第一部分 专题六 第3讲 改进型和设计型实验
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2
cd (3)以下能引起实验误差的是________． a．滑块的质量 b．当地重力加速度的大小
c．长度测量时的读数误差
d．小球落地和滑块撞击挡板不同时
2．(2011 年上海卷)实际电流表有内阻，可等效为理想电 流表与电阻的串联．测量实际电流表 G1内阻 r1的电路如图 6－3－2 所示．供选择的仪器如下：
解析：(1)机械能守恒的前提是只有重力做功，实际操作 的方案中应该使摩擦力越小越好．故甲方案好一些．
xDE－xBC＋xCD－xAB (2)a＝ ≈4.8 m/s2 2 4T 因 a 远小于 g，故为斜面上小车下滑的加速度．所以该 纸带采用图乙所示的实验方案．
电学实验设计
电学实验是以测电阻为主线的，如考纲上的测金属丝的
(4)由实验器材设计实验步骤；
(5)将测量量代入原理式，求出所求的物理量．
1．(2011 年广州模拟)“验证机械能守恒定律”的实验可 以采用如图实 6－3－7 所示的甲或乙方案来进行．甲方案为 用自由落体实验验证机械能守恒定律，乙方案为用斜面小车 实验验证机械能守恒定律．
图 6－3－7
甲 (1)比较这两种方案，________(填“甲”或“乙”)方案 因为这个方案摩擦阻力小，误差小， 好一些，理由是____________________________________ 操作方便 __________________. (2)图丙所示是该实验中得到的一条纸带，测得每两个计 数点间的距离如图所示，已知每两个计数点之间的时间间隔 4.8 m/s2 T＝0.1 s．物体运动的加速度 a＝__________；该纸带是采用 乙 ________(填 “甲”或“乙”)实验方案得到的．简要写出判 因为物体运动的加速度比重力加速度小得多 断依据____________________________________________．
第3讲
改进型和设计型实验
1．(2011 年山东卷)某探究小组设计了“用一把尺子测定动摩擦
因数”的实验方案．如图 6－3－1 所示，将一个小球和一个滑块
用细绳连接，跨在斜面上端．开始时小球和滑块均静止，剪断细 绳后，小球自由下落，滑块沿斜面下滑，可先
后听到小球落地和滑块撞击挡板的声音．保持
小球和滑块释放的位置不变，调整挡板位置， 重复以上操作，直到能同时听到小球落地和滑
图 51
(1)实验过程： 第一步，在保持斜面倾角不变时，探究加速度与质量的
关系．实验中，通过向小车放入钩码来改变物体的质量，只
要测出小车由斜面顶端滑至底端所用的时间 t，就可以由公
式 a＝________求出 a，某同学记录了数据如下表所示：
时间 质量
t 次数
1 2 3
M
1.42 1.40 1.41
M＋m
图 6－3－6
由mgsinα＝ma可得：a＝gsinα，故图线a－sinα的斜率即 为当地的重力加速度． 由图可知，g＝k＝9.80 m/s2. (2)该探究小组采用的探究方法是控制变量法．
在设计和改进实验时，一般遵循以下步骤和
原则： (1)百度文库题意找出实验原理式，即带有“所求的物理量”的公 式； (2)由公式确定还有哪些待测量(不能太多)； (3)由待测量确定实验器材；
h 求出倾角 α 的正弦值 sin α＝L.某同学记录了高度 h 和加速度
对应值如下表：
L(m)
1.00
h(m)
h sin α＝L
0.10
0.10 0.97
0.20
0.20
0.30
0.30
0.40
0.40
0.50
0.50
a(m/s2)
1.950 2.925 3.910 4.900
请先在如图 6－3－5 所示的坐标纸上建立适当的坐标轴 后描点作图，然后根据所作的图线求出当地的重力加速度 g 9.80 m/s2 ＝________.进一步分析可知，光滑斜面上物体下滑的加速度 a＝gsin α 与倾角的关系为_________________．
分值较少，广大师生可在这方面少花一些时间．
力学实验改进
【例 1】(2011 年佛山联考)某研究性学习小组欲探究光 滑斜面上物体下滑的加速度与物体质量及斜面倾角是否有 关系．实验室提供如下器材： A．表面光滑的长木板(长度为 L)；B.小车；C.质量为 m 的钩码若干个；D.方木块(备用于垫木板)；E.米尺；F.秒表．
③ ⑥ (1)定值电阻应选________，滑动变阻器应选_________． (在空格内填写序号)
(2)用连线连接实物图．
图 6－3－3 答案：如图 48 所示．
图 48
(3)补全实验步骤： 将滑动触头移至最左端 ①按电路图连接电路，__________________________；
②闭合电键 S，移动滑动触头至某一位置，记录 G1，G2 的读数 I1、I2； 多次移动滑动触头，记录相应的G1、G2读数I1、I2 ③____________________________________________；
甲
乙
图 6－3－8
(1)按图甲所示的电路在图乙所给出的实物图中画出连 接导线． 答案：实物连线如图 50 所示．
图 50
(2)①该同学的部分实验步骤是： A．断开电键 S，连接好电路； B．把滑动变阻器 R 滑片 P 滑到 b 端；
C．将电阻箱 R0的阻值调到零；
D．闭合电键 S； E．调节滑动变阻器 R，使电压表的示数为 3.0 V； 该同学再进行一步操作就可以比较精确地测量出电压 调节电阻箱阻值，使电压 表的内阻 RV，这一步操作应该是_______________________ 表示数为1.5 V并读出此时电阻箱阻值R0 _____________________________________________. 用实验测得的物理量表示出电压表的内阻 RV的表达式 RV＝R0 ______________．
1.41 1.42 1.38
M＋2m
1.42 1.39 1.42
根据以上信息，我们发现，在实验误差范围内质量改变 不改变 之后平均下滑时间________(填“改变”或“不改变”)，经 无关 过分析得出加速度和质量的关系为________． 第二步，在物体质量不变时，探究加速度与倾角的关系． 实验中通过改变方木块垫放位置来调整长木板倾角，由于没 有量角器，因此通过测量出木板顶端到水平面高度 h，求出
恰当的值，记下此时电阻箱的阻值 R1、R2及对应的电流 I1、I2； 欧姆 B．根据以上的数据及________________定律，建立方
程组，即可求出电源的电动势 E 与内阻 r.该方程组的表达式
E＝I2(R2＋RA＋r) E＝I1(R1＋RA＋r) 是：____________________、______________________.
图 6－3－5 答案：如图 49 所示
图 49
控制变量法 (2)该探究小组所采用的探究方法是_____________．
1 2 2L 解析：(1)由 L＝2at 得：a＝ t2 . 由表中可看出：在实验误差允许的范围内，小车下滑的 时间是不变的，说明小车的加速度与小车的质量无关．
以 a 为纵轴，以 sin α为横轴，选取适当的标度作出图象 如图 6－3－6 所示．
图 6－3－2
①待测电流表 G1(0～5 mA，内阻约 300 Ω)，
②电流表 G2(0～10 mA，内阻约 100 Ω)， ③定值电阻 R1(300 Ω)， ④定值电阻 R2(10 Ω)， ⑤滑动变阻器 R3(0～1 000 Ω)，
⑥滑动变阻器 R4(0～20 Ω)，
⑦干电池(1.5 V)，
⑧电键 S 及导线若干．
④以 I2为纵坐标，I1为横坐标，作出相应图线，如图 6－3－4 所示．
图 6－3－4 (4)根据 I2－I1 图线的斜率 k 及定值电阻，写出待测电流 r1＝(k－1)R1 表内阻的表达式______________________．
由于近两年广东实行理综考试，整个物理科平均用时只
有 50 分钟，物理实验难度大大降低，故这方面考题或所占
晓玲她们现在手头只有一个电流表，只知其内阻很小，却 不知具体阻值．为了测出该电流表的内阻，她们找来了如图乙
所示的两节干电池等实验器材．请你用笔画线将图中的实物连
接成能测出电流表内阻的电路．注意滑动变阻器串联接入电路
最大 起限流作用，开关闭合前其阻值应处于________．
答案：连线如图 51 所示
②请你解释该同学所做的实验为什么可以比较精确地
由于RV＋R0≫RbP，当增大电阻箱 测量出电压表的内阻 RV.______________________________
电阻R0时，并联电阻两端电压值几乎不变 实际上这种测量 ____________________________________. 偏小 方法还是有系统误差的，其实际值与测量值相比要______ (填“偏大”或“偏小”)． 正确地选择仪器和设计电路的问题，有一 定的灵活性，解决时应掌握和遵循一些基本的原则，即“安 全性”、“方便性”、“精确性”原则，兼顾“误差小”、 “仪器少”、“耗电少”等各方面因素综合考虑，灵活运用．
2．(2011 年佛山二模)某实验小组认为用一只已知内阻的
电流表和电阻箱，采用如图 6－3－9 甲所示的电路测电源电 动势与内阻，比常规的伏安法更准确．若电流表内阻阻值为
RA，则测量的方法与步骤是：
图 6－3－9
A．将电阻箱阻值 R 调到最大，闭合 S 后观察电流表示
再调节电阻箱 数，然后_________________，使电流表中的示数指到某两个
块撞击挡板的声音．用刻度尺测出小球下落的
高度 H、滑块释放点与挡板处的高度差 h 和沿 斜面运动的位移 x.(空气阻力对本实验的影响 可以忽略)
图 6－3－1
(1) 滑块沿斜面运动的加速度与重力加速度的比值为
x/H ________．
x 1 h H x2 h2 (2)滑块与斜面间的动摩擦因数为________________．
电阻率、描绘小灯泡的伏安特性曲线、测电源的电动势与内 阻、多用表的使用，都跟测电阻相关． 【例2】为了测量一个量程为 3.0 V 的电压表的内阻
RV (约几千欧)，某同学采用了如图 6－3－8 甲所示的电路，
电路中电阻箱 R0的量大阻值为 9 999.9 Ω，滑动变阻器 R 的 最大阻值为 50 Ω.
cd (3)以下能引起实验误差的是________． a．滑块的质量 b．当地重力加速度的大小
c．长度测量时的读数误差
d．小球落地和滑块撞击挡板不同时
2．(2011 年上海卷)实际电流表有内阻，可等效为理想电 流表与电阻的串联．测量实际电流表 G1内阻 r1的电路如图 6－3－2 所示．供选择的仪器如下：
解析：(1)机械能守恒的前提是只有重力做功，实际操作 的方案中应该使摩擦力越小越好．故甲方案好一些．
xDE－xBC＋xCD－xAB (2)a＝ ≈4.8 m/s2 2 4T 因 a 远小于 g，故为斜面上小车下滑的加速度．所以该 纸带采用图乙所示的实验方案．
电学实验设计
电学实验是以测电阻为主线的，如考纲上的测金属丝的
(4)由实验器材设计实验步骤；
(5)将测量量代入原理式，求出所求的物理量．
1．(2011 年广州模拟)“验证机械能守恒定律”的实验可 以采用如图实 6－3－7 所示的甲或乙方案来进行．甲方案为 用自由落体实验验证机械能守恒定律，乙方案为用斜面小车 实验验证机械能守恒定律．
图 6－3－7
甲 (1)比较这两种方案，________(填“甲”或“乙”)方案 因为这个方案摩擦阻力小，误差小， 好一些，理由是____________________________________ 操作方便 __________________. (2)图丙所示是该实验中得到的一条纸带，测得每两个计 数点间的距离如图所示，已知每两个计数点之间的时间间隔 4.8 m/s2 T＝0.1 s．物体运动的加速度 a＝__________；该纸带是采用 乙 ________(填 “甲”或“乙”)实验方案得到的．简要写出判 因为物体运动的加速度比重力加速度小得多 断依据____________________________________________．
第3讲
改进型和设计型实验
1．(2011 年山东卷)某探究小组设计了“用一把尺子测定动摩擦
因数”的实验方案．如图 6－3－1 所示，将一个小球和一个滑块
用细绳连接，跨在斜面上端．开始时小球和滑块均静止，剪断细 绳后，小球自由下落，滑块沿斜面下滑，可先
后听到小球落地和滑块撞击挡板的声音．保持
小球和滑块释放的位置不变，调整挡板位置， 重复以上操作，直到能同时听到小球落地和滑
图 51
(1)实验过程： 第一步，在保持斜面倾角不变时，探究加速度与质量的
关系．实验中，通过向小车放入钩码来改变物体的质量，只
要测出小车由斜面顶端滑至底端所用的时间 t，就可以由公
式 a＝________求出 a，某同学记录了数据如下表所示：
时间 质量
t 次数
1 2 3
M
1.42 1.40 1.41
M＋m
图 6－3－6
由mgsinα＝ma可得：a＝gsinα，故图线a－sinα的斜率即 为当地的重力加速度． 由图可知，g＝k＝9.80 m/s2. (2)该探究小组采用的探究方法是控制变量法．
在设计和改进实验时，一般遵循以下步骤和
原则： (1)百度文库题意找出实验原理式，即带有“所求的物理量”的公 式； (2)由公式确定还有哪些待测量(不能太多)； (3)由待测量确定实验器材；
h 求出倾角 α 的正弦值 sin α＝L.某同学记录了高度 h 和加速度
对应值如下表：
L(m)
1.00
h(m)
h sin α＝L
0.10
0.10 0.97
0.20
0.20
0.30
0.30
0.40
0.40
0.50
0.50
a(m/s2)
1.950 2.925 3.910 4.900
请先在如图 6－3－5 所示的坐标纸上建立适当的坐标轴 后描点作图，然后根据所作的图线求出当地的重力加速度 g 9.80 m/s2 ＝________.进一步分析可知，光滑斜面上物体下滑的加速度 a＝gsin α 与倾角的关系为_________________．
分值较少，广大师生可在这方面少花一些时间．
力学实验改进
【例 1】(2011 年佛山联考)某研究性学习小组欲探究光 滑斜面上物体下滑的加速度与物体质量及斜面倾角是否有 关系．实验室提供如下器材： A．表面光滑的长木板(长度为 L)；B.小车；C.质量为 m 的钩码若干个；D.方木块(备用于垫木板)；E.米尺；F.秒表．
③ ⑥ (1)定值电阻应选________，滑动变阻器应选_________． (在空格内填写序号)
(2)用连线连接实物图．
图 6－3－3 答案：如图 48 所示．
图 48
(3)补全实验步骤： 将滑动触头移至最左端 ①按电路图连接电路，__________________________；
②闭合电键 S，移动滑动触头至某一位置，记录 G1，G2 的读数 I1、I2； 多次移动滑动触头，记录相应的G1、G2读数I1、I2 ③____________________________________________；
甲
乙
图 6－3－8
(1)按图甲所示的电路在图乙所给出的实物图中画出连 接导线． 答案：实物连线如图 50 所示．
图 50
(2)①该同学的部分实验步骤是： A．断开电键 S，连接好电路； B．把滑动变阻器 R 滑片 P 滑到 b 端；
C．将电阻箱 R0的阻值调到零；
D．闭合电键 S； E．调节滑动变阻器 R，使电压表的示数为 3.0 V； 该同学再进行一步操作就可以比较精确地测量出电压 调节电阻箱阻值，使电压 表的内阻 RV，这一步操作应该是_______________________ 表示数为1.5 V并读出此时电阻箱阻值R0 _____________________________________________. 用实验测得的物理量表示出电压表的内阻 RV的表达式 RV＝R0 ______________．
1.41 1.42 1.38
M＋2m
1.42 1.39 1.42
根据以上信息，我们发现，在实验误差范围内质量改变 不改变 之后平均下滑时间________(填“改变”或“不改变”)，经 无关 过分析得出加速度和质量的关系为________． 第二步，在物体质量不变时，探究加速度与倾角的关系． 实验中通过改变方木块垫放位置来调整长木板倾角，由于没 有量角器，因此通过测量出木板顶端到水平面高度 h，求出
恰当的值，记下此时电阻箱的阻值 R1、R2及对应的电流 I1、I2； 欧姆 B．根据以上的数据及________________定律，建立方
程组，即可求出电源的电动势 E 与内阻 r.该方程组的表达式
E＝I2(R2＋RA＋r) E＝I1(R1＋RA＋r) 是：____________________、______________________.
图 6－3－5 答案：如图 49 所示
图 49
控制变量法 (2)该探究小组所采用的探究方法是_____________．
1 2 2L 解析：(1)由 L＝2at 得：a＝ t2 . 由表中可看出：在实验误差允许的范围内，小车下滑的 时间是不变的，说明小车的加速度与小车的质量无关．
以 a 为纵轴，以 sin α为横轴，选取适当的标度作出图象 如图 6－3－6 所示．
图 6－3－2
①待测电流表 G1(0～5 mA，内阻约 300 Ω)，
②电流表 G2(0～10 mA，内阻约 100 Ω)， ③定值电阻 R1(300 Ω)， ④定值电阻 R2(10 Ω)， ⑤滑动变阻器 R3(0～1 000 Ω)，
⑥滑动变阻器 R4(0～20 Ω)，
⑦干电池(1.5 V)，
⑧电键 S 及导线若干．
④以 I2为纵坐标，I1为横坐标，作出相应图线，如图 6－3－4 所示．
图 6－3－4 (4)根据 I2－I1 图线的斜率 k 及定值电阻，写出待测电流 r1＝(k－1)R1 表内阻的表达式______________________．
由于近两年广东实行理综考试，整个物理科平均用时只
有 50 分钟，物理实验难度大大降低，故这方面考题或所占
晓玲她们现在手头只有一个电流表，只知其内阻很小，却 不知具体阻值．为了测出该电流表的内阻，她们找来了如图乙
所示的两节干电池等实验器材．请你用笔画线将图中的实物连
接成能测出电流表内阻的电路．注意滑动变阻器串联接入电路
最大 起限流作用，开关闭合前其阻值应处于________．
答案：连线如图 51 所示
②请你解释该同学所做的实验为什么可以比较精确地
由于RV＋R0≫RbP，当增大电阻箱 测量出电压表的内阻 RV.______________________________
电阻R0时，并联电阻两端电压值几乎不变 实际上这种测量 ____________________________________. 偏小 方法还是有系统误差的，其实际值与测量值相比要______ (填“偏大”或“偏小”)． 正确地选择仪器和设计电路的问题，有一 定的灵活性，解决时应掌握和遵循一些基本的原则，即“安 全性”、“方便性”、“精确性”原则，兼顾“误差小”、 “仪器少”、“耗电少”等各方面因素综合考虑，灵活运用．
2．(2011 年佛山二模)某实验小组认为用一只已知内阻的
电流表和电阻箱，采用如图 6－3－9 甲所示的电路测电源电 动势与内阻，比常规的伏安法更准确．若电流表内阻阻值为
RA，则测量的方法与步骤是：
图 6－3－9
A．将电阻箱阻值 R 调到最大，闭合 S 后观察电流表示
再调节电阻箱 数，然后_________________，使电流表中的示数指到某两个
块撞击挡板的声音．用刻度尺测出小球下落的
高度 H、滑块释放点与挡板处的高度差 h 和沿 斜面运动的位移 x.(空气阻力对本实验的影响 可以忽略)
图 6－3－1
(1) 滑块沿斜面运动的加速度与重力加速度的比值为
x/H ________．
x 1 h H x2 h2 (2)滑块与斜面间的动摩擦因数为________________．
电阻率、描绘小灯泡的伏安特性曲线、测电源的电动势与内 阻、多用表的使用，都跟测电阻相关． 【例2】为了测量一个量程为 3.0 V 的电压表的内阻
RV (约几千欧)，某同学采用了如图 6－3－8 甲所示的电路，
电路中电阻箱 R0的量大阻值为 9 999.9 Ω，滑动变阻器 R 的 最大阻值为 50 Ω.