高中物理实验

1实验专题第一部分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：用伏安法测电阻时，选择了合适的内外接方法，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”的实验中，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，速度的测量就转化为对水平位移的测量了。4．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（力）天平（弹簧秤）电学电阻（粗测）欧姆表、电阻箱电流（电压）电流表（电压表）热学温度温度计2．常见间接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力学速度①利用纸带，12nnmSSvT；②利用平抛，2gvxy加速度①利用纸带，逐差法2SaT；②利用单摆224LgT功根据kWE转化为测量m、v电学电阻（精确测量）①根据URI转化为测量U、I（伏安法）；②电阻箱（半偏、替代）电功率根据P=UI转化为测量U、I电源电动势根据E＝U＋Ir转化为测量U、I然后联立方程求解或运用图像处理2三、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，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30~50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①写明表的标题或加上必要的说明；②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；③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：①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；②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；③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；④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；⑤作图时常设法使图线线性化，即“化曲为直”。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，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。要熟练掌握常见实验的误差情况及分析方法。第二部分电学实验基础知识一、电路设计或器材选择原则1、安全性：实验方案的实施要安全可靠，实施过程中不应对仪器及人身造成危害。要注意到各种电表均有量程、电阻均有最大允许电流和最大功率，电源也有最大允许电流，不能烧坏仪器。2、准确性：在实验方案、仪器、仪器量程的选择上，应使实验误差尽可能的小。保证流过电流表的电流和加在电压表上的电压均不超过使用量程，然后合理选择量程，务必使指针有较大偏转（一般要大于满偏度的1/3），以减少测读误差。3、便于调节：实验应当便于操作，便于读数。3二、内、外接法的选择1、外接法与外接法对比2、内、外接法的确定方法：①将待测电阻与表头内阻比较RRVxxxARRR　　　　为小电阻　　　外接法RRVxxxARRR＜　　　　为大电阻　　　内接法②试触法触头P分别接触A、B电压表示数变化大电流表分压作用大外接法电流表示数变化大电压表分流作用大内接法三、分压、限流接法的选择1．两种接法及对比限流接法分压接法电路图电压调节范围xxERRxUER0xUE电路消耗总功率xEI()xapEII闭合K前滑动头在最右端滑动头在最右端2．选择方法及依据①从节能角度考虑，能用限流不用分压。②下列情况必须用分压接法A．调节（测量）要求从零开始，或要求大范围测量。B．变阻器阻值比待测对象小得多（若用限流，调不动或调节范围很小）。C．用限流，电路中最小的电压（或电流）仍超过用电器的额定值或仪表量程。4四、实物图连接的注意事项和基本方法⑴注意事项：①连接电表应注意量程选用正确，正、负接线柱不要接错。②各导线都应接在接线柱上，不应在导线中间出现分叉。③对于滑动变阻器的连接，要搞清楚接入电路的是哪一部分电阻，在接线时要特别注意不能将线接到滑动触头上。⑵基本方法：①画出实验电路图。②分析各元件连接方式，明确电流表与电压表的量程。③画线连接各元件。(用铅笔画线，以便改错)连线方式应是单线连接，连线顺序应先画串联电路，再画并联电路。一般先从电源正极开始，到电键，再到滑动变阻器等。按顺序以单线连接方式将干路中要串联的元件依次串联起来；然后连接支路将要并联的元件再并联到电路中去。连接完毕，应进行检查，检查电路也应按照连线的方法和顺序。第三部分测量电阻的方法一、欧姆表粗测二、伏安法（电压表＋电流表）原理：部分电路欧姆定律RUI，测出电阻两端的电压和通过电阻的电流后，便可求得其阻值IUR。三、伏安法的拓展（电表的选取应注意安全性、准确性）（1）利用已知内阻的电压表:利用“伏伏”法测定值电阻的阻值（用电压表算电流）【例题1】用以下器材测量一待测电阻Rx的阻值（900～1000Ω）：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＝750Ω；电压表V2，量程为5V，内阻r2＝2500Ω；滑动变阻器R，最大阻值约为100Ω；单刀单掷开关K，导线若干。测量中要求电压表的读数不小于其量程的1/3，试画出测量电阻Rx的一种实验电路原理图。（2）利用已知内阻的电流表：利用“安安”法测定值电阻的阻值（用电流表算电压）【例题2】用以下器材测量一待测电阻的阻值。器材（代号）与规格如下：电流表A1（量程250mA,内阻r1为5Ω)；标准电流表A2（量程300mA,内阻r2约为5Ω）；待测电阻R1（阻值约为100Ω）；滑动变阻器R2（最大阻值10Ω）；电源E（电动势约为10V，内阻r约为1Ω）；单刀单掷开关S，导线若干。5⑴要求方法简捷，并能测多组数据，画出实验电路原理图，并标明每个器材的代号.⑵需要直接测量的物理量是_______,用测的量表示待测电阻R1的计算公式是R1＝________。（3）电压表、电流表混合用【例题3】有一电阻Rx，其阻值在100～200Ω之间，额定功率为0.25W。要用伏安法较准确地测量它的阻值，实验器材有：安培表A1，量程为50mA，RA1=100Ω安培表A2，量程为1A，RA2=20Ω电压表V1，量程为5V，RV1=10kΩ电压表V2，量程为15V，RV2=30kΩ变阻器R1，变阻范围0～20Ω，2A变阻器R2，变阻范围0～1000Ω，1A9V电源，电键，导线。⑴实验中应选用的电流表、电压表、变阻器分别是：。⑵画出所用实验电路图。四、电表内阻的测量方法1、互测法：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：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：2、替代法：63、半偏法：恒流半偏：合上开关S1，调节R1，使电流表指针偏转到满刻度。再合上开关S2，保持R1的滑动片位置不动，调节R2的阻值，使电流表的指针偏转到满刻度的一半。当R1R2时，可认为合上S2后，整个电路的电阻几乎没有发生改变，即总电流几乎没有发生改变，故可近似认为RA=R2。误差分析：合上开关S2后，电路的总电阻减小，干路上的电流增大，流过R2的电流大于流过电流表A的电流。故电流表内阻的测量值小于真实值。在电流表不超过量程的前提下，电压越高，测量误差越小。故电源电动势宜选大些。恒压半偏：合上S1、、S2，调节R1，使电压表指针偏转到满刻度。再断开开关S2，保持R1的滑动片位置不动，调节R2的阻值，使电压表的指针偏转到满刻度的一半。当R1R2时，可认为断开S2后，整个电路的电阻几乎没有发生改变，即从分压器分出的电压几乎没有发生改变，故可近似认为RV=R2。误差分析：合上开关S2后，电路的总电阻增大，干路上的电流减小，滑动变阻器右端电阻上的分压减小，滑动变阻器左端电阻上的电压增大，加在R2两端的电压大于加在电压表两端的电压。故电压表内阻的测量值大于真实值，在变阻器不超过额定电流的前提下，变阻器的阻值越小，测量误差越小。4、电表的改装及校正：（1）用“半偏法”测量电流表内阻（2）电流表改装为伏特表电流表的满偏电流为Ig，内阻为rg，根据部分电路欧姆定律，满偏电压gggrIU，将电流表的表盘刻度改变为相应的标度，则电流表就变为一个可以直接读出电压数值的电压表。由于电流表的满偏电压很小，所以这样改成的电压表的测量范围不大。如果要扩大它的测量范围（即量程），可以在电流表上串联一个分压电阻方法来实现。如下图所示，设改装好的伏特表量程为U，与电流表串联的电阻为R，则U=Ig(rg+R),解得ggURrI,即给电流表串联一个阻值为ggURrI的电阻，就可以将电流表改装成量程为U的伏特表。（3）校核：即把改装的电压表跟标准电压表进行核对。实验电路如图所示，V是标准电压表，改变变阻器R2的滑片位置，使V的示数分别为0．5V、1V、1．5V、2V，并核对改装的电压表的示数是否正确。核对时要注意搞清楚改装后电流表刻度盘上的每一小格表示多大电压。最后算出改装的伏特表满刻度时的百分误差。例如改装的电压表在满刻度2V时，标准电压表的读数为2．1V，满刻度时的百分误差就是|2.1-2|/2.1＝4．8%。恒流半偏恒压半偏7【例题4】某型号电池的电动势约为3.7V，内阻约2Ω，允许通过的最大电流为300mA。现欲测定其电动势E和内阻r，给定的器材有：待测电池E；电阻箱R（阻值0～999.9Ω）；定值电阻R0（阻值为3Ω）；直流电压表（量程3V，内阻约为6kΩ）；直流电流表（量程0.3A，内阻约2Ω）；开关S一个；导线若干。①如果在上述两个电表中只选用一个电表与其它器材组成测量电路，为使测量结果有尽可能高的精确度，应选用的电表是，请在虚线框中画出测量电路图。（要求电路中各器材用题中给定的符号标出。）②某同学用设计的电路读取两组数据（R1、U1，R2、U2或R1、Ⅰ1，R2、Ⅰ2），利用这两组数据列方程组，求得待测电池电动势和内阻分别为E、r。现为了使测量结果更精确，在不改变实验器材、实验电路的前提下，请你提出一条建议：课后习题1．为了测定木块A和木板B之间的动摩擦因数，某同学设计了一个实验，图甲为其实验装置示意图。该同学在实验中的主要操作有：A．用弹簧秤测出木块A的重力为G=6.00N；B．用弹簧秤测出木板B的重力为Gˊ=9.25N；C．按图甲的装置安装器材，安装过程中用手按