三维创新设计高考物理二轮复习讲义广东专版第一部分专题实验基础

三维创新设计高考物理二轮复习讲义广东专版第一部分专题实验基础一、有效数字(1)指带有一位不可靠数字的近似数据。有效数字的最后一位是测量者估读出来的，是不可靠的，也是误差所在位。(2)从数字左边第一个不为零的数字算起，如0.0125为三位有效数字。二、基本仪器的使用1．长度测量类仪器(1)游标卡尺的读数游标尺(mm)精度(mm)测量结果(游标尺上第n条刻度线与主尺上的某刻度线对齐时)(mm)刻度格数刻度总长度每小格与1毫米差1090.10.1主尺上读的毫米数＋0.1n20190.050.05主尺上读的毫米数＋0.05n50490.020.02主尺上读的毫米数＋0.02n(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。(3)关于估读问题：游标卡尺不需要估读；螺旋测微器需要估读，精确度是0.01mm，读数时要估读到0.001mm。2．时间测量类仪器(1)机械秒表。①原理：机械秒表的长针是秒针，转一周是30s。因为机械表采用的是齿轮传动，指针不可能停留在两小格之间，所以不能估读出比0.1s更短的时间。位于秒表上部中间的小圆圈里面的短针是分针，表针走一圈为15min，每小格为0.5min。②秒表的读数方法是：t＝短针读数(t1)＋长针读数(t2)。③特别注意：分针所指位置是否已越过半分钟刻度线，且秒针读数无需估读。(2)打点计时器。工作电源电压打点间隔电磁打点计时器交流50Hz4V～6V0.02s电火花打点计时器交流50Hz220V0.02s(3)频闪照相机：其作用和处理方法与打点计时器类似，它是用等时间间隔获取图像信息的方法将物体在不同时刻的位置记录下来，使用时要明确频闪的时间间隔。3．电学测量类仪器(1)电流表、电压表、欧姆表的比较。(2)多用电表使用的几个注意事项：①电流的流向：由于使用多用电表时不管测量项目是什么，电流都要从电表的“＋”插孔(红表笔)流入，从“－”插孔(黑表笔)流出，所以使用欧姆挡时，多用电表内部电池的正极接的是黑表笔，负极接的是红表笔。②要区分开“机械零点”与“欧姆零点”：“机械零点”在表盘刻度左侧“0”位置。调整的是表盘下边中间的定位螺旋；“欧姆零点”在表盘刻度的右侧电阻刻度“0”位置，调整的是欧姆挡的调零旋钮。4．电路调节类仪器滑动变阻器是一个可以连续改变阻值的可变电阻，常用于调节电路中的电流大小及两点间的电压；电阻箱不能连续改变阻值，但可读取阻值，在用半偏法、替代法测电阻时有所体现。(1)滑动变阻器调节电路的两种方式如下表所示。方式内容限流接法分压接法对比说明电路图串、并联关系不同(2)滑动变阻器连接方式的选择。优先选用限流式；以下情况考虑分压式：①要求待测电阻两端的U、I从0变化；②R滑≪Rx；③实验提供的电压表或电流表量程小或电阻元件允许流过的电流较小，用限流接法无论如何调节都不能满足要求。5．电学实验器材的选取(1)具体要求：①根据不使电表受损和尽量减小误差的原则选择电表。首先保证流过电流表的电流和加在电压表上的电压均不超过量程，然后合理选择量程，务必使指针有较大偏转(一般取满偏的1/3～2/3左右)，以减少测量和读数的误差。②根据电路中可能出现的电流或电压范围需选择滑动变阻器，注意流过滑动变阻器的电流不能超过它的额定值。对大阻值的变阻器，如果是滑动头稍有移动，电流、电压就会有很大的变化，不宜采用。③应根据实验的基本要求来选择仪器，对于这种情况，只有熟悉实验原理，才能作出恰当的选择。(2)选取步骤：①找出唯一且必须的器材；②画出电路图(暂不把电表接入)；③估算最大值(在限流电路中把滑动变阻器触头推向最小值)；或估算最小值(在限流电路中把滑动变阻器触头推向最大值)；④考虑能否使电压表、电流表都达到满偏的1/3以上。三、电流表内、外接法的比较与选择1．两种接法的比较比较项目电流表内接法电流表外接法电路误差原因由于电流表内阻的分压作用，电压表测量值偏大由于电压表内阻的分流作用，电流表测量值偏大2．选择电流表内、外接的方法内接法外接法计算法

试触法若不知Rx的大概阻值，可采用“试触法”，将电路如图所示连接，空出电压表的一个接头S，然后将S分别与a、b接触一下若电流表“相对变化”明显，说明电压表分流作用较大，应采用电流表内接法若电压表“相对变化”明确，说明电流表分压作用较大，应采用电流表外接法四、实验方法1．等效法这是物理学中一个重要和常用的思维方法，当某一个物理量不能或不易直接测量时，如果可以用另一个物理量代替它而又不影响问题的实质时，我们就可以接受这种方案，这种方法叫等效法。如验证平行四边形定则时把结点拉至同一点O处。2．控制变量法在三个以上因素可以变化的实验中，为了找出它们之间的关系，排除干扰，可以先保持一些量不变，而观察其中一个量的变化对另一个物理量的影响，这种方法叫控制变量法。比如：在“验证牛顿第二定律”的实验中，先控制质量不变，研究加速度与力之间的关系，然后控制力不变，研究加速度和质量之间的关系，最后得到三者关系的结论。3．留迹法把瞬息即逝的现象(位置、轨迹、图像)记录下来，以便从容地测量、比较、研究的方法。例如：在“测定匀变速直线运动的加速度”、“验证牛顿运动定律”、“验证机械能守恒定律”等实验中，就是通过纸带上打出的点记录下小车(或重物)在不同时刻的位置(位移)及所对应的时刻，从而计算小车在各个位置或时刻的速度并求出加速度；又如利用闪光照相记录自由落体运动的轨迹等，都采用了留迹法。4．累积法(放大法)把某些难以直接准确测量的微小量累积后测量，提高测量精度。累积法是物理中的一种重要思想方法，它能把不可能的测量变成可能，同时提高测量精度。例如：测一张纸的厚度时，我们可以测出n张纸的厚度，然后再算出一张纸的厚度；在处理纸带问题时，通常每隔几个点取一个计数点，从而减小测量误差等。五、实验数据的处理1．处理方法(1)平均值法。用测定的若干组数据计算后取其平均值。平均值法可以较好地减小偶然误差。求取平均值时应该按原来测量仪器的准确度决定保留的位数，并注意在什么情况下取平均。例如：在测定玻璃折射率的实验中，应分别求出各组数据算出的折射率后再求平均，而不是各组数据取平均再求折射率。(2)列表法。列表法是记录和处理实验数据的基本方法。将实验数据列成适当的表格，可以清楚地反映出有关物理量之间的一一对应关系，既有助于及时发现和检查实验中存在的问题，判断测量结果的合理性，又有助于分析实验结果，找出有关物理量之间的规律。列表时表格要直观地反映相关物理量之间的关系，一般把自变量写在前边，因变量紧接着写在后边，便于分析。另外，表格中所列数据要正确反映测量值的有效数字。(3)作图法。利用实验数据，将实验中物理量之间的函数关系用几何图线表示出来，这种方法称为作图法。作图法不仅能简明、直观、形象地显示各物理量之间的关系，而且有助于我们研究物理量之间的变化规律，找出定量的函数关系或得到所求的参量。同时，所作的图线对测量数据起到取平均值的作用，从而减小随机误差的影响。此外，还可以作出仪器的校正曲线，帮助发现实验中的某些测量错误等。(4)逐差法。逐差法是物理实验中处理数据常用的一种方法。凡是自变量做等量变化，而引起应变量也做等量变化时，便可采用逐差法求出应变量的平均变化值。逐差法计算简便，特别是在检查数据时，可随测随检，及时发现差错和数据规律，更重要的是可充分地利用已测到的所有数据，并具有对数据取平均值的效果。还可绕过一些具有定值的未知量，而求出所需要的实验结果，可减小系统误差和扩大测量范围。2．误差误差产生原因大小特点减小方法系统误差实验仪器不精密实验原理不完善实验方法粗糙总是偏大或偏小更新仪器完善实验原理偶然误差测量、读数不准确忽大忽小画图像或取平均值某同学用游标卡尺和螺旋测微器分别测量一薄金属圆片的直径和厚度，读出图9－1－1中的示数，该金属圆片的直径的测量值为________cm，厚度的测量值为_____mm。图9－1－1[自主尝试]根据游标卡尺的读数公式知，该读数为：12mm＋8×0.05mm＝12.40mm＝1.240cm，根据螺旋测微器的读数公式知，该读数为：1．5mm＋18.2×0.01mm＝1.682mm。[答案]

1.240

1.682(2011·天津高考)某同学测量阻值约为

25kΩ的电阻Rx，现备有下列器材：A．电流表(量程

100μA，内阻约

2kΩ)；B．电流表(量程

500μA，内阻约

300Ω)；C．电压表(量程

15V，内阻约

100kΩ)；D．电压表(量程

50V，内阻约

500kΩ)；E．直流电源(20V，允许最大电流

1A)；F．滑动变阻器(最大阻值

1kΩ，额定功率

1W)；G．电键和导线若干。电流表应选________，电压表应选________。(填字母代号)该同学正确选择仪器后连接了以下电路，为保证实验顺利进行，并使测量误差尽量减小，实验前请你检查该电路，指出电路在接线上存在的问题：图9－1－2(1)_____________________________________________；(2)____________________________________________。[答案]

B

C

(1)电流表应采用内接的方法(2)滑动变阻器应采用分压式接法为了测量电流表A1的内阻，某同学采用如图9－1－3所示的实验电路。其中：图9－1－3A1是待测电流表，量程为300μA，内阻约为100Ω；A2是标准电流表，量程是200μA；R1是电阻箱，阻值范围是0～999.9Ω；R2是滑动变阻器；R3是保护电阻；E是电池组，电动势为4V，内阻不计；S1是单刀单掷开关，S2是单刀双掷开关。(1)①实验中滑动变阻器采用_____接法(填“分压”或“限流”)；②根据电路的实物图，请画出实验电路图。(2)请将该同学的操作补充完整：①连接好电路，将滑动变阻器R2的滑片移到最________(填“左端”或“右端”)；将开关S2扳到接点a处，接通开关S1；调整滑动变阻器R2，使电流表A2的读数是150μA；②将开关S2扳到接点b处，________，使电流表A2的读数仍是150μA；③若此时电阻箱各旋钮的位置如图9－1－4所示，则待测电流表A1的内阻Rg＝________Ω。图9－1－4(3)上述实验中，无论怎样调整滑动变阻器R2的滑片位置，都要保证两只电流表的安全。在下面提供的四个电阻中，保护电阻R3应选用________。(填写阻值前相应的字母)A．200kΩ

B．20kΩC．15kΩ D．150kΩ[自主尝试]

(1)①由实验电路可以看出，滑动变阻器为限流接法。②电路图如图所示。(2)在闭合开关之前应将滑动变阻器的滑片放在电路最安全处，即最左端；先将开关S2扳到接点a处，接通开关S1，调整滑动变阻器R2，使电流表A2的读数是150μA，然后将开关S2扳到接点b处，保持R2不变，调节电阻箱R1，使电流表A2的读数仍是150μA，在电阻箱上读出阻值，即为待测电流表A1的内阻。(3)要保证电表安全，电流表不能超过量程，且通过的电流不能