第2轮复习4.0实验学生版.doc

第2轮复习实验zhyz版权所有090323专题四 实验一 高中物理实验常用基础知识（一）常用实验原理的设计方法1.控制变量法：如：在“验证牛顿第二定律的实验”中，加速度、力和质量的关系控制。在“研究单摆的周期”中，摆长、偏角和摆球质量的关系控制等等。2.理想化法：用伏安法测电阻时，选择了合适的内外接方法，一般就忽略电表的非理想性。3.等效替代法：某些量不易测量，可以用较易测量的量替代，从而简化实验。在“验证碰撞中的动量守恒”的实验中，两球碰撞后的速度不易直接测量，在将整个平抛时间定为时间单位后，速度的测量就转化为对水平位移的测量了。4.模拟法：当实验情景不易创设或根本无法创设时，可以用物理模型或数学模型等效的情景代替，尽管两个情景的本质可能根本不同。“描绘电场中的等势线”的实验就是用电流场模拟静电场。5.微小量放大法：微小量不易测量，勉强测量误差也较大，实验时常采用各种方法加以放大。卡文迪许测定万有引力恒量，采用光路放大了金属丝的微小扭转；在观察玻璃瓶受力后的微小形变时，使液体沿细玻璃管上升来放大瓶内液面的上升。（二）常见实验数据的收集方法1利用测量工具直接测量基本物理量模块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（力）天平（弹簧秤）电学电阻（粗测）欧姆表、电阻箱电流（电压）电流表（电压表）热学温度温度计2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。模块待测物理量基本测量方法力学速度利用纸带，；利用平抛，加速度利用纸带，逐差法；利用单摆功根据转化为测量m、v电学电阻（精确测量）根据转化为测量U、I（伏安法）；电阻箱（半偏、替代）电功率根据P=UI转化为测量U、I电源电动势根据EUIr转化为测量U、I 然后联立方程求解或运用图像处理（三）常用实验误差的控制方法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控制实验误差。1.多次测量求平均值，这是所有实验必须采取的办法，也是做实验应具有的基本思想。2.积累法。一些小量直接测量误差较大，可以累积起来测量，以减小误差。“用单摆测定重力加速度”的实验中，为了减小周期的测量误差，不是测量完成一次全振动的时间，而是测量完成3050次全振动的时间。（四）常用实验数据的处理方法1列表法：在记录和处理数据时，常将数据列成表格。数据列表可以简单而又明确的表示出有关物理量之间的关系，有助于找出物理量之间的规律性的联系。列表的要求是写明表的标题或加上必要的说明；必须交待清楚表中各符号所表示的物理量的意义，并写明单位；表中的数据要正确反映测量结果的有效数字。2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、所包围面积和图线的交点等可以研究物理量之间的变化及其关系，找出规律。作图的规则是：作图一定要用坐标纸坐标纸的大小要根据测量数据有效数字的多少和结果的需要来定；要标明坐标轴名、单位，在轴上每隔一定相等的间距按有效数字位数标明数值；图上连线要是光滑曲线（或直线），连线时不一定要通过所有的数据点，而是要使数据点在线的两侧合理的分布；在图上求直线的斜率时，要选取线上相距较远的两点，不一定要取原来的数据点；作图时常设法使图线线性化，即“化曲为直”。3平均值法：将测定的若干组数相加求和，然后除以测量次数必须注意，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。4逐差法：这就是用打点计时器打出的纸带计算加速度时用到的方法，这种方法充分利用了测量数据，具有较好的取平均的效果。（五）有关误差分析的问题要求认识误差问题在实验中的重要性，了解误差的概念，知道系统误差和偶然误差；知道用多次测量求平均值的方法减小偶然误差；能在某些实验中分析误差的主要来源；不要求计算误差。要熟练掌握常见实验的误差情况及分析方法。二 常用基本仪器的使用与读数物理考试说明中要求学生熟练掌握的基本仪器有13种，除打点计时器和滑动变阻器不需要读数外，其余11种都涉及到读数问题。其中游标卡尺、螺旋测微器的读数问题，在历年的高考题中出现频率较高，另外像弹簧秤、欧姆表的读数问题也时有涉及，应为本专题的复习重点。凡涉及需要估读的仪器应当解决好：怎样估读、估读到哪一位数等问题，这是本专题的难点所在。（一）测量仪器使用常规对于测量仪器的使用，首先要了解测量仪器的量程、精度、使用注意事项和读数方法。1关于量程问题：这是保护测量仪器的一项重要参数，特别是天平、弹簧秤、温度计、电流表、电压表和多用电表等，超量程使用会损坏仪器，所以实验时要根据实验的具体情况选择量程适当的仪器。在使用电流表、电压表时，选用量程过大的仪器，采集的实验数据过小，会造成相对误差较大，应选择使测量值位于电表量程的1/3以上的电表；使用多用电表测电阻时，应选择适当的档位，使欧姆表的示数在电表的中值附近。2关于精度问题：仪器的精度直接影响着测量读数的有效数字的位数，因此应在使用前了解仪器的精度，即看清仪器的最小分度值。其中螺旋测微器和秒表的最小分度是一定的。但游标卡尺上游标尺的最小分度、天平游码标尺的最小分度、弹簧秤和温度计刻线的最小分度，都因具体的仪器情况不同而有所差异，电流表、电压表和多用电表则会因所选择的档位不同而造成最小分度值有所不同，因此在进行这些仪器的读数时，一定要看清所选的档位。3使用注意事项：一般不同的仪器在使用中都有其特殊的要求，以下几点要特别注意：天平在进行测量前应先调平衡。电磁打点计时器所用电源要求为46V的交流电源。电火花打点计时器要求为220V。多用电表的欧姆档每次换档后要重新调零，被测电阻要与电路断开，使用完毕要将选择开关转至交流电压最高档或“OFF”档。滑动变阻器、电阻箱和定值电阻使用过程中要考虑其允许的最大电流。滑动变阻器采用限流接法时，滑动触片开始应位于变阻器阻值最大的位置；滑动变阻器采用分压接法时，滑动触片开始应位于分压为零的位置。电阻箱开始应处于阻值最大状态，调整电阻箱的阻值时，不能由大到小发生突变，以免因为阻值过小而烧坏电阻箱。（二）测量仪器的读数方法1需要估读的仪器：在常用的测量仪器中，刻度尺、螺旋测微器、电流表、电压表、天平、弹簧秤等读数时都需要估读。因为最终的读数要以有效数字的形式给出，而有效数字的最后一位数字为估计数字，应和误差所在位置一致，在实际操作中，究竟估读到哪一位数字，应由测量仪器的精度（即最小分度值）和实验误差要求两个因素共同决定。根据仪器的最小分度可以分别采用1/2、1/5、1/10的估读方法，一般：最小分度是2的，（包括0.2、0.02等），采用1/2估读，如电流表00.6A档；最小分度是5的，（包括0.5、0.05等），采用1/5估读，如电压表015V档；最小分度是1的，（包括0.1、0.01等），采用1/10估读，如刻度尺、螺旋测微器、安培表03A档、电压表03V档等。2不需要估读的测量仪器：游标卡尺、秒表、电阻箱在读数时不需要估读；欧姆表刻度不均匀，可以不估读或按半刻度估读。游标卡尺的读数：游标卡尺的读数部分由主尺(最小分度为1mm)，和游标尺两部分组成。按照游标的精度不同可分为三种：（a）10分游标，精度为0.1mm；（b）20分游标，精度为0.05mm；（c）50分游标，精度为0.02mm。游标卡尺的读数方法是：以游标零刻度线为准在主尺上读出整毫米数L1，再看游标尺上哪条刻度线与主尺上某刻度线对齐，由游标上读出毫米以下的小数L2，则总的读数为：L1+ L2。机械秒表的读数：机械秒表的长针是秒针，转一周是30s。因为机械表采用的齿轮传动，指针不可能停留在两小格之间；所以不能估读出比0.1 s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，表针走一周是15 min，每小格为0.5 min。秒表的读数方法是：短针读数（t1）+长针读数（t2）。电阻箱：能表示出接入电阻值大小的变阻器；读数方法是：各旋扭对应的指示点的示数乘以面板上标记的倍数，它们之和就是电阻箱接入电路的阻值。使用电阻箱时要特别注意通过电阻的电流不能超过允许的最大数值。（三）典例分析【例题1】试读出下列游标卡尺的读数1011cm010左图读数为 mm左图读数为 mm123cm12345678900左图读数为 cm【例题2】试读出下列螺旋测微器的读数（工作原理及读数方法与双缝干涉测波长中的测微目镜手轮的读数相同）从左到右测微目镜手轮的读书分别为： mm； mm； mm； mm【例题3】按照有效数字规则读出下列电表的测量值。0123051015V00.20.40.60123A 中接03V量程时读数为_V。 中接03A量程时读数为_A。中接015V量程时读数为_V。 中接00.6A量程时读数为_A。【例题4】读出机械秒表的读数。读数为_s三 力学实验近几年力学实验中与纸带处理相关的实验、力学创新实验是高考的热点内容，以分组或演示实验为背景，考查对实验方法的领悟情况、灵活运用学过的实验方法设计新的实验是高考实验题的新趋势。要求考生掌握常规实验的数据处理方法，能将课本中分组实验和演示实验的实验原理、实验方法迁移到新的背景中，深刻理解物理概念和规律，并能灵活运用，要求考生有较强的创新能力。在复习过程中，应以掌握常规实验原理、实验方法、规范操作程序、数据处理方法等为本，同时从常规实验中，有意识的、积极的提取、积累一些有价值的方法。逐步过渡到灵活运用学过的实验方法设计新的实验。（一）打点计时器系列实验中纸带的处理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n5，此时T=0.1s。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它各计数点的距离。如图所示，则由图可得：，4s6365210s5s4s3s2s1SSSSSS4判定物体运动的性质：若、基本相等，则可判定物体在实验误差范围内作匀速直线运动。设s1=，s2=，s3=，s4=，s5=若s1、s2、s3、s4、s5基本相等，则可判定物体在误差范围内作匀变速直线运动。测定第n点的瞬时速度。物体作匀变速直线运动时，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：。测定作匀变速直线运动物体的加速度，一般用逐差法求加速度。将如上图所示的连续相等时间间隔T内的位移、分成两组，利用可得：、，再算出的、平均值，即：就是所测定作匀变速直线运动物体的加速度。若为奇数组数据则将较小一组去掉，然后再将数据分组利用逐差法求解。（二）设计性实验的设计思路与典例分析x012345622.530.037.545.052.5y/mm60.0题目要求和给出的条件演示和分组实验的实验原理物理规律和原理基本仪器的使用知识需测物理量和所需器材实验步骤数据处理实验原理实验结论及误差分析【例题1】做匀加速直线运动的小车，牵引一条纸带通过打点计时器，交流电源的频率为50Hz，由纸带上打出的某一点开始，每5个点剪下一段纸带，按图所示，使每一条纸带下端与x轴重合，左边与y轴平行，将纸带段粘贴在直角坐标系中，则小车运动的加速度是 m/s2（保留两位有效数字）。【例题2】（2002年广东）一个有一定厚度的圆盘，可以绕通过中心的水平轴转动。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，复写纸片。实验步骤：如图所示，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，使得圆盘转动时，纸带可以卷在圆盘侧面上。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。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的角速度的表达式为= 。式中各量的意义是：_。某次实验测得圆盘半径r=5.5010-2m，得到的纸带的一段如图所示。求得的角速度为_。0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11单位：cm【变式题】打点计时器图11（01全国）一打点计时器固定在斜面上某处，一小车拖着穿过打点计时器的纸带从斜面上滑下，如图1所示。图2是打出的纸带的一段。已知打点计时器使用的交流电频率为50Hz，利用图2给出的数据可求出小车下滑的加速度a=_。为了求出小车在下滑过程中所受的阻力，还需测量的物理量有 。用测得的量及加速度a表示小车在下滑过程中所受的阻力计算式为f =_ 。 图2（单位：cm）5.125.746.417.057.688.339.618.9510.262（2003年江苏）实验装置如图1所示：一木块放在水平长木板上，左侧栓有一细软线，跨过固定在木板边缘的滑轮与一重物相连。木块右侧与打点计时器的纸带相连。在重物牵引下，木块在木板上向左运动，重物落地后，木块继续向左做匀减速运动，图2给出了重物落地后，打点计时器在纸带上打出的一些点，试根据给出的数据，求木块与木板间的摩擦因数。要求写出主要的运算过程。结果保留2位有效数字。（打点计时器所用交流电频率为50Hz，不计纸带与木块间的拉力。取重力加速度g=10m/s2）打点计时器纸带图1纸带运动方向7.72 7.21 6.71 6.25 5.76 5.29 4.81 4.31图2单位：cm3（2005年上海）科学探究活动通常包括以下环节：提出问题，作出假设，制定计划，搜集证据，评估交流等。一组同学研究“运动物体所受空气阻力与其运动速度关系”的探究过程如下：A.有同学认为：运动物体所受空气阻力可能与其运动速度有关。B.他们计划利用一些“小纸杯”作为研究对象，用超声波测距仪等仪器测量“小纸杯”在空中直线下落时的下落距离、速度随时间变化的规律，以验证假设。C.在相同的实验条件下，同学们首先测量了单只“小纸杯”在空中下落过程中不同时刻的下落距离，将数据填入下表中，图（a）是对应的位移-时间图线。然后将不同数量的“小纸杯”叠放在一起从空中下落，分别测出它们的速度-时间图线，如图（b）中图线1、2、3、4、5所示。D.同学们对实验数据进行分析、归纳后，证实了他们的假设。回答下列提问：与上述过程中A、C步骤相应的科学探究环节分别是_，_。图（a）中的AB段反映了运动物体在做_运动，表中X处的值为_。图（b）中各条图线具有共同特点：“小纸杯”在下落开始阶段做_运动，最后“小纸杯”做_运动。比较图（b）中的1和5，指出在1.01.5s时间段内，速度随时间变化关系的差异：_。时间（s）1.02.01.0s(m)t(s)0 0.5 1.0 1.52.0AB图（a）v(m/s)t(s)0 0.5 1.0 1.5图（b）54321下落距离（m）0.00.0000.40.0360.80.4691.20.9571.61.4472.0X四 电学实验（一）电学实验中所用到的基本知识在近年的电学实验中，电阻的测量（包括变形如电表内阻的测量）、测电源的电动势与内电阻是考查频率较高的实验。它们所用到的原理公式为：。由此可见，对于电路中电压U及电流I的测量是实验的关键所在，但这两个量的直接测量和间接测量的方法却多种多样，在此往往也是高考试题的着力点之处。因此复习中应熟练掌握基本实验知识及方法，做到以不变应万变。1电路设计原则：正确地选择仪器和设计电路的问题，有一定的灵活性，解决时应掌握和遵循一些基本的原则，即“安全性”、“方便性”、“精确性”原则，兼顾“误差小”、“仪器少”、“耗电少”等各方面因素综合考虑，灵活运用。正确性：实验原理所依据的原理应当符合物理学的基本原理。安全性：实验方案的实施要安全可靠，实施过程中不应对仪器及人身造成危害。要注意到各种电表均有量程、电阻均有最大允许电流和最大功率，电源也有最大允许电流，不能烧坏仪器。方便性：实验应当便于操作，便于读数，便于进行数据处理。精确性：在实验方案、仪器、仪器量程的选择上，应使实验误差尽可能的小。2电学实验仪器的选择：根据不使电表受损和尽量减少误差的原则选择电表。首先保证流过电流表的电流和加在电压表上的电压均不超过使用量程，然后合理选择量程，务必使指针有较大偏转（一般要大于满偏度的1/3），以减少测读误差。根据电路中可能出现的电流或电压范围选择滑动变阻器，注意流过滑动变阻器的电流不超过它的额定值，对大阻值的变阻器，如果是滑动头稍有移动，使电流、电压有很大变化的，不宜采用。应根据实验的基本要求来选择仪器，对于这种情况，只有熟悉实验原理，才能作出恰当的选择。总之，最优选择的原则是：方法误差尽可能小；间接测定值尽可能有较多的有效数字位数，直接测定值的测量使误差尽可能小，且不超过仪表的量程；实现较大范围的灵敏调节；在大功率装置（电路）中尽可能节省能量；在小功率电路里，在不超过用电器额定值的前提下，适当提高电流、电压值，以提高测试的准确度。3测量电路的选择电流表的内、外接问题：（甲）所示电路为电流表外接电路（简称外接法）；（乙）所示电路为电流表内接电路（简称内接法）。两种接法的选择可按下列方法进行：方法一：设电流表、电压表内阻分别为、，被测电阻为，则abc当时，电流表分压作用小，应选用内接法当=时，电流表分压作用和电压表分流作用相差不大，两种方法均可。方法二：在、均不知的情况下，可采用试触法。如图所示，分别将a端与b、c接触，如果前后两次电流表示数比电压表示数变化明显，说明电压表分流作用大，应采用内接法；如果前后两次电压表示数比电流表示数变化明显，说明电流表分压作用大，应采用外接法。滑动变阻器的分压、限流接法：甲乙为了改变测量电路（待测电阻）两端的电压（或通过测量电路的电流），常使滑动变阻器与电源连接作为控制电路，滑动变阻器在电路中主要有两种连接方式：如图（甲）为滑动变阻器的限流式接法，为待测电阻。它的接线方式是电源、滑动变阻器与待测电阻三者串联。对待测电阻供电电压的最大调节范围是：(是待测电阻，R是滑动变阻器的总电阻，不计电源内阻)。如图（乙）是滑动变阻器的分压式接法。接线方式是电源与滑动变阻器组成闭合电路，而被测电路与滑动变阻器的一部分电阻并联，该接法对待测电阻供电电压的调节范围是：（不计电源内阻时）。选取接法的原则：要求负载上电压或电流变化范围大，且从零开始连续可调，须用分压式接法。负载电阻Rx远大于滑动变阻器总电阻R时，须用分压式接法，此时若采用限流式接法对电路基本起不到调节作用。 采用限流电路时，电路中的最小电流（电压）仍超过电流表的量程或超过用电器的额定电流（电压）时，应采用变阻器的分压式接法。负载电阻的阻值Rx小于滑动变阻器的总电阻R或相差不大，并且电压表、电流表示数变化不要求从零开始起调，可用限流式接法。两种电路均可使用时应优先用限流式接法，因为限流电路结构简单，总功率较小。滑动变阻器的粗调和微调作用：在限流电路中，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，全电阻较小的变阻器起粗调作用，全电阻较大的变阻器起微调作用。4实物图的连接：实物图连线应掌握基本方法和注意事项。注意事项：连接电表应注意量程选用正确，正、负接线柱不要接错。各导线都应接在接线柱上，不应在导线中间出现分叉。对于滑动变阻器的连接，要搞清楚接入电路的是哪一部分电阻，在接线时要特别注意不能将线接到滑动触头上。基本方法：画出实验电路图。分析各元件连接方式，明确电流表与电压表的量程。画线连接各元件。(用铅笔画线，以便改错)连线方式应是单线连接，连线顺序应先画串联电路，再画并联电路。 一般先从电源正极开始，到电键，再到滑动变阻器等。按顺序以单线连接方式将干路中要串联的元件依次串联起来；然后连接支路将要并联的元件再并联到电路中去。连接完毕，应进行检查，检查电路也应按照连线的方法和顺序。（二）定值电阻的测量方法1欧姆表测量：最直接测电阻的仪表。但是一般用欧姆表测量只能进行粗测，为下一步的测量提供一个参考依据。用欧姆表可以测量白炽灯泡的冷电阻。2替代法：替代法的测量思路是等效的思想，可以是利用电流等效、也可以是利用电压等效。替代法测量电阻精度高，不需要计算，方法简单，但必须有可调的标准电阻（一般给定的仪器中要有电阻箱）。【例题1】在某校开展的科技活动中，为了要测出一个未知电阻的阻值Rx，现有如下器材：读数不准的电流表A、定值电阻R0、电阻箱R1、滑动变阻器R2、单刀单掷开关S1、单刀双掷开关S2、电源和导线。画出实验电路图，并在图上标出你所选用器材的代码。写出主要的实验操作步骤。3伏安法：伏安法的测量依据是欧姆定律（包括部分电路欧姆定律和全电路欧姆定律），需要的基本测量仪器是电压表和电流表，当只有一个电表（或给定的电表不能满足要求时），可以用标准电阻（电阻箱或一个定值电阻）代替；当电表的内阻已知时，根据欧姆定律I=U/R电压表同时可以当电流表使用，同样电流表也可以当电压表用。4伏安法拓展：某些问题中，因实验器材不具备（缺电流表或电压表），或因实验条件限制，或因实验精度不允许而不能用“伏安法”。这时我们就得依据问题的具体条件和要求重新选择实验原理，用“伏安法”的替代形式“比较法”来设计实验方案。利用已知内阻的电压表:利用“伏伏”法测定值电阻的阻值【例题2】用以下器材测量一待测电阻Rx的阻值（9001000）：电源E，具有一定内阻，电动势约为9.0V；电压表V1，量程为1.5V，内阻r1750；电压表V2，量程为5V，内阻r22500；滑动变阻器R，最大阻值约为100；单刀单掷开关K，导线若干。测量中要求电压表的读数不小于其量程的1/3，试画出测量电阻Rx的一种实验电路原理图。利用已知内阻的电流表：利用“安安”法测定值电阻的阻值【例题3】用以下器材测量一待测电阻的阻值。器材（代号）与规格如下：电流表A1（量程250mA,内阻r1为5)；标准电流表A2（量程300mA,内阻r2约为5）；待测电阻R1（阻值约为100）；滑动变阻器R2（最大阻值10）；电源E（电动势约为10V，内阻r 约为1）；单刀单掷开关S，导线若干。要求方法简捷，并能测多组数据，画出实验电路原理图，并标明每个器材的代号.需要直接测量的物理量是_,用测的量表示待测电阻R1的计算公式是R1_。电压表、电流表混合用【例题4】有一电阻Rx，其阻值在100200之间，额定功率为0.25W。要用伏安法较准确地测量它的阻值，实验器材有：安培表A1，量程为50mA，RA1=100安培表A2，量程为1A，RA2=20电压表V1，量程为5V，RV1=10k电压表V2，量程为15V，RV2=30k 变阻器R1，变阻范围020 ，2A变阻器R2，变阻范围010k，1A9V电源，电键，导线。实验中应选用的电流表、电压表、变阻器分别是： 。 画出所用实验电路图。（三）电表内阻的测量方法1互测法：电流表、电压表各一只，可以测量它们的内阻：VAVA两只同种电表，若知道一只的内阻，就可以测另一只的内阻：V1V2A2A1两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：RA1A2 V2V1R2替代法：R21SA1 A R21SV1V3半偏法： S1AR2、2、S2、R1（R1R2） S（R1R2）VR2R14.闭合电路欧姆定律计算法：(不计电源内阻)SRV21【例题1】（2000年全国）从下表中选出适当的实验器材，设计一电路来测量电流表A1的内阻r1，要求方法简捷，又尽可能高的测量精度，并能测得多组数据。在虚线方框中画出电路图，标明所用器材的代号。器材（代号）规 格电流表（A1）量程10mA，内阻r1待测（约40）电流表（A2）量程500A，内阻r2=750电压表（V）量程10V，内阻r3=750电阻（R1）阻值约100，作保护电阻用滑动变阻器（R）总阻值约50电池（E）电动势1.5V，内阻很小导线若干，电键K若选测量数据中的一组来计算r1，则所用的表达式为r1=_，式中各符号的意义是_。【例题2】（2006年全国）现要测量某一电压表的内阻。给定的器材有：待测电压表V（量程2V，内阻约4k）；电流表mA（量程1.2mA，内阻约500）；直流电源E（电动势约2.4V，内阻不计）；固定电阻3个：R1=4000，R2=10000，R3=15000；电键S及导线若干。要求测量时两电表指针偏转均超过其量程的一半。试从3个固定电阻中选用1个，与其它器材一起组成测量电路，并在虚线框内画出测量电路的原理图。（要求电路中各器材用题中给定的符号标出。）U(V)1208040I (A)00.20.40.6200160L1L2电路接通后，若电压表读数为U，电流表读数为I，则电压表内阻RV =_。（四）一类借助图像法处理的实验试题近几年的上海高考中，经常出现一类需要借助图像关系处理的实验题，该种题目处理技巧性强，并且要求能够准确理解图像的物理意义，应引起重视。【例题1】（2004年上海）两个额定电压为220V的白炽灯L1和L2的U I 特性曲线如图所示。L2的额定功率约为 W；现将L1和L2串联后接在220V的电源上，电源内阻忽略不计。此时L2的实际功率约为 W。【例题2】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 )0.120.210.290.340.380.420.450.470.490.50U (V )0.200.400.600.801.001.201.401.601.802.00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、导线若干。在下图中画出小灯泡的U I 曲线。 U(V)1.61.20.80.4I(A)00.10.20.30.40.5如果将本题中的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，可直接画在第小题的方格图中）五 分类训练一测量性实验这类实验以某一原理或物理规律（公式）为依据，通过测量相关的物理量，从而实现测定某个（或某些）物理量或物理常数为实验目的。序号名 称备 考 要 点1测量匀变速直线运动的加速度数据处理方法：公式法和图象法2用单摆测定重力加速度摆长的确定与测量；累积法测周期的方法；计时起、终点位置的选择；数据处理方法；公式法与图象法3用油膜法估测分子的大小实验原理的理解；区分油酸体积和油酸酒精体积4测定金属的电阻率器材的选择：选电源、选滑动变阻器、选电表；选电路5测电池电动势和内电阻电路连接方式；测量数据的图象处理方法；作图时坐标分度的选取6测定玻璃的折射率用插针法测定，实验步骤要合理，注意误差分析，计算折射率的方法7用双缝干涉测光的波长会调整实验装置；会正确读数，知道条纹间距是条纹宽度的两倍（1）测量匀变速直线运动的加速度【例1】在做“研究匀变速直线运动”的实验时，某同学得到一条用打点计时器打下的纸带，并在其上取了A、B、C、D、E、F等6个计数点，（每相邻两个计数点间还有4个打点计时器打下的点，本图中没有画出）打点计时器接的是“220V、50Hz”的交变电流如图,他把一把毫米刻度尺放在纸带上，其零刻度和计数点A对齐.012345678910A B C D E F（1）求打点计时器在打B、C、D、E各点时物体的瞬时速度vB、vC、vD、vE（2）根据(1）中得到的数据，试在图中所给的坐标系中，用做vt图象的方法，求物体的加速度a（要标明坐标及其单位，单位大小要取得合适，使作图和读数方便，并尽量充分利用坐标纸）（3）如果当时电网中交变电流的频率是f=49Hz，而做实验的同学并不知道，那么由此引起的系统误差将使加速度的测量值比实际值偏 理由是： 【例2】（2001上海）利用打点记时器研究一个约1.4m高的商店卷帘窗的运动，将纸带粘在卷帘底部，纸带通过打点记时器随帘在竖直向上运动，打印后的纸带如图所示，纸带AB、BC、CD每两点之间的时间间隔为0.10s，根据各间距的长度，可计算出卷帘在各个间距内的平均速度v平均，可以将v平均近似地作为该间距中间时刻的即时速度vA B C D E F G H I J K0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0s卷帘运动的数据间隔ABBCCDDEEFFGGHHIIJJK间距cm5.010.015.020.020.020.020.017.08.04.0（1）请根据所提供的纸带和数据，绘出卷帘窗的vt图线t(s)v(m/s)2.500.000.501.001.502.000.10.30.50.70.91.1（2）AD段的加速度为_m/s.（2）用单摆测定重力加速度【例4】一位同学用单摆做测量重力加速度的实验，他将摆挂起后，进行测量的步骤如下：A测摆长l：用米尺量出摆线的长度；B测周期T：将摆球拉起，然后放开，在摆球某次通过最低点时，按下秒表开始计时，同时将此次通过最低点作为第一次，接着一直数到摆球第60次通过最低点时，按秒表停止计时，读出这段时间t，算出单摆的周期Tt/60；C.将所得的l和T代人单摆的周期公式，算出g。指出上面步骤中遗漏或错误的地方，写出该步骤的字母并加以改正（不要求进行误差计算）【例5】在“用单摆测定重力加速度”的实验中，测摆长时，若正确测出悬线长l和摆球直径d；则摆长为 ；测周期时，当摆球经过 位置时开始计时并数1次，测出经过该位置N次（约60100次）的时间为t，则周期为 。此外，请你从下列器材中选用所需器材，再设计一个实验，粗略测出重力加速度g，并参照示例填写下表（示例的方法不能再用）。A天平；B刻度尺；C.弹簧秤；D.电磁打点计时器；E.带夹子的重锤；F纸带；G导线若干；H铁架台；I低压交流电源； J低压直流电源；K小车；L螺旋测微器；M斜面（高度可调，粗糙程度均匀）。所选器材（只填器材序号）简述实验方法（不要求写出具体步骤）示例B、D、E、F、G、H、I安装仪器，接通电源，计纸带随重锤竖直下落。用刻度尺测出所需数据，处理数据，得出结果实验设计【例6】有一测量微小时间差的装置，是由两个摆长略有微小差别的单摆同轴水平悬挂成两个单摆摆动平面前后相互平行。现测得两单摆完成50次全振动的时间分别为50.0和49.0 s，则两单摆的周期差T s；某同学利用此装置测量小于单摆周期的微小时间差，具体操作如下：把两摆球向右拉至相同的摆角处，先释放长摆摆球，接着再释放短摆摆球，测得短摆经过若干次全振动后，两摆恰好第一次同时同方向通过某位置，由此可得出释放两摆的微小时间差若测得释放两摆的时间差t0.165s，则在短摆释放 s（填时间）后，两摆恰好第一次同时向 （填方向）通过 （填位置）； 为了能更准确地测量微小的时间差，你认为此装置还可做的改进是 。（3）用油膜法估测分子的大小【例7】下图反映“用油膜法估测分子的大小”实验中的4个步骤，将它们按操作先后顺序排列应是 (用符号表示)【例8】在用油膜法估测分子的大小的实验时，油酸酒精溶液的浓度为每104mL溶液中有纯油酸6mL，用注射器测得1mL上述溶液有75滴，把1滴该溶液滴入盛水的浅盘里，待水面稳定后，将玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上描出油酸膜的近似轮廓，随后把玻璃板放在坐标纸上，其形状和尺寸如图所示，坐标中正方形小方格的边长为1cm。则：(1)每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是 mL。(2)油酸膜的面积是_cm2。(3)按以上数据，估算出油酸分子的直径是_m(保留两位有效数字)。【例9】用油膜法估测油酸分子的大小，实验器材有：浓度为0.05（体积分数）的油酸酒精溶液、最小刻度为0.1ml的量筒、盛有适量清水的4550cm2浅盘、痱子粉、橡皮头滴管、玻璃板、彩笔、坐标纸下面是实验步骤，请填写所缺的步骤C。A用滴管将浓度为0.05油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下滴入1ml油酸酒精溶液时的滴数NB将痱子粉均匀地撒在浅盘内水面上，用滴管吸取浓度为0.05的油酸酒精溶液，从低处向水面中央一滴一滴地滴入，直到油酸薄膜有足够大的面积又不与器壁接触为止，记下滴入的滴数nC 。D将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，以坐标纸上边长为1cm的正方形为单位，计算轮廓内正方形的个数，算出油酸薄膜的面积Scm2。用已给的和测得的物理量表示单个油酸分子的大小 （单位：cm）（4）测定金属的电阻率【例10】在测定金属的电阻率的实验中，待测金属导线的长约0.8m，直径小于1mm，电阻在5左右。实验步骤如下：用_测量金属导线的长度l，测3次，求出平均值；在金属导线的3个不同位置上用_测量直径d，求出平均值；用伏安法测量该金属导线的电阻R。在左边方框中画出实验电路图，并把右图中所给的器材连接成测量电路。安培计要求用0-0.6A量程，内阻约1；伏特计要求用0-3V量程，内阻约几k；电源电动势为6V；滑动变阻器最大阻值20。在闭合电键前，滑动变阻器的滑动触点应处于正确位置。根据以上测量值，得到该种金属电阻率的表达式为=_。（5）测电池电动势和内电阻【例11】（2004上海）在测定一节干电池（电动势约为1.5V，内阻约为2）的电动势和内阻的实验中，变阻器和电压表各有两个供选择：A.电压表量程为15V，B电压表量程为3V，A变阻器为（20,3A）B变阻器为（500,0.2A）电压表应该选_（填A或B），这是因为_.变阻器应该选_（填A或B），这是因为_.【例12】：在测定一节干电池的电动势和内电阻的实验中，备有下列器材干电池(电动势约为1.5V，内电阻小于1.0) 电流表G(满偏电流3mA，内阻Rg=10) 电流表A(0-0.6A，内阻0.1) 滑动变阻器R1(0-20，10A) 滑动变阻器R2 (0-100,1A) 定值电阻R3=990 开关、导线若干(1)为方便且能较准确地进行测量，其中应选用的滑动变阻器是_(填写字母代号)(2)请在线框内画出你利用本题提供的器材所设计的测量电池电动势和内阻的实验电路图(3)上图为某同学根据他所设计的实验绘出的I1：I2图线(I1为电流表G的示数；I2为电流表A的示数)，由图线可求得被测电池的电动势E=_V；内电阻r=_【例13】（2006年广东）某同学设计了一个如图甲所示的实验电路，用以测定电源电动势和内阻，使用的实验器材为：待测干电池组（电动势约3 V）、电流表（量程0.6 A，内阻小于1 ）、电阻箱（099.99 ）、滑动变阻器（010 ）、单刀双掷开关、单刀单掷开关各一个及导线若干。考虑到干电池的内阻较小，电流表的内阻不能忽略。该同学按图甲连线，通过控制开关状态，测得电流表内阻约为0.20 。试分析该测量产生误差的原因是_。简要写出利用图甲所示电路测量电源电动势和内阻的实验步骤：_ ；_ ；图乙是由实验数据绘出的图象，由此求出待测干电池组的电动势E_V、内阻r_ 。（计算结果保留三位有效数字）P图甲KSRARABCDE rA /A1R/图乙（6）测定玻璃的折射率【例14】（1994年全国高考题）用三棱镜测定玻璃折射率的实验先在白纸上放好三棱镜，在棱镜的一侧插上两枚大头针P1和P2，然后在棱镜的另一侧观察，调整视线使P1的像被P2挡住接着在眼睛所在的一