高中物理實驗常用基礎(chǔ)知識省公開課一等獎全國示范課微課

專題一高中物理試驗慣用基礎(chǔ)知識試驗專題（一）慣用試驗原理設(shè)計方法1．控制變量法：如：在“驗證牛頓第二定律試驗”中，加速度、力和質(zhì)量關(guān)系控制。在“研究單擺周期”中，擺長、偏角和擺球質(zhì)量關(guān)系控制等等。2．理想化方法：用伏安法測電阻時，選擇了適當(dāng)內(nèi)外接方法，普通就忽略電表非理想性。第1頁3．等效替換法：一些量不易測量，能夠用較易測量量替換，從而簡化試驗。在“驗證碰撞中動量守恒”試驗中，兩球碰撞后速度不易直接測量，在將整個平拋時間定為時間單位后，速度測量就轉(zhuǎn)化為對水平位移測量了。4．模擬法：當(dāng)試驗情景不易創(chuàng)設(shè)或根本無法創(chuàng)設(shè)時，能夠用物理模型或數(shù)學(xué)模型等效情景代替，盡管兩個情景本質(zhì)可能根本不一樣。磁感線確實定.5．微小量放大法：微小量不易測量，勉強(qiáng)測量誤差也較大，試驗時常采取各種方法加以放大。卡文迪許測定萬有引力恒量，采取光路放大了金屬絲微小扭轉(zhuǎn)；在觀察玻璃瓶受力后微小形變時，使液體沿細(xì)玻璃管上升來放大瓶內(nèi)液面上升。第2頁（二）常見試驗數(shù)據(jù)搜集方法1．利用測量工具直接測量基本物理量模塊基本物理量測量儀器力學(xué)長度刻度尺、游標(biāo)卡尺、螺旋測微器時間秒表（停表）、打點計時器質(zhì)量（力）天平（彈簧秤）電學(xué)電阻（粗測）歐姆表、電阻箱電流（電壓）電流表（電壓表）熱學(xué)溫度溫度計第3頁2．常見間接測量物理量及其測量方法有些物理量不能由測量儀器直接測量，這時，可利用待測量和可直接測量基本物理量之間關(guān)系，將待測物理量測量轉(zhuǎn)化為基本物理量測量。①利用紙帶，；②利用平拋，①利用紙帶，逐差法；②利用單擺依據(jù)E＝U＋I(xiàn)r轉(zhuǎn)化為測量U、I然后聯(lián)立方程求解或利用圖像處理電源電動勢依據(jù)P=UI轉(zhuǎn)化為測量U、I電功率①依據(jù)轉(zhuǎn)化為測量U、I（伏安法）；②電阻箱（半偏、替換）電阻（準(zhǔn)確測量）電學(xué)依據(jù)轉(zhuǎn)化為測量m、v功加速度速度力學(xué)基本測量方法待測物理量模塊第4頁（三）慣用試驗誤差控制方法為了減小因為試驗數(shù)據(jù)而引發(fā)偶然誤差，常需要采取以下方法控制試驗誤差。1．屢次測量求平均值，這是全部試驗必須采取方法，也是做試驗應(yīng)含有基本思想。2．積累法。一些小量直接測量誤差較大，能夠累積起來測量，以減小誤差?！坝脝螖[測定重力加速度”試驗中，為了減小周期測量誤差，不是測量完成一次全振動時間，而是測量完成30~50次全振動時間。（四）慣用試驗數(shù)據(jù)處理方法1．列表法：在統(tǒng)計和處理數(shù)據(jù)時，常將數(shù)據(jù)列成表格。數(shù)據(jù)列表能夠簡單而又明確表示出相關(guān)物理量之間關(guān)系，有利于找出物理量之間規(guī)律性聯(lián)絡(luò)。列表要求是①寫明表標(biāo)題或加上必要說明；②必須交待清楚表中各符號所表示物理量意義，并寫明單位；③表中數(shù)據(jù)要正確反應(yīng)測量結(jié)果有效數(shù)字。第5頁2．作圖法：用作圖法處理試驗數(shù)據(jù)是物理試驗中最慣用方法之一。用作圖法處理數(shù)據(jù)優(yōu)點是直觀、簡便，有取平均效果，由圖線斜率、截距、所包圍面積和圖線交點等能夠研究物理量之間改變及其關(guān)系，找出規(guī)律。作圖規(guī)則是：①作圖一定要用坐標(biāo)紙．坐標(biāo)紙大小要依據(jù)測量數(shù)據(jù)有效數(shù)字多少和結(jié)果需要來定；②要標(biāo)明坐標(biāo)軸名、單位，在軸上每隔一定相等間距按有效數(shù)字位數(shù)標(biāo)明數(shù)值；③圖上連線要是光滑曲線（或直線），連線時不一定要經(jīng)過全部數(shù)據(jù)點，而是要使數(shù)據(jù)點在線兩側(cè)合理分布；④在圖上求直線斜率時，要選取線上相距較遠(yuǎn)兩點，不一定要取原來數(shù)據(jù)點；⑤作圖時常設(shè)法使圖線線性化，即“化曲為直”。第6頁3．平均值法：將測定若干組數(shù)相加求和，然后除以測量次數(shù)．必須注意，求取平均值時應(yīng)該按原來測量儀器準(zhǔn)確度決定保留位數(shù)。4．逐差法：這就是用打點計時器打出紙帶計算加速度時用到方法，這種方法充分利用了測量數(shù)據(jù)，含有很好取平均效果。要求認(rèn)識誤差問題在試驗中主要性，了解誤差概念，知道系統(tǒng)誤差和偶然誤差；知道用屢次測量求平均值方法減小偶然誤差；能在一些試驗中分析誤差主要起源；不要求計算誤差。要熟練掌握常見試驗誤差情況及分析方法。（五）相關(guān)誤差分析問題第7頁23．（15分）用伏安法測量電阻阻值R，并求出電阻率ρ。給定電壓表（內(nèi)阻約為50kΩ）、電流表（內(nèi)阻約為40Ω）、滑線變阻器、電源、電鍵、待測電阻（約為250Ω）及導(dǎo)線若干。第8頁（1）畫出測量R電路圖。（2）圖1中6個點表示試驗中測得6組電流I、電壓U值，試寫出依據(jù)此圖求R值步驟：

。求出電阻值R＝

。（保留3位有效數(shù)字）（3）待測電阻是一均勻材料制成圓柱體，用游標(biāo)為50分度卡尺測量其長度與直徑，結(jié)果分別如圖2、圖3所表示。由圖可知其長度為

，直徑為

。（4）由以上數(shù)據(jù)可求出ρ＝

。（保留3位有效數(shù)字）第9頁23．（15分）（1）或（2）①作U－I直線，舍去左起第2點，其余5個點盡可能靠近直線且均勻分布在直線兩側(cè)。②求該直線斜K，則R＝K。229Ω（221～237Ω均為正確）。（3）0.800cm0.194cm（4）8.46×10－2Ω·m（8.16×10－2～8.76×10－2Ω·m均為正確）第10頁（一）電學(xué)試驗中所用到基本知識專題二電學(xué)試驗1．電路設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)：正確地選擇儀器和設(shè)計電路問題，有一定靈活性，處理時應(yīng)掌握和遵照一些基本標(biāo)準(zhǔn)，即“安全性”、“方便性”、“準(zhǔn)確性”標(biāo)準(zhǔn)，兼顧“誤差小”、“儀器少”、“耗電少”等各方面原因綜合考慮，靈活利用。⑴正確性：試驗原理所依據(jù)原理應(yīng)該符合物理學(xué)基本原理。⑵安全性：試驗方案實施要安全可靠，實施過程中不應(yīng)對儀器及人身造成危害。要注意到各種電表都有量程、電阻都有最大允許電流和最大功率，電源也有最大允許電流，不能燒壞儀器。⑶方便性：試驗應(yīng)該便于操作，便于讀數(shù)，便于進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。⑷準(zhǔn)確性：在試驗方案、儀器、儀器量程選擇上，應(yīng)使試驗誤差盡可能小。第11頁2．電學(xué)試驗儀器選擇：⑴依據(jù)不使電表受損和盡可能降低誤差標(biāo)準(zhǔn)選擇電表。首先確保流過電流表電流和加在電壓表上電壓均不超出使用量程，然后合理選擇量程，務(wù)必使指針有較大偏轉(zhuǎn)（普通要大于滿偏度1/3），以降低測讀誤差。⑵依據(jù)電路中可能出現(xiàn)電流或電壓范圍選擇滑動變阻器，注意流過滑動變阻器電流不超出它額定值，對大阻值變阻器，假如是滑動頭稍有移動，使電流、電壓有很大改變，不宜采取。⑶應(yīng)依據(jù)試驗基本要求來選擇儀器，對于這種情況，只有熟悉試驗原理，才能作出恰當(dāng)選擇?？傊?，最優(yōu)選擇標(biāo)準(zhǔn)是：方法誤差盡可能小；間接測定值盡可能有較多有效數(shù)字位數(shù)，直接測定值測量使誤差盡可能小，且不超出儀表量程；實現(xiàn)較大范圍靈敏調(diào)整；在大功率裝置（電路）中盡可能節(jié)約能量；在小功率電路里，在不超出用電器額定值前提下，適當(dāng)提升電流、電壓值，以提升測試準(zhǔn)確度。第12頁3．測量電路選擇⑴電流表內(nèi)、外接問題：（甲）所表示電路為電流表外接電路（簡稱外接法）；（乙）所表示電路為電流表內(nèi)接電路（簡稱內(nèi)接法）。兩種接法選擇可按以下方法進(jìn)行：方法一：設(shè)電流表、電壓表內(nèi)阻分別為RA、RV

，被測電阻為RX，則當(dāng)RV/RX>RX/RA時，電壓表分流作用小，應(yīng)選取外接法當(dāng)RV/RX<RX/RA時，電流表分壓作用小，應(yīng)選取內(nèi)接法當(dāng)RV/RX=RX/RA時，電流表分壓作用和電壓表分流作用相差不大，兩種方法均可。第13頁abc方法二：在均不知情況下，可采取試觸法。如圖所表示，分別將a端與b、c接觸，假如前后兩次電流表示數(shù)比電壓表示數(shù)改變顯著，說明電壓表分流作用大，應(yīng)采取內(nèi)接法；假如前后兩次電壓表示數(shù)比電流表示數(shù)改變顯著，說明電流表分壓作用大，應(yīng)采取外接法。第14頁甲乙⑵滑動變阻器分壓、限流接法：為了改變測量電路（待測電阻）兩端電壓（或經(jīng)過測量電路電流），常使滑動變阻器與電源連接作為控制電路，滑動變阻器在電路中主要有兩種連接方式：如圖（甲）為滑動變阻器限流式接法，RX為待測電阻。它接線方式是電源、滑動變阻器與待測電阻三者串聯(lián)。對待測電阻供電電壓最大調(diào)整范圍是：RX是待測電阻，R是滑動變阻器總電阻，不計電源內(nèi)阻)。如圖（乙）是滑動變阻器分壓式接法。接線方式是電源與滑動變阻器組成閉合電路，而被測電路與滑動變阻器一部分電阻并聯(lián)，該接法對待測電阻供電電壓調(diào)整范圍是：0~E（不計電源內(nèi)阻時）。第15頁選取接法標(biāo)準(zhǔn)：①要求負(fù)載上電壓或電流改變范圍大，且從零開始連續(xù)可調(diào)，須用分壓式接法。②負(fù)載電阻Rx遠(yuǎn)大于滑動變阻器總電阻R時，須用分壓式接法，此時若采取限流式接法對電路基本起不到調(diào)整作用。③采取限流電路時，電路中最小電流（電壓）仍超出電流表量程或超出用電器額定電流（電壓）時，應(yīng)采取變阻器分壓式接法。④負(fù)載電阻阻值Rx小于滑動變阻器總電阻R或相差不大，而且電壓表、電流表示數(shù)改變不要求從零開始起調(diào)，可用限流式接法。⑤兩種電路均可使用時應(yīng)優(yōu)先用限流式接法，因為限流電路結(jié)構(gòu)簡單，總功率較小。第16頁滑動變阻器粗調(diào)和微調(diào)作用：①在限流電路中，全電阻較大變阻器起粗調(diào)作用，全電阻較小變阻器起微調(diào)作用。②在分壓電路中，全電阻較小變阻器起粗調(diào)作用，全電阻較大變阻器起微調(diào)作用。第17頁4．實物圖連接：實物圖連線應(yīng)掌握基本方法和注意事項。⑴注意事項：①連接電表應(yīng)注意量程選取正確，正、負(fù)接線柱不要接錯。②各導(dǎo)線都應(yīng)接在接線柱上，不應(yīng)在導(dǎo)線中間出現(xiàn)分叉。③對于滑動變阻器連接，要搞清楚接入電路是哪一部分電阻，在接線時要尤其注意不能將線接到滑動觸頭上。⑵基本方法：①畫出試驗電路圖。②分析各元件連接方式，明確電流表與電壓表量程。③畫線連接各元件。(用鉛筆畫線，方便改錯)連線方式應(yīng)是單線連接，連線次序應(yīng)先畫串聯(lián)電路，再畫并聯(lián)電路。普通先從電源正極開始，到電鍵，再到滑動變阻器等。按次序以單線連接方式將干路中要串聯(lián)元件依次串聯(lián)起來；然后連接支路將要并聯(lián)元件再并聯(lián)到電路中去。連接完成，應(yīng)進(jìn)行檢驗，檢驗電路也應(yīng)按照連線方法和次序。第18頁限流式電路安培表內(nèi)接法RX＞＞RARXAV限流式電路安培表外接法

RX＜＜RVRXVAAV分壓式電路安培表內(nèi)接法RX＞＞RAAVRX分壓式電路安培表外接法RX＜＜RVVARX伏安法測電阻電路第19頁替換法測量電阻∵I2R=I1Rx∴Rx=I2R/I1RxRAI1ARRxARRxI2比較法測量電阻第20頁VA1伏安法測電壓表電阻VRabSR0半偏法測量電表電阻GS1S2R1R2半偏法R1>>R2R測量<R真實R<<R0R測量>R真實第21頁由I1Rx=I2R得Rx=I2R／I1比較法測電阻A1A2R1=100Ω

R2=50Ω由I1r1=I2r2得r1=I2r2／I1第22頁vRXv甲、乙甲圖中電壓表電壓U1、乙圖中電壓表電壓U2比較法測電壓表電阻返回第23頁vvAAU1=E-I1rU2=E-I2rE=I1(R1+r)E=I2(R2+r)E=U1+U1r/R1

E=U2+U2r/R2測電動勢內(nèi)阻電路返回第24頁

將量程為100微安電流表改裝成量程為1毫安電流表,并用一標(biāo)準(zhǔn)電流表與改裝后電流表串聯(lián),對它進(jìn)行校準(zhǔn)(查對).改裝及校準(zhǔn)所用器材實物圖以下(其中標(biāo)準(zhǔn)電流表事先已與一固定電阻串聯(lián).以防燒表).校按時要求經(jīng)過電流表電流能從0連續(xù)調(diào)到1毫安.試按試驗要求在所給實物圖上連線.第25頁電路連接有錯誤,但電表改裝部分接線正確(指電阻箱與微安表并聯(lián)),給1分;只要電表改裝部分電路連接有錯誤，就給0分.解:畫出電路圖，連線如圖示。μAA返回第26頁RXVAAV用伏安法測量金屬導(dǎo)線電阻R，試把圖中給出器材連接成測量R適當(dāng)電路。圖中安培表量程為0.6A，內(nèi)阻靠近1Ω，伏特表量程為3V，內(nèi)阻為幾KΩ；電源電動勢為6V，變阻器阻值為0—20Ω。在閉合電鍵前，變阻器滑動觸點應(yīng)處于正確位置。解：金屬導(dǎo)線電阻不大，安培表應(yīng)外接，變阻器電阻比較大，可用限流接法，畫出電路圖以下：+-返回第27頁在用伏安法測電阻試驗中,所用電壓表內(nèi)阻約為20千歐,電流表內(nèi)阻約為10歐,選擇能夠盡可能減小誤差電路圖接線進(jìn)行試驗,讀得各組數(shù)據(jù)用實心圓點標(biāo)于坐標(biāo)圖上(如右圖所表示).

(1)依據(jù)各點表示數(shù)據(jù)描出I-U圖線,由此求得該電阻阻值Rx=

歐(保留兩位有效數(shù)字).(2)畫出此試驗電路原理圖.2.4×103mAvRx返回第28頁以下列圖所表示,P是一根表面均勻地鍍有很薄發(fā)燒電阻膜長陶瓷管(其長度l為50厘米左右,直徑D為10