專題一高中物理實驗常用基礎(chǔ)知識

專題一高中物理實驗常用基礎(chǔ)知識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，在將整個平拋時間定為時間單位后，速度的測量就轉(zhuǎn)化為對水平位移的測量了。4．模擬法：當實驗情景不易創(chuàng)設(shè)或根本無法創(chuàng)設(shè)時，可以用物理模型或數(shù)學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。磁感線的確定.5．微小量放大法：微小量不易測量，勉強測量誤差也較大，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微小扭轉(zhuǎn)；在觀察玻璃瓶受力后的微小形變時，使液體沿細玻璃管上升來放大瓶內(nèi)液面的上升。（二）常見實驗數(shù)據(jù)的收集方法1．利用測量工具直接測量基本物理量模塊基本物理量測量儀器力學長度刻度尺、游標卡尺、螺旋測微器時間秒表（停表）、打點計時器質(zhì)量（力）天平（彈簧秤）電學電阻（粗測）歐姆表、電阻箱電流（電壓）電流表（電壓表）熱學溫度溫度計2．常見間接測量的物理量及其測量方法有些物理量不能由測量儀器直接測量，這時，可利用待測量和可直接測量的基本物理量之間的關(guān)系，將待測物理量的測量轉(zhuǎn)化為基本物理量的測量。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＋Ir轉(zhuǎn)化為測量U、I然后聯(lián)立方程求解或運用圖像處理電源電動勢根據(jù)P=UI轉(zhuǎn)化為測量U、I電功率①根據(jù)轉(zhuǎn)化為測量U、I（伏安法）；②電阻箱（半偏、替代）電阻（精確測量）電學根據(jù)轉(zhuǎn)化為測量m、v功加速度速度力學基本測量方法待測物理量模塊（三）常用實驗誤差的控制方法為了減小由于實驗數(shù)據(jù)而引起的偶然誤差，常需要采用以下方法控制實驗誤差。1．多次測量求平均值，這是所有實驗必須采取的辦法，也是做實驗應(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?！坝脝螖[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30~50次全振動的時間。（四）常用實驗數(shù)據(jù)的處理方法1．列表法：在記錄和處理數(shù)據(jù)時，常將數(shù)據(jù)列成表格。數(shù)據(jù)列表可以簡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寫明表的標題或加上必要的說明；②必須交待清楚表中各符號所表示的物理量的意義，并寫明單位；③表中的數(shù)據(jù)要正確反映測量結(jié)果的有效數(shù)字。2．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)點是直觀、簡便，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作圖一定要用坐標紙．坐標紙的大小要根據(jù)測量數(shù)據(jù)有效數(shù)字的多少和結(jié)果的需要來定；②要標明坐標軸名、單位，在軸上每隔一定相等的間距按有效數(shù)字位數(shù)標明數(shù)值；③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)點在線的兩側(cè)合理的分布；④在圖上求直線的斜率時，要選取線上相距較遠的兩點，不一定要取原來的數(shù)據(jù)點；⑤作圖時常設(shè)法使圖線線性化，即“化曲為直”。3．平均值法：將測定的若干組數(shù)相加求和，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準確度決定保留的位數(shù)。4．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。要求認識誤差問題在實驗中的重要性，了解誤差的概念，知道系統(tǒng)誤差和偶然誤差；知道用多次測量求平均值的方法減小偶然誤差；能在某些實驗中分析誤差的主要來源；不要求計算誤差。要熟練掌握常見實驗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、待測電阻（約為250Ω）及導線若干。（1）畫出測量R的電路圖。（2）圖1中的6個點表示實驗中測得的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）待測電阻是一均勻材料制成的圓柱體，用游標為50分度的卡尺測量其長度與直徑，結(jié)果分別如圖2、圖3所示。由圖可知其長度為

，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，其余5個點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）電學實驗中所用到的基本知識專題二電學實驗1．電路設(shè)計原則：正確地選擇儀器和設(shè)計電路的問題，有一定的靈活性，解決時應(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，靈活運用。⑴正確性：實驗原理所依據(jù)的原理應(yīng)當符合物理學的基本原理。⑵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，不能燒壞儀器。⑶方便性：實驗應(yīng)當便于操作，便于讀數(shù)，便于進行數(shù)據(jù)處理。⑷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。2．電學實驗儀器的選擇：⑴根據(jù)不使電表受損和盡量減少誤差的原則選擇電表。首先保證流過電流表的電流和加在電壓表上的電壓均不超過使用量程，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變阻器，注意流過滑動變阻器的電流不超過它的額定值，對大阻值的變阻器，如果是滑動頭稍有移動，使電流、電壓有很大變化的，不宜采用。⑶應(yīng)根據(jù)實驗的基本要求來選擇儀器，對于這種情況，只有熟悉實驗原理，才能作出恰當?shù)倪x擇?？傊?，最優(yōu)選擇的原則是：方法誤差盡可能??；間接測定值盡可能有較多的有效數(shù)字位數(shù)，直接測定值的測量使誤差盡可能小，且不超過儀表的量程；實現(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，在不超過用電器額定值的前提下，適當提高電流、電壓值，以提高測試的準確度。3．測量電路的選擇⑴電流表的內(nèi)、外接問題：（甲）所示電路為電流表外接電路（簡稱外接法）；（乙）所示電路為電流表內(nèi)接電路（簡稱內(nèi)接法）。兩種接法的選擇可按下列方法進行：方法一：設(shè)電流表、電壓表內(nèi)阻分別為RA、RV

，被測電阻為RX，則當RV/RX>RX/RA時，電壓表分流作用小，應(yīng)選用外接法當RV/RX<RX/RA時，電流表分壓作用小，應(yīng)選用內(nèi)接法當RV/RX=RX/RA時，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，說明電流表分壓作用大，應(yīng)采用外接法。甲乙⑵滑動變阻器的分壓、限流接法：為了改變測量電路（待測電阻）兩端的電壓（或通過測量電路的電流），常使滑動變阻器與電源連接作為控制電路，滑動變阻器在電路中主要有兩種連接方式：如圖（甲）為滑動變阻器的限流式接法，RX為待測電阻。它的接線方式是電源、滑動變阻器與待測電阻三者串聯(lián)。對待測電阻供電電壓的最大調(diào)節(jié)范圍是：RX是待測電阻，R是滑動變阻器的總電阻，不計電源內(nèi)阻)。如圖（乙）是滑動變阻器的分壓式接法。接線方式是電源與滑動變阻器組成閉合電路，而被測電路與滑動變阻器的一部分電阻并聯(lián)，該接法對待測電阻供電電壓的調(diào)節(jié)范圍是：0~E（不計電源內(nèi)阻時）。選取接法的原則：①要求負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負載電阻Rx遠大于滑動變阻器總電阻R時，須用分壓式接法，此時若采用限流式接法對電路基本起不到調(diào)節(jié)作用。③采用限流電路時，電路中的最小電流（電壓）仍超過電流表的量程或超過用電器的額定電流（電壓）時，應(yīng)采用變阻器的分壓式接法。④負載電阻的阻值Rx小于滑動變阻器的總電阻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應(yīng)優(yōu)先用限流式接法，因為限流電路結(jié)構(gòu)簡單，總功率較小?；瑒幼冏杵鞯拇终{(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．實物圖的連接：實物圖連線應(yīng)掌握基本方法和注意事項。⑴注意事項：①連接電表應(yīng)注意量程選用正確，正、負接線柱不要接錯。②各導線都應(yīng)接在接線柱上，不應(yīng)在導線中間出現(xiàn)分叉。③對于滑動變阻器的連接，要搞清楚接入電路的是哪一部分電阻，在接線時要特別注意不能將線接到滑動觸頭上。⑵基本方法：①畫出實驗電路圖。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)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；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伏安法測電阻電路替代法測量電阻∵I2R=I1Rx∴Rx=I2R/I1RxRAI1ARRxARRxI2比較法測量電阻VA1伏安法測電壓表電阻VRabSR0半偏法測量電表電阻GS1S2R1R2半偏法R1>>R2R測量<R真實R<<R0R測量>R真實由I1Rx=I2R得Rx=I2R／I1比較法測電阻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測電動勢內(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,并用一標準電流表與改裝后的電流表串聯(lián),對它進行校準(核對).改裝及校準所用器材的實物圖如下(其中標準電流表事先已與一固定電阻串聯(lián).以防燒表).校準時要求通過電流表的電流能從0連續(xù)調(diào)到1毫安.試按實驗要求在所給的實物圖上連線.電路連接有錯誤,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用伏安法測量金屬導線的電阻R，試把圖中給出的器材連接成測量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；電源的電動勢為6V，變阻器的阻值為0—20Ω。在閉合電鍵前，變阻器滑動觸點應(yīng)處于正確位置。解：金屬導線的電阻不大，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：+-返回在用伏安法測電阻的實驗中,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行實驗,讀得的各組數(shù)據(jù)用實心圓點標于坐標圖上(如右圖所示).

(1)根據(jù)各點表示的數(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)畫出此實驗的電路原理圖.×103mAvRx返回如下圖所示,P是一根表面均勻地鍍有很薄的發(fā)熱電阻膜的長陶瓷管(其長度l為50厘米左右,直徑D為10厘米左右),鍍膜材