00-高中物理实验总结_sumg修订.doc

高中物理实验全攻略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（1）理解实验原理、实验目的及要求；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=(100.022/2)m=210-3m=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（2） 掌握实验方法步骤；（3） 会控制实验条件和使用实验仪器，会处理实验安全问题；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、秒表、电火花计时器或电磁打点计时器、弹簧秤、电流表、电压表、多用电表、滑动变阻器、电阻箱、温度计等。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。 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）。有关电路的电学实验要注意安培表的外接与内接，限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；（5）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）。三、实验数据的处理方法1列表法在记录和处理数据时，常常将数据列成表格数据列表可以简单而又明确地表示出有关物理量之间的关系，有助于找出物理量之间联系的规律性列表的要求：(1)写明表的标题或加上必要的说明；(2)必须交代清楚表中各符号所表示的物理量的意义，并写明单位；(3)表中数据应是正确反映测量结果的有效数字2平均值法现行教材中只介绍了算术平均值，即把测定的数据相加求和，然后除以测量的次数必须注意的是，求平均值时应该按测量仪器的精确度决定应保留的有效数字的位数3图象法图象法是物理实验中广泛应用的处理实验数据的方法图象法的最大优点是直观、简便在探索物理量之间的关系时，由图象可以直观地看出物理量之间的函数关系或变化趋势，由此建立经验公式作图的规则：(1)作图一定要用坐标纸，坐标纸的大小要根据有效数字的位数和结果的需要来定；(2)要标明轴名、单位，在轴上每隔一定的间距按有效数字的位数标明数值；(3)图上的连线不一定通过所有的数据点，而应尽量使数据点合理地分布在线的两侧；(4)作图时常通过选取适当的坐标轴使图线线性化，即“变曲为直”虽然图象法有许多优点，但在图纸上连线时有较大的主观任意性，另外连线的粗细、图纸的大小、图纸本身的均匀程度等，都对结果的准确性有影响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（下详解）3、 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【注】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。【物理实验的基本思想方法】1等效法等效法是科学研究中常用的一种思维方法对一些复杂问题采用等效法，可将其变换成理想的、简单的、已知规律的过程来处理，常使问题的解决得以简化因此，等效法也是物理实验中常用的方法如在“验证力的平行四边形定则”的实验中，要求用一个弹簧秤单独拉橡皮条时，要与用两个互成角度的弹簧秤同时拉橡皮条时产生的效果相同使结点到达同一位置O，即要在合力与两分力等效的条件下，才能找出它们之间合成与分解时所遵循的关系平行四边形定则在“验证牛顿第二定律”的实验中，通过调节木板的倾斜度使重力的分力抵消摩擦力而等效于物体不受摩擦力作用还有，电学实验中电流表的改装、用替换法测电阻等，都是等效法的应用2转换法将某些不易显示、不易直接测量的物理量转化为易于显示、易于测量的物理量的方法称为转换法(间接测量法)转换法是物理实验常用的方法如：弹簧测力计是把力的大小转换为弹簧的伸长量；打点计时器是把流逝的时间转换成振针的周期性振动；电流表是利用电流在磁场中受力，把电流转化为指针的偏转角，等等3留迹法留迹法是利用某些特殊的手段，把一些瞬间即逝的现象(如位置、轨迹等)记录下来，以便于此后对其进行仔细研究的一种方法留迹法也是物理实验中常用的方法如：用打点计时器打在纸带上的点迹记录小车的位移与时间之间的关系。4累积法累积法是把某些难以直接准确测量的微小量累积后测量，以提高测量的准确度的一种实验方法如：在缺乏高精密度的测量仪器的情况下测细金属丝的直径，常把细金属丝绕在圆柱体上测若干匝的总长度，然后除以匝数就可求出细金属丝的直径；测一张薄纸的厚度时，常先测出若干页纸的总厚度，再除以被测页数即所求每页纸的厚度。5模拟法模拟法是一种间接实验方法，它是通过与原型相似的模型来说明原型的规律性的控制变量法：在多因素的实验中，可以先控制一些量不变，依次研究某一个因素的影响如在“验证牛顿第二定律”的实验中，可以先保持质量一定，研究加速度和力的关系；再保持力一定，研究加速度和质量的关系；最后综合得出加速度与质量、力的关系比较法：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、基本仪器的使用方法归纳1要求会正确使用的仪器刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器（千分尺）、天平、秒表、电火花计时器或电磁打点计时器、弹簧秤、电流表、电压表、多用电表、滑动变阻器、电阻箱、温度计等。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、秒表、弹簧秤、温度表、电流表、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。012345678910 1023051015031233435637839411043121445164718492051225324265557285901267891011345121314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030秒内读数；当分针在后0.5分内时，秒针在3060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。0123456789001234567891020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50202515线圈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）。 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000mg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。0.11011K10K100176543289017654328901765432890176543289017654328901765432890【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，；利用平抛，加速度利用纸带，逐差法； 力根据F=ma转化为测量m、a功根据转化为测量m、S、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=IU转化为测量U、I电源电动势根据EUIr转化为测量U、I2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）图像法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，相对误差为真值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。BCDs1s2s3A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23位有效数字表示。、重点的学生实验山东省考试说明要求实验能力：能独立的完成下面所列的实验，能明确实验目的，能理解实验原理和方法，能控制实验条件，会使用仪器，会观察、分析实验现象，会记录、处理实验数据，并得出结论，对结论进行分析和评价；能发现问题、提出问题，并制定解决方案；能运用已学过的物理理论、实验方法和实验仪器去处理问题，包括简单的设计性实验。山东省考试说明要求的实验有：第9 页 共 8 页实验一：研究匀变速直线运动实验二：探究弹力和弹簧伸长的关系实验三：验证力的平等四边形定则实验四：验证牛顿运动定律实验五：探究动能定理实验六：验证机械能守恒定律实验七：测定金属的电阻率（同时练习使用螺旋测微器）实验八：描绘小电珠的伏安特性曲线实验九：测定电源的电动势和内阻实验十：练习使用多用电表实验十一：传感器的简单使用 33实验： 用油膜法估测分子的大小35实验： 验证动量守恒定律t/s0 T 2T 3T 4T 5T 6Tv/(ms-1)1.实验一：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(其中T=50.02s=0.1s）利用“逐差法”求a：利用上图中任意相邻的两段位移求a：如利用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. 实验二：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. 实验三：验证力的平等四边形定则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。 4.实验四：验证牛顿运动定律5.实验五：探究动能定理6. 实验六：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。01 2 3 4 5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 实验八：描绘小电珠的伏安特性曲线VAVAa b伏安法测电阻有a、b两种接法，a叫(安培表)外接法，b叫（安培表）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）。a bRR（1）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）。VAVAU/VI/AO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。8. 实验七：测定金属的电阻率（同时练习使用螺旋测微器）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。U/VI/Ao0.2 0.4 0.63.02.01.09实验九：测定电源的电动势和内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。VARS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）10. 实验十：练习使用多用电表11.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。四、重要的演示实验8.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。思考：如何测量电容器两极板间的电压？、实验设计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综合实验设计和评价是综合应用实验基础知识、基本操作，结合化学基本理论、元素化合物知识和化学计算等相关知识，进行整合，解决有关实验问题。这几年高考试题的主要特点是：形式上不出现大型的连接装置，均为小型的又带有研究性的试题。内容上一般是无机实验题，主要为填写化学方程式、选择仪器装置、评价实验方法、简述所设计的操作步骤、说明理由等。通过简答，考查学生分析问题的能力和语言表达能力，且前易后难。原理上均源于课本实验，但装置基于课本又不同于课本。这就要求学生既有扎实的基础，又有创新能力。类型上有物质性质实验设计或情景实验设计综合题、制备综合实验题、定量综合实验题等。试题情景的综合性，测试项目的综合性，解决问题的创新性是这几年综合实验题的特点。综合实验将继承实验题一贯的设计思想：突出能力立意，综合考查考生的观察能力、思维能力、实验能力和评价能力。今后综合实验命题的几个方向，在复习中应给予关注：一是根据要求，设计实验