高考物理綜合復習7

1、高考綜合復習：光學實驗 設計實驗專題 要點精析典型實驗要點：測定玻璃折射率實驗原理：如圖所示，入射光線AO由空氣射入玻璃磚，經(jīng)OO后由OB方向射出。作出法線NN，則折射率n=Sin1/Sin2 注意事項：手拿玻璃磚時，不準觸摸光潔的光學面，只能接觸毛面或棱，嚴禁把玻璃磚當尺畫玻璃磚的界面；實驗過程中，玻璃磚與白紙的相對位置不能改變；大頭針應垂直地插在白紙上，且玻璃磚每一側(cè)的兩個大頭針距離應大一些，以減小確定光路方向造成的誤差；入射角應適當大一些，以減少測量角度的誤差。重要演示實驗：1. 加速度和力的關(guān)系 加速度和質(zhì)量的關(guān)系兩個相同的小車并排放在光滑水平桌面上，小車前端系上細線，線的另一端跨過定

2、滑輪各掛一個小盤，盤里分別放有不同質(zhì)量的砝碼。小車所受的水平拉力F的大小可以認為等于砝碼（包括砝碼盤）的重力大小。小車后端也系有細線，用一只夾子夾住兩根細線，控制兩輛小車同時開始運動和結(jié)束運動。 由于兩個小車初速度都是零，運動時間又相同，S=at2a，只要測出兩小車位移S之比就等于它們的加速度a之比。實驗結(jié)果是：當小車質(zhì)量相同時，aF，當拉力F相等時，a 。實驗中用砝碼（包括砝碼盤）的重力G的大小作為小車所受拉力F的大小，這樣做會引起什么樣的系統(tǒng)誤差？怎樣減小這個系統(tǒng)誤差？2. 卡文迪許實驗下圖是卡文迪許扭秤實驗的示意圖。其中固定在T形架上的小平面鏡起著非常大的作用。利用光的反射定律可以把T形

3、架的微小轉(zhuǎn)動放大到能夠精確測量的程度。設小平面鏡到刻度尺的距離為L，T形架兩端固定的兩個小球中心相距為l，設放置兩個大球m/ 后，刻度尺上的反射光點向左移動了x，那么在萬有引力作用下，小球向大球移動了多少？ 3. 描繪單擺的振動圖象對同一個單擺，如果兩次拉出木板得到的圖形分別如a、b所示，說明兩次拉木板的速度之比為32。對擺長不同的單擺，如果兩次拉木板的速度相同，說明擺的周期之比為32，擺長之比為94。 4. 波的疊加在一根水平長繩的兩端分別向上抖動一下，就分別右兩個凸起狀態(tài)1和2在繩上相向傳播。它們在相遇后，彼此穿過，都保持各自的運動狀態(tài)繼續(xù)傳播，彼此都沒有受到影響。 觀察一下：在它們相遇過

4、程中，繩上質(zhì)點的最大位移出現(xiàn)在什么位置？每個點都有可能達到這個位移嗎？在同一根繩子上，各種頻率的波傳播速度都是相同的。5. 擴散現(xiàn)象裝有無色空氣的廣口瓶倒扣在裝有紅棕色二氧化氮氣體的廣口瓶上，中間用玻璃板隔開。抽去玻璃板，過一段時間可以發(fā)現(xiàn)，兩種氣體混合在一起，上下兩瓶氣體的顏色變得均勻一致。擴散現(xiàn)象也證明分子在做永不停息的無規(guī)則運動。從熱力學第一定律分析一下：設環(huán)境溫度不變，在擴散過程中，瓶中氣體將吸熱還是放熱？這個實驗也證明擴散現(xiàn)象有方向性。6. 平行板電容器的電容。靜電計是測量電勢差的儀器。指針偏轉(zhuǎn)角度越大，金屬外殼和上方金屬小球間的電勢差越大。在本實驗中，靜電計指針和A板等電勢，靜電計

5、金屬殼和B板等電勢，因此指針偏轉(zhuǎn)角越大表示A、B兩極板間的電壓越高。 本實驗中，極板帶電量不變。三個圖依次表示：正對面積減小時電壓增大；板間距離增大時電壓增大；插入電介質(zhì)時電壓減小。由 知，這三種情況下電容分別減小、減小、增大。因此可以確定C和S、d、的關(guān)系是 。思考：如何測量電容器兩極板間的電壓？7. 研究電磁感應現(xiàn)象首先要查明電流表指針偏轉(zhuǎn)方向和電流方向的關(guān)系（方法與畫電場中平面上等勢線實驗相同）。電鍵閉合和斷開時、電鍵閉合后滑動變阻器的滑動觸頭移動過程中、電鍵閉合后線圈A在B中插入、拔出時，都會發(fā)現(xiàn)電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說明有電流產(chǎn)生。而電鍵保持閉合、滑動觸頭不動、線圈A 在B中不動時，電

6、流表指針都不動，說明無電流產(chǎn)生。 結(jié)論：閉合電路中有感應電流產(chǎn)生的充要條件是穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化。8. 單縫衍射從圖中看出：當狹縫寬度在0.5mm以上時，縫越窄亮斑也越窄；當狹縫寬度在0.5mm以下時，縫越窄中央亮條越寬，整個亮斑范圍越寬，亮紋間距越大。 9. 小孔衍射和泊松亮斑小孔衍射和泊松亮斑的中心都是亮斑。區(qū)別是：泊松亮斑中心亮斑周圍的暗斑較寬。 10. 倫琴射線管 電子被高壓加速后高速射向?qū)﹃帢O，從對陰極上激發(fā)出X射線。在K、A間是陰極射線即高速電子流，從A射出的是頻率極高的電磁波，即X射線。X射線粒子的最高可能的頻率可由Ue=h計算。11. 粒子散射實驗 全部裝置放在真空中。

7、熒光屏可以沿著圖中虛線轉(zhuǎn)動，用來統(tǒng)計向不同方向散射的粒子的數(shù)目。觀察結(jié)果是，絕大多數(shù)粒子穿過金箔后基本上仍沿原來方向前進，但是有少數(shù)粒子發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)。12. 光電效應實驗把一塊擦得很亮的鋅板連接在靈敏驗電器上，用弧光燈照鋅板，驗電器的指針就張開一個角度，表明鋅板帶了電.進一步檢查知道鋅板帶( )電。這表明在弧光燈的照射下，鋅板中有一部分( )從表面飛了出去鋅板中少了( )，于是帶( )電。 設計性實驗：所謂設計型實驗，就是題目要求學生運用學過的實驗方法，自行設計一個新的實驗方案。它要求學生設計實驗原理，選擇實驗器材，安排實驗步驟，設計數(shù)據(jù)處理的方法及分析實驗誤差。主要考查學生是否理解實驗原

8、理和實驗儀器的工作原則，是否具有靈活運用實驗知識的能力，是否具有在不同情況下遷移知識的能力，這些對學生的能力要求都較高。設計方案涉及到對實驗原理的認識和理解，包括選擇的合理實驗方法、配置合適的實驗器材，安排正確的實驗步驟，設計科學的數(shù)據(jù)處理方法，采用客觀的誤差分析方法，最后給予總結(jié)和評價。設計性實驗運用的原理、方法、器材都滲透在“學生實驗”、“演示實驗”和課本教材或習題中，能有效地考查學生運用已學知識處理新情景中提出問題的遷移能力、創(chuàng)新意識，是近幾年高考命題中較具活力的領域。一、設計性實驗概述1設計原則(1)科學性：實驗方案所依據(jù)的原理應當正確，符合物理學的基本規(guī)律。(2)安全性：實驗方案的實

9、施要安全可靠，不會對儀器、器材及人身造成危害。(3)準確性：實驗的誤差應在允許的范圍內(nèi)。若有多種可能的實驗方案，應盡可能選擇誤差較小的方案。(4)簡便性：實驗應當便于操作、讀數(shù)及數(shù)據(jù)處理。2設計思想(1)理想化：實際物理現(xiàn)象中的研究對象，外部因素往往復雜多變，為此研究時?？刹捎煤雎阅承┐我蛩鼗蚣僭O一些理想條件的辦法，以便能突出現(xiàn)象的本質(zhì)因素，取得實際情況下合理的近似結(jié)果。如單擺實驗中假設擺線不可伸長、質(zhì)量遠小于擺球質(zhì)量，擺球為勻質(zhì)小球，懸點的摩擦和空氣阻力均不計等；用油膜法估測分子直徑實驗中，假設形成的是單分子的油膜，分子與分子緊密挨著排列。(2)平衡：一個物理系統(tǒng)中，常存在著對立的矛盾雙方

10、，當雙方使系統(tǒng)中彼此偏離的因素（或作用）互相抵消時，系統(tǒng)就取得了暫時的平衡。于是根據(jù)矛盾雙方使系統(tǒng)偏離的因素，就可得出使系統(tǒng)平衡的條件，列出相應的平衡方程式。在物理中常根據(jù)這種思想指導實驗的設計。用天平測量質(zhì)量，就是根據(jù)待測的物體和砝碼使天平橫梁兩側(cè)偏離的因素互相抵消時天平取得了暫時平衡的條件設計的；用電流表測電流強度就是根據(jù)磁力矩和彈簧游絲的扭轉(zhuǎn)力矩相平衡的條件設計的；在研究牛頓第二定律的演示實驗中巧妙地運用了將長木板一端墊起，讓小車重力的分力將摩擦阻力平衡。(3)放大：物理實驗中對于某些直接測量的微小量，或觀察、顯示某些極細微的現(xiàn)象和圖景，常采用物理方法加以放大。常用的放大法有累積放大法、

11、機械放大法、光學放大法、電學放大法等。如螺旋測微器就是機械放大裝置，把測微螺桿的微小進退，通過有較大周長的可動刻度盤表示出來；游標卡尺也是在放大思想支配下的產(chǎn)物；許多電表都是利用一根較長的指針將通電后線圈的偏轉(zhuǎn)角顯示出來；另外卡文迪許實驗及顯示微小形變的裝置，都是光學放大方法的應用；利用電磁感應原理可制成交流互感器，對交流電流和交流電壓進行放大或縮小，以便于讀數(shù)和操作。(4)轉(zhuǎn)換：根據(jù)物理量間的各種關(guān)系、物理現(xiàn)象及規(guī)律中存在的各種效應，運用變換原理進行測量的方法。對于某些不易直接測量（或顯示）的量或現(xiàn)象，實驗設計中常借助于力、熱、電、光、機械等方法之間的轉(zhuǎn)換，用某些直接測量（或顯示）的量來代替

12、，或者根據(jù)研究對象在一定條件下可以有相同的效果作用，間接地觀察、測量。常用的有熱電換測、力電換測、光電換測等方法。例如：利用熱敏電阻的溫度特性將溫度的測量轉(zhuǎn)換成金屬電阻的測量；把流逝的時間轉(zhuǎn)換成指針周期性的振動；話筒和揚聲器是用傳感器將力學量和電學量相互轉(zhuǎn)換；把對電壓、電流、電阻的測量轉(zhuǎn)換成指針偏角的測量；在研究勻變速直線運動的實驗中，通過位移和時間的測量得出加速度和速度；在驗證動量守恒定律實驗中，用從等高處水平拋出的兩球水平位移代替速度；在用油膜法估測分子直徑實驗中，通過對面積的測量得分子直徑；光敏電阻是利用半導體的電阻在光照時大大減小，光電管是利用光電效應將光學量轉(zhuǎn)換為電學量；布朗運動實驗

13、是通過分子運動產(chǎn)生的效果來間接探測分子運動規(guī)律；在粒子散射實驗中通過粒子穿過金箔后的偏轉(zhuǎn)情況來推測原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，也是一種間接的探測方法。生活中也有一些現(xiàn)象對我們的發(fā)明創(chuàng)造會有啟示作用，例如，胸前掛著監(jiān)考牌時，當陽光照在塑封過的牌子上，會明顯地看到牌子的反射光隨著心臟的跳動周期性運動，這難道不是一種將力現(xiàn)象轉(zhuǎn)換為光現(xiàn)象并且具有放大功能的例子嗎？是不是可以發(fā)明這樣一個測心跳速度的儀器呢？(5)模擬：是一種間接測量方法，它不直接研究物理現(xiàn)象或過程本身，而是用與該現(xiàn)象或過程相似的模型來研究和測量。在進行物理研究時，有時受客觀條件的限制，無法對某些物理現(xiàn)象和物理過程進行實驗，此時人為地創(chuàng)造一定的條件和

14、因素，使之于物理現(xiàn)象或物理過程有一定的相似特點，從而在模擬的情況下進行實驗。采用模擬法的基本條件是模擬量與被模擬量必須是等效或相似的。如用穩(wěn)恒電流場模擬靜電場；夏季雨后陽光下的天空常出現(xiàn)霓虹現(xiàn)象，雖然無法直接研究，但可以用棱鏡對光的色散來模擬彩虹，從而達到研究目的；更逼真的模擬是用噴霧器對著陽光噴出霧狀的水滴（更簡單一些，可以口含一口水噴出），同樣可看到七彩的霓虹；可用水流模擬電流演示串聯(lián)電路的電流強度相等，理解電流的微觀解釋IneSv中，S越小v越大（將軟管捏細時）。(6)等效替代：當被測物（如待測電阻）被一個標準件（如電阻箱）代替時，實驗過程中所起的作用（例如對電流的阻礙作用）完全相同，則

15、標準件的相應值（電阻）就是被測物的值。(7)改變相關(guān)量，用方程組求不變量：當用轉(zhuǎn)換法間接測量某個量時，如果一個方程求不出所求量，則改變相關(guān)量，用方程組求解。例如在測電源的電動勢和內(nèi)阻實驗中，根據(jù)一個閉合回路歐姆定律方程求不出電動勢和內(nèi)阻兩個未知量，于是保持電源(E、r)不變，改變外電路電阻，用兩組數(shù)據(jù)解方程組或多組數(shù)據(jù)圖象法求解。又如，用單擺測重力加速度實驗中，若只有天花板上掉著的重物（線很長，大于1米），一個沒有刻度的米尺（無法精確量出擺長），秒表，就可用縮短擺長1米，兩個方程解方程組求出重力加速度。3設計方法(1)物理量測量方法：是指對某個物理量具體的測定方法，是實驗設計思想的手段。換測法

16、：根據(jù)一個物理量與其他物理量的函數(shù)關(guān)系，將不易直接測量的物理量轉(zhuǎn)化為另一個易測的物理量進行測量的方法，也叫間接測量法。這是最常用的一種設計方法，大多數(shù)物理實驗都是采用這種方法。如打點計時器測加速度，測定玻璃的折射率，用單擺測定當?shù)氐闹亓铀俣?，測定金屬的電阻率，伏安法測電阻，測電池的電動勢和內(nèi)阻，測玻璃的折射率，用雙縫干涉測定光的波長。累計測量法：將微小量累計后測量。其目的在于減小微小量測量的相對誤差。如單擺實驗中，通過若干次全振動的時間，測出單擺全振動一次的時間（周期）；在測定金屬電阻率實驗中，沒有螺旋測微器時，可將金屬絲在鉛筆上密繞十幾圈，由線圈的總長度測出金屬絲的直徑；油膜法測分子直徑時

17、，先測1mL溶液中所含油滴數(shù)，就可知一滴溶液的體積；雙縫干涉測光的波長實驗中，測n條亮紋間的距離a，就可算出條紋間距x。(2)實驗的操作方法：控制變量法：實際的物理現(xiàn)象總是錯綜復雜的，常受多種因素支配，為了研究物理現(xiàn)象的發(fā)生、演變，進而確定其遵循的客觀規(guī)律，在實驗設計的操作上常采用先控制某些因素不變，依次研究每一個因素的方法。如，在研究牛頓第二定律的演示實驗中，先保持物體的質(zhì)量一定，研究加速度和力的關(guān)系，再保持對物體的作用力一定，研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系，最后綜合得出物體加速度與它所受的外力及物體的質(zhì)量之間的關(guān)系。又如，在單擺測定重力加速度的實驗中，也都采用了控制某種因素不變的方法。留跡法：利用

18、物理現(xiàn)象，把瞬時即逝的現(xiàn)象（位移，軌跡、圖象）直接記錄下來，以便能直觀的和能較長時間的保留、比較、研究。通過紙帶上打出的小點，記錄小車運動過程中不同時刻的位置；研究平拋物體的運動，利用多次重復同一的運動留下的該運動的軌跡；研究碰撞中的動量守恒，留下的是該運動的特殊位置；用描跡法畫出電場中平面上等勢線實驗中，則是用探索的方式留下了電場中某一狀態(tài)下各等勢點的痕跡；在粒子物理探測中，云霧室、氣泡室都留下了粒子的蹤跡。復制法：在進行物理實驗時，人們有時希望通過兩個完全相同的物理儀器產(chǎn)生兩個完全相同的效果，可用到復制法。在光的干涉實驗中，利用自然光想得到相干光源不容易，托馬斯楊巧妙地從一個光源復制出兩個

19、完全相同的光源；薄膜干涉實驗和菲涅爾雙棱鏡實驗也是同樣的思想，將一束光通過反射和折射分成兩束相干光。在沒有電量概念時，庫侖就用了完全相同的兩個導體接觸而平分凈余電荷而復制了兩個電量完全相同的帶電體；現(xiàn)在的激光技術(shù)更是復制術(shù)的重要應用。篩選法：在物理實驗中，我們需要對某些量進行選擇。如用旋轉(zhuǎn)圓筒法選擇分子、原子的速度，用電場與磁場速度選擇器選擇帶電粒子的速度，用質(zhì)譜儀選擇粒子的質(zhì)量，利用共振和電諧振選擇頻率等。4誤差分析和減小誤差的方法實驗中，對偶然誤差，主要是進行多次實驗，求出平均值，用平均值來代替測量值就更接近真實值。誤差分析，更多的是對系統(tǒng)誤差的分析。(1)從實驗原理分析：系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的原

20、因是多方面的，其中實驗原理的不完善是產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的主要原因之一分析這類系統(tǒng)誤差應從實驗原理入手，運用有關(guān)物理規(guī)律進行定性或定量剖析。例如，在測電源的電動勢和內(nèi)阻的實驗中，設計原理時，把電壓表的讀數(shù)當成路端電壓、把電流表的讀數(shù)當成是干路電流，而學生實驗的電路圖中，安培表測的并不是干路電流，則原理誤差出現(xiàn)在電壓表分去了一部分電流。(2)從實驗器材分析：由于實驗器材本身的缺陷也會使實驗產(chǎn)生系統(tǒng)誤差，如器材本身的精度（彈簧秤的最小刻度、游標卡尺的精度，電表的等級等）就是一個重要因素，在電學實驗中，電表的內(nèi)阻使測量結(jié)果產(chǎn)生的誤差也屬這種情況。分析這類系統(tǒng)誤差應從實驗器材結(jié)構(gòu)人手，運用有關(guān)物理規(guī)律進行定性

21、或定量剖析。(3)另外，根據(jù)具體的實驗情況，還應從實驗的控制條件，實驗步驟及實驗的數(shù)據(jù)處理上進行分析。(4)減小系統(tǒng)誤差的方法等效替代法：用一個“標準件”去替代原被測對象保持效果不變的一種方法。例如用伏安法測電阻時，無論是安培表內(nèi)接還是外接，都會產(chǎn)生系統(tǒng)誤差，為了減少這種誤差，用開關(guān)的通斷將電阻箱作為“標準件”替代原待測電阻的位置，調(diào)節(jié)電阻箱的阻值，當產(chǎn)生的效果相同時（電路中的電壓或電流相同），則電阻箱此時的電阻就是待測電阻值。圖7-1是用替代法測電阻的電路圖，具體操作是先將開關(guān)接到a處，調(diào)節(jié)變阻器的阻值，使電流表有一個適當?shù)氖緮?shù)，然后再將開關(guān)接到b處，調(diào)節(jié)電阻箱的阻值，使電流表與原先有相同的

22、值，則此時電阻箱的示數(shù)就等于待測電阻的阻值。 比較法：用一個“標準件”與被測對象作比較測量的方法。如圖72（甲），為測量電阻的電路，Rx為待測電阻，R的阻值已知，R為保護電阻，阻值未知，電源E的電動勢未知，S1、S2均為單刀雙擲開關(guān)，A為電流表，其內(nèi)阻不計。測量Rx的步驟為：將S2向d閉合，S1向a閉合時，Rx與R并聯(lián)，I1是流過Rx的電流；當S2向c閉合，S1向b閉合，Rx與R并聯(lián)，I2是流過R的電流。R是保護電阻，阻值應該很大，才能保證電路結(jié)構(gòu)變化時起保護作用，也就是說Rx和R并聯(lián)電路兩端電壓可以看作恒定，有I1RxI2R，所以RxI2R/I1 如圖72（乙），可用一已知內(nèi)阻的標準電流表與

23、一被測電流表并聯(lián)，通過電流的分配與電阻成反比求得被測電阻的阻值，有時也用標準電阻與被測電阻比較。差值法：當兩次測量的絕對誤差相同時，將兩次測量的結(jié)果相減就可得到真實值。例如在打點計時器的紙帶分析中，若一段一段地量，則可能量前一段時零刻度位置在起始記數(shù)點之后一點，而量后一段時零刻度在這段起始記數(shù)點之前一點，計算兩段位移的差值時誤差就會更大。若用刻度尺一次性對準測量，只讀出各記數(shù)點的相對于第一記數(shù)點的坐標值，再將各坐標值相減則可得到各段位移的較精確值，至少消除了零刻度對得不齊的操作誤差。二、實驗原理、實驗方法的選擇解決設計性實驗問題關(guān)鍵在于選擇實驗原理，它是進行實驗設計的根本依據(jù)和起點，它決定應當

24、測量哪些物理量，如何安排實驗步驟，如何正確分析實驗數(shù)據(jù)從而得出實驗結(jié)論，以及如何正確分析實驗誤差從而評價實驗結(jié)論。實驗原理的選擇和確定，一是根據(jù)實驗的目的，二是根據(jù)問題的條件一旦實驗原理確定下來，就可根據(jù)實驗目的及問題的條件，選擇實驗方法，擬定實驗方案。三、實驗器材和實驗裝置的選擇根據(jù)實驗目的、實驗原理及實驗設計的方法，合理地選擇實驗器材和實驗裝置是完成實驗的前提。實驗器材和實驗裝置選擇恰當，不僅可以保證實驗的順利進行，而且可能使實驗更便利，實驗誤差更小。正確地選擇實驗器材和實驗裝置，概括起來必需遵循以下幾個原則：1安全性原則在實驗過程中，不產(chǎn)生由于器材或裝置選擇不當，使儀器發(fā)生損壞等不良后果

25、。這一原則對電學實驗十分重要，主要體現(xiàn)在電表量程的選擇及通過變阻器、電阻的最大電流不超過其額定電流等。2可行性原則選擇的儀器必須適用可行，能保證實驗正常順利地進行，應使實驗測量范圍符合實際要求。3準確性原則根據(jù)實驗需要，選用精度合適的測量工具。如在“測定金屬電阻率”實驗中，為保證測量結(jié)果的有效數(shù)字位置合適，測金屬絲的直徑要用螺旋測微器，而測金屬絲長度用毫米刻度尺即可（因測量結(jié)果與直徑的平方有關(guān)，而只與長度的一次方有關(guān)，且直徑很小，用刻度尺測直徑的相對誤差會很大）。讓測量數(shù)據(jù)適當大一些，從而減少讀數(shù)或操作中的相對誤差。例如讓電表的指針偏角超過滿偏的1/3，在插針法測折射率的實驗中讓針適當相隔遠一

26、些，驗證力的平行四邊形法則實驗中讓細線適當長一些，描方向的點距離結(jié)點適當遠一些，這些都是為了減少相對誤差。4方便性原則在保證實驗能順利進行的條件下，恰當?shù)剡x擇器材或裝置，使實驗操作方便易行。如滑動變阻器的選擇，既要考慮它的額定電流，又要考慮阻值范圍，在兩者都能滿足實際要求的條件下，還要考慮阻值大小對實驗操作是否方便等因素。四、實驗操作程序設計實驗操作程序即實驗步驟，正確的實驗程序是實驗成功的重要環(huán)節(jié)。一般說，正確的實驗程序設計必須注意以下兩點：1確保實驗順利完成與成功實驗的操作程序是有先后順序的，某一項操作往往是后一項操作的必要條件，如果操作顛倒可能會使實驗不能順利進行，甚至無法完成實驗。2保

27、證實驗器材的安全在很多實驗中，如果操作步驟不妥或遺漏，將危及實驗器材的安全，甚至會損壞實驗器材，這一點必須引起重視。如實驗中使用歐姆表測電阻時，其最后一個步驟必須將選擇開關(guān)旋至交流電壓最高擋或OFF擋，就是為了保證歐姆表的安全，這一步驟顯然不能遺漏。五、實驗數(shù)據(jù)處理的方法數(shù)據(jù)處理是對實驗現(xiàn)象進行分析、研究的依據(jù)，也是原始實驗觀察和記錄的一種科學加工。它不僅是每個實驗中的一個重要環(huán)節(jié)，而且也是學生必需掌握的一項重要的實驗技能。對實驗數(shù)據(jù)的分析、處理，有許多方法，在高中物理實驗中只要求了解和掌握其中最簡單的幾種方法。1列表法把被測物理量用表格的形式分類列出的方法。記錄表格一般應包括表號、標題、主欄

28、、賓欄、數(shù)據(jù)、備注等。這里，表號即表的編號，凡實驗記錄中列出兩個或兩個以上表格時，一般都應標出表號；標題即記錄表的目的要求；主欄一般為被測物理量的名稱或公式；賓欄為不同情況下對應的測量值，記錄數(shù)據(jù)排列習慣上先原始記錄，后計算結(jié)果；備注欄供必要時實驗做有關(guān)的說明之用，通常都列于表尾。列表法大體反應某些因素對結(jié)果的影響效果或變化趨勢，常用來作為其他數(shù)據(jù)處理方法的一種輔助手段。2算術(shù)平均值法將待測物理量的若干次測量值相加后除以測量次數(shù)，即得該待測量的算術(shù)平均值。將多次測量的算術(shù)平均值作為測量結(jié)果，一般會比單獨一次觀察值可靠，并且重復次數(shù)的增加，其可靠性也更為提高，因為一個物理量的真實值是無法知道的，

29、所以實際應用上往往用多次測量值的平均值代替真實值。求取算術(shù)平均值時，必需按原來測量儀器的準確度決定應該保留的有效數(shù)字的位數(shù)。4圖像法把實驗測得的量按自變量和應變量之間的關(guān)系在直角坐標平面上用圖線表示出來的方法。用作圖法對物理現(xiàn)象進行實驗研究，可以直觀的反應各物理量之間的相互依賴的變化關(guān)系，能較方便的從圖像中找出實驗所需要的某些結(jié)果或規(guī)律。尤其是在某些物理規(guī)律和結(jié)果還沒有完全掌握或還沒有找到明確的函數(shù)表達式時，用作圖法表示實驗結(jié)果，更具有獨特的優(yōu)點，利用作圖法還可以減小實驗中的偶然誤差，提高測量的準確性，因此，作圖法是高中物理實驗中需要重點掌握的一種數(shù)據(jù)處理的方法。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)在坐標紙上作圖的原

30、則要求是：準確、清楚、布局合理、便于應用。還需注意： (1)合理選取坐標原點。(2)兩坐標軸的分度要恰當。盡量使圖形布滿整個圖紙，以減少描點不準確造成的相對誤差。(3)要有足夠多的描點數(shù)目（即在實驗中應給出多組數(shù)據(jù)），才能達到取平均值的目的，減少偶然誤差的影響。(4)畫出的圖象應盡可能穿過較多的描點，或是盡可能多的描點分布在圖線的兩側(cè)。（目測各點分布趨勢，將盡量多的點用平滑的曲線而不是折線連起來，不在曲線上的點要均勻地分布在圖線的兩側(cè)，有些偏離太遠的點舍掉。）在利用單擺測重力加速度的實驗中，畫出T242L圖象，就能利用斜率表示重力加速度。(5)采用置換變量法使非線性關(guān)系線性化。例如研究牛頓第二

31、定律中加速度隨質(zhì)量變化的關(guān)系時，由于二者成反比，如果我們以a1/m建立坐標系就能化曲為直，只要證明圖線是過原點的直線就行了。4逐差法逐差法一般用于等間隔線性變化的測量中。在等間隔線性變化測量中，如果仍用一般的求平均值的方法，結(jié)果將發(fā)現(xiàn)只有第一次測量值和最后一次測量值有作用，其中間值全部抵消了。這樣就無法反映出多次測量能減小偶然誤差的特點。如在用打點計時器測量物體運動加速度時，一般采用逐差法求加速度值。六、設計性實驗分析的基本思路1根據(jù)問題的條件、要求，構(gòu)造相關(guān)的物理情景。 2確定實驗原理，選擇實驗方法。3明確所要測定的物理量，選好實驗器材，確定實驗步驟。4做好數(shù)據(jù)的記錄和處理，進行誤差分析。精

32、題精講例題1. 用三棱鏡做測定玻璃折射率的實驗。先在白紙上放好三棱鏡，在棱鏡的一側(cè)插上兩枚大頭針Pl和P2，然后在棱鏡的另一側(cè)觀察，接著在眼睛所在的一側(cè)插兩枚大頭針P3、P4，使P3擋住Pl、P2的像，P4擋住P3和Pl、P2的像。在紙上標出的大頭針位置和三棱鏡輪廓如下圖所示。 (1)在圖上畫出所需的光路。(2)為了測出棱鏡玻璃的折射率，需要測量的量是_，在圖上標出它們。(3)計算折射率的公式是n_。解析：根據(jù)插針確定的光線路徑畫出光路圖，如下圖所示。 過Pl、P2點作直線交AC邊于O點，過P3、P4點作直線交AB邊于O點，再連接OO，即光線傳播路徑。過O點作AC的法線FH，可量出i，r，根據(jù)

33、折射定律， ，用量角器量角度則誤差較大，可以轉(zhuǎn)化成量長度（這是常用的實驗方法）。如果作圖時，使GO= EO，則結(jié)果更為簡化。 所以 。例題2. 如下圖所示，一個學生用廣口瓶和直尺測定水的折射率，填寫下述實驗步驟中的空白。 (1)用_測出廣口瓶瓶口內(nèi)徑d；(2)在瓶內(nèi)裝滿水；(3)將直尺沿瓶口邊緣_插入水中；(4)沿廣口瓶邊緣向水中直尺正面看去，若恰能看到直尺的0刻度（即圖中A點），同時看到水面上B點刻度的像B恰與A點的像相重合；(5)若水面恰與直尺的C點相平，讀出_和_的長度；(6)由題中所給條件，可以計算水的折射率為_。解析：無論是不是學過的實驗，首先是從題中找實驗目的。此題的實驗目的是測水

34、的折射率。然后是聯(lián)系課本和課后習題或?qū)嶒炛信c之相關(guān)的原理。顯然，根據(jù)敘述是要利用成像原理（虛像在折射光線和反射光線的反向延長線上）和折射定律(n = sini/sinr)。如上圖，由幾何關(guān)系可知： 例題3. 以單色光照射到0.2mm的雙縫上，雙縫隙與屏的垂直距離為1m。 (1)從第一級亮紋到同側(cè)第四級亮紋之間的距離為7.5mm，求單色光的波長；(2)若入射光波長為600nm，求相鄰兩條明紋之間的距離。解析：在光的干涉條紋中，中央亮條紋為第0級，兩側(cè)對稱分布第1級、第2級亮條紋。(1)根據(jù)雙縫干涉亮（暗）條紋的間距： 例題4. 一般認為激光器發(fā)出的是頻率為的“單色光”，實際上它的頻率并不是真正單

35、一的，激光頻率是它的中心頻率，它所包含的頻率范圍是(也稱頻率寬度)。讓單色光照射到薄膜表面，一部分從內(nèi)表面反射回來（這部分稱為甲光），其余的進入薄膜內(nèi)部，其中的一部分從薄膜后表面反射回來，并從前表面射出（這部分稱為乙光），甲、乙這兩部分光疊加而發(fā)生干涉。稱為薄膜干涉。乙光與甲光相比，要多在薄膜中傳播一小段時間t，理論和實際都證明，能觀察到明顯干涉現(xiàn)象的條件是：t的最大值與的乘積近似等于1，即只有滿足tm1才會觀察到明顯的穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象。已知紅寶石激光器發(fā)出的激光= 4.321014Hz，它的頻率寬度8.0109Hz，讓這束單色光由空氣斜射到折射率n的液膜表面，射入時與液膜表面成45，如下圖所示

36、。 (1)求從O射入薄膜中的光線的傳播方向及傳播速率；(2)估算在如圖所示的情景下，能觀察到明顯穩(wěn)定干涉現(xiàn)象的液膜最大厚度d。解析：(1)設從O點射入薄膜中的光線的折射角為r，根據(jù)折射定律有r30 光在薄膜中的傳播速率v=c/n2.12108 m/s(2)如上圖所示，乙光在薄膜中經(jīng)過的路程：s2d/cosr，乙光通過薄膜所用的時間ts/v = 2d/(vcosr).當t取最大值tm時，對應薄膜厚度最大，由題意tm1，所以2d/（vcosr）1 解得dm1.15102 m.例題5. 如下圖所示的器材可用來研究電磁感應現(xiàn)象及確定感應電流方向。(1)在給出的實物圖中，用實線作為導線將實驗儀器連成實驗

37、電路。 (2)將線圈L1插入L2中，合上開關(guān)。能使感應電流與原電流的繞行方向相同的實驗操作是（ ）A. 插入軟鐵棒 B. 拔出線圈L1C. 使變阻器阻值變大 D. 斷開開關(guān)解析：連線的關(guān)鍵是要清楚有兩個回路。一個是原線圈回路，用來產(chǎn)生引起感應電流的磁場，另一個是副線圈回路，用來產(chǎn)生感應電流。原線圈回路中有電源，滑動變阻器以及控制電路通斷的開關(guān)。副線圈回路中只要有檢測是否有感應電流的靈敏電流表就行了。連線如下圖。 當原、副線圈的電路連接好以后，根據(jù)“楞次定律”，即感應電流的磁場總要阻礙引起感應電流的原磁通量的變化，可以判斷出原線圈中的電流應該變小。即選擇BCD。例題6. 在下圖所示的實驗裝置中，

38、平行板電容器的極板B與一靈敏的靜電計相接，極板A接地。若極板A稍向上移動一點，由觀察到的靜電計指針變化做出平行板電容器電容變小的結(jié)論的依據(jù)是（ ） A. 兩極板間的電壓不變，極板上的電量變小B. 兩極板間的電壓不變，極板上的電量變大C. 極板上的電量幾乎不變，兩極板間的電壓變小D. 極板上的電量幾乎不變，兩極板間的電壓變大解析：極板上的電量幾乎不變，只是電量在極板與靜電計之間略有轉(zhuǎn)移。由C=Q/U 知，C變小，U變大。答案：D例題7. 某電壓表的內(nèi)阻在20k50k之間，現(xiàn)要測量其內(nèi)阻，實驗室提供下列可選用的器材：待測電壓表V(量程3V)電流表A1（量程200A）電流表A2（量程5mA）滑動變阻

39、器R(最大阻值1k)電源E(電動勢4V)開關(guān)S導線若干(1)所提供的電流表中，應選用（填寫字母代號）；(2)為了盡量減小誤差，要求測多組數(shù)據(jù)，試畫出符合要求的實驗電路圖。解析：此題為運用伏安法測量電阻的基本原理測量電壓表的內(nèi)阻。測量電表的內(nèi)阻時，應注意其顯示功能和安全性能，即在其電表的測量范圍內(nèi)進行工作。運用安全性原則進行電流表的選擇，設在伏安法測電壓表的電阻時，電路中有最大電流為： 因此選擇電流表A1，就可以有效地進行測量。電流表A2的量程太大，在測量時，其讀數(shù)不能超過滿偏的1/3，違背準確測量的原則，被排除。接著是滑動變阻器的連接問題，如果滑動變阻器作限流式接法，則由于被測電壓表的阻值遠遠

40、大于滑動變阻器的阻值，因此無法進行有效地調(diào)節(jié)。為了有效地調(diào)節(jié)和多測幾組數(shù)據(jù)，滑動變阻器應選用分壓式接法。其電路圖如下圖所示。 點評：注意滑動變阻器的選擇。(1)安全性原則：即比較電路中可能出現(xiàn)的最大電流與滑動變阻器的額定電流，保證變阻器不被損壞。(2)有效調(diào)節(jié)的原則：在安全原則被滿足的前提下，如果被測電阻遠遠大于滑動變阻器的總阻值，則應選用分壓式接法；而當滑動變阻器的阻值與電路中其他的電阻比較接近時，則可用限流式進行調(diào)控。例題8. 有一改裝的安培表A1需要與一個標準安培表A2進行核對，采用如下圖所示電路，其中E為直流電源（三節(jié)蓄電池串聯(lián)而成），R0為一定值電阻，R為一滑動變阻器，S為開關(guān)。實驗

41、中已有的器材及規(guī)格如下：A. 定值電阻（阻值為8，額定電流2A）B. 定值電阻（阻值為15，額定電流2A）C. 滑動變阻器（阻值020，額定電流2A）D. 滑動變阻器（阻值0200，額定電流2A） 應選用的器材為。已知兩個表的刻度盤上都將量程均分為6大格，要求以0.1 A起對每條刻度線一一進行核對，為此從備用的電阻器中，定值電阻R0應選用，滑動變阻器R應選用（用字母代號填寫）。解析：定值電阻R0在電路中稱為限流電阻，它的作用是限制電路中的最大電流，使之不超出安培表的量程，從而對安培表起保護作用?；瑒幼冏杵鱎為調(diào)節(jié)電阻，它的作用是調(diào)節(jié)電路中的電流強度，從而實現(xiàn)時電路中的電流強度起控制作用。從題中

42、給出的電阻器可知，電路中電阻的配伍共有四種方案，即A、C，A、D，B、C， B、D.選取哪種配置是適用可行的，需要進行估算。方案是否可行的依據(jù)是，電路中電流強度的調(diào)節(jié)范圍能否滿足實驗的要求。當滑動變阻器接入的電阻為零時，電路中的電流強度最大；當滑動變阻器接入電路的電阻值最大時，電路中的電流強度最小。因為電源是由三節(jié)蓄電池串聯(lián)而成，所以電源電動勢可認為是6V。由歐姆定律可枯算出四種配里方案的電流強度范圍，如下表所示。 從表中數(shù)據(jù)可見。方案“一”不可行，因為In0.1A，方案“四”不可行，因為Im0.6A；方案“三”不可行，因為ImR3，他的主要實驗步驟如下： A. 把多用電表選擇開關(guān)旋至“1k”

43、的歐姆擋上；B. 把表筆插入測試筆插孔中，進行歐姆調(diào)零；C. 把兩表筆同時與R1的兩端接觸，發(fā)現(xiàn)這時指針偏轉(zhuǎn)適中，隨即記下歐姆數(shù)值；D. 把開關(guān)旋至“100”的歐姆擋，把兩根表筆同時與R3的兩端接觸，指針偏轉(zhuǎn)適中，隨即記下歐姆數(shù)值；E. 斷開電路開關(guān)，實驗完畢。請說明這位同學的操作步驟中有哪些不合要求的地方：解析：本題所要測量的電阻處于工作電路中，因此需要將電路斷開，但只斷開S1是不行的。如S2閉合，將多用表表筆置于R1兩端時，測量的阻值是R2與R3串聯(lián)后再與R1并聯(lián)的總電阻，故在測量前應將S1和S2都斷開。另外應注意換檔后應重新進行調(diào)零；實驗完畢后選擇開關(guān)應處于空檔或交流電壓最高檔處。例題1

44、2. 為了測量一個量程為3.0 V的電壓表的內(nèi)阻RV（約為幾千歐），采用的電路如下圖所示。 (1)可供選擇的實驗步驟有：A.閉合開關(guān)S；B.將電阻箱R0的阻值調(diào)到最大值；C.將電阻箱的阻值調(diào)到零；D.調(diào)節(jié)滑動變阻器R的阻值。使電壓表的示數(shù)為3.0 V；E.斷開開關(guān)S；F.把滑動變阻器R的滑動觸頭P滑到a端；G.調(diào)節(jié)電阻箱的阻值R0，使電壓表示數(shù)為1.5V，讀出此時電阻箱R0的阻值；H把滑動變阻器的觸頭P滑到b端；I.按圖接電路，注意斷開開關(guān)S。將必要的步驟選出并按合理順序排列（填各操作步驟的代號）。(2)若在上述實驗步驟G中，讀出R0的阻值為2600，則該電壓表的內(nèi)阻RV，由于系統(tǒng)誤差，測量值

45、（選填“偏小”、“偏大”）。解析：由于RVR0 RbP，所以可認為b與P之間并聯(lián)電阻幾乎等于滑動變阻器右端電阻Rb。當增大電阻箱電阻R0時，并聯(lián)電阻幾乎不變，在不再調(diào)節(jié)電路中其他器材的情況下，即使調(diào)節(jié)電阻器R0，并聯(lián)電阻兩端電壓值幾乎不變。首先將電阻箱阻值調(diào)為零，移動滑動觸頭P，使電壓表示數(shù)為3V；再調(diào)節(jié)電阻箱阻值，使電壓表示數(shù)為1.5V，此時電阻箱電阻與電壓表內(nèi)阻相等。讀取電阻箱示數(shù)即得電壓表內(nèi)阻測量值。事實上，嚴格講：當增大電阻箱阻值R0時，并聯(lián)電阻阻值略有增大、干路電流略有減小，導致并聯(lián)電阻兩端電壓略有增大。當電壓表指針半偏（示數(shù)U1.5V）時，電阻箱電阻略大于電壓表內(nèi)阻，因此通過電阻箱

46、顯示的測量值偏大。(1)實驗步驟合理順序為I、H、C、A、D、G、E；(2)電壓表內(nèi)阻測量值為2600，由于系統(tǒng)誤差，測量值偏大。例題13. “伏安法”測電阻時，由于電壓表、電流表內(nèi)阻的影響，使得測量結(jié)果總存在誤差，而按如下圖所示電路進行測量，則由電壓表、電流表內(nèi)阻所造成的誤差可消除。 (1)請你簡要寫出還未完成的主要操作步驟，并用字母表達出相應的測量值。閉合開關(guān)S1，開關(guān)S2接2，調(diào)節(jié)RP和RP，使電壓表讀數(shù)接近滿量程，讀出電流表和電壓表讀數(shù)I2 ，U2。保持RP不變。(2)請你推導出待測電阻R的表達式。解析：為了測定待測電阻Rx值，從實驗電路圖和已進行實驗步驟看，這時電壓表和電流表測得的是

47、： ，不難推出：在保持RP不變的情況下，S1閉合，將S2接1，調(diào)節(jié)RP，使電壓表和電流表盡量接近滿程，讀出此時電壓表和電流表的讀數(shù)U1、I1，可得： 。 因此 點評：實驗步驟科學的設計和安排，一點都不能離開實驗原理的指導。為了消除電壓表和電流表內(nèi)阻造成的誤差，設置單刀雙擲開關(guān)前后分別接2和1，讓電壓表度量接近滿程，其目的就是通過這樣前后兩次測量達到消除電壓表和電流表內(nèi)阻的影響，因此實驗步驟是實施實驗原理必然的結(jié)果，只有弄懂實驗原理，才有正確的實驗步驟。例題14. 下表是某同學為彈簧彈力和伸長的關(guān)系所測的幾組數(shù)據(jù)： (1)請你在圖的坐標上作出Fx圖線。(2)寫出曲線所代表的函數(shù)式。(3)解釋函數(shù)

48、表達式中的常量的物理意義。(4)若彈簧的原長為40cm，并且以彈簧的總長為自變量，請你寫出它的函數(shù)式。解析：(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)描點，按照圖中各點的分布與走向，應作出一條直線，使直線兩側(cè)的點數(shù)大致相同，這樣可以減少誤差，如下圖所示。 (2)設直線料率為k，由數(shù)學知識可知：F=kxc知，在直線上取較遠的兩點（可以減小誤差），如點（9.8，2.0）與（2.3，0.5）。并代入上式，得A0.2N/m，c0.04N，所以函數(shù)表達式為F(0.2x0.04) N。(3)由Fkxc知，當x0時Fc，式中常數(shù)c表示彈簧的重力為0.04N，若忽略彈簧的重力，則Fkx，因此式中常數(shù)kF/x表示使彈簧形變單位長度時彈簧的彈力，即勁度系數(shù)。(4)設彈簧的總長為Lx，則Fkxc，即：F=k(Lx40)c（0.2Lx7.96）N。點評：這里用作圖法處理實驗數(shù)據(jù)，并得出相關(guān)結(jié)論。例題15. 利用下圖所示的電路可測出電壓表的內(nèi)阻。 電源的內(nèi)阻可以忽略，R為電阻箱。當R取不同阻值