高中物理实验汇总详.docx

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高中物理实验汇总详

高考实验专题

一、基本仪器的使用。

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．如何读数

刻度尺、秒表、弹簧秤、温度计、电流表、电压表的读数

使用以上仪器时，凡最小刻度是10分度的，要求读到最小刻度后再往下估读一位。

凡是最小刻度不是10分度的，只读到最小刻度所在的这一位，不再继续往下估读。

例如

⑴读出上左图中被测物体的长度。

⑵上右图用3V量程时电压表读数为多少？

用15V量程时电压表度数又为多少？

⑶右图中秒表的示数是多少分多少秒？

⑴6.50cm。

⑵3V量程最小刻度为0.1V，为十分度，读作1.14V。

15V量程时最小刻度为0.5V，只读到最小分度这一位，也就是小数点后一位，应为5.7V。

⑶秒表的读数分两部分：

小圈内表示分，每小格表示半分钟；图中秒表读数应为3分48.75秒（这个5是估读出来的）。

②游标卡尺

游标卡尺读数首先看分度，如图游标有50小格，其意义是把1mm平均分成50份，第几个刻度线与主尺对齐，就取多少份1/50mm

主尺一定要注意读零刻线而不是游标边缘

右图主尺为2.2cm，

游标第28个小格与主尺刻度对齐

于是游标读1/50mm×28=0.56mm=0.056cm

所以被测物体的直径为2.2+0.056=2.256cm。

要注意：

游标卡尺都是根据刻线对齐来读数的，所以都不估读。

③螺旋测微器

固定刻度上的最小刻度为0.5mm（在中线的上侧）；可动刻度每旋转一圈前进（或后退）0.5mm。

在可动刻度的一周上平均刻有50条刻线，所以相邻两条刻线间代表0.01mm，也就是把1mm平均分成100份。

右图中主尺读：

6.5mm，可动读：

1/100mm×20.2份=0.202mm

于是把两部分读数相加，测量值为6.702mm。

（因为是10分度，所以在最小刻度后应再估读一位）

⑤多用电表

使用多用电表时首先应该根据被测物理量将选择开关旋到相应的位置。

使用前应先进行机械调零，用小螺丝刀轻旋调零螺丝，使指针指左端零刻线。

使用欧姆挡时，还应进行欧姆调零，即将红、黑表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使指针指右端零刻线处。

欧姆挡的使用：

1、选挡。

一般比被测电阻估计值低一个数量级，如估计值为200Ω就应该选×10的倍率。

2、调零。

3、将指针示数乘以倍率，得测量值。

4、将选择开关扳到OFF或交流电压最高挡。

注意：

用欧姆挡测电阻，如果指针偏转角度太小，应增大倍率；如果指针偏转角度太大，应减小倍率。

【特别提示】一般来说，除游标卡尺、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、具体实验

1.研究匀变速直线运动

⑴求任一计数点对应的即时速度v：

如

原理为：

中间时刻的瞬时速度=这段运动的平均速度

⑵求加速度a：

，其中m、n优先取最右和最左的两段位移

2.研究平抛物体的运动（描迹法）

该实验的实验原理：

平抛运动可以看成是两个分运动的合成：

一个是水平方向的匀速直线运动，其速度等于平抛物体的初速度；另一个是竖直方向的自由落体运动。

利用有孔的卡片确定做平抛运动的小球运动时的若干不同位置，然后描出运动轨迹，测出曲线任一点的坐标x和y，利用

、

就可求出小球的水平分速度，即平抛物体的初速度。

注意事项：

⑴斜槽末端的切线必须水平。

（小球放在上边既不向左也不向右滚动）

⑵用重锤线检验坐标纸上的竖直线是否竖直。

⑶以斜槽末端所在的点为坐标原点。

⑷每次小球应从斜槽上的同一位置由静止开始下滑。

3.验证机械能守恒定律

注意事项：

⑴要多做几次实验，选点迹清楚，且第一、二两点间距离接近2mm的纸带进行测量。

⑵用刻度尺量出从0点到1、2、3、4、5各点的距离h1、h2、h3、h4、h5，利用“匀变速直线运动中间时刻的速度等于该段位移内的平均速度”，算出2、3、4各点对应的即时速度v2、v3、v4，验证与2、3、4各点对应的重力势能减少量mgh和动能增加量

是否相等。

⑶由于摩擦和空气阻力的影响，本实验的系统误差总是使

本实验不需要测重物的质量。

（因为m约掉了）

4．伏安法测电阻

电流表内外接选取————————

伏安法测电阻有a、b两种接法，a叫（电流表）外接法，b叫内接法。

“大内大，小外小”

外接法的系统误差是由电压表的分流引起的，测小电阻应采用外接法，测量值总小于真实值；内接法的系统误差是由电流表的分压引起的，测大电阻应采用内接法，测量值总大于真实值。

如果无法估计被测电阻的阻值大小，可以利用试触法：

如图将电压表的左端接a点，而将右端第一次接b点，第二次接c点，观察电流表和电压表的变化，若电流表读数变化大，说明被测电阻是大电阻，应该用内接法测量；若电压表读数变化大，说明被测电阻是小电阻，应该用外接法测量。

注意：

（这里所说的变化大，是指相对变化，也就是变化量占真实值的比例大小，即ΔI/I和ΔU/U）。

滑动变阻器的连接————————

滑动变阻器在电路中也有a、b两种常用的接法：

a叫限流接法，b叫分压接法。

分压接法被测电阻上电压的调节范围大。

当要求电压从零开始调节，或要求电压调节范围尽量大时应该用分压接法。

用分压接法时，滑动变阻器应该选用阻值小点的；

用限流接法时，滑动变阻器应该选用阻值和被测电阻接近的。

5．把电流表改装为电压表（压串流并，即把表头G改成电压表需要串联电阻，改成电流表需要并联电阻）

⑴、用图（a）测定表头G内阻rg，方法是：

先断开S2，闭合S1，调节R，使表头满偏；

然后闭合S2，调节R/，使表头达到半偏。

当R比R/大很多时，可以认为rg=R/。

此步测量的系统误差，总是使rg的测量值偏小。

其中R不必读数，R/需要读数，必须用电阻箱。

根据rg、Ig和扩大后的量程，计算出需要给表头G串联的电阻R1的值。

（详见例题）

⑵、用（b）图把改装的电压表和标准电压表进行校对。

校对要每0.5V校对一次，所以电压要从零开始逐渐增大，因此必须选用分压电路。

（3）、百分误差的计算：

当改装电压表示数为U时，标准电压表示数为U/，则百分误差为|U-U/|/U/。

如果校对时发现改装电压表的示数总是偏大，则应该适当增大R1的阻值（目的是使表头的分压减小一些）然后再次重新进行校对。

6.测定金属的电阻率

被测电阻丝的电阻较小，选用电流表外接法；本实验不要求电压调节范围，可选用限流电路。

。

开始时滑动变阻器的滑动触头应该在最大阻值。

本实验通过的电流不宜太大，通电时间不能太长，以免电阻丝发热后电阻率发生明显变化。

应用公式

，其中S为电阻丝横截面积，要用游标卡尺量。

7.用电流表和电压表测电池的电动势和内电阻

根据闭合电路欧姆定律：

E=U+Ir，本实验电路中电压表的示数是准确的，电流表的示数比通过电源的实际电流小，所以本实验的系统误差是由电压表的分流引起的。

为了减小这个系统误差，电阻R的取值应该小一些，电压表的内阻应该大一些。

为了减小偶然误差，要多做几次实验，多取几组数据，然后利用U-I图象处理实验数据：

将点描好后，用直尺画一条直线，使尽量多的点在这条直线上，而且在直线两侧的点数大致相等，它在U轴上的截距就是电动势E（对应的I=0），它的斜率的绝对值就是内阻r。

（特别要注意：

有时纵坐标的起始点不是0，求内阻的一般式应该是

）。

为使路端电压变化明显，电池内阻宜大些。

（选用过一段时间的电池）

8.用多用电表探索黑箱内的电学元件（冷门）

设定黑箱上有三个接点，两个接点间最多只能接一个元件；黑箱内所接的元件不超过两个。

测量步骤和判定：

（1）用直流电压挡测量，A、B、C三点间均无电压；说明箱内无电源。

⑵用欧姆挡测量，A、C间正、反接阻值不变，说明A、C间有一个电阻。

⑶用欧姆挡测量，黑表笔接A红表笔接B时测得的阻值较小，反接时测得的阻值较大，说明箱内有一个二极管，可能在AB间，也可能在BC间，如右图中两种可能。

⑷用欧姆挡测量，黑表笔接C红表笔接B测得阻值比黑表笔A红表笔接B时测得的阻值大，说明二极管在AB间。

所以黑箱内的两个元件的接法肯定是右上图。

附录：

高考物理常用小技巧

1.打点计时器求加速度的公式也能用在其它匀变速运动中

2.几个互不平行的力作用在物体上使物体处于平衡状态，则其中一部分力的合力必与其余部分力的合力等大反向。

3.物体做匀减速直线运动，末速度为零时，可以等效为初速度为零的反向的匀加速直线运动。

4.对于加速度恒定的匀减速直线运动对应的正向过程和反向过程的时间相等，对应的速度大小相等（如竖直上抛运动）

5.做平抛或类平抛运动的物体，末速度的反向延长线过水平位移的中点。

6.物体做匀速圆周运动的条件是合外力大小恒定且方向始终指向圆心，或与速度方向始终垂直。

7.开普勒第三定律的内容是所有行星的半长轴的三次方跟公转周期的平方的比值都相等，条件是针对同一中心天体，这个结论常与万有引力充当向心力联立方程组。

8.任何星球质量为M，半径为R，万有引力常量为G，、表面的重力加速度为g，则其间存在的一个常用的关系（GM=gR²）。

9.对于太空中的双星，其轨道半径与自身的质量成反比，其环绕速度与自身的质量成反比。

10.做功的过程就是能量转化的过程，做了多少功，就表示有多少能量发生了转化，所以说功是能量转化的量度，以此解题就是利用功能关系解题。

11.静摩擦力做功的特点:

（1）静摩擦力可以做正功，可以做负功也可以不做功。

（2）在静摩擦力做功的过程中，只有机械能的相互转移（静摩擦力只起到传递机械能的作用），而没有机械能与其他能量形式的相互转化。

（3）相互摩擦的系统内，一对静摩擦力所做的功的总和等于零。

12.滑动摩擦力做功的特点:

（1）滑动摩擦力可以对物体做正功，可以做负功也可以不做功。

（2）一对滑动摩擦力做功的过程中，能量的分配有两个方面：

一是相互摩擦的物体之间的机械能的转移；二是系统机械能转化为内能；转化为内能的量等于滑动摩擦力与相对路程的乘积。

13.若一条直线上有三个点电荷，因相互作用而平衡，其电性及电荷量的定性分布为“两同夹一异，两大夹一小”。

14.匀强电场中，任意两点连线中点的电势等于这两点的电势的平均值。

在任意方向上电势差与距离成正比。

15.正电荷在电势越高的地方，电势能越大，负电荷在电势越高的地方，电势能越小。

16.电容器充电后和电源断开，仅改变板间的距离时，场强不变。

17.带电粒子在有界磁场中做圆周运动：

（1）速度偏转角等于扫过的圆心角。

（2）出射方向：

①粒子从某一直线边界射入磁场后又从该边界飞出时，速度与边界的夹角相等。

②圆形磁场区域内沿径向射入的粒子必沿径向射出。

③刚好穿出磁场边界的条件是带电粒子在磁场中的轨迹与边界相切。

（3）运动的时间：

轨迹对应的圆心角越大，带电粒子在磁场中的运动时间就越长，与粒子速度的大小无关。

18.回旋加速器

（1）为了使粒子在加速器中不断被加速，加速电场的周期必须等于回旋周期。

（2）粒子做匀速圆周运动的最大半径等于D形盒的半径。

（3）在粒子的质量、电荷量确定的情况下，粒子所能达到的最大动能只与D形盒的半径和磁感应强度有关，与电压无关（电压决定回旋次数）。

19.电源的输出功率随外电阻变化，当内外电阻相等时，电源的输出功率最大，且最大值Pm=E²/（4r）。

20.导体棒围绕棒的一端在垂直磁场的平面内做匀速圆周运动而切割磁感线产生的电动势E=BL²ω/2。

21.在变加速运动中，当物体的加速度为零时，物体的速度达到最大或最小——常用于导体棒的动态分析。

22.安培力做多少正功，就有多少电能转化为其他形式的能量；安培力做多少负功，就有多少其他形式的能量转化为电能，这些电能在通过纯电阻电路时，又会通过电流做功将电能转化为内能（Q）。

23.交流电的产生：

计算感应电动势的最大值用Em=nBSω；计算某一段时间Δt内的感应电动势的平均值用E平均=nΔΦ/Δt，而E平均不等于对应时间段内初、末位置的算术平均值。

即E平均≠（E1+E2）/2，注意不要漏掉n。

24.只有正弦交流电，物理量的最大值和有效值才存在根号2倍关系。

其他的交流电，需根据电流的热效应来确定有效值。

四、典型例题分析

【例1】多用电表表头的示意图如右。

⑴当指针位置如图中黄三角箭头所示,则测量的是______,测量结果为___________.

⑵当指针位置如图中红三角箭头所示,则测量的是______,测量结果为___________.

⑶当指针位置如图中蓝三角箭头所示,则测量的是______,测量结果为___________.

⑷当指针位置如图中蓝三角箭头所示,正确操作后发现指针的偏转角很小,那么接下来的操作步骤应该依次为:

①_________________,②_________________,③__________________.

测量结束后应将选择开关拨到__________或者____________.

[5]无论用多用电表进行何种（直流）测量，电流都应该从______表笔经_____（＋/－）插孔流入电表。

【例1】解析：

.⑴电流，3.2mA⑵电压，16.0V⑶电阻，3.4×103Ω

⑷①用×1kΩ倍率；②重新调零；③将红、黑表笔分别接被测电阻两端，从表盘读数乘以倍率，OFF，交流电压最高挡；⑸红，+。

【例2】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】解析：

（1）利用逐差法求小车的加速度．由纸带可知，任意两相邻记数点间的时间间隔T=0.04s，

由逐差法可得

则

（2）为了求出小车下滑过程中所受到的阻力，还需要测量小车的质量m，斜面上任意两点间距离l和这两点间的高度差h．

小车的受力情况如图所示．根据牛顿第二定律，

而

所以，

．

【点评】

（1）逐差法充分利用了纸带的实验数据，从而减小了数据测量引起的偶然误差．本题中所给出的实验数据个数为奇数（9个），处理时常舍掉正中间的一个数据．

（2）小车下滑过程中所受到的阻力无法直接测量，但根据牛顿第二定律可转化为测量m，a，h和l．

【例3】.

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100

A，内阻2kΩ）

电流表A2：

（量程500

A，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．

【例5】解析：

（1）电源电动势远小于电压表V2的量程，而跟电压表V1的量程较接近，若选用电压表V2来测量电压，其最大偏转量达不到量程的

，读数时偶然误差太大，所以选用V1较恰当；而此时通过电流表的最大电流

，因此，电流表选A2

（2）电路选择：

电路选择主要从滑动变阻器对电路的控制和调节的角度考虑．若采用限流电路控制，注意到测量部分的总电阻约为20kΩ，远大于滑动变阻器的总电阻（1kΩ），要保证电表安全，变阻器分得的电压至少为5V，阻值应调到10kΩ，显然，限流不能起到保证电表安全的作用，更不能进行有效调节，所以，只能采用分压电路控制，实验电路如图所示．

【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；

滑动变阻器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三分之一

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公式为Rx=_________________变式：

（1）本题中测量电阻的原理是并联分流或串联分压．由于滑动变阻器的最大阻值远小于测量部分的阻值，且电源电动势大于两电压表的量程，为保证电压表的安全，且其读数有明显的改变，滑动变阻器应采用分压式电路，电路原理图如图5—12甲或乙所示．

图5—12

（2）实物连线如图5—13甲或乙所示

图5—13

（3）若采用甲电路，根据并联电路的电流分配关系，

解得

．

若采用乙电路，根据串联电路的电压分配关系，

解得

．

【例5】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300

A，内阻约为100Ω；A2是标准电流表，量程为200

A；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．

（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150

A；然后将开关S2扳到接点b处，保护R2不变，调节电阻R1，使A2的读数仍为150

A．若此时电阻箱各旋钮的位置如图5—16所示，电阻箱的阻值是_______Ω，则待测电流表A1的内阻R1=______Ω．

（3）上述实验中，无论怎样调整滑动变阻器R2的滑动端位置，都要保证两块电流表的安全．在下面提供的四个电阻中，保护电阻R3应选用：

______

A．200kΩB．20kΩC．15kΩD．20Ω

（4）下面提供最大阻值不同的四个滑动变阻器供选用．既要满足上述实验要求，又要调整方便，滑动变阻器_____是最佳选择．

A．1kΩB．5kΩC．10kΩD．25kΩ

【例6】解析：

（1）略

（2）电阻箱的阻值R1=0×100Ω＋8×10Ω＋6×1Ω＋3×0.1Ω=86.3Ω．

Ω．

（3）当R2调为零时，要使电路中的电流I不超过电流表A2的量程，根据闭合电路欧姆定律，电路总电阻Ω

由于电流表A1、A2的内阻远小于R总,故保护电阻R3应选用20kΩ的电阻，但若选用200kΩ的电阻，则电路中电流太小，电流表A1、A2指针偏转量太小，读数不明显，实验误差太大．所以,正确的选项为B．

（4）由于R3=20kΩ，调整滑动变阻器R2时，要使电流表A2的读数为150

，则

－R3=

Ω－2×104Ω≈7kΩ．

若选用1kΩ或5kΩ滑动变阻器，则不能满足实验要求（A2读数为150

）；若选用25kΩ的滑动变阻器，则调节范围太小（不方便调节），所以，选用10kΩ的滑动变阻器较合适，正确的选项为C．

跟踪练习

1．在验证机械能守恒定律的实验中，质量m=1kg的重物自由下落，在纸带上打出了一系列的点，如图5—24所示，相邻记数点间的时间间隔为0.02s，长度单位是cm，g取9.8m/s2．求：

图5—24

（1）打点计时器打下计数点B时，物体的速度vB=________

（2）从起点O到打下记数点B的过程中，物体重力势能减小量ΔEP=______，动能的增加量ΔEk=_______

（3）即使在实验操作规范、数据测量及数据处理很准确的前提下，该实验求得的ΔEp也一定略大于ΔEk，这是实验存在系统误差的必然结果，试分析该系统误差产生的主要原因．

2．在测定一节干电池（电动势约为1.5V，内阻约为2Ω）的电动势和内阻的实验中，变阻器和电压表各有两个供选：

A电压表量程为15V，B电压表量程为3V，A变阻器为（20Ω，3A），B变阻器为（500Ω，0.2A）．

电压表应该选__，这是因为____________________．变阻器应该选___，这是因为_________________．

3．（图像结合）利用如图5—25所示的电路测量电流表mA的内阻，闭合电键S，当变阻器的滑片滑至c处时，测得电流表mA和电压表V的示数分别是40mA、9V．已知图5—25中热敏电阻的I—U关系图线如图5—26所示，则电流表mA的内阻为（）

A．0.14ΩB．85Ω

C．140ΩD．225Ω

4.（电阻率）．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：

＝_________________（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．

实验的主要操作过程是:

第一步：

先将R2的滑动头调到最左端,单刀双掷开关S2向1闭合，闭合电键S1，调节变阻器R1和R2,使电压表和电流表的示数尽量大些（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=__________．

5．（实验设计）以下可供选用的器材及导线若干，要求使用个数最少的仪器尽可能精确测量一个无刻度电流表的满偏电流

A．被测电流表A1：

满偏电流约700～800

，内阻约100Ω，刻度均匀、总格数为N

B．电流表A2：

量程0.6A，内阻0.1Ω

C．电压表V：

量程3V，内阻3kΩ

D．滑动变阻器R1：

最大阻值200Ω

E．滑动变阻器R2：

最大阻值1kΩ

F．电源E：

电动势3V、内阻1.5Ω

G．开关一个

（1）在虚线框内画出实验电路图,并在每个选用的仪器旁标上题目所给的字母序号．

（2）测量过程中测出多组数据,其中一组数据中待测电流表A的指针偏转了n格，可算出满偏电流Ig=___________，式中除N、n外,其他字母符号代表的物理量是_______________________________________________．

6．（实验设计）一只量程为1V，内阻RV约为900Ω的电压表是由小量程电流表改装而成的，现在要测量它的内阻并对该表进行校正．实验室提供了以下供选择的器材：

A．待测电压表

B．标准电压表（量程1V）

C．滑动变阻器（最大阻值1000Ω，额定电流1A）

D．滑动变阻器（最大阻值10Ω，额定电流1A）

E．电阻箱（最大阻值999．9Ω，最小改变量0.1Ω）

F．电阻箱（最大阻值99．9Ω，最小改变量0.1Ω）