高考物理专题七 物理实验

高考物理专题七 物理实验内容摘要：

1、共 27 页第 1 页实验复习专题专题一 高中物理实验常用基础知识（一）常用实验原理的设计方法1控制变量法：如：在“验证牛顿第二定律的实验”中，加速度、力和质量的关系控制。 在“研究单摆的周期”中，摆长、偏角和摆球质量的关系控制等等。 2理想化方法：伏安法测电阻时，选择合适的内外接方法，一般就忽略电表的非理想性。 3等效替代法：某些量不易测量，可以用较易测量的量替代，从而简化实验。 在“验证碰撞中的动量守恒”实验中，两球碰撞后的速度不易直接测量，在将整个平抛时间定为时间单位后，速度测量就转化为对水平位移的测量了。 测电阻时，用电阻箱代替被测电阻等。 4模拟法：当实验情景不易创设或根本无法创设时，可以用物理 2、模型或数学模型等效的情景代替，尽管两个情景的本质可能根本不同。 “描绘电场中的等势线”的实验就是用电流场模拟静电场。 5微小量放大法：微小量不易测量，勉强测量误差也较大，实验时常采用各种方法加以放大。 卡文迪许测定万有引力恒量，采用光路放大了金属丝的微小扭转；在观察玻璃瓶受力后的微小形变时，使液体沿细玻璃管上升来放大瓶内液面的上升。 （二）常见实验数据的收集方法1利用测量工具直接测量基本物理量模块 基本物理量 测量仪器长度 刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器时间 秒表（停表） 、打点计时器力学质量（力） 天平（弹簧秤）电阻（粗测） 欧姆表、电阻箱电学电流（电压） 电流表（电压表）热学 温度 温度计2常见间接 3、测量的物理量及其测量方法有些物理量不能由测量仪器直接测量，这时，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。 模块 待测物理量 基本测量方法速度 利用纸带， ；利用平抛，122速度 利用纸带，逐差法 ；利用单摆a4学功 根据 转化为测量 m、阻（精确测量） 根据 转化为测量 U、I（伏安法） ；电阻箱（半偏、替代）据 P=化为测量 U、7 页第 2 页电源电动势 根据 EU化为测量 U、I 然后联立方程求解或运用图像处理（三）常用实验误差的控制方法为了减小由于实验数据而引起的偶然误差，常需要采用以下方法控制实验误差。 1多次测量求平均值，多次测量法减小 4、偶然误差，这是所有实验必须采取的办法，也是做实验应具有的基本思想。 2积累法。 一些小量直接测量误差较大，可以累积起来测量，以减小误差。 “用单摆测定重力加速度”的实验中，为了减小周期的测量误差，不是测量完成一次全振动的时间，而是测量完成 3050 次全振动的时间。 （四）常用实验数据的处理方法1列表法：在记录和处理数据时，常将数据列成表格。 数据列表可以简单而又明确的表示出有关物理量之间的关系，有助于找出物理量之间的规律性的联系。 列表的要求是写明表的标题或加上必要的说明；必须交待清楚表中各符号所表示的物理量的意义，并写明单位；表中的数据要正确反映测量结果的有效数字。 2作图法：用作图法处理实验数据是物理 5、实验中最常用的方法之一。 用作图法处理数据的优点是直观、简便，有取平均的效果，由图线的斜率、截距、所包围面积和图线的交点等可以研究物理量之间的变化及其关系，找出规律。 作图的规则是：作图一定要用坐标纸坐标纸的大小要根据测量数据有效数字的多少和结果的需要来定；要标明坐标轴名、单位，在轴上每隔一定相等的间距按有效数字位数标明数值；图上连线要是光滑曲线（或直线），连线时不一定要通过所有的数据点，而是要使数据点在线的两侧合理的分布；在图上求直线的斜率时，要选取线上相距较远的两点，不一定要取原来的数据点；作图时常设法使图线线性化，即“化曲为直”。 例如：在“描绘小灯泡伏安特性曲线”的实验中，采用了这种方法得出 6、电阻与温度有关的结论；可用图象法求物理量的值，在“测定电源电动势和内阻”的实验中用图象法来求 E 和 不仅有取平均的可以剔除个别有错误的测量数据。 3平均值法：将测定的若干组数相加求和，然后除以测量次数必须注意，求取平均值时应该按原来测量仪器的准确度决定保留的位数。 4逐差法：这就是用打点计时器打出的纸带计算加速度时用到的方法，这种方法充分利用了测量数据，具有较好的取平均的效果。 （五）有关误差分析的问题要求认识误差问题在实验中的重要性，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、图象法减小偶然误差；要熟练掌握常见实验 7、的误差情况及分析方法，但不要求计算误差（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，或实验原共 27 页第 3 页理、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，多次测量求平均值可减小偶然误差（2）绝对误差和相对误差：设某物理量的真值为 量值为 A，则绝对误差，相对误差为 真值 论值或多次测量的平均0|A00|A值代替专题二 常用基本仪器的使用与读数物理考试说明中要求学 8、生熟练掌握的基本仪器有 13 种，除打点计时器和滑动变阻器不需要读数外，其余 11 种都涉及到读数问题。 其中游标卡尺、螺旋测微器的读数问题，在历年的高考题中出现频率较高，另外像弹簧秤、欧姆表的读数问题也时有涉及，应为本专题的复习重点。 凡涉及需要估读的仪器应当解决好：怎样估读、估读到哪一位数等问题，这是本专题的难点所在。 （一）测量仪器使用常规对于测量仪器的使用，首先要了解测量仪器的量程、精度、使用注意事项和读数方法。 1关于量程问题：这是保护测量仪器的一项重要参数，特别是天平、弹簧秤、温度计、电流表、电压表和多用电表等，超量程使用会损坏仪器，所以实验时要根据实验的具体情况选择量程适当的仪器。 在使用 9、电流表、电压表时，选用量程过大的仪器，采集的实验数据过小，会造成相对误差较大，应选择使测量值位于电表量程的 1/3 以上的电表；使用多用电表测电阻时，应选择适当的档位，使欧姆表的示数在电表的中值附近。 2关于精度问题：所选用仪器的精度直接影响着测量读数的有效数字的位数，因此应在使用前了解仪器的精度，即看清仪器的最小分度值。 其中螺旋测微器和秒表的最小分度是一定的。 但游标卡尺上游标尺的最小分度、天平游码标尺的最小分度、弹簧秤和温度计刻线的最小分度，都因具体的仪器情况不同而有所差异，电流表、电压表和多用电表则会因所选择的档位不同而造成最小分度值有所不同，因此在进行这些仪器的读数时，一定要看清所选的档位 10、。 3使用注意事项：一般不同的仪器在使用中都有其特殊的要求，以下几点要特别注意：天平在进行测量前应先调平衡。 打点计时器所用电源要求为 46V 的交流电源。 多用电表的欧姆档每次换档后要重新调零，被测电阻要与电路断开，使用完毕要将选择开关转至交流电压最高档或“。 滑动变阻器、电阻箱和定值电阻使用过程中要考虑其允许的最大电流。 滑动变阻器采用限流接法时，滑动触片开始应位于变阻器阻值最大的位置；滑动变阻器采用分压接法时，滑动触片开始应位于分压为零的位置。 电阻箱开始应处于阻值最大状态，调整电阻箱的阻值时，不能由大到小发生突变，以免因为阻值过小而烧坏电阻箱。 （二）测量仪器的读数方法1需要估读的仪器：在常用的测量 11、仪器中，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。 因为最终的读数要以有效数字的形式给出，而有效数字的最后一位数字为估计数字，应和误差所在位置一致，在实际操作中，究竟估读到哪共 27 页第 4 页一位数字，应由测量仪器的精度（即最小分度值）和实验误差要求两个因素共同决定。 根据仪器的最小分度可以分别采用 1/2、1/5 、1/10 的估读方法，一般：最小分度是 2 的，（包括 ），采用 1/2 估读，如安培表 0；最小分度是 5 的，（包括 ），采用 1/5 估读，如安培表 015V 档；最小分度是 1 的，（包括 ），采用 1/10 估读，如刻度尺、螺旋测微器、安培表 12、03A 档、电压表 03V 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。 2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。 游标卡尺的读数：游标卡尺的读数部分由主尺(最小分度为 1和游标尺两部分组成。 按照游标的精度不同可分为三种：（a）10 分游标，其精度为 b）20 分游标，其精度为 c）50 分游标，精度为 标卡尺的读数方法是：以游标零刻度线为准在主尺上读出整毫米数 看游标尺上哪条刻度线与主尺上某刻度线对齐，由游标上读出毫米以下的小数 总的读数为：L 1+ 机械秒表的读数：机械秒表的长针是秒针，转一周是 30 13、s。 因为机械表采用的齿轮传动，指针不可能停留在两小格之间；所以不能估读出比 0.1 s 更短的时间。 位于秒表上部中间的小圆圈里面的短针是分针，表针走一周是 15 小格为 0.5 表的读数方法是： 短针读数（t 1）+长针读数（ 电阻箱：能表示出接入电阻值大小的变阻器；读数方法是：各旋扭对应的指示点的示数乘以面板上标记的倍数，它们之和就是电阻箱接入电路的阻值。 使用电阻箱时要特别注意通过电阻的电流不能超过允许的最大数值。 （三）典例分析 试读出下列螺旋测微器的读数（工作原理及读数方法与双缝干涉测波长中的测微目镜手轮的读数相同）3按照有效数字规则读出下列电表的测量值。 接 03V 量程时读数为_V。 14、 接 03A 量程时读数为_A。 接 015V 量程时读数为_V。 接 0程时读数为_A。 01 2305 1015V 01 23 103 40 10 2011 12 13共 27 页第 5 页4读出右图所示电阻箱的阻值。 5读出机械秒表的读数。 专题三 力学实验物理考试说明中确定的力学实验有：研究匀变速直线运动、探究弹力和弹簧伸长的关系、验证力的平行四边形定则、验证动量守恒定律、验证机械能守恒定律、用单摆测定重力加速度。 近几年力学实验中与纸带处理相关的实验、力学创新实验是高考的热点内容，以分组或演示实验为背景，考查对实验方法的领悟情况、灵活运用学过的实验方法设计新的实验是高考实验题的新趋势。 要 15、求考生掌握常规实验的数据处理方法，能将课本中分组实验和演示实验的实验原理、实验方法迁移到新的背景中，深刻理解物理概念和规律，并能灵活运用，要求考生有较强的创新能力。 在复习过程中，应以掌握常规实验原理、实验方法、规范操作程序、数据处理方法等为本，同时从常规实验中，有意识的、积极的提取、积累一些有价值的方法。 逐步过渡到灵活运用学过的实验方法设计新的实验。 （一）打点计时器系列实验中纸带的处理1纸带的选取：一般实验应用点迹清晰、无漏点的纸带中选取有足够多点的一段作为实验纸带。 在“验证机械能守恒定律”实验中还要求纸带包含第一、二点，并且第一、二两点距离接近 根据纸带上点的密集程度选取计数点。 打点计时器每打 n 个点取一个计数点，则计数点时间间隔为 n 个打点时间间隔，即 T=s ）。 一般取 n5，此时 T=测量计数点间距离。 为了测量、计算的方便和减小偶然误差的考虑，测量距离时不要分段测量，尽可能一次测。