高考物理 專題十二 實驗與探究課件.ppt

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知識點一基本儀器的原理與使用1 誤差 1 誤差 測量值與真實值的差異稱為誤差 2 系統(tǒng)誤差與偶然誤差從誤差來源看 誤差分為系統(tǒng)誤差和偶然誤差 名師助學(xué) 1 在相同條件下 為了提高測量的準(zhǔn)確程度 應(yīng)考慮盡量減小相對誤差 2 絕對誤差大者相對誤差不一定大 2 有效數(shù)字 1 有效數(shù)字帶一位不可靠數(shù)字的近似數(shù)字叫有效數(shù)字 有效數(shù)字的最后一位是測量者估讀出來的 是不可靠的 也是誤差所在位 2 有效數(shù)字的位數(shù)從左側(cè)第一個不為零的數(shù)字起到最末一位數(shù)字止 共有幾個數(shù)字 就是幾位有效數(shù)字 例 0 0923 0 09230 2 0140有效數(shù)字的位數(shù)依次為3位 4位和5位 3 有效數(shù)字的計算規(guī)則許多物理量是從直接測量結(jié)果計算出來的 測量結(jié)果既然是用有效數(shù)字表示的 在計算中就要遵守有效數(shù)字的規(guī)則 不可靠數(shù)字與別的數(shù)相加減 相乘除 所得的結(jié)果也是不可靠的 計算結(jié)果只能保留一位不可靠數(shù)字 但在計算過程中 可以保留兩位不可靠數(shù)字 最后再四舍五入 4 科學(xué)記數(shù)法大的數(shù)字 如36500 如果第3位數(shù)5已不可靠時 應(yīng)記作 3 65 104 如果是在第4位數(shù)不可靠時 應(yīng)記作 3 650 104 3 測量儀器的讀數(shù)規(guī)則在直接測量中讀出的測量值的有效數(shù)字的最后一位要與讀數(shù)誤差所在的一位取齊 因而測量儀器的讀數(shù)規(guī)則為 測量誤差出現(xiàn)在哪一位 讀數(shù)就相應(yīng)讀到哪一位 在中學(xué)階段一般可根據(jù)測量儀器的分度值確定讀數(shù)誤差出現(xiàn)的位置 對于常用的儀器可按下述方法讀數(shù) 1 最小分度是 1 的儀器 測量誤差出現(xiàn)在下一位 下一位按十分之一的估讀 如分度值是1mm的刻度尺 測量誤差出現(xiàn)在毫米的十分位上 估讀到十分之幾毫米 2 最小分度是 2 或 5 的儀器 測量誤差出現(xiàn)在同一位上 同一位分別按二分之一或五分之一估讀 如直流電流表量程為0 6A 則其分度值為0 02A 誤差出現(xiàn)在安培的百分位 只讀到安培的百分位 即0 01A 直流電壓表量程為15V 其分度值為0 5V 測量誤差出現(xiàn)在伏特的十分位上 只讀到伏特十分位 估讀五分之幾小格 以伏特為單位讀數(shù)時 十分位上的數(shù)字可能為0 1 2 9 4 基本儀器的原理與使用 1 刻度尺 刻度尺 刻度尺又稱米尺 常用刻度尺的最小分度為1mm 量程不等 用刻度尺測量物體的長度時要注意以下幾點 a 刻度線緊貼被測物 眼睛正對刻度線讀數(shù) 以避免視差 讀數(shù)時要估讀到最小分度值的下一位 b 用零刻度線在端頭的刻度尺測量時 為防止因起點刻度線磨損而產(chǎn)生誤差 常選擇某一刻度線為測量起點 測量的長度等于被測物體的兩個端點在刻度尺上的讀數(shù)之差 c 為了減小誤差 要進行多次測量后取平均值 2 游標(biāo)卡尺 構(gòu)造 如圖所示 讀數(shù)規(guī)則a 以游標(biāo)尺零刻線位置為準(zhǔn) 在主尺上讀取整毫米數(shù) b 若游標(biāo)尺上第n條刻線與主尺上某一刻線 不管是第幾條刻線 對齊 則由游標(biāo)尺上讀出毫米以下的小數(shù)為 n 精度 c 總的讀數(shù)為毫米整數(shù)加上毫米小數(shù) 名師助學(xué) 不管是10分度游標(biāo)卡尺 還是20分度 50分度游標(biāo)卡尺 在讀數(shù)時均不需要向后估讀一位 這與使用刻度尺測量時是有區(qū)別的 3 螺旋測微器 千分尺 構(gòu)造 如圖所示 設(shè)計原理 螺旋測微器是利用將直線距離轉(zhuǎn)化為角度變化的原理制成的 主尺上的固定刻度B的最小分度為0 5mm 螺旋尺上的可動刻度E共有50個分格 當(dāng)螺旋尺旋轉(zhuǎn)一周時 它在主尺上前進或后退一個刻度0 5mm 則可動刻度每轉(zhuǎn)過一個分格時 測微螺桿前進或后退0 01mm 所以它測量時可達到的精確度為0 01mm 知識點二力學(xué)實驗實驗一研究勻變速直線運動1 實驗原理 1 2 2 實驗過程 3 注意事項 1 平行 紙帶和細繩要和木板平行 2 兩先兩后 實驗中應(yīng)先接通電源 后讓小車運動 實驗完畢應(yīng)先斷開電源后取紙帶 3 防止碰撞 在到達長木板末端前應(yīng)讓小車停止運動 要防止鉤碼落地和小車與滑輪相撞 4 減小誤差 小車的加速度要適當(dāng)大些 可以減小長度的測量誤差 加速度大小以能在約50cm的紙帶上清楚地取出6 7個計數(shù)點為宜 5 紙帶選取 選擇一條點跡清晰的紙帶 舍棄點密集部分 適當(dāng)選取計數(shù)點 6 準(zhǔn)確作圖 在坐標(biāo)紙上 縱 橫軸選取合適的單位 避免所描點過密或過疏 而導(dǎo)致誤差過大 仔細描點連線 不能連成折線 應(yīng)作一條直線 讓各點盡量落到這條直線上 落不到直線上的各點應(yīng)均勻分布在直線的兩側(cè) 實驗二探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系 注意事項1 安裝實驗裝置 要保持刻度尺豎直并靠近彈簧 2 不要超過彈性限度 實驗中彈簧下端掛的鉤碼不要太多 以免超過彈簧的彈性限度 3 盡量多測幾組數(shù)據(jù) 要使用輕質(zhì)彈簧 且要盡量多測幾組數(shù)據(jù) 4 觀察所描點的走向 不要畫折線 5 統(tǒng)一單位 記錄數(shù)據(jù)時要注意彈力及彈簧伸長量的對應(yīng)關(guān)系及單位 誤差分析1 鉤碼標(biāo)值不準(zhǔn)確 彈簧長度測量不準(zhǔn)確帶來誤差 2 畫圖時描點及連線不準(zhǔn)確也會帶來誤差 實驗三驗證力的平行四邊形定則 誤差分析本實驗的誤差除彈簧測力計本身的誤差外 還主要來源于以下兩個方面 1 讀數(shù)誤差減小讀數(shù)誤差的方法 彈簧測力計數(shù)據(jù)在允許的情況下 盡量大一些 讀數(shù)時眼睛一定要正視 要按有效數(shù)字正確讀數(shù)和記錄 2 作圖誤差減小作圖誤差的方法 作圖時兩力的對邊一定要平行 兩個分力F1 F2間的夾角越大 用平行四邊形作出的合力F的誤差 F就越大 所以實驗中不要把F1 F2間的夾角取得太大 注意事項1 位置不變 在同一次實驗中 使橡皮條拉長時結(jié)點的位置一定要相同 2 角度合適 用兩個彈簧測力計鉤住細繩套互成角度地拉橡皮條時 其夾角不宜太小 也不宜太大 以60 120 之間為宜 3 盡量減少誤差 1 在合力不超出量程及在橡皮條彈性限度內(nèi)形變應(yīng)盡量大一些 2 細繩套應(yīng)適當(dāng)長一些 便于確定力的方向 4 統(tǒng)一標(biāo)度 在同一次實驗中 畫力的圖示選定的標(biāo)度要相同 并且要恰當(dāng)選定標(biāo)度 使力的圖示稍大一些 實驗四驗證牛頓運動定律 注意事項1 實驗方法 控制變量法 2 平衡摩擦力 在平衡摩擦力時 不要懸掛小盤 但小車應(yīng)連著紙帶且接通電源 用手給小車一個初速度 如果在紙帶上打出的點的間隔是均勻的 表明小車受到的阻力跟它的重力沿斜面向下的分力平衡 3 不重復(fù)平衡摩擦力 平衡了摩擦力后 不管以后是改變小盤和砝碼的總質(zhì)量還是改變小車和砝碼的總質(zhì)量 都不需要重新平衡摩擦力 4 實驗條件 M m 只有如此 小盤和砝碼的總重力才可視為小車受到的拉力 5 一先一后一按住 改變拉力和小車質(zhì)量后 每次開始時小車應(yīng)盡量靠近打點計時器 并應(yīng)先接通電源 后放開小車 且應(yīng)在小車到達滑輪前按住小車 6 作圖 作圖時兩軸標(biāo)度比例要適當(dāng) 各量須采用國際單位 這樣作圖線時 坐標(biāo)點間距不至于過密 誤差會小些 實驗五探究動能定理 誤差分析1 誤差的主要來源是橡皮筋的長度 粗細不一 使橡皮筋的拉力做功W與橡皮筋的條數(shù)不成正比 2 沒有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力時傾角過大也會造成誤差 3 利用打上點的紙帶計算小車的速度時 測量不準(zhǔn)帶來誤差 注意事項1 平衡摩擦力 將木板一端墊高 使小車重力沿斜面向下的分力與摩擦阻力平衡 方法是輕推小車 由打點計時器打在紙帶上的點的均勻程度判斷小車是否勻速運動 找到木板一個合適的傾角 2 選點測速 測小車速度時 紙帶上的點應(yīng)選均勻部分的 也就是選小車做勻速運動狀態(tài)的 3 規(guī)格相同 橡皮筋規(guī)格相同時 力對小車做的功以一條橡皮筋做的功為單位即可 不必計算出具體數(shù)值 實驗六驗證機械能守恒定律 知識點三電學(xué)實驗實驗一測定金屬的電阻率 同時練習(xí)使用螺旋測微器 注意事項1 先測直徑 再連電路 為了方便 測量直徑時應(yīng)在金屬絲連入電路之前測量 2 電流表外接法 本實驗中被測金屬絲的阻值較小 故采用電流表外接法 3 電流控制 電流不宜過大 通電時間不宜過長 以免金屬絲溫度過高 導(dǎo)致電阻率在實驗過程中變大 誤差分析 實驗二描繪小燈泡的伏安特性曲線 注意事項1 電流表外接法 本實驗中被測小燈泡燈絲的電阻值較小 因此測量電路必須采用電流表外接法 2 滑動變阻器應(yīng)采用分壓式連接 本實驗要作出U I圖線 要求測出一組包括零在內(nèi)的電流 電壓值 故控制電路必須采用分壓接法 3 保護元件安全 為保護元件不被燒毀 開關(guān)閉合前變阻器滑片應(yīng)位于圖中的a端 加在小電珠兩端的電壓不要超過其額定電壓 誤差分析1 由于電壓表不是理想電表 內(nèi)阻并非無窮大 對電路的影響會帶來誤差 電流表外接 由于電壓表的分流 使測得的電流值大于真實值 2 測量時讀數(shù)帶來誤差 3 在坐標(biāo)紙上描點 作圖帶來誤差 實驗三測定電源的電動勢和內(nèi)阻 注意事項1 可選用舊電池 為了使電路的路端電壓變化明顯 電池的內(nèi)阻宜大些 可選用已使用過一段時間的1號干電池 2 電流不要過大 讀數(shù)要快 干電池在大電流放電時 電動勢E會明顯下降 內(nèi)阻r會明顯增大 故長時間放電不宜超過0 3A 短時間放電不宜超過0 5A 因此 實驗中不要將I調(diào)得過大 讀電表要快 每次讀完立即斷電 3 計算法求E r 要測出不少于6組I U數(shù)據(jù) 且變化范圍要大些 用方程組求解時 要將測出的I U數(shù)據(jù)中 第1和第4為一組 第2和第5為一組 第3和第6為一組 分別解出E r值再求平均值 誤差分析 用圖象法求E和r時作圖不準(zhǔn)確 由于電流表或電壓表的分壓或分流存在系統(tǒng)誤差 實驗四練習(xí)使用多用電表實驗步驟1 機械調(diào)零 檢查多用電表的指針是否停在表盤刻度左端的零位置 若不指零 則可用小螺絲刀進行機械調(diào)零 2 將紅 黑表筆分別插入 插孔 3 測量小燈泡的電壓和電流 1 按如圖甲所示連好電路 將多用電表選擇開關(guān)置于直流電壓擋 測小燈泡兩端的電壓 2 按如圖乙所示連好電路 將選擇開關(guān)置于直流電流擋 測量通過小燈泡的電流 4 測量定值電阻用多用電表測電阻的步驟 1 調(diào)整定位螺絲 使指針指向電流的零刻度 2 選擇開關(guān)置于 擋的 1 短接紅 黑表筆 調(diào)節(jié)歐姆調(diào)零旋鈕 然后斷開表筆 再使指針指向 3 將兩表筆分別接觸阻值為幾十歐的定值電阻兩端 讀出指示的電阻值 然后斷開表筆 再與標(biāo)定值進行比較 4 選擇開關(guān)改置 100 擋 重新進行歐姆調(diào)零 5 再將兩表筆分別接觸標(biāo)定值為幾千歐的電阻兩端 讀出指示的電阻值 然后斷開表筆 與標(biāo)定值進行比較 6 測量完畢 將選擇開關(guān)置于交流電壓最高擋或 OFF 擋 5 測量二極管的正 反向電阻 1 二極管常用半導(dǎo)體材料制成 它有兩個極 一個正極 一個負極 符號為 2 將多用電表的選擇開關(guān)撥到歐姆擋 紅 黑表筆接到二極管的兩極上 當(dāng)黑表筆接 正 極 紅表筆接 負 極時 電阻示數(shù)較小 電路導(dǎo)通 反之電阻示數(shù)很大 電路截止 如圖所示 由此可判斷出二極管的正 負極 3 測正 反向電阻 測正向電阻 用多用電表的電阻擋 量程撥到 10 的位置上 將紅表筆插入 插孔 黑表筆插入 插孔 然后兩表筆短接進行歐姆調(diào)零后 將黑表筆接觸二極管正極 紅表筆接觸二極管負極 穩(wěn)定后讀取示數(shù)乘上倍率求出正向電阻R1 測反向電阻 將多用電表的選擇開關(guān)旋至高倍率的歐姆擋 方法同上 注意事項多用電表使用的 七大注意 1 使用前要機械調(diào)零 2 兩表筆在使用時 電流總是 紅入 黑出 3 選擇開關(guān)的功能區(qū)域 要分清是測電壓 電流 電阻 還要分清是交流還是直流 4 電壓 電流擋為量程范圍擋 歐姆擋為倍率擋 5 刻度線有三條 上為電阻專用 中間為電壓 交流 直流共用 下為交流2 5V專用 6 測電阻時 待測電阻與電路 電源一定要斷開 兩手一定不要同時接觸兩筆金屬桿 指針指中值附近較準(zhǔn) 否則換擋 每換一擋必須重新歐姆調(diào)零 讀出示數(shù)要乘以倍率 7 使用完畢 選擇開關(guān)要置于 OFF 擋或交流電壓最高擋 長期不用應(yīng)取出電池 要點一主要實驗器材的應(yīng)用 突破指南 1 游標(biāo)卡尺 1 在同樣長度的主尺和游標(biāo)尺上分成不同等份 利用它們每一等份長度上的差異 來讀出較精確的測量數(shù)據(jù) 譬如 50分度游標(biāo)卡尺游標(biāo)尺上50個分度只有主尺的49mm長 則游標(biāo)尺上每個分度比主尺上每個分度短1 50mm 0 02mm 將這個差異稱為精度 即它的測量精度為0 02mm 根據(jù)游標(biāo)尺上的分度格數(shù) 常把游標(biāo)卡尺分為10分度 20分度和50分度三種 它們的精度分別為0 1mm 0 05mm 0 02mm 2 游標(biāo)卡尺讀數(shù)規(guī)則 以游標(biāo)尺零刻線位置為準(zhǔn) 在主尺上讀取整毫米數(shù) 看游標(biāo)尺上哪條刻線與主尺上的某一刻線 不用管是第幾條刻線 對齊 由游標(biāo)尺上讀出毫米以下的小數(shù) 總的讀數(shù)為毫米整數(shù)加上毫米小數(shù) 不估讀 不管是10分度游標(biāo)卡尺 還是20分度 50分度游標(biāo)卡尺 在讀數(shù)時均不應(yīng)再向后估讀一位 2 螺旋測微器的讀數(shù) 1 利用螺旋轉(zhuǎn)動時將微小的直線位移化為角度變化 并在較大的圓周上對其進行顯示 螺紋的螺距為0 5mm 即測微螺桿旋轉(zhuǎn)一周時前進或后退0 5mm 將螺旋分成50等份 每一等份表示直線位移變化0 5mm 50 0 01mm 即螺旋測微器的分度值是0 01mm 2 讀數(shù)規(guī)則 以可動刻度左邊緣為準(zhǔn)在固定刻度上讀出整毫米或半毫米數(shù) 從可動刻度上讀出半毫米以下的小數(shù) 測量長度為上述二者之和 注意半毫米刻線是否露出 以確定是否加0 5mm 3 注意事項 在測微螺桿快要接近被測物體時 要改擰螺旋柄后端的微調(diào)旋鈕 棘輪 聽到 喀喀 的聲音為止 以免將待測物夾得太緊使測量結(jié)果不準(zhǔn)確 或損壞螺旋測微器內(nèi)的精密螺紋 讀數(shù)時要注意固定刻度上表示0 5mm的刻線是否已經(jīng)露出 由螺旋測微器讀數(shù)時必須估讀一位 即估讀到0 001mm這一位上 3 打點計時器 1 電火花計時器接220V交變電源 電磁打點計時器接4V 6V交變電源 當(dāng)交變電流的頻率為50Hz時 打點周期為0 02s 2 使用時應(yīng)注意的事項 為使打點的頻率比較穩(wěn)定 要求打點計時器振動片的固有頻率也是50Hz 使之發(fā)生共振現(xiàn)象 振動片的長度可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié) 通過改變振動片的長度可調(diào)節(jié)它的固有頻率 實驗前要檢查打點的清晰情況 必要時應(yīng)調(diào)整振針的高度 且不能讓它松動 否則將會出現(xiàn)漏點 雙點等現(xiàn)象 還會對紙帶產(chǎn)生過大的阻力 使用時應(yīng)先接通電源 等打點計時器穩(wěn)定后再放開紙帶 物體運動速度應(yīng)大些 以免打點過密 一般情況下 電流表應(yīng)串聯(lián)在被測電路中 電壓表應(yīng)并聯(lián)在被測電路兩端 電表的 接線柱不能接反 以免損壞電表 讀數(shù)時應(yīng)使視線垂直于刻度表面 這點與刻度尺的讀數(shù)相同 正確讀數(shù) 根據(jù)所選量程的精確度 正確讀出有效數(shù)字和單位 注意內(nèi)阻 電流表和電壓表一方面作為儀器使用 同時又是被測電路中的一個電阻 實驗中沒有特別要求時 一般不考慮它們的內(nèi)阻對電路的影響 但在有些測量中 不能忽視它們的內(nèi)阻對被測電路的影響 如伏安法測電阻等 5 滑動變阻器 電阻箱的使用滑動變阻器在電路中 有兩種連接方式 如圖所示 甲圖為限流接法 乙圖為分壓接法 通常變阻器以限流接法為主 但在下列三種情況下 必須選擇分壓連接方式 1 題目所提供的實驗儀器 電表量程或電阻的最大允許電流不夠 2 變阻器電阻遠小于被測電阻或電路中串聯(lián)的其他電阻阻值 3 要求回路中某部分電路的電壓從零開始連續(xù)變化 電阻箱連接在電路中 接入電路的電阻可以從面板上讀出 即電阻箱的優(yōu)點就是連入電路中的電阻既可以變 又可以讀數(shù) 經(jīng)常用于等效替代法測未知電阻 典例1 2015 四川成都一診 在用單擺測定重力加速度實驗中 用游標(biāo)為20分度的卡尺測量擺球的直徑 示數(shù)如圖所示 讀數(shù)為cm 解析本題考查游標(biāo)卡尺的讀數(shù)問題 首先要知道20分度的游標(biāo)卡尺的精確度為0 05mm 然后看主尺讀數(shù) 即為6mm 再看游標(biāo)尺讀數(shù) 即游標(biāo)尺上第7刻線與主尺對齊 得讀數(shù)為0 05 7mm 0 35mm 最后得讀數(shù)為6 35mm 即為0 635cm 0 635 典例2 2015 廣東百所高中聯(lián)考 在 測定金屬絲的電阻率 的實驗中 某同學(xué)進行了如下測量 1 用毫米刻度尺測量接入電路中的被測金屬絲的有效長度 測量3次 求出其平均值l 其中一次測量結(jié)果如圖甲所示 金屬絲的另一端與刻度尺的零刻線對齊 圖中讀數(shù)為cm 用螺旋測微器測量金屬絲的直徑 選不同的位置測量3次 求出其平均值d 其中一次測量結(jié)果如圖乙所示 圖中讀數(shù)為mm 2 采用圖丙所示的電路測量金屬絲的電阻 則金屬絲電阻的測量值比真實值 選填 偏大 或 偏小 最后由公式 計算出金屬絲的電阻率 用直接測量的物理量表示 典例3 2015 河南淇縣四模 在研究勻變速直線運動的實驗中 某同學(xué)以下實驗操作步驟中有錯誤或遺漏 遺漏步驟可編上序號G H A 拉住紙帶 將小車移至靠近打點計時器處放開紙帶 再接通電源B 將打點計時器固定在平板上 并接好電路C 把一條細繩拴在小車上 細繩跨過定滑輪 下面吊著適當(dāng)重的鉤碼D 取下紙帶E 將平板一端抬高 輕推小車 使小車能在平板上做勻速運動F 將紙帶固定在小車尾部 并穿過打點計時器的限位孔將以上步驟完善 補充后寫出合理的步驟順序 解析A中應(yīng)先接通電源 再釋放紙帶 D中取下紙帶前應(yīng)先斷開電源 補充步驟G 換上新紙帶 重復(fù)三次 H 增減所掛鉤碼數(shù)目 再做兩次實驗 合理的步驟順序為 BFECADGH 答案見解析 典例4 2015 河北石家莊二模 測量一只量程已知的電壓表內(nèi)阻 器材如下 A 待測電壓表 量程3V 內(nèi)阻約3k B 電流表 量程3A 內(nèi)阻0 01 C 定值電阻 阻值5k 額定電流0 5A D 電池組 電動勢小于3V 內(nèi)阻可忽略 E 開關(guān)兩只F 導(dǎo)線若干要求從圖甲 乙電路中選擇一個電路 利用這個電路完成測量 1 你選 填甲或乙 電路 理由是 2 實驗中需要直接測量的物理量是 電壓表內(nèi)阻的計算公式RV 3 把圖丙中所示各器材的實物圖連成你所選的實驗電路 借題發(fā)揮 實物連圖的技巧實物圖連接時一般先從電源正極開始 須看電流的方向 將干路元件依次連線 最后并接電壓表 連線時要注意電表的正 負接線柱 要使電流從正接線柱流入 負接線柱流出 要點二測電阻的常用方法 突破指南 1 伏安法測電阻 2 利用比較法測電阻對于一些阻值很大 或很小 的電阻 用伏安法直接測量有困難時 可以采用與電壓表 或電流表 內(nèi)阻進行比較的方法來測量電阻 其原理是 串聯(lián)電路電壓與電阻成正比 并聯(lián)電路電流與電阻反比 1 串聯(lián)比較 常見電路有如圖甲 乙所示的兩種 在這兩個電路中 如果已知電壓表V1或電流表A1和A2的內(nèi)阻可以求出Rx的阻值 如果將Rx換為已知電阻 則可以測量電壓表V1或電流表A1的內(nèi)阻 電流表A2的內(nèi)阻已知 2 并聯(lián)比較 常見電路有如圖丙 丁所示兩種 在這兩個電路中 如果已知電流表A2或電壓表V1和V2的內(nèi)阻可以求出Rx的阻值 如果將Rx換為已知電阻 則可以測量電流表A2或電壓表V2的內(nèi)阻 電壓表V1的內(nèi)阻已知 3 利用近似法測電阻 1 串聯(lián)電路的近似關(guān)系是 兩個電阻串聯(lián) 如果其中一個電阻遠大于另一個電阻 則總阻值可以認為等于大電阻 與小電阻無關(guān) 2 并聯(lián)電路的近似關(guān)系是 兩個電阻并聯(lián) 如果其中一個電阻遠大于另一個電阻 則總阻值可以認為等于小電阻 與大電阻無關(guān) 利用近似法測電阻有一定的誤差 但如果電路設(shè)計合理 可以將誤差控制在較小范圍內(nèi) 半偏法即為近似法的一種典型情況 4 利用等效替代法測電阻在特定情況下 如果一個未知電阻在電路中所產(chǎn)生的效果與一個已知電阻相同 則可認為這兩個電阻的阻值相等 為了使已知電阻能與未知電阻產(chǎn)生相同的效果 阻值相同 一般用電阻箱作為已知電阻 用等效替代法測電阻時為了能夠在未知電阻與電阻箱之間切換 一般要用到單刀雙擲開關(guān) 有時用兩個單刀開關(guān) 因此 在題目提供的器材中 如果有單刀雙擲開關(guān) 或兩個單刀開關(guān) 以及電阻箱時 應(yīng)優(yōu)先考慮用等效替代法 典例5 2015 吉林長春十一中段考 用如圖所示電路 測定一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)阻 電池的內(nèi)阻較小 為了防止在調(diào)節(jié)滑動變阻器時造成短路 電路中用一個定值電阻R0起保護作用 除電池 開關(guān)和導(dǎo)線外 可供使用的實驗器材還有 a 電流表 量程0 6A 3A b 電壓表 量程3V 15V c 定值電阻 阻值1 額定功率5W d 定值電阻 阻值10 額定功率10W e 滑動變阻器 阻值范圍0 10 額定電流2A f 滑動變阻器 阻值范圍0 100 額定電流1A 1 要正確完成實驗 電壓表的量程應(yīng)選擇V 電流表的量程應(yīng)選擇A R0應(yīng)選擇 的定值電阻 R應(yīng)選擇阻值范圍是 的滑動變阻器 2 引起該實驗系統(tǒng)誤差的主要原因是 解析 1 由于電源是一節(jié)干電池 電動勢約為1 5V 所以電壓表所選量程應(yīng)為3V 估算電流時 考慮到干電池的內(nèi)阻一般為幾歐姆 加上保護電阻 最大電流在0 5A左右 所以電流表應(yīng)選量程0 6A 由于電池內(nèi)阻較小 所以保護電阻不宜太大 否則會使得電流表 電壓表取值范圍小 造成的誤差大 所以 R0選擇阻值為1 的定值電阻 滑動變阻器的最大阻值一般比電池內(nèi)阻大幾倍就能很好地控制電路中的電壓和電流 所以滑動變阻器選阻值范圍為0 10 的 2 由于電壓表的分流作用使電流表讀數(shù)總是比電池實際輸出電流小 造成E測 E真 r測 r真 答案 1 30 610 10 2 見解析 典例6 2015 遼寧五校聯(lián)考 實驗室中有下列器材 電池E 電動勢約6V 內(nèi)阻約1 電壓表V1 量程30V 內(nèi)阻r1約為3k 電壓表V2 量程3V 內(nèi)阻r2約為3k 電壓表V3 量程2 5V 內(nèi)阻r3約為2 5k 電阻箱R1 最大阻值9999 9 阻值的最小改變量0 1 滑動變阻器R2 最大阻值50 滑動變阻器R3 最大阻值1k 電鍵S 導(dǎo)線若干 要求用所給器材 用最精確的方法測出電壓表V3的內(nèi)阻 1 畫出電路圖 在圖中標(biāo)出表示所用器材的字母 2 在實驗中需要讀出的物理量是 3 用所得的物理量表示電壓表V3的內(nèi)阻 解析 1 要想測出電壓表V3的內(nèi)阻 只要用電壓表V3的讀數(shù)除以通過它的電流即可 為了測量通過電壓表V3的電流 可將電壓表V3與電阻箱R1串聯(lián) 只要測出電阻箱R1兩端的電壓即可 如圖所示 電阻箱R1兩端的電壓等于電壓表V2的讀數(shù)與電壓表V3的讀數(shù)之差 電壓表V1的量程太大 會引起較大誤差 而滑動變阻器R3的阻值比電池的內(nèi)阻大得多 誤差較大 典例7 2015 廣東寶安中學(xué) 桂城中學(xué)等四校聯(lián)考 一只量程為1V 內(nèi)阻RV約為900 的電壓表是由小量程電流表改裝而成的 現(xiàn)在要測量它的內(nèi)阻 實驗室提供了以下可供選擇的器材 A 待測電壓表VB 滑動變阻器 最大阻值1000 額定電流1AC 滑動變阻器 最大阻值10 額定電流1AD 電阻箱 最大阻值999 9 阻值最小改變量0 1 E 電阻箱 最大阻值99 9 阻值最小改變量0 1 F 電池組 電動勢約3V 內(nèi)阻約1 G 導(dǎo)線和開關(guān)若干 1 為了用半偏法測量該電壓表的內(nèi)阻 某同學(xué)設(shè)計了兩種電路 如圖所示的甲和乙 要使測量較精確 應(yīng)選擇圖所示的電路 在器材的選擇上 除了電池組 導(dǎo)線 開關(guān)和待測電壓表外 滑動變阻器應(yīng)選 電阻箱應(yīng)選 用器材前的序號字母表示 2 用半偏法測量該電壓表內(nèi)阻的實驗步驟 閉合電鍵S1和S2 調(diào)節(jié)滑動變阻器R使電壓表滿偏 斷開S2 保持R不變 調(diào)節(jié) 使電壓表 讀出此時電阻箱的阻值R0 即為電壓表內(nèi)阻 解析 1 由于電壓表為大電阻 如果用圖甲所示電路 則閉合開關(guān)和調(diào)節(jié)R0時 對電路的總電阻影響較大 無法準(zhǔn)確測量電壓表的內(nèi)阻 用圖乙所示電路 則等效電路如圖所示 其中R1為滑動變阻器左邊部分的電阻 R2為滑動變阻器右邊部分的電阻 如果滑動變阻器選C 則R1 R2遠小于電壓表內(nèi)阻 調(diào)節(jié)R0和打開S2時 并聯(lián)部分的電阻基本不變 即R2上的電壓基本不變 因此此電路滿足實驗要求 由以上分析可知 電路選乙 滑動變阻器選C 又由于電阻箱E的最大阻值99 9 小于RV 無法調(diào)至半偏 所以電阻箱選D 2 用半偏法測量時 先閉合S1和S2 使電壓表滿偏 則此時R2的電壓等于電壓表的滿偏電壓 再斷開S2 調(diào)節(jié)R0使電壓表半偏 由于R2上電壓基本不變 可以認為此時電壓表與R0的電壓均為電壓表滿偏電壓的一半 電壓相等 根據(jù)串聯(lián)電路關(guān)系可知RV R0 答案 1 乙CD 2 R0半偏 典例8 2015 山東高密4月檢測 要測出一個未知電阻Rx的阻值 阻值約為4 現(xiàn)有如下器材 讀數(shù)不準(zhǔn)的電流表A 滿偏電流約為0 6A 滑動變阻器R 最大阻值20 電阻箱R1 最大阻值99 9 電源E1 電動勢為2V 內(nèi)阻不計 電源E2 電動勢為6V 內(nèi)阻不計 單刀單擲開關(guān)K1 單刀雙擲開關(guān)K2 導(dǎo)線若干 現(xiàn)要求盡量精確地測量Rx的阻值 1 畫出實驗電路圖 2 寫出主要實驗步驟 解析本題提供的一個讀數(shù)不準(zhǔn)的電流表 所以無法直接讀出讀數(shù) 因此可利用電阻箱等效替代的方法來測量未知電阻 1 根據(jù)實驗所給器材 設(shè)計電路如圖所示 2 主要步驟 閉合K1 將K2與Rx接通 記下電流表指針?biāo)肝恢?將K2與R1接通 調(diào)節(jié)R1的阻值 使電流表指針指在原來的位置 記下R1的值 則Rx R1 答案 1 電路圖見解析 2 見解析 借題發(fā)揮 若用如圖所示電路測量Rx時 其主要實驗步驟為 閉合S1 將S2與Rx接通 調(diào)節(jié)滑動變阻器使電壓表有較大的示數(shù) 并記錄 將S2與R1接通 調(diào)節(jié)R1的阻值 使電壓表的示數(shù)與 相同 記下R1的阻值 則Rx R1 要點三實驗的主要思想方法 突破指南 1 等效法等效思維的方法是將復(fù)雜 或抽象 的物理問題等效為熟知 或形象 的物理問題的方法 等效思想是物理研究的重要思想 有著廣泛的應(yīng)用 例如 分力與合力的等效 運動的合成與分解的等效 電路的等效 電阻的等效 電源的等效 場的等效等 等效法還可以分為 等效分解 與合成 等效類比 等效替換 等效變換 等效簡化等 等效法也是物理實驗的主要思想方法 例如 用描跡法畫出電場平面上的等勢線的實驗中 用電流場等效模擬靜電場 驗證力的平行四邊形定則的實驗中 用合力與分力效果相同來檢驗定則是否成立 在測量微小長度的儀器中 螺旋測微器利用等效的思想把微小的直線位移轉(zhuǎn)化為角位移并在較大的圓周上對其進行顯示等 2 累積法 放大法 把某些難以直接準(zhǔn)確測量的微小量累積后測量 提高測量精度 累積法是物理中的一種重要思想方法 它能把不可能的測量變成可能 同時提高測量精度 例如 測一張紙的厚度時 我們可以測出n張紙的厚度 然后再算出一張紙的厚度 用單擺測定重力加速度的實驗中 用累積法測量單擺多次全振動的時間 然后算出單擺的周期 在處理紙帶問題時 通常每隔幾個點取一個計數(shù)點 從而減小測量誤差等 3 控制變量法所謂控制變量法 就是在研究和解決問題的過程中 對影響事物變化規(guī)律的因素或條件加以人為控制 使其中的一些條件按照特定的要求發(fā)生變化或不發(fā)生變化 例如 在驗證牛頓第二定律的實驗中 先保持質(zhì)量不變 研究加速度和力的關(guān)系 再保持力一定 研究加速度和質(zhì)量的關(guān)系 在研究影響電阻 電容的因素等諸多實驗中均用到了控制變量法 典例9 為了測量一微安表頭A的內(nèi)阻 某同學(xué)設(shè)計了如圖所示的電路 圖中 A0是標(biāo)準(zhǔn)電流表 R0和RN分別是滑動變阻器和電阻箱 S和S1分別是單刀雙擲開關(guān)和單刀開關(guān) E是電池 完成下列實驗步驟中的填空 1 將S撥向接點1 接通S1 調(diào)節(jié) 使待測表頭指針偏轉(zhuǎn)到適當(dāng)位置 記下此時的讀數(shù)I 2 然后將S撥向接點2 調(diào)節(jié) 使 記下此時RN的讀數(shù) 3 多次重復(fù)上述過程 計算RN讀數(shù)的 此即為待測微安表頭內(nèi)阻的測量值 解析本題方法為替代法 當(dāng)S接1與接2時通過電路的電流I相同 可知待測電流表A的內(nèi)阻與電阻箱RN的阻值相同 答案 1 R0標(biāo)準(zhǔn)電流表 或A0 2 RN標(biāo)準(zhǔn)電流表 或A0 的讀數(shù)仍為I 3 平均值 典例10 2015 河南鄭州檢測 如圖是某同學(xué)在做勻變速直線運動實驗中獲得的一條紙帶 1 已知打點計時器電源頻率為50Hz 則紙帶上打相鄰兩點的時間間隔為 2 A B C D是紙帶上四個計數(shù)點 每兩個相鄰計數(shù)點間有四個點沒有畫出 從圖中讀出A B兩點間距x C點對應(yīng)的速度是 計算結(jié)果保留三位有效數(shù)字 答案 1 0 02s 2 0 70cm 0 68cm 0 72cm都可以 0 100m s 典例11 2015 廣東韶關(guān)一校聯(lián)考 某同學(xué)設(shè)計了如圖所示的裝置來探究加速度與力的關(guān)系 彈簧秤固定在一合適的木塊上 桌面的右邊緣固定一支表面光滑的鉛筆以代替定滑輪 細繩的兩端分別與彈簧秤的掛鉤和礦泉水瓶連接 在桌面上畫出兩條平行線MN PQ 并測出間距d 開始時將木塊置于MN處 現(xiàn)緩慢向瓶中加水 直到木塊剛剛開始運動為止 記下彈簧秤的示數(shù)F0 以此表示滑動摩擦力的大小 再將木塊放回原處并按住 繼續(xù)向瓶中加水后 記下彈簧秤的示數(shù)F1 然后釋放木塊 并用秒表記下木塊運動到PQ處的時間t 木塊的加速度可以用d和t表示為a 為了減小測量加速度的偶然誤差可以采用的方法是 一種即可 改變瓶中水的質(zhì)量重復(fù)實驗 確定加速度a與彈簧秤示數(shù)F1的關(guān)系 下列圖象能表示該同學(xué)實驗結(jié)果的是 用加水的方法改變拉力的大小與掛鉤碼的方法相比 它的優(yōu)點是 a 可以改變滑動摩擦力的大小b 可以更方便地獲取更多組實驗數(shù)據(jù)c 可以比較精確地測出摩擦力的大小d 可以獲得更大的加速度以提高實驗精度 用加水的方法改變拉力的大小與掛鉤碼相比 水的質(zhì)量可以連續(xù)調(diào)節(jié) 因而F1的大小也可以連續(xù)調(diào)節(jié) 從而比較精確地測出摩擦力的大小和更方便地獲取多組實驗數(shù)據(jù) 故正確答案為b c 答案 多次測量時間t 取t的平均值 c bc 要點四實驗數(shù)據(jù)的處理方法 突破指南 1 平均值法用測定的若干組數(shù)據(jù)計算后取其平均值 平均值法可以較好地減小偶然誤差 求平均值時應(yīng)該按原來測量儀器的準(zhǔn)確度決定保留的位數(shù) 并注意在什么情況下取平均值 例如 在測定玻璃折射率的實驗中 應(yīng)分別求出各組數(shù)據(jù)算出的折射率后再求平均值 而不是各組數(shù)據(jù)取平均值再求折射率 2 列表法列表法是記錄和處理實驗數(shù)據(jù)的基本方法 也是其他實驗數(shù)據(jù)處理方法的基礎(chǔ) 將實驗數(shù)據(jù)列成適當(dāng)?shù)谋砀?可以清楚地反映出有關(guān)物理量之間的一一對應(yīng)關(guān)系 既有助于及時發(fā)現(xiàn)和檢查實驗中存在的問題 判斷測量結(jié)果的合理性 又有助于分析實驗結(jié)果 找出有關(guān)物理量之間的規(guī)律 一個好的數(shù)據(jù)表可以提高數(shù)據(jù)處理的效率 減少或避免錯誤 所以一定要養(yǎng)成列表記錄并處理數(shù)據(jù)的習(xí)慣 3 作圖法利用實驗數(shù)據(jù) 將實驗中物理量之間的函數(shù)關(guān)系用幾何圖線表示出來 這種方法稱為作圖法 作圖法是一種被廣泛用來處理實驗數(shù)據(jù)的方法 它不僅能簡明 直觀 形象地顯示各物理量之間的關(guān)系 而且有助于我們研究物理量之間的變化規(guī)律 找出定量的函數(shù)關(guān)系或得到所求的參量 同時 所作的圖線對測量數(shù)據(jù)起到取平均值的作用 從而減小隨機誤差的影響 此外 還可以作出儀器的校正曲線 幫助發(fā)現(xiàn)實驗中的某些測量錯誤等 因此 作圖法不僅是一個數(shù)據(jù)處理方法 而且是實驗方法中不可分割的部分 4 逐差法逐差法是物理實驗中處理數(shù)據(jù)常用的一種方法 凡是自變量做等量變化 而引起應(yīng)變量也做等量變化時 便可采用逐差法求出應(yīng)變量的平均變化值 逐差法計算簡便 特別是在檢查數(shù)據(jù)時 可隨測隨檢 及時發(fā)現(xiàn)差錯和數(shù)據(jù)規(guī)律 更重要的是可充分地利用已測到的所有數(shù)據(jù) 并具有對數(shù)據(jù)取平均值的效果 還可繞過一些具有定值的未知量 而求出所需要的實驗結(jié)果 可減小系統(tǒng)誤差和擴大測量范圍 典例12 某興趣小組利用自由落體運動測定重力加速度 實驗裝置如圖所示 傾斜的球槽中放有若干個小鐵球 閉合開關(guān)S 電磁鐵吸住第1個小球 手動敲擊彈性金屬片M M與觸頭瞬間分開 第1個小球開始下落 M迅速恢復(fù) 電磁鐵又吸住第2個小球 當(dāng)?shù)?個小球撞擊M時 M與觸頭分開 第2個小球開始下落 這樣 就可測出多個小球下落的總時間 1 在實驗中 下列做法正確的有 A 電路中的電源只能選用交流電源B 實驗前應(yīng)將M調(diào)整到電磁鐵的正下方C 用直尺測量電磁鐵下端到M的豎直距離作為小球下落的高度D 手動敲擊M的同時按下秒表開始計時 2 實驗測得小球下落的高度H 1 980m 10個小球下落的總時間T 6 5s 可求出重力加速度g m s2 結(jié)果保留兩位有效數(shù)字 3 在不增加實驗器材的情況下 請?zhí)岢鰷p小實驗誤差的兩個辦法 4 某同學(xué)考慮到電磁鐵在每次斷電后需要時間 t磁性才消失 因此 每個小球的實際下落時間與它的測量時間相差 t 這導(dǎo)致實驗誤差 為此 他分別取高度H1和H2 測量n個小球下落的總時間T1和T2 他是否可以利用這兩組數(shù)據(jù)消除 t對實驗結(jié)果的影響 請推導(dǎo)說明 答案 1 BD 2 9 4 3 增加小球下落的高度 多次重復(fù)實驗 結(jié)果取平均值 其他答案只要合理也可 4 見解析 典例13 為測定木塊與桌面之間的動摩擦因數(shù) 小亮設(shè)計了如圖所示的裝置進行實驗 實驗中 當(dāng)木塊A位于水平桌面上的O點時 重物B剛好接觸地面 將A拉到P點 待B穩(wěn)定后靜止釋放 A最終滑到O點 分別測量OP OQ的長度h和s 改變h 重復(fù)上述實驗 分別記錄幾組實驗數(shù)據(jù) 1 實驗開始時 發(fā)現(xiàn)A釋放后會撞到滑輪 請?zhí)岢鰞蓚€解決方法 2 請根據(jù)下表的實驗數(shù)據(jù)作出s h關(guān)系的圖象 3 實驗測得A B的質(zhì)量分別為m 0 40kg M 0 50kg 根據(jù)s h圖象可計算出A木塊與桌面間的動摩擦因數(shù) 結(jié)果保留一位有效數(shù)字 4 實驗中 滑輪軸的摩擦?xí)?dǎo)致 的測量結(jié)果 選填 偏大 或 偏小 答案 1 減小B的質(zhì)量 增加細線的長度 或增大A的質(zhì)量 降低B的起始高度 2 如圖所示 3 0 4 4 偏大 典例14 圖為 驗證牛頓第二定律 的實驗裝置示意圖 砂和砂桶的總質(zhì)量為m 小車和砝碼的總質(zhì)量為M 實驗中用砂和砂桶總重力的大小作為細線對小車?yán)Φ拇笮?1 實驗中 為了使細線對小車的拉力等于小車所受的合外力 先調(diào)節(jié)長木板一端滑輪的高度 使細線與長木板平行 接下來還需要進行的一項操作是 A 將長木板水平放置 讓小車連著已經(jīng)穿過打點計時器的紙帶 給打點計時器通電 調(diào)節(jié)m的大小 使小車在砂和砂桶的牽引下運動 從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運動 B 將長木板的一端墊起適當(dāng)?shù)母叨?讓小車連著已經(jīng)穿過打點計時器的紙帶 撤去砂和砂桶 給打點計時器通電 輕推小車 從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運動C 將長木板的一端墊起適當(dāng)?shù)母叨?撤去紙帶以及砂和砂桶 輕推小車 觀察判斷小車是否做勻速運動 2 實驗中要進行質(zhì)量m和M的選取 以下最合理的一組是 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 圖是實驗中得到的一條紙帶 A B C D E F G為7個相鄰的計數(shù)點 相鄰的兩個計數(shù)點之間還有四個點未畫出 量出相鄰的計數(shù)點之間的距離分別為 sAB 4 22cm sBC 4 65cm sCD 5 08cm sDE 5 49cm sEF 5 91cm sFG 6 34cm 已知打點計時器的工作頻率為50Hz 則小車的加速度a m s2 結(jié)果保留二位有效數(shù)字 答案 1 B 2 C 3 0 42 要點五實驗的創(chuàng)新與設(shè)計 突破指南 1 實驗原理的遷移設(shè)計實驗原理決定應(yīng)該測量哪些物理量 需要哪些器材 如何安排實驗步驟 得出什么結(jié)論 此類試題要求學(xué)生根據(jù)題目所給實驗?zāi)康?限定條件 方案或器材 其中部分或全部 等 聯(lián)系所學(xué)知識 看看在哪些物理公式或物理規(guī)律中出現(xiàn)過 與哪些物理現(xiàn)象有關(guān) 與哪些物理量有直接的聯(lián)系 確定實驗原理 解決所求問題 對于測量型實驗 被測量物理量通過什么規(guī)律需用哪些物理量來定量地表示 對于驗證型實驗 在相應(yīng)的物理現(xiàn)象中 怎樣的定量關(guān)系成立 才能達到驗證規(guī)律的目的 對于探究型實驗 在相應(yīng)的物理現(xiàn)象中 涉及哪些物理量 這些都是應(yīng)首先分析的 以此來確定實驗的原理 2 實驗方案的創(chuàng)新設(shè)計這類試題主要是根據(jù)所給器材 設(shè)計實驗方案 其特點是需要用所給器材來構(gòu)建物理情境 確定原理 完成實驗方案 有的試題更為開放 只給實驗?zāi)康暮秃唵蔚南薅l件 對于這樣的試題 可能存在多種實驗原理 進而形成多種 可供選擇的 設(shè)計方案一般說來 依據(jù)不同的實驗原理選擇不同的實驗方案主要遵循四條原則 1 科學(xué)性 設(shè)計的方案有科學(xué)的依據(jù) 符合物理學(xué)的基本原理 2 可行性 按設(shè)計方案實施時 應(yīng)安全可靠不會對人身 器材造成危害 所需裝置和器材要易于置備 且成功率高 3 精確性 在選擇方案時 應(yīng)對各種可能的方案進行初步的誤差分析 盡可能選用精確度高的方案 4 簡便 直觀性 設(shè)計方案應(yīng)便于實驗操作 讀數(shù) 便于進行數(shù)據(jù)處理 便于實驗者直觀 明顯地觀察 3 實驗方法的遷移設(shè)計高考歷來重視對實驗方法的考查 考試大綱 中有 設(shè)計和完成實驗的能力 的要求 設(shè)計的前提是掌握基本的實驗方法和實驗原理 基本的實驗方法包括 實驗原理的設(shè)計方法 實驗誤差的控制方法和實驗數(shù)據(jù)的處理方法 物理課中所學(xué)過的物理規(guī)律 物理公式中只要含有某一物理量 則該規(guī)律 該公式就可作為研究或測定該物理量的原理基礎(chǔ)而進行相應(yīng)的實驗方法設(shè)計 如欲測量重力加速度 就有多種可依據(jù)的原理 方法 可利用單擺測 可利用 驗證機械能守恒 的裝置測 可利用平拋物體的頻閃照片測 典例15 某同學(xué)利用如圖所示裝置對輕質(zhì)彈簧的彈性勢能進行探究 一輕質(zhì)彈簧放置在光滑水平桌面上 彈簧左端固定 右端與一小球接觸而不固連 彈簧處于原長時 小球恰好在桌面邊緣 如圖 a 所示 向左推小球 使彈簧壓縮一段距離后由靜止釋放 小球離開桌面后落到水平地面 通過測量和計算 可求得彈簧被壓縮后的彈性勢能 回答下列問題 1 本實驗中可認為 彈簧被壓縮后的彈性勢能Ep與小球拋出時的動能Ek相等 已知重力加速度大小為g 為求得Ek 至少需要測量下列物理量中的 填正確答案標(biāo)號 A 小球的質(zhì)量mB 小球拋出點到落地點的水平距離sC 桌面到地面的高度hD 彈簧的壓縮量 xE 彈簧原長l0 2 用所選取的測量量和已知量表示Ek 得Ek 3 圖b中的直線是實驗測量得到的s x圖線 從理論上可推出 如果h不變 M增加 s x圖線的斜率會 填 增大 減小 或 不變 如果m不變 h增加 s x圖線的斜率會 填 增大 減小 或 不變 由圖 b 中給出的直線關(guān)系和Ek的表達式可知 Ep與 x的次方成正比 典例16 我國艦載飛機在 遼寧艦 上成功著艦后 某課外活動小組對艦載飛機利用阻攔索著艦的力學(xué)問題很感興趣 他們找來了木板 鋼球 鐵釘 橡皮條以及墨水 制作了如圖所示的裝置 準(zhǔn)備定量研究鋼球在橡皮條阻攔下前進的距離與被阻攔前速率的關(guān)系 要達到實驗?zāi)康?需直接測量的物理量是鋼球由靜止釋放時的和在橡皮條阻攔下前進的距離 還必須增加的一種實驗器材是 忽略鋼球所受的摩擦力和空氣阻力 重力加速度已知 根據(jù)定律 定理 可得到鋼球被阻攔前的速率 答案高度 距水平木板的高度 刻度尺機械能守恒 動能 萬能紙帶串聯(lián)力學(xué)實驗力學(xué)實驗中有多個實驗都要用到打點計時器 如研究勻變速直線運動的規(guī)律 驗證牛頓第二定律 驗證機械能守恒定律等 能否正確使用打點計時器并根據(jù)紙帶進行正確的數(shù)據(jù)運算 是能否順利完成這些實驗的關(guān)鍵 利用紙帶直接測量的時間和位移 可以計算研究對象的瞬時速度和加速度 若結(jié)合其他物理量的測量 還可以解決與上面這些量直接有關(guān)或間接有關(guān)的問題 例如計算動能 重力勢能 動摩擦因數(shù) 力 功率 轉(zhuǎn)速等 從而延伸出很多與紙帶有關(guān)的力學(xué)實驗 1 利用紙帶測量重力加速度 典例1 2015 湖南五市十校聯(lián)考 如圖所示 將打點計時器固定在鐵架臺上 使重物帶動紙帶從靜止開始自由下落 利用此裝置可以測定重力加速度 1 所需器材有打點計時器 帶導(dǎo)線 紙帶 復(fù)寫紙 帶鐵夾的鐵架臺和帶夾子的重物 此外還需 填字母代號 中的器材 A 直流電源 天平及砝碼B 直流電源 毫米刻度尺C 交流電源 天平及砝碼D 交流電源 毫米刻度尺 2 通過作圖象的方法可以剔除偶然誤差較大的數(shù)據(jù) 提高實驗的準(zhǔn)確程度 為使圖線的斜率等于重力加速度 除作v t圖象外 還可作圖象 其縱軸表示的是 橫軸表示的是 2 利用紙帶測動摩擦因數(shù) 典例2 2015 河南實驗中學(xué)期中 物理小組在一次探究活動中測量滑塊與木板之間的動摩擦因數(shù) 實驗裝置如圖所示 一表面粗糙的木板固定在水平桌面上 一端裝有定滑輪 木板上有一滑塊 其一端與電磁打點計時器的紙帶相連 另一端通過跨過定滑輪的細線與托盤連接 打點計時器使用的交流電源的頻率為50Hz 開始實驗時 在托盤中放入適量砝碼 滑塊開始做勻加速直線運動 在紙帶上打出一系列小點 1 上圖給出的是實驗中獲取的一條紙帶的一部分 0 1 2 3 4 5 6 7是計數(shù)點 每相鄰兩計數(shù)點間還有4個點 圖中未標(biāo)出 計數(shù)點間的距離如圖所示 根據(jù)圖中數(shù)據(jù)計算出滑塊的加速度a 保留三位有效數(shù)字 2 回答下列兩個問題 為測量動摩擦因數(shù) 下列物理量中還應(yīng)測量的有 填入所選物理量前的字母 A 木板的長度lB 木板的質(zhì)量m1C 滑塊的質(zhì)量m2D 托盤和砝碼的總質(zhì)量m3E 滑塊運動的時間t 測量 中所選定的物理量時需要的實驗器材是 3 滑塊與木板間的動摩擦因數(shù) 用被測物理量的字母表示 重力加速度為g 與真實值相比 測量的動摩擦因數(shù) 填 偏大 或 偏小 寫出支持你的看法的一個論據(jù) 3 利用紙帶測小車的功率 典例3 2015 廣東深圳五校一聯(lián) 為測量玩具遙控小車的額定功率 某同學(xué)用天平測出其質(zhì)量為0 6kg 小車的最大速度由打點計時器打出的紙帶來測量 主要實驗步驟有 A 將小車的尾部系一條長紙帶 紙帶通過打點計時器 B 接通打點計時器的電源 頻率為50Hz 使小車以額定功率加速到最大速度 繼續(xù)運行一段時間后關(guān)閉小車的發(fā)動機 使其在地面上滑行直至停下 C 處理紙帶上打下的點跡 1 由圖所示的部分紙帶知小車的最大速度為 汽車滑行時的加速度為 保留三位有效數(shù)字 2 汽車滑行時的阻力為 其額定功率為 保留三位有效數(shù)字 答案 1 1 00m s 1 73m s2 2 1 04N1 04W 4 利用紙帶測電動機的轉(zhuǎn)速 典例4 2015 遼寧師大附中月考 一個有一定厚度的圓盤 可以繞通過中心垂直于盤面的水平軸轉(zhuǎn)動 在圓盤靜止不動時 用游標(biāo)卡尺測得圓盤的直徑如圖所示 在圓盤加速轉(zhuǎn)動時 用電磁打點計時器 米尺 紙帶 復(fù)寫紙進行了如下操作 如圖甲所示 將打點計時器固定在桌面上 將紙帶的一端穿過打點計時器的限位孔 然后固定在圓盤的側(cè)面 當(dāng)圓盤轉(zhuǎn)動時 紙帶可以卷在圓盤側(cè)面上 接通電源 打點計時器開始打點 啟動控制裝置使圓盤勻加速轉(zhuǎn)動 經(jīng)過一段時間 停止轉(zhuǎn)動和打點 取下紙帶 進行測量 打點計時器所接交流電源的頻率為50Hz A B C D 為計數(shù)點 相鄰兩計數(shù)點間有四個點未畫出 1 如上圖所示 圓盤的直徑d為cm 2 由圖乙可知 打下計數(shù)點D時 紙帶運動的速度大小為m s 此時圓盤轉(zhuǎn)動的角速度為rad s 3 紙帶運動的加速度為m s2 答案 1 11 850 2 0 3896 57 3 0 60 5 利用紙帶驗證機械能守恒定律 典例5 2015 吉林省吉林市摸底 驗證機械能守恒定律 的實驗可以采用如圖甲和乙所示的方案進行 1 比較這兩種方案 填 圖甲 或 圖乙 方案好些 理由是 2 如圖所示是實驗中得到的一條紙帶 測得每兩個計數(shù)點間的距離如圖中所示 已知每兩個計數(shù)點之間的時間間隔T 0 1s 則物體運動的加速度a 該紙帶是采用 填 圖甲 和 圖乙 方案得到的 簡要寫出判斷依據(jù) 3 如圖所示是采用圖甲方案得到的一條紙帶 在計算圖中N點的速度時 幾位同學(xué)分別用下列不同的方法 其中正確的是 答案 1 圖甲理由見解析 2 4 8m s2圖乙依據(jù)見解析 3 BC 6 利用紙帶驗證動能定理 典例6 2015 四川廣元聯(lián)考 某探究學(xué)習(xí)小組的同學(xué)欲驗證動能定理 他們在實驗室組裝了一套如圖所示的裝置 另外他們還找到了打點計時器所用的學(xué)生電源 導(dǎo)線 復(fù)寫紙 紙帶 小木塊 細砂 當(dāng)滑塊連接上紙帶 用細線通過滑輪掛上空的小砂桶時 釋放小桶 滑塊處于靜止?fàn)顟B(tài) 若你是小組中的一位成員 要完成該項實驗 則 1 你認為還需要的實驗器材有 2 實驗時為了保證滑塊受到的合力與砂桶的總重力大小基本相等 砂和砂桶的總質(zhì)量應(yīng)滿足的實驗條件是 實驗時首先要做的步驟是 3 在 2 的基礎(chǔ)上 某同學(xué)用天平稱量滑塊的質(zhì)量為M 往砂桶中裝入適量的細砂 用天平稱出此時砂和砂桶的總質(zhì)量為m 讓砂桶帶動滑塊加速運動 用打點計時器記錄其運動情況 在打點計時器打出的紙帶上取兩點 測出這兩點的間距L和這兩點的速度大小v1與v2 v1 v2 則本實驗最終要驗證的數(shù)學(xué)表達式為 用題中的字母表示實驗中測量得到的物理量