1、7.3 热学、光学及设计性实验例1 某同学在研究弹簧振子的周期和振子质量的关系时，利用同一根弹簧，记录了不同振子质量对应的周期值如下表：m (g)5.010.015.020.025.030.0T (s)0.400.570.690.800.890.98他在T-m坐标系中根据此表描点后发现T、m间不是正比关系，而好象是T 2m关系，请你进一步验证这一猜想是否正确？例2 测物体间的动摩擦因数：(写出实验原理，操作步骤，所需测量的物理量)图1-7-35(木块匀速下滑)(由静止开始匀加速下滑)(木块由静止下滑最后停止，接触面情况一样)例3 测定重力加速度：(写出实验原理，操作步骤，所需测量的物理量)(木
2、块沿光滑斜面下滑) (物体在长真空管中竖直向上运动) (滴水法测g值)图1-7-36 (利用“验证机械能守恒”装置测g值) (利用平抛物体的闪频照片) (利用单摆测g值) 例4 要求使用下列器材，使一个约20K的负载电阻两端得到一个准确度较高的50.OmV的微小电压。器材：干电池2节(串联)，多用电表(作为标准电压表)的直流2.5V档，滑动变阻器(全阻值约50)，定值电阻(20.O)，电阻箱(9999.9)。开关，导线若干(1)画出设计的电路图；(2)简述操作方法 7.3 热学、光学及设计实验1在做用油膜法估测分子大小的实验中，已知实验室中使用的酒精油酸溶液的体积浓度为n,又用滴管测得每N滴这
3、种酒精油酸的总体积为V,将一滴这种溶液滴在浅盘中的水面上,在玻璃板上描出油膜的边界线，再把玻璃板放在画有边长为a的正方形小格的纸上，如图1-7-37，测得油膜占有的小正方形个数为m图1-7-37 用以上字母表示油酸分子直径的大小d 从右图中数得油膜占有的小正方形个数为m=_.2在测定玻璃的折射率实验中，下列要求正确的是 ( ) A玻璃砖的宽度宜小些 B大头针应垂直插在纸面上C每边的两个大头针的距离近些容易观察 D在插P4时，只要把P3挡住就行了，不必考虑 P1、 P2图1-7-383 图1-7-38为双缝干涉实验的装置的示意图图甲是用绿光进行实验时，屏上观察到的条纹情况，a为中央亮条纹，图乙为
4、换用另一种颜色的单色光进行实验时，观察到的条纹情况，a，为中央亮条纹的情况，则以下说法正确的是 ( )A图乙可能是用红光实验产生的条纹，表明红光波长较长B图乙可能是用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较长C图乙可能是用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较短D图乙可能是用红光实验产生的条纹，表明红光波长较短4有一种测量真实子弹速度的装置叫冲击摆它的主要构造是：用4根长度均为L的细线悬挂一个质量为M,高度为d的木块，将该装置悬挂在天花板上，静止时细线均处于竖直方向，如图1-7-39所示（图中只画出了前面的两根细线）被测试的子弹质量为m，将它正对着木块的左侧中心点垂直于左侧面水平射入，并留在木块中和木块
5、一起上摆测得上摆的最大摆角为写出根据以测得的数据表示子弹初速度v0的表达式 用什么方法可以尽量减小实验的偶然误差？5某同学由于没有量角器，在完成了光路图以后，以O点为圆心，10.00cm为半径画圆，分别交线段OA于A点，交OO，连线的延长线于C点，过A点作法线MN，的垂线AB交MN，于B点，过C点作法线MN的垂线CD，交MN，于D点，如图1-7-40所示，用刻度尺量得OB=8.00cm，CD=4.00cm，由此可得出玻璃的折射率n= v0L图1-7-41图1-7-40图1-7-396 如图1-7-41所示，一个学生按照课本上的小实验用广口瓶和直尺测定水的折射率，填写下述实验步骤中的空白(1)用
6、 测出广口瓶瓶口内径d；(2)在瓶内装满水；(3)将直尺沿瓶口边缘 插入水中；(4)沿广口瓶边缘向水中直尺正面看去，若恰能看到直尺的0刻度(即图中A点)，同时看到水面上B点刻度的像恰与A点的像相重合；(5)若水面恰与直尺c点相平，读出 和 的长度；（6）以题中所给的条件为依据，计算水的折射率为 7A、B两地间有lO千米长埋在地下的电缆(可看作两根电阻相等的平行绝缘导线)，使用一段时间后，某处出现漏电现象(相当于电缆在该连接了一个阻值不明的电阻)，现给你一个15伏稳压电源(内阻不计)和一个15伏电压表，请你设计一个方案，在不用开挖地面的情况下，找出漏电地点的正确位置。要求： (1)画出实验等效电
7、路图； (2)写出主要操作步骤；(3)列出待测物理量及计算式。8用伏安法测定一个阻值约为25K，额定功率为120W的电阻的阻值，备用仪器及元件有：(1)待测电阻R。(2)直流电流表二只：A1一量程0100 uA，内阻约为2K；A2一量程0500 uA，内阻约为300。(3)直流电压表三只：V1量程O1V，内阻约为10K；V2一量程O10V，内阻约为100K；V3量程O50 V，内阻约为500 K。(4)电源三件(内阻不计)：1一二节干电池，每节1.5V；2一直流稳压电源，输出电压15V，额定电流1A；一直流稳压电源，输出电压50V，额定电流0.5A。(5)滑动变阻器R1，电阻值1K，额定功率1
8、w。(6)电键一个，导线若干。试从以上所提供的仪器和元件中选择合适的规格及适宜的线路，使得被测电阻的测量结果达到尽可能高的精确度。(1)画出电路图并标明所选仪器与元件的规格；(2)简要说明设计的理由。(a) (b) (c) (d)图1-7-429在上海市青少年校外活动营地“东方绿舟”内有一个绿色能源区，同学们可以在这里做太阳能和风能的研究性实验。某同学为了测定夏季中午单位面积上、单位时间内获得的太阳能，制作了一个太阳能集热装置、实验器材有：（a）内壁涂黑的泡沫塑料箱一个，底面积为1m2；（b）给你盛水塑料袋一个；（c）温度计一个；（d）玻璃板一块（约1m2）如图1-7-42所示有一块斜坡草地，
9、太阳光垂直照射到草地表面，请将上述实验器材按实验设计要求画在图1-7-43中图1-7-43已知水的比热容c，被水吸收的热量Q与水的质量m、水温升高量t间的关系是Qcmt，则为了测定中午单位面积上、单位时间内获得的太阳能，除了需要测量m、t外，还应测量的物理量是 本实验会有一定误差，试写出一条产生误差的主要原因： 10如图1-7-44，是用高电阻放电法测电容的实验电路图。其原理是测出电容器在充电电压为U时所带的电荷量Q，从而求出其电容C。该实验的操作步骤如下：按电路图接好实验电路；接通电键S，调节电阻箱R的阻值，使微安表的指针接近满刻度记下这时的电压表读数U0=6.2V和微安表读数I0=490A
10、；断开电键S并同时开始计时，每隔5s或10s读一次微安表的读数i，将读数记录在预先设计的表格中；根据表格中的12组数据，以t为横坐标，i为纵坐标，在坐标纸上描点（图1-7-45中用“”表示）根据以上实验结果和图象，可以估算出当电容器两端电压为U0时该电容器所带的电荷量Q0约为_C，从而算出该电容器的电容约为_Fi/ A0 20 40 60 80 t/s600500400300200100 AVSCR图1-7-44图1-7-45图7-3-8 11一盒子上有两个接线柱a和b，与盒内电路相连把电压表(内阻很大)接在两接线柱之间，其读数是3V,把电流表(内阻可忽略)接在两接线柱之间，其读数是3A则如图
11、1-7-46的4个电路中(电源内阻不计)可能为盒内电路的是 ( )图1-7-47图1-7-4612某学生为测量一物体的质量，找到一个力电转换器，该转换器的输出电压正比于受压面的压力(比例系数为K)，如图1-7-47所示，测量时先调节输入端的电压，使转换器空载时的输出电压为O；而后在其受压面上放一物体，即可测得与物体的质量成正比的输出电压U 现有下列器材：力电转换器、质量为m0的砝码、电压表、滑动变阻器、干电池各一个，电键及导线若干，待测物体(可置于力电转换器的受压面上)请完成对该物体质量的测量 (1)设计一个电路，要求力电转换器的输入电压可调，并且使电压的调节范围尽可能大，在方框中画出未完成的
12、测量电路图 (2)简要说明测量步骤，求出比例系数K，并测出待测物体的质量m (3)请设想实验中可能会出现的一个问题7.3 热学、光学及设计实验（答 案）例1. 解：可以根据表中的T值计算出相应的T 2值填入表中，画出对应的T 2-m图象。如果所描出的点很接近在一条过原点的直线上，就可以确认T 2m关系成立。在给出的表中增加一行对应的T (s2)值：m (g)5.010.015.020.025.030.0T (s)0.400.570.690.800.890.98T(s2)0.160.320.480.640.790.96T/s2m/g1.00.80.60.40.2o10 20 30 40如图作出T
13、 2-m图象：得到的6个点可以认为在同一条直线上，因此可以确定T2m关系成立。例2a=2.0m/s2 V=8.0m/s例3，；C、A、D、B、E、F，600串，49400 例4略1；582B3A4；多测几次求平均值。51.56刻度尺 竖直 AC BC 略7C 滑线变阻器分压电路，电流表与电阻箱串联连接8解：装置图如右。还应该测量的物理量是温度升高所用的时间t。产生误差的主要原因是太阳能没有全部被水吸收。9解：按照图中的点，用光滑曲线把它们依次连接起来，得到i-t图线，图线和横轴所围的面积就是放电量，即原来电容器的带电量。每小格相当于2.510-4C，用四舍五入法数得小方格有32个，所以Q0=810-3C。再由C= Q0/ U0，得C=1.310-3F。
