高中物理設(shè)計實驗與故障分析

1、設(shè)計實驗與故設(shè)計實驗與故障分析障分析例：有一測量微小時間差的裝置，是由兩個擺長略有微小差例：有一測量微小時間差的裝置，是由兩個擺長略有微小差別的單擺同軸水平懸掛構(gòu)成的，兩個單擺擺動平面前后互相平行。別的單擺同軸水平懸掛構(gòu)成的，兩個單擺擺動平面前后互相平行。（1）現(xiàn)測得兩單擺完成）現(xiàn)測得兩單擺完成50次全振動的時間分別為次全振動的時間分別為50.0 s和和49.0 s，則兩單擺的周期差為，則兩單擺的周期差為 T_s。4、比較法：、比較法：T11sT20.98s T0.02s051001例：（例：（2）某同學(xué)利用此裝置測量小于單擺周期的微小時間）某同學(xué)利用此裝置測量小于單擺周期的微小時間差。具體操

2、作如下：把兩擺球向右拉至相同的擺角處，先釋放長差。具體操作如下：把兩擺球向右拉至相同的擺角處，先釋放長擺擺球，接著再釋放短擺擺球，測得短擺經(jīng)過若干次全振動后，擺擺球，接著再釋放短擺擺球，測得短擺經(jīng)過若干次全振動后，兩擺恰好第一次同時同方向通過某位置，由此可得出釋放兩擺的兩擺恰好第一次同時同方向通過某位置，由此可得出釋放兩擺的微小時間差，若測得釋放兩擺的時間差微小時間差，若測得釋放兩擺的時間差 t0.165 s，則在短擺釋，則在短擺釋放放_s（填時間）后，兩擺恰好第一次同時向（填時間）后，兩擺恰好第一次同時向_（填（填方向）通過方向）通過_（填位置）。（填位置）。4、比較法：、比較法：平衡位置平

3、衡位置n t/ T8.25向左向左t2nT28.25 0.98s8.085s例：有一測量微小時間差的裝置，是由兩個擺長略有微小差例：有一測量微小時間差的裝置，是由兩個擺長略有微小差別的單擺同軸水平懸掛構(gòu)成的，兩個單擺擺平面前后互相平行。別的單擺同軸水平懸掛構(gòu)成的，兩個單擺擺平面前后互相平行。（3）為了能更準確地測量微小時間差，你認為此裝置還可做）為了能更準確地測量微小時間差，你認為此裝置還可做的改進是的改進是_。 4、比較法：、比較法： tn T減減小小減小兩單擺的擺長差減小兩單擺的擺長差010200123儀器精度高就要最小分格代表的值小儀器精度高就要最小分格代表的值小練習(xí)：利用秒表和米尺用滴

4、水法測定重力加速度，練習(xí)：利用秒表和米尺用滴水法測定重力加速度，讓水滴落在墊起來的盤子上，可清晰聽到水滴碰盤子的讓水滴落在墊起來的盤子上，可清晰聽到水滴碰盤子的聲音，調(diào)整水龍頭閥門可改變水滴形成時間，為使實驗聲音，調(diào)整水龍頭閥門可改變水滴形成時間，為使實驗結(jié)果盡可能精確，寫出步驟和計算式。結(jié)果盡可能精確，寫出步驟和計算式。5、累積法：、累積法：6、利用電學(xué)量測力學(xué)量、熱學(xué)量：、利用電學(xué)量測力學(xué)量、熱學(xué)量：例例1：（：（1）試設(shè)計測風(fēng)力的方法，）試設(shè)計測風(fēng)力的方法，力學(xué)量力學(xué)量長度長度電學(xué)量電學(xué)量mgFT hxLUEx/LEh tan /LEhF/LmgFLmgU/EhV6、利用電學(xué)量測力學(xué)量：

5、、利用電學(xué)量測力學(xué)量：（2）試設(shè)計測汽車加速度的方法。）試設(shè)計測汽車加速度的方法。力學(xué)量力學(xué)量長度長度電學(xué)量電學(xué)量mgT xEhtan /LEhma/LmgaLgU/EhaUEx/LV6、利用電學(xué)量測力學(xué)量：、利用電學(xué)量測力學(xué)量：（2）試設(shè)計測汽車加速度的方法。）試設(shè)計測汽車加速度的方法。力學(xué)量力學(xué)量長度長度電學(xué)量電學(xué)量2kxmaa2kUL/mEUEx/LaVxkxkx雙滑臂滑動變阻器：雙滑臂滑動變阻器：加速度可正可負加速度可正可負下滑臂可用作調(diào)零下滑臂可用作調(diào)零dLh1h2LLh1h2abd 2.平拋穿紙屏。平拋穿紙屏。 3.穿轉(zhuǎn)動紙筒。穿轉(zhuǎn)動紙筒。 三利用物理習(xí)題的情景設(shè)計：三利用物理習(xí)題

6、的情景設(shè)計：測初速度的其它方法：測初速度的其它方法：1.測豎直上拋到落回的時間。測豎直上拋到落回的時間。R2 P/W R1 a P b R3 A V 6 R/ E K 例：某同學(xué)設(shè)計了如圖（例：某同學(xué)設(shè)計了如圖（a）所示電路研究電源輸出功率變化）所示電路研究電源輸出功率變化情況。電源情況。電源E電動勢、內(nèi)電阻恒定，電動勢、內(nèi)電阻恒定，R1為滑動變阻器，為滑動變阻器，R2、R3為為定值電阻，定值電阻，A、V為理想電表。為理想電表。（1）若滑動片）若滑動片P由由a滑至滑至b時時A示數(shù)一直變小，則示數(shù)一直變小，則R1和和R2必須必須滿足的關(guān)系是滿足的關(guān)系是_。R1R2如果如果R1R2R并并就先增大就

7、先增大后減小后減小R2 P/W R1 a P b R3 A V 6 R/ E K 例：某同學(xué)設(shè)計了如圖（例：某同學(xué)設(shè)計了如圖（a）所示電路研究電源輸出功率變化）所示電路研究電源輸出功率變化情況。電源情況。電源E電動勢、內(nèi)電阻恒定，電動勢、內(nèi)電阻恒定，R1為滑動變阻器，為滑動變阻器，R2、R3為為定值電阻，定值電阻，A、V為理想電表。為理想電表。（2）若）若R16 ，R212 ，電源內(nèi)電阻，電源內(nèi)電阻r6 ，當(dāng)滑動片，當(dāng)滑動片P由由a滑至滑至b時，電源時，電源E的輸出功率的輸出功率P隨外電路總電阻隨外電路總電阻R的變化關(guān)系如的變化關(guān)系如圖（圖（b）所示，則）所示，則R3的阻值應(yīng)該選擇（的阻值應(yīng)該

8、選擇（）（A）2 。 （B）4 。 （C）6 。（D）8 。 R并并max4 R并并min0 PR故障分析：故障分析：b R1 c R2 a 例例1：在圖示電路的三根導(dǎo)線中，有一根是斷的，電源、電：在圖示電路的三根導(dǎo)線中，有一根是斷的，電源、電阻器阻器R1、R2及另外兩根導(dǎo)線都是好的，為了查出斷導(dǎo)線，某學(xué)生及另外兩根導(dǎo)線都是好的，為了查出斷導(dǎo)線，某學(xué)生想先將萬用表的紅表筆連接在電源的正極想先將萬用表的紅表筆連接在電源的正極a，再將黑表筆分別連，再將黑表筆分別連接在電阻器接在電阻器R1的的b端和端和R2的的c端，并觀察萬用表指針示數(shù)，已知電端，并觀察萬用表指針示數(shù)，已知電源電動勢為源電動勢為6V

9、，內(nèi)阻不計，內(nèi)阻不計，R1為為10 ，R2為為5 ，則在下列選擋，則在下列選擋中，符合操作規(guī)程的是中，符合操作規(guī)程的是（A）直流）直流10V擋擋（B）直流）直流0.5A擋擋（C）直流）直流2.5V擋擋（D）歐姆擋）歐姆擋用歐姆擋要斷開電路，一般不優(yōu)先考慮。用歐姆擋要斷開電路，一般不優(yōu)先考慮。接接ab間如間如6V，則，則ab間斷路間斷路V例例1：在圖示電路的三根導(dǎo)線中，有一根是斷的，電源、電：在圖示電路的三根導(dǎo)線中，有一根是斷的，電源、電阻器阻器R1、R2及另外兩根導(dǎo)線都是好的，為了查出斷導(dǎo)線，某學(xué)生及另外兩根導(dǎo)線都是好的，為了查出斷導(dǎo)線，某學(xué)生想先將萬用表的紅表筆連接在電源的正極想先將萬用表的

10、紅表筆連接在電源的正極a，再將黑表筆分別連，再將黑表筆分別連接在電阻器接在電阻器R1的的b端和端和R2的的c端，并觀察萬用表指針示數(shù)，已知電端，并觀察萬用表指針示數(shù)，已知電源電動勢為源電動勢為6V，內(nèi)阻不計，內(nèi)阻不計，R1為為10 ，R2為為5 ，則在下列選擋，則在下列選擋中，符合操作規(guī)程的是中，符合操作規(guī)程的是（A）直流）直流10V擋擋（B）直流）直流0.5A擋擋（C）直流）直流2.5V擋擋（D）歐姆擋）歐姆擋用歐姆擋要斷開電路，一般不優(yōu)先考慮。用歐姆擋要斷開電路，一般不優(yōu)先考慮。接接ab間如間如6V，則，則ab間斷路間斷路接接ab間如間如0V，則，則ab間間不斷路不斷路Vb R1 c R2

11、 a 例例1：在圖示電路的三根導(dǎo)線中，有一根是斷的，電源、電：在圖示電路的三根導(dǎo)線中，有一根是斷的，電源、電阻器阻器R1、R2及另外兩根導(dǎo)線都是好的，為了查出斷導(dǎo)線，某學(xué)生及另外兩根導(dǎo)線都是好的，為了查出斷導(dǎo)線，某學(xué)生想先將萬用表的紅表筆連接在電源的正極想先將萬用表的紅表筆連接在電源的正極a，再將黑表筆分別連，再將黑表筆分別連接在電阻器接在電阻器R1的的b端和端和R2的的c端，并觀察萬用表指針示數(shù)，已知電端，并觀察萬用表指針示數(shù)，已知電源電動勢為源電動勢為6V，內(nèi)阻不計，內(nèi)阻不計，R1為為10 ，R2為為5 ，則在下列選擋，則在下列選擋中，符合操作規(guī)程的是中，符合操作規(guī)程的是（A）直流）直流1

12、0V擋擋（B）直流）直流0.5A擋擋（C）直流）直流2.5V擋擋（D）歐姆擋）歐姆擋用歐姆擋要斷開電路，一般不優(yōu)先考慮用歐姆擋要斷開電路，一般不優(yōu)先考慮I1.2 A接接ab間如間如6V，則，則ab間斷路間斷路接接ab間如間如0V，則，則ab間間不斷路不斷路b R1 c R2 a 例例3：如圖所示是一個電熱器電路。指示燈、電鍵、：如圖所示是一個電熱器電路。指示燈、電鍵、電熱絲構(gòu)成串聯(lián)回路，接在電源上發(fā)現(xiàn)該電路有一個元電熱絲構(gòu)成串聯(lián)回路，接在電源上發(fā)現(xiàn)該電路有一個元件斷路、有一個元件短路，但不知道是哪個元件上有故件斷路、有一個元件短路，但不知道是哪個元件上有故障，今用一個校驗電燈分別依次接在各處進

13、行檢測，得障，今用一個校驗電燈分別依次接在各處進行檢測，得到如下表所示的結(jié)果，請根據(jù)表格回答下列問題：到如下表所示的結(jié)果，請根據(jù)表格回答下列問題： （1）由前兩次檢測可以知道）由前兩次檢測可以知道_，（2）由第三次檢測可以知道：）由第三次檢測可以知道：_，（3）由以上檢測可以知道：）由以上檢測可以知道：_斷路；斷路；_短路。短路。校驗次序校驗次序123456校驗接入點校驗接入點afabcdefadcf發(fā)光情況發(fā)光情況正常正常發(fā)光發(fā)光不發(fā)不發(fā)光光發(fā)光發(fā)光不正常不正常不發(fā)不發(fā)光光發(fā)光發(fā)光不正常不正常正常正常發(fā)光發(fā)光電源電源正常正常燈短路燈短路或其他或其他斷路斷路cd斷路斷路 a b 電源 c d

14、f 電熱絲 e 指示燈短路指示燈短路例例5：兩實驗小組使用相同規(guī)格的元件，按右圖電路進行測：兩實驗小組使用相同規(guī)格的元件，按右圖電路進行測量。他們將滑動變阻器的滑臂量。他們將滑動變阻器的滑臂P分別置于分別置于a、b、c、d、e五個間距五個間距相同的位置（相同的位置（a、e為滑動變阻器的兩個端點），把相應(yīng)的電流表為滑動變阻器的兩個端點），把相應(yīng)的電流表示數(shù)記錄在表一、表二中。對比兩組數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)的變示數(shù)記錄在表一、表二中。對比兩組數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)的變化趨勢不同。經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)其中一個實驗組使用的滑動變阻器發(fā)化趨勢不同。經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)其中一個實驗組使用的滑動變阻器發(fā)生斷路。生斷路。（1）滑

15、動變阻器發(fā)生斷路的是第）滑動變阻器發(fā)生斷路的是第_實驗組；斷路發(fā)實驗組；斷路發(fā)生在滑動變阻器的生在滑動變阻器的_段。段。e R P d A c b a 表一（第一實驗組） P 的位置 a b c d e A 的示數(shù)(A) 0.84 0.48 0.42 0.48 0.84 表二（第二實驗組） P 的位置 a b c d X e A的示數(shù)(A) 0.84 0.42 0.28 0.21 0.84 二二R先增大后減小先增大后減小e R P d A c b a 表一（第一實驗組） P 的位置 a b c d e A 的示數(shù)(A) 0.84 0.48 0.42 0.48 0.84 表二（第二實驗組） P

16、的位置 a b c d X e A的示數(shù)(A) 0.84 0.42 0.28 0.21 0.84 例例5：兩實驗小組使用相同規(guī)格的元件，按右圖電路進行測：兩實驗小組使用相同規(guī)格的元件，按右圖電路進行測量。他們將滑動變阻器的滑臂量。他們將滑動變阻器的滑臂P分別置于分別置于a、b、c、d、e五個間距五個間距相同的位置（相同的位置（a、e為滑動變阻器的兩個端點），把相應(yīng)的電流表為滑動變阻器的兩個端點），把相應(yīng)的電流表示數(shù)記錄在表一、表二中。對比兩組數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)的變示數(shù)記錄在表一、表二中。對比兩組數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)的變化趨勢不同。經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)其中一個實驗組使用的滑動變阻器發(fā)化趨勢不同。經(jīng)檢查

17、，發(fā)現(xiàn)其中一個實驗組使用的滑動變阻器發(fā)生斷路。生斷路。（1）滑動變阻器發(fā)生斷路的是第）滑動變阻器發(fā)生斷路的是第_實驗組；斷路發(fā)實驗組；斷路發(fā)生在滑動變阻器的生在滑動變阻器的_段。段。二二R先增大后減小先增大后減小e R P d A c b a 表一（第一實驗組） P 的位置 a b c d e A 的示數(shù)(A) 0.84 0.48 0.42 0.48 0.84 表二（第二實驗組） P 的位置 a b c d X e A的示數(shù)(A) 0.84 0.42 0.28 0.21 0.84 例例5：兩實驗小組使用相同規(guī)格的元件，按右圖電路進行測：兩實驗小組使用相同規(guī)格的元件，按右圖電路進行測量。他們將滑

18、動變阻器的滑臂量。他們將滑動變阻器的滑臂P分別置于分別置于a、b、c、d、e五個間距五個間距相同的位置（相同的位置（a、e為滑動變阻器的兩個端點），把相應(yīng)的電流表為滑動變阻器的兩個端點），把相應(yīng)的電流表示數(shù)記錄在表一、表二中。對比兩組數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)的變示數(shù)記錄在表一、表二中。對比兩組數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)的變化趨勢不同。經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)其中一個實驗組使用的滑動變阻器發(fā)化趨勢不同。經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)其中一個實驗組使用的滑動變阻器發(fā)生斷路。生斷路。（1）滑動變阻器發(fā)生斷路的是第）滑動變阻器發(fā)生斷路的是第_實驗組；斷路發(fā)實驗組；斷路發(fā)生在滑動變阻器的生在滑動變阻器的_段。段。二二deR先增大后減小先增大后

19、減小表一（第一實驗組） P 的位置 a b c d e A 的示數(shù)(A) 0.84 0.48 0.42 0.48 0.84 表二（第二實驗組） P 的位置 a b c d X e A的示數(shù)(A) 0.84 0.42 0.28 0.21 0.84 例例5：（：（2）表二中，對應(yīng)滑臂）表二中，對應(yīng)滑臂P在在X（d、e之間的某一點）之間的某一點）處的電流表示數(shù)的可能值為：（處的電流表示數(shù)的可能值為：（）（A）0.15A，（，（B）0.25A，（，（C）0.35A，（，（D）0.45A。設(shè)變阻器每小段的電阻為設(shè)變阻器每小段的電阻為r,其余總電阻為其余總電阻為R由表二由表二a點得點得E0.84R由表二由

20、表二b點得點得E0.42(Rr)滑臂滑到滑臂滑到d處時電流最大，處時電流最大，由表二可得：由表二可得：Imax0.21A，解出解出rR，X在斷口下方，則研究在下段滑動的過程：在斷口下方，則研究在下段滑動的過程：e R P d A c b a e R P d A c b a 表一（第一實驗組） P 的位置 a b c d e A 的示數(shù)(A) 0.84 0.48 0.42 0.48 0.84 表二（第二實驗組） P 的位置 a b c d X e A的示數(shù)(A) 0.84 0.42 0.28 0.21 0.84 所以電流可能值在所以電流可能值在0.168A0.21A之間；之間；若斷在若斷在e處，

21、滑臂將到處，滑臂將到e處時電流最小，處時電流最小，由由EImin(R4r)可得：可得：Imin0.168A，X在斷口上方，則研究在上段滑動過程：在斷口上方，則研究在上段滑動過程：例例5：（：（2）表二中，對應(yīng)滑臂）表二中，對應(yīng)滑臂P在在X（d、e之間的某一點）之間的某一點）處的電流表示數(shù)的可能值為：（處的電流表示數(shù)的可能值為：（）（A）0.15A，（，（B）0.25A，（，（C）0.35A，（，（D）0.45A。e R P d A c b a 表一（第一實驗組） P 的位置 a b c d e A 的示數(shù)(A) 0.84 0.48 0.42 0.48 0.84 表二（第二實驗組） P 的位置 a b c d X e A的示數(shù)(A) 0.84 0.42 0.28 0.21 0.84 例例5：（：（2）表二中，對應(yīng)滑臂）表二中，對應(yīng)滑臂P在在X（d、e之間的某一點）之間的某一點）處的電流表示數(shù)的可能值為：（處的電流表示數(shù)的可能值為：（）（A）0.15A，（，（B）0.25A，（，（C）0.35A，（，（D）0.45A?；墼诨墼趀處時電流最大，為處時電流最大，為0.84A，若斷在若斷在d處，滑臂接近處，滑臂接近d處