高考物理实验方案设计.docx
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高考物理实验方案设计
高考物理实验方案设计
测定性实验
（1）
课时综述
1．《考试说明》要求会正确使用的仪器有13种。
要知道仪器性能、使用规则和读数方法，会用有效数字记录数据，其中正确读数和使用规则是考查重点。
仪器使用的焦点问题是读数。
读数包括精确读数和估读。
估读的根本法则是：
十分之一估读（不需要估读的有游标卡尺、秒表和电阻箱、欧姆表）
2．测定型实验是运用较准确的测量仪器、较完善的测量原理，来进行物理量测定的实验。
力热测定型实验包括：
研究匀变速直线运动、用单摆测定重力加速度、用油膜法估测分子的大小。
要密切注意实验原理，从系统误差的角度研究操作细节的差异，如单摆测重力加速度中，必须在一个平面摆动的控制，而且计时起点必须在最低点；研究数据处理的技巧，如研究匀变速直线运动中，数据处理的逐差法；
互动探究
例1、关于实验误差，下列说法中正确的是（）
A．实验误差是实验中产生的错误，是由于测量不仔细或测量工具不精密产生的
B．实验误差是不可避免的，但可以通过采用精密仪器、改进实验原理和方法来减小误差。
C．多次测量取平均值可以减小系统误差。
D．采用图象法处理实验数据可以减小偶然误差。
例2、观察本题图示并读出螺旋测微器的测量结果为mm，游标卡尺的测量结果为mm。
例3、如图，是研究物体做匀变速直线运动的实验得到的一条纸带（实验中打点计时器所接低压交流电源的频率为50赫兹），从O点后开始每5个计时点取一个记数点，依照打点的先后顺序依次编为0、1、2、3、4、5、6，测得s1=5.18cm，s2=4.40cm,s3=3.62cm，s4=2.78cm,s5=2.00cm,s6=1.22cm.
（1）相邻两记数点间的时间间隔为s。
（2）物体的加速度大小a=m/s2,方向（填A→B或B→A）。
（3）打点计时器打记数点3时，物体的速度大小V3=m/s.
例4、在用单摆测定重力加速度的实验中：
（1）图A的O点是摆线的悬挂点，a、b点分别是球的上沿和球心，摆长L=___________cm.
（2）图B为测量周期用的秒表，长针转一周的时间为30s，表盘上部的小圆共15大格，每一大格为1min，该单摆摆动n=50次时，长短针的位置如图所示，所用时间为t=_____________s.
（3）用以上直接测量的物理量的英文符号表示重力加速度的计算式为g=____________，其值为___________。
例5、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A，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X．
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X=________________．
课堂反馈
1、读出游标卡尺和螺旋测微器的读数：
⑴读数为__________cm．
⑵读数为__________cm．
2、学过单摆的周期公式以后，物理兴趣小组的同学们对钟摆产生了兴趣，老师建议他们先研究用厚度和质量分布均匀的方木块（如一把米尺）做成的摆（这种摆被称为复摆），如图所示。
让其在竖直平面内做小角度摆动，C点为重心，板长为L，周期用T表示。
甲同学猜想：
复摆的周期应该与板的质量有关。
乙同学猜想：
复摆的摆长应该是悬点到重心的距离L/2。
丙同学猜想：
复摆的摆长应该大于L/2。
理由是：
若OC段看成细线，线栓在C处，C点以下部分的重心离O点的距离显然大于L/2。
为了研究以上猜想是否正确，同学们进行了下面的实验探索：
（1）把两个相同的木板完全重叠在一起，用透明胶（质量不计）粘好，测量其摆动周期，发现与单个木板摆动时的周期相同，重做多次仍有这样的特点。
则证明了甲同学的猜想是_____________的（选填“正确”或“错误”）。
（2）用T0表示板长为L的复摆看成摆长为L/2单摆的周期计算值（T0=2
），用T表示板长为L复摆的实际周期测量值。
计算与测量的数据如下表：
板长L/cm
25
50
80
100
120
150
周期计算值T0/s
0.70
1.00
1.27
1.41
1.55
1.73
周期测量值T/s
0.81
1.16
1.47
1.64
1.80
2.01
由上表可知，复摆的等效摆长L/2（选填“大于”、“小于”或“等于”）。
（3）为了进一步定量研究，同学们用描点作图法对数据进行处理，所选坐标如图。
请在坐标纸上作出T-T0图，并根据图象中反映出的规律求出
=_________（结果保留三位有效数字，其中L等是板长为L时的等效摆长T=2
）。
3、如果用F表示滑动摩擦力的大小，用FN表示正压力的大小，则有F＝µFN，式中µ叫做动摩擦因数．为了测量两张纸之间的动摩擦因数，某同学设计了一个实验．如图所示，在木块A和木板B上贴上待测的纸，B板水平固定，用测力计拉A，使A匀速向左运动，读出并记下测力计的读数F，测出木块A的质量m，则
．
（1）该同学为什么要把纸贴在木块上而不直接测量两张纸间的滑动摩擦力？
（2）在实际操作中，发现要保证木块A做匀速运动比较困难，实验误差较大．你能对这个实验作一改进来解决这一困难从而减小误差吗？
达标训练
1、下列关于误差的说法正确的是（填字母）。
A．误差是实验中产生的错误B．误差都是由于测量不仔细产生的
C．误差都是由于测量工具不精密产生的D．任何测量都存在误差
E．实验时认真测量就可避免误差F．采用精密仪器，改进实验方法，可以消除误差
G．实验中产生误差是难免的，但可以想办法尽量减小误差
H．多次测量取平均值可以减小偶然误差I．多次测量取平均值可以减小系统误差
2、某同学在研究匀变速直线运动的实验中，得到了几条较为理想的纸带，并已在每条纸带上每5个打点取一个记数点。
然后，依先后次序将记数点编号为0、1、2、3、4、5。
由于不小心，纸带被撕断，如图所示。
试回答：
（1）在B、C、D三段纸带中，哪一段是从A段上撕下的（）
（2）A所在的纸带对应的加速度为m/s2
3、在用单摆测重力加速度的实验中，摆球应在同一竖直平面内运动.某同学在做实验时，单摆不在同一竖直平面内，成一圆锥摆，如果在其他方面及测量中均无差错，他测出的g值与当地重力加速度的标准值g0比较，有（）
A.g=g0B.g＞g0C.g＜g0D.无法比较其大小
4、在做用油膜法估测分子的大小的实验时，某同学将测量结果比起其它同学比较，发现数量级无误，但有效数字偏大，可能的原因是（）
A、错误地将油酸酒精溶液的体积直接作为油酸的体积进行计算
B、滴（一滴）油酸溶液时，用力过猛，使实际体积大于原来测量时（一滴）的体积
C、计算油膜面积时，只数了完整的方格数
D、水面痱子粉撒得太多，油膜没有充分散开
5、多用表标示为“+”和“－”的插孔是分别和内部电流计的正、负极相连的，而红、黑表笔应分别插入“+”、“－”的插孔。
现用多用表测直流电压或元件电阻时，关于电流流向和电势高低的表述，正确的是（）
A、测电压时，电流由红表笔流入多用表，红表笔电势高
B、测电压时，电流由黑表笔流入多用表，黑表笔电势高
C、测电阻时，电流由黑表笔流出多用表（经待测电阻回多用表），黑表笔电势高
D、测电阻时，电流由红表笔流出多用表（经待测电阻回多用表），红表笔电势高
6、一万用电表有四个欧姆挡，分别为×1Ω、×10Ω、×100Ω、×1kΩ，欧姆挡表盘的中间刻度值为“15”.现用它来测量一未知电阻的阻值，先将选择开关置于“×100Ω”挡处，接着将红表笔和黑表笔接触，发现表针指在“0Ω”处，然后进行测量，结果发现表针指在欧姆挡刻度值为“200”的刻度线附近.为了使测量结果更准确，必须换挡并重新测量，下列说法正确的是（）
A．必须将选择开关改为置于“×10Ω”挡处B．必须将选择开关改为置于“×1kΩ”挡处
C．换挡之后必须重新调零才能进行测量D．换挡之后不必重新调零就可进行测量
7、用某精密仪器测量一物体的长度，得到结果为1.63812cm。
现改成最小刻度为mm的刻度尺去测量，结果应该为cm；如果改成20分度的游标卡尺去测量，结果应该为cm；如果改成螺旋测微器去测量，结果应该为cm
8、图示螺旋测微器的精度是0.01mm。
右图中的螺旋测微器读数5.620mm，请你判断刻度线旁边方框内相应的数A：
，B：
，C：
（以符合给出的读数）。
9、做匀加速直线运动的小车，牵引一条通过打点计时器的纸带，交流电频率是50Hz，由纸带上打出的某一点开始，每5个计时间隔剪下一段纸带，按如图所示，使每一条纸带下端与x轴重合，左边与y轴平行，将纸带贴在直角坐标系中。
①在第一个0.1s内中间时刻的速度是m/s;
②小车的加速度为m/s2。
10、用多用表测量电流、电压或电阻时，表盘指针的位置如图所示。
如果选择开关指在“
—2.5”位置时，测量结果为；如果选择开关指在“
—10”位置时，测量结果为；如果选择开关指在“Ω—×100”位置时，测量结果为。
11、一位同学用单摆做测量重力加速度的实验，他将摆球挂起后，进行了下列步骤：
A．测摆长L：
用米尺量出摆线的长度B．测周期T：
将摆球拉起，然后放开，在摆球某次通过最低点时，按秒表开始计时，并记数为1，直到摆球第60次通过最低点时，按秒表停止计时，读出这段时间t，算出单摆的周期
。
C．将测量得到的L和T代入单摆的周期公式
，算出g将它作为实验的最后结果写入报告中去。
指出上面步骤中遗漏或错误的地方，写出该步骤的字母，并加以改正。
（不要求进行误差计算）
12、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如图所示，并在其上取了A、B、C、D、E、F、G等7个计数点，每相邻两个计数点间还有4个点，图中没有画出，打点计时器接周期为T=0.02s的交流电源．他经过测量并计算得到打点计时器在打B、C、D、E、F各点时物体的瞬时速度如下表：
（1）计算vF的公式为vF=＿＿＿＿m/s；
（2）根据
（1）中得到的数据，以A点对应的时刻为t=0，试在图中所给的坐标系中，作出v－t图象，并求物体的加速度a=＿＿＿＿m/s2；
（3）如果当时电网中交变电流的频率是f=51Hz，而做实验的同学并不知道，那么加速度的测量值与实际值相比＿＿＿＿（选填：
偏大、偏小或不变）．
13、从高＋几米的实验楼的顶棚上，下垂一个单摆，实验者仅有一个满刻度为1m的刻度尺，无法测出摆长，但要求用此单摆测定重力加速度．如果你是实验者，再给你一只秒表，你如何设计一种方法，测出当地的重力加速度的值？
要求简明写出实验的主要步骤，并写出重力加速度的最后计算式．
物理实验方案设计
测定性实验
（1）
互动探究
例1、BD
例2、0.900,33.10
例3、
（1）0.1
（2）0.79B→A（3）0.32
例4、99.50，100.2，9.95m/s2
例5、D=
X=57
课堂反馈
1.
（1）5.45cm
（2）0.6726cm
2、错误大于1.16
3、
（1）可增大正压力，从而增大滑动摩擦力，便于测量．
（2）参考方案：
只要将测力计的一端与木块A相连接，测力计的另一端与墙壁或竖直挡板之类的固定物相连．用手通过轻绳拉动木板B，读出并记下测力计的读数F，测出木块A的质量m，同样有
．
达标训练
1、DGH2、
（1）C；
（2）6.03、B4、CD5、AC6、BC7、1.64；1.635（或1.640）；1.6381
8、51015
9、0.2250.744
10、0.860V（或0.855V，或0.865V）；3.44mA（或3.42mA，或3.46mA）；2.8kΩ
11、A、要用卡尺测出摆球直径d，摆长L等于摆线长与
之和B、
C、g应多测几次，然后取平均值作为实验最后结果
12、
（2）a=0.425±0.005m/s2图略（3）偏小
13、解：
设原摆长为l，让其摆动，设法测出其周期
然后用打结的办法将原摆长缩△l（△l≤1m），并用刻度尺测出△l，同样让其摆动并设法测出其周期
，则由单摆的周期公式
可得
①
②
联解①②两式可得重力加速度的最后计算式为：
备用
做“测定匀变速直线运动的加速度”实验中，得到一条如图所示的纸带。
按时间顺序取0、1、2、3、4、5、6共七个计数点，每相邻两点间各有四个打出的点未画出，用刻度尺测出1、2、…6各点到0点的距离分别为8.69cm，15.99cm，21.87cm，26.35cm，29.45cm，31.17cm，打点计时器使用的交流电源频率为50Hz。
求：
（1）物体的加速度
（2）打计数点3时的速度（要求写出主要的运算步骤）
（1）由给出的数据可知，重物落地后，木块在连续相等的时间T内的位移是
s1=8.69cms2=7.20cms3=5.88cms4=4.48cms5=3.10cms6=1.72cm
以a表示加速度，根据匀变速直线运动的规律有
s4-s1=3a1T2a1=-1.403m/s2
s5-s2=3a2T2其中T=0.1s，代入数据解得a2=-1.400m/s2
s6-s3=3a3T2a3=-1.387m/s2
由
解得a=-1.40m/s2．
（2）打点3时的速度v3
代入数据解得v3=0.518m/s
测定性实验
（2）
课时综述
测定型实验以某一原理或物理规律（公式）为依据，通过测量相关的物理量，从而实现测定某个（或某些）物理量或物理常数为实验目的。
电学和光学测定型实验包括：
测定金属的电阻率、把电流表改装成电压表、测定电源电动势和内阻、测定玻璃的折射率、用双缝干涉测光的波长。
电学测定性实验重点掌握仪器和电路的选择（伏安法测电阻的内安还是外安的选择），数据的处理（图象法）、误差的分析（测电源电动势和内阻）。
光学测定型实验中测定玻璃的折射率中应重点掌握用插针法测定，注意误差分析，计算折射率的方法；用双缝干涉测光的波长中会调整实验装置；会正确读数及数据的处理。
互动探究
例1、某同学在测定电源电动势和内阻的实验中，记录了6组数据，并将它们在U-I图象中描点，得到图所示的图线。
则由图线可以求出电源电动势E=V，
内阻r=Ω
例2、金属的电阻率会随着温度的升高而增大。
某同学通过做实验研究一个小灯泡灯丝的伏安特性。
下表是他在实验时获得的通过灯泡的电流I和灯泡两端电压U的一系列数据。
I/A
0
0.08
0.14
0.18
0.23
0.31
0.36
0.39
0.42
0.44
0.46
0.49
U/V
0
0.38
0.69
0.90
1.15
1.60
2.15
2.50
3.05
3.60
4.15
5.15
这位同学在实验过程中选用的是下列器材中的（填字母）。
A．直流电源B．0~30Ω的滑动变阻器C．电压表（1~15V，内阻约15kΩ）
D．电压表（0~3V，内阻约3kΩ）
E．电流表（0~0.6A，内阻约0.1Ω）
F．电流表（0~3A，内阻约0.01Ω）
G．电键H．导线
实验时他应选用下面所示电路的图。
例3、某同学用如图甲所示的实验装置，做《用双缝干涉测光的波长》的实验，他用带有游标尺的测量头（如图乙所示）测量相邻两条亮条纹间的距离△x.转动测量头的手轮，使分划板的中心刻线对齐某一条亮条纹（将这一条纹确定为第一亮条纹）的中心，此时游标尺上的示数情况如图丙所示；转动测量头的手轮，使分划板的中心刻线对齐第6亮条纹的中心，此时游标尺上的示数情况如图丁所示，则图丙的示数x1=______________mm；图丁的示数x2=__________mm.如果实验中所用的双缝间的距离d=0.20mm，双缝到屏的距离L=60cm，则计算波长的表达式λ=_______（用已知量和直接测量量的符号表示）.根据以上数据，可得实验中测出的光的波长λ=_______m.
例4、在测定玻璃的折射率的实验中，某同学先准确地画出了玻璃砖的边线，但在插大头针时，不慎将玻璃砖碰歪了，成了图所示的状况。
这样测量出来的结果，比起真实值（）
A、一定偏大B、一定偏小
C、一样D、可能偏大，也可能偏小
例5、如图是利用改装电表测量两节电池的电动势及内阻的电路图。
两只灵敏电流计的内阻均为600Ω，量程均为1mA.
（1）.根据图中电阻箱的数值，改装后的电压表的量程是，电流表的量程是。
（2）若实验中操作规范，消除了偶然误差，每节电池的内阻约为1Ω，则内阻测量的相对误差约为。
（3）只改动图中的一根导线，就可以大大减少内阻测量的误差，试完成这根线的调整。
课堂反馈
1、从下面给定的器材中选出适当的实验器材（有些器材的阻值是大约值,有些器材的阻值是准确值）.设计一个测量电阻Rx约为15kΩ的电路,要求方法简捷,要尽可能提高测量的精度.
电流表A1,量程1mA,内阻rA1≈50Ω电流表A2,量程300μA,内阻rA2≈300Ω
电流表A3,量程100μA,内阻rA3≈500Ω电压表V1,量程10V,内阻rV1=15kΩ
电压表V2,量程3V,内阻rV2=10kΩ滑动变阻器R1,全阻值50Ω,额定电流为1A
滑动变阻器R2,全阻值500Ω,额定电流为1A
电池组,电动势3V,内阻很小但不能忽略开关及导线若干
⑴测量电路中电流表应选,电压表应选,滑动变阻器应选（填代号）
⑵在图所示的虚线框中画出测量Rx的电路图.
⑶在所测量数据中选一组数据计算Rx,计算表达式Rx=,表达式中各符号表示的意义是
2、某同学欲测一个未知电阻的阻值，可供选择的仪器有：
电流表A（量程有10mA、0.6A），电压表V（量程有3V、15V）两种，电源电压为4.5V．该同学先按如图接好电路，闭合S1后，把开关S2拨至a时发现，两电表的指针偏转都在满偏的4/5处，再把S2拨至b时发现，其中一个电压表的指针偏角几乎不变，另一个电流表的指针偏转到满偏的3/4处．则该同学在实验中：
①所选电压表的量程为________；②所选电流表的量程为________；③被测电阻
＝________．
达标训练
1、“测定金属的电阻率”实验中，以下操作中错误的是（）
A．用米尺量出金属丝的全长三次，算出其平均值
B．用螺旋测微器在金属丝三个不同部位各测量一次直径，算出其平均值
C．用伏安法测电阻时采用电流表内接线路，多次测量后算出平均值
D．实验中应保持金属丝的温度不变
2、在《用双缝干涉测光的波长》的实验中，为了比较精确地测出光的波长，下列说法或做法正确的有（）
A．通过测量白光的双缝干涉图样，可以测白光的波长．
B．当测量头的分划板中心刻线与条纹中心对齐时，手轮的读数即为相邻两条亮（暗）纹间的距离
C.有必要测出n（n>1）条亮（暗）纹间的距离
D．用红色滤光片，测出的是黄光的波长
3、除导线和开关外，下述各组器材可完成测定电源的电动势和内阻的是（）
A.电压表和电流表B.电流表和电阻箱C.电流表和变阻器
D.电压表和电阻箱E.电压表和变阻器F.电压表、电流表和变阻器
4、在一薄壁圆柱体玻璃烧杯中，盛上水或其他透明液体，中间竖直插入一根细直铁丝，沿水平方向观看，会发现铁丝在液面处出现折断现象，这是光的折射现象形成的.阅读上述材料，回答下列问题：
（1）若把铁丝插在_______位置，无论沿水平方向从什么方向看，铁丝均无折断现象.
（2）右面四图中，与实际观察到的情况相符的是（其中O为圆心）（）
5、如图所示为用电流表和电压表测未知电阻R的两种不同的电路，甲乙两电路中各对应的同种仪器规格都相同，其中待测电阻R约为100Ω，滑动变阻器W的最大阻值为50Ω，电池的电动势E=6.0V，内阻可忽略。
闭合开关后，各电路均能正常工作。
关于这两个电路下列说法中正确的是。
（填写选项的序号）
A．甲图中电压表的a接线柱应为正接线柱
B．闭合开关前，乙图中滑动变阻器滑动头应调至最左端
C．将开关闭合后调节滑动变阻器的滑动头，甲图中的电压表V1的示数变化的最大范围为0~0.6V
D．将开关闭合后调节滑动变阻器的滑动头，乙图中电压表V2的示数变化的最大范围为0~0.6V
6、测定玻璃折射率的实验中
（1）某同学做实验插针的步骤如下：
A.在表示入射光线的AO上插上大头针P1和P2
B.通过玻璃砖观察P1和P2，调整视线，直到P1的像被P2的像挡住
C.在观察一侧插上大头针P3和P4，并记下P3和P4的位置。
这位同学在操作中有什么重要疏漏？
（2）以通过P1P2的直线与玻璃砖的交点O为圆心，以某一适当长度R为半径画圆．与OA交于P，于OO′的延长线交于Q，从P和Q分别做玻璃砖界面的法线NN′的垂线，P′和Q′分别为垂足，如图所示，用刻度尺量得PP′＝45mm，QQ′＝30mm．求玻璃砖的折射率．
7、如图（a）所示是利用双缝干涉测定单色光波长的实验装置，滤光片的作用是_____，单缝的作用是_______________，双缝的作用是______________，单缝和双缝之间的方向关系是_______________．某同学在做该实验时，第一次分划板中心刻度对齐A条纹中心时（图1），游标卡尺的示数如图3所示，第二次分划板中心刻度对齐B条纹中心时（图2），游标卡尺的示数如图4所示，已知双缝间距为0.5mm，从双缝到屏的距离为1m，则图3中游标卡尺的示数为__________mm．图4游标卡尺的示数为_______________mm．实验时测量多条干涉条纹宽度的目的是______________，所测单色光的波长为___________m．
8、某同学采用如图所示的电路测定电源电动势和内电阻，已知干电池的电动势约为1.5V，内阻约1Ω,电压表（0～3V3kΩ），电流表（0～0.6A1.0Ω），滑动变阻器有R1（10Ω2A）和R2（100Ω0.1A）各一只；
（1）实验中滑动变阻器应选用 （选填“R1”或“R2”）．
（2）在图中用笔画线代替导线连接实验电路．
（3）在实验中测得多组电压和电流值,得到如图所示的U－I图线，由图可较准确求出该电源的电动势E=V；电源内阻r=Ω．
9.现有一阻值为10.0Ω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，电源内阻约为几欧），要求：
（1）在下边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）用测得的量计算电源内阻的表达式r=________．
10、为了测定一个3.0V的直流电压表的内阻Rv（约为几千欧），采用如图所示电路
（1）可供选择的实验步骤是
A.闭合开关S；
B.将电阻箱R0的阻值调到最大；
C.将电阻箱R0的阻值调到0；
D.调节滑动变阻器的滑片P的位置，使电压表示数为3.0V；
E.断开开关S；
F.把滑动变阻器的滑
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