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二十一物理实验复习doc
2010届高考物理二轮复习典型例题及练习
二十一物理实验复习
一、特别提示：
高考物理学科对实验能力的要求是：
能独立完成“知识内容表”中所列的实验，能明确实验目的，能理解实验原理和方法，能控制实验条件，会使用仪器，会观察、分析实验现象，会记录、处理实验数据，并得出结论，能灵活地运用已学过的物理理论、实验方法和实验仪器去处理问题。
高考物理实验主要考查课本中的学生实验（共17个）、设计性实验和重要的演示实验。
实验能力的要求主要体现在两个方面，一是对“知识内容表”中所列出的实验，必须独立地、认真地、带有研究性的做过。
二是能灵活地运用学过的理论、实验方法、仪器去处理、分析、研究某些未做过的实验，包括设计某些比较简单的实验。
另外已经学过的演示实验，也属于实验考查的一部分要求，要通过演示实验仔细观察现象和产生该现象的条件、环境，对观察到的现象进行思索，发现问题，提出问题。
因此，同学们复习时，要好好把17个学生实验的实验原理、主要的器材、关键性的实验操作步骤和实验数据处理方法都细细梳理一遍，对课本中的重要的演示实验再阅读一遍。
1、近年来实验试题的特点：
①重视对基本仪器的使用和基本实验方法的考查。
②重视实际操作的考查
③考查对实验数据的处理④电学实验题较多
2、.选择仪器的原则
①可行性原则：
要根据实验要求和客观条件选用合适仪器。
如测量某电阻阻值，可根据要求的测量精度。
实验的条件确定采用伏安法、欧姆表、半偏法、替代法等，还要根据电阻的规格、电表参数（量程、内阻、精度）选择电压表和电流表。
②准确性原则：
怎样的测量实验需要，决定选用怎样精度的测量工具，对一定的实验要求，精度不是越高越好。
如测金属丝电阻率实验中，测直径需2～3位有效数字，所以用螺旋测微器，而测长度时，用毫米刻度尺足够了。
③操作性原则：
在可行、准确前提下，设计实验和选用仪器越简单越好，并具有良好可操作性。
如滑线变阻选用，既要考虑阻值范围，又要考虑它的额定电流和功率。
当然仪器的选择，首先依托于电原理图已定测量方法已明确的前提下，从安全、准确、节能、方便顺序给予统盘考虑。
3.变阻器分压和限流接法比较
限流接法
分压接法
变阻器R工作状态
R的一部分在工作
R全部工作，且IRmax＞IRL
负载RL的电压调节范围
ε～ε
0～ε
适用条件
RL与R阻值相近且不要求
UL从0开始调节
R＜
RL以上，或电压从0开始调节
优、缺点
电压调节范围小，R工作电流较小（等于RL上电流）
电压调节范围大，R工作电流较大（大于RL上电流）
备注
一般先考虑限流动接法
后考虑分压接法
二、高考实验内容及说明
内容：
1.长度的测量2.研究匀变速直线运动3.探究弹力和弹簧伸长的关系
4.验证力的平行四边形定则5.验证动量守恒定律6.研究平抛物体的运动
7.验证机械能守恒定律8.用单摆测定重力加速度9.用油膜法估测分子的大小
10.用描迹法画出电场中平面上的等势线11.测定金属的电阻率（同时练习使用螺旋测微器）
12.描绘小电珠的伏安特性曲线13.把电流表改装为电压表14.测定电源的电动势和内阻
15.用多用电表探索黑箱内的电学元件16.练习使用示波器17.传感器的简单应用
18.测定玻璃的折射率19.用双缝干涉测光的波长
要求：
1.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、天平、秒表、电火花计时器或电磁打点计时器、弹簧秤、温度表、电流表、电压表、多用电表、滑动变阻器、电阻箱等
2.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
3.要求知道有效数字的概念,会用有效数字表达直接测量的结果.间接测量的有效数字运算不作要求
第一部分基本仪器的使用
典型例题：
【例题1】用游标卡尺测一根金属管的内径和外径时，卡尺上的游标位置分别如图1（a）、（b）所示。
这根金属管内径读数是cm，外径读数是cm，管壁的厚度是cm。
图1
【点拨解疑】游标卡尺的读数规则是：
整毫米数由主尺读出，游标尺的第几刻度线与主尺上的某一刻度线重合，毫米以下的读数就是n分之几，n是游标卡尺上的分度数，该题中，游标卡尺是10分度的，那就是10分之几。
图（a）中，从主尺看，整毫米数是23，游标尺上第7条刻度线与主尺上的一条刻度线重合，所以毫米以下的读数就是0.7mm，得到内径的读数为23.7mm=2.37cm。
图（b）中主尺上整毫米数是30，游标尺上第3条刻度线与主尺上的一条刻度线重合，所以外径的读数为30.3mm=3.03cm。
管壁的厚度为两者之差的一半0.33cm。
【例题2】一学生用多用电表测电阻。
他在实验中有违反使用规则之处。
他的主要实验步骤如下：
1．选择开关扳到“×1k欧姆档上；
2．把表笔插入测试笔插孔中，先把两根表笔相接触，旋转调零旋钮，使指针指在电阻刻度的零位上；
3．把两跟表笔分别与某一待测电阻的两端相接，发现这时指针几乎满偏；
4．换用“×100”的欧姆挡，发现这时指针的偏转适中，随即记下欧姆数值；
5．把表笔从测试笔插孔中拔出后，就把多用表放回桌上原处，实验完毕。
这个学生在测量时已注意到：
待测电阻与其他元件和电源断开，不用手碰表笔的金属杆。
这个学生在实验中违反了那一或那一些重要的使用规则？
答：
【点拨解疑】该题考查仪器使用时的注意事项。
使用欧姆表要注意的地方比较多。
使用前要经过调整（机械调零，选择量程后要电阻调零），使用后要复位（拔出表笔，选择开关应置于“OFF”档或交流高压档），使用过程中换档后要重新调零……。
这些往往都是考查的重点。
该题中不符合操作规则的是：
换到合适的量程后，要重新调整调零旋钮；使用后不能把选择开关置于欧姆档。
【例题3】有一标有“6V，1.5W”的小灯泡，现用图2（a）所示电路测量其在不同电压下的实际功率，提供的器材除导线和开关外，还有：
A．直流电源6V（内阻不计）
B．直流电流表0-3A（内阻0.1Ω以下）
C．直流电流表0-300mA（内阻约为5Ω）
D．直流电压表0-15V（内阻约为15kΩ）
E．滑动变阻器10Ω2A
F．滑动变阻器1kΩ0.5A
（1）实验中电流表应选用（用序号表示），滑动变阻器应选用。
（2）试按图（a）电路将图（b）所示器材连成电路
图2
【点拨解疑】
（1）选电流表实际上是选量程。
先估算一下通过电流表的电流，由小灯泡的规格可知通过的电流最大不能超过0.25A。
因此选C。
在该题中滑动变阻器接成分压器，此时要求滑动变阻器的电阻比用电器的电阻小，至少应差不多；小灯泡的电阻在正常工作时约为24Ω，所以滑动变阻器不能选F，应选E，但不应忘记还要核对一下电流是否会超过其允许值，E的最大允许电流是2A，实验中的最大电流只有0.25A，选E也是安全的。
（2）连接实物图实际上是考查仪器的使用方法。
这里要注意电表正负接线柱的接法、滑动变阻器做分压器时连接特点。
具体连线时，可以先连主回路，把电源、开关、滑动变阻器连成一个回路；然后再连上支路，从滑动变阻器的滑动头和一个固定端接出，连上电流表、小灯泡，最后将电压表并联在小灯泡上。
连接情况如图3所示。
图3
滑动变阻器常用来调控用电器上的电压，一般有限流和分压两种形式，为了有较大的调节范围，且操作方便，当滑动变阻器的电阻R比用电器电阻R0大得多时，应选用限流的方式；R比R0小或差不多时，应选用分压方式。
基础知识练习
1．（1997年全国高考卷）一游标卡尺的主尺的最小分度为1mm，游标上有10个小等分间隔，现用此卡尺来测量工件的直径，如图4所示。
该工件的直径为2.23mm。
图4
2．用螺旋测微器测量一矩形小零件的长和宽时，螺旋测微器上的示数如图5所示。
图（a）的读数是8.474mm，图（b）的读数是6.574mm。
图5
图6
3．（1995年高考全国卷）某人用多用电表按正确步骤测量一电阻阻值。
指针指示位置如图6所示。
则这电阻阻值是1.20×103Ω。
如果要用这多用表测量一个约200Ω的电阻，为了测量比较准确，选择开关应选欧姆档的×10。
4．（1992年高考全国卷）如图7所示，a、b、c、d是滑动变阻器的4个接线柱，现把此滑动变阻器接入电路中，并要求滑动变阻器滑片P向接线柱c滑动时，电路中的电流最小，则接入电路中的接线柱可能是（CD）
图7
A．a和bB．a和cC．b和cD．b和d
5．若先后用两只都准确的电流表测通过某一电阻的电流，甲表的读数为0.52A，乙表读数为0.48A，排除读数误差，甲表测得的读数误差较小，且可以判断出甲表的内阻较小。
若先后用两只都准确的电压表测同一电阻上的电压，甲表的读数为2.75V，乙表的读数为2.30V，则排除读数误差，甲表测得的结果误差较小，乙表的内阻较小。
秒表的读数228.7S
电阻箱的读数83480.2Ω
0
电流表读数
量程为0.6A时0.48
量程为时3A时2.42
电流表读数
量程为3V时2.30
量程为15V时13.0
14
第二部分基本实验方法
一、知识概要
围绕实验的设计原理、误差控制、数据处理三个环节，都有它们自己的一些有普遍意义的方法，在中学阶段涉及的主要是以下一些方法：
1．设计实验原理
（1）控制变量法。
（2）等效替代法。
（3）模拟法。
（4）微小量放大法
2．控制实验误差
（1）多次测量法。
（2）积累法。
3．数据处理
（1）逐差法。
（2）图象法。
。
◆围绕某一领域实验的共同需要，形成一些方法。
在中学阶段主要有：
1．记录运动
（1）用频闪照片记录运动。
例如用弹簧振子的频闪照片研究简谐运动的规律。
（2）用打点计时器记录运动轨迹。
例如研究匀变速直线运动、验证机械能守恒等。
2．提供电压
（1）限流法。
（2）分压法。
二、典型例题
【题1】如图所示，光滑水平轨道与光滑圆弧轨道相切，轻弹簧的一端固定在轨道的左端，OP是可绕O点转动的轻杆，且摆到某处就能停在该处；另有一小钢球。
现在利用这些器材测定弹簧被压缩时的弹性势能。
图1
（1）还需要的器材是、。
（2）以上测量实际上是把对弹性势能的测量转化为对能的测量，进而转化为对和的直接测量。
（3）为了研究弹簧的弹性势能与劲度系数和形变量的关系，除以上器材外，还准备了两个轻弹簧，所有弹簧的劲度系数均不相同。
试设计记录数据的表格。
【点拨解疑】因不知道弹性势能计算公式，应采用等效替代的方法，把要测量的弹性势能转化为便于测量的量。
在这个装置中，若用小钢球压缩弹簧至需要的量，然后由静止释放小球，弹簧的弹性势能会转化为小球的动能，进而在小球沿圆弧轨道上升的过程中转化为小球的重力势能。
可用对重力势能的测量来代替对弹性势能的测量，因此需用天平测量小球的质量，用刻度尺测量小球上升的高度。
要寻找弹性势能与弹簧的劲度系数和形变量两个物理量的关系，应采用控制变量法。
先保持弹簧的劲度系数不变，研究弹性势能与形变量的关系；再保持形变量不变，研究弹性势能与劲度系数的关系。
因此记录数据的表格可设计成如下两表：
小球的质量m=Kg，弹簧A
压缩量x（m）
上升高度h（m）
E=mgh（J）
压缩量x=cm，小球的质量m=Kg
弹簧
A
B
C
劲度系数k（N/m）
上升高度h（m）
E=mgh（J）
【答案】
（1）天平、刻度尺
（2）重力势、质量、上升高度（3）见上。
【题2】用以下器材测量一待测电阻Rx的阻值（900～1000Ω）：
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＝750Ω；
电压表V2，量程为5V，内阻r2＝2500Ω；
滑线变阻器R，最大阻值约为100Ω；
单刀单掷开关K，导线若干。
（1）测量中要求电压表的读数不小于其量程的
，试画出测量电阻Rx的一种实验电路原理图（原理图中的元件要用题图中相应的英文字母标注）。
（2）根据你所画的电路原理图在题给的实物图上画出连线。
（3）若电压表V1的读数用U1表示，电压表V2的读数用U2表示，则由已知量和测得量表示Rx的公式为Rx＝_________________。
解析:
（2）
（3）
或
【题3】如图3所示是测定电流表内阻的电路图。
电流表的内阻约100Ω左右，满偏电流为500µA，用电池做电源。
图3
（1）现备有以下可变电阻：
A．电阻箱，阻值范围为0~100Ω
B．电阻箱，阻值范围为0~999.9Ω
C．滑动变阻器，阻值范围为0~200Ω
D．滑动变阻器，阻值范围为0~20KΩ
在上述可变电阻中，电路图中的R应选用，R′应选用。
（2）某同学进行的实验步骤如下：
①先将R的阻值调到最大，合上S1，调节R的阻值，使电流表的指针转到满刻度。
②合上S2，调节R′和R的阻值，使电流表的指针转到满刻度的一半。
③记下R′的阻值
指出上述实验步骤中有什么错误。
答：
【点拨解疑】由题中给出的电路图可知，该题要求用半偏法测电流表的内阻。
半偏法的原理是：
先断开S2，闭合S1，让电流通过电流表并使其满偏，然后接上电阻箱，并调节它使电流表半偏，由于总电流几乎不变，因此电阻箱中应有另一半电流，电流表和R′上各有一半电流意味着它们电阻相等，此时读出电阻箱的电阻，即为电流表的内阻。
由以上原理可知，选电阻箱时，只要它能调出与电流表内阻相当的电阻即可；另外，当电阻箱接入时，维持总电流几乎不变是至关重要的，因为这时才可以说两条支路上各有一半电流。
为此：
①滑动变阻器的实际组织应远大与电流表的内阻，成为整个电路电阻的主要部分，使R′的接入仅使电阻发生微小变化。
②在调节电阻箱时，电阻R不应变化。
【题4】在用落体法验证机械能守恒定律时，某同学按照正确的操作选得纸带如右。
其中O是起始点，A、B、C是打点计时器连续打下的3个点.该同学用毫米刻度尺测量O到A、B、C各点的距离,并记录在图中（单位cm）。
⑴这三个数据中不符合有效数字读数要求的是_OC___,应记作___15.70____cm。
⑵该同学用重锤在OB段的运动来验证机械能守恒，已知当地的重力加速度g=9.80m/s2，他用AC段的平均速度作为跟B点对应的物体的即时速度，则该段重锤重力势能的减少量为___1.22m___，而动能的增加量为__1.20m____，（均保留3位有效数字，重锤质量用m表示）.这样验证的系统误差总是使重力势能的减少量__大于_____动能的增加量，原因是_因为有摩擦生热_。
⑶另一位同学根据同一条纸带，同一组数据，也用重锤在OB段的运动来验证机械能守恒，不过他数了一下：
从打点计时器打下的第一个点O数起，图中的B是打点计时器打下的第9个点。
因此他用vB=gt计算跟B点对应的物体的即时速度，得到动能的增加量为__1.23m__，这样验证时的系统误差总是使重力势能的减少量_小于_动能的增加量,原因是_按照自由落体计算的,a值偏大________________。
12.42
【题5】如图5-1所示的曲线是一个小灯泡的电流强度与小灯泡两端电压的变化关系图
（1）根据小灯泡的伏安特性曲线判定以下说法正确的是（）
A、小灯泡的电阻随所加的电压的增加而增大
B、通过小灯泡的电流与所加的电压成正比
C、
小灯泡灯丝的电阻率随着灯丝温度的升高而增大
D、欧姆定律对小灯泡不适用
图5-2
图5-1
（2）如图5-2所示,将两个与上述相同的小灯泡并联后再与一个4Ω的定值电阻串联,接入内阻为1Ω、电动势为5V的直流电源上，求通过每个小灯泡的电流强度和小灯泡的电阻。
分析见书
【题6】有两只电压表V1和V2。
量程已知，内阻未知。
另有一干电池，它的内阻不能忽略，但大小未知。
试用这两只电压表、开关、导线测定这只干电池的电动势（已知电动势不超过电压表的量程）。
（1）画出测量时所用的电路图。
（2）以测量的量为已知量，导出计算电动势的表达式。
【点拨解疑】测电源的电动势和内电阻，一般采用多次测量（至少两次），列方程组的数学方法。
测两次需要两个负载电阻，现在一个都没有。
但两个实际的电压表内阻不是无穷大，因此它们可以作为负载。
单独V1、单独V2、V1和V2。
考虑到没有电流表，两次负载应有些联系，选1、3两种或2、3两种。
【答案】
（1）测量时所用的电路图如图7中甲、乙所示。
（2）对第一次测量，测得U1，有
其中R1为表V1的内阻
对第二次测量，测得U1′和U2′，有
将
作为一个未知数，由以上两方程可解得
针对训练
1．图8所示为测量电阻的电路。
Rx为待测电阻，R的阻值已知，R′为保护电阻，电源的电动势E未知，S1、S2均为单刀双掷开关，V为电压表，其内阻非常大。
图8图9
（1）按图8所示的电路，在图9所示的实物电路上连线。
（2）测量Rx的步骤为：
将S2向c闭合，S1向闭合，记下电压表的读数U1；再将S2向d闭合，S1向闭合，记下电压表的读数U2。
计算Rx的公式是Rx=
1．
（1）见图12所示。
（2）ba
2．在做“用油膜法估测分子大小”的实验中，所用油酸酒精溶液的浓度为每104mL溶液中有纯油酸6mL，用注射器测得lmL上述溶液为75滴，把1滴该溶液滴人盛水的浅盘里，待水面稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用笔在玻璃板上描出油酸膜的轮廓形状，再把玻璃板放在坐标纸上，其形状和尺寸如图4所示，坐标中正方形方格的边长为1cm，试求：
（1）油酸膜的面积是cm2．
110（100—125都对）
（2）每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是mL．
8×10—6
（3）按以上实验数据估测出油酸分子的直径m．
7×10—10（6×10—10—8×10—10都对[
（2）、（3）小题答案取一位有效数字]
3．如图5所示，由某种透光物质制成等腰直角三棱镜，腰长AO=BO=16cm，为了测定这种物质的折射率，使两腰分别与oX、oY轴重合，当从oB边的C点观察A棱时，发现A棱的视位置在D处。
若C点坐标为（0，12），D点坐标为（9，0），则该透光物质的折射率为．
P
R1
4、一台臭氧发生器P的电阻为10kΩ，当供电电压等于24V时能正常工作，否则不产生臭氧.现要用这种臭氧发生器制成自动消毒装置，要求它在有光照时能产生臭氧，黑暗时不产生臭氧，拟用一个光敏电阻R1对它进行控制，R1的阻值在光照时为100Ω、黑暗时为1000Ω、允许通过的最大电流为3mA；电源E的电压为36V、内阻不计；另有一个滑动变阻器R2，阻值0—100Ω、允许通过的最大电流为0.4A；一个开关S和导线若干.臭氧发生器P和光敏电阻R1的符号如右图所示.
（1）设计一个满足上述要求的电路图，图中各元件要标上字母代号，其中滑动变阻器两固定接线柱端分别标上字母A、B（电路画在答卷的方框内）.
（2）滑动变阻器R2两固定接线柱相距12cm,滑片与某固定接线柱之间的阻值跟滑片与该接线柱的距离成正比，滑片应调到离图中A接线柱______cm处（保留一位有效数字）.
5．在用描迹法画出电场中平面上的等势线的实验中，采用的装置如图14甲所示。
在平整的木板上，由下而上依次铺放白纸、复写纸和导电纸。
A、B为两个电极，分别接在路端电压为6V的电源两端。
A接电源正极，B接电源负极，在AB两点的连线上，有a、b、c、d、e五个等间距的点。
图14
（1）若用图14乙中的灵敏电流表的两个接线柱引出的两个表笔（探针）分别接触图14甲中的d、e两点时，指针向右偏（若电流从红表笔流进时，指针向右偏），则电流表的红表笔接触在点；
（2）若用图14乙中的灵敏电流表的两个表笔（探针）分别接触图14甲中的d、f两点，（d、f连线和A、B连线垂直）时，发现电流表指针偏离刻度满中央位置。
为使指针仍指在刻度盘中央（即不发生偏转），应将接f的表笔向（填“左”或“右）移动。
第三部分设计型实验
知识概要
中学的设计型实验一般要求考生根据题目提出的目的要求和给出的器材，设计出实验方案。
这类题对考生的要求较高，要求考生能将课本中分组实验和演示实验的实验原理、实验方法迁移到新的背景中，要求考生深刻理解物理概念和规律，并能灵活运用，要求考生有较强的创新能力。
1．设计原则
（1）正确性：
实验原理所依据的原理应当符合物理学的基本原理。
（2）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。
（3）方便性：
实验应当便于操作，便于读数，便于进行数据处理。
（4）精确性：
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。
2．设计思路
实验原理
实验设计可用下面的框图表示
解决设计型实验问题的关键是确定实验原理，它是进行实验设计的根本依据和起点，它决定应当测量那些物理量、如何安排实验步骤、如何处理数据等。
实验原理的确定，要根据问题的要求和给出的条件，回顾分组实验和演示实验，寻找能够迁移应用的实验原理，或者回顾物理原理，寻找有关的物理规律，设法创设相关的物理情景，并根据已掌握的基本仪器核对是否能够测出必须测定的物理量。
因此，掌握基本仪器的使用方法、基本的实验方法和基本物理原理是解答设计型实验题的基础。
典型例题
【题1】火车从车站开出后，在一段时间内基本上是作匀加速运动，现要求在以下条件下测量火车在这段时间内的加速度的大小。
⑴用一根线、一个砝码、一把尺测量火车的加速度；
⑵将⑴中的尺换成量角器怎么样测？
⑶将⑴中尺换成精确的测力计怎样测？
分析见书
【题2】现有一阻值为10.0Ω的定值电阻、一个开关、若干根导线和一个电压表，该电压表表面上有刻度但无刻度值，要求设计一个能测定某电源内阻的实验方案（已知电压表内阻很大，电压表量程大于电源电动势，电源内阻约为几欧）要求：
（1）在右边方框中画出实验电路图：
（2）简要写出完成接线后的实验步骤；
（3）写出用测得的量计算电源内阻的表达式
=。
【点拨解疑】在分组实验中有测定电源的电动势和内电阻的实验，我们从该实验知道测定电源的电动势和内电阻，至少应使电源连接不同负载两次，然后利用全电路欧姆定律求解。
但现在只有一个定值电阻可用作负载；另外，应由电流表和电压表两个表，但现在只有一只电压表，而且是没有刻度值的；不过考虑到电压表电阻很大，而且题目只要求测出电源的内阻，应该有变通的办法。
（1）我们可以把断路也作为一种负载状态，实验电路如图5所示。
S断开时，因电压表内阻远大于电源内阻，可认为是断路状态，S闭合时，又是一种负载状态。
（2）实验步骤如下：
①按电路图连接好电路。
②在开关S断开状态下读出电压表指针所在处的分度格数n1.
③闭合开关S，读出电压表指针所在处的分度格数n2.
图5
（3）设电压表每一小分度表示的电压为U0。
S断开时，有E=n1U0
S闭合时，有
解以上两式，得
【题3】一个电灯，电阻为4R，试设计一个电路，使电灯两端的电压调节范围尽可能大，可利用的器材有：
一个电动势
为
内阻为
的电源；一个最大阻值为R的
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