徐志长物理实验复习中的几个问题

物理实验复习中的几个问题,慈溪中学徐志长,一、要理解和掌握考试说明中规定的每一个实验的目的、原理、器材、步骤、数据记录和处理。,例一：研究匀变速直线运动,1.实验思想、方法和原理本实验的目的是探究小车速度随时间变化的规律，装置如图所示。原理如下：测量小车速度用打点计时器，通过对纸带的分析、计算得到各个时刻的瞬时速度；根据实验数据描绘小车运动的vt图象；根据图线形状直接分析或写出图线的函数关系式，从而探究出小车速度随时间变化的规律。,2.判断小车的运动是否为匀变速运动,根据x=aT2判断，即连续相等的时间内相邻之间的位移之差是一个常数,3.在纸带处理中如何求某计数点的瞬时速度,用“平均速度法”求速度，即：,4.小车运动的加速度：,方法一：逐差法,方法二：图像法即由“平均速度法”求出多个点的速度，画出vt图，直线的斜率即加速度,5.要会选择实验器材（特别是电学实验）,例一.1：2011浙江(改动)在“研究匀变速直线运动实验时，已提供了小车，一端附有定滑轮的长木板、纸带、带小盘的细线、刻度尺、导线。为了完成实验，还须从下图中选取实验器材，其名称是（漏选或全选得零分）；并分别写出所选器材的作用。,答案：学生电源、电磁打点计时器、砝码。或电火花计时器、砝码。略,例一.2：某学生用打点计时器研究小车的匀变速直线运动他将打点计时器接到频率为50Hz的交流电源上，实验时得到一条纸带，如图所示他在纸带上便于测量的地方选取第一个计时点，在这点下标明A，第六个点下标明B，第十一个点下标明C，第十六个点下标明D，第二十一个点下标明E测量时发现B点已模糊不清，于是他测得AC长为14.56cm，CD长为11.15cm，DE长为13.73cm，则打C点时小车的瞬时速度大小为m/s，小车运动的加速度大小为_m/s2，AB的距离应为cm（保留三位有效数字）,6.要灵活处理特殊纸带问题,解析：打C点时小车的瞬时速度为:,小车的加速度为：,由BC-AB=AC-2AB=aT2可得:,例一.3：（10重庆卷）某同学用打点计时器测量做匀加速直线运动的物体的加速度，电源频率f=50Hz在线带上打出的点中，选出零点，每隔4个点取1个计数点，因保存不当，纸带被污染，如图所示，A、B、C、D是依次排列的4个计数点，仅能读出其中3个计数点到零点的距离：sA=16.6mmsB=126.5mmsD=624.5mm,若无法再做实验，可由以上信息推知：相邻两计数点的时间间隔为_s打C点时物体的速度大小为_m/s(取2位有效数字)物体的加速度大小为（用sA、sB、sD和f表示）,解析：打点计时器打出的纸带每隔4个点选择一个计数点，则相邻两计数点的时间间隔为T=0.1s。,C点时物体的速度大小:根据间的平均速度等于点的速度得:,匀加速运动的位移特征是相邻的相等时间间隔内的位移以aT2均匀增大，有:BC=AB+aT2CD=BC+aT2=AB+2aT2；BD=2AB+3aT2,所以:,二、要认真做好每一个实验，要动手更要动脑，要体味每一个实验的细节，要理解和掌握实验操作中的注意事项,注意事项：（1）要选定一个合适的标度（用力的图示法画出F1、F2和F的图示。用虚线把合力的箭头端分别与两个分力的箭头端连接，观察这个力的示意图，你可能会得到探究求合力的方法）。（2）在同一次实验中，橡皮筋伸长的结点位置要相同。（3）两拉力F1和F2夹角不宜过小，作力的图示，标度要一致（4）拉弹簧秤时，秤的轴线与细线要在同一直线上,例二：探究求合力的方法,例二.1：在“探究求合力的方法”的实验中，下列说法正确的是（）A用三个已校好的弹簧测力计才能完成此实验B用两个校好的弹簧测力计就可以完成此实验C用一个校好的弹簧测力计也能完成此实验D实验中弹簧测力计的外壳与纸面间的摩擦将会影响实验的结果,BC,例二.2：右图是一个同学某次实验用两弹簧秤通过细线Oa、Ob拉橡皮条OO的情况，其中错误或不妥当之处有（至少写两条）：。,O,a,b,O,橡皮条,细线,参考答案：细线Oa太短；两细线夹角太小；弹簧秤的轴线没有与细线在同一条直线上。,下面的照片是“用双缝干涉测定光的波长”实验装置，其中的金属拨杆在实验中的作用是：。,使单缝与双缝相互平行,例三：用双缝干涉测定光的波长,（2）本实验的步骤有：取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮；按合理顺序在光具座上放置各光学元件，并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上；用米尺测量双缝到屏的距离；用测量头（其读数方法与螺旋测微器相同）测量数条亮纹的间距。在操作步骤时还应注意_和_。,单缝和双缝间距510cm,使单缝与双缝相互平行,（3）在实验中，若经粗调后透过测量头上的目镜观察，看不到明暗相间的条纹，只看到一片亮区，造成这种情况的最可能原因是。,单缝与双缝不平行,例四：测电源的电动势与内电阻,注意事项：1为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻宜大些，可选用已使用过一段时间的1号干电池。2干电池在大电流放电时，电动势E会明显下降，内阻r会明显增大，故长时间放电不宜超过0.3A，短时间放电不宜超过0.5A。因此，实验中不要将I调得过大，读电表要快，每次读完立即断电。3要测出不少于6组I、U数据，且变化范围要大些，用方程组求解时，要将测出的I、U数据中，第1和第4为一组，第2和第5为一组，第3和第6为一组，分别解出E、r值再平均。,4在画U-I图线时，要使较多的点落在这条直线上或使各点均匀分布在直线的两侧。个别偏离直线太远的点可舍去不予考虑。这样，就可使偶然误差得到部分的抵消，从而提高精确度。5干电池内阻较小时路端电压U的变化也较小，即不会比电动势小很多，这时，在画U-I图线时，纵轴的刻度可以不从零开始，而是根据测得的数据从某一恰当值开始（横坐标I必须从零开始）。但这时图线和横轴的交点不再是短路电流。不过直线斜率的绝对值照样还是电源的内阻,这时要特别注意计算斜率时纵轴的刻度不从零开始。,例四.1：甲同学采用如图甲所示的电路测定电源的电动势和内电阻。提供的器材：电压表（03V）、电流表（00.6A）及滑动变阻器R、电键S、导线。实验电路如图甲所示。,（1）连好电路后，当该同学闭合电键S，发现电流表示数为0，电压表示数不为0。检查各接线柱均未接错，接触良好，且电路未发生短路；他用多用电表的电压档检查电路，把两表笔分别接bc和、de时，示数均为0，把两表笔接cd时，示数与电压表示数相同，由此可推断故障是：_。,答案：（1）滑动变阻器R断路,（2）排除故障后，该同学顺利完成实验数据的测量，如下表所示。并根据数据在空白的坐标纸上，作出乙图所示的UI图线，该图存在多处不妥之处，请指出。（指出两处不妥之处）。,（2）答案：U轴坐标起点选取不当；U、I轴没有标记用何单位；没有把不在直线上的点均匀分布直线两侧。,（3）为了在实验中保护电流表和调节电阻时电压表、电流表的示数变化均明显，乙同学对甲同学的实验进行改进，设计了如图丙所示的电路，丙电路中电阻R0应该选取下列备选电阻的哪一个?答（）A1B5C10D20（4）若乙同学用图丙的实验电路进行实验，只测得两组数据为I1、U1，I2、U2。则该电源内电阻r=。,（3）答案：B,（4）答案：,（5）按电路图给以下实验器材连线,例五.1：（09浙江高考）（1）在“探究单摆周期与摆长的关系”实验中，两位同学用游标卡尺测量小球的直径如图甲、乙所示。测量方法正确的是_（选填“甲”或“乙”）。,乙,例五：浙江高考实验题,例五.2（09浙江高考）（2）某同学从标称为“220V25W”、“220V300W”、“220V500W”的3只灯泡中任选一只，正确使用多用电表测量灯泡阻值如图乙所示。该灯泡的阻值是，标称的额定功率为。,160,欧姆表读数160。标称为、“220V300W”的灯泡经计算其电阻为161。陷阱设置之巧妙，使大量考生受骗上当！,25W,例五.3（2011年浙江理综第16题）如图所示，在铁芯上、下分别绕有匝数n1=800和n2=200的两个线圈，上线圈两端与u=51sin314tV的交流电源相连，将下线圈两端接交流电压表，则交流电压表的读数可能是：A2.0VB9.0VC12.7VD144.0V,三、高考实验试题是源于课本实验又高于课本实验，所以要在善于理解和掌握课本实验的基础上进行适当的变化和提高。例如用不同的原理或不同的器材来做同一个实验。,例六：探究加速度与力、质量的关系,实验装置：,注意（1）平衡摩擦力（2）砝码与砝码盘的总质量要远小于小车的总质量（3）研究a与F的关系式要控制小车的质量不变研究a与m的关系时要控制拉力不变,例六.1：用其他器材探究加速度与力、质量的关系,操作简单直观，但需要对比实验，由于控制上等原因，误差也较大。实验装置图所示。,或,例六.2：测量小车在运动过程中所受的合外力是“探加速度与力、质量关系”实验要解决的一个重要问题。为此，某同学设计了如下实验方案：长木板滑块纸带打点计时器垫块钩码实验台细线A实验装置如图所示，一端系在滑块上的细绳通过转轴光滑的轻质滑轮挂上钩码，用垫块将长木板固定有定滑轮的一端垫起。调整长木板的倾角，直至轻推滑块后，滑块沿长木板向下做匀速直线运动；,B保持长木板的倾角不变，取下细绳和钩码，让滑块沿长木板向下做匀加速直线运动。请回答下列问题：滑块做匀速直线运动时，打点计时器在纸带上所打出点的分布应该是：；滑块在匀加速下滑过程中所受的合外力大小钩码的重力大小（选填“大于”、“等于”或“小于”）；,相邻两计数点的距离相等,等于,思考：1.这个实验步骤如何2.评析一下这个实验的优缺点,例六.3：用同一器材做不同实验,在追寻科学家研究足迹的过程中，某同学为探究恒力做功和物体动能变化间的关系，采用了如图所示的“探究物体加速度与物体质量、受力之间关系”的实验装置（1）实验时，该同学想用钩码的重力表示滑块受到的合力，为了减小这种做法带来的实验误差，你认为在实验中应该采取的两项措施是，；,钩码的总质量远小于滑块的质量,平衡摩擦力,（2）该小组同学实验时先正确平衡摩擦力，并满足钩码的质量远小于小车的质量，改变钩码的个数，确定小车加速度与受到的拉力F的关系，下列图象中能表示该同学实验结果的是。,A,（3）如图所示是实验中得到的一条纸带，其中A、B、C、D、E、F是连续的六个计数点，相邻计数点间的时间间隔为T，相邻计数点间距离已在图中标出，测出滑块的质量为M，钩码的总质量为m.从打B点到打E点的过程中，为达到实验目的，该同学应该寻找_和_之间的数值关系（用题中和图中的物理量符号表示）,答案：,mg(x2x3x4),四、近年来高考实验试题多了使用新的实验器材（如传感器、光电门等）和用数表处理实验数据方面的内容。,注意事项,例七：探究功与速度变化的关系,方案一：由橡皮筋提供牵引力,（1）平衡摩擦力（2）每次小车释放必须在同一位置（3）打点计时器打出的纸带上相邻各点的间距并不均匀，应选间距均匀的那一段纸带来计算小车的速度，因为这一段是橡皮筋对小车做功完毕时的情形。（4）本实验并不需要测量橡皮筋做的功到底是多少焦耳，只是测出以后各次实验橡皮筋做的功是第一次实验时的多少倍，这样做可以大大简化操作（尽量选用相同的橡皮筋）。,注意事项,例七：探究功与速度变化的关系,（3）纸带处理：,（2）钩码的质量要远小于小车的质量,（4）数据处理：作出W-v利用数表软件进行数据处理,方案二：由重物提供牵引力,（1）平衡摩擦力,例七.1：某学校物理兴趣小组，利用光控实验板进行了“探究自由落体的下落高度与速度之间的关系”的实验，光控实验板上有带刻度的竖直板、小球、光控门和配套的速度显示器，速度显示器能显示出小球通过光控门的速度现通过测出小球经过光控门时每次的速度来进行探究另配有器材：多功能电源、连接导线、重垂线、铁架台等,实验步骤如下：（1）如图甲所示，将光控板竖直固定，连好电路（2）在光控实验板的合适位置A处固定好小球及光控门B，并测出两者距离h1（3）接通光控电源，使小球从A处由静止释放，读出小球通过B时的速度值vB1（4）其它条件不变，调节光控门B的位置，测出h2、h3，读出对应的vB2、vB3（5）将数据记录在Excel软件工作薄中，利用Excel软件处理数据，如图乙所示，小组探究，得出结论,在数据分析过程中，小组同学先得出了vB-h图象，如图丙所示：。,丙,继而又得出vB2-h图象，如图丁所示：,丁,请根据图像回答下列问题：（1）该同学在得出vB-h图像后，为什么还要作出vB2-h图象？（2）若小球下落过程机械能守恒，根据实验操作及数据处理，你能否得出重力加速度g，如果能，请简述方法,答案：（1）先作出的vB-h图象，不是一条直线，根据形状无法判断vB、h关系。进而考虑vB2-h图象，从而找出vB2、h之间的线性关系（2）能。根据图丁图象的斜率可以求出g=k/2,例七.2：如图（a）所示的装置可以验证变力做功情况下的动能定理：在一辆小车上安装两挡光片a、b和位移传感器的发射端，光电门传感器、位移传感器的接收端、力传感器安装在水平放置的固定光滑轨道上，将两块磁铁分别安装于力传感器的受力端和小车上对应的位置，且同性磁极相对。让小车向力传感器方向运动，当挡光片a经过光电门传感器时，计算机记录下此时小车的速度v0，同时触发力传感器以及位移传感器工作，当挡光片b经过光电门时，计算机再次记录下此时小车的速度vt，同时力传感器和位移传感器停止工作，便可得到这一过程的小车所受的磁力和位移的F-s图像，如图（b）所示。,（1）若小车的质量为m，请写出计算小车动能的增量Ek的表达式：_。（用已知量和测量量表示）（2）小车在这一过程做加速度_、速度_的运动。（选填“变大”、“不变”或“变小”）,变大,变小,（3）计算机通过F-s图线可以算出磁力在这一过程中所做的功。请根据学过的知识写出根据F-s图线估算磁力在这一过程所做功大小的方法：_。,答案：估算图线下方的面积，其大小即为磁力在这一过程所做功大小,五、设计性实验。设计性实验历来是实验的难点。对设实验的设计，要以安全、精确、操作方便为原则。要仔细领会和掌握设计的思路和方法。,设计性实验的教学一定要暴露和体现设计的过程与方法！,电路设计过程中的过程与方法,一般设计性实验的设计思路：,实验目的,例8.1：现要求用下列所提供的器材测量一节干电池的电动势E.干电池（电动势约为1.5V，内阻未知）电流表（量程10mA，内阻为3040）阻值为100和150的定值电阻各一个开关S1、S2导线若干,（1）根据所给器材，要求测量尽可能精确，请设计一个测量一节干电池电动势的电路。,解析：思路：由于只有一个电流表和两个定值电阻，所以可以考虑用电流表、电阻箱（两个定值电阻相当于电阻箱的两次读数）测电源的电动势。,测量电源电动势的三种基本测量方法：,过程与方法,根据分析的思路，我们可以设计出如下两个电路：,进一步分析：两个电路原理图中，哪一个电路合理？,看看已知的物理量进行估算干电池（电动势约为1.5V，内阻未知）电流表（量程10mA，内阻为3040）阻值为100和150的定值电阻各一个,甲电路合理！,（2）在所选择的电路原理图中，R1应选择阻值为的定值电阻.,150,（3）在该实验中需要测出那些物理量？,闭合开关S1、S2时，电流表的读数I1；闭合开关S1、断开S2时，电流表的读数I2,（4）写出用已知量和测得量表示的待测干电池的电动势表达式。,闭合开关S1、S2时，电流表的读数I1：,闭合开关S1、断开S2时，电流表的读数I2：,可得：,电学设计性实验中应注意的几个问题：,1.电流表内外接的判断2.变阻器分压