高中物理实验大全_2.docx

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1、高中物理实验大全2020年高三物理第二轮总温习(大纲版)第7专题高考物理实验知识网络考点预测物理实验是高考的主要内容之一（考试大纲）就高考物理实验共列出19个考点，其中力学8个、热学1个、电学8个、光学2个要求会正确使用的仪器主要有：刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器、天平、秒表、电火花计时器或电磁打点计时器、弹簧测力计、温度表、电流表、电压表、多用电表、滑动变阻器、电阻箱等，并且对实验误差问题提出了更明确的要求（考试大纲）中的实验与探究能力要求二、实验题的主要特点物理实验年年考，年年有变化从近年的实验题来看，其显著特点体如今如下两个方面(1)从简单的背诵实验转向分析、理解实验实验原理是物理实验的灵

2、魂近年来，高考物理实验题既不是简单地回答“是什么，也不是背诵“该如何，而是从物理实验情境中理解“为什么，通过分析推理判定“确实是什么，进而了解物理实验的每一个环节(2)从既定的课本学生实验转向变化的创新实验只要创新，试题才有魅力；也只要变化，才能永葆实验考核的活力近年来，既定刻板的学生实验已经从高考物理实验题中淡出，取而代之的是学生尚未接触过的要通过解读物理原理的新颖实验(如应用性、设计性、专题性实验等)创新的实验题能够使能力考核真正落到实处要点归纳一、实验题的归纳与讲明等效法是科学研究中常用的一种思维方法对一些复杂问题采用等效法，可将其变换成理想的、简单的、已知规律的经过来处理，常使问题的解

3、决得以简化因而，等效法也是物理实验中常用的方法如在“验证力的平行四边形定则的实验中，要求用一个弹簧秤单独拉橡皮条时，要与用两个互成角度的弹簧秤同时拉橡皮条时产生的效果一样使结点到达同一位置O，即要在合力与两分力等效的条件下，才能找出它们之间合成与分解时所遵循的关系平行四边形定则又如在“验证动量守恒定律的实验中，用小球的水平位移代替小球的水平速度；在“验证牛顿第二定律的实验中，通过调节木板的倾斜度使重力的分力抵消摩擦力而等效于物体不受摩擦力作用还有，电学实验中电流表的改装、用替换法测电阻等，都是等效法的应用2转换法将某些不易显示、不易直接测量的物理量转化为易于显示、易于测量的物理量的方法称为转换

4、法(间接测量法)转换法是物理实验常用的方法如：弹簧测力计是把力的大小转换为弹簧的伸长量；打点计时器是把流逝的时间转换成振针的周期性振动；电流表是利用电流在磁场中受力，把电流转化为指针的偏转角；用单摆测定重力加速度g是通过公式T2Lg把g的测量转换为T和L的测量，等等3留迹法留迹法是利用某些特殊的手段，把一些霎时即逝的现象(如位置、轨迹等)记录下来，以便于此后对其进行仔细研究的一种方法留迹法也是物理实验中常用的方法如：用打点计时器打在纸带上的点迹记录小车的位移与时间之间的关系；用描迹法描绘平抛运动的轨迹；在“测定玻璃的折射率的实验中，用大头针的插孔显示入射光线和出射光线的方位；在描绘电场中等势线

5、的实验中，用探针通过复写纸在白纸上留下的痕迹记录等势点的位置等等，都是留迹法在实验中的应用4累积法累积法是把某些难以直接准确测量的微小量累积后测量，以提高测量的准确度的一种实验方法如：在缺乏高精细度的测量仪器的情况下测细金属丝的直径，常把细金属丝绕在圆柱体上测若干匝的总长度，然后除以匝数就可求出细金属丝的直径；测一张薄纸的厚度时，常先测出若干页纸的总厚度，再除以被测页数即所求每页纸的厚度；在“用单摆测定重力加速度的实验中，单摆周期的测定就是通过测单摆完成屡次全振动的总时间除以全振动的次数，以减小个人反响时间造成的误差影响等5模拟法模拟法是一种间接实验方法，它是通过与原型类似的模型来讲明原型的规

6、律性的模拟法在中学物理实验中的典型应用是“用描迹法画出电场中平面上的等势线这一实验，由于直接描绘静电场的等势线很困难，而恒定电流的电场与静电场类似，所以用恒定电流的电场来模拟静电场，通过它来了解静电场中等势线的分布情况6控制变量法在多因素的实验中，能够先控制一些量不变，依次研究某一个因素的影响如在“验证牛顿第二定律的实验中，能够先保持质量一定，研究加速度和力的关系；再保持力一定，研究加速度和质量的关系；最后综合得出加速度与质量、力的关系三、实验数据的处理方法1列表法在记录和处理数据时，经常将数据列成表格数据列表能够简单而又明确地表示出有关物理量之间的关系，有助于找出物理量之间联络的规律性列表的

7、要求：(1)写明表的标题或加上必要的讲明；(2)必须交代清楚表中各符号所表示的物理量的意义，并写明单位；(3)表中数据应是正确反映测量结果的有效数字2平均值法现行教材中只介绍了算术平均值，即把测定的数据相加求和，然后除以测量的次数必须注意的是，求平均值时应该按测量仪器的准确度决定应保留的有效数字的位数图象法是物理实验中广泛应用的处理实验数据的方法图象法的最大优点是直观、简便在探索物理量之间的关系时，由图象能够直观地看出物理量之间的函数关系或变化趋势，由此建立经历公式作图的规则：(1)作图一定要用坐标纸，坐标纸的大小要根据有效数字的位数和结果的需要来定；(2)要标明轴名、单位，在轴上每隔一定的间

8、距按有效数字的位数标明数值；(3)图上的连线不一定通过所有的数据点，而应尽量使数据点合理地分布在线的两侧；(4)作图时常通过选取适当的坐标轴使图线线性化，即“变曲为直固然图象法有很多优点，但在图纸上连线时有较大的主观任意性，另外连线的粗细、图纸的大小、图纸本身的均匀程度等，都对结果的准确性有影响四、实验误差的分析及减小误差的方法中学物理中只要求初步了解绝对误差与相对误差、偶尔误差与系统误差的概念，以及能定性地分析一些实验中产生系统误差的主要原因(1)绝对误差与相对误差设某物理量的真实值为A0，测量值为A，则绝对误差为A|AA0|，相对误差为AA0|AA0|A0(2)偶尔误差与系统误差偶尔误差是

9、由于各种偶尔因素对实验的影响而产生的偶尔误差具有随机性，有时偏大，有时偏小，所以能够通太多次测量求平均值的方法减小偶尔误差系统误差是由于仪器本身不够准确，或实验方法粗略，或实验原理不完善而产生的它的特点是使测量值总是偏大或总是偏小所以，采用屡次测量求平均值的方法不能减小系统误差要减小系统误差，必须校准仪器，或改良实验方法，或设计在原理上更为完善的实验方案课本上的学生实验中就有不少减小实验系统误差的方法和措施譬如，在“研究匀变速直线运动的实验中，若使用电磁打点计时器测量，由于电磁打点计时器的振针与纸带之间有较大的且不连续、不均匀的阻力作用，会给加速度的测定带来较大的系统误差；若改用电火花计时器，

10、就能够使这一阻力大为减小，进而减小加速度测定的系统误差再如：在用伏安法测电阻时，为减小电阻测量的系统误差，就要根据待测电阻阻值的大小考虑是采用电流表的外接法还是内接法；在用半偏法测电流表的内阻时(如图71所示)，为减小测量的系统误差，就要使电源的电动势尽量大，使表满偏时限流电阻R比半偏时并联在电流表两端的电阻箱R的阻值大得多图71五、电学实验电路的基本构造及构思的一般程序1电学实验电路的基本构造一个完好的电学实验电路往往包括测量电路与控制电路两部分测量电路：指体现实验原理和测量方法的那部分电路，通常由电表、被测元件、电阻箱等构成控制电路：指提供电能、控制和调节电流(电压)大小的那部分电路，通常

11、由电源、开关、滑动变阻器等构成有些实验电路的测量电路与控制电路浑然一体，不存在明显的分界如“测定电源的电动势和内阻的实验电路2实验电路构思的一般程序实验目的；给定器材的性能参数(2)电表的选择根据被测电阻及给定电源的相关信息，如电源的电动势、被测电阻的阻值范围和额定电流等，估算出被测电阻的端电压及通过它的电流的最大值，以此为根据，选定量程适当的电表(3)测量电路的选择根据所选定的电表以及被测电阻的情况，选择测量电路(估算法、试触法)(4)控制电路的选择通常优先考虑限流式电路，但在下列三种情形下，应选择分压式电路：“限不住电流，即给定的滑动变阻器阻值偏小，即便把阻值调至最大，电路中的电流也会超过

12、最大允许值；给定的滑动变阻器的阻值R太小，即R?Rx，调节滑动变阻器时，对电流、电压的调节范围太小；实验要求电压的调节范围尽可能大，甚至表明要求使电压从零开场变化如描绘小电珠的伏安特性曲线、电压表的校对等实验，通常情况下都采用分压式电路(5)滑动变阻器的选择根据所确定的控制电路可选定滑动变阻器限流式电路对滑动变阻器的要求：a能“限住电流，且保证不被烧坏；b阻值不宜太大或太小，有一定的调节空间，一般选择阻值与负载阻值相近的变阻器分压式电路对滑动变阻器的要求：电阻较小而额定电流较大，I额ER(R为变阻器的总电阻)3电表的反常规用法其实，电流表、电压表假如知道其内阻，它们的功能就不仅仅是测电流或电压

13、因而，假如知道电表的内阻，电流表、电压表就既能够测电流，可以以测电压，还能够作为定值电阻来用，即“一表三用热门、重点、难点一、应用性实验1所谓应用性实验，就是以熟悉和把握实验仪器的详细使用及其在实验中的应用为目的的一类实验；或者用实验方法获得第一手资料，然后用物理概念、规律分析实验，并以解决实际问题为主要目的的实验主要有：仪器的正确操作与使用，如打点计时器、电流表、电压表、多用电表、示波器等，在实验中能正确地使用它们是特别重要的(考核操作、观察能力)；物理知识的实际应用，如科技、交通、生产、生活、体育等众多方面都有物理实验的详细应用问题2应用性实验题一般分为上面两大类，解答时可从下面两方面入手

14、(1)熟悉仪器并正确使用实验仪器名目繁多，详细应用因题而异，所以，熟悉使用仪器是最基本的应用如打点计时器的正确安装和使用，滑动变阻器在电路中起限流和分压作用的不同接法，多用电表测不同物理量的调试等，只要熟悉它们，才能正确使用它们熟悉仪器，主要是了解仪器的构造、性能、量程、工作原理、使用方法、注意事项，怎样排除故障、正确读数和调试，使用后怎样保管等(2)理解实验原理面对应用性实验题，我们一定要通过审题，迅速地理解其实验原理，这样才能将实际问题模型化，运用有关规律去研究它详细地讲，应用性实验题的依托仍然是物理知识、实验的能力要求等解答时不外乎捉住下面几点：明确实验应该解决什么实际问题(分清力学、电

15、学、光学等不同实际问题)；明确实验原理与实际问题之间的关系(直接还是间接)；明确能否仅用本实验能到达解决问题的目的，即能否还要联络其他物理知识，包括数学知识；明确能否需要设计实验方案；明确实际问题的最终结果例1新式游标卡尺的刻度线看起来很“稀疏，使读数显得明晰明了，便于使用者正确读取数据通常游标卡尺的刻度有10分度、20分度和50分度三种规格；新式游标卡尺也有相应的三种，但刻度却是：19mm等分成10份，39mm等分成20份，99mm等分成50份图72就是一个“39mm等分成20份的新式游标卡尺图72(1)它的准确度是_mm(2)用它测量某物体的厚度，示数如图61所示，正确的读数是_cm【解析

16、】(1)游标上20格对应的长度为39mm，即每格长为1.95mm，游标上每格比主尺上每两格小x0.05mm，故准确度为0.05mm(2)这种游标卡尺的读数方法为：主尺读数游标对准刻度x3cm60.005cm3.030cm答案(1)0.05(2)3.030【点评】游标卡尺、螺旋测微器的使用在高考题中频繁出现对游标卡尺的使用要十分注意下面两点：深入理解它的原理：通过游标更准确地量出“0刻度与左侧刻度之间的间距游标对准刻度x；读准有效数据例2图73为一简单欧姆表原理示意图，其中电流表的满偏电流Ig300A，内阻Rg100，可变电阻R的最大值为10k，电池的电动势E1.5V，内阻r0.5，图中与接线柱

17、A相连的表笔颜色应是_色按正确使用方法测量电阻Rx的阻值时，指针指在刻度盘的正中央，则Rx_k若该欧姆表使用一段时间后，电池的电动势变小、内阻变大，但此表仍能调零，按正确使用方法再测上述Rx，其测量结果与原结果相比将_(填“变大、“变小或“不变)2020年高考天津理综卷图73答案红5变大【点评】欧姆表的原理就是闭合电路的欧姆定律，能够作为结论的是：欧姆表正中央的刻度值等于欧姆表的内阻二、测量性实验所谓测量性实验，就是以测量一些物理量的详细、准确数据为主要目的的一类实验，可用仪器、仪表直接读取数据，或者根据实验步骤按物理原理测定实验结果的详细数值测量性实验又称测定性实验，如“用单摆测定重力加速度

18、、“用油膜法估测分子的大小、“测定金属的电阻率、“测定玻璃的折射率等例3如图73所示，将打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开场自由下落，利用此装置能够测定重力加速度图74(1)所需器材有打点计时器(带导线)、纸带、复写纸、带铁夹的铁架台和带夹子的重物，此外还需_(填字母代号)中的器材A直流电源、天平及砝码B直流电流、毫米刻度尺C沟通电源、天平及砝码D沟通电源、毫米刻度尺(2)通过作图的方法能够剔除偶尔误差较大的数据，提高实验的准确程度为使图线的斜率等于重力加速度，除作vt图象外，还可作_图象，其纵轴表示的是_，横轴表示的是_2020年高考天津理综卷答案(1)D(2)v22h速度平方

19、的二分之一重物下落的高度【点评】高中物理中讲述了很多种测量重力加速度的方法，如单摆法、自由落体法、滴水法、阿特伍德机法等图象法是常用的处理数据的方法，其优点是直观、准确，还能容易地剔除错误的测量数据例4现要测量电源B的电动势E及内阻r(E约为4.5V，r约为1.5)，已有下列器材：量程为3V的理想电压表，量程为0.5A的电流表(具有一定内阻)，固定电阻R40，滑动变阻器R，开关S，导线若干(1)画出实验电路原理图图中各元件需用题目中给出的符号或字母标出(2)实验中，当电流表的示数为I1时，电压表的示数为U1；当电流表的示数为I2时，电压表的示数为U2由此可求出，E_，r_(用I1、I2、U1、

20、U2及R表示)【解析】此题是常规伏安法测电源的电动势和内阻实验的情境变式题，此题与课本上实验的区别是电源的电动势大于理想电压表的量程，但题目中提供的器材中有一个阻值不大的固定电阻，这就很容易把该情境变式题“迁移到学过的实验上把固定电阻接在电源的旁边，将其等效成电源的内阻即可(如图甲所示)，再把电压表跨接在它们的两侧显然，“内阻增大，内电压便增大，电压表所测量的外电压相应的减小，通过定量计算，符合实验测量的要求这样，一个新的设计性实验又回归到课本实验上了甲(1)实验电路原理图如图乙所示乙(2)根据EUIr，给定的电源B的电动势E及内阻r是一定的，I和U都随滑动变阻器R的阻值的改变而改变，只要改变

21、R的阻值，即可测出两组I、U数据，列方程组得：EU1I1(Rr)EU2I2(Rr)解得：EI1U2I2U1I1I2，rU2U1I1I2R答案(1)如图乙所示(2)I1U2I2U1I1I2U2U1I1I2R【点评】此题所提供的理想电压表的量程小于被测电源的电动势，需要学生打破课本实验的思维定式，从方法上进行创新，运用所提供的器材创造性地进行实验设计三、测量性实验：“伏安法测电阻规律汇总纵观近几年的实验题，题目年年翻新，没有一个照搬课本中的实验，全是对原有实验的改造、改良，甚至创新，但题目涉及的基本知识和基本技能仍然立足于课本实验实验题作为考察实验能力的有效途径和重要手段，在高考试题中一直占有相当

22、大的比重，而电学实验因其实验理论、步骤的完好性及与大学物理实验结合的严密性，成了高考实验考察的重中之重，测量电阻成为高考考察的焦点伏安法测电阻是测量电阻最基本的方法，常涉及电流表内外接法的选择与滑动变阻器限流、分压式的选择，前者是考虑减小系统误差，后者是考虑电路的安全及保证可读取的数据另外，考题还常设置障碍让考生去克制，如没有电压表或没有电流表等，这就要求考生根据实验要求及提供的仪器，发挥思维迁移，将已学过的电学知识和实验方法灵敏地运用到新情境中去这样，就有效地考察了考生设计和完成实验的能力一、伏安法测电阻的基本原理1基本原理伏安法测电阻的基本原理是欧姆定律RUI即可由欧姆定律计算出该元件的阻

23、值2测量电路的系统误差(1)当Rx远大于RA或临界阻值RARVR真图75(2)当Rx远小于RV或临界阻值RARVRx时，采用电流表外接(如图76所示)采用电流表外接时，系统误差使得电阻的测量值小于真实值，即R测用电器的额定电流时，必须选用滑动变阻器的分压连接方式；当用电器的电阻远大于滑动变阻器的总电阻值，且实验要求的电压变化范围较大(或要求测量多组实验数据)时，必须选用滑动变阻器的分压接法；要求某部分电路的电压从零开场可连续变化时，必须选用滑动变阻器的分压连接方式图784常见的测量电阻的方法例5从下表中选出适当的实验器材，设计一电路来测量电流表的内阻r1要求方法简捷，有尽可能高的测量精度，并能

24、测得多组数据 (1)画出电路图，标明所用器材的代号(2)若选测量数据中的一组来计算r1，则所用的表达式r1_，式中各符号的意义是：_【解析】根据所列仪器的特点，电流表的内阻已知，由此可采用两电流表并联由于两电流表两端的电压相等，即可省去电压的测量，进而减小实验误差，由I2r2I1r1，得r1I2r2I1答案(1)电路图如下图 (2)I2r2I1I1、I2分别为、的示数【点评】分析题意可知需测量电流表的内阻，按常规方法应用伏安法，将电压表并联在待测电流表两端，但经分析可知即便该电流表满偏，其两端的电压也仅为0.4V，远小于量程10V这恰恰就是此题设计考核学生应变能力的“陷阱此题可以理解为“将已知

25、内阻的电流表当成电压表使用，这实际也是伏安法的一种推广形式例6有一根圆台状匀质合金棒如图79甲所示，某同学猜想其电阻的大小与该合金棒的电阻率、长度L和两底面直径d、D有关他进行了如下实验：图79(1)用游标卡尺测量合金棒的两底面直径d、D和长度L图68乙中的游标卡尺(游标尺上有20个等分刻度)的读数L_cm(2)测量该合金棒电阻的实物电路如图68丙所示(相关器材的参数已在图中标出)该合金棒的电阻约为几个欧姆图中有一处连接不当的导线是_(用标注在导线旁的数字表示)图79丙(3)改正电路后，通过实验测得合金棒的电阻R6.72根据电阻定律计算电阻率为、长为L、直径分别为d和D的圆台状合金棒的电阻分别

26、为Rd13.3、RD3.38他发现：在误差允许范围内，电阻R知足R2RdRD，由此推断该圆台状合金棒的电阻R_(用、L、d、D表述)2020年高考江苏物理卷【解析】(1)游标卡尺的读数，按步骤进行则不会出错首先，确定游标卡尺的精度为20分度，即为0.05mm；然后以毫米为单位从主尺上读出整毫米数99.00mm，注意小数点后的有效数字要与精度一样；再从游标尺上找出对的最齐一根刻线，精度格数0.058mm0.40mm；最后两者相加，根据题目单位要求换算为需要的数据，99.00mm0.40mm99.40mm9.940cm(2)本实验为测定一个几欧姆的电阻，在用伏安法测量其两端的电压和通过电阻的电流时

27、，由于安培表的内阻较小，为了减小误差，应用安培表外接法，线的连接使用的是安培表内接法(3)审题是关键，弄清题意也就能够找到解题的方法根据电阻定律计算电阻率为、长为L、直径分别为d和D的圆柱状合金棒的电阻分别为：Rd13.3，RD3.38即RdL?d22，RDL?D22而电阻R知足R2RdRD将Rd、RD代入得：R4LdD答案(1)9.940(2)(3)4LdD三、设计性实验1所谓设计性实验，就是根据实验目的，自主地运用把握的物理知识、实验方法和技能，完成实验的各环节(实验目的、对象、原理、仪器选择、实验步骤、数据处理等)，拟定实验方案，分析实验现象，并在此基础上作出适当评价2设计性实验的显著特点：一样的实验内容可设计不同的经过和方法，实验思维可另辟蹊径，如设计出与常见实验(书本曾经介绍过的实验)有所变化的实验以控制实验条件到达实验目的而设计的实验问题，不受固有实验思维束缚，完全是一种源于书本、活于书本，且新颖的设计性实验例7请完成下面两小题(1)某同学在家中尝试验证平行四边形定则，他找到三条一样的橡皮筋(遵循胡克定律)和若干小重物，以及刻度尺、三角板、铅笔、细绳、白纸、钉子，设计了如下实验：如图710甲所示，将两条橡皮筋的一端分别挂在墙上的两个钉子A、B上，另一端与第三条橡皮筋连接，结点为O，将第三条橡皮筋的另一端通过细绳挂一重物