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2012届高三回归课本实验部分阅读材料
第一章 实验基础知识
一．物理实验的基本要求
二．高中物理学生实验的分类
1．验证性实验
（1）验证力的平行四边形法则（2）验证动量守恒定律（3）验证机械能守恒定律
2．研究性实验
（1）研究平抛物体的运动（2）探究弹力和弹簧伸长的关系
3．观察也描绘类实验
（1）描述小电球的伏安特性曲线
4．测定物理量的实验
（1）研究匀变速直线运动 （2）利用单摆测重力加速度 （3）测金属电阻率
（4）用电流表和电压表测电池的电动势和内阻 （5）测玻璃砖的折射率
（6）用双缝干涉测光的波长
5．仪器使用、组装类实验
（1）长度的测量 （2）多用电表的使用
三．演示实验
鉴于演示实验数量较多（高中物理教材中的演示实验有106个）。实验本身比较简单，因此，高考对演示实验的考查以选择、填充题出现。在对演示实验复习应特别注意（1）重视物理学史中具有重要地位的实验。如紫外线照射锌板、扬氏双缝干涉实验、光的衍射中的旧松亮 、α粒子散射实验、质子和中子的发现实验等等。让学生充分了解其内容及其在物理学发展中的作用。（2）把握实验中的关键要素。
四．题型研究
基本仪器使用和读数类、选择器材和连图类、实验操作类、实验原理类、实验数据处理类、误差分析类、设计实验类
第二章 实验疑难问题选析
一、测量仪器的使用。
1、测量仪器的读数方法。
（1）一般情况下应估读一位——估计到最小刻度（精确度）的下一位。
（2）不估读的测量仪器有：数字显示的仪表，机械秒表，游标卡尺，水银气压计等。
2、测量仪器的分类。
类型
仪器
名称
精确度
确定
精确度
读数方法
记录结果
(mm)
(小数点后的位数)
注意事项
测

长

度
刻度尺
最小
分度值
1mm
估读一位
1
测量起点及单位
游标卡尺

(差分法)
mm
(n为游标上的总格数
n=10
0.1mm
L=L主+k

不估读
1
1、游标边界线与零刻度的区别。
2、主天上的单位为cm(ncm-12cm)
3、记录的有效数字。
n=20
0.05mm
2
n=50
0.02mm
2
螺旋测微器
mm(n为可动刻度上的总格数
n=50
d=0.5mm
0.01mm
L=L固+k
估读一位
3
1、半毫米刻度是否 露出（①直接看②推理）
2、记录的有效数字
测时间
秒表
最小分度值
0．1秒
t分针+ t秒针
1(秒为单位)
不估读
打点计时器

t=n×0.02秒

接低压交流电源
闪光照相

t=nT

电学仪表
安培表
最小分度值
略
估读一位
略
交直流表的区别
（刻度均匀情况）
优特表
1、读数不忘乘倍年
2、选档方法
欧姆表
其它
测力——弹簧称 测温度——温度计 测气压——气压计
二、难点分析：

计算方法：， V0=2V1–V2

纸带分析 加速：a与V一致
有关方向判断：运动方向：n→0 加速度方向
减速：a与V相反
注意事项：①T的确定（区别记数点周期和打点周期）
②交流电频率f↑→测量值↓

（二） 测电池的电动势和内阻实验中，由于电表内阻引起的误差。
可用两种研究方法对这个问题进行分析，第一从图像分析，第二从等效电源分析，现对图3中（甲）、（乙）两电路图作以下讨论。
（1）图像分析过程示意如下：
图1甲电路————— 读数有误差△I=——U–I图像为图2甲
图1乙电路————— 读数有误差△U=IRA——U–I图像为图2乙
（2）利用等效电源分析过程示意如下：

图1甲电路———————— 读数对其等效电源无误差

图1乙电路 读数对其等效电源无误差
最后说明伏特表一般内阻远大于电源内阻，利用图1甲测出的值误差较小，安培表内阻与电源内阻接近，利用图1乙测量的值误差大，故我们常采用图1甲作为测电源电动势和内阻的实验原理图。
（三）电流表改装为伏特表实验中的误差分析：
1．半偏流法测得的电流表内阻偏大，偏小？
由于K2合上，总电阻略变小，导致总电流I略大于Ig，所以当电流计中电流为Ig时流过R2的电流略大于I g，由半联电路特点可知，rg测=R2<rg真。
2．据半偏流法测得的电流表内阻而改装成的电压表与标准电压表相比，测量值偏大、偏小？
改装时需与电流计串联的电阻Rx=，由于rg偏小→Rx偏大→IG偏小→改装的伏特表读数偏小。
3．满刻度百分误差计算：

第三章 实验设计
一．设计型实验的设计思路和原则：
设计类实验：属实验知识的运用类，题在书外，理在书内。
1．设计原则：安全、科学性
精确（准确）性
方便易行性
省器材、节能
2．题型：a. 在已知的实验器材中选择合适的器材，选择合适的量程和电路，达到题设实验
目的；
b. 为达到题设实验目的，自选器材、装置或电路，安排实验步骤。
c. 电路计算、误差分析、故障排除等。
3．设计思路：
在熟练掌握学生分组实验基本原理和实验技能、技巧的基础上，认真审题，构建实验情景，寻找实验原理，设计出最优方案（经反复估算后才能得出）。
4．流程如下：
由实验目的→实验原理→实验情景模型→电路图、实验装置图→实验器材→实验步骤→待测物理量→递推用测出量表示的未知量的函数式→误差分析
5．思考题：a. 如何测电流表内阻？b. 如何测优特表的内阻？
二．设计型实验的命题方式
（一）试题列出所需实验器材，有实验步骤提示
这类试题条件充足，基本无迷惑性条件，解答较易，且与平时所学知识和方法有紧密联系，但也不能轻视。解答过程中需全面分析所列出的实验器材，抓住器材特点，联系实验步骤，并结合所学知识和方法，选择可行的实验方案，完成实验。
例1 如图所示的器材是：木质轨道(其倾斜部分倾角较大，水平部分足够长)，小铁块，两枚图钉，一条细线，一个量角器，用上述器材测定小
铁块与木质轨道间的动摩擦因素μ，实验步骤是：
(1)将小铁块从______________________；(2)用图钉把细线______________________；
(3)用量角器测量____________________；(4)动摩擦因素表示μ＝________________。
分析 试题所列器材中只有量角器可定 量测量，结合步骤提示，可猜测μ=tgθ，联系μ=tgθ的物理情景及物理意义，结合试题所列出的其它器材，可作如下解答：
(1)将小铁块从斜板上A点由静止释放，运动至水平板上B点静止； ，
(2)用图钉把细线拉紧固定在A、B两点间；
(3)用量角器测量细线与水平板间的夹角θ；
(4)动摩擦因素表示为μ=tgθ。
这类试题的条件有很强的迷惑性，解答过程中须加以全面分析，辅以一定的逻辑推理并结合所学知识和方法才能顺利完成实验。
（二）试题只列出所需全部实验器材，无其他任何提示
这类试题所提供的全部信息即实验器材，因而在解答过程中须紧紧抓住所列器材与可取实验方案间的联系，结合各器材的特点，逐步完 善实验方案，完成实验。
例2 已知待测电阻RX为9000欧姆左右，另有6伏直流电源(内阻不计)，一个电流表，一个电压表(两电表量程均合适)，一个阻值为200欧姆的滑线变阻器，一个电键和若干导线，请画出实验设计电路并简述其理由。
分析 就本试题而言，简述理由的过程即分析过程，也就是完成实验的过程，具体如下：
(1)有电流表、电压表且量程合适，可用伏安法测电阻；
(2)与两电表比较；Rx属大电阻，可用内接法；
(3)滑线变阻器最大阻值比R小得多，可用分压器接法；
(4)电键应对全电路起控制作用，须接在干路上。
实验设计电器如图所示。
（三）试题所列实验器材多于所需器材或试题所列实验步骤多于实际操作步骤，即实验条件须选择使用
例3 为了测重力加速度g的值，实验室只有下列可供选择的器材：
A、长度为1米的刻度尺；B、游标卡尺；C、连有细线的金属小球；D、低压交流电源；
E、打点计时器(包括所附的纸带、复写纸、重锤等)；F、蓄电池； G、铁架台； H、天平。
(1)从上面所列器材中挑选必须的器材有_____________。
(2)写出测重力和加速度的主要计算公式及简述其中的物理量的测量方法：
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
分析 ①初审此题，最易选择用单摆法测重力的加速度，但所列实验器材中无秒表，
不能测单摆周期，故此方案不可行；②根据其它器材，可选用重锤作自由落体运动来测定重力加速度，器材齐全，但要注意：电源应选D。不需要测量质量，因而H不选，要处理纸带，因而A不可漏选；③在具体选用测量公式时，公式不是唯—的，可选用g＝v2／2h或g＝2h/t2均可。故此题应选用器材为：A、D、E、G，其它略。
例4 为了测量一个量程为0—3V的电压表的内阻Rv(约为几KΩ)，可以采用如图所
示的电路。
(1)在测量时，可供选择的实验步骤有：
A、闭合开关S； B、将电阻箱R0的阻值调到最大；
C、将电阻箱R0的阻值调到零；
D、调节电阻箱R0的阻值；使电压表指针指示1．5V，记下此时R0的值；
E、调节变阻器R的滑动片P，使电压表示数为3V；
F、把变阻器R的滑动片P滑到a端； G、把变阻器R的滑动片P滑到b端；
H、断开开关。
把必要的、合理的实验步骤选出来，按操作顺序将字母代号填在横线上
(2)若在步骤D中，读出R0的阻值为2400Ω，则电压表的内阻Rv= ________ ，用这种方法测出的内阻Rv与其真实内阻相比偏(大或小)。
分析 由(2)中提示可知，步骤D为测量过程的重要步骤，由步骤D可推断，在D之前只能是步骤E，根据E、D可以推断在E之前的步骤中可由B、C中选出C，至此，主要实验步骤已完成，其它按实验要求及操作过程可以继续完成，即实验步骤为：F、A、C、E、D、H。可见，这是一种粗略测量伏特表内阻的方法，在改变电阻箱R0的阻值过程中，忽略了Uap的变化，因而Rv=2400Ω，但实际上Uap在由步骤E到步骤D过程中略微增大，故考虑误差，则只R0<2400Ω，即测量值偏大．
三、实验设计内容
（一）设计实验方法 下面是测定“重力加速度”；“测定物体间动摩擦因素”及“测量干电池的电动势和内电阻”的几种方案，供参考：

测定重力加速度
（1）

（二）设计实验电路 根据给定的器材和实验提出的目的，画出或补全实验电路。
1．电路选择原理
（1）安培表内接、外接？
待测电阻Rx为小电阻，（Rx与RA可比、Rx<<RV、或Rx<、或试探法中示数变化显著）应采用安培表外接法；(因RV>>Rx，伏特表的分流作用引起的安培表读数误差较小。）
反之待测电阻Rx为大电阻（Rx>>RA，Rx与RV可比，或Rx>或试探法中示数变化大）应采用安培表内接法。(因Rx>>RA，安培表的分压作用引起的电压表读数误差较小。）
（2）滑动变阻器限流法、分压器法？
①通常情况下优先考虑限流式，因为耗电少。
②在以下三种情况考虑分压式。
A当需要待测电路的电压从零开始连续变化。
B题中提供的仪表量程或电阻的最大允许电流不够（安全性原则和适用性原则）
C变阻器电阻远小于被测电阻或电路中串联的其它电阻（准确性原则和方便性原则）
（3）欧姆表挡位R×1、R×10、R×100如何选择？
先用R×10挡，调零欧后估测，若指针在中值附近，则Rx等于10×指示值；在指针偏角太小，则换用R×100，重新调零后测量，Rx=100×指示值；若R×10时指针偏角太大，则换用R×1挡，重新调零欧后测量，Rx=指针指示值。
（4）电阻测量的电路
①伏安法测电阻和替代法
②用欧姆表测量
此法简便易行，但读数误差较大；用久之后，内部电源发生变化，测量误差更大。因此此法只适用于要求不太高的测量。
③电表内阻的测量
I. 测Rg时，用半偏法？等值替代法？电路计算法？
①若只有二只单刀单掷开关、一只待测表，还有二只电阻箱R1<<R2时，
只能采用半偏法，此时为了减少误差，应选电动势较大的电源，达到R2>>R1
（R2>100R1以上）；电路如下
②若有二只电流表和一只变阻器及电源单刀单掷开关等，可采用电路计算
法，此时另一只非待测表一定要已知量程和内阻RA，电路如下：
读出Fg支路I2及I1，由U=I1RA=I2Rg，得Rg=I1RA/I2
③若有二只电流表，一只电阻箱和一只单刀双掷开关、滑动变阻器可采用等
值替代法，电路如下：K接a，调R′，记下读数，然后K接b，保持R′不变，
调R使读数保持不变，则Rg=R。
④若有二只电流表，一只电阻箱（或定值电阻，其阻值与电流表阻值接近）
和一只单刀开关、滑动变阻器可采用电路计算法：如图，G为待测电流表，
为已知电阻，若把虚线框内电路看成一扩程电流表，则该电路为一改装表与标准
表的校对电路．设G、A表读数分别为I1、I，则由相关知识可知：为便于器材
选取与操作，Ro的阻值应≤1Ω(如0，5Ω)
II. 若欲测伏特表内阻RV，怎么办？
2. 电学实验器材如何选择？
a．表量程如何选？表量程如何选？
通过估算，保证指针偏转范围在～最佳；同样指针偏转范围在～最佳。
b．变阻器如何选？
从安全性原则出发分析得，首先要求通过其最大电流小于其额定电流；从方便性和准确原则出发分析得，要求变阻器的最大阻值，在限流电路中尽量接近待测电阻或电路中串联的其它电阻，在分压电路中电阻尽量小。
c．电源如何选？
测电源电动势ε和内阻时，选内阻较大的旧电池；测电流计内阻Rg时，若采用半偏法测电阻时，应选电动势较大的电源，保证R2>>R1，以减小实验误差；在测小灯泡功率描伏安特性曲线时，在测金属的电阻率时，选电动势较小的电源；在打点计时器中选4～6V交流电压；在描等势线实验中选4～6V直流电源。
3. 实验线路的连接
分压式和限流式的接法要求：限流式是按“一上一下各一个”的原则，且使滑片处在阻值最大位置处；分压式是“一上二下”的原则，电源与开关串联以后直接接于下面两个连线柱，上面任一个接线柱引出导线和下面一个接线柱上引出导线（二线之间的电阻要小，保证初始取出的电压较小）将这两导线接至被测电路中。
连线的总思路为：
画出电路图→滑动变阻器连接→连接总回路→并联伏特表的电压较小。
(二）设计实验方法 题目给出实验目的、电路及一些附加条件，让学生设计实验方法，如98年的第20题，原题为：
用图中所示的电路测定未知电阻Rx的值，图中电源电动势未知，电源内阻与电流表的内阻均可忽略不计，R为电阻箱。
(1)若要测得Rx的值，R至少需要取___________个不同的数值。
(2)若电流表每个分度表示的电流值未知，但指针偏转角度与通的电流成正比，则在用此电路测Rx时，R至少需取____________ 个不同的数值。
(3)若电源内阻不可忽略，能否应用此电路测量Rx ? 答：___________。
照“伏安法测电阻”的实验，不同之处在于Rx上的电压U需要由电流表的示数I，与电阻箱上的对应读数R求出。
U=ε－IR
由欧姆定律可得
Rx=（ε－IR）/ I ①
由于电源电动势ε未知，故R取一个值不能求出Rx的值，必须再取一组值R′、I′同理得
Rx = （ε－I′R′）/ I ′②
由①②消去ε后解得
Rx = （I′R′- IR ）/ （I－I ′）③
即R至少需要取2个不同的数值才可测出Rx的值。
(2)电阻箱读数为R 时，设电流表的指针偏转角为θ，电流值为I，将电阻箱的阻值调为R′，使电流表指针的偏角变为2θ，此时电流表示数为I ′，则I ′=2I，将以上两种数值代人③式中可得Rx =R－2 R′，即R至少需取2个不同的数值，
(3)设电源内阻为r，只取三个值R1 、R2 、R3 ，对应的电流值为I1、I2、I3 ，由闭合电路欧姆定律得
ε = I1（R1 + Rx +r） ①，ε = I2（R2+ Rx +r） ②，ε = I3（R3 + Rx +r） ③
上述三个方程中显然只有三个未知量ε、Rx和r，却无法求出Rx (同学们可自己算一下)，即R无论取几个值都不能求出Rx值。
（三）设计处理实验数据
根某一物理规律或公式，设计实验情景，并给出实验数据，打好点的纸带或在图象上描出数据点，让学生求出实验测量值，如98年的第18题，原题为：
在LC振荡电路中，如已知电容C，并测得电路的固有振荡周期T，即可求得电感L，为了提高测量精度，需多次改变C值并测得相应的T值，现将测得的六组数据标示在以C为横坐标、T2为纵坐标的坐标纸上，即图中用“X”表示的点。
⑴T、L、C的关系为_____________ ⑵根据图中给出的数据点作出T2与C的关系图线
⑶求得的L值是___________。
分析与解答 (1)T=2π√LC 。
⑵如图所示，图线应为一条直线，数据点靠近直线且均匀分布在直线两侧。
⑶仔细观察图象上的数据可发现，纵坐标为3位有效数字，横坐标为2位有效数字，在图象上选取两个坐标点A(1X10一7，14．5 X 一8 ) 和(3．5x10—7， 51．0x10—8)，则
T2 / C = 1．46，L = 0．0365H
根据图上的数据点，正确读出纵，横坐标的有效数字的位数，是解答此问的关键。
（四）设计实验原理
用给定的器材测定某一物理量，要求学生写出实验原理。
例题 利用下列器材测当地的重力加速度、铁架台(附夹子)，长约1．5m的细线，下坠一个200g左右的石子、秒表、米尺，请写出实验原理。
分析与解答 设细线下端悬点到石子重心的距离为x，第一次实验测得摆线长为L1，摆长为(Ll+x)，测得周期为T1，由单摆的周期公式可得
T1=2π√(Ll+x)／g ①
将摆线长改变为L2，对应摆线长为（L2+x)，再测得周期为T2，则 T2=2π√(L2+x)／g ②
由①②消去x，解得g=4π2 (Ll —L2 )/ (T12—T22 )③
即测出长、短摆的摆线长L1、L2和对应的周期T1、T2代入③式就可算出g值。
（五）设计控制实验条件
用给定的器材测定某一物理量，要求学生写出需要控制的实验条件，控制方法及需要采取的措施等。
例题 例用下列器材测当地的重力加速度：铁架台(附夹子)，长约1．5m的细线，下坠一个200g左右的石子，秒表、米尺，为尽量减小实误差，需要采取哪些措施?控制哪些实验条件?
分析与解答 ①测摆长时应该悬测，而不能平测、摆长不应小于70cm，否则很难保证做简谐振动。
②长摆与短摆的摆长差应尽可能大些，以不小于50cm为宜，这样才可以保证差值(T12—T22 )的有效数字的位数不减少。
③摆球应尽可能贴近地面，以便用刻度尺来控制振幅，从而保证摆角小于5°，同时还可判断摆球是否沿直线做往复运动，避免锥摆现 ④计时的起始、终止位置，应是摆球的平衡位置，周期的测量应用累计平均法，全振动的次数不能少于30次。
（六）设计实验步骤
题目给出实验目的，器材等，让学生写出实验步骤，或题目中给出实验步骤，但次序凌乱，其中有错误，有空缺，有多余，要求学生指出错误并纠正、补全，而后指出合理的顺序等。
例题 今有二相同材料制成的物体A和B，一卷细绳，一架天平(带砝码)，一根米尺和
一张边缘带有定滑轮的桌子，请用以上器材(可以不全用，但不能增加)设计一个测量物块和桌面间滑动摩擦系数的实验。要求写出简单的实验步骤，画出装置图，并写出摩擦系数μ的表达式。
分析与解答 ①分别用天平称出A与B的质量mA和mB。②截取适当长的细绳，把A、B系在绳两端，③把A放在桌上，使B离地面适当高度h，如图所示，用直尺测出h，并将细绳拉紧，记下A在桌面上的位置。④放开B使之下落，量出A在桌面上滑动的距离x。
由动能定理得
mBgh -μmAgh=(mA+mB ) v2 / 2 ①
μmAg (x –h)= mA v2/2 ②
由 ①②解得 μ= mBh/[(mA+mB )x – mBh]

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