能为PE = (1/2)kx2,这里k是弹性系数。根据胡克定律，弹簧所施加的力与弹簧被压缩或伸长的距离成正比，F = kx, 这里k是弹性常数。因此在实验上弹性系数可以通过施加不同的力让弹簧压缩或伸长不同的距离来确定。作力与距离的关系图，所得直线的斜率就等于k.当小车沿斜面上升时，所获得的势能为PE = mgh,这里m是小车的质量，g是重力加速度，h是小车上升的垂直高度。小车在斜面上移动距离d时，所上升的高度为h = d sin.如果能量定恒，压缩弹簧的势能将会完全转化为重力势能。【实验仪器】动力学小车I(ME-9430) 导轨 滑轮 米尺 支架(ME-9355) 砝码 丝线 天平 坐标纸【实验步骤】调平导轨是把小车静止地放在导轨上，看它向哪个方向运动。相应升降调节导轨末端的水平调节脚钉，直至小车静止不动为止。用天平称取小车的质量，记录在表2上。一、测定弹性常数图2.2 仪器安装如图2.2所示，把小车放在导轨上，使有弹簧活塞杆的一端靠紧挡板。在小车端部系上一根丝线，丝线跨过滑轮悬挂一砝码钩。把小车位置记录在表1中。增加砝码记下小车新的位置，取5组不同的质量重复测量。表1增加的质量小车的位置（初位置x1 ,末位置x2）小车的位移力()图2.3二、势能拆掉导轨的水平调节脚。 去掉小车上的丝线，把活塞杆压缩到最大限度，靠近挡板放置小车，测量活塞杆被压缩的长度并记录在表2中。使导轨倾斜如图2.3，在导轨配备的量角器上读出导轨倾角，记录在表2中。 在表2中记下小车的初始位置。用小棍轻击活拴释放活塞杆，记下小车沿导轨向上运动的距离。重复5次，在表2中记下小车运动的最大距离。 改变斜面的倾角并重复测量。在小车上增加质量再重复测量。表2小车移动的距离（d）角度质量试验 1试验2试验3试验4试验5h=dsin弹簧压缩的长度(x)= 小车的初始位置 = 数据分析利用表1中的数据绘制力与位移关系图，通过数据点画出最佳直线并确定直线的斜率，这个斜率就等于有效弹性系数k_ 计算弹性势能记录在表3中。计算每种情况下的重力势能，并记录在表3中。表3角度/质量弹性势能(kx2/2)重力势能(mgh)问题与思考 哪个势能较大？损失的能量哪里去了？小车的质量加倍时，为什么重力势能保持大致相同？实验3 验证动量守恒定律【实验原理】这个实验用两个大小相同但质量不等的小球碰撞来验证动量守恒这个定律。实验装置如图3.1所示。图3.1让一个质量较大的小球从斜槽上滚下来，跟放在斜槽末端的另一质量较小的小球发生碰撞（正碰）。设两个小球的质量分别为和。碰前，质量为的入射小球的速度是，质量为的被碰小球静止。两个小球碰撞前的总动量是，碰后，入射小球的速度是，被碰小球的速度是。两个小球碰后的总动量是。根据动量守恒定律，应该有 小球质量可用天平称出。两球碰撞前后的速度利用平抛运动的知识求出。实验中，做平抛运动的小球落到地面，下落高度相同，飞行时间也就相同，且飞行的水平距离与小球开始做平抛运动时的水平速度成正比。设小球下落时间为，则在图3.2中 (1) (2) (3)图3.2如果实验测得的满足以下关系 (4)把(1)(2)(3)(4)式代入并消去后即可看到这样就验证了动量守恒定律。【实验器材】 碰撞实验仪，天平、砝码，白纸，复写纸，刻度尺等。【实验操作】(1) 用C 形夹把碰撞实验仪固定在桌边，松开水平固定螺母，调节轨道位置，直到钢球能在平直槽的任何部位静止不动，然后旋紧水平固定螺母（图3.1）。(2) 用天平测出两个小球的质量，分别记为，。(3) 调节支球管的高度和位置，使靶球与入射球的球心在同一高度，并且从支球管中心线到槽口竖直面之间的距离等于两球半径之和。(4) 在地上铺上一张白纸a，白纸上铺放复写纸（如果地面不平应将白纸和复写纸铺设在置于地面上的木板上）。利用重垂线在白纸上标绘出槽口中心的竖直投影点O 和支球管的竖直投影O，分别作为入射球和靶球作平抛运动的起点在纸上的垂直投影。 (5) 将挡板固定在斜槽较高处，不放靶球，让入射球（钢球）自挡板处由静止滚下，重复10 次。钢球每次落地，便在白纸上留下落地点的痕迹。用尽可能小的圆把所有10 次落地点圈在里面，圆心P 就是钢球落地点的平均位置。(6) 保持挡板位置不变，把靶球放在支球管顶上，调整支球管左右位置，使两球碰撞后靶球落地点也处于OP 直线上（此时两球发生正碰）。仍让入射球从挡板处由静止滚下，在平直槽出口处与靶球发生碰撞，重复10 次，用同样的方法标出碰撞后入射球的落地点的平均位置M 和靶球落地点的平均位置N。(7) 用刻度尺测量出OP（入射球在不发生碰撞时作平抛运动的射程），OM（入射球与靶球发生碰撞后作平抛运动的射程），ON（靶球作平抛运动的射程）的长度，依次记为s1 ，s1 ，s2 。(8)重复2 次实验。注意本实验成功的关键是既要使两球发生正碰（如果发生斜碰将使两球碰撞后作斜抛运动，给实验带来很大的误差），又要使入射球碰撞后不受靶球支球管的影响。为了达到这个目的，可以在支球管上端放一小片泡沫塑料，上面放靶球。调节支球管高度，使两球球心等高（也就是使支球管顶略低于水平槽口）。在两球正碰后，塑料片随靶球飞走。这样既保证了两球正碰，又避免入射球与支球管碰撞。虽然塑料片要带走一些动量，但因它质量很小，对实验结果影响不大。实验4 研究平抛物体的运动规律【实验目的】通过这个实验我们要描出平抛物体运动的轨迹，并且求出平抛物体的初速度。【实验过程】实验装置如图4.1所示，将固定有斜槽的木板放在实验桌上，实验前要检查木板是否水平。用图钉把坐标纸钉在竖直的木板上，固定时要用重垂线检查坐标纸上的竖线是否竖直。选定斜槽末端所在的点为坐标原点，从坐标原点画出竖直向下的轴和水平向右的轴。图4.1实验时使小球由斜槽的某以固定位置自由滑下，并由点开始做平抛运动。先用眼睛粗略地确定做平抛运动的小球在某一值处（如1）的值，然后使小球从开始时的位置滚下，在粗略确定的位置附近，用铅笔较准确地确定小球通过的位置，并在坐标纸上记下这一点。以后依次改变值，用同样的方法确定其他各点的位置。 取下坐标纸，根据记下的一系列位置，用平滑的曲线画出小球做平抛运动的轨迹。在轨迹上选取几个不同的点，测出他们的横坐标和纵坐标,已知值，利用公式和求出小球做平抛运动的初速度，最后算出的平均值。注意：做这个实验时应使小球每次从斜槽上滚下时开始的位置都相同。实验5 探究匀速直线运动的加速度和质量、力的关系取两个质量相同的小车，放在光滑的水平板上（图5.1）。小车的前端各系上细绳，绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘里分别放着数目不等的砝码，使两个小车在不同的拉力下做匀加速直线运动。小车所受的水平拉力F的大小可以认为等于砝码（包括砝码盘）所受的重力的大小。车的后端也分别系上细绳，用一只夹子夹住这两根细绳，以同时控制两辆小车，使他们同时开始运动和停止运动。利用这一装置，我们来研究质量相等的两辆小车在不同的恒定拉力作用下，他们的加速度是怎样的。由研究匀变速直线运动实验可知，小车在恒力作用下做匀加速直线运动。打开夹子，让两辆小车同时从静止开始运动。小车走过一段距离以后，关上夹子，让他们同时停下来。在打开和关闭夹子这段时间里，两辆小车发生的位移不同，所受拉力大的那辆小车，位移大。由公式可知，在时间相同的情况下，位移和加速度成正比，比较小车的位移就可以比较他们的加速度。 图5.1探究匀速直线运动的加速度和质量、力的关系实验6 静电感应、磁感线、静电屏蔽等现象演示【实验目的】演示静电感应、磁感应、静电屏蔽等现象【实验过程】利用静电箱内的实验器材，结合说明来进行静电现象的相关实验演示。1、毛皮和橡胶棒摩擦起电演示2、丝绸和玻璃棒摩擦起电演示3、静电屏蔽演示4、磁感线的演示实验7 探究弹力和弹簧伸长的关系（胡克定律）、滚摆实验演示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。弹簧的伸长越长，弹力也越大。这个实验的目的是探究弹力与弹簧伸长的定量关系，并学习所用的科学方法。可以用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力，用直尺测量弹簧的伸长或总长。拉力不要太大，以免弹簧被过分拉伸，超出它的弹性限度。实验可以按下面的步骤进行。1、测量弹簧的伸长（或总长）及所受的拉力（或所挂钩码的质量），列表作出记录。要尽可能多测几组数据。2、根据所测数据在坐标纸上描点。最好以力为纵坐标，以弹簧的伸长为横坐标。3、按照图中各点的分别与走向，尝试作出一条平滑的曲线（包括直线），所画的点不一定正好在这条曲线上，但要注意使曲线两侧的点数大致相同。4、以弹簧的伸长为自变量，写出曲线所代表的函数。首先尝试一次函数，如果不行则考虑二次函数5、解释函数表达式中常数的物理意义。滚摆实验演示：本实验是初中进行“动能和势能的相互转化”的教学时进行的演示实验，高中讲授机械能守恒时的演示实验。师范生演示时要求学生讲授滚摆运动过程中的能量转化过程，为什么最后会停止下来，是否符合能量守恒的条件等等。（这些问题都在中学物理的范围内回答。）实验8 探究杠杆的平衡条件【实验目的】探究杠杆平衡条件【实验过程】1、提出问题当杠杆在动力和阻力的作用下静止时，我们就说杠杆平衡了。杠杆平衡时，动力、动力臂和阻力、阻力臂之间存在着怎样的关系？2、猜想与假设既然探究杠杆的平衡条件，那么动力、动力臂、阻力、阻力臂之间便可能存在某种关系。由此，几位同学作出几种假设。3、制定计划与设计实验4、进行实验与收集证据5、交流与合作6、评估实验9 测定滑轮组的机械效率【实验目的】测得滑轮组的机械效率【实验过程】自己组装好定、动不同的滑轮组4组，并且分别提重物，将需要的数据填入自己设计的表格里，算出机械效率，比较4个机械效率是否相等。说出原因。实验10 验证阿基米德原理【实验目的】探究浮力的大小。【实验过程】浮力的大小与物体排开的液体的重力有什么样的关系呢？图10.1按照图10.1的实验方法，分别选石块、金属块来探究浮力的大小。实验11 声音的产生和传播（选做）【实验目的】声音的产生和传播相关演示【实验过程】1、音叉发生和声音的传播，音叉的共鸣现象。实验12 光的干涉和衍射现象（选做）【实验目的】演示和观察光的干涉、衍射及全反射现象，计算光的波长。【实验过程】1、光的双缝干涉如图12.1，可以用公式计算出光的波长，其中为光的波长，为两条狭缝的距离，为挡板与屏间的距离。图12.12、光的单缝衍射和圆孔衍射现象如图12.2和图12.3，演示光的单缝衍射和圆孔衍射现象。 图12.2 图12.3实验13 探究凸透镜成像（选做）【实验目的】探究凸透镜成像特点【实验过程】凸透镜成像的特点有哪些，引导学生提出相关问题，制定计划和设计好实验；进行实验与收集证据；然后选用探究凸透镜成像实验的相关器材，让发光体经凸透镜成放大、缩小、等大的像，量出成像时的物距和像距；最后进行数据分析，分析论证。图13.1 实验14 小孔成像（选做）【实验目的】小孔成像演示和理解【实验过程】选用硬纸板，光屏，蜡烛，锥子等器材(1)用锥子在硬纸板中央部分扎一直径约3mm 的小孔，然后将点燃的蜡烛，带孔硬纸板及光屏按一定的距离立在桌面上。可在光屏上观察到一倒立的烛焰像。(2)前后移动光屏，观察烛焰像的变化。(3)改变小孔孔径的大小，观察烛焰像的变化。(4)在硬纸板上，戳几个大小不等、形状不同的孔（可预先戳好，用黑纸遮没，需要时再揭去黑纸），孔与孔之间相距约几cm，则每个小孔都会在屏上成像，观察比较孔的大小、形状对烛焰像的影响。小孔成像的实质是：当把发光体看作由无数多个发光点组成时，由于光的直线传播，若各发光点发出的光束经小孔后在光屏上形成的光斑不出现明显的重叠，就会呈现出整个物体清晰的像。在演示和理解小孔成像时应注意：(1)小孔的“小”是相对的，并无确定的尺寸限制；(2)小孔只起到限制光束作用，孔本身形状无关紧要。实验15 探究牛顿第一定律【实验目的】牛顿第一定律的探究【实验过程】1、提出问题运动物体如果不受其他物体的作用，会一直运动下去吗？2、制定与设计实验让滑块从斜面滑下，逐渐减小平面的粗造程度，测量滑块的运动距离，并且推论当滑块与平面间没有摩察力时滑块的运动状况。准备器材：斜面、粗造程度不同的木板、滑块等。3、进行实验与证据收集如图15.1所示，让滑块从粗造程度不同的三个表面的同一位置处下滑到水平面上，分别记录滑块在水平面上的运动距离。设计数据收集表格等。图15.14、分析与论证