安徽届高考物理实验复习手册

安徽届高考物理实验复习手册
宿城一中2012届高三物理实验复习手册
高三物理备课组
2012.5 宿城一中2012届高三物理复习资料--第2页
物理是以实验为基础的科学，实验能力是物理学科的重要能力，物理高考历来重视考查实验能力。

一、基本实验的复习
要应对各类实验试题，包括高层次的实验试题，唯一正确的方法是把要求必做的学生实验真正做懂、做会，特别是在实验原理上要认真钻研，对每一个实验步骤都要问个为什么，即不但要记住怎样做，更应该知道为什么要这样做．对基本的实验，复习过程中要注意以下六个方面的问题：
（1）实验原理
中学要求必做的实验可以分为4个类型：练习型、测量型、验证型、探索型．对每一种类型都要把原理弄清楚．
应特别注意的问题：验证机械能守恒定
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律中不需要选择第一个间距等于2mm的纸带．这个实验的正确实验步骤是先闭合电源开关，启动打点计时器，待打点计时器的工作稳定后，再释放重锤，使它自由落下，同时纸带打出一系列点迹．按这种方法操作，在未释放纸带前，打点计时器已经在纸带上打出点迹，但都打在同一点上，这就是第一点．由于开始释放的时刻是不确定的，从开始释放到打第二个点的时间一定小于0.02s，但具体时间不确定，因此第一点与第二点的距离只能知道一定小于2mm（如果这段时间恰等于0.02s，则这段位移s=gt2/2=(10×0.022/2)m=2×10-3m=2mm），但不能知道它的确切数值，也不需要知道它的确切数值．不论第一点与第二点的间距是否等于2mm，它都是从打第一点处开始作自由落体运动的，因此只要测量出第一点O与后面某一点P间的距离h，再测出打P点时
的速度v，如果： gh≈( )，
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就算验证了这个过程中机械能守恒．（2）实验仪器
要求掌握的实验仪器主要有：刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器（千分尺）、天平、停表（秒表）、打点计时器（电火花计时仪）、弹簧秤、温度表、电流表、电压表、多用电表、滑动变阻器、电阻箱，等等。

对于使用新教材的省市，还要加上示波器等。

对这些仪器，都要弄清其原理、会正确使用它们，包括测量仪器的正确读数。

（3）实验装置
对电学实验主要指电路图。

下面几个是应特别注意的：
①验证牛顿第二定律的实验，如何平衡摩擦力是关键。

②研究平抛物体的运动及碰撞中的动量守恒的实验，这两个实验都要使用斜槽轨道，让小球从轨道上端无初速滚下，然后平抛出去，在安装装置时要注意保证轨道末端必须水平，如果实验要进行多次，每次小球
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应从同一高度处下落，因此应有一个挡板。

③验证机械能守恒定律的实验，要用铁架台并用夹子固定纸带，这样在开启打点计时器而未释放重锤前，能保证打出的点迹在同一点上，若像课本上的实验装置图那样，用手握住纸带，开启打点计时器而未释放纸带前，会由于手的抖动而打出一“堆”点，从而无法准确找出第一个点（即自由落体运动起始位置）。

④用单摆测重力加速度的实验，在安装单摆时要注意悬点的固定，随便拴一个结系在铁架台的横梁上是不可取的，因为悬点不确定，就不是单摆，并且摆长值也无法准确测量。

⑤有关电路的电学实验要注意安培表的外接与内接，制流与分压电路的选择，电表内阻的影响，等等。

（4）实验步骤
复习实验步骤时不能靠死背结论，而要与实验原理联系起来，要多问问自己，为什么
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要按这样的步骤操作？把某些实验步骤交换一下是否可以？省掉某个步骤行不行？等等。

（5）实验数据的处理
重要的有打点计时器纸带的处理方法（如分析是不是匀速运动或匀变速直线运动、如果是匀变速运动，如何求某时刻的速度、如何求加速度等）；解方程求解未知量、用图像处理数据（把原来应该是曲线关系的通过改变坐标轴的量或单位而变成线性关系，即变成直线，是重要的实验能力）。

（6）实验误差的定性分析
中学阶段不要求进行定量的误差分析，但对主要误差的产生原因、系统误差是偏大还是偏小等，应能理解。

在电路的实验中，粗略地看，认为电流表是短路、电压表是断路，但精确一点看，电流表和电压表的内阻的影响都不能忽略，定性地讨论电表电阻对测量结果的影响是我们应该掌握。

二、几种重要的实验方法
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下面几种实验方法是我们中学阶段物理实验中用过的，从方法的角度整理、复习一下，有助于我们提高认识水平和能力。

（1）累积法：在“用单摆测重力加速度”测周期时我们用的是累积法，即我们不直接测一个周期的时间，而是测30～50个周期的总时间，再除以周期数即得周期T的值．用累积法的好处是：①相当于进行多次测量而后取平均值，这样可以减少偶然误差；②增加有效数字的位数．以测单摆的周期为例，我们实验时单摆的摆长大约是1m 或不到1m，用停表（最小分度值是0.1s）直接测1个周期的值，只能读出两位有效数字（机械停表的指针是跳跃式前进的，因此不能估读），如1.8s、2.0s等，而测30个周期总时间，则可读出至少3位有效数字。

用累积法的实验还有很多，如测一张纸的厚度、用刻度尺测金属丝的直径…
（2）替代法：在“互成角度两个共点力的合成”的实验中我们就用到了替代法，
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第一次我们用两个弹簧秤成角度地拉橡皮筋，把结点拉到某一位置，再换成一个弹簧秤，同样拉这个橡皮筋，也把结点拉到同样位置，这说明后一个弹簧秤的拉力与前面两个弹簧秤的拉力效果相等因此右以互相替代．对于“等效”这个问题，应正确理解：所谓效果相等，是对某一方面说的，并不是在所有方面都等效，仍以合力与分力来说，它们只是在改变物体的运动状态上等效，而在其他方面，例如在产生形变上，二者并不等效。

用替代法的例子还有很多，如用天平称物物体的质量，电阻测量等都可以用替代法，我们古代三国时期曹冲称象的故事就是替代法的典型实例。

（3）测量量的转换：例如在“碰撞中的动量守恒”的实验中，把测物体的速度转换为测物体平抛运动的水平位移，即把测速度转换为测长度。

又如在“测定玻璃的折射率”的实验中，
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本应测量入射角和折射角，再根据折射率n=sini/sinr求出折射率，但角度不容易测准确（一般所用的量角器的最小分度是1°，并且测角度时顶点很难对得特别准确），而通过做辅助线的方法可以把测角度转换为测线段的长度，从而增加了有效数字的位数，即提高了测量的准确度。

（4）比较法：用天平称物体的质量，就是把物体与砝码进行比较，砝码的质量是标准的，把被测量与标准的量进行比较，就是比较法．天平是等臂杠杆，因此用天平测物体质量时，不用再进行计算，而是直接读出砝码的质量，它就等于物体的质量。

一般情况下，被测物跟标准量并不相等，而是要根据某种关系进行计算，最常用的是二者间满足一定的比例关系，通过一定的比例计算即可得出结果，因此常常称为比例法。

用比例法测电阻是常见的，当两个电阻串联时，通过的电流相等，因此两电阻两端的电压跟它们的电阻成正比，如果其中的一个电阻是
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标准电阻，另一个电阻的阻值就可测出．同样，两电阻并联时，由于两端电压相等，通过两支路的电流跟电阻成反比，只要一个是标准电阻，另一个电阻的阻可测出。

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。

⑴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。

⑵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。

⑴有效数字是指近似数字而言。

⑵只能带有一位不可靠数字，不是位数越多越好。

凡是用测量仪器直接测量的结果，读数一般要求在读出仪器最小刻度所在位的数值（可靠数字）后，再向下估读一位（不可靠数字），这里不受有效数字位数的限制。

间接测量的有效数字运算不作要求，运算结果一般可用2~3位有效数字表示。

二、基本测量仪器及读数
高考要求会正确使用的仪器主要有：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、电阻箱等等。

1.刻度尺、秒表、弹簧秤、温度表、电流表、电压表的读数
使用以上仪器时，凡是最小刻度是10分度的，要求读到最小刻度后再往下估读一位（估读的这位是不可靠数字，但是是有效数字的不可缺少的组成部分）。

凡是最小刻度不是10分度的，只要求读到最小刻度所在的这一位，不再往下估读。

1 2
⑴读出上左图中被测物体的长度。

⑵上右图用3V 量程时电压表读数为多少？用15V 量程时电压表度
数又为多少？
⑶右图中秒表的示数是多
少分多少秒？
一般仪器的最小刻度是
10分度的，在读到最小刻度
后还要再往下估读一位。

⑴
6.50cm 。

⑵1.14V 。

15V 量程时最小刻度为0.5V ，只读到0.1V 这一位，应为5.7V 。

⑶秒表的读数分两部分：小圈内表示分，每小格表示0.5分钟；大圈内表示秒，最小刻度为0.1秒。

不要往下估读了。

当分针在前0.5分内时，秒针在0~30秒内读数；当分针在后0.5分内时，秒针在30~60秒内读数。

因此图中秒表读数应为3分48.7秒即可（不要
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1
0 31 2 33 4
35 6 37 8 39 41 10 43 12 14 45 16 47 18 49 20 51 22 53 24 26 55 57 28 59 0 1 2 6 7 8 9 10 11 3 4 5 12 13 14
往下估读，因为每个尺隙时间即为0.1s,）。

2.游标卡尺
⑴10分度的游标卡尺。

游标上相邻两个刻度间的距离为0.9mm ，比主尺上相邻两个刻度间距离小0.1mm 。

读数时先从主尺上读出厘米数和毫米数，然后用游标读出0.1毫米位的数值：游标的第几条刻线跟主尺上某一条刻线对
齐，0.1毫米位
就读几。

其读数准确到
0.1mm 。

⑵20分度的游标卡尺。

游标上相邻两个刻度间的距离为0.95mm ，比主尺上相邻两个刻度间距离小0.05mm 。

读数时先从主尺上读出厘米数和毫米数，然后用游标读出毫米以下的数值：游标的第几条刻线跟主尺上某一条刻线对齐，毫米以下的读数就是几乘0.05毫米。

其读数准确到0.05mm 。

⑶50分度的游标卡尺。

游标上相邻两个0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1
5 020 25 15
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。

如右图中被测圆柱体的直径为2.250cm。

要注意：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。

3.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，所以在最小刻度后应再估读一位），
再把两部分读数相加，得测量值。

右图中的
读数应该是6.702mm。

4.打点计时器
线
打点计时器是一种特殊的计时仪器，电源用50Hz 的交流电，所以打相邻两个点的时间间隔是0.02s 。

5.天平
天平使用前首先要进行调节。

调节分两步：调底座水平和横梁水平
（在调节横梁水平前，必须把
游码移到左端零刻度处，左端与零刻线对齐，如图中虚线所示）。

测量读数由右盘中砝码和游标共同读出。

横梁上的刻度单位是毫克（mg ）。

若天平平衡时，右盘中有26g 砝码，游码在图中所示位置，则被测物体质量为26.32g （最小刻度为0.02g ，不是10分度，因此只读到0.02g 这一位）。

6.多用电表
使用多用电表时首先应该根据被测0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
mg
×0.×10
×1 ×1K
×10K ×100 1 7 6 5 4 3 2 8 9 0 1 7 6 5 4 3 2 8 9 0 1 7 6 5 4 3 2 8 9 0 限
物理量将选择开关旋到相应的位置。

使用前应先进行机械调零，用小螺丝刀轻旋调零螺丝，使指针指左端零刻线。

使用欧姆挡时，还应进行欧姆调零，即将红、黑表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使指针指右端零刻线处。

欧姆挡的使用：⑴选挡。

一般比被测电阻的估计值低一个数量级，如估计值为200Ω就应该选×10的倍率。

⑵调零。

⑶将红黑表笔接被测电阻两端进行测量。

⑷将指针示数乘以倍率，得测量值。

⑸将选择开关扳到OFF或交流电压最高挡。

用欧姆挡测电阻，如果指针偏转角度太小，应增大倍率；如果指针偏转角度太大，应减小倍率。

7.电阻箱
右图中的电阻箱有6个旋钮，每个旋钮上方都标有倍率，将每个旋钮上指针所指的数值（都为整数）乘以各自的倍率，从最高位依次往下读，即可得到这时电阻箱的实际阻值。

图中最左边的两个黑点是接线柱。

若指针所示如图，则阻值为84580.2Ω。

实验一研究匀变速直线运动
一、实验目的
1．掌握判断物体是否做匀变速直线运动的方法．
2．会利用纸带测定匀变速直线运动的速度和加速度．
二、实验装置与器材
打点计时器：
1．作用
计时仪器，每隔0.02 s打一次点．
2．工作条件
(1)电磁打点计时器：6 V以下交流电源．
(2)电火花计时器：220 V交流电源．3．纸带上点的意义
(1)表示和纸带相连的物体在不同时刻的位
置；
(2)通过研究纸带上各点之间的间隔，可以判断物体的运动情况．
三、实验原理
1．判断物体运动情况
(1)如果x1＝x2＝x3＝…，则物体做匀速直线运动．
(2)如果x2－x1＝x3－x2＝x4－x3＝k(常数)，则物体做匀变速直线运动．
2．“平均速度法”求速度
即v n＝x
n
＋x n＋1
2T
，如图1－4－2所示3．求加
速度
(1)“逐差法”求加速度，即a1＝
x4－x1 3T2，a2＝
x5－x2
3T2
，a3＝
x6－x3
3T2
，然后取平均
值，即a＝a1＋a2＋a3
3
，这样使所给数据全部
得到利用，以提高准确性．
(2)“图象法”求加速度，即由“平均速度法”求出多个点的速度，画出v－t图，直线的斜率即加速度．
四、实验过程
把一端附有滑轮的长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面；把打点计时器固定在长木板上远离滑轮的一端，连接好电路；把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下边挂上合适的钩码；接通电源，然后放开小车，让小车拖着纸带运动，打完后关闭电源；多打几条纸带．
五、纸带处理
从几条纸带中选择一条比较理想的纸带，舍掉开始一些比较密集的点，在后面便于测量
的地方找一个开始点，以后依次每五个点取一个计数点，确定好计数始点，并标明0、1、2、3、4…，测量各计数点到0点的距离d，计算出相邻的计数点之间的距离x1、x2、x3…，求出各计数点的速度v
，由v n数据作
n
出v－t图象．
六、注意事项
1．开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器．
2．应该先接通电源，再释放小车，当小车到达滑轮前及时用手按住．
3．先断开电源，再取下纸带．
4．对于电磁打点计时器，如打出的点较轻或是短线时，应调整振针距复写纸的高度．5．选择一条理想的纸带，是指纸带上的点迹清晰，适当舍弃点密集部分，适当选取计数点(注意计数点与计时点的区别)，弄清楚所选的时间间隔T等于多少．
6．每打好一条纸带，将定位轴上的复写纸换个位置，以保证打点清晰(注意此项只对
于电磁打点计时器)．
7．不要分段测量各段位移，应一次测出各计数点与第0个计数点的距离，再逐个计算x1、x2、x3…，读数时应估读到0.1 mm. 8．尽可能保证小车做匀加速直线运动的方法是：(1)细绳尽可能与板面保持平行；(2)滑轮和车轮灵活；(3)长木板表面粗糙程度、纸带与打点计时器之间的摩擦基本保持一致．
七、误差分析
1．小车拉着纸带所做的加速运动中加速度不恒定，这样测量得到的加速度只能是所测量段的平均加速度．
2．纸带运动时打点不稳定引起测量误差．3．纸带上计数点间距离测量带来偶然误差(如距离较小时的测量误差)．
4．计数点间距离测量应从所标出的0、1、2、3…中的0点开始，分别测出0～1、0～2、0～3…之间的距离，然后计算0～1、1～2、2～3…间的距离分别表示为x1、x2、x3…，这样
可以减小因测量带来的偶然误差．
5．小车运动中所受摩擦力变化产生误差．八、数据处理
1．在用打点计时器测速度的实验中，打点计时器在纸带上打下一系列的点，可得到如下数据：小车运动的位移及对应的时间，这些数据有下列三个方面的应用．
(1)计算某段时间内的平均速度．
(2)用某点附近的平均速度代替该点的瞬时速度，从而估算小车在某位置(或某时刻)的瞬时速度．
(3)通过比较不同时间段的平均速度，或作vt图象，判断小车的运动情况．2．在探究小车速度随时间变化规律的实验中，能根据连续相等的时间内位移差为恒量，判断物体在做匀变速直线运动．
实验二探究弹力和弹簧伸长的关系
一、实验目的
1．探究弹力和弹簧伸长的关系．
2．学会用图象处理物理量之间的关系．二、实验原理
弹簧受到拉力会伸长，平衡时弹簧产生的弹力和外力大小相等；弹簧的伸长量，可以用拉长后的长度减去原来的长度．
三、实验器材
铁架台、弹簧、砝码、刻度尺、坐标纸．四、实验步骤
1．测量弹簧的伸长(或总长)及所受的拉力(或所挂钩码的质量)，列表作出记录，要尽可能多测几组数据．
2．根据所测数据在坐标纸上描点，以力为纵坐标，以弹簧的伸长为横坐标．
3．按照在图中所绘点的分布与走向，尝试作出一条平滑的曲线(包括直线)，所画的点不一定正好在这条曲线上，但要注意使曲线两侧的点数大致相同．
4．以弹簧的伸长为自变量，写出曲线所代表的函数，首先尝试一次函数，如果不行再
考虑二次函数．
五、注意事项
1．每次增减钩码测量有关长度时，均需保证弹簧及钩码不上下振动而处于静止状态，否则，弹簧弹力将可能与钩码重力不相等．2．弹簧下端增加钩码时，注意不要超过弹簧的弹性限度．
3．建立平面直角坐标系时，两轴上单位长度所代表的量值要适当，不可过大，也不可过小．
4．描线的原则是，尽量使各点落在描画出的线上，少数点应均匀分布于线两侧，描出的线不应是折线，而应是平滑的曲线．
5.测量弹簧长度时，不要用手拉弹簧，在弹簧自然竖直状态去测量．
六、误差分析
1．本实验的误差来源之一是因弹簧拉力大小的不稳定造成的，因此，使弹簧的悬挂端固定，另一端通过悬挂钩码来充当对弹簧的拉力，可以提高实验的准确度．
2．弹簧长度的测量是本实验的主要误差来源，所以，测量时尽量精确地测量弹簧的长度．
3．在F－x图象上描点、作图不准确．七、实验改进
1．在实验中，也可以不测量弹簧的自然长度，而以弹簧的总长作为自变量，弹力为函数，作出弹力与弹簧长度的关系图线．这样可避免因测弹簧的自然伸长而带来的误差．2．实验中也可以用弹簧秤拉弹簧，通过弹簧秤读出弹簧的弹力．
实验三验证力的平行四边形定则
一、实验目的
1．运用力的图示法验证力的合成的平行四边形定则．
2．理解等效替代思想在物理中的应用．二、实验原理
互成角度的两个力与一个力产生相同的效果，看它们用平行四边形定则求出的合力与
这一个力是否在实验误差允许范围内相等．三、实验器材
木板，白纸，图钉若干，
橡皮条，细绳，弹簧秤
两个，三角板，刻度尺，
量角器．
四、实验步骤
1．用图钉把一张白纸钉在水平桌面上的木板上．
2．用两个弹簧秤分别钩住两个细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O.
3．用铅笔描下结点O的位置和两条细绳套的方向，并记录弹簧秤的读数．
4．只用一只弹簧秤通过细绳套把橡皮条的结点拉到同样的位置O，记下弹簧秤的读数和细绳套的方向．
5．改变两弹簧秤拉力的大小和方向，再重做两次实验．
五、数据处理
1．用铅笔和刻度尺从结点O沿两条细绳方向画直线，按选定的标度作出这两只弹簧秤的拉力F1和F2的图示，并以F1和F2为邻边用刻度尺作平行四边形，过O点画平行四边形的对角线，此对角线即为合力F的图示．2．用刻度尺从O点按同样的标度沿记录的方向作出只用一只弹簧秤时的拉力F′的图示．
3．比较F与F′是否完全重合或几乎完全重合，从而验证平行四边形定则．
六、注意事项
1．同一实验中的两只弹簧秤的选取方法是：将两只弹簧秤调零后互钩对拉，若两只弹簧秤在对拉过程中，读数相同，则可选；若读数不同，应另换，直至相同为止．
2．在同一次实验中，使橡皮条拉长时，结点O位置一定要相同．
3．用两只弹簧秤钩住绳套互成角度地拉橡皮条时，夹角不宜太大也不宜太小，在60°～100°之间为宜．
4．读数时应注意使弹簧秤与木板平行，并使细绳套与弹簧秤的轴线在同一条直线上，避免弹簧秤的外壳与弹簧秤的限位卡之间有摩擦．读数时眼睛要正视弹簧秤的刻度，在合力不超过量程及橡皮条弹性限度的前提下，拉力的数值尽量大些．
5．细绳套应适当长一些，便于确定力的方向．不要直接沿细绳套的方向画直线，应在细绳套末端用铅笔画一个点，去掉细绳套后，再将所标点与O点连接，即可确定力的方向．
6．在同一次实验中，画力的图示所选定的标度要相同，并且要恰当选取标度，使所作力的图示稍大一些．
七、误差分析
1．读数误差
减小读数误差的方法：选择相同的弹簧秤并调整好零刻度；弹簧秤数据在允许的情况下，尽量大一些，读数时眼睛一定要正视，要按有效数字正确读数和记录．
2．作图误差
减小作图误差的方法：作图时两力的对边一定平行．两个分力F1、F2间的夹角越大，用平行四边形作出的合力F的误差ΔF就越大，所以实验中不要把F1、F2间的夹角取得太大．
实验四验证牛顿运动定律
一、实验目的
验证牛顿第二定律；学会用控制变量法研究物理规律；学会利用图象处理数据．
二、实验原理
保持作用力
不变，确定加速度
与质量的大小关
系；保持质量不变，探究加速度跟合外力的
关系；作出a－F图象和a－1
M
图象，确定其
关系．。