2010高考物理总复习名师学案物理试验54页WORD147370

2010高考物理总复习名师学案--物理实验（54页WORD）
●考点指要
一、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.
二、要求会正确使用的仪器主要有
①刻度尺②游标卡尺③螺旋测微器⑤秒表⑥打点计时器⑦弹簧秤
⑨电流表⑩电压表○11多用电表○12滑动变阻器○13电阻箱等等.
三、要求能在理解的基础上独立完成的学生实验有
1.长度的测量
2.验证力的平行四边形定则
3.研究匀变速直线运动
4.研究平抛物体的运动
5.验证动量守恒定律
6.验证机械能守恒定律
7.探索弹力和弹簧伸长的关系
8.用单摆测定重力加速度
9.用油膜法估测分子的大小
10.用描迹法画出电场中平面上的等势线
11.描绘小电珠的伏安特性曲线
12.测定金属的电阻率（同时练习使用螺旋测微器）
13.把电流表改装为电压表
14.用电流表和电压表测电池的电动势和内阻
15.练习使用示波器
16.用多用电表探索黑箱内的电学元件
17.传感器的简单应用
18.测定玻璃的折射率
19.用双缝干涉测光的波长
●复习导航
物理是一门以实验为基础的学科，物理实验也一直是高考考查的重要内容.从对近几年的高考实验试题的分析可以看出，高考对实验的考查有如下特点.
一、注重联系实际操作的考查
高考实验试题中有很多题目都是联系实际操作的，如游标卡尺的读数、弹簧秤的读数以及电表的读数等问题，实验电路的连线问题，描绘电场中等势线时几种纸的铺放顺序等等，都是实际操作的全真模拟.如果考生没有动手做过这些实验就不可能答好这些问题.
二、近些年增加了对重要的演示实验的考查，用来考查学生的观察能力
以全国卷为例，1999年考查了“绳波”的演示实验.2000年考查了“X射线管”，2001年考查了“光的单缝衍射”.对学生实验和演示实验的考查相结合，既突出了物理教学的特点，也对实验复习提出了更全面的要求.
三、注重考查对实验的思想、方法及原理的理解
譬如，“测玻璃折射率”的实验，课本实验中用的是平行玻璃砖，但高考实验题中给的却是三棱镜.虽然器材不同，但测量的原理、方法却是相同的——确定入射点和出射点，连接这两点画出折射线.考查“研究平抛物体的运动”的实验，所给方格图中的第一点并不是小球平抛的初始位置，这就要求考生要在认真分析的基础上找出解决问题的关键，把匀变速直线运动中的研究方法(Δs＝aT2)迁移到平抛运动中，来研究小球在竖直方向的分运动.对伏安法测电阻的考查更是花样不断翻新.测金属丝的阻值，测电压表的阻值，
测电流表的阻值，虽然题目是全新的，但原理还是伏安法.这些都是考查学生对教材中实验原理的理解和对
实验方法的迁移运用.
还有伏安法测电阻实验中对实验条件的控制方法(滑动变阻器的接法)、实验误差的控制方法(电流表的内、外接)、作图时对个别误点的舍弃、图线的“曲化直”、2000年让考生设计一电路来测量电流表的内阻等等，这一切都说明近年来高考对学生的实验能力提出了更高层次的要求，对实验的考查已从简单的背诵实验转向考查对实验的思想、方法和原理的理解.
●实验基础知识
一、有效数字简介
当用毫米刻度尺量书本时，量得的长度为184.2 mm，最末一位数字2是估计出来的，是不可靠数字，但是仍然有意义，仍要写出来.这种带有一位不可靠数字的近似数字，叫做有效数字
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在有效数字中，数2.7、2.70、2.700的含义是不同的，它们分别代表二位、三位、四位有效数字.数2.7表示最末一位数字7是不可靠的，而数2.70和2.700则表示最末一位数字0是不可靠的.因此，小数最后的零是有意义的，不能随便舍去或添加.但是，小数的第一个非零数字前面的零是用来表示小数点位置的，不是有效数字.例如，0.92，0.085，0.0063都是两位有效数字.大的数目，如365000，如果不全是有效数字，就不要这样写，可以写成有一位整数的小数和10的乘方的积的形式，如果是三位有效数字，就写成3.65
×105，如果是四位有效数字，就写成3.650×105.
许多物理量是从直接测量结果中计算出来的.测量结果既然是用有效数字表示的，在计算中就要遵守有效数字的规则：
(1)不可靠数字与别的数字相加减、相乘除，所得的结果也是不可靠的.
(2)计算结果只能保留一位不可靠数字，但在计算过程中可以保留两位不可靠数字，最后再四舍五入.
应该注意的是，物体的个数、实验的次数等是准确数，它们与近似数相乘或相除时，有效数字的位数应等于原来近似数的有效数字位数.例如，8个相同的小球共重92.8 g，每个小球重11.6g，商数要取三位有效数字.如果误认为92.8 g有一位有效数字，因此商数也取一位有效数字，那就错了.
严格地说，有效数字的规则是相当复杂的.中学阶段的物理习题中，如果没有特别要求，必严格按照有效数字的规则去做，通常只取两位或三位有效数字就可以了.但对物理实验中的测量结果，则要严格按照有效数字的规则表达.
二、基本仪器的使用
(一)测量长度的仪器
1.刻度尺(米尺)：最小分度值为1 mm，量程不等.常用于测量的刻度尺有钢板尺、钢卷尺、木直尺等.
测量时要估读到毫米以下一位，如：l1＝1.37 cm,l2＝23.65 cm.
用刻度尺测量时应注意以下几点：
(1)要使刻度尺的刻度线紧贴被测物，眼睛应正对刻度线读数，以避免视差.
(2)用零刻度线在端头的刻度尺测量时，为了防止因端头磨损而产生误差，常选择刻度尺的某一刻度线为测量起点，测量的长度等于被测物体的两个端点在刻度尺上的读数之差.
2.游标卡尺：根据游标上的分度格数，常把游标卡尺分为10分度的、20分度的和50分度的三种.
它们的精度(游标上的最小分度值)分别为0.1 mm、0.05mm、0.02mm.
课本上只介绍了10分度游标卡尺的读数原理，实际上，20分度、50分度的卡尺与它的读数原理是相同的，譬如，50分度游标卡尺上50个分度只有49mm长，比主尺上的50个分度短1 mm，则游标上每个分度比主尺上的每个分度短1／50 mm＝0.02 mm，即它的测量精度为0.02 mm.
游标卡尺按下列规则读数：
(1)以游标零刻线位置为准，在主尺上读取整毫米数.
(2)看游标上哪条刻线与主尺上的某一刻线(不用管是第几条刻线)对齐，由游标上读出毫米以下的小数.
(3)总的读数为毫米整数加上毫米小数.
注意：不管是10分度游标卡尺，还是20分度、50分度游标卡尺，在读数时均不需要向后估读一位.
3.螺旋测微器(千分尺).螺旋测微器量程一般为0～25 mm，最小分度是0.01 mm.读数规则：
(1)以鼓轮边缘为准在固定刻度上读出整毫米数.
(2)从可动刻度上读出毫米以下的小数.
(3)测量长度为上述二者之和.
注意：
(1)在测微螺杆快要接近被测物体时，要改拧螺旋柄后端的微调旋钮(棘轮)，以免将待测物夹得太紧使测量结果不准确，或损坏螺旋测微器内的精密螺纹.
(2)读数时要注意固定刻度尺上表示半毫米的刻线是否已经露出.
(3)由螺旋测微器读数时必须估读一位，即估读到0.001mm这一位上.
(二)测质量的仪器——天平
中学物理实验中常用的天平有物理天平和托盘天平.
1.天平的主要技术参数：(1)全称量：天平所能称量的最大质量.(2)感量：使天平指针从平衡位置偏转到最小分度所需质量.感量也叫做“分度值”.这一数值愈小，天平愈灵敏.
2.天平的使用称量前应按下述步骤进行调整：(1)调水平：调天平底座上的两个调平旋钮，使重锤线的小重锤尖端与底座上的小锥体的尖端正对.(2)调平衡：用镊子把横梁上的游码拨到左边零位，然后通过调节横梁两端的平衡螺丝，使天平指针能在中央刻线两侧等幅摆动.
注意：(1)被测物体的质量不能超过天平的全称量.(2)待测物体和砝码的放置应为“左物右码”.(3)取放待测物或加减砝码时应使天平止动.(4)待测物的质量等于砝码的总质量加上游码所示读数.
(三)测时间的仪器
1.秒表：(略)
2.打点计时器：火花打点计时器接220 V交流电源，电磁打点计时器接4 V~6 V交流电源，当交变电流的频率为50Hz时，打点周期为0.02 s.
使用时应注意：(1)为使打点的频率比较稳定，要求打点计时器振动片的固有频率也是50 Hz，使之发生共振现象.振动片的长度可在一定范围内调节，通过改变振动片的长度可调节它的固有频率.(2)实验前要检查打点的清晰情况，必要时应调整振针的高度，且不能让它松动，否则将会出现漏点、双点等现象，
还会对纸带产生过大的阻力.
(四)测力的仪器——弹簧秤(测力计)
学生实验用弹簧秤量程一般为0～5 N，最小分度值为0.1 N.
使用时应注意：(1)所测力不要超过弹簧秤量程.(2)使用前应检查弹簧秤是否需要调零.方法是将弹簧秤竖直挂起，如其指针不指零位，就需要调零，一般是通过移动指针来调零.(3)若弹簧秤零点准确，但挂上钩码检查时，示值误差随钩码的增大而增大，此时应调整弹簧的圈数来解决.示值小于钩码重力应增加弹簧圈数；示值大于钩码重力时，应减少弹簧的圈数.
(五)测温度的仪器——温度计
中学物理实验中常用的液体温度计有水银温度计、煤油温度计(红色液体)等.
1.性能：水银温度计测量范围一般为0～100℃；煤油温度计的测量范围一般是－50℃～100℃.最小分度值一般为1℃.
2.使用时应注意：(1)选用的测温范围要适当，待测物体的温度不能超出温度计的最高可测温度.(2)测量液体的温度时，温度计不要与器壁接触.(3)读数时，温度计不应离开被测物体(体温计除外)，而且眼睛要正对液柱的凸(或凹)弯月面的水平切线位置.(4)最好在液柱芯向上升至最高不再上升时或达稳定时进行读数.
(六)电学测量仪表
1.电流表和电压表
学生实验中用的直流电流表的量程为0～0.6 A ～3 A ，内阻一般在1 Ω以下(毫安表的内阻一般在几
欧～几十欧).直流电压表的量程为0～3 V ～15 V ，两个量程的内阻分别约为 3 k Ω和15 k Ω. 使用时应注意以下几点：
(1)选择合适的量程：根据被测电流或电压值的大小选择量程，使得指针偏转超过所选量程的2／3，至少也要超过1／2.如果量程选择太大，指针偏转太小，会造成测量误差太大.量程选择太小，过大的电流或电压会使电表损坏.在不知道被测电流或电压大小的情况下，应选用电表的较大量程，然后再根据指针偏转情况选取合适的量程.
(2)电流表应串联在被测电路中，电压表应并联在被测电路两端.电表的“＋”“－”接线柱不能接反，以免损坏电表.
(3)读数时应使视线垂直于刻度表面，一般都要估读到电表的最小分格的1／2以下(学生实验用电表J0407、J0408型，3 V 和3 A 量程估读到最小分度的1／10，15 V 量程估读到最小分度的1／5，0.6 A 量程估读到最小分度的1／2).
2.多用电表
多用电表是一种比较常用的电学仪表，它可以用来测量交流电压、直流电压、直流电流和电阻，而且每一种可测量的电学量又有多个量程.其结构简单、使用方便，但是准确度稍低.其欧姆档的设计原理是根据闭合电路的欧姆定律I ＝r
R E ，回路中的电流与电阻存在一一对应关系，这样就可以通过电流表的读数来反映被测电阻的大小. 使用欧姆档测电阻时应注意以下几点：
(1)由于使用多用电表时不管测量项目是什么，电流都要从电表的“＋”插孔(红表笔)流入，从“－”插孔(黑表笔)流出，所以使用欧姆档时，多用电表内部电池的正极接的是黑表笔，负极接的是红表笔.
(2)要区分开“机械零点”与“欧姆零点”.“机械零点”在表盘刻度左侧“0”位置，调整的是表盘下边中间的定位螺丝；“欧姆零点”在表盘刻度的右侧电阻刻度“0”位置.调整的是欧姆档的调零旋钮.
(3)测量前应根据估计阻值选用适当的档位.由于欧姆档刻度的非线性，使用欧姆档测电阻时，表头指针偏转过大过小都有较大误差，通常只使用表盘中间一段刻度范围(4
1R 中～4R 中)为测量的有效范围.譬如，J0411型多用电表欧姆档的R 中＝15 Ω，当待测电阻约为2 k Ω时，则应采用R ×100档.
(4)每变换一次档位，都要重新进行欧姆调零.
(5)由于欧姆档表盘刻度不均匀，难于估读，测量结果只需取两位有效数字.读数时不要忘记乘上相应
档位的倍率.
(6)测量时待测电阻要跟其他元件和电源断开，不然就不能得到正确的测量结果，甚至还可能损坏电表.
(7)多用电表使用完毕后，应将选择开关拨离欧姆档，一般旋至空档或交流电压最高档上.
(七)电学实验器材
1.滑动变阻器
中学实验室内常用滑动变阻器有以下几种规格：0～10 Ω，2 A ；0～50 Ω，1.5A ；0～200 Ω，1.5 A ；0～1750 Ω，0.3 A.
滑动变阻器有两种基本连接方法：限流式接法和分压式接法.下表是对两种连接方式的比较：
1.用电器R 0与滑动变阻器R 的部分电阻串联，另一部分不起作用.
2.R 0上电压调节范围为R R E R 00～E . 1.用电器R 0与滑动变阻器的部分电阻并联后再与另一部分串联. 2.R 0上电压调节范围为0～E
.
限流式接法的线路连接较简单，调节方便，但调节范围较小；分压式接法的线路连接较复杂，且随着滑动端的移动，R 0上的电压并非均匀变化，所以调节起来不如限流式方便.因此，在设计电路的时候，应首先考虑限流式，若切实无法满足题目要求，再选取分压式接法
.
2.电阻箱
中学物理学生分组实验中采用的规格一般为：阻值调节范围0～9999 Ω，各档允许通过的最大电流如下表
.
使用方法及注意事项：
(1)不要使通过电阻箱的电流超过其允许的最大电流.
(2)电阻箱使用阻值的读数为：每档指示数字乘以相应倍率后相加的总和.
(3)实验过程中改变阻值时，不要使电阻箱上电阻值出现零欧姆，以免损坏其他仪表.譬如，当要把90 Ω变至100 Ω，应先将“×100”档拨至“1”处，再将“×10”档拨至零.
3.电源
中学物理实验中主要使用干电池、学生电源和蓄电池.
干电池每节电动势约1.5 V ，内阻大约(0.2 Ω左右)，不能提供较强的电流(0.6 A 以下).学生实验中用于做测定电源的电动势和内电阻等.
铅蓄电池的电动势约2 V ，内阻小约(0.05 Ω左右)，可以提供较强的电流.在一些需要短时大电流放电的实验中常用，如在研究电磁感应现象的学生实验中、安培力的演示实验中都要用到.
学生电源的最大特点是输出电压可调、交直流可变换.它的内阻不但偏大而且是变化的.用于电磁打点计时器和描绘电场中等势线的实验.
三、实验的主要思想方法
在中学物理实验中涉及的主要思想方法为.
等效法：等效方法是物理学研究的重要方法，也是物理实验中常用的方法.如“碰撞中的动量守恒”实验中，用小球的水平位移代替小球的水平速度；画电场中等势线分布时用电流场模拟静电场；等等.
累积法：把某些难以直接准确测量的微小量累积后测量，提高测量的精确程度.如测单摆振动的周期，应测量单摆多次全振动的时间除以全振动次数，以减少个人反应时间造成误差的影响.在初中物理中也曾经学过用累积法测细铜线的直径.
控制变量法：在多因素的实验中，可以先控制一些量不变，依次研究某一个因素的影响.如牛顿第二定律实验中可以先保持质量一定，研究加速度和力的关系；再保持力一定，研究加速度和质量的关系.
留迹法：把瞬息即逝的现象(位置、轨迹、图象等)记录下来.如通过纸带上打出的小点记录小车的位置；用描迹法画出平抛物体的运动轨迹；用沙摆显示振动的图象.
四、实验的一般原则
虽然各个物理实验的原理、方法、使用的器材不相同，但实验仍有一些共同的原则.分析找出实验的一般原则，有利于掌握实验的思想、方法，提高对实验的认识.现分作以下四个方面分别谈实验应遵守的一般原则.
(一)选择仪器
根据实验的原理和实验室条件选择仪器是进行正确测量的前提.一般遵循以下三个原则：
可行性原则：要能够根据实验要求和客观条件选用合适的仪器，使实验切实可行，能达到预期目标.譬如，当要求测量一个电阻器的阻值时，就要根据要求的测量精度、实验室条件及本人已有的理论知识，确定是采用电桥，还是采用欧姆表或伏安法.当采用伏安法测量时，还要根据电阻的规格(额定功率)选择电
压表、电流表的量程.
准确性原则：根据实验的需要，选用精度合适的测量工具.但对某个实验来讲，精确程度够用即可，并不是精度越高越好.正如称一吨煤用磅秤即可，没有必要用精密天平称量一样.譬如，在“测定金属丝电阻率”的实验中，为保证测量结果的有效数字位数合适(2～3位)，测金属丝直径要用螺旋测微器，而测金属
丝长度用毫米刻度尺即可，伏安法测金属丝电阻用2.5级电表(学生实验用)即可满足实验要求.
操作性原则：实验时调节方便、便于操作.如滑动变阻器的选择，既要考虑它的额定电流，又要考虑它的阻值范围，在二者都能满足实验要求的情况下，还要考虑阻值大小对实验操作中是否调节方便的影响.
(二)仪器放置
按规定放置好仪器是保证测量结果正确和实验便捷的前提.
放置规范：不同的仪器有不同的放置要求，如多用电表要平卧；学生用的电流表、电压表应斜置；水
银气压计要竖直悬挂；平抛实验用的斜槽末端要水平等等.
操作顺手：仪器摆放要便于操作，防止实验中手忙脚乱.如开关、变阻器要放在便于手操作的位置；使用天平要“左物右码”.
便于读数：实验人员要面对仪器、仪表的刻度，视线与刻度盘垂直.
实验时能否有条理地把各种仪器正确放置好，也是实验素养高低的重要体现.
(三)初始状态设置
测量前先设置好仪器仪表的初始状态，否则将可能损坏仪器，甚至会造成事故.
连接电路时，电路开关要处于断开状态；开关闭合前变阻器的滑片位置要合理(限流时阻值大，分压时
阻值小)；仪表要先调零，再选好档位(不好确定时先选高档位).
(四)操作程序设计
实验操作程序的安排要科学合理，譬如，在“力的合成”实验中，要先用两只弹簧秤互成角度地把结点拉至某点，再用一只弹簧秤拉至同一点；使用打点计时器做“验证机械能守恒定律”的实验时，要先接通电源再松开纸带；电路连线时，应从电源正极开始，先连干路再连支路；使用欧姆表时要先调“机械零
点”再调“欧姆零点”等等.程序混乱将会导致测量困难或测量错误.
五、实验数据的处理
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上难以察觉的、似乎毫无联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.
(一)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的表示出有关物
理量之间的关系，有助于找出物理量之间的规律性的联系.
列表的要求是：
(1)写明表的标题或加上必要的说明.
(2)必须交待清楚表中各符号所表示的物理量的意义，并写明单位，单位写在标题栏中.
(3)表中的数据要是能正确反映测量结果的有效数字.
(二)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直观、简便，有取平均的效果.由图线的斜率、截距、包围面积等可以研究物理量之间的变化关系，找出规律.
作图的规则：
(1)作图一定要用坐标纸.坐标纸的大小要根据测量数据有效数字的多少和结果的需要来定.
(2)要标明轴名、单位，在轴上每隔一定相等的间距按有效数字位数标明数值.
(3)图上连线要用直尺(直线、折线)或曲线尺(光滑曲线)，连线时不一定通过所有的数据点，而要使数
据点在线的两侧合理的分布.
(4)在图上求直线的斜率时，要选取线上相距较远的两点.不一定要取原来测的数据点.
(5)作图时常设法使图线线性化，即“将曲改直”.就可将不易看出二者关系的曲线改画成关系明朗的直线.
(三)平均值法现行教材中只介绍算术平均值，即把测定的若干组数相加求和，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准确度决定保留的位数.
六、实验误差的分析
测量值总是有规律的朝着某一方向偏离真实值(总是偏大或总是偏小)的误差，称为系统误差.系统误差的主要原因是仪器设备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，造成测量值无规则的起伏称为偶然误差.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.例如，用有毫米刻度的尺子量物体的长度，毫米以下的数值只能用眼睛来估计，各次测量的结果就不一致，
有时偏大，有时偏小，多次测量偏大和偏少的机会相同.因此，多次测量求平均值可减小偶然误差.
●学生实验复习
一、长度的测量
1.常用的游标卡尺最多可测量______的长度.主尺的最小分度是______，十等分的游标尺上的每一个小等分的长度是______，精度为______.另一种卡尺的精度为0.05 mm，它的游标尺有______个等分刻度，这
些刻度的总长度是______，每一刻度比主尺最小刻度相差______mm.
【答案】十几个厘米1 mm 0.9 mm 0.1 mm 20 19 mm 0.05
2.用游标卡尺(图16—1—1甲)测一根金属管的内径和外径时，卡尺上的游标位置分别如图（乙）和图（丙）所示.这根金属管的内径读数是______cm，外径读数是______cm，管壁厚是______cm.
图16—1—1
【答案】2.37 3.05 0.34
3.有一游标卡尺，主尺的最小分度是1mm，游标上有20个小的等分刻度.用它测量一工件的长度，
如图16—1—2所示，图示的读数是______mm.
图16—1—2
【答案】104.05
4.用如图16—1—3所示卡尺测量一个金属圆筒所用材料的体积.
应该用测脚aa′测_______.
应该用测脚bb′测______.
应该用测脚ｃ测______.
图16—1—3
【答案】圆筒的外径与高圆筒内径筒的深度
5.有一种游标卡尺，主尺的最小分度是1 mm，游标尺上有50个等分刻度，此游标卡尺的总长度为_______mm，用这种游标卡尺测长度可以准确到_______mm.用此卡尺测一木球直径时，游标卡尺零刻度是在3.2 cm和3.3 cm两刻度线之间，若游标卡尺的第19条刻度线与主尺刻度线对齐，则此木球的直径为
_______cm.
【答案】49;0.02;3.238
6.准确度为0.1 mm的游标卡卡尺，游标卡尺刻度总长度为9 mm，若其最末一个刻度线与主尺的44 mm 刻度线对齐，则游标尺的第5条刻度线所对着的主尺刻度为
A.35.0 mm
B.39.5 mm
C.43.4 mm
D.35.4 mm
【答案】B
7.已知游标卡尺的主尺最小分度是1 mm，游标卡尺上有10个小的等分刻度，它们的总长等于9 mm，用此游标卡尺测得物体长度为2.37 cm，这时游标卡尺上的第_______条刻度线与主尺上的_______mm刻度线对齐.
【解析】根据游标卡尺读数原理知：2.37 cm表明游标卡尺零刻度在23 mm多一点的位置，0.07 cm 表示游标卡尺第7个小分格与主尺上的刻度恰好对齐，且主尺的刻度线为23+7= 30 mm，所以上述答案为分别为7和30.
【答案】7;30
二、验证力的平行四边形定则。