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2019-2020年高三物理第二輪專題復(fù)習(xí)專題五 物理實(shí)驗(yàn) 黃岡中學(xué) 丁汝輝 自然科學(xué)是實(shí)驗(yàn)性科學(xué)，物理實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)的重要組成部分．理科綜合對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰μ岢隽嗣鞔_的要求，即是“設(shè)計(jì)和完成實(shí)驗(yàn)的能力”，它包含兩個(gè)方面： 1．獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)的能力．包括： （1）理解實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙螅? （2）掌握實(shí)驗(yàn)方法步驟； （3）會(huì)控制實(shí)驗(yàn)條件和使用實(shí)驗(yàn)儀器，會(huì)處理實(shí)驗(yàn)安全問題； （4）會(huì)觀察、解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，會(huì)分析、處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)； （5）會(huì)分析和評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并得出合理的實(shí)驗(yàn)結(jié)論． 2．設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力．能根據(jù)要求靈活運(yùn)用已學(xué)過(guò)的物理理論、實(shí)驗(yàn)方法和儀器，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)方案并處理相關(guān)的實(shí)驗(yàn)問題． 一、基本儀器的使用 ［方法歸納］ 1．要求會(huì)正確使用的儀器 刻度尺、游標(biāo)卡尺、螺旋測(cè)微器、天平、秒表、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、彈簧秤、溫度表、電流表、電壓表、多用電表、滑動(dòng)變阻器、電阻箱、示波器． 2．在力學(xué)和電學(xué)實(shí)驗(yàn)中，常需要利用測(cè)量工具直接測(cè)量基本物理量． 基本物理量 測(cè)量?jī)x器 力學(xué) 長(zhǎng)度 刻度尺、游標(biāo)卡尺、螺旋測(cè)微器 時(shí)間 秒表（停表）、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 質(zhì)量 天平 電學(xué) 電阻（粗測(cè)） 歐姆表、電阻箱 電流 電流表 電壓 電壓表 用各種測(cè)量?jī)x器測(cè)量有關(guān)物理量，讀數(shù)時(shí)首先要弄清測(cè)量?jī)x器的精度．以螺旋測(cè)微器為例：精度為mm=0.01mm，其讀數(shù)方法是：讀數(shù)=固定刻度數(shù)(含半毫米刻度)＋可動(dòng)刻度數(shù)（含估讀刻度數(shù)）精度． [典例分析] 【例1】 請(qǐng)將下列各種測(cè)量?jī)x器的讀數(shù)填在題中的橫線上． 示數(shù)___________cm 示數(shù)__________cm 示數(shù)___________s 示數(shù)__________s 電阻箱連入電路中的 電阻為___________Ω 此時(shí)待測(cè)電阻為___________Ω 用0～15V檔，此電壓 表示數(shù)為___________V 用0～0.6A檔，此電流 表示數(shù)為___________A 【特別提示】 一般來(lái)說(shuō)，除游標(biāo)卡尺、秒表、電阻箱外，其他測(cè)量?jī)x器的讀數(shù)都需要估讀，即讀到精度的下一位． 二、獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn) ［方法歸納］ 1．常見間接測(cè)量的物理量及其測(cè)量方法 有些物理量不能由測(cè)量?jī)x器直接測(cè)量，這時(shí)，可利用待測(cè)量和可直接測(cè)量的基本物理量之間的關(guān)系，將待測(cè)物理量的測(cè)量轉(zhuǎn)化為基本物理量的測(cè)量． 待測(cè)物理量 基本測(cè)量方法 力學(xué) 速度 ①利用紙帶，；②利用平拋， 加速度 ①利用紙帶，逐差法；②利用單擺 力 根據(jù)F=ma轉(zhuǎn)化為測(cè)量m、a 功 根據(jù)轉(zhuǎn)化為測(cè)量m、S、v 電學(xué) 電阻（精確測(cè)量） ①根據(jù)轉(zhuǎn)化為測(cè)量U、I（伏安法）；②電阻箱（半偏、替代） 電功率 根據(jù)P=IU轉(zhuǎn)化為測(cè)量U、I 電源電動(dòng)勢(shì) 根據(jù)E＝U＋I(xiàn)r轉(zhuǎn)化為測(cè)量U、I 2．處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的常用方法 為了減小由于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)而引起的偶然誤差，常需要采用以下方法進(jìn)行處理． （1）多次測(cè)量求平均值；（2）圖象法 3．實(shí)驗(yàn)誤差的分析 中學(xué)物理中只要求初步了解系統(tǒng)誤差和偶然誤差、絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差的概念；能定性分析某些實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生誤差的主要原因；知道用平均值法、圖象法減小偶然誤差；但不要求計(jì)算誤差． （1）系統(tǒng)誤差和偶然誤差：測(cè)量值總是有規(guī)律的朝著某一方向偏離真值（總是偏大或總是偏小）的誤差，稱為系統(tǒng)誤差．系統(tǒng)誤差的主要來(lái)源是儀器本身不夠精確，或?qū)嶒?yàn)原理、方法不夠完善．由于偶然因素的影響，造成測(cè)量值的無(wú)規(guī)則起伏稱為偶然誤差．偶然誤差是由于各種偶然因素對(duì)實(shí)驗(yàn)者、測(cè)量?jī)x器，被測(cè)物理量的影響而產(chǎn)生的，多次測(cè)量偏大和偏小的機(jī)會(huì)相同，因此，多次測(cè)量求平均值可減小偶然誤差． （2）絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差：設(shè)某物理量的真值為A0，測(cè)量值為A，則絕對(duì)誤差，相對(duì)誤差為．真值A(chǔ)0常以公認(rèn)值、理論值或多次測(cè)量的平均值代替． [典型分析] 【例1】 一打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在斜面上某處，一小車拖著穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)器的紙帶從斜面上滑下，如圖5-1甲所示，圖5—1乙是打出的紙帶的一段． 圖5—1 （1）已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的交流電頻率為50Hz，利用圖乙給出的數(shù)據(jù)可求出小車下滑的加速度a=____________． （2）為了求出小車在下滑過(guò)程中所受的阻力，還需要測(cè)量的物理量有___________，用測(cè)得的量及加速度a表示阻力的計(jì)算式為f =_________________． 圖5—3 【例2】 一個(gè)有一定厚度的圓盤，可以繞通過(guò)中心且垂直于盤面的水平軸轉(zhuǎn)動(dòng)．用下面的方法測(cè)量它勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度． 實(shí)驗(yàn)器材：電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，米尺，紙帶，復(fù)寫紙． 實(shí)驗(yàn)步驟： （1）如圖5—3所示，將電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在桌面上，將紙帶的一端穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔后，固定在待測(cè)圓盤的側(cè)面上，使圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，紙帶可以卷在圓盤側(cè)面上． （2）啟動(dòng)控制裝置使圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)接通電源，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器開始打點(diǎn)． （3）經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，停止轉(zhuǎn)動(dòng)和打點(diǎn)，取下紙帶，進(jìn)行測(cè)量． ①由已知量和測(cè)得量表示角速度的表達(dá)式為ω=________________，式中各量的意義是___________． ②某次實(shí)驗(yàn)測(cè)得圓盤半徑r =5.5010－2m，得到的紙帶的一段如圖5—4所示，求得角速度為________． 單位：cm 圖5—4 【例3】 小燈泡燈絲的電阻會(huì)隨溫度的升高而變大．某同學(xué)為研究這一現(xiàn)象，用實(shí)驗(yàn)得到如下數(shù)據(jù)（I和U分別表示小燈泡上的電流和電壓）： I/(A) 0.12 0.21 0.29 0.34 0.38 0.42 0.45 0.47 0.49 0.50 U(V) 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 （1）在左下框中畫出實(shí)驗(yàn)電路圖．可用的器材有：電壓表、電流表、滑線變阻器（變化范圍0～10Ω）、電源、小燈泡、電鍵、導(dǎo)線若于． （2）在圖5—5中畫出小燈泡的U—I曲線． 圖5—5 （3）若將該小燈泡接在電動(dòng)勢(shì)是1.5V，內(nèi)阻是2.0Ω的電池兩端，小燈泡的實(shí)際功率是多少?（簡(jiǎn)要寫出求解過(guò)程，若需作圖，可直接畫在圖中） 三、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) [專題精講] 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)把重點(diǎn)放在力學(xué)和電學(xué)實(shí)驗(yàn)上，力學(xué)以打點(diǎn)計(jì)時(shí)器為中心展開，電學(xué)以電阻測(cè)量為中心展開． 1．進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的總體原則 （1）精確性：在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，應(yīng)盡可能選擇誤差較小的方案． （2）安全性：實(shí)驗(yàn)方案的實(shí)施要安全可靠，不會(huì)對(duì)器材造成損害，且成功率高． （3）可操作性：實(shí)驗(yàn)應(yīng)便于操作和讀數(shù)，便于進(jìn)行數(shù)據(jù)處理． 2．實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本思路 ． 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于實(shí)驗(yàn)原理的設(shè)計(jì)，它是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的依據(jù)和起點(diǎn)，它決定了應(yīng)選用（或還需）哪些實(shí)驗(yàn)器材，應(yīng)測(cè)量哪些物理量，如何編排實(shí)驗(yàn)步驟．而實(shí)驗(yàn)原理的設(shè)計(jì)又往往依賴于所提供的實(shí)驗(yàn)器材（條件）和實(shí)驗(yàn)要求，它們相輔相成，互為條件． 以測(cè)量電表的內(nèi)阻為例： 縱向：伏安法及變式 1電流表、電壓表各一只，可以測(cè)量它們的內(nèi)阻 V A V A 2兩只同種電表，若知道一只的內(nèi)阻，就可以測(cè)另一只的內(nèi)阻 A2 A1 V1 V2 3兩只同種電表內(nèi)阻都未知，則需要一只電阻箱才能測(cè)定電表的內(nèi)阻 R A1 A2 V2 V1 R 橫向：除伏安法外，還常用替代法、半偏法和閉合電路歐姆定律（計(jì)算法） 1替代法 G2 G2 R 2 1 V1 V2 R 2 1 S S 2半偏法 G R2 S2 R1 S1 R1 S V R2 3閉合電路歐姆定律（計(jì)算法） V S 2 R E r （電阻不計(jì)） 1 3．電學(xué)實(shí)驗(yàn)的器材選擇和電路設(shè)計(jì) （1）電路結(jié)構(gòu) 完整的實(shí)驗(yàn)電路包括三個(gè)部分：①測(cè)量電路，②控制電路（變阻器、開關(guān)），③電源． （2）思路 測(cè)量電路 器材選擇 配置 控制電路 電路選擇 控制 調(diào)節(jié) （3）方法 ①電表選擇：為了減小電表讀數(shù)引起的偶然誤差，選擇電表時(shí)應(yīng)先估算待測(cè)電流或電壓的最大值，同時(shí)要考慮電表間、電表與電源間的配置是否合理，測(cè)量時(shí)各電表的最大偏轉(zhuǎn)量都應(yīng)接近量程． ②分壓、限流電路選擇 在下列情況下應(yīng)選擇分壓電路 1實(shí)驗(yàn)要求待測(cè)電阻兩端電壓從零開始連續(xù)變化。 2限流不能保證安全，即限流電路中的最小電流超過(guò)電表量程或用電器的額定電流．常見于變阻器全電阻遠(yuǎn)小于測(cè)量部分電阻的情況． 3限流能保證安全，但變阻器調(diào)節(jié)過(guò)程中，電表讀數(shù)變化不明顯，不滿足實(shí)驗(yàn)測(cè)量多組數(shù)據(jù)的要求．常見于變阻器全電阻遠(yuǎn)小于測(cè)量部分電阻的情況． 在限流、分壓兩種電路都滿足實(shí)驗(yàn)要求時(shí)，由于限流電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，損耗的電功率小，應(yīng)優(yōu)先選用． ③滑動(dòng)變阻器的粗調(diào)和微調(diào)． 圖5—8 在限流電路中，對(duì)測(cè)量電路而言，全電阻較大的變阻器起粗調(diào)作用，全電阻較小的變阻器起微調(diào)作用；在分壓電路中，變阻器的粗、微調(diào)作用正好與限流電路相反． [典型分析] 【例4】 如圖5—8所示，水平桌面上固定著斜面體A，有小鐵塊B．斜面體的斜面是曲面，由其截面圖可以看出曲線下端的切線是水平的．現(xiàn)提供的實(shí)驗(yàn)測(cè)量工具有：天平、直尺． 其它的實(shí)驗(yàn)器材可根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要自選．現(xiàn)要設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，測(cè)出小鐵塊B自斜面頂端由靜止下滑到底端的過(guò)程中，小鐵塊B克服摩擦力做的功．請(qǐng)回答下列問題： （1）除題中供給的器材處，還需要選用的器材是： ____________________________________________________________． （2）簡(jiǎn)要說(shuō)明實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)量的物理量(要求在圖上標(biāo)明)： _____________________________________________________________． （3）寫出實(shí)驗(yàn)結(jié)果的表達(dá)式（重力加速度g已知）： ____________________________________________________________． 【例5】 用伏安法測(cè)量一個(gè)定值電阻的阻值，備用器材如下 ： 待測(cè)電阻Rx （阻值約為25kΩ） 電流表A1：（量程100A，內(nèi)阻2kΩ） 電流表A2：（量程500A，內(nèi)阻300Ω） 電壓表V1：（量程10V，內(nèi)阻100kΩ） 電流表V2：（量程50V，內(nèi)阻500kΩ） 電源E：（電動(dòng)勢(shì)15V，允許最大電流1A） 滑動(dòng)變阻器R：（最大阻值1kΩ） 電鍵S，導(dǎo)線若干 為了盡量減小實(shí)驗(yàn)誤差，要求測(cè)多組數(shù)據(jù)． （1）電流表應(yīng)選________________，電壓表應(yīng)選__________________． （2）畫出實(shí)驗(yàn)電路圖． 【變式】 用以下器材測(cè)量一待測(cè)電阻Rx的阻值（900～1000Ω）： 電源E，具有一定內(nèi)阻，電動(dòng)勢(shì)約為9.0V； 電壓表V1，量程為1.5V，內(nèi)阻r1=750Ω； 電壓表V2，量程為5V，內(nèi)阻r2=2500Ω； 滑線變阻器R，最大阻值約為100Ω； 單刀單擲開關(guān)S，導(dǎo)線若干． 圖5—11 （1）測(cè)量中要求電壓表的讀數(shù)不小于其量程的，試畫出測(cè)量電阻Rx的一種實(shí)驗(yàn)電路原理圖(原理圖中的元件要用題圖中的相應(yīng)的英文字母標(biāo)注）． （2）根據(jù)你所畫的電路原理圖在題給的實(shí)物圖5—11上畫出連線． （3）若電壓表V1的讀數(shù)用U1表示，電壓表v2的讀數(shù)用U2表示，則由已知量和測(cè)得量表示Rx的公式為Rx=____________________． 【例6】 為了測(cè)定電流表A1的內(nèi)阻，采用如圖5—14所示的電路．其中：A1是待測(cè)電流表，量程為300A，內(nèi)阻約為100Ω；A2是標(biāo)準(zhǔn)電流表，量程為200A；R1是電阻箱，阻值范圍是0～999.9Ω；R2是滑動(dòng)變阻器；R3是保護(hù)電阻；E是電池組，電動(dòng)勢(shì)為4V，內(nèi)阻不計(jì)；S1是單刀擲開關(guān)．S2是單刀雙擲開關(guān)． 圖5—14 圖5—15 （1）根據(jù)電路圖，請(qǐng)?jiān)趫D5—15中畫出連線，將器材連接成實(shí)驗(yàn)電路． 圖5—16 （2）連接好電路，將開關(guān)S2扳到接點(diǎn)a處，接通開關(guān)S1，調(diào)整滑動(dòng)變阻器R2使電表A2的讀數(shù)是150A；然后將開關(guān)S2扳到接點(diǎn)b處，保護(hù)R2不變，調(diào)節(jié)電阻R1，使A2的讀數(shù)仍為150A．若此時(shí)電阻箱各旋鈕的位置如圖5—16所示，電阻箱的阻值是_______Ω，則待測(cè)電流表A1的內(nèi)阻R1=______Ω． （3）上述實(shí)驗(yàn)中，無(wú)論怎樣調(diào)整滑動(dòng)變阻器R2的滑動(dòng)端位置，都要保證兩塊電流表的安全．在下面提供的四個(gè)電阻中，保護(hù)電阻R3應(yīng)選用：_____________________（填寫阻值相應(yīng)的字母）． A．200kΩ B．20kΩ C．15kΩ D．20Ω （4）下面提供最大阻值不同的四個(gè)滑動(dòng)變阻器供選用．既要滿足上述實(shí)驗(yàn)要求，又要調(diào)整方便，滑動(dòng)變阻器___________________（填寫阻值相應(yīng)的字母）是最佳選擇． A．1kΩ B．5kΩ C．10kΩ D．25kΩ 【例7】 現(xiàn)有一塊59C2型的小量程電流表G（表頭），滿偏電流為50，內(nèi)阻約為800～850Ω，把它改裝成1mA、10mA的兩量程電流表，可供選擇的器材有： 滑動(dòng)變阻器R1，最大阻值20Ω；滑動(dòng)變阻器R2，最大阻值100kΩ； 電阻箱R′，最大阻值9999Ω；定值電阻R0，阻值1kΩ； 電池E1，電動(dòng)勢(shì)1.5V；電池E2，電動(dòng)勢(shì)3V；電池E3，電動(dòng)勢(shì)4.5V；（所有電池內(nèi)阻不計(jì)），標(biāo)準(zhǔn)電流表A，滿偏電流1.5mA； 單刀單擲開關(guān)S1和S2；單刀雙擲開關(guān)S3；電阻絲及導(dǎo)線若干． （1）采用如圖5—18（甲）所示電路測(cè)量表頭的內(nèi)阻，為提高測(cè)量精確度，選用的滑動(dòng)變阻器為____ ______________，選用的電池為_______________． 甲 乙 丙 圖5—18 （2）將G改裝成兩量程電流表，現(xiàn)有兩種備選電路，如圖5—18（乙）、（丙）所示．圖_________為合理電路，另一電路不合理的理由是_______________________________． （3）將改裝后的電流表與標(biāo)準(zhǔn)電流表逐格進(jìn)行核對(duì)（僅核對(duì)1mA量程），畫出所用電路圖，圖中待核對(duì)的電流表符號(hào)用 來(lái)表示． 圖5—20 【例8】 （1）一個(gè)電壓表VA的內(nèi)阻RA=1000Ω，量程為1.0V，現(xiàn)要利用電阻箱擴(kuò)大它的量程，改裝成量程為3.0V的電壓表．改裝后，再用一量程為3.0V的精確的電壓表VB對(duì)改裝后的電壓表的所有刻度進(jìn)行校準(zhǔn)．除了這兩個(gè)電壓表VA、VB外，還有下列一些器材： 電源E（電動(dòng)勢(shì)約為6V，內(nèi)阻較?。? 變阻器R（總電阻約10Ω） 電阻箱R0（0～9999Ω） 開關(guān)S 導(dǎo)線若干 ①如圖5—20所示是以上器材和兩個(gè)電壓表VA、VB的實(shí)物示意圖，試在圖中畫出連線，連成進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)的實(shí)驗(yàn)電路． ②圖中電阻箱的取值等于________________Ω． （2）用上述電壓表VB和改裝后并已校準(zhǔn)過(guò)的電壓表（以下稱之為VC）以及一個(gè)開關(guān)和一些導(dǎo)線，去測(cè)量一個(gè)電動(dòng)勢(shì)大約為2V的電源的內(nèi)阻r． ①簡(jiǎn)要寫出測(cè)量步驟． ②用測(cè)得的量表達(dá)r的公式應(yīng)為r=____________． 四、跟蹤練習(xí) 1．下列關(guān)于誤差的說(shuō)法正確的是(填字母)____________．  A．誤差是實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的錯(cuò)誤 B．誤差都是由于測(cè)量不仔細(xì)產(chǎn)生的 C．誤差都是由于測(cè)量工具不精密產(chǎn)生的 D．任何測(cè)量都存在誤差 E．實(shí)驗(yàn)時(shí)認(rèn)真測(cè)量就可以避免誤差 F．采用精密儀器，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法，可以消除誤差 G．實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生誤差是難免的，但可以想辦法盡量減小誤差 H．多次測(cè)量取平均值可以減小偶然誤差 I．多次測(cè)量取平均值可以減小系統(tǒng)誤差 2．甲、乙、丙三位同學(xué)在使用不同的游標(biāo)卡尺測(cè)量同一物體的長(zhǎng)度時(shí)，測(cè)量的結(jié)果分別如下： 甲同學(xué)：使用游標(biāo)為50分度的卡尺，讀數(shù)為12.045cm 乙同學(xué)：使用游標(biāo)為10分度的卡尺，讀數(shù)為12.04cm 丙同學(xué)：使用游標(biāo)為20分度的卡尺，讀數(shù)為12.045cm 從這些數(shù)據(jù)中可以看出讀數(shù)肯定有錯(cuò)誤的是____________同學(xué)． 3．如圖5—22甲、乙所示，用同一套器材測(cè)量鐵塊P與長(zhǎng)金屬板間的滑動(dòng)摩擦力．甲圖使金屬板靜止在水平桌面上，用手通過(guò)彈簧秤向右用力F拉P，使P向右運(yùn)動(dòng)；乙圖把彈簧秤的一端固定在墻上，用力F水平向左拉金屬板，使金屬板向左運(yùn)動(dòng)．則鐵塊P與金屬板間的滑動(dòng)摩擦力的大小是__________N． 圖5—22 圖5—23 4．在“研究平拋物體的運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)中，得到的軌跡如圖5—23所示．根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律及圖中給出的數(shù)據(jù)，可計(jì)算出小球平拋的初速度v0=________m/s． 5．在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，質(zhì)量m=1kg的重物自由下落，在紙帶上打出了一系列的點(diǎn)，如圖5—24所示，相鄰記數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為0.02s，長(zhǎng)度單位是cm，g取9.8m/s2．求： 圖5—24 （1）打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下計(jì)數(shù)點(diǎn)B時(shí)，物體的速度vB=________________(保留兩位有效數(shù)字)． （2）從起點(diǎn)O到打下記數(shù)點(diǎn)B的過(guò)程中，物體重力勢(shì)能減小量ΔEP=___________，動(dòng)能的增加量ΔEk=_________________（保留兩個(gè)有效數(shù)字）． （3）即使在實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范、數(shù)據(jù)測(cè)量及數(shù)據(jù)處理很準(zhǔn)確的前提下，該實(shí)驗(yàn)求得的ΔEp也一定略大一 ΔEk，這是實(shí)驗(yàn)存在系統(tǒng)誤差的必然結(jié)果，試分析該系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的主要原因． 6．在測(cè)定一節(jié)干電池（電動(dòng)勢(shì)約為1.5V，內(nèi)阻約為2Ω）的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)中，變阻器和電壓表各有兩個(gè)供選：A電壓表量程為15V，B電壓表量程為3V，A變阻器為（20Ω，3A），B變阻器為（500Ω，0.2A）． 電壓表應(yīng)該選_______________ (填A(yù)或B)，這是因?yàn)開___________________．變阻器應(yīng)該選_______________ (填A(yù)或B)，這是因?yàn)開_________________________． 7．利用如圖5—25所示的電路測(cè)量電流表mA的內(nèi)阻，閉合電鍵S，當(dāng)變阻器的滑片滑至c處時(shí)，測(cè)得電流表mA和電壓表V的示數(shù)分別是40mA、9V．已知圖5—25中熱敏電阻的I—U關(guān)系圖線如圖5—26所示，則電流表mA的內(nèi)阻為（ ） 圖5—25 圖5—26 A．0.14Ω B．85Ω C．140Ω D．225Ω 8．如圖5—27所示，一只黑箱有A、B、C三個(gè)接線柱，規(guī)定每?jī)蓚€(gè)接線柱間最多只能接一個(gè)電器元件．并且已知黑箱內(nèi)的電器元件是一只電阻和一只二極管．某同學(xué)利用多用電表的歐姆擋，用正確的操作方法依次進(jìn)行了6次測(cè)量，將每次紅、黑表筆的位置和測(cè)得的阻值都填入了下表． 紅表筆接 A A B B C C 黑表筆接 B C A C A B 測(cè)得阻值(Ω) 100 10k 100k 10.1k 90 190 圖5—27 由表中的數(shù)據(jù)可以判定: （1）電阻接在_________________兩點(diǎn)間，阻值為_________________Ω． （2）二極管接在_________________兩點(diǎn)間，其中正極接在_________________點(diǎn)．二極管的正向阻值為____________Ω，反向阻值為______________Ω． 9．在“用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)”的實(shí)驗(yàn)中，測(cè)量頭示意圖如圖5—28所示，調(diào)節(jié)分劃板的位置，使分劃板中心剖線對(duì)齊某亮條紋的中心，此時(shí)測(cè)量頭的讀數(shù)為_________________mm，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使分劃線向一側(cè)移動(dòng)，到另一條亮條紋的中心位置，由測(cè)量頭再讀出一讀數(shù)．若實(shí)驗(yàn)測(cè)得第一條到第五條亮條紋中心間的距離為Δx = 0.960mm，已知雙縫間距為d=1.5mm，雙縫到屏的距離為L(zhǎng)=1.00m，則對(duì)應(yīng)的光波波長(zhǎng)=_________________nm． 圖5—28 圖5—29 10．如圖5—29所示，畫有直角坐標(biāo)系Oxy的白紙位于水平桌面上．M是放在白紙上的半圓形玻璃磚，其底面的圓心在坐標(biāo)原點(diǎn)，直邊與x軸重合．OA是畫在紙上的直線，P1、P2為豎直地插在直線OA上的兩枚大頭針，P3是豎直地插在紙上的第三枚大頭針，是直線OA與y軸正方向的夾角，是直線OP3與y軸負(fù)方向的夾角．只要直線OA畫得合適，且P3的位置取得正確，測(cè)出角、，便可求得玻璃的折射率． 某學(xué)生在用上述方法測(cè)量玻璃的折射率時(shí)，在他畫出的直線OA上豎直地插上了P1、P2兩枚大頭針，但在y<0的區(qū)域內(nèi)，不管眼睛放在何處，都無(wú)法透過(guò)玻璃磚看到P1、P2的像，他應(yīng)采取的措施是______________________________．若他已透過(guò)玻璃磚看到了P1、P2的像，確定P3位置的方法是___________________________________．若他已正確地測(cè)得了、的值，則玻璃的折射率n=________________． 11．在用“油膜法估測(cè)分子大小”的實(shí)驗(yàn)中，所用油酸酒精的濃度為每104mL溶液中有純油酸6mL，用注射器測(cè)得1mL上述溶液為75滴．把1滴該溶液滴入盛水的淺盤里，待水面穩(wěn)定后，將玻璃板放在淺盤上，用筆在玻璃板上描出油酸的輪廓形狀，再把玻璃板放在坐標(biāo)紙上，其形狀和尺寸如圖5—30所示，坐標(biāo)中正方形方格的邊長(zhǎng)為1cm．試求： 圖5—30 （1）油酸膜的面積是____________cm2． （2）每滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積是______________mL． （3）按以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)估測(cè)出油酸分子直徑為___________m．[（2）、（3）兩問答案取一位有效數(shù)字] 12．在一次用單擺測(cè)定重力加速度的實(shí)驗(yàn)中，圖5—31（甲）的O點(diǎn)是擺線的懸掛點(diǎn)，a、b點(diǎn)分別是球的上沿和球心，擺長(zhǎng)L=_____________m． 甲 乙 圖5—31 圖（乙）為測(cè)量周期用的秒表，長(zhǎng)針轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間為30s，表盤上部的小圓共15大格，每一大格1min，該單擺擺動(dòng)n=50次時(shí)，長(zhǎng)、短針位置如圖所示，所用時(shí)間t=_____________s． 用以上直接測(cè)量的物理量的英文符號(hào)表示重力加速度的計(jì)算式為g=_____________（不必代入具體數(shù)值）． 13．電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是一種計(jì)時(shí)裝置，請(qǐng)根據(jù)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的相關(guān)實(shí)驗(yàn)回答下列問題（電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源頻率為50Hz）： 圖5—34 （1）如圖5—32所示，某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置，在光滑水平面上，小車A的前端粘有橡皮泥，小車A受到瞬時(shí)沖量作用后做勻速運(yùn)動(dòng)，與原來(lái)靜止在前方的小車B相碰并粘合成一體，繼續(xù)做勻速運(yùn)動(dòng)． 圖5—32 實(shí)驗(yàn)得到的打點(diǎn)紙帶如圖5—33所示，小車A的質(zhì)量為0.4kg，小車B的質(zhì)量為0.2kg，則碰前兩小車的總動(dòng)量為__________________kgm/s，碰后兩小車的總動(dòng)量為___________]kgm/s．（計(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字） 圖5—33 （2）在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中： ①某同學(xué)用圖5—34所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到如圖5—35所示的紙帶．測(cè)出點(diǎn)A、C間的距離為14.77cm，點(diǎn)C、E間的距離為16.33cm，已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹?.8m/s2，重錘的質(zhì)量為m=1.0kg，則垂錘在下落過(guò)程中受到的平均阻力大小Ff =_____________ 圖5—35 ②某同學(xué)上交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告顯示重錘的動(dòng)能略大于重錘的勢(shì)能，則出現(xiàn)這一問題的原因可能是_______（填序號(hào)）．  A．重錘的質(zhì)量測(cè)量錯(cuò)誤 B．該同學(xué)自編了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)  C．交流電源的頻率不等于50Hz D．重錘下落時(shí)受到的阻力過(guò)大 14．如圖5—36所示，A、B是兩個(gè)相同的小物塊，C是輕彈簧，用一根細(xì)線連接A、B使彈簧C處于壓縮狀態(tài)，然后放置在光滑的水平桌面上．提供的測(cè)量器材有天平和刻度尺．試設(shè)計(jì)一個(gè)測(cè)定彈簧此時(shí)彈性勢(shì)能Ep的實(shí)驗(yàn)方案，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)中應(yīng)測(cè)定的物理量(同時(shí)用相應(yīng)的字母表示)，并寫出計(jì)算彈簧彈性勢(shì)能Ep的表達(dá)式（用測(cè)得物理量的字母表示）． 圖5—36 15．圖5—37中E為直流電源，R為已知電阻，V為理想電壓表，其量程略大于電源電動(dòng)勢(shì)，S1和S2是開關(guān)．現(xiàn)要利用圖中電路測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r，試寫出主要實(shí)驗(yàn)步驟及結(jié)果的表達(dá)式． 圖5—37 16．在“測(cè)定金屬的電阻率”的實(shí)驗(yàn)中，需要用刻度尺測(cè)出被測(cè)金屬絲的長(zhǎng)度l，用螺旋測(cè)微器測(cè)出金屬絲的直徑d，用電流表和電壓表測(cè)出金屬絲的電阻Rx． 圖5—38 圖5—39 （1）請(qǐng)寫出測(cè)金屬絲電阻率的表達(dá)式：＝_________________（用上述測(cè)量量的字母表示）． （2）若實(shí)驗(yàn)中測(cè)量：金屬絲的長(zhǎng)度和直徑時(shí)，刻度尺和螺旋測(cè)微器的示數(shù)分別如圖5—38所示，則金屬絲長(zhǎng)度的測(cè)量值為l＝_________________cm，金屬絲直徑的測(cè)量值為d=_________________mm． （3）用電流表和電壓表測(cè)金屬絲的電阻時(shí)，由于電壓表、電流表內(nèi)阻的影響,不論使用電流表內(nèi)接法還是電流表外接法,都會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)誤差．按如圖5—39所示的電路進(jìn)行測(cè)量,可以消除由于電表內(nèi)阻造成的系統(tǒng)誤差．利用該電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的主要操作過(guò)程是: 第一步：先將R2的滑動(dòng)頭調(diào)到最左端,單刀雙擲開關(guān)S2向1閉合，閉合電鍵S1，調(diào)節(jié)變阻器R1和R2,使電壓表和電流表的示數(shù)盡量大些（不超過(guò)量程），讀出此時(shí)電壓表和電流表的示數(shù)U1、I1． 第二步：保持兩滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)頭位置不變，將單刀雙擲開關(guān)S2向2閉合，讀出此時(shí)電壓表和電流表的示數(shù)U2、I2． 請(qǐng)寫出由以上記錄數(shù)據(jù)計(jì)算被測(cè)電阻Rx的表達(dá)式Rx=__________________． 17．某研究性學(xué)習(xí)小組為探究小燈泡燈絲電阻與溫度的關(guān)系，設(shè)計(jì)并完成了有關(guān)的實(shí)驗(yàn)，以下是實(shí)驗(yàn)中可供選用的器材． A．待測(cè)小燈泡（額定功率6W，額定電流0.5A） B．電流表（量程0～0.6A，內(nèi)阻0.1Ω） C．電壓表（量程0～5V，內(nèi)阻約5kΩ） D．電壓表（量程0～15V，內(nèi)阻約15kΩ） E．滑線變阻器（最大阻值50Ω） F．滑線變阻器（最大阻值1kΩ） G．直流電源（電動(dòng)勢(shì)15V，內(nèi)阻可忽略） H．開關(guān)一個(gè)，導(dǎo)線若干 實(shí)驗(yàn)中調(diào)節(jié)滑線變阻器，小燈泡兩端電壓可以從零至額定電壓范圍內(nèi)變化，從而測(cè)出小燈泡在不同電壓下的電流． （1）請(qǐng)?jiān)谔摼€框中畫出為完成上述實(shí)驗(yàn)而設(shè)計(jì)的合理的電路圖．并在每個(gè)選用的器材旁標(biāo)上題目所給的字母序號(hào)． 圖5—40 （2）如圖5—40所示是該研究小組測(cè)得小燈泡的I—U關(guān)系圖線．由圖線可知，小燈泡燈絲電阻隨溫度的升高而_________________（填“增大”、“減小”或“不變”）；當(dāng)小燈泡兩端所加電壓為6V時(shí)，其燈絲電阻值約為_________________Ω．（保留兩位有效數(shù)字） 18．有以下可供選用的器材及導(dǎo)線若干條,要求使用個(gè)數(shù)最少的儀器盡可能精確地測(cè)量一個(gè)電流表的滿偏電流．  A．被測(cè)電流表A1：滿偏電流約700～800，內(nèi)阻約100Ω，刻度均勻、總格數(shù)為N  B．電流表A2：量程0.6A，內(nèi)阻0.1Ω C．電壓表V：量程3V，內(nèi)阻3kΩ D．滑動(dòng)變阻器R1：最大阻值200Ω E．滑動(dòng)變阻器R2：最大阻值1kΩ F．電源E：電動(dòng)勢(shì)3V、內(nèi)阻1.5Ω G．開關(guān)一個(gè) （1）在虛線框內(nèi)畫出實(shí)驗(yàn)電路圖,并在每個(gè)選用的儀器旁標(biāo)上題目所給的字母序號(hào)． （2）測(cè)量過(guò)程中測(cè)出多組數(shù)據(jù),其中一組數(shù)據(jù)中待測(cè)電流表A的指針偏轉(zhuǎn)了n格，可算出滿偏電流Ig=___________，式中除N、n外,其他字母符號(hào)代表的物理量是______________． 19．實(shí)驗(yàn)室中現(xiàn)有的器材如下： 電池E （電動(dòng)勢(shì)約10V、內(nèi)阻r約1Ω） 標(biāo)準(zhǔn)電流表A1（量程300mA，內(nèi)阻r1約為5Ω） 電阻箱R1（最大阻值999.9Ω，阻值最小改變量為0.1Ω） 滑動(dòng)變阻器R2（最大阻值10Ω） 開關(guān)S和導(dǎo)線若干． 要求設(shè)計(jì)—個(gè)測(cè)定電流表A2（量程250mA，內(nèi)阻r2約為5Ω）內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)方案． （1）在方框中畫出測(cè)量電路，并在每個(gè)儀器旁標(biāo)上英文代號(hào)． 圖5—41 （2）要直接測(cè)出的物理量是____________________，用這些物理量表示待測(cè)電流表A2內(nèi)阻的計(jì)算公式是______________． 20．如圖5—41中給出的器材為： 電源E（電動(dòng)勢(shì)為12V，內(nèi)阻不計(jì)）； 木板N（板上從下往上依次疊放白紙、復(fù)寫紙、導(dǎo)電紙各一張）； 兩個(gè)金屬條A、B（平行放置在導(dǎo)電紙上，與導(dǎo)電紙接觸良好，用作電極）； 滑線變阻器R（其總電阻值小于兩平行電極間導(dǎo)電紙的電阻）； 直流電壓表（量程為6V，內(nèi)阻很大，其負(fù)接線柱與B極相連，正接線柱與探針P相連）； 開關(guān)S． 現(xiàn)要用圖中儀器描繪兩平行金屬條AB間電場(chǎng)中的等勢(shì)線．AB間的電壓要求取為6V． （1）在圖中連線，畫成實(shí)驗(yàn)電路原理圖． （2）下面是重要的實(shí)驗(yàn)操作步驟，將所缺的內(nèi)容填寫在橫線上方． a．接好實(shí)驗(yàn)電路． b．____________________________________________． c．合上S，并將探針P與A相接觸． d．____________________________________________． e．用探針壓印的方法把A、B的位置標(biāo)記在白紙上，畫一線段連接AB兩極，在連線上選取間距大致相等的5個(gè)點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)，用探針把它們的位置壓印在白紙上． f．將探針與某一基準(zhǔn)點(diǎn)相接觸，________________________，這一點(diǎn)是此基準(zhǔn)點(diǎn)的等勢(shì)點(diǎn)．用探針把這一點(diǎn)的位置也壓印在白紙上．用相同的方法找出此基準(zhǔn)點(diǎn)的其他等勢(shì)點(diǎn)． g．重復(fù)步驟f，找出其他4個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)的等勢(shì)點(diǎn)，取出白紙畫出各條等勢(shì)線． 21．在測(cè)定一節(jié)干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)中，備有下列器材：  A．干電池E（電動(dòng)勢(shì)約為1.5V，內(nèi)阻小于1.0Ω） B．電流表A1（滿偏電流3mA，內(nèi)阻r1=10Ω） C．電流表A2（0～0.6A，內(nèi)阻0.1Ω） D．滑線變阻器R1（0～20Ω，10A） E．滑線變阻器R2（0～100Ω，10A） F．定值電阻R3（990Ω） G．開關(guān)和導(dǎo)線若干 （1）為方便且能較準(zhǔn)確地進(jìn)行測(cè)量，其中應(yīng)選用的滑線變阻器是______________（填字母代號(hào)） （2）請(qǐng)?jiān)谔摼€框內(nèi)畫出利用本題提供的器材所設(shè)計(jì)的測(cè)量電池電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)電路圖． 圖5—42 （3）如圖5—42為某一同學(xué)根據(jù)他所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)給出的I1、I2圖線（I1為A1的示數(shù)，I2為A2的示數(shù)），由圖線可求得被測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)E＝______________V，內(nèi)阻r =_____________Ω． 22．實(shí)驗(yàn)室內(nèi)有一電壓表，量程為150mV，內(nèi)阻約為150Ω．現(xiàn)要將其改成量程為10 mA的電流表，并進(jìn)行校準(zhǔn)．為此，實(shí)驗(yàn)室提供如下器材：干電池E（電動(dòng)勢(shì)為1.5V），電阻箱R，滑線變阻器R′，電流表 （有1.5mA，15mA與150 mA三個(gè)量程）及開關(guān)S． （1）對(duì)電表改裝時(shí)必須知道電壓表的內(nèi)阻．可用如圖5—43所示的電路測(cè)量電壓表的內(nèi)阻．在既不損壞儀器又能使精確度盡可能高的條件下，電路中的電流表應(yīng)選用的量程是________________．若合上S，調(diào)節(jié)滑線變阻器后測(cè)得電壓表的讀數(shù)為150mV，電流表的讀數(shù)為1.05 mA，則電壓表的內(nèi)阻RmV為______________．(取三位有效數(shù)字) 圖5—43 （2）在對(duì)改裝成的電流表進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)，把作為標(biāo)準(zhǔn)電流表，畫出對(duì)改裝成的電流表進(jìn)行校準(zhǔn)的電路原理圖（滑線變阻器作限流使用），圖中各元件要用題中給出符號(hào)或字母標(biāo)注．圖中電阻箱的取值是_______（取三位有效數(shù)字），電流表應(yīng)選用的量程是_____________________． 23．一只量程為1V，內(nèi)阻RV約為900Ω的電壓表是由小量程電流表改裝而成的，現(xiàn)在要測(cè)量它的內(nèi)阻并對(duì)該表進(jìn)行校正．實(shí)驗(yàn)室提供了以下供選擇的器材：  A．待測(cè)電壓表 B．標(biāo)準(zhǔn)電壓表（量程1 V） C．滑動(dòng)變阻器（最大阻值1 000Ω，額定電流1A） D．滑動(dòng)變阻器（最大阻值10Ω，額定電流1A） E．電阻箱（最大阻值999．9Ω，最小改變量0.1Ω） F．電阻箱（最大阻值99．9Ω，最小改變量0.1 Ω） G．電池組（電動(dòng)勢(shì)約3 V，內(nèi)阻約1Ω） H．導(dǎo)線和開關(guān)若干． （1）為了用半偏法測(cè)量該電壓表的內(nèi)阻，某同學(xué)設(shè)計(jì)了兩種電路，如圖5—44甲、乙所示，要使測(cè)量較精確，應(yīng)選擇___________________（填“甲”或“乙”）電路．在器材的選擇上，除了電池組、導(dǎo)線、開關(guān)和待測(cè)電壓表外，還應(yīng)從提供的器材中選用___________________________________（用器材前的序號(hào)字母表示）． 用上述方法測(cè)出的電壓表內(nèi)阻的測(cè)量值RV_________（填“大于”、“等于”或“小于”）電壓表內(nèi)阻的真實(shí)值． 圖5—44 圖5—45 （2）在對(duì)該電壓表進(jìn)行校正時(shí)，該同學(xué)已經(jīng)選擇好器材，如圖5—45所示．若要求對(duì)電壓表的每一條刻度線都進(jìn)行校正，請(qǐng)你將這些器材連接成測(cè)量電路，并標(biāo)出所選滑動(dòng)變阻器的序號(hào)字母． 24．量程為3V的電壓表V內(nèi)阻約為3kΩ，要求測(cè)出該電壓表內(nèi)阻的精確值．實(shí)驗(yàn)中可供選用的器材有： 電阻箱Ra（最大值9999.9Ω，阻值最小改變量0.1Ω） 滑線變阻器Rb（最大阻值1000Ω，允許最大電流0.2A） 電源E（開路電壓約為5V，內(nèi)阻可忽略不計(jì)） 開關(guān)S及導(dǎo)線若干 （1）設(shè)計(jì)一個(gè)易于操作的測(cè)量電路，要求畫出實(shí)驗(yàn)電路圖并標(biāo)出所用器材符號(hào)． （2）列出測(cè)量步驟，并寫出計(jì)算電壓表內(nèi)阻的最后公式． 專題五 物理實(shí)驗(yàn)參考答案 典型例題 【例1】 解析： （1）利用逐差法求小車的加速度．由紙帶可知，任意兩相鄰記數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔T=0.04s， 由逐差法可得 則 =4.00m/s2 圖5—2 （2）為了求出小車下滑過(guò)程中所受到的阻力，還需要測(cè)量小車的質(zhì)量m，斜面上任意兩點(diǎn)間距離l和這兩點(diǎn)間的高度差h． 小車的受力情況如圖5—2所示．根據(jù)牛頓第二定律，而 所以，． 【點(diǎn)評(píng)】 （1）逐差法充分利用了紙帶的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而減小了數(shù)據(jù)測(cè)量引起的偶然誤差．本題中所給出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)為奇數(shù)（9個(gè)），處理時(shí)常舍掉正中間的一個(gè)數(shù)據(jù)． （2）小車下滑過(guò)程中所受到的阻力無(wú)法直接測(cè)量，但根據(jù)牛頓第二定律可轉(zhuǎn)化為測(cè)量m，a，h和l．與此相類似，你能求出打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打紙帶上的兩記數(shù)點(diǎn)的過(guò)程中小車克服阻力所做的功嗎？ 【例2】 解析： ①本實(shí)驗(yàn)測(cè)量角速度的原理是：圓盤勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其線速度，又角速度，所以，其原理式為． 在紙帶上選定兩點(diǎn)，設(shè)它們?cè)诿壮呱蠈?duì)應(yīng)的刻度值分別為x1、x2，數(shù)出這兩點(diǎn)間（含這兩點(diǎn)）的打點(diǎn)數(shù)n，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的周期為T，則打這兩點(diǎn)的時(shí)間間隔t=(n－1)T，這段時(shí)間內(nèi)圓盤轉(zhuǎn)過(guò)的弧長(zhǎng)S=x2－x1，若測(cè)得圓盤的半徑為r，由已知量和測(cè)得量表示的角速度的表達(dá)式為． ②若取cm，則n=9，又cm． 代入可得 【點(diǎn)評(píng)】 實(shí)驗(yàn)原理是完成實(shí)驗(yàn)的依據(jù)和關(guān)鍵．雖然該實(shí)驗(yàn)沒有做過(guò)，但所用到的實(shí)驗(yàn)方法并不陌生，要結(jié)合題給實(shí)驗(yàn)器材和實(shí)驗(yàn)步驟通過(guò)聯(lián)想和遷移，弄清實(shí)驗(yàn)原理和所需測(cè)量的物理量，進(jìn)而得出待測(cè)量的表達(dá)式． 【例3】 解析： （1）由于小燈泡燈絲的電阻值遠(yuǎn)小于電壓表的內(nèi)阻（如：電壓為2.00V時(shí)，其阻值R燈=），為減少由于電表接入電路引起的系統(tǒng)誤差，應(yīng)采用電流表外接法．為使小燈泡兩端的電壓的變化范圍盡可能大，滑線變阻器應(yīng)連接成分壓電路，實(shí)驗(yàn)電路如圖5—6所示． 圖5—6 圖5—7 （2）根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)在U—I坐標(biāo)系中描點(diǎn)，并將這些數(shù)據(jù)點(diǎn)連接成一條平滑的曲線，如圖5—7所示． （3）根據(jù)作出電源的U—I圖線，它與小燈泡的伏安特性曲線的交點(diǎn)坐標(biāo)就是小燈泡的工作點(diǎn)，即工作電流I=0.35A，工作電壓U=0.08V，故小燈泡的實(shí)際功率P=IU=0.28W． 【點(diǎn)評(píng)】 本題主要考查獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)的能力．主要包括①實(shí)驗(yàn)原理及電路；②用圖象法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論．其中利用圖線確定小燈泡與電源連接后的工作點(diǎn)是解答本題第（3）問的關(guān)鍵． 【例4】 解析：本實(shí)驗(yàn)測(cè)定小鐵塊克服摩擦力所做功的原理是動(dòng)能定理和平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。 小鐵塊自斜面頂端由靜止下滑到底端的過(guò)程中，根據(jù)動(dòng)能定理…………① 離開曲面后，小鐵塊做平拋運(yùn)動(dòng)，直到落地， 圖5—9 則 所以， …………② 將②代入①得 顯然，實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)量的物理量是：斜面高度H、桌面高度h，小鐵塊平拋的水平距離S、小鐵塊質(zhì)量m．如圖5—9所示，其中S需用重錘線和白紙、復(fù)寫紙來(lái)確定． 【答案】 （1）重錘線、鋪在地面上的白紙和復(fù)寫紙 （2）斜面高度H、桌面高度h，小鐵塊平拋的水平距離S，小鐵塊質(zhì)量m （3） 【點(diǎn)評(píng)】 題給實(shí)驗(yàn)器材對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的設(shè)計(jì)有一定的限制作用．本題沒有給足實(shí)驗(yàn)器材，首先要根據(jù)題給實(shí)驗(yàn)條件和要求，構(gòu)思相關(guān)的物理情景，從而確定實(shí)驗(yàn)原理，然后根據(jù)原理式確定需要測(cè)量的物理量和還需選用的實(shí)驗(yàn)器材． 【例5】 解析：（1）器材選擇（測(cè)量電路） 從減小電表讀數(shù)引起的偶然誤差的角度考慮，兩電表及電表與電源間的配置要合理．注意到電源電動(dòng)勢(shì)遠(yuǎn)小于電壓表V2的量程，而跟電壓表V1的量程較接近，若選用電壓表V2來(lái)測(cè)量電壓，其最大偏轉(zhuǎn)量達(dá)不到量程的，讀數(shù)時(shí)偶然誤差太大，所以選用V1較恰當(dāng)； 而此時(shí)通過(guò)電流表的最大電流，因此，電流表A2與V1配置較好． 圖5—10 （2）電路選擇（控制電路） 電路選擇主要從滑動(dòng)變阻器對(duì)電路的控制和調(diào)節(jié)的角度考慮．若采用限流電路控制，注意到測(cè)量部分的總電阻約為20kΩ，遠(yuǎn)大于滑動(dòng)變阻器的總電阻（1kΩ），要保證電表安全，變阻器分得的電壓至少為5V，阻值應(yīng)調(diào)到10kΩ，顯然，限流不能起到保證電表安全的作用，更不能進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，所以，只能采用分壓電路控制，實(shí)驗(yàn)電路如圖5—10所示． 【點(diǎn)評(píng)】 伏安法是測(cè)量電阻的一種最基本方法，其原理是部分電路歐姆定律，原理式為．分析這類問題的關(guān)鍵是從電表配置要合理選擇器材，從對(duì)電路的控制和調(diào)節(jié)選擇控制電路．并聯(lián)分流和串聯(lián)分壓原理是伏安法測(cè)電阻原理的遷移和延伸，下例是這類問題的變式． 變式：【點(diǎn)撥】 （1）本題中測(cè)量電阻的原理是并聯(lián)分流或串聯(lián)分壓．由于滑動(dòng)變阻器的最大阻值遠(yuǎn)小于測(cè)量部分的阻值，且電源電動(dòng)勢(shì)大于兩電壓表的量程，在調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的過(guò)程中，為保證電壓表的安全，且其讀數(shù)有明顯的改變，滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓式控制電路，電路原理圖如圖5—12甲或乙所示． 圖5—12 （2）實(shí)物連線如圖5—13甲或乙所示 圖5—13 （3）若采用甲電路，根據(jù)并聯(lián)電路的電流分配關(guān)系， 解得． 若采用乙電路，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓分配關(guān)系， 解得． 【點(diǎn)評(píng)】 本題主要考查電阻測(cè)量的原理、電路設(shè)計(jì)、實(shí)物連線等知識(shí)，測(cè)試設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)方案的能力．①對(duì)于內(nèi)阻已知的電壓表，可作電流表使用．使用電表時(shí)，必須考慮電表間的量程配置，本題要求電壓表讀數(shù)不小于量程的，因此，電壓表V2與V1的位置不能互換．②進(jìn)行實(shí)物連線時(shí)，應(yīng)注意以下幾個(gè)問題：a．直流電表的正、負(fù)接線柱（正接線柱應(yīng)連接在電路電勢(shì)高端，負(fù)接線柱應(yīng)連接在電路電勢(shì)低端）；b．電表的內(nèi)外接法；c．滑動(dòng)變阻器的接法（限流或分壓，接通電路后，應(yīng)使電表讀數(shù)最小）；d．開關(guān)的連接（應(yīng)在干路上，閉合前電表讀數(shù)為零）． 【例6】 解析： （1）實(shí)物連線如圖5—17所示． （2）電阻箱的阻值R1=0100Ω＋810Ω＋61Ω＋30.1Ω=86.3Ω． 本題測(cè)量電流表的內(nèi)阻的方法是“替代法”．即用電阻箱的阻值替代電流表A1的內(nèi)阻值，其條件是：開關(guān)S2分別扳到a處和b處時(shí)，保持滑動(dòng)變阻器R2不變，且使電流表A2讀數(shù)相同．所以，待測(cè)電流表A1的內(nèi)阻Ω． 圖5—17 （3）當(dāng)R2調(diào)為零時(shí)，要使電路中的電流I不超過(guò)電流表A2的量程，根據(jù)閉合電路歐姆定律可知，電路總電阻R總至少為：Ω=20kΩ．由于電流表A1、A2的內(nèi)阻（約為100Ω）遠(yuǎn)小于R總,故保護(hù)電阻R3應(yīng)選用20kΩ的電阻，但若選用200kΩ的電阻，則電路中電流太小，電流表A1、A2指針偏轉(zhuǎn)量太小，讀數(shù)不明顯，實(shí)驗(yàn)誤差太大．所以,正確的選項(xiàng)為B． （4）由于R3=20kΩ，調(diào)整滑動(dòng)變阻器R2時(shí)，要使電流表A2的讀數(shù)為150，則－R3=Ω－2104Ω≈7kΩ．若選用1kΩ或5kΩ滑動(dòng)變阻器，則不能滿足實(shí)驗(yàn)要求（A2讀數(shù)為150）；若選用25kΩ的滑動(dòng)變阻器，則調(diào)節(jié)范圍太?。ú环奖阏{(diào)節(jié)），所以，選用10kΩ的滑動(dòng)變阻器較合適，正確的選項(xiàng)為C． 【點(diǎn)評(píng)】 實(shí)驗(yàn)條件的控制是高考考查的重點(diǎn)之一．保護(hù)電阻和滑動(dòng)變阻器在電路中起著控制和調(diào)節(jié)的作用，選用時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件和要求進(jìn)行優(yōu)選，既要保證電表安全(不能太小)，又要方便調(diào)節(jié)(不能太大)． 【例7】 解析： （1） 用此電路測(cè)量表頭內(nèi)阻的方法是半偏法． S2斷開和S2閉合的兩次操作中要求干路電流（Ig）近似不變，而滿足這個(gè)條件必須使滑動(dòng)變阻器R的阻值遠(yuǎn)大于Rg，因此滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用R2．而，顯然E越大，R2越大，實(shí)驗(yàn)條件滿足得越好，誤差越小，所以，電池應(yīng)選用E3． （2）圖5—18（乙）所示的電路較合理，因?yàn)閳D（丙）電路在通電狀態(tài)下，更換量程時(shí)會(huì)造成兩個(gè)分流電阻都未并聯(lián)在表頭兩端，以致通過(guò)表頭的電流超過(guò)其滿偏電流而損壞． 圖5—19 （3）核對(duì)電路如圖5—19所示．為使改裝后的電流表與標(biāo)準(zhǔn)表在0～1mA之間逐格核對(duì)，應(yīng)選用分壓電路．由于和滿偏電流和滿偏電壓都很小，為使滑動(dòng)變阻器便于調(diào)節(jié)，即有較大的調(diào)節(jié)范圍，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用R1，電池應(yīng)選用E1，且在電流表所在的支路上串聯(lián)定值電阻R0，起保護(hù)作用． 【點(diǎn)評(píng)】 測(cè)量電阻的方法很多（包括伏安法、替代法、半偏法等），但其原理總是部分電路歐姆定律或閉合電路歐姆定律．在具體問題中，選用哪種測(cè)量方法應(yīng)根據(jù)所提供的實(shí)驗(yàn)器材和實(shí)驗(yàn)要求來(lái)確定． 【特別提示】 1．半偏法測(cè)電阻的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)條件的控制直接影響測(cè)量精確度． 2．在分壓電路中，為使實(shí)驗(yàn)便于調(diào)節(jié)，應(yīng)選用全電阻較小的滑動(dòng)變阻器． 【例8】 解析： （1）①實(shí)物連線如圖5—21所示，為了使改裝表與標(biāo)準(zhǔn)表在零到量程的范圍內(nèi)一一校對(duì)，應(yīng)采用分壓電路． ②根據(jù)串聯(lián)電路的電壓分配關(guān)系，有 圖5—21 解得R0=xxΩ （2）①先將電壓表VC通過(guò)開關(guān)、導(dǎo)線與電源連接，讀出VC上的示數(shù)UC；再將電壓表VC和VB串聯(lián)，通過(guò)開關(guān)、導(dǎo)線與電源連接，讀出VC上的示數(shù)UC′和VB上的示數(shù)UB． ②根據(jù)上述兩步操作可得 ① ② ③ 由①②③三式解得Ω 【點(diǎn)評(píng)】 本題綜合考查了電表改裝、電表校準(zhǔn)電路及測(cè)量電源內(nèi)阻的方法，測(cè)試設(shè)計(jì)和完成實(shí)驗(yàn)的能力．用電壓表VB和VC測(cè)量電源的內(nèi)阻時(shí)，應(yīng)注意： 盡管兩電壓表的量程相同，但其內(nèi)阻并不一定相同(表頭可能不同)． 跟蹤練習(xí) 1．DGH 2．甲 50分度的游標(biāo)卡尺的精度為mm=0.02mm，因此，讀數(shù)的最后一位數(shù)字應(yīng)是“2”的整數(shù)倍或“0”． 3．2.40 比較甲、乙兩圖可知，甲圖中彈力大于滑動(dòng)摩擦力，鐵塊P做勻加速直線運(yùn)動(dòng);乙圖中鐵塊P處于平衡狀態(tài)，彈力大小等于滑動(dòng)摩擦力大小． 4．1．6 考察平拋物體的水平分運(yùn)動(dòng)，結(jié)合圖給數(shù)據(jù)可知，兩段時(shí)間之比為2︰1，若O點(diǎn)是平拋的起點(diǎn)，則豎直分位移y1︰y2==4︰9，所以，O點(diǎn)是平拋的起點(diǎn)．根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，有32.010－2=v0t，19.610－2=，聯(lián)立解得v0=1.6m/s 5．（1）0.97m/s （2）0．48J （3）0．47J（3）重錘下落過(guò)程中受到阻力及紙帶受到打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的阻力作用，重錘的機(jī)械能減小． 6．B A電壓表量程過(guò)大，讀數(shù)誤差太大 A B變阻器阻值太大，額定電流太小，調(diào)節(jié)時(shí)電表讀數(shù)變化不明顯． 7． B 點(diǎn)撥：由熱敏電阻的I—U圖線知，工作電流I=40mA時(shí)，電壓U=5.6V，則此時(shí)加在電流表兩端電壓為(9－5.6)V=3.4V，所以． 8．（1）AB 100Ω （2）AC A 90Ω 10kΩ 9．1.630 360 10．在白紙上另畫一條與y軸正方向的夾角較小的直線OA，把大頭針P1、P2豎直的插在所畫的直線上，直到在y<0的區(qū)域內(nèi)透過(guò)玻璃磚能看到P1、P2的像，插上P3后，P3剛好能夠擋住P1、P2的像．． 11．（1）110 （2）810－6 （3）710－10 12．0.9906，100.40， 13．（1）0．420 0．417 （2）①0.05N ②BC 14．應(yīng)測(cè)量的物理量有：小物塊的質(zhì)量m，兩小物塊的落地點(diǎn)之間的距離S，桌面的高度h，桌面的長(zhǎng)度d． 15．實(shí)驗(yàn)步驟：（1）將S1閉合，S2斷開,電壓表直接和電源相連，記下電壓表讀數(shù)U，就是電源的電動(dòng)勢(shì);（2）S1、S2均閉合，記下電壓表讀數(shù)U2，即為電阻R兩端電壓． 根據(jù)閉合電路歐姆定律，有， 即，解得 16．（1） （2）36.48～36.