迎战高考物理二轮复习 专题25实验数据处理与结果分析课件.ppt

专题二十五实验数据处理与结果分析 1 纸带的选取 一般实验应用点迹清晰 无漏点的纸带中选取有足够多点的一段作为实验纸带 在 验证机械能守恒定律 实验中还要求纸带包含第一 二点 并且第一 二两点距离接近2 0mm 2 根据纸带上点的密集程度选取计数点 打点计时器每打n个点取一个计数点 则计数点时间间隔为n个打点时间间隔 即t 0 02n s 一般取n 5 此时t 0 1s 一 纸带处理类问题 x x1 x x2 x1 x x3 x2 x x4 x3 x x5 x4 x x6 x5 3 测量计数点间距离 为了测量 计算的方便和减小偶然误差的考虑 测量距离时不要分段测量 尽可能一次测量完毕 即测量计数起点到其他各计数点的距离 如图13 2 1所示 则由图可得 图13 2 1 4 判定物体运动的性质 1 若x x x x x x 基本相等 则可判定物体在实验误差范围内做匀速直线运动 2 设dx1 x x dx2 x x dx3 x x dx4 x x dx5 x x 若dx1 dx2 dx3 dx4 dx5基本相等 则可判定物体在实验误差范围内做匀变速直线运动 3 测定第n点的瞬时速度 物体做匀变速直线运动时 在某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度 即测出第n点的相邻的前 后两段相等时间t内的距离 由平均速度公式就可求得 如上图中第4点的瞬时速度为 例2 1 一种游标卡尺 它的游标尺上有50个小的等分刻度 总长度为49mm 用它测量某物体长度 卡尺示数如图13 2 2甲所示 则该物体的长度是 cm 图13 2 2 2 某学生用打点计时器研究小车的匀变速直线运动 他将打点计时器接到频率为50hz的交流电源上 实验时得到一条纸带 如图13 2 2乙所示 他在纸带上便于测量的地方选取第一个计时点 在这点下标明a 第六个点下标明b 第十一个点下标明c 第十六个点下标明d 第二十一个点下标明e 测量时发现b点已模糊不清 于是他测得ac长为14 56cm cd长为11 15cm de长为13 73cm 则打c点时小车的瞬时速度大小为 m s 小车运动的加速大小为 m s2 ab的距离应为 cm 保留三位有效数字 图13 2 2 分析 对纸带的研究直接利用逐差法取平均值计算加速度 利用中点时刻的瞬时速度即为平均计时点速度 解析 xbc xab at2 xab xbc xac 可求得xab 5 99cm 评析 本题考查了游标卡尺的读数 又考查了纸带的处理求速度与加速度 要熟练掌握 变式题1 2010 重庆 某同学用打点计时器测量做匀速直线运动的物体的加速度 电源频率f 50hz 在纸带上打出的点中 选出零点 每隔4个点取1个计数点 因保存不当 纸带被污染 如图13 2 3所示 a b c d是依次排列的4个计数点 仅能读出其中3个计数点到零点的距离 xa 16 6mm xb 126 5mm xd 624 5mm 图13 2 3 若无法再做实验 可由以上信息推知 相邻两计数点的时间间隔为s 打c点时物体的速度大小为m s 取2位有效数字 物体的加速度大小为 用xa xb xd和f表示 0 1 2 5 解析 打点计时器打出的纸带每隔4个点选择一个计数点 则相邻两计数点的时间间隔为 根据bd间的平均速度等于c点的速度得 匀加速运动的位移特征是相邻的相等时间间隔内的位移以at2均匀增大 有 bc ab at2cd bc at2 ab 2at2bd bc cd 2ab 3at2即为 xd xb 2 xb xa 3at2 变式题2 如图13 2 4甲所示 是用落体法验证机械能守恒定律的实验装置 g取9 80m s2 选出一条纸带如图13 2 4乙所示 其中o点为打点计时器打下的第一个点 a b c为三个计数点 打点计时器通以50hz的交流电 用分度值为1mm的刻度尺测得oa 12 41cm ob 18 90cm oc 27 06cm 在计数点a和b b和c之间还各有一个点 重锤的质量为1 00kg 甲同学根据以上数据算出 当打点计时器打到b点时重锤的重力势能比开始下落时减少了j 打点计时器打到b点时重锤的速度vb m s 此时重锤的动能比开始下落时增加了j 1 85 1 83 1 67 图13 2 4 解析 重力势能的减少量 重锤的动能增加量 变式题3 2010 新课标 图13 2 5为验证机械能守恒定律的实验装置示意图 现有的器材为 带铁夹的铁架台 电磁打点计时器 纸带 带铁夹的重锤 天平 回答下列问题 1 为完成此实验 除了所给的器材 还需要的器材有 填入正确选项前的字母 a 米尺b 秒表c 0 12v的直流电源d 0 12v的交流电源 ad 图13 2 5 2 实验中误差产生的原因有 写出两个原因 纸带和打点计时器之间有摩擦 用米尺测量纸带上点的位置时读数有误差 计算势能变化时选取的始末点距离过近 交流电频率不稳定 一 安培表的两种接法 1 测量电路的选择 用伏安法测电阻电路主要有电流表的内接法和外接法两种 在初中阶段由于我们忽略电表对电路的影响 这两种接法也就不存在什么区别 但在实际电路中电压表的内阻不是无穷大 电流表的电阻也不是零 所以它们接在电路中时对电路或多或少都会有影响 下面就两种接法对电阻测量的影响做以介绍 二 测电阻类问题 1 电流表的内接法电路如图13 3 1所示 在此电路中电流的测量的是真实值即i测 i实 但加在电压表两端的电压却是被测电阻与电流表共同分得的电压即u测 u实 这样我们在计算电阻r时r测 u测 i测 u实 i实 也就是这样测得的电阻比实际值偏大 实际上测得的电阻是电流表与被测电阻串联的总电阻 图13 3 1 2 电流表的外接法电路如图13 3 2所示 在此电路中电压的测量的是真实值即u测 u实 但电流表所测电流却是被测电阻与电压表共同分得的电流 即i测 i实 这样我们在计算电阻r时 r测 u测 i测 u实 i实 也就是这样测得的电阻比实际值偏小 实际上测得的电阻是电流表与被测电阻并联的总电阻 图13 3 2 3 电路的选择既然两种方法都存在系统误差 那么我们在选择电路时就应从尽量减小误差的角度来选择电路 如果我们选择电流表的内接法 这时我们是忽略了电流表的分压 即待测电阻分得的电压远大于电流表分得的电压 也就是说r ra 同理如果我们选择电流表的外接法 这时我们是忽略了电压表的分流 即待测电阻分得的电流远大于电压表分得的电流 也就是说rv r 图13 3 3 在不知电阻的具体值时我们可以选用试触法 其电路可以参照图13 3 3 若电键先打在a端观察两表示数 再打到b端再来观察两表示数 如果电压表的示数变化明显则说明电流表分压不能忽略 所以应选用电流表的外接法 反之如电流表的示数变化明显则说明电压表的分流较大 电压表的分流不能忽略 要选用电流表的内接法 二 滑动变阻器在电路中的两种用法 2 滑动变阻器的分压接法 图13 3 5 图13 3 5用法我们称之为滑动变阻器的分压接法 这种用法是把滑动变阻器的一部分与待测电阻并联 从电路可知理论上它的电压可以由0 u连续可调 它的缺点是电路中电流较大 3 电路的选择 在实际电路中我们选择哪种电路还要看具体情况 在以下情况我们要选择分压电路 1 滑动变阻器的总阻值小于2rx rx为待测电阻阻值 这时用限流接法电压的调节范围较小 应选用分压接法 2 实验本身要求电压从零连续可调 或有明确说明时我们要选用分压接法 三 实验仪器的选择 在选择实验仪器时要遵守以下几点 1 安全 安全是仪器选择的前提条件 在实验时 电路中加在各仪器上的电流或电压不允许超出各仪器的额定值或量程 2 在保证安全的前提下要尽可能做到精确 这样可以减小实验误差 如在选用电压或电流表时 要尽可能使指针接近满刻度 因为这样可以减小误差 在选用万用表测电阻时 要选用使指针指在中间刻度附近的挡位 3 易于操作 这也是我们选择仪器的一个标准 如我们用图甲电路对电阻调压时 若选用的滑动变阻器阻值太大 这样在调节电压时我们就很难操作 例3 2009 福建 1 在通用技术课上 某小组在组装潜艇模型时 需要一枚截面为外方内圆的小螺母 如图13 3 6甲所示 现需要精确测量小螺母的内径 可选用的仪器有 a 50等分的游标卡尺b 螺旋测微器 在所提供的仪器中应选用 在测量过程中 某同学在小螺母中空部分360 范围内选取不同的位置进行多次测量取平均值的目的是 图13 3 6 2 某研究性学习小组为了制作一种传感器 需要选用一电器元件 图13 3 1乙为该电器元件的伏安特性曲线 有同学对其提出质疑 现需进一步验证该伏安特性曲线 实验室备有下列器材 为提高实验结果的准确程度 电流表应选用 电压表应选用 滑动变阻器应选用 以上均填器材代号 为达到上述目的 请在虚线框内画出正确的实验电路原理图 并标明所用器材的代号 若发现实验测得的伏安特性曲线与图13 3 6乙中曲线基本吻合 请说明该伏安特性曲线与小电珠的伏安特性曲线有何异同点 相同点 不同点 分析 本题重点是伏特表与安培表外接法测电阻 滑动变阻器采用分压式连接 根据它们的条件与原理进行求解 解析 1 游标卡尺方便于测量内径 外径和深度 而螺旋测微器只能测外径 故选a 多次测量取平均值的目的就是减小偶然误差 2 图象中电流0 0 14a 电流表选a2 电源电压6v 但图象只要求电压在0 3v之间调整 为了用分压式接法 为了能很好调节电压 滑动测量准确电压表选v1 由于绘制图象的需要 要求电压从0 3v之间调整 所以滑动变阻器只能采变阻器应选用阻值较小的r1 从图象的形状和斜率变化趋势上去找相同点和不同点 突出都是 非线性 图象上某点与原点连线的斜率是电阻的倒数 答案 1 a 减小实验的偶然误差 2 a2 v1 r1 如图 相同点 通过该元件的电流与电压的变化关系和通过小电珠的电流与电压的变化关系都是非线性关系 不同点 该元件的电阻值随电压的增大而减小 而小电珠的电阻值随电压的升高而增大 评析 伏安法测电阻是中学物理的重点知识之一 是测电阻的核心 应重点关注 熟练掌握伏安法测电阻的条件 原理 误差分析 还得关注它的各类变化形式 如安安法测电阻 伏伏法测电阻 安培表与变阻箱结合测电阻 伏特表与变阻箱结合测电阻等 变式题1 2009 广东 某实验小组利用实验室提供的器材探究一种金属丝的电阻率 所用的器材包括 输出电压为3v的直流稳压电源 电流表 待测金属丝 螺旋测微器 千分尺 米尺 电阻箱 开关和导线等 1 他们截取了一段金属丝 拉直后固定在绝缘的米尺上 并在金属丝上夹上一个小金属夹 金属夹可在金属丝上移动 请根据现有器材 设计实验电路 并连接电路实物图13 3 7 a 图13 3 7 2 实验的主要步骤如下 正确连接电路 设定电阻箱的阻值 开启电源 合上开关 读出电流表的示数 记录金属夹的位置 断开开关 合上开关 重复 的操作 改变金属丝上金属夹的位置 3 该小组测得电流与金属丝接入长度关系的数据 并据此绘出了图13 3 7 b 的关系图线 其斜率为 保留三位有效数字 图线纵轴截距与电源电动势的乘积代表了 10 5 10 60a 1 m 1 金属丝接入长度为零时的全电路 或电阻箱 电流表 的电阻之和 图13 3 7 4 他们使用螺旋测微器测量金属丝的直径 示数如图13 3 7 c 所示 金属丝的直径是0 200mm 图 b 中图线的斜率 电源电动势和金属丝横截面积的乘积代表的物理量是 其数值和单位为 保留三位有效数字 金属丝的电阻率 9 69 10 7 1 02 10 6 m 解析 变式题2 2010 重庆 在探究小灯泡的伏安特性实验中 所用器材有 灯泡l 量程恰当的电流表a和电压表v 直流电源e 滑动变阻器r 电键s等 要求灯泡两端电压从0v开始变化 实验中滑动变阻器应采用接法 分压 或 限流 某同学已连接如图13 3 8所示的电路 在连接最后一根导线的c端到直流电源正极之前 请指出其中仅有的2个不当之处 并说明如何改正 分压 图13 3 8 a 电键不应闭合 应处于断开状态 b 滑动变阻器的滑动触头p位置不当 应将其置于b端 电路正确连接后 分别测得两只灯泡l1和l2的伏安特性曲线如图13 3 10中 和 所示 然后将灯泡l1 l2与电池组 电动势和内阻均恒定 连成图13 3 9所示电路 多次测量后得到通过l1和l2的电流平均值分别为0 30a和0 60a 图13 3 9 图13 3 10 a 在图13 3 10中画出电池组路端电压u和电流i的关系曲线 b 由该曲线可知电池组的电动势为v 内阻为w 取两位有效数字 4 6 2 7 解析 探究小灯泡的伏安特性曲线要求电压从0到额定电压变化 所以滑动变阻器必须采用分压接法 在连接线路时必须将每个开关断开 而图中是闭合的 这是第一个错误 连好线路后在闭合开关前需要将限流滑动变阻器调到阻值最大 将分压滑动变阻器调到输出为0端 在图中是b端 以保护电源和电表 变式题3 1 用多用表的欧姆挡测量阻值约为几十千欧的电阻rx 以下给出的是可能的操