逍遥学能 2014-04-22 11:20
高中各科目的学习对同学们提高综合成绩非常重要，大家一定要认真掌握，小编为大家整理了高中物理实验：直线运动，希望同学们学业有成!
1、时间与时刻
实验仪器：作息时间表、停表、电磁打点计时器、电火花打点计时器
停表(秒表)：
(1)构造
①外壳按钮——使指针启动、停止和回零。
②表盘刻度——如图所示，长针是秒针指示大圆周的刻度，其最小分度一般是0.1s，秒针转一圈是30s;短针是分针，只是小圆圈的刻度，其最小分度值常见为0.5min。
(2)使用方法 首先要上好发条，它上端的按钮用来开启和止动秒表。
(3)读数方法 所测时间超过0.5min时，0.5min的整数倍部分由分针读出，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。实验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方法。
将打点计时器的线圈接入6伏交流电源，振动片接示波器的“y输入”(不能使用旋松紧固螺钉或夹在振动片上的方法连结，可用导线绕在振动片的固定螺钉上，避免影响振动频率)，限位板接示波器的“接地”端，如图。当打点针与限位板不接触时，示波器y输入上就有一个感应交流电压的正弦信号输入;当打点针与限位板接触时，y输入电压为零，因此在正弦波上留下一个缺口。若打点器的振动频率稳定，打点针与限位板碰击的时机相同，则正弦波上的缺口位置始终一致;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 高一，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(20×700mm2)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。
上图中画的气轨为1200毫米、高气压可调式气轨。
上图J2125型气垫导轨，它是低气压;轻滑行器、直线度不可调式气轨。
上图为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Ⅱ”，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Ⅱ”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。
为大家整理的高中物理实验：直线运动就到这里，同学们一定要认真阅读，希望对大家的学习和生活有所帮助。