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策略六从原理迁移中实现实验题的突破,第二篇 七大提分策略,高考实验题重点考查的三个方面：,(1),实验操作：如测量仪器的读数问题、实验线路的连线问题、电表和其他用电器的选择问题都是实验操作的考查范围，需要考生具备良好的动手实践经验,.,(2),实验数据的处理分析：如根据实验数据画出图线，根据图线分析得出结论,.,(3),“,设计和完成实验的能力,”,(,考试说明中指出的五个考试目标之一,),，如以课本实验为背景，考查对实验方法的领悟情况，灵活运用学过的实验方法设计新的实验,.,第三个方面是实验考试的难点，这要求考生深刻理解物理概念和规律，深刻理解课本中分组实验和演示实验的实验原理、实验方法，并能将其迁移到新的情景中，灵活运用设计新的实验,.,这要求考生有较强的创新能力,.,在复习过程中，应以掌握常规实验原理、实验方法、规范操作程序、数据处理方法等为本，同时从常规实验中，有意识的、积极的提取、积累一些有价值的方法，逐步过渡到灵活运用学过的实验方法设计新的实验,.,对于设计型实验题目要明确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,.,例,1,做匀加速直线运动的小车，牵引一条纸带通过打,点计时器，交流电源的频率为,50,Hz,，由纸带上打出的,某一点开始，每,5,个点剪下一段纸带，按图,1,所示，使每,段纸带下端与,x,轴重合，左边与,y,轴平行，将纸带段粘贴,在直角坐标系中，则小车运动的加速度是,_ m/s,2,(,保留两位有效数字,).,图,1,命题意图,本题考查了匀变速直线运动的纸带处理，同时还要明确计数点的选取以及相隔时间的计算问题,.,要求学生能把常见的纸带数据处理中的数据与图中纸带的长度建立联系，获得相关数据，然后求得实验结果,.,答案,解析,0.75,命题意图,解析,由题意可得，每段纸带的长度就是相邻相等时间间隔内小车的位移，由题图数据可得,x,7.5,10,3,m,，而相隔时间为,T,0.02,5 s,0.1 s,，根据,x,aT,2,，可得小车的加速度为：,a,0.75 m/s,2,.,命题意图,例,2,现要测量某一电压表,的内阻,.,给定的器材有：待测电压表,(,量程,2 V,，内阻约,4,k),；电流表,(,量程,1.2 mA,内阻约,500),；直流电源,E,(,电动势约,2.4 V,，内阻不计,),；定值电阻,3,个：,R,1,4 000,，,R,2,10 000,，,R,3,15 000,；开关,S,及导线若干,.,要求测量时两电表指针偏转均超过其量程的一半,.,(1),试从,3,个定值电阻中选用,1,个，与其他器材一起组成测量电路，并在虚线框内画出测量电路的原理图,.(,要求电路中各器材用题中给定的符号标出,),答案,解析,答案,见解析,备考提示,解析,实验电路原理如图所示,备考提示,本题涉及实验器材的选取和电路设计等，对考生的分析综合能力提出了较高要求，解答此类试题必须根据测量要求和所提供的器材，由仪表的选择原则和基本规律为分析的入手点,.,(2),电路接通后，若电压表读数为,U,，电流表读数为,I,，则电压表内阻,R,V,_.,见解析,答案,解析,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,),：,I,(A),0.12,0.21,0.29,0.34,0.38,0.42,0.45,0.47,0.49,0.50,U,(V),0.20,0.40,0.60,0.80,1.00,1.20,1.40,1.60,1.80,2.00,(1),在虚线框中画出实验电路图,.,可用的器材有：电压表、电流表、滑动变阻器,(,变化范围,0,10),、电源、小灯泡、开关、导线若干,.,答案,解析,解析,分压式接法,(,如图甲所示,).,答案,见解析,备考提示,备考提示,“,研究小灯泡的伏安特性曲线,”,是高考考纲中规定的学生实验，对,(1)(2),两问学生在实验复习中已基本掌握，而第,(3),问则对实验数据的处理进行了拓展、延伸，对小灯泡的实际功率无计算公式，只能在小灯泡的伏安特性曲线上画出电池的,U,I,图线，然后找出两曲线的交点，从而确定此时灯泡的工作状态，得到实际功率,.,这考查了学生对小灯泡的伏安特性曲线的理解和实验数据处理的能力,.,同时也要深入理解图线交点与电路工作状态的对应关系,.,(2),在图,2,中画出小灯泡的,U,I,曲线,.,图,2,答案,解析,答案,见解析,解析,如图乙所示,(3),如果将本题中的小灯泡接在电动势是,1.5 V,，内阻是,2.0,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，可直接画在第,(2),小题的方格图中,),答案,解析,答案,见解析,解析,作出电源的,U,E,Ir,图线，该图线与小灯泡的,U,I,曲线相交于一点，由此可得小灯泡工作电流为,0.35 A,，工作电压为,0.80 V,，实际功率为,0.28 W.,附,高中物理实验常用基础知识,一、常用实验原理的设计方法,1.,控制变量法：如：在,“,验证牛顿第二定律,”,实验中，加速度、力和质量的关系控制,.,在,“,探究单摆的摆长与周期的关系实验,”,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，可以用较易测量的量替代，从而简化实验,.,在,“,验证碰撞中的动量守恒,”,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，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,.,5.,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,.,卡文迪许测定万有引力常量，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升来放大瓶内液面的上升,.,二、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，以减小误差,.,三、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：,写明表的标题或加上必要的说明；,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；,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：,作图一定要用坐标纸,.,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；,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；,图上连线应是平滑曲线,(,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；,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；,作图时常设法使图线线性化，即,“,化曲为直,”,.,3.,平均值法：将测定的若干组数据相加求和，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留的位数,.,4.,逐差法：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,.,四、有关误差分析的问题,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,.,要熟练掌握常见实验的误差情况及分析方法,.,五、测量仪器的使用,对于测量仪器的使用，首先要了解测量仪器的量程、精度、使用注意事项和读数方法,.,1.,关于量程问题：这是保护测量仪器的一项重要参数，特别是天平、弹簧秤、温度计、电流表、电压表和多用电表等，超量程使用会损坏仪器，所以实验时要根据实验的具体情况选择量程适当的仪器,.,在使用电流表、电压表时，选用量程过大的仪器，采集的实验数据过小，会造成相对误差较大，应选择使测量值位于电表量程的,以上的电表；使用多用电表测电阻时，应选择适当的挡位，使欧姆表的示数在电表的中值附近,.,2.,关于精度问题：所选用仪器的精度直接影响着测量读数的有效数字的位数，因此应在使用前了解仪器的精度，即看清仪器的最小分度值,.,其中螺旋测微器和秒表的最小分度是一定的,.,但游标卡尺上游标尺的最小分度、天平游码标尺的最小分度、弹簧秤和温度计刻线的最小分度，都因具体的仪器情况不同而有所差异，电流表、电压表和多用电表则会因所选择的挡位不同而造成最小分度值有所不同，因此在进行这些仪器的读数时，一定要看清所选的挡位,.,3.,使用注意事项：一般不同的仪器在使用中都有其特殊的要求，以下几点要特别注意：,(1),天平在进行测量前应先调平衡,.,(2),电磁打点计时器所用电源要求为,4,6 V,的交流电源,.,(3),多用电表的欧姆挡每次换挡后要重新调零，被测电阻要与电路断开，使用完毕要将选择开关转至交流电压最高挡或,“,OFF,”,挡,.,(4),滑动变阻器、电阻箱和定值电阻使用过程中要考虑其允许的最大电流,.,滑动变阻器采用限流接法时，滑动触头开始应位于变阻器阻值最大的位置；滑动变阻器采用分压式接法时，滑动触头开始应位于分压为零的位置,.,(5),电阻箱开始应处于阻值最大状态，调整电阻箱的阻值时，不能由大到小发生突变，以免因为阻值过小而烧坏电阻箱,.,六、测量仪器的读数方法,1.,需要估读的仪器：在常用的测量仪器中，刻度尺、螺旋测微器、电流表、电压表、天平、弹簧秤等读数时都需要估读,.,因为最终的读数要以有效数字的形式给出，而有效数字的最后一位数字为估计数字，应和误差所在位置一致，在实际操作中，究竟估读到哪一位数字，应由测量仪器的精度,(,即最小分度值,),和实验误差要求两个因素共同决定,.,根据仪器的最小分度可以分别采用,、,、,的估读方法，一般：,最小分度是,2,的,(,包括,0.2,、,0.02,等,),，采用,估读，如安培表,0,0.6 A,挡；,最小分度是,5,的,(,包括,0.5,、,0.05,等,),，采用,估读，如安培表,0,15 V,挡；,最小分度是,1,的,(,包括,0.1,、,0.01,等,),，采用,估读，如刻度尺、螺旋测微器、安培表,0,3 A,挡、电压表,0,3 V,挡等，当测量精度要求不高或仪器精度不够高时，也可采用,估读,.,2.,不需要估读的测量仪器：游标卡尺、秒表、电阻箱在读数时不需要估读；欧姆表刻度不均匀，可以不估读或按半刻度估读,.,(1),游标卡尺的读数：游标卡尺的读数部分由主尺,(,最小分度为,1 mm),，和游标尺两部分组成,.,按照游标的精度不同可分为三种：,(a)10,分游标，其精度为,0.1 mm,；,(b)20,分游标，其精度为,0.05 mm,；,(c)50,分游标，精度为,0.02 mm.,游标卡尺的读数方法是：以游标零刻度线为准在主尺上读出整毫米数,L,1,，再看游标尺上哪条刻度线与主尺上某刻度线对齐，由游标上读出毫米以下的小数,L,2,，则总的读数为：,L,1,L,2,.,(2),机械秒表的读数：机械秒表的长针是秒针，转一周是,30 s.,因为机械秒表采用的齿轮传动，指针不可能停留在两小格之间，所以不能估读出比,0.1 s,更短的时间,.,位于秒表上部中间的小圆圈里面的短针是分针，分针走一周是,15 min,，每小格为,0.5 min.,秒表的读数方法是：,t,短针读数,(,t,1,),长针读数,(,t,2,).,(3),电阻箱：能表示出接入电阻值大小的变阻器；读数方法是：各旋钮对应的指示点的示数乘以面板上标记的倍数，它们之和就是电阻箱接入电路的阻值,.,使用电阻箱时要特别注意通过电阻的电流不能超过允许的最大数值,.,七、电学实验中所用到的基本知识,1.,电路设计原则：正确地选择仪器和设计电路的问题，有一定的灵活性，解决时应掌握和遵循一些基本的原则，即,“,正确性,”,、,“,安全性,”,、,“,方便性,”,、,“,精确性,”,原则，兼顾,“,误差小,”,、,“,仪器少,”,、,“,耗电少,”,等各方面因素综合考虑，灵活运用,.,(1),正确性：实验所依据的原理应当符合物理学的基本原理,.,(2),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、电阻均有最大允许电流和最大功率，电源也有最大允许电流，不能烧坏仪器,.,(3),方便性：实验应当便于操作，便于读数，便于进行数据处理,.,(4),精确性：在实验方案、仪器、仪器量程的选择上，应使实验误差尽可能的小,.,2.,电学实验仪器的选择：,(1),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，然后合理选择量程，务必使指针有较大偏转,(,一般要大于满偏的,),，以减少测量误差,.,(2),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，如果是滑动触头稍有移动，使电流、电压有很大变化的，不宜采用,.,(3),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，以提高测量的准确度,.,3.,测量电路的选择,(1),电流表的内、外接问题：,(,略,),(2),滑动变阻器的分压、限流式接法：,为了改变测量电路,(,待测电阻,),两端的电压,(,或通过测量电路的电流,),，常使滑动变阻器与电源连接作为控制电路，滑动变阻器在电路中主要有两种连接方式：如图,3,甲为滑动变阻器的限流式接法，,R,x,为待测电阻,.,它的接线方式是电源、滑动变阻器与待测电阻三者串联,.,对待测电阻供电电压的最大调节范围是：,E,(,R,x,是待测电阻，,R,是滑动变阻器的总电阻，不计电源内阻时,).,如图乙是滑动变阻器的分压式接法,.,接线方式是电源与滑动变阻器组成,闭合,电路，而被测电路与滑动变阻器的一部分电阻并联，该接法对待测电阻供电电压的调节范围是：,0,E,(,不计电源内阻时,).,图,3,选取接法的原则：,要求负载上电压或电流变化范围大，且从零开始连续可调，须用分压式接法,.,负载电阻,R,x,远大于滑动变阻器总电阻,R,时，须用分压式接法，此时若采用限流式接法对电路基本起不到调节作用,.,采用限流电路，电路中的最小电流,(,电压,),仍超过电流表的量程或超过用电器的额定电流,(,电压,),时，应采用滑动变阻器的分压式接法,.,负载电阻的阻值,R,x,小于滑动变阻器的总电阻,R,或相差不大，并且电压表、电流表示数变化不要求从零开始起调，可用限流式接法,.,两种电路均可使用时应优先用限流式接法，因为限流电路结构简单，总功率较小,.,滑动变阻器的粗调和微调作用：,在限流电路中，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，全电阻较小的变阻器起粗调作用，全电阻较大的变阻器起微调作用,.,4.,实物图的连接：实物图连线应掌握的基本方法和注意事项,(1),基本方法：,画出实验电路图,.,分析各元件连接方式，明确电流表与电压表的量程,.,画线连接各元件,(,用铅笔画线，以便改错,).,连线方式应是单线连接，连线顺序应先画串联电路，再画并联电路,.,一般先从电源正极开始，到开关，再到滑动变阻器等,.,按顺序以单线连接方式将干路中要串联的元件依次串联起来；然后连接支路将要并联的元件并联到电路中去,.,连接完毕，应进行检查，检查电路也应按照连线的方法和顺序进行,.,(2),注意事项：,连接电表应注意保证量程选用正确，正、负接线柱不要接错,.,各导线都应接在接线柱上，不应在导线中间出现分叉,.,对于滑动变阻器的连接，要搞清楚接入电路的是哪一部分电阻，在接线时要特别注意不能将线接到滑动触头上,.,八、定值电阻的测量方法,1.,欧姆表测量：最直接测电阻的仪表,.,但是一般用欧姆表测量只能进行粗测，为下一步的测量提供一个参考依据,.,用欧姆表可以测量白炽灯泡的冷电阻,.,2.,替代法：替代法的测量思路是等效的思想，可以利用电流等效、也可以利用电压等效,.,替代法测量电阻精度高，不需要计算，方法简单，但必须有可调的标准电阻,(,一般给定的仪器中要有电阻箱,).,3.,伏安法：伏安法的测量依据是欧姆定律,(,包括部分电路欧姆定律和全电路欧姆定律,),，需要的基本测量仪器是电压表和电流表，当只有一个电表,(,或给定的电表不能满足要求时,),，可以用标准电阻,(,电阻箱或一个定值电阻,),代替；当电表的内阻已知时，根据欧姆定律,I,，电压表同时可以当电流表使用，同样电流表也可以当电压表用,.,4.,伏安法拓展：某些问题中，因实验器材不具备,(,缺电流表或电压表,),，或因实验条件限制，或因实验精度不允许而不能用,“,伏安法,”,.,这时我们就得依据问题的具体条件和要求重新选择实验原理，用,“,伏安法,”,的替代形式,“,比较法,”,来设计实验方案,.,(1),利用已知内阻的电压表：利用,“,伏伏,”,法测定值电阻的阻值；,(2),利用已知内阻的电流表：利用,“,安安,”,法测定值电阻的阻值；,(3),电压表、电流表混合用,.,九、电表内阻的测量方法,1.,互测法,(1),电流表、电压表各一只，可以测量它们的内阻,(,如图,4),：,图,4,(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,(,如图,6),：,图,6,(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,(,如图,5),：,图,5,2.,替代法,(,如图,7),：,图,7,3.,半偏法,(,如图,8):,图,8,本课结束,
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