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1、高中物理实验概述和演示实验高中物理实验概述和演示实验考纲要求考纲要求1.明确物理学是一门以实验为基础的自然科学，物理实验所处的基础地位和不可替代的作用。2.要求知道有效数字的概念，要用有效数字表达直接测量的结果。3.要求正确熟练使用如下仪器：刻度尺游标卡尺螺旋测微器天平秒表打点计时器弹簧秤温度表电流表电压表11多用表12 滑线变阻器13 电阻箱等。4.明确各演示实验和有关小实验的实验目的和实验原理，掌握所涉及的各种实验器材的使用方法，明白详细的操作步骤，并能进一步分析实验中注意事项和误差原因。知识结构知识结构热点导析热点导析1.1.高考物理实验试题的特点和发展趋势高考物理实验试题的特点和发展趋
2、势2001 年版高考物理学科考试说明对实验能力的要求是：能在理解的基础上独立完成规定的实验；明确实验目的，理解实验原理，控制实验条件；会正确地使用规定实验中使用过的实验仪器；会观察、分析实验现象、处理实验数据并得出结论；会运用在规定实验中学过的实验方法。根据考纲和高考对能力要求放在首位的要求，作为考查学生能力最有效的科学之一物理更强调实验能力的考查。因而提高物理实验能力、开展有效的物理实验复习，既是符合自身素质的需要，更是顺利通过高考的需要。分析最近几年高考物理实验题可得出如下特点：试题覆盖面广，重点突出，从 1993年至今，已考实验占17 个总实验的 70%以上。并且考查更多的是电学方面实验
3、，其中电表测电阻考得最多。但最近几年力学实验的考查有所增加。注意联系实验操作的考查，如测量仪器的读数问题、实验线路的连线问题、电表和其他用电器的选择问题都是实验操作的仿真模拟，需要考生具备良好的动手实践经验才能正确解答，没有实际操作训练无法设计和解答。重视对演示实验的考查，80 年代高考主要考查学生实验内容，从 1991 年高考开始涉及演示实验内容，并从要求和难度上不断提高，如 1996 年第 6 题“演示平行板电容器与哪些因素有关”重点考查对原理的理解和掌握、怎样由实验现象得出实验结论、测量仪器介入对被测量的影响等。1998 年第 18 题“测 LC 振荡电路的周期”要求考生用图线法处理数据
4、，突出了实验基本处理方法的归化与灵活运用。进一步重视对实验知识迁移运用能力的考查。90 年代至今高考物理实验题较少直接考查课本原实验，而更多地考“变形”“提升”的实验，如 1993 年的“20 分度游标卡尺”，2001 年全国卷半偏法测安培表内阻及误差分析等，均为源于课本而高于课本的考题。从现有高考试卷成功探索的基础上，将不断完善实验能力的考查，并从实验目的的确定、实验原理的设计、仪器的选择和使用、步骤的操作、故障排除、实验现象和实验数据分析处理、误差分析等方面进行命题。2.2.物理实验复习方法物理实验复习方法首先，要抓纲务本、注重实践。实际动手操作有助于实验者领会实验原理和方法，体会设计思想
5、，加深实验过程的印象。在二轮复习阶段应选择一些在仪器选择使用、实验条件的控制和改变、数据的处理等方面有一定典型要求的重点实验进行重新操作，如“牛二定律验证”、“测金属丝电阻率”等，如能真正搞通这些实验的原理、思想、方法和误差分析等内容，那么不仅能对原实验试题应付自如，而且能将这些实验知识迁移运用到新情景中帮助创新、设计出新的实验。其次，要注意归类梳理，打好基础。将所学知识系统化，有助于对知识的深层次理解，也有助于技能的形成。由于各种实验知识是分散在各个分组实验和演示实验中，因而对知识的归类梳理就显得更为重要。先对各实验进行系统复习，再从目的、原理、需测物理量、器材、条件控制、步骤、数据处理、误
6、差分析等方面进行比较、归纳，找出各实验的共同点和不同点，以达到巩固与活化有关知识的目的。最后，还应注意拓展，尝试应用。以规定实验为起点，可尝试实验原理方法、实验器材、数据处理等方面的改变，如能否改用电阻箱和电压表或电阻箱与电流表测电池电动势和内电阻。尝试解答一些设计性实验试题，以摸索解答设计性实验试题的一般规律。一般解答设计性实验试题要经历如下思维过程：（1）依据实验要求和已有实验和理论知识进行原理设计和合理性论证，包括画原理图、装置图，导出公式，并论证实验设计的合理性；（2）制订实验步骤进行模拟操作；（3）确定数据处理的方法和误差分析。3.3.实验数据的处理实验数据的处理按有效数字规则读数：
7、测量结果中可靠的几位数字加上可疑（估读）的一位统称为测量结果的有效数字。有效数字位数与十进制单位的变换无关。当然从有效数字的位数可读出仪器的最小刻度。例如某一长度 L=1.3450m 是用毫米刻度尺读得数值，而 1.3450cm 是由螺旋测微器读得的长度数值。以算述平均值代表测量结果：在计量性测量中，真实值难以确切知道，对某量多次测量结果不会完全相同，而多次测量的算术平均值是真实值的最好近似，它可以使多次测量的正负偶然误差有所抵消。列表法处理数据结果：是将数据（包括有些中间量）列成表，表示出有关物理量的对应关系，这样可更好分析结果及其合理性，及时发现各量的规律性联系，求出经验公式。并提高处理数
8、据的效率，利用误差分极及数据查对，减少和避免错误。作图法处理数据：作图法形象、直观，可据图线找函数关系，确定图线方程，平滑曲线还具有多次测量取平均值的效果，有时可据图线发现测量错误。作图的一般规则是在坐标纸上先应标明坐标轴（物理量符号及单位），定点后连线应是直线或平滑曲线或其他曲线，个别偏离较大的错误点应舍去。应明确有关图线纵横轴截距的含义、斜率的意义，需要时设法经变换将曲线改为直线（如验证玻意尔定律时作p-1线）。V误差：按计算方法可分绝对误差（测量值-真实值=绝对误差）、相对误差（绝对误差100%=相对误差）两种；按误差来源又可分系统误差（由仪器本身不精确、真实值实验方法粗略、实验原理不完
9、善等而产生）和偶然误差（由于各种偶数人为因素造成的忽大忽小无规则误差）两种。例如在用伏安法测电阻实验中，由于实验者读数习惯估计能力不同而引起误差叫偶然误差；由于未考虑安培表内阻而对伏安法安培表内接电路引起误差叫系统误差。4.4.常见基本测量仪器有关注意点常见基本测量仪器有关注意点游标卡尽精度（最小刻度）等于主尺上一格（或二格）与动尺（游标尺）上一格的差值。如 10分度游标卡尺通常是动尺 10 格，总长 9mm，每隔即为 0.9mm，精度为 0.1mm，当然若动尺 10 格，总长 19mm，每格即为1.9mm，精度仍为0.1mm，而不是0.05mm。若动尺20 格，总长 19mm，每格 0.95
10、mm，精度即为 0.05mm。游标卡尺的读数=主尺读数（毫米数）+游标对齐刻度线精度（毫米数），主尺读数指游标尺的零刻度线所对应的主尺上的整数毫米线，游标尺对齐刻度线指游标尺第几根与主轴某根对齐，就读成第几根。螺旋测微器精度是 0.01mm，可估读到 0.001mm。螺旋测微器读数=固定刻度值+可动刻度值+估计值读数时应注意零误差的修正和紧锁开关的使用。滑动变阻器可作为分压电阻和限流电阻两种接法使用，但不论变阻器是全部或部分接入电路，电流强度均不得超过额定值。分压电路中，起始位置应在最小电阻处，限流电路中，起台位置应在最大电阻处。电阻箱在电路中可作为可调节的标准电阻。读数时各旋钮对应指示点的读
11、数乘面板上标记的倍数然后相加，就得出电阻的指示值，读数时按从高倍到低倍的顺序读出。电阻箱使用时应注意：不得过载使用，注意额定电流和电阻额定功率；电阻接入电路时，阻值要大一些，以免电路电流太大烧坏电表；若需要将电阻箱阻值调小时，应先调大再调小，如要将210调到 209，应将 210 先调为 219，再调为 209，不能先调为 200，再调为 209，同样要将 9 调到 10，应先调为 10，不能先调为 0，再调为 10；电阻箱不能代替变阻器长时间通电使用。灵敏电流计（检流计）在电路中可用来测量微弱电流、电压的有无和方向。使用时，应首先注意机械调零。同时要注意待测电流（电压）不能超过检流计量程；其
12、次要留意指针偏转方向与电流方向间关系，指针偏转角度大小与电流大小间关系；最后要注意检流计不长时间通电和搬运电流计应注意将两接线柱短路。直流电压表、电流表应注意十一极和量程（指针达满偏角度的电路的影响。当然也要注意机械调零。典型例析典型例析【例 1】下列数据中，有效数字位数最少的是（）A.0.300m为 D。【说明】按规定，有效数字的位数与单位的选取即由于移动小数点而导致非零数字前的零个数增减无关，而数字后面的零属有效数字位数。【例 2】使用灵敏电流计应注意（）A.不能接在电流较大的电路中B.正负接线柱不能接错，以防烧坏电流计D.灵敏电流计使用前必须校正满度电流B.1.02VC.0.37AD.2
13、10312最佳），注意读数的估读和电表对测量33【解析】由有效数字位数规定，（A）（B）均为 3 位，C 为 2 位，D 为 1 位。答案应C.接入电路前应调整指针的机械零点未知电势的高低等。所以应选A、C。【解析】灵敏电流计，不同于电流表，它的作用主要用来制定微小电流的有、无、【说明】灵敏电流计量程只有几十到几百微安，而且它的零刻度不在左边而在中央，但应事前进行机械调零，因为灵敏电流计偏角的大小与所测电流成正比，所以它不仅可测电势高低和电流的流向，而且还能表示未知电流间相对大小。【例 3】如图 9-16-1 所示，用一根橡皮绳子来演示绳子的横波，现保持绳子张力不变使得波速不变，用手抖动绳的一
14、端就有一列波向绳的另一端传去，若手抖动频率加快，则波长怎变？【解析】由题意知，v 恒定，而 v=f，由于 f 变大，所以 变小。【说明】绳波传的是横波，由张力决定波速，由波源决定频率，由前两者共同决定。若在均匀介质中传播的波，则由介质性质决定波速，由波源决定频率，波长最后由 v和 f 算得。【例 4】布朗运动和扩散运动不但说明了，而且说明了。【解析】布朗运动和扩散运动首先说明了液体分子做无规则永不停息的运动。同时，由于明确了液体分子无规则永不停息的运动，说明分子间是有运动空隙的，否则无法实现运动。所以第一线填“液体分子作无规则永不停息的运动”，第二线填“分子间有空隙”。【说明】布朗运动、扩散运
15、动本身是固体小颗粒的运动，而不是液体分子运动，而能说明（反映）液体分子无规则永不停息的运动。在这里一定要注意用词的确切达意。【例 5】在研究磁场对直线电流作用力的实验中发现导体棒不偏转可能的原因是（）A.电路断开，棒中无电流B.未安装蹄形磁铁D.棒所在处磁场方向水平C.棒所在处磁场方向与棒平行【解析】应选 A、B、C、D。【说明】据原演示实验装置图，要让金属棒发出左右偏转，必须受到左右方向的安培力，若安培力上下方向也无法让棒产生偏转。所以D 不能漏选。【例 6】用天平称量物体的质量时，右盘中已放了砝码68g，游码位置如图9-16-2 所示，则被称物体的质量为g。【解析】由图可知，该天平的最小分
16、度为 0.04g，除以 2 结果为 0.02g，误差出现在百分位上，读数时只能估读到克的百分位上，因此被测物体的质量为：m=68g+70.04g=68.28g【说明】托盘天平的精度（最小刻度）即为横梁游码所表示。【例 7】图 9-16-3 给出的是用螺旋测微器测量一小钢球的直径的示数。此读数应是mm【解析】螺旋测微器的最小刻度为0.01mm，误差出现在毫米的千分位上，所以在毫米的千分位上进行估读。螺旋测微器的读数方法是：先从固定刻度尺上读出半毫米以上的长度，然后找出可动刻度上的第几条刻度线与固定刻度尺上的水平横线重合，从而读出半毫米以下的刻度，并再估读一位数字，最后将两次读数相加就是所要测量的
17、的正确读数（可用公式d=固定刻度示数+可动刻度示数最小分度值计算）。根据螺旋测微器的读数方法可得：被测小球的直径为：d=8.5mm+10.00.01mm=8.600mm。【说明】在读数的时候一定要注意固定刻度尺上表示半毫米的刻度线是否已经露出。若忽略了这一点，本题会误读为8.100mm。【例 8】某同学用多用电表欧姆挡测电阻，指针所指位置如图所示，则被测电阻的阻值约为。【解析】用多用电表的欧姆挡测出的电阻值由表盘读数和档位选择倍数两部分组成，读数计算方法为：被测电阻 R=表盘刻度数（整刻度数+估读数）档位选择倍数。由图 9-16-4 可知档位选择开关所指的倍数为100，表针指的位置为22，因此
18、被测电阻的阻值为：R=22100=2.2103【说明】（1）欧姆表的每一档位的测量范围都从 0 至，从道理上讲任意阻值的电阻都可由同一档位上上测出其阻值大小，但由欧姆表的刻度方法和误差理论知道，只有当指针指在刻度盘的中间部分时测量误差才最小，因此在用欧姆表测量不同阻值的电阻时，应选用不同的档位，使指针指在刻度盘中央附近，从而减小测量误差，但需要注意的是，每换一次档位，都要重新进行欧姆表调零。用多用电表的欧姆挡测电阻完毕，应将转换开关转至“OFF”档或最高交流电压档【例 9】图 9-16-5 中表示用一零点准确的游标尺测量一圆柱体的直径，从图上读出的测量结果为 D=cm。【解 析】由 图 9-1
19、6-5 可 知，整 毫 米 数 为 L1=102mm，游 标 尺 的 示 数 为L2=2.00.1mm=0.20mm，则圆柱体的直径为：D=L1+L2=102mm+0.20mm=102.20mm=10.220cm。【说明】使用游标卡尺测量物体线度时，游标某刻线恰好与主尺上某刻线对应的情况是不多见的。多数情况应是近似对齐的，因此按认为的某刻线对齐读数本身就包含了一定的估读成分。所以不需要再估读。还有电阻箱、秒表等也不需估读。第第 1717 讲讲高中物理学生实验高中物理学生实验考纲要求考纲要求要求能在理解基础上独立完成的学生实验有：1.长度的测量2.研究匀变速直线运动3.探索弹力和弹簧伸长的关系4
20、.验证力的平行四边形定则5.验证机械能守恒定律6.用单摆测定重力加速度7.研究平抛物体的运动8.验证动量守恒定律9.用油膜法估测分子的大小10.用描迹法画出电场中平面上的等势线11.描绘小灯泡的伏安特性曲线12.测定金属的电阻率13.把电流表改装为电压表14.研究闭合电路欧姆定律15.测定电源电动势和内阻16.练习使用示波器17.用多用电表探索黑箱内的电学元件18.传感器的简单应用19.测定玻璃的折射率20.用双缝干涉测光的波长21.用气缸导轨验证动量守恒定律22.研究玩具电机的能量转化并注意应用这二十二个实验中所获得的实验思想、方法、技巧，灵活解决其他类似实验或实际问题。知识结构知识结构高中
21、阶段的二十二个学生实验，按实验目的和特点可分为五个类型：验证力的平行四边形定则验证动量守恒定律验证性实验验证机械能守恒定律用气缸导轨验证动量守恒定律研究匀变速直线运动研究平抛物体的运动研究性实验把电流表改装为电压表研究闭合电路欧姆定律探索弹力和弹簧伸长的关系研究玩具电机的能量转化探索性实验用多用电表探索黑箱内的电学元件传感器的简单应用热点导析热点导析1.1.选择仪器的原则选择仪器的原则可行性原则：要根据实验要求和客观条件选用合适仪器。如测量某电阻阻值，可根据要求的测量精度。实验的条件确定采用电桥法、伏安法、欧姆表、替代法等，还要根据电阻的规格、电表参数（量程、内阻、精度）选择电压表和电流表。准
22、确性原则：怎样的测量实验需要，决定选用怎样精度的测量工具，对一定的实验要求，精度不是越高越好。如测金属丝电阻率实验中，测直径需23 位有效数字，所以用螺旋测微器，而测长度时，用毫米刻度尺足够了。操作性原则：在可行、准确前提下，设计实验和选用仪器越简单越好，并具有良好可操作性。如滑线变阻选用，既要考虑阻值范围，又要考虑它的额定电流和功率。当然仪器的选择，首先依托于电原理图已定测量方法已明确的前提下，从安全、准确、节能、方便顺序给予统盘考虑。2.2.变阻器分压和限流接法比较变阻器分压和限流接法比较变阻器 R 工作状态负载 RL的电压调节范围限流接法R 的一部分在工作分压接法R 全部工作，且 IRm
23、axIRLRL-RL RRL与 R 阻值相近且不要求0适用条件R1RL以上，或电压从2UL从 0 开始调节0 开始调节优、缺点电压调节范围小，R 工作电流较小（等于 RL上电流）一般先考虑限流动接法电压调节范围大，R 工作电流较大（大于 RL上电流）后考虑分压接法备注典型例析典型例析【例 1】在做“互成角度的两个力的合力”实验时，橡皮条的一端固定在木板上，用两个弹簧秤把橡皮条的另一端拉到某一确定的O 点。以下操作中错误的是（）A.同一次实验过程中，O 点位置允许变动B.实验中，弹簧秤必须保持与木板平行，读数时视线要正对弹簧秤刻度C.实验中，先将其中一个弹簧秤沿某一方向拉到最大量程，然后只需调节
24、另一弹簧秤拉力的大小和方向，把橡皮条另一端拉到O 点D.实验中，把橡皮条的另一端拉到O 点时，两个弹簧秤之间夹角应取90，以便于算出合力大小【解析】本题为 1994 年上海高考试题实验中有严格的要求：（1）结点 O 不允许移动。(2)弹簧秤不要达到最大量程，因为一个达到最大，另一个将不好调整。(3)两个弹簧秤的拉力夹角不易过大，也不易过小，取90 也可以，并不是必须取 90。所以，本题操作中错误的是A、C、D。【说明】本实验的所有规定都是为了更有利于操作，有利于减小测量误差，合力一定的前提下，一个力大小或方向的改变，都可导致另一个力的大小、方向发生改变。夹角太大太小、拉力太大太小、拉力与木板不
25、平行均会带来较大误差。【例 2】如图 9-17-1 所示是做匀加速直线的小车带动打点计时器的纸带上打出的点的一部分。图中每相邻两点之间还有四个点没有画出，交流电的频率为 50Hz，测得第二个、第三个计数点与起点相距 d2=6.0cm,d3=10.0cm，则（1）第一个、第四个计数点与起点相距d1、d4各为多少？（2）物体经过第一个、第二个计数点的即时速度v1,v2和物体的加速度分别为多少？【解析】设相邻两计数点相距依次为s1、s2、s3、s4，则s1=d1,s2=d2-d1=6.0-d1cm,s3=d3-d2=10.0-6.0=4.0cm,s4=d4-d3=d4-10.0cm.在匀加速运动中，
26、从任意一个时刻起在连续相等的时间内通过的位移之差相等。s=s2-s1=s3-s2=s4-s3=(6.0-d1)-d1=4.0-(6.0-d1)=(d4-10.0)-4=，得 d1=844=2.67cm,d4=14.67cm。33810cm,s2=6-d1=cm,s3=4.0cm,而 T=50.02s=0.1s，所以33（2）因 s1=d1=810s1s233v1=cms-1=30cms-12T20.110 4s2 s3110v2=cms-1=cms-1=36.67cms-1332T20.111030v2v1200a=cms-2=cms-2=66.67cms-233T0.1【说明】本题为已知匀加
27、速，求纸带上各点分布规律。并要注意s=aT2与 d1、d2、d3、d4的区别和联系。【例 3】研究弹性碰撞的实验装置及小球落点位置如图 9-17-2 所示，判断实验做得是否精确，只要看关系式OP+OM=ON 是否成立？为什么？【解析】设入射小球 A 的质量为 m1，被碰小球 B 的质量为 m2，碰撞前后应满足m1v1=m1v1+m2v2,m1(v1-v1)=m2v2碰撞后机械能没有损失，则111m1v21=m1v2+m2v22,m1(v21-v21)=m2v22222式式v1+v1=v2，即 OP+OM=ON天平测出两个小球质量为m1、m2，大致可以获得较好的结论：m1OP=m1OM+m2ON
28、满足式表明动量守恒；满足式表明为弹性碰撞。【说明】研究动量守恒实验的表达式如此简单，主要依靠两小球均做平抛运动。实验中用平抛物体水平射程代替小球碰撞前后速度的实验思想，在其他实验场合也会有很好的应用。【例 4】如图 9-17-3 所示，为测定木块与斜面之间的滑动摩擦系数，某同学让木块从斜面上端自静止起做匀加速下滑运动，他使用的实验器材仅限于：倾角固定的斜面（倾角未知）、木块、秒表、米尺。（1）实验中应记录的数据是。（2）计算摩擦系数的公式是=。（3）为了减小测量的误差，可采用的办法是。【解析】本题为 1997 年上海高考试题这是一道很好的设计型实验，不仅要求学生能按题目给定的器材确定要测量的物
29、理量和实验方法，同时要求学生根据运动学和动力学的知识理解实验原理。掌握了这些，本题就变得简单了，不过就是一道一物体沿斜面下滑的题目。其初速度为0，而加速度为gsin-gcos，位移为 l 的问题。题目第三问考查了所有实验的一个减小误差的方法，在学h2l2习时应引起足够的重视。因此（1）记录的数据为 l、d、h、t，（2）=2，（3）多dgt d次测量取平均值。【说明】本题物理情景十分简单，测量精度要求不高，不能钻牛角尖，思考过分复杂，认为高考题一定较难，关键是考查物理实验的基本思想和方法。【例 5】一个学生做平抛物体运动的实验时，只在白纸上画出水平方向x，忘记在纸上记下斜槽末端的位置，并且只在
30、白纸上画出如图 9-17-4 甲所示的一段曲线，试用一根刻度尺算出这个物体的初速度。【解析】（1）先在平抛物体的轨迹曲线上任意取水平位移相等的 A、B、C 三点，再作出相应的高度 y1,y2，如图 9-17-4 乙所示。（2）用刻度尺量出 x、y1、y2的长度。（3）将三个数据代入 v0=gx，得出平抛物体运动的初速度y2 y112gt，消去 t，得2设想斜槽末端 O 为原点的直角坐标系，则 A、B、C 三个坐标分别为 xA、yA;xB、yB；xC、yC；根据平抛运动的特点：x=v0t 和 y=gx2y=2，可见2v0gx2Agx2Bgx2CyA=,yB=,yC=2222v02v02v0g(x
31、2B x2A)gx(xB xA)y1=yB-yA=222v02v0g(x2C x2B)gx(xC xB)y2=yC-yB=222v02v0gx(xC xA)gx2y2-y1=2,22v0v0整理后得出 v0=gx。y2 y1【说明】虽然在末知平抛初始起抛点时也能求得初速度，但所需测量的物理量较多，也会带来较大的误差。所以常规定实验方法还是先测得起始点后再进行简单的运算。【例6】在“验证机械能守恒定律”的实验中，已知打点计时器所用电源的频率为50Hz，查得当地的重力加速度 g=9.80ms-2，测得所用的重物的质量为 1.00kg。实验中得到一条点迹清晰的纸带，把第一个点记作 O，另选连续的 4
32、 个点 A、B、C、D 作为测量的点。如图9-17-5 所示，经测量知道 A、B、C、D 各点到 O 点的距离分别为 62.99cm、70.18cm、77.76cm、85.73cm，根据以上数据，可知重物由 O 点运动到 C 点，重力势能的减少量等于J，动能的增加量等于J（取 3 位有效数字）。【解析】本题主要考查考生是否理解“验证机械能守恒定律”实验的原理及其数据处理的方法。根据机械能守恒定律，在自由落体运动中，如果忽略各种阻力，则物体重力势能12mv=mgh,v 为下落距离为 h 时的速度。21本实验的目的就是要验证在自由落体运动中，这个关系mv2=mgh 确定成立。2的减少量应等于其动能
33、的增加量，用公式表示为重物由 O 点运动到 C 点时，下落距离为77.76cm，就得到物体减少的重力势能为mgh，代入数据得1.009.800.7776=7.62JvC=sDsB，代入数据得t(85.7370.18)102vC=3.88ms-1(20.02)则动能的增加量为12mv=7.56J2可见在实验的准确度范围内，关系式12mv=mgh 成立。2【说明】本实验还要求取纸带上第一、二点间间隔近似为2m 的纸带作为数据纸带，这样打第一点时正好是纸带开始下落时刻，推算的第一点才是初速为零的点。若用电火花打点计时器比用电磁打点计时器更易减小纸带所受阻力。【例 7】关于示波器的作用，下列说法中正确
34、的是（）A.它能直接观察电信号随时间的变化情况B.它能直接观察温度的高低、光的强弱等随时间变化的情况C.要观察振动和温度、光等信号的变化情况，可先利用各种传感器把这些信号转化为电信号，再利用示波器间接地观察D.物体的机械振动的情况是无汉利用示波器这种电子仪器去研究的【解析】示波器能直接观察电信号随时间的变化情况，但通过各种传感器可把其他信号转变为电信号，再通过示波器显示。所以正确答案为A、C。【说明】示波器的最重要的电子仪器之一，它的广泛用途决定于能灵活地通过各种转换观察、监视、测量各种信号的变化情况。【例 8】某同学用以下器材测量电阻：安培计、电阻箱、单刀双掷电键（这种电键在掷刀a 倒向 b
35、 时 ab 接通，倒向 c时 ac 接通）、待测电阻、电源、限流电阻，如图9-17-6。实验方法是利用单刀双掷电键分别将电阻箱和待测电阻接入电路，用电阻箱替代待测电阻的方法来测定待测电阻的阻值。（1）在图中完成电路的连接（其中有两条导线已连接好）。（2）本实验中电键应先接通的是含有（填待测电阻或电阻箱的电路）。用电健变换电路，调节电阻箱时，应使两次测量的大小相同，这时待测电阻的值可以从上读出。【解析】本题是 1997 年上海高考试题（1）如图 9-17-7。（2）待测电阻，电流（或安培计读数），电阻箱。【说明】本题的难点是对单刀双掷开关进行连线操作，应先作出电原理图草稿，再对两支路进行分开连接
36、（如先连干路和Rx组成回路，再连电阻箱支路）。【例 9】普通白炽灯是由爱迪生发明的，主要构造是钨丝和灯泡，灯泡内充有惰性气体及混有极少氧气。电流通过钨丝时发热发光。（1）白炽灯发射的光谱是光谱。（2）你发现“220V100W”和“220V25W”灯光的钨丝有什么不同？。这是因为。若按图 9-17-8 连接在 220V 电路上，各灯功率为，哪盏更亮？。（3）白炽灯丝断了以后，有时将断了的灯丝接上，假若将这只灯泡再装在灯座上，与原来相比会变得（亮、暗或不变），为什么。U2（4）由 P=求得“220V40W”灯电阻是 1210，用万能表欧姆档测得电阻只有90，R这是因为。（5）要将两盏“110V40
37、W”“110V60W”的灯泡接到 220V 电路上，能使它们正常发光且最省电，请在图 9-17-9 框中设计出电路图。【解析】（1）因为是炽热的固态金属丝发光，所以应为连续光谱。（2）“220V100W”灯丝粗短，另一灯丝较细。这是因为两灯电阻分别为484和1936，灯“220V100W”电阻较小。按图 9-17-8 接后功率分别为 4W 和 16W，“220V25W”更亮。（3）应变得更亮。因为钨丝电阻遵守电阻定律 R=变小 U 恒，所以功率变大。（4）欧姆表量出的是常温下的电阻，由于导体电阻率随温度升高而增大。（5）电路图见图 9-17-10。l，断后重接 l 变短，s 变粗，Rs【说明】
38、本题将白炽灯构造、光谱、稳恒电流、变流电知识综合在一起，具有学科内综合的特点，对培养综合思维能力有较大益处。【例 10】图 9-17-11为测量电阻的电路。Rx为待测电阻。R 的阻值已知。R为保护电阻，阻值未知。电源 E 的电动势未知。k1、k2均为单刀双掷开关。A 为电流表，其内阻不计。（1）按图 9-17-11所示的电路，在图 9-17-12 的实物图上连线。（2）测量 Rx的步骤为：将 k2向 d 闭合，k1向闭合，记下电流表读数 I1。再将 k2向 c 闭合，k1向闭合，记电流表读数 I2。计算 Rx的公式是 Rx=。【解析】本题为 1999 年全国高考试题当 k1接 a,k2接 d
39、时，电流表与Rx串联，其示数为 I1；当 k1接 b，k2接 c 时，电流表与R 串联，其示数为 I2，因电流表的内阻不计，两次连接，对R 和 Rx都是并联，电流表的接法变换，不能改变 R 和 Rx中的电流。所以有 I1Rx=I2RRx=（1）如图 9-17-13 所示。I2RI1（2）a,b,I2RI1【说明】本题两个单刀双掷开关，增加了连线的难度，可将电原理图中k1k2上的 a、b、c、d 字母迁移到实物图上，再对实物图进行字母连接，可增强连图步骤的清晰度。【例 11】现有一阻值为 10.0 欧姆的定值电阻、一个电键、若干根导线和一个电压表，该电压表表面上有刻度但无刻度值，要求设计一个能测
40、定某电源内阻的实验方案（已知电压表内阻很大、电压表量程大于电源电动势，电源内阻约有几欧）。要求：（1）在图 9-17-14 方框中画出实验电路图。（2）简要写出完成接线后的实验步骤。（3）写出测得的量计算电源内阻的表达式r=。【解析】本题为 1999 年上海高考试题（1）如图 9-17-15 所示。（2）断开电键，记下电压表偏转格数N1。合上电键，记下电压表偏转格数N2。（3）r=RN1N2N2【说明】该题属于设计性实验，需清楚电压的偏转角度与通过电压表的电流或正比。【例 12】某学生用安培计和伏待计测干电池的电动势和内阻时，所用滑动变阻器的阻值范围 020，连接电路的实物图如 9-17-16
41、 所示：（1）（多选题）该学生接线中错误的和不规范的做法是（）A.滑动变阻顺器不起变阻用途B.安培计接线有错C.伏特计量程选用不当D.伏特计接线有错（3）在 9-17-17 方框里画出这个实验的正确电路图。【解析】本题为 1995 年全国高考试题滑动变阻器要起到变阻作用必须一端接下端，一端接金属连杆的接头上。安培表的正、负极接反，易损坏安培表。伏特表的正接头应接在电键右端，图中接法是电键接在支路中，而不是干路上。要正确连好实物图，首先应确定电流表的内外接法，变阻器的连接方式以及各电表的量程。其次应注意以下事项：各电表的正、负极性；开关是否在干路上；各导线两端都应接在接线柱上，而不能在导线中间出
42、现分叉；开关闭合前变阻器滑动触头应处于恰当位置；各条连线均应连成一般曲线，而不能连成折线，不能相交且要尽量节省导线；先画电路原理图，后连接实物图，可避免出错。（1）错误和不规范的做法是：A、B、D（2）正确电路图见图 9-17-18。【说明】略【例 13】如图 9-17-19 所示，某电压表的内阻在 20k50k 之间，现要测量其内阻，实验室提供下列可选用的器材：待测电压表 V（量程 3V）电流表 A1（量程 200A）电流表 A2（量程 5mA）滑动变阻器 R（最大阻值 1k）电源（电动势 4V）电键 k0（1）所提供的电流表中，应选用(填写字母代号)。（2）为了尽量减小误差，要求测多组数据
43、。试在方框中画出符合要求的实验电路图（其中电源和电键及其连线已画出）。【解析】本题为 1997 年全国高考试题电流表选 A，电路如图 9-17-20。由于被测电压表的阻值远大于滑线变阻器的总阻值，题目中又要求多测几组数据，故本题只能选用分压电路。本题属于设计型实验，从理论上提高了对实验的要求，并突出了电学测量仪器的选择和基本仪器的使用，是在上海设计型命题的基础上设计的一道典型题目。很好地考查了学生的实验能力，此类题目在今后高考中还会出现。【说明】在电学实验考查中经常出现仪表选择的考题，现说明如下。电表的选择一般根据以下原则选择：考虑安全因素。即电表的读数不能超过量程，电阻类元件的电流不应超过其
44、最大允许电流等。考虑误差因素。误差因素指偶然误差与系统误差，为减小偶然误差，一般要求各电表的实际读数不小于量程的1；为减小系统误差，应选择内阻较小的电流表和内阻较大的3电压表。但在实际选择时，这种因素反而较少考虑，因为有时可选用电流表的内外不同接法来减小这方面的误差。在同时考虑上述两个因素后仍不能选择时，可再考虑耗电因素。滑动变阻器的选择原则：考虑安全因素。即比较电路中可能出现的最大电流与滑动变阻器的额定电流，保证变阻器不被损坏。针对不同的连接方式和电路中其他电阻的大小而选择不同的变阻器，在分压式接法中，变阻器应选择电阻较小而额定电流较大的；在限流法中，应选用变阻器阻值与电路中其他电阻阻值比较
45、接近的滑动变阻器。【例 14】用如图 9-17-21 甲所示安培表内接法电路测定电池电动势和内电阻的实验中，造成误差的主要原因是什么？测量值比真实以值大还是小？为什么？【解析】造成实验误差的主要原因是由于伏特表的分流作用引起的，使得电流表上读出的数值比实际的总电流（即流过电源的电流）要小一些，即减小了 IV，由于流过伏特表的电流 IV=U（RV为伏特表的内阻），当路端电压U 越大时，伏特表分流得到的电流IVRV也越大，因而电流的测量值与真实值之间的偏差会越大，短路时，路端电压等于零，可以认为测量值与真实值相等，如图9-17-21 乙图中两图线所示。可见，电动势和内阻的真实值0、r0、0、r0=
46、0Imr。即测量值均小于真实值。【说明】用同样的方法也可分析若采用安培表外接法对测 和 r 带来的系统误差,真=测量，r真r测量。【例 15】如图 9-17-22 中 E 为电源，其电动势为，R1为滑线变阻器，R2为电阻箱，A 为电流表。用此电路，经以下步骤可近似测量A 的内阻 RA：闭合k1,断开 k2，调节R1，使电流表读数等于其量程 I0；保持 R1不变，闭合 k2，调节 R2，使电流表读数等于然后读出 R2的值，取 RA=R2。（1）按图 9-17-22 所示电路在图 9-17-23 所给出的实物图中画出连接导线。I0，2（2）真实值与测量值之差除以真实值叫做测量结果的相对误差，即它与
47、电源电动势，电流表量程 I0及电流表内阻 RA的关系式。（3）若I0=10mA，真实值RA约为 30，要想使测量结果的相通对误差不大于5%，电源电动势最小应为多少伏？RA R2，试导出RA【解析】本题为 2001 年全国高考试题（1）连线如图 9-17-24 所示。（2）由步骤得R1 RA=I0由步骤得R R2R1ARA R2IR20RA R20解得RA R2I0R1RA（3）6V【说明】本高考题源于教材而又高于教材。电表内阻测量由伏安法提高到半偏法。数据处理由一般的分析提高到系统误差的处理和计算。这给我们的第二轮复习有不小的启示。【例 16】实验室中现有器材如实验物图9-17-25 所示，有
48、电池E，电动势约10V，内阻约 1；电流表A1，量程10A，内阻r1约为 0.2；电流表A2，最程300mA，内阻r2约为5；电流表 A3，量程 250mA，内阻 r3约为 5；电阻箱 R1，最大阻值 999.9，阻值最小改变量为 0.1滑动变阻器 R2，最大阻值 100；开关 S，导线若干，要求用图 9-17-26 所示的电路测定图中电流表 A 的内阻。（1）在所给的三个电流表中，哪几个可用此电路精确测出其内阻？答：。（2）在可测的电流表中任选一个作为测量对象，在实物图上连成测量电路。（3）你要读出物理量是，用这些物理量表示待测内阻的计算公式是。【解析】本题为 2001 年全国高考试题（理科
49、综合）（1）A2、A3。（2）若测 r3，实物图见图 9-17-27 所示。（3）A2、A3两电流表的读数 I2、I3和电阻箱 R1的阻值 Rx；r3=I2I3RxI3【说明】本题测 A 内阻是原半偏法测电表内阻思想的延伸，它的基本思想是，AA表读数在同一数量级，且 A 内阻与 R1的取值也同一数量级，显然 A2A3间组成的电路符合上述要求。这是解答本题的关键。近年来，在电学实验上考查面不断拓展。复习应以课本实验的思想为基础，灵活应用于具体实际例子中。实验方法的拓展势在必行。【例 17】用三棱镜做测定玻璃折射率的实验，先在白纸上放好三棱镜，在棱镜的一侧插上两枚大头针 P1和 P2，然后在棱镜的
50、另一侧观察，调整视线使 P1的像被 P2挡住。接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针 P3、P4，使 P3挡住 P1、P2的像，P4挡住 P3和 P1、P2的像，在纸上标出的大头针位置和三棱镜轮廓，如图9-17-28 所示。（1）在本题的图上画出所需的光路。（2）为了测出棱镜玻璃的折射率，需要测量的量是，在图上标出它们。（3）计算折射率的公式是n=。【解析】本题为 1994 年全国高考试题（1）如图 9-17-29 所示，画出通过 P1、P2的入射光线交 AC 面于 O，画出通过 P3、P4的出射光线交 AB 面于 O，则光线 OO就为入射光线 P1P2在三棱镜中的折射光线。（2）在所画的图上，标明