高中物理校本课程

高中物理辅导讲义—实验部分PAGE汉寿县第一中学—物理教研组田友华PAGE3知识结构与主要实验方法一、知识结构二、几种重要的实验方法下面几种实验方法是我们中学阶段物理实验中用过的，从方法的角度整理、复习一下，有助于我们提高认识水平和能力。1、累积法：在“用单摆测重力加速度”测周期时我们用的是累积法，即我们不直接测一个周期的时间，而是测30～50个周期的总时间，再除以周期数即得周期T的值．用累积法的好处是：①相当于进行多次测量而后取平均值，这样可以减少偶然误差；②增加有效数字的位数．以测单摆的周期为例，我们实验时单摆的摆长大约是1m或不到1m，用停表（最小分度值是0.1s）直接测1个周期的值，只能读出两位有效数字（机械停表的指针是跳跃式前进的，因此不能估读），如1.8s、2.0s等，而测30个周期总时间，则可读出至少3位有效数字。用累积法的实验还有很多，如测一张纸的厚度、用刻度尺测金属丝的直径…2、替代法：在“互成角度两个共点力的合成”的实验中我们就用到了替代法，第一次我们用两个弹簧秤成角度地拉橡皮筋，把结点拉到某一位置，再换成一个弹簧秤，同样拉这个橡皮筋，也把结点拉到同样位置，这说明后一个弹簧秤的拉力与前面两个弹簧秤的拉力效果相等因此右以互相替代．对于“等效”这个问题，应正确理解：所谓效果相等，是对某一方面说的，并不是在所有方面都等效，仍以合力与分力来说，它们只是在改变物体的运动状态上等效，而在其他方面，例如在产生形变上，二者并不等效。用替代法的例子还有很多，如用天平称物物体的质量，电阻测量等都可以用替代法，我们古代三国时期曹冲称象的故事就是替代法的典型实例。3、测量量的转换：例如在“碰撞中的动量守恒”的实验中，把测物体的速度转换为测物体平抛运动的水平位移，即把测速度转换为测长度。又如在“测定玻璃的折射率”的实验中，本应测量入射角和折射角，再根据折射率n=sini/sinr求出折射率，但角度不容易测准确（一般所用的量角器的最小分度是1°，并且测角度时顶点很难对得特别准确），而通过做辅助线的方法可以把测角度转换为测线段的长度，从而增加了有效数字的位数，即提高了测量的准确度。4、比较法：用天平称物体的质量，就是把物体与砝码进行比较，砝码的质量是标准的，把被测量与标准的量进行比较，就是比较法．天平是等臂杠杆，因此用天平测物体质量时，不用再进行计算，而是直接读出砝码的质量，它就等于物体的质量。一般情况下，被测物跟标准量并不相等，而是要根据某种关系进行计算，最常用的是二者间满足一定的比例关系，通过一定的比例计算即可得出结果，因此常常称为比例法。用比例法测电阻是常见的，当两个电阻串联时，通过的电流相等，因此两电阻两端的电压跟它们的电阻成正比，如果其中的一个电阻是标准电阻，另一个电阻的阻值就可测出．同样，两电阻并联时，由于两端电压相等，通过两支路的电流跟电阻成反比，只要一个是标准电阻，另一个电阻的阻可测出。第二讲误差和有效数字及基本仪器读数一、误差和有效数字1、误差测量值与真实值的差异叫做误差。误差可分为系统误差和偶然误差两种。⑴系统误差的特点是在多次重复同一实验时，误差总是同样地偏大或偏小。⑵偶然误差总是有时偏大，有时偏小，并且偏大和偏小的机会相同。减小偶然误差的方法，可以多进行几次测量，求出几次测量的数值的平均值。这个平均值比某一次测得的数值更接近于真实值。2.有效数字带有一位不可靠数字的近似数字，叫做有效数字。⑴有效数字是指近似数字而言。⑵只能带有一位不可靠数字，不是位数越多越好。凡是用测量仪器直接测量的结果，读数一般要求在读出仪器最小刻度所在位的数值（可靠数字）后，再向下估读一位（不可靠数字），这里不受有效数字位数的限制。间接测量的有效数字运算不作要求，运算结果一般可用2~3位有效数字表示。二、基本测量仪器及读数高考要求会正确使用的仪器主要有：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、多用电表、滑动变阻器、电阻箱等等。0120123V05101503103123343563783941104312144516471849205122532426555728590126789101134512131401012345678910⑴读出上左图中被测物体的长度。6.50cm。⑵上右图用3V量程时电压表读数为多少？1.14V。用15V量程时电压表度数又为多少？5.7V。⑶右图中秒表的示数是多少分多少秒？3分48.75秒2.游标卡尺⑴10分度的游标卡尺。游标上相邻两个刻度间的距离为0.9mm，比主尺上相邻两个刻度间距离小0.1mm。读数时先从主尺上读出厘米数和毫米数，然后用游标读出0.1毫米位的数值：游标的第几条刻线跟主尺上某一条刻线对齐，0.1毫米位就读几（不能读某）。其读数准确到0.1mm。⑵20分度的游标卡尺。游标上相邻两个刻度间的距离为0.95mm，比主尺上相邻两个刻度间距离小0.05mm。读数时先从主尺上读出厘米数和毫米数，然后用游标读出毫米以下的数值：游标的第几条刻线跟主尺上某一条刻线对齐，毫米以下的读数就是几乘0.05毫米。其读数准确到0.05mm。⑶50分度的游标卡尺。游标上相邻两个刻度间的距离为0.98mm，比主尺上相邻两个刻度间距离小0.02mm。这种卡尺的刻度是特殊的，游标上的刻度值，就是毫米以下的读数。这种卡尺的读数可以准确到0.02mm。如右图中被测圆柱体的直径为2.250cm。要注意：游标卡尺都是根据刻线对齐来读数的，所以都不再往下一位估读。0012345678900123456789103.螺旋测微器线圈固定刻度上的最小刻度为0.5mm（在中线的上侧）；可动刻度每旋转一圈前进（或后退）0.5mm。在可动刻度的一周上平均刻有50条刻线，所以相邻两条刻线间代表0.01mm。读数时，从固定刻度上读取整、半毫米数，然后从可动刻度上读取剩余部分（因为是10分度，所以在最小刻度后应再估读一位），再把两部分读数相加，得测量值。右图中的读数应该是6.702mm。线圈5502025154.打点计时器振针振片永久磁铁限位孔振针振片永久磁铁限位孔5.天平010020030040050001002003004005006007008009001000mg6.多用电表使用多用电表时首先应该根据被测物理量将选择开关旋到相应的位置。使用前应先进行机械调零，用小螺丝刀轻旋调零螺丝，使指针指左端零刻线。使用欧姆挡时，还应进行欧姆调零，即将红、黑表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使指针指右端零刻线处。欧姆挡的使用：⑴选挡。一般比被测电阻的估计值低一个数量级，如估计值为200Ω就应该选×10的倍率。⑵调零。⑶将红黑表笔接被测电阻两端进行测量。⑷将指针示数乘以倍率，得测量值。⑸将选择开关扳到OFF或交流电压最高挡。用欧姆挡测电阻，如果指针偏转角度太小，应增大倍率；如果指针偏转角度太大，应减小倍率。7.电阻箱右图中的电阻箱有6个旋钮，每个旋钮上方都标有倍率，将每个旋钮上指针所指的数值（都为整数）乘以各自的倍率，从最高位依次往下读，即可得到这时电阻箱的实际阻值。图中最左边的两个黑点是接线柱。若指针所示如图，则阻值为84580.2Ω。××0.1×10×1×1K×10K×100176543289017654328901765432890176543289017654328901765432890第三讲重点的学生实验一.研究匀变速直线运动右图为打点计时器打下的纸带。选点迹清楚的一条，舍掉开始比较密集的点迹，从便于测量的地方取一个开始点O，然后每5个点取一个计数点A、B、C、D…。测出相邻计数点间的距离s1、s2、s3…利用打下的纸带可以：1、求任一计数点对应的即时速度v：如(其中T=5×0.02s=0.1s）2、利用“逐差法”求a：3、利用上图中任意相邻的两段位移求a：如t/s0T2T3T4T5T6Tv/(ms-1)4、利用v-t图象求a：求出A、B、Ct/s0T2T3T4T5T6Tv/(ms-1)BBCDs1s2s3A二、探究弹力和弹簧伸长的关系（胡克定律）利用右图装置，改变钩码个数，测出弹簧总长度和所受拉力（钩码总重量）的多组对应值，填入表中。算出对应的弹簧的伸长量。在坐标系中描点，根据点的分布作出弹力F随伸长量x而变的图象，从而发确定F-x间的函数关系。解释函数表达式中常数的物理意义及其单位。该实验要注意区分弹簧总长度和弹簧伸长量。对探索性实验，要根据描出的点的走向，尝试判定函数关系。（这一点和验证性实验不同。）三、互成角度度两个力的合成该实验是要用互成角度的两个力和另一个力产生相同的效果，看其用平行四边形定则求出的合力与这一个力是否在实验误差允许范围内相等，如果在实验误差允许范围内相等，就验证了力的合成的平行四边形定则。四、研究平抛物体的运动（用描迹法）该实验的实验原理：平抛运动可以看成是两个分运动的合成：一个是水平方向的匀速直线运动，其速度等于平抛物体的初速度；另一个是竖直方向的自由落体运动。利用有孔的卡片确定做平抛运动的小球运动时的若干不同位置，然后描出运动轨迹，测出曲线任一点的坐标x和y，利用、就可求出小球的水平分速度，即平抛物体的初速度。该试验的注意事项有：1、斜槽末端的切线必须水平。2、用重锤线检验坐标纸上的竖直线是否竖直。3、以斜槽末端所在的点为坐标原点。4、如果是用白纸，则应以斜槽末端所在的点为坐标原点，在斜槽末端悬挂重锤线，先以重锤线方向确定y轴方向，再用直角三角板画出水平线作为x轴，建立直角坐标系。5、每次小球应从斜槽上的同一位置由静止开始下滑。五、验证动量守恒定律由于v1、v1/、v2/均为水平方向，且它们的竖直下落高度都相等，所以它们飞行时间相等，若以该时间为时间单位，那么小球的水平射程的数值就等于它们的水平速度。在右图中分别用OP、OM和O/N表示。因此只需验证：m1OP=m1OM+m2(O/N-2r）即可。注意事项：1、必须以质量较大的小球作为入射小球（保证碰撞后两小球都向前运动）。2、小球落地点的平均位置要用圆规来确定：用尽可能小的圆把所有落点都圈在里面，圆心就是落点的平均位置。3、所用的仪器有：天平、刻度尺、游标卡尺（测小球直径）、碰撞实验器、复写纸、白纸、重锤、两个直径相同质量不同的小球、圆规。4、若被碰小球放在斜槽末端，而不用支柱，那么两小球将不再同时落地，但两个小球都将从斜槽末端开始做平抛运动，于是验证式就变为：m1OP=m1OM+m2ON，两个小球的直径也不需测量了。六、验证机械能守恒定律验证自由下落过程中机械能守恒，图示纸带的左端是用夹子夹重物的一端。1、要多做几次实验，选点迹清楚，且第一、二两点间距离接近2mm的纸带进行测量。00123452、用刻度尺量出从0点到1、2、3、4、5各点的距离h1、h2、h3、h4、h5，利用“匀变速直线运动中间时刻的即时速度等于该段位移内的平均速度”，算出2、3、4各点对应的即时速度v2、v3、v4，验证与2、3、4各点对应的重力势能减少量mgh和动能增加量是否相等。3、由于摩擦和空气阻力的影响，本实验的系统误差总是使4、本实验不需要在打下的点中取计数点。也不需要测重物的质量。七、用单摆测定重力加速度摆长的测量：让单摆自由下垂，用米尺量出摆线长L/（读到0.1mm），用游标卡尺量出摆球直径（读到0.1mm）算出半径r，则摆长L=L/+r开始摆动时需注意：摆角要小于5°（保证做简谐运动）；不要使摆动成为圆锥摆。必须从摆球通过最低点时开始计时，测出单摆做50次全振动所用时间，算出周期的平均值T。改变摆长重做几次实验，计算每次实验得到的重力加速度，再求这些重力加速度的平均值。八、用描迹法画出电场中平面上等势线实验所用的电流表是零刻度在中央的电流表，在实验前应先测定电流方向与指针偏转方向的关系：将电流表、电池、电阻、导线按图1或图2连接，其中R是阻值大的电阻，r是阻值小的电阻，用导线的a端试触电流表另一端，就可判定电流方向和指针偏转方向的关系。该实验是用恒定电流的电流场模拟静电场。与电池正极相连的A电极相当于正点电荷，与电池负极相连的B相当于负点电荷。白纸应放在最下面，导电纸应放在最上面（涂有导电物质的一面必须向上），复写纸则放在中间。GGGRraa图1图2九、测定玻璃折射率实验原理：如图所示，入射光线AO由空气射入玻璃砖，经OO1后由O1B方向射出。作出法线NN1，则折射率n=Sinα/Sinγ注意事项：手拿玻璃砖时，不准触摸光洁的光学面，只能接触毛面或棱，严禁把玻璃砖当尺画玻璃砖的界面；实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变；大头针应垂直地插在白纸上，且玻璃砖每一侧的两个大头针距离应大一些，以减小确定光路方向造成的误差；入射角应适当大一些，以减少测量角度的误差。十、伏安法测电阻伏安法测电阻有a、b两种接法，a叫(安培计)外接法，b叫（安培计）内接法。外接法的系统误差是由电压表的分流引起的，测量值总小于真实值，小电阻应采用外接法；内接法的系统误差是由电流表的分压引起的，测量值总大于真实值，大电阻应采用内接法。如果无法估计被测电阻的阻值大小，可以利用试触法：如图将电压表的左端接a点，而将右端第一次接b点，第二次接c点，观察电流表和电压表的变化，若电流表读数变化大，说明被测电阻是大电阻，应该用内接法测量；若电压表读数变化大，说明被测电阻是小电阻，应该用外接法测量。（这里所说的变化大，是指相对变化，即ΔI/I和ΔU/U）。VVAVAab1、滑动变阻器的连接abRR滑动变阻器在电路中也有a、b两种常用的接法：a叫限流接法，b叫分压接法。分压接法被测电阻上电压的调节范围大。当要求电压从零开始调节，或要求电压调节范围尽量大时应该用分压接法。用分压接法时，滑动变阻器应该选用阻值小的；abRR2、实物图连线技术VAVAVA对分压电路，应该先把电源、电键和滑动变阻器的全部电阻丝三部分用导线连接起来，然后在滑动变阻器电阻丝两端之中任选一个接头，比较该接头和滑动触头两点的电势高低，根据伏安法部分电表正负接线柱的情况，将伏安法部分接入该两点间。3、描绘小电珠的伏安特性曲线因为小电珠（即小灯泡）的电阻较小（10Ω左右）所以应该选用安培表外接法。U/VI/AO小灯泡的电阻会随着电压的升高，灯丝温度的升高而增大，所以U-I曲线不是直线。为了反映这一变化过程，U/VI/AO由实验数据作出的I-U曲线如右，说明灯丝的电阻随温度升高而增大，也就说明金属电阻率随温度升高而增大。（若用U-I曲线，则曲线的弯曲方向相反。）若选用的是标有“3.8V0.3A”的小灯泡，电流表应选用0-0.6A量程；电压表开始时应选用0-3V量程，当电压调到接近3V时，再改用0-15V量程。十一、把电流表改装为电压表⑴、用图(a)测定电流表内阻rg，方法是：先断开S2，闭合S1，调节R，使电流表满偏；然后闭合S2，调节R/，使电流表达到半满偏。当R比R/大很多时，可以认为rg=R/。（当R比R/大很多时，调节R/基本上不改变电路的总电阻，可认为总电流不变，因此当电流表半满偏时，通过R/的电流也是满偏电流的一半，两个分路的电阻相等）。实际上，S2闭合后，总电阻略有减小，总电流略有增大，当电流表半满偏时，通过R/的电流比通过电流表的电流稍大，即R/比rg稍小，因此此步测量的系统误差，总是使rg的测量值偏小。其中R不必读数，可以用电位器，R/需要读数，所以必须用电阻箱。1、根据rg、Ig和扩大后的量程，计算出需要给电流表串联的电阻R1的值。((b)（a）2、用(b)图把改装的电压表和标准电压表进行校对。校对要每0.5V校对一次，所以电压要从零开始逐渐增大，因此必须选用分压电路。百分误差的计算：如果当改装电压表示数为U时，标准电压表示数为U/，则这时的百分误差为|U-U/|/U/。如果校对时发现改装电压表的示数总是偏大，则应该适当增大R1的阻值(使表头的分压减小一些)，然后再次重新进行校对。十二、测定金属的电阻率被测电阻丝的电阻较小，所以选用电流表外接法；本实验不要求电压调节范围，可选用限流电路。因此选用上面左图的电路。开始时滑动变阻器的滑动触头应该在右端。本实验通过的电流不宜太大，通电时间不能太长，以免电阻丝发热后电阻率发生明显变化。十三、用电流表和电压表测电池的电动势和内电阻根据闭合电路欧姆定律：E=U+Ir，本实验电路中电压表的示数是准确的，电流表的示数比通过电源的实际电流小，所以本实验的系统误差是由电压表的分流引起的。为了减小这个系统误差，电阻R的取值应该小一些，所选用的电压表的内阻应该大一些。为了减小偶然误差，要多做几次实验，多取几组数据，然后利用U-I图象处理实验数据：将点描好后，用直尺画一条直线，使尽量多的点在这条直线上，而且在直线两侧的点数大致相等。这条直线代表的U-I关系的误差是很小的。它在U轴上的截距就是电动势E（对应的I=0），它的斜率的绝对值就是内阻r。（特别要注意：有时纵坐标的起始点不是0，求内阻的一般式应该是r=|ΔU/ΔI|）。为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻宜大些。（选用使用过一段时间的1号电池）UU/VI/Ao0.20.40.63.02.01.0VVARS十四、用多用电表探索黑箱内的电学元件设定黑箱上有三个接点，两个接点间最多只能接一个元件；黑箱内所接的元件不超过两个。测量步骤和判定：1、用直流电压挡测量，A、B、C三点间均无电压；说明箱内无电源。2、用欧姆挡测量，A、C间正、反接阻值不变，说明A、C间有一个电阻。3、用欧姆挡测量，黑表笔接A红表笔接B时测得的阻值较小，反接时测得的阻值较大，说明箱内有一个二极管，可能在AB间，也可能在BC间，如右图中两种可能。4、用欧姆挡测量，黑表笔接C红表笔接B测得阻值比黑表笔A红表笔接B时测得的阻值大，说明二极管在AB间。所以黑箱内的两个元件的接法肯定是右图中的上图。第四讲重要的演示实验一、用油膜法估测分子的大小实验前应预先计算出每滴油酸溶液中纯油酸的实际体积：先了解配好的油酸溶液的浓度，再用量筒和滴管测出每滴溶液的体积，由此算出每滴溶液中纯油酸的体积V。油膜面积的测量：油膜形状稳定后，将玻璃板放在浅盘上，将油膜的形状用彩笔画在玻璃板上；将玻璃板放在坐标纸上，以1cm边长的正方形为单位，用四舍五入的方法数出油膜面积的数值S（以cm2为单位）。由d=V/S算出油膜的厚度，即分子直径的大小。二、加速度和力的关系加速度和质量的关系两个相同的小车并排放在光滑水平桌面上，小车前端系上细线，线的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘里分别放有不同质量的砝码。小车所受的水平拉力F的大小可以认为等于砝码（包括砝码盘）的重力大小。小车后端也系有细线，用一只夹子夹住两根细线，控制两辆小车同时开始运动和结束运动。由于两个小车初速度都是零，运动时间又相同，s=at2∝a，只要测出两小车位移s之比就等于它们的加速度a之比。实验结果是：当小车质量相同时，a∝F，当拉力F相等时，a∝1/m。m1m2F1m1m2F1F2三、卡文迪许实验左下图是卡文迪许扭秤实验的示意图。其中固定在T形架上的小平面镜起着非常大的作用。利用光的反射定律可以把T形架的微小转动放大到能够精确测量的程度。设小平面镜到刻度尺的距离为L，T形架两端固定的两个小球中心相距为l，设放置两个大球m/后，刻度尺上的反射光点向左移动了Δx，那么在万有引力作用下，小球向大球移动了多少？四、描绘单摆的振动图象对同一个单摆，如果两次拉出木板得到的图形分别如a、b所示，说明两次拉木板的速度之比为3∶2。ab对摆长不同的单摆，如果两次拉木板速度相同，说明摆的周期之比为3∶2，摆长之比为9∶ab五、波的叠加在一根水平长绳的两端分别向上抖动一下，就分别右两个凸起状态1和2在绳上相向传播。它们在相遇后，彼此穿过，都保持各自的运动状态继续传播，彼此都没有受到影响。观察一下：在它们相遇过程中，绳上质点的最大位移出现在什么位置？每个点都有可能达到这个位移吗？在同一根绳子上，各种频率的波传播速度都是相同的。六、扩散现象装有无色空气的广口瓶倒扣在装有红棕色二氧化氮气体的广口瓶上，中间用玻璃板隔开。抽去玻璃板，过一段时间可以发现，两种气体混合在一起，上下两瓶气体的颜色变得均匀一致。扩散现象也证明分子在做永不停息的无规则运动。从热力学第一定律分析一下：设环境温度不变。在扩散过程中，瓶中气体将吸热还是放热？这个实验也证明扩散现象有方向性。七、绝热过程，做功改变物体内能用打气筒向容器中打气到一定压强，稳定后读出灵敏温度计的读数。打开卡子，气体迅速冲开胶塞，温度将会明显降低。（ΔU=Q+W，作用时间极短，来不及热交换，是绝热过程，因此Q=0，而W为负，所以ΔU必然为负，即气体内能减小，温度降低）。迅速向下压活塞，玻璃气缸内的硝化棉会燃烧起来(ΔU=Q+W，也是绝热过程，Q=0，W为正，所以ΔU为正，气体内能增大，温度升高，达到硝化棉的燃点，因此被点燃）。这就是柴油机的工作原理。八、平行板电容器的电容静电计是测量电势差的仪器。指针偏转角度越大，金属外壳和上方金属小球间的电势差越大。在本实验中，静电计指针和A板等电势，静电计金属壳和B板等电势，因此指针偏转角越大表示A、B两极板间的电压越高。本实验中，极板带电量不变。三个图依次表示：正对面积减小时电压增大；板间距离增大时电压增大；插入电介质时电压减小。由知，这三种情况下电容分别减小、减小、增大。因此可以确定C和S、d、ε的关系是。思考：如何测量电容器两极板间的电压？九、磁电式电表原理圆柱形铁芯的作用是在磁铁两极和铁芯间生成均匀地辐向分布的磁场。不管线圈转到什么角度，线圈平面都跟磁感线平行，线圈受到的安培力矩的大小只跟电流大小成正比。线圈绕在铝框上，线圈的两端分别和两个螺旋弹簧相接，被测电流由这两个弹簧流入线圈。铝框可以起到电磁阻尼的作用。指针偏转方向与电流方向有关。因此根据指针偏转方向，可以知道被测电流方向。十、研究电磁感应现象首先要查明电流表指针偏转方向和电流方向的关系（方法与画电场中平面上等势线实验相同）。电键闭合和断开时、电键闭合后滑动变阻器的滑动触头移动过程中、电键闭合后线圈A在B中插入、拔出时，都会发现电流表指针发生偏转，说明有电流产生。而电键保持闭合、滑动触头不动、线圈A在B中不动时，电流表指针都不动，说明无电流产生。结论：闭合电路中有感应电流产生的充要条件是穿过闭合电路的磁通量发生变化。十一、单缝衍射1.5mm0.7mm0.4mm0.2mm0.1mm从图中看出：当狭缝宽度在0.5mm以上时，缝越窄亮斑也越窄；当狭缝宽度在0.5mm一下时，缝越窄中央亮条越宽，整个亮斑范围越宽，亮纹间距越大。1.5mm0.7mm0.4mm0.2mm0.1mm十二、小孔衍射和泊松亮斑小孔衍射和泊松亮斑的中心都是亮斑。区别是：泊松亮斑中心亮斑周围的暗斑较宽。十三、伦琴射线管电子被高压加速后高速射向对阴极，从对阴极上激发出X射线。在K、A间是阴极射线即高速电子流，从A射出的是频率极高的电磁波，即X射线。X射线粒子的最高可能的频率可由Ue=h计算。十四、α粒子散射实验全部装置放在真空中。荧光屏可以沿着图中虚线转动，用来统计向不同方向散射的粒子的数目。观察结果是，绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来方向前进，但是有少数α粒子发生了较大的偏转。十五、光电效应实验把一块擦得很亮的锌板连接在灵每验电器上，用弧光灯照锌板，验电器的指针就张开一个角度，表明锌板带了电.进一步检查知道锌板带()电。这表明在弧光灯的照射下，锌板中有一部分()从表面飞了出去锌板中少了()，于是带()电。第五讲设计实验举例例1．略测定玩具手枪子弹射出时的初速度。除玩具手枪外，所给的测量仪器为：⑴只有秒表；⑵只有米尺。v0v0hs(a)(b)解：⑴若只有秒表，可如图(a)，将玩具手枪从地面竖直向上发射子弹，用秒表记下从发射到子弹落会地面所用的时间t，则子弹上升的时间为t/2，故子弹初速度v0=v0v0hs(a)(b)176176543289017654328901765432890176543289017654328901765432890×1×100×10×10000×100000×1000解：与学生实验相比，用电阻箱代替了电流表。由于电压可测，由电压、电阻就可以算出电流。电路图如右。实验方法有两种：17654328901765432176543289017654328901765432890176543289017654328901765432890×1×100×10×10000×100000×1000VV解这个方程组可得E和r：。⑵改变电阻箱阻值，读出电压表对应的示数，多测几组数据，利用U-I图象求电动势和内电阻。这样偶然误差会更小一些。该实验的系统误差是由于电压表的分流引起的。所以选取电阻箱阻值时不宜太大，电压表则应该选用内阻较大的。如果只给出电阻箱和电流表，同样可以测量电源的电动势和内电阻。例3．某同学在研究弹簧振子的周期和振子质量的关系时，利用同一根弹簧，记录了不同振子质量对应的周期值如下表：m(g)5.010.015.020.025.030.0T(s)0.400.570.690.800.890.98他在T-m坐标系中根据此表描点后发现T、m间不是正比关系，而好象是T2∝m关系，请你进一步验证这一猜想是否正确？T２/s2m/g1.00.80.60.40.2o10203040解：可以根据表中的T值计算出相应的T２/s2m/g1.00.80.60.40.2o10203040在给出的表中增加一行对应的T２(s2)值：m(g)5.010.015.020.025.030.0T(s)0.400.570.690.800.890.98T２(s2)0.160.320.480.640.790.96如图作出T2-m图象：得到的6个点可以认为在同一条直线上，因此可以确定T2∝m关系成立。例4．某同学利用一架固定好的自动相机，用同一张底片多次曝光的方法，拍下了一辆小轿车启动后不久做匀加速直线运动的照片。相邻两次曝光的时间间隔为2.0s。已知小轿车的车长为4.5m．他用刻度尺测量照片上的长度关系，结果如图所示。请你估算这辆小轿车的加速度a和小轿车在照片中第2个像所对应的时刻的即时速度大小v。00123456789101112(cm)i/AμA020406080t/si/AμA020406080t/s600500400300200100例5．如图所示，是用高电阻放电法测电容的实验电路图。其原理是测出电容器在充电电压为U时所带的电荷量Q，从而求出其电容C。该实验的操作步骤如下：⑴按电路图接好实验电路；⑵接通电键S，调节电阻箱R的阻值，使微安表的指针接近满刻度．记下这时的电压表读数U0=6.2V和微安表读数I0=490μA；⑶断开电键S并同时开始计时，每隔5s或10s读一次微安表的读数i，将读数记录在预先设计的表格中；⑷根据表格中的12组数据，以t为横坐标，i为纵坐标，在坐标纸上描点（右图中用“×”表示）。根据以上实验结果和图象，可以估算出当电容器两端电压为U0时该电容器所带的电荷量Q0约为_________C，从而算出该电容器的电容约为________F。μμAVSCR解：按照图中的点，用光滑曲线把它们依次连接起来，得到i-t图线，图线和横轴所围的面积就是放电量，即原来电容器的带电量。每小格相当于2.5×10-4C，用四舍五入法数得小方格有32个，所以Q0=8×10-3C。再由C=Q0/U0，得C=1.3×10-3F。砝码质量(g)0306090120150弹簧总长(cm)砝码质量(g)0306090120150弹簧总长(cm)6.007.158.349.4810.6411.79弹力大小(N)F/Nx/10-2m5F/Nx/10-2m56810121.61.20.80.40⑵上一问所得图线的物理意义?该弹簧的劲度k是多大?解：⑴根据实验数据在坐标纸上描出的点，基本上在同一条直线上。可以判定F和L间是一次函数关系。画一条直线，使尽可能多的点落在这条直线上，不在直线上的点均匀地分布在直线两侧。该图线跟横轴交点的横坐标表示弹簧的原长。⑵图线的物理意义是表明弹簧的弹力大小和弹簧伸长量大小成正比。由可得k=25N/m。例7．在上海市青少年校外活动营地“东方绿舟”内有一个绿色能源区，同学们可以在这里做太阳能和风能的研究性实验。某同学为了测定夏季中午单位面积上、单位时间内获得的太阳能，制作了一个太阳能集热装置、实验器材有：（a）内壁涂黑的泡沫塑料箱一个，底面积为1m2；（b）给你盛水塑料袋一个；（c）温度计一个；（d）玻璃板一块（约1m2）。如右图所示。有一块斜坡草地，太阳光垂直照射到草地表面，请将上述实验器材按实验设计要求画在右图中。已知水的比热容c，被水吸收的热量Q与水的质量m、水温升高量△t间的关系是Q＝cm△t，则为了测定中午单位面积上、单位时间内获得的太阳能，除了需要测量m、△t外，还应测量的物理量是。本实验会有一定误差，试写出一条产生误差的主要原因：。解：装置图如右。还应该测量的物理量是温度t。产生误差的主要原因是太阳能没有全部被水吸收。(a)(b)(c)(d)(a)(b)(c)(d)第六讲实验练习题1．按照有效数字规则读出以下各游标尺的测量值.⑴⑵读数为_____________cm.读数为_____________mm.⑶⑷读数为____________m.读数为_____________cm.⑸读数为_____________cm.2．按照有效数字规则读出下列电表的测量值.010123051015V00.20.40.60123A⑴⑵接0~3V量程时读数为________V.接0~3A量程时读数为_______A.接0~15V量程时读数为_______V.接0~0.6A量程时读数为______A.3．多用电表表头的示意图如右。+─⑴+─⑵当指针位置如图中白三角箭头所示,则测量的是______,测量结果为___________.⑶当指针位置如图中黑三角箭头所示,则测量的是______,测量结果为___________.白灰⑷当指针位置如图中黑三角箭头所示,正确操作后发现指针的偏转角很小,那么接下来的操作步骤应该依次为:①_________________,②_________________,③__________________.白灰黑测量结束后应将选择开关拨到__________或者____________.黑⑸无论用多用电表进行何种(直流)测量，电流都应该从______表笔经______插孔流入电表。4．用螺旋测微器测量长度时,可以精确到______m,读数应该读到______mm.读出下列四种情况下的测量结果。⑴⑵⑶⑷⑴_________mm。⑵_________cm。⑶____________m。⑷_________×10-3m。01201234567890012345678910abc⑴图中a、b、c分别叫做________、_________、____________.⑵如图有一个小型气缸,欲测量其所用材料的体积V,需要测量①高度H,②深度h,③外径D,④内径d,应该分别用游标卡尺的哪一部分?(用字母表示)___,___,___.⑶在测量外径时，游标卡尺的尺面应该跟气缸底面垂直还是平行?________.为减小偶然误差,要求测量4四次,那么每测量一次后应将气缸绕中心轴转动______度.①②③①②③④⑤⑥6．右图是千分尺的示意图.⑴图中所标的各部分依次叫做:①__________,②___________,③__________.④___________,⑤_________,⑥__________.7576777576770510⑵在测量时,当②快要接触被测物体时,要停止使用_____,改用_______,目的是既可以__________,又能_________________.⑶千分尺中的精密螺纹的螺距为________mm,其可动刻度部分分为50等分,每一小格表示______mm.7．实验室用水银气压计测量大气压时刻度尺和游标的位置如右图所示.由此可以读出当时的大气压为_________mmHg=________________Pa.8．某同学用天平称量一只小铁球的质量。他将被测物体放在天平左盘内，在右盘内放有16g砝码，将游码移到如图位置时天平恰好平衡。则被测物体的质量为__________g。请在图中画出在调节天平横梁水平时游码应该处在的位置。001002003004005006007008009001000mg10104040001010404000202030305050N012345678910ABCDEF10．在做“研究匀变速直线运动”的实验时，某同学得到一条用打点计时器打下的纸带，并在其上取了A、B012345678910ABCDEF⑴按照有效数字的读数规则读出相邻计数点AB、BC、CD、DE、EF间的距离s1、s2、s3、s4、s5，它们依次为______cm、______cm、______cm、______cm、______cm。⑵由以上数据计算打点计时器在打B、C、D、E各点时,物体的即时速度vB、vC、vD、vE依次是______m/s、______m/s、______m/s、______m/s。⑶根据以上结果,试用两种不同的方法计算该物体的加速度a。⑷根据⑵中得到的数据,试在右边所给的坐标系中，用做v-t图象的方法，从图象中求物体的加速度a.。要标明坐标及其单位，单位大小要取得合适，使作图和读数方便，并尽量充分利用坐标纸).试说明为什么用图象法求加速度的偶然误差比较小?⑸从图象上求纸带上的A、F点所对应的物体的即时速度vA=______m/s，vF=______m/s，并由此计算:当打点计时器打下A点的时刻，物体已经从静止开始做匀加速运动_____s了。⑹如果当时电网中交变电流的频率是f=49Hz，而做实验的同学并不知道，那么由此引起的系统误差将使加速度的测量值比实际值偏_______，理由是：___________________________。11．某同学在公路边等汽车回校上学,他发现路边有一台小四轮拖拉机的发动机下漏机油,他估算了一下,大约每2秒钟滴下一滴机油,这些油在路面上形成一小片油迹.后来这台拖拉机开走了,在路面上留下一系列油点.他走过去观察了一下,发现从那一小片油迹开始,向前2m有一个油点,再向前4m有一个油点,再向前6m又有一个油点.这位同学由此估算出这台拖拉机启动时的加速度约为______m/s2.如果拖拉机匀加速到6m/s后保持匀速运动，那么它启动半分钟后大约开出_________m远。12．橡皮筋的一端固定在A点，另一端栓上两根细绳，每根细绳分别连着一个量程为5N、最小刻度为0.1N的弹簧测力计，沿着两个不同的方向拉弹簧测力计。当橡皮筋的活动端拉到O点时，两根细绳相互垂直，如图所示。这时弹簧测力计的读数可从图中读出。⑴由图可读得两个相互垂直的拉力的大小分别为_____N和_____N。（只须读到0.1N）；⑵在右图的方格纸中按作图法的要求画出这两个力及它们的合力。OABC9.5115.712.4213．在用落体法验证机械能守恒定律时，某同学按照正确的操作选得纸带如右。其中O是起始点，A、B、C是打点计时器连续打下的3个点.该同学用毫米刻度尺测量O到AOABC9.5115.712.42⑴这三个数据中不符合有效数字读数要求的是_____,应记作_______cm。⑵该同学用重锤在OB段的运动来验证机械能守恒，已知当地的重力加速度g=9.80m/s2，他用AC段的平均速度作为跟B点对应的物体的即时速度，则该段重锤重力势能的减少量为_______，而动能的增加量为________，(均保留3位有效数字，重锤质量用m表示).这样验证的系统误差总是使重力势能的减少量_______动能的增加量，原因是_____________________________________________。⑶另一位同学根据同一条纸带，同一组数据，也用重锤在OB段的运动来验证机械能守恒，不过他数了一下：从打点计时器打下的第一个点O数起，图中的B是打点计时器打下的第9个点。因此他用vB=gt计算跟B点对应的物体的即时速度，得到动能的增加量为________，这样验证时的系统误差总是使重力势能的减少量_______动能的增加量,原因是______________________________________。αOMαOMA.将石块用细尼龙线系好，结点为M，将尼龙线的上端固定于O点B.用刻度尺测量OM间尼龙线的长度L作为摆长C.将石块拉开一个大约α=30°的角度,然后由静止释放D.从摆球摆到最高点时开始计时，测出30次全振动的总时间t,，由T=t/30得出周期E.改变OM间尼龙线的长度再做几次实验，记下相应的L和TF.求出多次实验中测得的的平均值作为计算时使用的数据,带入公式求重力加速度g。⑴你认为该同学以上实验步骤中有重大错误的是_______________。为什么?⑵该同学用OM的长作为摆长，这样做引起的系统误差将使重力加速度的测量值比真实值偏大还是偏小?________。你认为用什么方法可以解决摆长无法准确测量的困难?15．在做用油膜法估测分子大小的实验中，已知实验室中使用的酒精油酸溶液的体积浓度为n,，又用滴管测得每N滴这种酒精油酸的总体积为V,，将一滴这种溶液滴在浅盘中的水面上，在玻璃板上描出油膜的边界线，再把玻璃板放在画有边长为a的正方形小格的纸上(如右图)测得油膜占有的小正方形个数为m。⑴用以上字母表示油酸分子的大小d=。⑵从右图中数得油膜占有的小正方形个数为m=______。R1R216．在有些电学实验中要用到零刻度在中央的灵敏电流表G.，而且在使用前往往要求先判定通过该电流表的电流方向跟指针偏转方向的关系。这种电流表的量程一般都很小，一不小心就可能烧毁电表。如图，现在有一只这样的灵敏电流表G、一只干电池、一个阻值很大的电阻R1R1R2⑴用笔画线作为导线,把以上元器件都连接在测试电路中。⑵简述测试方法。17．用恒定电流的电流场模拟静电场描绘等势线时，下列哪些情况是能够实现的是（）MNMNMNM⑴⑵MNMNMNMA.如图⑴圆柱形电极M、N都接电源的正极，模拟等量正点电荷周围的静电场B.如图⑵圆柱形电极M接电源正极，圆环形电极N接电源负极，模拟正点电荷周围的静电场C.如图⑶两个平行的长条形电极M、N分别接电源正、负极，模拟平行板电容器间的静电场D.如图⑷圆柱形电极M接电源负极，模拟负点电荷周围的静电场18．用伏安法测量一只定值电阻的实验所需的器材实物如图，各器材规格为：⑴待测电阻RX（约100Ω）⑵直流毫安表（量程0-10mA，内阻50Ω）⑶直流电压表（量程0-3V，内阻5kΩ）⑷直流电源（输出电压3V，内阻可不计）⑸滑动变阻器（0-15Ω，允许最大电流1A）⑹电键一只，导线若干。mA根据器材的规格和实验要求，在下面方框中画出实验电路图，并在实物图上用笔画线当导线连接成实验电路。mA19．某电压表的内阻在20~30kΩ之间，为了测量其内阻，实验室提供下列可用的器材：⑴待测电压表V（量程3V）⑵电流表A1（量程200μA）⑶电流表A2（量程5mA）⑷电流表A3（量程0.6A）⑸滑动变阻器R（最大阻值1kΩ）⑹电源E（电动势4V）⑺电键。在所提供的电流表中应选用______。为了尽量减小偶然误差，要求多测几组数据。试在右边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）20．在测定金属的电阻率的实验中，金属导线长约0.8m，直径小于1mm，电阻在5Ω左右。实验主要步骤如下：⑴用______测量金属导线的长度，测3次，求出平均值L；⑵在金属导线的3个不同位置上用______________测量直径，求出平均值d；⑶用伏安法测量金属导线的电阻R。在方框中画出实验电路图，并试把右图中所给的器材连接成测量R的合适的线路。图中安培计要求用0-0.6A量程，内阻约1Ω；伏特计要求用0-3V量程，内阻约几kΩ；电源电动势为6V；滑动变阻器阻值0-20Ω。在闭合电键前，滑动变阻器的滑动触点应处于正确位置。根据以上测量值，得到该金属电阻率的表达式为ρ=__________。U/VI/mA1.02.03.01.51.0U/VI/mA1.02.03.01.51.00.5O⑴根据各点表示的数据描出该电阻的伏安特性图线，并由此图线得出该电阻的阻值为RX=______Ω（保留2位有效数字）。⑵在方框中画出实验电路图。⑶将实物连接成实验电路。mAmA22．用图示的电路测定未知电阻RX的值。图中电源电动势未知，电源内阻和电流表的内阻均可忽略不计，R为电阻箱。⑴若要测得RX的值，R至少需要取____个不同的数值。⑵若电流表每个分度表示的电流值未知，但指针偏转角度与通过的电流成正比，则在用此电路测RX时，R至少需取___个不同的数值。ARRX⑶若电源内阻不可忽略，能否应用此电路测量RARRX答：_______。23．有一只电阻RX，其阻值大约在40-50Ω之间，需要进一步测定其阻值。现有的器材有：①电池组E（电动势9V，内阻约0.5Ω）②伏特表V（量程0-10V，内阻约20kΩ）③毫安表A1（量程0-50mA，内阻约20Ω）④毫安表A2（量程0-300mA，内阻约4Ω）⑤滑动变阻器R1（0-100Ω，额定电流1A）⑥滑动变阻器R2（0-1700Ω，额定电流0.3A）⑦电键一只，导线若干。有两种可供选择的电路如图1和图2所示。实验中要求多测几组电流、电压值。mARmARXEKRmARXEKRVV图1图2⑴为了实验能正常进行并减小系统误差，而且要求滑动变阻器要便于调节，在实验中应选图______所示的电路；应选代号为______的毫安表和代号为______的滑动变阻器。该实验的系统误差主要是由____________引起的，这个因素总是使实验的测量值比真实值偏______。⑵若已知所用的毫安表的准确电阻值，则应选用图_____所示的电路进行测量。24．欲将量程为100μA内阻为500Ω的灵敏电流表改装为量程为1mA的毫安表。⑴需要给它_____联一只R=_____Ω的电阻。⑵需要用一只标准毫安表对改装毫安表进行校对。校对所用的器材的实物图如下（其中标准毫安表事先已与一只固定电阻串联，以防烧表）。校对过程要求通过毫安表的电流能从0连续调到1mA。请按要求在方框中画出校对电路图，并在所给的实物图上连线。μμAmA25．电路图中E为电源，其电动势为E，R1为滑动变阻器，R2为电阻箱，A为电流表。用此电路，经以下步骤可近似测得A的内阻RA：①闭合K1，断开K2，调节R1，使电流表读数等于其量程I0；②保持R1不变，闭合K2，调节R2，使电流表读数等于I0/2，然后读出R2的值，取RA=R2。⑴按照电路图在右边实物图所给出的实物图中画出连接导线。图2图2EEAR1R2K2K1⑵真实值与测得值之差除以真实值叫做测量结果的相对误差，即，试导出它与电源电动势E、电流表量程I0及电流表内阻RA的关系式。⑶若已知I0=10mA，真实值RA约为30Ω，要想使测量结果的相对误差不大于5%，电源电动势最小应为多少伏？26．把电流表改装为电压表的实验中，分3个主要步骤，实验中给出的器材有：①电流表（量程0-100μA）AR2AR2R1K2K1E图1③电阻箱（0-9999Ω）④电阻箱（0-99999Ω）⑤电源（电动势2V，有内阻）⑥电源（电动势6V，有内阻）⑦滑动变阻器（0-50Ω，额定电流1.5A）⑧电键两只，导线若干。⑴首先要用半偏法测定电流表的内阻。如果采用图1所示的电路测定电流表A的内电阻并且要想得到较高的精确度，那么从以上给出的器材中，可变电阻R1应选用______，可变电阻R2应选用______，电源E应选用______。该步实验操作的步骤有：A.合上K1B.合上K2C.观察R1的阻值是否最大，如果不是，将R1的阻值调至最大D.调节R1的阻值，使电流表指针偏转到满刻度E.调节R2的阻值，使电流表指针偏转到满刻度的一半F.记下R2的阻值。把以上步骤的字母代号按实验的合理顺序填写在下面横线上空白处：①____；②_____；③_____；④_____；⑤_____；⑥_____。如果在步骤F中所得的R2的阻值为600Ω，则图1中被测电流表的内阻Rg的测量值为_____Ω。⑵如果要将图1中的电流表A改装为量程为0-5V的伏特表，则改装的方法是给电流表_____联一个阻值为________Ω的电阻。在用以上步骤将电流表改装成伏特表后，下列说法中正确的是A.由于电流表内阻的测量值比其真实值小，这一因素使得用上述步骤改装成的伏特表测定电压时，其读数比伏特表两端的实际电压小B.由于电流表内阻的测量值比其真实值小，这一因素使得用上述步骤改装成的伏特表测定电压时，其读数比伏特表两端的实际电压大C.由于电流表内阻的测量值比其真实值大，这一因素使得用上述步骤改装成的伏特表测定电压时，其读数比伏特表两端的实际电压小D.由于电流表内阻的测量值比其真实值大，这一因素使得用上述步骤改装成的伏特表测定电压时，其读数比伏特表两端的实际电压大图2μA图2μAV27．在用电流表和电压表测电池的电动势和内电阻的实验中，所用的电流表和电压表的内阻分别为0.1Ω和1kΩ。右边为实验原理图，下边为所需器材实物图。试按原理图在实物图中画线连接成实验电路。变阻器变阻器安培表伏特表电池电键VVAUU/VI/A00.100.200.300.400.500.600.701.001.101.201.301.401.50一位同学记录的6组数据如下，试根据这些数据在下图中画出U-I图线，根据图线读出电池的电动势E=____V，根据图线求出电池的内电阻r=___Ω。I（A）0.120.200.310.320.500.57U（V）1.371.321.241.181.101.0528．电源的输出功率P跟外电路的电阻R有关。下左图是研究它们的关系的实验电路。为了便于进行实验和保护蓄电池，给蓄电池串联了一个定值电阻R0，把它们一起看作电源（图中虚线框内部分）。电源的内电阻就是蓄电池的内电阻和定值电阻R0之和，用r表示。电源的电动势用E表示。⑴写出电源的输出功率P跟E、r、R的关系式：_____________。（安培表、伏特表看作理想电表）⑵在实物图中按电路图画出连线，组成实验电路。VVAVVAR0E，r0.60P/WR/Ω02468101214160.550.650.60P/WR/Ω02468101214160.550.650.700.850.800.75I（A）0.200.280.360.440.520.60U（V）3.002.602.201.801.401.00U/I(Ω)UI(W)由表中所给出的数据，若已知跟电源串联的定值电阻的阻值为R0=4.5Ω，还可以求得该电源的电动势E