1、浙江高考物理实验完全总结除了传感器高中物理实验总结1要求会正确使用的仪器主要有:刻度尺、游标卡尺、天平、秒表、电火花计时器或电磁打点计时器、弹簧秤、电流表、电压表、多用电表、滑动变阻器、电阻箱等。 2要求认识误差问题在实验中的重要性,了解误差的概念,知道系统误差和偶然误差,知道用多次测量求平均值的方法减小的偶然误差:能在某些实验中分析误差的主要来源;不要求计算误差。 3要求知道有效数字的概念,会用有效数字表达直接测量的结果,间接测量的有效数字运算不作实验一:研究匀变速直线运动实验二:探究弹力和弹簧伸长的关系实验三:探究求合力的方法 实验四:探究加速度与力、质量的关系 实验五:探究功与速度变化的
2、关系 实验六:验证机械能守恒定律 实验七:探究导体电阻与其影响因素的定量关系实验八:描绘小灯泡的伏安特性曲线 实验九:测定电池的电动势和内阻 实验十:练习使用多用电表 实验十一:传感器的简单应用 实验十二:探究单摆周期与摆长的关系 实验十三:测定玻璃的折射率 实验十四:用双缝干涉测量光的波长(同时练习使用测量头) 一、基本实验的复习 要应对各类实验试题,包括高层次的实验试题,唯一正确的方法是把要求必做的学生实验真正做懂、做会,特别是在实验原理上要认真钻研,对每一个实验步骤都要问个为什么,即不但要记住怎样做,更应该知道为什么要这样做对基本的实验,复习过程中要注意以下六个方面的问题:(1)实验原理
3、 中学要求必做的实验可以分为4个类型:练习型、测量型、验证型、探索型对每一种类型都要把原理弄清楚 应特别注意的问题:验证机械能守恒定律中不需要选择第一个间距等于2mm的纸带这个实验的正确实验步骤是先闭合电源开关,启动打点计时器,待打点计时器的工作稳定后,再释放重锤,使它自由落下,同时纸带打出一系列点迹按这种方法操作,在未释放纸带前,打点计时器已经在纸带上打出点迹,但都打在同一点上,这就是第一点由于开始释放的时刻是不确定的,从开始释放到打第二个点的时间一定小于0.02s,但具体时间不确定,因此第一点与第二点的距离只能知道一定小于2mm(如果这段时间恰等于0.02s,则这段位移s=gt2/2=(1
4、00.022/2)m=210-3m=2mm),但不能知道它的确切数值,也不需要知道它的确切数值不论第一点与第二点的间距是否等于2mm,它都是从打第一点处开始作自由落体运动的,因此只要测量出第一点O与后面某一点P间的距离h,再测出打P点时的速度v,如果:gh ( ), 就算验证了这个过程中机械能守恒(2)实验仪器要求掌握的实验仪器主要有:刻度尺、游标卡尺、天平、停表(秒表)、打点计时器(电火花计时仪)、弹簧秤、电流表、电压表、多用电表、滑动变阻器、电阻箱,等等。(3)实验装置对电学实验主要指电路图。 下面几个是应特别注意的: 验证牛顿第二定律的实验,如何平衡摩擦力是关键。 验证机械能守恒定律的实
5、验,要用铁架台并用夹子固定纸带,这样在开启打点计时器而未释放重锤前,能保证打出的点迹在同一点上,若像课本上的实验装置图那样,用手握住纸带,开启打点计时器而未释放纸带前,会由于手的抖动而打出一“堆”点,从而无法准确找出第一个点(即自由落体运动起始位置)。 用单摆测重力加速度的实验,在安装单摆时要注意悬点的固定,随便拴一个结系在铁架台的横梁上是不可取的,因为悬点不确定,就不是单摆,并且摆长值也无法准确测量。 有关电路的电学实验要注意安培表的外接与内接,制流与分压电路的选择,电表内阻的影响,等等。(4)实验步骤(5)实验数据的处理重要的有打点计时器纸带的处理方法(如分析是不是匀速运动或匀变速直线运动
6、、如果是匀变速运动,如何求某时刻的速度、如何求加速度等);解方程求解未知量、用图像处理数据(把原来应该是曲线关系的通过改变坐标轴的量或单位而变成线性关系,即变成直线,是重要的实验能力)。(6)实验误差的定性分析二、几种重要的实验方法 下面几种实验方法是我们中学阶段物理实验中用过的,从方法的角度整理、复习一下,有助于我们提高认识水平和能力。 (1)累积法:在“用单摆测重力加速度”测周期时我们用的是累积法,即我们不直接测一个周期的时间,而是测3050个周期的总时间,再除以周期数即得周期T的值用累积法的好处是:相当于进行多次测量而后取平均值,这样可以减少偶然误差;增加有效数字的位数以测单摆的周期为例
7、,我们实验时单摆的摆长大约是1m或不到1m,用停表(最小分度值是0.1s)直接测1个周期的值,只能读出两位有效数字(机械停表的指针是跳跃式前进的,因此不能估读),如1.8s、2.0s等,而测30个周期总时间,则可读出至少3位有效数字。用累积法的实验还有很多,如测一张纸的厚度、用刻度尺测金属丝的直径 (2)替代法:在“互成角度两个共点力的合成”的实验中我们就用到了替代法,第一次我们用两个弹簧秤成角度地拉橡皮筋,把结点拉到某一位置,再换成一个弹簧秤,同样拉这个橡皮筋,也把结点拉到同样位置,这说明后一个弹簧秤的拉力与前面两个弹簧秤的拉力效果相等因此右以互相替代对于“等效”这个问题,应正确理解:所谓效
8、果相等,是对某一方面说的,并不是在所有方面都等效,仍以合力与分力来说,它们只是在改变物体的运动状态上等效,而在其他方面,例如在产生形变上,二者并不等效。 用替代法的例子还有很多,如用天平称物物体的质量,电阻测量等都可以用替代法,我们古代三国时期曹冲称象的故事就是替代法的典型实例。 (3)测量量的转换: 在“测定玻璃的折射率”的实验中,本应测量入射角和折射角,再根据折射率n=sini/sinr求出折射率,但角度不容易测准确(一般所用的量角器的最小分度是1,并且测角度时顶点很难对得特别准确),而通过做辅助线的方法可以把测角度转换为测线段的长度,从而增加了有效数字的位数,即提高了测量的准确度。 (4
9、)比较法:用天平称物体的质量,就是把物体与砝码进行比较,砝码的质量是标准的,把被测量与标准的量进行比较,就是比较法天平是等臂杠杆,因此用天平测物体质量时,不用再进行计算,而是直接读出砝码的质量,它就等于物体的质量。一般情况下,被测物跟标准量并不相等,而是要根据某种关系进行计算,最常用的是二者间满足一定的比例关系,通过一定的比例计算即可得出结果,因此常常称为比例法。用比例法测电阻是常见的,当两个电阻串联时,通过的电流相等,因此两电阻两端的电压跟它们的电阻成正比,如果其中的一个电阻是标准电阻,另一个电阻的阻值就可测出同样,两电阻并联时,由于两端电压相等,通过两支路的电流跟电阻成反比,只要一个是标准
10、电阻,另一个电阻的阻可测出。一、误差和有效数字1.误差测量值与真实值的差异叫做误差。误差可分为系统误差和偶然误差两种。系统误差的特点是在多次重复同一实验时,误差总是同样地偏大或偏小。偶然误差总是有时偏大,有时偏小,并且偏大和偏小的机会相同。减小偶然误差的方法,可以多进行几次测量,求出几次测量的数值的平均值。这个平均值比某一次测得的数值更接近于真实值。2.有效数字带有一位不可靠数字的近似数字,叫做有效数字。有效数字是指近似数字而言。只能带有一位不可靠数字,不是位数越多越好。二、基本测量仪器及读数高考要求会正确使用的仪器主要有:刻度尺、游标卡尺、天平、秒表、打点计时器、弹簧秤、温度表、电流表、电压
11、表、多用电表、滑动变阻器、电阻箱等等。1.刻度尺、秒表、弹簧秤、温度表、电流表、电压表的读数使用以上仪器时,凡是最小刻度是10分度的,要求读到最小刻度后再往下估读一位(估读的这位是不可靠数字,但是是有效数字的不可缺少的组成部分)。凡是最小刻度不是10分度的,只要求读到最小刻度所在的这一位,不再往下估读。例如读出上左图中被测物体的长度。 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?右图中秒表的示数是多少分多少秒?凡仪器的最小刻度是10分度的,在读到最小刻度后还要再往下估读一位。6.50cm。1.14V。15V量程时最小刻度为0.5V,只读到0.1V这一位,应为5.7V。
12、秒表的读数分两部分:小圈内表示分,每小格表示0.5分钟;大圈内表示秒,最小刻度为0.1秒。当分针在前0.5分内时,秒针在030秒内读数;当分针在后0.5分内时,秒针在3060秒内读数。因此图中秒表读数应为3分48.75秒(这个5是估读出来的)。2.游标卡尺10分度的游标卡尺。游标上相邻两个刻度间的距离为0.9mm,比主尺上相邻两个刻度间距离小0.1mm。读数时先从主尺上读出厘米数和毫米数,然后用游标读出0.1毫米位的数值:游标的第几条刻线跟主尺上某一条刻线对齐,0.1毫米位就读几(不能读某)。其读数准确到0.1mm。20分度的游标卡尺。游标上相邻两个刻度间的距离为0.95mm,比主尺上相邻两个
13、刻度间距离小0.05mm。读数时先从主尺上读出厘米数和毫米数,然后用游标读出毫米以下的数值:游标的第几条刻线跟主尺上某一条刻线对齐,毫米以下的读数就是几乘0.05毫米。其读数准确到0.05mm。50分度的游标卡尺。游标上相邻两个刻度间的距离为0.98mm,比主尺上相邻两个刻度间距离小0.02mm。这种卡尺的刻度是特殊的,游标上的刻度值,就是毫米以下的读数。这种卡尺的读数可以准确到0.02mm。如右图中被测圆柱体的直径为2.250cm。要注意:游标卡尺都是根据刻线对齐来读数的, 所以都不再往下一位估读。4.打点计时器限位孔打点计时器是一种特殊的计时仪器,电源用50Hz的交流电,所以打相邻两个点的
14、时间间隔是0.02s。5.天平天平使用前首先要进行调节。调节分两步:调底座水平和横梁水平(在调节横梁水平前,必须把游码移到左端零刻度处,左端与零刻线对齐,如图中虚线所示)。测量读数由右盘中砝码和游标共同读出。横梁上的刻度单位是毫克(mg)。若天平平衡时,右盘中有26g砝码,游码在图中所示位置,则被测物体质量为26.32g(最小刻度为0.02g,不是10分度,因此只读到0.02g这一位)。6.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
15、,使指针指右端零刻线处。欧姆挡的使用:选挡。一般比被测电阻的估计值低一个数量级,如估计值为200就应该选10的倍率。调零。将红黑表笔接被测电阻两端进行测量。将指针示数乘以倍率,得测量值。将选择开关扳到OFF或交流电压最高挡。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。7.电阻箱右图中的电阻箱有6个旋钮,每个旋钮上方都标有倍率,将每个旋钮上指针所指的数值(都为整数)乘以各自的倍率,从最高位依次往下读,即可得到这时电阻箱的实际阻值。图中最左边的两个黑点是接线柱。若指针所示如图,则阻值为84580.2。三、重点的学生实验1.研究匀变速直线运动右图为打点计时器打
16、下的纸带。选点迹清楚的一条,舍掉开始比较密集的点迹,从便于测量的地方取一个开始点O,然后每5个点取一个计数点A、B、C、D 。测出相邻计数点间的距离s1、s2、s3 利用打下的纸带可以:求任一计数点对应的即时速度v:如(其中T=50.02s=0.1s)利用“逐差法”求a: 利用上图中任意相邻的两段位移求a:如利用v-t图象求a:求出A、B、C、D、E、F各点的即时速度,画出如右的v-t图线,图线的斜率就是加速度a。2. 探究弹力和弹簧伸长的关系(胡克定律)利用右图装置,改变钩码个数,测出弹簧总长度和所受拉力(钩码总重量)的多组对应值,填入表中。算出对应的弹簧的伸长量。在坐标系中描点,根据点的分
17、布作出弹力F随伸长量x而变的图象,从而发确定F-x间的函数关系。解释函数表达式中常数的物理意义及其单位。该实验要注意区分弹簧总长度和弹簧伸长量。对探索性实验,要根据描出的点的走向,尝试判定函数关系。(这一点和验证性实验不同。)3. 互成角度度两个力的合成该实验是要用互成角度的两个力和另一个力产生相同的效果,看其用平行四边形定则求出的合力与这一个力是否在实验误差允许范围内相等,如果在实验误差允许范围内相等,就验证了力的合成的平行四边形定则。4. 探究加速度与力、质量的关系如图所示装置,保持小车质量M不变,改变小桶内砂的质量m,从而改变细线对小车的牵引力F(当mM时,F=mg近似成立),测出小车的
18、对应加速度a,由多组a、F数据作出加速度和力的关系a-F图线,探究加速度与外力的关系。2保持小桶和砂的质量不变,在小车上加减砝码,改变小车的质量M,测出小车的对应加速度a,由多组a、M数据作出加速度和质量倒数的关系a-M-1图线,探究加速度与质量的关系。【实验器材】小车,砝码,小桶,砂,细线,附有定滑轮的长木板,垫块,打点计时器,低压交流电源,导线两根,纸带,托盘天平及砝码,米尺。6.探究功与速度变化的关系实验目的 通过实验得出质量一定时,力对物体做的功与物体的动能关系 实验原理如图12 -75,小车在橡皮筋的作用下弹出,沿木板滑行当我们用2条、3条、同样的橡皮筋进行第2次、第3次、实验时,每
19、次实验中橡皮筋拉伸的长度都保持一致,那么,第2次、第3次、实验中橡皮筋对小车做的功就是第-次的2倍、3倍、如果把第一次实验时橡皮筋所做的功记为W各次做的功就是2W、3W 由于橡皮筋做功而使小车获得的速度可以由纸带和打点计时器测出,也可以用其他方法测出这样,进行若干次测量,就得到若干组功和速度的数据, 以橡皮筋对小车做的功为纵坐标,小车获得的速度为横坐标,以第一次实验时的功W为单位,作出W-v曲线即功一速度曲线,分析这条曲线,可以得知橡皮筋对小车做的功与小车获得的速度的定量关系, 实验器材 橡皮筋、打点计时器、小车、纸带、复写纸、电源、导线、刻度尺、木板、钉子, 实验步骤 1按图组装好实验器材,
20、由于小车在运动中会受到阻力,把木板略微倾斜,作为补偿 2先用一条橡皮筋进行实验,把橡皮筋拉伸一定长度,理清纸带,接通电源,放开小车 3换用纸带,改用2条、3条同样的橡皮筋进行第2次、第3次实验,每次实验中橡皮筋拉伸的长度都相同 4由纸带算出小车获得的速度,把第1次实验获得的速度记为v1,第2次、第3次记为v2、v3 5对测量数据进行估计,大致判断两个量可能的关系,然后以W为纵坐标,以v2(或v,v3,)为横坐标作图 注意事项木板的倾斜程度应满足重力使物体沿斜面下滑的分力等于小车受到的阻力7 .验证机械能守恒定律验证自由下落过程中机械能守恒,图示纸带的左端是用夹子夹重物的一端。要多做几次实验,选
21、点迹清楚,且第一、二两点间距离接近2mm的纸带进行测量。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即时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。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在打下的点中取计数点。也不需要测重物的质量。8伏安法测电阻伏安法测电阻有a、b两种接法,a叫(安培计)外接法,b叫(安培计)内接法。外接法的系统误差是由电压表的分流引起的,测量值总小于真实值,小电阻应采用外接法;内接法的系
22、统误差是由电流表的分压引起的,测量值总大于真实值,大电阻应采用内接法。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。(这里所说的变化大,是指相对变化,即I/I和U/U)。(1)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
23、应该选用阻值小的;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。(2)实物图连线技术无论是分压接法还是限流接法都应该先把伏安法部分接好;对限流电路,只需用笔画线当作导线,从电源正极开始,把电源、电键、滑动变阻器、伏安法四部分依次串联起来即可(注意电表的正负接线柱和量程,滑动变阻器应调到阻值最大处)。对分压电路,应该先把电源、电键和滑动变阻器的全部电阻丝三部分用导线连接起来,然后在滑动变阻器电阻丝两端之中任选一个接头,比较该接头和滑动触头两点的电势高低,根据伏安法部分电表正负接线柱的情况,将伏安法部分接入该两点间。(3)描绘小电珠的伏安特性曲线因为小电珠(即小灯泡)的电阻较小(10左右)
24、所以应该选用安培表外接法。小灯泡的电阻会随着电压的升高,灯丝温度的升高而增大,所以U-I曲线不是直线。为了反映这一变化过程,灯泡两端的电压应该由零逐渐增大到额定电压。所以滑动变阻器必须选用分压接法。在上面实物图中应该选用右面的那个图,开始时滑动触头应该位于左端(使小灯泡两端的电压为零)。由实验数据作出的I-U曲线如右,说明灯丝的电阻随温度升高而增大,也就说明金属电阻率随温度升高而增大。(若用U-I曲线,则曲线的弯曲方向相反。)若选用的是标有“3.8V 0.3A”的小灯泡,电流表应选用0-0.6A量程;电压表开始时应选用0-3V量程,当电压调到接近3V时,再改用0-15V量程。9用电流表和电压表
25、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,所选用的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。这条直线代表的U-I关系的误差是很小的。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r=|U
26、/I |)。为了使电池的路端电压变化明显,电池的内阻宜大些。(选用使用过一段时间的1号电池)11把电流表改装为电压表、用图(a)测定电流表内阻rg,方法是:先断开S2,闭合S1,调节R,使电流表满偏;然后闭合S2,调节R/,使电流表达到半满偏。当R比R/大很多时,可以认为rg=R/。(当R比R/大很多时,调节R/基本上不改变电路的总电阻,可认为总电流不变,因此当电流表半满偏时,通过R/的电流也是满偏电流的一半,两个分路的电阻相等)。实际上,S2闭合后,总电阻略有减小,总电流略有增大,当电流表半满偏时,通过R/的电流比通过电流表的电流稍大,即R/比rg稍小,因此此步测量的系统误差,总是使rg的测
27、量值偏小。其中R不必读数,可以用电位器,R/需要读数,所以必须用电阻箱。根据rg、Ig和扩大后的量程,计算出需要给电流表串联的电阻R1的值。、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。百分误差的计算:如果当改装电压表示数为U时,标准电压表示数为U / ,则这时的百分误差为|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(使表头的分压减小一些),然后再次重新进行校对。12.用单摆测定重力加速度摆长的测量:让单摆自由下垂,用米尺量出摆线长L/(读到0.1mm),用游标卡尺量
28、出摆球直径(读到0. 1mm)算出半径r,则摆长L=L/+r开始摆动时需注意:摆角要小于5(保证做简谐运动);不要使摆动成为圆锥摆。必须从摆球通过最低点时开始计时,测出单摆做50次全振动所用时间,算出周期的平均值T。改变摆长重做几次实验,计算每次实验得到的重力加速度,再求这些重力加速度的平均值。13. .测定玻璃折射率实验原理:如图所示,入射光线AO由空气射入玻璃砖,经OO1后由O1B方向射出。作出法线NN1,则折射率n=Sin/Sin注意事项:手拿玻璃砖时,不准触摸光洁的光学面,只能接触毛面或棱,严禁把玻璃砖当尺画玻璃砖的界面;实验过程中,玻璃砖与白纸的相对位置不能改变;大头针应垂直地插在白
29、纸上,且玻璃砖每一侧的两个大头针距离应大一些,以减小确定光路方向造成的误差;入射角应适当大一些,以减少测量角度的误差。12.测定金属的电阻率被测电阻丝的电阻较小,所以选用电流表外接法;本实验不要求电压调节范围,可选用限流电路。因此选用上面左图的电路。开始时滑动变阻器的滑动触头应该在右端。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。13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
30、小一些,所选用的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。这条直线代表的U-I关系的误差是很小的。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r=|U/I |)。为了使电池的路端电压变化明显,电池的内阻宜大些。(选用使用过一段时间的1号电池)14.用多用电表探索黑箱内的电学元件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: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。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。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。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图中的上图。15 双缝干涉x=
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