【专题】2010高考物理实验全攻略【精华】.pdf

a y 高中物理高中物理 物理实验全攻略物理实验全攻略 各名校经典总结汇总各名校经典总结汇总 BY 飛 第 1页 专题专题 20102010 高考物理实验全攻略高考物理实验全攻略 知识结构知识结构 a y 高中物理高中物理 物理实验全攻略物理实验全攻略 各名校经典总结汇总各名校经典总结汇总 BY 飛 第 2页 自然科学是实验性科学 物理实验是物理学的重要组成部分 理科综合对实验能力提出了明确的要求 即是 设计和完成实验的能力 它包含两个方面 独立完成实验的能力独立完成实验的能力 1 理解实验原理 实验目的及要求 实验原理实验原理 中学要求必做的实验可以分为 4 个类型 练习型 测量型 验证型 探索型 对每一种类型 都要把原理弄清楚 应特别注意的问题 验证机械能守恒定律中不需要选择第一个间距等于 2mm 的纸带 这 个实验的正确实验步骤是先闭合电源开关 启动打点计时器 待打点计时器的工作稳定后 再释放重锤 使它自由落下 同时纸带打出一系列点迹 按这种方法操作 在未释放纸带前 打点计时器已经在纸带上打出点迹 但都打在同一点上 这就是第一点 由于开始释放的时 刻是不确定的 从开始释放到打第二个点的时间一定小于 0 02s 但具体时间不确定 因此 第一点与第二点的距离只能知道一定小于 2mm 如果这段时间恰等于 0 02s 则这段位移 s gt2 2 10 0 022 2 m 2 10 3m 2mm 但不能知道它的确切数值 也不需要知道它的确 切数值 不论第一点与第二点的间距是否等于 2mm 它都是从打第一点处开始作自由落体运 动的 因此只要测量出第一点 O 与后面某一点 P 间的距离 h 再测出打 P 点时的速度 v 如 果 gh 就算验证了这个过程中机械能守恒 a y 高中物理高中物理 物理实验全攻略物理实验全攻略 各名校经典总结汇总各名校经典总结汇总 BY 飛 第 3页 2 掌握实验方法步骤 3 会控制实验条件和使用实验仪器实验仪器 会处理实验安全问题 实验仪器实验仪器 要求掌握的实验仪器主要有 刻度尺 游标卡尺 螺旋测微器 千分尺 天平 停表 秒 表 打点计时器 电火花计时仪 弹簧秤 温度表 电流表 电压表 多用电表 滑动变 阻器 电阻箱 等等 对于使用新教材的省市 还要加上示波器等 对这些仪器 都要弄清 其原理 会正确使用它们 包括测量仪器的正确读数 实验装置实验装置 对电学实验主要指电路图 下面几个是应特别注意的 验证牛顿第二定律的实验 如何平衡摩擦力是关键 研究平抛物体的运动及碰撞中的动量守恒的实验 这两个实验都要使用斜槽轨道 让 小球从轨道上端无初速滚下 然后平抛出去 在安装装置时要注意保证轨道末端必须水平 如果实验要进行多次 每次小球应从同一高度处下落 因此应有一个挡板 验证机械能守恒定律的实验 要用铁架台并用夹子固定纸带 这样在开启打点计时器 而未释放重锤前 能保证打出的点迹在同一点上 若像课本上的实验装置图那样 用手握住 纸带 开启打点计时器而未释放纸带前 会由于手的抖动而打出一 堆 点 从而无法准确 找出第一个点 即自由落体运动起始位置 用单摆测重力加速度的实验 在安装单摆时要注意悬点的固定 随便拴一个结系在铁 架台的横梁上是不可取的 因为悬点不确定 就不是单摆 并且摆长值也无法准确测量 有关电路的电学实验要注意安培表的外接与内接 制流与分压电路的选择 电表内阻 的影响 等等 4 会观察 解释实验现象 会分析 处理实验数据处理实验数据 5 会分析和评价实验结果会分析和评价实验结果 并得出合理的实验结论 实验数据的处理实验数据的处理 重要的有打点计时器纸带的处理方法 如分析是不是匀速运动或匀变速直线运动 如果 是匀变速运动 如何求某时刻的速度 如何求加速度等 解方程求解未知量 用图像处理 数据 把原来应该是曲线关系的通过改变坐标轴的量或单位而变成线性关系 即变成直线 是重要的实验能力 实验误差的定性分析实验误差的定性分析 中学阶段不要求进行定量的误差分析 但对主要误差的产生原因 系统误差是偏大还是 偏小等 应能理解 在电路的实验中 粗略地看 认为电流表是短路 电压表是断路 但精 确一点看 电流表和电压表的内阻的影响都不能忽略 定性地讨论电表电阻对测量结果的影 响是我们应该掌握 2 课本重点实验课本重点实验 下详解下详解 3 3 设计实验的能力设计实验的能力 能根据要求灵活运用已学过的物理理论 实验方法和仪器 设计简单的实验方案并处理相关 的实验问题 a y 高中物理高中物理 物理实验全攻略物理实验全攻略 各名校经典总结汇总各名校经典总结汇总 BY 飛 第 4页 注注 几种重要的实验方法几种重要的实验方法 下面几种实验方法是我们中学阶段物理实验中用过的 从方法的角度整理 复习一下 有助于我们提高认识水平和能力 1 1 累积法累积法 在 用单摆测重力加速度 测周期时我们用的是累积法 即我们不直接 测一个周期的时间 而是测 30 50 个周期的总时间 再除以周期数即得周期 T 的值 用累 积法的好处是 相当于进行多次测量而后取平均值 这样可以减少偶然误差 增加有效 数字的位数 以测单摆的周期为例 我们实验时单摆的摆长大约是 1m 或不到 1m 用停表 最 小分度值是 0 1s 直接测 1 个周期的值 只能读出两位有效数字 机械停表的指针是跳跃 式前进的 因此不能估读 如 1 8s 2 0s 等 而测 30 个周期总时间 则可读出至少 3 位 有效数字 用累积法的实验还有很多 如测一张纸的厚度 用刻度尺测金属丝的直径 2 2 替代法替代法 在 互成角度两个共点力的合成 的实验中我们就用到了替代法 第一 次我们用两个弹簧秤成角度地拉橡皮筋 把结点拉到某一位置 再换成一个弹簧秤 同样拉 这个橡皮筋 也把结点拉到同样位置 这说明后一个弹簧秤的拉力与前面两个弹簧秤的拉力 效果相等因此右以互相替代 对于 等效 这个问题 应正确理解 所谓效果相等 是对某 一方面说的 并不是在所有方面都等效 仍以合力与分力来说 它们只是在改变物体的运动 状态上等效 而在其他方面 例如在产生形变上 二者并不等效 用替代法的例子还有很多 如用天平称物物体的质量 电阻测量等都可以用替代法 我 们古代三国时期曹冲称象的故事就是替代法的典型实例 3 3 测量量的转换测量量的转换 例如在 碰撞中的动量守恒 的实验中 把测物体的速度转换为 测物体平抛运动的水平位移 即把测速度转换为测长度 又如在 测定玻璃的折射率 的实验中 本应测量入射角和折射角 再根据折射率 n sini sinr 求出折射率 但角度不容易测准确 一般所用的量角器的最小分度是 1 并 且测角度时顶点很难对得特别准确 而通过做辅助线的方法可以把测角度转换为测线段的 长度 从而增加了有效数字的位数 即提高了测量的准确度 4 4 比较法比较法 用天平称物体的质量 就是把物体与砝码进行比较 砝码的质量是标准 的 把被测量与标准的量进行比较 就是比较法 天平是等臂杠杆 因此用天平测物体质量 时 不用再进行计算 而是直接读出砝码的质量 它就等于物体的质量 一般情况下 被测 物跟标准量并不相等 而是要根据某种关系进行计算 最常用的是二者间满足一定的比例关 系 通过一定的比例计算即可得出结果 因此常常称为比例法 用比例法测电阻是常见的 当两个电阻串联时 通过的电流相等 因此两电阻两端的电压跟它们的电阻成正比 如果其 中的一个电阻是标准电阻 另一个电阻的阻值就可测出 同样 两电阻并联时 由于两端电 压相等 通过两支路的电流跟电阻成反比 只要一个是标准电阻 另一个电阻的阻可测出 1 1 基本仪器的使用基本仪器的使用 方法归纳方法归纳 1 要求会正确使用的仪器 刻度尺 游标卡尺 螺旋测微器 天平 秒表 打点计时器 弹簧秤 温度表 电流表 电压表 多用电表 滑动变阻器 电阻箱 示波器 a y 高中物理高中物理 物理实验全攻略物理实验全攻略 各名校经典总结汇总各名校经典总结汇总 BY 飛 第 5页 2 在力学和电学实验中 常需要利用测量工具直接测量基本物理量 基本物理量测量仪器 力学 长度刻度尺 游标卡尺 螺旋测微器 时间秒表 停表 打点计时器 质量天平 电学 电阻 粗测 欧姆表 电阻箱 电流电流表 电压电压表 刻度尺刻度尺 秒表秒表 弹簧秤弹簧秤 温度表温度表 电流表电流表 电压表电压表的读数 使用以上仪器时 凡是最小刻度是 10 分度的 要求读到最小刻度后再往下估读一位 估 读的这位是不可靠数字 但是是有效数字的不可缺少的组成部分 凡是最小刻度不是 10 分度的 只要求读到最小刻度所在的这一位 不再往下估 读 例如 读出上左图中被测物体的长度 上右图用 3V 量程时电压表读数为多少 用 15V 量程时电压表度数又为多少 右图中秒表的示数是多少分多少秒 凡仪器的最小刻度是 10 分度的 在读到最小刻度 后还要再往下估读一位 6 50cm 1 14V 15V 量 程时最小刻度为 0 5V 只读到 0 1V 这一位 应为 5 7V 秒表的读数分两部分 小圈内表示分 每小格表示0 5 分钟 大圈内表示秒 最小刻度为 0 1 秒 当分针在前 0 5 分内时 秒针在 0 30 秒内读数 当分针在后 0 5 分内时 秒针在 30 60 秒内读数 因此图中秒表读数 应为 3 分 48 75 秒 这个 5 是估读出来的 游标卡尺游标卡尺 10 分度的游标卡尺 游标上相邻两个刻度间的距离为 0 9mm 比主尺上相邻两个刻 度间距离小 0 1mm 读数时先从主尺上读出厘米数和毫米数 然后用游标读出 0 1 毫米位的 数值 游标的第几条刻线跟 主尺上某一条刻线对齐 0 1 毫米位就读几 不能读某 其读数准确到 0 1mm 20 分度的游标卡 尺 游标上相邻两个刻度间 的距离为 0 95mm 比主尺 0 12 3 V 0 510 15 0123456789 1 0 31 2 33 4 35 6 37 8 39 41 10 43 12 1445 16 47 18 49 20 51 22 53 24 26 55 57 28 59 0 1 2 6 78 9 10 11 3 4 5 12 1314 01234567890 01234567891 a y 高中物理高中物理 物理实验全攻略物理实验全攻略 各名校经典总结汇总各名校经典总结汇总 BY 飛 第 6页 50 20 25 15 上相邻两个刻度间距离小 0 05mm 读数时先从主尺上读出厘米数和毫米数 然后用游标读 出毫米以下的数值 游标的第几条刻线跟主尺上某一条刻线对齐 毫米以下的读数就是几乘 0 05 毫米 其读数准确到 0 05mm 50 分度的游标卡尺 游标上相邻两个刻度间的距离为 0 98mm 比主尺上相邻两个刻 度间距离小 0 02mm 这种卡尺的刻度是特殊的 游标上的刻度值 就是毫米以下的读数 这种卡尺的读数可以准确到 0 02mm 如右图中被测圆柱体的直径为 2 250cm 要注意 游标卡尺都是根据刻线对齐来读数的 所以都不再往下一位估读 螺旋测微器螺旋测微器 固定刻度上的最小刻度为 0 5mm 在中线的上侧 可动刻度 每旋转一圈前进 或后退 0 5mm 在可动刻度的一周上平均刻有 50 条刻线 所以相邻两条刻线间代表 0 01mm 读数时 从固定刻 度上读取整 半毫米数 然后从可动刻度上读取剩余部分 因为 是 10 分度 所以在最小刻度后应再估读一位 再把两部分读数 相加 得测量值 右图中的读数应该是 6 702mm 天平天平 天平使用前首先要进行调节 调节分两步 调底座水平和横梁水平 在调节横梁水平 前 必须把游码移到左端零刻度处 左端与零刻线对齐 如图中虚线所示 测量读数由右 盘中砝码和游标共同读出 横梁上的刻度单位是毫克 mg 若 天平平衡时 右盘中有 26g 砝码 游码在图中所示位置 则被测 物体质量为 26 32g 最小刻度为 0 02g 不是 10 分度 因此只读 到 0 02g 这一位 多用电表多用电表 使用多用电表时首先应该根据被测物理量将选择 开关旋到相应的位置 使用前应先进行机械调零 用 小螺丝刀轻旋调零螺丝 使指针指左端零刻线 使用 欧姆挡时 还应进行欧姆调零 即将红 黑表笔短接 调节欧姆调零旋钮 使指针指右端零刻线处 欧姆挡 的使用 选挡 一般比被测电阻的估计值低一个数 量级 如估计值为 200 就应该选 10 的倍率 调 零 将红黑表笔接被测电阻两端进行测量 将指 针示数乘以倍率 得测量值 将选择开关扳到 OFF 或交流电压最高挡 用欧姆挡测电阻 如果指针偏转 角度太小 应增大倍率 如果指针偏转角度太大 应 减小倍率 电阻箱电阻箱 右图中的电阻箱有 6 个旋钮 每个旋钮上方都标有倍率 将每个旋钮上指针所指的数 线圈 0100200300400500600700800900 mg a y 高中物理高中物理 物理实验全攻略物理实验全攻略 各名校经典总结汇总各名校经典总结汇总 BY 飛 第 7页 值 都为整数 乘以各自的倍率 从最高位依次往下读 即可得到这时电阻箱的实际阻值 图中最左边的两个黑点是接线柱 若指针所示如图 则阻值为 84580 2 特别提示 一般来说 除游标卡尺 秒表 电阻箱外 其他测量仪器的读数都需要估读 即读到 精度的下一位 2 独立完成实验独立完成实验 方法归纳方法归纳 1 常见间接测量的物理量及其测量方法 有些物理量不能由测量仪器直接测量 这时 可利用待测量和可直接测量的基本物理量 之间的关系 将待测物理量的测量转化 为基本物理量的测量 待测物理量基本测量方法 力 学 速度 利用纸带 1 2 nn m SS v T 利用平抛 2 g vx y 加速度 利用纸带 逐差法 2 S a T 利用单摆 2 2 4L g T 力根据 F ma 转化为测量 m a 功 根据 k WE 转化为测量 m S v 电 学 电阻 精确测 量 根据 U R I 转化为测量 U I 伏安法 电阻箱 半偏 替代 电功率根据 P IU 转化为测量 U I 电源电动势根据 E U Ir 转化为测量 U I 2 处理实验数据的常用方法 前有 为了减小由于实验数据而引起的偶然误差 常需要采用以下方法进行处理 1 多次测量求平均值 2 图象法 3 实验误差的分析 中学物理中只要求初步了解系统误差和偶然误差 绝对误差和相对误差的概念 能定性 分析某些实验中产生误差的主要原因 知道用平均值法 图象法减小偶然误差 但不要求计 算误差 1 系统误差和偶然误差 测量值总是有规律的朝着某一方向偏离真值 总是偏大或 0 1 10 1 1K 10K 100 1 7 6 5 4 3 2 8 9 0 1 7 6 54 3 28 9 0 1 7 6 5 4 3 2 8 9 0 1 7 6 5 4 3 2 8 9 0 1 7 6 5 4 3 2 8 9 0 1 7 6 5 4 3 2 8 9 0 a y 高中物理高中物理 物理实验全攻略物理实验全攻略 各名校经典总结汇总各名校经典总结汇总 BY 飛 第 8页 总是偏小 的误差 称为系统误差 系统误差的主要来源是仪器本身不够精确 或实验原理 方法不够完善 由于偶然因素的影响 造成测量值的无规则起伏称为偶然误差 偶然误差是 由于各种偶然因素对实验者 测量仪器 被测物理量的影响而产生的 多次测量偏大和偏小 的机会相同 因此 多次测量求平均值可减小偶然误差 2 绝对误差和相对误差 设某物理量的真值为 A0 测量值为 A 则绝对误差 0 AA 相对误差为 0 00 AA AA 真值 A0常以公认值 理论值或多次测量的平均值 代替 3 有效数字带有一位不可靠数字的近似数字 叫做有效数字 有效数字是指近似 数字而言 只能带有一位不可靠数字 不是位数越多越好 凡是用测量仪器直接测量的结果 读数一般要求在读出仪器最小刻度所在位的数值 可 靠数字 后 再向下估读一位 不可靠数字 这里不受有效数字位数的限制 间接测量的有效数字运算不作要求 运算结果一般可用 2 3 位有效数字表示 重点的学生实验重点的学生实验 1 研究匀变速直线运动研究匀变速直线运动 右图为打点计时器打下的纸带 选点迹清楚的一条 舍掉开始比较密集的点迹 从便 于测量的地方取一个开始点 O 然后每 5 个点取一个计数点 A B C D 测出相邻计 数点间的距离 s1 s2 s3 利用打下的纸带可以 求 任 一 计 数 点 对 应 的 即 时 速 度 v 如 T ss vc 2 32 其中 T 5 0 02s 0 1s 利用 逐差法 求 a 2 321654 9T ssssss a 利用上图中任意相邻的两段位移求 a 如 2 23 T ss a 利用 v t 图象求 a 求出 A B C D E F 各点的即 时速度 画出如右的 v t 图线 图线的斜率就是加速度 a 2 探究弹力和弹簧伸长的关系探究弹力和弹簧伸长的关系 胡克定律 利用右图装置 改变钩码个数 测出弹簧总长度和所受拉力 钩码总重 量 的多组对应值 填入表中 算出对应的弹簧的伸长量 在坐标系中描点 根据点的分布作出弹力 F 随伸长量 x 而变的图象 从而发确定 F x 间的函数 关系 解释函数表达式中常数的物理意义及其单位 该实验要注意区分弹簧总长度和弹簧伸长量 对探索性实验 要根据描 出的点的走向 尝试判定函数关系 这一点和验证性实验不同 3 互成角度度两个力的合成互成角度度两个力的合成 该实验是要用互成角度的两个力和另一个力产生相同的效果 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 验证了力的合成的平行四边形定则 t s 0T2T3T 4T5T 6T v ms 1 B CD s1 s2s3 A a y 高中物理高中物理 物理实验全攻略物理实验全攻略 各名校经典总结汇总各名校经典总结汇总 BY 飛 第 9页 0 1234 4 研究平抛物体的运动研究平抛物体的运动 用描迹法 该实验的实验原理 平抛运动可以看成是两个分运动的合成 一个是水平方向的匀速直 线运动 其速度等于平抛物体的初速度 另一个是竖直方向的自由落体运动 利用有孔的卡 片确定做平抛运动的小球运动时的若干不同位置 然后描出运动轨迹 测出曲线任一点的坐 标 x 和 y 利用 vtx 2 2 1 gty 就可求出小球的水平分速度 即平抛物体的初速度 注意事项 斜槽末端的切线必须水平 用重锤线检验坐标纸上的竖直线是否竖直 以斜槽末端所在的点为坐标原点 如果是用白纸 则应以斜槽末端所在的点为坐标原点 在斜槽末端悬挂重锤线 先 以重锤线方向确定 y 轴方向 再用直角三角板画出水平线作为 x 轴 建立直角坐标系 每次小球应从斜槽上的同一位置由静止开始下滑 5 验证动量守恒定律验证动量守恒定律 由于 v1 v1 v2 均为水平方向 且它们的竖直下落高度都相等 所以它们飞行时间相 等 若以该时间为时间单位 那么小球的水平射程的数值就等于它们的水平速度 在右图中 分别用 OP OM 和 O N 表示 因此只需验证 m1 OP m1 OM m2 O N 2r 即可 注意事项 必须以质量较大的小球作为入射小球 保证碰撞后两小球都向前运动 小球落地点的平均位置要用圆规来确定 用尽可能小的圆把所有落点都圈在里面 圆心就是落点的平均位置 所用的仪器有 天平 刻度尺 游标卡尺 测小球直径 碰撞实验器 复写纸 白 纸 重锤 两个直径相同质量不同的小球 圆规 若被碰小球放在斜槽末端 而不用支柱 那么两小球将不再同时落地 但两个小球 都将从斜槽末端开始做平抛运动 于是验证式就变为 m1 OP m1 OM m2 ON 两个小球的 直径也不需测量了 6 验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律 验证自由下落过程中机械能守恒 图示纸带的左端是用夹子夹重物的一端 注意事项 要多做几次实验 选点迹清楚 且第一 二两点间距离接近 2mm 的纸带进行测量 用刻度尺量出从 0 点到 1 2 3 4 5 各点的距离 h1 h2 h3 h4 h5 利用 匀变 速直线运动中间时刻的即时速度等于该段位移内的平均速度 算出 2 3 4 各点对应的即 时速度 v2 v3 v4 验证与 2 3 4 各点对应的重力势能减少量 mgh 和动能增加量 2 2 1 mv 是 否相等 由于摩擦和空气阻力的影响 本实验的系统误差总是使 2 2 1 mvmgh a y 高中物理高中物理 物理实验全攻略物理实验全攻略 各名校经典总结汇总各名校经典总结汇总 BY 飛 第 10页 GG R r a a 图 1 图 2 本实验不需要在打下的点中取计数点 也不需要测重物的质量 7 用单摆测定重力加速度用单摆测定重力加速度 摆长的测量 让单摆自由下垂 用米尺量出摆线长 L 读到 0 1mm 用游标卡尺量出 摆球直径 读到 0 1mm 算出半径 r 则摆长 L L r 注意事项 开始摆动时需注意 摆角要小于 5 保证做简谐运动 不要使摆动成为圆锥摆 必须从摆球通过最低点时开始计时 测出单摆做 50 次全振动所用时间 算出周期的平 均值 T 改变摆长重做几次实验 计算每次实验得到的重力加速度 再求这些重力加速度的平 均值 8 用描迹法画出电场中平面上等势线用描迹法画出电场中平面上等势线 实验所用的电流表是零刻度在中央的电流表 在实验前应先测定电流方向与指针偏转 方向的关系 将电流表 电池 电阻 导线按图 1 或图 2 连接 其中 R 是阻值大的电阻 r 是阻值小的电阻 用导线的 a 端试触电流表另一端 就可判定电流方向和指针偏转方向的关 系 该实验是用恒定电流的电流场模拟静电场 与电池正极相连的 A 电极相当于正点电荷 与电池负极相连的 B 相当于负点电荷 白纸应放在最下面 导电纸应放在最上面 涂有导 电物质的一面必须向上 复写纸则放在中间 9 测定玻璃折射率测定玻璃折射率 实验原理 如图所示 入射光线 AO 由空气射入玻璃砖 经 OO1后由 O1B 方向射出 作出 法线 NN1 则折射率 n Sin Sin 注意事项 手拿玻璃砖时 不准触摸光洁的光学面 只能 接触毛面或棱 严禁把玻璃砖当尺画玻璃砖的界面 实验 过程中 玻璃砖与白纸的相对位置不能改变 大头针应垂 直地插在白纸上 且玻璃砖每一侧的两个大头针距离应大 一些 以减小确定光路方向造成的误差 入射角应适当大 一些 以减少测量角度的误差 10 伏安法测电阻伏安法测电阻 1 伏安法测电阻有 a b 两种接法 a 叫 安培计 外接 法 b 叫 安培计 内接法 外接法的系统误差是由电压 表的分流引起的 测量值总小于真实值 小电阻应采用外 接法 内接法的系统误差是由电流表的分压引起的 测量 值总大于真实值 大电阻应采用内接法 如果无法估计被测电阻的阻值大小 可以利用试触 V A V A ab a y 高中物理高中物理 物理实验全攻略物理实验全攻略 各名校经典总结汇总各名校经典总结汇总 BY 飛 第 11页 法 如图将电压表的左端接 a 点 而将右端第一次接 b 点 第二次接 c 点 观察电流表和电 压表的变化 若电流表读数变化大 说明被测电阻是大电阻 应该用内接法测量 若电压表 读数变化大 说明被测电阻是小电阻 应该用外接法测量 这里所说的变化大 是指相对 变化 即 I I 和 U U 1 滑动变阻器的连接滑动变阻器的连接 滑动变阻器在电路中也有 a b 两种常用的接法 a 叫限流接法 b 叫分压接法 分压 接法被测电阻上电压的调节范围大 当要求电压从零开始调节 或要求电压调节范围尽量大 时应该用分压接法 用分压接法时 滑动变阻器应该选用阻值小的 用限流接法时 滑动变 阻器应该选用阻值和被测电阻接近的 2 实物图连线技术实物图连线技术 无论是分压接法还是限流接法都应该先把伏安法部分接好 对限流电路 只需用笔画 线当作导线 从电源正极开始 把电源 电键 滑动变阻器 伏安法四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 对分压电路 应该先把电源 电键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 比较该接头和滑动触头两点的电势高低 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 3 描绘小电珠的伏安特性曲线描绘小电珠的伏安特性曲线 因为小电珠 即小灯泡 的电阻较小 10 左右 所以应该选用安培表外接法 小灯泡的电阻会随着电压的升高 灯丝温度的升高而增大 所以 U I 曲线不是直线 为了反映这一变化过程 灯泡两端的电压应该由零逐渐增大到额定电压 所以滑动变阻器必 须选用分压接法 在上面实物图中应该选用右面的那个图 开始时滑动触头应该位于左端 使小灯泡两端的电压为 零 由实验数据作出的 I U 曲线如右 说明灯丝的电阻随 温度升高而增大 也就说明金属电阻率随温度升高而增大 若用 U I 曲线 则曲线的弯曲方向相反 若选用的是标有 3 8V 0 3A 的小灯泡 电流表应选 V AV A U V I A O ab R R a y 高中物理高中物理 物理实验全攻略物理实验全攻略 各名校经典总结汇总各名校经典总结汇总 BY 飛 第 12页 b a 用 0 0 6A 量程 电压表开始时应选用 0 3V 量程 当电压调到接近 3V 时 再改用 0 15V 量 程 11 把电流表改装为电压表把电流表改装为电压表 用图 a 测定电流表内阻 rg 方法是 先断开 S2 闭合 S1 调节 R 使电流表满偏 然 后闭合 S2 调节 R 使电流表达到半满偏 当 R 比 R 大很多时 可以认为 rg R 当 R 比 R 大很多时 调节 R 基本上不改变电路的总电阻 可认为总电流不变 因此当电流表半满偏 时 通过 R 的电流也是满偏电流的一半 两个分路的电阻相等 实际上 S2闭合后 总电 阻略有减小 总电流略有增大 当电流表半满偏时 通过 R 的电流比通过电流表的电流稍 大 即 R 比 rg稍小 因此此步测量的系统误差 总是使 rg的测量值偏小 其中 R 不必读数 可以用电位器 R 需要读数 所以必须用电阻箱 根据 rg Ig和扩大后的量程 计算出需要给电流表串联的电阻 R1的值 用 b 图把改装的电压表和标准电压表进行校对 校对要每 0 5V 校对一次 所以电压要 从零开始逐渐增大 因此必须选用分压电路 百分误差的计算 如果当改装电压表示数为 U 时 标准电压表示数为 U 则这时的百分误差为 U U U 如果校对时发现改装电压表的示数总是偏大 则应该适当增大 R1的阻值 使表头的分压 减小一些 然后再次重新进行校对 12 测定金属的电阻率测定金属的电阻率 被测电阻丝的电阻较小 所以选用电流表外接法 本实验不要求电压调节范围 可选 用限流电路 因此选用上面左图的电路 开始时滑动变阻器的滑动触头应该在右端 本实验 通过的电流不宜太大 通电时间不能太长 以免电阻丝发热后电阻率发生明显变化 13 用电流表和电压表测电池的电动势和内电阻用电流表和电压表测电池的电动势和内电阻 根据闭合电路欧姆定律 E U Ir 本实验电路中电压表的示数是准确的 电流表的示 数比通过电源的实际电流小 所以本实验的系统误差是由电压表的分流引起的 为了减小这 个系统误差 电阻 R 的取值应该小一些 所选 用的电压表的内阻应该大一些 为了减小偶然误差 要多做几次实验 多 取几组数据 然后利用 U I 图象处理实验数据 将点描好后 用直尺画一条直线 使尽量多的 点在这条直线上 而且在直线两侧的点数大致 相等 这条直线代表的 U I 关系的误差是很小的 它在 U 轴上的截距就是电动势 E 对应的 I 0 它的斜率的绝对值就是内阻 r 特别要注意 有 V A R S U V I Ao 0 20 40 6 3 0 2 0 1 0 a y 高中物理高中物理 物理实验全攻略物理实验全攻略 各名校经典总结汇总各名校经典总结汇总 BY 飛 第 13页 时纵坐标的起始点不是 0 求内阻的一般式应该是 r U I 为了使电池的路端电压变化明显 电池的内阻宜大些 选用使用过一段时间的 1 号电 池 14 用多用电表探索黑箱内的电学元件用多用电表探索黑箱内的电学元件 设定黑箱上有三个接点 两个接点间最多只能接一个元件 黑箱内所接的元件不超过两个 测量步骤和判定 用直流电压挡测量 A B C 三点间均无电压 说明箱内无电源 用欧姆挡测量 A C 间正 反接阻值不变 说明 A C 间有一个电阻 用欧姆挡测量 黑表笔接 A 红表笔接 B 时测得的阻值较小 反接时测得的阻值较大 说明 箱内有一个二极管 可能在 AB 间 也可能在 BC 间 如右图中两种可能 用欧姆挡测量 黑表笔接 C 红表笔接 B 测得阻值比黑表笔 A 红表笔接 B 时测得的阻值大 说明二极管在 AB 间 所以黑箱内的两个元件的接法肯定 是右图中的上图 四四 重要的演示实验重要的演示实验 1 用油膜法估测分子的大小用油膜法估测分子的大小 实验前应预先计算出每滴油酸溶液中纯油酸的实际体积 先了解配好的油酸溶液的浓 度 再用量筒和滴管测出每滴溶液的体积 由此算出每滴溶液中纯油酸的体积 V 油膜面积的测量 油膜形状稳定后 将玻璃板放在浅盘上 将油膜的形状用彩笔画在 玻璃板上 将玻璃板放在坐标纸上 以 1cm 边长的正方形为单位 用四舍五入的方法数出 油膜面积的数值 S 以 cm2为单位 由 d V S 算出油膜的厚度 即分子直径的大小 2 加速度和力的关系加速度和力的关系 加速度和质量的关系加速度和质量的关系 两个相同的小车并排放在光滑水平桌面上 小车前端系上细线 线的另一端跨过定滑 轮各挂一个小盘 盘里分别放有不同质量的砝码 小车所受的水平拉力 F 的大小可以认为 等于砝码 包括砝码盘 的重力大小 小车后端也系有细线 用一只夹 子夹住两根细线 控制两辆小车同时开始运动和结束运动 由于两个小车初速度都是零 运动时间又相同 s 2 1 at2 a 只 要测出两小车位移 s 之比就等于它们的加速度 a 之比 实验结果是 当小车质量相同时 a F 当拉力 F 相等时 a 1 m 实验中用砝码 包括砝码盘 的重力 G 的大小作为小车所受拉力 F 的大小 这样做会引起什么样的系统误差 怎样减小这个系统误差 4 描绘单摆的振动图象描绘单摆的振动图象 对同一个单摆 如果两次拉出木板得到的图形分别如 a b 所示 说明两次拉木板的速 度之比为 3 2 m1 m2 F1 F2 a y 高中物理高中物理 物理实验全攻略物理实验全攻略 各名校经典总结汇总各名校经典总结汇总 BY 飛 第 14页 对摆长不同的单摆 如果两次拉木板速度相同 说明摆的周期之比为 3 2 摆长之比 为 9 4 在同一根绳子上 各种频率的波传播速度都是相同的 8 平行板电容器的电容平行板电容器的电容 静电计是测量电势差的仪器 指针偏转角度越大 金属外壳和上方金属小球间的电势 差越大 在本实验中 静电计指针和 A 板等电势 静电计金属壳和 B 板等电势 因此指针 偏转角越大表示 A B 两极板间的电压越高 本实验中 极板带电量不变 三个图依次表示 正对面积减小时电压增大 板间距离增 大时电压增大 插入电介质时电压减小 由 UU Q C 1 知 这三种情况下电容分别减小 减小 增大 因此可以确定 C 和 S d 的关系是 d S C 思考 如何测量电容器两极板间的电压 典型分析典型分析 例 1 多用电表表头的示意图如右 当指针位置如图中灰三角箭头所示 则测量的是 测量结果为 当指针位置如图中白三角箭头所示 则测量的是 测量结果为 当指针位置如图中黑三角箭头所示 则测量的是 测量结果为 当指针位置如图中黑三角箭头所示 正确操作后发现指 针的偏转角很小 那么接下来的操作步骤应该依次为 测量结束后应将选择开关拨到 或者 无论用多用电表进行何种 直流 测量 电流都应该从 表笔经 插孔流入电表 例 1 解析 电流 3 2mA 电压 16 0V 电阻 3 4 103 该用 1k 倍率 重新调零 将红 黑表笔分别接被测电阻两根引线 从表盘读数乘以倍率 OFF 交流电压最高挡 红 正 a b 灰 白 黑 a y 高中物理高中物理 物理实验全攻略物理实验全攻略 各名校经典总结汇总各名校经典总结汇总 BY 飛 第 15页 典型分析典型分析 例 1 一打点计时器固定在斜面上某处 一小车拖着穿过打点计器的纸带从斜面上滑下 如图 5 1 甲所示 图 5 1 乙是打出的纸带的一段 图 5 1 1 已知打点计时器使用的交流电频率为 50Hz 利用图乙给出的数据可求出小车下滑的加速度 a 2 为了求出小车在下滑过程中所受的阻力 还需要测量的物理量有 用测得的量及加 速度 a 表示阻力的计算式为 f 例 1 解析 1 利用逐差法求小车的加速度 由纸带可知 任意两相邻记数点间的时间间隔T 0 04s 由逐差法可得 61728394 1234 2222 5555 SSSSSSSS aaaa TTTT 则 123461728394 2224 1 445555 aaaaSSSSSSSS a TTTT 67891234 2 2 2 20 8 338 959 16 10 26 5 125 756 41 7 05 10m s 20 0 04 SSSSSSSS T 4 00m s2 2 为了求出小车下滑过程中所受到的阻力 还需要测量小车的 质量 m 斜面上任意两点间距离 l 和这两点间的高度差 h 小车的受力情况如图 5 2 所示 根据牛顿第二定律 sin mgfma 而sin h l 所以 h fmgma l 点评 1 逐差法充分利用了纸带的实验数据 从而减小了数据测量引起的偶然误差 本题中所 给出的实验数据个数为奇数 9 个 处理时常舍掉正中间的一个数据 2 小车下滑过程中所受到的阻力无法直接测量 但根据牛顿第二定律可转化为测量 m a h 和 l 与此相类似 你能求出打点计时器打纸带上的两记数点的过程中小车克服阻力所做的功吗 例 2 一个有一定厚度的圆盘 可以绕通过中心且垂直于盘面的水平轴转动 用下面的方法测量 它匀速转动时的角速度 实验器材 电磁打点计时器 米尺 纸带 复写纸 实验步骤 1 如图 5 3 所示 将电磁打点计时器固定在桌面上 将纸带的一 端穿过打点计时器的限位孔后 固定在待测圆盘的侧面上 使圆盘转动时 纸带可以卷在圆盘侧面上 2 启动控制装置使圆盘转动 同时接通电源 打点计 时 器 开 始 打 点 图 5 3 图 5 2 a y 高中物理高中物理 物理实验全攻略物理实验全攻略 各名校经典总结汇总各名校经典总结汇总 BY 飛 第 16页 3 经过一段时间 停止转动和打点 取下纸带 进行测量 由已知量和测得量表示角速度的表达式为 式中各量的意义是 某次实验测得圆盘半径 r 5 50 10 2m 得到的纸带的一段如图 5 4 所示 求得角速度为 例 2 解析 本实验测量角速度的原理是 圆盘匀速转动时 其线速度 s v t 又角速度 v r 所以 其原理式为 s rt 在纸带上选定两点 设它们在米尺上对应的刻度值分别为 x1 x2 数出这两点间 含这两点 的打点 数 n 打点计时器打点的周期为 T 则打这两点的时间间隔 t n 1 T 这段时间内圆盘转过的弧长 S x2 x1 若测得圆盘的半径为 r 由已知量和测得量表示的角速度的表达式为 21 1 xx T nr 若取 12 0 6xx cm 则 n 9 又 2 1 s 5 50 10 50 Tr cm 代入可得 2 2 6 0 10 rad s6 8rad s 1 8 5 0 10 50 点评 实验原理是完成实验的依据和关键 虽然该实验没有做过 但所用到的实验方法并不陌生 要结合题给实验器材和实验步骤通过联想和迁移 弄清实验原理和所需测量的物理量 进而得出待测量的 表达式 例 3 小灯泡灯丝的电阻会随温度的升高而变大 某同学为研究这一现象 用实验得到如下数据 I 和 U 分别表示小灯泡上的电流和电压 I A 0 120 210 290 340 380 420 450 470 490 50 U V 0 200 400 600 801 001 201 401 601 802 00 1 在左下框中画出实验电路图 可用的器材有 电压表 电流表 滑线变阻器 变化范围 0 10 电源 小灯泡 电键 导线若于 2 在图 5 5 中画出小灯泡的 U I 曲线 图 5 5 3 若将该小灯泡接在电动势是 1 5V 内阻是 2 0 的电池两端 小灯泡的实际功率是多少 简要 写出求解过程 若需作图 可直接画在图中 单位 cm a y 高中物理高中物理 物理实验全攻略物理实验全攻略 各名校经典总结汇总各名校经典总结汇总 BY 飛 第 17页 例 3 解析 1 由于小灯泡灯丝的电阻值远小于电压表的内阻 如 电压为 2 00V 时 其阻 值 R灯 2 00 4 00 0 50 U I 为减少由于电表接入电路引起的系统误差 应采用电流表外接法 为使小 灯泡两端的电压的变化范围尽可能大 滑线变阻器应连接成分压电路 实验电路如图 5 6 所示 图 5 6图 5 7 2 根据实验得到的数据在 U I 坐标系中描点 并将这些数据点连接成一条平滑的曲线 如图 5 7 所示 3 根据1 52UEIrI 作出电源的 U I 图线 它与小灯泡的伏安特性曲线的交点坐标就是小 灯泡的工作点 即工作电流 I 0 35A 工作电压 U 0 08V 故小灯泡的实际功率 P IU 0 28W 点评 本题主要考查独立完成实验的能力 主要包括 实验原理及电路 用图象法 处理实验数据 并得出实验结论 其中利用图线确定小灯泡与电源连接后的工作点是解答本题第 3 问的关键 实验设计实验设计 专题精讲专题精讲 实验设计应把重点放在力学和电学实验上 力学以打点计时器为中心展开 电学以电阻 测量为中心展开 1 进行实验设计的总体原则 1 精确性 在实验误差允许的范围内 应尽可能选择误差较小的方案 2 安全性 实验方案的实施要安全可靠 不会对器材造成损害 且成功率高 3 可操作性 实验应便于操作和读数 便于进行数据处理 2 实验设计的基本思路 实验器材 明确目的确定原理待测物理量数据处理误差分析 实验步骤 实验设计的关键在于实验原理的设计 它是进行实验的依据和起点 它决定了应选用 或 还需 哪些实验器材 应测量哪些物理量 如何编排实验步骤 而实验原理的设计又往往依 赖于所提供的实验器材 条件 和实验要求 它们相辅相成 互为条件 以测量电表的内阻为例 纵向 伏安法及变式 电流表 电压表各一只 可以测量它们的内阻 V AVA a y 高中物理高中物理 物理实验全攻略物理实验全攻略 各名校经典总结汇总各名校经典总结汇总 BY 飛 第 18页 两只同种电表 若知道一只的内阻 就可以测另一只的内阻 两只同种电表内阻都未知 则需要一只电阻箱才能测定电表的内阻 横向 除伏安法外 还常用替代法 半偏法和闭合电路欧姆定律 计算法 替代法 半偏法 闭合电路欧姆定律 计算法 3 电学实验的器材选择和电路设计 1 电路结构 完整的实验电路包括三个部分 测量电路 控制电路 变阻器 开关 电源 2 思路 A2 A1 V1V2 R A1A2 V2 V1 R G2 G2 R 2 1 V1 V2 R 2 1 SS G R2 S2 R1 S1 R1 S V R2 V S 2 R Er 电阻不计 1 测量电路 器材选择 配置 控制电路 电路选择 控制 调节 a y 高中物理高中物理 物理实验全攻略物理实验全攻略 各名校经典总结汇总各名校经典总结汇总 BY 飛 第 19页 3 方法 电表选择 为了减小电表读数引起的偶然误差 选择电表时应先估算待测电流或电压 的最大值 同时要考虑电表间 电表与电源间的配置是否合理 测量时各电表的最大偏转量 都应接近量程 分压 限流电路选择 4 在下列情况下应选择分压电路 实验要求待测电阻两端电压从零开始连续变化 限流不能保证安全 即限流电路中的最小电流超过电表量程或用电器的额定电流 常 见于变阻器全电阻远小于测量部分电阻的情况 限流能保证安全 但变阻器调节过程中 电表读数变化不明显 不满足实验测量多组 数据的要求 常见于变阻器全电阻远小于测量部分电阻的情况 在限流 分压两种电路都满足实验要求时 由于限流电路结构简单 损耗的电功率小 应优先选用 滑动变阻器的粗调和微调 在限流电路中 对测量电路而言 全电阻较大的变阻器起粗调作用 全电阻较小的变阻 器起微调作用 在分压电路中 变阻器的粗 微调作用正好 与限流电路相反 典型分析典型分析 例 4 如图 5 8 所示 水平桌面上固定着斜面体 A 有小铁块 B 斜面体的斜面是曲面 由其截面图可以看出曲线下端的切线是水平的 现提供的实验测量工具有 天平 直尺 其它的实验器材可根据实验需要自选 现要设计一个实验 测出小铁块 B 自斜面顶端由静止下滑到 底端的过程中 小铁块 B 克服摩擦力做的功 请回答下列问题 1 除题中供给的器材处 还需要选用的器材是 2 简要说明实验中需要测量的物理量 要求在图上标明 3 写出实验结果的表达式 重力加速度 g 已知 例 4 解析 本实验测定小铁块克服摩擦力所做功的原理是动能定理和平抛运动的规律 小铁块自斜面顶端由静止下滑到底端的过程中 根据动能定理 2 1 2 f mgHWmv 离开曲面后 小铁块做平抛运动 直到落地 则 2 1 2 hgtSvt 所以 2 g vS h 将 代入 得 2 4 f mgS WmgH h 显然 实验中需要测量的物理量是 斜面高度 H 桌面高度 h 小铁块平抛的水平距离 S 小铁块质量 m 如图 5 9 所示 其中 S 需用重锤线和白纸 复写纸来确定 图 5 8 图 5 9 a y 高中物理高中物理 物理实验全攻略物理实验全攻略 各名校经典总结汇总各名校经典总结汇总 BY 飛 第 20页 答案 1 重锤线 铺在地面上的白纸和复写纸 2 斜面高度 H 桌面高度 h 小铁块平抛 的水平距离 S 小铁块质量 m 3 2 4 f mgS WmgH h 点评 题给实验器材对实验原理的设计有一定的限制作用 本题没有给足实验器材 首先要根据 题给实验条件和要求 构思相关的物理情景 从而确定实验原理 然后根据原理式确定需要测量的物理量 和还需选用的实验器材 例 5 用伏安法测量一个定值电阻的阻值 备用器材如下 待测电阻 Rx 阻值约为 25k 电流表 A 1 量程 100 A 内阻 2k 电流表 A2 量程 500 A 内阻 300 电压表 V1 量程 10V 内阻 100k 电流表 V 2 量程 50V 内阻 500k 电源 E 电动势 15V 允许最大电流 1A 滑动变阻器 R 最大阻值 1k 电键 S 导线若干 为了尽量减小实验误差 要求测多组数据 1 电流表应选 电压表应选 2 画出实验电路图 例 5 解析 1 器材选择 测量电路 从减小电表读数引起的偶然误差的角度考虑 两电表及电表与电源间的配置要合理 注意到电源电动 势远小于电压表 V2的量程 而跟电压表 V1的量程较接近 若选用电压表 V2来测量电压 其最大偏转量达 不到量程的 1 3 读数时偶然误差太大 所以选用 V1较恰当 而此时通过电流表的最大电流 4 10 A400 A 2 5 10 m m x U I R 因此 电流表 A2与 V1配置较好 2 电路选择 控制电路