最新2012高考物理实验归纳总结(高中全套) 实验专题

专题 2012高考物理实验全攻略知识结构：

自然科学是实验性科学，物理实验是物理学的重要组成部分．理科综合对实验能力提出了明确的要求，即是“设计和完成实验的能力”，它包含两个方面：

Ⅰ.独立完成实验的能力．

（1）理解实验原理、实验目的及要求；

实验原理

中学要求必做的实验可以分为4个类型：练习型、测量型、验证型、探索型．对每一种类型都要把原理弄清楚．

应特别注意的问题：验证机械能守恒定律中不需要选择第一个间距等于2mm的纸带．这个实验的正确实验步骤是先闭合电源开关，启动打点计时器，待打点计时器的工作稳定后，再释放重锤，使它自由落下，同时纸带打出一系列点迹．按这种方法操作，在未释放纸带前，打点计时器已经在纸带上打出点迹，但都打在同一点上，这就是第一点．由于开始释放的时刻是不确定的，从开始释放到打第二个点的时间一定小于0.02s，但具体时间不确定，因此第一点与第二点的距离只能知道一定小于2mm（如果这段时间恰等于0.02s，则这段位移s=gt2/2=(1030.022/2)m=2310-3m=2mm），但不能知道它的确切数值，也不需要知道它的确切数值．不论第一点与第二点的间距是否等于2mm，它都是从打第一点处开始作自由落体运动的，因此只要测量出第一点O与后面某一点P间的距离h，再测出打P点时的速度v，

如果：gh≈( )，就算验证了这个过程中机械能守恒．

（2）掌握实验方法步骤；

（3）会控制实验条件和使用实验仪器，会处理实验安全问题；

实验仪器

要求掌握的实验仪器主要有：刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器（千分尺）、天平、停表（秒表）、打点计时器（电火花计时仪）、弹簧秤、温度表、电流表、电压表、多用电表、滑动变阻器、电阻箱，等等。对于使用新教材的省市，还要加上示波器等。对这些仪器，都要弄清其原理、会正确使用它们，包括测量仪器的正确读数。

实验装置

对电学实验主要指电路图。

下面几个是应特别注意的：

①验证牛顿第二定律的实验，如何平衡摩擦力是关键。

②研究平抛物体的运动及碰撞中的动量守恒的实验，这两个实验都要使用斜槽轨道，让小球从轨道上端无初速滚下，然后平抛出去，在安装装置时要注意保证轨道末端必须水平，如果实验要进行多次，每次小球应从同一高度处下落，因此应有一个挡板。

③验证机械能守恒定律的实验，要用铁架台并用夹子固定纸带，这样在开启打点计时器而未释放重锤前，能保证打出的点迹在同一点上，若像课本上的实验装置图那样，用手握住纸带，开启打点计时器而未释放纸带前，会由于手的抖动而打出一“堆”点，从而无法准确找出第一个点（即自由落体运动起始位置）。

④用单摆测重力加速度的实验，在安装单摆时要注意悬点的固定，随便拴一个结系在铁架台的横梁上是不可取的，因为悬点不确定，就不是单摆，并且摆长值也无法准确测量。

⑤有关电路的电学实验要注意安培表的外接与内接，制流与分压电路的选择，电表内阻的影响，等等。

（4）会观察、解释实验现象，会分析、处理实验数据；

（5）会分析和评价实验结果，并得出合理的实验结论．

实验数据的处理

重要的有打点计时器纸带的处理方法（如分析是不是匀速运动或匀变速直线运动、如果是匀变速运动，如何求某时刻的速度、如何求加速度等）；解方程求解未知量、用图像处理数据（把原来应该是曲线关系的通过改变坐标轴的量或单位而变成线性关系，即变成直线，是重要的实验能力）。

实验误差的定性分析

中学阶段不要求进行定量的误差分析，但对主要误差的产生原因、系统误差是偏大还是偏小等，应能理解。在电路的实验中，粗略地看，认为电流表是短路、电压表是断路，但精确一点看，电流表和电压表的内阻的影响都不能忽略，定性地讨论电表电阻对测量结果的影响是我们应该掌握。

2课本重点实验（下详解）

3、设计实验的能力．

能根据要求灵活运用已学过的物理理论、实验方法和仪器，设计简单的实验方案并处理相关的实验问题．

【注】几种重要的实验方法

下面几种实验方法是我们中学阶段物理实验中用过的，从方法的角度整理、复习一下，有助于我们提高认识水平和能力。

（1）累积法：在“用单摆测重力加速度”测周期时我们用的是累积法，即我们不直接测一个周期的时间，而是测30～50个周期的总时间，再除以周期数即得周期T的值．用累积法的好处是：①相当于进行多次测量而后取平均值，这样可以减少偶然误差；②增加有效数字的位数．以测单摆的周期为例，我们实验时单摆的摆长大约是1m或不到1m，用停表（最小分度值是0.1s）直接测1个周期的值，只能读出两位有效数字（机械停表的指针是跳跃

式前进的，因此不能估读），如1.8s 、2.0s 等，而测30个周期总时间，则可读出至少3位有效数字。

用累积法的实验还有很多，如测一张纸的厚度、用刻度尺测金属丝的直径…

（2）替代法：在“互成角度两个共点力的合成”的实验中我们就用到了替代法，第一次我们用两个弹簧秤成角度地拉橡皮筋，把结点拉到某一位置，再换成一个弹簧秤，同样拉这个橡皮筋，也把结点拉到同样位置，这说明后一个弹簧秤的拉力与前面两个弹簧秤的拉力效果相等因此右以互相替代．对于“等效”这个问题，应正确理解：所谓效果相等，是对某一方面说的，并不是在所有方面都等效，仍以合力与分力来说，它们只是在改变物体的运动状态上等效，而在其他方面，例如在产生形变上，二者并不等效。

用替代法的例子还有很多，如用天平称物物体的质量，电阻测量等都可以用替代法，我们古代三国时期曹冲称象的故事就是替代法的典型实例。

（3）测量量的转换：例如在“碰撞中的动量守恒”的实验中，把测物体的速度转换为测物体平抛运动的水平位移，即把测速度转换为测长度。

又如在“测定玻璃的折射率”的实验中，本应测量入射角和折射角，再根据折射率n=sini/sinr 求出折射率，但角度不容易测准确（一般所用的量角器的最小分度是1°，并且测角度时顶点很难对得特别准确），而通过做辅助线的方法可以把测角度转换为测线段的长度，从而增加了有效数字的位数，即提高了测量的准确度。

（4）比较法：用天平称物体的质量，就是把物体与砝码进行比较，砝码的质量是标准的，把被测量与标准的量进行比较，就是比较法．天平是等臂杠杆，因此用天平测物体质量时，不用再进行计算，而是直接读出砝码的质量，它就等于物体的质量。一般情况下，被测物跟标准量并不相等，而是要根据某种关系进行计算，最常用的是二者间满足一定的比例关系，通过一定的比例计算即可得出结果，因此常常称为比例法。用比例法测电阻是常见的，当两个电阻串联时，通过的电流相等，因此两电阻两端的电压跟它们的电阻成正比，如果其中的一个电阻是标准电阻，另一个电阻的阻值就可测出．同样，两电阻并联时，由于两端电压相等，通过两支路的电流跟电阻成反比，只要一个是标准电阻，另一个电阻的阻可测出。

Ⅰ-1、基本仪器的使用

［方法归纳］

1．要求会正确使用的仪器

刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器、天平、秒表、打点计时器、弹簧秤、温度表、电流表、电压表、多用电表、滑动变阻器、电阻箱、示波器．

2①刻度尺、秒表、弹簧秤、温度表、电流表、电压表的读数

使用以上仪器时，凡是最小刻度是10分度的，要求读到最小刻度后再往下估读一位（估读的这位是不可靠数字，但是是有效数字的不可缺少的组成部分）。凡是最小刻度不是10分度的，只要求读到最小刻度所在的这一位，不再往下估

读。

0 1 2

3

V

5

10

例如

⑴读出上左图中被测物体的长度。

⑵上右图用3V 量程时电压表读数为多少？用15V 量程时电压表度数又为多少？ ⑶右图中秒表的示数是多少分多少秒？ 凡仪器的最小刻度是10分度的，在读到最小刻度后还要再往下估读一位。⑴6.50cm 。⑵1.14V 。15V 量程时最小刻度为0.5V ，只读到0.1V 这一位，应为5.7V 。

⑶秒表的读数分两部分：小圈内表示分，每小格表示

0.5分钟；大圈内表示秒，最小刻度为0.1秒。当分针

在前0.5分内时，秒针在0~30秒内读数；当分针在后0.5分内时，秒针在30~60秒内读数。因此图中秒表读

数应为3分48.75秒（这个5是估读出来的）。 ②游标卡尺

⑴10分度的游标卡尺。游标上相邻两个刻度间的距离为0.9mm ，比主尺上相邻两个刻度间距离小0.1mm 。

读数时先从主尺上读出厘米数和毫米数，然后用游标读出0.1毫米位的数值：游标的第几条刻线跟主尺上某一条刻线对齐，0.1毫米位就读几（不能读某）。

标卡

尺。游标上相邻两个刻度间的距离为0.95mm ，比主尺上相邻两个刻度间距离小

0.05mm 。读数时先从主尺上读出厘米数和毫米数，然后用游标读出毫米以下的数值：游标的第几条刻线跟主尺上某一条刻线对齐，毫米以下的读数就是几乘0.05毫米。其读数准确

游标上相邻两个刻度间的距离为0.98mm ，比主尺上相邻两个刻度间距离小0.02mm 。这种卡尺的刻度是特殊的，游标上的刻度值，就是毫米以下的读数。这种卡尺的读数可以准确到0.02mm 。如右图中被测圆柱体的直径为2.250cm 。

要注意：游标卡尺都是根据刻线对齐来读数的， 所以都不再往下一位估读。 ③螺旋测微器

固定刻度上的最小刻度为0.5mm （在中线的上侧）；可动刻度

每旋转一圈前进（或后退）0.5mm 。在可动刻度的一周上平均刻有50条刻线，所以相邻两条刻线间代表

0.01mm 。读数时，从固定刻度上读取整、半毫米数，然后从可动刻度上读取剩余部分（因为是10分度，所以在最小刻度后应再估读一位），再把两部分读数6.702mm 。

天平使用前首先要进行调节。调节分两步：调底座水平和横梁水平（在调节

横梁水平前，

必须把游码移到左端零刻度处，左端与零刻线对齐，

如图中虚线所

示）。测量读数由右盘中砝码和游标共同读出。横梁上的刻度单位是毫克（mg ）。若天平平衡时，右盘中有26g 砝码，游码在图中所示位置，则被测物体质量为26.32g （最小刻度为0.02g ，不是10分度，因此只读到0.02g 这一位）。

⑤多用电表

使用多用电表时首先应该根据被测物理量将选择开关旋到相应的位置。使用前应先进行机械调零，用小螺丝刀轻旋调零螺丝，使指针指左端零刻线。使用欧姆挡时，还应进行欧姆调零，即将红、黑表笔短接，

或交流电压最高挡。用欧姆挡测电阻，如果指针偏转角度太小，应增大倍率；如果指针偏转角度太大，应减小倍率。

⑥电阻箱

右图中的电阻箱有6个旋钮，每个旋钮上方都标有倍率，将每个旋钮上指针所指的数值（都为整数）乘以各自的倍率，从最高位依次往下读，即可得到这时电阻箱的实际阻值。图中最左边的两个黑点是接线柱。若指针所示如图，则阻值为84580.2Ω。

【特别提示】 一般来说，除游标卡尺、秒表、电阻箱外，其他测量仪器的读数都需要估读，即读到精度的下一位．

Ⅰ-2．独立完成实验

［方法归纳］

1．常见间接测量的物理量及其测量方法

有些物理量不能由测量仪器直接测量，这时，可利用待测量和可直接测量的基本物理量之间的关系，将待测物理量的测量转化

为基本物理量的测量．

为了减小由于实验数据而引起的偶然误差，常需要采用以下方法进行处理． （1）多次测量求平均值；（2）图象法 3．实验误差的分析

中学物理中只要求初步了解系统误差和偶然误差、绝对误差和相对误差的概念；能定性分析某些实验中产生误差的主要原因；知道用平均值法、图象法减小偶然误差；但不要求计算误差．

（1）系统误差和偶然误差：测量值总是有规律的朝着某一方向偏离真值（总是偏大或总是偏小）的误差，称为系统误差．系统误差的主要来源是仪器本身不够精确，或实验原理、方法不够完善．由于偶然因素的影响，造成测量值的无规则起伏称为偶然误差．偶然误差是由于各种偶然因素对实验者、测量仪器，被测物理量的影响而产生的，多次测量偏大和偏小的机会相同，因此，多次测量求平均值可减小偶然误差．

（2）绝对误差和相对误差：设某物理量的真值为A 0，测量值为A ，则绝对误差

0||A A ?=-，相对误差为

000

||A A A A -?=．真值A 0常以公认值、理论值或多次测量的平均值代替．

（3）有效数字带有一位不可靠数字的近似数字，叫做有效数字。⑴有效数字是指近似数字而言。⑵只能带有一位不可靠数字，不是位数越多越好。

凡是用测量仪器直接测量的结果，读数一般要求在读出仪器最小刻度所在位的数值（可靠数字）后，再向下估读一位（不可靠数字），这里不受有效数字位数的限制。

间接测量的有效数字运算不作要求，运算结果一般可用2~3位有效数字表示。

Ⅱ、重点的学生实验

1.研究匀变速直线运动

右图为打点计时器打下的纸带。选点迹清楚的一条，舍掉开始比较密集的点迹，从便于测量的地方取一个开始点O ，然后每5个点取一个计数点A 、B 、C 、D …。测出相邻计数点间的距离s 1、s 2、s 3

… 利用打下的纸带可以：

⑴求任一计数点对应的即时速度v ：如

T

s s v c 23

2

+=(其中T =530.02s=0.1s ） ⑵利用“逐差法”求a ：()()2

3216549T

s s s s s s a ++-++=

⑶利用上图中任意相邻的两段位移求a ：如2

23T s s a -=

⑷利用v -t 图象求a ：求出A 、B 、C 、D 、E 、F 各点的即

时速度，画出如右的v-t 图线，图线的斜率就是加速度a 。 2.探究弹力和弹簧伸长的关系（胡克定律）

利用右图装置，改变钩码个数，测出弹簧总长度和所受拉力（钩码总重

量）的多组对应值，填入表中。算出对应的弹簧的伸长量。在坐标系中描点，根据点的分布作出弹力F 随伸长量x 而变的图象，从而发确定F -x 间的函数关系。解释函数表达式中常数的物理意义及其单位。

该实验要注意区分弹簧总长度和弹簧伸长量。对探索性实验，要根据描（这一点和验证性实验不同。）

该实验是要用互成角度的两个力和另一个力产生相同的效果，看其用平行四边形定则求出的合力与这一个力是否在实验误差允许范围内相等，如果在实验误差允许范围内相等，就验证了力的合成的平行四边形定则。 4.研究平抛物体的运动（用描迹法）

该实验的实验原理：平抛运动可以看成是两个分运动的合成：一个是水平方向的匀速直线运动，其速度等于平抛物体的初速度；另一个是竖直方向的自由落体运动。利用有孔的卡片确定做平抛运动的小球运动时的若干不同位置，然后描出运动轨迹，测出曲线任一点的坐标x 和y ，利用

vt x =、2

2

1gt y =

就可求出小球的水平分速度，即平抛物体的初速度。 注意事项：

⑴斜槽末端的切线必须水平。

⑵用重锤线检验坐标纸上的竖直线是否竖直。 ⑶以斜槽末端所在的点为坐标原点。

⑷如果是用白纸，则应以斜槽末端所在的点为坐标原点，在斜槽末端悬挂重锤线，先以重锤线方向确定y 轴方向，再用直角三角板画出水平线作为x 轴，建立直角坐标系。

⑸每次小球应从斜槽上的同一位置由静止开始下滑。 5.验证动量守恒定律

由于v 1、v 1/、v 2/均为水平方向，且它们的竖直下落高度都相等，所以它们飞行时间相等，若以该时间为时间单位，那么小球的水平射程的数值就等于它们的水平速度。在右图中分别用OP 、OM 和O /N 表示。因此只需验证：m 1?OP =m 1?OM +m 2?(O /N -2r ）即可。

注意事项：

⑴必须以质量较大的小球作为入射小球（保证碰撞后两小球都向前运动）。

⑵小球落地点的平均位置要用圆规来确定：用尽可能小的圆把所有落点都圈在里面，圆心就是落点的平均位置。

⑶所用的仪器有：天平、刻度尺、游标卡尺（测小球直径）、碰撞实验器、复写纸、白纸、重锤、两个直径相同质量不同的小球、圆规。

都将从斜槽末端开始做平抛运动，于是验证式就变为：m 1?OP =m 1?OM +m 2?ON ，两个小球的

验证自由下落过程中机械能守恒，图示纸带的左端是用夹子夹重物的一端。 注意事项：

⑴要多做几次实验，选点迹清楚，且第一、二两点间距离接近2mm 的纸带进行测量。

⑵用刻度尺量出从0点到1、2、3、4、5各点的距离h 1、h 2、h 3、h 4、h 5，利用“匀变速直线运动中间时刻的即时速度等于该段位移内的平均速度”，算出2、3、4各点对应的即时速度v 2、v 3、v 4，验证与2、3、4各点对应的重力势能减少量mgh 和动能增加量22

1mv 是

否相等。

⑶由于摩擦和空气阻力的影响，本实验的系统误差总是使22

1mv mgh

⑷本实验不需要在打下的点中取计数点。也不需要测重物的质量。 7.用单摆测定重力加速度

摆长的测量：让单摆自由下垂，用米尺量出摆线长L /（读到0.1mm ），用游标卡尺量出摆球直径（读到0. 1mm ）算出半径r ，则摆长L =L /+r

注意事项：

开始摆动时需注意：摆角要小于5°（保证做简谐运动）；不要使摆动成为圆锥摆。 必须从摆球通过最低点时开始计时，测出单摆做50次全振动所用时间，算出周期的平均值T 。

改变摆长重做几次实验，计算每次实验得到的重力加速度，再求这些重力加速度的平均值。

8用描迹法画出电场中平面上等势线

实验所用的电流表是零刻度在中央的电流表，在实验前应先测定电流方向与指针偏转方向的关系：将电流表、电池、电阻、导线按图1或图2 连接，其中R 是阻值大的电阻，r 是阻值小的电阻，用导线的a 端试触电流表另一端，就可判定电流方向和指针偏转方向的关系。

该实验是用恒定电流的电流场模拟静电场。与电池正极相连的A 电极相当于正点电荷，与电池负极相连的B 相当于负点电荷。白纸应放在最下面，导电纸

应放在最上面（涂有导电物质的一面必须向上），复写

纸则放在中间。 9.测定玻璃折射率

实验原理：如图所示，入射光线AO 由空气射入玻璃砖，经OO 1后由O 1B 方向射出。作出法线NN 1，则折射率 n=Sin α/Sin γ

注意事项：手拿玻璃砖时，不准触摸光洁的光学面，只能接触毛面或棱，严禁把玻璃砖当尺画玻璃砖的界面；实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变；大头针应垂直地插在白纸上，且玻璃砖每一侧的两个大头针距离应大一些，以减小确定光路方向造成的误差；入射角应适当大一些，以减少测量角度的误差。

10．伏安法测电阻

1伏安法测电阻有a 、b 两种接法，a 叫(安培计)外接法，b 叫（安培计）内接法。外接法的系统误差是由电压

表的分流引起的，测量值总小于真实值，小电阻应采用外接法；内接法的系统误差是由电流表的分压引起的，测量值总大于真实值，大电阻应采用内接法。如果无法估计被测电阻的阻值大小，可以利用试触法：如图将电压表的左端接a 点，而将右端第一次接b 点，第二次接c 点，观察电流表和电压表的变化，若电流表读数变化大，说明被测电阻是大电阻，应该用内接法测量；若电压表读数变化大，说明被测电阻是小电阻，应该用外接法测量。（这里所说的变化大，是指相对变化，即ΔI /I 和ΔU/U ）。 （1）滑动变阻器的连接

滑动变阻器在电路中也有a 、b 两种常用的接法：a 叫限流接法，b 叫分压接法。分压接法被测电阻上电压的调节范围大。当要求电压从零开始调节，或要求电压调节范围尽量大时应该用分压接法。用分压接法时，滑动变阻器应该选用阻值小的；用限流接法时，滑动变阻器应该选用阻值和被测电阻接近的。 （2）实物图连线技术

无论是分压接法还是限流接法都应该先

把伏安法部分接好；对限流电路，只需用笔画线当作导线，从电源正极开始，把电源、电键、滑动变阻器、伏安法四部分依次串联起来即可（注意电表的正负接线柱和量程，滑动变阻器应调到阻值最大处）。

对分压电路，应该先把电源、电键和滑动变阻器的全部电阻丝三部分用导线连接起来，然后在滑动变阻器电阻丝两端之中任选一个接头，比较该接头和滑动触头两点的电势高低，根据伏安法部分电表正负接线柱的情况，将伏安法部分接入该两点间。

（3）描绘小电珠的伏安特性曲线

因为小电珠（即小灯泡）的电阻较小（10Ω左右）所以应该选用安培表外接法。

小灯泡的电阻会随着电压的升高，灯丝温度的升高而增大，所以U-I 曲线不是直线。为了反映这一变化过程，灯泡两端的电压应该由零逐渐增大到额定电压。所以滑动变阻器必须选用分压接法。在上面实物图中应该选用右面的那个图，

开始时滑动触头应该位于左端（使小灯泡两端的电压为零）。

由实验数据作出的I-U 曲线如右，说明灯丝的电阻随温度升高而增大，也就说明金属电阻率随温度升高而增大。（若用U -I 曲线，则曲线的弯曲方向相反。） 若选用的是标有“3.8V 0.3A ”的小灯泡，电流表应选

用0-0.6A 量程；电压表开始时应选用0-3V 量程，当电压调到接近3V 时，再改用0-15V 量程。

(b ) （a ）

11．把电流表改装为电压表

⑴、用图(a )测定电流表内阻r g ，方法是：先断开S 2，闭合S 1，调节R ，使电流表满偏；然后闭合S 2，调节R /，使电流表达到半满偏。当R 比R /大很多时，可以认为r g =R /。（当R 比R /大很多时，调节R /基本上不改变电路的总电阻，可认为总电流不变，因此当电流表半满偏时，通过R /的电流也是满偏电流的一半，两个分路的电阻相等）。实际上，S 2闭合后，总电阻略有减小，总电流略有增大，当电流表半满偏时，通过R /的电流比通过电流表的电流稍大，即R /比r g 稍小，因此此步测量的系统误差，总是使r g 的测量值偏小。其中R 不必读数，可以用电位器，R /需要读数，所以必须用电阻箱。

根据r g 、I g 和扩大后的量程，计算出需要给电流表串联的电阻R 1的值。

⑵、用(b )图把改装的电压表和标准电压表进行校对。校对要每0.5V 校对一次，所以电压要从零开始逐渐增大，因此必须选用分压电路。 百分误差的计算：

如果当改装电压表示数为U 时，标准电压表示数为U / ，则这时的百分误差为|U -U / | / U /。

如果校对时发现改装电压表的示数总是偏大，则应该适当增大R 1的阻值(使表头的分压减小一些)，然后再次重新进行校对。

12.测定金属的电阻率

被测电阻丝的电阻较小，所以选用电流表外接法；本实验不要求电压调节范围，可选用限流电路。因此选用上面左图的电路。开始时滑动变阻器的滑动触头应该在右端。本实验 根据闭合电路欧姆定律：E=U+Ir ，本实验电路中电压表的示数是准确的，电流表的示数比通过电源的实际电流小，所以本实验的系统误差是由电压表的分流引起的。为了减小这个系统误差， 电阻R 的取值应该小一些，所选

用的电压表的内阻应该大一些。 为了减小偶然误差，要多做几次实验，多

取几组数据，然后利用U-I 图象处理实验数据：

将点描好后，用直尺画一条直线，使尽量多的

点在这条直线上，而且在直线两侧的点数大致

相等。这条直线代表的U-I 关系的误差是很小

的。它在U 轴上的截距就是电动势E （对应的I =0），它的斜率的绝对值就是内阻r 。（特别要注意：有时纵坐标的起始点不是0，求内阻的一般式应该是r =|ΔU /ΔI |）。

为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻宜大些。（选用使用过一段时间的1号电池）

14.用多用电表探索黑箱内的电学元件

设定黑箱上有三个接点，两个接点间最多只能接一个元件；黑箱内所接的元件不超过两个。 测量步骤和判定：

/A

⑴用直流电压挡测量，A 、B 、C 三点间均无电压；说明箱内无电源。

⑵用欧姆挡测量，A 、C 间正、反接阻值不变，说明A 、C 间有一个电阻。⑶用欧姆挡测量，黑表笔接A 红表笔接B 时测得的阻值较小，反接时测得的阻值较大，说明箱内有一个二极管，可能在AB 间，也可能在BC 间，如右图中两种可能。 ⑷用欧姆挡测量，黑表笔接C 红表笔接B 测得阻值比黑表笔A 红表笔接B 时测得的阻值大，说明二极管在AB 间。所以黑箱内的两个元件的接法肯定是右图中的上图。 四、重要的演示实验

1.用油膜法估测分子的大小

实验前应预先计算出每滴油酸溶液中纯油酸的实际体积：先了解配好的油酸溶液的浓度，再用量筒和滴管测出每滴溶液的体积，由此算出每滴溶液中纯油酸的体积V 。

油膜面积的测量：油膜形状稳定后，将玻璃板放在浅盘上，将油膜的形状用彩笔画在玻璃板上；将玻璃板放在坐标纸上，以1cm 边长的正方形为单位，用四舍五入的方法数出油膜面积的数值S （以cm 2为单位）。

由d=V/S 算出油膜的厚度，即分子直径的大小。

2加速度和力的关系 加速度和质量的关系

两个相同的小车并排放在光滑水平桌面上，小车前端系上细线，线的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘里分别放有不同质量的砝码。小车所受的水平拉力F 的大小可以认为等于砝码（包括砝码盘）的重力大小。小车后端也系有细线，用一只夹子夹住两根细线，控制两辆小车同时开始运动和结束运动。

由于两个小车初速度都是零，运动时间又相同， s =2

1at 2∝a ，只

要测出两小车位移s 之比就等于它们的加速度a 之比。 实验结果是：当小车质量相同时，a ∝F ，当拉力F 相等时，a ∝1/m 。

实验中用砝码（包括砝码盘）的重力G 的大小作为小车所受拉力F 的大小，这样做会引起什么样的系统误差？怎样减小这个系统误差？ 4.描绘单摆的振动图象

对同一个单摆，如果两次拉出木板得到的图形分别如a 、b 所示，说明两次拉木板的速度之比为3∶2。

对摆长不同的单摆，如果两次拉木板速度相同，说明摆的周期之比为3∶2，摆长之比为9∶4。

在同一根绳子上，各种频率的波传播速度都是相同的。

8.平行板电容器的电容

静电计是测量电势差的仪器。指针偏转角度越大，金属外壳和上方金属小球间的电势

b

差越大。在本实验中，静电计指针和A 板等电势，静电计金属壳和B 板等电势，因此指针偏转角越大表示A 、B 两极板间的电压越高。

本实验中，极板带电量不变。三个图依次表示：正对面积减小时电压增大；板间距离增

大时电压增大；插入电介质时电压减小。由U U Q C 1

∝=知，这三种情况下电容分别减小、

减小、增大。因此可以确定C 和S 、d 、ε的关系是d S C ε∝。

思考：如何测量电容器两极板间的电压？

[典型分析]

【例1】多用电表表头的示意图如右。

⑴当指针位置如图中灰三角箭头所示,则测量的是______,测量结果为___________.

⑵当指针位置如图中白三角箭头所示,则测量的是______,测量结果为___________.

⑶当指针位置如图中黑三角箭头所示,则测量的是______,测量结果为___________.

⑷当指针位置如图中黑三角箭头所示,正确操作后发现指针的偏转角很小,那么接下来的操作步骤应该依次为:①_________________,②_________________,③__________________.

测量结束后应将选择开关拨到__________或者____________.

⑸无论用多用电表进行何种(直流)测量，电流都应该从______表笔经______插孔流入电表。

【例1】 解析：.⑴电流，3.2mA ⑵电压，16.0V ⑶电阻，3.43103Ω ⑷①该用31k Ω倍率；②重新调零；

③将红、黑表笔分别接被测电阻两根引线，从表盘读数乘以倍率；OFF ，交流电压最高挡；⑸红，正。 [典型分析]

【例1】 一打点计时器固定在斜面上某处，一小车拖着穿过打点计器的纸带从斜面上滑下，如图5-1甲所示，图5—1乙是打出的纸带的一段．

图5—1

（1）已知打点计时器使用的交流电频率为50Hz ，利用图乙给出的数据可求出小车下滑的加速度a =____________．

（2）为了求出小车在下滑过程中所受的阻力，还需要测量的物理量有___________，用测得的量及加速度a 表示阻力的计算式为f =_________________．

【例1】 解析： （1）利用逐差法求小车的加速度．由纸带可知，任意两相邻记数点间的时间间隔T =0.04s ， 由逐差法可得6172839412342

2

2

2

,,,5555S S S S S S S S a a a a T

T

T

T

----=

=

=

=

+ ─

灰

白

黑

则123461728394

2224

1()445555a a a a S S S S S S S S a T T T T

+++----=

=+++ 678912342

2

2

()()

20(8.338.959.1610.26)(5.12 5.75 6.417.05)

10m/s

20(0.04)S S S S S S S S T -+++-+++=+++-+++=

??

=4.00m/s 2

（2）为了求出小车下滑过程中所受到的阻力，还需要测量小车的质量m ，斜面上任意两点间距离l 和这两点间的高度差h ．

小车的受力情况如图5—2所示．根据牛顿第二定律，

sin ,mg f ma θ-=而sin h

l

θ=

所以，h

f mg

ma l

=-． 【点评】 （1）逐差法充分利用了纸带的实验数据，从而减小了数据测量引起的偶然误差．本题中所给出的实验数据个数为奇数（9个），处理时常舍掉正中间的一个数据．

（2）小车下滑过程中所受到的阻力无法直接测量，但根据牛顿第二定律可转化为测量m ，a ，h 和l ．与此相类似，你能求出打点计时器打纸带上的两记数点的过程中小车克服阻力所做的功吗？

【例2】 一个有一定厚度的圆盘，可以绕通过中心且垂直于盘面的水平轴转动．用下面的方法测量它匀速转动时的角速度．

实验器材：电磁打点计时器，米尺，纸带，复写纸． 实验步骤：

（1）如图5—3所示，将电磁打点计时器固定在桌面上，将纸带的一端穿过打点计时器的限位孔后，固定在待测圆盘的侧面上，使圆盘转动时，纸带可以卷在圆盘侧面上．

（2）启动控制装置使圆盘转动，同时接通电源，打点计时器开始打点． （3）经过一段时间，停止转动和打点，取下纸带，进行测量．

①由已知量和测得量表示角速度的表达式为ω=________________，式中各量的意义是___________． ②某次实验测得圆盘半径r =5.50310－

2m ，得到的纸带的一段如图5—4所示，求得角速度为________．

【例2】

解析： ①本实验测量角速度的原理是：圆盘匀速转动时，其线速度s

v t

=，又角速度v r ω=，

所以，其原理式为s

rt

ω=

． 在纸带上选定两点，设它们在米尺上对应的刻度值分别为x 1、x 2，数出这两点间（含这两点）的打点数n ，打点计时器打点的周期为T ，则打这两点的时间间隔t =(n －1)T ，这段时间内圆盘转过的弧长S =x 2－x 1，若测得圆盘的半径为r ，由已知量和测得量表示的角速度的表达式为21

(1)x x T n r

ω-=

-．

②若取120,6x x ==cm ，则n =9，又21

s, 5.501050

T r -=

=?cm ．

图5—3

单位：cm

图5—2

代入可得226.010rad/s 6.8rad/s 1

8 5.01050

ω--?=

=???

【点评】 实验原理是完成实验的依据和关键．虽然该实验没有做过，但所用到的实验方法并不陌生，要结合题给实验器材和实验步骤通过联想和迁移，弄清实验原理和所需测量的物理量，进而得出待测量的表达式．

【例3】 小灯泡灯丝的电阻会随温度的升高而变大．某同学为研究这一现象，用实验得到如下数据（I 和U 分别表示小灯泡上的电流和电压）：

（1）在左下框中画出实验电路图．可用的器材有：电压表、电流表、滑线变阻器（变化范围0～10Ω）、电源、小灯泡、电键、导线若于．

（2）在图5—5中画出小灯泡的U —I 曲线．

图5—5

（3）若将该小灯泡接在电动势是1.5V ，内阻是2.0Ω的电池两端，小灯泡的实际功率是多少?（简要写出求解过程，若需作图，可直接画在图中）

【例3】 解析： （1）由于小灯泡灯丝的电阻值远小于电压表的内阻（如：电压为2.00V 时，其阻值R 灯=

2.00

4.000.50

U I =Ω=Ω）

，为减少由于电表接入电路引起的系统误差，应采用电流表外接法．为使小灯泡两端的电压的变化范围尽可能大，滑线变阻器应连接成分压电路，实验电路如图5—6所示．

图5—6 图5—7

（2）根据实验得到的数据在U —I 坐标系中描点，并将这些数据点连接成一条平滑的曲线，如图5—7所示．

（3）根据 1.52U E Ir I =-=-作出电源的U —I 图线，它与小灯泡的伏安特性曲线的交点坐标就是小灯泡的工作点，即工作电流I =0.35A ，工作电压U =0.08V ，故小灯泡的实际功率P =IU =0.28W ． 【点评】 本题主要考查独立完成实验的能力．主要包括①实验原理及电路；②用图象法．．．处理实验数据，并得出实验结论．其中利用图线确定小灯泡与电源连接后的工作点是解答本题第（3）问的关键．

Ⅲ、实验设计

[专题精讲]

实验设计应把重点放在力学和电学实验上，力学以打点计时器为中心展开，电学以电阻测量为中心展开．

1．进行实验设计的总体原则

（1）精确性：在实验误差允许的范围内，应尽可能选择误差较小的方案．

（2）安全性：实验方案的实施要安全可靠，不会对器材造成损害，且成功率高． （3）可操作性：实验应便于操作和读数，便于进行数据处理． 2．实验设计的基本思路

→→→→??

???

实验器材明确目的确定原理待测物理量数据处理误差分析实验步骤．

实验设计的关键在于实验原理的设计，它是进行实验的依据和起点，它决定了应选用（或

还需）哪些实验器材，应测量哪些物理量，如何编排实验步骤．而实验原理的设计又往往依赖于所提供的实验器材（条件）和实验要求，它们相辅相成，互为条件．

以测量电表的内阻为例： 纵向：伏安法及变式

①电流表、电压表各一只，可以测量它们的内阻

②两只同种电表，若知道一只的内阻，就可以测另一只的内阻

③两只同种电表内阻都未知，则需要一只电阻箱才能测定电表的内阻

横向：除伏安法外，还常用替代法、半偏法和闭合电路欧姆定律（计算法） ①替代法

②半偏法

③闭合电路欧姆定律（计算法）

3．电学实验的器材选择和电路设计

（1）电路结构

完整的实验电路包括三个部分：①测量电路，②控制电路（变阻器、开关），③电源． （2）思路

（3）方法 ①电表选择：为了减小电表读数引起的偶然误差，选择电表时应先估算待测电流或电压的最大值，同时要考虑电表间、电表与电源间的配置是否合理，测量时各电表的最大偏转量都应接近量程．

②分压、限流电路选择

（4）在下列情况下应选择分压电路

①实验要求待测电阻两端电压从零开始连续变化。 ②限流不能保证安全，即限流电路中的最小电流超过电表量程或用电器的额定电流．常见于变阻器全电阻远小于测量部分电阻的情况．

③限流能保证安全，但变阻器调节过程中，电表读数变化不明显，不满足实验测量多组数据的要求．常见于变阻器全电阻远小于测量部分电阻的情况．

④在限流、分压两种电路都满足实验要求时，由于限流电路结构简单，损耗的电功率小，应优先选用．

⑸滑动变阻器的粗调和微调．

在限流电路中，对测量电路而言，全电阻较大的变阻器起粗调作用，全电阻较小的变阻器起微调作用；在分压电路中，变阻器的粗、微调作用正好与限流电路相反．

[典型分析]

【例4】 如图5—8所示，水平桌面上固定着斜面体A ，有小铁块B ．斜面体的斜面是曲面，由其截面图可以看出曲线下端的切线是水平的．现提供的实验测量工具有：天平、直尺． 其它的实验器材可根据实验需要自选．现要设计一个实验，测出小铁块

S 1

图5—8

B 自斜面顶端由静止下滑到底端的过程中，小铁块B 克服摩擦力做的功．请回答下列问题：

（1）除题中供给的器材处，还需要选用的器材是：

____________________________________________________________．

（2）简要说明实验中需要测量的物理量(要求在图上标明)：

_____________________________________________________________． （3）写出实验结果的表达式（重力加速度g 已知）：

____________________________________________________________．

【例4】 解析：本实验测定小铁块克服摩擦力所做功的原理是动能定理和平抛运动的规律。 小铁块自斜面顶端由静止下滑到底端的过程中，根据动能定理2

1

2

f

mgH W mv -=…………① 离开曲面后，小铁块做平抛运动，直到落地， 则212

h gt S vt =

=

所以，v = …………② 将②代入①得2

4f mgS

W mgH h

=-

显然，实验中需要测量的物理量是：斜面高度H 、桌面高度h ，小铁块平抛的水平距离S 、小铁块质量m ．如图5—9所示，其中S 需用重锤线和白纸、复写纸来确定．

【答案】 （1）重锤线、铺在地面上的白纸和复写纸 （2）斜面高度H 、桌面高度h ，小铁块平抛

的水平距离S ，小铁块质量m （3）2

4f mgS W mgH h

=-

【点评】 题给实验器材对实验原理的设计有一定的限制作用．本题没有给足实验器材，首先要根据题给实验条件和要求，构思相关的物理情景．．．．，从而确定实验原理，然后根据原理式确定需要测量的物理量和还需选用的实验器材．

【例5】 用伏安法测量一个定值电阻的阻值，备用器材如下 ： 待测电阻R x （阻值约为25k Ω） 电流表A 1：（量程100μA ，内阻2k Ω） 电流表A 2：（量程500μA ，内阻300Ω） 电压表V 1：（量程10V ，内阻100k Ω） 电流表V 2：（量程50V ，内阻500k Ω） 电源E ：（电动势15V ，允许最大电流1A ） 滑动变阻器R ：（最大阻值1k Ω） 电键S ，导线若干

为了尽量减小实验误差，要求测多组数据．

（1）电流表应选________________，电压表应选__________________． （2）画出实验电路图．

【例5】 解析：（1）器材选择（测量电路）

从减小电表读数引起的偶然误差的角度考虑，两电表及电表与电源间的配置要合理．注意到电源电动势远小于电压表V 2的量程，而跟电压表V 1的量程较接近，若选用电压表V 2来测量电压，其最大偏转量达不到量程的

1

3

，读数时偶然误差太大，所以选用V 1较恰当； 而此时通过电流表的最大电流

图5—9

4

10

A 400A 2.510m m x U I R μ=

==?，因此，电流表A 2与V 1配置较好． （2）电路选择（控制电路）

电路选择主要从滑动变阻器对电路的控制和调节的角度考虑．若采用限流电路控制，注意到测量部分的总电阻约为20k Ω，远大于滑动变阻器的总电阻（1k Ω），要保证电表安全，变阻器分得的电压至少为5V ，阻值应调到10k Ω，显然，限流不能起到保证电表安全的作用，更不能进行有效调节，所以，只能采用分压电路控制，实验电路如图5—10所示．

【点评】 伏安法是测量电阻的一种最基本方法，其原理是部分电路欧姆定律，原理式为x U

R I

=

．分析这类问题的关键是从电表配置要合理选择器材，从对电路的控制和调节选择控制电路．并联分流和串联分压原理是伏安法测电阻原理的迁移和延伸，下例是这类问题的变式．

【变式】 用以下器材测量一待测电阻R x 的阻值（900～1000Ω）： 电源E ，具有一定内阻，电动势约为9.0V ； 电压表V 1，量程为1.5V ，内阻r 1=750Ω； 电压表V 2，量程为5V ，内阻r 2=2500Ω； 滑线变阻器R ，最大阻值约为100Ω； 单刀单掷开关S ，导线若干．

（1）测量中要求电压表的读数不小于其量程的1

3

，试画出测量电阻R x 的一种实验电路原理图(原理图中的元件要用题图中的相应的英文字母标注）．

（2）根据你所画的电路原理图在题给的实物图5—11上画出连线．

（3）若电压表V 1的读数用U 1表示，电压表v 2的读数用U 2表示，则由已知量和测得量表示R x 的公式为R x =____________________．

变式：【点拨】 （1）本题中测量电阻的原理是并联分流或串联分压．由于滑动变阻器的最大阻值远小于测量部分的阻值，且电源电动势大于两电压表的量程，在调节滑动变阻器的过程中，为保证电压表的安全，且其读数有明显的改变，滑动变阻器应采用分压式控制电路，电路原理图如图5—12甲或乙所示．

图5—12

（2）实物连线如图5—13甲或乙所示

图5—

10

图5—13

（3）若采用甲电路，根据并联电路的电流分配关系，211

21x

U U U r r R =+ 解得112

2112

x U r r R U r U r =

-．

若采用乙电路，根据串联电路的电压分配关系，121

1U U U r R

-= 解得2111

()

x U U R r U -=

．

【点评】 本题主要考查电阻测量的原理、电路设计、实物连线等知识，测试设计简单实验方案的能力．①对于内阻已知的电压表，可作电流表使用．使用电表时，必须考虑电表间的量程配置，本题要求电压表读数不小于量程的

1

3

，因此，电压表V 2与V 1的位置不能互换．②进行实物连线时，应注意以下几个问题：a ．直流电表的正、负接线柱（正接线柱应连接在电路电势高端，负接线柱应连接在电路电势低端）；b ．电表的内外接法；c ．滑动变阻器的接法（限流或分压，接通电路后，应使电表读数最小）；d ．开关的连接（应在干路上，闭合前电表读数为零）．

【例6】 为了测定电流表A 1的内阻，采用如图5—14所示的电路．其中：A 1是待测电流表，量程为300μA ，内阻约为100Ω；A 2是标准电流表，量程为200μA ；R 1是电阻箱，阻值范围是0～999.9Ω；R 2是滑动变阻器；R 3是保护电阻；E 是电池组，电动势为4V ，内阻不计；S 1是单刀掷开关．S 2是单刀双掷开关．

图5—14 图5—15

（1）根据电路图，请在图5—15中画出连线，将器材连接成实验电路．

（2）连接好电路，将开关S 2扳到接点a 处，接通开关S 1，调整滑动变阻器R 2使电表A 2的读数是150μA ；然后将开关S 2扳到接点b 处，保护R 2不变，调节电阻R 1，使A 2的读数仍为150μA ．若此时电阻箱各旋钮的位置如图5—16所示，电阻箱的阻值是_______Ω，则待测电流表A 1的内阻R 1=______Ω．