資源簡介

中小學教育資源及組卷應用平臺
第45講　其他實驗
目錄
實驗11：探究電磁感應的產生條件 1
實驗12：探究感應電流方向的規律 4
實驗13：探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數的關系 6
實驗14：探究單擺周期與擺長的關系 10
實驗15：測定玻璃的折射率 14
實驗16：用雙縫干涉測量光的波長 17
實驗17：探究碰撞中的不變量 21
實驗11：探究電磁感應的產生條件
一、實驗原理
改變閉合回路中的磁通量，閉合回路中就可以產生感應電流，感應電流的有無可以通過連在電路中的電流表指針是否偏轉來判定.
二、實驗器材
蹄形磁鐵、條形磁鐵、導體棒、線圈(正、副各一個)、靈敏電流計、直流電源、滑動變阻器、導線、開關.
三、實驗過程
1.觀察導體棒在磁場中是否產生感應電流：如圖1所示，導體棒靜止、左右平動、前后運動、上下運動，觀察電流表指針是否偏轉，記錄實驗現象.
圖1
2.觀察條形磁鐵在線圈中運動是否產生感應電流：如圖2所示，N、S極分別向線圈中插入、靜止、拔出，觀察電流表指針是否偏轉，記錄實驗現象.
圖2
3.模仿法拉第的實驗：如圖3所示，觀察開關閉合瞬間、開關斷開瞬間、開關閉合滑動變阻器滑片不動、開關閉合滑動變阻器滑片迅速移動時，電流表指針是否偏轉，記錄實驗現象.
圖3
（2023 臺州模擬）（1）小陶同學利用如圖甲所示的線圈進行“探究電磁感應的產生條件”實驗。為了看到明顯的實驗現象，線圈的兩個接線柱與哪個電表連接更合理？答： 。
A．直流電流表
B．直流電壓表
C．交流電流表
D．交流電壓表
（2）為了測出圖甲所示線圈的電阻值，小陶用伏安法進行測量，實驗電路如圖乙所示，請按要求完成下列問題。
①改變滑動變阻器滑片，待電路穩定得到的多組電流、電壓值如表所示，請在相應位置作出I﹣U圖像。
電壓U（V） 0.00 0.30 0.50 0.80 1.10 1.40 1.60 2.00
電流I（mA） 0.0 11.8 17.4 27.8 36.6 57.0 55.8 70.2
②由圖像可得該線圈的電阻值為 Ω。（結果保留兩位小數）
③有同學認為，實驗中該線圈會產生感應電動勢，從而影響實驗數據的測量。你認為該說法是否合理？并說明理由。
答： 。（填“合理”或“不合理”）
理由： 。
（2021 嘉興二模）某實驗小組利用如圖所示實驗裝置進行“探究感應電流方向的規律”的實驗，其中線圈A與電源電路連接，線圈B與電流表G連接。在實驗過程中。
（1）需要查清線圈 的繞制方向（選填“A”、“B”或“A和B”）；
（2）是否需要查清流入電流表的電流方向與指針偏轉方向之間的關系？答： （選填“需要”或“不需要”）。
實驗12：探究感應電流方向的規律
一、實驗原理
　楞次定律.
二、實驗器材
條形磁鐵、靈敏電流計、線圈、導線、一節干電池(用來查明線圈中電流的流向與電流表指針偏轉方向的關系).
三、實驗過程
1.按圖6連接電路，閉合開關，記錄G中流入的電流方向與指針偏轉方向的關系.
2.記下線圈繞向，將線圈與靈敏電流計連接成閉合電路.
3.把條形磁鐵N極(S極)向下插入線圈中，并從線圈中拔出，每次記錄電流計中指針偏轉方向，并確定電流方向，從而確定磁場方向.
圖6
4.總結，得出結論.
（2021 溫州模擬）在“探究電磁感應產生的條件”實驗中，正確的連線應選擇圖1中的 （選填“甲或“乙”）；選擇正確的連線后，電鍵突然閉合的瞬間，靈敏電流計的指針偏轉的最大角度如圖2所示。在小螺線管中插入鐵芯，待指針穩定后，再將電鍵突然斷開的瞬間，指針偏轉的最大角度是圖3中的 （選填“A”、“B”、“C”或“D”）。
（2023春 寧波期中）在“探究電磁感應的產生條件”實驗中：
（1）如圖甲所示，線圈橫臥在課桌上并與G表相連，將條形磁鐵自左向右穿過線圈，已知插入時G表指針向左偏轉，則拔出時G表指針 （填“向左”或“向右”）偏轉。
（2）如圖乙所示，將學生電源和開關、滑動變阻器、線圈A串聯起來，將線圈B與G表連接起來。一般情況下，開關和A線圈應該與學生電源的 （填“直流”或“交流”）接線柱相連。閉合開關瞬間，發現G表指針向左偏轉。當閉合開關接通電源后，將變阻器滑動觸頭向右移動時，則G表指針 （填“向左”或“向右”）偏轉。閉合開關接通電源后，第一次將滑動變阻器從最大阻值滑移到某一較小阻值，第二次用比第一次大的速度將滑動變阻器從最大阻值滑移到同一較小阻值，則第二次G表偏轉的角度較 （填“小”或“大”）。
實驗13：探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數的關系
一、實驗原理
原線圈通過電流時，鐵芯中產生磁場，由于交變電流的大小和方向都在不斷變化，鐵芯中的磁場也在不斷的變化，變化的磁場在副線圈中產生感應電動勢，副線圈中就存在輸出電壓.本實驗通過改變原、副線圈匝數，探究原、副線圈兩端的電壓與匝數的關系.
二、實驗器材
兩只多用電表(或兩只交直流數字電壓表)、學生電源(低壓交流電源)、開關、可拆變壓器、導線若干.
三、實驗過程
1.按如圖11所示連接好電路圖，將兩個多用電表調到交流電壓擋，并記錄兩個線圈的匝數.
圖11
2.打開學生電源，讀出電壓值，并記錄在表格中.
3.保持匝數不變多次改變輸入電壓，記錄下每次的兩個電壓值.
4.保持電壓、原線圈的匝數不變，多次改變副線圈的匝數，記錄下每次的副線圈匝數和對應的電壓值.
5.數據記錄與處理
次序 n1(匝) n2(匝) n1∶n2 U1(V) U2(V) U1∶U2
1
2
3
4
四、注意事項
1.在改變學生電源電壓、線圈匝數前均要先斷開開關，再進行操作.
2.為了人身安全，學生電源的電壓不能超過12 V，不能用手接觸裸露的導線和接線柱.
3.為了多用電表的安全，使用交流電壓擋測電壓時，先用最大量程擋試測，大致確定被測電壓后再選用適當的擋位進行測量.
（2023春 臺州期中）在“探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數的關系”的實驗中。
①下列器材需要的有 。
②如圖所示，當左側線圈“0”“8”間接入某一電壓時，右側線圈“0”“4”接線柱間的輸出電壓是4V，則左側的輸入電壓可能是 。
A．8.7V
B．8.0V
C．7.3V
③觀察變壓器的鐵芯，它的結構和材料是 。
A．整塊硅鋼
B．相互絕緣的銅片
C．相互絕緣的水平疊放的硅鋼片
D．相互絕緣的豎直疊放的硅鋼片
（2022春 諸暨市校級期中）在“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系”的實驗中，小王同學采用了如圖1所示的可拆式變壓器進行研究，圖中各接線柱對應的數字表示倍率為“×100匝”的匝數。
（1）小王同學準備了以下器材：
A．可拆變壓器：鐵芯、兩個已知匝數的線圈
B．條形磁鐵
C．學生電源
D．多用電表
E．開關、導線若干
上述器材中本實驗不需要的是 （填器材料序號）。
（2）對于實驗過程，下列說法正確的有 （多選）。
A．為便于探究，應該采用控制變量法
B．變壓器的原線圈接低壓交流電，測量副線圈電壓時應當用多用電表的“直流電壓擋”
C．使用多用電表測電壓時，先用最大量程擋試測，再選用適當的擋位進行測量
D．因為實驗所用電壓較低，通電時可用手接觸裸露的導線、接線柱等檢查電路
（3）組裝變壓器時，小王同學沒有將鐵芯閉合，如圖2所示，原線圈接12.0V的學生交流電源，
原、副線圈的匝數比為8：1，副線圈兩端接交流電壓表，則交流電壓表的實際讀數可能是 。
A．0V
B．96.0V
C．1.5V
D．0.65V
（4）用匝數na＝400匝和nb＝800匝的變壓器，實驗測量數據如表：
Ua/V 1.80 2.80 3.80 4.90
Ub/V 4.00 6.01 8.02 9.98
根據測量數據可判斷連接交流電源的原線圈是 （填“na”或“nb”）。
實驗14：探究單擺周期與擺長的關系
一、實驗原理
單擺在偏角θ<5°時，擺球的運動可看做簡諧運動，用累積法測出n次全振動的時間t，則算得T＝，同時量得擺線長l′和小球直徑d，則單擺的擺長l＝l′＋，然后用圖象法尋找周期T與擺長l的定量關系.
二、實驗裝置圖及器材
帶有鐵夾的鐵架臺、中心有小孔的金屬小球，不易伸長的細線(約1米)、停表、毫米刻度尺和游標卡尺.
三、實驗步驟
1.讓細線的一端穿過金屬小球的小孔，然后打一個比小孔大一些的線結，做成單擺.
2.把細線的上端用鐵夾固定在鐵架臺上，把鐵架臺放在實驗桌邊，使鐵夾伸到桌面以外，讓擺球自然下垂，在單擺平衡位置處作上標記，如圖15所示.
圖15
3.用毫米刻度尺量出擺線長度l′，用游標卡尺測出擺球的直徑，即得出金屬小球半徑r，計算出擺長l＝l′＋r.
4.把單擺從平衡位置處拉開一個很小的角度(不超過5°)，然后放開金屬小球，讓金屬小球擺動，待擺動平穩后測出單擺完成30～50次全振動所用的時間t，計算出金屬小球完成一次全振動所用時間，這個時間就是單擺的振動周期，即T＝(N為全振動的次數)，反復測3次，再計算出周期的平均值＝.
5.根據單擺振動周期公式T＝2π計算重力加速度g＝.
6.改變擺長，重做幾次實驗，計算出每次實驗的重力加速度值，求出它們的平均值，該平均值即為測得的重力加速度值.
7.將測得的重力加速度值與當地重力加速度值相比較，分析產生誤差的可能原因.
四、數據處理
處理數據有兩種方法：
(1)公式法：測出30次或50次全振動的時間t，利用T＝求出周期；不改變擺長，反復測量三次，算出三次測得的周期的平均值，然后代入公式g＝求重力加速度.
(2)圖象法：
圖16
由單擺周期公式不難推出：l＝T2，因此，分別測出一系列擺長l對應的周期T，作l－T2圖象，圖象應是一條通過原點的直線，如圖16所示，求出圖線的斜率k＝，即可利用g＝4π2k求得重力加速度的值.
五、注意事項
1.選擇材料時擺線應選擇細而不易伸長的線，比如用單根尼龍線、胡琴絲弦或蠟線等，長度一般不應短于1 m.小球應選用密度較大的金屬球，直徑應較小，最好不超過2 cm.
2.單擺懸線的上端不可隨意卷在鐵夾的桿上，應夾緊在鐵夾中，以免擺動時發生擺線下滑、擺長改變的現象.
3.擺動時控制擺線偏離豎直方向不超過5°.
4.擺動時，要使之保持在同一個運動平面內，不要形成圓錐擺.
5.計算單擺的振動次數時，應以擺球通過平衡位置時開始計時，以擺球從同一方向通過平衡位置時進行計數，且在數“零”的同時按下停表，開始計時計數.
（2021 浙江模擬）某學習小組利用力傳感器來做探究單擺周期與擺長的關系”實驗，如圖1所示。
（1）實驗中，用毫米刻度尺測出細線的長度，用游標卡尺測出擺球的直徑，如圖2所示，擺球的直徑為D＝ mm。
（2）實驗時，取長度一定的細線穿過擺球的小孔制成單擺，若某次實驗取的擺球直徑是圖2擺球的2倍，則大擺球的擺動周期比圖2的周期 （填“大”“相同”或“小”）。
（3）若利用拉力傳感器記錄拉力隨時間變化的關系如圖3所示，該單擺擺長L＝ m。（計算時，取g≈π2，結果保留三位有效數字）
（2021 嘉興二模）兩位同學根據“探究單擺周期與擺長的關系”實驗測當地的重力加速度。
（1）甲同學直接將線長作為擺長進行實驗，其通過計算所得重力加速度 實際值。
A．大于
B．等于
C．小于
（2）乙同學測出多組數據并作出如圖丙所示的T2﹣l的圖像，造成圖像不過原點的原因可能是 。
A．小球受到的空氣阻力比較大
B．誤將擺線長與小球的直徑之和作為擺長
C．小球形成了圓錐擺在水平面內做圓周運動
D．測量周期時，誤將n次全振動記成了（n﹣1）次
（3）根據圖所示測得的重力加速度 實際值。
A．大于
B．等于
C．小于
實驗15：測定玻璃的折射率
一、實驗原理
用插針法確定光路，找出跟入射光線相對應的折射光線；用量角器測出入射角θ1和折射角θ2；根據折射定律計算出玻璃的折射率n＝.
二、實驗器材
兩面平行的玻璃磚、白紙、木板、大頭針、量角器、刻度尺、鉛筆、圖釘.
三、實驗步驟
1.將白紙用圖釘釘在木板上.
圖23
2.如圖23所示，在白紙上畫出一條直線aa′作為界面(線)，過aa′上的一點O畫出界面的法線NN′，并畫一條線段AO作為入射光線.
3.把長方形玻璃磚放在白紙上，使它的長邊跟aa′對齊，沿刻度尺畫出玻璃磚的另一邊bb′.
4.在直線AO上豎直插上兩枚大頭針P1、P2，透過玻璃磚觀察大頭針P1、P2的像，調整視線方向，直到P2的像擋住P1的像.再在觀察的這一側插兩枚大頭針P3、P4，使P3擋住P1、P2的像，P4擋住P3及P1、P2的像，記下P3、P4的位置.
5.移去大頭針和玻璃磚，過P3、P4所在處作直線O′B，與bb′交于O′，直線O′B就代表了沿AO方向入射的光線通過玻璃磚后的傳播方向.
6.連接OO′，入射角θ1＝∠AON，折射角θ2＝∠O′ON′.用量角器量出入射角和折射角，從三角函數表中查出它們的正弦值，把這些數據記錄在自己設計的表格中.
7.用上述方法分別求出入射角分別為30°、45°、60°時的折射角，查出它們的正弦值，填入表格中.
8.算出不同入射角時的比值，最后求出在幾次實驗中所測的平均值，即為玻璃磚折射率的測量值.
四、數據處理
此實驗是通過測量入射角和折射角，然后查數學用表，找出入射角和折射角的正弦值，再代入n＝中求玻璃的折射率.除運用此方法之外，還有以下處理數據的方法：
(1)在找到入射光線和折射光線以后，以入射點O為圓心，以任意長為半徑畫圓，分別與AO交于C點，與OO′(或OO′的延長線)交于D點，過C、D兩點分別向NN′作垂線，交NN′于C′、D′點，用刻度尺量出CC′和DD′的長，如圖24所示.
圖24
由于sin θ1＝，sin θ2＝，而CO＝DO，所以折射率n＝.重復以上實驗，求得各次折射率計算值，然后求其平均值即為玻璃磚折射率的測量值.
(2)根據折射定律可得n＝，因此有sin θ2＝.在多次改變入射角、測量相對應的入射角和折射角正弦值基礎上，以sin θ1值為橫坐標、以sin θ2值為縱坐標，建立直角坐標系，如圖25所示.描數據點，過數據點連線得到一條過原點的直線.求解圖線斜率，設斜率為k，則k＝，故玻璃磚折射率n＝.
圖25
五、注意事項
1.玻璃磚要厚，用手拿玻璃磚時，只能接觸玻璃磚毛面或棱，嚴禁用玻璃磚當尺子畫界面.
2.入射角應在30°到60°之間.
3.大頭針要豎直插在白紙上，且玻璃磚每一側兩枚大頭針P1與P2間、P3與P4間的距離應盡量大一些，以減小確定光路方向時造成的誤差.
4.玻璃磚的折射光線要畫準.
5.由于要多次改變入射角重復實驗，所以入射光線與出射光線要一一對應編號以免混亂.
（2022 紹興二模）小周在“測定玻璃折射率”的實驗中，使用了以下器材：直徑為7.00厘米的半圓形玻璃磚、紅色激光、平木板、圖釘（若干）、白紙、鉛筆、三角尺，當激光沿某一半徑方向照射到圓心O點時恰好發生全反射。他作出的光路圖如圖所示，則玻璃磚的折射率為 （保留三位有效數字）。將入射光線向右平移一小段距離， （填“有”或“沒有”）光線從玻璃磚底面射出。
（2021 寧波模擬）如圖甲所示，某同學在“測玻璃磚折射率實驗”時將入射光線改由從AC面入射，然后在CD界面外側觀察P1P2的像，但他始終無法在CD界面外側找到P1P2的像，卻意外地在BD界面外側看到了P1P2的像，于是按原方法釘了兩枚大頭針P3P4，用以標記出射光線。根據你所學知識在圖乙中補全光路圖。
實驗16：用雙縫干涉測量光的波長
一、實驗原理
單色光通過單縫后，經雙縫產生穩定的干涉圖樣，圖樣中相鄰兩條亮(暗)條紋間距Δx與雙縫間距d、雙縫到屏的距離l、單色光波長λ之間滿足λ＝Δx.
雙縫間的距離d是已知的，雙縫到屏的距離l可以用米尺測出，相鄰兩條亮(暗)條紋間的距離Δx用測量頭測出.測量頭由分劃板、目鏡、手輪等構成.轉動手輪，分劃板會左右移動.測量時，應使分劃板中心刻線對齊某條紋的中心(如圖32所示)，記下此時手輪上的示數.轉動測量頭，使分劃板中心刻線對齊另一條紋的中心，記下此時手輪上的示數.兩次讀數之差就表示這兩條條紋間的距離.
圖32
二、實驗器材
雙縫干涉儀(由光具座、光源、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃屏、測量頭組成)、學生電源、導線、米尺.
三、實驗步驟
1.取下遮光筒左側的元件，調節光源高度，使光束能直接沿遮光筒軸線把屏照亮.
2.按合理順序在光具座上放置各光學元件，并使各元件的中心位于遮光筒的軸線上.
3.用米尺測量雙縫到屏的距離.
4.用測量頭測量數條亮條紋間的距離.
四、注意事項
1.單縫和雙縫應相互平行，其中心位于遮光筒的軸線上，雙縫到屏的距離應相等.
2.測雙縫到屏的距離l可用米尺測多次，取平均值.
3.測條紋間距Δx時，用測量頭測出n條亮(暗)條紋間的距離a，求出相鄰的兩條亮(暗)條紋間的距離Δx＝.
（2023 鎮海區模擬）用某種單色光做雙縫干涉實驗時，已知雙縫間距離為d，測出圖⑤中雙縫的位置為L1，毛玻璃屏的位置為L2，實驗時移動測量頭（如圖①所示）上的手輪，把分劃線對準靠近最左邊的一條亮條紋（如圖②所示），并記下螺旋測微器的讀數為x1（如圖③所示），然后轉動手輪，把分劃線向右邊移動，直到對準第7條亮條紋并記下螺旋測微器讀數為x7＝ mm（如圖④所示），由以上測量數據可求得該單色光的波長λ＝ （用題中測量量的符號表示）。
（2023 嘉興二模）實驗題。
（1）在“驗證機械能守恒定律”實驗中，采用重錘自由下落的實驗方案，經正確操作獲得一條紙帶如圖1所示。實驗所用打點計時器電源頻率為50Hz，重錘質量m＝0.30kg，當地重力加速度g＝9.79m/s2，則打A點時紙帶速度為 ，A點到B點過程中重力勢能變化量為 （結果保留2位有效數字）。
（2）小姚同學用如圖2所示的裝置做“探究碰撞中的不變量”實驗。
①關于滑塊A、B的碰撞，下列說法正確的是 。
A．兩個滑塊碰撞前必須有一個靜止
B．兩個滑塊碰撞后必須結合在一起
C．兩個滑塊碰撞后可結合在一起，也可分開
D．兩滑塊可以從整體靜止到相互彈開
②實驗中測得滑塊A的質量為222.0g，滑塊B的質量為216.0g，用50分度游標卡尺測量遮光條A的寬度，其讀數如圖3所示，則讀數為 cm；滑塊A從左向右通過光電門1后與靜止的滑塊B碰撞，碰后粘合成一體通過光電門2，遮光條A先后通過光電門1、2所對應的計時器讀數分別如圖4、圖5所示（圖中數值的單位是ms），
則碰后滑塊A、B的總動量為 kg m/s（計算結果保留2位小數）。
（3）在“用雙縫干涉測量光的波長”的實驗中：
①用單色光照射雙縫后，在目鏡中觀察到如圖所示的情形。若其他操作無誤，則上述情形下測得的單色光波長將 （選填“偏大”、“不變”或“偏小”）；
②若想對圖的情形進行調整，則需要的操作是 。
A．旋轉毛玻璃屏
B．左右撥動撥桿
C．旋轉測量頭上的手輪
D．旋轉遮光筒和測量頭
實驗17：探究碰撞中的不變量
用實驗法探究碰撞中的不變量，要測量物體的質量和碰撞前后的速度.可以用很多的實驗方案來探究.
實驗方案一：
圖37
如圖37，光滑的水平木板上，一輛小車A拖著一條紙帶勻速運動，碰上了靜止在前方的小車B，碰后兩車一起向右勻速運動.
為了減小摩擦力的影響，我們的做法是將木板一端墊高，其實也可以使用氣墊導軌.
探究需要確定質量和速度，用天平測質量.中心任務是要得出速度，如圖38是一條實驗室打出的紙帶：紙帶的左端代表A車碰前的運動.
圖38
實驗方案二：
圖39
如圖39，數字計時器上可以得到遮光板通過光電門的時間t，如果要計算勻速運動的速度，還需知道遮光板寬度d，這樣速度v＝.
在勻速運動中，遮光板寬一點或窄一點，對物體速度的計算不會有影響.在變速運動中，選取的遮光板要窄一點.
圖40
實驗方案三：
如圖40所示，通過小球擺起的角度可以知道碰撞的速度.
上述三個實驗方案的區別在于測速度的方法不同.
實驗方案四：
圖41
如圖41所示，先用重垂線確定O點.讓兩個球碰撞(入射小球的質量m1大于被撞小球的質量m2)，兩球碰撞前后速度用平拋運動測量，因下落時間相同，可以用水平位移替代速度.多次實驗，小球落點如圖42所示.
圖42
小球落點有很多，畫圓，圓心表示平均落點位置.
量出水平距離OP、OM、ON，則碰撞中的不變量可表示為：m1OP＝m1OM＋m2ON.
（2023 紹興二模）在用氣墊導軌做“驗證動量守恒定律”的實驗中。
（1）有同學提出了調節氣墊導軌的兩種方案，如圖1所示，則符合該實驗要求的是方案 （選填“一”或“二”）。
（2）該實驗裝置如圖2所示，兩滑塊質量分別為mA＝333g、mB＝233g，兩遮光條寬度均為d。現接通氣源，將滑塊A向右彈出，與靜止的滑塊B發生碰撞，計時器獲得三組擋光時間為25.17ms、29.25ms、171.6ms。碰撞后滑塊B對應擋光時間為 （選填“25.17ms”、“29.25ms”或“171.6ms”）。
（2022 浙江模擬）（1）在下列實驗中，能用圖1中裝置完成且僅用一條紙帶就可以得出實驗結論的是 （單選）。
A．驗證小車和重物組成的系統機械能守恒
B．探究小車速度隨時間變化的規律
C．探究小車加速度與力、質量的關系
D．探究不同力做功與小車速度變化的關系
（2）某次實驗中按規范操作打出了一條紙帶，其部分紙帶如圖2。已知打點計時器接在頻率為50Hz的交流電源上，紙帶左端接小車，請根據圖中紙帶判斷其做的是 （填“勻速”、“勻變速”、“加速度變化的變速”）運動，此次實驗中打點計時器打下A點時小車的速度為 m/s。（保留兩位有效數字）
（3）如圖3所示，在水平氣墊導軌上用光電門記錄數據的方式做“驗證動量守恒定律”實驗，測量滑塊A的質量記為m1，測量滑塊B的質量記為m2，測量滑塊A上的遮光條寬度如圖4所示，其寬度d1＝ cm，測得滑塊B上的遮光條寬度為d2。滑塊A從右向左碰靜止的滑塊B，已知m1＞m2，光電門計數器依次記錄了三個遮光時間Δt1、Δt2、Δt3，驗證動量守恒需要滿足的關系式為 （用測量的物理量符號表示）。
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第45講　其他實驗
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實驗11：探究電磁感應的產生條件 1
實驗12：探究感應電流方向的規律 4
實驗13：探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數的關系 6
實驗14：探究單擺周期與擺長的關系 10
實驗15：測定玻璃的折射率 14
實驗16：用雙縫干涉測量光的波長 17
實驗17：探究碰撞中的不變量 21
實驗11：探究電磁感應的產生條件
一、實驗原理
改變閉合回路中的磁通量，閉合回路中就可以產生感應電流，感應電流的有無可以通過連在電路中的電流表指針是否偏轉來判定.
二、實驗器材
蹄形磁鐵、條形磁鐵、導體棒、線圈(正、副各一個)、靈敏電流計、直流電源、滑動變阻器、導線、開關.
三、實驗過程
1.觀察導體棒在磁場中是否產生感應電流：如圖1所示，導體棒靜止、左右平動、前后運動、上下運動，觀察電流表指針是否偏轉，記錄實驗現象.
圖1
2.觀察條形磁鐵在線圈中運動是否產生感應電流：如圖2所示，N、S極分別向線圈中插入、靜止、拔出，觀察電流表指針是否偏轉，記錄實驗現象.
圖2
3.模仿法拉第的實驗：如圖3所示，觀察開關閉合瞬間、開關斷開瞬間、開關閉合滑動變阻器滑片不動、開關閉合滑動變阻器滑片迅速移動時，電流表指針是否偏轉，記錄實驗現象.
圖3
（2023 臺州模擬）（1）小陶同學利用如圖甲所示的線圈進行“探究電磁感應的產生條件”實驗。為了看到明顯的實驗現象，線圈的兩個接線柱與哪個電表連接更合理？答： 。
A．直流電流表
B．直流電壓表
C．交流電流表
D．交流電壓表
（2）為了測出圖甲所示線圈的電阻值，小陶用伏安法進行測量，實驗電路如圖乙所示，請按要求完成下列問題。
①改變滑動變阻器滑片，待電路穩定得到的多組電流、電壓值如表所示，請在相應位置作出I﹣U圖像。
電壓U（V） 0.00 0.30 0.50 0.80 1.10 1.40 1.60 2.00
電流I（mA） 0.0 11.8 17.4 27.8 36.6 57.0 55.8 70.2
②由圖像可得該線圈的電阻值為 Ω。（結果保留兩位小數）
③有同學認為，實驗中該線圈會產生感應電動勢，從而影響實驗數據的測量。你認為該說法是否合理？并說明理由。
答： 。（填“合理”或“不合理”）
理由： 。
【解答】解：（1）“探究電磁感應的產生條件”實驗。為了看到明顯的實驗現象，線圈的兩個接線柱與直流電流表相接，電壓表內阻太大，交流電表測量的是有效值，故A正確BCD錯誤。
故選：A。
（2）①根據表中數據在坐標系中描點、連線作出I﹣U圖像如下圖
②根據圖像可知，斜率代表電阻的倒數
③不合理，因為電路電流穩定，線圈磁通量不變，不會產生感應電動勢。
故答案為：（1）A；（2）①見解析；②28.57；③不合理；電路電流穩定，線圈磁通量不變，不會產生感應電動勢。
（2021 嘉興二模）某實驗小組利用如圖所示實驗裝置進行“探究感應電流方向的規律”的實驗，其中線圈A與電源電路連接，線圈B與電流表G連接。在實驗過程中。
（1）需要查清線圈 的繞制方向（選填“A”、“B”或“A和B”）；
（2）是否需要查清流入電流表的電流方向與指針偏轉方向之間的關系？答： （選填“需要”或“不需要”）。
【解答】解：“探究感應電流方向的規律”的實驗，必須應查清A與B線圈的繞制方向，從而能確定原磁場的方向與感應磁場方向的關系；
實驗時應首先查明電流計指針的偏轉方向和電流方向的關系，以便于感應電流方向與磁通量變化的關系；
故答案為：（1）A和B；（2）需要。
實驗12：探究感應電流方向的規律
一、實驗原理
　楞次定律.
二、實驗器材
條形磁鐵、靈敏電流計、線圈、導線、一節干電池(用來查明線圈中電流的流向與電流表指針偏轉方向的關系).
三、實驗過程
1.按圖6連接電路，閉合開關，記錄G中流入的電流方向與指針偏轉方向的關系.
2.記下線圈繞向，將線圈與靈敏電流計連接成閉合電路.
3.把條形磁鐵N極(S極)向下插入線圈中，并從線圈中拔出，每次記錄電流計中指針偏轉方向，并確定電流方向，從而確定磁場方向.
圖6
4.總結，得出結論.
（2021 溫州模擬）在“探究電磁感應產生的條件”實驗中，正確的連線應選擇圖1中的 （選填“甲或“乙”）；選擇正確的連線后，電鍵突然閉合的瞬間，靈敏電流計的指針偏轉的最大角度如圖2所示。在小螺線管中插入鐵芯，待指針穩定后，再將電鍵突然斷開的瞬間，指針偏轉的最大角度是圖3中的 （選填“A”、“B”、“C”或“D”）。
【解答】解：在“探究電磁感應產生的條件”實驗中，要實現實驗的目的，能使電路中的通電線圈通過開關的通斷，及線圈的遠離與靠近，來實現通過另一線圈的磁通量變化，再從便于實驗操作，因此正確的連線應選擇圖1中的甲；
電鍵突然閉合的瞬間，靈敏電流計的指針偏轉的最大角度如圖2所示。在小螺線管中插入鐵芯，待指針穩定后，再將電鍵突然斷開的瞬間，依據法拉第電磁感應定律可知，此時穿過大線圈的磁通量變化率與閉合時其磁通量變化率相同，故B正確，ACD錯誤；
故答案為：甲；B。
（2023春 寧波期中）在“探究電磁感應的產生條件”實驗中：
（1）如圖甲所示，線圈橫臥在課桌上并與G表相連，將條形磁鐵自左向右穿過線圈，已知插入時G表指針向左偏轉，則拔出時G表指針 （填“向左”或“向右”）偏轉。
（2）如圖乙所示，將學生電源和開關、滑動變阻器、線圈A串聯起來，將線圈B與G表連接起來。一般情況下，開關和A線圈應該與學生電源的 （填“直流”或“交流”）接線柱相連。閉合開關瞬間，發現G表指針向左偏轉。當閉合開關接通電源后，將變阻器滑動觸頭向右移動時，則G表指針 （填“向左”或“向右”）偏轉。閉合開關接通電源后，第一次將滑動變阻器從最大阻值滑移到某一較小阻值，第二次用比第一次大的速度將滑動變阻器從最大阻值滑移到同一較小阻值，則第二次G表偏轉的角度較 （填“小”或“大”）。
【解答】解：（1）將條形磁鐵自左向右穿過線圈時，線圈中的磁通量增加，則根據楞次定律可知，線圈中產生的感應電流的磁場要阻礙原磁通量的增加，此時G表指針向左偏轉；
則拔出時，穿過線圈的磁通量要減小，則感應電流產生的磁場要阻礙原磁通量的減小，那么此時G表指針向右偏轉。
（2）開關和A線圈應該與學生電源的直流接線柱相連，這樣可以通過開關的通斷和滑動變阻器阻值的改變從而控制電流的變化，以產生變化的磁場，進而研究感應電流產生的條件，而交流電的方向在發生周期性變化，實驗過程若選擇交流電就會同時有兩個變量，因此選擇直流電源；
當滑動變阻器滑動觸頭向右移動時，接入電路中的電阻減小，回路中產生的電流增大，從而產生的磁場增強，致使產生的感應電流增大，G表指針向左偏轉；
第二次用比第一次大的速度將滑動變阻器從最大阻值滑移到同一較小阻值，這樣的操作使電路中電流的變化率增大，從而使磁場的變化率增大，則產生更大的感應電流，則第二次G表偏轉的角度較大。
故答案為：（1）向右；（2）直流、向左、大。
實驗13：探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數的關系
一、實驗原理
原線圈通過電流時，鐵芯中產生磁場，由于交變電流的大小和方向都在不斷變化，鐵芯中的磁場也在不斷的變化，變化的磁場在副線圈中產生感應電動勢，副線圈中就存在輸出電壓.本實驗通過改變原、副線圈匝數，探究原、副線圈兩端的電壓與匝數的關系.
二、實驗器材
兩只多用電表(或兩只交直流數字電壓表)、學生電源(低壓交流電源)、開關、可拆變壓器、導線若干.
三、實驗過程
1.按如圖11所示連接好電路圖，將兩個多用電表調到交流電壓擋，并記錄兩個線圈的匝數.
圖11
2.打開學生電源，讀出電壓值，并記錄在表格中.
3.保持匝數不變多次改變輸入電壓，記錄下每次的兩個電壓值.
4.保持電壓、原線圈的匝數不變，多次改變副線圈的匝數，記錄下每次的副線圈匝數和對應的電壓值.
5.數據記錄與處理
次序 n1(匝) n2(匝) n1∶n2 U1(V) U2(V) U1∶U2
1
2
3
4
四、注意事項
1.在改變學生電源電壓、線圈匝數前均要先斷開開關，再進行操作.
2.為了人身安全，學生電源的電壓不能超過12 V，不能用手接觸裸露的導線和接線柱.
3.為了多用電表的安全，使用交流電壓擋測電壓時，先用最大量程擋試測，大致確定被測電壓后再選用適當的擋位進行測量.
（2023春 臺州期中）在“探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數的關系”的實驗中。
①下列器材需要的有 。
②如圖所示，當左側線圈“0”“8”間接入某一電壓時，右側線圈“0”“4”接線柱間的輸出電壓是4V，則左側的輸入電壓可能是 。
A．8.7V
B．8.0V
C．7.3V
③觀察變壓器的鐵芯，它的結構和材料是 。
A．整塊硅鋼
B．相互絕緣的銅片
C．相互絕緣的水平疊放的硅鋼片
D．相互絕緣的豎直疊放的硅鋼片
【解答】解：①根據變壓器的工作原理可知，變壓器使用交流電源，為了保證人身安全要使用12V的學生交流電源，測電壓要用多用表的交流電壓擋，不需要干電池和直流電壓表，故AC錯誤，BD正確；
②若是理想變壓器，則有變壓器線圈兩端的電壓與匝數的關系；若變壓器的原線圈接“0”和“8”兩個接線柱，副線圈接“0”和“4”兩個接線柱，可知原、副線圈的匝數比為2：1，副線圈的電壓為4V，則原線圈的電壓為，考慮到不是理想變壓器，有漏磁等現象，則原線圈所接的電源電壓大于8V，可能為8.7V，故A正確，BC錯誤。
故選：A。
③磁感線環繞方向應該沿閉合鐵芯，產生的渦流應沿鐵芯方向，為了減小渦流影響，應采用相互絕緣的豎直疊放的硅鋼片，故ABC錯誤，D正確。
故選：D。
故答案為：①BD；②A；③D。
（2022春 諸暨市校級期中）在“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系”的實驗中，小王同學采用了如圖1所示的可拆式變壓器進行研究，圖中各接線柱對應的數字表示倍率為“×100匝”的匝數。
（1）小王同學準備了以下器材：
A．可拆變壓器：鐵芯、兩個已知匝數的線圈
B．條形磁鐵
C．學生電源
D．多用電表
E．開關、導線若干
上述器材中本實驗不需要的是 （填器材料序號）。
（2）對于實驗過程，下列說法正確的有 （多選）。
A．為便于探究，應該采用控制變量法
B．變壓器的原線圈接低壓交流電，測量副線圈電壓時應當用多用電表的“直流電壓擋”
C．使用多用電表測電壓時，先用最大量程擋試測，再選用適當的擋位進行測量
D．因為實驗所用電壓較低，通電時可用手接觸裸露的導線、接線柱等檢查電路
（3）組裝變壓器時，小王同學沒有將鐵芯閉合，如圖2所示，原線圈接12.0V的學生交流電源，
原、副線圈的匝數比為8：1，副線圈兩端接交流電壓表，則交流電壓表的實際讀數可能是 。
A．0V
B．96.0V
C．1.5V
D．0.65V
（4）用匝數na＝400匝和nb＝800匝的變壓器，實驗測量數據如表：
Ua/V 1.80 2.80 3.80 4.90
Ub/V 4.00 6.01 8.02 9.98
根據測量數據可判斷連接交流電源的原線圈是 （填“na”或“nb”）。
【解答】解：（1）探究變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系實驗，需要知道原副線圈的匝數、需要測量電壓；變壓器是根據互感作用原理工作的，需要交流電源、不需要外部磁場，組成電路的基本元件需要，故不需要的是：B；
（2）A．該實驗涉及多個物理量，為便于探究，應該采用控制變量法，故A正確；
B．變壓器的原線圈接低壓交流電，測量副線圈電壓時應當用多用電表的“交流電壓擋”測量，故B錯誤；
C．使用多用電表測電壓時，為避免燒毀電壓表，先用最大量程擋試測，再選用適當的擋位進行測量，故C正確；
D．實驗時，通電時不可用手接觸裸露的導線、接線柱等檢查電路，故D錯誤。
故選：AC。
（3）根據變壓器原副線圈匝數關系有：
代入數據可得：U2＝1.5V
故C正確，ABD錯誤。
故選：C。
（4）由于有漏磁，副線圈測量電壓小于理論值，所以na為副線圈，可判斷連接交流電源的原線圈是nb
故答案為：（1）B；（2）AC；（3）C；（4）nb。
實驗14：探究單擺周期與擺長的關系
一、實驗原理
單擺在偏角θ<5°時，擺球的運動可看做簡諧運動，用累積法測出n次全振動的時間t，則算得T＝，同時量得擺線長l′和小球直徑d，則單擺的擺長l＝l′＋，然后用圖象法尋找周期T與擺長l的定量關系.
二、實驗裝置圖及器材
帶有鐵夾的鐵架臺、中心有小孔的金屬小球，不易伸長的細線(約1米)、停表、毫米刻度尺和游標卡尺.
三、實驗步驟
1.讓細線的一端穿過金屬小球的小孔，然后打一個比小孔大一些的線結，做成單擺.
2.把細線的上端用鐵夾固定在鐵架臺上，把鐵架臺放在實驗桌邊，使鐵夾伸到桌面以外，讓擺球自然下垂，在單擺平衡位置處作上標記，如圖15所示.
圖15
3.用毫米刻度尺量出擺線長度l′，用游標卡尺測出擺球的直徑，即得出金屬小球半徑r，計算出擺長l＝l′＋r.
4.把單擺從平衡位置處拉開一個很小的角度(不超過5°)，然后放開金屬小球，讓金屬小球擺動，待擺動平穩后測出單擺完成30～50次全振動所用的時間t，計算出金屬小球完成一次全振動所用時間，這個時間就是單擺的振動周期，即T＝(N為全振動的次數)，反復測3次，再計算出周期的平均值＝.
5.根據單擺振動周期公式T＝2π計算重力加速度g＝.
6.改變擺長，重做幾次實驗，計算出每次實驗的重力加速度值，求出它們的平均值，該平均值即為測得的重力加速度值.
7.將測得的重力加速度值與當地重力加速度值相比較，分析產生誤差的可能原因.
四、數據處理
處理數據有兩種方法：
(1)公式法：測出30次或50次全振動的時間t，利用T＝求出周期；不改變擺長，反復測量三次，算出三次測得的周期的平均值，然后代入公式g＝求重力加速度.
(2)圖象法：
圖16
由單擺周期公式不難推出：l＝T2，因此，分別測出一系列擺長l對應的周期T，作l－T2圖象，圖象應是一條通過原點的直線，如圖16所示，求出圖線的斜率k＝，即可利用g＝4π2k求得重力加速度的值.
五、注意事項
1.選擇材料時擺線應選擇細而不易伸長的線，比如用單根尼龍線、胡琴絲弦或蠟線等，長度一般不應短于1 m.小球應選用密度較大的金屬球，直徑應較小，最好不超過2 cm.
2.單擺懸線的上端不可隨意卷在鐵夾的桿上，應夾緊在鐵夾中，以免擺動時發生擺線下滑、擺長改變的現象.
3.擺動時控制擺線偏離豎直方向不超過5°.
4.擺動時，要使之保持在同一個運動平面內，不要形成圓錐擺.
5.計算單擺的振動次數時，應以擺球通過平衡位置時開始計時，以擺球從同一方向通過平衡位置時進行計數，且在數“零”的同時按下停表，開始計時計數.
（2021 浙江模擬）某學習小組利用力傳感器來做探究單擺周期與擺長的關系”實驗，如圖1所示。
（1）實驗中，用毫米刻度尺測出細線的長度，用游標卡尺測出擺球的直徑，如圖2所示，擺球的直徑為D＝ mm。
（2）實驗時，取長度一定的細線穿過擺球的小孔制成單擺，若某次實驗取的擺球直徑是圖2擺球的2倍，則大擺球的擺動周期比圖2的周期 （填“大”“相同”或“小”）。
（3）若利用拉力傳感器記錄拉力隨時間變化的關系如圖3所示，該單擺擺長L＝ m。（計算時，取g≈π2，結果保留三位有效數字）
【解答】解：（1）20分度游標卡尺讀數，精度為0.05mm，主尺上刻度19mm，游標尺上0刻線與主尺上刻線對齊，0×0.05mm＝0.00mm，相加后得到19.00mm.
（2）由T＝2π，可知擺長變大，周期變大。
（3）單擺回復力的周期是單擺周期的一半，故T＝2.0s，代入單擺周期公式
T＝2π，解得L＝1.00m
故答案為：（1）19.00mm （2）大 （3）1.00m
（2021 嘉興二模）兩位同學根據“探究單擺周期與擺長的關系”實驗測當地的重力加速度。
（1）甲同學直接將線長作為擺長進行實驗，其通過計算所得重力加速度 實際值。
A．大于
B．等于
C．小于
（2）乙同學測出多組數據并作出如圖丙所示的T2﹣l的圖像，造成圖像不過原點的原因可能是 。
A．小球受到的空氣阻力比較大
B．誤將擺線長與小球的直徑之和作為擺長
C．小球形成了圓錐擺在水平面內做圓周運動
D．測量周期時，誤將n次全振動記成了（n﹣1）次
（3）根據圖所示測得的重力加速度 實際值。
A．大于
B．等于
C．小于
【解答】解：（1）單擺的周期公式為：，甲同學直接將線長作為擺長進行實驗，這樣測擺長的時候少加了擺球的半徑r，相當于測量擺長比真實擺長短，即L偏小，故測出來的T偏小，故C正確；
（2）單擺的周期公式為：，得：，所以圖像應為正比函數圖象，但題目中給的圖像當擺長為某值時才有周期，顯然是測擺長時測量值偏大，只有B選項的結果是擺長測量值偏大了小球的半徑，故選B
（3）題目中給出的圖像根據第二問分析可知擺長多測量了小球的半徑r，故真實的周期為：，可得：，圖線的斜率沒有變化，仍然是，故所測得重力加速度g就是實際值，故選B
故答案為：（1）C，（2）B，（3）B
實驗15：測定玻璃的折射率
一、實驗原理
用插針法確定光路，找出跟入射光線相對應的折射光線；用量角器測出入射角θ1和折射角θ2；根據折射定律計算出玻璃的折射率n＝.
二、實驗器材
兩面平行的玻璃磚、白紙、木板、大頭針、量角器、刻度尺、鉛筆、圖釘.
三、實驗步驟
1.將白紙用圖釘釘在木板上.
圖23
2.如圖23所示，在白紙上畫出一條直線aa′作為界面(線)，過aa′上的一點O畫出界面的法線NN′，并畫一條線段AO作為入射光線.
3.把長方形玻璃磚放在白紙上，使它的長邊跟aa′對齊，沿刻度尺畫出玻璃磚的另一邊bb′.
4.在直線AO上豎直插上兩枚大頭針P1、P2，透過玻璃磚觀察大頭針P1、P2的像，調整視線方向，直到P2的像擋住P1的像.再在觀察的這一側插兩枚大頭針P3、P4，使P3擋住P1、P2的像，P4擋住P3及P1、P2的像，記下P3、P4的位置.
5.移去大頭針和玻璃磚，過P3、P4所在處作直線O′B，與bb′交于O′，直線O′B就代表了沿AO方向入射的光線通過玻璃磚后的傳播方向.
6.連接OO′，入射角θ1＝∠AON，折射角θ2＝∠O′ON′.用量角器量出入射角和折射角，從三角函數表中查出它們的正弦值，把這些數據記錄在自己設計的表格中.
7.用上述方法分別求出入射角分別為30°、45°、60°時的折射角，查出它們的正弦值，填入表格中.
8.算出不同入射角時的比值，最后求出在幾次實驗中所測的平均值，即為玻璃磚折射率的測量值.
四、數據處理
此實驗是通過測量入射角和折射角，然后查數學用表，找出入射角和折射角的正弦值，再代入n＝中求玻璃的折射率.除運用此方法之外，還有以下處理數據的方法：
(1)在找到入射光線和折射光線以后，以入射點O為圓心，以任意長為半徑畫圓，分別與AO交于C點，與OO′(或OO′的延長線)交于D點，過C、D兩點分別向NN′作垂線，交NN′于C′、D′點，用刻度尺量出CC′和DD′的長，如圖24所示.
圖24
由于sin θ1＝，sin θ2＝，而CO＝DO，所以折射率n＝.重復以上實驗，求得各次折射率計算值，然后求其平均值即為玻璃磚折射率的測量值.
(2)根據折射定律可得n＝，因此有sin θ2＝.在多次改變入射角、測量相對應的入射角和折射角正弦值基礎上，以sin θ1值為橫坐標、以sin θ2值為縱坐標，建立直角坐標系，如圖25所示.描數據點，過數據點連線得到一條過原點的直線.求解圖線斜率，設斜率為k，則k＝，故玻璃磚折射率n＝.
圖25
五、注意事項
1.玻璃磚要厚，用手拿玻璃磚時，只能接觸玻璃磚毛面或棱，嚴禁用玻璃磚當尺子畫界面.
2.入射角應在30°到60°之間.
3.大頭針要豎直插在白紙上，且玻璃磚每一側兩枚大頭針P1與P2間、P3與P4間的距離應盡量大一些，以減小確定光路方向時造成的誤差.
4.玻璃磚的折射光線要畫準.
5.由于要多次改變入射角重復實驗，所以入射光線與出射光線要一一對應編號以免混亂.
（2022 紹興二模）小周在“測定玻璃折射率”的實驗中，使用了以下器材：直徑為7.00厘米的半圓形玻璃磚、紅色激光、平木板、圖釘（若干）、白紙、鉛筆、三角尺，當激光沿某一半徑方向照射到圓心O點時恰好發生全反射。他作出的光路圖如圖所示，則玻璃磚的折射率為 （保留三位有效數字）。將入射光線向右平移一小段距離， （填“有”或“沒有”）光線從玻璃磚底面射出。
【解答】解：激光恰能在O點全反射，則
其中
解得：n＝1.52
將入射光線向右平移一小段距離，如圖所示：
則光纖射到上底面的入射角減小，則光線將不能發生全發射從而從底面射出。
故答案為：1.52；有
（2021 寧波模擬）如圖甲所示，某同學在“測玻璃磚折射率實驗”時將入射光線改由從AC面入射，然后在CD界面外側觀察P1P2的像，但他始終無法在CD界面外側找到P1P2的像，卻意外地在BD界面外側看到了P1P2的像，于是按原方法釘了兩枚大頭針P3P4，用以標記出射光線。根據你所學知識在圖乙中補全光路圖。
【解答】解：（1）連接P1、P2，確定AC界面入射點O1點；
（2）連接P3、P4，確定BD界面入射點O2點；
（3）在CD面上發生反射，作關于CD界面中O1點的對稱點O′點，連接O′與O2，（此方向即為反射光線的方向）連線和CD界面交點為O，連接O1O，連線即為反射時的入射光線；
（4）連線O1O與OO2就是玻璃磚內的光路。
右圖即為正確光路圖。
實驗16：用雙縫干涉測量光的波長
一、實驗原理
單色光通過單縫后，經雙縫產生穩定的干涉圖樣，圖樣中相鄰兩條亮(暗)條紋間距Δx與雙縫間距d、雙縫到屏的距離l、單色光波長λ之間滿足λ＝Δx.
雙縫間的距離d是已知的，雙縫到屏的距離l可以用米尺測出，相鄰兩條亮(暗)條紋間的距離Δx用測量頭測出.測量頭由分劃板、目鏡、手輪等構成.轉動手輪，分劃板會左右移動.測量時，應使分劃板中心刻線對齊某條紋的中心(如圖32所示)，記下此時手輪上的示數.轉動測量頭，使分劃板中心刻線對齊另一條紋的中心，記下此時手輪上的示數.兩次讀數之差就表示這兩條條紋間的距離.
圖32
二、實驗器材
雙縫干涉儀(由光具座、光源、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃屏、測量頭組成)、學生電源、導線、米尺.
三、實驗步驟
1.取下遮光筒左側的元件，調節光源高度，使光束能直接沿遮光筒軸線把屏照亮.
2.按合理順序在光具座上放置各光學元件，并使各元件的中心位于遮光筒的軸線上.
3.用米尺測量雙縫到屏的距離.
4.用測量頭測量數條亮條紋間的距離.
四、注意事項
1.單縫和雙縫應相互平行，其中心位于遮光筒的軸線上，雙縫到屏的距離應相等.
2.測雙縫到屏的距離l可用米尺測多次，取平均值.
3.測條紋間距Δx時，用測量頭測出n條亮(暗)條紋間的距離a，求出相鄰的兩條亮(暗)條紋間的距離Δx＝.
（2023 鎮海區模擬）用某種單色光做雙縫干涉實驗時，已知雙縫間距離為d，測出圖⑤中雙縫的位置為L1，毛玻璃屏的位置為L2，實驗時移動測量頭（如圖①所示）上的手輪，把分劃線對準靠近最左邊的一條亮條紋（如圖②所示），并記下螺旋測微器的讀數為x1（如圖③所示），然后轉動手輪，把分劃線向右邊移動，直到對準第7條亮條紋并記下螺旋測微器讀數為x7＝ mm（如圖④所示），由以上測量數據可求得該單色光的波長λ＝ （用題中測量量的符號表示）。
【解答】解：螺旋測微器讀數為x7＝14.5mm+0.01mm×20.0＝14.700mm
條紋間距為：
根據
可得：
故答案為：14.700；
（2023 嘉興二模）實驗題。
（1）在“驗證機械能守恒定律”實驗中，采用重錘自由下落的實驗方案，經正確操作獲得一條紙帶如圖1所示。實驗所用打點計時器電源頻率為50Hz，重錘質量m＝0.30kg，當地重力加速度g＝9.79m/s2，則打A點時紙帶速度為 ，A點到B點過程中重力勢能變化量為 （結果保留2位有效數字）。
（2）小姚同學用如圖2所示的裝置做“探究碰撞中的不變量”實驗。
①關于滑塊A、B的碰撞，下列說法正確的是 。
A．兩個滑塊碰撞前必須有一個靜止
B．兩個滑塊碰撞后必須結合在一起
C．兩個滑塊碰撞后可結合在一起，也可分開
D．兩滑塊可以從整體靜止到相互彈開
②實驗中測得滑塊A的質量為222.0g，滑塊B的質量為216.0g，用50分度游標卡尺測量遮光條A的寬度，其讀數如圖3所示，則讀數為 cm；滑塊A從左向右通過光電門1后與靜止的滑塊B碰撞，碰后粘合成一體通過光電門2，遮光條A先后通過光電門1、2所對應的計時器讀數分別如圖4、圖5所示（圖中數值的單位是ms），則碰后滑塊A、B的總動量為 kg m/s（計算結果保留2位小數）。
（3）在“用雙縫干涉測量光的波長”的實驗中：
①用單色光照射雙縫后，在目鏡中觀察到如圖所示的情形。若其他操作無誤，則上述情形下測得的單色光波長將 （選填“偏大”、“不變”或“偏小”）；
②若想對圖的情形進行調整，則需要的操作是 。
A．旋轉毛玻璃屏
B．左右撥動撥桿
C．旋轉測量頭上的手輪
D．旋轉遮光筒和測量頭
【解答】解：（1）根據中間時刻的瞬時速度等于這段過程的平均速度，打點計時器電源頻率為50Hz，故0.02s打一個點，則打A點時紙帶速度為
由紙帶讀數可知xAB＝10.69﹣0.80cm＝9.89cm
所以A點到B點過程中重力勢能變化量ΔEP＝mgxAB＝0.30kg×9.79m/s2×9.89×10﹣2m≈0.29J
（2）①在驗證碰撞過程中的動量守恒定律時，對兩個物體碰撞前后的速度沒有要求，可以都是運動的，也可以其中一個是靜止的，還可以兩滑塊從原來靜止到相互分開；同時對碰撞后的速度也沒有要求，可以碰后粘在一起，也可以碰撞后分開，故AB錯誤，CD正確；
故選：CD。
②50等分的游標卡尺最小分度值為0.02mm，主尺讀數5mm，游標尺讀數5×0.02mm，游標卡尺不估讀，則游標卡尺的讀數為5mm+5×0.02mm＝5.10mm＝0.510cm
遮光條A通過光電門2所對應的計時器讀數為18.77mm，則碰后的速度為
則碰后滑塊A、B的總動量為p＝（mA+mB）v＝0.438kg×0.272m/s≈0.12kg m/s
（3）①在目鏡中觀察到如圖所示的情形，會導致條紋間距測量偏大，由公式，可知導致測得的單色光波長偏大；
②A．毛玻璃屏在本實驗中的作用是產生漫反射，使圖樣更明顯，故A錯誤；
B．撥動撥桿的作用是為了使單縫和雙縫平行，獲得清晰的干涉圖樣，因為已有清晰圖樣，不用調節，故B錯誤；
C．旋轉測量頭上的手輪是為了測距，故C錯誤；
D．旋轉遮光筒和測量頭使分劃線與干涉條紋平行，故D正確；
故選：D。
故答案為：（1）0.50，0.29；（2）①CD；②0.510，0.12；（3）①偏大；②D。
實驗17：探究碰撞中的不變量
用實驗法探究碰撞中的不變量，要測量物體的質量和碰撞前后的速度.可以用很多的實驗方案來探究.
實驗方案一：
圖37
如圖37，光滑的水平木板上，一輛小車A拖著一條紙帶勻速運動，碰上了靜止在前方的小車B，碰后兩車一起向右勻速運動.
為了減小摩擦力的影響，我們的做法是將木板一端墊高，其實也可以使用氣墊導軌.
探究需要確定質量和速度，用天平測質量.中心任務是要得出速度，如圖38是一條實驗室打出的紙帶：紙帶的左端代表A車碰前的運動.
圖38
實驗方案二：
圖39
如圖39，數字計時器上可以得到遮光板通過光電門的時間t，如果要計算勻速運動的速度，還需知道遮光板寬度d，這樣速度v＝.
在勻速運動中，遮光板寬一點或窄一點，對物體速度的計算不會有影響.在變速運動中，選取的遮光板要窄一點.
圖40
實驗方案三：
如圖40所示，通過小球擺起的角度可以知道碰撞的速度.
上述三個實驗方案的區別在于測速度的方法不同.
實驗方案四：
圖41
如圖41所示，先用重垂線確定O點.讓兩個球碰撞(入射小球的質量m1大于被撞小球的質量m2)，兩球碰撞前后速度用平拋運動測量，因下落時間相同，可以用水平位移替代速度.多次實驗，小球落點如圖42所示.
圖42
小球落點有很多，畫圓，圓心表示平均落點位置.
量出水平距離OP、OM、ON，則碰撞中的不變量可表示為：m1OP＝m1OM＋m2ON.
（2023 紹興二模）在用氣墊導軌做“驗證動量守恒定律”的實驗中。
（1）有同學提出了調節氣墊導軌的兩種方案，如圖1所示，則符合該實驗要求的是方案 （選填“一”或“二”）。
（2）該實驗裝置如圖2所示，兩滑塊質量分別為mA＝333g、mB＝233g，兩遮光條寬度均為d。現接通氣源，將滑塊A向右彈出，與靜止的滑塊B發生碰撞，計時器獲得三組擋光時間為25.17ms、29.25ms、171.6ms。碰撞后滑塊B對應擋光時間為 （選填“25.17ms”、“29.25ms”或“171.6ms”）。
【解答】解：（1）動量守恒定律的條件是系統所受的合外力為零，若兩滑塊位于傾斜的氣勢導軌上，則兩滑塊所受的合個力不為零，不滿足動量守恒定律的條件，故應選擇合處力為零的水平軌道，即方案二；
（2）由于AB相撞處是彈簧圈，二者發生碰撞后若動量守恒，以向右方向為正方向，則有：mAvA＝mAvA′+mBvB′，而速度vA，vA′，vB′
上式化簡后有：
由題意可知，mA＝333g、mB＝233g，且ΔtA應取第一個較小的值，即ΔtA＝25.17ms或29.25ms，并且ΔtA′＞ΔtB′（A不能穿越B），那么只有，而其他的值偏差較大，故碰撞后B的擋光時間ΔtB′＝25.17ms。
故答案為：（1）二；（2）25.17ms。
（2022 浙江模擬）（1）在下列實驗中，能用圖1中裝置完成且僅用一條紙帶就可以得出實驗結論的是 （單選）。
A．驗證小車和重物組成的系統機械能守恒
B．探究小車速度隨時間變化的規律
C．探究小車加速度與力、質量的關系
D．探究不同力做功與小車速度變化的關系
（2）某次實驗中按規范操作打出了一條紙帶，其部分紙帶如圖2。已知打點計時器接在頻率為50Hz的交流電源上，紙帶左端接小車，請根據圖中紙帶判斷其做的是 （填“勻速”、“勻變速”、“加速度變化的變速”）運動，此次實驗中打點計時器打下A點時小車的速度為 m/s。（保留兩位有效數字）
（3）如圖3所示，在水平氣墊導軌上用光電門記錄數據的方式做“驗證動量守恒定律”實驗，測量滑塊A的質量記為m1，測量滑塊B的質量記為m2，測量滑塊A上的遮光條寬度如圖4所示，其寬度d1＝ cm，測得滑塊B上的遮光條寬度為d2。滑塊A從右向左碰靜止的滑塊B，已知m1＞m2，光電門計數器依次記錄了三個遮光時間Δt1、Δt2、Δt3，驗證動量守恒需要滿足的關系式為 （用測量的物理量符號表示）。
【解答】解：（1）A.驗證小車和重物組成的系統機械能守恒，需要測量小車和重物的質量，故A錯誤；
B.探究小車速度隨時間變化的規律，僅需要一條紙帶即可得出實驗結論，故B正確；
C.探究小車加速度與力、質量的關系，還需知道二者的質量，故C錯誤；
D.探究不同力做功與小車速度變化的關系，需要知道二者的質量，故D錯誤。
故選B.
（2）根據Δx＝aT2，T均相等，即只要滿足Δx均相等即可滿足運動為勻變速運動，根據圖像可知Δx均為0.1cm，則該運動為勻變速運動。
根據勻變速直線運動規律可知小車的速度為vm/s＝0.53m/s
（3）游標卡尺的精度為0.02mm，讀數為10mm+0.02×2mm＝10.04mm＝1.004cm
要驗證動量守恒定律，即驗證碰撞前的動量和碰撞后的動量相等，即
m1v1＝m1v3+m2v3
故有
故答案為：（1）B；（2）勻變速，0.53；（3）1.004cm，
21世紀教育網 www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁 （共 2 頁）
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