1、1第二轮复习 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
2、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） 、打点计时器力学质量（力） 天平（弹簧秤）电阻（粗测） 欧姆表、电阻箱电学电流（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 基本测量方法速度 利用纸带， ；利用平
3、抛，12nmSvT2gvxy加速度 利用纸带，逐差法 ；利用单摆a4LT力学功 根据 转化为测量 m、 vkWE电阻（精确测量） 根据 转化为测量 U、 I（伏安法） ；电阻箱（半偏、替代）RI电功率 根据 P=UI 转化为测量 U、I电学电源电动势 根据 EUIr 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
4、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。作图的规则
5、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，具有较好的取平均的效果
6、。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
7、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。33、便于调节：实验应当便于操作，便于读数。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：将待测电阻与表头内阻比较RVxxA 为 小 电 阻 外 接 法x 为 大 电 阻 内 接 法试触法触头 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xERU0xUE电路消耗总功率 xI()xapI闭合 K 前 滑动头在最右端 滑动头在最右端2选择方法及依据从节能角度考虑，能用限流不用
8、分压。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） 。4C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。四、实物图连接的注意事项和基本方法注意事项：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
9、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 ，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 。RUI 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（9001000）：电源 E，具有一定
10、内阻，电动势约为 9.0V；电压表 V1，量程为 1.5V，内阻 r1750 ；电压表 V2，量程为 5V，内阻 r22500；滑动变阻器 R，最大阻值约为 100；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 5)；标准电流表 A2（量程 300mA,内阻 r2 约为 5） ；5待测电阻 R1（阻值约为 100） ；滑动变阻器 R2
11、（最大阻值 10） ；电源 E（电动势约为 10V，内阻 r 约为 1） ；单刀单掷开关 S，导线若干。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.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 100200 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，R A1=100 安培表 A2，量程为 1A，R A2=20电压表 V1，量程为 5V，R V1=10k 电压表 V2，量程为 15V， RV2=30k 变阻器 R
12、1，变阻范围 020 ，2A 变阻器 R2，变阻范围 01000，1A9V 电源，电键，导线。实验中应选用的电流表、电压表、变阻器分别是： 。画出所用实验电路图。四、电表内阻的测量方法1、互测法：电流表、电压表各一只，可以测量它们的内阻：两只同种电表，若知道一只的内阻，就可以测另一只的内阻：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 R1 R2 时，可认为合上 S2后，整个电路的电
13、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、 、S 2，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 R1 R2 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
14、。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 ，将电流表的grIU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
15、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 ,即给电流表串联一个阻值为gURrI的电阻，就可以将电流表改装成量程为 U 的伏特表。gUrI（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05V、1V、15V、2V，并核对改装的电压表的示数是否正确。核对时要恒流半偏 恒压半偏7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 2
16、V 时，标准电压表的读数为 21V，满刻度时的百分误差就是|2.1-2|/2.148%。 【例题 4】某型号电池的电动势约为 3.7V，内阻约 2，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 0999.9） ；定值电阻 R0（阻值为 3） ；直流电压表 （量程 3V，内阻约为 6k） ；直流电流表 （量程 0.3A，内阻约 2） ；开关 S 一个；导线若干。 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
17、符号标出。 ） 某同学用设计的电路读取两组数据（R 1、U 1，R 2、U 2 或R1、 1，R 2、 2） ，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=6.00 N；B用弹簧秤测出木板 B 的重力为 G=9.25 N；C按图甲的装置安装器材，安装过程中用手按住木块和木板；D松开按住木块和木板的手，让其运动，并即刻读出弹簧秤的
18、示数。该同学的上述操作中有一个步骤是多余的，有一个步骤存在错误。多余的步骤是 ，存在错误的步骤是 。 （填步骤序号）存在错误的步骤应该修改为 。在听取意见后，该同学按正确方法操作，读数时弹簧秤的指针位置如图乙所示，其示数为 N 。根据该同学的测量数据，可得到木块 A 和木板 B 之间的动摩擦因数为 。2某同学用一游标尺上标有 20 等分刻度的游标卡尺测一工件的长度，测得结果如下图所示，则该工件的长度为 L= cm3如图是打点计时器打出的纸带，图中 A、B、C、D、E、F 等是按时间顺序先后打出的计数点（每两个计数点间有三个实验点未画出） ，用刻度尺量出 AB、EF 之间距离分别为 2.40cm
19、 和0.84cm，那么小车加速度大小是 m/s2，方向是 V A84某同学 想用伏安法测量一未知电阻 Rx 的阻值，实验室提供的器材如下：电源 E：电动势 3V 待测电阻 Rx电流表 A1：量程为 05mA，内阻不详，但不超过 10电流表 A2：量程为 01mA，内阻 50滑动变阻器 R：最大阻值为 50 电阻箱 R：阻值 09999.9开关 S 导线若干该同学先将其中一只电流表改装成了量程为 03 V 的电压表，然后分别利用电流表外接法和内接法对电阻 Rx 进行试测，测量的数据记录如下表接法一 接法二 接法、次数物理量 1 2 3 1 2 3A1：I 1/mA 1.50 2.00 2.50
20、1.50 2.00 2.50A2：I 2/mA 0.50 0.67 0.84 0.43 0.57 0.71该同学是用电流表 （填表的代号）进行改装的，与该表串联的电阻箱的电阻应该调到 。由试测结果可知：接法 采用的是电流表外接法；接法 测量的结果较为准确。该同学的测量电路中，变阻器能否作为限流器串接在电路中？请简述理由 。5如图甲表示某电阻 R 随摄氏温度 t 变化的关系，图中 R0 表示 0时的电阻，K 表示图线的斜率若用该电阻与电池（E，r） ，电流表 Rg，变阻器 R串连起来，连接成如图乙所示电路，用该电阻做测温探头，把电流表的电流刻度改为相应的温度刻度，于是就得到了一个简单的“电阻温度
21、计”（1）实际使用时要把电流表的刻度值改为相应的温度刻度值若温度 t1t2，则 t1 的刻度应在 t2的 侧（填“左” 、 “右” ） ；（2）在标识“电阻温度计”的温度刻度时，需弄清所测温度和电流的对应关系，请用E、r、R 0、R、K 等物理量表示所测温度 t 与电流 I 的关系式：t= ；（3）由（2）知：计算温度和电流的对应关系，需要测量电流表内阻（约为 200） ，已知实验室有下列器材：滑线变阻器（R 1） ，电阻箱（R 2） 此外还有电动势合适的电源、开关、导线等，请在方框内设计一个用“半偏法”测电流表内阻的电路96有一根细长而均匀的金属管线样品，横截面如图所示。此金属材料重约，长度
22、约为 ，电阻约为 。已知这种金属的电阻率为 ，密度12N30m10为 。因管内中空部分截面形状不规则，无法直接测量请设计一个实验方0案，测量中空部分的截而积 。现有如下器材可供选择：0SA毫米刻度尺 B螺旋测微器C电流表（ ） D电流表（ ）6,1.A3,0.1AE电压表（ ） F滑动变阻器（ ）3Vk2,.G滑动变阻器（ ） H 蓄电池（ ）0,6,.5VI开关一个，带夹子的导线若干除待测金属管线外，还应选用的器材有 （只填器材的代号字母） 。在方框中画出你所设计方案的实验电路图，并在右图中把所选仪器连成实际测量电路。实验中要测量的物理量有： 。计算金属管线内部中空部分截面积 的表达式， 。
23、0S0S7有一只小灯泡，额定电压为 6V，额定功率约为 3W，请用下列器材测定小灯泡的额定功率：电流表 A：量程 00.6A、内阻约为 0.5 电压表 V：量程 03V、内阻 RV=5k 滑动变阻器 R:：阻值范围 020、额定电流为 1A定值电阻 R0：阻值 R0=10k电源 E：电动势约为 10V、内阻很小 开关 S 一个,导线若干（1）画出实验电路图（2）实验中，电压表的示数应调为_V ，若此时电流表示数为 0.48A，则小灯泡的额定功率为_W8实验室有如下器材：电流表 A1：满偏电流约 500 A，内阻约 500 ; 电流表 A2：量程 0300 A，内阻 1000 ; 电流表 A3：
24、量程 01 mA,内阻 100 ; 电压表 V：量程 015 V，内阻 13 k定值电阻：阻值 1 k 滑动变阻器： 05 ，额定电流 2 A10电池：电动势 2 V，内阻不计 .另有电键，导线若干要较精确地测出 A1 表的内阻和满偏电流在方框内画出测量所使用的电路.1应读取的物理量是： .2用这些量表示的 A1 表的满偏电流 Ig= ，3A1 表的内阻 rg=_.9发光二极管是目前很多用电器的指示灯的电子元件，在电路中的符号是 。只有电流从标有“” 号的端流入，从标有“一”号的一端流出时，它才能发光，这时可将它视为一个纯电阻。现有某厂家提供的某种型号的发光二极管的伏安特性曲线如图所示。 己知
25、该型号的发光二极管的正常工作电压为 20V 。若用电动势为 9V ，内阻可以忽略不计的直流电源供电，为使该二极管正常工作，需要在电源和二极管之间串联一只阻值为 的定值电阻。 己知该型号的发光二极管允许通过的最大电流为 56mA ，请用实验证明这种元件的伏安特性曲线与厂家提供的数据是否一致。可选用的器材有：待测发光二极管直流电源 E（电动势 45V ，内阻可以忽略不计）滑动变阻器 R（最大阻值为 20 ） 电压表 V1 （量程 l0V，内阻约 50k）电压表 V2 （量程 5V，内阻约 20k ） 电流表 Al （量程 100mA ，内阻约 50） 电流表 A2 （量程 60mA ，内阻约 10
26、0） 电键 S 、导线若干为准确、方便地进行检测，电压表应选用 ，电流表应选用 。 （填字母符号） 画出利用 中器材设计的实验电路图。10用如图所示的装置可以测量棱镜的折射率，ABC 表示待测直角棱镜的横截面，棱镜的两个锐角是已知的，紧贴直角边 Ac 是一块平面镜，一光线 SO 射到棱镜的AB 面上，适当调整 SO 的方向，使从 AB 面的出射光线与 SO 重合,这种情况下仅需要测出 就可以算出棱镜的折射率。写出计算折射率的表达式 = n11待测电阻 Rx 的阻值约为 80 ，现要准确测定其电阻值，给出的器材有：10电源 E（电动势 18V，内电阻未知） ，定值电阻 R2=200 ，滑动变阻器 R3，总阻值 20 ，滑动变阻器 R4，总阻值 200 ，电流表 A，量程 00.1A，内电阻未知，单刀双掷开关一个，导线若干。试设计一个能准确测量 Rx 阻值的电路，在右边方框中画出电路图，并在图上标明所选器材的符号。简要说明测量步骤。
