1、专题一物理实验常用基础知识专题一物理实验常用基础知识实验专题实验专题（一）常用实验原理的设计方法（一）常用实验原理的设计方法1控制变量法：如：在控制变量法：如：在“验证牛顿定律的实验验证牛顿定律的实验”中，中，加速度、力和质量的关系控制。在加速度、力和质量的关系控制。在“研究单摆的周研究单摆的周期期”中，摆长、偏角和摆球质量的关系控制等等。中，摆长、偏角和摆球质量的关系控制等等。2理想化方法：用伏安法测电阻时，选择了合适的理想化方法：用伏安法测电阻时，选择了合适的内外接方法，一般就忽略电表的非理想性。内外接方法，一般就忽略电表的非理想性。3等效替代法：某些量不易测量，可以用较易测量的等效替代法
2、：某些量不易测量，可以用较易测量的量替代，从而简化实验。在量替代，从而简化实验。在“验证碰撞中的动量守恒验证碰撞中的动量守恒”的实验中，两球碰撞后的速度不易直接测量，在将整个的实验中，两球碰撞后的速度不易直接测量，在将整个平抛时间定为时间单位后，速度的测量就转化为对水平平抛时间定为时间单位后，速度的测量就转化为对水平位移的测量了。位移的测量了。4模拟法：当实验情景不易创设或根本无法创设时，模拟法：当实验情景不易创设或根本无法创设时，可以用物理模型或数学模型等效的情景代替，尽管两个可以用物理模型或数学模型等效的情景代替，尽管两个情景的本质可能根本不同。磁感线的确定情景的本质可能根本不同。磁感线的
3、确定.5微小量放大法：微小量不易测量，勉强测量误差也微小量放大法：微小量不易测量，勉强测量误差也较大，实验时常采用各种方法加以放大。卡文迪许测定较大，实验时常采用各种方法加以放大。卡文迪许测定万有引力恒量，采用光路放大了金属丝的微小扭转；在万有引力恒量，采用光路放大了金属丝的微小扭转；在观察玻璃瓶受力后的微小形变时，使液体沿细玻璃管上观察玻璃瓶受力后的微小形变时，使液体沿细玻璃管上升来放大瓶内液面的上升。升来放大瓶内液面的上升。（二）常见实验数据的收集方法（二）常见实验数据的收集方法1 1利用测量工具直接测量基本物理量利用测量工具直接测量基本物理量模块模块基本物理量基本物理量测量仪器测量仪器力
4、学力学长度长度刻度尺、游标卡尺、刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器螺旋测微器时间时间秒表（停表）、打点秒表（停表）、打点计时器计时器质量（力）质量（力）天平（弹簧秤）天平（弹簧秤）电学电学电阻（粗测）电阻（粗测）欧姆表、电阻箱欧姆表、电阻箱电流（电压）电流（电压）电流表（电压表）电流表（电压表）热学热学温度温度温度计温度计2 2常见间接测量的物理量及其测量方法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可直接测量的基本物理量之间的关系，将待测物理量的
5、测量转化为基本物理量的测量。为基本物理量的测量。12nnmSSvT2gvxy2SaT224LgTkWE URI利用纸带，；利用平抛，利用纸带，逐差法；利用单摆根据根据EUIr转化为测量转化为测量U、I 然后联立方程求然后联立方程求解或运用图像处理解或运用图像处理电源电动势电源电动势根据根据P=UI转化为测量转化为测量U、I电功率电功率根据根据 转化为测量转化为测量U、I（伏安法）；（伏安法）；电电阻箱（半偏、替代）阻箱（半偏、替代）电阻（精确测电阻（精确测量）量）电电学学根据根据 转化为测量转化为测量m、v功功加速度加速度速度速度力力学学基本测量方法基本测量方法待测物理量待测物理量模模块块（三
6、）常用实验误差的控制方法（三）常用实验误差的控制方法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控制实验误差。法控制实验误差。1多次测量求平均值，这是所有实验必须采取的办法，也是多次测量求平均值，这是所有实验必须采取的办法，也是做实验应具有的基本思想。做实验应具有的基本思想。2积累法。一些小量直接测量误差较大，可以累积起来测量，积累法。一些小量直接测量误差较大，可以累积起来测量，以减小误差。以减小误差。“用单摆测定重力加速度用单摆测定重力加速度”的实验中，为了减小周的实验中，为了减小周期的测量误差，不是测量完成一次全振动的时间，
7、而是测量完成期的测量误差，不是测量完成一次全振动的时间，而是测量完成3050次全振动的时间。次全振动的时间。（四）常用实验数据的处理方法（四）常用实验数据的处理方法1列表法：在记录和处理数据时，常将数据列成表格。数据列表可列表法：在记录和处理数据时，常将数据列成表格。数据列表可以简单而又明确的表示出有关物理量之间的关系，有助于找出物理量以简单而又明确的表示出有关物理量之间的关系，有助于找出物理量之间的规律性的联系。列表的要求是之间的规律性的联系。列表的要求是写明表的标题或加上必要的说写明表的标题或加上必要的说明；明；必须交待清楚表中各符号所表示的物理量的意义，并写明单位；必须交待清楚表中各符号
8、所表示的物理量的意义，并写明单位；表中的数据要正确反映测量结果的有效数字。表中的数据要正确反映测量结果的有效数字。2作图法：用作图法处理实验数据是物理实验中最常用作图法：用作图法处理实验数据是物理实验中最常用的方法之一。用作图法处理数据的优点是直观、简便，有的方法之一。用作图法处理数据的优点是直观、简便，有取平均的效果，由图线的斜率、截距、所包围面积和图线取平均的效果，由图线的斜率、截距、所包围面积和图线的交点等可以研究物理量之间的变化及其关系，找出规律。的交点等可以研究物理量之间的变化及其关系，找出规律。作图的规则是：作图的规则是：作图一定要用坐标纸坐标纸的大小要根据测量数据有作图一定要用坐
9、标纸坐标纸的大小要根据测量数据有效数字的多少和结果的需要来定；效数字的多少和结果的需要来定；要标明坐标轴名、单位，在轴上每隔一定相等的间距按要标明坐标轴名、单位，在轴上每隔一定相等的间距按有效数字位数标明数值；有效数字位数标明数值；图上连线要是光滑曲线（或直线），连线时不一定要通图上连线要是光滑曲线（或直线），连线时不一定要通过所有的数据点，而是要使数据点在线的两侧合理的分布；过所有的数据点，而是要使数据点在线的两侧合理的分布；在图上求直线的斜率时，要选取线上相距较远的两点，在图上求直线的斜率时，要选取线上相距较远的两点，不一定要取原来的数据点；不一定要取原来的数据点；作图时常设法使图线线性化
10、，即作图时常设法使图线线性化，即“化曲为直化曲为直”。3平均值法：将测定的若干组数相加求和，然后除以测量次平均值法：将测定的若干组数相加求和，然后除以测量次数必须注意，求取平均值时应该按原来测量仪器的准确度决定保数必须注意，求取平均值时应该按原来测量仪器的准确度决定保留的位数。留的位数。4逐差法：这就是用打点计时器打出的纸带计算加速度时用到的逐差法：这就是用打点计时器打出的纸带计算加速度时用到的方法，这种方法充分利用了测量数据，具有较好的取平均的效果。方法，这种方法充分利用了测量数据，具有较好的取平均的效果。要求认识误差问题在实验中的重要性，了解误差的概念，知道系要求认识误差问题在实验中的重要
11、性，了解误差的概念，知道系统误差和偶然误差；知道用多次测量求平均值的方法减小偶然误差；统误差和偶然误差；知道用多次测量求平均值的方法减小偶然误差；能在某些实验中分析误差的主要来源；不要求计算误差。要熟练掌能在某些实验中分析误差的主要来源；不要求计算误差。要熟练掌握常见实验的误差情况及分析方法。握常见实验的误差情况及分析方法。（五）有关误差分析的问题（五）有关误差分析的问题2323（1515分）用伏安法测量电阻阻值分）用伏安法测量电阻阻值R R，并求出电阻率，并求出电阻率。给定电压表（内阻约为给定电压表（内阻约为50k50k）、电流表（内阻约为）、电流表（内阻约为4040）、滑）、滑线变阻器、电
12、源、电键、待测电阻（约为线变阻器、电源、电键、待测电阻（约为250250）及导线若干。）及导线若干。（1 1）画出测量）画出测量R R的电路图。的电路图。（2 2）图）图1 1中的中的6 6个点表示实验中测得的个点表示实验中测得的6 6组电流组电流I I、电压、电压U U的值，试写出根据此图求的值，试写出根据此图求R R值的步骤：值的步骤： 。求出。求出的电阻值的电阻值R R 。（保留。（保留3 3位有效数字）位有效数字）（3 3）待测电阻是一均匀材料制成的圆柱体，用游标为）待测电阻是一均匀材料制成的圆柱体，用游标为5050分度的卡尺测量其长度与直径，结果分别如图分度的卡尺测量其长度与直径，结
13、果分别如图2 2、图、图3 3所所示。由图可知其长度为示。由图可知其长度为 ，直径为，直径为 。（4 4）由以上数据可求出）由以上数据可求出 。（保留。（保留3 3位有效数位有效数字）字）2323（1515分）分）（1 1） 或或 （2 2）作作U UI I直线，舍去左起第直线，舍去左起第2 2点，其余点，其余5 5个点个点尽量靠近直线且均匀分布在直线两侧。尽量靠近直线且均匀分布在直线两侧。求该直线的斜求该直线的斜K K，则，则R RK K。229229（221221237237均为正确）。均为正确）。（3 3）0.800cm 0.194cm0.800cm 0.194cm（4 4）8.468.
14、4610102m2m（8.168.1610102 28.768.7610102m2m均为正确）均为正确）（一）电学实验中所用到的基本知识（一）电学实验中所用到的基本知识专题二专题二 电学实验电学实验1电路设计原则：正确地选择仪器和设计电路的问题，有一定的电路设计原则：正确地选择仪器和设计电路的问题，有一定的灵活性，解决时应掌握和遵循一些基本的原则，即灵活性，解决时应掌握和遵循一些基本的原则，即“安全性安全性”、“方便性方便性”、“精确性精确性”原则，兼顾原则，兼顾“误差小误差小”、“仪器少仪器少”、“耗电少耗电少”等各方面因素综合考虑，灵活运用。等各方面因素综合考虑，灵活运用。正确性：实验原理
15、所依据的原理应当符合物理学的基本原理。正确性：实验原理所依据的原理应当符合物理学的基本原理。安全性：实验方案的实施要安全可靠，实施过程中不应对仪器安全性：实验方案的实施要安全可靠，实施过程中不应对仪器及人身造成危害。要注意到各种电表均有量程、电阻均有最大允及人身造成危害。要注意到各种电表均有量程、电阻均有最大允许电流和最大功率，电源也有最大允许电流，不能烧坏仪器。许电流和最大功率，电源也有最大允许电流，不能烧坏仪器。方便性：实验应当便于操作，便于读数，便于进行数据处理。方便性：实验应当便于操作，便于读数，便于进行数据处理。精确性：在实验方案、仪器、仪器量程的选择上，应使实验误精确性：在实验方案
16、、仪器、仪器量程的选择上，应使实验误差尽可能的小。差尽可能的小。2电学实验仪器的选择：电学实验仪器的选择：根据不使电表受损和尽量减少误差的原则选择电表。首先保证流根据不使电表受损和尽量减少误差的原则选择电表。首先保证流过电流表的电流和加在电压表上的电压均不超过使用量程，然后合过电流表的电流和加在电压表上的电压均不超过使用量程，然后合理选择量程，务必使指针有较大偏转（一般要大于满偏度的理选择量程，务必使指针有较大偏转（一般要大于满偏度的1/3），），以减少测读误差。以减少测读误差。根据电路中可能出现的电流或电压范围选择滑动变阻器，注意流根据电路中可能出现的电流或电压范围选择滑动变阻器，注意流过滑
17、动变阻器的电流不超过它的额定值，对大阻值的变阻器，如果过滑动变阻器的电流不超过它的额定值，对大阻值的变阻器，如果是滑动头稍有移动，使电流、电压有很大变化的，不宜采用。是滑动头稍有移动，使电流、电压有很大变化的，不宜采用。应根据实验的基本要求来选择仪器，对于这种情况，只有熟悉实应根据实验的基本要求来选择仪器，对于这种情况，只有熟悉实验原理，才能作出恰当的选择。总之，最优选择的原则是：方法误验原理，才能作出恰当的选择。总之，最优选择的原则是：方法误差尽可能小；间接测定值尽可能有较多的有效数字位数，直接测定差尽可能小；间接测定值尽可能有较多的有效数字位数，直接测定值的测量使误差尽可能小，且不超过仪表
18、的量程；实现较大范围的值的测量使误差尽可能小，且不超过仪表的量程；实现较大范围的灵敏调节；在大功率装置（电路）中尽可能节省能量；在小功率电灵敏调节；在大功率装置（电路）中尽可能节省能量；在小功率电路里，在不超过用电器额定值的前提下，适当提高电流、电压值，路里，在不超过用电器额定值的前提下，适当提高电流、电压值，以提高测试的准确度。以提高测试的准确度。3 3测量电路的选择测量电路的选择电流表的内、外接问题：（甲）所示电路为电流表外接电路（简电流表的内、外接问题：（甲）所示电路为电流表外接电路（简称外接法）；（乙）所示电路为电流表内接电路（简称内接法）。称外接法）；（乙）所示电路为电流表内接电路（
19、简称内接法）。两种接法的选择可按下列方法进行：两种接法的选择可按下列方法进行：方法一：设电流表、电压表内阻分别为方法一：设电流表、电压表内阻分别为RA、RV ，被测电阻为，被测电阻为RX，则则当当RV/RXRX/RA时，电压表分流作用小，应选用外接法时，电压表分流作用小，应选用外接法当当RV/RXR2 RR1R2 R测量测量RR真实真实RR0RRR真真实实由由 I1Rx= I2 R得得 Rx= I2R I1比较法测电阻比较法测电阻A1A2R1=100 R2=50 由由 I1 r1 =I2 r2得得 r1= I2 r2 I1vRXv甲、甲、 乙乙 甲图中的电压表的电压甲图中的电压表的电压U1、
20、乙图中的电压表的电压乙图中的电压表的电压U2VxRUUUR221xVRUURU212比较法测电压表电阻比较法测电压表电阻返回返回vvAAU1=E-I 1r U2=E-I 2r E=I 1(R1+r) E=I2 (R2+r) E= U1 + U1r / R1 E= U2 + U2r / R2测电动势内阻电路测电动势内阻电路返回返回 将量程为将量程为100微安的电流表改装成量程为微安的电流表改装成量程为1毫安的毫安的电流表电流表,并用一标准电流表与改装后的电流表串联并用一标准电流表与改装后的电流表串联,对它对它进行校准进行校准(核对核对).改装及校准所用器材的实物图如下改装及校准所用器材的实物图如
21、下(其其中标准电流表事先已与一固定电阻串联中标准电流表事先已与一固定电阻串联.以防烧表以防烧表).校校准时要求通过电流表的电流能从准时要求通过电流表的电流能从0连续调到连续调到1毫安毫安.试按试按实验要求在所给的实物图上连线实验要求在所给的实物图上连线.电路连接有错误电路连接有错误, 但电表改装部分的接线正确但电表改装部分的接线正确(指电指电阻箱与微安表并联阻箱与微安表并联), 给给1分分;只要电表改装部分的电路连接有错误，就给只要电表改装部分的电路连接有错误，就给0分分.解解: 画出电路图，画出电路图，连线如图示。连线如图示。AA返回返回RXVA AV 用伏安法测量金属导线的电阻用伏安法测量
22、金属导线的电阻R，试把图中给，试把图中给出的器材连接成测量出的器材连接成测量R的合适的电路。图中安培表的的合适的电路。图中安培表的量程为量程为0.6A，内阻接近，内阻接近1，伏特表的量程为，伏特表的量程为3V，内，内阻为几阻为几K ；电源的电动势为；电源的电动势为6V，变阻器的阻值为，变阻器的阻值为020 。在闭合电键前，变阻器滑动触点应处于正。在闭合电键前，变阻器滑动触点应处于正确位置。确位置。解：金属导线的电阻不大，安培表应外接，变阻器解：金属导线的电阻不大，安培表应外接，变阻器电阻比较大，可用限流接法，画出电路图如下：电阻比较大，可用限流接法，画出电路图如下：+-返回返回在用伏安法测电阻
23、的实验中在用伏安法测电阻的实验中,所用电压表的内阻约为所用电压表的内阻约为20千欧千欧,电流表的内阻约为电流表的内阻约为10欧欧,选择能够尽量减小误差选择能够尽量减小误差的电路图接线进行实验的电路图接线进行实验,读得的各组数据用实心圆点标读得的各组数据用实心圆点标于坐标图上于坐标图上(如右图所示如右图所示). (1 )根据各点表示的数据描出根据各点表示的数据描出I-U图线图线,由此求得该电阻由此求得该电阻的阻值的阻值Rx= 欧欧(保留两位有效数字保留两位有效数字). (2)画出此实验的电路原理图画出此实验的电路原理图.2.4103mAvRx返回返回 如下图所示如下图所示,P是一根表面均匀地镀有
24、很薄的发热电阻膜是一根表面均匀地镀有很薄的发热电阻膜的长陶瓷管的长陶瓷管(其长度其长度l 为为50厘米左右厘米左右,直径直径D为为10厘米左右厘米左右),镀膜镀膜材料的电阻率材料的电阻率已知已知,管的两端有导电箍管的两端有导电箍MN.现给你米尺现给你米尺,电压表电压表V、电流表、电流表A、电源、电源,滑动变阻器滑动变阻器R,电键电键K和若干导线和若干导线,请设计一请设计一个测定膜层厚度个测定膜层厚度d 的实验方案的实验方案.实验中应测定的物理量是实验中应测定的物理量是: .在右框内用符号画出测量电路图在右框内用符号画出测量电路图.计算膜层厚度的公式是计算膜层厚度的公式是: .PNMl, D, U, Id=II / DU.电流表内接、外接均可电流表内接、外接均可返回返回
