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1、考点清单考点清单考点一力学实验考点一力学实验考向基础考向基础一、打点计时器系列实验中纸带的处理一、打点计时器系列实验中纸带的处理1.纸带的选取:一般实验应选取点迹清晰、无漏点且有足够多点的纸带。在“验证机械能守恒定律”实验中还要求纸带包含第一、二两计时点,并且第一、二两计时点距离接近2.0mm。2.根据纸带上点的密集程度选取计数点:打点计时器每打n个点取一个计数点,则相邻计数点时间间隔为n个打点时间间隔。3.测量计数点间距离:为了测量、计算方便和减小偶然误差,测量距离时不要分段测量,尽可能一次测量完毕,即测量计数起点到其他各计数点的距离。如图所示,则由图可得:s=s1,s=s2-s1,s=s3
2、-s2,s=s4-s3,s=s5-s4,s=s6-s54.判定物体运动的性质(1)若s、s、s、s、s、s基本相等,则可判定物体在实验误差范围内做匀速直线运动。(2)设s1=s-s,s2=s-s,s3=s-s,s4=s-s,s5=s-s若s1、s2、s3、s4、s5基本相等,则可判定物体在实验误差范围内做匀变速直线运动。(3)测定第n点的瞬时速度物体做匀变速直线运动时,在某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度。即测出第n点的相邻前、后两段相等时间T内的位移,由平均速度公式即可求得第n点的瞬时速度,如图中第4点的瞬时速度为:v4=。(4)测定做匀变速直线运动物体的加速度一般用逐差法求加速度。
3、将如图所示的连续相等时间间隔T内的位移s、s、s、s、s、s分成三组,利用s=aT2可得:a1=、a2=、a3=,再算出a1、a2、a3的平均值,即:a=,就是所测做匀变速直线运动物体的加速度。二、基本力学实验二、基本力学实验(一)探究弹力与弹簧伸长的关系实验原理用悬挂法测量弹簧的弹力运用的是弹簧的弹力与挂在弹簧下面的钩码的重力相等。弹簧的长度可以用刻度尺直接测出,伸长量可以由拉长后的长度减去弹簧原来的长度进行计算。实验步骤1.把弹簧悬吊在铁架台上,让弹簧自然下垂,在弹簧不挂钩码时测量弹簧的原长L0。2.将已知质量的钩码挂在弹簧的下端,在平衡时测量弹簧的总长并计算钩码的重力,并将弹簧所受拉力F
4、(等于所挂钩码的重力)填写在记录表格里。然后改变所挂钩码的质量,重复前面的实验过程多次。12345678F/NL/cmL/cm3.根据所测数据,在已经准备好的坐标纸上描点,以力为纵坐标,以弹簧的长度L为横坐标。4.作图得到的是如图甲所示的图像。尽管是直线,也是一次函数,但不够简洁,即不是刚好反映函数间的正比关系。处理的办法是将坐标轴平移,就可以得到一个从原点出发的函数图像(图乙)。平移后将横坐标由弹簧的长度改为弹簧的伸长量L。5.写出实验得到的曲线所代表的函数,即弹力与弹簧伸长量的关系。6.运用表中的数据验证所得到的函数关系。注意事项1.悬吊弹簧时要让它自然下垂,别忘了测量弹簧的原长L0。2.
5、每改变一次拉力的大小就要做一次测量记录。为了探究弹力和弹簧伸长的关系,要尽可能多测几组数据,以便在坐标纸上能描出更多的点。3.实验时拉力不要太大(即钩码不能过多),以免弹簧超出弹性限度。4.在坐标纸上尝试描画一条平滑曲线(包括直线)时,要顺着各点的走向来描,描出的点不一定正好在曲线上,但要注意处于曲线两侧的点数大致相同。5.写出曲线所代表的函数时,建议首先尝试用一次函数,如果不行再考虑其他函数。(二)验证力的平行四边形定则实验原理结点受三个共点力作用处于平衡状态,则F1、F2的合力必与F3平衡,改用一个拉力F使结点仍到O,则F必与F1、F2的合力等效,与F3平衡,以F1、F2为邻边作平行四边形
6、求出合力F,比较F与F的大小和方向,以验证力合成时的平行四边形定则。实验步骤1.用图钉把白纸钉在放于水平桌面的方木板上。2.用图钉把橡皮条的一端固定在A点,橡皮条的另一端拴上两个细绳套。3.用两只弹簧测力计分别钩住细绳套,互成角度地拉橡皮条,将结点拉到某一位置,如图,记录两弹簧测力计的读数,用铅笔描下O点的位置及此时两个细绳套的方向。4.用铅笔和刻度尺从结点O沿两条细绳套方向画直线,按选定的标度作出这两只弹簧测力计的读数F1、F2的图示,并以F1和F2为邻边用刻度尺和三角板作平行四边形,过O点画出平行四边形的对角线,即合力F的图示。5.只用一只弹簧测力计钩住细绳套,把橡皮条的结点拉到同样的位置
7、O,记下弹簧测力计的读数F和细绳套的方向,用刻度尺从O点按选定的标度沿记录的方向作出这只弹簧测力计的拉力F的图示。6.比较力F与用平行四边形定则求出的合力F的大小和方向,得出结论。注意事项1.同一实验中的两只弹簧测力计的选取方法是:将两只弹簧测力计钩好后对拉,若两只弹簧测力计在对拉的过程中,读数相同,则可选,若不同,应另换,直至相同为止,使用时弹簧测力计与板面平行。2.在满足合力不超过弹簧测力计量程及橡皮条形变不超过弹性限度的条件下,应使拉力尽量大一些,以减小误差。3.在同一次实验中,橡皮条拉长的结点O位置一定要相同。4.由作图法得到的F与实际测量得到的F不可能完全符合,但在误差允许范围内可认
8、为F和F符合。(三)验证牛顿运动定律实验原理实验中,研究的参量有F、m、a,在验证牛顿第二定律的实验中,可以控制参量m一定,研究a与F的关系;控制参量F一定,研究a与m的关系。实验步骤1.将一端附有滑轮的长木板放在水平桌面上,取两个质量相等的小车,放在光滑的水平长木板上,示意图如图所示。2.在小车的前端各系上细绳,绳的另一端跨过定滑轮各挂一个砝码盘,在盘内分别放数目不等的砝码,而在两小车上放质量相等的砝码,使砝码盘和盘内砝码的总质量远小于小车和车上砝码的总质量,分别用天平测出两个砝码盘和盘内砝码的总质量M1和M2,把数值记录下来。此时,小车所受的水平拉力的大小F1和F2可以认为等于砝码盘和盘内
9、砝码所受重力的大小。3.在小车的后端也分别系上细绳,用一只夹子夹住这两根细绳,便于同时控制两辆小车,使它们同时开始运动和同时停止运动。4.打开夹子,让两辆小车同时从静止开始运动。小车走过一段距离后,夹上夹子,让它们同时停下来。分别用刻度尺测出两辆小车在这一段相同时间内通过的位移大小x1和x2,并记录下来。5.分析所得到的两辆质量相等的小车在相同时间内通过的位移与小车所受的水平拉力的大小的关系,从而得到质量相等的物体运动的加速度与物体所受作用力大小的关系。并将结论记在实验结论中。6.在两个相同的砝码盘内放质量相等的砝码,而在两辆小车上放质量不等的砝码,使两辆小车的质量不等,而所受的拉力相等。仍保
10、证砝码盘和盘内砝码的总质量远小于小车和车上砝码的总质量,分别用天平测出两辆小车和车上砝码的总质量m1和m2,把数值记录下来。7.让两辆小车同时从静止开始运动。小车走过一段距离后,夹上夹子,让它们同时停下来。分别用刻度尺测出两辆小车在这一段相同时间内通过的位移大小x1和x2,并记录下来。8.分析所得到的受相同拉力作用的两辆小车在相同时间内通过的位移大小与质量大小的关系,从而得到所受拉力相等的物体运动的加速度与物体质量大小的关系。并将结论记在实验结论中。注意事项1.在实验中,小车所受的摩擦力是造成系统误差的一个重要因素。因此利用小车重力沿斜面方向的分力平衡摩擦力。2.为使所作的a-F图像和a-图像
11、更精确,每个图像都要求至少取5条以上的纸带。3.改变小车的质量或拉力的大小时,改变量应尽可能大一些,但应满足砝码盘和盘内砝码的总质量远小于小车和车上砝码的总质量。一般来说,砝码盘和盘内砝码的总质量不超过小车和车上砝码总质量的10%。(四)探究动能定理实验原理如图,小车在橡皮筋的作用下弹出,沿木板滑行。当我们用2条、3条同样的橡皮筋进行第2次、第3次实验时,每次实验中橡皮筋拉伸的长度都保持一致,那么,第2次、第3次实验中橡皮筋对小车做的功就是第1次的2倍、3倍如果把第1次实验时橡皮筋所做的功记为W0,以后各次做的功就是2W0、3W0由于橡皮筋做功而使小车获得的速度可以由纸带和打点计时器测出,也可
12、以用其他方法测出。这样,进行若干次测量,就得到若干组功和速度的数据。以橡皮筋对小车做的功为纵坐标,小车获得的速度为横坐标,以第1次实验时的功W0为单位,作出W-v曲线即功-速度曲线。分析这条曲线,可以得知橡皮筋对小车做的功与小车获得的速度的定量关系。实验步骤1.按图组装好实验器材,由于小车在运动中会受到阻力,把木板略微倾斜,作为补偿。2.先用一条橡皮筋进行实验,把橡皮筋拉伸一定长度,理清纸带,接通电源,放开小车。3.换用纸带,改用2条、3条同样的橡皮筋进行第2次、第3次实验,每次实验中橡皮筋拉伸的长度都相同。4.由纸带算出小车获得的速度,把第1次实验获得的速度记为v1,第2次、第3次记为v2、
13、v35.对测量数据进行估计,大致判断两个量可能的关系,然后以W为纵坐标,v2(或v,v3,)为横坐标作图。注意事项木板的倾斜程度应满足重力使小车沿斜面向下的分力等于小车受到的阻力。(五)验证机械能守恒定律实验原理在只有重力做功的自由落体运动中,物体的重力势能和动能可以互相转化,但总的机械能守恒,利用打点计时器在纸带上记录下物体自由下落的高度h及计算出瞬时速度v,从而验证物体在自由下落过程中,重力势能的减少量Ep=mgh与物体动能的增加量Ek=mv2相等。测定某点瞬时速度的方法是:物体做匀变速直线运动,在某段时间的平均速度等于中间时刻的瞬时速度。实验步骤1.将实验装置按要求装好,将纸带固定在重物
14、上,让纸带穿过打点计时器。2.先用手提起纸带,使重物静止在靠近计时器的地方。3.接通电源,松开纸带,让重物自由下落,这样计时器就在纸带上打下一系列点。4.重复以上步骤,多做几次。5.从已打出的纸带中,选出第一、二点间的距离接近2mm并且点迹清晰的纸带进行测量。6.在挑选的纸带上,记下第一点的位置O,并在纸带上从任意点开始依次选取几个点1、2、3、4、并量出各点到位置O的距离,这些距离就是物体运动到点1、2、3、4、时下落的高度h1、h2、h3、h4、。7.利用公式v中=分别求出物体在打下点2、3、4时的瞬时速度v2、v3、v4、。8.把得到的数据填入表格,算出重物运动到点2、3、4、时减小的重
15、力势能mgh2、mgh3、mgh4、再算出物体运动到点2、3、4、时增加的动能、若验证机械能守恒需比较与mgh2、与mgh3、与mgh4、结果是否一致。注意事项1.组装实验装置时,重物与纸带、限位孔必须在同一竖直线上,以减小摩擦阻力。2.实验时必须先接通电源,让打点计时器正常工作后才能松开纸带让重物下落;3.因不需要知道动能的具体数值,所以不需要测出重物的质量m。(六)验证动量守恒定律实验原理在一维碰撞中,测出物体的质量m和碰撞前后物体的速度v、v,找出碰撞前的总动量p=m1v1+m2v2及碰撞后的总动量p=m1v1+m2v2,看碰撞前后动量是否守恒。实验步骤1.先用天平测出小球质量m1、m2
16、。2.在地面上铺一张白纸,白纸上铺放复写纸。3.在白纸上记下重垂线所指的位置O,它表示入射小球碰前的位置。4.先不放被碰小球,让入射小球从斜槽上同一高度处滚下,重复10次,用圆规画尽可能小的圆把所有的小球落点圈在里面。圆心就是入射小球不碰时的落地点P。5.把被碰小球放在小支柱上,让入射小球从同一高度滚下,使它们发生正碰,重复10次,仿步骤5找出入射小球落点的平均位置M和被碰小球落点的平均位置N。6.过O、N在纸上作一直线,取OO=2r,O就是被碰小球碰撞时的球心投影位置(用刻度尺和三角板测小球直径2r)。7.用刻度尺量出线段的长度OP、OM、ON,把两小球的质量和相应的线段长度代入m1OP=m
17、1OM+m2ON看是否成立。注意事项1.碰撞的两小球应保证“水平”和“正碰”。2.入射小球的质量m1大于被碰小球的质量m2。考向突破考向突破考向一实验中纸带的处理考向一实验中纸带的处理1.由纸带判断物体做匀变速运动的方法如图所示,0、1、2、为时间间隔相等的各计数点,x1、x2、x3、为相邻两计数点间的距离,若x=x2-x1=x3-x2=x4-x3=C(常量),即两连续相等的时间间隔内的位移之差为恒量,则与纸带相连的物体的运动为匀变速直线运动。2.由纸带求物体运动加速度的方法由纸带求物体运动加速度的方法(1)用“逐差法”求加速度即根据x4-x1=x5-x2=x6-x3=3aT2(T为相邻两计数
18、点间的时间间隔)求出a1=、a2=、a3=,再算出平均值即a=(2)用图像法求加速度即先根据vn=求出所选的各计数点对应的瞬时速度,后作出v-t图像,图线的斜率即物体运动的加速度。例例1某同学用如图所示的实验装置研究小车在斜面上的运动。实验步骤如下:a.安装好实验器材。b.接通电源后,让拖着纸带的小车沿平板斜面向下运动,重复几次。选出一条点迹比较清晰的纸带,舍去开始密集的点迹,从便于测量的点开始,每两个打点间隔取一个计数点,如图中0、1、2、6点所示。c.测量1、2、3、6计数点到0计数点的距离,分别记做:x1、x2、x3、x6。d.通过测量和计算,该同学判断出小车沿平板做匀加速直线运动。e.
19、分别计算出x1、x2、x3、x6与对应时间的比值、。f.以为纵坐标、t为横坐标,标出与对应时间t的坐标点,画出-t图线。结合上述实验步骤,请你完成下列任务:实验中,除打点计时器(含纸带、复写纸)、小车、平板、铁架台、导线及开关外,在下面的仪器和器材中,必须使用的有和。(填选项代号)A.电压合适的50Hz交流电源B.电压可调的直流电源C.刻度尺D.秒表E.天平F.重锤将分度值为1mm的刻度尺的0刻线与0计数点对齐,0、1、2、5计数点所在位置如图所示,则x2=cm,x5=cm。该同学在图中已标出1、3、4、6计数点对应的坐标点,请你在该图中标出与2、5两个计数点对应的坐标点,并画出-t图线。根据
20、-t图线判断,在打0计数点时,小车的速度v0=m/s;它在斜面上运动的加速度a=m/s2。解析解析打点计时器必须与交流电源配合使用,选A。还必须使用刻度尺测量0计数点与其他计数点间的距离,选C。由图可知x2=2.98cm,x5=13.20cm。因t2=0.08s,=37.25cm/s,故计数点2的坐标为(0.08s,37.25cm),同理得计数点5的坐标为(0.20s,66.00cm)。由匀加速直线运动规律可得=v0+at,故-t图为一条倾斜直线,如答案图所示。该图像纵轴截距表示小车的速度v0=0.18m/s。斜率k=a=2.40m/s2,所以a=4.80m/s2。答案答案AC2.98(2.9
21、72.99)13.20(13.1913.21)如图所示0.18(0.160.20)4.80(4.505.10)考向二基本力学实验考向二基本力学实验1.研究性实验研究性实验实验名称实验原理实验装置数据处理方法研究匀变速直线运动通过纸带数据分析运动(1)利用连续相等时间内的位移之差等于恒量进行有关计算或判断(2)利用平均速度法求瞬时速度(3)利用x=aT2(或逐差法)求a(4)利用v-t图像求a研究平抛运动轨迹描绘法分析运动取点分析法y2-y1=gT2x=v0T2.探究性实验探究性实验实验名称实验原理实验装置数据处理方法探究弹力和弹簧伸长的关系F=kx图像法探究动能定理W=mv2图像法探究单摆运动
22、T=2g=图像法:g=42k3.验证性实验验证性实验例例2一名同学用图示装置做“测定弹簧的劲度系数”的实验。以下是这位同学根据自己的设想拟定的实验步骤,请按合理的操作顺序将步骤的序号写在横线上。A.以弹簧长度l为横坐标,以钩码质量m为纵坐标,标出各组数据(l,m)对应的点,并用平滑的曲线连接起来;B.记下弹簧下端不挂钩码时,其下端A处指针所对刻度尺上的刻度l0;C.将铁架台固定于桌子上,将弹簧的一端系于横梁上,在弹簧附近竖直固定一把刻度尺;D.依次在弹簧下端挂上1个、2个、3个钩码,待钩码静止后,读出弹簧下端指针指示的刻度记录在表格内,然后取下钩码;E.由图像找出m-l间的函数关系,进一步写出
23、弹力与弹簧长度之间的关系式(重力加速度取g=10m/s2);求出弹簧的劲度系数。图为根据实验测得数据标出的对应点,请作出钩码质量m与弹簧长度l之间的关系图线。写出弹簧弹力F和弹簧长度l之间关系的函数表达式:。此实验得到的结论是:此弹簧的劲度系数k=N/m。(计算结果保留三位有效数字)如果将指针分别固定在图示A点上方的B处和A点下方的C处,作出钩码质量m和指针所对刻度l的关系图像,由图像进一步得出的弹簧的劲度系数kB、kC。kB、kC与k相比,可能是。(请将正确选项的字母填在横线处)A.kB大于kB.kB等于kC.kC小于kD.kC等于k解析解析m-l图线的斜率k1.25kg/m,弹簧的劲度系数
24、k=kg,则弹簧弹力和长度l的关系F=gk(l-l0)l0=1510-2m,所以F=12.5(l-0.15)k=kg=1.2510N/m=12.5N/m指针固定在B处,测量弹簧伸长量时偏小,由F=kl可知,k偏大,A正确,指针固定在C处,不影响弹簧伸长量的测量,k值不变,D正确。答案答案CBDAE如图所示F=12.5(l-0.15)AD12.5例例3利用如图1所示的装置做“验证牛顿第二定律”的实验。图1除了图中所给的器材以及交流电源和导线外,在下列器材中,还必须使用的两种器材是。A.停表B.天平(含砝码)C.弹簧测力计D.刻度尺甲同学实验时这样平衡摩擦力。按图1装置把实验器材安装好,先不挂重物
25、,将小车放在木板上,后面固定一条纸带,纸带穿过打点计时器。用垫块把木板一端垫高,接通打点计时器,让小车以一定初速度沿木板向下运动,并不断调节木板的倾斜度,直到小车拖动纸带沿木板做运动。甲同学利用v-t图像求出每条纸带对应的加速度。他在处理其中一条纸带时,求出每个计数点对应的速度,并将各点的速度都标在了如图2所示的坐标系中。请在坐标系中作出小车运动的v-t图像,并利用图像求出小车此次运动的加速度a=m/s2。图2乙同学在验证小车加速度a与所受拉力F的关系时,根据实验数据作出的a-F图像如图3所示。发现图线不过原点,原因可能是。图3A.木板一端垫得过高B.木板一端垫得过低C.盘和砝码的总质量太大了
26、D.盘和砝码的总质量太小了丙同学作出的a-F图像如图4所示。发现图线有一段是曲线,他认为这是系统误差造成的。他将实验方法做了如下改进:他先将一些砝码放在小车上;之后每次从小车上取下一些砝码移到牵引小车的盘上;重复多次实验,直到将砝码全部移到盘中;根据测得的数据,绘制出小车加速度a随着盘和盘中的砝码所受重力F变化的关系图线,得到的是一条过原点的直线。已知盘和所有砝码的总质量为m,小车的质量为M。请你分析说明图线为直线的原因,并说明图线斜率的物理意义。图4解析解析天平测盘和砝码及小车质量,刻度尺测计数点间的长度。平衡摩擦力使小车做匀速直线运动。画直线使尽可能多的点在线上,个别偏离直线较远的点舍去,
27、求斜率。由图知当外力F=0时,车有加速度,说明平衡摩擦力过当。由mg=(M+m)a知M+m不变,a=,a-F图线为直线,其斜率为,斜率不变。答案答案BD匀速直线如图所示0.951.05A见解析考点二电学实验考点二电学实验考向基础考向基础一、测定金属的电阻率一、测定金属的电阻率实验原理用毫米刻度尺测一段金属丝导线的长度L,用螺旋测微器测导线的直径d,用伏安法测导线的电阻R,由R=,得=。实验步骤1.用螺旋测微器在金属丝的三个不同位置上各测一次,取直径d的平均值,然后计算出金属丝的横截面积S。2.将金属丝两端固定在接线柱上悬空挂直,用毫米刻度尺测量接入电路的金属丝长度(即有效长度),反复测量三次,
28、求出平均值L。3.依照图示连好电路,并把滑动变阻器的阻值调至最大。4.实验时,读出几组相应的电流表、电压表的I和U的值,记入记录表格内,断开开关S,求出电阻R的平均值。5.将测得的R、L、d值,代入电阻率计算公式=中,计算出金属丝的电阻率。注意事项1.本实验中被测金属丝的电阻值较小,为了减小实验的系统误差,必须采用电流表外接法。2.测量被测金属丝的有效长度,是指测量待测金属丝接入电路的两个端点之间的长度。3.在用伏安法测电阻时,通过待测金属丝的电流I应从小到大变化且不宜过大(电流表用00.6A量程),通电时间不宜过长,以免金属丝的温度过高,造成其电阻率在实验过程中增大。4.求R的平均值可用两种
29、方法:第一种是算出各次的测量值,再取平均值,第二种是用U-I图像(图线)的斜率来求出。误差分析误差来源1.直径的测量。2.长度的测量。3.测量电路中电流表及电压表对电阻测量的影响。4.通电电流的大小不同,通电时间的长短不同,致使金属丝发热而温度不同,电阻率随之变化。由于本实验采用电流表外接法,所以R测R真,由=,可知测真。二、描绘小灯泡的伏安特性曲线二、描绘小灯泡的伏安特性曲线实验原理在纯电阻电路中,电阻两端的电压与通过电阻的电流是线性关系,但在实际电路中,由于各种因素的影响,I-U图像不再是一条直线。读出若干组通过小灯泡的电流I和其两端的电压U的值,然后在坐标纸上以I为纵轴,以U为横轴画出I
30、-U曲线。实验步骤1.适当选择电流表、电压表的量程,采用电流表外接法,按图中所示的电路原理图连接好实验电路。2.改变滑动变阻器滑片的位置,读出几组相应的电流表和电压表的示数I和U的值,记入记录表格内,断开开关S。3.在坐标纸上建立一个直角坐标系,纵轴表示电流I,横轴表示电压U,将所测数据在坐标纸上描点,用平滑曲线将各数据点连接起来,便得到伏安特性曲线。注意事项1.因本实验要作出I-U图线,要求测出几组包括零在内的电流、电压值,所以变阻器要采用分压接法。2.本实验中,因被测小灯泡电阻较小,所以实验电路必须采用电流表外接法。3.开关闭合前滑动变阻器滑片移到分压为零的一端。三、测定电源的电动势和内阻
31、三、测定电源的电动势和内阻实验原理如图所示,改变R的阻值,从电压表和电流表中读出几组U、I值,利用闭合电路欧姆定律U=E-Ir求出几组E、r值,最后分别算出它们的平均值。用作图法来处理数据:即在坐标纸上以I为横坐标、U为纵坐标,用测出的几组I、U值画出U-I图像。如图所示,所得直线跟纵轴的交点即电动势的值,图线斜率的绝对值即内阻r的值。实验步骤1.电流表用0.6A量程,电压表用3V量程,按实验电路图连接好电路。2.把滑动变阻器的滑片移到使阻值最大的一端。3.闭合开关,调节滑动变阻器,使电流表有明显示数,记录一组数据(I、U),用同样方法测量几组I、U值,记录在自己设计的表格中。4.断开开关,整
32、理好器材。5.处理数据,用公式法和作图法两种方法求出电动势和内阻的值。注意事项1.为了使电池的路端电压变化明显,电池的内阻宜大些(选用已使用过一段时间的干电池)。2.画出U-I图像,要使较多的点落在这条直线上,不在直线上的点均匀分布在直线的两侧,个别偏离直线太远的点可舍去不考虑。这样,就可减小偶然误差,提高精确度。3.计算内阻时,要在直线上任取两个相距较远的点,用r=计算出电源的内阻r。误差分析测量电路存在系统误差,未考虑电压表的分流,使得电流的测量值小于真实值,则电动势的测量值小于真实值,内阻的测量值小于真实值。四、练习使用多用电表四、练习使用多用电表实验原理1.测电阻的依据是闭合电路欧姆定
33、律;测电流和电压的依据是串联和并联的特点及部分电路欧姆定律。2.二极管的特性是单向导电性,当二极管加上一定的反向电压时,它的电阻值变得很大,就像断开的开关一样。实验步骤1.多用电表的使用(1)观察多用电表,认识多用电表的表盘、选择开关及其量程。(2)测量前,检查表头的机械零点,正常情况下表针应停在左端零刻线上,否则要用小螺丝刀轻轻转动表盘下边中间部位的调零螺丝,使表针指零。(3)测量时,把选择开关旋到相应的测量项目上。使用电压挡时,应使多用电表同用电器并联。测量直流电压时,还要让红表笔接在用电器电势较高的一端。使用电流挡时,要使多用电表与用电器串联,且要让电流从红表笔流入,从黑表笔流出。2.用
34、多用电表探测黑箱内的元件用多用电表探测黑箱内的元件(1)了解二极管的导电特性。(2)将多用电表的选择开关置于直流电压挡,将两表笔分别与黑箱上的任意两接线点连接,判断黑箱内有无电源。(3)将多用电表的选择开关置于欧姆挡,将两表笔分别与黑箱上的任意两接线点连接,读出表的示数。将表笔反接后,根据表的示数是否变化来判断黑箱中是否有二极管。注意事项1.使用多用电表前,应观察指针是否指在左端的零刻线上,若有偏差,应用螺丝刀调节多用电表中间的调零螺丝,使多用电表的指针指在左端的零刻线处。2.测电阻时,待测电阻要跟别的元件和电源断开,不能用手接触表笔的金属杆。3.合理选择欧姆挡的量程,使指针尽量指在表盘中央位
35、置附近。4.换用欧姆挡的另一倍率时,一定要重新进行欧姆调零,才能进行测量。5.欧姆挡读数时,应将表针所指示数乘选择开关所指的倍率。6.测量完毕时,要把表笔从测试孔中拔出,选择开关应置于交流电压最高挡或OFF挡,若长期不用时,还应把电池取出。考向突破考向突破考向一基本器材的使用考向一基本器材的使用1.游标卡尺和螺旋测微器的读数方法游标卡尺和螺旋测微器的读数方法(1)游标卡尺的读数(2)螺旋测微器的读数测量值=固定刻度整毫米数+半毫米数+可动刻度读数(含估读)0.01mm。说明:若半毫米刻线未露出,则不加半毫米数。2.电流表和电压表的使用方法和读数规则电流表和电压表的使用方法和读数规则电流表和电压
36、表是分别用来测量电流和电压的仪器。电流表常用的有0.6A和3A两种量程,而电压表常用的有3V和15V两种量程。使用方法和注意事项如下:(1)选择适当的量程。根据被测电流或电压值的大小选择量程,使指针偏转超过满偏的2/3,至少也要超过1/3。如果量程选择太大,指针偏转太小,会造成较大的测量误差。(2)正确接入电路。电流表应串联在被测电路中,电压表应并联在被测电路中,两种表都应使电流从“+”接线柱流入,从“-”接线柱流出。(3)正确读数。读数时应使视线垂直于刻度盘面。学生实验用电表的3V和3A量程要估读到分度值的1/10,15V量程估读到分度值的1/5,0.6A量程估读到分度值的1/2。电表读数时
37、,务必看清每大格及每小格所表示的数值。(4)注意内阻影响,电流表和电压表接入电路后一方面作为仪器使用,一方面又是接入被测电路中的一个电阻。实验中没有特别要求时,一般不考虑它们的内阻对电路的影响,但在有些测量中,不能忽视,如伏安法测电阻等。3.滑动变阻器的两种连接方法滑动变阻器的两种连接方法例例4某实验小组在“测定金属电阻率”的实验过程中,正确操作获得金属丝的直径以及电流表、电压表的读数如图所示,则它们的读数依次是mm、A、V。解析解析螺旋测微器的固定刻度读数为0.5mm,可动刻度读数为49.90.01mm=0.499mm,金属丝直径为0.5mm+0.499mm=0.999mm。电流表读数为0.
38、42A,电压表读数为2.23V。答案答案0.9981.0000.422.222.24例例5图为“测绘小灯泡伏安特性曲线”实验的实物电路图,已知小灯泡额定电压为2.5V。(1)完成下列实验步骤:闭合开关前,调节滑动变阻器的滑片,;闭合开关后,逐渐移动变阻器的滑片,;断开开关根据实验数据在方格纸上作出小灯泡灯丝的伏安特性曲线。(2)在虚线框中画出与实物电路相对应的电路图。解析解析(1)在分压电路中为了保护灯泡所在支路,开关闭合前,滑动变阻器与灯泡所在支路并联部分的电阻为零,因此滑片应靠近左端。必须测多组数据,并且使小灯泡两端电压达到额定电压,才能测绘小灯泡的伏安特性曲线。(2)见答案图。答案答案(
39、1)使它靠近变阻器左端的接线柱增加小灯泡两端的电压,记录电流表和电压表的多组读数,直至电压达到额定电压(2)如图所示考向二伏安法测量电阻和描绘小灯泡的伏安特性曲线考向二伏安法测量电阻和描绘小灯泡的伏安特性曲线1.电流表的内外接法电流表的内外接法2.伏安法测电阻的电路选择方法伏安法测电阻的电路选择方法(1)阻值比较法:先将待测电阻的估计值与电压表、电流表的内阻进行比较,若Rx较小,宜采用电流表外接法;若Rx较大,宜采用电流表内接法。(2)临界值计算法:Rx时,用电流表内接法。(3)实验试探法:按图接好电路,让电压表接线柱P先后与a、b处接触一下,如果电压表的示数有较大的变化,而电流表的示数变化不
40、大,则可采用电流表外接法;如果电流表示数有较大的变化,而电压表示数变化不大,可采用电流表内接法。3.描绘伏安特性曲线应注意的事项描绘伏安特性曲线应注意的事项(1)电流表外接法:本实验中被测小灯泡灯丝的电阻值较小,因此测量电路必须采用电流表外接法。(2)滑动变阻器应采用分压式连接本实验要作出I-U图线,要求测出一组包括零在内的电流、电压值,故控制电路必须采用分压接法。(3)保护元件安全:为保护元件不被烧毁,开关闭合前变阻器滑片应位于有效阻值为零的一端。加在小灯泡两端的电压不要超过其额定电压。例例6在“测定金属的电阻率”的实验中,金属丝的阻值约为5,某同学先用刻度尺测量金属丝的长度l=50.00c
41、m,用螺旋测微器测量金属丝直径时,刻度位置如图1所示,再用伏安法测出金属丝的电阻,然后根据电阻定律计算出该金属材料的电阻率。图1该电阻丝直径的测量值d=mm;实验中能提供的器材有:A.电压表V1(量程03V,内阻约3k)B.电压表V2(量程015V,内阻约15k)C.电流表A1(量程03A,内阻约0.01)D.电流表A2(量程00.6A,内阻约0.1)E.滑动变阻器R1(020)F.滑动变阻器R2(0500)G.电源E(电动势为3.0V)及开关和导线若干该同学从以上器材中选择合适的器材连接好电路进行测量,则电压表应选择,电流表应选择,滑动变阻器应选择(选填各器材前的字母)。要求在通过金属丝的电
42、流相同情况下,电源消耗功率最小,并能较准确地测出电阻丝的阻值,实验电路应选用图。该同学建立U-I坐标系,如图2所示,图中已标出了与测量数据对应的五个坐标点,还有一次测量的电压表和电流表示数如图3所示,请根据测量数据将坐标点补全,并描绘出U-I图线。由图线数据可计算出金属丝的电阻为(保留两位有效数字)。设被测金属丝电阻为R,则该金属材料电阻率的表达式是(用题目给出的物理量符号表示)。图2图3实验中使用的电流表内阻为RA,电压表内阻为RV,若考虑电流表和电压表内阻的影响,图2U-I图像中图线斜率k与该金属材料的电阻率的关系是k=(用题目给出的物理量符号表示)。解析解析固定刻度读数为0mm,可动刻度
43、读数为23.30.01mm=0.233mm。电源电动势为3V,电路中电流最大值约为I=0.6A,所以选择电压表V1、电流表A2。为了便于调节,滑动变阻器选择R1。由于,所以电流表采用外接法。滑动变阻器采用限流式接法电源消耗功率小;电流表采用外接法能较准确地测出电阻丝的阻值,故实验电路选图丁。由U-I图像斜率求出金属丝电阻,由=R,S=得出=。k=,R=,S=,代入得k=。答案答案0.233(0.2310.235)ADE丁如图所示5.2(5.15.5)=考向三测量电源的电动势和内电阻考向三测量电源的电动势和内电阻1.伏安法伏安法2.一电表一电阻箱法一电表一电阻箱法例例7用图甲所示的电路,测定一节
44、旧干电池的电动势和内阻。除电池、开关和导线外,可供使用的实验器材还有:甲双量程电流表:(量程00.6A,03A);双量程电压表:(量程03V,015V);滑动变阻器:R1(阻值范围020,额定电流2A)R2(阻值范围01000,额定电流1A)为了调节方便,测量精度更高,实验中应选用电流表的量程为A,电压表的量程为V,应选用滑动变阻器(填写滑动变阻器符号)。根据图甲正确连接图乙中的实物电路,注意闭合开关时滑动变阻器的滑片P应处于正确的位置并选择正确的电表量程进行连线。乙通过多次测量并记录对应的电流表示数I和电压表示数U,利用这些数据在图丙中画出了U-I图线。由图线可以得出此干电池的电动势E=V,
45、内阻r=。丙引起该实验的系统误差的主要原因是。A.电压表的分流作用造成电流表读数总是比电源实际输出的电流小B.电压表的分流作用造成电流表读数总是比电源实际输出的电流大C.电流表的分压作用造成电压表读数总是比路端电压小D.电流表的分压作用造成电压表读数总是比路端电压大根据实验测得的I、U数据,若令y=IU,x=I,则由计算机拟合得出的y-x图线应是图丁中的(选填“a”、“b”或“c”),其余两条图线分别是令y=IE和y=I2r得出的。根据前面测量得到的电源电动势和内阻的值,推测图丁中A点的x、y坐标分别为A、W(保留2位有效数字)。丁解析解析1节旧干电池的电动势约1.5V,电压表用03V量程更精
46、确。由图丙可知电流表通过电流的最大值为0.5A左右,选用电流表的00.6A量程更精确。干电池内阻12,选R1能较好地控制电路中电流变化,而R2阻值太大,不方便控制电路。由U=E-rI知U-I图线的纵截距为E,即E=1.45V,斜率的绝对值表示内阻,r=1.3。电源实际输出电流等于通过电压表的电流加上通过电流表的电流,即电流表读数比电源输出电流小,因此选A。y=IU=P外=EI-I2r=Ex-rx2,即y-x图线是开口向下的抛物线,因此选填c。若y=IE,则y=Ex,即a图线。b是y=I2r图线,即y=I2r=rx2,为开口向上的抛物线的一半。a、b图线交点满足EI=I2r,I=x=A=1.1A
47、,y=EI=1.451.1W=1.6W。答案答案00.603R1如图所示1.451.3Ac1.11.6解题关键解题关键由U=E-rI知U为路端电压、I为通过电池内阻r上的电流。进行误差分析时,我们比较U、I的测量值和真实值的差异,进而分析出系统误差产生的原因。图线问题关键是弄清纵坐标表示的物理量随横坐标表示的物理量变化的关系。y=IU表示电源的输出功率;y=IE表示电源提供的总功率,y=I2r表示电源由于具有内阻而产生的热功率,而对电源来说,E、r为定值,y=IU可以表示成用E、r、I表示的表达式。A点即图线a、b交点,图线a、b上该点的横、纵坐标分别相同。考点三热学和光学实验考点三热学和光学
48、实验考向基础考向基础一、油膜法估测分子的直径一、油膜法估测分子的直径实验原理实验原理实验采用使油酸在水面形成一层单分子油膜的方法估测分子的大小。油酸分子的直径d=,V是形成油膜的油酸体积,S是油膜的面积。实验步骤1.用稀释的酒精溶液及清水清洗浅盘;2.利用容量瓶配制1500的油酸酒精溶液;3.用注射器将油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中,并记下量筒内溶液体积为VN时滴入的滴数N;4.计算出每滴油酸酒精溶液的体积V0=;5.向浅盘中倒入约2cm深的水,并将痱子粉均匀地撒在水面上;6.用注射器滴一滴油酸酒精溶液在水面上;7.待油酸薄膜的形状稳定后,将玻璃板放在浅盘上,并将油酸薄膜的形状用彩笔画在玻璃
49、板上;8.将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,算出油酸薄膜的面积S;9.根据油酸酒精溶液的配制比例,算出一滴溶液中纯油酸的体积V,并代入公式d=算出油酸薄膜的厚度,即分子的直径。注意事项1.油酸酒精溶液配制后不要长时间放置。2.滴油酸酒精溶液时,注射器的针头高出水面的高度应在1cm之内。3.油酸在水面扩散后又收缩,要在稳定后再画轮廓。二、插针法测定玻璃砖折射率二、插针法测定玻璃砖折射率实验原理如图所示,当光线AO以一定入射角穿过两面平行的玻璃砖时,通过插针法找出跟入射光线AO对应的出射光线OB,从而求出折射光线OO和折射角r,再根据n=sini/sinr算出玻璃的折射率。实验步骤1.把白纸
50、铺在木板上。2.在白纸上画一直线aa作为界面,过aa上的一点O画出界面的法线NN,并画一条线段AO作为入射光线。3.把长方形玻璃砖放在白纸上,并使其长边与aa重合,再用直尺画出玻璃砖的另一边bb。4.在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2。5.从玻璃砖bb一侧透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像,调整视线的方向直到P1的像被P2的像挡住。再在bb一侧插上两枚大头针P3、P4,使P3能挡住P1、P2的像,P4能挡住P1、P2的像及P3本身。6.移去玻璃砖,在拔掉P1、P2、P3、P4的同时分别记下它们的位置,过P3、P4作直线OB交bb于O。连接O、O,OO就是玻璃砖内折射光线的方向。AON为