高三物理高考二轮复习专题九实验基础.ppt

一 有效数字及其位数的确定1 有效数字指带有一位不可靠数字的近似数据 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 2 确定有效数字位数的方法从数字左边第一个不为零的数字算起 如0 0125为三位有效数字 1 一切非零数字都是有效数字 2 非零数字之间的零及非零数字后边的零都是有效数字 3 有效数字的位数与单位和小数点的位置无关 4 乘方不算有效数字 如5 12 104为三位有效数字 5000为四位有效数字 若要求表示为三位有效数字 则应写为5 00 103 二 基本仪器的使用和读数1 长度测量类 1 游标卡尺的读数 主尺上读的毫米数 0 02n 0 02 0 02 49 50 主尺上读的毫米数 0 05n 0 05 0 05 19 20 主尺上读的毫米数 0 1n 0 1 0 1 9 10 测量结果 游标尺上第n个格与主尺上的某刻度线对正时 mm 精度 mm 每小格与1毫米差 刻度总长度 刻度格数 游标尺 mm 2 螺旋测微器的读数测量值 固定刻度整毫米数 半毫米数 可动刻度读数 含估读 0 01mm 1 10分度的游标卡尺 以mm为单位 小数点后只有1位 而20分度和50分度的游标卡尺 以mm为单位 小数点后有2位 且对齐格数不估读 2 螺旋测微器 以mm为单位 小数点后必须有3位 对齐格数要估读 同时还要注意半毫米刻度线是否露出 2 时间测量类 1 机械秒表的读数 原理 机械秒表的长针是秒针 转一周是30s 因为机械表采用的是齿轮传动 指针不可能停留在两小格之间 所以不能估读出比0 1s更短的时间 位于秒表上部中间的小圆圈里面的短针是分针 指针走一圈15min 每小格为0 5min 秒表的读方法是 t 短针读数 t1 长针读数 t2 分针所指位置是否已越过半分钟刻度线 且秒针读数无需估读 2 打点计时器 要先打点后拉动纸条 不能用直流电源 区分计时点和计数点 若每5个计时点取1个计数点 此时计数点的时间间隔为0 1s 3 频闪照相机其作用和处理方法与打点计时器类似 它是用等时间间隔获取图象信息的方法将物体在不同时刻的位置记录下来 使用时要明确频闪的时间间隔 3 电学量测量类 1 电流表和电压表分别用来测量电流和电压的仪器 电流表常用的有0 6a和3a两种量程 而电压表常用的有3v和15v两种量程 使用方法和注意事项如下 选择适当的量程 根据被测电流或电压值的大小选择量程 使指针偏转超过满偏的2 3 至少也要超过1 3 如果量程选择太大 指针偏转太小 会造成较大的测量误差 正确接入电路 电流表应串联在被测电路中 电压表应并联在被测电路中 两种表都应使电流从 接线柱流入 接线柱流出 正确读数 读数时应使视线垂直于刻度盘面 学生实验用电表的3v和3a量程要估读到最小分度的1 10 15v量程估读到最小分度的1 5 0 6a量程估读到最小分度的1 2 多用量程电表读数时 务必看清每大格及每小格所表示的数值 注意内阻影响 电流表和电压表接入电路后 一方面作为仪器使用 同时又是接入被测电路中的一个电阻 实验中没有特别要求时 一般不考虑它们的内阻对电路的影响 但在有些测量中不能忽视 如伏安法测电阻等 2 多用电表 用途 多用电表是一种比较常用的电学仪表 它可以用来测量交流电压 直流电压 交流电流 直流电流和电阻 且每一种可测量的电学量又有多个量程 其结构简单 使用方便 但是准确度稍低 正确使用方法a 电流的流向 由于使用多用电表时不管测量项目是什么 电流都要从电表的 插孔 红表笔 流入 从 插孔 黑表笔 流出 所以使用欧姆挡时 多用电表内部电池的正极接的是黑表笔 负极接的是红表笔 b 要区分开 机械零点 与 欧姆零点 机械零点 在表盘刻度左侧 0 位置 调整的是表盘下边中间的定位螺丝 欧姆零点 在表盘刻度的右侧电阻刻度 0 位置 调整的是欧姆挡的调零旋钮 c 选倍率 测量前应根据估计阻值选用适当的挡位 由于欧姆挡刻度的非线性 使用欧姆挡测电阻时 表头指针偏转过大或过小都有较大误差 通常只使用表盘中间一段刻度范围为测量的有效范围 譬如 j0411型多用电表欧姆挡的r中 15 当待测电阻约为2k 时 则应采用r 100挡 1 每更换一次挡位 都要重新进行欧姆调零 2 由于欧姆挡表盘刻度不均匀 难于估读 测量结果只需取两位有效数字 计数时不要忘记乘上相应挡位的倍率 3 测量时待测电阻要跟其他元件和电源断开 不然就不能得到正确的测量结果 甚至还可能损坏电表 4 多用电表使用完毕后 应将选择开关拨离欧姆挡 一般旋至off挡或交流电压最高挡上 4 电路调节类滑动变阻器是一个可以连续改变阻值的可变电阻 常用于调节电路中的电流大小及两点间的电压 电阻箱不能连续改变阻值 但可读取阻值 在用半偏法 替代法测电阻时有所体现 1 滑动变阻器调节电路的两种方式如下表所示 限流接法分压接法对比说明 电路图 串 并联关系不同 负载r上电压调节范围 负载r上电流调节范围 分压电路调节范围大 分压电路调节范围大 限流接法分压接法对比说明 闭合s前触头位置 额定条件下电路总功率 b端 ei a端 e i ip 都为了保护负载 分压电路耗能较多 限流接法分压接法对比说明 说明 忽略电源的内阻 r0为滑动变阻器的最大值 2 连接方式的选择原则通常滑动变阻器以限流接法为主 但在下列三种情况下 必须选择分压连接方式 题目所提供的实验仪器 电表量程或电阻的最大允许电流不够 变阻器电阻远小于被测电阻或电路中串联的其他电阻阻值 要求回路中某部分电路的电压从零开始连续变化 1 负载电阻的阻值rx小于变阻器总电阻r或相差不多 且电压 电流变化不要求从零开始调起时 可采取限流接法 2 两种电路均可使用的情况下 应优先采用限流式接法 因为限流式接法总功耗较小 3 特殊问题中还要根据电压表和电流表量程以及电阻允许通过的最大电流值来反复推敲 以更能减小误差的连接方式为好 5 实验器材选择的三个原则 1 可行性原则要根据实验要求和实际条件选用合适的仪器使实验切实可行 以达到目的 比如 现有两个电压表 一个量程是3v 另一个是15v 要测量的元件的电压可达到10v 从可行性原则上分析 当然只能选用15v量程的电压表了 2 准确性原则根据实验的需要 选取精度合适的仪器 具体到某个实验仪器时 不是越精越好 只要精度够用就行 比如 测金属丝长度用毫米刻度尺即可 而测其直径 由于太细 要用螺旋测微器 3 可操作性原则实验时要调节方便 易于操作 比如 对滑动变阻器 如果是用分压法连入电路的 则应选用小阻值的滑动变阻器 只有这样 在移动滑动触头时 相应的用电器上的电压变化才会明显 电压变化与滑动距离几乎成线性关系 如果选用大阻值的滑动变阻器 就会出现在移动滑动触头时 刚开始时用电器上的电压几乎不变 过了某位置后又突然增大的现象 不易操作 2 伏安法测电阻中内接法与外接法的选择 1 阻值比较法 先将待测电阻的估计值与电压表 电流表内阻进行比较 若rx rv 宜采用电流表外接法 若rx ra 宜采用电流表内接法 2 实验试探法 按图9 1所示接好电路 让电压表一根接线p先后与a b处接触一下 如果电压表的示数变化明显 说明电流表分压作用较强 即rx阻值较小 则可采用电流表外接法 如果电流表的示数变化明显 说明电压表分流作用较强 即rx阻值较大 则可采用电流表内接法 四 实验方法1 等效法这是物理学中一个重要和常用的思维方法 当某一个物理量不能或不易直接测量时 如果可以用另一个物理量代替它而又不影响问题的实质时 我们就可以接受这种方案 这种方法叫等效法 比如 在 验证动量守恒定律 的实验中 我们用水平位移代替速度 在电路设计中用 等效替代 思想测电阻等 2 累积法 放大法 把某些难以直接测量的微小物理量累积后测量 可大大提高测量的精度 这种方法叫累积法 比如 测一个大头针的质量是很难测准确的 但如果用天平测一千个大头针的质量再除以总个数 就比较准确了 用单摆测重力加速度 的实验中我们测单摆的周期就是用秒表测它完成50次全振动的时间再除以50得到的 3 控制变量法在三个以上因素可以变化的实验中 为了找出它们之间的关系 排除干扰 可以先保持一些量不变 而观察其中一个量的变化对另一个物理量的影响 这种方法叫控制变量法 比如 在 验证牛顿第二定律 的实验中 先控制质量不变 研究加速度与力之间的关系 然后控制力不变 研究加速度和质量之间的关系 最后得到三者关系的结论 五 实验数据的处理1 处理方法 1 列表法在记录和处理数据时 为了简单而明确地表示出有关物理量之间的对应关系 将数据填写在适当的表格内 称为列表法 列成表格不但可以减少或避免错误 便于发现问题和分析问题 而且有助于找出各物理量之间的变化规律 分析表格中的记录数据时一般先找出相同量 再分析其他量的数据关系 表格要求简单明了 用符号标明各物理量并写明单位 所列数据要符合有效数字的有关规定 2 平均值法 算术平均值 即把测定的若干组数相加求和 然后除以测量次数 必须注意的问题 a 求取平均值时应该按原来测量仪器的准确度决定保留的位数 b 在什么情形下取平均值 例如在 测定玻璃的折射率 的实验中 应分别求出各入射角对应的折射率再求平均值 而不是将各入射角及折射角取平均值后再求折射率 3 作图法用作图法处理实验数据是物理实验中最常用的方法之一 用作图法处理数据的优点是直观 简便 有取平均的效果 由图线的斜率 截距 包围面积等可以研究物理量之间的变化关系 找出规律 2 误差根据误差产生的原因可分为 系统误差和偶然误差两种 1 系统误差是由于仪器本身不精密 实验方法粗略或实验原理不完善而产生的误差 其特点是多次做同一实验时 误差总同样的偏大或偏小 不会出现这几次偏大 另一次偏小的现象 系统误差不能用多次测量求平均值的方法消除或减小 只能通过校准仪器 对读数作修正 改进实验方法和设计在原理上更完善的实验等来减小这种误差 2 偶然误差是由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误差 其特点是多次重复做同一实验时 误差总是时大时小 且偏大偏小的机会相同 减小这种误差的办法是多进行几次测量 取其平均值 2009 安徽高考 用多用电表进行了几次测量 指针分别处于a和b的位置 如图9 2所示 若多用电表的选择开关处于下面表格中所指的挡位 a和b的相应读数是多少 请填在表格中 指针位置选择开关所处挡位读数 a 直流电流100ma ma b 直流电压2 5vv 电阻 100 解析 多用电表的直流电压 直流电流的刻度都是均匀的 读直流电压 电流时看表盘中央的那条刻度均匀的刻度线 对于直流100ma 每一小格表示2ma 所以读数是23 0ma 对于2 5v的电压挡 每小格表示0 05v 所以读数为0 57v 电阻的测量读最上面的一条刻度线 所以读数为320 答案 23 00 57320 2009 广东高考 某实验小组利用拉力传感器和速度传感器探究 动能定理 如图9 3所示 他们将拉力传感器固定在小车上 用不可伸长的细线将其通过一个定滑轮与钩码相连 用拉力传感器记录小车受到拉力的大小 在水平桌面上相距50 0cm的a b两点各安装一个速度传感器 记录小车通过a b时的速度大小 小车中可以放置砝码 1 实验主要步骤如下 测量和拉力传感器的总质量m1 把细线的一端固定在拉力传感器上 另一端通过定滑轮与钩码相连 正确连接所需电路 将小车停在c点 小车在细线拉动下运动 记录细线拉力及小车通过a b时的速度 在小车中增加砝码 或 重复 的操作 2 表1是他们测得的一组数据 其中m是m1与小车中砝码质量之和 v22 v12 是两个速度传感器记录的速度的平方差 可以据此计算出动能变化量 e f是拉力传感器受到的拉力 w是f在a b间所做的功 表格中的 e3 w3 结果保留三位有效数字 3 根据表1 请在图9 4中的方格纸上作出 e w图线 表1数据记录表 解析 1 m1应是拉力传感器和小车的总质量 实验时 将小车先停在c点 然后释放小车 在实验中 改变实验数据 重复做实验时 有两条途径 a 在小车上增加砝码 从而改变小车的总质量m b 改变钩码的个数 从而改变拉力的大小 2 e3 结合表中数据可得 e3 0 600j 而w3 fxab 0 610j 3 以 ek为纵轴 以w为横轴 选取适当的标度 描点做出图线 如图9 5所示 答案 1 小车 释放小车 改变钩码数量 2 0 6000 610 3 见解析图 2008 重庆高考 某研究性学习小组设计了如图9 6甲所示的电路 用来研究稀盐水溶液的电阻率与浓度的关系 图中e为直流电源 s为开关 s1为单刀双掷开关 v为电压表 a为多量程电流表 r为滑动变阻器 rx为待测稀盐水溶液液柱 1 实验时 闭合s之前应将r的滑片p置于 填 c 或 d 端 当用电流表外接法测量rx的阻值时 s1应置于位置 填 1 或 2 2 在一定条件下 用电流表内 外接法得到rx的电阻率随浓度变化的两条曲线如图9 6乙所示 不计由于通电导致的化学变化 实验中rx的通电面积为20cm2 长度为20cm 用内接法测得rx的阻值是3500 则其电阻率为 m 由图中对应曲线 填 1 或 2 可得此时溶液浓度约为 结果保留2位有效数字 解析 1 闭合s时应使rx两端电压为零 故滑片p置于d端 用电流表外接法时 s1应置于位置1 2 根据得 35 m 电流表内接时r测 r真 电流表外接时r测 r真 即内接法测得的电阻值偏大 所对应的电阻率也偏大 故对应曲线为图9 6乙中的曲线1 由图象对应数据可读出电阻率为35 m时对应溶液浓度约为0 012 答案 1 d1 2 3510 011至0 014间的数据 2009 华南师大附中模拟 有一个标有 12v 24w 的灯泡 为了测定它在不同电压下的实际功率和额定电压下的功率 需测定灯泡两端的电压和通过灯泡的电流 现有如下器材 a 直流电源15v 内阻可不计 b 直流电流表0 0 6a 3a 内阻0 5 0 1 c 直流电流表0 300ma 内阻约5 d 直流电压表0 3v 15v 内阻约3k 15k e 直流电压表0 25v 内阻约200k f 滑动变阻器10 5ag 滑动变阻器1k 3a 1 实验台上已放置开关 导线若干及灯泡 为了完成实验需要从上述器材中再选用 用序号字母表示 2 在下面的方框内画出最合理的实验原理图 3 若测得灯丝电阻r随灯泡两端电压变化关系的图线如图9 7所示 由这条曲线可得出 正常发光条件下 灯丝消耗的电功率是 如果灯丝电阻与 t 273 的大小成正比 其中t为灯丝摄氏温度值 室温t0 27 则正常发光时灯丝的温度是 解析 1 由题意知 灯泡的额定电压为12v 额定电流为2a 要测定额定电压的功率 必须把电压调至额定值 故电压表用0 15v量程 电流表用0 3a量程 因要测定灯泡在不同电压下的功率 电路应采用分压式连接 滑动变阻器用f便于调节 2 因灯泡的阻值约为6 满足rv r灯 故应采用电流表外接法 电路图如图9 8所示 3 由图9 7可知 电灯电压为12v时 灯丝的电阻值为6 2 故灯丝消耗的电功率为由图9 7知 室温时的阻值r0 1 0 由联立解得t 1587 答案 1 abdf 2 如图9 8所示 3 23 2w1587 1 2008 宁夏高考 如图9 9所示为一正在测量中的多用电表表盘 1 如果是用 10 挡测量电阻 则读数为 2 如果是用直流10ma挡测量电流 则读数为ma 3 如果是用直流5v挡测量电压 则读数为v 答案 1 60 2 7 18 3 3 59 2 2009 临沂模拟 1 如图9 10所示为用游标卡尺测量一根金属棒长度的结果 游标尺共有20个等分刻度 从图中可读出金属棒的长度为cm 2 某同学在测定匀变速直线运动的加速度时 得到了几条较为理想的纸带 他已在每条纸带上按每5个点取好一个计数点 即两计数点之间的时间间隔为0 1s 依打点先后编为0 1 2 3 4 5 由于不小心 几条纸带都被撕断了 如图9 11所示 请根据给出的a b c d四段纸带回答 在b c d三段纸带中选出从纸带a上撕下的那段应该是 打a纸带时 物体的加速度大小是m s2 解析 1 游标卡尺读数 主尺读数 游标尺读数 主尺读数只读出游标尺零刻度线前面的部分 游标尺则读出游标尺上与主尺对应刻线的读数 所以结果为10 125cm 2 0 1 1 2 2 3 3 4 4 5间的距离依次标记为x1 x2 x3 x4 x5 因为连续相等时间段的位移差相等 所以 x x2 x1 36 0mm 30 0mm 6 0mm 所以x5 x2 3 x 36 0mm 3 6 0mm 54 0mm 所以纸带a上撕下的那段应该是c 加速度 答案 1 10 125 2 c0 6 3 2008 江苏高考 某同学想要了解导线在质量相同时 电阻与截面积的关系 选取了材料相同 质量相等的5卷导线 进行了如下实验 1 用螺旋测微器测量某一导线的直径如图9 12所示 读得直径d mm 2 该同学经实验测量及相关计算得到如下数据 请你根据以上数据判断 该种导线的电阻r与截面积s是否满足反比关系 若满足反比关系 请说明理由 若不满足 请写出r与s应满足的关系 3 若导线的电阻率 5 1 10 7 m 则表中阻值为3 1 的导线长度l m 结果保留两位有效数字 答案 1 1 200 2 不满足 r与s2成反比 或rs2 常量 3 19 解析 则 查表知r 3 1 时s 3 135mm2 把数据代入上式解得l 19m 4 2009 枣庄模拟 如图9 13甲所示是某金属材料制成的电阻r随温度t变化的图象 若把该电阻与电池 电动势e 1 5v 内阻不计 电流表 量程为5ma 内阻rg 100 电阻箱r 串联起来 连接成如图乙所示的电路 用该电阻作测温探头 把电流表的电流刻度改为相应的温度刻度 就得到了一个简单的 金属电阻温度计 1 电流刻度较小处对应的温度刻度 填 较大 或 较小 2 若电阻箱阻值r 70 图丙中5ma刻度处对应的温度数值为 解析 1 电流值越小 说明金属电阻阻值越大 再结合图甲可知 被测温度越高 2 由闭合电路欧姆定律得 当i 5ma 0 005a时 可解得 r 130 由甲图可知 r 100 t 故t 30 答案 1 较大 2 30 5 2009 烟台检测 如图9 14所示 虚线方框内是由电阻 电源组成的线性网络电路 为了研究它的输出特性 将电流表 电压表 滑动变阻器按图示的方式连接在它的输出端a b之间 闭合开关s 改变滑动变阻器的阻值 测得的一组电流 电压数值如下表所示 1 试根据这些数据在给出的坐标纸上 如图9 15所示 画出u i图象 2 若将a b作为两个电极 方框内的电路可等效成电动势为e 内电阻为r的电源 则从图象上可求出该电源的电动势e v 内电阻r 3 若不计电流表的内阻 当滑动变阻器的滑片移至最上端时 电流表示数为a 4 变阻器滑片移动过程中 滑动变阻器消耗的最大功率是w 解析 1 根据表中数据描点 然后用直线把点连接起来 2 把ab作为两个电极 虚线框内作为等效电源 此电源的电动势和内电阻可由u i图线上直接求出 e 4 0v r 2 5 注意纵轴不从0开始 3 滑片移到最上端时外电路短路 此时短路电流a 1 60a 4 滑动变阻器的最大功率就是电源的最大输出功率 出现在内外电阻相等时 w 1 60w 答案 1 见解析 2 4 02 5 3 1 60 4 1 60 6 探究加速度与物体质量 物体受力的关系 的实验装置如图9 16甲所示 1 在平衡小车与桌面之间摩擦力的过程中 打出了一条纸带如图乙所示 计时器打点的时间间隔为0 02s 从比较清晰的点起 每5个点取一个计数点 量出相邻计数点之间的距离 该小车的加速度a m s2 结果保留两位有效数字 2 平衡摩擦力后 将5个相同的砝码都放在小车上 挂上砝码盘 然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中 测量小车的加速度 小车的加速度a与砝码盘中砝码总重力f的实验数据如下表 请根据实验数据在图9 17中作出a f的关系图象 3 根据提供的实验数据作出的a f图线不通过原点 请说明主要原因 2 a f的关系图象如图示 3 小车 砝码盘和砝码组成的系统所受合外力为砝码盘和砝码的总重力 而表中数据漏计了砝码盘的重力 导致合力f的测量值小于真实值 a f的图线不过原点 答案 1 0 16 0 15也算对 2 见解析 3 未计入砝码盘的重力 7 2009 天津高考 如图9 18所示 将打点计时器固定在铁架