【高中物理】实验与探究教案讲义 16页

实验与探究一、基本仪器1.有效数字带有一位不可靠数字的近似数字叫有效数字。有效数字的位数从左边第一位不为零的数字算起。有效数字的位数与单位无关。0.012是2位有效数字、1000mm吉4位有效数字、1.000m是4位有效数字、1.0X102kg是2位有效数字。2.基本仪器(1)游标卡尺：先确定分度值，看游标上的刻度数量，10个就是10分度，精度0.1mm20个就是20分度，精度0.05mm50个就是50分度，精度0.02mm读数：主尺读的毫米数+游标对齐的刻度数X精度，无估读。(2)螺旋测微器：每一螺纹的螺距为0.5mm精度0.01mm读数：固定刻度读数+可动刻度读数(彳t读一位)x0.01mm=(3)多用电表：测量前，机械调零、选档。电流档和电压档：电流从红表笔流入,黑表笔流出。欧姆档：欧姆调零(两表笔短接)，电阻与电路断开，读数为指针示数x倍率。换挡虚重新欧姆调零。测量二极管：黑表笔接二极管正极、红表笔接负极,示数很小，反之很大。因为二极管电流方向从正极流向负极时电阻很小，反之很大。读数：指针示数x相应倍数。3.常见数据收集方法(1)直接测量：利用刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器测量长度；利用秒表、打点计时器、光电门测量时间；利用天平、弹簧测力计测量质量和力；利用欧姆表测电阻；利用电流电压表测电流电压；利用温度计测温度。(2)间接测量：测量某些物理量后通过计算得出待测物理量。xn+xn+1rgAx测速度：利用纸带Vn=2T,利用平抛运动V归x、yi,利用光电门v=工;2测加速度：利用纸带a=¥,利用单摆g=4-^2L测电阻：利用电流电压表R=，,利用电阻箱代替法或半偏法测电功率：利用电流电压表P=UI测电动势：利用电流电压表E=U+Ir,测量两组数据列方程组求解E、r\n4.具体题型1.填写下列读数:0.740mm0.935mm0.520mm0.680mm23cmLI!；J1.1.1.1,1,1二一LL』"i：I，】'llTrfrn'rq05tO21.25mm“W加岫11.90mm12.20mm15.2mm6.860mmI1111Ii111主尺单位：GE2nil游标尺13.20mm2.一多用电表的电阻挡有三个倍率，分别是XI、X10、M00.用M0挡测量某电阻时，操作步骤正确,发现表头指针偏转角度很小，为了较准确地进行测量，应换到X1挡,如果换挡后立即用表笔连接待测电阻进行读数，那么缺少的步骤是欧姆调零：若补上该步骤后测量，表盘的示数如图所示，则该电阻的阻值是22.0Q若将该表的选择开关置于5mA挡测电流,表盘示数仍如图所示，则被测电流为2.0mA:若用直流5V挡测量电压，则读数为3.70V\n二、力学实验1.匀变速直线运动(1)利用纸带判断物体是否做匀变速直线运动：若纸带上相邻点之间的位移差为恒量，则物体做匀变速直线运动，即Ax=x2-X1=x3-X2=x4-X3=…(2)利用纸带求物体加速度：根据推论Ax=aT2:X4-xi=X5-x2=X6-x3=・・・=3aT2,为保证精确，需多次测量多个结果，取平均值。利用v-t图像：根据Vn=X^+Xn+l,求出几个瞬时速度，做出v-t图像，图像的斜率即物体的加速度。2.弹力与弹簧伸长的关系直接测量弹簧的原长和伸长后的长度以及祛码质量，根据胡克定律计算相应问题。3.具体题型1.下图是某同学在做匀变速直线运动实验中获得的一条纸带。(1)已知打点计时器电源频率为50Hz,则纸带上打相邻两点的时间间隔为0.02s。(2)A、B、C、D是纸带上四个计数点，每两个相邻计数点间有四个点没有画出。从图中读出A、B两点间距s=0.7cm。(3)C点的速度是0.100m/s；加速度大小等于0.200m/s2。(保留三位有效数字)2.如图，为测量做匀加速直线运动小车的加速度，将宽度均为二者间距为do(1)小车匀加速经过光电门时，测得两挡光片先后经过的时间(2)(多选题)为减小实验误差，可采取的方法是(BCA.增大两挡光片宽度bB.减小两挡光片宽度bC.增大两挡光片间距dD.减小两挡光片间距d首先求出挡光片经过光电门时的平均速度Va=,Vb=:上b的挡光片A、B固定在小车上，测得△11和A12,小车加速度a=FJ_2__2__，、一o根据公式Vb-Va=2ad,求出ab,可减小误差，增大两挡光时间越小，小车经过光电门的速度就越接近瞬时速度，故减小两挡光片宽度挡光片间距d,可减小测量误差，故BC正确\nm\小车和祛码的总质量为M.小车'朝打点计时器横交流电蒋3.图为“验证牛顿第二定律”的实验装置示意图.砂和砂桶的质量为实验中用砂和砂桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小。e吟砂桶（1）实验中，为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，先调节长木板一端滑轮的高度，使细线与长木板平行.接下来还需要进行的一项操作是（B）A.将长木板水平放置，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，给打点计时器通电，调节m的大小,使小车在砂和砂桶的牵引下运动，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动B.将长木板的一端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，撤去砂和砂桶，给打点计时器通电，轻推小车，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动C.将长木板的一端垫起适当的高度，撤去纸带以及砂和砂桶，轻推小车，观察判断小车是否做匀速运动（2）实验中要进行质量m和M的选取，以下最合理的一组是（C）A.M=200g,m=10g、15g、20g、25g、30g、40gB.M=200g,m=20g、40g、60g、80g、100g、120gC.M=400g,m=10g、15g、20g、25g、30g、40gD.M=400g,m=20g、40g、60g、80g、100g、120g（3）下图是实验中得到的一条纸带，AB、C、DE、F、G为7个相邻的计数点，相邻的两个计数点之间还有四个点未画出.量出相邻的计数点之间的距离分别为：S\E!=4.22cm、Sbe4.65cm、Sca5.08cm、Sde=5.49cm、Sef=5.91cm、Sg=6.34cm.已知打点计时器的工作频率为50Hz,则小车的加速度a=0.42m/s2（结果保留两位小数）。JABCDEFG1（1）要先平衡摩擦力，让小车的重力沿斜面向下抵消摩擦力（2）为了让砂和砂桶的重力近似等于细线对车的拉力，要满足mK-,采用内接法。RrVRrV安安法：当电流表内阻已知，可以当作电压表用伏伏法：当电压表内阻已知，可以当作电流表用代替法：先连接待测电阻，记录电表读数，将电阻箱代替待测电阻接入电路，调节电阻箱，是电表读数与之前相同，电阻箱所调节电阻就是待测电阻阻值。1.测量金属电阻率用伏安法测出金属丝电阻R,用刻度尺测出金属丝长度L,用螺旋测微器测出金属丝直径d,由R=p-LS/口RS兀d2R得，p=「=7T。2.描绘小灯泡伏安特性曲线相当于伏安法测电阻，由于小灯泡电阻很小，所以用外接法，需要让小灯泡的电压从0开始，需要滑动变阻器分压接法。3.测电源电动势和内阻(1)利用电流表和电压表：测出电流和路端电压，改变电路电阻多测几组数据，根据闭合电路欧姆定律E=U+Ir列方程组求解(2)利用电流表和电阻箱：测出电流和外电路电阻，改变电路电阻多测几组数据，根据闭合电路欧姆定律E=IR+Ir列方程组求解(3)利用电压表和电阻箱：测出路端电压和外电路电阻，改变电路电阻多测几组数据，根据闭合电路欧姆定律E=u+Ur列方程组求解R4.器材选取原则(1)安全：保证电流电压不要超过表的量程、也不要超过灯泡、变阻器等器材的额定值(2)精确：尽量让电流电压表的指针才2/3处，结果更精确\n(3)简便：电路尽量连接简单、调节方便1.实物图连线原则先串后并，接线到柱，注意正负2.具体题型1.有一个电阻Rx,其阻值大约是10◎，请选择适当的器材，以便测量其阻值。可供选择的器材是：A.电动势4.5V、内阻不计的电源E3.量程为15V、内阻10k◎的电压表ViC.量程为3V、内阻6k◎的电压表V2D.量程为300mA内阻4◎的电流表AiE.量程为5A、内阻2◎的电流表AF.最大阻值20◎、额定电流1.5A的滑动变阻器RG.最大阻值500Q>额定电流0.5A的滑动变阻器R2H.开关和导线。选用的器材是ACDFH,画出电路图。Rx阻值大约10a,与电流表内阻更接近，确定外接法，Rx小于滑动变阻器阻值、且没有电压从0开始的要求，确定限流法。电路中的最大电流4.5/12=0.375A=375mA,所以电流表选D=Rx两端最大电压0.321X10-3.21V,所以电压表选Q变阻器2.某学习小组的同学拟探究小灯泡小灯泡L,规格“4.0v.0.7A”；电流表A,量程3A,内阻约为0.1Q;电流表A2,量程0.6A,内阻r2=0.2Q电压表V,量程3V,内阻rv=9kQ;标准电阻R,阻值1Q;标准电阻R,阻值3kQ;滑动变阻器R,阻值范围O-10Q,;学生电源E,电动势6V,内阻不计；开关S及导线若吓.R2最大阻值过大，不精确，所以选F。L的伏安特性曲线，可供选用的器材如下：图2图1；i工上…R尺勺》~<_I，WJ图3田4\n(1)甲同学设计了如图1所示的电路来进行测量，当通过L的电流为0.46A时，电压表的示数如图2所示，此时L的电阻为5Q.2.3/0.46=5(2)乙同学设计了如图3所示的电路来进行测量，电压表指针指在最大刻度时，加在L上的电压值是4V.(3)学习小组认为要想更准确地描绘出L完整的伏安特性曲线，需要重新设计电路.请你在乙同学的基础上利用所供器材，在图4所示的虚线框内补画出实验电路图，并在图上标明所选器材代号.(2)电压表和R2串联，电流一样，可求出R2两端电压1V,所以支路总电压4V(3)A1量程太大，读数不准，A2量程稍小于灯泡，并联一个小电阻分流即可充分测量L的电压电流LL答图1答图23.某同学在进行扩大电流表量程的实验时，需要知道电流表的满偏电流和内阻.他设计了一个用标准电流表G来校对待测电流表G的满偏电流和测定G内阻的电路，如图所示.已知G的量程略大于G的量程，图中R为滑动变阻器，R2为电阻箱.该同学顺利完成了这个实验.①实验过程包含以下步骤，其合理的顺序依次为BEFADC(填步骤的字母代号)；A.合上开关S2B.分另将Ri和R2的阻值调至最大C.记下R2的最终读数D.反复调节Ri和R2的阻值，使G的示数仍为Ii,使G的指针偏转到满刻度的一半，此时R2的读数为rE.合上开关SiF.调节R使G的指针偏转到满刻度，此时G的示数为Ii,记下此时G的示数②仅从实验设计原理上看，用上述方法得到的G内阻的测量值与真实值相比相等(填“偏大”、“偏小”或“相等”)；干路总电流不变，支路电流变为一半，所以电阻变为一半，所以相等③若要将G的量程扩大为I,并结合前述实验过程中测量的结果，写出须在G上并联的分流电阻RS的表达式，R=.牛要增大电流表量程，需并联一个电阻，根据电压相等Iir=(I-Ii)RsI-Ii\n3.科学实验是人们认识自然的重要途径，在电学实验中经常需要测量某负载的电阻.（1）测电阻的方法有多种.现在有一只标有“220V100W”的灯泡，它正常工作时的电阻484Q.若用多用表中欧姆档来测量这只灯泡的电阻，测出的电阻应小于灯泡正常工作时的电阻（填“大于”、“小于”或“等于"）.这是因为：灯泡正常工作会发热、电阻会增大（2）用伏安法测灯泡的电阻时，由于电表不是理想电表，必然存在误差.现有下列器材：A.220V交流电源；B.单刀双掷开关一只；C.电阻箱一只（0~9990，额定电流1A）;答案D.交流电流表一只（0~0.6A）;E.导线若干.请你用上述器材设计一个实验，能较为准确地测定灯泡正常工作时的电阻值.①画出电路原理图；5.在用电流表和电压表测定电池的电动势和内电阻”的实验中，根据测出的数据作出的电池A和电池B的U-I图线如图所示，从图中可以看出，电池A的内电阻rA=1.25Q,电池B的电动势Eb=1.5V,若将一电阻分别接在电池A和电池B的两极之间时，电阻消耗的电功率相等，则此电阻的阻值为1.251=0.5+0.4「a,根据图像可以看出A的电动势Ea=1,根据闭合电路欧姆定律E=U+Ir,EB05所以「a=1.25。根据几何关系器=湍7,所以Eb="，鬲.5/0.6=2.5。接在A两端时PA=（r+；a）2R,接在B两端时Pb=（r+R2R,所以Ea_EbR+raR+rb,带入数据得R=1.25\n6.为测量一电源的电动势及内阻。（1）在下列三个电压表中选一个改装成量程为9V的电压表A.量程为IV、内阻大约为1k◎的电压表ViB.量程为2V内阻大约为2kQ的电压表V2C.量程为3V、内阻为3kQ的电压表V3'—@——(^4答案：1~~1(—E,r选择电压表C串联6kQ的电阻可以改装成量程为9V的电压表。（2）利用一个电阻箱、一只开关、若干导线和改装好的电压表（此表用符号Vi、V2或V3与一个电阻串联来表示，且可视为理想电压表），画出测量电源电动势及内阻的实验原理电路图。（3）根据以上实验原理电路图进行实验，读出电压表示数为1.50V时、电阻箱的阻值为15.0电压表示数为2.00V时，电阻箱的阻值为40.0Q,则电源的电动势E=7.5V,内阻r=10Qo电压表读数X3=路端电压，两组数据分别代入闭合电路欧姆定律E=U+Ur,得出结果R7.某同学利用伏安法测量某未知电阻Rx的精确电阻（阻值恒定），进行了如下实验：（1）他先用万用电表欧姆挡测该未知电阻的阻值.将开关置于XI挡位，指针示数如图，若想更准确一些，下面操作正确的步骤顺序是DAE（填序号）A.将两表笔短接进行欧姆调零B.将两表笔短接进行机械调零C.将开关置于XIk挡D.将开关置于X100挡E.将两表笔接未知电阻两端，待指针稳定后读数3040001A-V-Q005000D/V0\2500n7V_2015250100.5ton2045010408（2）然后用以下器材用伏安法尽可能精确地测量该电阻：A.直流电源E（电动势3V,内阻忽略）B.电流表A1（量程0.3A,内阻约为0.1Q）C.电流表A2（量程3mA,内阻约为10Q）D.电压表V1（量程3V,内阻约为3kQ）E.电压表V2（量程15V,内阻约为50kQ）F.滑动变阻器R1（最大阻值10◎）G.滑动变阻器R2（最大阻值1000Q）\nH.开关S,导线若干①为较准确测量该电阻的阻值，要求各电表指针能有较大的变化范围，以上器材中电流表应选C（填“B”或"C”），电压表应选D（填"D'或"E”），滑动变阻器应选F（"F"或"G'）②请在下面的虚线方框中画出实验电路原理图^\n（1）欧姆表显示待测电阻阻值在1000左右，选择X100倍率合适，所以换到x100挡，换挡之后必须进行调零才可以测量（2）根据电源电动势为3V,电压表应选量程0〜3V电压表V1,根据（1）可知，其电阻值约3V为1000◎，电流最大值为IM==3mA,则电流表应选量程0〜3mA电流表A2,由于题目要求100002各电表指针能有较大的变化范围，电路应该设计成滑动变阻器分压接法，滑动变阻器应选阻值范围0〜10a的滑动变阻器R1,由于RV=3-000-