一、近几年高考物理力学实验考查基本情况统计
表一：
时间 考 卷 题 型 分值 知 识 点
06 北京 填空 3 游标卡尺
天津 填空 6 验证碰撞动量守恒
重庆 填空 11 利用打点计时器测重力加速度
四川 填空 17 利用单摆测重力加速度
07 广东 填空 3 螺旋测微器
江苏 填空 13 气垫导轨综合应用
全国Ⅰ 填空 11 验证碰撞动量守恒
全国Ⅱ 选择 5 用单摆测重力加速度
北京 填空 选择 14 打点计时器使用
四川 填空 选择 6 研究平抛运动
08 北京 填空 14 探究弹簧弹力
全国Ⅰ 填空 选择 6 验证机械能守恒定律
全国Ⅱ 填空 5 螺旋测微器
天津 填空 12 螺旋测微器 单摆
重庆 填空 5 单摆模型测滑块加速度
广东 填空 13 探究动能定理
海南 填空 4 螺旋测微器
江苏 填空 10 验证机械能守恒定律
时间 考 卷 题 型 分值 知 识 点
09 山东 填空 选择 6 验证平行四边形定则
宁夏 填空 4 游标卡尺 螺旋测微器
江苏 填空 简答 12 游标卡尺 探究a与F、m关系
广东 填空 10 用传感器探究动能定理
浙江 填空 9 探究单摆周期与摆长的关系
天津 填空 6 利用自由落体测重力加速度
安徽 选择 6 探究功与物体速度关系
四川 填空 8 用气垫导轨验证碰撞动量守恒
全国Ⅰ 填空 10 探究物体在斜面上f与θ关系
全国Ⅱ 填空 13 探究平抛运动
重庆 填空 10 探究影响单摆周期因素
二、近几年高考物理力学实验命题特点及分析
1、充分落实了《课标》《考纲》对学生物理实验能力考查的目标
表二：
目标要求 考题举例
明确实验目的 每个实验
理解实验原理和方法 每个实验
能控制实验条件 09广东（探究动能定理）09安徽（探究功与速度关系）
会使用仪器 09山东（弹簧秤）09广东（传感器）09四川（气垫导轨）
会观察分析实验现象 08全国Ⅰ（验证机械能守恒）09浙江（探究单摆周期与摆长关系）
会记录和处理实验数据，并得出结论 08广东 09江苏 （图像法）
能发现问题，提出问题，并制定解决方案 08宁夏 08重庆
能运用已学过的物理理论，实验方法和实验仪器去处理问题，包括简单设计性实验 08江苏（验证机械能守恒）08北京（探究弹力与弹簧伸长关系）
2、测试内容稳定，以《考纲》中所要求实验仪器的正确使用和“知识内容列表”中所列的实验为主设置考题
表三：
测量工具 考题举例
刻度尺 06四川 08广东
游标卡尺 07天津 09宁夏 江苏
螺旋测微器 08天津 海南 全国Ⅱ
3、以能力立意，注重对学生综合能力和物理思维方法的考查
表五：
能力要求 考题举例
理解能力 09全国Ⅰ
推理能力 08四川 09天津
分析综合能力 08广东（探究动能定理）09江苏（探究a与F、m关系）
应用数学处理物理问题能力 09安徽（探究功与速度关系）09全国Ⅱ（研究平抛运动）
表六：
物理方法 考题举例
控制变量法 09江苏（探究a与F、m关系）
等效替代法 09山东（验证平行四边形定则）
图像法 09全国Ⅱ（研究平抛运动）
逐差法求平均值 08宁夏（测滑块与木板间μ）
2、以教材实验原理为依据进行加工升华，考查学生对现有知识的领悟与迁移能力。
例如：以“研究匀变速直线运动”为基础可以延伸考查学生利用v-t图像求加速度a;利用v=rω测角速度ω；利用p=Fv测功率p;利用Ek=mv2/2测动能Ek；利用F=ma测力F；利用F=μN测动摩擦因数μ等等。
又如：以测重力加速度g为题目，我们可以采用如下方法实现，利用单摆测重力加速度g；利用自由落体测重力加速度g；利用G=mg测重力加速度g；利用滑动摩擦力测重力加速度g等等。
3、考查学生科学探究能力的探究性、设计性实验比例会有所增加。
高中物理新《课标》四大部分内容中，从“课程基本理念”到‘课程目标”，从“内容列表”到“实施建议”，都明确提出了要培养学生的“科学探究能力”，因此，高考命题也一定会从分体现对学生这一能力的考查。我们从2009年全国及各省市高考试题命题情况（见表一）以及新旧教材学生实验的安排上就能切实感受到这一点。
表七：
旧版教材 新版教材（必修Ⅰ 必修Ⅱ）
验证力的平行四边形定则 用打点计时器测速度
练习使用打点计时器 探究小车速度随时间变化规律
研究匀变速直线运动 探究加速度与力、质量关系
研究平抛物体的运动 探究功与速度变化关系
验证机械能守恒定律 验证机械能守恒定律
2、认真复习“知识内容列表”中所列的基本实验
基本实验的复习应该采用如下模式：从实验目的出发，弄清实验原理，掌握实验方法，明确实验注意事项，会收集和处理实验数据、得出结论，能分析简单的实验误差。
3、重做高中阶段已做过的重要实验
要想提高学生的动手能力，培养学生灵活的思维及应对一些生成性的问题，必须放手让学生真正走进实验室。要重视学生经理实验的过程，要求学生对每个重做的实验不但要学会控制条件，学会使用仪器，学会观察分析，学会解释结果得出结论，更要提示学生能否从其他的视角多角度设计完成实验，培养学生的开放性思维能力。一、误差和有效数字
1.误差
测量值与真实值的差异叫做误差。误差可分为系统误差和偶然误差两种。
（1）系统误差的特点是在多次重复同一实验时，误差总是同样地偏大或偏小。
（2）偶然误差总是有时偏大，有时偏小，并且偏大和偏小的机会相同。减小偶然误差的方法，可以多进行几次测量，求出几次测量的数值的平均值。这个平均值比某一次测得的数值更接近于真实值。
2.有效数字
带有一位不可靠数字的近似数字，叫做有效数字。
（1）有效数字是指近似数字而言。
（2）只能带有一位不可靠数字，不是位数越多越好。
③50分度的游标卡尺。游标上相邻两个刻度间的距离为0.98mm，比主尺上相邻两个刻度间距离小0.02mm。这种卡尺的刻度是特殊的，游标上的刻度值，就是毫米以下的读数。这种卡尺的读数可以准确到0.02mm。
注意：游标卡尺都是根据刻线对齐来读数的， 所以都不再往下一位估读。
要知道主要构造的名称：主尺、游标尺、外测量爪、内测量爪、深度尺、紧固螺钉。
（2）螺旋测微器
固定刻度上的最小刻度为0.5mm（在中线的上侧）；可动刻度每旋转一圈前进（或后退）0.5mm。在可动刻度的一周上平均刻有50条刻线，所以相邻两条刻线间代表0.01mm。读数时，从固定刻度上读取整、半毫米数，然后从可动刻度上读取剩余部分（因为是10分度，所以在最小刻度后必须再估读一位），再把两部分读数相加，得测量值。
要知道主要构造的名称：以下的①-⑦依次是：测砧、测微螺杆、固定刻度、可动刻度、旋钮、微调旋钮和尺架。
2.互成角度的两个共点力的合成
（1）原理是两只弹簧秤成角度拉橡皮条AB和一只弹簧秤拉 橡皮条AB的效果相同，这个效果就是指橡皮条的形变量（大小和方向）相同。
（2）在画力的图示时，必须有箭头、标度、刻度。
（3）实验往往有一定的偶然误差，只要用平行四边形定则求得的合力F和一只弹簧秤的拉力F / 的图示大小和方向在误差允许的范围内相同就可以了。
3.测定匀变速直线运动的加速度
（1）纸带处理。从打点计时器重复打下的多条纸带中选点迹 清楚的一条，舍掉开始比较密集的点迹，从便于测量的地方取一个开始点O，然后每5个点取一个计数点A、B、C、…（或者说每隔4个点取一个记数点），这样做的好处是相邻记数点间的时间间隔是0.1s，便于计算。测出相邻计数点间的距离s1、s2、s3 …
（2）利用s1、s2、s3 …可以计算相邻相等时间内的位移差s2-s1、s3- s2、s4- s3…，如果它们在允许的误差范围内相等，则可以判定被测物体的运动是匀变速直线运动。
（3）利用纸带可以求被测物体在任一计数点对应时刻的瞬时速度v：如
（4）利用纸带求被测物体的加速度a。具体来说又有3种方法：
①“逐差法”：从纸带上得到6个相邻相等时间内的位移，则
②利用任意两段相邻记数点间的位移求a：如
③利用v-t图象求a：求出A、B、C、D、E、F各点的即时速度，画出如右的v-t图线，图线的斜率就是加速度a。
例5 一打点计时器固定在斜面上某处，一小车拖着穿过打点计时器的纸带从斜面上滑下，如右图所示。下图是打出的纸带的一段。
⑴已知打点计时器使用的交流电频率为50Hz，利用下图给出的数据可求出小车下滑的加速度a=_____。
⑵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=_________。
解： （1）3.89m/s2
（2）小车质量m；斜面上任意两点间距离l及这两点的高度差h。mgh/l-ma
5.碰撞中的动量守恒
（1）每次入射小球都应该从斜槽轨道的同一位置开始自由下滑。
（2）被碰小球的位置必须与入射小球等高，其中心与斜槽末端的水平距离恰好是小球半径的2倍。
解：最远的C点一定是被碰小球的落点，碰后入射小球的速度将减小，因此选B；由于被碰小球是放在斜槽末端的，因此被碰小球飞出后入射小球才可能从斜槽末端飞出，两小球不可能同时落地；由动量守恒得m1OB= m1OA+m2OC，选D。答案是BD。
6.研究平抛物体的运动
（1）斜槽末端的切线必须水平。
（2）用重锤线检验坐标纸上的竖直线是否竖直。
（3）以斜槽末端所在的点为坐标原点。
（4）如果是用白纸，则应以斜槽末端所在的点为坐标原点，在斜槽末端悬挂重锤线，先以重锤线方向确定y轴方向，再用直角三角板画出水平线作为x轴，建立直角坐标系。
（5）每次小球应从斜槽上的同一位置由静止开始下滑。
（6）由描迹法得到小球平抛的轨迹，从轨迹上任何一点的横纵坐标都可以计算出该平抛物体抛出时的初速度。
（7）若用闪光照相来研究，所得到的照片上相邻小球间的时间间隔是相等的，利用这一 结论和运动分解的知识，可以求小球平抛的初速度，也可以求小球在任何一个位置的瞬时速度。
（3）由于摩擦和空气阻力的影响，本实验的系统误差总是使
（4）本实验不需要在打下的点中取计数点。也不需要测重物的质量。
例8在用落体法验证机械能守恒定律时，某同学按照正确的操作选得纸带如右。其中O是起始点，A、B、C是打点计时器连续打下的3个点.该同学用毫米刻度尺测量O到A、B、C各点的距离,并记录在图中(单位cm)。
（1）这三个数据中不符合有效数字读数要求的是_____ ,应记作_______cm。
（2）该同学用重锤在OB段的运动来验证机械能守恒，已知当地的重力加速度g=9.80m/s2，他用AC段的平均速度作为跟B点对应的物体的即时速度，则该段重锤重力势能的减少量为_______，而动能的增加量为________，(均保留3位有效数字，重锤质量用m表示).这样验证的系统误差总是使重力势能的减少量_______动能的增加量，原因是_________________。
（3）另一位同学根据同一条纸带，同一组数据，也用重锤在OB段的运动来验证机械能守恒，不过他数了一下：从打点计时器打下的第一个点O数起，图中的B是打点计时器打下的第9个点。因此他用vB=gt计算跟B点对应的物体的即时速度，得到动能的增加量为______，这样验证时的系统误差总是使重力势能的减少量_______动能的增加量,原因是________________________________。
例9一组同学在做“用单摆测定重力加速度”的实验中，用正确的操作方法，测定了6组摆长L和周期T的对应值。为了求出当地的重力加速度g，4位同学提出了4种不同的方法：①从测定的6组数据中任意选取1组，用公式g=4π2L/T 2求出g作为测量值；②分别求出6个L值的平均值和6个T值的平均值，用公式g=4π2/2求出g作为测量值；③分别用6组L、T的对应值，用公式g=4π2L/T 2求出6个对应的g值，再求这6个g的平均值作为测量值；④在坐标纸上作出T 2-L图象，从图象中计算出图线的斜率K，根据g=4π2/K求出g作为测量值。
你认为以上4种方法中，错误的是哪一种____（填代号即可），其余正确方法中偶然误差最小的是哪一种______(填代号即可)。
解：错误的是②，因为L和T之间不是一次函数的关系。偶然误差最小的是④，因为偶然误差总是有时偏大有时偏小。而描点后画线时要求尽可能多的点在该直线上，其余点尽可能均衡地分布在该直线两侧，实际上是把偶然误差减小到最小了。
例10某同学在家里做用单摆测定重力加速度的实验，但没有合适的摆球，他找到了一块大小为3cm左右，外形不规则的大理石块代替小球。他设计的实验步骤是：
A.将石块用细尼龙线系好，结点为M，将尼龙线的上端固定于O点
B.用刻度尺测量OM间尼龙线的长度L作为摆长
C.将石块拉开一个大约α=30°的角度,然后由静止释放
D.从摆球摆到最高点时开始计时，测出30次全振动的总时间t,，由T=t/30得出周期
E.改变OM间尼龙线的长度再做几次实验，记下相应的L和T
F.求出多次实验中测得的的平均值作为计算时使用的数据,带入公式求出重力加速度g
9.设计实验举例
例11 利用手头的常用仪器，粗略测定玩具手枪子弹射出时的初速度。除玩具手枪外，所给的测量仪器为：⑴只有秒表；⑵只有米尺。
解：
（1）若只有秒表，可如图(a)，将玩具手枪从地面竖直向上发射子 弹，用秒表记下从发射到子弹落会地面所用的时间t，则子弹上升的时间为t/2，故子弹初速度v0=gt/2。
（2）若只有米尺，可如图(b)，将玩具手枪子弹从某一高度处水平射出，用米尺测量射出时离地面的高度h和水平射程s，则子弹初速度。
例12 某同学在做探究弹力和弹簧伸长的关系的实验中，设计了如图所示的实验装置。所用的钩码每只的质量都是30g，他先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，再将5个钩码逐个挂在弹簧的下端，每次都测出相应的弹簧总长度，将数据填在了下面的表中。(弹力始终未超过弹性限度，取g=9.8m/s2)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
① ②
③ ④
⑤
⑥
⑦
A
O
B
a
b
c
A
B
C
s1
s2
s3
O
t/s
0 T 2T 3T 4T 5T 6T
v/(ms-1)
打点计时器
图1
5.12 5.74 6..37 6.98 7.60 8.24 8.85 9.47 (单位：cm)
O
O /
M
P
N
2r
重垂线
O A B C
9.51
15.7
12.42
α
O
M
v0
v0
h
s
(a) (b)
砝码质量(g) 0 30 60 90 120 150
弹簧总长(cm) 6.00 7.15 8.34 9.48 10.64 11.79
弹力大小(N)物理学是一门以实验为基础的自然科学，所以在高中物理课程中每一册都有一些典型的科学探究或物理实验。这些实验的设置也正是为了实现课程总目标：让学生“学习终身发展必备的物理基础知识和技能；学习科学探究方法，发展自主学习能力；发展好奇心与求知欲，发展科学探索兴趣；了解科学与技术、经济和社会的互动作用，认识人与自然、社会的关系，有可持续发展意识和全球观念。”
一、考纲解读
知识内容 说明
实验一：验证平抛运动 1.要求会正确使用实验仪器；2.要求认识误差问题在实验中的重要性，了解误差的概念，知道系统误差和偶然误差；知道用多次测量求平均值的方法减小偶然误差；能在某些实验中分析误差的主要来源；不要求计算误差。3.要求知道有效数字的概念，会用有效数字表达直接测量的结果。间接测量的有效数字运算不作要求
实验二：探究动能定理
实验三：验证机械能守恒定律
新课程标准考试大纲，要求考生能明确上述实验的实验目的，能理解实验原理和方法，能控制实验条件，会使用仪器，会观察、分析实验现象，会记录、处理实验数据，并得出结论，对结论进行分析和评价；能发现问题、提出问题，并制定解决方案；能运用已学过的物理理论、实验方法和实验仪器去处理问题，包括简单的设计性实验。
二、基本的探究方案
一、验证平抛运动
研究平抛运动规律的实验方法很多，可以用小球研究，也可以用水流研究，还可以用DIS研究。由于实验设计方案不同，导致操作步骤不同，但是实验原理都是运动的合成与分解。下面列举几例.
实验方案一：验证竖直方向上的运动规律
实验装置如图1所示，用小锤打击弹性金属片，金属片把A球沿水平方向弹出，同时B球被松开让其自由下落，观察到的现象是两球同时落地；改变小锤打击的力度，即改变A球被弹出时的速度，仍能观察到上述现象，这说明竖直方向上的分运动总是相同的，且与球速无关，即“平抛运动在竖直方向上的分运动是自由落体运动”。
实验方案三：描绘平抛运动的轨迹并计算初速度
（1）描绘出平抛运动的轨迹 实验装置如图3所示,将固定有斜槽的木板放在实验桌上，实验前要检查斜槽末端的切线是否水平;用图钉把坐标纸钉在竖直的木板上，固定时要用重锤线检查坐标纸上的竖线是否竖直;选定斜槽末端上方小球球心处为坐标原点O，从坐标原点O画出水平向右的x轴和竖直向下的y轴;使小球从斜槽的某一固定位置由静止滚下，并由O点开始做平抛运动。先用眼睛粗略地确定做平抛运动的小球在某一x值处的y值，然后使小球从固定位置由静止滚下，在粗略确定的位置附近用铅笔较准确地确定小球通过对位置，并在坐标纸上记下这一点;依次改变x的值，用同样的方法确定其他各点的位置；取下坐标纸，根据记下的一系列位置，用平滑的曲线画出小球做平抛运动的轨迹。
（2）计算出平抛运动的初速度 在轨迹上选取几个不同的点，测出它们的横坐标x和纵坐标y，根据重力加速度g的数值，利用公式v0=x求出小球做平抛运动的初速度，最后求出v0的平均值。
注意：小球初速度是否水平、运动轨迹是否与木板平行和空气阻力是产生系统误差的原因。为了减小系统误差，实验中注意以下几点：
（1）固定斜槽时，要保证斜槽末端的切线呈水平。检查斜槽末端的切线呈水平的方法是：是否能使小球稳定的停留在槽口附近；（2）木板必须处在竖直面内且与小球运动轨迹所在竖直平面平行，并使小球的运动靠近木板但不接触；（3）要在斜槽上适当高度释放小球，使它以适当的初速度平抛，其轨迹从木板的左上角到达右下角，可以减小测量误差。
实验方案五 ：频闪照相法
数码相机大多具有摄像功能，每秒钟拍摄约15帖照片。用它拍摄小球从水平桌面飞出后做平抛运动的几张连续照片，分析这些照片在水平方向和竖起方向的运动特点，从而归纳总结出平抛运动的规律。
方法一 比较法探究平抛运动的规律
如图5所示，为用频闪摄影方法拍摄的研究物体做平抛运动规律的照片，图中、、为三个同时由同一点出发的小球。为球在光滑水平面上以速度运动的轨迹；为球以速度被水平抛出后的运动轨迹；为球自由下落的运动轨迹。通过分析比较上述三条轨迹可以看出：
1.水平方向小球、在相同时间内的位移相同，而球做匀速直线运动，所以球在水平方向与球以相同的速度做匀速直线运动；
2.竖直方向，小球做自由落体运动，由图可以看出，小球与在相同时间内下降的位移也相同，即说明小球在竖直方向也做自由落体运动。
二、验证动能定理
实验方案一：探究恒力做功与物体动能变化的关系
实验装置如图7所示，所用器材有长木板、小车、橡皮筋、打点计时器及电源、纸带等。我们通过橡皮筋带动小车运动来探究对物体做的功与物体速度变化的关系。小车在橡皮筋的作用下弹出，沿木板滑行．当我们用2条、3条…同样的橡皮筋进行第2次、第3次…实验时，每次橡皮筋拉的长度都保持一样，那么，第2次、第3次…实验中橡皮筋对小车做的功就是第一次的2倍、3倍…如果把第一次实验时橡皮筋的功记为W，以后各次的功就是、…
由于橡皮筋做功而使小车获得的速度可以由纸带和打点计时器测出，也可以用其他的方法测出．这样，进行若干次测量，就得到若干组功和速度的数据。
实验方案二：探究功与质量、速度间定量关系
实验装置如图8所示，实验器材有天平、气垫导轨、数字计时器及计算机辅助设备.滑块在气垫导轨上受重力和支持力两个力的作用，当滑块沿导轨滑行时，滑块重力沿倾斜导轨方向的分力对滑块做功。这一分力为，在滑块经过两光电门的过程中，这一分力所做的功为，式中m为滑块（连同遮光条）的质量，可用天平测出；h为垫块的高度，L为垫块与导轨接触点到导轨底端的距离，s为两光电门间的距离，均可用刻度尺测出。
以v1、v2分别表示滑块经过光电门G1、G2时的速度，根据固定在滑块上的两遮光条的间距和由数字计时器显示的滑块经过光电门G1、G2的时间，即可算出v1、v2。
由m、v1、v2组成的式子可能为m(v2－v1)、m(v2－v1)2、m(v22－v12)、m(v2－v1)3、m(v23－v13)……
将实验数据分别代入以上各式，运用计算机辅助设备进行数据处理，即可发现功与质量、速度间的定量关系。
三、验证机械能守恒定律
实验方案一：落体法验证机械能守恒定律
实验装置如图10所示，所需实验器材有铁架台（带铁夹）、打点计时器、重物（带纸带夹子）、纸带数条、毫米刻度尺、学生电源等。按图示装置，将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上并与学生电源（电压不超过10 V）连接好；把纸带的一端用夹子固定在重物上，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手竖直提起纸带，使重物停靠在打点计时器附近；然后接通电源，待打点计时器打点稳定后再松开纸带，让重物自由落下，打点计时器在纸带上打下一系列的点；取下纸带，换上新的纸带重打几条（条）纸带.从几条打下点的纸带中挑选第一、二两点间距离接近2mm、点迹清晰且打点呈一条直线的纸带进行测量，先记下第一个点的位置，再用刻度尺测出其余各计数点到第一个点间的距离、、…，再利用公式计算出各点对应的瞬时速度、、…；计算打各点时重力势能的减少量和动能的增加量是否相等。
实验方案二：利用单摆探究机械能守恒定律
实验装置如图11（a）所示，让一个摆球由静止开始从A位置摆到B位置，若不考虑空气阻力，小球的机械能应该守恒，即mv2 = mgh．直接测量摆球到达B点的速度v比较困难．现让小球在B点处脱离悬线做平抛运动，利用平抛的特性来间接地测出v．如图11（a）中，悬点正下方P点处放有水平放置炽热的电热丝，当悬线摆至电热丝处时能轻易被烧断，小球由于惯性向前飞出作平抛运动．在地面上放上白纸，上面覆盖着复写纸，当小球落在复写纸上时，会在下面白纸上留下痕迹．用重锤线确定出A、B点的投影点N、M．重复实验10次（小球每一次都从同一点由静止释放），球的落点痕迹如图11（b）所示，图中米尺水平放置，零刻度线与M点对齐．用米尺量出AN的高度h1、BM的高度h2，A、B两点的竖直距离，再量出M、C之间的距离s，即可验证机械能守恒定律．
实验方案三：利用气垫导轨探究机械能守恒定律
例 （2010年海南卷）利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置示意图如图1所示：
解析：由于挡光条宽度很小，因此将挡光条通过光电门时的平均速度当作瞬时速度。
（1）②9.30； ③60.00(答案在59.96~60.04之间的，也给分)
（2）①，；②，；③mgs （3）Ek2-Ek1
三、实验要点讲解
一、明确实验装置的正确选择
例1 “验证机械能守恒定律”的实验可以采用如图1甲或乙方案来进行。
（1）比较这两种方案， （填“甲”或“乙”）方案好些，理由是： 。
（2）如图2是该实验中得到的一条纸带，测得每两个计数点间的距离如图中所示,已知每两个计数点间的时间间隔T = 0.1s。物体运动的加速度a = ；该纸带是采用 （填“甲”或“乙”）实验方案得到的。简要写出判断依据 。
二、明确实验的正确操作步骤
例2 某同学用如图3所示的装置来探究机械能守恒定律，他进行了以下的实验步骤：a．用天平称出钩码的质量；b．把电磁打点计时器固定在铁架台上，用导线将打点计时器接在低压交流电源上；c．将连有重物的纸带穿过打点计时器的限位孔，提稳纸带并使手拿住纸带的那端靠近打点计时器；d．释放纸带，然后接通电源开关，打出一条纸带；e．更换纸带，重复b、c步骤，选出点迹清晰符合要求的纸带；f．用公式求出速度，验证机械能是否守恒. 在以上的操作中，你认为存在错误的步骤是 （只填步骤前序号）.
解析：错误的步骤有：步骤a，有本实验的原理m(vN+M2-vN2)/2=mg(hN-hN+M)，可知本实验不用测量重锤的质量；步骤c，在确定纸带的位置时应将与重锤相连接的一端靠近打点计时器，这样纸带可以充分记录重锤下落的运动状态；步骤d，在实验操作时应该先接通电源后释放纸带；步骤e，不能再按以上错误的步骤重复实验；步骤f，在本实验中计算某一点的瞬时速度时不能用公式求出速度，因为实验中有阻力，因此纸带的下落不是自由落体运动。
三、明确纸带的选取、数据的处理、实验误差的简单分析
例3 某同学用如上题图3所示的装置来探究机械能守恒定律：
解析：⑴应选甲纸带，重物在下落过程中若先接通打点计时器，则第一个打点与第二个打点之间的距离是：，若先释放纸带则第一个打点与第二个打点之间的距离应大于1.96mm，若接通电源后在释放纸带的过程中受还拉着纸带，则第一个打点与第二个打点之间的距离应小于1.96mm，
⑵①重物由O点运动到C点，重力势能的减少量为：
重物在通过C点时的速度为：
重物由O点运动到C点动能的增加量为：.
②由以上计算可看出重物由O点运动到C点，重力势能的减少量大于动能的增加量，原因有：由于空气的阻力；纸带与打点计时器之间有摩擦。
⑶纸带下落的加速度为：，根据牛顿第二定律有：ma=mg-F，由以上两式可解得：F＝.
针对练习1 （2010年全国卷2）利用图中所示的装置可以研究自由落体运动。实验中需要调整好仪器，接通打点计时器的电源，松开纸带，使重物下落。打点计时器会在纸带上打出一系列的小点。
（1）为了测试中午下落的加速度，还需要的实验器材有 。（填入选项前的字母）
A.天平 B.秒表 C.米尺
（2）若实验中所得到的重物下落的加速度值小于当地的重物加速度值，而实验操作与数据处理均无错误，写出一个你认为可能引起此错误差的原因： 。
针对练习2 （2010年新课标卷）如图为验证机械能守恒定律的实验装置示意图.现有的器材为：带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重锤、天平.回答下列问题
(1)为完成此实验，除了所给的器材，还需要的器材有______.(填入正确选项前的字母)
A.米尺 B.秒表 C.0～12V的直流电源 D.0～12V的交流电源
(2)实验中误差产生的原因有______.(写出两个原因)
【参考答案： 1.（1）C；（2）打点计时器与纸带之间存在摩擦。2.（1）AD（2）纸带与打点计时器之间有摩擦，用米尺测量纸带上点的位置时读数有误差，计算势能变化时，选取始末两点距离过近，交流电频率不稳定。3.D】
四、图象法处理数据
1.v2—h图象
例1 某同学在探究“验证机械能守恒定律”时按图1所示安装好实验装置，正确进行实验操作，从打出的纸带中选出符合要求的纸带，如图2所示。图中O点为打点起始点，且速度为零。
解析：（1）重锤重力势能的减少量ΔEp= mgh2，，动能的增加量ΔEk=
（2）当物体自由下落时，只有重力做功，物体的重力势能和动能互相转化，机械能守恒。
（3）由可知图象的斜率表示重力加速度g的2倍，为求直线的斜率，可在直线取两个距离较远的点，如(25.4×10-2，5.0）、（35.5×10-2，7.0)，则：
2.Δh—Δv2图象
例2 几位同学用图1的装置来“探究机械能守恒定律”，他们按正确的实验步骤操作，得到一条点迹比较清晰的纸带，如图4所示，舍去开始密集的点迹，从便于测量的点开始，每个打点间隔取一个计数点，如图中的0、1、2、…、6点所示，测出各相邻两计数点间的距离，分别记为s1、s2、…、s6，为了得到较为准确的得到实验结论，他们采用了下列方案：
（1）以Δv2为横坐标、h为纵坐标，作出了Δv2—h图线，该图象说明了： 。
（2）由该图象可求得重力加速度g= 。
针对练习 （天津卷）如图6所示，将打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置可以测定重力加速度。
（1）所需器材有打点计时器（带导线）、纸带、复写纸、带铁夹的铁架台和带夹子的重物，此外还需 （填字母代号）中的器材。
A．直流电源、天平及砝码 B．直流电源、毫米刻度尺
C．交流电源、天平及砝码 D．交流电源、毫米刻度尺
（2）通过作图象的方法可以剔除偶然误差较大的数据，提高实验的准确程度。为使图线的斜率等于重力加速度，除作v-t图象外，还可作 图象，其纵轴表示的是 ，横轴表示的是 。
3.s2—h图象
例3 某同学利用图7的实验装置验证机械能守恒定律。弧形轨道末端水平，离地面的高度为H，将钢球从轨道的不同高度h处静止释放，钢球的落点距轨道末端的水平距离为s。
⑴若轨道完全光滑，s2与h的理论关系应满足s2=____（用H、h表示）。
⑵该同学经实验测量得到一组数据，如下表所示：
h（10-1 m） 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00
s2（10-1 m2） 2.62 3.89 5.20 6.53 7.78
请在图8的坐标纸上作出s2-h关系图。
⑶小球于轨道的摩擦及空气阻力可忽略不记，根据所做的图象可得出的实验结论是： 。
解析：（1）小球从斜面下滑时只有重力做功，由机械能守恒得：mgh=mv2/2
从水平桌面飞出来时做平抛运动：
水平方向有：s=vt；竖直方向有：。
由以上三式可得：s2=4Hh
（2）根据表中的数据描点所做的图象如图8所示。
（3）由上面的推导可知该图象是在机械能守恒的条件才下，才有s2∝h，该图象做出来为一条直线，因此根据图象可知：小球在下落的过程中机械能是守恒的。
4.s2—cosθ图象
例4 物理兴趣小组的同学用图9的实验装置来探究机械能受恒定律，在悬点O正下方有水平放置的炽热的电热丝P，当悬线摆至电热丝处时能轻易被烧断； MN为水平木板，已知悬线长为L，悬点到木板的距离OD＝h（h＞L）。
（1）电热丝P必须放在悬点正下方的理由是：________。
（2）将小球向左拉起后自由释放，最后小球落到木板上的C点，DC＝s，则小球做平抛运动的初速度为v0________。
（3）在其他条件不变的情况下，若改变释放小球时悬线与竖直方向的夹角，小球落点与D点的水平距离s将随之改变，经多次实验，以s2为纵坐标、cos为横坐标，得到如图10所示图像。该图象说明了什么？
五、实验的创新与拓展
（1）实验主要步骤如下：
①测量________和拉力传感器的总质量M1;把细线的一端固定在拉力传感器上另一端通过定滑轮与钩码相连；正确连接所需电路；
②将小车停在C点，______，小车在细线拉动下运动，记录细线拉力及小车通过A、B时的速度。
次数 M/kg |v22－v21| /(m/s)2 △E/J F/N W/J
1 0.500 0.760 0.190 0.40 0.200
2 0.500 1.65 0.413 0.84 0.420
3 0.500 2.40 △E3 1.22 W3
4 1.000 2.40 1.20 2.42 1.21
5 1.000 2.84 1.42 2.86 1.43
③在小车中增加砝码，或_______，重复②的操作。
（2）右表是他们测得的一组数据，其中M是M1与小车中砝码质量m之和，|v22－v21| 是两个速度传感器记录速度的平方差，可以据此计算出动能变化量△E，F是拉力传感器受到的拉力，W是F在A、B间所作的功。表格中△E3=____，W3=____.(结果保留三位有效数字)
（3）根据上表中的数据，请在图2中的方格纸上作出△E-W图线。
解析：（1）①以小车、砝码和拉力传感器为系统，本实验中将钩码的重力来替代系统所受到的拉力，拉力做的功转化为系统的动能，系统在某一时刻的速度可通过纸带计算出来，要求系统的动能还要测出系统的质量。
②根据实验步骤，将小车停在C点后再释放小车，小车在细线拉动下运动，记录细线拉力及小车通过A、B时的速度。
③在实验过程中可在小车上增加或减少砝码，同时改变钩码的重量，重复②的操作，便可得到不同拉力所做的功和不同质量的小车所获得的动能。
答案：①小车、砝码；②释放小车；③减少砝码。
（2）由各组数据可见规律可知：，所以△E3=0.600J；观察F-W数据规律可得数值上W=F/2=0.610;
（3）在方格纸上做出△E-W图线如图2所示.
②因圆柱棒竖直自由下落，故其一段时间内的平均速度等于这段时间内中间时刻的即时速度，由此可知，，棒在CD间动能的变化量为，重力势能的减少量为，在误差允许的范围内，表明圆柱棒在下落过程中的机械能是守恒的。
点评：新课程标准注重学生综合探究素养和设计、创新等综合实验能力的培养，要求学生利用学过的知识和方法，独立设计实验探究方案, 恰当选择实验器材、合理安排实验步骤、正确处理实验数据及进行实验误差分析.
点评：此题为设计性实验，弹簧的弹性势能无法直接测量，弹簧将小球弹开时，弹性势能全部转化为小球的动能，但小球弹开时速度也不能直接测定，可用平抛运动知识测定。通过实验的变通处理，能引导学生跳出课本实验的局限性，将各部分知识进行纵横交错着回顾记忆，有利于学生发散思维，培养利用题设条件解决问题的能力。
4.测量摩擦力做功的实验设计
例4 如图6所示，水平桌面有斜面体A，小铁块B，斜面体的斜面是曲面，下端切线是水平。现提供的实验工具只有：天平、直尺。其他的实验器材可根据实验需要自选。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，摩擦力对小铁块B做的功。要求：
（1）请在原图中补充画出简要实验装置图。
（2）简要说明实验要测的物理量。
（3）简要说明实验步骤。
（4）写出实验结果的表达式（重力加速度g已知）
图1
图2
图3
图7
v1
v2
G2
G1
m
s
h
图8
图9
图10
图11
图3
图4
图5
图3
图1
图2
图4
图6
图7
图8
图9
图10
图2
A
B
图6
P
H
s
h
O
图7一、解读《2011说明》中实验部分的表述
1、“2011说明”对“实验与探究能力”的表述
08年实验能力要求 09年实验能力要求
能独立完成“知识内容表”中注明“实验、探究”的内容，明确实验目的，理解实验原理和方法，控制实验条件。会使用实验仪器，会观察、分析实验现象，会记录、处理实验数据，并得出结论，对结论进行一定的分析与评价。能在实验过程中，发现问题，提出问题，并制定解决方案。能运用已学过的物理理论、实验方法、实验仪器支解决问题，包括简单的设计性实验。 能独立完成“知识内容表”中注明“实验、探究”的内容，明确实验目的，理解实验原理和方法，控制实验条件。会使用实验仪器，会观察、分析实验现象，会记录、处理实验数据，并得出结论，对结论进行一定的分析与评价。能在实验过程中，发现问题，提出问题，对解决问题的方式和问题的答案推出假设；并制定解决方案。对实验结果进行预测。能运用已学过的物理理论、实验方法、实验仪器支解决问题，包括简单的设计性实验。
2、“2011说明”对实验考察内容作了调整
2011年的实验内容[21世纪教育网
1、速度随时间的变化规律 (必修1)
2、力的合成和分解 力的平行四边形定则 (必修1)
3、加速度与物体质量、物体受力的关系 (必修1)
4、验证机械能守恒定律 (必修2)
5、决定导体电阻的因素 (必修2)
6、描绘小灯泡的伏安特性曲线 (选修3-1)
7、测量电源的电动势和内电阻 (选修3-1)
8、用油膜法估测分子的大小 (选修3-3)
9、单摆的周期与摆长的关系 (选修3-4)
10、测定玻璃的折射率 (选修3-4)
11、验证动量守恒定律 (选修3-5)
删除的物理实验
恒力做功与物体动能变化的关系
新增物理实验
描绘小灯泡的伏安特性曲线
3、“2011说明”对实验器材与实验误差提出的要求
实验器材：刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器、天平、秒表、电火花计时器或电磁打点计时器、弹簧秤、电流表、电压表、多用电表、滑动变阻器、电阻箱，温度计（选修3-3）等。
实验误差与有效数字：认识误差问题在实验中的重要性，了解误差的概念，知道系统误差和偶然误差；知道用多次测量求平均值的方法减小偶然误差；能在某些实验中分析误差的主要来源；不要求计算误差。
知道有效数字的概念，会用有效数字表达直接测量的结果，间接测量的有效数字运算不作要求。
实验考试形式与比例：简答题用于考查实验和选考内容实验（包含在以上各部分内容中）：15%左右。实验考查内容与相应知识考查内容融为一起，在必考模块中，一共列出了7个考查实验，在选考模块中共列出4个考查的实验。
二、对高考实验部分考察的理解
1、高中物理实验所涉及基本方法
围绕实验的设计原理、误差控制、数据处理三个环节，高中物理实验涉及的主要是以下方法：
二、控制实验误差
1．多次测量法。多次测量法减小偶然误差，这是所有实验必须采取的办法，也是做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30~50次全振动的时间。
三、处理实验数据
1．列表法。在记录和处理数据时，常常将数据列成表格。数据列表可以简单而又明确地表示出有关物理量之间的关系，有助于找出物理量之间规律性的联系．
2．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，其优点是直观、简便且有取平均的效果。可以由图线的斜率、截距、包围面积等研究出物理量之间的关系，找出规律。作图的规则：
3．平均值法。现行教材中只介绍算术平均值，即把测定的数据相加求和，然后除以测量的次数．必须注意的是，求平均值时应该按测量仪器的精确度决定应保留的有效数字的位数。
4．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。
2、高中物理实验复习值得思考的环节
（1）考试说明中精选实验，突出了复习的重点。实验条目后冠以“（实验、探究）”，说明实验具备更多的能力要求或可以考查的途径。
（2）所列实验与传统的实验器材不一定一一对应。实验器材不再局限于传统的学生实验器材或演示器材，实验的复习教学应关注DIS数字实验系统给中学实验带来的显著变化。
(3)对实验技能和方法的考查更加突出，要求对实验原理有更高层次的领悟才能正确迁移和运用。要引导学生认真做好实验方法的总结。例如“留迹法”是力学实验中常用的方法之一，打点计时器的使用、研究平抛运动、验证动量守恒，还有演示实验中的频闪照片等等都是“留迹法”。
（4）可以利用实验录像，帮助学生复习实验
一、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。
二、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：①可能危及仪器安全的。如：螺旋测微器，在小砧快接触工件时，应改用微调旋钮，以免损坏精密螺杆。②可能增大误差的。如使用螺旋测微器，读数时要注意半毫米刻度；测量仪器使用前，要调整零位（如弹簧秤、各种电表）。③使用时容易忽略的。最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，要机械调零和电阻档调零，换档后要重新进行电阻档调零，使用完毕要复位。
三、选择适当的量程。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，选用尽量小的量程；在完全不清楚测量值的情况下，试用最大量程，再视情况逐渐减小量程。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，为刻度盘中心阻值。
量的数据在小数点后均保留两位。
●最小分度是"2"或"5"的仪器，分别按二分之一或五分之一估读。如学生用的电流表0.6A量程，最小分度为0.02A，误差出现在安培的百分位，只读到安培的百分位，估读半小格，不足半小格的舍去，超过半小格的估读，以安培为单位读数时，百分位上的数字可能为0、1、2……9；学生用的电压表为15V量程，最小分度为0.5V，测量误差出现在伏特的十分位上，只估读到伏特的十分位，估读五分之几小格，以伏特为单位读数时，十分位上的数字可能为0、1、2……9。
例如：图4电流表的最小刻度为0.02A，所以按二分之一估读，因此可以认为在0.14与0.16之间，所以读数为0.15A。图5电压表的最小刻度为0.5V，按五分之一估读，指针可以认为在3.5到4.0间的五分之二，所以读数为3.7V。
●下列仪器在最小分度间不进行估读：游标卡尺只要求读数是游标最小分度值的整数倍；机械秒表和指针式电子秒表在最小分度间不进行估读；欧姆表的刻度因不均匀，一般不要求估读，，指针靠近哪条刻度线，就读哪条刻线的数值。
【例1】用10分度的游标卡尺测量一个物体的长度(如图所示)，首先读出游尺上的零所对应主尺上的精确读数1.2cm，再通过主尺上的刻度线与游尺上对齐的该度读数小数点后的第二位0.03cm，则该物体的长度为1.23cm，这里没有估计值。
●数值表示的标准形式
数值表示的标准形式是用10的方幂来表示其数量级。前面的数字是测得的有效数字，并只保留一位数在小数点的前面。如3．3×105m 8．25×10—3kg等。
六、在“09说明”中没有提及的仪器
在“说明”中没有提出的仪器，如光电门、传感器等，这些仪器没有在“说明”中明确要求，但不等于在试题中不能出现。如果出现这些仪器，一般不会要求学生去使用，通常作为题目的背景。如果要求了解其原理，题干中一定会详细说明。
2、间接测量的物理量
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。
模块 待测物理量 基本测量方法
力学 速度 ①利用纸带，；②利用平抛，21世纪教育网21世纪教育网
加速度 ①利用纸带，逐差法；②利用单摆
功 根据转化为测量m、v
电学 电阻（精确测量） ①根据转化为测量U、I（伏安法）；②电阻箱（半偏、替代）
电功率 根据P=UI转化为测量U、I
电源电动势 根据E＝U＋Ir转化为测量U、I 然后联立方程求解或运用图像处理
电压表：代号V，量程3V，内阻15kΩ；
电流表：代号A1，量程3A，内阻0.2Ω；
电流表：代号A2，量程300mA，内阻1Ω；
变阻器：代号R1，1～1000Ω，额定电流0.3A；
变阻器：代号R2，1～50Ω，额定电流1A；
电池组：代号E，电动势3V，内阻0.3Ω；
开关，代号K，以及导线若干。
为了精确测定该电阻器(代号Rx)的电阻，要求测出一组包括0在内的电压和电流数据，为了实验能正常进行，并尽量减小测量误差，而且要求滑动变阻器使于调节，则电流表应选用__________(填代号，下同)，变阻器应选用__________。
该题用的是分压电路，则待测电阻上的电压最大可以调节到3V，及电阻上的最大电流可能达到0.6A，电流表如果选择A1，最大电流只能偏转五分之一，而选用A2电流表，电阻中的最大电流将超出电流表的量程，这里出现了矛盾。根据题目的要求“为了精确测定该电阻器(代号Rx)的电阻，要求测出一组包括0在内的电压和电流数据，为了实验能正常进行，并尽量减小测量误差……”，只有控制滑线变阻器，使得待测电阻上的电流不超过300mA进行实验，所以电流表选择A2。
4．实验电路的选择
方法二：在、均不知的情况下，可采用试触法，即试接通电路，观察先后两次试触时两电表示数的变化情况，如果电流表示数比电压表示数变化明显，即>，说明电压表分流作用大，应采用内接法；如果电压表示数比电流表示数变化明显，即<，说明电流表分压作用大，应采用外接法．
方法三：基于误差分析基础上对实验电路的选择
在《测定电源电动势与内阻》实验中，该实验原理是通过全电路欧姆定律，即，通过测定电源的路端电压与电源电流，运用U-I图象求电源电动势与内阻。
而式中的U与I应该是电源两端的电压与电源中的电流，但在实际电路中电压与电流不可能同时为电源的。如左图24连接，电压是电源的，而电流小于电源电流；在图25电路中，电流是电源的，而电压小于电源两端的电压。这就带来了测量中的误差。这两种连接电路所测得的电源电动势与内阻的值比电源实际是大还是小，分析方法对学生来讲是难点。
分析方法一：用图象法。
假设电压表是理想电压表(内阻无穷大)，电流表为理想电流表(内阻为零)，那电压表与电流表的读数均为电源的，根据测量的数据作出的U-I图象，纵坐标的截距为电源电动势的真实值，斜率为电源内阻的真实值。如图26所示。
图24电路的电表为实际电表，电流表中的电流仍为电源电流，但电压小于电源两端电压，与电源两端电压差值为电流表两端的电压，即，当I=0时，差值为零，因此用该电路测得的电压与电流所画出的U-I图线如图27虚线所示，虚线图所测量的电动势与内阻为实际电路的测量值。由图可知，电源电动势的测量值等于电源电动势的真实值，而内阻的测量值大于电源内阻的真实值。
电源内阻的测量值等于电源的电动势与短路电流的比值，即图24电路中电压为零时为短路，短路电流，所以电源内阻的测量值，因此，内阻相对误差的大小决定于RA与r的比值，当RA比r小得多时，内阻的相对误差就比较小。
同样的道理，在图25电路中，电压是电源的，电流比电源电流小，差值，当电压为零时，因此，实际测量电压值与电流值所描绘的图线如图28虚线所示。由图可知，电动势的测量值小于真实值，而内阻的测量值也小于真实值。
误差的大小决定于电流表读数为零时，电压表的读数与电源电动势的差值。此差值，即当RV>>r时，电动势与内阻误差均很小。
【例4】(江苏卷第12题)要描绘某电学元件（最大电流不超过6mＡ，最大电压不超过7Ｖ）的伏安特性曲线，设计电路如图所示，图中定值电阻R为1KΩ，用于限流；电流表量程为10mＡ，内阻约为５Ω；电压表（未画出）量程为10Ｖ，内阻约为10KΩ；电源电动势Ｅ为12Ｖ，内阻不计。
（１）实验时有两个滑动变阻器可供选择：
a、阻值０到200Ω，额定电流0.3Ａ
b、阻值０到20Ω，额定电流0.5A
本实验应选的滑动变阻器是____（填“a”或“b”）
（２）正确接线后，测得数据如下表
１ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １０
U（Ｖ） ０.00 3.00 6.00 6.16 6.28 6.32 6.36 6.38 6.39 6.40
I（mＡ） 0.00 0.00 0.00 0.06 0.50 1.00 2.00 3.00 4.00 5.50
【例5】电流表的内阻在0.1 Ω---0.2 Ω之间，现要测量其内阻，可选用的器材如下：A、待测电流表A1（量程0.6A）；B、电压表V1（量程3V，内阻约为2kΩ）；C、电压表V2
（量程15V，内阻约为10 kΩ）；D、滑动变阻器R1（最大阻值10 Ω）；E、定值电阻R2（阻值5 Ω）；F、电源E（电动势4V）；G、电键S及导线若干。
(1)、电压表应选 。
(2)、画出实验电路图，如测得电压表的读数为U，电流表的示数为I，则电流表A1的内阻的表达式为：RA= 。
分析与解答：
仪器的选择。很明显，电源的电动势只有4V，如果选择量程为15V电压表V2，则电压表最大的示数不足满偏的1/3，读数误差较大，因此应选择量程为3V的电压表V1。
电路的设计。因为有电压表和电流表，要测电流表的内阻，首先想到的是将电压表直接接在是流表的两端，由欧姆定律可求出电流表的内阻。但由于本题中电流表的内阻很小，在0.1 Ω---0.2 Ω之间，因此电流表两端的电压也很小，最大为0.12V，这样用最小量程为3V的电压表无法准确读数，所以应将阻值为5 Ω定值电阻R2串联在电流表中，这样欧姆定律算出的电阻便是定值电阻及电流表内阻之和，即。电路图如图3所示。
（二）打点计时器系列实验中纸带的处理
⑴若、、、、、基本相等，则可判定物体在实验误差范围内作匀速直线运动。
⑵设△s1=－，△s2=－，△s3=－，△s4=－，△s5=－
若△s1、△s2、△s3、△s4、△s5基本相等，则可判定物体在实验误差范围内作匀变速直线运动。
⑶测定第n点的瞬时速度。物体作匀变速直线运动时，在某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度。即测出第n点的相邻的前、后两段相等时间T内的距离，由平均速度公式就可求得，如上图中第4点的瞬时速度为：。
⑷测定作匀变速直线运动物体的加速度，一般用逐差法求加速度。将如上图所示的连续相等时间间隔T内的位移、、、、、分成两组，利用可得：、、，再算出的、、平均值，即：就是所测定作匀变速直线运动物体的加速度。若为奇数组数据则将中间一组去掉，然后再将数据分组利用逐差法求解。
●验证机械能守恒定律实验
③伏安法：伏安法的测量依据是欧姆定律（包括部分电路欧姆定律和全电路欧姆定律），需要的基本测量仪器是电压表和电流表，当只有一个电表（或给定的电表不能满足要求时），可以用标准电阻（电阻箱或一个定值电阻）代替；当电表的内阻已知时，根据欧姆定律I=U/R电压表同时可以当电流表使用，同样电流表也可以当电压表用。
④半偏法：
①D、C、F②5.0V ④15Ω
【例8】如右图所示为一测电流表内阻的实验电路图，其中电压表V（量程足够大）用来测量电阻箱R与被测电流表G串联电路的端电压。在保持恒定的条件下，调节电阻箱，使被测电流表的指针偏转到满量程处，记下此时电阻箱的阻值；然后再调节电阻箱，使被测电流表指针偏转到其量程的一半，记下此时电阻箱的阻值。
① 计算被测电流表的内阻的公式是＝____。
② 用线表示导线，按甲图把乙图所示实验器材连接起来。（导线不得交叉）
(1) 半偏(或＂满刻度的一半＂)
(2)500 偏小 (4)9500
（四）关于电源的电动势和内电阻的测量
①用一只电压表和一只电流表测量
我们可以用电压表测电压，电流表测电流，但需注意的是题给电压表的量程只有，而路端电压的最小值约为，显然不能直接把电压表接在电源的两端测路端电压。依题给器材，可以利用固定电阻分压（即可以把它和电源本身的内阻共同作为电源的等效内阻“”），这样此电源的“路端电压”的最小值约为，就可直接用电压表测“路端电压”了，设计实验电路原理图如图1所示。
调节滑动变阻器测两组电压和电流分别代入（1）（2）两式，得：，。（说明：此种方法所测偏小，偏小）
②可用一只电流表和一只电阻箱测量
③可用一只电压表和一只电阻箱测量
④用两只电压表测量
【例10】在“测定电源电动势和内阻”的实验中，除待测电源（，），足够的连接导线外，实验室仅提供：两只量程合适的电压表、及的内阻，一只单刀双掷开关。
（1）画出实验原理图；
（2）写出用测量值表示的电源电动势和内阻的表达式，并注明式中量的含义。
⑤用两只电流表测量
【例11】在测定一节干电池的电动势和内电阻的实验中，备有下列器材：
①干电池（电动势约为，内电阻约为）；
②电流表（满偏电流，内阻）；
③电流表（量程，内阻约为）；
④滑动变阻器（，）；
⑤滑动变阻器（，）；
⑥定值电阻；
⑦开关和导线若干。
（1）为了能准确地进行测量，也为了操作方便，实验中应选用的滑动变阻器是___________。（填写数字代号）
（2）请画出实验原理图。
解析：由闭合电路欧姆定律可知，只要能测出两组路端电压和电流即可，但题目中只给出两个电流表且其中一个电流表的内阻已知，可以把内阻已知的电流表和定值电阻串联改装成一个电压表。为了减少误差，滑动变阻器需选，设计实验原理图如图5所示。
分别测两组电流表和的读数，即有，
可得，。
说明：此种方法测得的电动势和内阻均无系统误差。
(五)关于设计性实验
1．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。
（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。
2．设计思路
实验设计可用下面的框图表示
解决设计型实验问题的关键是确定实验的原理，它是进行实验设计的根本依据和起点，它决定应当测量那些物理量、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，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。
设计性实验的一般方法与步骤：明确实验目的→设计实验原理→根据实验原理设计多种实验方案→对实验方案进行可行性分析，筛选确定最佳方案→根据所定方案选择实验器材→拟定实验步骤→对实验数据进行处理→得出实验结论，并进行误差分析。值得一提的是，依据不同的实验原理选择不同的实验方案时，应遵循科学性，可行性，精确性，简便直观性这四条基本原则。
【例12】从下列实验器材中选出适当的器材，设计测量电路来测量两个电流表的内阻，要求方法简捷，操作方便，可进行多次测量并有尽可能高的测量精度。
（A）待测电流表A1，量程40mA，内电阻约几十Ω
（B）待测电流表A2，量程30mA，内电阻约几十Ω
（C）电压表V，量程15V，内阻rV=15kΩ
（D）电阻箱R1，阻值范围0—9999.99Ω
（E）电阻箱R2，阻值范围0—99.99Ω
（F）滑动变阻器R3，阻值范围0—150Ω，额定电流1.5A
（G）滑动变阻器R4，阻值0—20Ω，额定电流2A
（H）电阻R0，阻值是40Ω，功率是0.5W（作保护电阻用）
（I）电池组，电动势为12V，内电阻为0.5Ω
此外还有单刀开关若干和导线若干，供需要选用。
（1）请设计一个测量电路，画出电路图。
（2）选出必要的器材，用器材前的字母表示，有____________________。
（3）需要哪些物理量，写出和的表达式。
分析：本题要求先设计实验电路方案，再选出必要的器材，最后根据欧姆定律计算出电流表内阻的表达式。
这个方案原理上也是可行的，但是电压表的量程是15V，每一小格的示数是0.5V，电压表的读数误差最大可为0.5V，而电流表中的电流最大只有30～40mA，测出电阻的误差就有几十欧姆，误差太大，这个方案也不行。
上述两个方案不可行的根本原因是电压表的量程太大，精度不符合要求，电压表在这个题中不能用，给出电压表是一个陷井，如果不加分析就会掉入这个陷井中。
设计方案三：电压表不能用，电压无法直接测量，但有两只电流表，怎么办呢？这时我们要另辟蹊径，由串并联电路的特点可知，并联电路电压相等，因此，可将两只电流表并联起来，得到如下图所示的方案：
（方案三）
这个方案可以测出两只电流表的电流、，由并联电路电压相等可知：
上式中有两个未知量和，无法将它们都测出来，说明这个方案还不完善，还要修改。
设计方案四：由于方案三不能直接测出两只电流表的内阻，就要在两条支路中的任一条支路上串联一只电阻箱，为了方便操作，再在电阻箱的两端并联一只开关，得到如下图所示的方案：
（方案四）
（2）由上面的分析可知，实验器材应选择：A、B、E、G、H、I
（3）开关S2闭合时，测得电流表的示数I1和I2；
由欧姆定律得：
断开开关S2，调整电阻箱的阻值为R时，测得电流表的示数为和。
由欧姆定律得：
解得：
由于两只电压表的示数、可以直接读出，由欧姆定律得：
上式中有两个未知量，无法都有测出来，与上题相似，在任意一只电压表的两端并联一只电阻箱就可以解决问题，得到如下图所示的方案：
（方案二）
在方案二中闭合并关S就变成方案一，断开开关S后，测出两只电压表的示数为、，电阻箱的示数为，由欧姆定律得：
由上述两式解得：
只要测出电压表的两次示数和电阻箱的示数，就可以测出两只电压表的内阻。
（2）正确接线后，将磁敏电阻置入待测磁场中，测量数据如下表：
1 2 3 4 5 6
U（V） 0.00 0.45 0.91 1.50 1.79 2.71
I（mA） 0.00 0.30 0.60 1.00 1.20 1.80
根据上表可求出磁敏电阻的测量值RB= ，结合图可知待测磁场的磁感应强度B＝ T。
（3）试结合图1简要回答，磁感应强度B在0～0.2T和0.4～1.0T范围内磁敏电阻阻值的变化规律有何不同？
（4）某同学查阅相关资料时看到了图5所示的磁敏电阻在一定温度下
的电阻-磁感应强度特性曲线（关于纵轴对称），由图线可以得到什么结论？
解析：（1）当B＝0.6T时，磁敏电阻阻值约为6×150Ω＝900Ω，当B＝1.0T时，磁敏电阻阻值约为11×150Ω＝1650Ω．由于滑动变阻器全电阻20Ω比磁敏电阻的阻值小得多，故滑动变阻器选择分压式接法；由于，所以电流表应内接．电路图如图所示．
点评：本题以最新的科技成果为背景，考查了电学实验的设计能力和实验数据的处理能力．从新材料、新情景中舍弃无关因素，会看到这是一个考查伏安法测电阻的电路设计问题，及如何根据测得的U、I值求电阻．第（3）、（4）问则考查考生思维的灵敏度和创新能力．总之本题是一道以能力立意为主，充分体现新课程标准的三维目标，考查学生的创新能力、获取新知识的能力、建模能力的一道好题．
(六)关于探究性实验
在新课程实施过程中，特别关注科学探究，过去的验证性实验改为了探究性实验。验证实验是知道结果，只是通过实验的方法去论证。如验证力的合成遵循平行四边行法则、研究牛顿第二定律。而探究实验是用实验的手段从未知到已知，用实验去探知结果。但不管是教学活动中的探究还是实验考查中的探究，其目的不是探究一个未知的结果，而是注意探究过程，学习科学探究方法，提高学生的科学素养。所以在复习此类型实验，要注重科学探究的方法，培养科学探究的能力。
实验探究一般分下面几个步骤，提出问题、猜想与假设、制定计划与设计实验、进行实验与收集证据、分析与论证评估。在09“说明”中提到“对结论进行一定的分析与评价。能在实验过程中，发现问题，提出问题，并制定解决方案。”
（2）现利用上述测速器，由河流南岸开始，每隔1 m测一次流速，得到数据如下表所示：根据v和h之间的关系完成上表的最后一行，对比上表中的数据，可以看出河中水流速度v与离南岸的距离x的关系为___________。
测试点离岸距离x/m 0 1 2 3 4 5 6
管内外液面高度差h/cm 0 0.8 3.2 7.2 12.8 20.0 28.8
相应的水流速度v/ms-1
此题的第(1)问是考查科学探究中的猜想与假设，并通过对测量数据进行论证。第(2)问是通过前面的论证，推导出速度与高度的函数关系(物理规律)，再求不同位置水流的速度。由该题看出，得出速度与高度的关系并不是唯一考查内容，而考查了探究过程中的某些要素。
③水流离开小孔后做平抛运动
当h=H/2时，S有最大值，Sm=H
【例17】用“伏安法”测电阻一般有电流表外接与电流表内接两种方法，因为电流表和电压表本身不是理想电表，这两种线路都存在系统误差．为使待测电阻Rx的测量值尽可能精确，除电压表、滑动变阻器R2、电源、开关、导线外，再给你一个标准电阻箱R1，现设计有两种测量电路（如图甲、乙）．
（1）你认为这两种电路是否也存在系统误差？为什么？
（2）简要说明甲电路的测量主要步骤．
（3）你认为两种电路中哪种电路测量的误差较小？这是什么误差？你认为误差较小的电路，R2阻值大小和电源电压大小对误差是否有影响？说明理由．
图5
图4
图3
a
V
A
b
c
图24
图25
图27
图26
图28
R2
R1
A
S
V1
图3
图5
（甲）
1
2
RX
R1
V
R2
R2
（乙）
RX
R1
1
2
V
Rx
Rx
R1
R1
R2
R2
E
E
S
S（一）测量仪器的使用、读数及实验电路的选择
虽然在高考实验题中，出现学生做过的原实验题不多，但所有类型的实验有共同的特点，所用实验的器材均是“说明”中要求掌握的，所有实验均是用所学过的物理知识通过“说明”要求实验的基本方法去解决问题。由此可见，在高考实验复习中，仍然以“说明”中要求的掌握的仪器与实验为中心，会正确使用仪器，会正确读数，了解每个实验的目的、原理、方法、误差。
二、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：①可能危及仪器安全的。如：螺旋测微器，在小砧快接触工件时，应改用微调旋钮，以免损坏精密螺杆。②可能增大误差的。如使用螺旋测微器，读数时要注意半毫米刻度；测量仪器使用前，要调整零位（如弹簧秤、各种电表）。③使用时容易忽略的。最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，要机械调零和电阻档调零，换档后要重新进行电阻档调零，使用完毕要复位。
三、选择适当的量程。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，选用尽量小的量程；在完全不清楚测量值的情况下，试用最大量程，再视情况逐渐减小量程。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，为刻度盘中心阻值。
四、掌握测量仪器的读数方法。（根据最小分度采取不同的读数方法）
①十分之一估读——刻度尺、螺旋测微器等绝大多数仪器
②不要估读到——秒表、游标卡尺
③电表的读数：观察表盘，两大刻度之间是几分位（几个小格子），就按照几分位估读
一般学生电表都采用半格估读的方法（推荐）
④欧姆表的读数
⑤坐标纸的读数规则与①③相同
对于常用的仪器可按下述方法读数：
●最小分度是"2"或"5"的仪器，分别按二分之一或五分之一估读。如学生用的电流表0.6A量程，最小分度为0.02A，误差出现在安培的百分位，只读到安培的百分位，估读半小格，不足半小格的舍去，超过半小格的估读，以安培为单位读数时，百分位上的数字可能为0、1、2……9；学生用的电压表为15V量程，最小分度为0.5V，测量误差出现在伏特的十分位上，只估读到伏特的十分位，估读五分之几小格，以伏特为单位读数时，十分位上的数字可能为0、1、2……9。
例如：图4电流表的最小刻度为0.02A，所以按二分之一估读，因此可以认为在0.14与0.16之间，所以读数为0.15A。图5电压表的最小刻度为0.5V，按五分之一估读，指针可以认为在3.5到4.0间的五分之二，所以读数为3.7V。
●下列仪器在最小分度间不进行估读：游标卡尺只要求读数是游标最小分度值的整数倍；机械秒表和指针式电子秒表在最小分度间不进行估读；欧姆表的刻度因不均匀，一般不要求估读，，指针靠近哪条刻度线，就读哪条刻线的数值。
五、关于有效数字
任何一个物理量，其测量结果必然存在误差。因此，表示一个物理量测量结果的数字取值是有限的。我们把测量结果中可靠的几位数字，加上可疑的一位数字，统称为测量结果的有效数字。例如，2．78的有效数字是三位，2．7是可靠数字，尾位“8”是可疑数字。这一位数字虽然是可疑的，但它在一定程度上反映了客观实际，因此它也是有效的。
●数值表示的标准形式
数值表示的标准形式是用10的方幂来表示其数量级。前面的数字是测得的有效数字，并只保留一位数在小数点的前面。如3．3×105m 8．25×10—3kg等。
六、在“09说明”中没有提及的仪器
在“说明”中没有提出的仪器，如光电门、传感器等，这些仪器没有在“说明”中明确要求，但不等于在试题中不能出现。如果出现这些仪器，一般不会要求学生去使用，通常作为题目的背景。如果要求了解其原理，题干中一定会详细说明。
2、间接测量的物理量
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。
模块 待测物理量 基本测量方法
力学 速度 ①利用纸带，；②利用平抛，
加速度 ①利用纸带，逐差法；②利用单摆
功 根据转化为测量m、v
电学 电阻（精确测量） ①根据转化为测量U、I（伏安法）；②电阻箱（半偏、替代）
电功率 根据P=UI转化为测量U、I
电源电动势 根据E＝U＋Ir转化为测量U、I 然后联立方程求解或运用图像处理
为了精确测定该电阻器(代号Rx)的电阻，要求测出一组包括0在内的电压和电流数据，为了实验能正常进行，并尽量减小测量误差，而且要求滑动变阻器使于调节，则电流表应选用__________(填代号，下同)，变阻器应选用__________。
该题用的是分压电路，则待测电阻上的电压最大可以调节到3V，及电阻上的最大电流可能达到0.6A，电流表如果选择A1，最大电流只能偏转五分之一，而选用A2电流表，电阻中的最大电流将超出电流表的量程，这里出现了矛盾。根据题目的要求“为了精确测定该电阻器(代号Rx)的电阻，要求测出一组包括0在内的电压和电流数据，为了实验能正常进行，并尽量减小测量误差……”，只有控制滑线变阻器，使得待测电阻上的电流不超过300mA进行实验，所以电流表选择A2。
4．实验电路的选择
方法二：在、均不知的情况下，可采用试触法，即试接通电路，观察先后两次试触时两电表示数的变化情况，如果电流表示数比电压表示数变化明显，即>，说明电压表分流作用大，应采用内接法；如果电压表示数比电流表示数变化明显，即<，说明电流表分压作用大，应采用外接法．
方法三：基于误差分析基础上对实验电路的选择
在《测定电源电动势与内阻》实验中，该实验原理是通过全电路欧姆定律，即，通过测定电源的路端电压与电源电流，运用U-I图象求电源电动势与内阻。
分析方法一：用图象法。
假设电压表是理想电压表(内阻无穷大)，电流表为理想电流表(内阻为零)，那电压表与电流表的读数均为电源的，根据测量的数据作出的U-I图象，纵坐标的截距为电源电动势的真实值，斜率为电源内阻的真实值。如图26所示。
图24电路的电表为实际电表，电流表中的电流仍为电源电流，但电压小于电源两端电压，与电源两端电压差值为电流表两端的电压，即，当I=0时，差值为零，因此用该电路测得的电压与电流所画出的U-I图线如图27虚线所示，虚线图所测量的电动势与内阻为实际电路的测量值。由图可知，电源电动势的测量值等于电源电动势的真实值，而内阻的测量值大于电源内阻的真实值。
电源内阻的测量值等于电源的电动势与短路电流的比值，即图24电路中电压为零时为短路，短路电流，所以电源内阻的测量值，因此，内阻相对误差的大小决定于RA与r的比值，当RA比r小得多时，内阻的相对误差就比较小。
同样的道理，在图25电路中，电压是电源的，电流比电源电流小，差值，当电压为零时，因此，实际测量电压值与电流值所描绘的图线如图28虚线所示。由图可知，电动势的测量值小于真实值，而内阻的测量值也小于真实值。
误差的大小决定于电流表读数为零时，电压表的读数与电源电动势的差值。此差值，即当RV>>r时，电动势与内阻误差均很小。
而在实际测量的电源内阻比较小，所以一般不用图24电路，此电路测电源的内阻误差较大，而选用图25电路，此电路虽然电动势与内阻均有误差，但均比较小。但如果是高内阻电源，应选用图24电路。
【例4】(江苏卷第12题)要描绘某电学元件（最大电流不超过6mＡ，最大电压不超过7Ｖ）的伏安特性曲线，设计电路如图所示，图中定值电阻R为1KΩ，用于限流；电流表量程为10mＡ，内阻约为５Ω；电压表（未画出）量程为10Ｖ，内阻约为10KΩ；电源电动势Ｅ为12Ｖ，内阻不计。
（１）实验时有两个滑动变阻器可供选择：
a、阻值０到200Ω，额定电流0.3Ａ
b、阻值０到20Ω，额定电流0.5A
本实验应选的滑动变阻器是____（填“a”或“b”）
（２）正确接线后，测得数据如下表
１ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １０
U（Ｖ） ０.00 3.00 6.00 6.16 6.28 6.32 6.36 6.38 6.39 6.40
I（mＡ） 0.00 0.00 0.00 0.06 0.50 1.00 2.00 3.00 4.00 5.50
【例5】电流表的内阻在0.1 Ω---0.2 Ω之间，现要测量其内阻，可选用的器材如下：A、待测电流表A1（量程0.6A）；B、电压表V1（量程3V，内阻约为2kΩ）；C、电压表V2
（量程15V，内阻约为10 kΩ）；D、滑动变阻器R1（最大阻值10 Ω）；E、定值电阻R2（阻值5 Ω）；F、电源E（电动势4V）；G、电键S及导线若干。
(1)、电压表应选 。
(2)、画出实验电路图，如测得电压表的读数为U，电流表的示数为I，则电流表A1的内阻的表达式为：RA= 。
分析与解答：
仪器的选择。很明显，电源的电动势只有4V，如果选择量程为15V电压表V2，则电压表最大的示数不足满偏的1/3，读数误差较大，因此应选择量程为3V的电压表V1。
电路的设计。因为有电压表和电流表，要测电流表的内阻，首先想到的是将电压表直接接在是流表的两端，由欧姆定律可求出电流表的内阻。但由于本题中电流表的内阻很小，在0.1 Ω---0.2 Ω之间，因此电流表两端的电压也很小，最大为0.12V，这样用最小量程为3V的电压表无法准确读数，所以应将阻值为5 Ω定值电阻R2串联在电流表中，这样欧姆定律算出的电阻便是定值电阻及电流表内阻之和，即。电路图如图3所示。
（二）打点计时器系列实验中纸带的处理
⑶测定第n点的瞬时速度。物体作匀变速直线运动时，在某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度。即测出第n点的相邻的前、后两段相等时间T内的距离，由平均速度公式就可求得，如上图中第4点的瞬时速度为：。
（三）关于电阻的测量方法
①欧姆表测量：最直接测电阻的仪表。但是一般用欧姆表测量只能进行粗测，为下一步的测量提供一个参考依据。
②替代法：替代法的测量思路是等效的思想，可以是利用电流等效、也可以是利用电压等效。替代法测量电阻精度高，不需要计算，方法简单，但必须有可调的标准电阻（一般给定的仪器中要有电阻箱）。
【例6】在某校开展的科技活动中，为了要测出一个未知电阻的阻值Rx，现有如下器材：读数不准的电流表A、定值电阻R0、电阻箱R1、滑动变阻器R2、单刀单掷开关S1、单刀双掷开关S2、电源和导线。
⑴画出实验电路图，并在图上标出你所选用器材的代码。
⑵写出主要的实验操作步骤。
【解析】⑴实验电路如右图所示。
⑵①将S2与Rx相接，记下电流表指针所指位置。②将S2与R1相接，保持R2不变，调节R1的阻值，使电流表的指针指在原位置上，记下R1的值，则Rx＝R1。
③伏安法：伏安法的测量依据是欧姆定律（包括部分电路欧姆定律和全电路欧姆定律），需要的基本测量仪器是电压表和电流表，当只有一个电表（或给定的电表不能满足要求时），可以用标准电阻（电阻箱或一个定值电阻）代替；当电表的内阻已知时，根据欧姆定律I=U/R电压表同时可以当电流表使用，同样电流表也可以当电压表用。
④半偏法：
①D、C、F②5.0V ④15Ω
【例8】如右图所示为一测电流表内阻的实验电路图，其中电压表V（量程足够大）用来测量电阻箱R与被测电流表G串联电路的端电压。在保持恒定的条件下，调节电阻箱，使被测电流表的指针偏转到满量程处，记下此时电阻箱的阻值；然后再调节电阻箱，使被测电流表指针偏转到其量程的一半，记下此时电阻箱的阻值。
① 计算被测电流表的内阻的公式是＝____。
② 用线表示导线，按甲图把乙图所示实验器材连接起来。（导线不得交叉）
(1) 半偏(或＂满刻度的一半＂)
(2)500 偏小 (4)9500
（四）关于电源的电动势和内电阻的测量
①用一只电压表和一只电流表测量
我们可以用电压表测电压，电流表测电流，但需注意的是题给电压表的量程只有，而路端电压的最小值约为，显然不能直接把电压表接在电源的两端测路端电压。依题给器材，可以利用固定电阻分压（即可以把它和电源本身的内阻共同作为电源的等效内阻“”），这样此电源的“路端电压”的最小值约为，就可直接用电压表测“路端电压”了，设计实验电路原理图如图1所示。
调节滑动变阻器测两组电压和电流分别代入（1）（2）两式，得：，。（说明：此种方法所测偏小，偏小）
②可用一只电流表和一只电阻箱测量
③可用一只电压表和一只电阻箱测量
④用两只电压表测量
⑤用两只电流表测量
【例11】在测定一节干电池的电动势和内电阻的实验中，备有下列器材：
①干电池（电动势约为，内电阻约为）；
②电流表（满偏电流，内阻）；
③电流表（量程，内阻约为）；
④滑动变阻器（，）；
⑤滑动变阻器（，）；
⑥定值电阻；
⑦开关和导线若干。
（1）为了能准确地进行测量，也为了操作方便，实验中应选用的滑动变阻器是___________。（填写数字代号）
（2）请画出实验原理图。
解析：由闭合电路欧姆定律可知，只要能测出两组路端电压和电流即可，但题目中只给出两个电流表且其中一个电流表的内阻已知，可以把内阻已知的电流表和定值电阻串联改装成一个电压表。为了减少误差，滑动变阻器需选，设计实验原理图如图5所示。
分别测两组电流表和的读数，即有，
可得，。
说明：此种方法测得的电动势和内阻均无系统误差。
(五)关于设计性实验
1．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。
（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。
解决设计型实验问题的关键是确定实验的原理，它是进行实验设计的根本依据和起点，它决定应当测量那些物理量、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，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。
设计性实验的一般方法与步骤：明确实验目的→设计实验原理→根据实验原理设计多种实验方案→对实验方案进行可行性分析，筛选确定最佳方案→根据所定方案选择实验器材→拟定实验步骤→对实验数据进行处理→得出实验结论，并进行误差分析。值得一提的是，依据不同的实验原理选择不同的实验方案时，应遵循科学性，可行性，精确性，简便直观性这四条基本原则。
【例12】从下列实验器材中选出适当的器材，设计测量电路来测量两个电流表的内阻，要求方法简捷，操作方便，可进行多次测量并有尽可能高的测量精度。
（A）待测电流表A1，量程40mA，内电阻约几十Ω
（B）待测电流表A2，量程30mA，内电阻约几十Ω
（C）电压表V，量程15V，内阻rV=15kΩ
（D）电阻箱R1，阻值范围0—9999.99Ω
（E）电阻箱R2，阻值范围0—99.99Ω
（F）滑动变阻器R3，阻值范围0—150Ω，额定电流1.5A
（G）滑动变阻器R4，阻值0—20Ω，额定电流2A
（H）电阻R0，阻值是40Ω，功率是0.5W（作保护电阻用）
（I）电池组，电动势为12V，内电阻为0.5Ω
此外还有单刀开关若干和导线若干，供需要选用。
（1）请设计一个测量电路，画出电路图。
（2）选出必要的器材，用器材前的字母表示，有____________________。
（3）需要哪些物理量，写出和的表达式。
上述两个方案不可行的根本原因是电压表的量程太大，精度不符合要求，电压表在这个题中不能用，给出电压表是一个陷井，如果不加分析就会掉入这个陷井中。
设计方案三：电压表不能用，电压无法直接测量，但有两只电流表，怎么办呢？这时我们要另辟蹊径，由串并联电路的特点可知，并联电路电压相等，因此，可将两只电流表并联起来，得到如下图所示的方案：
（方案三）
这个方案可以测出两只电流表的电流、，由并联电路电压相等可知：
上式中有两个未知量和，无法将它们都测出来，说明这个方案还不完善，还要修改。
设计方案四：由于方案三不能直接测出两只电流表的内阻，就要在两条支路中的任一条支路上串联一只电阻箱，为了方便操作，再在电阻箱的两端并联一只开关，得到如下图所示的方案：
（方案四）
断开开关S2，调整电阻箱的阻值为R时，测得电流表的示数为和。
由欧姆定律得：
解得：
在方案二中闭合并关S就变成方案一，断开开关S后，测出两只电压表的示数为、，电阻箱的示数为，由欧姆定律得：
由上述两式解得：
只要测出电压表的两次示数和电阻箱的示数，就可以测出两只电压表的内阻。
【例13】2007年诺贝尔物理学奖授予了两位发现“巨磁电阻”效应的物理学家。材料的电阻随磁场的增加而增大的现象称为磁阻效应，利用这种效应可以测量磁感应强度。 若图为某磁敏电阻在室温下的电阻-磁感应强度特性曲线，其中RB、RO分别表示有、无磁场时磁敏电阻的阻值。为了测量磁感应强度B，需先测量磁敏电阻处于磁场中的电阻值RB。
解析：（1）当B＝0.6T时，磁敏电阻阻值约为6×150Ω＝900Ω，当B＝1.0T时，磁敏电阻阻值约为11×150Ω＝1650Ω．由于滑动变阻器全电阻20Ω比磁敏电阻的阻值小得多，故滑动变阻器选择分压式接法；由于，所以电流表应内接．电路图如图所示．
（2）方法一：根据表中数据可以求得磁敏电阻的阻值分别为：，，，
，，
故电阻的测量值为（1500－1503Ω都算正确．）
由于，从图中可以读出B＝0.9T
(六)关于探究性实验
在新课程实施过程中，特别关注科学探究，过去的验证性实验改为了探究性实验。验证实验是知道结果，只是通过实验的方法去论证。如验证力的合成遵循平行四边行法则、研究牛顿第二定律。而探究实验是用实验的手段从未知到已知，用实验去探知结果。但不管是教学活动中的探究还是实验考查中的探究，其目的不是探究一个未知的结果，而是注意探究过程，学习科学探究方法，提高学生的科学素养。所以在复习此类型实验，要注重科学探究的方法，培养科学探究的能力。
实验探究一般分下面几个步骤，提出问题、猜想与假设、制定计划与设计实验、进行实验与收集证据、分析与论证评估。在09“说明”中提到“对结论进行一定的分析与评价。能在实验过程中，发现问题，提出问题，并制定解决方案。”
【例14】(上海07年的调研试卷)某研究性学习小组发现河水在缓慢流动时有一个规律，河中央流速最大，岸边速度几乎为零。为了研究河水流速与离河岸距离的关系，小明设计了这样的测量仪器：如图甲所示，两端开口的“L”形玻璃管的水平部分置于待测的水流中，竖直部分露出水面，且露出水面部分的玻璃管足够长。当水流以速度v正对“L”形玻璃管的水平部分开口端匀速流动时，管内外水面高度差为h，且h随水流速度的增大而增大。为了进一步研究水流速度v与管内外水面高度差h的关系，该组同学进行了定量研究，得到了如下表所示的实验数据，并根据实验数据得到了v-h图象，如图丙所示。
v（m/s） 0 1.00 1.41 1.73 2.00 2.45 3.00 3.16
h（m） 0 0.05 0.10 0.15 0.20 0.30 0.40 0.50
【例15】如图所示为探究“水流射程与排水孔高度的关系”的实验装置。
在一个一端开口的塑料筒侧壁的母线上钻一排小孔，使小孔间距相等。实验时将筒内注满水，并保持水面高度H不变，测出相应的高度h和射程S为
h/cm 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 20.0 25.0
S/cm 11.0 15.0 19.0 22.0 23.0 22.5 17.0 6.5
(1)根据此实验现象，请提出两个与此相关的问题：
①________________________________；
②________________________________；
(2)对你提出的问题进行认证。
这是一个开放性的问题，其目的是考查学生提问题与解决问题的能力。
参考答案：
(1) 根据此实验现象，请提出两个与此相关的问题：
①高度为多少的小孔喷出的水最远？
②从小孔喷出水的速度与小孔高度是什么关系？
③水平射程与小孔的高度是什么关系？
(2)对你提出的问题进行认证。
①可以通过作图得出，在h=13.6cm处水平距离最大，最大Sm=23.6cm。
由机械能守恒可得：
mg(H-h)=
所以：
③水流离开小孔后做平抛运动
当h=H/2时，S有最大值，Sm=H
（2）研究某种导电材料的用电器Z的导电规律时，利用如图（丙）所示的分压电路测得其电压与电流的关系如下表所示：
U (V) 0.40 0.60 1.00 1.20 1.50 1.60
I (A) 0.20 0.45 0.80 1.80 2.81 3.20
根据表中数据，可以判断用电器件Z可能由 材料组成；根据表中的数据找出该用电器件Z的电流随电压变化的规律是 ，具体的表达式为 ．
解析：右 ； ； 半导体材料；
【例18】（淮安）物体因绕轴转动时而具有的动能叫转动动能．转动动能的大小与角速度大小有关，为了探究转动动能的大小与角速度之间的定量关系，某同学设计了下列一个实验，即研究砂轮的转动．先让砂轮由电动机带动作匀速转动并测出其角速度ω，然后让砂轮脱离动力，由于克服轮边缘的摩擦阻力做功，砂轮最后停下来，测出砂轮开始脱离动力到停止转动的圈数n，实验中得到几组n和ω的数值见下表：（砂轮直径d=10cm，转轴间摩擦力大小N）
n 5 20 80 180 320
ω/（rads-1） 0.5 1 2 3 4
Ek（J） ▲ ▲ ▲ ▲ ▲
（1）根据功能关系，请你帮他计算出砂轮每次脱离动力时的转动动能，并填 入表格内；
图5
图4
图3
a
V
A
b
c
图27
图26
图28
R2
R1
A
S
V1
图3
丙
R
t
OR
AR
R0
B
甲
A
R
Rg
R'
ε
r
乙甲R
