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1、模块六 实验,模块定位：实验为历年来高考必考内容，高考力图通过在笔试的形式下考查考生对实验仪器的使用、实验原理的理解、实验步骤的掌握、实验数据的处理等能力，同时也希望通过考查一些简单的设计型实验来检验考生独立解决新问题的能力、“迁移”能力 在物理实验的第二轮复习中，要注重以下几方面：,(1)要进一步熟悉基本仪器，掌握它们的性能、使用方法，会按照有效数字的规则读数(2)对每一个实验都要明确实验目的是什么，搞清楚实验原理，理解和掌握实验的方法，并会根据实验要求来设计简单的实验(3)要会从实验原理及方法的要求出发，再结合具体的实验条件来考虑实验器材的选取要知道实验器材选取的一般原则(4)要理解每个学
2、生实验中操作程序的安排用意，自己会科学合理地安排设计性实验的步骤(5)掌握实验数据处理的常用方法，如列表法、图象法、逐差法及其他一般计算方法知道系统误差及一些实验中产生系统误差的原因(6)会分析实验数据，能通过对杂乱无章的实验数据的分析来找出规律性的东西要以科学的态度对待实验数据，要正确地看待误差，不可拼凑数据,(7)会根据中学物理中学过的知识、物理实验中学过的方法、用过的器材，来设计新的实验要达到这一层次，只有真正悟懂学生实验中思想、方法的真谛，才有可能将这些思想方法灵活地迁移应用，只靠死记硬背实验是绝对做不到这一点的 近几年高考对实验的考查，多以一大带一小，小的为力学实验或仪器的使用，大的
3、、也是重点的是电学实验，且以电学中滑动变阻器的分压限流、电流表的内接外接以及伏安法测电动势与内阻的实验为考查重点对力学实验的考查以纸带数据的处理、机械能守恒定律的验证为主,预测2011年高考仍以电阻的测量(多种测量方法，电路设计、伏安曲线等)、电源电动势和内电阻的测量为重点考查对象，侧重于考查电路的设计、仪器的选择力学实验则考查纸带数据的处理和游标卡尺或螺旋测微器的读数的可能性较高,知识网络：,专题十三 物理实验,重点知识归纳,一、测量读数类仪器使用 1游标卡尺 (1)各种游标卡尺的有关参数如下表所示：,(2)游标卡尺的读数方法：以游标零刻度线位置为准，在主尺上读取整毫米数；看游标上哪一条刻度
4、线与主尺上的某一刻度线(此某一刻度线不需读出)对齐，由游标上对齐的刻度数(即格数)乘以游标卡尺的精确度得出毫米以下的小数；总的读数为毫米整数加上毫米以下的小数,2螺旋测微器(千分尺) 量程一般为025 mm，精确度是0.5 mm500.01 mm.,图131,螺旋测微器的读数方法：从固定标尺上读出整毫米数，要注意半毫米刻度线是否露出，如果露出再加上0.5 mm.0.5 mm以下的读数则等于与固定标尺上横线对准的可动圆周上的读数(要估读一位)乘以精度0.01 mm.测量长度为上述二者之和如图131中所示读数为6 mm0.5 mm20.20.01 mm6.702 mm. 特别提醒 螺旋测微器的使用
5、要注意两点：(1)半毫米刻度线；(2)估读，末位估读的“0”不要漏掉,3电流表、电压表 (1)电流表、电压表使用时量程选择的规则： 根据被测电流或电压值的大小选择量程测量时最好使指针偏转超过所选量程的2/3，至少超过1/2.在不知道被测电流或电压大小的情况下，应选用电表的较大量程，然后再根据指针偏转情况选取合适的量程 (2)读数方法：读数时应使视线垂直于刻度盘表面凡仪器最小刻度是10分度的，要求读到最小刻度后再往下估读一位(估读的这位是不可靠数字)；凡仪器最小刻度不是10分度的，只要求读到最小刻度所在的这一位，不再往下估读,4电阻箱 电阻箱是按照各个数量级上指针的对应数值读数的，指针必须指向某
6、一个确定的数值，不能在两个数值之间，因此电阻箱测量结果的各位读数都是从电阻箱上指针所指位置直接读出的，不再向下估读 如图132所示的电阻箱的阻值为84580.2 .,图132,5多用电表 (1)使用多用电表测电压、电流时，应根据选择的量程确定最小刻度值，然后读数 (2)使用欧姆挡时，注意以下几个方面： 用多用电表测电阻时，测量前应根据估计的阻值选用适当的挡位由于欧姆挡刻度的非线性，使用欧姆挡测电阻时，表头指针偏转过大或过小都有较大误差，通常只使用表盘中间一段刻度范围为测量的有效范围，否则要变换倍率譬如，J0411型多用电表欧姆挡的R中15 ，当待测电阻约为2 k时，则应采用R100挡,每更换一
7、次倍率，都要重新进行欧姆调零 由于欧姆挡表盘刻度不均匀，难于估读，测量结果只需取两位有效数字计数时不要忘记乘上相应挡位的倍率 测量时待测电阻要跟其他元件和电源断开，不然就不能得到正确的测量结果，甚至还可能损坏电表 多用电表使用完毕后，应将选择开关拨离欧姆挡，旋至OFF挡或交流电压最高挡上,特别提醒 要区分开“机械零点”与“欧姆零点”：“机械零点”在表盘刻度左侧“0”位置调整的是表盘下边中间的定位螺丝“欧姆零点”在表盘刻度的右侧电阻刻度“0”位置，调整的是欧姆挡的调零旋钮,二、力学实验 1“纸带类”实验 (1)打点计时器 打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，它接在频率为50 Hz的交流电源上
8、使用时，每隔0.02 s打一次点，因此，纸带上的点就表示了和纸带相连的运动物体在不同时刻的位置通过研究纸带上点迹间的距离，就可以确定物体的运动情况 (2)纸带的应用 利用纸带计算瞬时速度,图133,当物体做匀速直线运动时，某段时间内的平均速度等于各个时刻的瞬时速度在“探究动能定理”实验中，就是据此求得物体最终获得的速度大小因此要选取纸带上打点间隔基本相等的部分进行测量 (3)利用纸带计算加速度,2“胡克定律类”实验 (1)原理：利用橡皮条或弹簧在弹性限度内、力与形变量成正比，计算(测量)其长度的变化分析力的变化情况或建立Fx坐标系，描点画图研究力的变化规律 (2)应用： 根据平行四边形定则验证
9、力的合成与分解 探究弹力和弹簧伸长量的关系 三、电学实验 1电路设计及仪器选取原则,正确地选择仪器和设计实验电路，有一定的灵活性，应遵循以下几个基本原则： (1)正确性：实验所依据的原理应当符合物理学的基本原理 (2)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、电阻等器件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 (3)方便性：实验应当便于操作，便于读数，便于进行数据处理 (4)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“伏安类”实验中电流表的内、外接法,特别提醒 在RV、RA均不知的情况下，可采
10、用试触法如图134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,图134,3滑动变阻器的接法 (1)若符合下列情况之一，则滑动变阻器必须接成分压式 要求电表能从零开始读数； 要求电表能有较大的调节范围； 当待测电阻RxR(滑动变阻器的最大阻值)时 (2)当待测电阻RxR(滑动变阻器的最大阻值)时，既可接成分压式、也可接成限流式 (3)滑动变阻器连接的限流接法和分压接法的对比,四、实验误差 1偶然误差和系统误差 从性质和来源看，误差分为偶然误差和系统误差
11、两种 (1)偶然误差是由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误差其特点是多次重复做同一实验时，误差总是时大时小，且偏大偏小的机会相同，所以减小偶然误差的方法就是通过多次测量求平均值 (2)系统误差是由于仪器本身不精确，或实验方法粗略或实验原理不完善而产生的它的特点是使测量总是偏大或总是偏小，不会出现这几次偏大，另几次偏小的现象所以，采用多次测量求平均值的方法不能减小系统误 差要减小系统误差，必须校准仪器，或改进实验方法，或完善实验原理,2有效数字 (1)测量既然总有误差，测量的数值就只能是近似数，如“174.2 mm”最末的一位数字“2”是不可靠数字，但它仍有意义不能舍，因
12、为它代表了一个大概数量关系，比如这里174.2与174.8相比是接近174还是175就显而易见了像174.2 mm这种带一位不可靠数字的近似数字叫有效数字，有效数字的最后一位为误差所在位在实验中，测量时要按有效数字的规则来读数 (2)确定有效数字时，应注意以下问题： 有效数字的位数与小数点的位置无关有效数字的位数与单位无关 关于“0”在有效数字中的特殊性：0在前时，从左往右数第一个不为零的数字才是有效数字.0在后时，计入有效数字,乘方不算有效数字；比如3.020103 m/s中的3不是有效数字，10也不是 3减小实验误差的方法 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
13、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)累积法：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 (3)图象法：作图法是实验数据处理的最常用方法，通过描点、画线消除数据误差，有取平均的效果,五、创新实验 1创新实验方案的设计，一般应遵循以下四条原则 (1)科学性原则：实验方案所依据的原理要简明正确； (2)可靠性原则：实验方案的设计要安全可靠； (3)方便性原则：在保证实验能够正常进行的情况下，应便于操作，便于读数，便于进行数据处理； (4)准确性原则：要尽可能选用准确度、可靠性强的实验方案 2设计性实验的设计思路,3常见实验创新举例 (
14、1)可否设计一种游标卡尺，游标尺20分格，总长为9 mm？游标卡尺原理可否移置到电表的读数中去？可否移置到角度的测量读数中去？ (2)验证力的平行四边形定则用一个测力计怎么完成？ (3)匀变速直线运动打点计时器数据处理 (4)可否验证物体在光滑斜面上下滑时机械能守恒？ (5)重力加速度g有多种测量方法：用单摆的周期公式测量；根据频闪照相测量；由物体自由下落过程中打出的纸带测量,(6)多种电场的模拟方法：在导电纸上平行放两根直导体棒作电极可模拟匀强电场；用一个环形电极和圆柱形电极，圆柱形电极正好放在圆环中心，可模拟点电荷电场 (7)电阻测量的方法举例：用一块电表和一个电阻箱、一个单刀双掷开关，采
15、用等效替代法；没有合适的电流表时，可用已知内阻的电压表作电流表用，没有合适的电压表时，可用已知内阻的电流表作电压表用 (8)电学实验中利用图象处理数据时，两坐标轴的物理意义及斜率、截距代表的物理量，如利用电阻或电流的倒数作为坐标轴,高考热点示例,(2010年高考安徽理综卷)(1)在测定金属的电阻率实验中，用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图135所示，读数为_mm. (2)在用单摆测定重力加速度实验中，用游标为20分度的卡尺测量摆球的直径，示数如图136所示，读数为_cm.,图135,图136,【自主解答】 (1)固定刻度部分读数为0.5 mm，可动刻度部分读数为11.70.01 mm0.1
16、17 mm，则螺旋测微器的读数为0.5 mm0.117 mm0.617 mm(0.616 mm0.619 mm都对) (2)主尺上的读数为0.6 cm游标尺上的第15条刻线与主尺的某一刻线对齐，游标尺读数为150.05 mm0.75 mm，则游标卡尺的读数为0.6 cm0.075 cm0.675 cm. 【答案】 (1)0.617 mm(0.616 mm0.619 mm) (2)0.675 cm,1(2009年高考上海卷)用多用表的欧姆挡测量阻值约为几十千欧的电阻Rx，以下给出的是可能的实验操作步骤，其中S为选择开关，P为欧姆挡调零旋钮把你认为正确步骤前的字母按合理的顺序填写在下面的横线上 a将两表笔短接，调节P使指针对准刻度盘上欧姆挡的0刻度，
