高中物理实验常用基础知识.ppt
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专题一专题一 高中物理实验常用基础知识高中物理实验常用基础知识 实验专题实验专题（一）常用实验原理的设计方法（一）常用实验原理的设计方法1．控制变量法：如：在．控制变量法：如：在“验证牛顿第二定律的实验验证牛顿第二定律的实验”中，加速度、力和质量的关系控制在中，加速度、力和质量的关系控制在“研究单摆的研究单摆的周期周期”中，摆长、偏角和摆球质量的关系控制等等中，摆长、偏角和摆球质量的关系控制等等2．理想化方法：用伏安法测电阻时，选择了合适的．理想化方法：用伏安法测电阻时，选择了合适的内外接方法，一般就忽略电表的非理想性内外接方法，一般就忽略电表的非理想性 3．等效替代法：某些量不易测量，可以用较易测量的．等效替代法：某些量不易测量，可以用较易测量的量替代，从而简化实验在量替代，从而简化实验在“验证碰撞中的动量守恒验证碰撞中的动量守恒”的的实验中，两球碰撞后的速度不易直接测量，在将整个平实验中，两球碰撞后的速度不易直接测量，在将整个平抛时间定为时间单位后，速度的测量就转化为对水平位抛时间定为时间单位后，速度的测量就转化为对水平位移的测量了移的测量了4．模拟法：当实验情景不易创设或根本无法创设时，．模拟法：当实验情景不易创设或根本无法创设时，可以用物理模型或数学模型等效的情景代替，尽管两个可以用物理模型或数学模型等效的情景代替，尽管两个情景的本质可能根本不同。
磁感线的确定情景的本质可能根本不同磁感线的确定.5．微小量放大法：微小量不易测量，勉强测量误差也．微小量放大法：微小量不易测量，勉强测量误差也较大，实验时常采用各种方法加以放大卡文迪许测定较大，实验时常采用各种方法加以放大卡文迪许测定万有引力恒量，采用光路放大了金属丝的微小扭转；在万有引力恒量，采用光路放大了金属丝的微小扭转；在观察玻璃瓶受力后的微小形变时，使液体沿细玻璃管上观察玻璃瓶受力后的微小形变时，使液体沿细玻璃管上升来放大瓶内液面的上升升来放大瓶内液面的上升 （二）常见实验数据的收集方法（二）常见实验数据的收集方法1 1．利用．利用测量工具直接量工具直接测量基本物理量量基本物理量模模块基本物理量基本物理量测量量仪器器力学力学长度度刻度尺、游刻度尺、游标卡尺、卡尺、螺旋螺旋测微器微器时间秒表（停表）、打点秒表（停表）、打点计时器器质量（力）量（力）天平（天平（弹簧秤）簧秤）电学学电阻（粗阻（粗测））欧姆表、欧姆表、电阻箱阻箱电流（流（电压））电流表（流表（电压表）表）热学学温度温度温度温度计 2 2．常．常见间接接测量的物理量及其量的物理量及其测量方法量方法有些物理量不能由有些物理量不能由测量量仪器直接器直接测量，量，这时，可利用待，可利用待测量和可量和可直接直接测量的基本物理量之量的基本物理量之间的关系，将待的关系，将待测物理量的物理量的测量量转化化为基本物理量的基本物理量的测量。
量①利用纸带，；②利用平抛，①利用纸带，逐差法；②利用单摆根据根据E＝＝U＋＋Ir转化化为测量量U、、I 然后然后联立方程求立方程求解或运用解或运用图像像处理理电源源电动势根据根据P=UI转化化为测量量U、、I电功率功率①①根据根据 转化化为测量量U、、I（伏安法）；（伏安法）；②②电阻箱（半偏、替代）阻箱（半偏、替代）电阻（精确阻（精确测量）量）电学学根据根据 转化化为测量量m、、v功功加速度加速度速度速度力力学学基本基本测量方法量方法待待测物理量物理量模模块 （三）常用实验误差的控制方法（三）常用实验误差的控制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控制实验误差法控制实验误差1．多次测量求平均值，这是所有实验必须采取的办法，也是做．多次测量求平均值，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，．积累法一些小量直接测量误差较大，可以累积起来测量，以减小误差以减小误差。
用单摆测定重力加速度用单摆测定重力加速度”的实验中，为了减小周期的实验中，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次全振动的时间次全振动的时间四）常用实验数据的处理方法（四）常用实验数据的处理方法1．列表法：在记录和处理数据时，常将数据列成表格数据列表可．列表法：在记录和处理数据时，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之间的规律性的联系列表的要求是①①写明表的标题或加上必要的说写明表的标题或加上必要的说明；明；②②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；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；③③表中的数据要正确反映测量结果的有效数字表中的数据要正确反映测量结果的有效数字 2．作图法：用作图法处理实验数据是物理实验中最常用．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、所包围面积和图线取平均的效果，由图线的斜率、截距、所包围面积和图线的交点等可以研究物理量之间的变化及其关系，找出规律。
的交点等可以研究物理量之间的变化及其关系，找出规律作图的规则是：作图的规则是：①①作图一定要用坐标纸．坐标纸的大小要根据测量数据有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；效数字的多少和结果的需要来定；②②要标明坐标轴名、单位，在轴上每隔一定相等的间距按要标明坐标轴名、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；有效数字位数标明数值；③③图上连线要是光滑曲线（或直线），连线时不一定要通图上连线要是光滑曲线（或直线），连线时不一定要通过所有的数据点，而是要使数据点的两侧合理的分布；过所有的数据点，而是要使数据点的两侧合理的分布；④④在图上求直线的斜率时，要选取线上相距较远的两点，在图上求直线的斜率时，要选取线上相距较远的两点，不一定要取原来的数据点；不一定要取原来的数据点；⑤⑤作图时常设法使图线线性化，即作图时常设法使图线线性化，即“化曲为直化曲为直” 3．平均值法：将测定的若干组数相加求和，然后除以测量次数．．平均值法：将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。
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．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；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；不要求计算误差要熟练掌能在某些实验中分析误差的主要来源；不要求计算误差要熟练掌握常见实验的误差情况及分析方法握常见实验的误差情况及分析方法五）有关误差分析的问题（五）有关误差分析的问题 2323．（．（1515分）用伏安法分）用伏安法测量量电阻阻阻阻值R R，并求出，并求出电阻率阻率ρρ给定定电压表（内阻表（内阻约为50kΩ50kΩ）、）、电流表（内阻流表（内阻约为40Ω40Ω）、滑）、滑线变阻器、阻器、电源、源、电键、待、待测电阻（阻（约为250Ω250Ω）及）及导线若干 （（1 1）画出）画出测量量R R的的电路路图。
2 2））图1 1中的中的6 6个点表示个点表示实验中中测得的得的6 6组电流流I I、、电压U U的的值，，试写出根据此写出根据此图求求R R值的步的步骤：： 求出的的电阻阻值R R＝＝ 保留3 3位有效数字）位有效数字）（（3 3）待）待测电阻是一均匀材料制成的阻是一均匀材料制成的圆柱体，用游柱体，用游标为5050分度的卡尺分度的卡尺测量其量其长度与直径，度与直径，结果分果分别如如图2 2、、图3 3所所示由图可知其可知其长度度为 ，直径，直径为 4 4）由以上数据可求出）由以上数据可求出ρρ＝＝ 保留3 3位有效数位有效数字）字） 2323．（．（1515分）分）（（1 1）） 或或 （（2 2））①①作作U U－－I I直直线，舍去左起第，舍去左起第2 2点，其余点，其余5 5个点个点尽量靠近直尽量靠近直线且均匀分布在直且均匀分布在直线两两侧②②求求该直直线的斜的斜K K，，则R R＝＝K K229Ω229Ω（（221221～～237Ω237Ω均均为正确）。
正确）3 3））0.0.800cm 0.194cm800cm 0.194cm（（4 4））8.46×108.46×10－－2 2Ω·mΩ·m（（8.16×108.16×10－－2 2～～8.76×108.76×10－－2 2Ω·mΩ·m均均为正确）正确） （一）电学实验中所用到的基本知识（一）电学实验中所用到的基本知识专题二专题二 电学实验电学实验1．电路设计原则：正确地选择仪器和设计电路的问题，有一定的．电路设计原则：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，即灵活性，解决时应掌握和遵循一些基本的原则，即“安全性安全性”、、“方方便性便性”、、“精确性精确性”原则，兼顾原则，兼顾“误差小误差小”、、“仪器少仪器少”、、“耗电少耗电少”等各等各方面因素综合考虑，灵活运用方面因素综合考虑，灵活运用⑴⑴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⑵⑵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，不能烧坏仪器许电流和最大功率，电源也有最大允许电流，不能烧坏仪器⑶⑶方便性：实验应当便于操作，便于读数，便于进行数据处理方便性：实验应当便于操作，便于读数，便于进行数据处理⑷⑷精确性：在实验方案、仪器、仪器量程的选择上，应使实验误精确性：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差尽可能的小 2．电学实验仪器的选择：．电学实验仪器的选择：⑴⑴根据不使电表受损和尽量减少误差的原则选择电表首先保证流根据不使电表受损和尽量减少误差的原则选择电表首先保证流过电流表的电流和加在电压表上的电压均不超过使用量程，然后合过电流表的电流和加在电压表上的电压均不超过使用量程，然后合理选择量程，务必使指针有较大偏转（一般要大于满偏度的理选择量程，务必使指针有较大偏转（一般要大于满偏度的1/3），），以减少测读误差以减少测读误差⑵⑵根据电路中可能出现的电流或电压范围选择滑动变阻器，注意流根据电路中可能出现的电流或电压范围选择滑动变阻器，注意流过滑动变阻器的电流不超过它的额定值，对大阻值的变阻器，如果过滑动变阻器的电流不超过它的额定值，对大阻值的变阻器，如果是滑动头稍有移动，使电流、电压有很大变化的，不宜采用。
是滑动头稍有移动，使电流、电压有很大变化的，不宜采用⑶⑶应根据实验的基本要求来选择仪器，对于这种情况，只有熟悉实应根据实验的基本要求来选择仪器，对于这种情况，只有熟悉实验原理，才能作出恰当的选择总之，最优选择的原则是：方法误验原理，才能作出恰当的选择总之，最优选择的原则是：方法误差尽可能小；间接测定值尽可能有较多的有效数字位数，直接测定差尽可能小；间接测定值尽可能有较多的有效数字位数，直接测定值的测量使误差尽可能小，且不超过仪表的量程；实现较大范围的值的测量使误差尽可能小，且不超过仪表的量程；实现较大范围的灵敏调节；在大功率装置（电路）中尽可能节省能量；在小功率电灵敏调节；在大功率装置（电路）中尽可能节省能量；在小功率电路里，在不超过用电器额定值的前提下，适当提高电流、电压值，路里，在不超过用电器额定值的前提下，适当提高电流、电压值，以提高测试的准确度以提高测试的准确度 3 3．．测量量电路的路的选择⑴⑴电流表的内、外接流表的内、外接问题：（甲）所示：（甲）所示电路路为电流表外接流表外接电路（路（简称外接法）；（乙）所示称外接法）；（乙）所示电路路为电流表内接流表内接电路（路（简称内接法）。
称内接法）两种接法的两种接法的选择可按下列方法可按下列方法进行：行：方法一：方法一：设电流表、流表、电压表内阻分表内阻分别为RA、、RV ，被测电阻为，被测电阻为RX，，则则当当RV/RX>RX/RA时，电压表分流作用小，应选用外接法时，电压表分流作用小，应选用外接法当当RV/RX 它的接线方式是电源、滑动变阻器与待测电阻为待测电阻它的接线方式是电源、滑动变阻器与待测电阻三者串联对待测电阻供电电压的最大调节范围是：三者串联对待测电阻供电电压的最大调节范围是：RXRX是待测电阻，是待测电阻，R R是滑动变阻器的总电阻，不计电源内阻是滑动变阻器的总电阻，不计电源内阻) )如图（乙）是滑动变阻器的分压式接法接线方式是电源与滑动变阻器（乙）是滑动变阻器的分压式接法接线方式是电源与滑动变阻器组成闭合电路，而被测电路与滑动变阻器的一部分电阻并联，该接组成闭合电路，而被测电路与滑动变阻器的一部分电阻并联，该接法对待测电阻供电电压的调节范围是：法对待测电阻供电电压的调节范围是：0~E0~E（不计电源内阻时）不计电源内阻时） 选取接法的原则：选取接法的原则：①①要求负载上电压或电流变化范围大，且从零开始连续可调，须要求负载上电压或电流变化范围大，且从零开始连续可调，须用分压式接法用分压式接法②②负载电阻负载电阻RxRx远大于滑动变阻器总电阻远大于滑动变阻器总电阻R R时，须用分压式接法，此时，须用分压式接法，此时若采用限流式接法对电路基本起不到调节作用时若采用限流式接法对电路基本起不到调节作用。 ③③采用限流电路时，电路中的最小电流（电压）仍超过电流表的采用限流电路时，电路中的最小电流（电压）仍超过电流表的量程或超过用电器的额定电流（电压）时，应采用变阻器的分压式量程或超过用电器的额定电流（电压）时，应采用变阻器的分压式接法④④负载电阻的阻值负载电阻的阻值RxRx小于滑动变阻器的总电阻小于滑动变阻器的总电阻R R或相差不大，并且或相差不大，并且电压表、电流表示数变化不要求从零开始起调，可用限流式接法电压表、电流表示数变化不要求从零开始起调，可用限流式接法⑤⑤两种电路均可使用时应优先用限流式接法，因为限流电路结构两种电路均可使用时应优先用限流式接法，因为限流电路结构简单，总功率较小简单，总功率较小 滑动变阻器的粗调和微调作用：滑动变阻器的粗调和微调作用：①①在限流电路中，全电阻较大的变阻器起粗调作用，全电阻较小的在限流电路中，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变阻器起微调作用②②在分压电路中，全电阻较小的变阻器起粗调作用，全电阻较大的在分压电路中，全电阻较小的变阻器起粗调作用，全电阻较大的变阻器起微调作用变阻器起微调作用 4．实物图的连接：实物图连线应掌握基本方法和注意事项。 ．实物图的连接：实物图连线应掌握基本方法和注意事项⑴⑴注意事项：注意事项：①①连接电表应注意量程选用正确，正、负接线柱不要接错连接电表应注意量程选用正确，正、负接线柱不要接错②②各导线都应接在接线柱上，不应在导线中间出现分叉各导线都应接在接线柱上，不应在导线中间出现分叉③③对于滑动变阻器的连接，要搞清楚接入电路的是哪一部分电阻，对于滑动变阻器的连接，要搞清楚接入电路的是哪一部分电阻，在接线时要特别注意不能将线接到滑动触头上在接线时要特别注意不能将线接到滑动触头上⑵⑵基本方法：基本方法：①①画出实验电路图画出实验电路图②②分析各元件连接方式，明确电流表与电压表的量程分析各元件连接方式，明确电流表与电压表的量程③③画线连接各元件画线连接各元件用铅笔画线，以便改错用铅笔画线，以便改错)连线方式应是单线连连线方式应是单线连接，连线顺序应先画串联电路，再画并联电路接，连线顺序应先画串联电路，再画并联电路 一般先从电源正极开始，到电键，再到滑动变阻器等按顺序以一般先从电源正极开始，到电键，再到滑动变阻器等按顺序以单线连接方式将干路中要串联的元件依次串联起来；然后连接支路单线连接方式将干路中要串联的元件依次串联起来；然后连接支路将要并联的元件再并联到电路中去。 连接完毕，应进行检查，检查将要并联的元件再并联到电路中去连接完毕，应进行检查，检查电路也应按照连线的方法和顺序电路也应按照连线的方法和顺序 限流式电路限流式电路安培表内接法安培表内接法RX＞＞＞＞RARXAV限流式电路限流式电路安培表外接法安培表外接法 RX＜＜＜＜RVRXVA AV分压式电路分压式电路安培表内接法安培表内接法RX＞＞＞＞RAAVRX分压式电路分压式电路安培表外接法安培表外接法RX＜＜＜＜RVVARX伏安法测电阻电路伏安法测电阻电路 替代法测量电阻替代法测量电阻∵∵I2R =I1 Rx ∴∴ Rx = I2R /I1RxRAI1ARRxARRxI2比较法测量电阻比较法测量电阻 VA1伏安法测电压表电阻伏安法测电压表电阻VRabSR0半偏法测量电表电阻半偏法测量电表电阻GS1S2R1R2半偏法半偏法R R1 1>>R>>R2 2 R R测量测量 连线如图示μAA返回返回 RXVA AV 用伏安法测量金属导线的电阻用伏安法测量金属导线的电阻R，试把图中给，试把图中给出的器材连接成测量出的器材连接成测量R的合适的电路图中安培表的的合适的电路图中安培表的量程为量程为0.6A，内阻接近，内阻接近1Ω，伏特表的量程为，伏特表的量程为3V，内，内阻为几阻为几K Ω ；电源的电动势为；电源的电动势为6V，变阻器的阻值为，变阻器的阻值为0—20 Ω 在闭合电键前，变阻器滑动触点应处于正在闭合电键前，变阻器滑动触点应处于正确位置解：解：金属导线的电阻不大，安培表应外接，变阻器电金属导线的电阻不大，安培表应外接，变阻器电阻比较大，可用限流接法，画出电路图如下：阻比较大，可用限流接法，画出电路图如下：+-返回返回 在用伏安法测电阻的实验中在用伏安法测电阻的实验中,所用电压表的内阻约为所用电压表的内阻约为20千欧千欧,电流表的内阻约为电流表的内阻约为10欧欧,选择能够尽量减小误差选择能够尽量减小误差的电路图接线进行实验的电路图接线进行实验,读得的各组数据用实心圆点标读得的各组数据用实心圆点标于坐标图上于坐标图上(如右图所示如右图所示). (1 )根据各点表示的数据描出根据各点表示的数据描出I-U图线图线,由此求得该电阻由此求得该电阻的阻值的阻值Rx= 欧欧(保留两位有效数字保留两位有效数字). (2)画出此实验的电路原理图画出此实验的电路原理图.2.4×103mAvRx返回返回 如下图所示如下图所示,P是一根表面均匀地镀有很薄的发热电阻膜是一根表面均匀地镀有很薄的发热电阻膜的长陶瓷管的长陶瓷管(其长度其长度l 为为50厘米左右厘米左右,直径直径D为为10厘米左右厘米左右),镀膜镀膜材料的电阻率材料的电阻率ρ已知已知,管的两端有导电箍管的两端有导电箍MN.现给你米尺现给你米尺,电压表电压表V、电流表、电流表A、电源、电源ε,滑动变阻器滑动变阻器R,电键电键K和若干导线和若干导线,请设计一请设计一个测定膜层厚度个测定膜层厚度d 的实验方案的实验方案.①①实验中应测定的物理量是实验中应测定的物理量是: .②②在右框内用符号画出测量电路图在右框内用符号画出测量电路图.③③计算膜层厚度的公式是计算膜层厚度的公式是: .PNMl, D, U, Id=IρI / DU.电流表内接、外接均可电流表内接、外接均可返回返回 。
