《2011年高考物理专题讲座：设计实验》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2011年高考物理专题讲座：设计实验（38页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、设计实验 要考虑的几方面 1 建模方法 2 测量方法 3 误差分析 设计思路 一 原有实验的改进 二 设计实验 1 由物理量的定义式出发设计 2 比例法 3 替代法 4 比较法 三 利用物理习题的情景改编 例1 利用单摆验证小球平抛运动规律 设计方案如图 a 所示 在悬点O正下方有水平放置的炽热的电热丝P 当悬线摆至电热丝处时能轻易被烧断 MN为水平木板 已知悬线长为L 小球直径可忽略不计 悬点到木板的距离OO h h L 1 电热丝P必须放在悬点正下方的理由是 2 将小球向左拉起后自由释放 最后小球落到木板上的C点 O C s 则小球做平抛运动的初速度为v0 设计思路 1 产生一个平抛运动
2、2 如何求出初速度 h L gt2 2 s v0t 一 原有实验的改进 3 在其他条件不变的情况下 若改变释放小球时悬线与竖直方向的夹角 小球落点与O 点的水平距离s将随之改变 经多次实验 以s2为纵坐标 cos 为横坐标 得到如图 b 所示图像 则当 30 时 s为 m 若悬线长L 1 0m 悬点到木板间的距离OO 为 m v02 2gL 1 cos s 0 52m s v0t s2 4L h L cos 4L h L 4 h 1 2 h 1 5m h L gt2 2 例2 测Rx 电动势未知 电源内阻与电流表内阻均不计 R为电阻箱 1 要测Rx R至少取 个不同值 I1R1 I1Rx I2
3、R2 I2Rx 二 一 原有实验的改进 例2 测Rx 电动势未知 电源内阻与电流表内阻均不计 R为电阻箱 2 若电流表每个分度的电流值未知 要测Rx R至少取 个不同值 kA1R1 kA1Rx kA2R2 kA2Rx 二 k A1R1 A1Rx k A2R2 A2Rx 一 原有实验的改进 例2 测Rx 电动势未知 电源内阻与电流表内阻均不计 R为电阻箱 3 若电源内阻不可忽略 能否用此电路测Rx I1R1 I1 Rx r I2R2 I2 Rx r 一 原有实验的改进 例3 测大气压 用一水平固定的 活塞横截面积S已知的注射器和一弹簧秤 1 下面的实验步骤的顺序是 A 读出初状态气体的体积V1
4、B 将活塞移到某一适当位置 用橡皮帽将注射器小孔封住 C 读出活塞被拉出一定距离后气体的体积V2和弹簧秤拉力F D 用弹簧秤将活塞拉出一定的距离 2 测得大气压的表达式为p0 B FV2 S V2 V1 A D C p0V1 p0 F S V2 一 原有实验的改进 做成单摆 测出做简谐运动时的周期 符合单摆条件 摆动时不要变成圆锥摆 偏角小于5 测几次的时间再求周期 单摆 时间与长度的转换方法 例4 一根细绳挂在又高又暗的城堡里 看不见上端 只能看到它的下端 如何粗略测出绳长 1 有两只电压表A和B 量程已知 均大于电池电动势 内阻不知 另有一干电池 内阻不能忽略 但不知 只用这两只电压表 电
5、键和导线 测量干电池的电动势 U1 U2 U1 r R1 U1 U1r R1 U2 U2r R2 思考 2 某同学按如图所示电路进行实验 实验时该同学将变阻器的触片P移到不同位置时测得各电表的示数如下表所示 将电压表内阻看作无限大 电流表内阻看作零 1 电路中 r分别为电源的电动势和内阻 R1 R2 R3为定值电阻 在这五个物理量中 可以根据上表中的数据求得的物理量是 不要求具体计算 R3 U1 I2 R2 U2 I1 I2 R1 r 2 某同学按如图所示电路进行实验 实验时该同学将变阻器的触片P移到不同位置时测得各电表的示数如下表所示 将电压表内阻看作无限大 电流表内阻看作零 2 由于电路发
6、生故障 发现两电压表示数相同了 但不为零 若这种情况的发生是由于用电器引起的 则可能的故障原因是 R2断路 RP短路 U1 U2 URP 例2 某电压表内阻在20 50k 现要测其内阻器材 待测量电压表V 量程3V 电流表A1 量程200 A 电流表A2 量程5mA 电流表A3 量程0 6A 滑动变阻器R 最大电阻值1k 电源 E 4V 电键S 1 所提供的电流表中应选 2 为减小误差 要测多组数据 试画出实验电路图 A1 R U I Imax 0 15mA 分压器接法 二 自行设计实验 1 由物理量的定义式出发设计 例2 图甲为某一热敏电阻 电阻值随温度的改变而改变 且对温度很敏感 的I U
7、关系曲线图 1 为了通过测量得到图甲所示I U关系的完整曲线 在图乙和图丙两个电路中应选择的是图 简要说明理由 电源电动势为9V 内阻不计 滑线变阻器的阻值为0 100 9 U 100I URmin 5 3V 70mA 36mA 34mA 5 2V 3 8V 112 热敏温度计 2 在图丁电路中 电源电压恒为9V 电流表示数为70mA 定值电阻R1 250 由热敏电阻的I U关系曲线可知 热敏电阻两端的电压为 V 电阻R2的阻值为 3 举出一个可以应用热敏电阻的例子 例1 一电压表 量程已知 内阻已知为RV 另一电池 电动势未知 但不超过电压表量程 内阻不计 用它们和电键导线等 设计测量某一高
8、值电阻Rx的方法 Rx U1 U2 RV U2 适用于测量大电阻 2 比例法 例1 一电流表 量程已知 内阻已知为RA 另一电池 电动势未知 内阻不计 用它们和一个大电阻 电键导线等 设计测量某一低值电阻Rx的方法 Rx I1 I2 RAI2 R很大 既起保护作用 又使总电流保持不变 测大电阻 测小电阻 例2 给出一只电压表或一只电流表 一个定值电阻R0 电源和导线 电键等 试设计测量方法 1 某一高值电阻Rx 2 测某一低值电阻Rx 思考 某待测电阻Rx的阻值约为20 现要测量其阻值 实验室提供器材如下 A 电流表A1 量程150mA 内阻约为10 B 电流表A2 量程20mA 内阻r2 3
9、0 C 定值电阻R0 100 D 滑动变阻器R 最大阻值约为10 E 电源E 电动势E 4V 内阻不计 F 电键S及导线若干 1 根据上述器材完成此实验 测量时要求电表读数不得小于其量程的1 3 请你在画出测量Rx的一种实验原理图 I1 4 30 0 133A I2 4 130 0 03A 定义法 比例法 I1 Rx r1 I2 R0 r2 I1 I2 Rx I2 R0 r2 2 实验时电流表A1的读数为I1 电流表A2的读数为I2 用已知的和测得的物理量表示Rx 用字母表示 例1 用替代法测电阻Rx 1 应先接通含有 的电路 变换电路时 调节电阻箱 使两次 相同 这时待测电阻可由 上读得 电
10、流 Rx 电阻箱 3 替代法 例1 用替代法测电阻Rx 2完成电路实物连接 1 用替代法测灵敏电流计内阻的方法 电阻箱与电流计作两个支路 主回路中要显示效果的电流计 思考 2 用替代法测一个未知电阻Rx常温下的阻值可以用如下电路 图中Rs为电阻箱 A为电流表 S2为单刀双刀开关 R0为规格 0 20 的滑动变阻器 测量前应将滑动变阻器R0的滑片P调至 选填 a 或 b 电阻箱Rs阻值调至 选填 最大 或 最小 闭合S1开始实验 接下来的步骤有以下一些 A 慢慢移动滑片P B 将S2闭合在2端 C 将S2闭合在1端 D 调节电阻箱Rs的值 E 将S1断开 F 观察电流表指针变化直至某一位置 G
11、记下电阻箱上电阻读数 合理的次序应是 填字母 b 最大 C A F B D F G E 例 有一测量微小时间差的装置 是由两个摆长略有微小差别的单摆同轴水平悬挂构成的 两个单摆摆动平面前后互相平行 1 现测得两单摆完成50次全振动的时间分别为50 0s和49 0s 则两单摆的周期差为 T s 4 比较法 T1 1s T2 0 98s T 0 02s 例 2 某同学利用此装置测量小于单摆周期的微小时间差 具体操作如下 把两摆球向右拉至相同的摆角处 先释放长摆摆球 接着再释放短摆摆球 测得短摆经过若干次全振动后 两摆恰好第一次同时同方向通过某位置 由此可得出释放两摆的微小时间差 若测得释放两摆的时
12、间差 t 0 165s 则在短摆释放 s 填时间 后 两摆恰好第一次同时向 填方向 通过 填位置 4 比较法 平衡位置 n t T 8 25 向左 t2 nT2 8 25 0 98s 8 085s 例 有一测量微小时间差的装置 是由两个摆长略有微小差别的单摆同轴水平悬挂构成的 两个单摆摆平面前后互相平行 3 为了能更准确地测量微小时间差 你认为此装置还可做的改进是 4 比较法 增大 t n T 减小 减小两单摆的摆长差 例 利用秒表和米尺用滴水法测定重力加速度 让水滴落在垫起来的盘子上 可清晰听到水滴碰盘子的声音 调整水龙头阀门可改变水滴形成时间 为使实验结果尽可能精确 写出步骤和计算式 原理
13、 h gt2 2 测出h和t即可 累积法 调到第一滴水下落到盘子时刚好第二滴水滴开始下落 下落5m只有1s 时间极短 测出连续五滴水下落到盘子所需时间T t T 5 g 50h T2 5 累积法 6 利用电学量测力学量 热学量 例1 1 试设计测风力的方法 力学量 h x L U Ex L Ehtan L EhF Lmg F LmgU Eh 6 利用电学量测力学量 2 试设计测汽车加速度的方法 x Ehtan L Ehma Lmg a LgU Eh U Ex L 6 利用电学量测力学量 2 试设计测汽车加速度的方法 力学量 2kx ma a 2kUL mE U Ex L x 双滑臂滑动变阻器
14、加速度可正可负 下滑臂可用作调零 例2 如图甲是某金属材料制成的电阻R随摄氏温度t变化的图像 图中R0表示该电阻在0 C时的阻值 已知图线的斜率为k 若用该电阻与电池 电动势为E 内阻为r 电流表A 内阻不计 滑动变阻器R 串联起来 连接成如图乙所示的电路 用该电阻做测温探头 把电流表A的电流刻度改为相应的温度刻度 就得到了一个简单的 金属电阻温度计 1 根据图甲 温度为t t 0 C 时电阻R的大小为 Rt R0 kt 2 在标识 金属电阻温度计 的刻度时 需要弄清所测温度和电流的对应关系 请用E R0 R 滑动变阻器接入电路的阻值 k等物理量表示待测温度t与电流I的关系式t I E Rt
15、R r E R0 kt R r kt E I R0 R r t E kI R0 R r k 3 如果某次测量时 指针正好指在温度刻度的10 C到20 C的正中央 则测量值 15 C 选填 大于 等于 或 小于 t E kI R0 R r k 小于 2 平抛穿纸屏 3 穿转动纸筒 三 利用物理习题的情景设计 测初速度的其它方法 1 测竖直上抛到落回的时间 例 一根长约30cm 管内截面积为S 5 0 10 6m2的玻璃管下端有一个球形小容器 管内有一段长约1cm的水银柱 现在需要用比较准确的方法测定球形小容器的容积V 可用的器材有 刻度尺 量程500mm 温度计 测量范围0 100 C 玻璃容器 高约30cm 直径约10cm 足够多的沸水和冷水 1 简要写出实验步骤及需要测量的物理量 2 说明如何根据所测得的物理量得出实验结果 等压过程 V Sh1 T1 V Sh2 T2 V S h2T1 h1T2 T2 T1 1 简要写出实验步骤及需要测量的物理量 2 说明如何根据所测得的物理量得出实验结果 等压过程 V Sh1 T1 V Sh2 T2 V S h2T1 h1T2 T2 T1 V Sh kT h kT S V S V S
