物理实验专题分析物理实验专题分析忻城县高中 物理备课组物理高考对实验能力的要求1、能独立完成所列的十九个学生实验2、能明确实验目的，能理解实验原理和方法3、能控制实验条件，会使用实验仪器4、会观察、分析实验现象5、会记录处理实验数据，并得出结论6、能灵活地运用已学过的物理理论、实验方法和实验仪器去处理问题加强实验教学，增强实际动手能力，一直是高考物理命题的重要走向。高考分数1720分，占卷面13%以上。近年高考实验命题的特点1、重视基本仪器的选择和使用的考查2、注意联系实验实际操作技能的考查3、注重对实验思想、实验方法的理解和应用的考查，更注重对新情景中处理问题的迁移能力的考查实验复习的分类1、基本仪器的使用2、测量性实验3、验证性实验4、研究性实验5、设计性实验了解不同类型实验的设计思想和解题方法基本仪器的使用基本仪器主要有：游标卡尺、螺旋测微器、托盘天平、秒表、打点计时器、测力计、滑动变阻器、电阻箱、直流电流表、直流电压表、多用电表、示波器、传感器等这类实验的要求是：了解仪器的基本结构、熟悉各部件的名称、懂得工作（测量）原理、掌握合理的操作方法、会正确计数、明确使用注意事项等详细了解测量性实验以某一原理或物理规律为依据，通过测量相关的物理量，实现测定某个（或某些）物理量（或物理常数）为实验目的。高中物理实验要测量的物理量主要有：质量、长度、时间、力、加速度、温度、分子直径、电流、电压、电阻、电阻率、电动势、内电阻、折射率、波长。教材学生分组实验测量匀变速直线运动的加速度数据处理方法：公式法和图象法用单摆测定重力加速度摆长的确定与测量累积法测周期的方法计时起点、终点位置的选择处理数据方法：公式法和图象法用油膜法估测分子的大小实验原理的理解区分油酸体积和油酸酒精体积用双缝干涉测光的波长会调整实验装置，会正确计数测量性实验的要求1、明确被测物理量的含义2、懂得实验原理3、掌握正确的实验方法：了解所有仪器、器材的规格、性能会安装和调试整个实验装置选择合理的实验步骤正确进行数据测量能分析和排除实验中常出现的故障4、妥当处理实验数据5、对实验结果能科学地进行误差分析看看例题验证性实验用实验的方法来验证已知规律(或结论)，通过实验过程的再现，加深对规律适用条件和结论的理解。这类实验有：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大量的课堂课堂演示实验要求明确验证的规律，懂得实验原理、实验装置和实验步骤的确定，必须考虑到规律能否成立。要求能有效地尽量减小误差的分析。教材学生分组实验验证力的平行四边形定则测力计使用时注意事项及计数力的图示要素要齐全如何根据平行四边形定则求出合力画平行四边形的工具与方法验证动量守恒定律入射球与被撞球的大小、质量的关系槽口的水平调节两球平均落点的确定方法两球飞行的水平距离的确定验证机械能守恒定律验证方法：如何从纸带的数据中确定EP和EK看看例题研究性实验通过实验来探索某种物理规律，研究某个物理问题。研究性实验在教材和考纲中的比例较过去有大幅度地增加，意在训练实验的主动性、自觉性，培养创新意识。教材学生分组实验探索弹力和弹簧伸长的关系应在弹簧弹性限度内增加钩码的个数用描迹法画出电场中平面上的等势线实验器材的选择三张纸的叠放顺序描绘小灯泡的伏安特性曲线测量和控制电路的选择对图象物理意义的理解把电流表改装成电压表半偏法测电流表内阻的原理电流表改装电压表的原理校对改装电压表的电路教材学生分组实验用多用电表探索黑箱内的电子元件掌握多用电表测电压、电流、电阻的方法欧姆表中电源的正、负极和红、黑表笔正、负插孔区别二极管理符号及正、负极和导电性能传感器的简单应用半导体光敏元件和热敏元件在电路中的控制作用研究性实验的要求明确实验目的，能正确选择实验方法，选择相应的实验器材，显现观察到的物理现象，测量某些物理量，作进一步定量分析。要求通过归纳推理，在实践动手和分析结合的过程中，能领会典型的基本研究方法，培养对问题研究、探索的能力。看看例题设计性实验根据实验目的，运用已掌握的物理规律、实验方法，选择熟悉的仪器、器材同，独立设计的新的实验方案。设计方案包括理解实验原理，选择和配置合适的实验方法、实验器材，安排正确的实验步骤，设计科学的数据处理方法，采用客观的误差分析方法，最后给予总结和评价。高考可以考查其中的几个方面设计性实验步骤中的几个主要环节1、实验原理的选择和确定根据实验的目的：要做什么根据问题的依据：用何规律一旦实验原理确定下来，就可根据实验目的及问题的依据，选择实验方法，拟定实验方案。看看例题2、正确地选择实验器材和实验装置 选择器材、装置遵循的几个原则：安全性原则可行性原则准确性原则方便性原则特别是电学实验设计性实验步骤中的几个主要环节看看例题3、设计实验操作程序实验步骤 正确的实验步骤是实验成功的重要环节。 正确的实验程序设计必须注意：确保实验顺利完成与成功保证实验器材的安全设计性实验步骤中的几个主要环节看看例题4、实验数据的分析、处理方法（1）列表法 把被测物理量用表格的形式分类列出的方 法。记录表格一般应包括表号、标题、主栏、宾栏、数据、备注等。 列表法大体反映某些因素对结果的影响效果或变化趋势，常用来作为其他数据处理方法的一种辅助手段。设计性实验步骤中的几个主要环节实验数据处理的方法（2）算术平均值法 将待测物理量的若干次测量值相加后除以测量次数，即得该待测量的算术平均值。 实际应用上往往用多次测量值的平均值代替真实值。 求取算术平均值时，必须按原来测量仪器的准确度决定应该保留的有效数字的位数。实验数据处理的方法（3）图象法 测得的量按自变量和应变量之间的关系在直角坐标平面上用图线表示出来的方法。 根据实验数据在坐标纸上作图的原则要求是：准确、清楚、布局合理、便于应用。 1、合理选取坐标原点 2、两坐标轴的分度要恰当 3、要有足够多的描点数目 4、画出的图象应尽可能穿过较多的点或是尽可能多的描点分布在图线的两侧 作图法可以减小实验中的偶然误差。实验数据处理的方法（4）逐差法 一般用于等间隔线性变化的测量中。看看例题5、误差分析减小误差的方法（1）减小偶然误差：多次测量，求其平均值多次测量，作图象求值（2）减小系统误差：减小系统误差措施：完善实验原理、改进实验方法、恰当选择仪器精度、量程、校准测量器材。（3）误差分析：从实验原理分析从实验器材分析设计性实验步骤中的几个主要环节看看例题6、设计性实验分析的基本思路（1）根据问题的重要依据、要求，构造相关的物理情景（2）确定实验原理，选择实验方法（3）明确所要测定的物理量，选好实验器材，确定实验步骤（4）做好数据记录和处理，进行误差分析设计性实验步骤中的几个主要环节看看例题基本仪器游标卡尺不用估读基本仪器秒表不用估读基本仪器电阻箱不用估读基本仪器螺旋测微器基本仪器电压表基本仪器安培表基本仪器万用电表基本仪器示波器基本仪器托盘天平基本仪器物理天平基本仪器双缝干涉仪基本仪器打点计时器返回例题1 在测定匀变速直线运动的加速度实验中得到一条如图所示的纸带，按时间顺序取0、1、2、3、4、5、共6个计数点，每相邻计数点有4个打印点未画出，用刻度尺测出各计数点到0计数点的距离分别为8.69cm，15.99cm，21.87cm,26.35cm,29.45cm,通过电磁打点计时器的交流频率为50Hz，则物体的加速度为 m/s2，在打出计数点3时物体的速度的大小为 m/s。 012345逐差法要求时间等间隔，故此纸带只能采用15点间四段位移。 012345例题解析S1S2S3S4 由数据得：S1=d2-d1=7.30cm S2=d3-d2=5.88cmS3=d4-d3=4.48cm S4=d5-d4=3.10cm由逐差法求加速度分别为：a1=(S3-S1)/2T2= =-1.41m/s2a2=(S3-S2)/2T2= =-1.39m/s2计算平均值求物体的加速度为：a=(a1+a2)/2= =-1.40m/s2打3点时的速度为：v3=(S2+S3)/2T= =0.518m/s例题2 “测量金属的电阻率”实验中要利用伏安法测电阻，通常用伏安法测电阻时，可采用如图所示的甲、乙两种电路，试分析两种电路测电阻的误差及减小误差的条件。VARXR图甲VARXR图乙用R真、R测分别表示待测电阻Rx测量值，RA、RV分别表示电流表和电压表的内阻。例题解析电流表外接法VARXR图甲测量值小于真实值当RVRx时，R测越接近R真，误差越小。用R真、R测分别表示待测电阻Rx测量值，RA、RV分别表示电流表和电压表的内阻。例题解析电流表内接法测量值小于真实值当RxRA时，R测越接近R真，误差越小。VARXR图乙1、采用电流表内接法的条件：RxRA 采用电流表外接法的条件：RvRx例题解析电流表内、外接判断方法用试触法进行判断当（即Rx大电阻)时用内接法2、当不满足RxRA和RvRx关系时当（即Rx小电阻)时用外接法当时，用内、外接法均可3、当Rx、RA、Rv的阻值未知时例题3 用三棱镜测定玻璃折射率的实验，先在白纸上放好三棱镜，在棱镜的一侧插上两枚大头针P1和P2，然后在棱镜的另一侧观察，调整视线使P1的像被P2挡住，接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P3和P4 ，使P3挡住P1和P2的像， P4挡住P3和P1、P2的像，在纸上标出的大头针位置和三棱镜的轮廓如图所示（1）在图上画出所需的光路。（2）为了测出棱镜玻璃的折射率需要测量的量是、。（3）计算折射率的公式是n= 。 P1P2P4P31、如图所示，画出通过P1 、P2 、P3 、P4的光路，注意棱镜内的哪部分路径必须画出。例题解析2、需要测量的物理量是 入射角i，折射角； 或线段EF、OE GH、OG3、折射率为n=sini/sin或EFHGOi返回例题4某同学用图1所示的装置，通过半径相同的A、B两球的碰撞来验证动量守恒定律。图中PQ是斜槽，以为水平槽，实验时先使A球从斜槽上某一固定位置G由静止开始滚下，落到位于水平地面的记录纸上，留下痕迹。重复上述操作10次，得到10个落点痕迹。PGQRO图16070单位：cm图2米尺记录纸例题4再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方让A球仍从位置G由静止开始滚下,和下球碰撞后,A、B球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹，重复这种操作10次。图 1中0点是水平槽未 端R在记录纸上的垂直投影点，B球落点痕迹如图2所示，其中米尺水平放置，且平行于 G、R、O所在的平面，米尺的零点与O点对齐.PGQRO图16070单位：cm图2米尺记录纸 (1)碰撞后B 球的水平射程应取为_cm。例题4（2）在以下选项中，哪些是本次实验必须进行的测量？答_（填选项号）。A水平槽上未放日球时，测量人球落点位置到O点的距离BA球与B球碰撞后，测量A球落点位置到O点的距离C测量A球或B球的直径D测量A球和B球的质量(或两球质量之比) E测量G 点相对于水平槽面的高度PGQRO图1例题5在“验证机械能守恒定律”的实验中,已知打点计时器所用电源的频率为50Hz，查得当地的重力加速度值为9.80m/s2，测得所用的重物的质量为1.00kg。实验中得到一条点迹清晰的纸带，如图把第一个点记作O,另选连续的4个点A、B、C、D作为测量的点，经测量知道各点到 O点的距离分别为62.99cm、70.18cm、77.76cm、85.73cm根据以上数据，可知重物由O点运动到C点,重力势能的减少量为J，运动的增加量为J。（取三位有效数字） 01ABCD由0点到C点，重力势能的减少量为Epc=mgh=7.62J例题解析打点时间间隔为T=0.02s打C点时纸带（即物体）的瞬时速度为即动能的增加量为 01ABCD返回例题6某同学设计了如图甲所示的实验，A、B两球同时落地，说明 。某同学设计了如图乙的实验：将两个斜滑道固定在同一竖直面内最下端水平。把两个质量相等的小钢球，从斜面的同一高度由静止释放，滑道2 与光滑水平板吻接，则他将观察到的现象是，这说明 。AB甲BA12vv乙例题7测定电流表的内电阻的实验中，备用的器件有：A、电流表(量程0100A)B、标准伏特表（量程06V）C、电阻箱（阻值范围0999.9）D、电阻箱（阻值范围099999.9）E、电源（电动势2V，有内阻）F、电源（电动势6V，有内阻）G、滑动变阻器（阻值范围050，额定电流1.5A）H、有若干电键和导线。例题7（1）如果采用图（a）所示的电路测定电流表A的内电阻，并且要想得到较高的精确度，那么从以上备用的器件中，可变电阻R1应选用， R2应选用，并在（a）图上补画电阻元件符号；电源应选用。（用字母代号填写）（2）按电路图（a）连接实物图。AES1R1R2S2A-R1R2R3S1S2EDCF返回例题9利用简便的器材，请设计一个测定当地重力加速度g值的实验方案。例题解析方案一：用单摆测定g值利用简便的器材，请设计一个测定当地重力加速度g值的实验方案。实验原理：可得：g=42L/T2，选择器材：细线(约1m) 匀质小球测量：测摆长L=? 测周期T=?计算：g=？例题解析问题：不能准确测出重心！如果没有小球，只有一石块，怎么办？实验原理：可知：l0引起较大的误差怎么办？确定原理：代换掉l0两次测量实验过程：设线下端到石块重心距离为l0摆线长为l1时摆线长为l2时由上面两式得：例题解析方案二：用打点计时器测定g值利用简便的器材，请设计一个测定当地重力加速度g值的实验方案。实验原理：重锤下落过程中：mgh=mv2/2处理数据：作v2/2h图图线斜率即为g值。v2/2h0例题解析方案三：用滴水法测定g值利用简便的器材，请设计一个测定当地重力加速度g值的实验方案。实验原理：水滴做自由落体运动：h=gt02/2迁移方法：让前一滴水滴落到盘子而听到声音时后一滴水恰好离开水龙头，再测出n次水击盘子声音的总时间tn，则t0 = tn /(n-1)可得：g=2h(n-1)2/tn2返回例题11如图，某电压表的内阻20k50k之间现要测量其内阻，实验室提供下列可选用的器材：待测电压表V（量程3V）滑动变阻器（最大阻值1k）电流表A1（量程200A）电流表A2（量程5mA）电源E（电动势3V）电键S和导线若干。（1）所提供的电流表中，应选用。（2）为了尽量减小误差，要求测多组数据，试画出符合要求的实验电路图。ES选择电流表的方法：1、计算最大电流安全性原则2、指针偏转1/3量程以上准确性原则例题解析(1)最大电流：I=UV/R=3V/20k=150A选A2(量程5mA)：安全，但指针偏转小于1/3量程选A1(量程200A)：安全，准确(2)选择电路：多测数据分压ESA1V返回例题13一学生使用多用电表测定图示电路中R1和R3的阻值， R1R3 ，他的主要实验步骤如下：A、把选择开关旋至1k的欧姆档上。B、把表笔插入插孔，进行调零。C、把两表笔同时与两端接触，发现这时指针偏转适中，随即记下欧姆数值。D、把开关旋至100的欧姆档，把两表笔同时与的两端接触，指针偏转适中，随即记下欧姆数值。E、断开电路开关，实验完毕。这个学生在两次测量时，违反了哪些使用规则或操作程序？在C步之前，要将S1和S2都打开。在D步中，换档后要重新进行调零。实验完毕后应将选择开关置于OFF档或电压最高档处。R1R2R3S1S2例题14测一个量程为3.0V的电压表的内阻Rx(约几千欧)，采用电路如图，可供选择的实验步骤有A、闭合开关SB、将电阻箱R0调到最大值C、将电阻箱的阻值调到零D、调节变阻器R的阻值使电压表示数为3.0VE、断开开关SF、把滑动变阻器的触头P滑到a端G、调节电阻箱R0的阻值，使电压表示数为1.5V，读出此时电阻箱R0的阻值H、把滑动变阻器的触头P滑到b端I、按图连接电路，注意断开开关SVabPR0RVESR（1）将必要的步骤选出并按合理顺序排列I、H、C、A、D、G、E（2）若在上述实验步骤中，读出R0的阻值为2600，则该电压表的内阻RV= 由于系统误差，测量值（选填”偏小” “偏大”例题解析返回VabPR0RVESR2600偏大例题16利用如图A所示的电路可测出电压表的内阻，电源的内阻可以忽略。R为电阻箱。当R取不同阻值时，电压表应有示数。若电阻箱阻值为R1时，电压表示数为U1；电阻箱阻值为R2时，电压表示数为U2。（1计算电压表内电阻的表达式。（2）若多次改变电阻箱阻值，在图B作出图线，请说明如何得出电压表内阻值。图AVES1/UR0图B（1）当电阻箱阻值分别为R1、R2时，电压表对应的示数为U1、U2，由闭合电路欧姆定律得：E=U1+U1R1/RV E=U2+U2R2/RV 例题解析电压表内阻为 （2）由E=U+UR/RV可得：当R0时，1/U=1/E当1/U0时，RV=-R图线延长线与横轴交点的绝对值等于电压表的内阻。1/E-RV1/UR0图B图AVES返回例题17如图,将一个改装的电流表接入电路进行校准，发现待测表的读数比标准表的读数偏大一些，如表头G的Ig是准确的，出现的误差可能是下述哪种原因引起的？A、Rg的测量值比真实值偏大B、Rg的测量值比真实值偏小C、所并联的R并比公式计算出 的偏小D、所并联的R并比公式计算出 的偏大EAGRg测量值比真实值偏大，导致并联电阻偏大，并联电阻分流变小，则A正确。所并联的电阻R并计算出的R并偏大，导致并联电阻分流变小，则D正确。例题18要测量2节干电池串联而成的电池组电动势E和内阻r（约几欧），有以下器材：电压表V1(量程3V，内阻1k)电压表V2(量程15V，内阻2k)电阻箱(0-9999)、开关、导线若干.某同学用量程为15V的电压表连接电路如图（1）电池电动势约3V，选15V的电压表，使指针偏转最大不超过1/5量程，故应选量程为3V的电压表。（2）改变电阻箱R阻值，读取若干个U值，由I=U/R计算出电流值，作U-I图象，从图象求出E、r实验步骤如下：(1)合上开关S，电阻箱R调到R1=10,读电压U1(2)合上开关S，电阻箱R调到R1=20,读电压U2(3)由U1=E-rU1/R1 U2=E-rU2/R2解得E、r为了减少实验误差，上述实验在选择器材和实验步骤中，应做哪些改进？VRE r S返回例题19如图，水平桌面上有斜面体A、小铁块B。斜面体的斜面曲面，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只有：天平、直尺.其他的实验器材可以根据实验自选.请设计一个实验，测出小铁块B自斜面顶端由静止逼上梁山到底端的过程中，摩擦力对小铁块B做的功。要求：（1）请在原图中补充画出简要实验装置图。（2）简要说明实验中要测的物理量。（3）简要说明实验步骤。（4）写出实验结果的表达式,重力加速度g已知BA（1）构造物理情景例题解析BA（2）确定实验原理Hh（3）确定实验方法需要测量的物理量是：斜面高度H 桌面到地面的高度hO到P点的距离S小铁块B的质量m（4）选择实验器材：直尺、天平SOP（5）确定实验步骤例题解析A、用天平测出B的质量mB、如图安装器材，地面铺白纸、复写纸并用胶带粘牢C、让B从某一确定位置由静止滑下，落到纸上D、重复C步骤5次，找到平均落地点PE、用直尺测图中标明的H、h、SF、实验结束，整理仪器归位BAHhSOP（6）写出表达式：例题20为了测量两个电压表VA、VB的内阻,提供的仪器有：电流表A(量程3A内阻2.5) 电压表VA（量程5V，内阻约3000）电压表VB（量程3V，内阻约2500） 电阻箱R1（阻值范围09999.9） 电阻箱R2（阻值范围099.9） 滑动变阻器R3(阻值0-50,额定电流1.5A) 滑动变阻器R4(阻值0-10,额定电流1A) 电池组E（电动势12V，内阻约0.5） 单刀开关2个，导线若干例题20（1）在设计电路时，能否选用电流表A，请简要说明理由。（2）为了测量两个电压表的内阻，请设计一个测量电路，画出电路图。（3）选择的器材有。（4）说明实验原理和需要测量的物理量，并写出计算两个电压表内阻的表达式。例题解析（1）在设计电路时，能否选用电流表A，请简要说明理由。选电流表的方法：计算电路中的最大电流最小电流。电流表A(量程3A内阻2.5) 电压表VA（量程5V，内阻约3000）电压表VB（量程3V，内阻约2500） 电池组E（电动势12V，内阻约0.5）不能选用电流表A，因为与电压表串联，电路中电流太小，而A的量程太大，故不能选用。例题解析（2）为了测量两个电压表的内阻，请设计一个测量电路，画出电路图。A、选择变阻器： 滑动变阻器R3(阻值0-50,额定电流1.5A) 滑动变阻器R4(阻值0-10,额定电流1A) 电池组E（电动势12V，内阻约0.5）B、选择变阻器接法：远小于待测电阻分压用R4时，电路中最大电流大于其额定电流C、选择电阻箱：伏伏法，一般其中一块作电流表用：串联选电阻较大的电阻箱，保证电流调节范围电动势大于两表量程：分压ESVAVBR3ES1VAVBR1R3S2例题解析（3）选择的器材有：R1、R3、电源、电键2个 导线若干。（4）说明实验原理和需要测量的物理量，并写出计算两个电压表内阻的表达式。ES1VAVBR1R3S2 S2断开时，A、B表示数之比为：UB/UA=RB/RA S2断闭合，电阻箱阻值为R1时，A、B表示数之比为解得：返回学有所得学无止境