17章物理实验 单位制.docx
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17章物理实验单位制
第十七章物理实验单位制
◆【三年高考】
1．原书P143第14题
2．原书P141第9题
3．原书P143第15题
4．原书P140第4题
5．原书P140第7题
6．原书P140第8题
7．原书P146第19题
8．原书P144第16题
9．原书P139第1题
10．原书P144第17题
11．原书P145第18题
12．原书P142第11题
13．原书P142第10题
14．原书P139第2题
15．原书P140第5题
◆【规律点睛】
考点突破：
一．基本仪器的使用：
从近几年对高考试题的统计和分析来看，物理实验的考查重点有些新的变化，但无论是实验设计，还是原理分析，往往都涉及基本仪器的使用。
因此，仪器的使用是实验考核的基础内容。
一些基本仪器的原理、使用方法、注意事项和读数等，在近几年的高考试题中不断出现。
长度和电路量的测量及相关仪器的使用是出题最频繁的知识点。
如游标卡尺、螺旋测微器的读数在近十年的全国高考中就考了6次，往往是游标卡尺、螺旋测微器交替考查。
电压表、电流表、欧姆表使用方法的考查几率则更高。
另外，打点计时器、秒表的使用有时也出现。
高考中基本仪器的考察，用的比较多的题型是填空题和作图题，时而也有选择题。
高考中常有连接电路实物图的题，这类题设置的目的就是考查电流表、电压表、滑动变阻器等器材的操作和使用方法。
二．基本实验操作：
要求考生“能根据要求灵活运用已学过的自然科学理论、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”。
具体体现在：
①在给定的条件下，进行实验设计；②给出测量数据，选择数据处理的方法；③给定原理和器材，设计实验方案；④给出实验过程和情景，判断过程和方法的合理性等。
如2001年理综考试中的实验题，就是要求考生灵活运用“伏安法”测定电阻。
关于实验方法的考查，预计是两种形式：
一是以学过的分组或演示实验为背景，考查对实验方法的领悟情况；二是考查灵活运用学过的实验方法设计新的实验。
由于目前设计型实验是高考实验题的热点，而掌握一些有普遍意义的实验方法又是设计实验的基础，所以在复习已学过的实验时，有意识的、积极的提取、积累一些有价值的方法是很有意义的。
三．设计型实验：
近几年，高考实验题发生了明显的变化，已跳出了课本分组实验的范围，不仅延伸到演示实验中，而且出现了设计型实验。
关于试验能力提出了“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”，在理科综合《考试说明》中，更明确地把“设计和完成实验的能力”作为五个考试目标中的一个目标。
在上海的高考试题中，设计型实验具有很好的测试效果。
全国的高考试题中对实验的考查也在逐步转向设计型的实验，它必将是今后高考物理实验命题的热点。
完整的设计一个实验，要经历多个环节，在实际考查中，一般不会考查全部环节，而是只考查其中的几个环节，有的题目给出条件和实验器材，要求阐述实验原理；有的给出实验电路图，要求领会实验原理，确定需测物理量及计算公式；有的则要求考生根据操作步骤及测定的物理量判断出实验原理……虽然考查方式不尽相同，但目前高考中几乎所有的设计型实验题都有一个共同点，都是在给出实验器材的前提下进行考查的，而且都以不同方式或多或少的对实验原理作一定的提示。
由于考查环节和要求的不同，题型也不尽相同，但较多的是选择、填空、作图题。
方法攻略：
1．理解仪器的工作原理。
这能使我们灵活的使用仪器和分析问题。
例如，理解10分度的游标卡尺，也就能理解和使用20分度和50分度的游标卡尺。
2．熟悉仪器使用时的注意事项。
这往往是高考实验题的考点。
注意事项一般是这样几方面：
①可能危及仪器安全的。
如：
螺旋测微器，在小砧快接触工件时，应改用微调旋钮，以免损坏精密螺杆。
②可能增大误差的。
如使用螺旋测微器，读数时要注意半毫米刻度；测量仪器使用前，要调整零位（如弹簧秤、各种电表）。
③使用时容易忽略的。
最容易忽略的是仪器使用前的调整和使用后的复位。
如：
使用欧姆表，要机械调零和电阻档调零，换档后要重新进行电阻档调零，使用完毕要复位。
3．正确选择量程。
大的量用小量程，会损毁仪表；小的量用大量程，会增大误差。
选择量程的原则是：
在测量值不超过量程的前提下，选用尽量小的量程；在完全不清楚测量值的情况下，试用最大量程，再视情况逐渐减小量程。
如电流表和电压表一般要求指针能偏转到刻度盘的
以上；欧姆表指针应在
范围内，
为刻度盘中心阻值。
4．掌握测量仪器的读数方法。
主要是估读问题，大部分刻度仪器读数时都需要估读。
如刻度尺和温度计，要估读到最小刻度的
；螺旋测微器要估读到可动刻度的
。
5．设计实验原理
（1）控制变量法。
如：
在“验证牛顿第二定律的实验”中，加速度、力和质量的关系控制。
在“研究单摆的周期”中，摆长、偏角和摆球质量的关系控制。
（2）近似替代法。
用伏安法测电阻时，选择了合适的内外接方法，一般就忽略电表的非理想性。
（3）等效替代法。
某些量不易测量，可以用较易测量的量替代，从而简化实验。
在“验证碰撞中的动量守恒”的实验中，两球碰撞后的速度不易直接测量，在将整个平抛时间定为时间单位后，速度的测量就转化为对水平位移的测量了。
（4）模拟法。
当实验情景不易或根本无法创设时，可以用物理模型或数学模型等效的情景代替，尽管两个情景的本质可能根本不同。
“描绘电场中的等势线”的实验就是用电流场模拟静电场。
（5）微小量放大法。
微小量不易测量，勉强测量误差也较大，实验时常采用各种方法加以放大。
卡文迪许测定万有引力恒量，采用光路放大了金属丝的微小扭转；在观察玻璃瓶受力后的微小形变时，使液体沿细玻璃管上升来放大瓶内液面的上升。
6．控制实验误差
（1）多次测量法。
多次测量法减小偶然误差，这是所有实验必须采取的办法，也是做实验应具有的基本思想。
（2）积累法。
一些小量直接测量误差较大，可以累积起来测量，以减小误差。
“用单摆测定重力加速度”的实验中，为了减小周期的测量误差，不是测量完成一次全振动的时间，而是测量完成30~50次全振动的时间。
7．数据处理
（1）逐差法。
这就是用打点计时器打出的纸带计算加速度时用到的方法，这种方法充分利用了测量数据，具有较好的取平均的效果。
（2）图象法。
能从图象清楚看出物理量间的关系，在“描绘小灯泡伏安特性曲线”的实验中，采用了这种方法得出电阻与温度有关的结论；可用图象法求物理量的值，在“测定电源电动势和内阻”的实验中用图象法来求E和
不仅有取平均的效果，还可以剔除个别有错误的测量数据。
8．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。
9．设计思路
实验设计可用下面的框图表示
特别提示：
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。
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。
◆【两年模拟】
1．（2005年北京一模）测量动摩擦因数：
A．为了测定木块与木板之间的动摩擦因数，利用现有的器材：
“木板、木块、弹簧秤、刻度尺、秒表、砂桶与砂”，有人设计了下面三种实验方案：
（1）增减砂桶内的砂，使木块匀速运动，并测出木块、砂与砂桶的重量；
（2）用力F拉木板向左运动，并读出弹簧秤的示数，称出木块的重量；（3）让木块从木板顶端加速滑到底端，并测出下滑时间及相应各长度，如果这三个实验的操作正确无误，你认为哪个实验方案测动摩擦因数最准确而且最简单？
答：
________________________________________________________
试从实验原理上对每个方案作出简要分析和评价。
方案
（1）_______________________________________________________________
方案
（2）________________________________________________________________
方案（3）_________________________________________________________________。
B．如图，质量不同的两个物体A和B，用跨过定滑轮的细绳相连．开始时B放在水平桌面上，A离地面有一定的高度，从静止开始释放让它们运动，在运动过程中B始终碰不到滑轮，A着地后不反弹．滑轮与轴处摩擦不计，绳子和滑轮质量不计．用此装置可测出B物体与水平桌面间的动摩擦因数μ．
（1）在本实验中需要用到的测量工具是；需要测量的物理量是
（物理量需用字母表示）．
（2）动摩擦因数的表达式为μ=．
C．某同学用一个测力计（弹簧秤）、木块和细线去粗略测定该木块跟一个固定斜面之间的动摩擦因数μ，设此斜面的倾角不大，不加力时，木块放在斜面上能保持静止。
（1）他是否要用测力汁称出木块的重力?
（2）写出实验的主要步骤。
（3）推导出μ的计算式。
2．（2005年启东二模）气垫导轨是常用的一种实验仪器
，它是利用气泵使带孔的导轨与滑块之间形成气垫，使滑块悬浮在导轨上，滑块在导轨上的运动可视为没有摩擦。
我们可以用带竖直挡板C和D的气垫导轨以及滑块A和B来验证动量守恒定律，实验装置如图所示（弹簧的长度忽略不计），采用的实验步骤如下：
a．用天平分别测出滑块A、B的质量mA、mB。
b．调整气垫导轨，使导轨处于水平。
c．在A和B间放入一个被压缩的轻弹簧，用电动卡销锁定，静止放置在气垫导轨上。
d．用刻度尺测出A的左端至C板的距离L1。
e．按下电钮放开卡销，同时使分别记录滑块A、B运动时间的计时器开始工作。
当A、B滑块分别碰撞C、D挡板时停止计时，记下A、B分别到达C、D的运动时间t1和t2。
（1）实验中还应测量的物理量是_____________________。
（2）利用上述测量的实验数据，验证动量守恒定律的表达式是____________________，上式中算得的A、B两滑块的动量大小并不完全相等，产生误差的原因是___________。
（3）利用上述实验数据能否测出被压缩弹簧的弹性势能的大小？
如能，请写出表达式。
3．（2005年黄冈二模）影响物质材料电阻率的因素很多，一般金属材料的电阻率随温度的升高而增大，而半导体材料的电阻率则与之相反，随温度的升高而减少。
某课题研究组在研究某种导电材料的用电器件Z的导电规律时，利用如图甲的分压电路测得其电压与电流的关系如表所示：
U（V）
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.50
1.60
I（A）
0.20
0.45
0.80
1.25
1.80
2.81
3.20
（1）根据表中数据，判断用电器件Z可能属于上述哪类材料？
（2）把用电器件Z接入图乙所示的电路中，电流表的读数为1.8A，电池的电动势为3V，内阻不计，试求电阻R的电功率。
（3）根据表中的数据找出该用电器Z的电流随电压变化的规律是I=kUm，试求出n和k的数值，并写出k的单位。
4．（2005年南京一模）如图甲所示是一种测量电容的实验电路图，实验是通过对高阻值电阻放电的方法测出电容器充电至电压U时所带的电荷量Q，从而再求出待测电容器的电容C，某同学在一次实验时的情况如下：
a．按图甲所示的电路图接好电路；
b．接通开关S，调节电阻箱R的阻值，使小量程电流表的指针偏转接近满刻度，记下此时电流表的示数I0=490μA，电压表的示数U0=8.0V，I0、U0分别是电容器放电时的初始电流和电压；
c．断开开关S，同时开始计时，每隔5s或10s测读一次电流i的值，将测得数据填入表格，并标示在图乙的坐标纸上（时间t为横坐标，电流i为纵坐标），结果如图中小黑点所示。
（1）图乙中画出i－t图线；
（2）图乙中图线与坐标轴所围成面积的物理意义是____________；
（3）该电容器的电容为__________F（结果保留两位有效数字）。
5．（2005年苏州一模）把电流表改装为电压表的实验中，分3个主要步骤，实验中给出的器材有：
①电流表（量程0—100
A）②标准伏特表（量程1—5V）
③电阻箱（0—9999
）④电阻箱（0—99999
）
⑤电源（电动势2V，有内阻）⑥电源（电动势6V，有内阻）
⑦滑动变阻器（0—50
，额定电流1.5A）⑧电键两只，
导线若干
（1）首先要用半偏法测定电流表的内阻。
如果采用图所示的电路测定电流表A的内电阻并且要想得到较高的精确度，那么从以上给出的器材中，可变电阻R1应选用，可变电阻R2应选用，电源E应选用。
该实验操作的步骤有：
A．合上K1B．合上K2C．观察R1的阻值是否最大，如果不是，将R1的阻值调至最大D．调节R1的阻值，使电流表指针偏转到满刻度E．调节R2的阻值，使电流表指针偏转到满刻度的一半F．记下R2的阻值。
把以上步骤的字母代号按实验的合理顺序填写在下面横线上的空白处：
①；②；③；④；⑤；⑥。
如果在步骤F中所得的R2的阻值为600
，则图中被测电流表的内阻Rg的测量值为
。
（2）如果要将图中的电流表A改装为量程为0—5V的伏特表，则改装的方法是给电流表应联一个阻值为
的电阻。
6．（2005年广东一模）图1为某一热敏电阻（电阻值随温度的改变而改变，且对温度很敏感）的I—U关系曲线图。
（1）为了通过测量得到图1所示I—U关系的完整曲线，在图2图3两个电路中应选择的是图；简要说明理由：
（电源电动势为9V，内阻不计，滑线变阻器的阻值为0－100Ω）。
（2）在图4电路中，电源电压恒为9V，电流表读数为70mA，定值电阻R1＝250Ω。
由热敏电阻的I—U关系曲线可知，热敏电阻两端的电压为V；电阻R2的阻值为
Ω。
（3）举出一个可以应用热敏电阻的例子：
。
7．（2005年上海一模）在“测定金属的电阻率”的实验中，需要用刻度尺测出被测金属丝的长度l。
用螺旋测微器测出金属丝的直径d，用电流表和电压表测出金属丝的电阻Rx。
（1）请写出测金属丝电阻率的表达式：
ρ=（用上述测量量的字母表示）。
（2）若实验中测量金属丝的长度和直径时，刻度尺和螺旋测微器的示数分别如图所示，则金属丝长度的测量值为l=cm，金属丝直径的测量值为d=mm。
（3）用电流表和电压表测金属丝的电阻时，由于电压表、电流表内阻的影响。
不论使用电流表内接法还是电流表外接法，都会产生系统误差。
按如右上图所示的电路进行测量。
可以消除由于电表内阻造成的系统误差。
利用该电路进行实验的主要操作过程是：
第一步：
先将R2的滑动头调到最左商量，单刀双掷开关S2向上1闭合，闭合电键S1，调节滑动变阻器R1和R2，使电压表和电流表的示数尽大些（不超过量程），读出此时电压表和电流表的示数U1、I1。
第二步：
保持两滑动变阻器的滑动头位置不变，将单刀双掷开关S2向2闭合，读出此时电压表和电流表的示数U2、I2。
请写出由以上记录数据计算被测电阻Rx的表达式Rx＝。
8．（2005年天津一模）
（1）用螺旋测微器测量某一物体的厚度，测量结果如图所示，该物体的厚度为mm。
（2）测量一只量程已知的电压表内阻，器材如下：
A．待测电压表（量程3V，内阻约3k
）
B．电流表（量程3A，内阻0.01
）
C．定值电阻（阻值5k
，额定电流0.5A）
D．电池组（电动势小于3V，内阻可忽略）
E．开关两只
F．导线若干
要求从下列左图甲、乙电路中选择一个电路。
利用这个电路完成测量。
①你选（填甲或乙）电路，理由。
②实验中需要直接测量的物理量是。
电压表内阻的计算公式
=。
③把下列右图中所示各器材的实物图连成你所选的实验电路。
9．（2005年南京二模）
（1）在“研究平抛运动”实验中，某同学只记录了小球运动途中的A、B、C三点的位置，取A点为坐标原点，则各点的位置坐标如图所示，当g＝10m/s2时，下列说法正确的是（ ）
A．小球抛出点的位置坐标是（0，0）
B．小球抛出点的位置坐标是（－10，－5）
C．小球平抛初速度为2m/s
D．小球平抛初速度为1m/s
（2）某同学在做“双缝干涉测定光的波长”实验时，第一次分划板中心刻度线对齐A条纹中心时（如图1），游标卡尺的示数（如图3）所示，第二次分划心刻度线对齐B条纹中心时（如图2），游标卡尺的示数（如图4）所示。
已知双缝间距d=0.5mm，双缝到屏的距离L=1.0m。
则：
①（图3）中游标卡尺的示数为m。
②（图4）中游标卡尺的示数为m。
③实验中测量多条干涉条纹宽度的目的是。
④所测光波的波长为m。
（保留两位有效数字）
10．（2005年武汉一模）如下面右图所示电路是测量电流表内阻的实物连接图，实验的操作步骤如下：
①将电阻箱R的电阻调到零；②闭合开关，调节滑动变阻器
的滑片，使得电流表达到满偏电流
；③保持滑动变阻器的滑片位置不变，调节电阻箱的电阻，使得电流表的示数为
；④读出电阻箱的电阻值
。
可以认为电流表的内阻
。
（1）已知电流表的量程是50mA，内阻约是40Ω。
可供选择的滑动变阻器
有：
A．阻值0—10Ω，额定电流2A。
B．阻值0—50Ω，额定电流1.5A
可供选择的电阻箱R有：
C．阻值0—99.9ΩD．阻值0—999Ω。
为了比较准确地测量出电流表的内阻，应选用的滑动变阻器
是_______；电阻箱R是______。
（填仪器前的字母代号）
（2）本实验中电流表的测量值
与电流表内阻的真实值
相比，有（ ）
A.
B.
C.
D.
可能大于
，也可能小于
。
（3）如果提高电池的电动势，用此电路测出的电流表的内阻的误差将__________。
（填“增大”、“减小”或“不变”）
11．（2005年江西一模）某同学为了测电流表A1的内阻r1的精确值，有如下器材：
器材名称
器材代号
器材规格
电流表
电流表
电压表
定值电阻
滑动变阻器
滑动变阻器
电源
A1
A2
V
R0
R1
R2
E
量程300mA，内阻约为5Ω
量程600mA，内阻约为1Ω
量程15V，内阻约为3KΩ
5Ω
0~10Ω，额定电流为1A
0~250Ω，额定电流为0．3A
电动势为3V，内阻较小
导线、电键
若干
（1）要求电流表A1的示数从零开始变化，且能
多测几组数据，尽可能减少误差。
在图虚线方
框中画出测量用的电路图，并在图中标出所用器
材的代号。
（2）若选测量数据中的一组来计算电流表A1的内阻r1，
则所用电流表A1的内阻r1表达式为r1=；
式中各符号的意义是
。
12．（2005年山东一模）在做“利用单摆测重力加速度”实验中，某同学先测得摆线长为89.2cm，摆球直径如图所示，然后用秒表记录了单摆振动30次全振动所用的时间如图所示，则
（1）该单摆的摆长为cm，秒表所示读数为 s。
（2）如果该同学测得的g值偏大，可能的原因是（ ）
A．测摆线长时记入的是摆球的直径
B．开始计时时，秒表过迟按下
C．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
D．试验中误将29次全振动数为30次
（3）为了提高实验精度，在试验中可改变几次摆长l，测出相应的周期Ｔ，从而得出一组对应的l与T的数值，再以l为横坐标Ｔ２为纵坐标，将所得数据连成直线如图所示，则测得的重力加速度g=。
13．（2005年黄冈二模）
（1）某同学用伏安法测电阻Rx．两测量电路图电流表分别为内接和外接，其他条件都相同．若用甲图电路，两表读数分别为2.00V和0.30A；若用乙图电路，两表读数为1.51V和0.31A．为了使测出的电阻值误差较小，实验应选用图________所示电路．选用此电路的测量值比真实值________（偏大或偏小）．
（2）右图给出了测量Rx所用的全部器材．请按照选好的电路用导线把所给器材连接起来，使之成为测量电路．注意两个电表要选用适当量程．
（3）这位同学用选好的电路进行测量，数据记录如下
次数
1
2
3
4
5
6
7
U（V）
0.81
1.21
1.51
1.70
1.79
2.31
2.51
I（A）
0.16
0.24
0.30
0.33
0.40
0.42
0.50
请在坐标图中画出U-I图线，并求出
＝________．
14．（2005年重庆一模）在做测量电源电动势E和内阻
的实验时，提供的器材有：
待测电源一个、内阻已知且为
的电压表一个（量程大于电源电动势）、电阻箱R一个、电键一个、导线若干.
（1）设计并画出实验电路图；
（2）根据所设计的电路图连接实物；
（3）为测量得更加准确，多次改变电阻箱电阻R，读出电压表相应的示数U，以
为纵坐标，画出
与电阻的某种关系图象（该图象为一条直线），如图所示，由图象可得到直线在纵轴的截距为m，直线斜率为k，写出E、r的表达式。
15．（2005年黄冈一模）
（1）某同学用如图甲所示的实验装置，做《用双缝干涉测光的波长》的实验，他用带有游标尺的测量头（如图乙所示）测量相邻两条亮条纹间的距离△x。
转动测量头的手轮，使分划板的中心刻线对齐某一条亮条纹（将这一条纹确定为第一亮条纹）的中心，此时游标尺上的示数情况如图丙所示；转动测量头的手轮，使分划板的中心刻线对齐第6亮条纹的中心，此时游标尺上的示数情况如图丁所示，则图丙的示数x1=mm；图丁的示数x2=mm。
如果实验中所用的双缝间的距离d=0.20mm，双缝到屏的距离L=60cm，则计算波长的表达式
=（用已知量和直接测量量的符号表示）。
根据以上数据，可得实验中测出的光的波长
=m。
（2）电阻的测量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，内电阻r1=20Ω；
电流表A2，量程为0~300mA，内阻r2=4Ω；
定值电阻R0，阻值R0=20Ω
滑动变阻器R，最大阻值为10Ω；
单刀单掷开关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题图中相应的英文字母标注）。
②根据你所画的电路原理图，将图所示的实物连成实验电路。
③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=。
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