2019-2020年高三物理第二轮专题复习专题五 物理实验.doc

2019-2020年高三物理第二轮专题复习专题五 物理实验黄冈中学 丁汝辉自然科学是实验性科学，物理实验是物理学的重要组成部分理科综合对实验能力提出了明确的要求，即是“设计和完成实验的能力”，它包含两个方面：1独立完成实验的能力包括：（1）理解实验原理、实验目的及要求；（2）掌握实验方法步骤；（3）会控制实验条件和使用实验仪器，会处理实验安全问题；（4）会观察、解释实验现象，会分析、处理实验数据；（5）会分析和评价实验结果，并得出合理的实验结论2设计实验的能力能根据要求灵活运用已学过的物理理论、实验方法和仪器，设计简单的实验方案并处理相关的实验问题一、基本仪器的使用方法归纳1要求会正确使用的仪器刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器、天平、秒表、打点计时器、弹簧秤、温度表、电流表、电压表、多用电表、滑动变阻器、电阻箱、示波器2在力学和电学实验中，常需要利用测量工具直接测量基本物理量基本物理量测量仪器力学长度刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器时间秒表（停表）、打点计时器质量天平电学电阻（粗测）欧姆表、电阻箱电流电流表电压电压表用各种测量仪器测量有关物理量，读数时首先要弄清测量仪器的精度以螺旋测微器为例：精度为mm=0.01mm，其读数方法是：读数=固定刻度数(含半毫米刻度)可动刻度数（含估读刻度数）精度 典例分析【例1】 请将下列各种测量仪器的读数填在题中的横线上示数_cm 示数_cm示数_s 示数_s电阻箱连入电路中的电阻为_此时待测电阻为_用015V档，此电压表示数为_V用00.6A档，此电流表示数为_A【特别提示】 一般来说，除游标卡尺、秒表、电阻箱外，其他测量仪器的读数都需要估读，即读到精度的下一位二、独立完成实验方法归纳1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待测物理量基本测量方法力学速度利用纸带，；利用平抛，加速度利用纸带，逐差法；利用单摆力根据F=ma转化为测量m、a功根据转化为测量m、S、v电学电阻（精确测量）根据转化为测量U、I（伏安法）；电阻箱（半偏、替代）电功率根据P=IU转化为测量U、I电源电动势根据EUIr转化为测量U、I2处理实验数据的常用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进行处理（1）多次测量求平均值；（2）图象法3实验误差的分析中学物理中只要求初步了解系统误差和偶然误差、绝对误差和相对误差的概念；能定性分析某些实验中产生误差的主要原因；知道用平均值法、图象法减小偶然误差；但不要求计算误差（1）系统误差和偶然误差：测量值总是有规律的朝着某一方向偏离真值（总是偏大或总是偏小）的误差，称为系统误差系统误差的主要来源是仪器本身不够精确，或实验原理、方法不够完善由于偶然因素的影响，造成测量值的无规则起伏称为偶然误差偶然误差是由于各种偶然因素对实验者、测量仪器，被测物理量的影响而产生的，多次测量偏大和偏小的机会相同，因此，多次测量求平均值可减小偶然误差（2）绝对误差和相对误差：设某物理量的真值为A0，测量值为A，则绝对误差，相对误差为真值A0常以公认值、理论值或多次测量的平均值代替典型分析【例1】 一打点计时器固定在斜面上某处，一小车拖着穿过打点计器的纸带从斜面上滑下，如图5-1甲所示，图51乙是打出的纸带的一段图51（1）已知打点计时器使用的交流电频率为50Hz，利用图乙给出的数据可求出小车下滑的加速度a=_（2）为了求出小车在下滑过程中所受的阻力，还需要测量的物理量有_，用测得的量及加速度a表示阻力的计算式为f =_图53【例2】 一个有一定厚度的圆盘，可以绕通过中心且垂直于盘面的水平轴转动用下面的方法测量它匀速转动时的角速度实验器材：电磁打点计时器，米尺，纸带，复写纸实验步骤：（1）如图53所示，将电磁打点计时器固定在桌面上，将纸带的一端穿过打点计时器的限位孔后，固定在待测圆盘的侧面上，使圆盘转动时，纸带可以卷在圆盘侧面上（2）启动控制装置使圆盘转动，同时接通电源，打点计时器开始打点（3）经过一段时间，停止转动和打点，取下纸带，进行测量由已知量和测得量表示角速度的表达式为=_，式中各量的意义是_某次实验测得圆盘半径r =5.50102m，得到的纸带的一段如图54所示，求得角速度为_单位：cm图54【例3】 小灯泡灯丝的电阻会随温度的升高而变大某同学为研究这一现象，用实验得到如下数据（I和U分别表示小灯泡上的电流和电压）：I/(A)0.120.210.290.340.380.420.450.470.490.50U(V)0.200.400.600.801.001.201.401.601.802.00（1）在左下框中画出实验电路图可用的器材有：电压表、电流表、滑线变阻器（变化范围010）、电源、小灯泡、电键、导线若于（2）在图55中画出小灯泡的UI曲线图55（3）若将该小灯泡接在电动势是1.5V，内阻是2.0的电池两端，小灯泡的实际功率是多少?（简要写出求解过程，若需作图，可直接画在图中）三、实验设计专题精讲实验设计应把重点放在力学和电学实验上，力学以打点计时器为中心展开，电学以电阻测量为中心展开1进行实验设计的总体原则（1）精确性：在实验误差允许的范围内，应尽可能选择误差较小的方案（2）安全性：实验方案的实施要安全可靠，不会对器材造成损害，且成功率高（3）可操作性：实验应便于操作和读数，便于进行数据处理2实验设计的基本思路实验设计的关键在于实验原理的设计，它是进行实验的依据和起点，它决定了应选用（或还需）哪些实验器材，应测量哪些物理量，如何编排实验步骤而实验原理的设计又往往依赖于所提供的实验器材（条件）和实验要求，它们相辅相成，互为条件以测量电表的内阻为例：纵向：伏安法及变式1电流表、电压表各一只，可以测量它们的内阻VAVA2两只同种电表，若知道一只的内阻，就可以测另一只的内阻A2A1V1V23两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RA1A2V2V1R横向：除伏安法外，还常用替代法、半偏法和闭合电路欧姆定律（计算法）1替代法G2G2R21V1V2R21SS2半偏法GR2S2R1S1R1SVR23闭合电路欧姆定律（计算法）VS2REr（电阻不计）13电学实验的器材选择和电路设计（1）电路结构完整的实验电路包括三个部分：测量电路，控制电路（变阻器、开关），电源（2）思路测量电路器材选择配置控制电路电路选择控制调节 （3）方法电表选择：为了减小电表读数引起的偶然误差，选择电表时应先估算待测电流或电压的最大值，同时要考虑电表间、电表与电源间的配置是否合理，测量时各电表的最大偏转量都应接近量程分压、限流电路选择在下列情况下应选择分压电路1实验要求待测电阻两端电压从零开始连续变化。2限流不能保证安全，即限流电路中的最小电流超过电表量程或用电器的额定电流常见于变阻器全电阻远小于测量部分电阻的情况3限流能保证安全，但变阻器调节过程中，电表读数变化不明显，不满足实验测量多组数据的要求常见于变阻器全电阻远小于测量部分电阻的情况在限流、分压两种电路都满足实验要求时，由于限流电路结构简单，损耗的电功率小，应优先选用滑动变阻器的粗调和微调图58在限流电路中，对测量电路而言，全电阻较大的变阻器起粗调作用，全电阻较小的变阻器起微调作用；在分压电路中，变阻器的粗、微调作用正好与限流电路相反典型分析【例4】 如图58所示，水平桌面上固定着斜面体A，有小铁块B斜面体的斜面是曲面，由其截面图可以看出曲线下端的切线是水平的现提供的实验测量工具有：天平、直尺 其它的实验器材可根据实验需要自选现要设计一个实验，测出小铁块B自斜面顶端由静止下滑到底端的过程中，小铁块B克服摩擦力做的功请回答下列问题：（1）除题中供给的器材处，还需要选用的器材是： _（2）简要说明实验中需要测量的物理量(要求在图上标明)：_（3）写出实验结果的表达式（重力加速度g已知）：_【例5】 用伏安法测量一个定值电阻的阻值，备用器材如下 ：待测电阻Rx （阻值约为25k）电流表A1：（量程100A，内阻2k）电流表A2：（量程500A，内阻300）电压表V1：（量程10V，内阻100k）电流表V2：（量程50V，内阻500k）电源E：（电动势15V，允许最大电流1A）滑动变阻器R：（最大阻值1k）电键S，导线若干为了尽量减小实验误差，要求测多组数据（1）电流表应选_，电压表应选_（2）画出实验电路图【变式】 用以下器材测量一待测电阻Rx的阻值（9001000）：电源E，具有一定内阻，电动势约为9.0V；电压表V1，量程为1.5V，内阻r1=750；电压表V2，量程为5V，内阻r2=2500；滑线变阻器R，最大阻值约为100；单刀单掷开关S，导线若干图511（1）测量中要求电压表的读数不小于其量程的，试画出测量电阻Rx的一种实验电路原理图(原理图中的元件要用题图中的相应的英文字母标注）（2）根据你所画的电路原理图在题给的实物图511上画出连线（3）若电压表V1的读数用U1表示，电压表v2的读数用U2表示，则由已知量和测得量表示Rx的公式为Rx=_【例6】 为了测定电流表A1的内阻，采用如图514所示的电路其中：A1是待测电流表，量程为300A，内阻约为100；A2是标准电流表，量程为200A；R1是电阻箱，阻值范围是0999.9；R2是滑动变阻器；R3是保护电阻；E是电池组，电动势为4V，内阻不计；S1是单刀掷开关S2是单刀双掷开关图514 图515（1）根据电路图，请在图515中画出连线，将器材连接成实验电路图516（2）连接好电路，将开关S2扳到接点a处，接通开关S1，调整滑动变阻器R2使电表A2的读数是150A；然后将开关S2扳到接点b处，保护R2不变，调节电阻R1，使A2的读数仍为150A若此时电阻箱各旋钮的位置如图516所示，电阻箱的阻值是_，则待测电流表A1的内阻R1=_（3）上述实验中，无论怎样调整滑动变阻器R2的滑动端位置，都要保证两块电流表的安全在下面提供的四个电阻中，保护电阻R3应选用：_（填写阻值相应的字母）A200k B20k C15k D20（4）下面提供最大阻值不同的四个滑动变阻器供选用既要满足上述实验要求，又要调整方便，滑动变阻器_（填写阻值相应的字母）是最佳选择A1k B5k C10k D25k【例7】 现有一块59C2型的小量程电流表G（表头），满偏电流为50，内阻约为800850，把它改装成1mA、10mA的两量程电流表，可供选择的器材有：滑动变阻器R1，最大阻值20；滑动变阻器R2，最大阻值100k；电阻箱R，最大阻值9999；定值电阻R0，阻值1k；电池E1，电动势1.5V；电池E2，电动势3V；电池E3，电动势4.5V；（所有电池内阻不计），标准电流表A，满偏电流1.5mA；单刀单掷开关S1和S2；单刀双掷开关S3；电阻丝及导线若干（1）采用如图518（甲）所示电路测量表头的内阻，为提高测量精确度，选用的滑动变阻器为_，选用的电池为_甲 乙 丙图518（2）将G改装成两量程电流表，现有两种备选电路，如图518（乙）、（丙）所示图_为合理电路，另一电路不合理的理由是_（3）将改装后的电流表与标准电流表逐格进行核对（仅核对1mA量程），画出所用电路图，图中待核对的电流表符号用 来表示图520【例8】 （1）一个电压表VA的内阻RA=1000，量程为1.0V，现要利用电阻箱扩大它的量程，改装成量程为3.0V的电压表改装后，再用一量程为3.0V的精确的电压表VB对改装后的电压表的所有刻度进行校准除了这两个电压表VA、VB外，还有下列一些器材： 电源E（电动势约为6V，内阻较小）变阻器R（总电阻约10）电阻箱R0（09999）开关S导线若干如图520所示是以上器材和两个电压表VA、VB的实物示意图，试在图中画出连线，连成进行校准时的实验电路 图中电阻箱的取值等于_（2）用上述电压表VB和改装后并已校准过的电压表（以下称之为VC）以及一个开关和一些导线，去测量一个电动势大约为2V的电源的内阻r 简要写出测量步骤用测得的量表达r的公式应为r=_四、跟踪练习1下列关于误差的说法正确的是(填字母)_ A误差是实验中产生的错误B误差都是由于测量不仔细产生的C误差都是由于测量工具不精密产生的D任何测量都存在误差E实验时认真测量就可以避免误差F采用精密仪器，改进实验方法，可以消除误差G实验中产生误差是难免的，但可以想办法尽量减小误差H多次测量取平均值可以减小偶然误差I多次测量取平均值可以减小系统误差2甲、乙、丙三位同学在使用不同的游标卡尺测量同一物体的长度时，测量的结果分别如下：甲同学：使用游标为50分度的卡尺，读数为12.045cm乙同学：使用游标为10分度的卡尺，读数为12.04cm丙同学：使用游标为20分度的卡尺，读数为12.045cm从这些数据中可以看出读数肯定有错误的是_同学3如图522甲、乙所示，用同一套器材测量铁块P与长金属板间的滑动摩擦力甲图使金属板静止在水平桌面上，用手通过弹簧秤向右用力F拉P，使P向右运动；乙图把弹簧秤的一端固定在墙上，用力F水平向左拉金属板，使金属板向左运动则铁块P与金属板间的滑动摩擦力的大小是_N 图522 图5234在“研究平抛物体的运动”的实验中，得到的轨迹如图523所示根据平抛运动的规律及图中给出的数据，可计算出小球平抛的初速度v0=_m/s5在验证机械能守恒定律的实验中，质量m=1kg的重物自由下落，在纸带上打出了一系列的点，如图524所示，相邻记数点间的时间间隔为0.02s，长度单位是cm，g取9.8m/s2求：图524（1）打点计时器打下计数点B时，物体的速度vB=_(保留两位有效数字)（2）从起点O到打下记数点B的过程中，物体重力势能减小量EP=_，动能的增加量Ek=_（保留两个有效数字）（3）即使在实验操作规范、数据测量及数据处理很准确的前提下，该实验求得的Ep也一定略大一Ek，这是实验存在系统误差的必然结果，试分析该系统误差产生的主要原因6在测定一节干电池（电动势约为1.5V，内阻约为2）的电动势和内阻的实验中，变阻器和电压表各有两个供选：A电压表量程为15V，B电压表量程为3V，A变阻器为（20，3A），B变阻器为（500，0.2A）电压表应该选_ (填A或B)，这是因为_变阻器应该选_ (填A或B)，这是因为_7利用如图525所示的电路测量电流表mA的内阻，闭合电键S，当变阻器的滑片滑至c处时，测得电流表mA和电压表V的示数分别是40mA、9V已知图525中热敏电阻的IU关系图线如图526所示，则电流表mA的内阻为（ ） 图525 图526 A0.14 B85 C140 D2258如图527所示，一只黑箱有A、B、C三个接线柱，规定每两个接线柱间最多只能接一个电器元件并且已知黑箱内的电器元件是一只电阻和一只二极管某同学利用多用电表的欧姆挡，用正确的操作方法依次进行了6次测量，将每次红、黑表笔的位置和测得的阻值都填入了下表红表笔接AABBCC黑表笔接BCACAB测得阻值()10010k100k10.1k90190图527由表中的数据可以判定:（1）电阻接在_两点间，阻值为_（2）二极管接在_两点间，其中正极接在_点二极管的正向阻值为_，反向阻值为_9在“用双缝干涉测光的波长”的实验中，测量头示意图如图528所示，调节分划板的位置，使分划板中心剖线对齐某亮条纹的中心，此时测量头的读数为_mm，转动手轮，使分划线向一侧移动，到另一条亮条纹的中心位置，由测量头再读出一读数若实验测得第一条到第五条亮条纹中心间的距离为x = 0.960mm，已知双缝间距为d=1.5mm，双缝到屏的距离为L=1.00m，则对应的光波波长=_nm 图528 图52910如图529所示，画有直角坐标系Oxy的白纸位于水平桌面上M是放在白纸上的半圆形玻璃砖，其底面的圆心在坐标原点，直边与x轴重合OA是画在纸上的直线，P1、P2为竖直地插在直线OA上的两枚大头针，P3是竖直地插在纸上的第三枚大头针，是直线OA与y轴正方向的夹角，是直线OP3与y轴负方向的夹角只要直线OA画得合适，且P3的位置取得正确，测出角、，便可求得玻璃的折射率某学生在用上述方法测量玻璃的折射率时，在他画出的直线OA上竖直地插上了P1、P2两枚大头针，但在y0的区域内，不管眼睛放在何处，都无法透过玻璃砖看到P1、P2的像，他应采取的措施是_若他已透过玻璃砖看到了P1、P2的像，确定P3位置的方法是_若他已正确地测得了、的值，则玻璃的折射率n=_11在用“油膜法估测分子大小”的实验中，所用油酸酒精的浓度为每104mL溶液中有纯油酸6mL，用注射器测得1mL上述溶液为75滴把1滴该溶液滴入盛水的浅盘里，待水面稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用笔在玻璃板上描出油酸的轮廓形状，再把玻璃板放在坐标纸上，其形状和尺寸如图530所示，坐标中正方形方格的边长为1cm试求：图530（1）油酸膜的面积是_cm2 （2）每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是_mL（3）按以上实验数据估测出油酸分子直径为_m（2）、（3）两问答案取一位有效数字12在一次用单摆测定重力加速度的实验中，图531（甲）的O点是摆线的悬挂点，a、b点分别是球的上沿和球心，摆长L=_m甲 乙图531图（乙）为测量周期用的秒表，长针转一圈的时间为30s，表盘上部的小圆共15大格，每一大格1min，该单摆摆动n=50次时，长、短针位置如图所示，所用时间t=_s用以上直接测量的物理量的英文符号表示重力加速度的计算式为g=_（不必代入具体数值） 13电磁打点计时器是一种计时装置，请根据电磁打点计时器的相关实验回答下列问题（电磁打点计时器所用电源频率为50Hz）：图534（1）如图532所示，某同学设计了一个用电磁打点计时器验证动量守恒定律的实验装置，在光滑水平面上，小车A的前端粘有橡皮泥，小车A受到瞬时冲量作用后做匀速运动，与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体，继续做匀速运动图532实验得到的打点纸带如图533所示，小车A的质量为0.4kg，小车B的质量为0.2kg，则碰前两小车的总动量为_kgm/s，碰后两小车的总动量为_kgm/s（计算结果保留三位有效数字）图533（2）在“验证机械能守恒定律”的实验中：某同学用图534所示装置进行实验，得到如图535所示的纸带测出点A、C间的距离为14.77cm，点C、E间的距离为16.33cm，已知当地重力加速度为9.8m/s2，重锤的质量为m=1.0kg，则垂锤在下落过程中受到的平均阻力大小Ff =_图535某同学上交的实验报告显示重锤的动能略大于重锤的势能，则出现这一问题的原因可能是_（填序号） A重锤的质量测量错误 B该同学自编了实验数据 C交流电源的频率不等于50Hz D重锤下落时受到的阻力过大14如图536所示，A、B是两个相同的小物块，C是轻弹簧，用一根细线连接A、B使弹簧C处于压缩状态，然后放置在光滑的水平桌面上提供的测量器材有天平和刻度尺试设计一个测定弹簧此时弹性势能Ep的实验方案，说明实验中应测定的物理量(同时用相应的字母表示)，并写出计算弹簧弹性势能Ep的表达式（用测得物理量的字母表示） 图536 15图537中E为直流电源，R为已知电阻，V为理想电压表，其量程略大于电源电动势，S1和S2是开关现要利用图中电路测量电源的电动势E和内阻r，试写出主要实验步骤及结果的表达式图53716在“测定金属的电阻率”的实验中，需要用刻度尺测出被测金属丝的长度l，用螺旋测微器测出金属丝的直径d，用电流表和电压表测出金属丝的电阻Rx 图538 图539（1）请写出测金属丝电阻率的表达式：_（用上述测量量的字母表示）（2）若实验中测量：金属丝的长度和直径时，刻度尺和螺旋测微器的示数分别如图538所示，则金属丝长度的测量值为l_cm，金属丝直径的测量值为d=_mm（3）用电流表和电压表测金属丝的电阻时，由于电压表、电流表内阻的影响,不论使用电流表内接法还是电流表外接法,都会产生系统误差按如图539所示的电路进行测量,可以消除由于电表内阻造成的系统误差利用该电路进行实验的主要操作过程是:第一步：先将R2的滑动头调到最左端,单刀双掷开关S2向1闭合，闭合电键S1，调节变阻器R1和R2,使电压表和电流表的示数尽量大些（不超过量程），读出此时电压表和电流表的示数U1、I1第二步：保持两滑动变阻器的滑动头位置不变，将单刀双掷开关S2向2闭合，读出此时电压表和电流表的示数U2、I2请写出由以上记录数据计算被测电阻Rx的表达式Rx=_17某研究性学习小组为探究小灯泡灯丝电阻与温度的关系，设计并完成了有关的实验，以下是实验中可供选用的器材A待测小灯泡（额定功率6W，额定电流0.5A）B电流表（量程00.6A，内阻0.1）C电压表（量程05V，内阻约5k）D电压表（量程015V，内阻约15k）E滑线变阻器（最大阻值50）F滑线变阻器（最大阻值1k）G直流电源（电动势15V，内阻可忽略）H开关一个，导线若干实验中调节滑线变阻器，小灯泡两端电压可以从零至额定电压范围内变化，从而测出小灯泡在不同电压下的电流（1）请在虚线框中画出为完成上述实验而设计的合理的电路图并在每个选用的器材旁标上题目所给的字母序号 图540（2）如图540所示是该研究小组测得小灯泡的IU关系图线由图线可知，小灯泡灯丝电阻随温度的升高而_（填“增大”、“减小”或“不变”）；当小灯泡两端所加电压为6V时，其灯丝电阻值约为_（保留两位有效数字）18有以下可供选用的器材及导线若干条,要求使用个数最少的仪器尽可能精确地测量一个电流表的满偏电流 A被测电流表A1：满偏电流约700800，内阻约100，刻度均匀、总格数为N B电流表A2：量程0.6A，内阻0.1 C电压表V：量程3V，内阻3kD滑动变阻器R1：最大阻值200E滑动变阻器R2：最大阻值1kF电源E：电动势3V、内阻1.5G开关一个（1）在虚线框内画出实验电路图,并在每个选用的仪器旁标上题目所给的字母序号（2）测量过程中测出多组数据,其中一组数据中待测电流表A的指针偏转了n格，可算出满偏电流Ig=_，式中除N、n外,其他字母符号代表的物理量是_ 19实验室中现有的器材如下：电池E （电动势约10V、内阻r约1）标准电流表A1（量程300mA，内阻r1约为5）电阻箱R1（最大阻值999.9，阻值最小改变量为0.1）滑动变阻器R2（最大阻值10）开关S和导线若干要求设计个测定电流表A2（量程250mA，内阻r2约为5）内阻的实验方案（1）在方框中画出测量电路，并在每个仪器旁标上英文代号图541（2）要直接测出的物理量是_，用这些物理量表示待测电流表A2内阻的计算公式是_ 20如图541中给出的器材为：电源E（电动势为12V，内阻不计）；木板N（板上从下往上依次叠放白纸、复写纸、导电纸各一张）；两个金属条A、B（平行放置在导电纸上，与导电纸接触良好，用作电极）；滑线变阻器R（其总电阻值小于两平行电极间导电纸的电阻）；直流电压表（量程为6V，内阻很大，其负接线柱与B极相连，正接线柱与探针P相连）；开关S现要用图中仪器描绘两平行金属条AB间电场中的等势线AB间的电压要求取为6V（1）在图中连线，画成实验电路原理图（2）下面是重要的实验操作步骤，将所缺的内容填写在横线上方a接好实验电路b_c合上S，并将探针P与A相接触d_e用探针压印的方法把A、B的位置标记在白纸上，画一线段连接AB两极，在连线上选取间距大致相等的5个点作为基准点，用探针把它们的位置压印在白纸上f将探针与某一基准点相接触，_，这一点是此基准点的等势点用探针把这一点的位置也压印在白纸上用相同的方法找出此基准点的其他等势点g重复步骤f，找出其他4个基准点的等势点，取出白纸画出各条等势线21在测定一节干电池的电动势和内阻的实验中，备有下列器材： A干电池E（电动势约为1.5V，内阻小于1.0） B电流表A1（满偏电流3mA，内阻r1=10） C电流表A2（00.6A，内阻0.1） D滑线变阻器R1（020，10A） E滑线变阻器R2（0100，10A） F定值电阻R3（990） G开关和导线若干（1）为方便且能较准确地进行测量，其中应选用的滑线变阻器是_（填字母代号）（2）请在虚线框内画出利用本题提供的器材所设计的测量电池电动势和内阻的实验电路图 图542（3）如图542为某一同学根据他所设计的实验给出的I1、I2图线（I1为A1的示数，I2为A2的示数），由图线可求得被测电池的电动势E_V，内阻r =_22实验室内有一电压表，量程为150mV，内阻约为150现要将其改成量程为10 mA的电流表，并进行校准为此，实验室提供如下器材：干电池E（电动势为1.5V），电阻箱R，滑线变阻器R，电流表 （有1.5mA，15mA与150 mA三个量程）及开关S（1）对电表改装时必须知道电压表的内阻可用如图543所示的电路测量电压表的内阻在既不损坏仪器又能使精确度尽可能高的条件下，电路中的电流表应选用的量程是_若合上S，调节滑线变阻器后测得电压表的读数为150mV，电流表的读数为1.05 mA，则电压表的内阻RmV为_(取三位有效数字) 图543（2）在对改装成的电流表进行校准时，把作为标准电流表，画出对改装成的电流表进行校准的电路原理图（滑线变阻器作限流使用），图中各元件要用题中给出符号或字母标注图中电阻箱的取值是_（取三位有效数字），电流表应选用的量程是_ 23一只量程为1V，内阻RV约为900的电压表是由小量程电流表改装而成的，现在要测量它的内阻并对该表进行校正实验室提供了以下供选择的器材： A待测电压表 B标准电压表（量程1 V）C滑动变阻器（最大阻值1 000，额定电流1A）D滑动变阻器（最大阻值10，额定电流1A）E电阻箱（最大阻值9999，最小改变量0.1）F电阻箱（最大阻值999，最小改变量0.1 ）G电池组（电动势约3 V，内阻约1）H导线和开关若干（1）为了用半偏法测量该电压表的内阻，某同学设计了两种电路，如图544甲、乙所示，要使测量较精确，应选择_（填“甲”或“乙”）电路在器材的选择上，除了电池组、导线、开关和待测电压表外，还应从提供的器材中选用_（用器材前的序号字母表示）用上述方法测出的电压表内阻的测量值RV_（填“大于”、“等于”或“小于”）电压表内阻的真实值 图544 图545（2）在对该电压表进行校正时，该同学已经选择好器材，如图545所示若要求对电压表的每一条刻度线都进行校正，请你将这些器材连接成测量电路，并标出所选滑动变阻器的序号字母24量程为3V的电压表V内阻约为3k，要求测出该电压表内阻的精确值实验中可供选用的器材有：电阻箱Ra（最大值9999.9，阻值最小改变量0.1）滑线变阻器Rb（最大阻值1000，允许最大电流0.2A）电源E（开路电压约为5V，内阻可忽略不计）开关S及导线若干（1）设计一个易于操作的测量电路，要求画出实验电路图并标出所用器材符号（2）列出测量步骤，并写出计算电压表内阻的最后公式专题五 物理实验参考答案典型例题【例1】 解析： （1）利用逐差法求小车的加速度由纸带可知，任意两相邻记数点间的时间间隔T=0.04s，由逐差法可得则=4.00m/s2图52（2）为了求出小车下滑过程中所受到的阻力，还需要测量小车的质量m，斜面上任意两点间距离l和这两点间的高度差h小车的受力情况如图52所示根据牛顿第二定律，而所以，【点评】 （1）逐差法充分利用了纸带的实验数据，从而减小了数据测量引起的偶然误差本题中所给出的实验数据个数为奇数（9个），处理时常舍掉正中间的一个数据（2）小车下滑过程中所受到的阻力无法直接测量，但根据牛顿第二定律可转化为测量m，a，h和l与此相类似，你能求出打点计时器打纸带上的两记数点的过程中小车克服阻力所做的功吗？ 【例2】 解析： 本实验测量角速度的原理是：圆盘匀速转动时，其线速度，又角速度，所以，其原理式为在纸带上选定两点，设它们在米尺上对应的刻度值分别为x1、x2，数出这两点间（含这两点）的打点数n，打点计时器打点的周期为T，则打这两点的时间间隔t=(n1)T，这段时间内圆盘转过的弧长S=x2x1，若测得圆盘的半径为r，由已知量和测得量表示的角速度的表达式为若取cm，则n=9，又cm代入可得【点评】 实验原理是完成实验的依据和关键虽然该实验没有做过，但所用到的实验方法并不陌生，要结合题给实验器材和实验步骤通过联想和迁移，弄清实验原理和所需测量的物理量，进而得出待测量的表达式【例3】 解析： （1）由于小灯泡灯丝的电阻值远小于电压表的内阻（如：电压为2.00V时，其阻值R灯=），为减少由于电表接入电路引起的系统误差，应采用电流表外接法为使小灯泡两端的电压的变化范围尽可能大，滑线变阻器应连接成分压电路，实验电路如图56所示图56 图57（2）根据实验得到的数据在UI坐标系中描点，并将这些数据点连接成一条平滑的曲线，如图57所示（3）根据作出电源的UI图线，它与小灯泡的伏安特性曲线的交点坐标就是小灯泡的工作点，即工作电流I=0.35A，工作电压U=0.08V，故小灯泡的实际功率P=IU=0.28W【点评】 本题主要考查独立完成实验的能力主要包括实验原理及电路；用图象法处理实验数据，并得出实验结论其中利用图线确定小灯泡与电源连接后的工作点是解答本题第（3）问的关键【例4】 解析：本实验测定小铁块克服摩擦力所做功的原理是动能定理和平抛运动的规律。小铁块自斜面顶端由静止下滑到底端的过程中，根据动能定理离开曲面后，小铁块做平抛运动，直到落地，图59则所以， 将代入得显然，实验中需要测量的物理量是：斜面高度H、桌面高度h，小铁块平抛的水平距离S、小铁块质量m如图59所示，其中S需用重锤线和白纸、复写纸来确定【答案】 （1）重锤线、铺在地面上的白纸和复写纸 （2）斜面高度H、桌面高度h，小铁块平抛的水平距离S，小铁块质量m （3）【点评】 题给实验器材对实验原理的设计有一定的限制作用本题没有给足实验器材，首先要根据题给实验条件和要求，构思相关的物理情景，从而确定实验原理，然后根据原理式确定需要测量的物理量和还需选用的实验器材【例5】 解析：（1）器材选择（测量电路）从减小电表读数引起的偶然误差的角度考虑，两电表及电表与电源间的配置要合理注意到电源电动势远小于电压表V2的量程，而跟电压表V1的量程较接近，若选用电压表V2来测量电压，其最大偏转量达不到量程的，读数时偶然误差太大，所以选用V1较恰当； 而此时通过电流表的最大电流，因此，电流表A2与V1配置较好图510（2）电路选择（控制电路）电路选择主要从滑动变阻器对电路的控制和调节的角度考虑若采用限流电路控制，注意到测量部分的总电阻约为20k，远大于滑动变阻器的总电阻（1k），要保证电表安全，变阻器分得的电压至少为5V，阻值应调到10k，显然，限流不能起到保证电表安全的作用，更不能进行有效调节，所以，只能采用分压电路控制，实验电路如图510所示【点评】 伏安法是测量电阻的一种最基本方法，其原理是部分电路欧姆定律，原理式为分析这类问题的关键是从电表配置要合理选择器材，从对电路的控制和调节选择控制电路并联分流和串联分压原理是伏安法测电阻原理的迁移和延伸，下例是这类问题的变式变式：【点拨】 （1）本题中测量电阻的原理是并联分流或串联分压由于滑动变阻器的最大阻值远小于测量部分的阻值，且电源电动势大于两电压表的量程，在调节滑动变阻器的过程中，为保证电压表的安全，且其读数有明显的改变，滑动变阻器应采用分压式控制电路，电路原理图如图512甲或乙所示图512（2）实物连线如图513甲或乙所示图513（3）若采用甲电路，根据并联电路的电流分配关系，解得若采用乙电路，根据串联电路的电压分配关系，解得【点评】 本题主要考查电阻测量的原理、电路设计、实物连线等知识，测试设计简单实验方案的能力对于内阻已知的电压表，可作电流表使用使用电表时，必须考虑电表间的量程配置，本题要求电压表读数不小于量程的，因此，电压表V2与V1的位置不能互换进行实物连线时，应注意以下几个问题：a直流电表的正、负接线柱（正接线柱应连接在电路电势高端，负接线柱应连接在电路电势低端）；b电表的内外接法；c滑动变阻器的接法（限流或分压，接通电路后，应使电表读数最小）；d开关的连接（应在干路上，闭合前电表读数为零）【例6】 解析： （1）实物连线如图517所示（2）电阻箱的阻值R1=01008106130.1=86.3本题测量电流表的内阻的方法是“替代法”即用电阻箱的阻值替代电流表A1的内阻值，其条件是：开关S2分别扳到a处和b处时，保持滑动变阻器R2不变，且使电流表A2读数相同所以，待测电流表A1的内阻图517（3）当R2调为零时，要使电路中的电流I不超过电流表A2的量程，根据闭合电路欧姆定律可知，电路总电阻R总至少为：=20k由于电流表A1、A2的内阻（约为100）远小于R总,故保护电阻R3应选用20k的电阻，但若选用200k的电阻，则电路中电流太小，电流表A1、A2指针偏转量太小，读数不明显，实验误差太大所以,正确的选项为B（4）由于R3=20k，调整滑动变阻器R2时，要使电流表A2的读数为150，则R3=21047k若选用1k或5k滑动变阻器，则不能满足实验要求（A2读数为150）；若选用25k的滑动变阻器，则调节范围太小（不方便调节），所以，选用10k的滑动变阻器较合适，正确的选项为C【点评】 实验条件的控制是高考考查的重点之一保护电阻和滑动变阻器在电路中起着控制和调节的作用，选用时应根据实验条件和要求进行优选，既要保证电表安全(不能太小)，又要方便调节(不能太大)【例7】 解析： （1） 用此电路测量表头内阻的方法是半偏法 S2断开和S2闭合的两次操作中要求干路电流（Ig）近似不变，而满足这个条件必须使滑动变阻器R的阻值远大于Rg，因此滑动变阻器应选用R2而，显然E越大，R2越大，实验条件满足得越好，误差越小，所以，电池应选用E3（2）图518（乙）所示的电路较合理，因为图（丙）电路在通电状态下，更换量程时会造成两个分流电阻都未并联在表头两端，以致通过表头的电流超过其满偏电流而损坏图519（3）核对电路如图519所示为使改装后的电流表与标准表在01mA之间逐格核对，应选用分压电路由于和满偏电流和满偏电压都很小，为使滑动变阻器便于调节，即有较大的调节范围，滑动变阻器应选用R1，电池应选用E1，且在电流表所在的支路上串联定值电阻R0，起保护作用 【点评】 测量电阻的方法很多（包括伏安法、替代法、半偏法等），但其原理总是部分电路欧姆定律或闭合电路欧姆定律在具体问题中，选用哪种测量方法应根据所提供的实验器材和实验要求来确定【特别提示】 1半偏法测电阻的实验中，实验条件的控制直接影响测量精确度2在分压电路中，为使实验便于调节，应选用全电阻较小的滑动变阻器【例8】 解析： （1）实物连线如图521所示，为了使改装表与标准表在零到量程的范围内一一校对，应采用分压电路根据串联电路的电压分配关系，有图521解得R0=xx（2）先将电压表VC通过开关、导线与电源连接，读出VC上的示数UC；再将电压表VC和VB串联，通过开关、导线与电源连接，读出VC上的示数UC和VB上的示数UB 根据上述两步操作可得 由三式解得【点评】 本题综合考查了电表改装、电表校准电路及测量电源内阻的方法，测试设计和完成实验的能力用电压表VB和VC测量电源的内阻时，应注意： 尽管两电压表的量程相同，但其内阻并不一定相同(表头可能不同)跟踪练习1DGH2甲 50分度的游标卡尺的精度为mm=0.02mm，因此，读数的最后一位数字应是“2”的整数倍或“0”32.40 比较甲、乙两图可知，甲图中弹力大于滑动摩擦力，铁块P做匀加速直线运动;乙图中铁块P处于平衡状态，弹力大小等于滑动摩擦力大小416 考察平抛物体的水平分运动，结合图给数据可知，两段时间之比为21，若O点是平抛的起点，则竖直分位移y1y2=49，所以，O点是平抛的起点根据平抛运动的规律，有32.0102=v0t，19.6102=，联立解得v0=1.6m/s5（1）0.97m/s （2）048J （3）047J（3）重锤下落过程中受到阻力及纸带受到打点计时器的阻力作用，重锤的机械能减小6B A电压表量程过大，读数误差太大 A B变阻器阻值太大，额定电流太小，调节时电表读数变化不明显 7 B 点拨：由热敏电阻的IU图线知，工作电流I=40mA时，电压U=5.6V，则此时加在电流表两端电压为(95.6)V=3.4V，所以8（1）AB 100 （2）AC A 90 10k91.630 36010在白纸上另画一条与y轴正方向的夹角较小的直线OA，把大头针P1、P2竖直的插在所画的直线上，直到在y0的区域内透过玻璃砖能看到P1、P2的像，插上P3后，P3刚好能够挡住P1、P2的像11（1）110 （2）8106 （3）71010120.9906，100.40，13（1）0420 0417 （2）0.05N BC14应测量的物理量有：小物块的质量m，两小物块的落地点之间的距离S，桌面的高度h，桌面的长度d15实验步骤：（1）将S1闭合，S2断开,电压表直接和电源相连，记下电压表读数U，就是电源的电动势;（2）S1、S2均闭合，记下电压表读数U2，即为电阻R两端电压根据闭合电路欧姆定律，有，即，解得16（1） （2）36.4836.