专题5 物理实验Word文档下载推荐.docx
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例2.右图中螺旋测微计的读数为。
主尺上读数为:
6.5mm
螺旋尺上读数为22.3×
0.01mm=0.223mm
所以读数为:
6.723mm
:
螺旋测微计主尺分刻度分两部分,标有
数字部分为整mm数,另一部分为半mm数;
螺旋尺
的螺距为0.5mm,共分50格,所以精度为0.01mm,读数时还应估读到下一位,所以螺旋
测微计读数结果以mm为单位小数点后应有三位数。
【能力训练】
1.按照有效数字规则读出下列电表的测量值。
(1)
(2)
接0~3V量程时读数为________V。
接0~3A量程时读数为_______A。
接0~15V量程时读数为_______V。
接0~0.6A量程时读数为______A。
2.如图(a)所示是利用双缝干涉测定单色光波长的实验装置,滤光片的作用是_____,单缝
的作用是_______________,双缝的作用是______________,单缝和双缝之间的方向关系
是_______________.某同学在做该实验时,第一次分划板中心刻度对齐A条纹中心时
(图1),游标卡尺的示数如图3所示,第二次分划板中心刻度对齐B条纹中心时(图2),
游标卡尺的示数如图4所示,已知双缝间距为0.5mm,从双缝到屏的距离为1m,则图3
中游标卡尺的示数为__________mm.图4游标卡尺的示数为_______________mm.实验
时测量多条干涉条纹宽度的目的是______________,所测单色光的波长为___________m.
(a)
【高考预测】
1.当游标卡尺的外测量爪合拢后,游标的零刻度在主尺零刻度的左端,如图甲所示,用该
游标卡尺测量一物体长度时,得到如图乙所示的情况,则物体的实际长度为。
二、数据记录.处理和误差分析
(1).有效数字:
测量读数(直接测量)要求按有效数字的规则来读写,但对有效数字
的运算不做要求,间接测量的结果一般写为2~3位有效数字就可以了,或按题目
要求取有效数字。
(2).数据处理的基本方法
①列表法:
通过表格对数据进行比较,找出物理规律。
②作图法:
充分利用图像的斜率.截距.包围面积的物理意义分析处理数据
③平均值法:
注意应按原来测量的数据的准确度决定保留的位数
例3.某物理兴趣小组为了求一满足
规律的小型交流发电的电动势瞬时值的表
达式,先用交流电压表测出了发电机空载时电压为U=3V,然后在发电机转轴上固定一
个有一定厚度的半径为r的轻质圆盘,可以绕通过中心的水平轴转动,让它与纸带.打
点计时器组合成如图所示装置。
实验步骤:
(1)如图所示,将电磁打点计时器固定在桌面上,将
纸带的一端穿过打点计时器的限位孔后,固定在圆盘的侧面上,
使得圆盘转动时,纸带可以卷在圆盘侧面上。
(2)打点计时器接通电源,打点计时器开始打点,启动发电机使
圆盘转动。
(3)经过一段时间,关闭发电机和打点计时器接通电源,取下纸带,进行测量。
①由已知量和测得量的符号表示的电动势瞬时值的表达式为e=___。
式
中各量的意义是:
②某次实验测得圆盘半径r=5.50×
10-2m,得到的纸带的一段如图所示。
求得的e表
达式为_________。
(Em.ω用具体数字表示)
解析:
①设T为电磁打点计时器打点的时间间隔,r为圆盘的半径,x1.x2分别是纸带上
选定的两点所对应的米尺上的刻度值,n为选定的两点间的打点数(含两点)。
则纸带的
速度为
,由于纸带与圆盘之间不打滑,则圆盘边缘的线速度亦为
,由匀速圆周运动的规律有
,联立上面两式可得圆盘匀速转动时
的角速度为:
(n=2,3,……),所以e的表达式为
②在图中给出的纸带上任取两点,读出其米尺上的刻度值x1.x2,并将
T=0.02s.r=5.50×
10-2m及n值代入,可求出ω1值,重复上述步骤,求出ω2.ω3,再取
其平均值即为ω的值得ω=6.8rads-1(6.75~6.84均可)。
则e的表达式为
(V)
求交流电电动势瞬时值表达式关键一是求最大值,二是求发电机转动的角速
度ω。
本题中,电压表测的是电动势的有效值,故最大值
;
纸带处理问题,
一要注意单位换算,二是注意给出纸带上的点是实际打出的点还是记数点,若是计数点
要注意两计数点间的时间间隔。
例4.图甲为用伏安法测量电阻的原理图。
图中,为电压表,内阻为4000Ω;
为电
流表,内阻为50Ω。
E为电源,R为电阻箱,Rx为待测电阻,S为开关。
(1)当开关闭合后电压表读数U=l.6V,电流
表读数I=2.0mA。
若将
作为测量
值,所得结果的百分误差是________。
(2)若将电流表改为内接如图乙。
开关闭合
后,重新测得电压表读数和电流表读数,
仍将电压表读数与电流表读数之比作为
测量值,这时结果的百分误差是_______。
(百分误差
)
(1)测量值为
,因电流表外接,所以
,故真实值为
,对应的百分误差
.
(2)电流表内接时,百分误差
误差分析的关键是找出误差的来源。
在伏安法测电阻的实验中,外接法误差
来自电压表的分流作用,内接法误差则是电流表分压作用引起的。
根据来源情况求出真
实值即可求百分误差了。
三、设计性实验(实验原理和方法的迁移应用)
(一)设计要求
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.这类题对考的要求较高,要求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物理情景中,考生需深刻理解物理概念和规律,并能灵活运用,要有较强的创新能力.
(二)设计原则
①可行性原则:
即原理要正确
②安全性原则:
主要涉及仪器的量程选择.正确使用等方面
③可操作性原则:
实验要有便于操作,容易控制,便于数据处理等
④精确性原则:
实验要考虑尽量减少误差,同样涉及量程选择等方面内容
(三)设计关键
20090318
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,它决定应当测量哪些物理量.如何安排实验步骤.如何处理数据等.
实验原理的确定:
一是根据问题的要求,二是根据问题的条件.
(四)设计思路
明确实验目的→设计实验原理→根据原理设计多种实验方案→对方案进行可行性分析,筛选确定最佳方案
(五)重点.难点:
电学实验设计问题
1.实验仪器的选择:
电流表.电压表选择:
从安全性考虑,要求电流.电压不超过电流表.电压表量程,从准确性考虑,要合理选择量程,务必使指针有较大偏转(一般要大于满偏度的1/3)。
滑动变阻器的选择:
注意电流不得超过其允许通过的最大电流。
大阻值电阻,一般不宜采用。
2.测量电路的选择(电流表的内.外接问题)
(甲)所示电路为电流表外接电路(简称外接法);
(乙)所示电路为电流表内接电路(简称内接法)。
两种接法的选择可按下列方法进行:
粗选法:
一般来说,测小电阻用外接法,测大电阻用内接法
细选法:
①.当
<
时,电压表分流作用小,应选用外接法
当
>
时,电流表分压作用小,应选用内接法
=
时,两种方法均可。
②.试触法:
在
均不知的情况下采用。
如图
所示,分别将a端与b.c接触,如果前后两次电流表
示数比电压表示数变化明显,说明电压表分流作用大,
应采用内接法;
如果前后两次电压表示数比电流表示数变化明显,说明电流表分压作用
大,应采用外接法。
3.控制电路的选择(变阻器限流.分压问题)
为了改变测量电路(待测电阻)两端
的电压(或通过测量电路的电流),
常使滑动变阻器与电源连接作为控
制电路,滑动变阻器在电路中主要
有两种连接方式:
如图(甲)为滑
动变阻器的限流式接法。
如图(乙)
是滑动变阻器的分压式接法。
选取原则:
①要求负载上电压或电流变化范围大,且从零开始连续可调,须用分压式接法。
②负载电阻Rx远大于滑动变阻器总电阻R时,须用分压式接法,此时若采用限流式接
法对电路基本起不到调节作用。
③采用限流电路时,电路中的最小电流(电压)仍超过电流表的量程或超过用电器的额
定电流(电压)时,应采用变阻器的分压式接法。
④需要用描点法作图问题一般用分压式接法
⑤负载电阻的阻值Rx小于滑动变阻器的总电阻R或相差不大,并且电压表.电流表示
数变化不要求从零开始起调,可用限流式接法。
⑥两种电路均可使用时应优先用限流式接法,因为限流电路结构简单,总功率较小。
4.实物图的连接:
(1)要求:
①连接电表应注意量程选用正确,正.负接线柱不要接错。
②各导线都应接在接线柱上,导线中间出现分叉,导线不交叉。
③滑动变阻器在接线时要特别注意不能将线接到滑动触头上。
(2)方法:
①画出实验电路图。
②分析各元件连接方式,明确电流表与电压表的量程。
③画线连接各元件。
连线顺序应先画串联电路,再画并联电路。
一般先从电源正极开
始按电流方向先将干路和最靠近电源的支路连成回路,然后依次连好远离电源的各支
路,电压表可最后才连到要测部分的两端。
连接完毕,应进行检查,检查电路也应按照
连线的方法和顺序。
例5.为测量一量程为1.5V,内阻约为1500Ω的电压表V的内阻,提供以下器材:
干电池E
(电动势3V),电阻箱R,滑动变阻器R’(10Ω),电流
表(量程15mA),开关,导线若干。
(1)请在右边方框中画出实验电路图
(2)写出实验需记录的数据并用符号表示:
(3)测量结果(用上问中符号表示)Rv=
解析:
测量电路设计:
待测电压表的满偏电流Im≈1mA,所以不能直接用电流表测通过
电压表的电流,可以采用电阻箱来分流,即让电阻箱与待测电压表并联,然后与电流表
串联组成测量电路,电阻箱所分电流约为电压表电流的14倍,故电阻箱电阻调至约为
电压表内阻的1/14,即100Ω左右。
控制电路选择:
用粗选法:
R’比R并小得多,故应选分
流接法。
用细选法:
若接成限流式接法,当R’电阻调
至最大(10Ω)时,R并≈10R’,即电压表两端电压若
为U=10E/11≈2.7V超过了其量程,因此只能用分压式
接法
(1)测量电路如图所示
(2)需记录数据:
电压表读数U,电流表示数I,电阻箱阻值R
(3)因为
,被测电压表电流为
,故
当电流表与电压表量程不匹配时,可借助电阻箱与电流表间接测出待测部分
电流。
此时,电阻箱充当了电流表的角色,体现了“替代”的物理思想。
【变式题】:
上题中,若没有提供电流表,而是提供一只量程为3V,内阻R2=2500Ω的
电压表V2,又该如何测量?
解析:
新提供电压表V2满偏电流Im=1.2mA,接近于待
测电压的的满偏电流,设计电路时可以将两表直接串
联,此时电压表V2当电流表用,可测得V的电流为
,U2为电压表V2的示数,设此时V的读
数为U,则待测电压表内阻为:
思维点拨:
已知电阻的电流表可作小量程电压表用,已知电阻的电压表可作小量程电流
表用。
例6.下图是用来测量未知电阻Rx的实验电路的实物连线示意图,图中Rx是待测电阻,阻值
约为几千欧;
E是电池组,电动势6V,内阻不计;
V是电压表,量程3V,内阻r=3kΩ;
R是电阻箱,阻值范围0-9999Ω,R1是滑动变阻器,S1和S2是单刀单掷开关。
主要的实验步骤如下:
a.连好电路后,合上开关S1和S2,调节滑动
变阻器的滑片,使得电压表的示数为3.0V.
b.合上开关S1,断开开关S2,保持滑动变阻器
的滑片位置不变,调节电阻箱的阻值,使得
电压表的示数为1.5V.
c.读出电阻箱的阻值,并计算求得未知电阻Rx
的大小.
d.实验后整理仪器.
①根据实物连线示意图,在虚线框内画出实验的电路图,
图中标注元件的符号应与实物连接图相符。
②供选择的滑动变阻器有:
滑动变阻器A:
最大阻值100Ω,额定电流0.5A滑动变
阻器B:
最大阻值20Ω;
额定电流1.5A。
为了使实验的
系统误差尽量小,实验应选用的滑动变阻器是。
③电阻箱的旋钮位置如图所示,它的阻值是。
④未知电阻Rx=。
⑤测量值与真实值比较,测量值比真实值。
(填“偏大”.“相等”或“偏小”)
①电路图如右图
②半偏法测电阻,要求测量部分电压不变,即要求测量部分与滑
动变阻器右半部分并联的总电阻不变,据并联电路特点知,当
<<R测时,并联的总电阻由
决定,故应先B
③1400Ω
④Rx=2625Ω(Rx和电压表内阻相差不多,它们并联后的阻值
和电阻箱阻值相同。
)。
⑤偏大(提示:
断开S2后,电路总电阻增大,分压器上分到的
电压略大于3V,当把电压表示数调到1.5V时,电阻箱上的电
压将略大于1.5V,因此电阻箱的阻值略大于Rx和电压表的并联阻值。
此题采用了半偏法测Rx的电阻。
此法关键是如何保证S2断开和闭合时测量
电路电压基本不变。
测量电压表和电流表内阻时,一般不能直接用伏安法进行测量,因为电流表电
阻太少,其两端电压太小用电压表测误差太大,同理,电压表电阻太大,其上通过的电
流太小,电流表测误差太大。
故电流表.电压表内阻测量常用半偏法,替代法等。
半偏
法测电压表内阻时,要求R滑<<RV,这种方法测得电阻偏大。
半偏法测电流表内阻时,
要求R滑>>RA,这种方法由于电阻箱与电流表并联后总电阻变小,总电流变大,故电
阻箱电阻略小于RA,测得电阻偏小。
在使用替代法时注意,已知电阻的电流表可作小量
程电压表用,已知电阻的电压表可作小量程电流表用。
3.为了测量两个电压表VA.VB的内电阻,可以提供的仪器有
器材(代号)
规格
电压表(VA)
量程5V,内阻RA待测(约3000Ω)
电压表(VB)
量程3V,内阻RB待测(约2500Ω)
电流表(A)
量程3A,内阻r3=2.5Ω
电阻箱(R1)
阻值范围0-9999.9Ω
电阻箱(R2)
阻值范围0-99.9Ω
滑动变阻器(R3)
阻值为0-50Ω.额定电流1.5A
滑动变阻器(R4)
阻值为0-10Ω.额定电流1A
电池(E)
电动势12V,内阻约0.5Ω
电键(S)
单刀开关两个
导线若干
(1)在设计电路时,能否选用电流表A,并说明
原因
(2)选用的器材有
导线若干。
(填代号)
(3)为了测量两个电压表内电阻,请设计一个测量电
路,在方框中画出电路图
(4)需要测量的物理量(并用符号表示)
(5)根据上面测量数据得出两电压表内阻的计算式:
RA=,RB=
2.有一电阻Rx,其阻值在400~500Ω之间,要测量它的阻值,要求消除因电压表和电流表
内阻引起的误差,实验器材有:
安培表A,量程6mA,内阻约为20Ω
电压表V1,量程为6V,内阻约10kΩ
电压表V2,量程为3V,内阻约3kΩ
变阻器R1,变阻范围0~20Ω
变阻器R2,变阻范围0~1000Ω
电源E,电动势E=9V
开关两个,导线若干。
(1)在右图框中画出所用实验电路图。
(2)写出简单实验操作步骤及记录数据(用符号表示)
(3)测量结果表达式(用上问中对应符号表示)Rx=
【专题训练】
1.一多用表的电阻挡有三个倍率,分别是×
1,×
10,×
100.用×
10挡测量某电阻时,操作
步骤正确,发现表头指针偏转角度很大,为了较准确地进行测量,应换到挡,如
果换挡后立即用表笔连接待测电阻进行读数,那么缺少的步骤是,若补上
该步骤后测量,表盘的示数如图,则该电阻的阻值是Ω.
2.现要测定一根尼龙丝能承受的最大拉力F,手头只有一个质量为m的砝码(已知F>mg)
和一个米尺.请回答:
(1)画出实验方案的示意图;
(2)其中需测量的物理量是__________;
(3)尼龙丝能承受的最大拉力F的表达式是_________.
3.如图(乙)所示,将包有白纸的圆
柱棒替代纸带和重物,蘸有颜料的
毛笔固定在马达上并随之转动,使
之替代打点计时器.当烧断挂圆柱
的线后,圆柱竖直自由落下,毛笔
就在圆柱白纸上划出记号,图(甲)所示,测得记号之间的距离依次为26、42、58、74、
90、106mm,已知马达铭牌上有“1440r/min”字样,请说明如何由此验证机械能守恒.
4.用以下器材测量一待测电阻的阻值。
器材(代号)与规格如下:
电流表A1(量程250mA,内阻r1为5Ω);
标准电流表A2(量程300mA,内阻r2约为5Ω);
待测电阻R1(阻值约为100Ω);
滑动变阻器R2(最大阻值10Ω);
电源E(电动势约为
10V,内阻r约为1Ω);
单刀单掷开关S,导线若干。
(1)要求方法简捷,并能测多组数据,画出实验电路原理图,并标明每个器材的代号.
(2)需要直接测量的物理量是_______,用测的量表示待测电阻R1的计算公式是R1=____。
5.用以下器材测量一待测电阻Rx的阻值(约100Ω)
电源E,电动势约为6.0V,内阻可忽略不计;
电流表A1,量程为0—50mA,内阻r1=20Ω;
电流表A2,量程为0—300mA,内阻r2=4Ω;
定值电阻R0,阻值为20Ω
滑动变阻器R,最大阻值为10Ω;
单刀掷开关S,导线若干。
①要求测量中尽量减小误差,并测多组数据。
试在虚线框中画出测量电阻Rx的一种实验电路
原理图(原理图中的元件要用相应的英文字母标注)。
②若某次测量中电流表A1的示数为I1,电流表A2的
示数为I2。
则由已知量和测量量计算Rx的表达式为Rx=。
参考答案
1.解析:
量程是3V和3A时,最小分度是0.1V和0.1A,应估读到下一位,而量程为15V和
0.6A时,最小分度为0.5V和0.02A,所以只需估计到当前位。
答案:
(1)2.17;
10.8;
(2)0.80;
0.16
2.解析:
条纹间距为
由
得:
获得单色光,产生线光源,产生相干光源,平行,11.5mm,16.7mm,减小实验误
差,6.5×
10-7.
3.解析:
(1)电流表A不能选用,电流表量程太大,测量不准确
(2)VA.VB.R1.R3.S
(3)如右图所示
(4)闭合S1,断开S2,读出电压表读数VA1.VB1
闭合S2,调节R1的阻值为R时,读出电压表读数VA2.VB2
(5)
点拨:
本题中相当于VB作电流表用,也可认为VA与R1并联当电流表用。
游标尺的外测量爪合拢后,游标尺的零刻度在左边,且游标尺第3条刻度线与主
尺对齐,说明该尺的零误差L0=0.3mm-1mm=-0.7mm,用该游标尺去测量时,如图乙
所示物体的实际长度为
(1)电路图如图所示
(2)闭合S1.S2,调节R1.R2使V1示数为V2示数
的2倍,然后断开S2,保持R2滑片位置不变,调节
R1读出电流表A及电压表V2的示数I.U
(3)待测电阻阻值为:
由闭合S1.S2,调节R1.R2使V1示数为V2示
数的2倍,可知此时R2与电压表V2并联的总电阻跟
Rx相等,断开S2之后由于R2未调节,故电压分配关系不发生变化,即V2两示数总与Rx
两端电压相等,而电流表测的又是通过Rx的电流。
所以
。
1.×
1、调零(或重新调零).22
2.
(1)实验方案的示意图如图所示.
(2)需要测量的量是:
尼龙丝的长L和刚好拉断时两悬点间的距离l.
(3)尼龙丝能承受的最大拉力的表达式是
3.其方法如下:
①由马达铭牌“1440r/min”算出毛笔画的线距时间间隔了
(s)
②根据
算出任意选取的相邻两条线的瞬时速度.
(m/s)
∴
(J)
而
(J) 验证完毕.
4.
(1)实验电路图如图所示。
⑵两电流表A1.A2的读数为I1.I2和电流表A1的内阻为r1,
待测电阻R1的阻值的计算公式是:
5.①电路图如右图所示
②