高考物理实验总复习讲义含答案.docx
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高考物理实验总复习讲义含答案
2013高考物理实验总复习讲义
【基础知识巩固】
一、误差和有效数字
1.误差
测量值与真实值的差异叫做误差。
误差可分为系统误差和偶然误差两种。
⑴系统误差的特点是在多次重复同一实验时，误差总是同样地偏大或偏小。
⑵偶然误差总是有时偏大，有时偏小，并且偏大和偏小的机会相同。
减小偶然误差的方法，可以多进行几次测量，求出几次测量的数值的平均值。
这个平均值比某一次测得的数值更接近于真实值。
2.有效数字
带有一位不可靠数字的近似数字，叫做有效数字。
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。
二、基本测量仪器及读数
高考要求会正确使用的仪器主要有：
刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器、打点计时器、弹簧秤、电流表、电压表、多用电表、滑动变阻器、电阻箱等等。
1.刻度尺、弹簧秤、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。
例如
⑴读出上左图中被测物体的长度。
⑵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？
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。
⑴6.50cm。
⑵1.14V。
15V量程时最小刻度为0.5V，只读到0.1V这一位，应为5.7V。
2.游标卡尺
⑴10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。
⑵20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。
⑶50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。
3.螺旋测微器
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。
4.打点计时器
打点计时器是一种特殊的计时仪器，电源用50Hz的交流电，所以打相邻两个点的时间间隔是0.02s。
5.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：
⑴选挡。
一般比被测电阻的估计值低一个数量级，如估计值为200Ω就应该选×10的倍率。
⑵欧姆调零。
⑶将红黑表笔接被测电阻两端进行测量。
⑷将指针示数乘以倍率，得测量值。
⑸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。
6.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84580.2Ω。
一、基本仪器的读数问题练习
1．游标卡尺
（1）某实验中需要测量一根钢丝的直径（约0.5mm）．为了得到尽可能精确的测量数据，应从实验室提供的米尺、螺旋测微器和游标卡尺（游标尺上有10个等分刻度）中，选择___________进行测量．
（2）用游标卡尺（游标尺上有50个等分刻度）测定某工件的宽度时，示数如图1所示，此工件的宽度为___________mm。
1．游标卡尺1、
（1）螺旋测微器
（2）23.14
2．螺旋测微器
（1）.图2中给出的是用螺旋测微器测量一小钢球的直径时的示数,此读数应是 毫米.
（2）在测定金属丝的直径时，螺旋测微器的读数如图3所示。
可知该金属丝的直径d＝______×10-3米。
（4）．用螺旋测微器（千分尺）测小球直径时，示数如图4所示，这时读出的数值是，单位是。
2．螺旋测微器1、8.6002、0.9003、8.476mm
3．秒表
某同学在做"利用单摆测重力加速度"实验中,先测得摆线长为97.50厘米,摆球直径为2.0厘米,然后用秒表记录了单摆振动50次所用的时间（如图5）,则:
①该摆摆长为 厘米,秒表所示读数为 秒.
3．秒表①98.50；99.9；4．多用电表、电阻箱、电表
图6
（1）用已调零且选择旋钮指向欧姆挡“×10”位置的多用电表测某电阻阻值，根据题图6所示的表盘，被测电阻阻值为_______Ω。
若将该表选择旋钮置于1mA挡测电流，表盘仍如图6所示，则被测电流为mA。
图7电阻箱连入电路中的电阻为__________
图8用0～0.6A挡，此电表的示数为______A图9用0～15v挡，此电表的示数为______v
4．多用电表、电阻箱、电表2200.4010472Ω0.36A9.5V-10V
第一模块力学实验基础
（一）研究匀变速直线运动
1.实验要点
（1）电磁打点计时器和电火花计时器都是使用交流电源的计时仪器，电磁打点计时器的工作电压是4-6V，电火花计时器的工作电压是220V．当电源频率是50Hz时，每隔0.02s打一次点．使用电火花计时器时纸带受到的摩擦力比使用电磁打点计时器时小一些．
（2）利用纸带判断物体运动状态的方法：
设纸带上连续相等时间T内的位移分别为s1、s2、s3、s4…sn－1、sn、sn＋1，如果纸带上相邻计数点点间的位移差Δs＝sn＋1－sn为0，则物体做匀速直线运动；若Δs＝sn＋1－sn为非零定值，则物体做匀变速直线运动．
（3）利用纸带求瞬时速度的方法：
打点B时的瞬时速度等于A到C点过程的平均速度，
vB＝
.
（4）利用纸带求加速度的方法：
用任意两段相邻计数点间的位移差Δs＝aT2求加速度．
（5）打点计时器纸带的计数点取点原则
从打下的纸带中选取点迹清晰的纸带，舍掉开始比较密集的点迹，从便于测量的位置取一个开始点A，然后每5个点（或者说每隔4个点）取一个计数点，分别记为B、C、D、E、F….这样每两个计数点之间的时间间隔为T＝0.1s，计算比较方便．
（6）从纸带上读取长度的方法
读取长度利用毫米刻度尺测出各点到A点的距离，算出相邻计数点间的距离s1、s2、s3、s4、s5、s6….由于毫米刻度尺的最小刻度是mm，读数时必须估读到0.1mm位．
2.利用纸带求加速度的三种方法比较
（1）根据Δs＝s2－s1＝s3－s2＝…＝aT2（T为相邻两计数点间的时间间隔），求出a＝
，然后求平均值．
如图：
a=
=
，则最终对结果有影响的数据只有s1和s6，而s2、s3、s4、s5对结果没有影响，可能产生较大误差，为了避免这种误差，使得s2、s3、s4、s5也能参与计算，我们一般用下面的逐差法
（2）用逐差法求加速度：
一般取6段（偶数段）位移，根据s4－s1＝s5－s2＝s6－s3＝3aT2，分别求出a1＝
、a2＝
、a3＝
，再取它们的平均值a＝
作为物体运动的加速度的测量值，如果各个数据较准确，则a＝
（3）用v－t图象法：
根据匀变速直线运动某段时间中点的瞬时速度等于这段时间的平均速度vn＝
，求出打各点时纸带的瞬时速度，
然后作出v－t图象如图所示，则图线的斜率就是物体运动的加速度a＝
.
例1、实验装置如图21甲所示；一木块放在水平长木板上，左侧拴有一细软线，跨过固定在木板边缘的滑轮与一重物相连，木块右侧与打点计时器的纸带相连，在重物牵引下，木块在木板上向左运动，重物落地后，木块继续向左做匀减速运动，图21乙给出了重物落地后，打点计时器在纸带上打出的一些点，试根据给出的数据，求木块与木板间的摩擦因数μ。
要求写出主要的运算过程，结果保留2位有效数字。
（打点计时器所用交流电频率为50Hz，不计纸带与木块间的拉力。
取重力加速度g＝10m/s2）
1、研究匀变速直线运动1、由给出的数据可知，重物落地后，木块在连续相等的时间T内的位移分别是：
以
表示加速度，根据匀变速直线运动的规律，有
重物落地后木块只受摩擦力的作用，以
表示木块的质量，根据牛顿定律，有
例2、如图22所示，某同学在做“研究匀变速直线运动”实验中，由打点计时器得到表示小车运动过程的一条清晰纸带，纸带上两相邻计数点的时间间隔为T=0．10s，其中S1=7．05cm．S2=7．68cm．S3=8．33cm．S4=8．95cm．S5=9．61cm．S6=10．26cm，则A点处瞬时速度的大小是_______m/s，小车运动的加速度计算表达式为：
___________________________，加速度的大小是：
_______m/s2（计算结果保留两位有效数字）。
2、研究匀变速直线运动2、0.86；（S4+S5+S6–S1–S2–S3）/9T2；0.64
（二）探究弹力和弹簧伸长的关系
1．实验要点：
弹簧的形变量与受到的外力有关，当弹簧形变稳定时，弹簧产生的弹力与使它发生形变的拉力大小相等，用悬挂法测量弹簧的弹力时，弹簧的弹力与挂在弹簧下面的砝码的重力大小相等．
2．实验步骤
（1）将弹簧的一端挂在铁架台上，让其自然下垂，用刻度尺测出弹簧自然伸长状态时的长度L0，这就是弹簧的
原长．
（2）如图所示，将已知重力的钩码挂在弹簧的下端，在平衡时测量弹簧伸长后的总长度L,并记录钩码的重力．
（3）改变所挂钩码的重力，重复前面的实验过程多次．
（4）用描点法作图，得出弹力F随弹簧的伸长量x变化的图线．
（5）以弹簧的伸长量x为自变量，写出曲线对应的函数关系，即弹力和弹簧伸长量之间的定量关系．
例1、某同学在做探索弹力和弹簧伸长的关系的实验中,组成了如图1-7-9的装置．所用的钩码每只的质量都是30g,他先测出不挂钩码时弹簧的自然长度,再将5个钩码逐个挂在弹簧的下端,每次都测出相应的弹簧总长度,将数据填在了下面的表中.（弹力始终未超过弹性限度,取g=9.8m/s2）
砝码质量（g）
0
30
60
90
120
150
弹簧总长（cm）
6.00
7.15
8.34
9.48
10.64
11.79
弹力大小（N）
⑴试根据这些实验数据在右边给定的坐标纸上作出弹簧所受弹力大小跟弹簧总长之间的函数关系的图线．说明图线跟坐标轴交点的物理意义．
⑵上一问所得图线的物理意义是什么?
该弹簧的劲系数k是多大?
1、参考答案1、
（1）图线跟坐标轴的交点，是弹簧压缩1cm时的弹力
（2）从图线说明弹力大小跟形变成正比。
弹簧的劲度系数为25.4牛/米。
（三）验证力的平行四边形定则
1．实验原理：
等效替代．
2．实验步骤
（1）用图钉把白纸钉在水平桌面的方木板上；
（2）用图钉把橡皮条的一端固定在A点，橡皮条的另一端拴上两个细绳套；
（3）用两只弹簧秤分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长到某一位置O，如图所示，记录两弹簧秤的读数，用铅笔描下O点的位置及此时两细绳套的方向．
（4）用铅笔和刻度尺从结点O沿两条细绳方向画直线，按选定的标度作出这两只弹簧秤的读数F1和F2的图示，作出平行四边形，过点画平行四边形的对角线，此对角线即为合力F的图示．
（5）只用一只弹簧秤通过细绳套把橡皮条的结点拉到同样的位置O，记下弹簧秤的读数和细绳的方向，用刻度尺从O点按同样的标度沿记录的方向作出这只弹簧秤的拉力F′的图示．
（6）比较力F′与平行四边形定则求出的合力F在大小和方向上是否相同．
（7）改变两个力F1与F2的大小和夹角，再重复实验两次．
3．实验要点
（1）在同一次实验中，橡皮条拉长时，结点O的位置一定要相同．
（2）细绳套应适当长一些，便于确定力的方向．不要直接沿细绳套的方向画直线，应在细绳末端用铅笔画一个点，取掉细绳套后，再将所标的点与O点连直线确定力的方向．
（3）在同一次实验中，画力的图示所选定的标度要相同，并且要恰当选取标度，使所作力的图示稍大一些．
例1、将橡皮条的一端固定在A点，另一端拴上两根细绳，每根细绳分别连着一个量程为5N，最小刻度是0.1N的弹簧测力计，沿着两个不同的方向拉弹簧测力计，当橡皮条的另一端拉到O点时，两根弹簧互相垂直，如图所示，这时弹簧测力计的读数可以从图中读出。
（1）由图可以读出互相垂直的两个拉力的大小F1=__________N和F2=__________N.（只需读到0.1N）（每空1分）
（2）在本题所给的方格纸上按力的图示画出这两个力及用平行四边形定则求出它们的合力.（4分）
（1）4.0N2.5N
（2）0.5N
（四）验证牛顿运动定律
1.实验原理：
用控制变量法探究加速度a与力F、质量M的关系；
本实验利用沙及小桶通过细线牵引小车做加速运动，研究小车加速度a与力F、质量M的关系．实验时采用控制变量法，共分两步研究：
第一步保持小车的质量不变，改变m的大小，测出相应的a，验证a与F的关系；第二步保持m不变，改变M的大小，测出小车运动的加速度a，验证a与M的关系．
2.实验要点
（1）在本实验中，必须平衡摩擦力，在平衡摩擦力时，不能把重物系在小车上，即不要给小车加任何牵引力，并要让小车拖着打点的纸带运动．
（2）安装器材时，要调整滑轮的高度，使拴小车的细绳与斜面平行，且连接小车和砝码盘应在平衡摩擦力之后．
（3）改变拉力的大小时，应满足砝码盘和盘内砝码的总质量远小于小车和车上砝码的总质量．一般来说，砝码盘和盘内砝码的总质量不超过小车和车上砝码总质量的10%.只有当M≫m时，才可近似认为小车所受的拉力T等于mg，所以本实验存在系统误差．
（4）每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，再释放小车。
3.数据处理
（1）先在纸带上标明计数点，测量各计数点间的距离，根据公式a＝
计算加速度．
（2）需要记录各组对应的加速度a与小车所受牵引力F，然后建立直角坐标系，用纵坐标表示加速度a，横坐标表示作用力F，描点画a－F图象，如果图线是一条过原点的直线，便证明加速度与作用力成正比．再记录各组对应的加速度a与小车和砝码总质量M，然后建立直角坐标系，用纵坐标表示加速度a，横坐标表示总质量的倒数
，描点画a－
图象，如果图线是一条过原点的直线，就证明了加速度与质量成反比．
a与
是正比关系，a－
图象是直线，a与M是反比关系，a－M图象是曲线，在研究a、M两个量的关系时，直线更易确定两者之间的关系，故本实验作a－
图象．
例1、某同学设计了一个探究加速度与物体所受合外力F及质量M的关系实验。
图12为实验装置简图，A为小车，B为打点计时器，C为装有砂的砂桶（总质量为m），D为一端带有定滑轮的长木板。
若保持砂和砂桶质量m不变，改变小车质量M，分别得到小车加速度a与质量M及对应的
数据如表1所示。
表1
次数
1
2
3
4
5
小车加速度a/（m•s-2）
1.98
1.48
1.00
0.67
0.50
小车质量M/kg
0.25
0.33
0.50
0.75
1.00
质量倒数
/kg-1
4.00
3.00
2.00
1.33
1.00
根据表1数据，为直观反映F不变时a与M的关系，请在图13所示的方格坐标纸中选择恰当的物理量建立坐标系，并作出图线。
从图线中得到F不变时，小车加速度a与质量M之间存在的关系是。
某同学在探究a与F的关系时，把砂和砂桶的总重力当作小车的合外力F，作出a－F图线如图14所示，试分析图线不过原点的原因是，图线上部弯曲的原因是。
在这个实验中，为了探究两个物理量之间的关系，要保持第三个物理量不变，这种探究方法叫做法。
4、
图线如答图2所示（正确作出
图线的得3分，其中正确建立坐标系的得1分，图线正确的得2分，作
图线的不得分）；
（或：
a与M成反比）（2分）
平衡摩擦力时木板倾角太大（2分）；
没有满足砂和砂桶的总质量远小于小车质量M。
（2分）
控制变量（2分）
（五）探究动能定理
1.实验原理
探究功与物体动能变化的关系，可通过改变力对物体做的功，测出力对物体做不同功时物体的速度．为简化实验，可将物体的初速度设置为零，通过增加橡皮筋的条数使橡皮筋对小车做的功成倍增加．再通过打点计时器和纸带来测量每次实验后小车的末速度v.
2.实验步骤
（1）按图将实验仪器安装好，同时平衡摩擦力．
（2）先用一条橡皮筋做实验，用打点计时器和纸带测出小车获得的速度v1，设此时橡皮筋对小车做的功为W1，将这一组数据记入表格．
（3）用两条橡皮筋做实验，实验中橡皮筋拉伸的长度与第一次相同，这时橡皮筋对小车做的功为W2，测出小车获得的速度v2，将数据记入表格．
（4）用3条、4条……橡皮筋做实验，用同样的方法测出功和速度，记入表格．
（5）用作图法分析数据，得出结论．
3.实验要点
（1）小车速度的测量：
探究橡皮筋弹力做功和小车速度的关系，要测量弹力做功结束时小车的速度，即小车做匀速运动的速度，应选用纸带上点迹均匀的部分．
（2）图象分析：
以橡皮筋对小车做的功W为纵坐标，小车获得的速度为横坐标，以第一次实验时的功W为单位，作出W－v图象，分析这条图线，可以得知橡皮筋对小车做的功W与小车获得的速度v的定量关系．
（六）验证机械能守恒定律
实验要点
（1）应尽可能控制实验条件，即应满足机械能守恒的条件，这就要求尽量减小各种阻力的影响．
（2）验证机械能守恒时，可以不测出物体质量，只要比较v2和2ghn是否相等即可验证机械能是否守恒．
（3）速度的测量：
做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度等于相邻两点间的平均速度．
计算打第n个点瞬时速度的方法是：
测出第n个点的相邻前后两段相等时间T内下落的距离sn和sn＋1，由公式
vn＝
算出，如图所示．
（4）测量下落高度时，为了减小测量值h的相对误差，选取的各个计数点要离起始点远一些，纸带也不宜过长，有效长度可在60cm～80cm.
（5）速度不能用vn＝gtn或vn＝
计算，因为只要认为加速度为g，机械能当然守恒，即相当于用机械能守恒定律验证机械能守恒定律，况且用vn＝gtn计算出的速度比实际值大，会得出机械能增加的错误结论，而由于摩擦阻力的影响，机械能应该减少，所以速度应从纸带上直接测量计算，同样的道理，重物下落的高度h也只能用刻度尺直接测量，而不能用hn＝
gt
或hn＝
计算得到．
例1、如图25所示，在"验证机械能守恒定律"的实验中，已知打点计时器所用电源的频率为50赫。
查得当地的重力加速度g＝9.80米/秒2。
测得所用的重物的质量为1.00千克。
实验中得到一条点迹清晰的纸带，把第一个点记作0，另选连续的4个点A、B、C、D作为测量的点。
经测量知道A、B、C、D各点到0点的距离分别为62.99厘米、70.18厘米、77.76厘米、85.73厘米。
根据以上数据，可知重物由0点运动到C点，重力势能的减少量等于____焦，动能的增加量等于____焦（取3位有效数字）。
1、验证机械能守恒定律1、7.62,7.56
第二模块电学实验基础
一、电学实验仪器的选择和使用
1.选择仪器总原则：
⑴安全性原则：
要能够根据实验要求和客观条件选用合适的仪器，使实验切实可行，能达到预期目标。
另外还要注意测量仪器的量程，电阻类器件的电流不能超过其最大允许电流等。
⑵准确性原则：
根据实验的需要，选用精度合适的测量工具，但对某个实验来讲，精确程度够用即可，并不是精度越高越好。
⑶操作性原则：
实验时需考虑调节方便，便于操作，如滑动变阻器的选择，既要考虑它的额定电流，又要考虑它的阻值范围，在二者都能满足实验要求的情况下，还要考虑阻值大小对实验操作中是否调节方便的影响。
2.选择仪器的方法：
⑴根据不使电表受损和尽量减少误差的原则选择电表．首先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（一般取满偏的1/3-2/3左右），以减小测量误差．
⑵根据电路中可能出现的电流或电压范围选择滑动变阻器．注意流过滑动变阻器的电流不能超过额定值．对高阻值的滑动变阻器，如果滑动头稍有移动，电流电压便有很大变化，通常不宜采用．若控制电路确定为限流接法，则滑动变阻器应选用与实验电路中其它电阻的总阻值相差不大的；若控制电路确定为分压接法，则在额定电流允许的条件下应选用阻值较小的滑动变阻器。
二、基础电学实验
（一）测定金属的电阻率
1．实验原理：
由电阻定律R=
可知，金属的电阻率为ρ=
，因此，测出金属导线的长度l、横截面积S和导线的电阻R，便可求出制成导线的金属的电阻率ρ．
2．实验要点
（1）本实验需测量金属丝的长度和直径，测长度时，用米尺测量连入电路的金属丝的长度l（以保证其测
量长度为有效长度），共测三次，再求出平均值；测直径时，要用螺旋测微器在金属丝上的三个不同位
置上各测直径一次，求出直径d的平均值．
（2）本实验中，由于金属丝的电阻不太大，应采用电流表外接法测电阻；
（3）电流过大，通电时间过长，会使电阻丝发热导致电阻发生变化，产生误差；所以实验中应将电流控制
在0.2～0.6A之间．且测量完毕要立即断开开关。
例1、某学习小组为测量一铜芯电线的电阻率，他们截取了一段电线，用米尺测出其长度为L，用螺旋测微器测得其直径为D，用多用电表测其电阻值约为2Ω，为提高测量的精度，该小组的人员从下列器材中挑选了一些元件，设计了一个电路，重新测量这段导线（图中用Rx表示）的电阻．
A.电源E（电动势为3.0V，内阻不计）
B.电压表V1（量程为0～3.0V，内阻约为2kΩ）
C.电压表Ｖ2（量程为0～15.0V，内阻约为6KΩ）
D.电流表A1（量程为0～0.6A，内阻约为1Ω）
E.电流表A2（量程为0～3.0A，内阻约为0.1Ω）
F.滑动变阻器R1（最大阻值10Ω，额定电流2.0A）
G.滑动变阻器R2（最大阻值1kΩ，额定电流1.0A）
H.定值电阻R0（阻值为3Ω）
I.开关S
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