高考复习《探索性实验》典型例题复习.docx

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高考复习《探索性实验》典型例题复习

二十二、探索性实验

1、测定匀变速直线运动的加速度（含练习使用打点计时器）

　　[实验目的]

　　1．练习使用打点计时器，学习利用打上点的纸带研究物体的运动。

　　2．学习用打点计时器测定即时速度和加速度。

　　[实验原理]

　　1．打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，它每隔0.02s打一次点（由于电源频率是50Hz），纸带上的点表示的是与纸带相连的运动物体在不同时刻的位置，研究纸带上点之间的

间隔，就可以了解物体运动的情况。

　　2．由纸带判断物体做匀变速直线运动的方法：

如图所示，0、1、2……为时间间隔相等的各计数点，s1、s2、s3、……为相邻两计数点间的距离，若△s=s2-s1=s3-s2=……=恒量，即若连续相等的时间间隔内的位移之差为恒量，则与纸带相连的物体的运动为匀变速直线运动。

　　3．由纸带求物体运动加速度的方法：

（1）用“逐差法”求加速度：

即根据s4-s1=s5-s2=s6-s3=3aT2（T为相邻两计数点间的时间间隔）求出

a1=

、a2=

、a3=

，再算出a1、a2、a3的平均值即为物体运动的加速度。

（2）用v-t图法：

即先根据vn=

求出打第n点时纸带的瞬时速度，后作出v-t图线，图线的斜率即为物体运动的加速度。

　　[实验器材]

　　小车，细绳，钩码，一端附有定滑轮的长木板，打点计时器，低压交流电源，导线两根，纸带，米尺等。

　　[实验步骤]

　　1．把一端附有定滑轮的长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，连接好电路，如图所示。

　　2．把一条细绳拴在小车上，细绳跨过滑轮，并在细绳的另一端挂上合适的钩码，试放手后，小车能在长木板上平稳地加速滑行一段距离，把纸带穿过打点计时器，并把它的一端固定在小车的后面。

　　3．把小车停在靠近打点计时器处，先接通电源，再放开小车，让小车运动，打点计时器就在纸带上打下一系列的点，取下纸带，换上新纸带，重复实验三次。

　　4．选择一条比较理想的纸带，舍掉开头的比较密集的点子，确定好计数始点0，标明计数点，正确使用毫米刻度尺测量两点间的距离，用逐差法求出加速度值，最后求其平均值。

也可求出各计数点对应的速度，作v-t图线，求得直线的斜率即为物体运动的加速度。

　　[注意事项]

　　1．纸带打完后及时断开电源。

2．小车的加速度应适当大一些，以能在纸带上长约50cm的范围内清楚地取7～8个计数点为宜。

3．应区别计时器打出的轨迹点与人为选取的计数点，通常每隔4个轨迹点选1个计数点，选取的记数点不少于6个。

　　4．不要分段测量各段位移，可统一量出各计数点到计数起点0之间的距离，读数时应估读到毫米的下一位。

　　[例题]

　　1．电磁打点计时器是一种使用______电源的计时仪器，它的工作电压是______。

如图所示，A是______，B是______，C是______，D

是______，E是______，F是______。

　　答案：

交流，4至6V，线圈，振动片，振针，纸带，接线柱，永磁体。

　　2．如图是某同学测量匀变速直线运动的加速度时，从若干纸带中选中的一条纸带的一部分，他每隔4个点取一个计数点，图上注明了他对各计数点间距离的测量结果。

（1）为了验证小车的运动是匀变速运动，请进行下列计算，填入表内（单位：

cm）

s2-s1

s3-s2

s4-s3

s5-s4

s6-s5

各位移差与平均值最多相差______cm，由此可以得出结论：

小车的位移在________范围内相等，所以小车的运动是________。

（2）根据匀变速直线运动的规律，可以求得物体的加速度a=

=______m/s2。

　　（3）根据an-3=

，可求出

　　a1=

=______m/s2，a2=

=______m/s2，a3=

=______m/s2，

　　所以，

=

=______m/s2。

　　答案：

（1）1.60，1.55，1.62，1.53，1.61，1.58，0.05，任意两个连续相等的时间里、在误差允许的，匀加速直线运动；

（2）1.58；（3）1.59，1.57，1.59，1.58。

2、研究平抛物体的运动

　　[实验目的]

　　1．用实验方法描出平抛物体的运动轨迹。

　　2．从实验轨迹求平抛物体的初速度。

　　[实验原理]

　　平抛物体的运动可以看作是两个分运动的合运动：

一是水平方向的匀速直线运动，另一个是竖直方向的自由落体运动。

令小球做平抛运动，利用描迹法描出小球的运动轨迹，即小球做平抛运动的曲线，建立坐标系，测出曲线上的某一点的坐标x和y，根据重力加速度g的数值，利用公式y=

gt2求出小球的飞行时间t，再利用公式x=vt,求出小球的水平分速度，即为小球做平抛运动的初速度。

　　[实验器材]

　　斜槽，竖直固定在铁架台上的木板，白纸，图钉，小球，有孔的卡片，刻度尺，重锤线。

　　[实验步骤]

　　1．安装调整斜槽：

用图钉把白纸钉在竖直板上，在木板的左上角固定斜槽，可用平衡法调整斜槽，即将小球轻放在斜槽平直部分的末端处，能使小球在平直轨道上的任意位置静止，就表明水平已调好。

　　2．调整木板：

用悬挂在槽口的重锤线把木板调整到竖直方向，并使木板平面与小球下落的竖直面平行。

然后把重锤线方向记录到钉在木板的白纸上，固定木板，使在重复实验的过程中，木板与斜槽的相对位置保持不变。

　　3．确定坐标原点O：

把小球放在槽口处，用铅笔记下球在槽口时球心在图板上的水平投影点O，O点即为坐标原点。

　　4．描绘运动轨迹：

在木板的平面上用手按住卡片，使卡片上有孔的一面保持水平，调整卡片的位置，使从槽上滚下的小球正好穿过卡片的孔，而不擦碰孔的边缘，然后用铅笔在卡片缺口上点个黑点，这就在白纸上记下了小球穿过孔时球心所对应的位置。

保证小球每次从槽上开始滚下的位置都相同，用同样的方法，可找出小球平抛轨迹上的一系列位置。

取下白纸用平滑的曲线把这些位置连接起来即得小球做平抛运动的轨迹。

　　5．计算初速度：

以O点为原点画出竖直向下的y轴和水平向右的x轴，并在曲线上选取A、B、C、D、E、F六个不同的点，用刻度尺和三角板测出它们的坐标x和y，用公式x=v0t和y=

gt2计算出小球的初速度v0，最后计算出v0的平均值，并将有关数据记入表格内。

　　[注意事项]

　　1．实验中必须保持通过斜槽末端点的切线水平，方木板必须处在竖直面内且与小球运动轨迹所在的竖直平面平行，并使小球的运动靠近图板但不接触。

　　2．小球必须每次从斜槽上同一位置滚下。

　　3．坐标原点（小球做平抛运动的起点）不是槽口的端点，应是小球在槽口时，球的球心在木板上的水平投影点。

　　4．要在平抛轨道上选取距O点远些的点来计算球的初速度，这样可使结果的误差较小。

　　[例题]

　　1．下列哪些因素会使“研究平抛物体的运动”实验的误差增大

　　A．小球与斜槽之间有摩擦

　　B．安装斜槽时其末端不水平

　　C．建立坐标系时，以斜槽末端端口位置为坐标原点

　　D．根据曲线计算平抛运动的初速度时，在曲线上取作计算的点离原点O较远

　　答案：

这里研究的是小球的平抛运动，只与抛出点（不是斜槽末端）的速度有关，而与它在斜槽中的运动无关。

只要是每次速度的大小与方向不变（且水平）就不影响实验。

　　BC

3、用单摆测定重力加速度

　　[实验目的]

　　利用单摆测定当地的重力加速度。

　　[实验原理]

　　单摆在摆角小于5°时的振动是简谐运动，其固有周期为T=2π

，由此可得g=

。

据此，只要测出摆长l和周期T，即可计算出当地的重力加速度值。

　　[实验器材]

　　铁架台（带铁夹），中心有孔的金属小球，约1m长的细线，米尺，游标卡尺（选用），秒表等。

　　[实验步骤]

　　1．在细线的一端打一个比小球上的孔径稍大些的结，将细线穿过球上的小孔，制成一个单摆。

　　2．将铁夹固定在铁架台的上端，铁架台放在实验桌边，使铁夹伸到桌面以外，把做好的单摆固定在铁夹上，使摆球自由下垂。

　　3．测量单摆的摆长l：

用游标卡尺测出摆球直径2r，再用米尺测出从悬点至小球上端的悬线长l'，则摆长l=l'+r。

　　4．把单摆从平衡位置拉开一个小角度（不大于5°），使单摆在竖直平面内摆动，用秒表测量单摆完成全振动30至50次所用的时间，求出完成一次全振动所用的平均时间，这就是单摆的周期T。

　　5．将测出的摆长l和周期T代入公式g=

求出重力加速度g的值。

　　6．变更摆长重做两次，并求出三次所得的g的平均值。

　　[注意事项]

　　1．选择细绳时应选择细、轻又不易伸长的线，长度一般在1m左右，小球应选用密度较大的金属球，直径应较小，最好不超过2cm。

　　2．单摆悬线的上端不可随意卷在铁夹的杆上，应夹紧在铁夹中，以免摆动时发生摆长改变、摆线下滑的现象。

　　3．注意摆动时控制摆线偏离竖直方向不超过5°，可通过估算振幅的办法掌握。

　　4．摆球摆动时，要使之保持在同一个竖直平面内，不要形成圆锥摆。

　　5．计算单摆的振动次数时，应以摆球通过最低位置时开始计时，以后摆球从同一方向通过最低位置时，进行计数，且在数“零”的同时按下秒表，开始计时计数。

　　[例题]

　　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101.00cm，摆球直径为2.00cm，然后用秒表记录了单摆振动50次所用的时间为101.5s。

则

（1）他测得的重力加速度g=________m/s2。

（2）他测得的g值偏小，可能的原因是

　　A．测摆线长时摆线拉得过紧

　　B．摆线上端未牢固地系于悬点，振动中出现松动，使摆线长度增加了

　　C．开始计时时，秒表过迟按下

　　D．实验中误将49次全振动数为50次

　　（3）为了提高实验精度，在实验中可改变几次摆长l并测出相应的周期T，从而得出一组对应的l与T的数据，再以l为横坐标、T2为纵坐标将所得数据连成直线，并求得该直线的斜率K。

则重力加速度g=________。

（用K表示）

　　答案：

（1）本次实验中的摆长L=L’+r=101.00+1.00=1.0200m，周期T=t/N=101.5/50=2.03s，由公式g=

可以解得g=9.76m/s2；

（2）根据公式g=

知g偏小的原因可能是l的测量值偏小或T的测量值偏大。

A中的测量值偏大，B中则是振动摆长大于测量值，所以正确，而CD中均是测得的周期偏小，所以CD均会使g值偏大。

故只有B正确。

　　（3）4π2/K。

由公式g=

得：

这是一条T2关于l的一元一次函数（如y=Kx），所以它的斜率是K=4π2/g，所以g=4π2/K

　4、用描迹法画出电场中平面上的等势线

　　[实验目的]

　　利用电场中电势差及等势面的知识，练习用描迹法画出电场中一个平面上的等势线。

　　[实验原理]

　　用导电纸上形成的稳恒电流场来模拟静电场，当两探针与导电纸上电势相等的两点接触时，与探针相连的灵敏电流计中通过的电流为零，指针不偏转，当两探针与导电纸上电势不相等的两点接触时，与探针相连的灵敏电流计中通过的电流就不为零，从而可以利用灵敏电流计找出导电

纸上的等势点，并依据等势点描绘出等势线。

　　[实验器材]

　　学生电源或电池组（电压约为6V），灵敏电流计，开关，导电纸，复写纸，白纸，圆柱形金属电极两个，探针两支，导线若干，木板一块，图钉，刻度尺等。

　　[实验步骤]

　　1．在平整的木板上，由下而上依次铺放白纸、复写纸、导电纸各一张，导电纸有导电物质的一面要向上，用图钉把白纸、复写纸和导电纸一起固定在木板上。

　　2．在导电纸上平放两个跟它接触良好的圆柱形电极，两个电极之间的距离约为10cm，将两个电极分别与电压约为6V的直流电源的正负极相接，作为“正电荷”和“负电荷”，再把两根探针分别接到灵敏电流计的“+”、“-”接线柱上（如图所示）。

　　3．在导电纸上画出两个电极的连线，在连线上取间距大致相等的五个点作基准点，并用探针把它们的位置复印在白纸上。

　　4．接通电源，将一探针跟某一基准点接触，然后在这一基准点的一侧距此基准点约1cm处再选一点，在此点将另一探针跟导电纸接触，这时一般会看到灵敏电流计的指针发生偏转，左右移动探针位置，可以找到一点使电流计的指针不发生偏转，用探针把这一点位置复印在白纸上。

　　5．按步骤（4）的方法，在这个基准点的两侧逐步由近及远地各探测出五个等势点，相邻两个等势点之间的距离约为1cm。

　　6．用同样的方法，探测出另外四个基准点的等势点。

　　7．断开电源，取出白纸，根据五个基准点的等势点，画出五条平滑的曲线，这就是五条等势线。

　　[注意事项]

　　1．电极与导电纸接触要良好，且与导电纸的相对位置不能改变。

　　2．寻找等势点时，应从基准点附近由近及远地逐渐推移，不可冒然进行大跨度的移动，以免电势差过大，发生电流计过载现象。

　　3．导电纸上所涂导电物质相当薄，故在寻找等势点时，不能用探针在导电纸上反复划动，而应采用点接触法。

　　4．探测等势点不要太靠近导电纸的边缘，因为实验是用电流场模拟静电场，导电纸边缘的电流方向与边界平行，并不与等量异种电荷电场的电场线相似。

　　[例题]

　　1．如图为描绘电场中等势线的装置，所用的电流计电流从哪一接线柱流入，其指针就向哪一侧偏。

　　在寻找基准点O的另一等势点时，探针I与O点接触，另一探针II与导电纸上的C点接触，电流计的指针向负接线柱一侧偏转，为了尽快探测到新等势点，探针II应由C点逐渐

　　A．向上移动　B．向下移动　C．向左移动　D．向右移动。

　　答案：

由于指针向负极一侧偏转，所以电流由负极流入，即C点的电势高于O点的电势，探针II应向低电势移动，也就是向左移动。

故选C。

　　2．某同学在做“电场中等势线的描绘实验”中，若手头没有灵敏电流计，是否可以用内阻较大的电压表代替？

　　答案：

能。

将电压表一端接某一电极，另一端接探针，使探针与各基准点接触并在附近移动，电压表读数相等的点即为等势点。

　　5、测定金属的电阻率

　　[实验目的]

　　用伏安法间接测定某种金属导体的电阻率；练习使用螺旋测微器。

　　[实验原理]

　　根据电阻定律公式R=

，只要测量出金属导线的长度

和它的直径d，计算出导线的横截面积S，并用伏安法测出金属导线的电阻R，即可计算出金属导线的电阻率。

　　[实验器材]

　　被测金属导线，直流电源（4V），电流表（0-0.6A），电压表（0-3V），滑动变阻器（50Ω），电键，导线若干，螺旋测微器，米尺等。

[实验步骤]

　　1．用螺旋测微器在被测金属导线上的三个不同位置各测一次直径，求出其平均值d，计算出导线的横截面积S。

　　2．按如图所示的原理电路图连接好用伏安法测电阻的实验电路。

　　3．用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属导线的有效长度，反复测量3次，求出其平均值

。

　　4．把滑动变阻器的滑动片调节到使接入电路中的电阻值最大的位置，电路经检查确认无误后，闭合电键S。

改变滑动变阻器滑动片的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U的值，断开电键S，求出导线电阻R的平均值。

　　5．将测得的R、

、d值，代入电阻率计算公式

中，计算出金属导线的电阻率。

　　6．拆去实验线路，整理好实验器材。

　　[注意事项]

　　1．测量被测金属导线的有效长度，是指测量待测导线接入电路的两个端点之间的长度，亦即电压表两接入点间的部分待测导线长度，测量时应将导线拉直。

　　2．本实验中被测金属导线的电阻值较小，因此实验电路必须采用电流表外接法。

　　3．实验连线时，应先从电源的正极出发，依次将电源、电键、电流表、待测金属导线、滑动变阻器连成主干线路（闭合电路），然后再把电压表并联在待测金属导线的两端。

　　4．闭合电键S之前，一定要使滑动变阻器的滑动片处在有效电阻值最大的位置。

　　5．在用伏安法测电阻时，通过待测导线的电流强度I的值不宜过大（电流表用0~0.6A量程），通电时间不宜过长，以免金属导线的温度明显升高，造成其电阻率在实验过程中变化。

　　[例题]

　　1．在“测定金属的电阻率”实验中，以下操作中错误的是

　　A．用米尺量出金属丝的全长三次，算出其平均值

　　B．用螺旋测微器在金属丝三个不同部位各测量一次直径，算出其平均值

　　C．用伏安法测电阻时采用安培表的内接线路，多次测量后算出其平均值

　　D．实验中应保持金属丝的温度不变

　　答案：

AC

　　2．欲用伏安法测定一段阻值约为5

左右的金属导线的电阻，要求测量结果尽量准确，现备有以下器材：

　　A．电池组（3V，内阻1

）；

　　B．电流表（0~3A，内阻0.0125

）

　　C．电流表（0~0.6A，内阻0.125

）

　　D．电压表（0~3V，内阻3k

）

　　E．电压表（0~15V，内阻15k

）

　　F．滑动变阻器（0~20

，额定电流1A）

　　G．滑动变阻器（0~2000

，额定电流0.3A）

　　H．电键、导线。

（1）上述器材中应选用的是________。

（填写各器材的字母代号）

（2）实验电路应采用电流表________接法。

（填“内”或“外”）

　　（3）将图中给定的器材连成实验电路。

　　答案：

（1）ACDFH；

（2）外；（3）略。

　　6、用电流表和电压表测定电池的电动势和内电阻

　　[实验目的]

　　测定电池的电动势和内电阻。

　　[实验原理]

　　如图1所示，改变R的阻值，从电压表和电流表中读出几组I、U值，利用闭合电路的欧姆定律求出几组

、r值，最后分别算出它们的平均值。

　　此外，还可以用作图法来处理数据。

即在坐标纸上以I为横坐标，U为纵坐标，用测出的几组I、U值画出U－I图象（如图2）所得直线跟纵轴的交点即为电动势值，图线斜率的绝对值即为内电阻r的值。

　　[实验器材]

　　待测电池，电压表（0－3V），电流表（0－0.6A），滑动变阻器（10Ω），电键，导线。

　　[实验步骤]

　　1．电流表用0.6A量程，电压表用3V量程，按电路图连接好电路。

　　2．把变阻器的滑动片移到一端使阻值最大。

　　3．闭合电键，调节变阻器，使电流表有明显示数，记录一组数据（I1、U1），用同样方法测量几组I、U的值。

　　4．打开电键，整理好器材。

　　5．处理数据，用公式法和作图法两种方法求出电动势和内电阻的值。

　　[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

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

、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。

　　[例题]

　　1．用电流表和电压表测定电池的电动势和内电阻的实验中，所用电流表和电压表的内电阻分别为0.1Ω和1KΩ，如图为所需的器材。

（1）请你把它们连成实验电路，注意两个电表要选用适当量程，并要求变阻器的滑动片在左端时其电阻值最大。

（2）一位同学记录的6组数据见下表，试根据这些数据在图中画出U－I图线，根据图线求出电池的电动势

________V，内阻

________

。

I/A

0.12

0.20

0.31

0.32

0.50

0.57

U/V

1.37

1.32

1.24

1.18

1.19

1.05

答案：

（1）见下图，在这电流表对电压表来说一定要用内接法，否则测出的电源的电阻值是偏大，是电源内阻与电流表的电阻之和，误差较大；

（2）1.46，0.72（见上面的讲解，最好用图象法求）。

　　2．用伏安法测电池的电动势和内阻的实验中，由于电流表和电压表内阻的影响，以下说法正确的是

　　A．用图a所示电路时，

　B．用图a所示电路时，

　　C．用图b所示电路时，

　D．用图b所示电路时，

　　解析：

根据闭合电路的欧姆定律：

ε=U+Ir。

由两次测量列方程为：

，

　　解得

，

　　若是考虑电流表和电压表的内阻，对上图a中应用闭合电路的欧姆定律：

，式中的ε与r是电动势和内阻的真实值。

　　解得：

，

，比较得

，

　　若是考虑电流表和电压表的内阻，对上图b中应用闭合电路的欧姆定律：

，式中的ε与r是电动势和内阻的真实值。

解得：

，

，比较得

，

。

由上面的分析可知应选取AB。

　　此题还可以用图象法。

　　7、练习使用多用电表（万用表）测电阻

　　[实验目的]

　　练习使用多用电表测电阻。

　　[实验原理]

　　多用电表由表头、选择开关和测量线路三部分组成（如图），表头是一块高灵敏度磁电式电流表，其满偏电流约几十到几百

A，转换开关和测量线路相配合，可测量交流电流和直流电流、交流电压和直流电压及电阻等。

测量电阻部分即欧姆表是依据闭合电路欧姆定律制成的，原理如图所示，当红、黑表笔短接并调节R使指针满偏时有

　　Ig=

=

（1）

　　当电笔间接入待测电阻Rx时，有

　　Ix=

（2）

　　联立

（1）、

（2）式解得

=

　　　（3）

　　由（3）式知当Rx=R中时，Ix=

Ig，指针指在表盘刻度中心，故称R中为欧姆表的中值电阻，由

（2）式或（3）式可知每一个Rx都有一个对应的电流值I，如果在刻度盘上直接标出与I对应的Rx的值，那么当红、黑表笔分别接触待测电阻的两端，就可以从表盘上直接读出它的阻值。

　　由上面的

（2）可知，电流和电阻的非线性关系，表盘上电流刻度是均匀的，其对应的电阻刻度是不均匀的，电阻的零刻度在电流满刻度处。

　　[实验器材]

　　多用电表，标明阻值为几欧、几十欧、几百欧、几千欧的定值电阻各一个，小螺丝刀。

　　[实验步骤]

　　1．机械调零，用小螺丝刀旋动定位螺丝使指针指在左端电流零刻度处，并将红、黑表笔分别接入“+”、“－”插孔。

　　2．选挡：

选择开关置于欧姆表“×1”挡。

　　3．短接调零：

在表笔短接时调整欧姆挡的调零旋钮使指针指在右端电阻零刻度处，若“欧姆零点”旋钮右旋到底也不能调零，应更换表内电池。

　　4．测量读数：

将表笔搭接在待测电阻两端，读出指示的电阻值并与标定值比较，随即断开表笔。

　　5．换一个待测电阻，重复以上2、3、4过程，选择开关所置位置由被测电阻值与中值电阻值共同决定，可置于“×1”或“×10”或“