【物理】2019届一轮复习人教版实验与探究学案 28页

一、实验原理的理解 对于不同类型的实验的原理，选用的设计方法不同，常见实验原理的设计方法有6种：‎ 方法1：等效替代法 若某物理量不易测量，可用较易测量的量替代，从而简化实验，如用位移代替时间等。‎ 方法2：控制变量法 为了研究某一物理量或现象变化的原因和规律，设法把其中的一个或几个因素控制起来，使之保持不变，然后来比较、研究其他两个变量之间的关系，如控制质量不变，研究加速度与力的关系等。‎ 方法3：理想化方法 在研究物理量间的关系或规律时，可忽略某些次要因素，使研究的规律更显现，如用伏安法测电阻时，选择合适的内、外接法，就可以忽略电表的非理想性等。‎ 方法4：留迹法 利用某些特殊手段，把一些瞬间即逝的现象（位置、轨迹、图象等）记录下来，以便于此后对其进行仔细研究的一种方法。 ‎ 方法5：模拟法 当实验情境不易或根本无法创设时，可以用物理模型或数 模型等等效的情境代替。‎ 方法6：放大法 微小量不易测量，勉强测量误差也较大，可采用各种方法加以放大，如卡文迪许扭秤测定引力常量等。‎ 二、基本仪器的读数和实验电路的设计 完成同一个实验有不同的实验方案，不同的实验方案引起的误差不一样，设计实验方案时需要遵循的四大原则如下：‎ 原则1： 性 设计的方案有 的依据，符合物理 的基本原则。‎ 原则2：可行性 按设计的方案实施时，应安全可靠，不会对人体、器材造成危害，所需装备和器材要易于置备，且成功率高。‎ 原则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。‎ 原则4：简便、直观性 设计方案应便于实验操作、读数，便于进行数据处理，便于实验者直观、明显地观察。‎ 三、合理地选择和使用仪器 在电 实验中选择实验仪器是个难点，对电表可根据不使受损和尽量减小误差的原则来选择。首先保证流过电流表的电流和加载电压表上的电压均不超过其使用量程。然后使指针有较大偏转（一般取满偏的1/3以上），以减小测量误差。一般方法是由电源电动势确定电压表，再由电路的最大电流确定电流表。‎ 四、掌握典型的处理数据的方法 实验数据的处理是物理实验的重要一环，常见的数据处理方法如下：‎ 方法1：直接比较法 有些实验，只需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。‎ 方法2：平均值法 通常在同样的测量条件下，对于某一无量进行多次测量的记过不会完全一样，用多次测量的算术平均值作为测量结果，与真实值最接近。‎ 方法3：列表法 实验中将实验数据列成表格，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，有助于分析和发现问题。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。‎ 方法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。‎ 方法5：公式法 将实验测得的数据带入物理公式，经运算得到所求物理量的数值的方法。还有逐差法处理数据，为了减小偶然误差，可能还需要多次带入公式，求出待测物理量的多个实验值，然后用多个实验值求待测物理量的平均值。‎ 方法6：计算机辅助处理数据法 利用计算机记录数据、处理数据，利用计算机进行数据的图象处理。‎ 五、正确连接实物图 根据电路图连接实物图的方法是先串后并，即先按电流流向将电源与其中一支路连成串联电路，然后将其他支路的元件并联在相应的两点间，电路连接时要注意以下几点：‎ 注意1：‎ 注意顺序，按照给定的电路图中期间的顺序连接实物图，在连接实物图的过程中各个器材的顺序不能颠倒。连线时通常采用先干路、后支路，先串联、后并联的策略。一般的顺序：电源正极→开关→用电器→电源负极。‎ 注意2：‎ 注意量程，电路中若有电表，那么必须注意电表的量程选择。如果电源是两节干电池，则电压表的量程应为3 V，再根据其他条件估算电路中的最大电流，确定电流表的量程。‎ 注意3：‎ 注意正负，由于电表有多个接线柱，且有正负接线柱之分，要在正确选择量程的基础上，看准是用正接线柱还是用负接线柱，保证电流从电流表和电压表的正接线柱流进，从负接线柱流出。‎ 注意4：‎ 一般要求导线不能交叉，注意合理安排导线的位置，力求画出简洁的实物图。‎ 注意5：‎ 注意开关，开关一般紧靠电源，必须能控制干路（支路开关除外）。‎ 用如图甲所示的实验装置完成“探究动能定理”实验。请补充完整下列实验步骤的相关内容：‎ ‎（1）用天平测量小车和遮光片的总质量M、砝码盘的质量；用游标卡尺测量遮光片的宽度d，游标卡尺的示数如图乙所示，其读数为____________cm；按图甲所示安装好实验装置，用米尺测量两光电门之间的距离s；‎ ‎（2）在砝码盘中放入适量砝码；适当调节长木板的倾角，直到轻推小车，遮光片先后经过光电门A和光电门B的时间相等；‎ ‎（3）取下细绳和砝码盘，记下___________（填写相应物理量及其符号）；‎ ‎（4）让小车从靠近滑轮处由静止释放，用数字毫秒计分别测量出遮光片经过光电门A和光电门B所用的时间和；‎ ‎（5）步骤（4）中，小车从光电门A下滑至光电门B过程合外力做的总功=_________，小车动能变化量=__________（用上述步骤中的物理量表示，重力加速度为g），比较和的值，找出两者的关系；‎ ‎（6）重新挂上细线和砝码盘，改变砝码盘中砝码质量，重复（2）~（5）步骤。‎ ‎（7）本实验中，以下操作或要求是为了减小实验误差的是________。‎ A．尽量减小两光电门间的距离s B．调整滑轮，使细线与长木板平行 C．砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量 对本实验的原理、实验中各项操作的目的以及测量数据的作用不清楚，不能确定实验中那些方面会产生误差，导致了错误。‎ ‎（1）游标卡尺的读数为。‎ ‎（3）因为要计算重力势能变化量，故需要记录砝码盘中砝码的总质量m。‎ ‎（7）尽量增大两光电门间的距离s，距离大一些，误差小一些，故A错误；调整滑轮，使细线与长木板平行，否则撤去绳子后，合力不等于绳子拉力，故B正确；本实验没有用砝码盘和盘中砝码的重力代替绳子的拉力，不需要满足砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量，故C错误。‎ ‎1．某实验小组利用图示装置进行“探究动能定理”的实验，实验步骤如下：‎ A．挂上钩码，调节长木板的倾角，轻推小车后，使小车能沿长木板向下做匀速运动；‎ B．打开速度传感器，取下轻绳和钩码，保持步骤A中调节好的长木板倾角不变，让小车从长木板顶端静止下滑，分别记录小车通过速度传感器1和速度传感器2时的速度大小v1和v2；‎ C．重新挂上细绳和钩码，改变钩码的个数，重复A到B的步骤。‎ 回答下列问题：‎ ‎（1）按上述方案做实验，长木板表面粗糙对实验结果是否有影响？ ；（填“是”或“否”）‎ ‎（2）若要验证动能定理的表达式，还需测量的物理量有 ；‎ A．悬挂钩码的总质量m B．长木板的倾角θ C．两传感器间的距离l D．小车的质量M ‎（3）根据实验所测的物理量，动能定理的表达式为 （重力加速度为g）。‎ ‎【答案】（1）否 （2）ACD （3）mgl=Mv22−Mv12‎ ‎【解析】（1）小车在重力、斜面弹力、摩擦力、细线拉力作用下处于平衡状态，撤去钩码后小车的合外力等于钩码的重力，所以长木板表面粗糙对实验结果没有影响。‎ ‎（2、3）根据动能定理可知，合外力对小车做的功等于小车动能的变化量，则有：mgl=Mv22−Mv12，所以要测量悬挂钩码的总质量m，两传感器间的距离l，小车的质量M，故选ACD。 ‎ 如图甲所示为用多用电表×1挡测金属丝的电阻，图乙是用螺旋测微器测得的金属丝的直径示意图，图丙使用游标卡尺测得的金属丝的长度，除待测金属丝外，实验室还备有的实验器材如下：‎ 甲 乙 丙 A．电压表V1（量程3 V，内阻约为15 Ω） B．电压表V2（量程l5 V，内阻约为75 Ω）‎ C．电流表A1（量程3 A，内阻约为0.2 Ω） D．电流表A2（量程600 mA，内阻约为1 Ω）‎ E．滑动变阻器R1（0~5 Ω，0.6 A） F．滑动变阻器R2（0~2 000 Ω，0.1 A） : ]‎ G．输出电压为3 V的直流稳压电源E H．电阻箱 I．开关S，导线若干 为了减小实验误差，需进一步测其电阻而采用伏安法，则上述器材中应选用的实验器材有（填代号）______________。请在方框内设计最合理的的电路图并实物连线。但用该电路电阻的测量值______真实值（选填大于、等于或小于）。如果金属丝直径为D，长度为L，所测电压为U，电流为I，写出计算电阻率____________________‎ 丁 戊 不能由滑动变阻器的阻值与测量电路总阻值间的关系判断滑动变阻器的连接方式，滑动变阻器错误选用限流式接法。‎ 由图示多用电表可知，待测电阻阻值是6×1 Ω=6 Ω；由图示螺旋测微器可知，固定刻度示数是2 mm，可动刻度示数是10.0×0.01 mm=0.100 mm，则螺旋测微器示数是2 mm+10×0.01mm=2.100 mm；由图示游标卡尺可知，主尺示数是3.6 cm=36 mm，游标尺示数是2×0.1 mm=0.2 mm，则游标卡尺示数是36 mm+0.20 mm=36.20 mm；‎ 为测多组实验数据，滑动变阻器应采用分压接法，=6，=250，>，电流表应采用外接法，实验电路图如图甲所示，根据实验电路图连接实物电路图，如图乙所示；电流表采用外接法，由于电压表的分流作用，电流测量值偏大，由R=可知，待测电阻测量值比真实值小。‎ 由电阻定律可知，R=ρ，R=，则电阻率ρ=。‎ 甲 乙 ‎1．某班举行了一次物理实验操作技能比赛，其中一项比赛为用规定的器材设计合理的电路，并能较准确地测量某电源的电动势及内阻。给定的器材如下：‎ A．电流表G（满偏电流10 mA，内阻10 Ω）‎ B．电流表A（0~0.6 A~3 A，内阻未知）‎ C．滑动变阻器R0（0~100 Ω，1 A）‎ D．定值电阻R（阻值990 Ω）‎ E．开关、导线若干、电源 ‎（1）请你用以上实验器材设计测量该电源的电动势和内阻的电路图，并画在右边的虚线框中。（要求：为了保证器材的安全，在闭合开关前滑动变阻器的滑动头应置于最右端，即最大电阻处）‎ ‎（2）图甲为小刘同 根据上述设计的实验电路利用测出的数据绘出的I1–I2图线（I1为电流表G的示数，I2为电流表A的示数），则由图线可以得到被测电源的电动势为___________V，内阻为__________Ω。（结果保留两位有效数字）‎ ‎（3）另一位小张同 对另一电源也用上面的实验电路进行测量，初始时滑片P在最右端，但由于滑动变阻器某处发生断路，合上电键后发现滑片P向左滑过一段距离x后电流表A才有读数，于是该同 根据测出的数据作出了两个电流表读数I与x的关系图，如图乙所示，则根据图象可知，此电源的电动势为__________V，内阻为__________Ω。（结果保留三位有效数字）‎ ‎【答案】（1）如图所示 ‎（2）7.5 5.0 （3）9.0（9.0或9.1均可） 11.0（10.7~11.7均可）‎ ‎【解析】（1）该实验需要一个电压表，则将电流表G和定值电阻串联改成电压表，并联到滑动变阻器两端，因为电流表A存在内阻，需要用电流表的内接法使得电压表测量路端电压，电路图如图所示 ‎（3）根据I1–x图象可知，刚开始时电流恒为9.0 mA，I2为0，I1表示电压为9.0 V，所以电源的电动势E=9 V，从图中分别取两组对应的数据，得（6.0 V，0.24 A），（3.0 V，0.52 A）得。‎ 某同 到实验室做“测电源电动势和内阻”的实验时，发现实验台上有以下器材：‎ 待测电源（电动势约为4 V，内阻约为2 Ω）‎ 定值电阻R0，阻值约为3 Ω 电压表两块（有5 V、15 V两个量程，5 V量程内阻约3 Ω）‎ 电流表（内阻约为1 Ω，量程0.6 A）‎ 滑动变阻器A（0~20 Ω，3 A）‎ 滑动变阻器B（0~200 Ω，0.2A）‎ 电键一个，导线若干。‎ 该同 想在完成 生实验“测电源电动势和内阻”的同时精确测出定值电阻R0‎ 的阻值，设计了如图所示的电路。实验时他用U1、U2、I分别表示电表V1、V2、A的读数。在将滑动变阻器的滑片移动到不同位置时，记录了U1、U2、I的一系列值。其后他在两张坐标纸上各作了一个图线来处理实验数据，并计算了电源电动势、内阻以及定值电阻R0的阻值。‎ 根据题中所给信息解答下列问题：‎ ‎（1）在电压表V1接入电路时应选择的量程是_________，滑动变阻器应选择_________（填器材代号“A”或“B”）；‎ ‎（2）在坐标纸上作图线时，用来计算电源电动势和内阻的图线的横坐标轴用_________表示，纵坐标轴用__________表示；用来计算定值电阻R0的图线的横坐标轴、纵坐标轴分别应该用_________、__________表示。（填“U1、U2、I”或由它们组成的算式）‎ ‎（3）若实验中的所有操作和数据处理无错误，实验中测得的定值电阻R0的值________其真实值，电源电动势E的测量值________其真实值。（选填“大于”、“小于”或“等于”）‎ 不考虑电表的量程，直接选用不合适的电表进行实验，导致错误。‎ ‎（1）待测电动势4 V，电压表的量程应选择5 V，有利于读数减小误差，滑动变阻器调节范围较大且便于操作，应选择0~20 Ω的滑动变阻器A；[ : ]‎ ‎（2）计算电源电动势和内阻的图线应为路端电压U1与干路电流I的关系图线，纵坐标的截距代表的是电源的电动势，直线的斜率代表的是电源的内阻的大小。计算定值电阻R0的图线应为R0两端的电压（U1–U2）与电流I的关系图线；直线的斜率代表的定值电阻R0‎ ‎（3）R0两端的电压（U1–U2）没有误差，电流表示数比R0的实际电流偏小，故R0的测量值偏大，电源电动势E的测量值偏小。 ‎ ‎1．某实验小组想通过实验测定一节干电池的电动势和内阻，实验室提供的实验器材如下：‎ 待测干电池E（电动势约为1.5 V，内阻约为3 Ω）‎ 直流电流表A1（量程0~0.6 A，内阻约0.5 Ω）‎ 直流电流表A2（量程0~3 A，内阻约0.1 Ω）‎ 电压表V1（量程0~2 V，内阻约为2 000 Ω）‎ 电压表V2（量程0~6 V，内阻约为6 000 Ω）‎ 滑动变阻器R1（最大电阻20 Ω，额定电流2 A）‎ 滑动变阻器R2（最大电阻200 Ω，额定电流1 A）‎ 电阻箱R3（最大电阻99.9 Ω，额定电流1 A）‎ 开关、导线若干 ‎（1）若用伏安法测电源的电动势和内阻，要求测量有尽可能高的精确度且便于调节，应选择的电流表是________，电压表是________，滑动变阻器是________。‎ ‎（2）请将图甲中的实物连接成实验电路。‎ ‎（3）在用伏安法测电源的电动势和内阻时，电流表出现了故障，不能使用，实验小组如想方便且能较准确地进行测量，需将实验进行改进，只需去掉电流表，将上述器材中的________换成________即可。‎ ‎（4）请在下框中画出改进后的实验电路图。‎ ‎（5）实验小组在改进后的实验中得到了多组路端电压和外电阻的数据，对所得数据进行处理后，在坐标纸上作出了如图乙所示图线。由图线得出：干电池的电动势E=________V，内阻r=________Ω。（结果保留两位有效数字）‎ ‎【答案】（1）A1 V1 R1 （2）电路连接如图1所示 （3）R1 R3 （4）如图2所示 （5）1.7 2.5‎ ‎（4）电路如见答案图2；‎ ‎（5）根据闭合电路欧姆定律，整理得 ‎，图象与纵轴的截距为电动势的倒数，而与横轴的截距的绝对值等于内电阻的倒数，可求得电动势E=1.7 V和内电阻r=2.5 Ω。‎ 在“验证牛顿运动定律”的实验中，采用如图所示的实验装置，小车及车中砝码的质量用M表示，盘及盘中砝码的质量用m表示，小车的加速度可由小车后拖动的纸带打上的点计算出。在利用打点计时器和小车做“探究加速度与力、质量的关系”的实验时，‎ ‎（1）下列说法中正确的是_____________。‎ A．平衡摩擦力时，应将砝码盘及盘内砝码通过定滑轮拴在小车上 B．连接砝码盘和小车的细绳应与长木板保持平行 C．平衡摩擦力后，长木板的位置不能移动 D．小车释放前应靠近打点计时器，且应先接通电源再释放小车 ‎（2）当M与m的大小关系满足________时，才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘及盘中砝码的重力。‎ ‎（3）一组同 在做加速度与质量的关系实验时，保持盘及盘中砝码的质量一定，改变小车及车中砝码的质量，测出相应的加速度，采用图象法处理数据。为了比较容易地检查出加速度a与质量M的关系，应该做a与________的图象。‎ ‎（4）如图（a），甲同 根据测量数据做出的a－F图线，说明实验存在的问题是________。‎ ‎（5）乙、丙同 用同一装置做实验，画出了各自得到的a－F图线，如图（b）所示，两个同 做实验时的哪一个物理量取值不同的是________。‎ 不能正确运用图象法来解决数据问题，导致本题错解。‎ ‎（1）平衡摩擦力时，应将绳从小车上拿去，轻轻推动小车，小车沿木板运动，通过打点计时器打出来的纸带判断小车是否匀速运动，故A错误；若连接砝码盘和小车的细绳与长木板不保持平行，则细绳的拉力分力不等于小车的外力，这样导致误差增大，故B正确；每次改变小车的质量时，小车的重力沿斜面分力和摩擦力仍能抵消，以防摩擦力不再平衡，故C正确；实验时，应先放开小车，再接通打点计时器电源，由于小车运动较快，可能会使打出来的点很少，不利于数据的采集和处理，同时要求开始小车要靠近打点计时器，故D正确。‎ ‎（4）图中没有拉力时产生了加速度，说明平衡摩擦力时木板倾角过大。 ‎ ‎（5）由题中图（b）知在拉力相同的情况下，a乙>a丙，根据F=ma，可得，a–F图象的斜率等于物体的质量，且m乙