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专题十二实验,典例赏析,要点回顾,复习指南,目录,专题十二实验,物理学是一门以实验为基础的自然学科.高中物理新课程标准对科学探究和物理实验提出了以下要求：能发现与物理学有关的问题,提出问题;对解决问题的方式和问题的答案提出合理猜想和假设;对研究的问题制定合理的方案;能根据方案进行实验并记录收集证据;能对实验现象和数据进行解释、描述、分析和论证;能尝试分析假设与实验结果间的差异,并进行评估;能写出实验探究报告,注重与他人交流合作.高中物理实验主要包括三个方面:针对物理学中一些基本物理量的测定而设置的实验;针对一些重要物理规律的研究、验证而设置的实验;探究、设计性实验.为完成这些实验,必须了解一些实验基础知识,复习指南,返回目录,复习指南,返回目录,如有效数字知识、数据处理方法和误差分析方法等,还必须能正确使用一些常用的基本仪器.对近几年的高考实验试题的统计分析可以看出,高考实验考查的重点有:以考查电学实验为重点;重视对基本仪器使用的考查;注重联系实际操作的考查,如基本仪器的读数,实验电路的连线等;加强了对考生实验观察能力的考查,将学生分组实验与演示实验相结合,突出物理教学的特点;注重对实验思想,方法和原理理解的考查.,专题十二实验,要点回顾,一、基本仪器的使用基本仪器是指通用性强，在各种实验中经常用到的仪器.中学阶段，要求掌握的基本仪器如下：,返回目录,专题十二实验,基本仪器,测量长度的仪器刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器测量质量的仪器天平测量时间的仪器打点计时器、秒表测量力的仪器弹簧秤测量温度的仪器温度计测量电学量仪器电流表、电压表、多用电表、示波器电学控制仪器滑动变阻器、变阻箱、开关,要点回顾,返回目录,对以上这些仪器，要理解结构原理、规格和主要参数，知道使用方法、注意事项、读数和精度等.1.理解仪器的工作原理.这能使我们灵活的使用仪器和分析问题.例如，理解10分度的游标卡尺，也就能理解和使用20分度和50分度的游标卡尺，同时也能设计其它精度的游标卡尺.2.熟悉仪器使用时的注意事项.这往往是高考实验题的考点.注意事项一般是这样几方面：可能危及仪器安全的.如：螺旋测微器，在小砧块接触工件时，应改用，以免损坏精密螺杆.可能增大误差的.如使用螺旋测微器，读数时要注意；测量仪器使用前，要调整（如弹簧秤、各种电表）.使用时容易忽略的是仪器使用前的调整和使用后的复位.如：使用欧姆表，要机械调零和电阻挡调零，换挡后要重新进行电阻挡调零，使用完毕要复位.,专题十二实验,3.正确选择量程.大的量用小量程，会损毁仪表；小的量用大量程，会增大误差.选择量程的原则是：在测量值不超过量程的前提下，选用量程；在完全不清楚测量值的情况下，试用，再视情况逐渐量程.如电流表和电压表一般要求指针能偏转到刻度盘的以上；欧姆表指针应在范围内，R中为刻度盘中心阻值.4.掌握测量仪器的读数方法.主要是估读问题，大部分刻度仪器读数时都需要估读.如刻度尺和温度计，要估读到最小刻度的；螺旋测微器要估读到可动刻度的.注意游标卡尺、秒表、电阻箱等估读.二、基本实验方法物理实验一般围绕实验的原理设计、误差控制、数据处理三个环节.在中学阶段涉及的主要是以下一些方法：,要点回顾,返回目录,专题十二实验,要点回顾,返回目录,1.设计实验原理实验原理设计的基本方法：（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.（2）近似替代法.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，在将整个定为时间单位后，速度的测量就转化为对的测量了.,专题十二实验,要点回顾,返回目录,专题十二实验,（4）模拟法.当实验情景不易或根本无法创设时，可以用物理模型或数学模型等效的情景代替，尽管两个情景的本质可能根本不同.“描绘电场中的等势线”的实验就是用模拟静电场.（5）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.卡文迪许测定万有引力恒量，采用光路放大了金属丝的；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.2.实验原理设计原则（1）正确性：实验原理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、电阻均有最大允许电流和最大功率，电源也有最大允许电流.,要点回顾,返回目录,（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.设计思路实验设计可用下面的框图表示,专题十二实验,要点回顾,返回目录,解决设计型实验问题的关键是确定实验原理，它是进行实验设计的根本依据和起点，它决定应当测量哪些物理量、如何安排实验步骤、如何处理数据等.实验原理的确定，要根据问题的要求和给出的条件，回顾分组实验和演示实验，寻找能够迁移应用的实验原理，或者回顾物理原理，寻找有关的物理规律，设法创设相关的物理情景，并根据已掌握的基本仪器核对是否能够测出必须测定的物理量.因此，掌握基本仪器的使用方法、基本的实验方法和基本物理原理是解答设计型实验题的基础.中学的设计型实验一般要求考生根据题目提出的目的要求和给出的器材设计出实验方案.这类题对考生的要求较高，要求考生能将课本中分组实验和演示实验的实验原理、实验方法迁移到新的背景中，要求考生深刻理解物理概念和规律，并能灵活运用，要求考生有较强的创新能力.,专题十二实验,要点回顾,返回目录,3.控制实验误差（1）多次测量法.可减小偶然误差，这是所有实验必须采取的办法，也是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，而是测量完成全振动的时间.4.数据处理实验数据处理是对原始实验记录的科学加工.通过数据处理,往往可以从一堆表面难以察觉的、似乎毫无关系的数据中找出内在的规律.在中学物理中只要求掌握数据处理的最简单的方法：,专题十二实验,要点回顾,返回目录,（1）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，有取平均的效果.由图线的斜率、截距、所包围的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,作图的原则是：作图一定要用坐标纸,坐标纸的大小要根据和来确定：要标明坐标轴名、单位,在x轴上每隔一定相等的间距按标明数值；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,而是要使数据点分布；在图上求直线的斜率时,要选取线上两点,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”.（2）平均值法.将测定的若干组数相加,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决定保留的位数.（3）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.,专题十二实验,典例赏析,例1（1）测一金属丝直径时,螺旋测微器的示数如图所示，可知该金属丝的直径为mm，若将可动刻度再顺时针转过半圈(从右往左看)，则读数为mm.（2）用一支游标卡尺测量一圆柱外径时，游标尺零刻度线在主尺的3.2cm和3.3cm之间，所测得的数值为3.248cm，则可知此游标尺共有个等分刻度.游标尺的第条刻线恰好与主尺上的一条刻线对齐.用这一游标尺测量出如下几个数据：A.0.66mmB.2.613cmC.2.800cmD.1.00mm其中不符合要求的读数是.,返回目录,专题十二实验,分析螺旋测微器的读数规则：以鼓轮边缘为准，在固定刻度上读出整毫米数；判断固定刻度线上的半毫米刻度线是否露出，读出半毫米数；看可动刻度上的第几条刻度线与固定刻度上的横线重合，将其刻度数（格数）乘以精确度得出可动刻度上示数；测量长度为上述三者之和.游标卡尺的读数规则：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线与主尺上的某一刻度线（不管是第几条刻度线）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小数.,典例赏析,返回目录,专题十二实验,解析（1）由螺旋测微器读数规则读数：以鼓轮边缘为准，在固定刻度上读出整毫米数为2，即2mm；半毫米刻度线已露出，读数为0.5mm；从可动刻度上可读出半毫米以下小数：对齐的刻度线格数是4.5格,精确度为0.01mm，所以读数为0.045mm；金属丝长度为上述三者之和为2.545mm.根据螺旋测微器制作原理，鼓轮向前或向后转一圈，则鼓轮向前进或向后退0.5mm，所以将可动刻度再顺时针转过半圈(从右往左看)，则鼓轮向左前进0.25mm，螺旋测微器的示数应变为2.295mm.（2）常用的游标卡尺有10、20和50分度的，其精确度分别为0.1mm、0.05mm和0.02mm.从所得数值3.248cm可知此游标卡尺的精确度为0.02mm，游标尺上共有50个等分刻度.,典例赏析,返回目录,专题十二实验,数值3.248cm毫米以下的数值是0.48mm，游标尺上对应的格数为24格，即游标尺上第24条刻度线恰好与主尺上的一条刻度线对齐.此游标卡尺的精确度为0.02mm，且游标卡尺不需要估读，所以游标尺的最终读数值只能是0.02mm的整数倍，所以数据B不符合游标尺的读数要求.,典例赏析,返回目录,专题十二实验,答案（1）2.545mm2.295mm；（2）5024B.,点评千分尺（螺旋测微器）制作原理和我们生活中的螺丝一样,螺丝在螺母中旋进或旋出一圈的距离相同,即螺距是相同的.螺旋测微器的鼓轮向前或向后转一圈,则鼓轮向前进或向后退相同的距离（即螺距）且为0.5mm.千分尺量程一般为025mm,最小分度是0.01mm.,典例赏析,返回目录,专题十二实验,使用千分尺应注意：在测微螺杆快要接近被测物体时，要改用螺旋柄后端的微调旋钮（刺轮），以免将待测物夹得太紧使测量结果不准确，或损坏千分尺内的精密螺纹；由千分尺读数时必须估读一位，即应估读到0.001mm这一位上.游标卡尺是利用主尺的每一分度与游标尺的每一分度的差值来提高测量精确度的.如10分度的游标卡尺,主尺的每一小格表示1mm,而游标尺上每一小格为0.9mm,其差值为0.1mm,利用它可使精确度达到0.1mm.对N分度的游标卡尺,其精确度为x1mmmmmm.当问题中没有显示游标尺零刻度线位置时,可以从最后一根刻度线的位置,根据三种游标尺总刻度的长度是9mm,19mm,49mm倒推出来.读数时应注意，游标卡尺的读数不需要估读.高中范围内不需要估读的仪器还有秒表、电阻箱.,变式练习1在利用双缝干涉测定光波波长时，首先调节光源、滤光片、单缝和双缝的中心均位于遮光筒的中心轴线上，并使单缝和双缝竖直并且互相平行.当屏上出现了干涉图样后，用测量头上的游标卡尺去测量，转动手轮，移动分划板使分划板中心刻线与某条明纹中心对齐时（如图A所示），将此明纹记为1.然后再转动手轮，分划板中心刻线向右移动，依次经过2、3等条明纹，最终与明纹6中心对齐.分划板中心刻线与明纹1和明纹6对齐时游标卡尺示数分别如图B、C所示（游标卡尺为10分度）.则图B对应的读数为m，图C对应的读数为m.用刻度尺量得双缝到屏的距离为60.00cm,由双缝上的标示获知双缝间距为0.2mm，则发生干涉的光波波长为m.,典例赏析,返回目录,专题十二实验,在实验中，若经粗调后透过测量头上的目镜观察，看不到明暗相间的条纹，只看到一片亮区.造成这种情况的最可能的原因是_.,典例赏析,返回目录,专题十二实验,典例赏析,返回目录,例2在利用单摆测定重力加速度的实验中，一位学生在不同摆长l的条件下，测得单摆的周期T与摆长l的关系如下表,试在下图所示坐标纸上画出T2与l的关系图线，写出利用图线求重力加速度的公式，g.由图线计算出的重力加速度的值gm/s2（保留3位有效数字）.,专题十二实验,典例赏析,返回目录,专题十二实验,典例赏析,返回目录,分析由T2变形有T242,T2与l的关系图线应为一条直线,其斜率即为42/g.求出图线的斜率就可以求出重力加速度值.,解析（1）T2与l的关系图线如下图所示.（2）在图线上取两点,其坐标值为（T,l1）和（T,l2）由单摆周期公式T2有：T242则T42,T42,解得：g42.,专题十二实验,典例赏析,返回目录,（3）取两坐标具体值代入即可得g值（具体计算略，答案是9.709.90之间）.,专题十二实验,答案见解析.,点评由T2知道，T，T与l的关系是非线性的，作T2l图线，可以化曲为直，便于观察各量关系，减小实验误差.将g42变形为g，由此可知，在单摆摆长难以测量时，可以通过测量两次摆动的周期及两次的摆长之差测定重力加速度.,典例赏析,返回目录,变式练习2做匀加速直线运动的小车,牵引一条纸带通过打点计时器,交流电源的频率是50Hz.由纸带上打出的某一点开始,每5个点剪下一段纸带，按图所示,使每一条纸带下端与x轴重合,左边与y轴平行，将纸带贴在直角坐标系中，求:（1）在第一个0.1s内中间时刻的速度是m/s.（2）运动物体的加速度是m/s2.,专题十二实验,典例赏析,返回目录,例3实验室中现有器材如实物图所示，有：电池E,电动势约10V,内阻约1；电流表A1，量程约10A，内阻r1约为0.2；电流表A2，量程300mA，内阻r2约5；电流表A3，量程250mA，内阻r3约5；电阻箱R1，最大阻值999.9，最小阻值改变量为0.1；滑线变阻器R2，最大值100；开关S；导线若干.,专题十二实验,典例赏析,返回目录,要求用下图所示的电路测量图中电流表A的内阻（1）在所给的三个电流表中，哪几个可以用此电路精确测出其内阻？答：.（2）在可测的电流表中任选一个作为测量对象，在实物图上连成测量电路.（3）你要读出的物理量是.用这些物理量表示待测内阻的计算公式是.,专题十二实验,典例赏析,返回目录,专题十二实验,分析该题要求根据电路图设想出实验原理，属于有一定提示的设计型实验.与我们学过的伏安法测电阻相比较，这里被测电阻是电流表的内阻，它能显示出通过自身的电流，因此只要知道其上的电压就行，但没有电压表，却有另一只电流表.根据电路图可以看出，如果图中表A是被测表，则其上电压就是电阻箱上电压，利用两只电流表的读数差和电阻箱上显示的阻值可以求出该电压，这样就可以求出电流表的电阻.,解析（1）电流表A1不能精确测出其内阻，因这时图中的电流表A应为A2、A3中的一只，这使得电流表A1中的电流不能超过300mA，其指针的偏转极其微小，误差很大.而A2、A3可用此电路精确测出其内阻.,典例赏析,返回目录,（2）若测r3，实物连线如上图所示.（3）根据前面的分析，要读出的物理量是A、A两电流表的示数I、I和电阻箱的阻值R1，待测内阻的计算公式是RAR1,专题十二实验,答案见解析.,典例赏析,返回目录,点评该题是分组实验原理迁移型的实验题，是高考实验题中常出现的一种.因此在做设计型实验题时，首先应回顾分组实验的实验原理，看看是否有迁移的可能.该题实际上是用比较法测电阻，比较待测电流表和电阻箱上的电流，从而比较出待测电流表的电阻.,专题十二实验,变式练习3有一标有“6V，1.5W”的小灯泡，现用图（a）所示电路测量其在不同电压下的实际功率，提供的器材除导线和开关外，还有（）A.直流电源6V（内阻不计）B.直流电流表03A(内阻0.1以下)C.直流电流表0300mA(内阻约为5)D.直流电压表015V(内阻约为15k),E.滑动变阻器102AF.滑动变阻器10.5A（1）实验中电流表应选用，滑动变阻器应选用.（用序号表示）.（2）试按图（a）电路将图（b）所示器材连成电路,典例赏析,返回目录,专题十二实验,
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