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1、专题一 高中物理实验常用基础知识,实验专题,（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，可以用物理模型或数学模型等效的情景代替，尽管两个情
2、景的本质可能根本不同。磁感线的确定. 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,（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
3、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
4、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”。,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
5、好的取平均的效果。,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。,（五）有关误差分析的问题,23（15分）用伏安法测量电阻阻值R，并求出电阻率。 给定电压表（内阻约为50k）、电流表（内阻约为40）、滑线变阻器、电源、电键、待测电阻（约为250）及导线若干。,（1）画出测量R的电路图。 （2）图1中的6个点表示实验中测得的6组电流I、电压U的值，试写出根据此图求R值的步骤： 。求出的电阻值R 。（保留3位有效数字） （3）待测电阻是一
6、均匀材料制成的圆柱体，用游标为50分度的卡尺测量其长度与直径，结果分别如图2、图3所示。由图可知其长度为 ，直径为 。 （4）由以上数据可求出 。（保留3位有效数字）,23（15分） （1）,或,（2）作UI直线，舍去左起第2点，其余5个点尽量靠近直线且均匀分布在直线两侧。 求该直线的斜K，则RK。229（221237均为正确）。 （3）0.800cm 0.194cm （4）8.46102m（8.161028.76102m均为正确）,（一）电学实验中所用到的基本知识,专题二 电学实验,1电路设计原则：正确地选择仪器和设计电路的问题，有一定的灵活性，解决时应掌握和遵循一些基本的原则，即“安全性”
7、、“方便性”、“精确性”原则，兼顾“误差小”、“仪器少”、“耗电少”等各方面因素综合考虑，灵活运用。 正确性：实验原理所依据的原理应当符合物理学的基本原理。 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。 方便性：实验应当便于操作，便于读数，便于进行数据处理。 精确性：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。,2电学实验仪器的选择： 根据不使电表受损和尽量减少误差的原则选择电表。首先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，
8、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。 根据电路中可能出现的电流或电压范围选择滑动变阻器，注意流过滑动变阻器的电流不超过它的额定值，对大阻值的变阻器，如果是滑动头稍有移动，使电流、电压有很大变化的，不宜采用。 应根据实验的基本要求来选择仪器，对于这种情况，只有熟悉实验原理，才能作出恰当的选择。总之，最优选择的原则是：方法误差尽可能小；间接测定值尽可能有较多的有效数字位数，直接测定值的测量使误差尽可能小，且不超过仪表的量程；实现较大范围的灵敏调节；在大功率装置（电路）中尽可能节省能量；在小功率电路里，在不超过用电器额定值的前提下，适当提高电流、电压值，以提高测试的准确
9、度。,3测量电路的选择 电流表的内、外接问题：（甲）所示电路为电流表外接电路（简称外接法）；（乙）所示电路为电流表内接电路（简称内接法）。两种接法的选择可按下列方法进行：,方法一：设电流表、电压表内阻分别为RA、RV ，被测电阻为RX，则 当RV/RXRX/RA时，电压表分流作用小，应选用外接法 当RV/RXRX/RA时，电流表分压作用小，应选用内接法 当RV/RX=RX/RA时，电流表分压作用和电压表分流作用相差不大，两种方法均可。,方法二：在均不知的情况下，可采用试触法。如图所示，分别将a端与b、c接触，如果前后两次电流表示数比电压表示数变化明显，说明电压表分流作用大，应采用内接法；如果前
10、后两次电压表示数比电流表示数变化明显，说明电流表分压作用大，应采用外接法。,滑动变阻器的分压、限流接法： 为了改变测量电路（待测电阻）两端的电压（或通过测量电路的电流），常使滑动变阻器与电源连接作为控制电路，滑动变阻器在电路中主要有两种连接方式：如图（甲）为滑动变阻器的限流式接法，RX为待测电阻。它的接线方式是电源、滑动变阻器与待测电阻三者串联。对待测电阻供电电压的最大调节范围是： RX是待测电阻，R是滑动变阻器的总电阻，不计电源内阻)。如图（乙）是滑动变阻器的分压式接法。接线方式是电源与滑动变阻器组成闭合电路，而被测电路与滑动变阻器的一部分电阻并联，该接法对待测电阻供电电压的调节范围是：0E
11、（不计电源内阻时）。,选取接法的原则： 要求负载上电压或电流变化范围大，且从零开始连续可调，须用分压式接法。 负载电阻Rx远大于滑动变阻器总电阻R时，须用分压式接法，此时若采用限流式接法对电路基本起不到调节作用。 采用限流电路时，电路中的最小电流（电压）仍超过电流表的量程或超过用电器的额定电流（电压）时，应采用变阻器的分压式接法。 负载电阻的阻值Rx小于滑动变阻器的总电阻R或相差不大，并且电压表、电流表示数变化不要求从零开始起调，可用限流式接法。 两种电路均可使用时应优先用限流式接法，因为限流电路结构简单，总功率较小。,滑动变阻器的粗调和微调作用： 在限流电路中，全电阻较大的变阻器起粗调作用，
12、全电阻较小的变阻器起微调作用。 在分压电路中，全电阻较小的变阻器起粗调作用，全电阻较大的变阻器起微调作用。,4实物图的连接：实物图连线应掌握基本方法和注意事项。 注意事项： 连接电表应注意量程选用正确，正、负接线柱不要接错。 各导线都应接在接线柱上，不应在导线中间出现分叉。 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。 基本方法： 画出实验电路图。 分析各元件连接方式，明确电流表与电压表的量程。 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
13、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。,伏安法测电阻电路,替代法测量电阻,I2R =I1 Rx Rx = I2R /I1,比较法测量电阻,伏安法测电压表电阻,半偏法测量电表电阻,半偏法,R1R2 R测量R真实,RR真实,由 I1Rx= I2 R,得 Rx= I2R I1,比较法测电阻,由 I1 r1 =I2 r2,得 r1= I2 r2 I1,甲图中的电压表的电压U1、 乙图中的电压表的电压U2,比较法测电压表电阻,测电动势内阻电路,将量程为100微安的电流表改装成量程为1毫
14、安的电流表,并用一标准电流表与改装后的电流表串联,对它进行校准(核对).改装及校准所用器材的实物图如下(其中标准电流表事先已与一固定电阻串联.以防烧表).校准时要求通过电流表的电流能从0连续调到1毫安.试按实验要求在所给的实物图上连线.,电路连接有错误, 但电表改装部分的接线正确(指电阻箱与微安表并联), 给1分; 只要电表改装部分的电路连接有错误，就给0分.,解: 画出电路图，,连线如图示。,用伏安法测量金属导线的电阻R，试把图中给出的器材连接成测量R的合适的电路。图中安培表的量程为0.6A，内阻接近1，伏特表的量程为3V，内阻为几K ；电源的电动势为6V，变阻器的阻值为020 。在闭合电键
15、前，变阻器滑动触点应处于正确位置。,解：金属导线的电阻不大，安培表应外接，变阻器电阻比较大，可用限流接法，画出电路图如下：,在用伏安法测电阻的实验中,所用电压表的内阻约为20千欧,电流表的内阻约为10欧,选择能够尽量减小误差的电路图接线进行实验,读得的各组数据用实心圆点标于坐标图上(如右图所示). (1 )根据各点表示的数据描出I-U图线,由此求得该电阻的阻值Rx= 欧(保留两位有效数字). (2)画出此实验的电路原理图.,2.4103,如下图所示,P是一根表面均匀地镀有很薄的发热电阻膜的长陶瓷管(其长度l 为50厘米左右,直径D为10厘米左右),镀膜材料的电阻率已知,管的两端有导电箍MN.现给你米尺,电压表V、电流表A、电源,滑动变阻器R,电键K和若干导线,请设计一个测定膜层厚度d 的实验方案. 实验中应测定的物理量是: . 在右框内用符号画出测量电路图. 计算膜层厚度的公式是: .,l, D, U, I,d=II /DU.,电流表内接、外接均可,
