二轮复习资料10个专题专题十.docx
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二轮复习资料10个专题专题十
专题十
基本实验方法探究
一、要点分析
1考试说明要求：
能独立完成考试说明书中注明“实验、探究”的内容，明确实验目的，理解原理和方法，控制实验条件。
会使用实验仪器，会观察、分析实验现象，会记录、处理数据，并得出结论，对结论进行一定的分析和评价。
2.咼考热点：
（1）实验方案的设计；
（2）实验器材的选择；
（3）实验数据的处理；
（4）实验误差的分析。
3.应对策略：
要注重实验的实际操作训练，掌握基本的实验方法和原理，明确基本实验仪器使用的规则。
能在实验任务的前提下，结合实际物理情景，确定完成实验目的的途径和方法，设计切实可行的实验方案。
二、典型例题
题型一实验方案的设计
规律方法在明确实验目的的基础上，结合具体的物理实验情境，灵活确定完成实
验目的的途径和方法
【例1】某同学在资料上查得弹簧振子的周期公式为
12
式E]kx。
（式中k为弹簧的劲度系数，m为振子的质量，x为弹簧的形变量）.为了
验证弹簧的弹性势能公式，他设计了如图（甲）所示的实验：
轻弹簧的一端固定在非常平滑的木板一端，另一端连接一个质量为m的滑块，滑块上竖直固定一个挡光条，每当挡光条
'I
ri
挡住从光源A发出的细光束时，传感器因接收不到光线就产生一个电信号，输入电脑后经自动处理就能形成一个脉冲电压波形.开始时，滑块静止在平衡位置恰好
能挡住细光束•给滑块一个瞬时冲量后，振子就振动起来.
（1）系统振动过程中，在电脑上所形成的脉冲电压波如图（乙）所示，可知该系统的振
动周期T=。
2测得挡光条宽度为d,挡光时间厶仁且厶t远小于To.则小球运动的最大动能Ek
（3）如果再测出滑块振动的振幅为A,利用题中提供的两个公式及测出的物理量表示出
系统振动过程中弹簧的最大弹性势能Ep=。
【解析】通过本实验，在误差范围内如有Ekm=Epm，也就验证了弹簧的弹性势能公
式的正确性.
（1）给滑块一个瞬时冲量后，振子做简谐运动，由图（乙）可知，振子从平衡位置经To
又回到平衡位置，所以该系统的振动周期T=2To.
（2）滑块在平衡位置时速度最大，由于滑块静止在平衡位置恰好能挡住细光束，且经过
平衡位置时挡光时间很短，所以可用滑块过平衡位置时的平均速度作为滑块的最大速度，
所以小球运动的最大动能
Ek
md2
2t2
1
（3）
2mA2
当滑块位于最大位移处时，弹簧的弹性势能最大E-kA2,再根据弹簧振子的周2
2To2
期公式计算出弹簧劲度系数k，代入公式可得弹簧的最大弹性势能ePm
【知识链接】实验设计的基本步骤
1.明确目的
实验目的是题目或课题交给我们需要完成的实验任务，是实验设计的出发点.实验目的明确后，运用所学知识，广泛联系，看看该物理量或物理规律在哪些内容中出现过，与哪些物理现象有关，与哪些物理量有直接的联系.再充分结合题目提供的具体实验情境和提供的实验仪器来灵活地确定实验的原理。
2.选择方案
对于同一个实验目的，可能存在多种实验原理，进而形成多种（可供选择的）设计方
案.一般说来，依据不同的实验原理选择不同的实验方案主要遵循四条原则：
（1）科学性：
设计的方案有科学的依据和正确的方式，符合物理学的基本原理；
（2）可行性：
按设计方案实施时，应安全可靠，不会对人身、器材造成危害，所需装置和器材要易于置备，且成功率高；
（3）精确性：
在选择方案时，应对各种可能的方案进行初步的误差分析，尽可能选用精确度高的方案；
（4）简便、直观性：
设计方案应便于操作、读数，便于进行数据处理，便于实验者直观、明显的观察.
题型二实验器材的选择
规律方法根据具体的物理实验情境，结合仪器使用的规则和仪器本身的规格选择
恰当的实验器材，并能在具体的问题当中能灵活的迁移运用
（如电流表可作电压表使用）.
电学实验中会根据电流表和电压表和内阻及待测电阻的大小判断电流表内外接法、能够通过计算选择电流表和电压表的量程，当要求测量的电压和电流从零连续变化或者当滑动变阻器阻值太小不能起到有效保护的作用时必须采用滑动变阻器的分压接法.
【例2】某同学在实验室测汽车电热器R的电功率，此电热器额定电压为12V车用
蓄电池输出的最高直流电压）•该同学用学生电源代替蓄电池，输出电压为16V，导线、
开关等已经备齐，供选择的器材还有：
A.电流表（0〜3A,0.1Q）
B.电流表（0〜0.6A,10Q）
C•电压表（0〜3V,1kQ）
D.电压表（0〜15V,30kQ）
E.滑动变阻器（0〜10Q,0.5A）
F.滑动变阻器（0一10Q,2A）
该同学测量的数据记录如下
U/V
0
2.2
3.0
5.0
8.0
10.0
12.0
I/A
0
0.15
0.20
0.30
0.40
0.45
0.50
（1）合理选择使用的器材：
电流表选，电压表选，滑动变阻器选_（
序号）
（2）画出合理的测量电路图.
（3）在图中的坐标纸上作出U-1图象.
（4）电热器的额定功率为W
【解析】
（1）要测汽车电热器R的电功率，根据提供的实验仪器，只需测出其两端的
电压U和流过的它电流I，便可得到电热器R的电功率P=UI.由题意及记录数据可知电热器额定电压为12V。
流过电流表的最大电流为动变阻器选F.
（2）电热器电阻约为20Q,与电流表内阻接近，所以选用电流表外接法，且要求电热器中电流从0开始连续变化，应选变阻器的分压接法•测量电路如图所示.
（3）把记录数据点放到U-1坐标系中，描
点连线得到U-I图象如图所示.
（4）
0.5A,所以电流表选B,电压G表选D.滑
电热器额定电压为12V，此时流过电热器的额定电流为0.5A，所以电热器的额
定功率为6W.
【知识链接】电学实验器材主要是电表、滑动变阻器、电源等器材.选择实验器材
一般要考虑四个方面因素：
1•安全因素：
通过电源、电阻和电表的电流不能超过其允许的最大电流.
2.误差因素：
选用电表量程应考虑尽可能减小测量值的相对误差，电压表、电流表
在使用时尽可能使指针接近满量程，其指针应偏转到满偏度的1/3以上；使用欧姆表时
宜选用指针尽可能在中间刻度附近的倍率挡位.
3•便于操作：
选用滑动变阻器时应考虑对外供电电压的变化范围要既能满足实验要求，又便于调节•在实验过程中，应使其大部分电阻线都用到.
4.实验要求：
除以上三个因素外，还应注重实验实际.如电压是否能从零开始起调。
所给电源与用电器是否匹配等。
题型三实验数据的处理方法
规律方法要明确实验数据处理的常用方法，在实际实验中要根据具体的实验问题和实验要求灵活地选择数据处理方法.
g=iom/s2,
【例3】用如图所示的装置做“探究机械能守恒定律”实验时，如果认为
打点计时器打点周期为T=0.02s，则
（1）
A.B.C.D.⑵
关于纸带的第一点和第二点的距离大小及形成的原因，下列说法中正确的是考虑阻力影响）
若第一点和第二点的距离大于2mm,则表明在开始打点前就将纸带由静止释放
若第一点和第二点的距离大于2mm,则表明在开始打点后才将纸带由静止释放
若先开始打点后释放纸带，则不可能出现第一点和第二点距离大于2mm的情况
若先开始打点后释放纸带，则不可能出现第一点和第二点距离小于2mm的情况
打点计时养
公式是
，计算的结果是vD
m/s.（保留三位
该同学已经测得纸带上所打出的各点与打出的第一点即0的距离，并列入下表：
线段
0A
OB
OC
OD
OE
OF
OG
代号
dl
d2
d3
d4
d5
d6
d7
长度（cm）
19.56
23.51
28.43
33.10
38.25
44.02
50.12
为了尽量准确地测出打D点时重锤的运动速度，他应采用的计算
有效数字）
[T
【解析】
（1）不考虑阻力影响时，重物做自由落体运动•根据运
动学公式h=gt2/2可知，如打下第一个点时纸带的速度为零，则第
一个点与第二个点的距离为2mm.如果先打点后放纸带，则打下第一个点时纸带的速度
肯定为零，打下第二个点时重物下落的时间t<0.02s，两点间的距离s<2mm;如第一
个点与第二个点的距离大于2mm，则表明打下第一个点时纸带的速度不为零，即先放纸
vgt来计算某一
带后打点，A、C正确.
（2）实验时，由于不可避免的存在阻力，所以不能用运动学公式
点的速度，而应利用纸带上记录的数据求得某点的瞬时速度，
Vd（CDDE）/2T（d5d3）/2T2.46m/s•
【知识链接】实验数据的处理方法主要有以下几种：
1•直接比较法：
有些实验，只需通过定性地确定物理量间的关系，或将实验结果与标准值相比较，就可得出实验结论，可应用直接比较法来进行数据处理.
2•平均值法：
通常在同样的测量条件下，对于某一物理量进行多次测量的结果不会完全一样，用多次测量的算术平均值作为测量结果，是真实值的最好近似.
3•列表法：
实验中将数据列成表格，可以简明地表示出有关物理量之间的关系，便于检查测量结果和运算是否合理，有助于发现和分析问题•列表法常与图象法一起应用，且列表法常常是图象法的基础.
4•图象法：
选取适当的自变量。
通过作图可以找到或反映物理量之间的变化关系，并便于找出其中的规律，确定对应量的函数关系.
5.描迹法：
描迹可形象直观地直接反映实验结果，如实验“研究平抛物体的运动
“电场中等势线描绘”均采用了描迹法.
题型四实验误差的分析：
规律方法要明确实验误差的来源，并能在实验中通过控制、改进实验条件和合理的数据处理来减小实验误差.
【例4】“伏安法”测电阻时，由于电压表、电流表内阻的影响，使得测量结果总存在误差，而按如图所示电路进行测量，则由电压表、电流表内阻所造成的误差可消除.
（1）在答题纸相应的横线上简要写出还未完成的主要操作步骤，并用字母表达出相应的测量值.
1闭合电键S1,电键S2接2,调节RP和,使电压表和电流表
的读数尽可能大，读出电流表和电压表读数12、U2•
2保持RP不变.
（2）推导出待测电阻R的表达式.
【解析】本实验的目的是为了消除电压表、电流表内阻所造成的误
差•根据实验环境，实验原理是测出电流表和变阻器R）的电阻和，再得到被测电阻R的阻
值.
（1）实验过程为：
闭合电键Si,电键S2接2,调节RP和FP，，使电压表和电流表的读数尽可能大，读出电流表和电压表读数12、U2；再把S2接1,闭合S1，调节FP'，使伏特
表、安培表读数尽可能大，并读出数值1仆U.
（2）根据欧姆定律有士
I2
RxRA
Rp,
U1
I1
U2
RARp,所以RxU^
I2
U1
I1
【方法技巧】1•本实验通过两次测量，第一次先得到RxRARP的总阻值；第二
次得到RARp的阻值，从而巧妙消除了电压表、电流表内阻所造成的误差影响，得到了
较为精确的RX的值.
2•减小实验误差的常用方法
（1）校准测量仪器•如电表、天平等使用前应先调零校准.
（2）恰当选择仪器的量程和精确度.
（3）改进实验方法，完善实验原理.
（4）多次测量求平均值可有效的减小偶然误差.
（5）恰当的数据处理方法可有效的减小实验误差.
【知识链接】
（1）系统误差和偶然误差：
测量值总是有规律地朝着某一方向偏离真值（总是偏大或总是偏小）的误差，称为系统误差.系统误差的主要来源是仪器本身不够精确，或实验原理、方法不够完善等.偶然误差总是有时偏大，有时偏小，并且偏大和偏小的几
乎机会均同。
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。
而系统误差不能通过多测几次求平均值的方法以来减小，只能通过提高提高仪器的精确程度或改变实验原理、完善实验方法来实现.
（2）绝对误差和相对误差：
设某物理量的真值为Ao,测量值为A,则绝对误差△=
AA，相对误差为AA0。
真值A。
常以公认值、理论值或多次测量的平均值
AoAo
代替.
三、巩固训练
1•现有一阻值为R=10.0Q的定值电阻、一个电源、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，请设计一个能粗略测定上述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）要求：
（1）画出实验电路图；
⑵简要写出完成接线后的实验步骤；
⑶写出用测得的量计算电源内阻的表达式。
2•在“用电流表和电压表测定电池的电动势和内阻”的实验中•现备有以下器材：
A.干电池I节
，电压表应选.
U-I图线.根据图线
B.滑动变阻器（0〜50Q）
C.滑动变阻器（0〜10kQ）
D.电压表（0〜3V,5kQ）
E.电压表（0〜15V,25kQ）F.电流表（0〜0.6A,1Q）
G.电流表（O一3A,0.1Q）
H.电键、导线若干
，电流表应选
（2）为了最大限度地减小实验误差，画出该实验合理的电路图.
（3）某同学记录的实验数据如下表所示，根据这些数据在图中画出
（1）其中滑动变阻器应选
得到被测电池的电动势E=V,内电阻r=Q.
物理量
1
2
3
4
5
6
I（A）
0.05
0.10
0.20
O.25
O.30
0.40
U（V）
1.45
1.40
1.32
1.27
1.22
1.13
3•某学生把一捆重量为50N的书籍带回家，上电梯时把书放在电梯地板上，（电梯
直达小明家所在楼层，每层楼高约3米）书随电梯竖直向上运动过程中速度的变化情况如
下表所示：
（电梯的启动和制动过程可以看做是匀变速直线运动:
时间/s
O
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
II
12
速度/m/s
0
2.0
4.0
5.O
5.0
5.O
5.O
5.0
4.O
3.0
2.0
1.0
0
由上表中的数据可以推测出，2.3秒时书对电梯地板的压力为_匚，根据数据分析
可得知小明家最有可能住在楼.
4•用伏安法测一节干电池的电动势和内电阻，伏安图象如图所示，根据图线回答:
（1）干电池的电动势和内阻各多大？
⑵图象上a点对应的外电路电阻是多大？
电源此时内部热耗功率是多少
（3）图象上a、b两点对应的外电路电阻之比是多大
（4）在此实验中，电源最大输出功率是多大？
?
对应的输出功率之比是多大？
5.电路图中E为电源，其电动势为ER为滑动变阻器，艮为电阻箱，A为电流表.用此电路，经以下步骤可近似测得A的内阻FA:
①闭合Si,断开S2,调节R,使电流表读数
等于其量程Io；②保持R不变，闭合S2,调节R,使电流表读数等于I。
/2,然后读出R2的值，取R=R.
RaR2
（1）真实值与测量值之差除以真实值所得比值叫做测量结果的相对误差，即二2,
Ra
试导出它与电源电动势E、电流表量程I。
及电流表内阻甩的关系式.
（2）若已知Io=10mA,真实值甩约为30Q,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？
6.有一小灯泡标有“4.8V2W”的字样，现在测定小灯泡在不同电压下的电功率，并
作出小灯泡的电功率P与它两端的电压U2的关系曲线。
有下列器材可供选用:
A.
电压表V1（0〜3V,内阻3KQ）
B.电压表V2（0〜15V,内阻15KQ）
C.
电流表A（0〜0.6A，内阻约1Q）
D.定值电阻R=3KQ
E.
定值电阻F2=15KQ
F.滑动变阻器R（10Q,2A）
G.
学生电源（直流6V,内阻不计）
H.开关、导线若干
（1）实验中所用的电压表应选用
，定值电阻用选用。
（2）为尽量实验误差，并要求从零开始多取几组数据，请在方框内画出满足实验要求的实验电路图：
（3）得用上述实验电路图测出的电压读数UV与此时小灯泡两端的电压U的定量关系
是，下图的四个图象中可能正确的是。
【参考答案】
1•由于电压表内阻很大，所以可以直接把电压表接在电源两端测电源的电动势•再
利用电压表测出定值电阻两端电压，便可得到电源内阻r与定值电阻R的比例大小关系.虽
然电压表表面上无刻度值但表面上有刻度，由于电压表表盘上的刻度是均匀变化的，所以
可求得电源的内阻.
（1）实验电路原理图如图所示.
（2）断开电键，记下电压表指针偏转格数Ni,合上电键，记下电
压表指针偏转格数N2•
（3）电源电动势E=kN1；电阻R两端电压为U=kN2；根据电路图连接关系有（E—U）/r=U/R,故r=（Ni一N2）R/N2.
2.
（1）BFD干电池允许通过的最大电流一般不超过0.5A，电流表应选F;干
电池的电动势在1.5V左右，电压表应选D;干电池内阻一般不是很大，所以选用变阻器B
便可完成实验.
（2）电流表内阻与干电池内阻接近，为了最大限度地减小实验误差，应采用电流表相对干电池外接法，实验电路如图所示.
（3）作出U-I图线如图所示，从UI图线上可以直接读出电源的电动势约为1.5V,图线的斜率即为电源的内阻，约为0.94
Q.
3.由表中数据可推测该学生先匀加速
上升，再匀速上升，最后匀减速上升•根据运动学关系可求得匀加速上升时的加速度a=
△v/At=2m/s。
，根据牛顿第二定律有F—mg=ma，再根据牛顿第三定律得书对
电梯地板的压力N=F=60N;电梯匀加速上升的高度s1=v2/2a=52/4m=6.25m；匀速
2上升的高度为S2=vt2=5X4.5m=22.5m:
匀减速上升时，加速度大小为a=1m/s，上
升的高度为S3=v2/2a2=12.5m即该学生上升的总高度为s=S1+S2+s3=41.25m.每层
楼高约为
4.
3m,上升的楼层数约为
（1）开路时（I=
s/3=14层，所以小明家最有可能住在
0）的路端电压即电源电动势，因此
15楼.
E=1.5V,内阻
1.5
1.5
7.5
1.0
2.5
0.2
0.2
⑵a点对应外电阻
也可由
图象知图象
值即内阻，故
Ua
Rar
a
100.4
2.5
此时电源内部的热耗功率P=
l2r1.25W。
也可以由面积差求得
Pr
laElaUa
1.25W
⑶电阻之比：
巴j°/2.5
Rb0.5/5.0
输出功率之比105瓷
⑷电源最大输出功率出现在内、外电阻相等时，此时路端电压U=E/2，干路电流I=1短/2，因而最大输出功率P血=2.81W.
5.⑴由步骤①得
由步骤②得
R2
联立解得
Ri
RAR2RaR2
RAR2
Ra
Ra
eRa-
（2）由
（1）及题中要求可知10RA<5%,因此，E>6V.
E
6.
（1）AD
（2）
见右图
—
（3）U=2U/C
基本仪器的使用
要点分析
1.考试说明要求：
会正确使用的仪器主要有：
刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器、电火花计时器或电磁打点计时器、弹簧秤、电流表、电压表、多用电表、滑动变阻器、电阻箱、温度计等。
2.高考热点：
力学测量仪器的使用，主要有刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器、打点计时器的读数问题；电学实验仪器的使用，主要是电流表、电压表、多用电表、滑动变阻器、电阻箱、示波器的使用和读数。
3.应对策略：
首先要熟悉各种基本仪器的构造及其原理，其次对于仪器读数问题，要掌握有效数字的有关知识和各种仪器的读数规则，对于不同的仪器，读数规则不同；对于同一类仪器，其精度不同，读数的规则也不一定相同。
再者对于仪器的选择使用问题，要在理解实验原理的基础上，正确选择实验仪器；正确确定仪器的连接方式；按照实验要求正确进行实验操作；对实验结果能进行正确合理地分析，从而得到正确的实验结论.
二、典型例题
题型一长度测量仪器的使用
规律方法对游标卡尺读数时，首先要明确游标尺的精度，不估读；对螺旋测微器
读数时，如以毫米为单位，小数点后一定保留三位有效数字；对刻度尺而言，最小刻度一
般是1毫米•要估读到最小刻度的下一位.
【例1】一种游标卡尺，它的游标尺上有50个小的等分刻度，总长度为49mm用它
测量某物体长度，示数如图所示，则该物体的长度是cm.
【解析】
图中游标尺的精度为0.02mm，其主尺读数为41mm游标部分第10格和主尺刻度对齐，其读数为0.20mm,所以物体的长度为41mmF0.20mm=41.20mm，单位换算后其读数为4.120cm。
【误点警示】
（1）在对游标卡尺读数时，应先把主尺读数读作以mm为单位。
再与游
标尺刻度相加，得到最终以mm为单位的读数结果，再根据题意对数据结果的要求进行单
位换算；
（2）要注意游标卡尺的读数规则，如精度为0.05mm的游标卡尺，最终读数一定要读
到mm的百分位，即以mm为单位，小数点后面一定保留两位，且其读数的最后一位一定是
“0”或“5”（5与整数相乘的结果），本题中很容易错读为4.12mm.
【知识链接】游标卡尺的读数方法是，首先从游标尺零刻度线左侧的主尺刻度线读出
整毫米数，其次找到游标尺与主尺刻度线的“正对”位置，在游标尺上读出毫米的小数部
分，它们的和即为所测长度值•游标卡尺的读数公式：
测量值=主尺读数+游标尺的读数，
即:
L=（10x+y+ns）mm其中L为被测物体线度，x为对应的主尺上标的数字（即厘米数）,y为主尺上的整毫米数，n为与主尺上某刻度线对齐的游标尺刻度线的格数，s为
此种卡尺的精度•以上公式中的（10x+y）即为主尺读数，ns即为游标尺的读数.
十分度、二十分度和五十分度的游标尺的有关参数和游标尺读数如下表所示:
游标尺
精度
（mm）
游标尺读数（n为游标尺上正对主尺刻度线的左侧小格数）mm
小格数
刻度总长度
（mm）
主尺与游标尺每小
格长度差（mm）
10
9
0.1
0.1
+O.1n
20
19
0.05
0.05
+O.05n
50
49
0.02
0.02
+0.02n
【例2】如图中给出的是用螺旋测微器测量一金属薄板厚度时的示数，
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