高三物理高考专题讲座：设计实验课件.ppt

设计实验 要考虑的几方面 1 建模方法 2 测量方法 3 误差分析 设计思路 一 原有实验的改进 二 设计实验 1 由物理量的定义式出发设计 2 比例法 3 替代法 4 比较法 三 利用物理习题的情景改编 例1 利用单摆验证小球平抛运动规律 设计方案如图 a 所示 在悬点o正下方有水平放置的炽热的电热丝p 当悬线摆至电热丝处时能轻易被烧断 mn为水平木板 已知悬线长为l 小球直径可忽略不计 悬点到木板的距离oo h h l 1 电热丝p必须放在悬点正下方的理由是 2 将小球向左拉起后自由释放 最后小球落到木板上的c点 o c s 则小球做平抛运动的初速度为v0 设计思路 1 产生一个平抛运动 2 如何求出初速度 h l gt2 2 s v0t 一 原有实验的改进 3 在其他条件不变的情况下 若改变释放小球时悬线与竖直方向的夹角 小球落点与o 点的水平距离s将随之改变 经多次实验 以s2为纵坐标 cos 为横坐标 得到如图 b 所示图像 则当 30 时 s为 m 若悬线长l 1 0m 悬点到木板间的距离oo 为 m v02 2gl 1 cos s 0 52m s v0t s2 4l h l cos 4l h l 4 h 1 2 h 1 5m h l gt2 2 例2 测rx 电动势未知 电源内阻与电流表内阻均不计 r为电阻箱 1 要测rx r至少取 个不同值 i1r1 i1rx i2r2 i2rx 二 一 原有实验的改进 例2 测rx 电动势未知 电源内阻与电流表内阻均不计 r为电阻箱 2 若电流表每个分度的电流值未知 要测rx r至少取 个不同值 ka1r1 ka1rx ka2r2 ka2rx 二 k a1r1 a1rx k a2r2 a2rx 一 原有实验的改进 例2 测rx 电动势未知 电源内阻与电流表内阻均不计 r为电阻箱 3 若电源内阻不可忽略 能否用此电路测rx i1r1 i1 rx r i2r2 i2 rx r 一 原有实验的改进 例3 测大气压 用一水平固定的 活塞横截面积s已知的注射器和一弹簧秤 1 下面的实验步骤的顺序是 a 读出初状态气体的体积v1 b 将活塞移到某一适当位置 用橡皮帽将注射器小孔封住 c 读出活塞被拉出一定距离后气体的体积v2和弹簧秤拉力f d 用弹簧秤将活塞拉出一定的距离 2 测得大气压的表达式为p0 b fv2 s v2 v1 a d c p0v1 p0 f s v2 一 原有实验的改进 做成单摆 测出做简谐运动时的周期 符合单摆条件 摆动时不要变成圆锥摆 偏角小于5 测几次的时间再求周期 单摆 时间与长度的转换方法 例4 一根细绳挂在又高又暗的城堡里 看不见上端 只能看到它的下端 如何粗略测出绳长 1 有两只电压表a和b 量程已知 均大于电池电动势 内阻不知 另有一干电池 内阻不能忽略 但不知 只用这两只电压表 电键和导线 测量干电池的电动势 u1 u2 u1 r r1 u1 u1r r1 u2 u2r r2 思考 2 某同学按如图所示电路进行实验 实验时该同学将变阻器的触片p移到不同位置时测得各电表的示数如下表所示 将电压表内阻看作无限大 电流表内阻看作零 1 电路中 r分别为电源的电动势和内阻 r1 r2 r3为定值电阻 在这五个物理量中 可以根据上表中的数据求得的物理量是 不要求具体计算 r3 u1 i2 r2 u2 i1 i2 r1 r 2 某同学按如图所示电路进行实验 实验时该同学将变阻器的触片p移到不同位置时测得各电表的示数如下表所示 将电压表内阻看作无限大 电流表内阻看作零 2 由于电路发生故障 发现两电压表示数相同了 但不为零 若这种情况的发生是由于用电器引起的 则可能的故障原因是 r2断路 rp短路 u1 u2 urp 例2 某电压表内阻在20 50k 现要测其内阻器材 待测量电压表v 量程3v 电流表a1 量程200 a 电流表a2 量程5ma 电流表a3 量程0 6a 滑动变阻器r 最大电阻值1k 电源 e 4v 电键s 1 所提供的电流表中应选 2 为减小误差 要测多组数据 试画出实验电路图 a1 r u i imax 0 15ma 分压器接法 二 自行设计实验 1 由物理量的定义式出发设计 例2 图甲为某一热敏电阻 电阻值随温度的改变而改变 且对温度很敏感 的i u关系曲线图 1 为了通过测量得到图甲所示i u关系的完整曲线 在图乙和图丙两个电路中应选择的是图 简要说明理由 电源电动势为9v 内阻不计 滑线变阻器的阻值为0 100 9 u 100i urmin 5 3v 70ma 36ma 34ma 5 2v 3 8v 112 热敏温度计 2 在图丁电路中 电源电压恒为9v 电流表示数为70ma 定值电阻r1 250 由热敏电阻的i u关系曲线可知 热敏电阻两端的电压为 v 电阻r2的阻值为 3 举出一个可以应用热敏电阻的例子 例1 一电压表 量程已知 内阻已知为rv 另一电池 电动势未知 但不超过电压表量程 内阻不计 用它们和电键导线等 设计测量某一高值电阻rx的方法 rx u1 u2 rv u2 适用于测量大电阻 2 比例法 例1 一电流表 量程已知 内阻已知为ra 另一电池 电动势未知 内阻不计 用它们和一个大电阻 电键导线等 设计测量某一低值电阻rx的方法 rx i1 i2 rai2 r很大 既起保护作用 又使总电流保持不变 测大电阻 测小电阻 例2 给出一只电压表或一只电流表 一个定值电阻r0 电源和导线 电键等 试设计测量方法 1 某一高值电阻rx 2 测某一低值电阻rx 思考 某待测电阻rx的阻值约为20 现要测量其阻值 实验室提供器材如下 a 电流表a1 量程150ma 内阻约为10 b 电流表a2 量程20ma 内阻r2 30 c 定值电阻r0 100 d 滑动变阻器r 最大阻值约为10 e 电源e 电动势e 4v 内阻不计 f 电键s及导线若干 1 根据上述器材完成此实验 测量时要求电表读数不得小于其量程的1 3 请你在画出测量rx的一种实验原理图 i1 4 30 0 133a i2 4 130 0 03a 定义法 比例法 i1 rx r1 i2 r0 r2 i1 i2 rx i2 r0 r2 2 实验时电流表a1的读数为i1 电流表a2的读数为i2 用已知的和测得的物理量表示rx 用字母表示 例1 用替代法测电阻rx 1 应先接通含有 的电路 变换电路时 调节电阻箱 使两次 相同 这时待测电阻可由 上读得 电流 rx 电阻箱 3 替代法 例1 用替代法测电阻rx 2完成电路实物连接 1 用替代法测灵敏电流计内阻的方法 电阻箱与电流计作两个支路 主回路中要显示效果的电流计 思考 2 用替代法测一个未知电阻rx常温下的阻值可以用如下电路 图中rs为电阻箱 a为电流表 s2为单刀双刀开关 r0为规格 0 20 的滑动变阻器 测量前应将滑动变阻器r0的滑片p调至 选填 a 或 b 电阻箱rs阻值调至 选填 最大 或 最小 闭合s1开始实验 接下来的步骤有以下一些 a 慢慢移动滑片p b 将s2闭合在2端 c 将s2闭合在1端 d 调节电阻箱rs的值 e 将s1断开 f 观察电流表指针变化直至某一位置 g 记下电阻箱上电阻读数 合理的次序应是 填字母 b 最大 c a f b d f g e 例 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构成的 两个单摆摆动平面前后互相平行 1 现测得两单摆完成50次全振动的时间分别为50 0s和49 0s 则两单摆的周期差为 t s 4 比较法 t1 1s t2 0 98s t 0 02s 例 2 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 t 0 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 4 比较法 平衡位置 n t t 8 25 向左 t2 nt2 8 25 0 98s 8 085s 例 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构成的 两个单摆摆平面前后互相平行 3 为了能更准确地测量微小时间差 你认为此装置还可做的改进是 4 比较法 增大 t n t 减小 减小两单摆的摆长差 例 利用秒表和米尺用滴水法测定重力加速度 让水滴落在垫起来的盘子上 可清晰听到水滴碰盘子的声音 调整水龙头阀门可改变水滴形成时间 为使实验结果尽可能精确 写出步骤和计算式 原理 h gt2 2 测出h和t即可 累积法 调到第一滴水下落到盘子时刚好第二滴水滴开始下落 下落5m只有1s 时间极短 测出连续五滴水下落到盘子所需时间t t t 5 g 50h t2 5 累积法 6 利用电学量测力学量 热学量 例1 1 试设计测风力的方法 力学量 h x l u ex l ehtan l ehf lmg f lmgu eh 6 利用电学量测力学量 2 试设计测汽车加速度的方法 x ehtan l ehma lmg a lgu eh u ex l 6 利用电学量测力学量 2 试设计测汽车加速度的方法 力学量 2kx ma a 2kul me u ex l x 双滑臂滑动变阻器 加速度可正可负 下滑臂可用作调零 例2 如图甲是某金属材料制成的电阻r随摄氏温度t变化的图像 图中r0表示该电阻在0 c时的阻值 已知图线的斜率为k 若用该电阻与电池 电动势为e 内阻为r 电流表a 内阻不计 滑动变阻器r 串联起来 连接成如图乙所示的电路 用该电阻做测温探头 把电流表a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 根据图甲 温度为t t 0 c 时电阻r的大小为 rt r0 kt 2 在标识 金属电阻温度计 的刻度时 需要弄清所测温度和电流的对应关系 请用e r0 r 滑动变阻器接入电路的阻值 k等物理量表示待测温度t与电流i的关系式t i e rt r r e r0 kt r r kt e i r0 r r t e ki r0 r r k 3 如果某次测量时 指针正好指在温度刻度的10 c到20 c的正中央 则测量值 15 c 选填 大于 等于 或 小于 t e ki r0 r r k 小于 2 平抛穿纸屏 3 穿转动纸筒 三 利用物理习题的情景设计 测初速度的其它方法 1 测竖直上抛到落回的时间 例 一根长约30cm 管内截面积为s 5 0 10 6m2的玻璃管下端有一个球形小容器 管内有一段长约1cm的水银柱 现在需要用比较准确的方法测定球形小容器的容积v 可用的器材有 刻度尺 量程500mm 温度计