跃渊风暴恒心家教专版物理实验专题收藏版.docx

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跃渊风暴恒心家教专版物理实验专题收藏版

满分冲刺-物理实验

自然科学是实验性科学，物理实验是物理学的重要组成部分．理科综合对实验能力提出了明确的要求，即是“设计和完成实验的能力”，它包含两个方面：

1．独立完成实验的能力．包括：

（1）理解实验原理、实验目的及要求；

（2）掌握实验方法步骤；

（3）会控制实验条件和使用实验仪器，会处理实验安全问题；

（4）会观察、解释实验现象，会分析、处理实验数据；

（5）会分析和评价实验结果，并得出合理的实验结论．

2．设计实验的能力．能根据要求灵活运用已学过的物理理论、实验方法和仪器，设计简单的实验方案并处理相关的实验问题．

一、基本仪器的使用

［方法归纳］

1．要求会正确使用的仪器

刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器、天平、秒表、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、示波器．

2．在力学和电学实验中，常需要利用测量工具直接测量基本物理量．

基本物理量

测量仪器

力学

长度

刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器

时间

秒表（停表）、打点计时器

质量

天平

电学

电阻（粗测）

欧姆表、电阻箱

电流

电流表

电压

电压表

3．读数方法：

用各种测量仪器测量有关物理量，读数时首先要弄清测量仪器的精度．以螺旋测微器为例：

精度为mm=0.01mm，其读数方法是：

读数=固定刻度数（含半毫米刻度）＋可动刻度数（含估读刻度数）×精度．

[典例分析]

【例1】请将下列各种测量仪器的读数填在题中的横线上．

示数___________cm示数__________cm

示数___________s示数__________s

电阻箱连入电路中的

电阻为___________Ω

此时待测电阻为___________Ω

用0～15V档，此电压

表示数为___________V

用0～0.6A档，此电流

表示数为___________A

【特别提示】一般来说，除游标卡尺、秒表、电阻箱外，其他测量仪器的读数都需要估读，即读到精度的下一位．

二、独立完成实验

［方法归纳］

1．常见间接测量的物理量及其测量方法

有些物理量不能由测量仪器直接测量，这时，可利用待测量和可直接测量的基本物理量之间的关系，将待测物理量的测量转化为基本物理量的测量．

待测物理量

基本测量方法

力学

速度

①利用纸带，；②利用平抛，

加速度

①利用纸带，逐差法；②利用单摆

力

根据F=ma转化为测量m、a

功

根据转化为测量m、S、v

电学

电阻（精确测量）

①根据转化为测量U、I（伏安法）；②电阻箱（半偏、替代）

电功率

根据P=IU转化为测量U、I

电源电动势

根据E＝U＋Ir转化为测量U、I

2．处理实验数据的常用方法

为了减小由于实验数据而引起的偶然误差，常需要采用以下方法进行处理．

（1）多次测量求平均值；

（2）图象法

3．实验误差的分析

中学物理中只要求初步了解系统误差和偶然误差、绝对误差和相对误差的概念；能定性分析某些实验中产生误差的主要原因；知道用平均值法、图象法减小偶然误差；但不要求计算误差．

（1）系统误差和偶然误差：

测量值总是有规律的朝着某一方向偏离真值（总是偏大或总是偏小）的误差，称为系统误差．系统误差的主要来源是仪器本身不够精确，或实验原理、方法不够完善．由于偶然因素的影响，造成测量值的无规则起伏称为偶然误差．偶然误差是由于各种偶然因素对实验者、测量仪器，被测物理量的影响而产生的，多次测量偏大和偏小的机会相同，因此，多次测量求平均值可减小偶然误差．

（2）绝对误差和相对误差：

设某物理量的真值为A0，测量值为A，则绝对误差，相对误差为．真值A0常以公认值、理论值或多次测量的平均值代替．

[典型分析]

【例1】一打点计时器固定在斜面上某处，一小车拖着穿过打点计器的纸带从斜面上滑下，如图5-1甲所示，图5—1乙是打出的纸带的一段．

图5—1

（1）已知打点计时器使用的交流电频率为50Hz，利用图乙给出的数据可求出小车下滑的加速度a=____________．

（2）为了求出小车在下滑过程中所受的阻力，还需要测量的物理量有___________，用测得的量及加速度a表示阻力的计算式为f=_________________．

【例2】一个有一定厚度的圆盘，可以绕通过中心且垂直于盘面的水平轴转动．用下面的方法测量它匀速转动时的角速度．

实验器材：

电磁打点计时器，米尺，纸带，复写纸．

实验步骤：

（1）如图5—3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，固定在待测圆盘的侧面上，使圆盘转动时，纸带可以卷在圆盘侧面上．

（2）启动控制装置使圆盘转动，同时接通电源，打点计时器开始打点．

（3）经过一段时间，停止转动和打点，取下纸带，进行测量．

①由已知量和测得量表示角速度的表达式为ω=________________，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5—4所示，求得角速度为________．

单位：

cm

图5—4

【例3】小灯泡灯丝的电阻会随温度的升高而变大．某同学为研究这一现象，用实验得到如下数据（I和U分别表示小灯泡上的电流和电压）：

I/（A）

0.12

0.21

0.29

0.34

0.38

0.42

0.45

0.47

0.49

0.50

U（V）

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1.40

1.60

1.80

2.00

（1）在左下框中画出实验电路图．可用的器材有：

电压表、电流表、滑线变阻器（变化范围0～10Ω）、电源、小灯泡、电键、导线若于．

（2）在图5—5中画出小灯泡的U—I曲线．

图5—5

（3）若将该小灯泡接在电动势是1.5V，内阻是2.0Ω的电池两端，小灯泡的实际功率是多少?

（简要写出求解过程，若需作图，可直接画在图中）

三、实验设计

[专题精讲]

实验设计应把重点放在力学和电学实验上，力学以打点计时器为中心展开，电学以电阻测量为中心展开．

1．进行实验设计的总体原则

（1）精确性：

在实验误差允许的范围内，应尽可能选择误差较小的方案．

（2）安全性：

实验方案的实施要安全可靠，不会对器材造成损害，且成功率高．

（3）可操作性：

实验应便于操作和读数，便于进行数据处理．

2．实验设计的基本思路

．

实验设计的关键在于实验原理的设计，它是进行实验的依据和起点，它决定了应选用（或还需）哪些实验器材，应测量哪些物理量，如何编排实验步骤．而实验原理的设计又往往依赖于所提供的实验器材（条件）和实验要求，它们相辅相成，互为条件．

以测量电表的内阻为例：

纵向：

伏安法及变式

1°电流表、电压表各一只，可以测量它们的内阻

2°两只同种电表，若知道一只的内阻，就可以测另一只的内阻

3°两只同种电表内阻都未知，则需要一只电阻箱才能测定电表的内阻

横向：

除伏安法外，还常用替代法、半偏法和闭合电路欧姆定律（计算法）

1°替代法

2°半偏法

3°闭合电路欧姆定律（计算法）

3．电学实验的器材选择和电路设计

（1）电路结构

完整的实验电路包括三个部分：

①测量电路，②控制电路（变阻器、开关），③电源．

（2）思路

（3）方法

①电表选择：

为了减小电表读数引起的偶然误差，选择电表时应先估算待测电流或电压的最大值，同时要考虑电表间、电表与电源间的配置是否合理，测量时各电表的最大偏转量都应接近量程．

②分压、限流电路选择

在下列情况下应选择分压电路

1.实验要求待测电阻两端电压从零开始连续变化。

2.限流不能保证安全，即限流电路中的最小电流超过电表量程或用电器的额定电流．常见于变阻器全电阻远小于测量部分电阻的情况．

3.限流能保证安全，但变阻器调节过程中，电表读数变化不明显，不满足实验测量多组数据的要求．常见于变阻器全电阻远小于测量部分电阻的情况．

在限流、分压两种电路都满足实验要求时，由于限流电路结构简单，损耗的电功率小，应优先选用．

③滑动变阻器的粗调和微调．

在限流电路中，对测量电路而言，全电阻较大的变阻器起粗调作用，全电阻较小的变阻器起微调作用；在分压电路中，变阻器的粗、微调作用正好与限流电路相反．

[典型分析]

【例4】如图所示，水平桌面上固定着斜面体A，有小铁块B．斜面体的斜面是曲面，由其截面图可以看出曲线下端的切线是水平的．现提供的实验测量工具有：

天平、直尺．其它的实验器材可根据实验

需要自选．现要设计一个实验，测出小铁块B自斜面顶端由静止下滑到底端的过程中，小铁块B克服摩擦力做的功．请回答下列问题：

（1）除题中供给的器材处，还需要选用的器材是：

____________________________________________________________．

（2）简要说明实验中需要测量的物理量（要求在图上标明）：

_____________________________________________________________．

（3）写出实验结果的表达式（重力加速度g已知）：

____________________________________________________________．

【例5】用伏安法测量一个定值电阻的阻值，备用器材如下：

待测电阻Rx（阻值约为25kΩ）

电流表A1：

（量程100A，内阻2kΩ）

电流表A2：

（量程500A，内阻300Ω）

电压表V1：

（量程10V，内阻100kΩ）

电流表V2：

（量程50V，内阻500kΩ）

电源E：

（电动势15V，允许最大电流1A）

滑动变阻器R：

（最大阻值1kΩ）

电键S，导线若干

为了尽量减小实验误差，要求测多组数据．

（1）电流表应选________________，电压表应选__________________．

（2）画出实验电路图．

【变式】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S，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的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5—11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=____________________．

图5—11

【例6】为了测定电流表A1的内阻，采用如图5—14所示的电路．其中：

A1是待测电流表，量程为300A，内阻约为100Ω；A2是标准电流表，量程为200A；R1是电阻箱，阻值范围是0～999.9Ω；R2是滑动变阻器；R3是保护电阻；E是电池组，电动势为4V，内阻不计；S1是单刀掷开关．S2是单刀双掷开关．

图5—14图5—15

（1）根据电路图，请在图5—15中画出连线，将器材连接成实验电路．

图5—16

（2）连接好电路，将开关S2扳到接点a处，接通开关S1，调整滑动变阻器R2使电表A2的读数是150A