高中物理实验(一) 力学实验

力学实验

　　主要内容：

　　1、互成角度的两个共点力的合成

　　2、测定匀变速直线运动的加速度（含练习使用打点计时器）

　　3、研究平抛物体的运动

　　4、验证机械能守恒定律

　　5、碰撞中的动量守恒

　　6、用单摆测定重力加速度

　　本周内容讲解：

　　1、互成角度的两个共点力的合成

　　[实验目的]

　　验证力的合成的平行四边形定则。

　　[实验原理]

　　此实验是要用互成角度的两个力与一个力产生相同的效果（即：使橡皮条在某一方向伸长一定的长度），看其用平行四边形定则求出的合力与这一个力是否在实验误差允许范围内相等，如果在实验误差允许范围内相等，就验证了力的平行四边形定则。

　　[实验器材]

　　木板一块，白纸，图钉若干，橡皮条一段，细绳套，弹簧秤两个，三角板，刻度尺，量角器等。

　　[实验步骤] 

　　1．用图钉把一张白纸钉在水平桌面上的方木板上。

　　2．用图钉把橡皮条的一端固定在板上的A点，用两条细绳套结在橡皮条的另一端。

　　3．用两个弹簧秤分别钩住两个细绳套，互成一定角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O（如图所示）。

　　4．用铅笔描下结点O的位置和两个细绳套的方向，并记录弹簧秤的读数。在白纸上按比例作出两个弹簧秤的拉力F1和F2的图示，利用刻度尺和三角板，根椐平行四边形定则用画图法求出合力F。

　　5．只用一个弹簧秤，通过细绳套把橡皮条的结点拉到与前面相同的位置O，记下弹簧秤的读数和细绳的方向。按同样的比例用刻度尺从O点起做出这个弹簧秤的拉力F'的图示。

　　6．比较F'与用平行四边形定则求得的合力F，在实验误差允许的范围内是否相等。

　　7．改变两个分力F1和F2的大小和夹角。再重复实验两次，比较每次的F与F'是否在实验误差允许的范围内相等。

　　[注意事项]

　　1．用弹簧秤测拉力时，应使拉力沿弹簧秤的轴线方向，橡皮条、弹簧秤和细绳套应位于与纸面平行的同一平面内。

　　2．同一次实验中，橡皮条拉长后的结点位置O必须保持不变。

　　[例题]

　　1．在本实验中，橡皮条的一端固定在木板上，用两个弹簧秤把橡皮条的另一端拉到某一位置O点，以下操作中错误的是

　　A．同一次实验过程中，O点位置允许变动

　　B．在实验中，弹簧秤必须保持与木板平行，读数时视线要正对弹簧秤刻度

　　C．实验中，先将其中一个弹簧秤沿某一方向拉到最大量程，然后只需调节另一弹簧秤拉力的大小和方向，把橡皮条的结点拉到O点

　　D．实验中，把橡皮条的结点拉到O点时，两弹簧之间的夹角应取90°不变，以便于算出合力的大小

　　答案：ACD

　　2．做本实验时，其中的三个实验步骤是：

　　（1）在水平放置的木板上垫一张白张，把橡皮条的一端固定在板上，另一端拴两根细线，通过细线同时用两个弹簧秤互成角度地拉橡皮条，使它与细线的结点达到某一位置O点，在白纸上记下O点和两弹簧秤的读数F1和F2。

　　（2）在纸上根据F1和F2的大小，应用平行四边形定则作图求出合力F。

　　（3）只用一个弹簧秤通过细绳拉橡皮条，使它的伸长量与用两个弹簧秤拉时相同，记下此时弹簧秤的读数F'和细绳的方向。

　　以上三个步骤中均有错误或疏漏，指出错在哪里？

　　在（1）中是________________。

　　在（2）中是________________。

　　在（3）中是________________。

　　答案：本实验中验证的是力的合成，是一个失量的运算法则，所以即要验证力大小又要验证力的方向。弹簧秤的读数是力的大小，细绳套的方向代表力的方向。

　　（1）两绳拉力的方向；（2）“的大小”后面加“和方向”；（3）“相同”之后加“使橡皮条与绳的结点拉到O点”

　　2、测定匀变速直线运动的加速度（含练习使用打点计时器）

　　[实验目的]

　　1．练习使用打点计时器，学习利用打上点的纸带研究物体的运动。

　　2．学习用打点计时器测定即时速度和加速度。

　　[实验原理]

　　1．打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，它每隔0.02s打一次点（由于电源频率是50Hz），纸带上的点表示的是与纸带相连的运动物体在不同时刻的位置，研究纸带上点之间的间隔，就可以了解物体运动的情况。

　　2．由纸带判断物体做匀变速直线运动的方法：如图所示，0、1、2……为时间间隔相等的各计数点，s1、s2、s3、……为相邻两计数点间的距离，若△s=s2-s1=s3-s2=……=恒量，即若连续相等的时间间隔内的位移之差为恒量，则与纸带相连的物体的运动为匀变速直线运动。

　　3．由纸带求物体运动加速度的方法：

　　（1）用“逐差法”求加速度：即根据s4-s1=s5-s2=s6-s3=3aT2（T为相邻两计数点间的时间间隔）求出

a1= 、a2= 、a3= ，再算出a1、a2、a3的平均值即为物体运动的加速度。

　　（2）用v-t图法：即先根据vn= 求出打第n点时纸带的瞬时速度，后作出v-t图线，图线的斜率即为物体运动的加速度。

　　[实验器材]

　　小车，细绳，钩码，一端附有定滑轮的长木板，打点计时器，低压交流电源，导线两根，纸带，米尺等。

　　[实验步骤]

　　1．把一端附有定滑轮的长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，连接好电路，如图所示。

　　2．把一条细绳拴在小车上，细绳跨过滑轮，并在细绳的另一端挂上合适的钩码，试放手后，小车能在长木板上平稳地加速滑行一段距离，把纸带穿过打点计时器，并把它的一端固定在小车的后面。

　　3．把小车停在靠近打点计时器处，先接通电源，再放开小车，让小车运动，打点计时器就在纸带上打下一系列的点，取下纸带，换上新纸带，重复实验三次。

　　4．选择一条比较理想的纸带，舍掉开头的比较密集的点子，确定好计数始点0，标明计数点，正确使用毫米刻度尺测量两点间的距离，用逐差法求出加速度值，最后求其平均值。也可求出各计数点对应的速度，作v-t图线，求得直线的斜率即为物体运动的加速度。

　　[注意事项]

　　1．纸带打完后及时断开电源。

　　2．小车的加速度应适当大一些，以能在纸带上长约50cm的范围内清楚地取7～8个计数点为宜。

　　3．应区别计时器打出的轨迹点与人为选取的计数点，通常每隔4个轨迹点选1个计数点，选取的记数点不少于6个。

　　4．不要分段测量各段位移，可统一量出各计数点到计数起点0之间的距离，读数时应估读到毫米的下一位。

　　[例题]1．电磁打点计时器是一种使用______电源的计时仪器，它的工作电压是______。如图所示，A是______，B是______，C是______，D是______，E是______，F是______。

　　答案：交流，4至6V，线圈，振动片，振针，纸带，接线柱，永磁体。

　　2．如图是某同学测量匀变速直线运动的加速度时，从若干纸带中选中的一条纸带的一部分，他每隔4个点取一个计数点，图上注明了他对各计数点间距离的测量结果。

　　（1）为了验证小车的运动是匀变速运动，请进行下列计算，填入表内（单位：cm）

　　（2）根据匀变速直线运动的规律，可以求得物体的加速度a= =______m/s2。

　　（3）根据an-3= ，可求出

　　a1= =______m/s2， a2= =______m/s2，a3= =______m/s2，

　　所以， = =______m/s2。

　　答案：（1）1.60，1.55，1.62，1.53，1.61，1.58，0.05，任意两个连续相等的时间里、在误差允许的，匀加速直线运动；（2）1.58；（3）1.59，1.57，1.59，1.58。

　　3、研究平抛物体的运动

　　[实验目的]

　　1．用实验方法描出平抛物体的运动轨迹。

　　2．从实验轨迹求平抛物体的初速度。

　　[实验原理]

　　平抛物体的运动可以看作是两个分运动的合运动：一是水平方向的匀速直线运动，另一个是竖直方向的自由落体运动。令小球做平抛运动，利用描迹法描出小球的运动轨迹，即小球做平抛运动的曲线，建立坐标系，测出曲线上的某一点的坐标x和y，根据重力加速度g的数值，利用公式y= gt2求出小球的飞行时间t，再利用公式x=vt,求出小球的水平分速度，即为小球做平抛运动的初速度。

　　[实验器材]

　　斜槽，竖直固定在铁架台上的木板，白纸，图钉，小球，有孔的卡片，刻度尺，重锤线。

　　[实验步骤]

　　1．安装调整斜槽：用图钉把白纸钉在竖直板上，在木板的左上角固定斜槽，可用平衡法调整斜槽，即将小球轻放在斜槽平直部分的末端处，能使小球在平直轨道上的任意位置静止，就表明水平已调好。

　　2．调整木板：用悬挂在槽口的重锤线把木板调整到竖直方向，并使木板平面与小球下落的竖直面平行。然后把重锤线方向记录到钉在木板的白纸上，固定木板，使在重复实验的过程中，木板与斜槽的相对位置保持不变。

　　3．确定坐标原点O：把小球放在槽口处，用铅笔记下球在槽口时球心在图板上的水平投影点O，O点即为坐标原点。

　　4．描绘运动轨迹：在木板的平面上用手按住卡片，使卡片上有孔的一面保持水平，调整卡片的位置，使从槽上滚下的小球正好穿过卡片的孔，而不擦碰孔的边缘，然后用铅笔在卡片缺口上点个黑点，这就在白纸上记下了小球穿过孔时球心所对应的位置。保证小球每次从槽上开始滚下的位置都相同，用同样的方法，可找出小球平抛轨迹上的一系列位置。取下白纸用平滑的曲线把这些位置连接起来即得小球做平抛运动的轨迹。

　　5．计算初速度：以O点为原点画出竖直向下的y轴和水平向右的x轴，并在曲线上选取A、B、C、D、E、F六个不同的点，用刻度尺和三角板测出它们的坐标x和y，用公式x=v0t和y= gt2计算出小球的初速度v0，最后计算出v0的平均值，并将有关数据记入表格内。

　　[注意事项]

　　1．实验中必须保持通过斜槽末端点的切线水平，方木板必须处在竖直面内且与小球运动轨迹所在的竖直平面平行，并使小球的运动靠近图板但不接触。

　　2．小球必须每次从斜槽上同一位置滚下。

　　3．坐标原点（小球做平抛运动的起点）不是槽口的端点，应是小球在槽口时，球的球心在木板上的水平投影点。

　　4．要在平抛轨道上选取距O点远些的点来计算球的初速度，这样可使结果的误差较小。

　　[例题]

　　1．下列哪些因素会使“研究平抛物体的运动”实验的误差增大

　　A．小球与斜槽之间有摩擦

　　B．安装斜槽时其末端不水平

　　C．建立坐标系时，以斜槽末端端口位置为坐标原点

　　D．根据曲线计算平抛运动的初速度时，在曲线上取作计算的点离原点O较远

　　答案：这里研究的是小球的平抛运动，只与抛出点（不是斜槽末端）的速度有关，而与它在斜槽中的运动无关。只要是每次速度的大小与方向不变（且水平）就不影响实验。

　　BC

　　4、验证机械能守恒定律

　　[实验目的]

　　验证机械能守恒定律。

　　[实验原理]

　　当物体自由下落时，只有重力做功，物体的重力势能和动能互相转化，机械能守恒。若某一时刻物体下落的瞬时速度为v，下落高度为h，则应有：mgh= mv2，借助打点计时器，测出重物某时刻的下落高度h和该时刻的瞬时速度v，即可验证机械能是否守恒，实验装置如图所示。

　　测定第n点的瞬时速度的方法是：测出第n点的相邻前、后两段相等时间T内下落的距离sn和sn+1，由公式

vn= ，或由vn= 算出，如图所示。

　　[实验器材]

　　铁架台（带铁夹），打点计时器，学生电源，导线，带铁夹的重缍，纸带，米尺。

　　[实验步骤]

　　1．按如图装置把打点计时器安装在铁架台上，用导线把打点计时器与学生电源连接好。

　　2．把纸带的一端在重锤上用夹子固定好，另一端穿过计时器限位孔，用手竖直提起纸带使重锤停靠在打点计时器附近。

　　3．接通电源，松开纸带，让重锤自由下落。

　　4．重复几次，得到3～5条打好点的纸带。

　　5．在打好点的纸带中挑选第一、二两点间的距离接近2mm，且点迹清晰一条纸带，在起始点标上0，以后各依次标上1，2，3……，用刻度尺测出对应下落高度h1、h2、h3……。

　　6．应用公式vn= 计算各点对应的即时速度v1、v2、v3……。

　　7．计算各点对应的势能减少量mghn和动能的增加量 mvn2，进行比较。

　　[注意项事]

　　1．打点计时器安装时，必须使两纸带限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力。

　　2．选用纸带时应尽量挑第一、二点间距接近2mm的纸带。

　　3．因不需要知道动能和势能的具体数值，所以不需要测量重物的质量。

　　[例题]1．在“验证机械能守恒定律”的实验中，已知打点计时器所用电源的频率为50Hz。查得当地的重加速度g=9.80m/s2，测得所用的重物的质量为1.00kg。实验中得到一条点迹清晰的纸带，把第一个点记作O，另连续的4个点A、B、C、D作为测量的点，经测量知道A、B、C、D各点到O点的距离分别为62.99cm、70.18cm、77.76cm、85.73cm。根据以上数据，可知重物由O点到运动C点，重力势能减少量等于________J，动能的增加量等于________J。（取3位有效数字）

　　答案：7.62，7.57

　　2．在本实验中，所用电源的频率为50Hz，某同学选择了一条理想的纸带，用刻度尺测量时各计数点位置对应刻度尺上的读数如图所示。（图中O是打点计时器打的第一个点，A、B、C、D、E分别是以每打两个点的时间作为计时单位取的计数点）。根据纸带求：

　　（1）重锤下落的加速度。

　　（2）若重锤质量为mkg，则重锤从起始下落至B时，减少的重力势能为多少？

　　（3）重锤下落到B时，动能为多大？

　　（4）从（2）、（3）的数据可得什么结论？产生误差的主要原因是什么？

　　答案：（1）9.69m/s2；（2）|△Ep|=1.95mJ；（3）Ek=1.mJ；（4）在实验误差允许的范围内，重锤重力势能的减少等于其动能的增加，机械能守恒。产生误差的主要原因是重锤下落过程中受到阻力（空气阻力、纸带与限位孔间的摩擦阻力）的作用。

　　5、 碰撞中的动量守恒

　　[实验目的]

　　研究在弹性碰撞的过程中，相互作用的物体系统动量守恒。

　　[实验原理]

　　一个质量较大的小球从斜槽滚下来，跟放在斜槽前边小支柱上另一质量较小的球发生碰撞后两小球都做平抛运动。由于两小球下落的高度相同，所以它们的飞行时间相等，这样如果用小球的飞行时间作时间单位，那么小球飞出的水平距离在数值上就等于它的水平速度。因此，只要分别测出两小球的质量m1、m2，和不放被碰小球时入射小球在空中飞出的水平距离s1，以及入射小球与被碰小球碰撞后在空中飞出的水平距离s1'和s2'，若m1s1在实验误差允许范围内与m1s1'+m2s2'相等，就验证了两小球碰撞前后总动量守恒。

　　[实验器材]

　　碰撞实验器（斜槽、重锤线），两个半径相等而质量不等的小球；白纸；复写纸；天平和砝码；刻度尺，游标卡尺（选用），圆规等。

　　[实验步骤]

　　1．用天平测出两个小球的质量m1、m2。

　　2．安装好实验装置，将斜槽固定在桌边，并使斜槽末端点的切线水平。

　　3．在水平地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸。

　　4．在白纸上记下重锤线所指的位置O，它表示入射球m1碰前的位置。

　　5．先不放被碰小球，让入射球从斜槽上同一高度处由静止开始滚下，重复10次，用圆规作尽可能小的圆把所有的小球落点圈在里面，圆心就是入射球不碰时的落地点的平均位置P。

　　6．把被碰球放在小支柱上，调节装置使两小球相碰时处于同一水平高度，确保入射球运动到轨道出口端时恰好与被碰球接触而发生正碰。

　　7．再让入射小球从同一高度处由静止开始滚下，使两球发生正碰，重复10次，仿步骤（5）求出入射小球的落点的平均位置M和被碰小球落点的平均位置N。

　　8．过O、N作一直线，取OO'=2r（可用游标卡尺测出一个小球的直径，也可用刻度尺测出紧靠在一起的两小球球心间的距离），O'就是被碰小球碰撞时的球心竖直投影位置。

　　9．用刻度尺量出线段OM、OP、O'N的长度。

　　10．分别算出m1· 与m1· +m2· 的值，看m1· 与m1· +m2· 在实验误差允许的范围内是否相等。

　　[注意事项]

　　1．应使入射小球的质量大于被碰小球的质量。

　　2．要调节好实验装置，使固定在桌边的斜槽末端点的切线水平，小支柱与槽口间距离使其等于小球直径，而且两球相碰时处在同一高度，碰撞后的速度方向在同一直线上。

　　3．每次入射小球从槽上相同位置由静止滚下，可在斜槽上适当高度处固定一档板，使小球靠着档板，然后释放小球。

　　4．白纸铺好后不能移动。

　　[例题]

　　1．因为下落高度相同的平抛小球（不计空气阻力）的________相同，所以我们在“碰撞中的动量守恒”实验中可以用________作为时间单位，那么，平抛小球的________在数值上等于小球平抛的初速度。

　　答案：飞行时间，飞行时间，水平位移。

　　2．某同学用图1所示装置通过半径相同的A、B两球的碰撞来验证动量守恒定律，图中PQ是斜槽，QR为水平槽。实验时先使A球从斜槽上某一固定位置G由静止开始滚下，落到位于水平地面的记录纸上，留下痕迹。重复上述操作10次，得到10个落点痕迹。再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方，让A球仍从位置G由静止开始滚下，和B球碰撞后，A、B球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹。重复这种操作10次。图1中O点是水平槽末端R在记录纸上的垂直投影点。B球落点痕迹如图2所示，其中米尺水平放置，且平行于G、R、O所在的平面，米尺的零点与O点对齐。

　　（1）碰撞后B球的水平射程应取为__________cm。

　　（2）在以下选项中，哪些是本次实验必须进行的测量？答：__________(填选项号)。

　　A．水平槽上未放B球时，测量A球落点位置到O点的距离

　　B．A球与B球碰撞后，测量A球落点位置到O点的距离

　　C．测量A球或B球的直径

　　D．测量A球和B球的质量（或两球质量之比）

　　E．测量G点相对于水平槽面的高度。

　　答案：（1）如图所示，用一红色的圆尽可能多的把小球落点圈在里面，由此可见圆心O的位置是65.7cm，这也是小球落点的平均位置。

　　（2）本实验中要测量的数据有：两个小于的质量m1、m2，三个落点的距离s1、s2、s3，所以应选ABD。注意此题实验装置与我们前面讲的实验装置的不同，该实验中被碰小球抛出点即为O点，所以C选项不选。不要受思维定势的影响，要具体问题具体分析。

　　6、用单摆测定重力加速度

　　[实验目的]

　　利用单摆测定当地的重力加速度。

　　[实验原理]

　　单摆在摆角小于5°时的振动是简谐运动，其固有周期为T=2π ，由此可得g= 。据此，只要测出摆长l和周期T，即可计算出当地的重力加速度值。

　　[实验器材]

　　铁架台（带铁夹），中心有孔的金属小球，约1m长的细线，米尺，游标卡尺（选用），秒表等。

　　[实验步骤]

　　1．在细线的一端打一个比小球上的孔径稍大些的结，将细线穿过球上的小孔，制成一个单摆。

　　2．将铁夹固定在铁架台的上端，铁架台放在实验桌边，使铁夹伸到桌面以外，把做好的单摆固定在铁夹上，使摆球自由下垂。

　　3．测量单摆的摆长l：用游标卡尺测出摆球直径2r，再用米尺测出从悬点至小球上端的悬线长l'，则摆长l=l'+r。

　　4．把单摆从平衡位置拉开一个小角度（不大于5°），使单摆在竖直平面内摆动，用秒表测量单摆完成全振动30至50次所用的时间，求出完成一次全振动所用的平均时间，这就是单摆的周期T。

　　5．将测出的摆长l和周期T代入公式g= 求出重力加速度g的值。

　　6．变更摆长重做两次，并求出三次所得的g的平均值。

　　[注意事项]

　　1．选择细绳时应选择细、轻又不易伸长的线，长度一般在1m左右，小球应选用密度较大的金属球，直径应较小，最好不超过2cm。

　　2．单摆悬线的上端不可随意卷在铁夹的杆上，应夹紧在铁夹中，以免摆动时发生摆长改变、摆线下滑的现象。

　　3．注意摆动时控制摆线偏离竖直方向不超过5°，可通过估算振幅的办法掌握。

　　4．摆球摆动时，要使之保持在同一个竖直平面内，不要形成圆锥摆。

　　5．计算单摆的振动次数时，应以摆球通过最低位置时开始计时，以后摆球从同一方向通过最低位置时，进行计数，且在数“零”的同时按下秒表，开始计时计数。

　　[例题]

　　某同学在做“利用单摆测重力加速度”实验中，先测得摆线长为101.00cm，摆球直径为2.00cm，然后用秒表记录了单摆振动50次所用的时间为101.5s。则

　　（1）他测得的重力加速度g=________m/s2。

　　（2）他测得的g值偏小，可能的原因是

　　A．测摆线长时摆线拉得过紧

　　B．摆线上端未牢固地系于悬点，振动中出现松动，使摆线长度增加了

　　C．开始计时时，秒表过迟按下

　　D．实验中误将49次全振动数为50次

　　（3）为了提高实验精度，在实验中可改变几次摆长l并测出相应的周期T，从而得出一组对应的l与T的数据，再以l为横坐标、T2为纵坐标将所得数据连成直线，并求得该直线的斜率K。则重力加速度g=________。(用K表示)

　　答案：

　　（1）本次实验中的摆长L=L’+r=101.00+1.00=1.0200m，周期T=t/N=101.5/50=2.03s，由公式g= 可以解得g=9.76m/s2；

　　（2）根据公式g= 知g偏小的原因可能是l的测量值偏小或T的测量值偏大。A中的测量值偏大，B中则是振动摆长大于测量值，所以正确，而CD中均是测得的周期偏小，所以CD均会使g值偏大。故只有B正确。

　　（3）4π2/K。由公式g= 得： 这是一条T2关于l的一元一次函数（如y=Kx），所以它的斜率是K=4π2/ g，所以 g=4π2/K

游标卡尺的读数

　　 读数时首先以游标零刻度线为准在尺身上读取毫米整数，即以毫米为单位的整数部分；然后看游标上第几条刻度线与尺身的刻度线对齐，用此数乘以卡尺的精确度即为小数部分，如十分度的游标卡尺游标尺的第6条刻度线与尺身刻度线对齐，则小数部分即为0.6毫米（若没有正好对齐的线，则取最接近对齐的线进行读数）。读数结果为：

　　L＝整数部分＋小数部分（对齐的格数×精度）

　　例：如图所示为一游标卡尺测量一螺母外径尺寸的示数，则可知螺母的外径为大？

　　分析与解：设外径读数为x，将它分为两部分：①从主尺上读出的部分D=2.5cm；②从游标尺上读出的部分d，因为游标尺的第9根刻度线与主尺的刻度线对齐，所以游标尺读数d=9×1/10 mm=0.09cm，那么螺母的外径：x=D+d=25mm+9×0.1mm=25.9mm=2.59cm

　　 说明：（1）游标卡尺读数时不需要估读。

　　（2）1/n（mm）是游标卡尺的精度（n为游标尺的分度），则测量结果的有效数字位数应由1/n（mm）的有效位数决定。如：有一游标卡尺的游标尺为20分度，其游标尺第4根刻度线与主尺某根刻度线对齐，那么从游标尺上读出的部分d=0.20mm，而不写作为0.2mm，因为d=4×1/20 mm=4×0.05mm，所以测量结果的有效数字位数应与1/20mm 即0.05mm的有效数字位数相同。

　　（3）判断游标上哪条刻度线与尺身刻度线对准，可用下述方法：选定相邻的三条线，如左侧的线在尺身对应线左，右侧的线在尺身对应线之左，中间那条线便可以认为是对准了，如图：

　　（4）如有零误差，则一律用上述读数结果减去零误差（零误差为负，相当于加上相同大小的零误差）。

螺旋测微器（外径千分尺）的读数

　　 读数时，先以微分筒的端面为准线，读出固定套管下刻度线的分度值（只读出以毫米为单位的整数），再以固定套管上的水平横线作为读数准线，读出可动刻度上的分度值。读数结果为：

　　L=固定刻度读数+半刻度数+可动刻度读数

　　说明：（1）如果微分筒的端面与固定刻度的下刻度线之间无上刻度线，测量结果即为下刻度线的数值加可动刻度的值；

　　如果微分筒端面与下刻度线之间有一条上刻度线，测量结果应为下刻度线的数值加上0.5毫米，再加上可动刻度的值。

　　如图1读数为8.384毫米，图2读数为7.923毫米。

　　（2）可动刻度上的分度值，读数时应估读到最小刻度的十分之一，即0.001毫米。

　　（3）有的千分尺的可动刻度分为100等分，螺距为1毫米，其固定刻度上不需要半毫米刻度，可动刻度的每一等分仍表示0.01毫米。

　　有的千分尺，可动刻度为50等分，而固定刻度上无半毫米刻度，只能用眼进行估计。对于已消除零误差的千分尺，当微分筒的前端面恰好在固定刻度下刻度线的两线中间时，若可动刻度的读数在40－50之间，则其前沿未超过0.5毫米，固定刻度读数不必加0.5毫米；若可动刻度上的读数在0－10之间，则其前端已超过下刻度两相邻刻度线的一半，固定刻度数应加上0.5毫米。

力学设计型实验

　　1、设计实验原理

　　利用给定的器材，测定物理量、验证某规律，要求写出实验原理。

　　例1、实验室配有下列器材：铁架台（附夹子），长约1.5m的细线，细线下坠一个200g左右的石子，秒表，米尺，试根据提供的器材设计测量当地重力加速度的实验，写出实验原理。

　　分析与解：本实验中石子的半径没有方法测量，所以摆长的长度是无法确定的。此次实验中设法解决摆长问题是此次实验的关键。设细线下端系点到石子重心的距离为L0。

　　若第一次摆线长度为L1，则摆长为(L1+L0)，测得简谐振动周期为T1，则：

　　T1=2π （1）

　　将摆线长度改变为L2，则摆长为(L2+L0)，测得简谐振动周期为T2，则

　　T2=2π （2）

　　由（1）、（2）可得：g= 

　　因此用直尺测出摆线长度的改变量和改变摆长前后周期T1、T2,即可算出重力加速度值。

　　点评：由于石子的重心位置无法确定，因此无法直接测量单摆的摆长，本实验利用单摆作简谐振动周期的平方与单摆长成正比的关系，设计出实验方案。利用公式g= 时，回避了对摆长的直接测量。

　　2、设计实验方法

　　提出实验目的，或给定器材，或附加一定条件，要求选择合适的实验方法。

　　例2、校医务室有一台测体重的台秤，一只篮球，一张白纸，一盆水，请设计一个实验方法，粗略测出篮球击地面时对地的冲出力。

　　分析与解：若使篮球击在台秤上进行测量，则一方面无法保证球冲击地面、秤面的力一样，另一方面球对秤面的冲击力是瞬时的，无法读取测量值。

　　篮球击在平面上，它产生的冲击力的大小与篮球和地面接触处形变量大小有关。因此，只要记录篮球击中地面时形变量大小就可以通过模拟的方式再演现出来。

　　如图所示，将白纸在铺在地面上，将篮球放入盛水的盆中弄湿；让篮球冲击地面上白纸、并留下球的水印，再将有水印的纸铺在台秤秤面上，将球放在水印中心；用力缓慢压球，当球发生的形变刚好与水印吻合时，台秤的读数即为冲击时冲击力的大小。

　　点评：该实验从设计思想采用了“模拟法”，以静态情景模拟动态情景，化“无法测”为“有法测”。

　　3、设计处理实验数据的方式 

　　给定实验数据，如数据表格、图象上描出数据点或已打好点的纸带，要求根据相关规律，选择合适的处理数据的方式。 

　　例3、某同学在做“当外力一定时加速度与质量的关系”实验时，得到如下数据：

　　（2）实验结论是_______________________________________。

　　分析与解：在研究“当外力一定时加速度与质量的关系”时，应以自变量作为横坐标，以因变量作为纵坐标，运用图象法分析它们之间关系。

　　若以质量（m）作为横坐标、以加速度（a）为纵坐标，则描点、画线后，所得的图象是一条曲线，如图所示，该曲线是圆弧？是双曲线？分析该曲线并不能确定加速度与质量的关系。

　　若以物体质量的倒数（1/m）为横坐标，以加速度（a）作为纵坐标，根据实验数据描出数据点，画线得出的图线为一条过原点的直线，如图所示，它能直观、准确地得出加速度（a）与质量倒数（1/m）成正比，即：在外力一定情况下，物体加速度与质量成反比。

　　点评：（1）运用物理图象处理实验数据，这是物理实验的常用方法，在演示实验“欧姆定律的研究”、测量性实验“用电流表和电压表测电池电动势和内电阻”等实验中，都采用了图象法进行实验数据的分析，本例正是考查运用图象法解决问题的能力。

　　（2）作出图象的目的是：或者根据图线确定因变量与自变量之间的关系，或者根据有关知识分析图线斜率、截距、面积等的物理意义。 

　　4、设计控制实验条件 

　　利用给定的器材测定某一物理量或验证某规律，要求设计需要控制的实验条件、设计控制方法及需要采取的相关措施等。 

　　例4、实验室备有下列器材：铁架台（附夹子），长约1.5m的细线，下坠一个200g左右的石子，秒表、米尺。现需要利用上述器材测定当地重力加速度，为尽量减小实验误差，需要采取哪些措施？需要控制哪些实验条件？ 

　　解析：（1）安装时，丝线悬点应固定，不能将丝线缠绕在小棒上，摆长应稍长，摆长不应小于70cm，否则实验时难以保证作简谐振动。

　　（2）测摆长时应悬测，而不能平测，长摆与短摆的摆长差应尽可能大些，以不小于50cm为宜，这样才可以保证差值（T12-T22）的有效数字的位数不减少。

　　（3）摆球应尽可能贴近在地面，以便用刻度尺来控制振幅，从而保证摆角小于5°，同时还可判断摆球是否沿直线做往复运动，避免锥摆现象的发生。

　　（4）计时的起始、终止位置应在振动的平衡位置，测量周期时应采用累计平均值，记录的全振动次数不能少于30次。

　　实验要重复几次，取记录数据算出结果的平均值为最后测量的结果。 

　　点评：实验时，应有严谨的作风、科学的态度，只有在采取了严密的控制措施的条件下，获得的数据或观察到的现象才有研究价值。