專題一高中物理實(shí)驗(yàn)常用基礎(chǔ)知識(shí)

專題一高中物理實(shí)驗(yàn)常用基礎(chǔ)知識(shí)3．等效替代法：某些量不易測(cè)量，可以用較易測(cè)量的量替代，從而簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)。在“驗(yàn)證碰撞中的動(dòng)量守恒”的實(shí)驗(yàn)中，兩球碰撞后的速度不易直接測(cè)量，在將整個(gè)平拋時(shí)間定為時(shí)間單位后，速度的測(cè)量就轉(zhuǎn)化為對(duì)水平位移的測(cè)量了。4．模擬法：當(dāng)實(shí)驗(yàn)情景不易創(chuàng)設(shè)或根本無(wú)法創(chuàng)設(shè)時(shí)，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(gè)情景的本質(zhì)可能根本不同。磁感線的確定.5．微小量放大法：微小量不易測(cè)量，勉強(qiáng)測(cè)量誤差也較大，實(shí)驗(yàn)時(shí)常采用各種方法加以放大。卡文迪許測(cè)定萬(wàn)有引力恒量，采用光路放大了金屬絲的微小扭轉(zhuǎn)；在觀察玻璃瓶受力后的微小形變時(shí)，使液體沿細(xì)玻璃管上升來(lái)放大瓶?jī)?nèi)液面的上升。（二）常見實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的收集方法1．利用測(cè)量工具直接測(cè)量基本物理量模塊基本物理量測(cè)量?jī)x器力學(xué)長(zhǎng)度刻度尺、游標(biāo)卡尺、螺旋測(cè)微器時(shí)間秒表（停表）、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器質(zhì)量（力）天平（彈簧秤）電學(xué)電阻（粗測(cè)）歐姆表、電阻箱電流（電壓）電流表（電壓表）熱學(xué)溫度溫度計(jì)2．常見間接測(cè)量的物理量及其測(cè)量方法有些物理量不能由測(cè)量?jī)x器直接測(cè)量，這時(shí)，可利用待測(cè)量和可直接測(cè)量的基本物理量之間的關(guān)系，將待測(cè)物理量的測(cè)量轉(zhuǎn)化為基本物理量的測(cè)量。①利用紙帶，；②利用平拋，①利用紙帶，逐差法；②利用單擺根據(jù)E＝U＋I(xiàn)r轉(zhuǎn)化為測(cè)量U、I然后聯(lián)立方程求解或運(yùn)用圖像處理電源電動(dòng)勢(shì)根據(jù)P=UI轉(zhuǎn)化為測(cè)量U、I電功率①根據(jù)轉(zhuǎn)化為測(cè)量U、I（伏安法）；②電阻箱（半偏、替代）電阻（精確測(cè)量）電學(xué)根據(jù)轉(zhuǎn)化為測(cè)量m、v功加速度速度力學(xué)基本測(cè)量方法待測(cè)物理量模塊（三）常用實(shí)驗(yàn)誤差的控制方法為了減小由于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)而引起的偶然誤差，常需要采用以下方法控制實(shí)驗(yàn)誤差。1．多次測(cè)量求平均值，這是所有實(shí)驗(yàn)必須采取的辦法，也是做實(shí)驗(yàn)應(yīng)具有的基本思想。2．積累法。一些小量直接測(cè)量誤差較大，可以累積起來(lái)測(cè)量，以減小誤差?！坝脝螖[測(cè)定重力加速度”的實(shí)驗(yàn)中，為了減小周期的測(cè)量誤差，不是測(cè)量完成一次全振動(dòng)的時(shí)間，而是測(cè)量完成30~50次全振動(dòng)的時(shí)間。（四）常用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法1．列表法：在記錄和處理數(shù)據(jù)時(shí)，常將數(shù)據(jù)列成表格。數(shù)據(jù)列表可以簡(jiǎn)單而又明確的表示出有關(guān)物理量之間的關(guān)系，有助于找出物理量之間的規(guī)律性的聯(lián)系。列表的要求是①寫明表的標(biāo)題或加上必要的說(shuō)明；②必須交待清楚表中各符號(hào)所表示的物理量的意義，并寫明單位；③表中的數(shù)據(jù)要正確反映測(cè)量結(jié)果的有效數(shù)字。2．作圖法：用作圖法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是物理實(shí)驗(yàn)中最常用的方法之一。用作圖法處理數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)是直觀、簡(jiǎn)便，有取平均的效果，由圖線的斜率、截距、所包圍面積和圖線的交點(diǎn)等可以研究物理量之間的變化及其關(guān)系，找出規(guī)律。作圖的規(guī)則是：①作圖一定要用坐標(biāo)紙．坐標(biāo)紙的大小要根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)有效數(shù)字的多少和結(jié)果的需要來(lái)定；②要標(biāo)明坐標(biāo)軸名、單位，在軸上每隔一定相等的間距按有效數(shù)字位數(shù)標(biāo)明數(shù)值；③圖上連線要是光滑曲線（或直線），連線時(shí)不一定要通過(guò)所有的數(shù)據(jù)點(diǎn)，而是要使數(shù)據(jù)點(diǎn)在線的兩側(cè)合理的分布；④在圖上求直線的斜率時(shí)，要選取線上相距較遠(yuǎn)的兩點(diǎn)，不一定要取原來(lái)的數(shù)據(jù)點(diǎn)；⑤作圖時(shí)常設(shè)法使圖線線性化，即“化曲為直”。3．平均值法：將測(cè)定的若干組數(shù)相加求和，然后除以測(cè)量次數(shù)．必須注意，求取平均值時(shí)應(yīng)該按原來(lái)測(cè)量?jī)x器的準(zhǔn)確度決定保留的位數(shù)。4．逐差法：這就是用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶計(jì)算加速度時(shí)用到的方法，這種方法充分利用了測(cè)量數(shù)據(jù)，具有較好的取平均的效果。要求認(rèn)識(shí)誤差問題在實(shí)驗(yàn)中的重要性，了解誤差的概念，知道系統(tǒng)誤差和偶然誤差；知道用多次測(cè)量求平均值的方法減小偶然誤差；能在某些實(shí)驗(yàn)中分析誤差的主要來(lái)源；不要求計(jì)算誤差。要熟練掌握常見實(shí)驗(yàn)的誤差情況及分析方法。（五）有關(guān)誤差分析的問題23．（15分）用伏安法測(cè)量電阻阻值R，并求出電阻率ρ。給定電壓表（內(nèi)阻約為50kΩ）、電流表（內(nèi)阻約為40Ω）、滑線變阻器、電源、電鍵、待測(cè)電阻（約為250Ω）及導(dǎo)線若干。（1）畫出測(cè)量R的電路圖。（2）圖1中的6個(gè)點(diǎn)表示實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的6組電流I、電壓U的值，試寫出根據(jù)此圖求R值的步驟：

。求出的電阻值R＝

。（保留3位有效數(shù)字）（3）待測(cè)電阻是一均勻材料制成的圓柱體，用游標(biāo)為50分度的卡尺測(cè)量其長(zhǎng)度與直徑，結(jié)果分別如圖2、圖3所示。由圖可知其長(zhǎng)度為

，直徑為

。（4）由以上數(shù)據(jù)可求出ρ＝

。（保留3位有效數(shù)字）23．（15分）（1）或（2）①作U－I直線，舍去左起第2點(diǎn)，其余5個(gè)點(diǎn)盡量靠近直線且均勻分布在直線兩側(cè)。②求該直線的斜K，則R＝K。229Ω（221～237Ω均為正確）。（3）0.800cm（4）8.46×10－2Ω·m（8.16×10－2～8.76×10－2Ω·m均為正確）（一）電學(xué)實(shí)驗(yàn)中所用到的基本知識(shí)專題二電學(xué)實(shí)驗(yàn)1．電路設(shè)計(jì)原則：正確地選擇儀器和設(shè)計(jì)電路的問題，有一定的靈活性，解決時(shí)應(yīng)掌握和遵循一些基本的原則，即“安全性”、“方便性”、“精確性”原則，兼顧“誤差小”、“儀器少”、“耗電少”等各方面因素綜合考慮，靈活運(yùn)用。⑴正確性：實(shí)驗(yàn)原理所依據(jù)的原理應(yīng)當(dāng)符合物理學(xué)的基本原理。⑵安全性：實(shí)驗(yàn)方案的實(shí)施要安全可靠，實(shí)施過(guò)程中不應(yīng)對(duì)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，不能燒壞儀器。⑶方便性：實(shí)驗(yàn)應(yīng)當(dāng)便于操作，便于讀數(shù)，便于進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。⑷精確性：在實(shí)驗(yàn)方案、儀器、儀器量程的選擇上，應(yīng)使實(shí)驗(yàn)誤差盡可能的小。2．電學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器的選擇：⑴根據(jù)不使電表受損和盡量減少誤差的原則選擇電表。首先保證流過(guò)電流表的電流和加在電壓表上的電壓均不超過(guò)使用量程，然后合理選擇量程，務(wù)必使指針有較大偏轉(zhuǎn)（一般要大于滿偏度的1/3），以減少測(cè)讀誤差。⑵根據(jù)電路中可能出現(xiàn)的電流或電壓范圍選擇滑動(dòng)變阻器，注意流過(guò)滑動(dòng)變阻器的電流不超過(guò)它的額定值，對(duì)大阻值的變阻器，如果是滑動(dòng)頭稍有移動(dòng)，使電流、電壓有很大變化的，不宜采用。⑶應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)的基本要求來(lái)選擇儀器，對(duì)于這種情況，只有熟悉實(shí)驗(yàn)原理，才能作出恰當(dāng)?shù)倪x擇?？傊顑?yōu)選擇的原則是：方法誤差盡可能??；間接測(cè)定值盡可能有較多的有效數(shù)字位數(shù)，直接測(cè)定值的測(cè)量使誤差盡可能小，且不超過(guò)儀表的量程；實(shí)現(xiàn)較大范圍的靈敏調(diào)節(jié)；在大功率裝置（電路）中盡可能節(jié)省能量；在小功率電路里，在不超過(guò)用電器額定值的前提下，適當(dāng)提高電流、電壓值，以提高測(cè)試的準(zhǔn)確度。3．測(cè)量電路的選擇⑴電流表的內(nèi)、外接問題：（甲）所示電路為電流表外接電路（簡(jiǎn)稱外接法）；（乙）所示電路為電流表內(nèi)接電路（簡(jiǎn)稱內(nèi)接法）。兩種接法的選擇可按下列方法進(jìn)行：方法一：設(shè)電流表、電壓表內(nèi)阻分別為RA、RV

，被測(cè)電阻為RX，則當(dāng)RV/RX>RX/RA時(shí)，電壓表分流作用小，應(yīng)選用外接法當(dāng)RV/RX<RX/RA時(shí)，電流表分壓作用小，應(yīng)選用內(nèi)接法當(dāng)RV/RX=RX/RA時(shí)，電流表分壓作用和電壓表分流作用相差不大，兩種方法均可。abc方法二：在均不知的情況下，可采用試觸法。如圖所示，分別將a端與b、c接觸，如果前后兩次電流表示數(shù)比電壓表示數(shù)變化明顯，說(shuō)明電壓表分流作用大，應(yīng)采用內(nèi)接法；如果前后兩次電壓表示數(shù)比電流表示數(shù)變化明顯，說(shuō)明電流表分壓作用大，應(yīng)采用外接法。甲乙⑵滑動(dòng)變阻器的分壓、限流接法：為了改變測(cè)量電路（待測(cè)電阻）兩端的電壓（或通過(guò)測(cè)量電路的電流），常使滑動(dòng)變阻器與電源連接作為控制電路，滑動(dòng)變阻器在電路中主要有兩種連接方式：如圖（甲）為滑動(dòng)變阻器的限流式接法，RX為待測(cè)電阻。它的接線方式是電源、滑動(dòng)變阻器與待測(cè)電阻三者串聯(lián)。對(duì)待測(cè)電阻供電電壓的最大調(diào)節(jié)范圍是：RX是待測(cè)電阻，R是滑動(dòng)變阻器的總電阻，不計(jì)電源內(nèi)阻)。如圖（乙）是滑動(dòng)變阻器的分壓式接法。接線方式是電源與滑動(dòng)變阻器組成閉合電路，而被測(cè)電路與滑動(dòng)變阻器的一部分電阻并聯(lián)，該接法對(duì)待測(cè)電阻供電電壓的調(diào)節(jié)范圍是：0~E（不計(jì)電源內(nèi)阻時(shí)）。選取接法的原則：①要求負(fù)載上電壓或電流變化范圍大，且從零開始連續(xù)可調(diào)，須用分壓式接法。②負(fù)載電阻Rx遠(yuǎn)大于滑動(dòng)變阻器總電阻R時(shí)，須用分壓式接法，此時(shí)若采用限流式接法對(duì)電路基本起不到調(diào)節(jié)作用。③采用限流電路時(shí)，電路中的最小電流（電壓）仍超過(guò)電流表的量程或超過(guò)用電器的額定電流（電壓）時(shí)，應(yīng)采用變阻器的分壓式接法。④負(fù)載電阻的阻值Rx小于滑動(dòng)變阻器的總電阻R或相差不大，并且電壓表、電流表示數(shù)變化不要求從零開始起調(diào)，可用限流式接法。⑤兩種電路均可使用時(shí)應(yīng)優(yōu)先用限流式接法，因?yàn)橄蘖麟娐方Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，總功率較小?；瑒?dòng)變阻器的粗調(diào)和微調(diào)作用：①在限流電路中，全電阻較大的變阻器起粗調(diào)作用，全電阻較小的變阻器起微調(diào)作用。②在分壓電路中，全電阻較小的變阻器起粗調(diào)作用，全電阻較大的變阻器起微調(diào)作用。4．實(shí)物圖的連接：實(shí)物圖連線應(yīng)掌握基本方法和注意事項(xiàng)。⑴注意事項(xiàng)：①連接電表應(yīng)注意量程選用正確，正、負(fù)接線柱不要接錯(cuò)。②各導(dǎo)線都應(yīng)接在接線柱上，不應(yīng)在導(dǎo)線中間出現(xiàn)分叉。③對(duì)于滑動(dòng)變阻器的連接，要搞清楚接入電路的是哪一部分電阻，在接線時(shí)要特別注意不能將線接到滑動(dòng)觸頭上。⑵基本方法：①畫出實(shí)驗(yàn)電路圖。②分析各元件連接方式，明確電流表與電壓表的量程。③畫線連接各元件。(用鉛筆畫線，以便改錯(cuò))連線方式應(yīng)是單線連接，連線順序應(yīng)先畫串聯(lián)電路，再畫并聯(lián)電路。一般先從電源正極開始，到電鍵，再到滑動(dòng)變阻器等。按順序以單線連接方式將干路中要串聯(lián)的元件依次串聯(lián)起來(lái)；然后連接支路將要并聯(lián)的元件再并聯(lián)到電路中去。連接完畢，應(yīng)進(jìn)行檢查，檢查電路也應(yīng)按照連線的方法和順序。限流式電路安培表內(nèi)接法RX＞＞RARXAV限流式電路安培表外接法

RX＜＜RVRXVAAV分壓式電路安培表內(nèi)接法RX＞＞RAAVRX分壓式電路安培表外接法RX＜＜RVVARX伏安法測(cè)電阻電路替代法測(cè)量電阻∵I2R=I1Rx∴Rx=I2R/I1RxRAI1ARRxARRxI2比較法測(cè)量電阻VA1伏安法測(cè)電壓表電阻VRabSR0半偏法測(cè)量電表電阻GS1S2R1R2半偏法R1>>R2R測(cè)量<R真實(shí)R<<R0R測(cè)量>R真實(shí)由I1Rx=I2R得Rx=I2R／I1比較法測(cè)電阻A1A2R1=100Ω

R2=50Ω由I1r1=I2r2得r1=I2r2／I1vRXv甲、乙甲圖中的電壓表的電壓U1、乙圖中的電壓表的電壓U2比較法測(cè)電壓表電阻返回vvAAU1=E-I1rU2=E-I2rE=I1(R1+r)E=I2(R2+r)E=U1+U1r/R1

E=U2+U2r/R2測(cè)電動(dòng)勢(shì)內(nèi)阻電路返回

將量程為100微安的電流表改裝成量程為1毫安的電流表,并用一標(biāo)準(zhǔn)電流表與改裝后的電流表串聯(lián),對(duì)它進(jìn)行校準(zhǔn)(核對(duì)).改裝及校準(zhǔn)所用器材的實(shí)物圖如下(其中標(biāo)準(zhǔn)電流表事先已與一固定電阻串聯(lián).以防燒表).校準(zhǔn)時(shí)要求通過(guò)電流表的電流能從0連續(xù)調(diào)到1毫安.試按實(shí)驗(yàn)要求在所給的實(shí)物圖上連線.電路連接有錯(cuò)誤,但電表改裝部分的接線正確(指電阻箱與微安表并聯(lián)),給1分;只要電表改裝部分的電路連接有錯(cuò)誤，就給0分.解:畫出電路圖，連線如圖示。μAA返回RXVAAV用伏安法測(cè)量金屬導(dǎo)線的電阻R，試把圖中給出的器材連接成測(cè)量R的合適的電路。圖中安培表的量程為，內(nèi)阻接近1Ω，伏特表的量程為3V，內(nèi)阻為幾KΩ；電源的電動(dòng)勢(shì)為6V，變阻器的阻值為0—20Ω。在閉合電鍵前，變阻器滑動(dòng)觸點(diǎn)應(yīng)處于正確位置。解：金屬導(dǎo)線的電阻不大，安培表應(yīng)外接，變阻器電阻比較大，可用限流接法，畫出電路圖如下：+-返回在用伏安法測(cè)電阻的實(shí)驗(yàn)中,所用電壓表的內(nèi)阻約為20千歐,電流表的內(nèi)阻約為10歐,選擇能夠盡量減小誤差的電路圖接線進(jìn)行實(shí)驗(yàn),讀得的各組數(shù)據(jù)用實(shí)心圓點(diǎn)標(biāo)于坐標(biāo)圖上(如右圖所示).

(1)根據(jù)各點(diǎn)表示的數(shù)據(jù)描出I-U圖線,由此求得該電阻的阻值Rx=

歐(保留兩位有效數(shù)字).(2)畫出此實(shí)驗(yàn)的電路原理圖.×103mAvRx返回如下圖所示,P是一根表面均勻地鍍有很薄的發(fā)熱電阻膜的長(zhǎng)陶瓷管(其長(zhǎng)度l為50厘米左右,直徑D為10厘米左右),鍍膜材