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2016年高考物理实验复习考前总结 (1)


2016 年高考物理实验复习考前总结
基本仪器的使用 一、高考热点: 1、 长度测量仪器:刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器; 2、 时间测量仪器:打点计时器和秒表; 3、 电路测量仪器:安培表、伏特表、多用电表; 4、控制电路仪器:电阻箱和滑动变阻器。 二、重点讲析: 要求:会正确使用仪器,会准确读数、会记录测量结果。知道仪器的结构、知道仪器使 用的注意事项等。 1、游标卡

尺 10 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(不能读某)。其读数 准确到 0.1mm。同理 20 分度的游标卡尺,其读数准确到 0.05mm。50 分度的游标卡尺读数准 确到 0.02mm。读数方法相同。 注:(1)主尺上的读数,应以游标的 0 刻度左端上主尺的刻度为准;(2)看清游标 的精确度;(3)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。 例 1、读出下列游标卡尺测量的读数



3

4 cm

6


0

7

8 cm

0

5 1

10 2 3 4 5

10 6 cm

20



0

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

答案:⑴2.98cm ⑵6.170cm ⑶1.050cm
2、螺旋测微器 固定刻度上的最小刻度为 0.5mm(半毫米刻度) ;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。 注: (1)看半刻度是否露出; (2)可动刻度要估读。 例 2、 读出下列螺旋测微器测量的读数。 ⑴
15


30 25 0 5 10

答案:⑴0.642mm ⑵10.294mm

10

0

例 3、用螺旋测微器测圆柱体的直径时,示数如图所示,此示数为 _______mm。 解析:本题解答的关键是掌握螺旋测微器的原理和读数规则。从固 定刻度部分读出毫米数和半毫米数,读数为 8mm;再从可动刻度上读出 小数部分,一定要估读,为 0.116,将两部分相加为 8.116mm.(在 8.116 ± 0 . 002 范围内都给分). 例 4、一种游标卡尺,它的游标尺上有 50 个小的等分刻度,总长度为 49mm。用它测量 某物体长度,卡尺示数如图所示,则该物体的长度是_______cm。 解析:解答游标卡尺的读数的关键是掌握游标卡尺的原理和读数规则。从主尺上读出整 毫米数,读数为 41mm;找到游标尺上与主尺对齐的格数,为 10 格,50 分度的卡尺的精确度 乘以格数为 0.02mm × 10=0.20mm ;最后将二 者相加,得测量结果为 41.20mm 即 4.120cm。

3、多用电表
多用电表的使用 方法: ⑴使用前应查看指针是否指在刻度盘左端零刻线处。如不在,应进行机械调零。方法是 用小螺丝刀轻旋表头正下方中央处的调零螺丝,使指针指左端零刻线。 ⑵根据被测物理量及其数量级将选择开关旋到相应的位置。 读数时还要注意选用刻度盘 上对应的量程刻度。 (如测量 20mA 左右的直流电流,应将选择开关对准左边 100mA 量程处; 在刻度盘上,应该看最下一行刻度,即满偏刻度为 10 的刻度线,从刻度盘读出数据后还应 再乘 10,得测量结果。) ⑶使用欧姆挡时,先选好倍率,再进行欧姆调零。方法是: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。 用多用电表的欧姆挡测电阻的操作步骤是: ①选倍率。一般要选择比被测电阻的估计值低一个数量级的倍率。如估计值为 200Ω 就 应该选×10 的倍率。 ②进行欧姆调零。 ③将红黑表笔接被测电阻两端进行测量。 ④将指针示数乘以倍率,得测量值。 Ω ~ ⑤将选择开关扳到 OFF 或交流电压最高挡。 ⑷使用多用电表时,两只手只能握住表笔的绝缘棒部分,不能接触 Ω 表笔上的金属部分(首先是为了安全;其次两手之间的人体电阻将与被 Ω V ×1k ×100 ×10 ×1 测电路并联,改变了电路结构)。 ~ OFF 2.5 ⑸不论使用多用电表的哪个挡,电流总是从多用电表的正接线柱 100 10 50 + (红表笔)进入电表,而从负接线柱(黑表笔流出)。 10 250 1 注:用欧姆挡测电阻,如果指针偏转角度太小(即指针所指的刻度 mA 500 值太大),应该增大倍率重新调零后再测;如果指针偏转角度太大(即 2.5 10 50 250 500 V 指针所指的刻度值太小),应该减小倍率重新调零后再测。 例 5.多用电表表头的示意图如右。在正确操作的情况下: ⑴ 若 选 择 开 关 的 位 置 如 灰 箭 头 所 示 , 则 测 量 的 物 理 量 是 ______ , 测 量 结 果 为

___________。 ⑵ 若 选 择 开 关 的 位 置 如 白 箭 头 所 示 , 则 测 量 的 物 理 量 是 ______ , 测 量 结 果 为 ___________。 ⑶ 若 选 择 开 关 的 位 置 如 黑 箭 头 所 示 , 则 测 量 的 物 理 量 是 ______ , 测 量 结 果 为 ___________。 ⑷若选择开关的位置如黑箭头所示,正确操作后发现指针的偏转角很小,那么接下来 的正确操作步骤应该依次为:________,_________,_________。 ⑸全部测量结束后,应将选择开关拨到______或者_______。 ⑹无论用多用电表进行何种测量(限于直流),电流都应该从色_____表笔经______插 孔流入电表。 答案:⑴直流电压,1.24V。⑵直流电流,49mA。⑶电阻,17kΩ 。⑷该用×1kΩ 倍率, 重新调零,将红黑表笔分别接触被测电阻的两根引线,读出指针所指刻度,再乘以倍率得测 量值。⑸OFF,交流电压 500V 档位置。⑹红,正。 4、安培表和伏特表 例 6、 右图是电压表的刻度盘。 若当时使用的是该表的 0-3V 2 1 量程,那么电压表读数为多少?若当时使用的是该表的 0-15V 5 10 量程,那么电压表度数又为多少? 0 3 解析:0-3V 量程最小刻度是 0.1V,是 10 分度的,因此要 0 15 向下估读一位,读 1.15V(由于最后一位是估读的,有偶然误 V 差,读成 1.14V-1.16V 之间都算正确)。0-15V 量程最小刻度 为 0.5V,不是 10 分度的,因此只要求读到 0.1V 这一位,所以 读 5.7V(5.6V-5.8V 之间都算正确)。 练习:读出下列电表的测量值. ⑴ ⑵ 1 2 0.2 0.4 5 0 0 15 0 3 接 0~3V 量程时读数为_______V. 接 0~3A 量程时读数为_______A. 接 0~15V 量程时读数为______V. 接 0~0.6A 量程时读数 A. 答案: 2.16V 10.5V 0.79A 0.16A 基本实验方法 一、高考热点: 实验原理的设计方法:控制变量法、等效替代法、理想化方法、放大法; 实验误差的控制方法:多次测量法、累积法; 实验数据的测量方法:直接和间接测量; 实验数据的处理方法:直接比较法、平均值法、列表法、图象法。 二、实验题型分析 1、 实验步骤 V 10 3 0 1 A 2 0.6

实验必须按照一定的步骤或程序进行,才能达到预期的效果和实现预期的目的。因此, 在实验前,必须正确、科学、合理地安排实验步骤。解答这类问题的实验依据是实验要求和 实验原理。

2、电路的连接 实验连线是一类考查学生实验 技能和操作能力较为有效的题型。 连 线时一定要按照电路图。 R2 R1 mA 注意:①连线时把导线接在接线 柱上; ②电表的正负接, 从电表的正 K2 接流入, 从负接流出; ③滑动变阻器 应处于有效的控制状态。 K1 B 例 7 利用图 1 所示的电路测量 图1 电流表 mA 的内阻 RA。图中 R1、R2 为 电阻,K1、K2 为电键,B 是电源(内 阻可忽略)。 根据图 1 所给出的电路原理图, 在图 2 的实物图 上连线。 答案:电路见图 3、仪器的选择 器材选择的原则: 1.准确性原则:选用电表量程应可能减小测量 值的相对误差, 电压表、 电流表在使用时尽可能使指 ................ 针接近满量程 , 若指针偏转不到满偏角度的1/3, 读 ...... 数误差较大。 2.安全性原则:通过电源,电表,滑动变阻器,用电器的电流不能超过其允许的最大 电流。 3.便于操作原则:选择控制电路时,既要考虑供电电压的变化范围是否满足实验要求, 又要注意便于操作。 4、实验电路选择 (1)测量电路——电流表内外接法选取 ①电路的对比 连接方式 外接法 内接法 误差来源 电压表分流 电流表分压 测量值与真实值关系 电流表的读数大于流过待 测的电流,故:R 测<R 真 电压表读数大于待测电阻 两端的电压,故:R 测<R 真 适用范围 测小电阻 测大电阻

②判断方法 a、直接比较法:当待测电阻 Rx 较小且远小于电压表内阻 Rv 时,应选用外接法;当待 测电阻 Rx 较大且远大于电流表内阻 RA 时,应选用内接法。 b、 临界值法: 当待测电阻 Rx< RA RV 时, 视 Rx 为小电阻, 应选用外接法; 当 Rx> RA RV 时,视 Rx 为大电阻,应选用内接法;当 Rx= RA RV 时,两种接法均可。 (2)控制电路——滑动变阻器分压式、限流于接法选取 ①电路的对比 调节范围 限流式电路 分压式电路

电压调节范围

RxU ?U Rx ? R
U U ? Rx ? R Rx

0→U

电流调节范围

0→

U Rx

说明:U 为电源端电压,R 为滑动变阻器最大电阻,Rx 为待测电阻阻值。 ②判断方法 a 负载电阻 Rx 远大于滑动变阻器总电阻 R,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。 b 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。 c 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接法。 d 负载电阻的阻值 Rx 小于滑动变阻器的总电阻 R 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。 e 两种电路均可使用时应优先用限流式接法,因为限流式接法总功率较小。 例 8 某同学用图所示电路,测绘标有“3.8 V,0.3 A”的小灯泡的灯丝电阻 R 随电压 U 变化的图象,除了导线和开关外,有以下一些器材可供选择: 电流表:A:(量程 100 mA,内阻约 2 ); A:(量程 0.6 A,内阻约 0.3 ); 电压表:V1(量程 5 V,内阻约 5 ); V2(量程 15 V,内阻约 15 ); 电源:E1(电动势为 1.5 V,内阻为 0.2 ); E2(电动势为 4 V,内阻约为 0.04 ). 为 了 调 节 方 便 , 测 量 准 确 , 实 验 中 应 选 用 电 流 表 ___________ , 电 压 表 ______________,电源___________________.(填器材的符号) 解析:据小灯泡的额定电压和额定电流的大小,可选择 A2、V1 和 E2。 5、实验数据处理 处理实验数据是中学实验的一个重要环节。通过对实验数据的处理和分析,可以得到 物理量之间的内在规律。在考试中对用表格法、图象法、平均值法、描迹法等数据处理方法 都有较高的要求和体现。 《大纲》要求:能独立完成"知识内容表"中所列的实验,会记录、处理实验数据,并得 出结论。在中学阶段,实验数据的处理常用计算法和图象法。 例 9、某同学用图所示装置测量重力加速度 g,所用交流电 频率为 50 Hz.在所选纸带上取某点为 0 号计数点,然后每 3 个点取一个计数点,所以测量数据及其标记符号如图所示.

该同学用两种方法处理数据(T 为相邻两计数点的时间间 隔):

方法 A: 由 g1 ?

S ?S S ?S S 2 ? S1 , g 2 ? 3 2 2 , ??,g 5 ? 6 2 5 , 取平均值 g=8.667 m/s2; 2 T T T S ?S S ?S S 4 ? S1 , g 2 ? 5 2 2 , g 3 ? 6 2 3 , 取平均值 g=8.673 m/s2. 2 3T 3T 3T

方法 B:由 g 1 ?

从数据处理方法看,在 S1、S2、S3、S4、S5、S6 中,对实验结果起作用的,方法 A 中有 __________;方法 B 中有__________.因此,选择方法___________(A 或 B)更合理,这样 可以减少实验的__________(系统或偶然)误差.本实验误差的主要来源有 ____________ (试举出两条). 解析:按方法 A: g 1 ?

S ?S S ?S S 2 ? S1 , g 2 ? 3 2 2 , ??, g 5 ? 6 2 5 , ,求平均值: 2 T T T

g?

g1 ? g 2 ? ...... ? g 6 S6 ? S1 ? ,所以只用到了: S1、S6. 6 T2
按方法 B 计算加速度,为了减少误差,常常用逐差法:

g?

g1 ? g 2 ? g3 ( S6 ? S5 ? S 4 ) ? ( S3 ? S 2 ? S1 ) ? , 所以只用到了: S1, S2, S3, S4, S5, S6. 因 6 9T 2

此选择 B 更合理,这样可以减少实验的偶然误差.阻力(空气阻力,振针的阻力,限位孔的 阻力,复写纸的阻力等),交流电频率波动,长度测量,数据处理方法等. 6、实验误差的分析 (1)误差是指测量值与真实值的差异。 (2)误差可分: ①系统误差: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: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。 (3)百分误差:真实值与测量值之差的绝对值与真实值之比:

测量值 ? 真实值 真实值

?100 %。

7、实验方案的综合设计。 例 10、检测一个标称值为 5 ? 的滑动变阻器。可供使用的器材如下: A 待测滑动变阻器及。,全电阻约 5 ? B.电流表 A1,量程 0.6A,内阻约 0.6 ? C.电流表 A2,量程 3A,内阻约 0.12 ? D.电压表 V1,量程 15 V,内阻约 15 k ? E.电压表 V2,量程 3 V,内阻约 3 k ? P.滑动变阻器只,全电阻约 20 ? C.直流电源正,电动势 3 V,内阻不计 H.电键 S、导线若干 (1)用伏安法测定 Rx 的全电阻值,所选电流表为 “A2”),所选电压表为 (填“V1”或“V2”). (填“A1”或

(2)画出测量电路的原理图,并根据所画原理图将下图中实物连接成测量电路。 解析:因电源电动势为 3 V,电压表选 V2,当电阻上加上 3 V 电压时,电流最大为 0.6A, 方案 1: 方案 2:

电流表选 A1。 根据电流表内外接法选取的原则可知,电流表应外接,而滑动变阻器限流和分压两种 方式均可。因此电路有两种方案(见上图)。 创新型实验 高考实验题并不局限于教材中的学生实验,而是在教材实验的基础上,有所变化,有所 创新。注重考查学生的实验迁移能力和创新能力。这类题要求学生面对新问题(或变形题) 能熟练应用实验知识,实验的基本技能和基本的实验方法,灵活的解答。平时必须对教材中 或考试大纲要求的实验熟练的掌握。 例 11 甲同学设计了如图所示的电路测电源电动势 E 及电阻 R1 和 R2 阻值。实验器材有:待测电源 E (不计内阻),待测电阻 R1 ,待测电 阻 R2, 电压表 V(量程为 1.5V ,内阻很大),电阻箱 R (0 一 99.99Ω ) 单刀单掷开关 S1 ,单刀双掷开关 S2,导线若干。 ① 先测电阻 R1 的阻值。请将甲同学的操作补充完整:闭合 S1,将 S2 切换到 a ,调节电阻箱,读出其示数 r 和对应的电压表示数 Ul , 保持 电阻箱示数不变,读出电压表的示数。则电阻 R1 的表达式为 R1=_____________________________。 ② 甲同学已经测得电阻 Rl = 4.8Ω ,继续测电源电动势 E 和电阻 R2 的阻值。该同学的做法是:闭合 S1,将 S2 切换到 a,多 次调节电阻箱, 读出多组电阻箱示数 R 和对应的电压表示数 U, 由 测得的数据,绘出了如图所示的

1 1 - 图线,则电源电动势 E=___________________V ,电阻 R2 = U R
_________Ω 。 ③ 利用甲同学设计的电路和测得的电阻 Rl , 乙同学测电源电 动势 E 和电阻 R2 的阻值的做法是:闭合 S 1,将 S2 切换到 b ,多次调节电阻箱,读出多 1 1 组电阻箱示数 R 和对应的电压表示数 U ,由测得的数据,绘出于相应的 - 图线, U R + Rl 根据图线得到电源电动势 E 和电阻 R2 。这种做法与甲同学的做法比较,由于电压表测得 的数据范围___________(选填“较大”、“较小”或“相同” ) ,所以___________同学 的做法更恰当些。

解析:

常见的测量电阻的方法总结

例 12 从下表中选出适当的实验器材,设计一电路来测量电流表的内阻 r1.要求方法 简捷,有尽可能高的测量精度,并能测得多组数据.

(1)画出电路图,标明所用器材的代号. (2)若选测量数据中的一组来计算 r1,则所用的表达式 r1=______________________, 式中各符号的意义是:________________________________________________. 【解析】根据所列仪器的特点,电流表 的内阻已知,由此可采用两电流表并联.因 为两电流表两端的电压相等,即可省去电压的测量,从而减小实验误差,由 I2r2=I1r1,得

I2r2 r1= I1 .
[答案] (1)电路图如图所示

I2r2
(2) I1

I1、I2 分别为



的示数

【点评】①分析题意可知需测量电流表 的内阻,按常规方法应用伏安法,将电压表 并联在待测电流表两端,但经分析可知即使该电流表满偏,其两端的电压也仅为 0.4 V,远 小于量程 10 V.这恰恰就是本题设计考核学生应变能力的“陷阱” . ②此题也可理解为“将已知内阻的电流表 当成电压表使用” ,这实际也是伏安法的 一种推广形式. 例 13 有一根圆台状匀质合金棒如图 7-9 甲所示, 某同学猜测其电阻的大小与该合金 棒的电阻率 ρ 、长度 L 和两底面直径 d、D 有关.他进行了如下实验:

图 7-9 (1)用游标卡尺测量合金棒的两底面直径 d、D 和长度 L.图 6-8 乙中的游标卡尺(游标 尺上有 20 个等分刻度)的读数 L=________cm. (2) 测量该合金棒电阻的实物电路如图 6 - 8 丙所示 ( 相关器材的参数已在图中标 出).该合金棒的电阻约为几个欧姆.图中有一处连接不当的导线是________.(用标注在导 线旁的数字表示)

图 7-9 丙 (3)改正电路后,通过实验测得合金棒的电阻 R=6.72 Ω .根据电阻定律计算电阻率 为ρ 、 长为 L、 直径分别为 d 和 D 的圆台状合金棒的电阻分别为 Rd=13.3 Ω 、 RD=3.38 Ω . 他 2 发现:在误差允许范围内,电阻 R 满足 R =Rd·RD,由此推断该圆台状合金棒的电阻 R= ________.(用 ρ 、L、d、D 表述) 【解析】(1)游标卡尺的读数,按步骤进行则不会出错.首先,确定游标卡尺的精度为 20 分度,即为 0.05 mm;然后以毫米为单位从主尺上读出整毫米数 99.00 mm,注意小数点 后的有效数字要与精度一样;再从游标尺上找出对的最齐一根刻线,精度×格数=0.05×8 mm=0.40 mm;最后两者相加,根据题目单位要求换算为需要的数据, 99.00 mm+0.40 mm =99.40 mm=9.940 cm. (2)本实验为测定一个几欧姆的电阻,在用伏安法测量其两端的电压和通过电阻的电流 时,因为安培表的内阻较小,为了减小误差,应用安培表外接法,⑥线的连接使用的是安培 表内接法. (3)审题是关键,弄清题意也就能够找到解题的方法.根据电阻定律计算电阻率为 ρ 、 长为 L、直径分别为 d 和 D 的圆柱状合金棒的电阻分别为: Rd=13.3 Ω ,RD=3.38 Ω 即 Rd=ρ π? ? π? ? ?2? ?2? 2 而电阻 R 满足 R =Rd·RD 4ρ L 将 Rd、RD 代入得:R= . π dD

L ,RD=ρ ?d?2

L ?D?2

4ρ L [答案] (1)9.940 (2)⑥ (3) π dD

能力演练
Ⅱ.现有一块灵敏电流表 ,量程为 200 μ A,内阻约为 1000 Ω ,要精确测出其内 阻 R1,提供的器材有: 电流表 (量程为 1 mA,内阻 R2=50 Ω ); 电压表 (量程为 3 V,内阻 RV 约为 3 kΩ ); 滑动变阻器 R(阻值范围为 0~20 Ω ); 定值电阻 R0(阻值 R0=100 Ω ); 电源 E(电动势约为 4.5 V,内阻很小); 单刀单掷开关 S 一个,导线若干. (1)请将上述器材全部用上,设计出合理的、便于多次测量的实验电路图,并保证各电

1 表的示数超过其量程的 .将电路图画在下面的虚框中. 3

(2)在所测量的数据中选一组,用测量量和已知量来计算 表的内阻,表达式为 R1= ________,表达式中各符号表示的意义是________________________. [答案] Ⅰ.(1)乙 ①乙方案测力计静止,读数误差小 ②乙方案木板可的不做匀速 运动,便于控制 (每空 1 分) (2)如图甲所示 (1 分) 6.00 (2 分) 0.25 (2 分)

Ⅱ.(1)如图乙所示 (5 分)(供电部分用分压电路给 1 分;测量部分知道把 且正确给 2 分;知道将 表当保护电阻使用给 2 分)

表改装

(2)

I2(R0+R2) (3 分) I2 表示 I1

表的示数,I1 表示

表的示数,R2 表示

表内阻,

R0 表示定值电阻 (1 分)


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