高考物理专题讲座：设计实验.ppt

1、设 计 实 验,要考虑的几方面: 1.建模方法， 2.测量方法，3.误差分析。,设计思路：,一.原有实验的改进。,二.设计实验：,1.由物理量的定义式出发设计。,2.比例法。,3.替代法。,4.比较法。,三.利用物理习题的情景改编。,例1：利用单摆验证小球平抛运动规律，设计方案如图（a）所示，在悬点O正下方有水平放置的炽热的电热丝P，当悬线摆至电热丝处时能轻易被烧断；MN为水平木板，已知悬线长为L，小球直径可忽略不计，悬点到木板的距离OOh（hL）。 （1）电热丝P必须放在悬点正下方的理由是：_。 （2）将小球向左拉起后自由释放，最后小球落到木板上的C点，OCs，则小球做平抛运动的初速度为v0

2、_。,设计思路：,1、产生一个平抛运动,2、如何求出初速度？,(hL)gt2/2,sv0t,一原有实验的改进：,（3）在其他条件不变的情况下，若改变释放小球时悬线与竖直方向的夹角，小球落点与O点的水平距离s将随之改变，经多次实验，以s2为纵坐标、cos为横坐标，得到如图（b）所示图像。则当30时，s为_m；若悬线长L1.0m，悬点到木板间的距离OO为_m。,v022gL(1cos ),s0.52m,sv0t,s24L（hL）cos 4L（hL）,4(h1)2,h1.5m,(hL)gt2/2,例2：测Rx，电动势未知，电源内阻与电流表内阻均不计，R为电阻箱。 1要测Rx，R至少取个不同值。,I1

3、R1I1Rx， I2R2I2Rx，,二,一原有实验的改进：,例2：测Rx，电动势未知，电源内阻与电流表内阻均不计，R为电阻箱。 2若电流表每个分度的电流值未知，要测Rx，R至少取个不同值。,kA1R1kA1Rx， kA2R2kA2Rx，,二,/kA1R1A1Rx， /kA2R2A2Rx，,一原有实验的改进：,例2：测Rx，电动势未知，电源内阻与电流表内阻均不计，R为电阻箱。 3若电源内阻不可忽略，能否用此电路测Rx。,I1R1I1（Rxr）， I2R2I2（Rxr），,一原有实验的改进：,例3：测大气压，用一水平固定的、活塞横截面积S已知的注射器和一弹簧秤。 1下面的实验步骤的顺序是， （A）

4、读出初状态气体的体积V1， （B）将活塞移到某一适当位置，用橡皮帽将注射器小孔封住， （C）读出活塞被拉出一定距离后气体的体积V2和弹簧秤拉力F， （D）用弹簧秤将活塞拉出一定的距离。 2测得大气压的表达式为p0。,B,FV2/S(V2 V1),A,D,C,p0V1(p0F/S) V2,一原有实验的改进：,做成单摆，测出做简谐运动时的周期,符合单摆条件,摆动时不要变成圆锥摆,偏角小于5,测几次的时间再求周期。,单摆：时间与长度的转换方法。,例4：一根细绳挂在又高又暗的城堡里，看不见上端，只能看到它的下端，如何粗略测出绳长。,1有两只电压表A和B，量程已知（均大于电池电动势），内阻不知，另有一干

5、电池，内阻不能忽略，但不知，只用这两只电压表、电键和导线，测量干电池的电动势。,U1U2U1r/R1，,U1U1r/R1，,U2U2r/R2，,思考：,2某同学按如图所示电路进行实验，实验时该同学将变阻器的触片P移到不同位置时测得各电表的示数如下表所示，将电压表内阻看作无限大，电流表内阻看作零 （1）电路中、r分别为电源的电动势和内阻，R1、R2、R3为定值电阻，在这五个物理量中，可以根据上表中的数据求得的物理量是（不要求具体计算），,R3U1/I2,R2U2/(I1I2),R1r,2某同学按如图所示电路进行实验，实验时该同学将变阻器的触片P移到不同位置时测得各电表的示数如下表所示，将电压表内

6、阻看作无限大，电流表内阻看作零 （2）由于电路发生故障，发现两电压表示数相同了（但不为零），若这种情况的发生是由于用电器引起的，则可能的故障原因是。,R2断路,RP短路,U1U2URP,例2：某电压表内阻在2050k，现要测其内阻 器材：待测量电压表V（量程3V），电流表A1（量程200A）、电流表A2（量程5mA）、电流表A3（量程0.6A），滑动变阻器R（最大电阻值1k），电源（E4V），电键S。 （1）所提供的电流表中应选， （2）为减小误差，要测多组数据，试画出实验电路图。,A1,RU/I，,Imax0.15mA,分压器接法,二自行设计实验：,1由物理量的定义式出发设计：,例2：图甲为

7、某一热敏电阻（电阻值随温度的改变而改变，且对温度很敏感）的IU关系曲线图。 （1）为了通过测量得到图甲所示I-U关系的完整曲线，在图乙和图丙两个电路中应选择的是图，简要说明理由：。（电源电动势为9 V，内阻不计，滑线变阻器的阻值为0100 ）,9U100I,URmin5.3V,70mA,36mA,34mA,5.2V,3.8V,112,热敏温度计,（2）在图丁电路中，电源电压恒为9 V，电流表示数为70 mA，定值电阻R1250 ，由热敏电阻的I-U关系曲线可知，热敏电阻两端的电压为V，电阻R2的阻值为。 （3）举出一个可以应用热敏电阻的例子：。,例1：一电压表，量程已知，内阻已知为RV，另一电

8、池（电动势未知，但不超过电压表量程，内阻不计）用它们和电键导线等，设计测量某一高值电阻Rx的方法。,Rx/(U1U2 ) RV/U2,适用于测量大电阻,2比例法：,例1：一电流表，量程已知，内阻已知为RA，另一电池（电动势未知，内阻不计）用它们和一个大电阻、电键导线等，设计测量某一低值电阻Rx的方法。,Rx(I1I2 )RAI2,R很大，既起保护作用，又使总电流保持不变。,测大电阻,测小电阻,例2：给出一只电压表或一只电流表，一个定值电阻R0，电源和导线、电键等，试设计测量方法（1）某一高值电阻Rx，（2）测某一低值电阻Rx。,思考:某待测电阻Rx的阻值约为20 ，现要测量其阻值，实验室提供器

9、材如下： A电流表A1（量程150mA，内阻约为10） B电流表A2（量程20mA，内阻r230 ） C定值电阻R0100 D滑动变阻器R，最大阻值约为10 E电源E，电动势E4V（内阻不计） F电键S及导线若干 （1）根据上述器材完成此实验，测量时要求电表读数不得小于其量程的1/3，请你在画出测量Rx的一种实验原理图。,I14/300.133A,I24/1300.03A,定义法：,比例法：,I1（Rxr1）I2（R0r2）,（ I1I2）RxI2（R0r2）,（2）实验时电流表A1的读数为I1，电流表A2的读数为I2，用已知的和测得的物理量表示Rx_。（用字母表示）,例1：用替代法测电阻Rx

10、， 1.应先接通含有的电路，变换电路时，调节电阻箱，使两次相同，这时待测电阻可由上读得。,电流,Rx,电阻箱,3.替代法：,例1：用替代法测电阻Rx， 2完成电路实物连接，,1用替代法测灵敏电流计内阻的方法，,电阻箱与电流计作两个支路,主回路中要显示效果的电流计,思考:,2用替代法测一个未知电阻Rx常温下的阻值可以用如下电路，图中Rs为电阻箱，A为电流表，S2为单刀双刀开关，R0为规格（020）的滑动变阻器。测量前应将滑动变阻器R0的滑片P调至_（选填“a”或“b”），电阻箱Rs阻值调至_（选填“最大”或“最小”）。闭合S1开始实验，接下来的步骤有以下一些： （A）慢慢移动滑片P，（B）将S2

11、闭合在2端，（C）将S2闭合在1端，（D）调节电阻箱Rs的值，（E）将S1断开，（F）观察电流表指针变化直至某一位置，（G）记下电阻箱上电阻读数。 合理的次序应是_（填字母）。,b,最大,C,A,F,B,D,F,G,E,例：有一测量微小时间差的装置，是由两个摆长略有微小差别的单摆同轴水平悬挂构成的，两个单摆摆动平面前后互相平行。 （1）现测得两单摆完成50次全振动的时间分别为50.0 s和49.0 s，则两单摆的周期差为T_s。,4、比较法：,T11s,T20.98s,T0.02s,例：（2）某同学利用此装置测量小于单摆周期的微小时间差。具体操作如下：把两摆球向右拉至相同的摆角处，先释放长摆摆

12、球，接着再释放短摆摆球，测得短摆经过若干次全振动后，两摆恰好第一次同时同方向通过某位置，由此可得出释放两摆的微小时间差，若测得释放两摆的时间差t0.165 s，则在短摆释放_s（填时间）后，两摆恰好第一次同时向_（填方向）通过_（填位置）。,4、比较法：,平衡位置,nt/T,8.25,向左,t2nT2,8.250.98s,8.085s,例：有一测量微小时间差的装置，是由两个摆长略有微小差别的单摆同轴水平悬挂构成的，两个单摆摆平面前后互相平行。 （3）为了能更准确地测量微小时间差，你认为此装置还可做的改进是_。,4、比较法：,增大,tnT,减小,减小两单摆的摆长差,例：利用秒表和米尺用滴水法测定

13、重力加速度，让水滴落在垫起来的盘子上，可清晰听到水滴碰盘子的声音，调整水龙头阀门可改变水滴形成时间，为使实验结果尽可能精确，写出步骤和计算式。,原理：hgt2/2，测出h和t即可。,累积法,调到第一滴水下落到盘子时刚好第二滴水滴开始下落。,下落5m只有1s，时间极短,测出连续五滴水下落到盘子所需时间T,tT/5,g50h/T2,5、累积法：,6、利用电学量测力学量、热学量： 例1：（1）试设计测风力的方法，,力学量,h,x,L,UEx/L,Eh tan /L,EhF/Lmg,FLmgU/Eh,6、利用电学量测力学量： （2）试设计测汽车加速度的方法。,x,Eh tan /L,Ehma/Lmg,

14、aLgU/Eh,UEx/L,6、利用电学量测力学量： （2）试设计测汽车加速度的方法。,力学量,2kxma,a2kUL/mE,UEx/L,x,双滑臂滑动变阻器：,加速度可正可负,下滑臂可用作调零,例2：如图甲是某金属材料制成的电阻R随摄氏温度t变化的图像，图中R0表示该电阻在0C时的阻值，已知图线的斜率为k。若用该电阻与电池（电动势为E、内阻为r）、电流表A（内阻不计）、滑动变阻器R串联起来，连接成如图乙所示的电路。用该电阻做测温探头，把电流表A的电流刻度改为相应的温度刻度，就得到了一个简单的“金属电阻温度计”。 （1）根据图甲，温度为t（t0C）时电阻R的大小为_；,RtR0kt,（2）在标

15、识“金属电阻温度计”的刻度时，需要弄清所测温度和电流的对应关系。请用E、R0、R（滑动变阻器接入电路的阻值）、k等物理量表示待测温度t与电流I的关系式t_。,IE/(RtRr),E/(R0kt Rr),ktE/I(R0Rr),tE/kI(R0Rr)/k,（3）如果某次测量时，指针正好指在温度刻度的10C到20C的正中央，则测量值_15C（选填“大于”、“等于”或“小于”）。,tE/kI(R0Rr)/k,小于,2.平抛穿纸屏。,3.穿转动纸筒。,三利用物理习题的情景设计：,测初速度的其它方法：,1.测竖直上抛到落回的时间。,例：一根长约30 cm、管内截面积为S5.0106 m2的玻璃管下端有一个球形小容器，管内有一段长约1 cm的水银柱。现在需要用比较准确的方法测定球形小容器的容积V，可用的器材有：刻度尺（量程500 mm）、温度计（测量范围010