2008高考物理二轮复习实验基础和设计型实验ppt.ppt
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1、实验基础和设计型实验,一 高考内容和要求,1.知识内容要求,一、实验基础知识,二、基本仪器的使用,三、设计型实验,一、实验基础知识,1、实验误差,误差:每一个物理量都是客观存在的,在一定条件下具有不以人的意志为转移的固定大小,这个客观大小称为该物理量的真值对于某一物理量,实验观测的结果叫测量值,测量值都有一定的近似性,它们与真值之间总会有或多或少的差异,这种差异就叫做误差 根据误差的性质和产生的原因,可将误差分为系统误差和偶然误差两大类,系统误差:系统误差是由确定因素引起的其特点是:总是使测量值向真值的某一方向偏差,或者偏大或者偏小,其数值有一定规律可循产生系统误差的主要原因有以下几个方面:,
2、仪器误差:是由于仪器本身的不准确或没有按规定条件使用仪器造成的,调整误差:是由于仪器在使用前没有经过必要的调整,或虽经调整,但没有调到实验要求而产生的系统误差,理论误差:理论误差是由于测量所依据的理论公式本身的近似性,或实验条件不能达到理论公式所规定的要求,或者测量方法、计算方法本身不严密或不完善所造成的误差,偶然误差:一些由于偶然的或不能确定的因素所造成的,又不能消除的,且又使每次测量值呈无规则涨落的误差,称为偶然误差,偶然误差使每次测量值总是在其真值附近波动,有时偏大,有时偏小,且遵从统计规律多次重复测量时,比真值偏大和偏小的机会是均等的所以,要减少由偶然因素引起的误差,除提高实验操作水平
3、外,主要方法是进行多次测量,并求出其平均值,从而减少偶然误差,(1)有效位数:有效数字的个数,(2)确定有效位数的规则:,非零数字中间的零及非零数字后边的零,都是有效数字,如2.030,为4位有效数字,第一个非零数字前的零是表示小数点的位数的,不属于有效数字如0.02030,仍为4位有效数字,测量数值特大或特小时,可以配合用10的指数表示,指数部分前面的系数为有效数字,指数部分不是有效数字如某一电阻为47.0k,若用作单位,则记作4.70104,2、有效数字,例 如果数字9.5cm和9.50cm是用刻度尺测量长度时记录的数据,其含义有什么不同?,解:有效数字的位数不同,表明测量的准确程度不同9
4、.5cm是两位有效数字,说明所用刻度尺的最小刻度是厘米,其中9cm是准确的,0.5cm是估计的,是不可靠的9.50cm是三位有效数字,说明所用刻度尺的最小刻度是毫米,其中9.5cm是准确的,第三位是估计的,因此9.50cm的准确程度要高于9.5cm的准确程度,列表法,把数据按一定的规律列成表格的形式,这种方法称为列表法列表法的优点是便于随时检查数据的合理性,发现和分析问题,有助于找出有关物理量之间的规律性联系,归纳推导出相应的物理公式,3、实验数据处理的基本方法,例如,在做“研究闭合电路的欧姆定律”实验时,我们可以列出如下表格:,具体列表时应注意以下几点: 表格设计力求合理、简明、便于观察,上
5、述实验从表格中数据可清楚地发现随着外电阻的减小,外电压减小,内电压增大,而外电压和内电压之和在误差允许范围内相等 各栏目中的物理量均应注明其名称和单位单位写在标题栏中,不必重复记在各数字后 表中所有数值的有效数字位数都应根据实验中测量的精度来确定,不能随意增加或减少 各量排列顺序尽量与测量程序一致,以便于寻找规律,作图法,把测量值之间的函数关系绘成相应的曲线,即用直角坐标法:在平面直角坐标中,将2个相关物理量的测量值对应为坐标点,连接这些点获得反应两物理量间关系的实验曲线,这种方法称为作图法作图法是一种应用很广泛的处理实验数据的方法特别是在有些科学实验的规律和结果还没有完全掌握或者还没有找到明
6、确的函数表达式时,采用作出的图像来表示实验结果,能形象直观地显示物理量变化规律,例如,在气垫导轨上做验证牛顿第二定律的实验时,用一系列大小不同的力F依次作用在一定质量滑块上,测量得到一系列不同的加速度值a在坐标纸上作出a F图,/kg-1,a/ms-1,0,接着用相同的力作用在一系列质量大小不同的滑块上,测量得到一系列不同的加速度a在坐标纸上作出a 图,a和F成正比,a和 成正比,如在做“描绘小电珠的伏安特性曲线”实验时,通过改变通过小灯泡的电流和加在小灯泡上的电压,测量出一系列小灯泡的电流和电压的值,在坐标纸上绘制出小灯泡的伏安特性曲线如图所示,从图像中可看出随着通过小灯泡的电流增大,曲线的
7、斜率减小,这表示小灯泡的电阻变大,同时在实验时可,看到通过小灯泡电流越大,小灯泡发光越亮,小灯泡灯丝的温度越高,进而可推得小灯泡的灯丝电阻随温度升高而增大的实验结论,作图法的优点 简单直观,便于比较从前两例图中可以清楚地看出2个变化的物理量之间的函数关系或变化规律 便于寻找对应的函数关系,得出经验公式,求出实验需要的某些结果,如斜率、截距等 能从图像中直接读出没有进行观测的对应于某x的y值(内插法),或在一定条件下,也可以从图像的延伸部分读到测量数据范围以外的点的数据(外推法) 图像可以帮助发现实验中个别的测量错误如果有个别点偏离图像特别远,既可能是测量或数据计算中有错误,也可能是新现象、新规
8、律的发现,应该剔除或重新测量、研究 图像有取平均减小偶然误差的效果,如果图像是根据许多数据点指出的平滑曲线或直线,作图法就有取多次测量平均的作用,作图方法和规则 作图一定要用坐标纸,高中物理实验只要求用直角坐标纸 坐标轴的比例应根据实验数据的有效位数和结果的需要来确定原则上测量数据中的可靠数字在图像中也应该是被准确表示出来,不可靠数字在图像中可以是估计的图像中坐标的最小分格应该对应测量值中可靠数字的最后一位 坐标轴的起点不一定为零,尽量使图像比较匀称地布局于整个图纸,防止图形压缩在某一边或一角 标明图名、坐标轴方向、轴名,画出分度格,标明各分度格所代表的物理量的数值单位,坐标点:根据测量数据用
9、“+”标出各点坐标,若同一图纸上要画几条图像时,可分别用“”、“ ”等不同符号鲜明地标出各测量点的位置,一条直线至少有5个数据点,曲线则要测更多个数据点 绘制图像要密切注意图线变化的规律,务必做到匀、细、光滑,不通过图像的各数据点要均匀分布在图像两侧 利用图像求解某量时,取点要有任意性,不能用原测量数据点若任取两点求解时,这两点距离不能太近,以减少误差,逐差法,逐差法是物理实验中数据处理常用的一种方法,该方法一般用于等间隔线性变化的测量中因为在等间隔线性变化测量中,如果仍用一般的求平均值的方法,结果将发现只有第一次测量值和最后一次测量值有作用,其中间值全部抵消了,这样就无法体现出多次测量能减少
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