高考物理一轮复习 专题十二 实验与探究课件.ppt

专题十二实验与探究 考点一力学实验 1 误差与有效数字 1 误差 误差 测量值与真实值的差异称为误差 系统误差与偶然误差 绝对误差与相对误差 2 有效数字 有效数字带一位不可靠数字的近似数字叫有效数字 有效数字的最后一位是测量者估读出来的 是不可靠的 也是误差所在位 有效数字的位数从左侧第一个不为零的数字起到最末一位数字止 共有几个数字 就是几位有效数字 2 刻度尺的读数刻度尺应用最多的是毫米刻度尺 在使用刻度尺时应注意估读 即 精度的末位是1的 要估读到下一位 如分度值是1cm的要估读到毫米位 分度值是1mm的要估读到0 1mm 3 弹簧测力计的读数弹簧测力计的读数方法与刻度尺相似 先看一下弹簧测力计的分度值是多少 若精度的末位是1 需要估读到精度的下一位 若精度的末位不是1 如0 2或0 5 只需读到精度这一位 4 秒表的读数实验室里常用的计时工具是停表 机械停表和电子停表 电子停表的准确值可以达到0 01秒 机械停表 又称秒表 由暂停按钮 发条柄头 分针等组成 机械停表在读数时 要分别读出分 小盘 转一圈是15分钟 和秒 大盘 转一圈为30s或60s 并将它们相加 它的准确值为0 1秒 5 打点计时器打点计时器有两种 使用时注意以下几点 1 打点计时器使用的电源是交流电源 电磁打点计时器电压是4 6v 电火花打点计时器电压是220v 2 打点计时器在纸带上应打出轻重合适的小圆点 如遇到打出的是小横线 重复点或点迹不清晰 应调整振针距复写纸片的高度 3 使用打点计时器 应先接通电源 待打点计时器稳定后再释放小车 放开纸带 6 游标卡尺读数方法 注意 1 读数最后的 0 不能丢 2 读数时主尺和游标尺所用单位要统一 都用mm 最后根据题目要求转换单位 3 游标卡尺不需要估读 7 螺旋测微器读数方法测量值 固定刻度值 注意半毫米刻度线是否露出 精确度 可动刻度上与固定刻度水平线所对的刻度值 注意刻度值要估读一位 精确度为0 01mm 注意 1 螺旋测微器读数以 mm 为单位时 小数点后面一定有三位数字 2 螺旋测微器需要估读 读数时要估读到0 001mm 答案 1 2 3 4 5 6 思维拓展 1 计数点3到0的距离为 cm 5 61 0 01 2 弹簧测力计b的读数为 n 3 6 3 秒表的示数为 s 60s 18 3s 78 3 4 电磁打点计时器的电源应是 填 直流 或 交流 电源 通常的工作电压为 v 实验室使用我国民用电时 电磁打点计时器每隔 s打一次点 如果每5个计时点取一个计数点 即相邻两个计数点间的时间间隔为 s 当电源频率低于50hz时 若仍按照50hz计算 则测出的速度值将比真实值偏 填 大 或 小 交流 4 6 0 02 0 1 大 5 图甲中游标卡尺为50分度游标卡尺 图乙为20分度游标卡尺 图丙为10分度游标卡尺 它们的读数分别为 42 10mm 63 30mm 29 8mm 6 读出下面各螺旋测微器的读数 图甲 mm 图乙 mm 1 100 3 517 研究匀变速直线运动 解题方略 1 判断物体运动状态的方法沿直线运动的物体在连续相等时间内的位移分别为x1 x2 x3 若在误差允许的范围内 x x2 x1 x3 x2 x4 x3 则说明物体做匀变速直线运动 一 实验原理和实验步骤 例1 2015 新课标全国 22 6分 某同学用图 a 所示的实验装置测量物块与斜面之间的动摩擦因数 已知打点计时器所用电源的频率为50hz 物块下滑过程中所得到的纸带的一部分如图 b 所示 图中标出了五个连续点之间的距离 1 物块下滑时的加速度a m s2 打c点时物块的速度v m s 2 已知重力加速度大小为g 为求出动摩擦因数 还必须测量的物理量是 填正确答案标号 a 物块的质量b 斜面的高度c 斜面的倾角 答案 1 3 251 79 2 c 二 数据处理和误差分析 例2 某同学利用图甲所示的实验装置探究物块在水平桌面上的运动规律 物块在重物的牵引下开始运动 重物落地后 物块再运动一段距离停在桌面上 尚未到达滑轮处 从纸带上便于测量的点开始 每5个点取1个计数点 相邻计数点间的距离如图乙所示 打点计时器电源的频率为50hz 通过分析纸带数据 可判断物块在相邻计数点和之间某时刻开始减速 计数点5对应的速度大小为m s 计数点6对应的速度大小为m s 保留三位有效数字 答案 67 或76 1 001 20 2 00偏大 技巧秘诀处理实验数据时 注意以下几点 1 选择一条理想的纸带 是指纸带上的点清晰 适当舍弃开头密集部分 适当选取计数点 弄清楚所选的时间间隔t 2 测距离时不要分段测量 读数时要注意有效数字的要求 计算a时要注意用逐差法 以减小误差 3 计算计数点的瞬时速度和加速度时 注意两点 长度单位要换算成国际单位制 计算结果要与题中要求的有效数字位数吻合 探究弹力和弹簧伸长的关系 解题方略 1 弹簧下端悬挂钩码时会伸长 平衡时弹簧产生的弹力与所挂钩码的重力大小相等 本实验通过计算钩码的重力来测量弹力 2 将弹簧一端挂在铁架台上 让其自然下垂 用刻度尺测出弹簧自然伸长状态时的长度l0 即原长 此时的l0实际上是弹簧不受拉力时的长度 已经包含了由于弹簧自身重力而带来的伸长 3 挂上钩码后 测出对应的弹簧的长度l 则l l0就是此钩码带来的弹簧的伸长量 4 弹簧下端增加钩码时 不要超过弹簧的弹性限度 一 实验步骤及数据处理 例1 2015福建理综 19 1 6分 某同学做 探究弹力和弹簧伸长量的关系 的实验 图甲是不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度 其示数为7 73cm 图乙是在弹簧下端悬挂钩码后指针所指的标尺刻度 此时弹簧的伸长量 l为cm 本实验通过在弹簧下端悬挂钩码的方法来改变弹簧的弹力 关于此操作 下列选项中规范的做法是 填选项前的字母 a 逐一增挂钩码 记下每增加一只钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重b 随意增减钩码 记下增减钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重 图丙是该同学描绘的弹簧的伸长量 l与弹力f的关系图线 图线的ab段明显偏离直线oa 造成这种现象的主要原因是 解析 由乙图知 读数为14 66cm 所以弹簧伸长 14 66 7 73 cm 6 93cm 若随意增减砝码 会使作图不方便 有可能会超出弹簧的弹性限度 所以应逐一增挂钩码 选项a正确 由图知ab段伸长量与弹力不成线性关系 是因为钩码重力超过弹簧弹力范围 答案 6 93 a 钩码重力超过弹簧弹力范围 技巧秘诀在 探究弹力与弹簧伸长的关系 中 应注意以下几个问题 1 每次增减钩码测量有关长度时 均需保证弹簧及钩码不上下振动而处于静止状态 否则 弹簧弹力将可能与钩码重力不相等 2 弹簧下端增加钩码时 注意不要超过弹簧的弹性限度 3 测量有关长度时 应区别弹簧原长l0 实际总长l及伸长量x三者之间的不同 明确三者之间的关系 4 记录数据时要注意弹力与弹簧伸长量的对应关系及单位 5 测弹力和长度时 注意按读数原则读 主要是有效数字的位数 如 毫米刻度尺要读到0 1mm 弹簧测力计如果分度值为0 1n 则需要读到0 01n 二 图象法分析实验 例2 2014 新课标全国 23 9分 某实验小组探究弹簧的劲度系数k与其长度 圈数 的关系 实验装置如图 a 所示 一均匀长弹簧竖直悬挂 7个指针p0 p1 p2 p3 p4 p5 p6分别固定在弹簧上距悬点0 10 20 30 40 50 60圈处 通过旁边竖直放置的刻度尺 可以读出指针的位置 p0指向0刻度 设弹簧下端未挂重物时 各指针的位置记为x0 挂有质量为0 100kg的砝码时 各指针的位置记为x 测量结果及部分计算结果如下表所示 n为弹簧的圈数 取重力加速度为9 80m s2 已知实验所用弹簧总圈数为60 整个弹簧的自由长度为11 88cm 解题方略 1 本实验采用的方法是等效替代法 即一个力产生的效果与两个力共同产生的效果相同 2 用两个弹簧测力计分别钩住细绳套 互成角度地拉橡皮条 使橡皮条与绳的结点伸长到某一位置o 需要记录 两弹簧测力计的读数 o点的位置 两细绳套的方向 3 只用一个弹簧测力计通过细绳套拉橡皮绳 使结点到达同一位置o 记录 弹簧测力计的读数 细绳套的方向 验证力的平行四边形定则 4 根据平行四边形定则作出的f1和f2的合力一般不沿橡皮条的方向 但用一个弹簧测力计拉时 拉力的方向一定沿橡皮条的方向 5 本实验的误差来源很多 主要误差是读数误差和作图误差 减小误差的方法 1 减小读数误差的方法 选择相同的弹簧测力计并调整好零刻度 在弹簧测力计允许的情况下 数据尽量大一些 读数时眼睛一定要正视 要正确读数和记录 2 减小作图误差的方法 作图时两力的对边一定平行 两个分力f1 f2间的夹角越大 用平行四边形作出的合力f的误差就越大 所以实验时不要把f1 f2间的夹角取得太大 一般在60 100 为宜 一 实验原理和操作步骤 例1 某同学为了 验证力的平行四边形定则 设计了如图甲所示的实验 将橡皮条的一端固定 另一端用两个弹簧测力计将橡皮条与细绳套的结点拉到某一位置 记录该位置为o 只用一个弹簧测力计拉橡皮条 回答下列问题 1 在实验的过程中 下列说法正确的是 图甲 a 由以上操作可知橡皮条的拉力为合力 两弹簧测力计的拉力为分力b 在两次操作的过程中需将橡皮条与细绳套的结点拉到同一位置oc 第一次操作应保持两弹簧测力计的夹角越大越好d 在实验时应始终保持弹簧测力计与薄木板面相互平行e 在读数时可以从任意角度观察弹簧测力计的刻度线 2 根据测量的数据作出第一次操作和第二次操作的力的图示 由平行四边形定则画出第一次操作时两弹簧测力计的拉力的合力f 第二次操作时弹簧测力计的拉力记为f 如图乙所示 则其中与橡皮条在一条直线上的是 图乙 解析 1 两弹簧测力计对结点的拉力与橡皮条的拉力的合力为零 它们之间不是合力与分力的关系 a错误 实验中两次拉伸橡皮条 注意将橡皮条和细绳套的结点拉到相同位置 以保证两次操作中橡皮条的拉力是相同的 b正确 两弹簧测力计的夹角适当即可 并不是两弹簧测力计的夹角越大越好 c错误 弹簧测力计要与薄木板面平行以保证各力在同一平面内 d正确 应正对弹簧测力计的刻度线读数以减小偶数误差 e错误 2 由图乙知 f是二力用平行四边形定则合成所得 f 是用一个弹簧测力计拉橡皮条时的力 所以与橡皮条共线的为f 答案 1 bd 2 f 二 改进实验器材的创新应用 例2 2016 河南模拟 某同学找到一条遵循胡克定律的橡皮筋并利用如下实验器材验证平行四边形定则 刻度尺 三角板 铅笔 细绳 白纸 钉子 质量不同的小重物若干 木板 实验方案如下 将橡皮筋的两端分别与两条细绳相连 测出橡皮筋的原长 将橡皮筋一端细绳用钉子固定在竖直木板上的a点 在橡皮筋的中点o用细绳系住重物 使重物自然下垂 如图甲所示 将橡皮筋的另一端细绳固定在竖直木板上的b点 如图乙所示 1 为完成本实验 下列还必须测量的物理量为 填选项前字母 a 小重物的质量b 细绳的长度c 图甲中oa段橡皮筋的长度d 图乙中oa和ob段橡皮筋的长度 2 在完成本实验的过程中 必须注意的事项是 填选项前字母 a 橡皮筋两端连接的细绳长度必须相同b 图乙中a b两点必须等高c 图乙中连接小重物的细绳必须在oa ob夹角的角平分线上d 记录图甲中o点的位置和oa的方向e 记录图乙中o点的位置和oa ob的方向 3 若钉子位置固定 利用现有器材改变实验效果 可采用的方法是 解析 1 橡皮筋遵循胡克定律 要测量拉力可以通过测量橡皮筋的长度和原长 得到橡皮筋的伸长量 根据拉力大小与伸长量成比例作力的图示 为了使两次实验效果相同 必须记下o点的位置来作参照 故选cd 2 橡皮筋连接的细绳要稍微长些 并非要求等长 a错误 图乙中a b两点不用必须等高 b错误 图乙中连接小重物的细绳可以在oa ob夹角的角平分线上 也可以不在 c错误 图甲中o点的位置和oa的方向不需要记录 d错误 需要记录图乙中o点的位置和oa ob的方向 e正确 3 在钉子位置不变的情况下 要改变实验效果 只有改变小重物的质量 故可采用的方法是更换小重物 答案 1 cd 2 e 3 更换小重物 技巧秘诀本题属于创新实验 主要是在实验器材和实验方案等问题上进行了改进 题中不能准确地测出力的大小 但是由于橡皮筋的弹力大小与形变量成正比 因此采用比例法进行作图 在实验时只需要测量出橡皮筋的伸长量即可 解题方略 1 质量为m的小车 在水平木板上运动时 受重力mg 弹力fn 绳的拉力t和阻力f 其中f包括小车与板间以及纸带与限位孔间的摩擦 由于阻力无法求出 本实验采用了平衡摩擦力的方法 2 平衡摩擦力是使小车的重力沿着斜面方向的分力正好平衡小车受到的摩擦阻力 在平衡摩擦力时 不要把悬挂小盘的细绳系在小车上 即不要给小车加任何牵引力 并要让小车拖着纸带运动 平衡了摩擦力后 不管以后是改变小盘和砝码的总质量 还是改变小车和砝码的总质量 都不需重新平衡摩擦力 验证牛顿运动定律 一 实验原理和注意事项 例1 2013天津理综 9 2 6分 某实验小组利用图示的装置探究加速度与力 质量的关系 1 下列做法正确的是 填正确答案标号 a 调节滑轮的高度 使牵引木块的细绳与长木板保持平行b 在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时 将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上 c 实验时 先放开木块再接通打点计时器的电源d 通过增减木块上的砝码改变质量时 不需要重新调节木板倾斜度 2 为使砝码桶及桶内砝码的总重力在数值上近似等于木块运动时受到的拉力 应满足的条件是砝码桶及桶内砝码的总质量木块和木块上砝码的总质量 选填 远大于 远小于 或 近似等于 3 甲 乙两同学在同一实验室 各取一套图示的装置放在水平桌面上 木块上均不放砝码 在没有平衡摩擦力的情况下 研究加速度a与拉力f的关系 分别得到图中甲 乙两条直线 设甲 乙用的木块质量分别为m甲 m乙 甲 乙用的木块与木板间的动摩擦因数分别为 甲 乙 由图可知 m甲m乙 甲 乙 选填 大于 小于 或 等于 解析 木块下滑时受到重力 细绳的拉力 支持力和摩擦力 要使拉力等于合力 则应该用重力的下滑分力来平衡摩擦力 故在平衡摩擦力时 不能悬挂砝码桶 故a正确 b错误 实验时 若先放开木块 再接通打点计时器电源 由于木块运动较快 可能会使打出来的点很少 不利于数据的采集和处理 故c错误 每次增减木块上的砝码改变质量时 木块的重力沿斜面的分力和摩擦力仍能抵消 不需要重新平衡摩擦力 故d正确 砝码加速下滑时处于失重状态 其对细绳的拉力小于重力 要使其对细绳的拉力近似等于重力 应该使加速度减小 即砝码及桶内砝码的总质量应该远小于木块和木块上砝码的总质量 答案 ad 远小于 小于大于 技巧秘诀 1 探究加速度a与力f及质量m的关系时 应用的基本方法是控制变量法 2 实验时注意以下几点 安装器材时 调节滑轮的高度 使细线与木板平行 改变拉力和小车质量后 每次开始时小车应尽量靠近打点计时器 并应先接通电源 再放开小车 且应在小车到达滑轮前按住小车 作图象时 要使尽可能多的点落在所作直线上 不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线两侧 5 实验中要求小车的质量m和钩码的质量m满足m m的条件 若该实验条件不满足 可能会出现图丙 丁所示的图象 图丙中 因为f mg 当m增大到两质量关系不满足m m 实验会出现较大误差 图象发生弯曲 图丁中 当1 m逐渐增大 m逐渐减小 当m减小到两质量关系不满足m m时 实验会出现较大误差 图象会发生弯曲 二 实验操作及数据处理 例2 2016 江西新余模拟 某实验小组以如图甲所示的实验装置 探究加速度与力 质量的关系 图中a为小车 b为装有砝码的托盘 c为一端带有定滑轮的长木板 小车通过纸带与电磁打点计时器相连 小车的质量为m 托盘 及砝码 的质量为m 重力加速度g 10m s2 1 某同学平衡摩擦力后 在保持小车质量不变的情况下 通过多次改变砝码重力 作出小车加速度a与砝码重力f的关系图象如图乙所示 若牛顿第二定律成立 则小车的质量为kg 托盘的质量为kg 2 实际上 当托盘中所加砝码的数量越来越多时 小车的加速度不能无限制地增大 而是趋近于某一极限值 此极限值为m s2 答案 1 2 0 0 06 2 10 三 实验创新设计 例4 用dis研究加速度与力的关系 的实验装置如图 a 所示 通过改变悬挂的重物 多次测量 可得小车运动的加速度a和所受拉力f的关系图象 他们在轨道水平和倾斜的两种情况下分别做了实验 得到了两条a f图线 如图 b 所示 1 图线是在轨道左侧抬高成为斜面情况下得到的 选填 或 2 由图 b 可知滑块和位移传感器发射部分的总质量m kg 滑块和轨道间的动摩擦因数 g取10m s2 3 王铭同学做实验时 下列说法正确的是a 重物质量应远小于滑块和位移传感器发射部分的总质量mb 重物的质量可以不必远小于滑块和位移传感器发射部分的总质量mc 力传感器的拉力大小等于重物的重力大小 答案 1 2 0 75 0 2 3 b 解题方略 1 实验中通过增加橡皮筋的条数使橡皮筋对小车做的功成倍的增加 力对小车做的功以一条橡皮筋做的功为单位即可 不必计算出具体值 2 测小车速度时 应选纸带上点迹均匀的部分 也就是选小车做匀速运动时打在纸带上的点 3 探究弹力做功与速度变化的关系时 根据实验数据 不好直接得出功与速度变化的函数关系 为了直观 更容易得出实验结论 采用图象法 即首先画w v图象 再画w v2图象 w v3图象 看哪一个图象是直线 探究动能定理 一 实验注意事项与数据处理 例1 2013 福建卷 19 1 6分 在 探究恒力做功与动能改变的关系 实验中 装置如图甲 图甲 下列说法哪一项是正确的 填选项前字母 a 平衡摩擦力时必须将钩码通过细线挂在小车上b 为减小系统误差 应使钩码质量远大于小车质量c 实验时 应使小车靠近打点计时器由静止释放 图乙是实验中获得的一条纸带的一部分 选取o a b c计数点 已知打点计时器使用的交流电频率为50hz 则打b点时小车的瞬时速度大小为m s 保留三位有效数字 图乙 答案 c 0 653 二 实验操作与误差分析 例2 2016 四川广安 眉山 遂宁三市一诊 某兴趣小组利用如图所示的装置来 探究合外力的功与物体动能变化的关系 他们通过改变光电门的位置和悬挂物的质量进行多次实验 采集多组数据 已知将此装置平衡摩擦力后 小车总是由同一位置自由释放 小车上方固定一宽度为d的挡光板 下列关于操作中的说法 正确的是 a 调整轨道的倾角至合适位置的标志是 悬挂物连带小车在轨道上匀速运动b 实验时 使悬挂物的质量远小于小车的质量 就可以近似认为悬挂物的重力等于小车所受拉力c 实验时 务必先接通光电门 待其正常工作后 再释放小车d 多次实验时 一定要让小车由静止释放 本小组同学在实验中有不同操作和数据处理方式 你认为合理的说法是 戊同学对实验数据进行分析 他把小车和悬挂物作为研究对象 悬挂物的重力作为合力 计算出的结果始终是 悬挂物重力做的功小于小车和悬挂物整体动能的增量 即没能得到 合力对物体做的功等于物体动能的增量 你认为导致此结果的主要原因是 解析 a 调整轨道的倾角至合适位置的标志是 小车在不悬挂重物的情况下 在轨道上匀速运动 故a错误 b 为了使轻绳的拉力可以近似认为等于重物的重力 则要求悬挂物的质量远小于小车的质量 故b正确 c 实验时应先接通光电门 待其正常工作后 再释放小车 故c正确 d 多次实验时 要让小车由静止释放 否则不能求出动能的变化量 故d正确 故选b c d 由于小车前端到光电门的感光点之间的距离x小于小车从开始运动到挡光板通过光电门的感光点获得瞬时速度的位移 所以悬挂物重力做的功小于小车和悬挂物整体动能的增量 答案 bcd bd 小车前端到光电门的感光点之间的距离x小于小车从开始运动到挡光板通过光电门的感光点而获得瞬时速度的位移 或答 挡光板的宽度 也可以 三 实验的创新设计 例3 为测定木块与桌面之间的动摩擦因数 小亮设计了如图所示的装置进行实验 实验中 当木块a位于水平桌面上的o点时 重物b刚好接触地面 将a拉到p点 待b稳定后静止释放 a最终滑到q点 分别测量op oq的长度h和s 改变h 重复上述实验 分别记录几组实验数据 1 实验开始时 发现a释放后会撞到滑轮 请提出两个解决方法 2 请根据下表的实验数据作出s h关系的图象 3 实验测得a b的质量分别为m 0 40kg m 0 50kg 根据s h图象可计算出a木块与桌面间的动摩擦因数 结果保留一位有效数字 4 实验中 滑轮轴的摩擦会导致 的测量结果 填 偏大 或 偏小 解析 1 b减少的重力势能转化成系统的内能和a b的动能 a释放后会撞到滑轮 说明b减少的势能太多 转化成系统的内能太少 可以通过减小b的质量 增加细线的长度 或增大a的质量 降低b的起始高度 解决 2 描点连线 如图所示 答案 1 减小b的质量 增加细线的长度 或增大a的质量 降低b的起始高度 验证机械能守恒定律 一 实验数据处理 例1 2016 山东省实验中学诊断 在验证机械能守恒定律的实验中 使质量为m 200g的重物自由下落 打点计时器在纸带上打出一系列的点 选取一条符合实验要求的纸带如图所示 o为纸带下落的起始点 a b c为纸带上选取的三个连读点 已知打点计时器每隔t 0 02s打一个点 当地的重力加速度为g 9 8m s2 那么 答案 1 乙1 92m s 2 0 3760 369 二 光电门测速法验证机械能守恒 例2 2016 江西抚州模拟 利用气垫导轨可验证机械能守恒定律 实验装置如图甲所示 水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨 导轨上a点处有一带长方形遮光片的滑块 其总质量为m 滑块左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m的小球相连 遮光片两条长边与导轨垂直 导轨上b点有一光电门 可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间t 用d表示a点到光电门b处的距离 用b表示遮光片的宽度 实验时滑块在a处由静止开始运动 1 用游标卡尺测量遮光片的宽度b 结果如图乙所示 由此读出b mm 2 滑块通过b点的瞬时速度大小可表示为vb 用题中字母表示 3 某次实验测得倾角 30 重力加速度用g表示 滑块从a处到达b处的过程中小球和滑块 包括遮光片 组成的系统动能增加量可表示为 ek 系统的重力势能减少量可表示为 ep 在误差允许的范围内 若 ek ep 则可认为系统的机械能守恒 技巧秘诀滑块在气垫导轨上受到的阻力很小 可以忽略不计 所以可以用此装置来验证机械能守恒定律 因为遮光片的宽度很小 所以可以近似认为遮光片通过光电门的平均速度等于滑块通过b点时的瞬时速度 从而求出系统总动能的增量 1 电表的改装和读数 1 电流表 电压表的读数规则 电压表 电流表若用0 3v 0 3a量程 其最小分度 精确度 分别为0 1v 0 1a 读数规则较为简单 只需在精确数后加一估读数即可 电压表若用0 15v量程 则其最小分度为0 5v 估读到最小分度的1 5 以 v 为单位 所读数值有一位小数 考点二电学实验 电流表若用0 0 6a量程 则其最小分度为0 02a 估读到最小分度的1 2 以 a 为单位 所读数值有两位小数 总结 最小分度为 1 的 估读到下一位 最小分度为 2 或 5 的 估读到本位 2 两种电表的结构 2 电流表 电压表测电阻两种方法的比较 3 滑动变阻器两种接法的比较 1 下图为电压表和电流表的刻度盘示意图 若使用的是0 3v量程 读数为 v 若使用的是0 15v量程 读数为 v 若使用的是0 0 6a量程 读数为 a 若使用的是0 3a量程 读数为 a 1 68 8 4 0 47 2 33 外接 内接 外接 内接 实验试探法 按图所示接好电路 让电压表一根接线柱p先后与a b处接触一下 如果电压表的示数有较大的变化 而电流表的示数变化不大 则可采用电流表 法 如果电流表的示数有较大的变化 而电压表的示数变化不大 则可采用电流表 法 外接 内接 4 选择不同接法的 三个原则 是什么 提示 安全性原则 方便性原则 经济性原则 5 在哪些情况下滑动变阻器应采用分压式接法 提示 题设条件中所提供的电表量程或电阻的最大允许电流不够 题设条件中的滑动变阻器的最大阻值远小于被测电阻或电路中串联的其他电阻的阻值 题设要求回路中某部分电路两端的电压从零开始连续变化 解题方略 1 注意事项 1 先测直径 再连电路 为了方便 测量直径时应在金属丝连入电路之前测量 2 电流表外接法 本实验中被测金属丝的阻值较小 故采用电流表外接法 3 电流控制 电流不宜过大 通电时间不宜过长 以免金属丝温度过高 导致电阻率在实验过程中变大 测定金属的电阻率 2 误差分析 一 电阻率的测量及实物连线 例1 2014 山东理综 22 10分 实验室购买了一捆标称长度为100m的铜导线 某同学想通过实验测定其实际长度 该同学首先测得导线横截面积为1 0mm2 查得铜的电阻率为1 7 10 8 m 再利用图甲所示的电路测出铜导线的电阻rx 从而确定导线的实际长度 可供使用的器材有 电流表 量程0 6a 内阻约0 2 电压表 量程3v 内阻约9k 滑动变阻器r1 最大阻值5 滑动变阻器r2 最大阻值20 定值电阻 r0 3 电源 电动势6v 内阻可不计 开关 导线若干 回答下列问题 1 实验中滑动变阻器应选 填 r1 或 r2 闭合开关s前应将滑片移至 填 a 或 b 端 2 在实物图中 已正确连接了部分导线 请根据图甲电路完成剩余部分的连接 3 调节滑动变阻器 当电流表的读数为0 50a时 电压表示数如图乙所示 读数为v 4 导线实际长度为m 保留2位有效数字 答案 1 r2 a 2 如图所示 3 2 30 2 29 2 31均正确 4 94 93 95均正确 3 仪器选择的一般步骤 1 首先选择唯一性的器材 2 粗画电路图 暂不接电流表和电压表 3 估算回路中电流和电压的最大值 在电表的指针有较大幅度的偏转但不超过其量程的情况下 结合已知器材的规格 确定实验电路和实验器材 二 拓展创新实验电阻测量的五种方法1 伏安法 4 半偏法测电流表内阻 5 等效替代法 如图所示 先让待测电阻与一电流表串联后接到电动势恒定的电源上 读出电流表示数i 然后将电阻箱与电流表串联后接到同一电源上 调节电阻箱的阻值 使电流表的读数仍为i 则电阻箱的读数即等于待测电阻的阻值 例2 2015 新课标全国 23 9分 电压表满偏时通过该表的电流是半偏时通过该表电流的两倍 某同学利用这一事实测量电压表的内阻 半偏法 实验室提供的器材如下 待测电压表 量程3v 内阻约为3000 电阻箱r0 最大阻值为99999 9 滑动变阻器r1 最大阻值100 额定电流2a 电源e 电动势6v 内阻不计 开关2个 导线若干 1 虚线框内为该同学设计的测量电压表内阻的电路图的一部分 将电路图补充完整 2 根据设计的电路 写出实验步骤 3 将这种方法测出的电压表内阻记为rv 与电压表内阻的真实值rv相比 rv rv 填 或 主要理由是 解析 1 实验电路图如图所示 2 移动滑动变阻器的滑片 以保证通电后电压表所在支路分压最小 闭合开关s1 s2 调节r1 使电压表的指针满偏 保持滑动变阻器滑片的位置不变 断开s2 调节电阻箱r0使电压表的指针半偏 读取电阻箱的电阻值 此即为测得的电压表内阻 3 断开s2 调节电阻箱r0使电压表成半偏状态 电压表所在支路总电阻增大 分得的电压也增大 此时r0两端的电压大于电压表的半偏电压 rv rv答案 1 见解析图 2 见解析 3 理由见解析 解题方略 1 注意事项 1 电流表外接法 本实验中被测小电珠灯丝的电阻值较小 因此测量电路必须采用电流表外接法 2 滑动变阻器应采用分压式连接 本实验要作出u i图线 要求测出一组包括零在内的电流 电压值 故控制电路必须采用分压接法 3 保护元件安全 为保护元件不被烧毁 开关闭合前变阻器滑片应位于图中的a端 加在小电珠两端的电压不要超过其额定电压 描绘小电珠的伏安特性曲线 2 误差分析 1 由于电压表不是理想电表 内阻并非无穷大 对电路的影响会带来误差 电流表外接 由于电压表的分流 使测得的电流值大于真实值 2 测量时读数带来误差 3 在坐标纸上描点 作图带来误差 一 对电路的连接和实验数据处理 例1 2015 福建理综 19 2 12分 某学习小组探究一小电珠在不同电压下的电功率大小 实验器材如图甲所示 现已完成部分导线的连接 实验要求滑动变阻器的滑片从左到右移动过程中 电流表的示数从零开始逐渐增大 请按此要求用笔画线代替导线在图甲实物接线图中完成余下导线的连接 某次测量 电流表指针偏转如图乙所示 则电流表的示数为a 该小组描绘出的伏安特性曲线如图丙所示 根据图线判断 将只相同的小电珠并联后 直接与电动势为3v 内阻为1 的电源组成闭合回路 可使小电珠的总功率最大 其总功率的值约为w 保留两位小数 答案 连线如图 0 44 42 25 技巧秘诀实物图连线的技巧 1 总的原则 先串后并 接线到柱 注意量程和正负 2 对限流电路 只需用笔画线当做导线 从电源正极开始 把电源 开关 滑动变阻器 伏安法 部分依次串联起来即可 注意电表的正负接线柱和量程 滑动变阻器应调到阻值最大处 3 对分压电路 应该先把电源 开关和滑动变阻器的全部电阻丝三部分用导线连接起来 然后在滑动变阻器电阻丝两端之中任选一个接头 比较该接头和滑动头的电势高低 根据 伏安法 部分电表正负接线柱的情况 将 伏安法 部分接入该两点间 注意滑动变阻器应调到使 伏安法 部分所接两点间阻值最小处 二 实验的创新应用视角1以实验原理及实验方法为基础 探究小灯泡功率与电压的关系 视角2图象法处理数据及实物连线视角3实验仪器的选择及控制电路的选择 例2 2016 江苏清江中学模拟 某研究性学习小组的同学进行电学实验过程中发现了一个有趣的元件 它由a b两导体并联组成 被封闭在一个透明的玻璃壳内 a b是其两个外露的接线柱 如图所示 a是一个阻值为20 的定值电阻 b是一种由特殊金属丝制成的导体 它的额定电压是9v 为进一步探究该元件的某些特性 同学们设计了适当的电路 使该元件上的电压从零开始逐渐增加 测得相应的电流 并绘制了如图所示的i u曲线 1 上图是该小组实验时连接的实物图 请将漏画的一根导线补上 2 由图的i u曲线可求得导体b的额定电流为a 随着电压逐渐增大 其电阻 3 若把该元件与一阻值为18 的定值电阻串联后接到电动势为9v 内阻不计的电源两端 则该元件的实际功率约为w 解析 1 因为是描绘伏安特性曲线 所以需要电压从零开始调节 滑动变阻器应采用分压接法 故滑动变阻器应先全部接在电源两端 并且开关应控制整个电路 如图所示 3 将18 作为电源的内阻 如图作出等效电源的伏安特性曲线 则交点为待测电阻的工作点 如图所示由图象可知电路中总电流为0 33a 电压为3v 则功率p ui 3 0 33w 0 99w 答案 1 如图所示 2 0 09增大 3 0 99 解题方略 1 基本电路和原理 测定电源的电动势和内阻 测电源电动势和内阻的实验 其基本电路如图所示 通过改变滑动变阻器的阻值 用电压表和电流表测出每种状态 最少两种 下的u i值 根据闭合电路欧姆定律e u ir 列方程求电动势e和内阻r 多测几组u i数据 分别求出每组测量数据对应的e r值 最后求出平均值 2 图象法处理实验数据 如图所示 由u e ir知 对于确定的电源 e和r为定值 u是i的一次函数 u与i的关系图象是一条直线 图线在纵轴上的截距表示电动势e 斜率表示内阻r 3 实验误差分析该接法的误差是由于电压表的分流引起的 所以电压表内阻越大误差越小 而与电流表无关 经分析 该接法所测电动势e和内阻r都比真实值稍小 4 电路设计的突破由于要测电源电动势和内阻 所以必须列出含有电源电动势和内阻的方程 即e u ir 这样实验就转化成如何直接或间接测出路端电压和通过电源的电流 5 电路理解的突破如果题中设计好了电路 难点就是对电路的理解 即对照电路列出含有电源电动势和内阻的方程 一般还要注意电表内阻能否忽略的问题 如 一 伏安法测定电源的电动势和内阻 例1 小明利用如图甲所示的实验装置测量一干电池的电动势和内阻 甲 1 图甲中电流表的示数为a 2 调节滑动变阻器 电压表和电流表的示数记录如下 请根据表中的数据 在下面的方格纸上作出u i图线 乙 由图线求得 电动势e v 内阻r 3 实验时 小明进行了多次测量 花费了较长时间 测量期间一直保持电路闭合 其实 从实验误差考虑 这样的操作不妥 因为 解析 1 由实验装置图可知 电流表使用0 6a量程 所以读数为0 44a 2 描点画图 如图所示 根据u ir e可得电动势为e 1 6v 图线的斜率绝对值等于内阻r 1 2 3 干电池长时间使用后 电动势和内阻会发生变化 导致实验误差增大 答案 1 0 44 2 u i图象见解析图1 60 1 58 1 62都算对 1 2 1 18 1 26都算对 3 干电池长时间使用后 电动势和内阻会发生变化 导致实验误差增大 技巧秘诀测定电源电动势和内阻的实验中 对于滑动变阻器的选取 一般阻值不宜过大 否则造成电压表的示数变化不明显 一般选阻值比电源内阻大几倍的即可 在测定电源电动势和内阻实验中 作图处理数据时 由于干电池内阻较小 使得路端电压u的变化也较小 如图甲所示 这样图线未布满整个坐标纸 为作图方便 在作u i图线时 纵轴的刻度可以不从零开始 而是根据测得的数据从某一恰当值开始 横坐标i必须从零开始 但这时图线和横轴的交点不再是短路电流i短 不过图线与纵轴的截距仍为电动势 直线斜率的绝对值仍是电源的内阻 如图乙所示 二 安阻法测定电源的电动势和内阻所谓 安阻法 即利用一只电流表a 无电压表 和一只电阻箱r 设计实验原理图如图所示 测出两组电阻箱的不同值及其对应的电流 由闭合电路欧姆定律得 例2 2014 新课标全国卷 23 利用如图甲所示电路 可以测量电源的电动势和内阻 所用的实验器材有 图甲图乙 3 在图丙的坐标纸上将所缺数据点补充完整并作图 根据图线求得斜率k a 1 1 截距b a 1 图丙 4 根据图线求得电源电动势e v 内阻r 答案 1 80 2 如图所示 3 0 004441 50 技巧秘诀 1 本题是对伏阻法的一个改造 但与电压表直接跨接在电源两极上相比较 本做法可以用量程小于电源电动势的电压表 对本实验还可以从另一个角度理解 实验中测出图中r0两端的对应电压u12 从而可以计算出r0中的电流 因此电压表与r0并联后 其实相当于一个电流表 这又与安阻法的原理是相同的 2 本题所示接法的误差是由于电压表的分流引起的 所以电压表内阻越大误差越小 经分析 该接法所测电动势e和内阻r都比真实值稍小 解题方略 一 多用电表的使用多用电表使用的 七大注意 1 使用前要机械调零 2 两表笔在使用时 电流总是 红入 黑出 3 选择开关的功能区域 要分清是测电压 电流 电阻 还要分清是交流还是直流 4 电压 电流挡为量程范围挡 欧姆挡为倍率挡 5 刻度线有三条 上为电阻专用 中间为电压 交流 直流共用 下为交流2 5v专用 练习使用多用电表 6 测电阻时 待测电阻与电路 电源一定要断开 两手一定不要同时接触两笔金属杆 指针指中值附近较准 否则换挡 每换一挡必须重新欧姆调零 读出示数要乘以倍率 7 使用完毕 选择开关要置于 off 挡或交流电压最高挡 长期不用应取出电池 例1 2016浙江绍兴期末