“高考” 物理实验复习.ppt

2009年高考 物理实验复习 第二轮 金陵中学朱焱 2009年2月27日 背景1 实验复习在 一轮 与 二轮 中的不同定位 背景2 09年考试说明 对实验部分要求有调整 背景3 对实验考察范围的理解 1 09说明 对 实验与探究能力 的表述 一 解读 09说明 对实验考察的表述 2 09说明 对实验考察内容作了调整 3 09说明 对实验器材与实验误差提出的要求 二 对高中实验部分考察与复习的理解 1 高中物理实验所涉及基本方法 设计实验原理控制变量法 替代法 模拟法微小量放大法 留迹法 控制实验误差多次测量法 积累法 处理实验数据列表法 作图法 平均值法 逐差法 2 高中物理实验复习值得注意的环节 考试说明中精选实验 突出了复习的重点 实验条目后冠以 实验 探究 说明实验具备更多的能力要求或可以考查的途径 所列实验与传统的实验器材不一定一一对应 对实验技能和方法的考查更加突出 要求对实验原理有更高层次的领悟才能正确迁移和运用 可以利用实验录像 帮助学生复习实验 三 09年高考 二轮实验复习重点剖析 一 测量仪器的选择 读数及实验电路的选择 1 基本仪器的读数 2 间接测量的物理学量 3 实验器材的选择 4 实验电路的选择 基本仪器 测量长度的仪器 刻度尺 游标卡尺 螺旋测微器测量质量的仪器 天平 测量时间的仪器 打点计时器 秒表测量力的仪器 弹簧秤测量温度的仪器 温度计测量电学量仪器 电流表 电压表 多用电表 示波器电学控制仪器 滑动变阻器 变阻箱 开关 1 基本仪器的读数 不要估读到 秒表 游标卡尺 十分之一估读 刻度尺 螺旋测微器等绝大多数仪器 电表的读数 观察表盘 两大刻度之间是几分位 几个小格子 就按照几分位估读 一般学生电表都采用半格估读的方法 推荐 欧姆表的读数 坐标纸的读数规则与 相同 读数方法 例1 最小分度是 1 的仪器 按十分之一估读 最小分度是 2 或 5 的仪器 分别按二分之一或五分之一估读 2 间接测量的物理学量 3 实验器材的选择 例3 东南大学07自主招生第7题 用伏安法测定一电阻器的电阻 阻值约为5 提供的器材有 电压表 代号v 量程3v 内阻15k 电流表 代号a1 量程3a 内阻0 2 电流表 代号a2 量程300ma 内阻1 变阻器 代号r1 1 1000 额定电流0 3a 变阻器 代号r2 1 50 额定电流1a 电池组 代号e 电动势3v 内阻0 3 开关 代号k 以及导线若干 为了精确测定该电阻器 代号rx 的电阻 要求测出一组包括0在内的电压和电流数据 为了实验能正常进行 并尽量减小测量误差 而且要求滑动变阻器便于调节 则电流表应选用 填代号 下同 变阻器应选用 分析 该题用的是分压电路 则待测电阻上的电压最大可以调节到3v 及电阻上的最大电流可能达到0 6a 电流表如果选择a1 最大电流只能偏转五分之一 而选用a2电流表 电阻中的最大电流将超出电流表的量程 这里出现了矛盾 根据题目的要求 为了精确测定该电阻器 代号rx 的电阻 要求测出一组包括0在内的电压和电流数据 为了实验能正常进行 并尽量减小测量误差 只有控制滑线变阻器 使得待测电阻上的电流不超过300ma进行实验 所以电流表选择a2 4 实验电路的选择 测量电路的选择 安培表的内 外接法 试接触的方法 基于误差分析基础上对实验电路的选择 在 测定电源电动势与内阻 实验中 该实验原理是通过全电路欧姆定律 即 通过测定电源的路端电压与电源电流 运用u i图象求电源电动势与内阻 而式中的u与i应该是电源两端的电压与电源中的电流 但在实际电路中电压与电流不可能同时为电源的 如左图连接 电压是电源的 而电流小于电源电流 在图电路中 电流是电源的 而电压小于电源两端的电压 这就带来了测量中的误差 这两种连接电路所测得的电源电动势与内阻的值比电源实际是大还是小 分析方法对学生来讲是难点 误差的大小决定于电流表读数为零时 电压表的读数与电源电动势的差值 此差值即当rv r时 电动势与内阻误差均很小 选择控制电路时 遵循安全性 精确性 可操作性何节能性原则 下列三种情况必须选择分压接法 1 要使某部分电路的电压 或电流 从零开始连续调节 只有分压电路才能满足 2 如果实验所提供的电压表 电流表量程或电阻元件所允许的最大电流较小 采用限流接法时 无论怎样调节 电路中实际电流 电压都会超过电表量程或电阻元件所允许的最大电流 必须采用分压接法 3 在伏安法测电阻实验中 若所用的变阻器阻值远小于待测电阻阻值 采用限流接法时 即使变阻器触头从一端滑到另一端 待测电阻上的电流 或电压 变化很小 不利于多次测量求平均值或用图像法处理数据 在这种情况下应选用变阻器的分压接法 控制电路的选择 例5 电流表的内阻在0 1 0 2 之间 现要测量其内阻 可选用的器材如下 a 待测电流表a1 量程0 6a b 电压表v1 量程3v 内阻约为2k c 电压表v2 量程15v 内阻约为10k d 滑动变阻器r1 最大阻值10 e 定值电阻r2 阻值5 f 电源e 电动势4v g 电键s及导线若干 1 电压表应选 2 画出实验电路图 如测得电压表的读数为u 电流表的示数为i 则电流表a1的内阻的表达式为 ra 仪器的选择 电源的电动势只有4v 如果选择量程为15v电压表v2 则电压表最大的示数不足满偏的1 3 读数误差较大 因此应选择量程为3v的电压表v1 电路的设计 因为有电压表和电流表 要测电流表的内阻 首先想到的是将电压表直接接在是流表的两端 由欧姆定律可求出电流表的内阻 但由于本题中电流表的内阻很小 在0 1 0 2 之间 因此电流表两端的电压也很小 最大为0 12v 这样用最小量程为3v的电压表无法准确读数 所以应将阻值为5 定值电阻r2串联在电流表中 这样欧姆定律算出的电阻便是定值电阻及电流表内阻之和 即 二 打点计时器系列实验中纸带的处理 纸带的选取 根据纸带上点的密集程度选取计数点 测量计数点间距离 判定物体运动的性质 三 关于电阻的测量方法 欧姆表测量 替代法 伏安法 半偏法 例7 把电流表改装成电压表的实验中 所用电流表g的满偏电流ig为200 a 内阻估计在400 600 之间 按图 a 测定电流表g的内阻rg 需要选用合适的器材 现有供选用的器材如下 a 滑动变阻器 阻值范围0 200 b 滑动变阻器 阻值范围0 175 c 电阻箱 阻值范围0 999 d 电阻箱 阻值范围0 99999 e 电源 电动势6v 内阻0 3 f 电源 电动势12v 内阻0 6 按实验要求 r最好选用 r 最好选用 e最好选用 填入选用器材的字母代号 例8 如右图所示为一测电流表内阻的实验电路图 其中电压表v 量程足够大 用来测量电阻箱r与被测电流表g串联电路的端电压 在保持恒定的条件下 调节电阻箱 使被测电流表的指针偏转到满量程处 记下此时电阻箱的阻值 然后再调节电阻箱 使被测电流表指针偏转到其量程的一半 记下此时电阻箱的阻值 计算被测电流表的内阻的公式是 用线表示导线 按甲图把乙图所示实验器材连接起来 导线不得交叉 四 关于电源的电动势和内电阻的测量 用一只电压表和一只电流表测量 可用一只电流表和一只电阻箱测量 可用一只电压表和一只电阻箱测量 用两只电压表测量 用两只电流表测量 例10 在 测定电源电动势和内阻 的实验中 除待测电源外 足够的连接导线外 实验室仅提供 两只量程合适的电压表 以及一个电表的内阻 一只单刀双掷开关 1 画出实验原理图 2 写出用测量值表示的电源电动势和内阻的表达式 并注明式中量的含义 解析 依据题意可知 电压表的内阻已知 则可由电流 电压变换法用测出它所在支路的电流 类似方法一 设计实验电路原理图 可得 五 关于设计性实验 1 设计原则 2 设计思路 例12 从下列实验器材中选出适当的器材 设计测量电路来测量两个电流表的内阻 要求方法简捷 操作方便 可进行多次测量并有尽可能高的测量精度 a 待测电流表a1 量程40ma 内电阻约几十 b 待测电流表a2 量程30ma 内电阻约几十 c 电压表v 量程15v 内阻rv 15k d 电阻箱r1 阻值范围0 9999 99 e 电阻箱r2 阻值范围0 99 99 f 滑动变阻器r3 阻值范围0 150 额定电流1 5a g 滑动变阻器r4 阻值0 20 额定电流2a h 电阻r0 阻值是40 功率是0 5w 作保护电阻用 i 电池组 电动势为12v 内电阻为0 5 此外还有单刀开关若干和导线若干 供需要选用 1 请设计一个测量电路 画出电路图 2 选出必要的器材 用器材前的字母表示 有 3 需要哪些物理量 写出和的表达式 分析 本题要求先设计实验电路方案 再选出必要的器材 最后根据欧姆定律计算出电流表内阻的表达式 设计方案一 要测电流表的内阻 有电流表和电压表 就自然想到如下图所示的方案 设计方案二 既然方案一中电流表两端的电压太小 而电压表的量程太大 电压表的指针偏角太小 有的同学就想到电流表上串联一个电阻箱 可以增大电压表的示数 得到如下图所示的方案 设计方案三 电压表不能用 电压无法直接测量 但有两只电流表 怎么办呢 这时我们要另辟蹊径 由串并联电路的特点可知 并联电路电压相等 因此 可将两只电流表并联起来 得到如下图所示的方案 这个方案可以测出两只电流表的电流 由并联电路电压相等可知 上式中有两个未知量和 无法将它们都测出来 说明这个方案还不完善 还要修改 设计方案四 由于方案三不能直接测出两只电流表的内阻 就要在两条支路中的任一条支路上串联一只电阻箱 为了方便操作 再在电阻箱的两端并联一只开关 得到如下图所示的方案 这个方案是在方案三的基础上改进得到的 闭合开关s就会得到方案三 断开开关s 则有电阻箱与电流表串联 再与电流表并联 可测出电流表的读数 电阻箱的电阻读数r 故有 这样就可以测出两只电流表的内阻 再来选择控制电路 由于题目要求可进行多次测量并有尽可能高的测量精度 因此只能选择分压式控制电路 由于电流表两端能承受的电压较小 在电路中要加一个保护电阻 保护电流表并使电压的调节范围增大 由于电流表的内电阻只有几十欧姆 电阻箱选就行 分压式控制电路中滑动变阻器应选阻值较小的 选择就行 故实验电路如下图所示 思考题 若上题中只给你两只电压表 而没有电流表 要测其内电阻 应该如何设计测量电路呢 设计思路 只有电压表 而没有电流表 要测其内电阻 电压表内阻两端的电压可由电压表测出 关键是电流无法直接测出 由串并联电路的特点可知 串联电路电流强度相等 故可以把两只电压表串联起来 得到如下图所示的方案 六 关于探究性实验 例14 上海07年的调研试卷 某研究性学习小组发现河水在缓慢流动时有一个规律 河中央流速最大 岸边速度几乎为零 为了研究河水流速与离河岸距离的关系 小明设计了这样的测量仪器 如图甲所示 两端开口的 l 形玻璃管的水平部分置于待测的水流中 竖直部分露出水面 且露出水面部分的玻璃管足够长 当水流以速度v正对 l 形玻璃管的水平部分开口端匀速流动时 管内外水面高度差为h 且h随水流速度的增大而增大 为了进一步研究水流速度v与管内外水面高度差h的关系 该组同学进行了定量研究 得到了如下表所示的实验数据 并根据实验数据得到了v h图象 如图丙所示 1 根据上表的数据和图丙中图象的形状 可猜想v和h之间的关系为 为验证猜想 请在图丁中确定纵轴所表示的物理量 并另作图象 若该图象的形状为 说明猜想正确 2 现利用上述测速器 由河流南岸开始 每隔1m测一次流速 得到数据如下表所示 根据v和h之间的关系完成上表的最后一行 对比上表中的数据 可以看出河中水流速度v与离南岸的距离x的关系为 例18 淮安 物体因绕轴转动时而具有的动能叫转动动能 转动动能的大小与角速度大小有关 为了探究转动动能的大小与角速度之间的定量关系 某同学设计了下列一个实