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1、專題十四實驗,高考物理（課標專用）,考點一力學實驗,考點清單,考向基礎 一、打點計時器系列實驗中紙帶的處理 1.紙帶的選取:一般實驗應選取點跡清晰、無漏點且有足夠多點的紙帶。在“驗證機械能守恒定律”實驗中還要求紙帶包含第一、二兩計時點,并且第一、二兩計時點距離接近2.0 mm。 2.根據紙帶上點的密集程度選取計數點:打點計時器每打n個點取一個計數點,則相鄰計數點間時間間隔為n個打點時間間隔。,3.測量計數點間距離:為了測量、計算方便和減小偶然誤差,測量距離時不要分段測量,盡可能一次測量完畢,即測量計數起點到其他各計數點的距離。如圖所示,則由圖可得: s=s1,s=s2-s1,s=s3-s2,s
2、=s4-s3,s=s5-s4,s=s6-s5,4.判定物體運動的性質 (1)若s、s、s、s、s、s基本相等,則可判定物體在實驗誤差范圍內做勻速直線運動。 (2)設s1=s-s,s2=s-s,s3=s-s,s4=s-s,s5=s-s 若s1、s2、s3、s4、s5基本相等,則可判定物體在實驗誤差范圍內做勻變速直線運動。,(3)測定第n點的瞬時速度 物體做勻變速直線運動時,在某段時間內的平均速度等于中間時刻的瞬時速度。即測出第n點的相鄰前、后兩段相等時間T內的位移,由平均速度公式即可求得第n點的瞬時速度,如圖中第4點的瞬時速度為: v4==。 (4)測定做勻變速直線運動物體的加速度 一般用逐差法
3、求加速度。將如圖所示的連續(xù)相等時間間隔T內的位移s、s、s、s、s、s分成三組,利用s=aT2可得:a1=、a2= 、a3=,再算出a1、a2、a3的平均值,即:a=,就是所 測做勻變速直線運動物體的加速度。,二、探究彈力與彈簧伸長的關系,實驗原理 用懸掛法測量彈簧的彈力運用的是彈簧的彈力與掛在彈簧下面的鉤碼的重力相等。彈簧的長度可以用刻度尺直接測出,伸長量可以由拉長后的長度減去彈簧原來的長度進行計算。,實驗步驟 1.把彈簧懸吊在鐵架臺上,讓彈簧自然下垂,在彈簧不掛鉤碼時測量彈簧的原長L0。 2.將已知質量的鉤碼掛在彈簧的下端,在平衡時測量彈簧的總長并計算鉤碼的重力,并將彈簧所受拉力F(等于所
4、掛鉤碼的重力),填寫在記錄表格里。然后改變所掛鉤碼的質量,重復前面的實驗過程多次。,3.根據所測數據,在已經準備好的坐標紙上描點,以力為縱坐標,以彈簧的長度L為橫坐標。 4.作圖得到的是如圖甲所示的圖像。盡管是直線,也是一次函數,但不夠簡潔,即不是剛好反映函數間的正比關系。處理的辦法是將坐標軸平移,就可以得到一個從原點出發(fā)的函數圖像(圖乙)。平移后將橫坐標由彈簧的長度改為彈簧的伸長量L。 5.寫出實驗得到的曲線所代表的函數,即彈力與彈簧伸長量的關系。 6.運用表中的數據驗證所得到的函數關系。,注意事項 1.懸吊彈簧時要讓它自然下垂,別忘了測量彈簧的原長L0。 2.每改變一次拉力的大小就要做一次
5、測量記錄。為了探究彈力和彈簧伸長的關系,要盡可能多測幾組數據,以便在坐標紙上能描出更多的點。 3.實驗時拉力不要太大(即鉤碼不能過多),以免彈簧超出彈性限度。 4.在坐標紙上嘗試描畫一條平滑曲線(包括直線)時,要順著各點的走向來描,描出的點不一定正好在曲線上,但要注意在曲線兩側的點數大致相同。 5.寫出曲線所代表的函數時,建議首先嘗試用一次函數,如果不行再考慮其他函數。,三、驗證力的平行四邊形定則,實驗原理 結點受三個共點力作用處于平衡狀態(tài),則F1、F2的合力必與F3平衡,改用一個拉力F使結點仍到O,則F必與F1、F2的合力等效,與F3平衡,以F1、F2為鄰邊作平行四邊形求出合力F,比較F與F
6、的大小和方向,以驗證力合成時的平行四邊形定則。,實驗步驟,1.用圖釘把白紙釘在放于水平桌面的方木板上。 2.用圖釘把橡皮條的一端固定在A點,橡皮條的另一端拴上兩個細繩套。,3.用兩只彈簧測力計分別鉤住細繩套,互成角度地拉橡皮條,將結點拉到某一位置,如圖,記錄兩彈簧測力計的讀數,用鉛筆描下O點的位置及此時兩個細繩套的方向。 4.用鉛筆和刻度尺從結點O沿兩條細繩套方向畫直線,按選定的標度作出這兩只彈簧測力計的讀數F1、F2的圖示,并以F1和F2為鄰邊用刻度尺和三角板作平行四邊形,過O點畫出平行四邊形的對角線,即為合力F的圖示。 5.只用一只彈簧測力計鉤住細繩套,把橡皮條的結點拉到同樣的位置O,記下
7、彈簧測力計的讀數F和細繩套的方向,用刻度尺從O點按選定的標度沿記錄的方向作出這只彈簧測力計的拉力F的圖示。,6.比較力F與用平行四邊形定則求出的合力F的大小和方向,得出結論。,注意事項 1.同一實驗中的兩只彈簧測力計的選取方法是:將兩只彈簧測力計鉤好后對拉,若兩只彈簧測力計在對拉的過程中,讀數相同,則可選,若不同,應另換,直至相同為止,使用時彈簧測力計與板面平行。 2.在滿足合力不超過彈簧測力計量程及橡皮條形變不超過彈性限度的條件下,應使拉力盡量大一些,以減小誤差。 3.在同一次實驗中,橡皮條拉長的結點O位置一定要相同。 4.由作圖法得到的F與實際測量得到的F不可能完全符合,但在誤差允許范圍內
8、可認為F和F符合。,四、驗證牛頓運動定律 實驗原理 實驗中,研究的參量有F、m、a,在驗證牛頓第二定律的實驗中,可以控制參量m一定,研究a與F的關系;控制參量F一定,研究a與m的關系。,實驗步驟 1.將一端附有滑輪的長木板放在水平桌面上,取兩個質量相等的小車,放在光滑的水平長木板上,示意圖如圖所示。,2.在小車的前端各系上細繩,繩的另一端跨過定滑輪各掛一個砝碼盤,在盤內分別放數目不等的砝碼,而在兩小車上放質量相等的砝碼,使砝碼盤和盤內砝碼的總質量遠小于小車和車上砝碼的總質量,分別用天平測出兩個砝碼盤和盤內砝碼的總質量M1和M2,把數值記錄下來。此時,小車所受的水平拉力的大小F1和F2可以認為等
9、于砝碼盤和盤內砝碼所受重力的大小。 3.在小車的后端也分別系上細繩,用一只夾子夾住這兩根細繩,便于同時控制兩輛小車,使它們同時開始運動和同時停止運動。,4.打開夾子,讓兩輛小車同時從靜止開始運動。小車走過一段距離后,夾上夾子,讓它們同時停下來。分別用刻度尺測出兩輛小車在這一段相同時間內通過的位移大小x1和x2,并記錄下來。 5.分析所得到的兩輛質量相等的小車在相同時間內通過的位移與小車所受的水平拉力的大小的關系,從而得到質量相等的物體運動的加速度與物體所受作用力大小的關系。并將結論記在實驗結論中。 6.在兩個相同的砝碼盤內放質量相等的砝碼,而在兩輛小車上放質量不等的砝碼,使兩輛小車的質量不等,
10、而所受的拉力相等。仍保證砝碼盤和盤內砝碼的總質量遠小于小車和車上砝碼的總質量,分別用天平測出兩輛小車和車上砝碼的總質量m1和m2,把數值記錄下來。 7.讓兩輛小車同時從靜止開始運動。小車走過一段距離后,夾上夾子,讓,它們同時停下來。分別用刻度尺測出兩輛小車在這一段相同時間內通過的位移大小x1和x2,并記錄下來。 8.分析所得到的受相同拉力作用的兩輛小車在相同時間內通過的位移大小與質量大小的關系,從而得到所受拉力相等的物體運動的加速度與物體質量大小的關系。并將結論記在實驗結論中。,注意事項 1.在實驗中,小車所受的摩擦力是造成系統(tǒng)誤差的一個重要因素。因此利用小車重力沿斜面方向的分力平衡摩擦力。
11、2.為使所作的a-F圖像和a-圖像更精確,每個圖像都要求至少取5條以 上的紙帶。 3.改變小車的質量或拉力的大小時,改變量應盡可能大一些,但應滿足砝碼盤和盤內砝碼的總質量遠小于小車和車上砝碼的總質量。一般來說,砝碼盤和盤內砝碼的總質量不超過小車和車上砝碼總質量的10%。,五、探究動能定理 實驗原理 如圖,小車在橡皮筋的作用下彈出,沿木板滑行。當我們用2條、3條同樣的橡皮筋進行第2次、第3次實驗時,每次實驗中橡皮筋拉伸的長度都保持一致,那么,第2次、第3次實驗中橡皮筋對小車做的功就是第1次的2倍、3倍如果把第1次實驗時橡皮筋所做的功記為W0,以后各次做的功就是2W0、3W0,由于橡皮筋做功而使小
12、車獲得的速度可以由紙帶和打點計時器測出,也可以用其他方法測出。這樣,進行若干次測量,就得到若干組功和速度的數據。 以橡皮筋對小車做的功為縱坐標,小車獲得的速度為橫坐標,以第1次實驗時的功W0為單位,作出W-v曲線即功-速度曲線。分析這條曲線,可以得知橡皮筋對小車做的功與小車獲得的速度的定量關系。,實驗步驟 1.按圖組裝好實驗器材,由于小車在運動中會受到阻力,把木板略微傾斜,作為補償。 2.先用一條橡皮筋進行實驗,把橡皮筋拉伸一定長度,理清紙帶,接通電源,放開小車。 3.換用紙帶,改用2條、3條同樣的橡皮筋進行第2次、第3次實驗,每次實驗中橡皮筋拉伸的長度都相同。 4.由紙帶算出小車獲得的速度,
13、把第1次實驗獲得的速度記為v1,第2次、第3次記為v2、v3 5.對測量數據進行估計,大致判斷兩個量可能的關系,然后以W為縱坐標,v2(v、v3或)為橫坐標作圖。,注意事項 木板的傾斜程度應滿足小車重力沿木板向下的分力等于小車受到的阻力。 六、驗證機械能守恒定律,實驗原理 在只有重力做功的自由落體運動中,物體的重力勢能轉化為動能,但總的機械能守恒,利用打點計時器在紙帶上記錄下物體自由下落的高度h及計算出瞬時速度v,從而驗證物體在自由下落過程中,重力勢能的減少量Ep=mgh與物體動能的增加量Ek=mv2相等。,實驗步驟 1.將實驗裝置按要求裝好,將紙帶固定在重物上,讓紙帶穿過打點計時器的限位孔。
14、 2.先用手提起紙帶,使重物靜止在靠近打點計時器的地方。 3.接通電源,松開紙帶,讓重物自由下落,這樣打點計時器就在紙帶上打下一系列點。 4.重復以上步驟,多做幾次。 5.從已打出的紙帶中,選出第一、二點間的距離接近2 mm且點跡清晰的紙帶,并對其進行測量。 6.利用公式v中=分別求出物體在打下點2、3、4時的瞬時速度v2、 v3、v4,7.把得到的數據填入表格,算出重物運動到點2、3、4時減小的重力勢能mgh2、mgh3、mgh4再算出物體運動到點2、3、4時增加的動能m/2、m/2、m/2根據機械能守恒定律比較m/2與mgh2、m/ 2與mgh3、m/2與mgh4結果是否一致。,注意事項
15、1.組裝實驗裝置時,重物與紙帶、限位孔必須在同一豎直線上,以減小摩擦阻力。 2.實驗時必須先接通電源,讓打點計時器正常工作后才能松開紙帶讓重物下落; 3.因不需要知道動能的具體數值,因此不需要測出重物的質量m。 七、驗證動量守恒定律 實驗原理 在一維碰撞中,測出物體的質量m和碰撞前后物體的速度v、v,找出碰撞前的總動量p=m1v1+m2v2及碰撞后的總動量p=m1v1+m2v2,看碰撞前后動量是否守恒。,實驗步驟 1.先用天平測出小球質量m1、m2。 2.在地面上鋪一張白紙,白紙上鋪放復寫紙。 3.在白紙上記下重垂線所指的位置O,它表示入射小球碰前的位置。 4.先不放被碰小球,讓入射小球從斜槽
16、上同一高度處滾下,重復10次,用圓規(guī)畫盡可能小的圓把所有的小球落點圈在里面。圓心就是入射小球不碰時的落地點P。 5.把被碰小球放在小支柱上,讓入射小球從同一高度滾下,使它們發(fā)生正碰,重復10次,仿步驟4找出入射小球落點的平均位置M和被碰小球落點的平均位置N。 6.過O、N在紙上作一直線,取OO=2r,O就是被碰小球碰撞時的球心投,影位置(用刻度尺和三角板測小球直徑2r)。 7.用刻度尺量出線段的長度OP、OM、ON,把兩小球的質量和相應的線段長度代入m1OP=m1OM+m2ON看是否成立。,注意事項 1.碰撞的兩小球應保證“水平”和“正碰”。 2.入射小球的質量m1大于被碰小球的質量m2。,考
17、向突破,考向一實驗中紙帶的處理 1.由紙帶判斷物體做勻變速運動的方法 如圖所示,0、1、2為時間間隔相等的各計數點,x1、x2、x3為相鄰兩計數點間的距離,若x=x2-x1=x3-x2=x4-x3=C(常量),即若兩連續(xù)相等的時間間隔里的位移之差為恒量,則與紙帶相連的物體的運動為勻變速直線運動。 2.由紙帶求物體運動加速度的方法 (1)用“逐差法”求加速度。 即根據x4-x1=x5-x2=x6-x3=3aT2(T為相鄰兩計數點間的時間間隔)求出,a1=、a2=、a3=, 再算出平均值則為物體運動的加速度, 即a= (2)用圖像法求加速度。 即先根據vn=求出所選的各計數點對應的瞬時速度,后作出
18、v-t圖 像,圖線的斜率即為物體運動的加速度。,例1某同學用如圖所示的實驗裝置研究小車在斜面上的運動。實驗步驟如下: a.安裝好實驗器材。 b.接通電源后,讓拖著紙帶的小車沿平板斜面向下運動,重復幾次。選出一條點跡比較清晰的紙帶,舍去開始密集的點跡,從便于測量的點開始,,每兩個打點間隔取一個計數點,如圖中0、1、2、、6點所示。 c.測量1、2、3、、6計數點到0計數點的距離,分別記作:x1、x2、x3、、x6。 d.通過測量和計算,該同學判斷出小車沿平板做勻加速直線運動。 e.分別計算出x1、x2、x3、、x6與對應時間的比值、、、、 。,f.以為縱坐標、t為橫坐標,標出與對應時間t的坐標點
19、,畫出 -t圖 線。 結合上述實驗步驟,請你完成下列任務: 實驗中,除打點計時器(含紙帶、復寫紙)、小車、平板、鐵架臺、導線及開關外,在下面的儀器和器材中,必須使用的有和。(填選項代號) A.電壓合適的50 Hz交流電源 B.電壓可調的直流電源 C.刻度尺D.秒表E.天平F.重錘 將分度值為1 mm的刻度尺的0刻線與0計數點對齊,0、1、2、5計數點所在位置如圖所示,則x2=cm,x5=cm。,該同學在圖中已標出1、3、4、6計數點對應的坐標點,請你在該圖中標出與2、5兩個計數點對應的坐標點,并畫出-t圖線。,根據-t圖線判斷,在打0計數點時,小車的速度v0= m/s;它在斜面 上運動的加速度
20、a= m/s2。,解析打點計時器必須與交流電源配合使用,選A。使用刻度尺測量0計數點與其他計數點間的距離,選C。 由圖可知x2=2.98 cm,x5=13.20 cm。 因t2=0.08 s,==37.25 cm/s,故計數點2的坐標為(0.08 s,37.25 cm),同理得計數點5的坐標為(0.20 s,66.00 cm)。由勻加速直線運動規(guī)律可得=v0+at,故-t圖為一條傾斜直線,如答案圖所示。 該圖像縱軸截距表示小車的速度v0=0.18 m/s。斜率k=a=2.40 m/s2, 所以a=4.80 m/s2。,答案AC 2.98(2.972.99)13.20(13.1913.21) 如
21、圖所示 0.18(0.160.20)4.80(4.505.10),考向二基本力學實驗 1.研究性實驗,2.探究性實驗,3.驗證性實驗,例2(2018課標,22,5分)如圖(a),一彈簧上端固定在支架頂端,下端懸掛一托盤;一標尺由游標和主尺構成,主尺豎直固定在彈簧左邊;托盤上方固定有一能與游標刻度線準確對齊的裝置,簡化為圖中的指針。 現(xiàn)要測量圖(a)中彈簧的勁度系數。當托盤內沒有砝碼時,移動游標,使其零刻度線對準指針,此時標尺讀數為1.950 cm;當托盤內放有質量為 0.100 kg的砝碼時,移動游標,再次使其零刻度線對準指針,標尺示數如圖,(b)所示,其讀數為cm。當地的重力加速度大小為
22、9.80 m/s2,此彈簧的勁度系數為N/m(保留3位有效數字)。,解析本題考查游標卡尺的讀數方法和胡克定律。此標尺為二十分度的標尺,精確度為0.05 mm,讀數=整毫米數(主尺)+n精確度,所以讀數為37 mm+150.05 mm=37.75 mm=3.775 cm。 當托盤中放入砝碼穩(wěn)定時, 彈簧的伸長量x=3.775 cm-1.950 cm=1.825 cm。 由平衡條件得F=mg,由胡克定律得F=kx,聯(lián)立得k=53.7 N/m。,答案3.77553.7,例3(2017課標,22,6分)某探究小組做“驗證力的平行四邊形定則”實驗,將畫有坐標軸(橫軸為x軸,縱軸為y軸,最小刻度表示1 m
23、m)的紙貼在水平桌面上,如圖(a)所示。將橡皮筋的一端Q固定在y軸上的B點(位于圖示部分之外),另一端P位于y軸上的A點時,橡皮筋處于原長。 (1)用一只測力計將橡皮筋的P端沿y軸從A點拉至坐標原點O,此時拉力F的大小可由測力計讀出。測力計的示數如圖(b)所示,F的大小為N。 (2)撤去(1)中的拉力,橡皮筋P端回到A點;現(xiàn)使用兩個測力計同時拉橡皮筋,再次將P端拉至O點。此時觀察到兩個拉力分別沿圖(a)中兩條虛線所示的方向,由測力計的示數讀出兩個拉力的大小分別為F1=4.2 N和F2=5.6 N。,()用5 mm長度的線段表示1 N的力,以O為作用點,在圖(a)中畫出力F1、F2的圖示,然后按
24、平行四邊形定則畫出它們的合力F合; 圖(a),圖(b) ()F合的大小為N,F合與拉力F的夾角的正切值為。 若F合與拉力F的大小及方向的偏差均在實驗所允許的誤差范圍之內,則該實驗驗證了力的平行四邊形定則。,解析(1)測力計讀數時需要進行估讀,此測力計分度值為0.2 N,則F的大小為4.0 N。 (2)()作力的圖示時,要選好標度,再根據F1、F2的方向及大小作出相應兩力的圖示,圖見答案。分別以F1、F2為鄰邊作平行四邊形并作出F1、F2之間的對角線,即得F合。 ()表示F合的線段的長度為20.0 mm,根據標度算出F合大小為4.0 N。實際合力F的方向沿AO方向,對角線為F合方向,則
25、兩者夾角的正切值tan ===0.05。,答案(1)4.0(2)()F1、F2和F合如圖所示 ()4.00.05,例4(2016課標,22,6分)某物理小組對輕彈簧的彈性勢能進行探究,實驗裝置如圖(a)所示:輕彈簧放置在光滑水平桌面上,彈簧左端固定,右端與一物塊接觸而不連接,紙帶穿過打點計時器并與物塊連接。向左推物塊使彈簧壓縮一段距離,由靜止釋放物塊,通過測量和計算,可求得彈簧被壓縮后的彈性勢能。 圖(a),(1)實驗中涉及下列操作步驟: 把紙帶向左拉直 松手釋放物塊 接通打點計時器電源 向左推物塊使彈簧壓縮,并測量彈簧壓縮量 上述步驟正確的操作順序是(填入代表步驟的序號)。
26、 (2)圖(b)中M和L紙帶是分別把彈簧壓縮到不同位置后所得到的實際打點結果。打點計時器所用交流電的頻率為50 Hz。由M紙帶所給的數據,可求出在該紙帶對應的實驗中物塊脫離彈簧時的速度為m/s。 比較兩紙帶可知,(填“M”或“L”)紙帶對應的實驗中彈簧被壓 縮后的彈性勢能大。,圖(b),解析(1)實驗步驟中,一定要注意接通打點計時器電源之后再松手釋放物塊。若次序搞反,可能造成物塊已離開桌面但打點計時器還沒有開始工作。 (2)從紙帶上看,最后兩個數據2.58 cm、2.57 cm相差不大,表示物塊已經脫離彈簧,所以速度v=10-2 m/s1.29 m/s,同理可計算出打下 L紙帶時物塊脫離彈簧的
27、速度要小一些。,答案(1)(2)1.29M,例5(2016課標,22,5分)某同學用圖(a)所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律,其中打點計時器的電源為交流電源,可以使用的頻率有20 Hz、30 Hz和40 Hz。打出紙帶的一部分如圖(b)所示。 圖(a) 圖(b),該同學在實驗中沒有記錄交流電的頻率f,需要用實驗數據和其他題給條件進行推算。 (1)若從打出的紙帶可判定重物勻加速下落,利用f和圖(b)中給出的物理量可以寫出:在打點計時器打出B點時,重物下落的速度大小為,打出C點時重物下落的速度大小為,重物下落的加速度大小為。 (2)已測得s1=8.89 cm,
28、s2=9.50 cm,s3=10.10 cm;當地重力加速度大小為9.80 m/s2,實驗中重物受到的平均阻力大小約為其重力的1%。由此推算出f為Hz。,解析(1)勻變速直線運動中,某一段位移的平均速度等于中間時刻的瞬時速度:vB==(s1+s2)f,同理vC=(s2+s3)f,加速度a==(s3-s1) f2。 (2)由牛頓第二定律可知:mg-0.01mg=ma a=0.99g 又由(1)問知:a= 聯(lián)立得f=40 Hz,答案(1)(s1+s2)f(s2+s3)f(s3-s1)f2(2)40,例6(2014課標,22,6分)某同學利用圖(a)所示實驗裝置及數字化信息系統(tǒng)獲得了小車加速度a與鉤
29、碼的質量m的對應關系圖,如圖(b)所示。實驗中小車(含發(fā)射器)的質量為200 g,實驗時選擇了不可伸長的輕質細繩和輕定滑輪,小車的加速度由位移傳感器及與之相連的計算機得到,回答下列問題: 圖(a),圖(b) (1)根據該同學的結果,小車的加速度與鉤碼的質量成(填“線性”或“非線性”)關系。 (2)由圖(b)可知,a-m圖線不經過原點,可能的原因是。,(3)若利用本實驗裝置來驗證“在小車質量不變的情況下,小車的加速度與作用力成正比”的結論,并直接以鉤碼所受重力mg作為小車受到的合外力,則實驗中應采取的改進措施是。鉤碼的質量應滿足的條件是。,解析(1)將圖(b)中各點連線,得到的
30、是一條曲線,故a與m的關系是非線性的。 (2)由圖(b)可知,當鉤碼質量不為零時,在一定范圍內小車加速度仍為零,即鉤碼對小車的拉力大于某一數值時小車才產生加速度,故可能的原因是存在摩擦力。 (3)若將鉤碼所受重力作為小車所受合力,則應滿足三個條件,一是摩擦力被平衡,二是繩平行于軌道平面,此二者可保證繩對車的拉力等于車所受合力,設繩的拉力為T,由mg-T=ma、T=Ma有T=g=,可見 當mM時才有Tmg,故第三個條件為mM。,答案(1)非線性 (2)存在摩擦力 (3)調節(jié)軌道的傾斜度以平衡摩擦力遠小于小車的質量,考點二電學實驗,考向基礎 一、螺旋測微器和游標卡尺 (一)螺旋測微器(千分尺) 1
31、.原理:利用螺旋轉動,將微小的直線位移轉化為角度變化,并在較大的圓周上對其進行顯示。取螺紋的螺距為0.5 mm,即測微螺桿旋轉一周時前進或后退0.5 mm,將螺旋分成50等份,每一等份表示直線位移變化 mm=0.01 mm,即螺旋測微器分度值是0.01 mm。測量時要估讀到千分位,故而得名“千分尺”。 2.讀數規(guī)則 (1)以鼓輪邊緣為準在固定刻度上讀出整毫米數。 (2)從可動刻度上讀出毫米以下的小數。,(3)測量長度為上述二者之和。 (4)如果半毫米刻線露出,還要加上0.5 mm。 (二)游標卡尺 1.原理:在同樣長度的主尺和游標尺上分成不同的等份,利用它們每一等份長度上的差異,來讀出較精確的
32、測量數據。譬如,50分度游標尺上50個分度只有主尺的49 mm長,則游標尺上每個分度比主尺上每個分度短 mm=0.02 mm,將這個差異稱為精度,即它的測量精度為0.02 mm。根 據游標尺上的分度格數,常把游標卡尺分為10分度的、20分度的和50分度的三種,它們的精度分別為0.1 mm、0.05 mm、0.02 mm。 2.讀數規(guī)則 (1)以游標尺零刻線位置為準,在主尺上讀取整毫米數。,(2)若游標尺上第n條刻線與主尺上某一刻線(不管是第幾條刻線)對齊,則由游標尺上讀出毫米以下的小數為n精度(0.1 mm、0.05 mm或0.02 mm)。 (3)總的讀數為毫米整數加上毫米小數。 不管是10
33、分度游標卡尺,還是20分度、50分度游標卡尺,在讀數時均不需要向后估讀一位。 二、測定金屬的電阻率,實驗原理 用毫米刻度尺測一段金屬絲的長度L,用螺旋測微器測金屬絲的直徑d,用伏安法測金屬絲的電阻R,由R=,得==。,實驗步驟 1.用螺旋測微器在金屬絲的三個不同位置上各測一次,取直徑d的平均值,然后計算出金屬絲的橫截面積S。 2.將金屬絲兩端固定在接線柱上懸空掛直,用毫米刻度尺測量接入電路的金屬絲長度(即有效長度),反復測量三次,求出平均值L。 3.依照圖示連好電路,并把滑動變阻器的阻值調至最大。,4.實驗時,讀出幾組相應的電流表、電壓表的I和U的值,記入記錄表格內,斷開開關S,求出電阻R的平
34、均值。 5.將測得的R、L、d值,代入電阻率計算公式==中,計算出金 屬絲的電阻率。,注意事項 1.本實驗中被測金屬絲的電阻值較小,為了減小實驗的系統(tǒng)誤差,必須采用電流表外接法。 2.測量被測金屬絲的有效長度,是指測量待測金屬絲接入電路的兩個端點之間的長度。 3.在用伏安法測電阻時,通過待測金屬絲的電流I應從小到大變化且不宜過大(電流表用00.6 A量程),通電時間不宜過長,以免金屬絲的溫度過高,造成其電阻率在實驗過程中增大。 4.求R的平均值可用兩種方法:第一種是算出各次的測量值,再取平均值,第二種是用U-I圖像(圖線)的斜率來求出。,誤差分析誤差來源 1.直徑的測量。 2.長度的測量。 3
35、.測量電路中電流表及電壓表對電阻測量的影響。 4.通電電流的大小不同,通電時間的長短不同,致使金屬絲發(fā)熱而溫度不同,電阻率隨之變化。 由于本實驗采用電流表外接法,所以R測
36、幾組相應的電流表和電壓表的示數,I和U的值,記入記錄表格內,斷開開關S。 3.在坐標紙上建立一個直角坐標系,縱軸表示電流I,橫軸表示電壓U,將所測數據在坐標紙上描點,用平滑曲線將各數據點連接起來,便得到伏安特性曲線。,注意事項 1.因本實驗要作出I-U圖線,要求測出幾組包括零在內的電流、電壓值,因此,變阻器要采用分壓接法。 2.本實驗中,因被測小燈泡電阻較小,因此實驗電路必須采用電流表的外接法。 3.開關閉合前滑動變阻器滑片移到分壓為零的一端。,四、測定電源的電動勢和內阻 實驗原理 如圖所示,改變R的阻值,從電壓表和電流表中讀出幾組U、I值,利用閉合電路歐姆定律U=E-Ir求出幾組E、r值,最
37、后分別算出它們的平均值。,用作圖法來處理數據:即在坐標紙上以I為橫坐標、U為縱坐標,用測出的幾組I、U值畫出U-I圖像。如圖所示,所得直線跟縱軸的交點即為電動勢的值,圖線斜率的絕對值即為內阻r的值。,實驗步驟 1.電流表用0.6 A量程,電壓表用3 V量程,按實驗電路圖連接好電路。 2.把滑動變阻器的滑片移到使阻值最大的一端。 3.閉合開關,調節(jié)滑動變阻器,使電流表有明顯示數,記錄一組數據(I、U),用同樣方法測量幾組I、U值,記錄在自己設計的表格中。 4.斷開開關,整理好器材。 5.處理數據,用公式法和作圖法兩種方法求出電動勢和內阻的值。,注意事項 1.為了使電池的路端電壓變化明顯,電池的內
38、阻宜大些(選用已使用過一段時間的干電池)。 2.畫出U-I圖像,要使較多的點落在這條直線上,不在直線上的點均勻分布在直線的兩側,個別偏離直線太遠的點可舍去不考慮。這樣,就可減小偶然誤差,提高精確度。 3.計算內阻時,要在直線上任取兩個相距較遠的點,用r=計算出電源 的內阻r。,誤差分析 測量電路存在系統(tǒng)誤差,未考慮電壓表的分流,使得電流的測量值小于真實值,則電動勢的測量值小于真實值,內阻的測量值小于真實值。 五、練習使用多用電表,實驗原理 1.測電阻的依據是閉合電路歐姆定律;測電流和電壓的依據是串聯(lián)和并聯(lián)的特點及部分電路歐姆定律。 2.二極管的特性是單向導電性,當二極管加上一定的反向電壓時,它
39、的電阻值變得很大,就像斷開的開關一樣。,實驗步驟 1.多用電表的使用 (1)觀察多用電表,認識多用電表的表盤、選擇開關及其量程。 (2)測量前,檢查表頭的機械零點,正常情況下表針應停在左端零刻線上,否則要用小螺絲刀輕輕轉動表盤下邊中間部位的調零螺絲,使表針指零。 (3)測量時,把選擇開關旋到相應的測量項目上。 使用電壓擋時,應使多用電表同用電器并聯(lián)。測量直流電壓時,還要讓紅表筆接在用電器電勢較高的一端。使用電流擋時,要使多用電表與用電器串聯(lián),且要讓電流從紅表筆流入,從黑表筆流出。,2.用多用電表探測黑箱內的元件 (1)了解二極管的導電特性。 (2)將多用電表的選擇開關置于直流電壓擋,將兩表筆分
40、別與黑箱上的A、B、C三個點中的兩個點連接,判斷黑箱內有無電源。 (3)將多用電表的選擇開關置于歐姆擋,將兩表筆分別與黑箱上的A、B、C三個點中的兩個點連接,讀出歐姆表上的讀數。將表筆反接后,根據歐姆表示數是否變化來判斷黑箱中是否有二極管。,注意事項 1.使用多用電表前,應觀察指針是否指在左端的零刻線上,若有偏差,應用螺絲刀調節(jié)多用電表中間的調零螺絲,使多用電表的指針指在左端的零刻線處。 2.測電阻時,待測電阻要跟別的元件和電源斷開,不能用手接觸表筆的金屬桿。 3.合理選擇歐姆擋的量程,使指針盡量指在表盤中央位置附近。 4.換用歐姆擋的另一倍率時,一定要重新進行歐姆調零,才能進行測量。 5.歐
41、姆表讀數時,應將表針所指示數乘以選擇開關所指的倍率。 6.測量完畢時,要把表筆從測試孔中拔出,選擇開關應置于交流電壓最高擋或OFF擋,若長期不用時,還應把電池取出。,考向突破,考向一基本器材的原理及使用 一、電流表與電壓表的改裝 1.改裝方案,2.校正 校正電路如圖所示 二、歐姆表原理 1.構造:歐姆表主要由電流表G、電池、調零電阻R和紅、黑表筆組成。,歐姆表內部:電流表、電池、調零電阻串聯(lián); 外部:接被測電阻Rx。 2.工作原理:閉合電路歐姆定律,I=。 3.刻度的標定:紅、黑表筆短接(被測電阻Rx=0)時,調節(jié)調零電阻R,使I=Ig,電流表的指針達到滿偏,這一過程叫歐姆調零。 (1)當I=
42、Ig時,Rx=0,在滿偏電流Ig處標為“0”。 (2)當I=0時,Rx,在I=0處標為“”。 (3)當I=時,Rx=Rg+R+r,此時電阻值等于歐姆表的內電阻,Rx叫中值電 阻。,三、多用電表的原理圖,例1某同學用量程為1 mA、內阻為120 的表頭按圖(a)所示電路改裝成量程分別為1 V和1 A的多用電表。圖中R1和R2為定值電阻,S為開關?；卮鹣铝袉栴}: (1)根據圖(a)所示的電路,在圖(b)所示的實物圖上連線。 (2)開關S閉合時,多用電表用于測量(填“電流”、“電壓”或“電阻”);開關S斷開時,多用電表用于測量(填“電流”、“電壓”或“電阻”)。 (3)表筆A應為色(填“紅”或“黑”
43、)。 (4)定值電阻的阻值R1=,R2=。(結果取3位有效數字),,解析(1)見答案。 (2)開關S閉合時,表頭和R2串聯(lián)后與R1并聯(lián),為電流表,因此用于測量電流;當開關S斷開時,R2與表頭串聯(lián),為電壓表,因此用于測量電壓。 (3)電流應從紅表筆流入電表,從黑表筆流出電表,因此表筆A應為黑色。 (4)開關S斷開時為電壓表,U=Ig(Rg+R2),解得R2=880 ; 開關S閉合時為電流表,R1==1.00 。,答案(1)連線如圖所示 (2)電流電壓 (3)黑 (4)1.00880,例2(2017課標,23,9分)圖(a)為某同學組裝完成的簡易多用電表的電路圖。圖中E是電池;R1、R2、R3、R
44、4和R5是固定電阻,R6是可變電阻;表頭的滿偏電流為250 A,內阻為480 。虛線方框內為換擋開關,A 端和B端分別與兩表筆相連。該多用電表有5個擋位,5個擋位為:直流電壓1 V擋和5 V擋,直流電流1 mA擋和2.5 mA擋,歐姆100 擋。 圖(a),圖(b) (1)圖(a)中的A端與(填“紅”或“黑”)色表筆相連接。 (2)關于R6的使用,下列說法正確的是(填正確答案標號)。 A.在使用多用電表之前,調整R6使電表指針指在表盤左端電流“0”位 置,B.使用歐姆擋時,先將兩表筆短接,調整R6使電表指針指在表盤右端電阻“0”位置 C.使用電流擋時,調整R6使電表指針盡可能
45、指在表盤右端電流最大位置 (3)根據題給條件可得R1+R2=,R4=。 (4)某次測量時該多用電表指針位置如圖(b)所示。若此時B端是與“1”相連的,則多用電表讀數為;若此時B端是與“3”相連的,則讀數為;若此時B端是與“5”相連的,則讀數為。(結果均保留3位有效數字),解析本題考查電表的改裝與應用。 (1)為了確保電表“紅”進“黑”出,A端應與“黑”色表筆相連接。 (2)R6應是歐姆擋的歐姆調零電阻,故B項正確。 (3)當換擋開關接2時,為直流電流1 mA擋,滿足IgRg=(I-Ig)(R1+R2),得R1+R2= 160 。 當換擋開關接4時,為直流電壓1 V擋,則滿足U=I(R并+R4)
46、,R并=120 ,得R4= 880 。 (4)若B端與“1”相連,則為直流電流2.5 mA擋,由1/5估讀法可得讀數為1.47 mA。若B端與“3”相連,則為歐姆100 擋,可得讀數為1.10103 。若B端與“5”相連,則為直流電壓5 V擋,可得讀數為2.95 V。,答案(1)黑(2)B(3)160880(4)1.47 mA 1.10103 2.95 V,考向二測量電阻和描繪小燈泡的伏安特性曲線 1.電流表的內外接法,2.伏安法測電阻的電路選擇方法 (1)阻值比較法:先將待測電阻的估計值與電壓表、電流表的內阻進行,比較,若Rx較小,宜采用電流表外接法;若Rx較大,宜采用電流表內接法。 (2)
47、臨界值計算法: Rx 時,用電流表內接法。,(3)實驗試探法:按圖接好電路,讓電壓表接線柱P先后與a、b處接觸一下,如果電壓表的示數有較大的變化,而電流表的示數變化不大,則可采用電流表外接法;如果電流表示數有較大的變化,而電壓表示數變化不大,可采用電流表內接法。 3.描繪伏安特性曲線應注意的事項 (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)滑動變阻器應采用分壓式連接,本實驗要作出I-U圖線,要求測出一組包括零在內的電流、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,開關閉合前變阻器滑片應位于有效阻值為零的一端
48、。加在小燈泡兩端的電壓不要超過其額定電壓。,例3(2014課標,22,6分)在伏安法測電阻的實驗中,待測電阻Rx約為200 ,電壓表的內阻約為2 k,電流表的內阻約為10 ,測量電路中 電流表的連接方式如圖(a)或圖(b)所示,結果由公式Rx=計算得出,式 中U與I分別為電壓表和電流表的示數。若將圖(a)和圖(b)中電路測得的電阻值分別記為Rx1和Rx2,則(填“Rx1”或“Rx2”)更接近待測電阻的真實值,且測量值Rx1(填“大于”、“等于”或“小于”)真實值,測量值Rx2(填“大于”、“等于”或“小于”)真實值。,解析=20,=10,因此Rx屬于大電阻,用電流表內接法時測量值更 接近真實值
49、,即Rx1更接近真實值;因Rx1==Rx+RA,故Rx1Rx,Rx2==R并(即 Rx與RV的并聯(lián)值),故Rx2
50、R1; 根據圖甲,用筆畫線代替導線將圖乙連接成完整電路;,某次實驗的數據如下表所示:,該小組借鑒“研究勻變速直線運動”實驗中計算加速度的方法(逐差法),計算出電池組的內阻r=(保留兩位小數);為減小偶然誤差,逐差法在數據處理方面體現(xiàn)出的主要優(yōu)點是。 該小組在前面實驗的基礎上,為探究圖甲電路中各元器件的實際阻值對測量結果的影響,用一已知電動勢和內阻的標準電池組,通過上述方法多次測量后發(fā)現(xiàn):電動勢的測量值與已知值幾乎相同,但內阻的測量值總是偏大。若測量過程無誤,則內阻測量值總是偏大的原因是。(填選項前的字母) A.電壓表內阻的影響 B.滑動變阻器的最大阻值偏小 C.R1的實際阻值比計算值偏小,D.
51、R0的實際阻值比標稱值偏大,解析Igrg=(I-Ig)R1,解得R1=1.0 。 參見答案。 r=,r1=,r2=,r3= r4=,I5-I1=I6-I2=I7-I3=I8-I4=80 mA =-R0=-R0= -4 =1.66 電壓表內阻的影響會造成E和r的測量值均偏小,滑動變阻器對測量沒有影響,R1的值偏小,表測量值偏小,r測量值偏大,r=r-R0,R0偏小,r偏 大。,答案1.0如圖1.66充分利用已測得的數據CD,方法1測速度的方法,方法技巧,例1(2017課標,22,6分)某同學研究在固定斜面上運動物體的平均速度、瞬時速度和加速度之間的關系。使用的器材有:斜面、滑塊、長度不同的矩形擋
52、光片、光電計時器。 實驗步驟如下: 如圖(a),將光電門固定在斜面下端附近;將一擋光片安裝在滑塊上,記下?lián)豕馄岸讼鄬τ谛泵娴奈恢?令滑塊從斜面上方由靜止開始下滑;,當滑塊上的擋光片經過光電門時,用光電計時器測得光線被擋光片遮住的時間t; 用s表示擋光片沿運動方向的長度如圖(b)所示,表示滑塊在擋光 片遮住光線的t時間內的平均速度大小,求出; 將另一擋光片換到滑塊上,使滑塊上的擋光片前端與中位置相同,令滑塊由靜止開始下滑,重復步驟、; 多次重復步驟; 利用實驗中得到的數據作出-t圖,如圖(c)所示。,圖(c) 完成下列填空: (1)用a表示滑塊下滑的加速度大小,用vA表示擋光片前端到達光電門時
53、滑塊的瞬時速度大小,則與vA、a和t的關系式為=。,(2)由圖(c)可求得,vA=cm/s,a=cm/s2。(結果保留3位有效數字),解題導引,解析本題考查勻變速直線運動中平均速度、瞬時速度和加速度之間的關系。 擋光片通過光電門的平均速度等于t時間段的中間時刻的速度 由v=v0+at可知=vA+a 即=vA+at,由圖像的截距可知vA=52.12 cm/s52.1 cm/s 其斜率k=a,故物體的加速度a=2k=16.3 cm/s2,答案(1)vA+t(2)52.116.3,易錯警示在勻變速直線運動中,平均速度等于這段時間內中間時刻速度,而不是中間位置速度,也不是擋光片末端通過光電門時的速度,
54、因此=vA+a,而不是=vA+at。,方法2測加速度的方法,例2某同學用圖所示裝置測量重力加速度g,所用交流電頻率為50 Hz。在所選紙帶上取某點為0號計數點,然后每3個點取一個計數點,所有測量數據及其標記符號如圖所示。,該同學用兩種方法處理數據(T為相鄰兩計數點間的時間間隔): 方法A:由g1=,g2= g5=,取平均值 =8.667 m/s2; 方法B:由g1=,g2=,g3=,取平均值 =8.673 m/s2。 從數據處理方法看,在x1、x2、x3、x4、x5、x6中,對實驗結果起作用的,方法A中有;方法B中有。 因此,選擇方法(A或B)更合理,這樣可以減少實驗的(填,“系統(tǒng)”或“偶然”
55、)誤差。本實驗誤差的主要來源有(試舉出兩條)。,解題導引,解析方法A的實質: =/5= 方法B的實質: =/3 = 故方法A中2個數據起作用,方法B中6個數據起作用。,答案x1、x6或37.5 mm、193.5 mmx1、x2、x3、x4、x5、x6或37.5 mm、69.0 mm、100.5 mm、131.5 mm、163.0 mm、193.5 mmB偶然阻力(空氣阻力、振動的阻力、限位孔的阻力、復寫紙的阻力等),交流電頻率波動,長度測量,數據處理方法等,方法3控制電路的選擇方法 注:忽略電源的內阻、R為滑動變阻器的最大值。,例3有一個電阻Rx,其阻值大約是10 ,請選擇適當的器材,以便測量
56、其阻值?？晒┻x擇的電路如圖?？晒┻x擇的器材是: A.電動勢4.5 V、內阻不計的電源E B.量程為15 V、內阻10 k的電壓表V1 C.量程為3 V、內阻6 k的電壓表V2 D.量程為300 mA、內阻4 的電流表A1,E.量程為5 A、內阻2 的電流表A2 F.最大阻值20 、額定電流1.5 A的滑動變阻器R1 G.最大阻值500 、額定電流0.5 A的滑動變阻器R2 H.開關和若干根導線。 則選用的電路是(填甲或乙),選用的器材是(填序號)。,解析Rx的阻值大約為10 ,與電流表內阻接近,因此用電流表外接法,同時Rx的大約值小于滑動變阻器的總阻值,因而采用限流式接法,故選用甲電路;電源電
57、動勢E=4.5 V,E=Im(Rx+RA),Im= A=0.321 A=321 mA或 Im= A=0.375 A=375 mA,電流表選D。U=ImRx=0.32110 V=3.21 V,因 而電壓表選C,變阻器R1最大值為500 ,與Rx偏差太大,因此變阻器選F。,答案甲A、C、D、F、H,方法4測電源電動勢(E)和內阻(r)的常見方法,1.伏安法:其電路如圖所示。 測量原理:E=U+Ir 數據處理: .計算法:解方程組,,解得E、r。,.圖像法:將原理公式變形得 U=-rI+E,以路端電壓U為縱軸,以干路電流I為橫軸, 作U-I圖線,圖線在縱軸(U)上的截距代表電源的電 動勢E,斜率的絕
58、對值代表電源的內阻r。,定標度時,縱軸可以不從零開始。 2.一表一箱法 (1)用電壓表和電阻箱R來測量,如圖所示。,測量原理:E=U+r 數據處理: .計算法:解方程組 ,解出E、r。,.圖像法:將原理公式變形為:=+,以路端電壓的倒數()為縱 軸,以電阻箱接入電路中的阻值的倒數()為橫軸,作-圖線。圖線 在縱軸()上的截距代表電源電動勢的倒數(),斜率代表電源內阻與 電動勢的比值()。也可將原理公式變形為=-,作-圖線。,(2)用電流表和電阻箱R來測量,如圖所示。,測量原理:E=IR+Ir 數據處理 .計算法:解方程組 ,解出E、r。,.圖像法:將原理公式變形為=R+,以干路電流的倒數()為
59、縱軸, 以電阻箱接入電路中的阻值(R)為橫軸,作出-R圖線,圖線的斜率代表 電動勢的倒數(),圖線在縱軸()上的截距代表電源內阻與電動勢的比 值()。也可以將原理公式變形為R=E-r,作R-圖線。,3.用一只電壓表粗測電動勢,直接將電壓表接電源兩端,所測得的數值近似認為是電源的電動勢。如圖所示, = , U=。當RVr時, UE。,例4(2014課標,23,9分)利用如圖(a)所示電路,可以測量電源的電動勢和內阻,所用的實驗器材有:,圖(a),待測電源,電阻箱R(最大阻值999.9 ),電阻R0(阻值為3.0 ),電阻R1(阻值為3.0 ),電流表(量程為200 mA,內阻為RA=6.0 ),
60、開關S。,實驗步驟如下: 將電阻箱阻值調到最大,閉合開關S; 多次調節(jié)電阻箱,記下電流表的示數I和電阻箱相應的阻值R; 以為縱坐標,R為橫坐標,作-R圖線(用直線擬合); 求出直線的斜率k和在縱軸上的截距b。 回答下列問題: (1)分別用E和r表示電源的電動勢和內阻,則與R的關系式為 。 (2)實驗得到的部分數據如下表所示,其中電阻R=3.0 時電流表的示數如圖(b)所示,讀出數據,完成下表。答:,。,圖(b),圖(c) (3)在圖(c)的坐標紙上將所缺數據點補充完整并作圖,根據圖線求得斜率k=A-1-1,截距 b=A-1。 (4)根據圖線求得電源電動勢E=V,內阻r=。,解題導引,解析(1)
61、由閉合電路歐姆定律有E=IRA+(I+)(R+R0+r),整理得= R+RA+(r+R0),代入數據得=R+(5.0+r)。(2)由 題意知該電流表的分度值為 2 mA,由題圖(b)可得讀數為110 mA,考慮到表格內各組數據的單位及有效數字位數,故結果應為0.110 A。=9.0 9 A-1。(3)描點作圖如圖所示,由圖線可得k= A-1-1=1.0 A-1-1,b =6.0 A-1。(4)由=R+(5.0+r)可知k=,b=(5.0+r),將k=1.0 A-1-1、b=6.0 A-1代入可得E=3.0 V,r=1.0 。,答案(1)=R+RA+(r+R0)或=R+(5.0+r) (2)0.1109.09 (3)圖見解析1.0(在0.961.04之間均對)6.0(在5.96.1之間均對) (4)3.0(在2.73.3之間均對)1.0(在0.61.4之間均對),
（課標版 5年高考3年模擬A版）2020年物理總復習 專題十四 實驗課件.ppt
