高考物理二輪復(fù)習(xí)專題十二實驗課件.ppt

專題十二 實 驗,典 例 賞 析,要 點 回 顧,復(fù) 習(xí) 指 南,目 錄,專題十二 實 驗,物理學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然學(xué)科.高中物理新課程標(biāo)準(zhǔn)對科學(xué)探究和物理實驗提出了以下要求：能發(fā)現(xiàn)與物理學(xué)有關(guān)的問題,提出問題;對解決問題的方式和問題的答案提出合理猜想和假設(shè);對研究的問題制定合理的方案;能根據(jù)方案進(jìn)行實驗并記錄收集證據(jù);能對實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋、描述、分析和論證;能嘗試分析假設(shè)與實驗結(jié)果間的差異,并進(jìn)行評估;能寫出實驗探究報告,注重與他人交流合作. 高中物理實驗主要包括三個方面:針對物理學(xué)中一些基本物理量的測定而設(shè)置的實驗;針對一些重要物理規(guī)律的研究、驗證而設(shè)置的實驗;探究、設(shè)計性實驗.為完成這些實驗,必須了解一些實驗基礎(chǔ)知識,復(fù) 習(xí) 指 南,返回目錄,復(fù) 習(xí) 指 南,返回目錄,如有效數(shù)字知識、數(shù)據(jù)處理方法和誤差分析方法等,還必須能正確使用一些常用的基本儀器. 對近幾年的高考實驗試題的統(tǒng)計分析可以看出,高考實驗考查的重點有:以考查電學(xué)實驗為重點;重視對基本儀器使用的考查;注重聯(lián)系實際操作的考查,如基本儀器的讀數(shù),實驗電路的連線等;加強(qiáng)了對考生實驗觀察能力的考查,將學(xué)生分組實驗與演示實驗相結(jié)合,突出物理教學(xué)的特點;注重對實驗思想,方法和原理理解的考查.,專題十二 實 驗,要 點 回 顧,一、基本儀器的使用 基本儀器是指通用性強(qiáng)，在各種實驗中經(jīng)常用到的儀器.中學(xué)階段，要求掌握的基本儀器如下：,返回目錄,專題十二 實 驗,基 本 儀 器,測量長度的儀器刻度尺、游標(biāo)卡尺、螺旋測微器 測量質(zhì)量的儀器天平 測量時間的儀器打點計時器、秒表 測量力的儀器彈簧秤 測量溫度的儀器溫度計 測量電學(xué)量儀器電流表、電壓表、多用電表、示波器 電學(xué)控制儀器滑動變阻器、變阻箱、開關(guān),要 點 回 顧,返回目錄,對以上這些儀器，要理解結(jié)構(gòu)原理、規(guī)格和主要參數(shù)，知道使用方法、注意事項、讀數(shù)和精度等. 1.理解儀器的工作原理.這能使我們靈活的使用儀器和分析問題.例如，理解10分度的游標(biāo)卡尺，也就能理解和使用20分度和50分度的游標(biāo)卡尺，同時也能設(shè)計其它精度的游標(biāo)卡尺. 2.熟悉儀器使用時的注意事項.這往往是高考實驗題的考點.注意事項一般是這樣幾方面：可能危及儀器安全的.如：螺旋測微器，在小砧塊接觸工件時，應(yīng)改用 ，以免損壞精密螺桿.可能增大誤差的.如使用螺旋測微器，讀數(shù)時要注意 ；測量儀器使用前，要調(diào)整 （如彈簧秤、各種電表）.使用時容易忽略的是儀器使用前的調(diào)整和使用后的復(fù)位.如：使用歐姆表，要機(jī)械調(diào)零和電阻擋調(diào)零，換擋后要重新進(jìn)行電阻擋調(diào)零，使用完畢要復(fù)位.,專題十二 實 驗,3.正確選擇量程.大的量用小量程，會損毀儀表；小的量用大量程，會增大誤差. 選擇量程的原則是：在測量值不超過量程的前提下，選用 量程；在完全不清楚測量值的情況下，試用 ，再視情況逐漸 量程.如電流表和電壓表一般要求指針能偏轉(zhuǎn)到刻度盤的 以上；歐姆表指針應(yīng)在 范圍內(nèi)，R中為刻度盤中心阻值. 4.掌握測量儀器的讀數(shù)方法.主要是估讀問題，大部分刻度儀器讀數(shù)時都需要估讀.如刻度尺和溫度計，要估讀到最小刻度的 ；螺旋測微器要估讀到可動刻度的 .注意游標(biāo)卡尺、秒表、電阻箱等 估讀. 二、基本實驗方法 物理實驗一般圍繞實驗的原理設(shè)計、誤差控制、數(shù)據(jù)處理三個環(huán)節(jié).在中學(xué)階段涉及的主要是以下一些方法：,要 點 回 顧,返回目錄,專題十二 實 驗,要 點 回 顧,返回目錄,1.設(shè)計實驗原理 實驗原理設(shè)計的基本方法： （1）控制變量法.如：在“驗證牛頓第二定律的實驗”中，加速度、力和質(zhì)量的關(guān)系控制.在“研究單擺的周期”中，擺長、偏角和擺球質(zhì)量的關(guān)系控制. （2）近似替代法.用伏安法測電阻時，選擇了合適的內(nèi)外接方法，一般就忽略電表的非理想性. （3）等效替代法.某些量不易測量，可以用較易測量的量替代，從而簡化實驗.在“驗證碰撞中的動量守恒”的實驗中，兩球碰撞后的速度不易直接測量，在將整個 定為時間單位后，速度的測量就轉(zhuǎn)化為對 的測量了.,專題十二 實 驗,要 點 回 顧,返回目錄,專題十二 實 驗,（4）模擬法.當(dāng)實驗情景不易或根本無法創(chuàng)設(shè)時，可以用物理模型或數(shù)學(xué)模型等效的情景代替，盡管兩個情景的本質(zhì)可能根本不同.“描繪電場中的等勢線”的實驗就是用 模擬靜電場. （5）微小量放大法.微小量不易測量，勉強(qiáng)測量誤差也較大，實驗時常采用各種方法加以放大.卡文迪許測定萬有引力恒量，采用光路放大了金屬絲的 ；在觀察玻璃瓶受力后的微小形變時，使液體沿細(xì)玻璃管上升來放大瓶內(nèi)液面的上升. 2.實驗原理設(shè)計原則 （1）正確性：實驗原理所依據(jù)的原理應(yīng)當(dāng)符合物理學(xué)的基本原理. （2）安全性：實驗方案的實施要安全可靠，實施過程中不應(yīng)對儀器及人身造成危害.要注意到各種電表均有量程、電阻均有最大允許電流和最大功率，電源也有最大允許電流.,要 點 回 顧,返回目錄,（3）方便性：實驗應(yīng)當(dāng)便于操作，便于讀數(shù)，便于進(jìn)行數(shù)據(jù)處理. （4）精確性：在實驗方案、儀器、儀器量程的選擇上，應(yīng)使實驗誤差盡可能的小. 設(shè)計思路 實驗設(shè)計可用下面的框圖表示,專題十二 實 驗,要 點 回 顧,返回目錄,解決設(shè)計型實驗問題的關(guān)鍵是確定實驗原理，它是進(jìn)行實驗設(shè)計的根本依據(jù)和起點，它決定應(yīng)當(dāng)測量哪些物理量、如何安排實驗步驟、如何處理數(shù)據(jù)等.實驗原理的確定，要根據(jù)問題的要求和給出的條件，回顧分組實驗和演示實驗，尋找能夠遷移應(yīng)用的實驗原理，或者回顧物理原理，尋找有關(guān)的物理規(guī)律，設(shè)法創(chuàng)設(shè)相關(guān)的物理情景，并根據(jù)已掌握的基本儀器核對是否能夠測出必須測定的物理量.因此，掌握基本儀器的使用方法、基本的實驗方法和基本物理原理是解答設(shè)計型實驗題的基礎(chǔ). 中學(xué)的設(shè)計型實驗一般要求考生根據(jù)題目提出的目的要求和給出的器材設(shè)計出實驗方案.這類題對考生的要求較高，要求考生能將課本中分組實驗和演示實驗的實驗原理、實驗方法遷移到新的背景中，要求考生深刻理解物理概念和規(guī)律，并能靈活運用，要求考生有較強(qiáng)的創(chuàng)新能力.,專題十二 實 驗,要 點 回 顧,返回目錄,3.控制實驗誤差 （1）多次測量法. 可減小偶然誤差，這是所有實驗必須采取的辦法，也是實驗應(yīng)具有的基本思想. （2）積累法.一些小量直接測量誤差較大，可以累積起來測量，以減小誤差.“用單擺測定重力加速度”的實驗中， 為了減小周期的測量誤差， 不是測量完成一次全振動的時間，而是測量完成 全振動的時間. 4.數(shù)據(jù)處理 實驗數(shù)據(jù)處理是對原始實驗記錄的科學(xué)加工.通過數(shù)據(jù)處理,往往可以從一堆表面難以察覺的、似乎毫無關(guān)系的數(shù)據(jù)中找出內(nèi)在的規(guī)律.在中學(xué)物理中只要求掌握數(shù)據(jù)處理的最簡單的方法：,專題十二 實 驗,要 點 回 顧,返回目錄,（1）作圖法.用作圖法處理實驗數(shù)據(jù)是物理實驗中最常用的方法之一.用作圖法處理數(shù)據(jù)的優(yōu)點是 ，有取平均的效果.由圖線的斜率、截距、所包圍的面積和圖線的交點等可以研究物理量之間的變化及其關(guān)系，找出規(guī)律,作圖的原則是：作圖一定要用坐標(biāo)紙,坐標(biāo)紙的大小要根據(jù) 和 來確定：要標(biāo)明坐標(biāo)軸名、單位,在x軸上每隔一定相等的間距按 標(biāo)明數(shù)值；圖上連線要是光滑曲線(或直線),連線時不一定要通過所有的數(shù)據(jù)點,而是要使數(shù)據(jù)點 分布；在圖上求直線的斜率時,要選取線上 兩點,不一定要取原來的數(shù)據(jù)點；作圖時常設(shè)法使圖線線性化,即“化曲為直”. （2）平均值法.將測定的若干組數(shù)相加,然后除以測量次數(shù).必須注意,求取平均值時應(yīng)該按原來測量儀器的 決定保留的位數(shù). （3）逐差法.這就是用打點計時器打出的紙帶計算加速度時用到的方法，這種方法充分利用了測量數(shù)據(jù)，具有較好的取平均的效果.,專題十二 實 驗,典 例 賞 析,例1 （1）測一金屬絲直徑時, 螺旋測微器的示 數(shù)如圖所示，可知該金屬絲的直徑為 mm， 若將可動刻度再順時針轉(zhuǎn)過半圈(從右往左看)，則 讀數(shù)為 mm. （2）用一支游標(biāo)卡尺測量一圓柱外徑時，游標(biāo)尺零刻度線在主尺的3.2 cm和3.3 cm之間，所測得的數(shù)值為3.248 cm，則可知此游標(biāo)尺共有 個等分刻度.游標(biāo)尺的第 條刻線恰好與主尺上的一條刻線對齊.用這一游標(biāo)尺測量出如下幾個數(shù)據(jù)： A.0.66 mm B.2.613 cm C.2.800 cm D.1.00 mm 其中不符合要求的讀數(shù)是 .,返回目錄,專題十二 實 驗,分析 螺旋測微器的讀數(shù)規(guī)則：以鼓輪邊緣為準(zhǔn)，在固定刻度上讀出整毫米數(shù)；判斷固定刻度線上的半毫米刻度線是否露出，讀出半毫米數(shù)；看可動刻度上的第幾條刻度線與固定刻度上的橫線重合，將其刻度數(shù)（格數(shù)）乘以精確度得出可動刻度上示數(shù)；測量長度為上述三者之和. 游標(biāo)卡尺的讀數(shù)規(guī)則：以游標(biāo)零刻度線位置為準(zhǔn)，在主尺上讀取整毫米數(shù)；看游標(biāo)上哪一條刻度線與主尺上的某一刻度線（不管是第幾條刻度線）對齊，由游標(biāo)上對齊的刻度數(shù)（即格數(shù)）乘以游標(biāo)卡尺的精確度得出毫米以下的小數(shù)；總的讀數(shù)為毫米整數(shù)加上毫米小數(shù).,典 例 賞 析,返回目錄,專題十二 實 驗,解析 （1）由螺旋測微器讀數(shù)規(guī)則讀數(shù)：以鼓輪邊緣為準(zhǔn)，在固定刻度上讀出整毫米數(shù)為2，即2 mm；半毫米刻度線已露出，讀數(shù)為0.5 mm；從可動刻度上可讀出半毫米以下小數(shù)：對齊的刻度線格數(shù)是4.5格,精確度為0.01 mm，所以讀數(shù)為0.045 mm；金屬絲長度為上述三者之和為2.545 mm. 根據(jù)螺旋測微器制作原理，鼓輪向前或向后轉(zhuǎn)一圈，則鼓輪向前進(jìn)或向后退0.5 mm，所以將可動刻度再順時針轉(zhuǎn)過半圈(從右往左看)，則鼓輪向左前進(jìn)0.25 mm，螺旋測微器的示數(shù)應(yīng)變?yōu)?.295 mm. （2）常用的游標(biāo)卡尺有10、20和50分度的，其精確度分別為0.1 mm、0.05 mm和0.02 mm.從所得數(shù)值3.248 cm可知此游標(biāo)卡尺的精確度為0.02 mm，游標(biāo)尺上共有50個等分刻度.,典 例 賞 析,返回目錄,專題十二 實 驗,數(shù)值3.248 cm毫米以下的數(shù)值是0.48 mm，游標(biāo)尺上對應(yīng)的格數(shù)為 24格，即游標(biāo)尺上第24條刻度線恰好與主尺上的一條刻度線對齊. 此游標(biāo)卡尺的精確度為0.02 mm，且游標(biāo)卡尺不需要估讀，所以游標(biāo)尺的最終讀數(shù)值只能是0.02 mm的整數(shù)倍，所以數(shù)據(jù)B不符合游標(biāo)尺的讀數(shù)要求.,典 例 賞 析,返回目錄,專題十二 實 驗,答案 （1）2.545 mm 2.295 mm；（2）50 24 B.,點評 千分尺（螺旋測微器）制作原理和我們生活中的螺絲一樣,螺絲在螺母中旋進(jìn)或旋出一圈的距離相同,即螺距是相同的.螺旋測微器的鼓輪向前或向后轉(zhuǎn)一圈,則鼓輪向前進(jìn)或向后退相同的距離（即螺距）且為0.5 mm.千分尺量程一般為025 mm, 最小分度是0.01 mm.,典 例 賞 析,返回目錄,專題十二 實 驗,使用千分尺應(yīng)注意：在測微螺桿快要接近被測物體時，要改用螺旋柄后端的微調(diào)旋鈕（刺輪），以免將待測物夾得太緊使測量結(jié)果不準(zhǔn)確，或損壞千分尺內(nèi)的精密螺紋；由千分尺讀數(shù)時必須估讀一位，即應(yīng)估讀到0.001 mm這一位上. 游標(biāo)卡尺是利用主尺的每一分度與游標(biāo)尺的每一分度的差值來提高測量精確度的.如10分度的游標(biāo)卡尺,主尺的每一小格表示1 mm,而游標(biāo)尺上每一小格為0.9 mm,其差值為0.1 mm,利用它可使精確度達(dá)到0.1 mm.對N分度的游標(biāo)卡尺,其精確度為x1 mm mm mm. 當(dāng)問題中沒有顯示游標(biāo)尺零刻度線位置時,可以從最后一根刻度線的位置,根據(jù)三種游標(biāo)尺總刻度的長度是9 mm,19 mm,49 mm倒推出來. 讀數(shù)時應(yīng)注意，游標(biāo)卡尺的讀數(shù)不需要估讀.高中范圍內(nèi)不需要估讀的儀器還有秒表、電阻箱.,變式練習(xí)1 在利用雙縫干涉測定光波波長時，首先調(diào)節(jié)光源、濾光片、單縫和雙縫的中心均位于遮光筒的中心軸線上，并使單縫和雙縫豎直并且互相平行.當(dāng)屏上出現(xiàn)了干涉圖樣后，用測量頭上的游標(biāo)卡尺去測量，轉(zhuǎn)動手輪，移動分劃板使分劃板中心刻線與某條明紋中心對齊時（如圖A所示），將此明紋記為1.然后再轉(zhuǎn)動手輪，分劃板中心刻線向右移動，依次經(jīng)過2、3等條明紋，最終與明紋6中心對齊.分劃板中心刻線與明紋1和明紋6對齊時游標(biāo)卡尺示數(shù)分別如圖B、C所示（游標(biāo)卡尺為10分度）.則圖B對應(yīng)的讀數(shù)為 m，圖C對應(yīng)的讀數(shù)為 m.用刻度尺量得雙縫到屏的距離為60.00 cm,由雙縫上的標(biāo)示獲知雙縫間距為0.2 mm，則發(fā)生干涉的光波波長為 m.,典 例 賞 析,返回目錄,專題十二 實 驗,在實驗中，若經(jīng)粗調(diào)后透過測量頭上的目鏡觀察，看不到明暗相間的條紋，只看到一片亮區(qū). 造成這種情況的最可能的原因是_ .,典 例 賞 析,返回目錄,專題十二 實 驗,典 例 賞 析,返回目錄,例2 在利用單擺測定重力加速度的實驗中，一位學(xué)生在不同擺長l的條件下，測得單擺的周期T與擺長l的關(guān)系如下表,試在下圖所示坐標(biāo)紙上畫出T2與l的關(guān)系圖線，寫出利用圖線求重力加速度的公式，g .由圖線計算出的重力加速度的值g m/s2（保留3位有效數(shù)字）.,專題十二 實 驗,典 例 賞 析,返回目錄,專題十二 實 驗,典 例 賞 析,返回目錄,分析 由T2 變形有T242 ,T2與l的關(guān)系圖線應(yīng)為一條直線,其斜率即為42/g.求出圖線的斜率就可以求出重力加速度值.,解析 （1）T2與l的關(guān)系圖線如下圖所示. （2）在圖線上取兩點,其坐標(biāo)值為（T , l1）和（T , l2） 由單擺周期公式T2有：T242 則T 42 ,T 42 , 解得： g42 .,專題十二 實 驗,典 例 賞 析,返回目錄,（3）取兩坐標(biāo)具體值代入即可得g值（具體計算略，答案是9.709.90之間）.,專題十二 實 驗,答案 見解析.,點評 由T2 知道，T ，T與l的關(guān)系是非線性的，作T2l圖線，可以化曲為直，便于觀察各量關(guān)系，減小實驗誤差. 將g42 變形為g ，由此可知，在單擺擺長難以測量時，可以通過測量兩次擺動的周期及兩次的擺長之差測定重力加速度.,典 例 賞 析,返回目錄,變式練習(xí)2 做勻加速直線運動的小車, 牽 引一條紙帶通過打點計時器,交流電源的頻率是 50 Hz. 由紙帶上打出的某一點開始,每5個點剪 下一段紙帶，按圖所示, 使每一條紙帶下端與x 軸重合, 左邊與y軸平行，將紙帶貼在直角坐標(biāo) 系中，求: （1）在第一個0.1 s內(nèi)中間時刻的速度是 m/s. （2）運動物體的加速度是 m/s2.,專題十二 實 驗,典 例 賞 析,返回目錄,例3 實驗室中現(xiàn)有器材如實物圖所示，有：電池E,電動勢約10 V,內(nèi)阻約1 ；電流表A1，量程約10 A，內(nèi)阻r1約為0.2 ；電流表A2，量程300 mA，內(nèi)阻r2約5 ；電流表A3，量程250 mA，內(nèi)阻r3約5 ；電阻箱R1，最大阻值999.9 ，最小阻值改變量為0.1 ；滑線變阻器R2，最大值100 ；開關(guān)S；導(dǎo)線若干.,專題十二 實 驗,典 例 賞 析,返回目錄,要求用下圖所示的電路測量圖中電流表A的內(nèi)阻 （1）在所給的三個電流表中，哪幾個可以用此電路精確測出其內(nèi)阻？答： . （2）在可測的電流表中任選一個作為測量對象，在實物圖上連成測量電路. （3）你要讀出的物理量是 .用這些物理量表示待測內(nèi)阻的計算公式是 .,專題十二 實 驗,典 例 賞 析,返回目錄,專題十二 實 驗,分析 該題要求根據(jù)電路圖設(shè)想出實驗原理，屬于有一定提示的設(shè)計型實驗.與我們學(xué)過的伏安法測電阻相比較，這里被測電阻是電流表的內(nèi)阻，它能顯示出通過自身的電流，因此只要知道其上的電壓就行，