高中物理设计实验与故障分析

1、设计实验与故设计实验与故障分析障分析例：有一测量微小时间差的装置，是由两个摆长略有微小差例：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。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）现测得两单摆完成50次全振动的时间分别为次全振动的时间分别为50.0 s和和49.0 s，则两单摆的周期差为，则两单摆的周期差为 T_s。4、比较法：、比较法：T11sT20.98s T0.02s051001例：（例：（2）某同学利用此装置测量小于单摆周期的微小时间）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

2、作如下：把两摆球向右拉至相同的摆角处，先释放长差。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，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微小时间差，若测得释放两摆的时间差 t0.165 s，则在短摆释，则在短摆释放放_s（填时间）后，两摆恰好第一次同时向（填时间）后，两摆恰好第一次同时向_（填（填方向）通过方向）通过_（填位置）。（填位置）。4、比较法：、比较法：平衡位置平

3、衡位置n t/ T8.25向左向左t2nT28.25 0.98s8.085s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。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）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的改进是_。 4、比较法：、比较法： tn T减减小小减小两单摆的摆长差减小两单摆的摆长差010200123仪器精度高就要最小分格代表的值小仪器精度高就要最小分格代表的值小练习：利用秒表和米尺用滴

4、水法测定重力加速度，练习：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。结果尽可能精确，写出步骤和计算式。5、累积法：、累积法：6、利用电学量测力学量、热学量：、利用电学量测力学量、热学量：例例1：（：（1）试设计测风力的方法，）试设计测风力的方法，力学量力学量长度长度电学量电学量mgFT hxLUEx/LEh tan /LEhF/LmgFLmgU/EhV6、利用电学量测力学量：

5、、利用电学量测力学量：（2）试设计测汽车加速度的方法。）试设计测汽车加速度的方法。力学量力学量长度长度电学量电学量mgT xEhtan /LEhma/LmgaLgU/EhaUEx/LV6、利用电学量测力学量：、利用电学量测力学量：（2）试设计测汽车加速度的方法。）试设计测汽车加速度的方法。力学量力学量长度长度电学量电学量2kxmaa2kUL/mEUEx/LaVxkxkx双滑臂滑动变阻器：双滑臂滑动变阻器：加速度可正可负加速度可正可负下滑臂可用作调零下滑臂可用作调零dLh1h2LLh1h2abd 2.平抛穿纸屏。平抛穿纸屏。 3.穿转动纸筒。穿转动纸筒。 三利用物理习题的情景设计：三利用物理习题

6、的情景设计：测初速度的其它方法：测初速度的其它方法：1.测竖直上抛到落回的时间。测竖直上抛到落回的时间。R2 P/W R1 a P b R3 A V 6 R/ E K 例：某同学设计了如图（例：某同学设计了如图（a）所示电路研究电源输出功率变化）所示电路研究电源输出功率变化情况。电源情况。电源E电动势、内电阻恒定，电动势、内电阻恒定，R1为滑动变阻器，为滑动变阻器，R2、R3为为定值电阻，定值电阻，A、V为理想电表。为理想电表。（1）若滑动片）若滑动片P由由a滑至滑至b时时A示数一直变小，则示数一直变小，则R1和和R2必须必须满足的关系是满足的关系是_。R1R2如果如果R1R2R并并就先增大就

7、先增大后减小后减小R2 P/W R1 a P b R3 A V 6 R/ E K 例：某同学设计了如图（例：某同学设计了如图（a）所示电路研究电源输出功率变化）所示电路研究电源输出功率变化情况。电源情况。电源E电动势、内电阻恒定，电动势、内电阻恒定，R1为滑动变阻器，为滑动变阻器，R2、R3为为定值电阻，定值电阻，A、V为理想电表。为理想电表。（2）若）若R16 ，R212 ，电源内电阻，电源内电阻r6 ，当滑动片，当滑动片P由由a滑至滑至b时，电源时，电源E的输出功率的输出功率P随外电路总电阻随外电路总电阻R的变化关系如的变化关系如图（图（b）所示，则）所示，则R3的阻值应该选择（的阻值应该

8、选择（）（A）2 。 （B）4 。 （C）6 。（D）8 。 R并并max4 R并并min0 PR故障分析：故障分析：b R1 c R2 a 例例1：在图示电路的三根导线中，有一根是断的，电源、电：在图示电路的三根导线中，有一根是断的，电源、电阻器阻器R1、R2及另外两根导线都是好的，为了查出断导线，某学生及另外两根导线都是好的，为了查出断导线，某学生想先将万用表的红表笔连接在电源的正极想先将万用表的红表笔连接在电源的正极a，再将黑表笔分别连，再将黑表笔分别连接在电阻器接在电阻器R1的的b端和端和R2的的c端，并观察万用表指针示数，已知电端，并观察万用表指针示数，已知电源电动势为源电动势为6V

9、，内阻不计，内阻不计，R1为为10 ，R2为为5 ，则在下列选挡，则在下列选挡中，符合操作规程的是中，符合操作规程的是（A）直流）直流10V挡挡（B）直流）直流0.5A挡挡（C）直流）直流2.5V挡挡（D）欧姆挡）欧姆挡用欧姆挡要断开电路，一般不优先考虑。用欧姆挡要断开电路，一般不优先考虑。接接ab间如间如6V，则，则ab间断路间断路V例例1：在图示电路的三根导线中，有一根是断的，电源、电：在图示电路的三根导线中，有一根是断的，电源、电阻器阻器R1、R2及另外两根导线都是好的，为了查出断导线，某学生及另外两根导线都是好的，为了查出断导线，某学生想先将万用表的红表笔连接在电源的正极想先将万用表的

10、红表笔连接在电源的正极a，再将黑表笔分别连，再将黑表笔分别连接在电阻器接在电阻器R1的的b端和端和R2的的c端，并观察万用表指针示数，已知电端，并观察万用表指针示数，已知电源电动势为源电动势为6V，内阻不计，内阻不计，R1为为10 ，R2为为5 ，则在下列选挡，则在下列选挡中，符合操作规程的是中，符合操作规程的是（A）直流）直流10V挡挡（B）直流）直流0.5A挡挡（C）直流）直流2.5V挡挡（D）欧姆挡）欧姆挡用欧姆挡要断开电路，一般不优先考虑。用欧姆挡要断开电路，一般不优先考虑。接接ab间如间如6V，则，则ab间断路间断路接接ab间如间如0V，则，则ab间间不断路不断路Vb R1 c R2

11、 a 例例1：在图示电路的三根导线中，有一根是断的，电源、电：在图示电路的三根导线中，有一根是断的，电源、电阻器阻器R1、R2及另外两根导线都是好的，为了查出断导线，某学生及另外两根导线都是好的，为了查出断导线，某学生想先将万用表的红表笔连接在电源的正极想先将万用表的红表笔连接在电源的正极a，再将黑表笔分别连，再将黑表笔分别连接在电阻器接在电阻器R1的的b端和端和R2的的c端，并观察万用表指针示数，已知电端，并观察万用表指针示数，已知电源电动势为源电动势为6V，内阻不计，内阻不计，R1为为10 ，R2为为5 ，则在下列选挡，则在下列选挡中，符合操作规程的是中，符合操作规程的是（A）直流）直流1

12、0V挡挡（B）直流）直流0.5A挡挡（C）直流）直流2.5V挡挡（D）欧姆挡）欧姆挡用欧姆挡要断开电路，一般不优先考虑用欧姆挡要断开电路，一般不优先考虑I1.2 A接接ab间如间如6V，则，则ab间断路间断路接接ab间如间如0V，则，则ab间间不断路不断路b R1 c R2 a 例例3：如图所示是一个电热器电路。指示灯、电键、：如图所示是一个电热器电路。指示灯、电键、电热丝构成串联回路，接在电源上发现该电路有一个元电热丝构成串联回路，接在电源上发现该电路有一个元件断路、有一个元件短路，但不知道是哪个元件上有故件断路、有一个元件短路，但不知道是哪个元件上有故障，今用一个校验电灯分别依次接在各处进

13、行检测，得障，今用一个校验电灯分别依次接在各处进行检测，得到如下表所示的结果，请根据表格回答下列问题：到如下表所示的结果，请根据表格回答下列问题： （1）由前两次检测可以知道）由前两次检测可以知道_，（2）由第三次检测可以知道：）由第三次检测可以知道：_，（3）由以上检测可以知道：）由以上检测可以知道：_断路；断路；_短路。短路。校验次序校验次序123456校验接入点校验接入点afabcdefadcf发光情况发光情况正常正常发光发光不发不发光光发光发光不正常不正常不发不发光光发光发光不正常不正常正常正常发光发光电源电源正常正常灯短路灯短路或其他或其他断路断路cd断路断路 a b 电源 c d

14、f 电热丝 e 指示灯短路指示灯短路例例5：两实验小组使用相同规格的元件，按右图电路进行测：两实验小组使用相同规格的元件，按右图电路进行测量。他们将滑动变阻器的滑臂量。他们将滑动变阻器的滑臂P分别置于分别置于a、b、c、d、e五个间距五个间距相同的位置（相同的位置（a、e为滑动变阻器的两个端点），把相应的电流表为滑动变阻器的两个端点），把相应的电流表示数记录在表一、表二中。对比两组数据，发现电流表示数的变示数记录在表一、表二中。对比两组数据，发现电流表示数的变化趋势不同。经检查，发现其中一个实验组使用的滑动变阻器发化趋势不同。经检查，发现其中一个实验组使用的滑动变阻器发生断路。生断路。（1）滑

15、动变阻器发生断路的是第）滑动变阻器发生断路的是第_实验组；断路发实验组；断路发生在滑动变阻器的生在滑动变阻器的_段。段。e R P d A c b a 表一（第一实验组） P 的位置 a b c d e A 的示数(A) 0.84 0.48 0.42 0.48 0.84 表二（第二实验组） P 的位置 a b c d X e A的示数(A) 0.84 0.42 0.28 0.21 0.84 二二R先增大后减小先增大后减小e R P d A c b a 表一（第一实验组） P 的位置 a b c d e A 的示数(A) 0.84 0.48 0.42 0.48 0.84 表二（第二实验组） P

16、的位置 a b c d X e A的示数(A) 0.84 0.42 0.28 0.21 0.84 例例5：两实验小组使用相同规格的元件，按右图电路进行测：两实验小组使用相同规格的元件，按右图电路进行测量。他们将滑动变阻器的滑臂量。他们将滑动变阻器的滑臂P分别置于分别置于a、b、c、d、e五个间距五个间距相同的位置（相同的位置（a、e为滑动变阻器的两个端点），把相应的电流表为滑动变阻器的两个端点），把相应的电流表示数记录在表一、表二中。对比两组数据，发现电流表示数的变示数记录在表一、表二中。对比两组数据，发现电流表示数的变化趋势不同。经检查，发现其中一个实验组使用的滑动变阻器发化趋势不同。经检查

17、，发现其中一个实验组使用的滑动变阻器发生断路。生断路。（1）滑动变阻器发生断路的是第）滑动变阻器发生断路的是第_实验组；断路发实验组；断路发生在滑动变阻器的生在滑动变阻器的_段。段。二二R先增大后减小先增大后减小e R P d A c b a 表一（第一实验组） P 的位置 a b c d e A 的示数(A) 0.84 0.48 0.42 0.48 0.84 表二（第二实验组） P 的位置 a b c d X e A的示数(A) 0.84 0.42 0.28 0.21 0.84 例例5：两实验小组使用相同规格的元件，按右图电路进行测：两实验小组使用相同规格的元件，按右图电路进行测量。他们将滑

18、动变阻器的滑臂量。他们将滑动变阻器的滑臂P分别置于分别置于a、b、c、d、e五个间距五个间距相同的位置（相同的位置（a、e为滑动变阻器的两个端点），把相应的电流表为滑动变阻器的两个端点），把相应的电流表示数记录在表一、表二中。对比两组数据，发现电流表示数的变示数记录在表一、表二中。对比两组数据，发现电流表示数的变化趋势不同。经检查，发现其中一个实验组使用的滑动变阻器发化趋势不同。经检查，发现其中一个实验组使用的滑动变阻器发生断路。生断路。（1）滑动变阻器发生断路的是第）滑动变阻器发生断路的是第_实验组；断路发实验组；断路发生在滑动变阻器的生在滑动变阻器的_段。段。二二deR先增大后减小先增大后

19、减小表一（第一实验组） P 的位置 a b c d e A 的示数(A) 0.84 0.48 0.42 0.48 0.84 表二（第二实验组） P 的位置 a b c d X e A的示数(A) 0.84 0.42 0.28 0.21 0.84 例例5：（：（2）表二中，对应滑臂）表二中，对应滑臂P在在X（d、e之间的某一点）之间的某一点）处的电流表示数的可能值为：（处的电流表示数的可能值为：（）（A）0.15A，（，（B）0.25A，（，（C）0.35A，（，（D）0.45A。设变阻器每小段的电阻为设变阻器每小段的电阻为r,其余总电阻为其余总电阻为R由表二由表二a点得点得E0.84R由表二由

20、表二b点得点得E0.42(Rr)滑臂滑到滑臂滑到d处时电流最大，处时电流最大，由表二可得：由表二可得：Imax0.21A，解出解出rR，X在断口下方，则研究在下段滑动的过程：在断口下方，则研究在下段滑动的过程：e R P d A c b a e R P d A c b a 表一（第一实验组） P 的位置 a b c d e A 的示数(A) 0.84 0.48 0.42 0.48 0.84 表二（第二实验组） P 的位置 a b c d X e A的示数(A) 0.84 0.42 0.28 0.21 0.84 所以电流可能值在所以电流可能值在0.168A0.21A之间；之间；若断在若断在e处，

21、滑臂将到处，滑臂将到e处时电流最小，处时电流最小，由由EImin(R4r)可得：可得：Imin0.168A，X在断口上方，则研究在上段滑动过程：在断口上方，则研究在上段滑动过程：例例5：（：（2）表二中，对应滑臂）表二中，对应滑臂P在在X（d、e之间的某一点）之间的某一点）处的电流表示数的可能值为：（处的电流表示数的可能值为：（）（A）0.15A，（，（B）0.25A，（，（C）0.35A，（，（D）0.45A。e R P d A c b a 表一（第一实验组） P 的位置 a b c d e A 的示数(A) 0.84 0.48 0.42 0.48 0.84 表二（第二实验组） P 的位置 a b c d X e A的示数(A) 0.84 0.42 0.28 0.21 0.84 例例5：（：（2）表二中，对应滑臂）表二中，对应滑臂P在在X（d、e之间的某一点）之间的某一点）处的电流表示数的可能值为：（处的电流表示数的可能值为：（）（A）0.15A，（，（B）0.25A，（，（C）0.35A，（，（D）0.45A。滑臂在滑臂在e处时电流最大，为处时电流最大，为0.84A，若断在若断在d处，滑臂接近处，滑臂接近d处