2016年高考物理實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)建議

編輯: 逍遙路 關(guān)鍵詞: 高中物理 來源: 高中學(xué)習(xí)網(wǎng)


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一、加強(qiáng)對基本儀器的使用原理及讀數(shù)的復(fù)習(xí)

基本實(shí)驗(yàn)儀器的使用和讀數(shù)是實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ),特別是對刻度尺、螺旋測微器、游標(biāo)卡尺、多用電表的正確讀數(shù)每年必考。我們在復(fù)習(xí)時(shí)一定要深刻理解其測量原理,學(xué)會(huì)準(zhǔn)確讀數(shù)。

例1 圖1給出的是用螺旋測微器測量一小鋼球的直徑的示數(shù),此讀數(shù)是mm。

解析:螺旋測微器的基本測量原理是通過可動(dòng)刻度的放大原理,即將0.5mm等分為50等份,每一等份表示0.01mm。其讀數(shù)規(guī)則為:先將可動(dòng)刻度尺的邊緣所對的固定刻度線讀出整毫米(或半毫米)數(shù),再看固定刻度尺上的長橫線與可動(dòng)刻度相對的小于0.5mm的數(shù),以上兩部分相加就是螺旋測器的讀數(shù)。圖1中固定刻度尺讀數(shù)為5.5mm,可動(dòng)刻度尺上讀數(shù)為0.201mm,最后的1是估讀出來的,故該次測量的讀數(shù)為5.701mm。

例2 有一種游標(biāo)卡尺,與普通游標(biāo)卡尺不同,它游標(biāo)尺的刻線看起來就很稀疏,使得讀數(shù)時(shí)清晰明了,方便了使用者正確讀取數(shù)據(jù)。

(1)如果此游標(biāo)尺的刻線是將39mm等分成20份那么它的準(zhǔn)確度是mm。

(2)用游標(biāo)卡尺測量某一物體的厚度,如圖2所示,正確的讀數(shù)是mm。

解析:普通游標(biāo)卡尺有三種,一種是將9mm分成10個(gè)格,最小刻度是1/10=0.1mm。第二種是將19mm分成20個(gè)格,最小刻度是1/20=0.05mm。第三種是將49mm分成50個(gè)格,最小刻度是0.02mm。游標(biāo)卡尺的讀法:通常以毫米為單位,由游標(biāo)的零刻度線左側(cè)的主尺讀出整毫米數(shù),再由游標(biāo)尺中跟主尺刻度線正對齊的第n條線讀出小數(shù)部分,為最小刻度n。

(1)圖2中新式游標(biāo)卡尺將39mm等分成20份,每份是39/20=1.95mm,與2mm的整數(shù)之差為2.00-1.95=0.05mm,所以它的準(zhǔn)確度是0.05mm。

(2)因?yàn)橛螛?biāo)尺的第五條刻度線與主尺刻度對齊,所以讀數(shù)為31.25mm

讀數(shù)還可以算出來,如圖2所示,31+(10-9.75)=31.25mm

評析:看來這種新式卡尺與傳統(tǒng)卡尺的準(zhǔn)確度以及讀數(shù)方法是一模一樣的,只是新式游標(biāo)尺的刻度較大,比原刻度多出了一個(gè)整數(shù)毫米而已。另外注意游標(biāo)卡尺不需要估讀,所以讀出的數(shù),若以mm位單位,小數(shù)點(diǎn)后的位數(shù)應(yīng)與最小刻度的位數(shù)一致。

例3 用歐姆表測電阻Rx,粗測時(shí)用100擋,調(diào)零后進(jìn)行測量,發(fā)現(xiàn)指針偏轉(zhuǎn)角太小,為了獲得較為準(zhǔn)確的測量值,繼續(xù)測量時(shí)的正確做法是。

解析:歐姆表測電阻時(shí),被測電阻Rx為歐姆表盤讀數(shù)x乘以所選倍率k,即:Rx=kx。歐姆表盤的刻度是不均勻的,且電阻刻度值逆時(shí)針增大。測量時(shí)歐姆表的指針在表盤的中間部分時(shí)讀數(shù)最準(zhǔn)確。而題中測量時(shí)用100擋,發(fā)現(xiàn)指針偏轉(zhuǎn)角太小,即讀數(shù)x太大,為了使讀數(shù)減小,必須增大倍率k,即將選擇開關(guān)換至1000擋,重新調(diào)零后再測量。

二、靈活選用實(shí)驗(yàn)器材,培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力

選用實(shí)驗(yàn)器材一般應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理掌握可行、精確和方便的原則?尚惺侵高x用的實(shí)驗(yàn)器材要能保持實(shí)驗(yàn)的正常進(jìn)行;精確是指選用的實(shí)驗(yàn)器材要考慮盡可能減小實(shí)驗(yàn)誤差;方便是指選用的實(shí)驗(yàn)器材要便于操作。根據(jù)解決問題的需要,已知內(nèi)阻的電流表可當(dāng)電壓表使用,已知內(nèi)阻的電壓表可當(dāng)電流表使用,電阻箱與電流表或電壓表配合使用可用于測電壓或電流等均體現(xiàn)出儀器選擇中的靈活性。

在電學(xué)物理量的測量和其他電學(xué)實(shí)驗(yàn)中,通常還會(huì)遇到實(shí)驗(yàn)線路的選擇問題,如伏安法測電阻時(shí)電流表內(nèi)接法和外接法的選擇;滑動(dòng)變阻器改變電路中電流或電壓時(shí)串聯(lián)限流和并聯(lián)分壓兩種接法的選擇。對于伏安法測電阻線路的選擇,可采用阻值比較法或?qū)嶒?yàn)試探法。對于變阻器接法的選擇,若變阻器阻值較大時(shí),宜采用串聯(lián)限流式;若變阻器阻值較小時(shí),宜采用并聯(lián)分壓式。

例4 為了測量量程為3V的電壓表V的內(nèi)阻(內(nèi)阻約2000),實(shí)驗(yàn)室可以提供的器材有:電流表A1,量程為0.6A,內(nèi)阻約為0.1電壓表V2,量程為5V,內(nèi)阻約為3500電阻箱R1的阻值范圍為0~99.9電阻箱R2阻值范圍為0~9999滑動(dòng)變阻器R3的最大阻值約為100,額定電流1.5A;電源E,電動(dòng)勢6V,內(nèi)阻約0.5單刀單擲開關(guān)S,導(dǎo)線若干。

(1)請從上述器材中選擇必要的器材,設(shè)計(jì)一個(gè)測量電壓表V的內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)電路,畫出電路原理圖(圖中的元件要用題中相應(yīng)的英文字母標(biāo)注),要求測量盡量準(zhǔn)確。

(2)寫出計(jì)算電壓表V的內(nèi)阻Rv的計(jì)算公式為Rv=________。

解析:由于電源電動(dòng)勢E比電壓表V的量程大的多,而滑動(dòng)變阻器R3又比電壓表V的內(nèi)阻小的多,所以滑動(dòng)變阻器只能選用分壓式接法.不少考生解答此題,毫不猶豫地套用伏安法,由于沒有考慮待測電壓表的量程為3V,內(nèi)阻約為2000,電壓表中的最大電流為1.5mm,電流表的量程太大,而導(dǎo)致設(shè)計(jì)出如圖3所示的錯(cuò)誤電路。

若選用V和V2配合使用測電阻箱R2兩端電壓(不能選R1的原因是R1的總阻值相對Rv而言太小,無法起到很好的分壓作用),同樣可測得流過V的電流而達(dá)到測量Rv的目的,如是可設(shè)計(jì)出如圖4所示電路圖。閉合開關(guān),電壓表V的示數(shù)為U,電壓表V2的示數(shù)為U2,電阻箱R2的讀數(shù)為R。根據(jù)歐姆定律,利用通過電壓表的電流與電阻箱R1的電流相等,算出電壓表的電阻為

。

三、注重對課本基本學(xué)生實(shí)驗(yàn)原理的理解和延伸,培養(yǎng)發(fā)散思維能力

針對高考實(shí)驗(yàn)命題素材主要來自教材中的學(xué)生實(shí)驗(yàn),即不脫離教材而又不拘泥于教材這一特點(diǎn),我們可將學(xué)生實(shí)驗(yàn)在內(nèi)容上進(jìn)行延伸討論。例如:

1.長度的測量:延伸到游標(biāo)卡尺的放大原理;微小量的測量方法。

2.研究勻變速直線運(yùn)動(dòng):延伸到測量速度、加速度的多種方法。

3.探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系:研究材料形變的方法;研究彈簧壓縮;研究決定彈簧K值的因素;F-X圖象等。

4.驗(yàn)證力的平行四邊形定則:等效法。

5.驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律:巧妙設(shè)計(jì),將不可測量量轉(zhuǎn)化為可測量量。

6.研究平拋物體的運(yùn)動(dòng):留跡法;采用其它方法,如數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)拍照法。

7.驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律:驗(yàn)證的其它方案。

8.用單擺測重力加速度:測g的其它方法;利用T2-L圖象求g。

9.用油膜法估測分子的大。簻y微觀量的方法。

10.用軌跡法描出穩(wěn)恒電流場中平面的等勢線:其它電場的等勢線研究,如點(diǎn)電荷電場、平行帶電板間電場等。

11.測定金屬的電阻率(練習(xí)使用螺旋測微器):螺旋測微器的放大原理測定電阻的其它方案。

12.描繪小燈泡的伏安特性曲線:線性與非線性元件的伏安特性曲線,實(shí)驗(yàn)條件的控制。

13.把電流表改裝為電壓表:改裝原理討論;半偏法測表頭內(nèi)阻;其它方案設(shè)計(jì)。

14.測電源電動(dòng)勢和內(nèi)阻:其它測定方案設(shè)計(jì)。

14.用多用電表探索黑箱內(nèi)的電學(xué)元件:探究未知事物的方法。

15.練習(xí)使用示波器:使用新儀器,示波管工作原理。

16.傳感器的簡單使用:各種傳感器的信息轉(zhuǎn)換與記錄原理。

17.測定玻璃的折射率:測量折射率的其它方法。

18.用雙縫干涉測光的波長:器材、安裝、原理分析;現(xiàn)象明顯與否條件的討論等。

現(xiàn)以測量電源電動(dòng)勢和內(nèi)阻作如下示例供同學(xué)們參考:

實(shí)驗(yàn)原理:如圖5,改變滑動(dòng)變阻器R接入電路的阻值,從電流表和電壓表讀出幾組I、U的數(shù)值,通過多次測量作出圖6中的實(shí)線,由閉合電路歐姆定律U=E-IR知,此實(shí)線的延長線和縱軸的交點(diǎn)為電動(dòng)勢的測量值E,和橫軸的交點(diǎn)為短路電流I0,那么電池的內(nèi)電阻為

。

誤差分析:由于圖5中電壓表的分流作用,實(shí)際上干路電流比電流表的測量值大IV,在圖6中作出修正,可畫出傾斜虛線所示U-I圖象。該直線和縱軸的交點(diǎn)E0為電池電動(dòng)勢的準(zhǔn)確值。比較圖6中兩斜線可知,用此法測得的電動(dòng)勢和內(nèi)電阻都比真實(shí)值偏小。而選用內(nèi)電阻越大的電壓表,這一誤差越小。為了減小系統(tǒng)誤差,要求RvRA+R,這一條件易于滿足,所以實(shí)驗(yàn)時(shí)一般采用原理圖5。

拓展:由于已知電壓的電阻可充當(dāng)電流表角色,所以可將圖5中電流表A和滑動(dòng)變阻器用電阻箱替代,變形成如圖7所示原理圖。

當(dāng)然還可等效為原理圖8。

由于原理圖7、8是由原理圖5等效變形而來,則可知這種U-R法測得的電源電動(dòng)勢及內(nèi)阻也必然偏小。

例5 如圖9中甲所示為一黑箱裝置,盒內(nèi)有電源、電阻等元件,a、b為黑箱的兩個(gè)輸出端。

(1)為了探測黑箱,某同學(xué)進(jìn)行了以下幾步測量:A.用多用電表的電阻擋測量ab間的電阻;B.用多用電表的電壓擋測量ab間的輸出電壓;C.用多用電表的電流擋測量ab間的輸出電流。你認(rèn)為以上測量中不妥的有(填序號),理由是。

(2)含有電源的黑箱相當(dāng)于一個(gè)等效電源,ab等效電源的兩極.為了測定這個(gè)等效電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻,該同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖乙所示的電路,調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的阻值,記錄下電壓表和電流表的示數(shù),并在方格紙上建立了U-I坐標(biāo),根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出了坐標(biāo)點(diǎn),如圖丙所示.請你進(jìn)一步處理,并由圖求出等效電源的電動(dòng)勢E=V,內(nèi)阻r=。

(3)由于電壓表和電流表的內(nèi)阻,會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)誤差,則采用此測量電路所測得的電動(dòng)勢與實(shí)際值相比,測得的內(nèi)阻與實(shí)際值相比(填偏大、偏小或相同)

解析:(1)以上測量中不妥的有A、C;理由是:A.不能用多用電表的歐姆擋測量含電源的電阻;B.可能造成短路而燒壞電表。

(2)如圖10所示,用直線將描得的點(diǎn)連接起來,要使更多的點(diǎn)在直線上,其它的點(diǎn)盡量分布在直線兩側(cè).在圖上直接讀出電源的電動(dòng)勢為1.45V,取直線上的兩點(diǎn)算出直線斜率的絕對值就是電源的內(nèi)阻r=0.73。

(3)圖9-乙測量原理圖與上述原理圖5一樣,所以誤差情形一樣,即測量值均偏小。

四、注重教材的演示實(shí)驗(yàn)和課后小實(shí)驗(yàn),加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)實(shí)際操作能力的培養(yǎng)與訓(xùn)練

隨著高考改革的不斷深入,高考考查的知識面越來越寬,僅靠一些學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,近幾年高考試題中不斷出現(xiàn)演示實(shí)驗(yàn)、課后小實(shí)驗(yàn)。如06年江蘇卷考察了光電效應(yīng)現(xiàn)象的演示實(shí)驗(yàn);全國理綜I卷考查了共振現(xiàn)象的演示實(shí)驗(yàn)等。所以復(fù)習(xí)實(shí)驗(yàn)時(shí)一定要全面了解所有的演示實(shí)驗(yàn)及課后小實(shí)驗(yàn)。學(xué)校實(shí)驗(yàn)室應(yīng)盡可能地向?qū)W生開放,使學(xué)生能親自動(dòng)手做做所有演示實(shí)驗(yàn)、課后小實(shí)驗(yàn)及分組實(shí)驗(yàn),在操作過程中提高實(shí)驗(yàn)?zāi)芰。由于現(xiàn)在的高考還不能讓學(xué)生在考場上動(dòng)手操作實(shí)驗(yàn),而只能通過卷面來體現(xiàn),畫電路圖、實(shí)物圖、電路連線題等就是考查學(xué)生實(shí)際操作能力的實(shí)驗(yàn)題。所以在訓(xùn)練實(shí)際動(dòng)手能力的同時(shí),還應(yīng)訓(xùn)練學(xué)生如何把已經(jīng)獲取的實(shí)際操作能力在試卷上表達(dá)出來。

五、總結(jié)語

通過對基本演示、分組實(shí)驗(yàn)的復(fù)習(xí)、操作,應(yīng)達(dá)到這樣幾個(gè)目的:一要掌握實(shí)驗(yàn)原理;二要學(xué)會(huì)誤差分析;三要學(xué)會(huì)對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理;四要掌握實(shí)驗(yàn)的思想方法,如控制變量法、累積法、轉(zhuǎn)換法、替代法等。學(xué)習(xí)貴在知識遷移,注重培養(yǎng)自己的知識遷移能力和發(fā)散思維能力,達(dá)到靈活應(yīng)用所學(xué)知識解答遇到的各種問題的復(fù)習(xí)最終目標(biāo)。

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