三維創(chuàng)新設(shè)計(jì)高考物理二輪復(fù)習(xí)講義廣東專(zhuān)版第一部分專(zhuān)題實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)

三維創(chuàng)新設(shè)計(jì)高考物理二輪復(fù)習(xí)講義廣東專(zhuān)版第一部分專(zhuān)題實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)一、有效數(shù)字(1)指帶有一位不可靠數(shù)字的近似數(shù)據(jù)。有效數(shù)字的最后一位是測(cè)量者估讀出來(lái)的，是不可靠的，也是誤差所在位。(2)從數(shù)字左邊第一個(gè)不為零的數(shù)字算起，如0.0125為三位有效數(shù)字。二、基本儀器的使用1．長(zhǎng)度測(cè)量類(lèi)儀器(1)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)游標(biāo)尺(mm)精度(mm)測(cè)量結(jié)果(游標(biāo)尺上第n條刻度線與主尺上的某刻度線對(duì)齊時(shí))(mm)刻度格數(shù)刻度總長(zhǎng)度每小格與1毫米差1090.10.1主尺上讀的毫米數(shù)＋0.1n20190.050.05主尺上讀的毫米數(shù)＋0.05n50490.020.02主尺上讀的毫米數(shù)＋0.02n(2)螺旋測(cè)微器的讀數(shù)測(cè)量值＝固定刻度整毫米數(shù)＋半毫米數(shù)＋可動(dòng)刻度讀數(shù)(含估讀)×0.01mm。(3)關(guān)于估讀問(wèn)題：游標(biāo)卡尺不需要估讀；螺旋測(cè)微器需要估讀，精確度是0.01mm，讀數(shù)時(shí)要估讀到0.001mm。2．時(shí)間測(cè)量類(lèi)儀器(1)機(jī)械秒表。①原理：機(jī)械秒表的長(zhǎng)針是秒針，轉(zhuǎn)一周是30s。因?yàn)闄C(jī)械表采用的是齒輪傳動(dòng)，指針不可能停留在兩小格之間，所以不能估讀出比0.1s更短的時(shí)間。位于秒表上部中間的小圓圈里面的短針是分針，表針走一圈為15min，每小格為0.5min。②秒表的讀數(shù)方法是：t＝短針讀數(shù)(t1)＋長(zhǎng)針讀數(shù)(t2)。③特別注意：分針?biāo)肝恢檬欠褚言竭^(guò)半分鐘刻度線，且秒針讀數(shù)無(wú)需估讀。(2)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。工作電源電壓打點(diǎn)間隔電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器交流50Hz4V～6V0.02s電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器交流50Hz220V0.02s(3)頻閃照相機(jī)：其作用和處理方法與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器類(lèi)似，它是用等時(shí)間間隔獲取圖像信息的方法將物體在不同時(shí)刻的位置記錄下來(lái)，使用時(shí)要明確頻閃的時(shí)間間隔。3．電學(xué)測(cè)量類(lèi)儀器(1)電流表、電壓表、歐姆表的比較。(2)多用電表使用的幾個(gè)注意事項(xiàng)：①電流的流向：由于使用多用電表時(shí)不管測(cè)量項(xiàng)目是什么，電流都要從電表的“＋”插孔(紅表筆)流入，從“－”插孔(黑表筆)流出，所以使用歐姆擋時(shí)，多用電表內(nèi)部電池的正極接的是黑表筆，負(fù)極接的是紅表筆。②要區(qū)分開(kāi)“機(jī)械零點(diǎn)”與“歐姆零點(diǎn)”：“機(jī)械零點(diǎn)”在表盤(pán)刻度左側(cè)“0”位置。調(diào)整的是表盤(pán)下邊中間的定位螺旋；“歐姆零點(diǎn)”在表盤(pán)刻度的右側(cè)電阻刻度“0”位置，調(diào)整的是歐姆擋的調(diào)零旋鈕。4．電路調(diào)節(jié)類(lèi)儀器滑動(dòng)變阻器是一個(gè)可以連續(xù)改變阻值的可變電阻，常用于調(diào)節(jié)電路中的電流大小及兩點(diǎn)間的電壓；電阻箱不能連續(xù)改變阻值，但可讀取阻值，在用半偏法、替代法測(cè)電阻時(shí)有所體現(xiàn)。(1)滑動(dòng)變阻器調(diào)節(jié)電路的兩種方式如下表所示。方式內(nèi)容限流接法分壓接法對(duì)比說(shuō)明電路圖串、并聯(lián)關(guān)系不同(2)滑動(dòng)變阻器連接方式的選擇。優(yōu)先選用限流式；以下情況考慮分壓式：①要求待測(cè)電阻兩端的U、I從0變化；②R滑?Rx；③實(shí)驗(yàn)提供的電壓表或電流表量程小或電阻元件允許流過(guò)的電流較小，用限流接法無(wú)論如何調(diào)節(jié)都不能滿足要求。5．電學(xué)實(shí)驗(yàn)器材的選取(1)具體要求：①根據(jù)不使電表受損和盡量減小誤差的原則選擇電表。首先保證流過(guò)電流表的電流和加在電壓表上的電壓均不超過(guò)量程，然后合理選擇量程，務(wù)必使指針有較大偏轉(zhuǎn)(一般取滿偏的1/3～2/3左右)，以減少測(cè)量和讀數(shù)的誤差。②根據(jù)電路中可能出現(xiàn)的電流或電壓范圍需選擇滑動(dòng)變阻器，注意流過(guò)滑動(dòng)變阻器的電流不能超過(guò)它的額定值。對(duì)大阻值的變阻器，如果是滑動(dòng)頭稍有移動(dòng)，電流、電壓就會(huì)有很大的變化，不宜采用。③應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)的基本要求來(lái)選擇儀器，對(duì)于這種情況，只有熟悉實(shí)驗(yàn)原理，才能作出恰當(dāng)?shù)倪x擇。(2)選取步驟：①找出唯一且必須的器材；②畫(huà)出電路圖(暫不把電表接入)；③估算最大值(在限流電路中把滑動(dòng)變阻器觸頭推向最小值)；或估算最小值(在限流電路中把滑動(dòng)變阻器觸頭推向最大值)；④考慮能否使電壓表、電流表都達(dá)到滿偏的1/3以上。三、電流表內(nèi)、外接法的比較與選擇1．兩種接法的比較比較項(xiàng)目電流表內(nèi)接法電流表外接法電路誤差原因由于電流表內(nèi)阻的分壓作用，電壓表測(cè)量值偏大由于電壓表內(nèi)阻的分流作用，電流表測(cè)量值偏大2．選擇電流表內(nèi)、外接的方法內(nèi)接法外接法計(jì)算法

試觸法若不知Rx的大概阻值，可采用“試觸法”，將電路如圖所示連接，空出電壓表的一個(gè)接頭S，然后將S分別與a、b接觸一下若電流表“相對(duì)變化”明顯，說(shuō)明電壓表分流作用較大，應(yīng)采用電流表內(nèi)接法若電壓表“相對(duì)變化”明確，說(shuō)明電流表分壓作用較大，應(yīng)采用電流表外接法四、實(shí)驗(yàn)方法1．等效法這是物理學(xué)中一個(gè)重要和常用的思維方法，當(dāng)某一個(gè)物理量不能或不易直接測(cè)量時(shí)，如果可以用另一個(gè)物理量代替它而又不影響問(wèn)題的實(shí)質(zhì)時(shí)，我們就可以接受這種方案，這種方法叫等效法。如驗(yàn)證平行四邊形定則時(shí)把結(jié)點(diǎn)拉至同一點(diǎn)O處。2．控制變量法在三個(gè)以上因素可以變化的實(shí)驗(yàn)中，為了找出它們之間的關(guān)系，排除干擾，可以先保持一些量不變，而觀察其中一個(gè)量的變化對(duì)另一個(gè)物理量的影響，這種方法叫控制變量法。比如：在“驗(yàn)證牛頓第二定律”的實(shí)驗(yàn)中，先控制質(zhì)量不變，研究加速度與力之間的關(guān)系，然后控制力不變，研究加速度和質(zhì)量之間的關(guān)系，最后得到三者關(guān)系的結(jié)論。3．留跡法把瞬息即逝的現(xiàn)象(位置、軌跡、圖像)記錄下來(lái)，以便從容地測(cè)量、比較、研究的方法。例如：在“測(cè)定勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度”、“驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律”、“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”等實(shí)驗(yàn)中，就是通過(guò)紙帶上打出的點(diǎn)記錄下小車(chē)(或重物)在不同時(shí)刻的位置(位移)及所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻，從而計(jì)算小車(chē)在各個(gè)位置或時(shí)刻的速度并求出加速度；又如利用閃光照相記錄自由落體運(yùn)動(dòng)的軌跡等，都采用了留跡法。4．累積法(放大法)把某些難以直接準(zhǔn)確測(cè)量的微小量累積后測(cè)量，提高測(cè)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(cè)量變成可能，同時(shí)提高測(cè)量精度。例如：測(cè)一張紙的厚度時(shí)，我們可以測(cè)出n張紙的厚度，然后再算出一張紙的厚度；在處理紙帶問(wèn)題時(shí)，通常每隔幾個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，從而減小測(cè)量誤差等。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理1．處理方法(1)平均值法。用測(cè)定的若干組數(shù)據(jù)計(jì)算后取其平均值。平均值法可以較好地減小偶然誤差。求取平均值時(shí)應(yīng)該按原來(lái)測(cè)量?jī)x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。例如：在測(cè)定玻璃折射率的實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)分別求出各組數(shù)據(jù)算出的折射率后再求平均，而不是各組數(shù)據(jù)取平均再求折射率。(2)列表法。列表法是記錄和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基本方法。將實(shí)驗(yàn)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(duì)應(yīng)關(guān)系，既有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)和檢查實(shí)驗(yàn)中存在的問(wèn)題，判斷測(cè)量結(jié)果的合理性，又有助于分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，找出有關(guān)物理量之間的規(guī)律。列表時(shí)表格要直觀地反映相關(guān)物理量之間的關(guān)系，一般把自變量寫(xiě)在前邊，因變量緊接著寫(xiě)在后邊，便于分析。另外，表格中所列數(shù)據(jù)要正確反映測(cè)量值的有效數(shù)字。(3)作圖法。利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，將實(shí)驗(yàn)中物理量之間的函數(shù)關(guān)系用幾何圖線表示出來(lái)，這種方法稱為作圖法。作圖法不僅能簡(jiǎn)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(shí)，所作的圖線對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)起到取平均值的作用，從而減小隨機(jī)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(shí)驗(yàn)中的某些測(cè)量錯(cuò)誤等。(4)逐差法。逐差法是物理實(shí)驗(yàn)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(shí)，便可采用逐差法求出應(yīng)變量的平均變化值。逐差法計(jì)算簡(jiǎn)便，特別是在檢查數(shù)據(jù)時(shí)，可隨測(cè)隨檢，及時(shí)發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)和數(shù)據(jù)規(guī)律，更重要的是可充分地利用已測(cè)到的所有數(shù)據(jù)，并具有對(duì)數(shù)據(jù)取平均值的效果。還可繞過(guò)一些具有定值的未知量，而求出所需要的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可減小系統(tǒng)誤差和擴(kuò)大測(cè)量范圍。2．誤差誤差產(chǎn)生原因大小特點(diǎn)減小方法系統(tǒng)誤差實(shí)驗(yàn)儀器不精密實(shí)驗(yàn)原理不完善實(shí)驗(yàn)方法粗糙總是偏大或偏小更新儀器完善實(shí)驗(yàn)原理偶然誤差測(cè)量、讀數(shù)不準(zhǔn)確忽大忽小畫(huà)圖像或取平均值某同學(xué)用游標(biāo)卡尺和螺旋測(cè)微器分別測(cè)量一薄金屬圓片的直徑和厚度，讀出圖9－1－1中的示數(shù)，該金屬圓片的直徑的測(cè)量值為_(kāi)_______cm，厚度的測(cè)量值為_(kāi)____mm。圖9－1－1[自主嘗試]根據(jù)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)公式知，該讀數(shù)為：12mm＋8×0.05mm＝12.40mm＝1.240cm，根據(jù)螺旋測(cè)微器的讀數(shù)公式知，該讀數(shù)為：1．5mm＋18.2×0.01mm＝1.682mm。[答案]

1.240

1.682(2011·天津高考)某同學(xué)測(cè)量阻值約為

25kΩ的電阻Rx，現(xiàn)備有下列器材：A．電流表(量程

100μA，內(nèi)阻約

2kΩ)；B．電流表(量程

500μA，內(nèi)阻約

300Ω)；C．電壓表(量程

15V，內(nèi)阻約

100kΩ)；D．電壓表(量程

50V，內(nèi)阻約

500kΩ)；E．直流電源(20V，允許最大電流

1A)；F．滑動(dòng)變阻器(最大阻值

1kΩ，額定功率

1W)；G．電鍵和導(dǎo)線若干。電流表應(yīng)選________，電壓表應(yīng)選________。(填字母代號(hào))該同學(xué)正確選擇儀器后連接了以下電路，為保證實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行，并使測(cè)量誤差盡量減小，實(shí)驗(yàn)前請(qǐng)你檢查該電路，指出電路在接線上存在的問(wèn)題：圖9－1－2(1)_____________________________________________；(2)____________________________________________。[答案]

B

C

(1)電流表應(yīng)采用內(nèi)接的方法(2)滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓式接法為了測(cè)量電流表A1的內(nèi)阻，某同學(xué)采用如圖9－1－3所示的實(shí)驗(yàn)電路。其中：圖9－1－3A1是待測(cè)電流表，量程為300μA，內(nèi)阻約為100Ω；A2是標(biāo)準(zhǔn)電流表，量程是200μA；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是單刀單擲開(kāi)關(guān)，S2是單刀雙擲開(kāi)關(guān)。(1)①實(shí)驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器采用_____接法(填“分壓”或“限流”)；②根據(jù)電路的實(shí)物圖，請(qǐng)畫(huà)出實(shí)驗(yàn)電路圖。(2)請(qǐng)將該同學(xué)的操作補(bǔ)充完整：①連接好電路，將滑動(dòng)變阻器R2的滑片移到最________(填“左端”或“右端”)；將開(kāi)關(guān)S2扳到接點(diǎn)a處，接通開(kāi)關(guān)S1；調(diào)整滑動(dòng)變阻器R2，使電流表A2的讀數(shù)是150μA；②將開(kāi)關(guān)S2扳到接點(diǎn)b處，________，使電流表A2的讀數(shù)仍是150μA；③若此時(shí)電阻箱各旋鈕的位置如圖9－1－4所示，則待測(cè)電流表A1的內(nèi)阻Rg＝________Ω。圖9－1－4(3)上述實(shí)驗(yàn)中，無(wú)論怎樣調(diào)整滑動(dòng)變阻器R2的滑片位置，都要保證兩只電流表的安全。在下面提供的四個(gè)電阻中，保護(hù)電阻R3應(yīng)選用________。(填寫(xiě)阻值前相應(yīng)的字母)A．200kΩ

B．20kΩC．15kΩ D．150kΩ[自主嘗試]

(1)①由實(shí)驗(yàn)電路可以看出，滑動(dòng)變阻器為限流接法。②電路圖如圖所示。(2)在閉合開(kāi)關(guān)之前應(yīng)將滑動(dòng)變阻器的滑片放在電路最安全處，即最左端；先將開(kāi)關(guān)S2扳到接點(diǎn)a處，接通開(kāi)關(guān)S1，調(diào)整滑動(dòng)變阻器R2，使電流表A2的讀數(shù)是150μA，然后將開(kāi)關(guān)S2扳到接點(diǎn)b處，保持R2不變，調(diào)節(jié)電阻箱R1，使電流表A2的讀數(shù)仍是150μA，在電阻箱上讀出阻值，即為待測(cè)電流表A1的內(nèi)阻。(3)要保證電表安全，電流表不能超過(guò)量程，且通過(guò)的電流不能