高三物理《电学实验专题复习》

1 第二轮复习第二轮复习 实验专题实验专题 第一部分 高中物理实验常用基础知识 一 常用实验原理的设计方法一 常用实验原理的设计方法 1 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 2 理想化方法 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 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 4 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二 常见实验数据的收集方法 1 1 利用测量工具直接测量基本物理量 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 长度刻度尺 游标卡尺 螺旋测微器 时间秒表 停表 打点计时器力学 质量 力 天平 弹簧秤 电阻 粗测 欧姆表 电阻箱 电学 电流 电压 电流表 电压表 热学温度温度计 2 2 常见间接测量的物理量及其测量方法 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 速度 利用纸带 利用平抛 1 2 nn m SS v T 2 g vx y 加速度 利用纸带 逐差法 利用单摆 2 S a T 2 2 4L g T 力 学 功根据转化为测量 m v k WE 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 U R I 电功率根据 P UI 转化为测量 U I 电 学 电源电动势根据 E U Ir 转化为测量 U I 然后联立方程求解或运用图像处理 2 三 常用实验误差的控制方法三 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 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 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 30 50 次全振动的时间 四 常用实验数据的处理方法四 常用实验数据的处理方法 1 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 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 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 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 第二部分 电学实验基础知识 一 电路设计或器材选择原则一 电路设计或器材选择原则 1 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 2 准确性 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 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 3 3 便于调节 实验应当便于操作 便于读数 二 内 外接法的选择二 内 外接法的选择 1 外接法与外接法对比 2 内 外接法的确定方法 将待测电阻与表头内阻比较 R R Vx x xA R RR 为小电阻 外接法 R R Vx x xA R RR 为大电阻 内接法 试触法 触头 P 分别接触 A B 电压表示数变化大电流表分压作用大外接法 电流表示数变化大电压表分流作用大内接法 三 分压 限流接法的选择三 分压 限流接法的选择 1 两种接法及对比 限流接法分压接法 电路图 电压调节 范围 x x ER R x UE R 0 x UE 电路消耗 总功率 x EI xap E II 闭合 K 前滑动头在最右端滑动头在最右端 2 选择方法及依据 从节能角度考虑 能用限流不用分压 下列情况必须用分压接法 A 调节 测量 要求从零开始 或要求大范围测量 B 变阻器阻值比待测对象小得多 若用限流 调不动或调节范围很小 4 C 用限流 电路中最小的电压 或电流 仍超过用电器的额定值或仪表量程 四 实物图连接的注意事项和基本方法四 实物图连接的注意事项和基本方法 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 第三部分 测量电阻的方法 一 欧姆表粗测一 欧姆表粗测 二 伏安法 电压表 电流表 二 伏安法 电压表 电流表 原理 部分电路欧姆定律 测出电阻两端的电压和通过电阻的电流后 便可求得其阻值 R U I I U R 三 伏安法的拓展 电表的选取应注意安全性 准确性 三 伏安法的拓展 电表的选取应注意安全性 准确性 1 利用已知内阻的电压表 利用 伏伏 法测定值电阻的阻值 用电压表算电流 例题 1 用以下器材测量一待测电阻 Rx 的阻值 900 1000 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 r1 750 电压表 V2 量程为 5V 内阻 r2 2500 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 2 利用已知内阻的电流表 利用 安安 法测定值电阻的阻值 用电流表算电压 例题 2 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 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 3 电压表 电流表混合用 例题 3 有一电阻 Rx 其阻值在 100 200 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 0 20 2A 变阻器 R2 变阻范围 0 1000 1A 9V 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 四 电表内阻的测量方法四 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 两只同种电表 若知道一只的内阻 就可以测另一只的内阻 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 2 替代法 6 3 半偏法 恒流半偏 合上开关 S1 调节 R1 使电流表指针偏转到满刻度 再合上开关 S2 保持 R1的滑动 片位置不动 调节 R2的阻值 使电流表的指针偏转到满刻度的一半 当 R1 R2时 可认为合上 S2 后 整个电路的电阻几乎没有发生改变 即总电流几乎没有发生改变 故可近似认为 RA R2 误差分析 合上开关 S2后 电路的总电阻减小 干路上的电流增大 流过 R2的电流大于流过电 流表 A 的电流 故电流表内阻的测量值小于真实值 在电流表不超过量程的前提下 电压越高 测 量误差越小 故电源电动势宜选大些 恒压半偏 合上 S1 S2 调节 R1 使电压表指针偏转到满刻度 再断开开关 S2 保持 R1的滑 动片位置不动 调节 R2的阻值 使电压表的指针偏转到满刻度的一半 当 R1 R2时 可认为断开 S2后 整个电路的电阻几乎没有发生改变 即从分压器分出的电压几乎没有发生改变 故可近似认 为 RV R2 误差分析 合上开关 S2后 电路的总电阻增大 干路上的电流减小 滑动变阻器右端电阻上的 分压减小 滑动变阻器左端电阻上的电压增大 加在 R2两端的电压大于加在电压表两端的电压 故 电压表内阻的测量值大于真实值 在变阻器不超过额定电流的前提下 变阻器的阻值越小 测量误 差越小 4 电表的改装及校正 1 用 半偏法 测量电流表内阻 2 电流表改装为伏特表 电流表的满偏电流为 Ig 内阻为 rg 根据部分电路欧姆定律 满偏电压 将电流表的 ggg rIU 表盘刻度改变为相应的标度 则电流表就变为一个可以直接读出电压数值的 电压表 由于电流表的满偏电压很小 所以这样改成的电压表的测量范围不 大 如果要扩大它的测量范围 即量程 可以在电流表上串联一个分压电 阻方法来实现 如下图所示 设改装好的伏特表量程为 U 与电流表串联的 电阻为 R 则 U Ig rg R 解得 即给电流表串联一个阻值为 g g U Rr I 的电阻 就可以将电流表改装成量程为 U 的伏特表 g g U Rr I 3 校核 即把改装的电压表跟标准电压表进行核对 实验电路如 图所示 V 是标准电压表 改变变阻器 R2的滑片位置 使 V 的示数分别为 0 5V 1V 1 5V 2V 并核对改装的电压表的示数是否正确 核对时要 恒流半偏恒压半偏 7 注意搞清楚改装后电流表刻度盘上的每一小格表示多大电压 最后算出改装的伏特表满刻度时的百 分误差 例如改装的电压表在满刻度 2V 时 标准电压表的读数为 2 1V 满刻度时的百分误差就是 2 1 2 2 1 4 8 例题 4 某型号电池的电动势约为 3 7V 内阻约 2 允许通过的最大电流为 300mA 现欲测定其 电动势 E 和内阻 r 给定的器材有 待测电池 E 电阻箱 R 阻值 0 999 9 定值电阻 R0 阻值 为 3 直流电压表 量程 3V 内阻约为 6k 直流电流表 量程 0 3A 内阻约 2 开关 S 一个 导线若干 如果在上述两个电表中只选用一个电表与其它器材组成测 量电路 为使测量结果有尽可能高的精确度 应选用的电表是 请在虚线框中画出测量电路图 要求电路中各器材用题中给定 的符号标出 某同学用设计的电路读取两组数据 R1 U1 R2 U2或 R1 1 R2 2 利用这两组数据列方程组 求得待测电池电动势和内阻分别为 E r 现为了使 测量结果更精确 在不改变实验器材 实验电路的前提下 请你提出一条建议 课后习题课后习题 1 为了测定木块 A 和木板 B 之间的动摩擦因数 某同学设计了一个实验 图甲为其实验装置示意 图 该同学在实验中的主要操作有 A 用弹簧秤测出木块 A 的重力为 G 6 00 N B 用弹簧秤测出木板 B 的重力为 G 9 25 N C 按图甲的装置安装器材 安装过程中用手按住木块和木板 D 松开按住木块和木板的手 让其运动 并即刻读出弹簧秤的示数 该同学的上述操作中有一个步骤是多余的 有一个步骤存在错误 多余的步骤是 存 在错误的步骤是 填步骤序号 存在错误的步骤应该修改为 在听取意见后 该同学按正确方法操作 读数时弹簧秤的指针位置如图 乙所示 其示数为 N 根据该同学的测量数据 可得到木块 A 和木板 B 之间的动摩擦因数 为 2 某同学用一游标尺上标有 20 等分刻度的游标卡尺测一工件的长度 测得结果如下图所示 则该 工件的长度为 L cm 3 如图是打点计时器打出的纸带 图中 A B C D E F 等是按时间顺序先后打出的计数点 每两个计数点间有三个实验点未画出 用刻度尺量出 AB EF 之间距离分别为 2 40cm 和 0 84cm 那么小车加速度大小是 m s2 方向是 VA 8 4 某同学想用伏安法测 量一未知电阻 Rx的阻值 实验室提供的器材如下 电源 E 电动势 3V待测电阻 Rx 电流表 A1 量程为 0 5mA 内阻不详 但不超过 10 电流表 A2 量程为 0 1mA 内阻 50 滑动变阻器 R 最大阻值为 50 电阻箱 R 阻值 0 9999 9 开关 S导线若干 该同学先将其中一只电流表改装成了量程为 0 3 V 的电压表 然后分别利用电流表外接法和内 接法对电阻 Rx进行试测 测量的数据记录如下表 接法一接法二 接法 次数 物理量123123 A1 I1 mA1 502 002 501 502 002 50 A2 I2 mA0 500 670 840 430 570 71 该同学是用电流表 填表的代号 进行改装的 与该表串联的电阻箱的电阻应该 调到 由试测结果可知 接法 采用的是电流表外接法 接法 测量的结果较为准确 该同学的测量电路中 变阻器能否作为限流器串接在电路中 请简述理由 5 如图甲表示某电阻 R 随摄氏温度 t 变化的关系 图中 R0表示 0 时的电阻 K 表示图线的斜 率 若用该电阻与电池 E r 电流表 Rg 变阻器 R 串连起来 连接成如图乙所示电路 用该电 阻做测温探头 把电流表的电流刻度改为相应的温度刻度 于是就得到了一个简单的 电阻温度计 1 实际使用时要把电流表的刻度值改为相应的温度刻度值 若温度 t1 t2 则 t1的刻度应在 t2 的 侧 填 左 右 2 在标识 电阻温度计 的温度刻度时 需弄清所测温度和电流的对应关系 请用 E r R0 R K 等物理量表示所测温度 t 与电流 I 的关系式 t 3 由 2 知 计算温度和电流的对应关系 需要测量电流表内阻 约为 200 已知实验 室有下列器材 滑线变阻器 R1 电阻箱 R2 此外还有电动势合适的电源 开关 导线等 请 在方框内设计一个用 半偏法 测电流表内阻的电路 9 6 有一根细长而均匀的金属管线样品 横截面如图所示 此金属材料重约 长度约为 电阻约为 已知这种金属的电阻率为 密度1 2N30m10 为 因管内中空部分截面形状不规则 无法直接测量 请设计一个实验方 0 案 测量中空部分的截而积 现有如下器材可供选择 0 S A 毫米刻度尺 B 螺旋测微器 C 电流表 D 电流表 600 1 0mA 3 0 1A E 电压表 F 滑动变阻器 3 6Vk 2000 0 3A G 滑动变阻器 H 蓄电池 10 3A 6 0 05V I 开关一个 带夹子的导线若干 除待测金属管线外 还应选用的器材有 只填器材的代号字母 在方框中画出你所设计方案的实验电路图 并在右图中把所选仪器连成实际测量电路 实验中要测量的物理量有 计算金属管线内部中空部分截面积的表达式 0 S 0 S 7 有一只小灯泡 额定电压为 6V 额定功率约为 3W 请用下列器材测定小灯泡的额定功率 电流表 A 量程 0 0 6A 内阻约为 0 5 电压表 V 量程 0 3V 内阻 RV 5k 滑动变阻器 R 阻值范围 0 20 额定电流为 1A 定值电阻 R0 阻值 R0 10k 电源 E 电动势约为 10V 内阻很小 开关 S 一个 导线若干 1 画出实验电路图 2 实验中 电压表的示数应调为 V 若此时电流表示数为 0 48A 则小灯泡的额定功率为 W 8 实验室有如下器材 电流表 A1 满偏电流约 500 A 内阻约 500 电流表 A2 量程 0 300 A 内阻 1000 电流表 A3 量程 0 1 mA 内阻 100 电压表 V 量程 0 15 V 内阻 13 k 定值电阻 阻值 1 k 滑动变阻器 0 5 额定电流 2 A 10 电池 电动势 2 V 内阻不计 另有电键 导线若干 要较精确地测出 A1表的内阻和满偏电流 在方框内画出测量所使用的电路 1 应读取的物理量是 2 用这些量表示的 A1表的满偏电流 Ig 3 A1表的内阻 rg 9 发光二极管是目前很多用电器的指示灯的电子元件 在电路中的符号是 只有电流从 标有 号的端流入 从标有 一 号的一端流出时 它才能发光 这时可将它视为一个纯电阻 现 有某厂家提供的某种型号的发光二极管的伏安特性曲线如图所示 己知该型号的发光二极管的正常工作电压为 2 0V 若用电动势为 9V 内阻可以忽略不计 的直流电源供电 为使该二极管正常工作 需要在电源和二极管之间串联一只阻值为 的定 值电阻 己知该型号的发光二极管允许通过的最大电流为 56mA 请用实验证明这种元件的伏安特 性曲线与厂家提供的数据是否一致 可选用的器材有 待测发光二极管 直流电源 E 电动势 4 5V 内阻可以忽略不计 滑动变阻器 R 最大阻值为 20 电压表 V1 量程 l0V 内阻约 50k 电压表 V2 量程 5V 内阻约 20k 电流表 Al 量程 100mA 内阻约 50 电流表 A2 量程 60mA 内阻约 100 电键 S 导线若干 为准确 方便地进行检测 电压表应选用 电流表应选用 填字母符 号 画出利用 中器材设计的实验电路图 10 用如图所示的装置可以测量棱镜的折射率 ABC 表示待测直角棱镜的横截面 棱镜的两个锐角是已知的 紧贴直角边 Ac 是一块平面镜 一光线 SO 射到棱镜的 AB 面上 适当调整 SO 的方向 使从 AB 面的出射光线与 SO 重合 这种情况下仅需 要测出 就可以算出棱镜的折射率 写出计算折射率的表达式 n 11 待测电阻 Rx 的阻值约为 80 现要准确测定其电阻值 给出的器材有 100 电源 E 电动势 18V 内电阻未知 定值电阻 R2 200 滑动变阻器 R3 总阻值 20 滑动变阻器 R4 总阻值 200 电流表 A 量程 0 0 1A 内电阻未知 单刀双掷开关一个 导线若干 试设计一个能准确测量 Rx阻值的电路 在右边方框中画出电路 图 并在图上标明所选器材的符号 简要说明测量步骤 11 答 写出用测量的物理表示 Rx的表达式 新课标物理考试大纲要求学生分组实验主要知识点及误差来源分析新课标物理考试大纲要求学生分组实验主要知识点及误差来源分析 实 验 名 称需掌握 注意 的知识点误差来源 一 研究匀变速直线运 动 必修 1 打点计时器及使用 利用纸带求瞬时速度 逐差法求加速度 刻度尺测点距误差 测量误差 二 探究弹力和弹簧伸 长的关系 必修 1 弹簧原长测量 图象xF xF 的描绘 图象法处理数据 读数误差 作图误差 三 验证力的平行四边 形定则 必修 1 等效性 力的图示中大小 方向的确定 操作步骤 两分力不共面 读数误差 结点 O 及两分力确定不准确 作图误差 四 验证牛顿运动定律 必修 1 控制变量法及具体操作 纸带处理 平衡摩擦理由及操作 的理mg T 由 图象F a m a 1 质量 纸带点距测量误差 的系统误差 mg T 平衡摩擦不准 五 探究动能定理 鲁科版 实验原理 纸带求瞬时速度 平衡摩 擦理由及操作 的理由 数mg T 据处理 合外力做功与的关系 k E 质量 纸带点距测量误差 的系统误差 平衡摩擦 mg T 不准 g 的取值不准确 五 探究动能定理 人教版 必修 2 实验原理 W 的确定 纸带处理 平衡摩擦理由及操作 等效的思想 计算法 图象法处理数据 纸带点距测量误差 橡皮筋不一致 平衡摩擦不准 六 验证机械能守恒定 律 必修 2 实验原理 3 种方法 纸带的选取 及处理 列表法处理数据 纸带与限位孔摩擦 空气阻力 纸带点距测量误差 原因分析 增减 p E p E 12 七 测定金属的电阻率 同时练习使用螺旋测 微器 选修 3 1 螺旋测微器的使用 实验原理 电路 图 多次测量取平均值 列表法处理 数据 外接法 电 真测 R R 真测 流过大变化 直径 长度测 量误差 电表读数误差 八 描绘小电珠的伏安 特性曲线 选修 3 1 实验原理 电路图 伏安特性曲线的描绘 外接法电流表读数偏大 电表 读数误差 作图误差 九 测定电源的电动势 和内阻 选修 3 1 实验原理 4 种常见方法 电路图 4 种 U I 图线的描绘及坐标轴的处理 外接 一电阻箱一电压表 真测真测 rrEE 内接 一电阻箱一电流表 真测真测 rrEE 电表读数误差 作图误差 十 练习使用多用电表 选修 3 1 表盘读数区域及方法 欧姆表原理及 正确使用 二极管特性及判断方法 读数误差 十一 传感器的简单使 用 选修 3 2 热敏电阻 光敏电阻 光电读数器 力电传感器 十二 探究单摆的运动 用单摆测定重力加速度 含游标卡尺的使用 选修 3 4 控制变量法探究单摆的运动 实验原 理 摆长的测量 时间测量及周期的 确定 图象法处理数据 秒表的使用 多次测量取平均值 游标卡尺的使用 摆长 周期测量误差 空气浮 力影响 T 变大 g 变小 摆 球形成圆锥摆 g 偏大 十三 测定玻璃的折射 率 选修 3 4 实验原理 实验步骤 插针的方法 求折射率的方法 数据处理 插针不准 作图误差 入射角 选取不当 操作不当 十四 用双缝干涉测光 的波长 选修 3 4 仪器摆放顺序 共轴调节 条纹间距的测量 读数误差 观察误差 操作不 当 十五 验证动量守恒定 律 选修 3 5 光电门 挡光板测瞬时速度 实验原理 动量守恒列式 挡光板测出的不是瞬时速度 质量测量误差 挡光板宽度测