专题: 物理实验[下学期]
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江苏省运河中学 wwg 专 题 八
物 理 实 验高考要求的实验能力一．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；掌握基本实验方法和步骤；
（2）会控制实验条件和正确使用实验仪器，会处理实验安全问题；
（3）会观察、解释实验现象，会分析、处理实验数据,并得出结论.高考要求的实验能力（4）了解误差 的概念,知道系统误差和偶然误差,知道用多次测量取平均值方法减小偶然误差,能在某些实验中分析误差来源;不要求计算误差.
二．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.体现探究性.? 一、基本仪器的使用 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．3．读数方法：? 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 【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 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 2．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： 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(甲)所示，图(乙)是打出的纸带的一段．?
（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 =__ ．
三、实验设计 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．? (一)．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:
实验器材 明确目的 确定原理 待测物理量 实验步骤
数据处理 误差分析
? 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
2°两只同种电表，若知道一只的内阻，就可以测另一只的内阻A3°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 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
12°半偏法
3°闭合电路欧姆定律（计算法）3．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：①测量电路，②控制电路（变阻器、开关），③电源．
（2）思路
?（3）方法①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．?
②滑动变阻器的粗调和微调．?
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． ③ 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．?
注意: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．?
【例2】 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25kΩ）
电流表A1：（量程100 A，内阻2kΩ）
电流表A2：（量程500 A，内阻300Ω）
电压表V1：（量程10V，内阻100kΩ）
电压表V2：（量程50V，内阻500kΩ）
电源E：（电动势15V，允许最大电流1A）
滑动变阻器R：（最大阻值1kΩ）
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．?【例3】在液体中下落的物体最终会达到一个恒定的速度，称之为收尾速度。一个半径为r的球体在液体中下落的收尾速度为V = (ρ
-ρ )，其中η、g、ρ、ρ 分别为液体的粘滞系数（与液体种类相关的常数）、重力加速度、球体的密度（本题中为已知量） 、液体的密度。某同学为了测定某已知密度的液体的粘滞系数，选定了下列器材：一只1000ml的量筒；一块秒表；一把刻度尺；直径不同的铝球若干个（最大直径约10.00mm）。
⑴请列出该同学漏选的器材//⑵实验时，该同学首先将直径约10.00mm的铝球重复从装满被测液体的量筒液面上自由落下测定它通过量筒刻线750ml到500ml和450ml到200ml的两段时间，列表如下：
由以上测量数据得到的结论是 。
⑶若测出了不同半径的铝球的收尾速度，要求出液体的粘滞系数，对以上数据应如何处理？ /【例4】某兴趣小组为了测一遥控电动小车的额定功率，进行了如下实验：
①用天平测出电动小车的质量为0.4kg；打点计时器纸带 ②将电动小车、纸带和打点计时器按如图所示安装； ③接通打点计时器（其打点时间间隔为0.02s）； ④使电动小车以额定功率加速运动，达到最大速度一段时间后关闭小车电源，待小车静止时再关闭打点计时器（设小车在整个过程中所受阻力恒定）．
在上述过程中，打点计时器在纸带上所打的部分点迹如图所示．请你分析纸带数据，回答下列问题：
①该电动小车运动的最大速度为 m/s；（保留两位有效数字）
②该电动小车的额定功率为 W．（保留两位有效数字）
江苏省运河中学 wwg 专 题 八
物 理 实 验高考要求的实验能力一．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；掌握基本实验方法和步骤；
（2）会控制实验条件和正确使用实验仪器，会处理实验安全问题；
（3）会观察、解释实验现象，会分析、处理实验数据,并得出结论.高考要求的实验能力（4）了解误差 的概念,知道系统误差和偶然误差,知道用多次测量取平均值方法减小偶然误差,能在某些实验中分析误差来源;不要求计算误差.
二．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.体现探究性.? 一、基本仪器的使用 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．3．读数方法：? 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 【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 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 2．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： 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(甲)所示，图(乙)是打出的纸带的一段．?
（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 =__ ．
三、实验设计 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．? (一)．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:
实验器材 明确目的 确定原理 待测物理量 实验步骤
数据处理 误差分析
? 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
2°两只同种电表，若知道一只的内阻，就可以测另一只的内阻A3°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 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
12°半偏法
3°闭合电路欧姆定律（计算法）3．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：①测量电路，②控制电路（变阻器、开关），③电源．
（2）思路
?（3）方法①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．?
②滑动变阻器的粗调和微调．?
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． ③ 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．?
注意: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．?
【例2】 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25kΩ）
电流表A1：（量程100 A，内阻2kΩ）
电流表A2：（量程500 A，内阻300Ω）
电压表V1：（量程10V，内阻100kΩ）
电压表V2：（量程50V，内阻500kΩ）
电源E：（电动势15V，允许最大电流1A）
滑动变阻器R：（最大阻值1kΩ）
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．?【例3】在液体中下落的物体最终会达到一个恒定的速度，称之为收尾速度。一个半径为r的球体在液体中下落的收尾速度为V = (ρ
-ρ )，其中η、g、ρ、ρ 分别为液体的粘滞系数（与液体种类相关的常数）、重力加速度、球体的密度（本题中为已知量） 、液体的密度。某同学为了测定某已知密度的液体的粘滞系数，选定了下列器材：一只1000ml的量筒；一块秒表；一把刻度尺；直径不同的铝球若干个（最大直径约10.00mm）。
⑴请列出该同学漏选的器材//⑵实验时，该同学首先将直径约10.00mm的铝球重复从装满被测液体的量筒液面上自由落下测定它通过量筒刻线750ml到500ml和450ml到200ml的两段时间，列表如下：
由以上测量数据得到的结论是 。
⑶若测出了不同半径的铝球的收尾速度，要求出液体的粘滞系数，对以上数据应如何处理？ /【例4】某兴趣小组为了测一遥控电动小车的额定功率，进行了如下实验：
①用天平测出电动小车的质量为0.4kg；打点计时器纸带 ②将电动小车、纸带和打点计时器按如图所示安装； ③接通打点计时器（其打点时间间隔为0.02s）； ④使电动小车以额定功率加速运动，达到最大速度一段时间后关闭小车电源，待小车静止时再关闭打点计时器（设小车在整个过程中所受阻力恒定）．
在上述过程中，打点计时器在纸带上所打的部分点迹如图所示．请你分析纸带数据，回答下列问题：
①该电动小车运动的最大速度为 m/s；（保留两位有效数字）
②该电动小车的额定功率为 W．（保留两位有效数字）
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