高三一轮实验复习应注意的问题.docx
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高三一轮实验复习应注意的问题
高三一轮实验复习应注意的问题
在一轮实验复习时，老师们一般采用穿插复习的方法，即将有关的实验穿插在相应章节的基础知识之间进行，这样既有利于对实验原理的理解,也有利于对基础知识的巩固。
而在实验复习时，同学们应注意哪些问题呢？
一、仪器的选择和使用
不但要掌握常见仪器，如刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器（千分尺）、天平、停表（秒表）、打点计时器（电火花计时仪）、弹簧秤、温度表、电流表、电压表、多用电表、滑动变阻器、电阻箱等的作用和使用方法，还要注意按照“正确、安全、准确”的原则来选择实验仪器。
所谓“正确”是指实验不可缺少的，否则不能完成实验，因此既不能漏选，也不能多选。
所谓“安全”指的是“安全”是指在实验操作的过程中要保证不能损坏仪器，如电路中的电流不能超过用电器或电源的额定电流。
所谓“准确”是指实验原理正确，尽量减少系统误差，实验仪器读数要尽量减少偶然误差，例如在电表的读数时，除了欧姆表在中间部分读数外，使用电流和电压表时，要尽量使指针接近满偏，这样相对误差会较小。
如伏安法测电阻中的电流表内接法和外接法，滑动变阻器的分压器接法和限流器接法等等。
例1、（2014年理综天津卷）某同学把附有滑轮的长木板平放在实验桌上，将细绳一端拴在小车上，另一端绕过定滑轮，挂上适当的钩码，使小车在钩码的牵引下运动，以此定量探究绳拉力与小车动能变化的关系．此外还准备了打点计时器及配套的电源、导线、复写纸、纸带、小木块等．组装的实验装置如图1所示．
①若要完成该实验，必需的实验器材还有哪些_________________________________________．
②实验开始时，他先调节木板上定滑轮的高度，使牵引小车的细绳与木板平行．他这样做的目的是下列的哪个_________（填字母代号）．
A．避免小车在运动过程中发生抖动
B．可使打点计时器在纸带上打出的点迹清晰
C．可以保证小车最终能够实现匀速直线运动
D．可在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的合力
③平衡摩擦力后，当他用多个钩码牵引小车时，发现小车运动过快，致使打出的纸带上点数较少，难以选到合适的点计算小车速度．在保证所挂钩码数目不变的条件下，请你利用本实验的器材提出一个解决办法：
___________________________。
④他将钩码重力做的功当作细绳拉力做的功，经多次实验发现拉力做功总是要比小车动能增量大一些．这一情况可能是下列哪些原因造成的______________（填字母代号）
A．在接通电源的同时释放了小车
B．小车释放时离打点计时器太近
C．阻力未完全被小车重力沿木板方向的分力平衡掉
D．钩码做匀加速运动，钩码重力大于细绳拉力
解析：
①本实验要测量钩码重力当拉力，测量小车的质量，所以需要天平，另外纸带长度测量需要刻度尺；
②使牵引小车的细绳与木板平行，目的是消除摩擦带来的误差，即平衡摩擦力后，使细绳的拉力等于小车的合力，所以选择D
③要减小小车的加速度，在拉力一定的情况下，根据牛顿第二定律，可以增加车的质量。
④钩码重力做功转化为钩码动能，小车动能在没有完全平衡摩擦的情况下，还会增加摩擦生热。
所以当重力做功大于小车动能增量时，可能是因为摩擦；也可能是因为没有满足钩码重力远小于车这个条件，所以选CD。
例2、（2018年天津卷）某同学用伏安法测定待测电阻Rx的阻值（约为10kΩ），除了Rx，开关S、导线外，还有下列器材供选用：
A．电压表（量程0-1V，内阻约为10kΩ）
B．电压表（量程0-10V，内阻约为100kΩ）
C．电流表（量程0-1mA，内阻约为30Ω）
D．电流表（量程0-0.6A，内阻约为0.05Ω）
E．电源（电动势1.5V，额定电流0.5A，内阻不计）
F．电源（电动势12V，额定电流2A，内阻不计）
G．滑动变阻器R0（阻值范围0-10Ω，额定电流2A）
①为使测量尽量准确，电压表选用_________，电流表选用______________，电源选用______________。
（均填器材的字母代号）；
②画出测量Rx阻值的实验电路图。
③该同学选择器材、连接电路和操作均正确，从实验原理上看，待测电阻测量值会______________其真实值（填“大于”“小于”或“等于”），原因是____________________________。
解析：
由于被测电阻很大，电路中的电流非常小，不利于实验，故电源选择12V的，即F；根据电源电动势，则电压表就应该选取B；电路中的最大电流为
，故电流表选用C。
②因为题给的滑动变阻器的最大阻值只有10Ω，若采用限流接法，则电路中电流和电压变化不明显，故采用滑动变阻器的分压接法，由于
，所以采用电流表内接法，电路图如图2所示，
③由于电流表的分压，导致电压测量值偏大，而电流准确，根据
可知测量值偏大。
二、仪器读数
对常用的测量仪器不但要掌握读数方法，还要注意是否要估读，如刻度尺、螺旋测微器、电流表、电压表、天平、弹簧秤等读数时都需要估读。
最小分度是2的，（包括0.2、0.02等），采用1/2估读，如安培表0—0.6A档；最小分度是5的，（包括0.5、0.05等），采用1/5估读，如安培表0—15V档；最小分度是1的，（包括0.1、0.01等），采用1/10估读，如刻度尺、螺旋测微器、安培表0—3A档、电压表0—3V档等，当测量精度要求不高或仪器精度不够高时，也可采用1/2估读。
不需要估读的测量仪器：
游标卡尺、秒表、电阻箱在读数时不需要估读；欧姆表刻度不均匀，可以不估读或按半刻度估读。
例3、（2014年物理海南卷）现有一合金制成的圆柱体，为测量该合金的电阻率，现用伏安法测圆柱体两端之间的电阻，用螺旋测微器测量该圆柱体的直径，用游标卡尺测量该圆柱体的长度。
螺旋测微器和游标卡尺的示数如图3（a）和（b）所示。
由图3读得圆柱体的直径为mm，长度为cm.
（2）若流经圆柱体的电流为I，圆柱体两端之间的电压为U，圆柱体的直径和长度分别用D、L表示，则用D、L、I、U表示的电阻率的关系式为ρ=。
解析：
（1）螺旋测微器的读数为
游标卡尺的读数为
（2）圆柱体的横截面积为
由电阻定律
和欧姆定律
可知，
。
例4、（2011年理综全国卷）
多用电表
电流表
电阻箱
a
b
图4
+
使用多用电表测量电阻时，多用电表内部的电路可以等效为一个直流电源（一般为电池）、一个电阻和一表头相串联，两个表笔分别位于此串联电路的两端。
现需要测量多用电表内电池的电动势，给定的器材有：
待测多用电表，量程为60mA的电流表，电阻箱，导线若干。
实验时，将多用电表调至×1Ω挡，调好零点；电阻箱置于适当数值。
完成下列填空：
⑴仪器连线如图4所示（a和b是多用电表的两个表笔）。
若两电表均正常工作，则表笔a为_________（填“红”或“黑”）色；
⑵若适当调节电阻箱后，图4中多用电表、电流表与电阻箱的示数分别如图5（a），（b），（c）所示，则多用电表的读数为________Ω，电流表的读数为_______mA，电阻箱的读数为_______Ω：
解析：
（1）根据所有电器“红进黑出”的一般原则，对多用电表来说，电流从红表笔进入多用电表，电流从黑表笔从多用电表流出，由于设计电路图中a表笔接在电流表的正极，故电流经过多用电表从a表笔流出，故a表笔为多用电表的黑表笔。
（2）欧姆表读数为R＝14.0Ω；电流表读数为I＝50mA＋
×3.0＝53.0mA；电阻箱读数为：
4×1Ω＋6×0.1Ω＝4.6Ω。
三、实验原理
实验原理是实验的核心．实验方法、步骤、仪器的选择、数据的处理等一切与实验相关的问题都是依据实验原理而来的。
把握住实验原理，许多问题就迎刃而解。
所以，首先要在深刻理解、灵活运用的基础上去完成课本实验；其次应该明确实验的目的及依据的物理规律；然后，明确需要通过测量获得哪些实验数据来验证该物理规律，要得到这些实验数据，需要采用怎样的实验方法，选择哪些实验仪器和装置，以便确定操作步骤，选择处理实验数据的方法．还有就是要分析实验数据并得出结论．最后就是如果实验数据超出了误差允许的范围，应该从实验中用到的仪器本身存在的误差、测量误差、细微的实验操作过程等方面进行分析，根据实验所用的仪器和装置分析产生误差的原因，设计减小误差的方法，确定最佳实验方案．
例5、（2019年高考全国3卷）甲乙两位同学设计了利用数码相机的连拍功能测重力加速度的实验。
实验中，甲同学负责释放金属小球，乙同学负责在小球自由下落的时候拍照。
已知相机每间隔0.1s拍1幅照片。
（1）若要从拍得的照片中获取必要的信息，在此实验中还必须使用的器材是。
（填正确答案标号）
A.米尺B.秒表C.光电门D.天平
（2）简述你选择的器材在本实验中的使用方法。
答：
（3）实验中两同学由连续3幅照片上小球的位置a、b和c得到ab=24.5cm、ac=58.7cm，则该地的重力加速度大小为g=___m/s2。
（保留2位有效数字）
解析：
很明显，本实验所用到的实验原理是匀变速直线运动中每经过相同时间物体的位移均递增相同的数值（或递减），这个数值就是△S，并且都等于aT2，即△S=aT2，
（1）据实验原理可知，我们需要测量位移s，因此答案选A
（2）将米尺竖直放置，使小球下落时尽量靠近米尺。
（3）
例6、（2015年理综北京卷）用单摆测定重力加速度的实验装置如图6所示。
①组装单摆时，应在下列器材中选用______（选填选项前的字母）
A．长度为1m左右的细线
B．长度为30cm左右的细线
C．直径为1.8cm的塑料球
D．直径为1.8cm的铁球
②测出悬点O至小球球心的距离（摆长）L及单摆完成n次全振动所用的时间t，则重力加速度g=______（用L、n、t表示）
③下表是某同学记录的3组实验数据，并做了部分计算处理。
组次
1
2
3
摆长L/cm
80.00
90.00
100.00
50次全振动时间t/s
90.0
95.5
100.5
振动周期T/s
1.80
1.91
重力加速度g/（ms-2）
9.74
9.73
请计算出第3组实验中的T=_______s，g=______m/s2。
④用多组实验数据做出T2-L图像，也可以求出重力加速度g，已知三位同学做出的T2-L图线的示意图如图7中的a、b、c所示，其中a和b平行，b和c都过原点，图线b对应的g值最接近当地重力加速度的值。
则相对于图线b，下列分析正确的是_______（选填选项前的字母）。
A．出现图线a的原因可能是误将悬点到小球下端的距离记为摆长L
B．出现图线c的原因可能是误将49次全振动记为50次
C．图线c对应的g值小于图线b对应的g值
解析：
和例5一样，本实验也是测量重力加速度，但本方案的原理是单摆周期公式
。
据此公式可以发现，我们需要仪器单摆，还需测量周期和摆长，才能得出结果
①用单摆测定重力加速度的实验，基本条件是摆线长度远大于小球直径，小球的密度越大越好，故摆线应选取长约1m左右的不可伸缩的细线，摆球应选取体积小而质量大的铁球，故选AD。
②n次全振动的时间为t，则振动的周期为
，
根据单摆周期公式
，可推出
③50次全振动的时间为100.5s，则振动的周期为
，
代入公式得
④由
可知
图像的斜率
，b曲线为正确的图象。
图像的斜率越小，对应的重力加速度
越大，选项C错误。
在图象中图线与纵轴正半轴相交表示计算摆长偏小，如漏加小球半径，与纵轴负半轴相交表示摆长偏大，选项A错误。
若误将49次全振动记为50次，则周期测量值偏小，
值测量值偏大，对应的图像斜率偏小，选项B正确。
故选B。
四、实验步骤
实验步骤是和实验原理相联系的，基本上就是根据实验原理选择器材、安装器材、测量数据、分析数据得出结论、整理仪器。
在复习实验步骤时不能靠死背结论，而要与实验原理联系起来，要多问问自己，为什么要按这样的步骤操作？
把某些实验步骤交换一下是否可以？
省掉某个步骤行不行？
等等。
例7、（2015年理综安徽卷）在“验证力的平行四边形定则”实验中，某同学用图钉把白纸固定在水平放置的木板上，将橡皮条的一端固定在板上一点，两个细绳套系在橡皮条的另一端。
用两个弹簧测力计分别拉住两个细绳套，互成角度地施加拉力，使橡皮条伸长，结点到达纸面上某一位置，如图8所示。
请将以下的实验操作和处理补充完整：
①用铅笔描下结点位置，记为O；
②记录两个弹簧测力计的示数F1和F2，沿每条细绳（套）的方向用铅笔分别描出几个点，用刻度尺把相应的点连成线；
③只用一个弹簧测力计，通过细绳套把橡皮条的结点仍拉到位置O，记录测力计的示数F3，；
④按照力的图示要求，作出拉力F1、F2、F3；
⑤根据力的平行四边形定则作出F1和F2的合力F；
⑥比较的一致程度，若有较大差异，对其原因进行分析，并作出相应的改进后再次进行实验。
解析：
本实验采用了等效替代的方法，因此要求两次拉橡皮筋要使橡皮筋的形变相同，即将橡皮筋拉到同一点，力是矢量，因此在记录时要记录大小和方向，步骤③中要记下细绳的方向，才能确定合力的方向，从而用力的图示法画出合力；故答案为：
沿此时细绳（套）的方向用铅笔描出几个点，用刻度尺把这些点连成直线；步骤⑥比较力F3与F的大小和方向，看它们的一致程度，得出结论，故答案应为F和F3．
例8、（2012年理综天津卷）某同学在进行扩大电流表量程的实验时，需要知道电流表的满偏电流和内阻。
他设计了一个用标准电流表G1来校对待测电流表G2的满偏电流和测定G2内阻的电路，如图9所示。
已知G1的量程略大于G2的量程，图中R1为滑动变阻器。
R2为电阻箱。
该同学顺利完成了这个实验。
①实验过程包含以下步骤，其合理的顺序依次为__________________
A.合上开关S2
B.分别将R1和R2的阻值调至最大
C.记下R2的最终读数
D.反复调节R1和R2的阻值，使G1的示数仍为I1，使G2的指针偏转到满刻度的一半，此时R2的最终读数为r
E.合上开关S1
F.调节R1使G2的指针偏转到满刻度，此时G1的示数为I1，记下此时G1的示数
②仅从实验设计原理上看，用上述方法得到的G2内阻的测量值与其真实值相比_______（填偏大、偏小或相等）
③若要将G2的量程扩大为I，并结合前述实验过程中测量的结果，写出须在G2上并联的分流电阻RS的表达式，RS=________________.
解析：
①在组装实验时正确操作是将所有开关断开，为安全将滑动变阻器和电阻箱的电阻调到最大以便电路电流最小，然后闭合电源控制开关S1，就可以校对待测表G2，由于标准表和待测表串联流过的电流相等，这时就可以调节R1使电路电流由小到大,对待测表的刻度逐个校对，直到待测表满偏。
校对完成后闭合开关S2构成半偏法测量表头G2内阻的电路，在没有G1的情况下只调节R2使待测表半偏，则表头内阻等于R2此时的读数，这种做法会造成G1的示数增大，误差大。
由于有G1可以方便观察干路电流的变化，所以操作为闭合开关S2反复调节R1和R2使标准表达到待测表满偏时的电流值，同时使待测表半偏，则表头内阻等于R2此时的读数。
正确顺序为B、E、F、A、D、C。
②由于G1测量了干路电流，G2测量了支路电流，另一直流电流是两表示数之差，然后根据并联电路电流电阻成反比可知G2内阻与R2阻值相等。
故答案为：
相等。
③扩大电流表的量程需要并联一个电阻，根据并联关系有
，则
五、实验数据的处理
对实验数据进行分析与处理时，一定要根据实验原理要求以及限制条件，对实验现象进行理性的分析，运用学过的物理知识和有关的数学方法（如解析法、图像法、列表法等）正确处理实验数据，从而得出合理的结论。
其中应用图像处理问题的实验为数不少，如：
测匀变速直线运动的加速度、描述伏特性曲线、测电源电动势和内电阻，探索弹力与伸长的关系、单摆测量重力加速度、验证牛顿第二定律等等。
例9、（2017年江苏卷）利用图10所示的实验装置探究恒力做功与物体动能变化的关系。
小车的质量为M=200.0g，钩码的质量为m=10.0g，打点计时器的电源为50Hz的交流电。
（1）挂钩码前，为了消除摩擦力的影响，应调节木板右侧的高度，直至向左轻推小车观察到_____________________.
（2）挂上钩码，按实验要求打出的一条纸带如图11所示.选择某一点为O，一次每隔4个计时点取一个计数点。
用刻度尺量出相邻计数点间的距离
，记录在纸带上。
计算打出各计数点时小车的速度v，其中打出计数点“1”时小车的速度v1=______m/s.
（3）将钩码的重力视位小车受到的拉力，取g=9.80m/s，利用W=mg
算出拉力对小车做的功W，利用
算出小车动能，并求出动能的变化量△Ek.计算结果见下表.
2.45
2.92
3.35
3.81
4.26
2.31
2.73
3.12
3.61
4.00
请根据表中的数据，在图12的方格纸上作出
图象.
（4）实验结果表明，△Ek总是略小于W，某同学猜想是由于小车所受拉力小于钩码重力造成的。
用题中小车和钩码质量的数据可算出小车受到的实际拉力F=__________.
解析：
（1）小车做匀速运动，则小车受到的摩擦力跟小车的下滑分力平衡，消除了摩擦力的影响。
（2）打出计数点“1”时小车的速度
（3）
图象如图13所示
（4）由牛顿第二定律
，
，解得
，
代入题给数据得F=0.13093N
例10、（2015年理综安徽卷）某同学为了测量一节电池的电动势和内阻，从实验室找到以下器材：
一个满偏电流100μA，内阻为2500Ω的表头，一个开关，两个电阻箱（0—999.9Ω）和若干导线。
（1）由于表头量程偏小，该同学首先需将表头改装成量程为50mA的电流表，则应将表头与电阻箱（填“串联”或“并联”），并将该电阻箱阻值调为Ω。
I/mA
IR/V
1.6
1.5
1.4
1.3
1.2
1.1
0
10
20
30
40
50
60
图15
（2）接着该同学用改装的电流表对电池的电动势及内阻进行测量，实验电路如图14所示，通过改变电阻R测相应的电流I，且作相关计算后一并记录如下表。
1
2
3
4
5
6
R（Ω）
95.0
75.0
55.0
45.0
35.0
25.0
I（mA）
15.0
18.7
24.8
29.5
36.0
48.0
IR（V）
1.42
1.40
1.36
1.33
1.26
1.20
图2
①根据表中数据，图15中已描绘出四个点，请将第5、6两组数据也描绘在图15中，并画IR—I图线
②根据图线可得电池的电动势E是V，内阻r是Ω。
解析：
（1）
，
，量程
，根据并联分流原理，改装成大量程电流表需并联的电阻
；
（2）IR—I图线如图16所示，根据闭合电路欧姆定律，
，即
，所以
图像的纵轴截距即等于电池的电动势E的大小，斜率的绝对值即等于内阻大小，由图像16可求出E=1.53 V，r+rA=7Ω。
由于改装的电流表跟电池串联，总内阻为7Ω，改装的电流表内阻5Ω，所以电池内阻为2Ω。
六、实验误差的分析
误差分析题包括指出实验中引起误差的错误操作，分析记录的错误数据，误差偏向和造成误差的原因等。
要解决这类问题，就必须理解实验原理，熟悉各种仪器，工具的性能和使用方法，清楚实验步骤的正确顺序和记录数据的法则。
H
重锤1
重锤2
图17
例11（2018年江苏卷）某同学利用如图17所示的实验装置来测量重力加速度g。
细绳跨过固定在铁架台上的轻质滑轮，两端各悬挂一只质量为M的重锤。
实验操作如下：
①用米尺量出重锤1底端距地面的高度H；
②在重锤1上加上质量为m的小钩码；
③左手将重锤2压在地面上，保持系统静止。
释放重锤2，同时右手开启秒表，在重锤1落地时停止计时，记录下落时间；
④重复测量3次下落时间，取其平均值作为测量值t。
请回答下列问题
（1）步骤④可以减小对下落时间t测量的（选填“偶然”或“系统”）误差。
（2）实验要求小钩码的质量m要比重锤的质量M小很多，主要是为了。
A．使H测得更准确
B．使重锤1下落的时间长一些
C．使系统的总质量近似等于2M
D．使细绳的拉力与小钩码的重力近似相等
（3）滑轮的摩擦阻力会引起实验误差。
现提供一些橡皮泥用于减小该误差，可以怎么做?
（4）使用橡皮泥改进实验后，重新进行实验测量，并测出所用橡皮泥的质量为m0。
用实验中的测量量和已知量表示g，得g=。
解析：
（1）时间测量是人为操作快慢和读数问题带来的误差，所以属于偶然误差。
（2）由于自由落体的加速度较大，下落H高度的时间较短，为了减小测量时间的实验误差，就要使重锤下落的时间长一些，因此系统下降的加速度要小，所以小钩码的质量要比重锤的质量小很多。
（3）为了消除滑轮的摩擦阻力，可用橡皮泥粘在重锤1上，轻拉重锤放手后若系统做匀速运动，则表示平衡了阻力。
（4）根据牛顿第二定律有
，又
，
解得
。
例12、（2013年北京卷）某同学通过实验测定一个阻值约为5Ω的电阻Rx的阻值。
（1）现有电源（4V，内阻可不计）、滑动变阻器（0-50Ω，额定电流2A），开关和导线若干，以及下列电表：
A．电流表（0-3A，内阻约0.025Ω）
B．电流表（0-0.6A，内阻约0.125Ω）
C．电压表（0-3V，内阻约3kΩ）
D．电压表（0-15V，内阻约15kΩ）
为减小测量误差，在实验中，电流表应选用______，电压表应选用______（选填器材前的字母）；实验电路应采用图18中的________（选填“甲”或“乙”）。
（2）图19是测量Rx的实验器材实物图，图中已连接了部分导线。
请请根据在⑴问中所选的电路图，补充完成图19中实物间的连线。
（3）接通开关，改变滑动变阻器滑片P的位置，并记录对应的电流表示数I、电压表示数U。
某次电表示数如图20所示，可得该电阻的测量值
=________Ω（保留两位有效数字）。
（4）若在
（1）问中选用甲电路，产生误差的主要原因是_____；若在
（1）问中选用乙电路，产生误差的主要原因是。
（选填选项前的字母）
A．电流表测量值小于流经Rx的电流值
B．电流表测量值大于流经Rx的电流值
C．电压表测量值小于Rx两端的电压值
D．电压表测量值大于Rx两端的电压值
解析：
（1）电流表、电压表在实验中指针能达到半偏附近，读数误差小、较精确，由于电源电动势为4V，待测电阻阻值约为5Ω，则电路中的最大电流为0.8A，故电流表应选B，电压表选C；由于，故实验中电流表应采用外接法。
（2）电流表外接即可，连线图见图21。
（3）由第
（1）问已确定电表的两程，在此直接读数即可，电流表示数为0.5A，电压表示数为2.6V，则Rx=5.2Ω。
（4）图甲电流表外接，测得的电流实际上是流过和电压表的电流之和；图乙电流表内接，电压表的示数实际上是和电流表两端的电压之和。
一轮实验复习中，除以上问题外，还需注意实验中的注意事项及电路中的实物连接，另外尽量到实验室去，自己动手把不熟练的实验在做一下，从而彻底理解掌握实验。
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