高三物理高考二轮复习专题物理实验.pdf
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1、2010 高考物理第二轮复习 专题五物理实验 自然科学是实验性科学,物理实验是物理学的重要组成部分理科综合对实 验能力提出了明确的要求,即是“设计和完成实验的能力”,它包含两个方面: 1独立完成实验的能力包括: (1)理解实验原理、实验目的及要求; (2)掌握实验方法步骤; (3)会控制实验条件和使用实验仪器,会处理实验安全问题; (4)会观察、解释实验现象,会分析、处理实验数据; (5)会分析和评价实验结果,并得出合理的实验结论 2设计实验的能力能根据要求灵活运用已学过的物理理论、实验方法和仪 一、基本仪器的使用 方法归纳 1 刻度尺、游标卡尺、 螺旋测微器、 天平、秒表、打点计时器、 弹簧
2、秤、温度表、 2在力学和电学实验中,常需要利用测量工具直接测量基本物理量 基本物理量测量仪器 力学 长度刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器 时间秒表(停表)、打点计时器 质量天平 电学 电阻(粗测)欧姆表、电阻箱 电流电流表 电压电压表 3 用各种测量仪器测量有关物理量,读数时首先要弄清测量仪器的精度以螺 旋测微器为例:精度为 0.5 50 mm=0.01mm,其读数方法是:读数=固定刻度数 (含半毫 米刻度 )可动刻度数(含估读刻度数)精度 典例分析 【例 1】 【特别提示】一般来说,除游标卡尺、秒表、电阻箱外,其他测量仪器的 二、独立完成实验 方法归纳 1 有些物理量不能由测量仪器直接测量,这时
3、,可利用待测量和可直接测量的 基本物理量之间的关系,将待测物理量的测量转化 为基本物理量的测量 示数 _cm 示数 _cm 示数 _s 示数 _s 此时待测电阻为_ 电阻箱连入电路中的 电阻为 _ 用 00.6A 档,此电流 表示数为 _A 用 015V 档,此电压 表示数为 _V 待测物理量基本测量方法 力 学 速度利用纸带, 1 2 nn m SS v T ;利用平抛, 2 g vx y 加速度利用纸带,逐差法 2 S a T ;利用单摆 2 2 4L g T 力根据 F=ma转化为测量 m 、a 功 根据 k WE转化为测量 m 、S、v 电 学 电阻(精确测 量) 根据 U R I 转
4、化为测量U、I (伏安法);电阻箱 (半偏、替代) 电功率根据 P=IU 转化为测量 U 、I 电源电动势根据 EUIr 转化为测量 U、I 2 (1)多次测量求平均值; (2 3 中学物理中只要求初步了解系统误差和偶然误差、绝对误差和相对误差的概 念;能定性分析某些实验中产生误差的主要原因;知道用平均值法、图象法减小 (1)系统误差和偶然误差:测量值总是有规律的朝着某一方向偏离真值(总 是偏大或总是偏小)的误差,称为系统误差系统误差的主要来源是仪器本身不 够精确,或实验原理、方法不够完善由于偶然因素的影响,造成测量值的无规 则起伏称为偶然误差偶然误差是由于各种偶然因素对实验者、测量仪器,被测
5、 物理量的影响而产生的,多次测量偏大和偏小的机会相同,因此,多次测量求平 均 (2)绝对误差和相对误差:设某物理量的真值为A0,测量值为 A,则绝对误 差 0 |AA,相对误差为 0 00 |AA AA 真值 A0常以公认值、理论值或多次测量的 平均值代替 典型分析 【例 1】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 51 图 51 (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
6、表 示 阻 力 的 计 算 式 为f =_ 【例 2】一个有一定厚度的圆盘, 可以绕通过中心且垂直于盘面的水平轴转 动用下面的方法测量它匀速转动时的角速度 实验器材:电磁打点计时器,米尺,纸 (1)如图 53 所示,将电磁打点计时器固定在桌面 上,将纸带的一端穿过打点计时器的限位孔后,固定在待 测圆盘的侧面上, 使圆盘转动时, 纸带可以卷在圆盘侧面 (2)启动控制装置使圆盘转动,同时接通电源,打点计时器开始打点 (3)经过一段时间,停止转动和打点,取下纸带,进行测量 由已知量和测得量表示角速度的表达式为=_ ,式中各量 的意义是 _ 某次实验测得圆盘半径r =5.5010 2m , 得到的纸带
7、的一段如图 54 所示, 求得角速度为 _ 图 54 【例 3】 小灯泡灯丝的电阻会随温度的升高而变大某同学为研究这一现象, 用实验得到如下数据( I 和 U I /( A) 0.1 2 0.2 1 0.2 9 0.3 4 0.3 8 0.4 2 0.4 5 0.4 7 0.4 9 0.5 0 U(V ) 0.2 0 0.4 0 0.6 0 0.8 0 1.0 0 1.2 0 1.4 0 1.6 0 1.8 0 2.0 0 (1)在左下框中画出实验电路图可用的器材有:电压表、电流表、滑线变 阻器(变化范围 010 (2)在图 55 中画出小灯泡的 UI 曲线 图 53 单位: cm 图 55
8、(3)若将该小灯泡接在电动势是1.5V,内阻是 2.0 的电池两端,小灯泡的 实际功率是多少 ?(简要写出求解过程,若需作图,可直接画在图中) 三、实验设计 专题精讲 实验设计应把重点放在力学和电学实验上,力学以打点计时器为中心展开, 1 (1 (2)安全性:实验方案的实施要安全可靠,不会对器材造成损害,且成功率 (3 2 实验器材 明确目的确定原理待测物理量数据处理误差分析 实验步骤 实验设计的关键在于实验原理的设计,它是进行实验的依据和起点,它决定 了应选用(或还需)哪些实验器材,应测量哪些物理量,如何编排实验步骤而 实验原理的设计又往往依赖于所提供的实验器材(条件)和实验要求,它们相辅
9、以测量电表的内阻为例: 纵向:伏安法及变式 1电流表、电压表各一只,可以测量它们的内阻 2两只同种电表,若知道一只的内阻,就可以测另一只的内阻 V A V A 3两只同种电表内阻都未知,则需要一只电阻箱才能测定电表的内阻 横向:除伏安法外,还常用替代法、半偏法和闭合电路欧姆定律(计算法) 1替代法 2半偏法 3闭合电路欧姆定律(计算法) 3 (1 完整的实验电路包括三个部分:测量电路,控制电路(变阻器、开关), 电源 (2 (3 电表选择:为了减小电表读数引起的偶然误差,选择电表时应先估算待测 A2 A1 V1 V2 R A1 A2 V2 V1 R G R2 S2 R1 S1 R1 S V R
10、2 G2 G2 R 2 1 V1 V2 R 2 1 S S V S 2 1 测量电路 器材选择 配置 控制电路 电路选择 控制 调节 电流或电压的最大值,同时要考虑电表间、电表与电源间的配置是否合理,测量 1 2限流不能保证安全,即限流电路中的最小电流超过电表量程或用电器的额 3限流能保证安全,但变阻器调节过程中,电表读数变化不明显,不满足实 在限流、分压两种电路都满足实验要求时,由于限流电路结构简单,损耗的 在限流电路中,对测量电路而言,全电阻较大的变阻器起粗调作用,全电阻 较小的变阻器起微调作用;在分压电路中 , 变 阻器 的 典型分析 【例 4】 如图 58 所示,水平桌面上 固 定 着
11、斜 面 体 A,有小铁块 B斜面体的斜面是曲面,由 其 截 面图 可 以看出曲线下端的切线是水平的现提供的 实 验 测量 工 具有:天平、直尺其它的实验器材可根 据 实 验需 要 自选现要设计一个实验,测出小铁块B自 斜 面 顶端 由 静止下滑到底端的过程中,小铁块B (1)除题中供给的器材处,还需要选用的器材是: _ (2)简要说明实验中需要测量的物理量( 要求在图上标明 ) : _ (3)写出实验结果的表达式(重力加速度g 已知) : _ 【例 5】 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 25k) 电流表 A1: (量程 100A,内阻 2k) 电流表 A
12、2: (量程 500A,内阻 300) 电压表 V1: (量程 10V,内阻 100k) 电流表 V2: (量程 50V,内阻 500k) 电源 E: (电动势 15V,允许最大电流1A) 滑动变阻器 R: (最大阻值 1k) 电键 S (1)电流表应选 _ ,电压表应选 _ (2 图 58 【变式】用以下器材测量一待测电阻Rx的阻值( 9001000 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=750 电压表 V2,量程为 5V,内阻 r2=2500 滑线变阻器 R,最大阻值约为 100; 单刀单掷开关 S,导线若干 (1)测量中要求电压表的读数
13、不小 于 其 量 程 的 1 3 , 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 (2)根据你所画的电路原理图在题给的实物图5 11 (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的公式为 Rx=_ 【例 6】为了测定电流表 A1的内阻,采用如图514 所示的电路其中: A1 是待测电流表, 量程为 300A, 内阻约为 100;A2是标准电流表,量程为 200A; R1是电阻箱,阻值范围是0999.9 ;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
14、单刀掷开关 S2 图 514 图 515 (1)根据电路图,请在图515 (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 150A; 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 150A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 _,则待测电 流表 A1的内阻 R1=_ (3)上述实验中,无论怎样调整滑动变阻器 图 511 图 516 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: _ (填写阻值相应的字母) A200k B20
15、k C15k D20 (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_ (填写阻值相应的字母)是 A1k B5k C10k D25k 【例 7】现有一块 59C2型的小量程电流表G (表头) ,满偏电流为 50A, 内阻约为 800850,把它改装成 1mA 、10mA的两量程电流表,可供选择的器材 滑动变阻器 R1,最大阻值 20;滑动变阻器 R 2,最大阻值 100k 电阻箱 R ,最大阻值 9999;定值电阻 R0,阻值 1k 电池 E1,电动势 1.5V;电池 E 2,电动势 3V;电池 E3,电动势 4.5V; (所有电 池内阻不计)
16、,标准电流表 A,满偏电流 1.5mA ; 单刀单掷开关 S1和 S2;单刀双掷开关 S3 (1)采用如图518(甲)所示电路测量表头的内阻,为提高测量精确度, 选用的滑动变阻器为 _ _ ,选用的电池为 _ 甲乙丙 图 518 (2)将 G改装成两量程电流表,现有两种备选电路,如图518(乙) 、 (丙) 所 示 图 _ 为 合 理 电 路 , 另 一 电 路 不 合 理 的 理 由 是 _ (3)将改装后的电流表与标准电流表逐格进行核对(仅核对1mA量程) ,画 出所用电路图,图中待核对的电流表符号用 A 【例 8】(1)一个电压表 VA的内阻RA=1000, 量程 图 520 为 1.0
17、V,现要利用电阻箱扩大它的量程,改装成量程为3.0V 的电压表改装后, 再用一量程为 3.0V 的精确的电压表 VB对改装后的电压表的所有刻度进行校准除 了这两个电压表 VA、VB电源 E (电动势约为 6V,内阻 较小) 变阻器 R(总电阻约 10) 电阻箱 R0(09999) 开关 S 导线若干 如图 520所示是以上器材和两个电压表VA、VB的实物示意图, 试在图中画 出连线,连成进行校准时的实验电路 图中电阻箱的取值等于_ (2)用上述电压表 VB和改装后并已校准过的电压表(以下称之为VC)以及一 个开关和一些导线,去测量一个电动势大约为2V的电源的内阻 r 用测得的量表达r 的公式应
18、为 r =_ 四、跟踪练习 1下列关于误差的说法正确的是(填字母 )_ A 误差是实验中产生的错误 B C误差都是由于测量工具不精密产生的 D任何测量都存 E实验时认真测量就可以避免误差 F G H多次测量取平均值可以减小偶然误差 I 多次测量取平均值可以减小系统误差 2甲、乙、丙三位同学在使用不同的游标卡尺测量同一物体的长度时,测量的结 甲同学:使用游标为50分度的卡尺,读数为12.045cm 乙同学:使用游标为10分度的卡尺,读数为12.04cm 丙同学:使用游标为20分度的卡尺,读数为12.045cm 从这些数据中可以看出读数肯定有错误的是_ 同学 3 如图 522 甲、 乙所示, 用同
19、一套器材测量铁块P与长金属板间的滑动摩擦力 甲 图使金属板静止在水平桌面上,用手通过弹簧秤向右用力F 拉 P,使 P向右运 动;乙图把弹簧秤的一端固定在墙上,用力 F水平向左拉金属板,使金属板向 左运动则铁块 P与金属板间的滑动摩擦力的大小是_N 图 522 图 5 23 4在“研究平抛物体的运动”的实验中,得到的轨迹如图523 所示根据平抛 运动的规律及图中给出的数据,可计算出小球平抛的初速度v0=_m/s 5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524 所示,相邻记数点间的时间间隔为0.02s ,长度单 位是 cm ,g 取 9.8
20、m/s 2求: 图 524 (1)打点计时器打下计数点B时,物体的速度 vB=_(保留两 位有效数字 ) ( 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 EP=_ ,动能的增加量 Ek=_ (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Ep也一定略大一 E k,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 6在测定一节干电池(电动势约为1.5V,内阻约为 2)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( 20,3A) ,B变阻器为(
21、500,0.2A 电 压 表 应 该 选 _ ( 填A或 B) , 这 是 因 为 _ 变阻器应该选 _ (填 A 或 B) ,这是因为 _ 7利用如图 525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 526 所示,则电流表 mA的内阻为() 图 525 图 526 A0.14 B85 C140D225 8如图 527 所示,一只黑箱有A、B、C三个接线柱,规定每两个接线柱间 最多只能接一个电器元件并且已知黑箱内的电器元件是一只电阻和一只二极 管某
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