逍遥右脑 2013-01-26 16:24
第十七 物理实验
物理高考实验命题的改革,成为物理高考改革的主题，改革的力度不断强化。近几年高考实验考查的特点：一是以电学实验考查为主；二是重视对基本仪器使用的考查；三是注重对实验的思想、方法及原理理解的考查；四是注重联系实际的考查。近两年的高考实验题与以往相比，给人耳目一新的感觉。首先考题于教材，不避陈题。但又不拘泥于教材中的19个学生分组实验，有些实验考题既不是学生实验也不是演示实验，而是在有关物理知识的基础上，演化成实验研究题。但实验的核心——实验原理是学生在学习和实验中应知应会的。这要求我们更深层次地去分析、推理、探索和预见有关实验问题，这种试题的创新布局，特别突出了实验能力的考核。
第一节 基本测量仪器的使用
【考点透析】
一、命题趋势走向
近年高考对基本测量仪器的考查形式主要以选择、填空、作图等分布，其考查的知识重点将是对仪器的读数、连线、选择与使用等。
二、理解和掌握的内容
高考需掌握的13种仪器：刻度尺、天平、弹簧秤、游标卡尺、螺旋测微器、秒表、电火花计时器（或电磁打点计时器）、温度计、电流表、电压表、多用电表、变阻器、电阻箱等。在有刻度的测量工具中，在使用前要进行调零，在使用时还要需注意一些事项，确保实验顺利进行，以免损坏仪器或影响准确程度。这些仪器中除变阻器和打点计时器外都需要读数，除游标卡尺、秒表、电阻箱外都需估读，估读的原则是一般估读到最小刻度的1/10。
要求知道有效数字的概念，会用有效数字表达直接测量结果，有效数字——测量结果的准确数字加一位测量误差所在位数字，统称有效数字。
【例题精析】
1.两尺读数
例1.有一游标卡尺，主尺的最小分度是1mm，游标上有20个小的等分刻度。用它测量一工的长度，如图1所示，图示的读数是_______毫米。
解析：这是一个20分度的游标卡尺，其精度为0.05mm。由放大图可看出游标零线所对应的主尺刻度为104mm，游标上第1条线与主尺上某条刻线对正。所以，工长度=主尺刻度+精度×游标对齐刻度数（不估读）=104mm+0.05mm×1=104.05mm。
游标卡尺的读数一定要注意游标卡尺的精度，且最好用毫米作单位，以免出现差错。
例2．用螺旋测微器测量一段粗细均匀的金属丝的直径，示数如图2所示，读数是___________mm。
解析：从主尺上读出13.500mm，从螺套上读出0.350mm，再估读0.007mm，三者相加即读数13.857mm。
螺旋测微器的读数一定要注意固定刻度尺上表示半毫米的刻度是否已经露出。
2.机械秒表的读数
机械秒表有两根表针，长针是秒针，每转一圈是30s，最小分度是0.1s。位于表盘上部小圆圈里面的短针是分针，分针转一圈15min，每小格0.5min。因为机械表采用的是齿轮传动，指针不可能停留在两小格之间，所以不能估读出比0.1s更小的读数。
3.多用电表的使用
例3.某人用万用电表按正确步骤测量一电阻阻值,指针指示位置如图3,则这电阻值是____.如果要用这万用电表测量一个约200欧的电阻,为了使测量比较精确,选择开关应选的欧姆挡是_ __
解析：表针示数是12，档位是×100，故测得此电阻值为12×100=1.2Ω。若测约200Ω的电阻，要使表针指在中间刻度附近，应选×10档位。
多用电表的读数取值，一般应取指针在表盘中央附近较为合理，从这一点出发去考虑选择档位。
欧姆表在使用前，首先是估计待测电阻的大小，选择合适的档位，然后调零，再进行测量。测量完毕，应将旋钮拨至“OFF”或“交流最高档”。
【能力提升】
1.下列关于打点计时器的说法中正确的是：
A.它是一种计时器材，可以用直接测量时间；
B.它接入的电压越高，打出的点越快，即两点间的时间间隔越短；
C.组成它的部分之一——振动片必须是用软铁制成的；
D.打点记时器必须和纸带配合起用才有意义。
2.下列哪些是使用弹簧秤时应注意的：
A.使用前必须先观察它的测量范围，不能使被测力超过其测量范围；
B.使用它之前还要观察它的最小刻度值，便于读数；
C.弹簧秤的指针不在零点，必须进行调整到零刻线上；
D.力的作用线必须在它的中轴线上；
3.使用温度计时应注意的事项有：
A.不要使被测物的温度超过它的测量范围；
B.测量液体或气体温度时，不要使它们脱离温度计的玻璃泡；
C.读数时，待温度计中的液柱停止不动时才读数；
D.为方便，读数时，可把温度计从被测物体中拿出。
4.精确度为0.1mm的游标卡尺，游标尺刻度总长为9mm，当其最末一个刻度线与主尺的44mm的刻度线对齐时，则游标尺的第五条刻度线所对应的主尺刻度应为（ ）
A.35.0mm B.39.5mm C.43.3mm D.35.4mm
5.已知游标卡尺的主尺最小分度是1mm，游标尺上有10个小的等分刻度，它们的总长等于9mm，用这游标卡尺测得物体长度为2.37cm，这时游标尺上的第 条刻度线与主尺的 mm刻度对齐。
6.如图4所示，是A、B两把卡尺的游标位置，A尺的狭缝宽度是 mm，B尺的狭缝宽度是 mm。
7.读出图5所示仪器指示的数值：
（1）天平 ；（2）螺旋测微器 （3）弹簧秤
（4）秒表
8.读出如图7所示各仪器的测量数据：温度计读数为 气压计读数为
电压表读数为 电流表读数为____ __万用表读数为______ _______
图7
9.有两个伏特表由完全相同的电流表改装而成，第一只伏特表的量程U1=5V，第二只伏特表的量程U2=15V。为了测量15～20V的电压，将两电压表串联使用。关于两伏特表的示数和指针的偏转角，下列那些说法正确：
A.两伏特表的示数相同； B.两伏特表指针的偏转角相同；
C.两伏特表的示数之比1：3； D.两伏特表指针的偏转角之比为1：3
10.用欧姆挡刻度盘如图8所示的万用表，检验两个电阻的阻值。已知它们的阻值分别为R1= 60Ω，R2=420Ω。下面提出了测量过程中一系列可能的操作，请你选出能尽可能准确地测量各阻值和符合万用表安全使用规则的各项操作。并且将它们按合理的顺序填写在后面的横线上：
A.把选择开头扳到欧姆挡×1；
B.把选择开关扳到欧姆×100；
C.把选择开关扳到欧姆×10；
D.把选择开关扳到欧姆×1；
E.把选择开关扳到交流电压挡×1000；
F.将两表笔分别接到R1两端，读出R1的阻值，随后即断开；
G.将两表笔分别接到R2两端，读出R2的阻值，随后即断开；
H.两表笔短接，调节调零旋钮，使表针对准欧姆挡刻度盘上的0，随后即断开。
所选操作及顺序为(用字母代号填写)_______。(操作总数应视实际需要而定)
11.一位学生使用万用表测电阻，他在实验中有违反使用规则之处，其主要实验步骤如下：
A.把选择开关扳到×1的欧姆挡上；
B.把表笔插入测试笔插孔中，先把两根表笔相接触旋转调零旋钮，使指针指在电阻刻度的零位上；
C.把两根表笔分别与某一待测电阻的两端接触，发现这时指针偏转较小。(相对电阻刻度的零刻线)；
D.换用×100的欧姆挡上，发现这时指针偏转适中，随即记下欧姆数值；E.把表笔从测试笔插孔中拨出后，把万用表放回桌上原处，实验完毕。
这个学生在测量时已注意到：待测电阻与其它元和电断开，不用手碰表笔的金属杆。
这个学生在实验中违反了使用规则的地方是：___ __；
___ ___。
12.电表在运输过程中，一般要把正负接线柱用导线连接起，这是为什么？
第二节 观察、研究型实验
[考点透析]
一、命题趋势走向
观察、研究型实验的演示实验较多，实验本身又比较简单，不可能有较难、较繁的命题。但作为对物理实验素养的考查，会有题目出现在选择题中。
二、理解和掌握的内容
1.研究类实验也称为探索性实验，它往往不一定知道某一物理规律的具体内容，要通过模拟物理过程，揭示物理量间的关系，总结、归纳出物理规律。故在设计实验过程时，要清楚通过哪些物理量的测量或观察、如何选择实验器材构造物理装置进行实验、注意哪些问题等。
2.研究类实验主要有：研究平抛物体的运动、用描迹法描绘电场中等势线、描绘小灯泡的伏安特性曲线、用多用电表探索黑箱内的电学元、练习使用示波器、传感器的简单应用等。一些其它类的实验也可转化为研究类实验，如：研究加速度与力、质量的关系。
3.演示实验主要是定性观察现象，目的是通过观察实验中出现的现象，明白现象的原因和规律。因此，应在掌握相关规律的同时，着力理解实验目的、保证实验条、观察分析现象，以达到对概念和规律的理解。
[例题精析]
例1.在研究平抛物体运动的实验中，用一张印有小方格的纸记录轨迹，小方格的边长l=1.25cm。若小球在平抛运动途中的几个位置如图1中的a、b、c、d所示,则小球平抛的初速度的计算式为V0＝______(用l、g表示),其值是 。(取g=9.8米/秒2)
解析：由图示可知，小球在水平方向上作匀速运动。在竖直方向作自由落体运动。△y=gt2，即l=gt2，又2l=V0t所以V0=2（gl）1/2
代入l、g值得：V0=0.70m/s
说明：a点不是抛出点，如果是抛出点，则在相等的相邻时间内竖直方向的位移之比为1：3：5，而不是现在的1：2：3。抛出点在a点的左上方某个位置。
例2.试根据平抛运动原理设计测量弹射器弹丸出射速度的实验方法。提供实验器材:弹射器(含弹丸，见图2);铁架台(带夹具);米尺。
（1)画出实验示意图；（2）在安置弹射器时应注意
（3）实验中应该测量的物理量是_____(在图中标出)
（4）由于弹射器每次射出的弹丸初速度不可能完全相等，在实验中应采取的方法是__________
（5）计算公式是____________________
解析：根据研究平抛运动的实验及平抛运动的原理，可知使弹丸做平抛运动，通过测量下落高度可求出时间，再测出水平位移可求出其平抛的初速度。故：
①实验示意图如图3所示。
②弹射器必须保持水平，以保证弹丸初速度沿水平方向。
③应测出弹丸下降的高度y=AB和水平射程x=BC
④在不改变高度y的条下进行多次实验测量水平射程x，求平均值以减小误差。
说明：此题是一设计性实验，要求在理解平抛运动的特点的基础上，想象出题目给定器材的用途。要求思维灵活，对平抛运动的知识考查很深刻。
[能力提升]
1.在用电流场模拟静电场描绘电场等势线的实验中，在下列所给出的器材中，应该选用的是____ (用器材前的字母表示)。
(A)6伏的交流电
(B)6伏的直流电
(C)100伏的直流电
(D)量程0～0.5伏，零刻度在刻度盘中央的电压表
(E)量程0～300微安，零刻度在刻度盘中央的电流表
在实验过程中，要把复写纸、导电纸、白纸铺放在木板上，它们的顺序(自上而下)是____、____、____。在实验中，按下电键，接通电路。若一个探针与基准点O接触，另一探针已分别在基准点O的两侧找到了实验所需要的两点a、b(如图4)，则当此探针与a点接触时，电表的指针应____(填“左偏”、“指零”或“右偏”)；当此探针与b点接触时，电表的指针应____(填“左偏”、“指零”或“右偏”)。
2.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值并侧得相应的T值。现将侧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5中用“×”表示的点。
（1）T、L、C的关系为_____。
（2）根据图中给出的数据点作出T2与C的关系图线。
（3）求得的L值是_____。
3.某同学利用热敏元和高压锅研究了该锅内水的沸点与压强的关系，所得的数据如下表所示。测得一个24cm高压锅的限压阀的质量为0.08g，排气孔的内径为3mm。如果用它煮水消毒，则锅内的最大压强可达 Pa，这个高压锅内最高温度大约是 0C（当时的大气压为1.03×105Pa，g=10m/s2）
T/0C9095100105110112114116118120122
P/Pa6684103123143151159167175183191
4.如图6是某同学利用多用电表探测三端黑箱内的电学元的示意图。该同学利用欧姆档的红、黑表笔分别接触各接线柱，测试结果如下表所示。已知该黑箱内仅由两个定值电阻和一个理想二极管组成，试画出该黑箱内电学元的连接方式，并完成该表所留的空格。
表笔位置A黑
B红B黑
A红A黑
C红C黑
A红B黑
C红C黑
B红
阻值示数/Ω240600400
5.如图7是一盒子，里面装有由导线和几个阻值相同的电阻组成的电路，盒外有接线柱1、2、3、4，已知1、2间有电阻是1、3间电阻的1.5倍，是2、4间电阻的3倍，而3、4间没有明显电阻，欲使盒内所含电阻数量最少，请画出盒内的电路图。
6.如图8是某同学《研究闭合电路欧姆定律》用的可调内阻原电池示意图，图9为该电池剖面图及实验时的外电路，其中A为锌片、B为铜片，则：
（1）电的正极为 电的负极为
（2）当只改变下列相应条时，则对该实验存在的正确说法是：
A.当变阻器的滑片向右滑动时，电压表V1的示数减小，电压表V2的示数增大
B.若用打气装置往电池内打气，电压表V1的示数减小，电压表V2的示数增大
C.向电池内打气可以改变电池的内阻，其原因是打入气体后改变了电解液的截面积
D.电压表V1的正极与B接线柱相连，电压表V2的正极应与C接线柱相连
7.在使用示波器的实验中某同学欲按要求先在荧光屏上调出亮斑，为此，他进行了如下操作：首先将辉度调节旋钮逆时针转到底，竖直位移和水平位移旋钮转到某位置，将衰减调节旋钮置于1000档，扫描范围旋钮置于“外X”档。然后打开电开关（指示灯亮），过2min后，顺时针旋转辉度调节旋钮，结果屏上始终无亮斑出现（示波器完好）。那么，他应再调节下列哪个旋钮才有可以在屏上出现亮斑？
A.竖直位移旋钮 B.水平位移旋钮 C.聚焦调节旋钮 D.辅助聚焦旋钮
8.如图10为示波器面板，图11为一信号。
（1）若要观测此信号发出的正弦交流信号的波形，应将信号的a端与示波器面板上的 接线柱相连，b端与 接线柱相连。
（2）若示波器所显示的输入波形在显示屏下边中央部位，要将波形上移，应调节面板上的 旋钮；要将此波形横向展宽应调节 旋钮；要使屏上能够显示3个完整的波形，应调节 旋钮。
9.发光二极管是电器、仪器上作指示灯用的电子元，正常使用时带“+”号的一端要与电正极相连，电流从元带“+”号的一端流入。现要求用实验测出该元两端的电压U和通过的电流I，并据此描绘出U——I图。
（1）画出实验电路图（要求二极管两端电压能在0～2.5V间变化）
（2）实验测得发光二极管U——I图象如图12所示，若发光二极管的正常工作电压为2.0V，而电是由内阻不计、电动势均为1.5V的两节干电池串联而成，则应该串一个大小为 Ω的电阻才能使发光二极管正常工作。
第三节 验证型实验
【考点透析】
一、命题趋势走向
验证型实验是在演示实验的基础上，人为地创造条，让学生通过自己动手，感知定律的正确性而进行的学生分组实验。包括验证力的平行四边形定则、验证动量守恒定律、验证机械能守恒定律等。
在近年的高考中，有趋势将上面的验证性实验迁移到验证其它规律的迹象。
二、理解和掌握的内容
1.原理：实验所验证的都是物理规律，其物理规律就是这个实验的原理。
2.方法：在清楚实验所验证的物理规律的基础上，要知道规律的数学表达式，测出式中涉及到的相关量，把验证类的实验转化成测量类实验。
3.数据处理：把测得的实验数据代入到相关表达式中，进行验证
【例题精析】
例1.将橡皮筋的一端固定在A点，另一端拴上两根细绳，每根细绳分别连着一个量程为5牛、最小刻度为0.1牛的弹簧测力计。沿着两个不同的方向拉弹簧测力计。当橡皮筋的活动端拉到O点时，两根细绳相互垂直,如图1所示.这时弹簧测力计的读数可从图中读出。
(1)由图可读得两个相互垂直的拉力的大小分别为____牛和____牛。(只须读到0.1牛)
(2)在本题的虚线方格纸上按作图法的要求画出这两个力及它们的合力。
解析：本题考查弹簧秤的读数、力的图示、平行四边形定则等方面的基本的实验素质：按要求准确读数（包括有效数字）、准确做出力的图示（包括合理选取标度、箭头和刻度等）。在图2中，每小格代表0.5N，将保证力的图示较准确，若每小格代表1N，则2.5N的力表达上容易造成误差。
例2.在"验证机械能守恒定律"的实验中，已知打点计时器所用电的频率为50赫。查得当地的重力加速度g＝9.80米/秒2。测得所用的重物的质量为1.00千克。实验中得到一条点迹清晰的纸带，把第一个点记作0，另选连续的4个点A、B、C、D作为测量的点。经测量知道A、B、C、D各点到O点的距离分别为62.99cm、70.18cm、77.76cm、85.73cm。根据以上数据，可知重物由点O运动到C点，重力势能的减少量等于____焦，动能的增加量等于____焦(取3位有效数字)。
解析：从O点到C点势能减少量为7.62J。利用匀变速直线运动在一段时间内的平均速度等于中间时刻的速度有Vc=BD/2T。动能的增量△E=mVc2/2=7.58J。
本实验验证的结果应是：重力势能减小量略大于动能的增加量，其原因是有摩擦力存在。
【能力提升】
1.在互成角度的两个力的合成实验中，有下列三个重要的步骤：
A.在水平放置的木板上垫一张白纸，把橡皮条的一端固定在木板上，另一端拴两根细线，通过细线用两个弹簧秤向两个方向互成角度的同时拉橡皮条，使它的结点到达某一位置O点，在白纸上记下O点的位置和两个弹簧秤的示数F1、F2；
B.在白纸上根据F1、F2的大小，应用平行四边形定则作图求出合力F；
C.只用一个弹簧秤通过细线拉橡皮条，使它的伸长量与用两弹簧秤拉时相同，记下此时弹簧秤的读数F′和细线的方向。
以上三个步骤中都有疏漏或错误，请给予更正。
2.利用重锤下落验证机械能守恒定律时，下列说法中正确的是：
A.应该用天平测出重锤的质量；
B.选择的纸带只要点迹清晰即可；
C.在操作时，一定要先通电后放纸带；
D.当地的重力加速度必须已知，否则无法计算重力势能。
3.利用重锤下落验证机械能守恒定律时，下列说法中正确的是：
A.应该用天平测出重锤的质量；
B.选择的纸带只要点迹清晰即可；
C.在操作时，一定要先通电后放纸带；
D.当地的重力加速度必须已知，否则无法计算重力势能。
4.用一测力计水平拉一端固定的弹簧，用测量弹簧的劲度系数k，测出的拉力F与弹簧长度L之间的数据关系如下表：
⑴在图4中的坐标中作出此弹簧的F—L图象；
⑵图象与L轴的交点表示 ，其值为 ；
⑶此弹簧的劲度系数为 。
5.用平板、小车及打点记时器等装置能否验证动量守恒定律？要求是粘有橡皮泥的两个小车碰撞。还需要哪些器材？测量哪些量？
6.某同学用图5所示装置通过半径相同的A、B两球的碰撞验证动量守恒定律，图中PQ是斜槽，QR为水平槽。实验时先使A球从斜槽上某一固定位置G由静止开始滚下，落在位于水平地面的记录纸上，留下痕迹。重复上述操作10次，得到10个落点痕迹。再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方，让A球仍从位置G由静止开始滚下和B球碰撞后，A、B球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹，重复这种操作10次。图中O点是水平槽末端R在记录纸上垂直投影点。B球落点痕迹如图6所示，其中米尺水平放置，且平行于G、R、O所在平面，米尺的零点于O点对齐。
（1）碰撞后B球的水平射程应取 cm。
（2）在以下选项中，哪些是本次实验必须进行的测量？
第四节 测量型实验
[考点透析]
一、命题趋势走向
测量型实验是运用较准确的测量仪器，较完善的测量原理，实现物理量的测定。包括：测定匀变速运动的加速度、用单摆测重力加速度、用油膜法估测测分子的大小、测定金属材料的电阻率、伏安法测电电动势和内电阻、测定玻璃的折射率和用双缝干涉测光的波长。可以预计，在今后的高考中测量型实验的力学部分命题思路不会有太大的变化，新题型仍以电学实验为主。
二、理解和掌握的内容
1.原理：所测物理量相关公式或物理规律即是它的实验原理，但公式或规律中除被测物理量外，必须是可直接测量的物理量或再间接测量的物理量。
2.构造测量相关量所需的器材及其相应的装置。如组装单摆，画电路图、连接电路等。注意：在组装装置时，要使实验能顺利完成。如电路的选择。
3.过程设计：实验过程的安排要科学合理，过程混乱可能造成测量困难或测量错误。要注意初状态的设置，如电表的调零、电路开关断开等。
4.测量读数：注意各种测量工具的读数方法、估读等。
5.数据处理：一般用列表法、做图法、计算求平均值法，测量类实验一般用计算求平均值法。
注意：求平均值时，不要把一些过程的变量平均，可平均过程常量或最后结果。如测电阻率时，固定导体的长度、截面直径可平均，而测量几次的电压和电流不能平均。
6.纸带数据的测量和计算：
①某点的即时速度：根据匀变速直线运动的物体某段时间内的平均速度等于该时间中间时刻的平均速度,即Vn=(Sn+Sn+1)/2T。
②纸带的加速度a=ΔS/T2，其中ΔS为连续相等时间内的位移差。
注意：当纸带的速度较小时，常采用五个点为一个计数点，此时两计数点的时间间隔为5T。
[例题精析]
例1.用伏安法测量一个定值电阻的器材规格如下：待测电阻Rx (约100)；直流电流表(量程0～10mA，内阻50)；直流电压表(量程0～3V，内阻5k)；直流电(输出电压3V，内阻不计)，滑动变阻器(阻值范围0～15，允许最大电流1A)；电键一个，导线若干条。根据器材的规格和实验要求作出实验电路图。
解析：如果将滑动变阻器采用限流式连结，电路中最小电流Imin=3/(15+50+100)=18mA，仍大于直流电流表的量程，所以滑动变阻器应采用分压式连接。
电流表的内外接法可采用比较法：Rx/RV=100/5000=1/50；Rx/RA=100/50=2
由于外接法误差于伏特表分流，内接法误差于电流表分压，所以电流表应采用外接法，实验电路如图1所示。
例2. 某电压表的内阻在20 k和50 k之间，现要测量其内阻，实验室提供下列可供选用的器材，待测电压表V（量程3V）；电流表A1(量程200A)；电流表A2(量程5 mA )；电流表A3（量程0.6A)；滑动变阻器R（最大阻值1 k)；电E（4Ｖ）；电键S；导线若干。
(1)所提供的电流表中应选用_________（填写字母代号）
(2)实验要求多测几组数据，尽量减小误差，请画出实验电路图。
解析：依公式R=U/I可以求出电压表的内阻。
因为电路中最大电流值 Imax=E/RV=0.2mA (将RV =20Ω代入) 所以电流表应选A1。
又∵滑线变阻器阻值远小于电压表电阻，并要求多测几组数据
∴变阻器采用分压器电路，如图2所示。滑动头初位应有最小分压值。
总结：伏安法测电阻的一般思路：
（1）选择器材
应考虑三个方面因素：
①精确性——尽量选择精度高（最小刻度值小）的仪器，电压表、电流表在使用时指针应偏转到满刻度的2/3以上；
②方便性——选用滑动变阻器时应考虑对外供电电压的变化范围既能满足实验要求，又便于调节，滑动变阻器调节时应用到大部分电阻线，否则不便于调节；
③安全性——通过电和电阻的电流不能超过其允许的最大电流，电表不能超量程。
（2）选择电路
①测量电路的选择
测量电路有两种方法：电流表内接法和外接法
（a）直接比较：当Rx≥RA用内接法，当Rx≤RV用外接法。
（b）临界计算：当内、外解法相对误差相等时，有 ，所以 （RA≤RV）为临界值。当 （即Rx为大电阻）用内接法；当 （即Rx为小电阻）用外接法。
（c）测试判断法：如图3所示，将S分别接触a点和b点，若看到电流表读数变化较大，说明电压表分流影响较大，应该选用内接法；若看到电压表读数变化较大，说明电流表分压影响较大，应该选用外接法。
②供电电路的选择
（a）待测电阻的阻值远大于变阻器的总电阻时，用分压电路
（b）要求待测电阻上的电压或电流变化范围较大，且从零开始连续可调，用分压电路
（c）用限流电路时，电表示数超过量程时，用分压电路
（3）实物连接：注意导线的连接点都画在接线柱上（导线中间不应有分叉及交叉），电表量程、正负极是否恰当等。
例3. 为测定一个6V、3W的小电珠在不同电压下的功率，所需的实验器材如有直流电流表(量程0－0.6A，0－3A)；直流电压表(量程0－3V，0－15V)；滑动变阻器阻值为10。还有直流电，电键和若干导线。已知电流表内阻可以不计。测量时要求电珠两端电压从0Ｖ开始连续调节，测得多组数据，请按要求画出电路图，并标明电流表和电压表使用量程。
解析：由于实验要求电珠两端电压从0伏开始连续调节，显然只能采用分压式电路。又由于电流表内阻可以忽略，所以与电珠相连的测量电路应采用电流表的内接法。这样可以画出电路图如图3所示。因为电珠最大电压为6V，应选电压表15V档。又电珠6V时功率为3W，则其最大电流为0.5A，故电流表选0.6A档。
[能力提升]
1.某同学在测玻璃砖的折射率的实验中，采用了如图5所示方法：以P1 P2与玻璃砖的交点O为圆心作圆，分别交P1 P2连线于A点，OO′连线延长线于B点，并通过这两点向界面法线作 线，用刻度尺测得数据如图5所示，则此玻璃的折射率为 。
2.某同学在测定一厚度均匀的圆形玻璃砖的折射率时，先在白纸上作一与圆形玻璃相同的圆，圆心为O，将玻璃砖平放在白纸上，使其边界与所画的圆重合。在玻璃砖的一侧插两根大头针P1、P2，在另一侧再先后插两根大头针P3、P4，从另一侧隔着玻璃砖观察大头针好象在一条直线上，移去玻璃砖后如图（5）所示。试画出沿P1、P2连线方向的入射光线通过圆形玻璃后的传播方向和在玻璃中的传播方向，写出计算玻璃折射率的表达式。
3.在测量电池电动势和内电阻时，若有两只电压表V1、V2量程相同，内阻分别为RV1、RV2，且RV1＞RV2；两只电流表A1、A2量程相同，内阻分别为RA1、RA2。且RA1＞RA2，在该实验中，为了使E、r的测量值精确些，选择的电表可以是( )
A.V1与A1 B. V1与A2 C. V2与A1 D. V2与A2
4.在用电压表和电流表测量两节干电池串联的电动势和内电阻时，除备用被测电池、导线和开关外，还备用下列器材可供选择：
A.电流表（0—0.6A）；B.电流表（0—3A）；C.电压表（0—3V）；D.电压表（0—15V）；
E.滑动变阻器（0—20Ω、2A）；F.滑动变阻器（0—1750Ω、0.3A）。
①应选用的器材是 ；
②一个学生用以上所选择的器材测得如上表所示的数据，在坐标系上做出U—I图象，并从图7中可得电电动势为 ，内电阻为 。
5.有两只电压表A、B，量程已知，内阻未知；另有一干电池，它的电阻不能忽略，但不知等于多少；只用这两只电压表、开关和一些导线，通过测量计算出这个电池的电动势，电池的电动势不超过电压表的量程。
①画出实验的电路图；
②用测得量导出电动势的表达式。
③若用两只电流表可以吗？
6.在实验室要测量小灯泡的伏安特性，要求加在灯泡上的电压从零开始。备有的器材：电压表、电流表、电池、开关、滑动变阻器、导线若干。
⑴试画出实验电路图；⑵实验测得的数据如图8所示，根据表中的数据做出小灯泡的伏安特性曲线；⑶该图象不是一条直线的原因是 。
7.在如图（9）所示的电路中，不计电表内阻的影响，改变变阻器滑片的位置，得到电压表V1、V2的示数随电流表A的示数的变化关系的图象；其中表示电压表V1的示数与电流表示数的变化关系的图象是 ；由图象可求出电池的内阻是 。
8. 欲用伏安法测定一段阻值约为5左右的金属导线的电阻，要求测量结果尽量准确，现备有以下器材：
A. 电池组(3V，内阻1)；
B. 电流表(0～3A，内阻0.0125)；
C. 电流表(0～0.6A，内阻0.125)；
D. 电压表(0～3V，内阻3k)；
E. 电压表(0～15V，内阻15k)；
F. 滑动变阻器(0～20，额定电流1A)；
G. 滑动变阻器(0～2000，额定电流0.3A)；
H. 电键、导线。
(1)上述器材中应选用的是_____________。（填写各器材的字母代号）
(2)实验电路应采用电流表__________接法。(填“内”或“外”)
(3)设实验中，电流表、电压表的某组示数如图10所示，图示中Ｉ＝___A，U＝______V。
(4)为使通过待测金属导线的电流强度能在0～0.5A范围内改变，请按要求画出测量待测金属导线的电阻Rx的原理电路图，然后根据你设计的原理电路将图11中给定的器材连成实验电路。
9. 为测一个量程0～3.0v内阻约为数千欧的直流电压表内阻，采用电流表，电压表串联接入电路，实验器材如下：
A. 待测电压表(0～3v数千欧)
B. 直流电流表(0～0.6A约0.2 )
C. 直流电流表(0～100mA约2 )
D. 直流电流表(0～10mA约50 )
E. 滑动变阻器(0～50 ，允许最大电流0.5A)； F. 电键、导线
G. 直流电(输出电压6v内阻不计)
(1)实验中测出电压表内阻的计算式是RV＝_______，需测物理量分别由____和_____读出(写代号)；
(2)在实物图12上连线。
10. 一待测电阻阻值在100～200之间，额定功率为0.25W，现用伏安法测量它的电阻。可供选择的器材有：（ ）
A.电流表(量程50mA、内阻20)；
B. 电流表(量程3mA、内阻0.01)；
C. 电压表(量程5V、内阻10k)；
D. 滑动变阻器(阻值范围0～20、额定电流2A)；
E. 电池组(电动势12V、电阻不计)；
F. 电键1只、导线若干；
则适用的器材应选 （填字母代号），并画出测量用的实验原理图。
11.图1为测量电阻的电路，Rx为待测电阻，R的阻值己知，R‘为保护电阻，阻值未知。电E的电动势未知，1、2均为单刀双掷开关。A为申流表，其内阻不计
(1)按图13所示的电路，在图14的实物图上连线
(2)测量Rx的步骤为：将2向d闭合，1向__________闭合，记下电流表读数I1，再将2向c闭合，1向_______闭合，记电流表读数I2。计算Rx的公式是Rx=__________
12、实验室中现有器材如实物图16所示，有：
电池E，电动势约10V，内阻约1Ω；
电流表A1，量程10A，内阻r1约0.2Ω；
电流表A2，量程300mA，内阻r2约5Ω；
电流表A3，量程250mA，内阻r3约5Ω；
电阻箱R1，最大值999.9Ω，阻值最小改变量为0.1Ω；
滑动变阻器R2，最大阻值100Ω；开关S，导线若干。
要求用图15所示的电路测定图中电流表A的内阻。
（1）在所给的三个电流表中，那几个可用此电路精确测出其内阻？
（2）在可测的电流表中任选一个作为测量对象，在实物图上连成测量电路。
（3）你要读出的物理量是 用这些物理量表示待测内阻的计算公式是 。
13、从下表中选出适当的实验器材，设计一电路测量电流表A1的内阻r1，要求方法简捷，有尽可能高的精度，并能测得多组数据。
器材（代号）规格
电流表（A1）量程10mA，内阻r1，待测（约40Ω）
电流表（A2）量程500μA，内阻r1=750Ω
电压表（V）量程10V，内阻r3=10Ω
电阻（R1）阻值约100Ω，作保护电阻用
滑动变阻器（R2）总阻值约50Ω
电池（E）电动势1.5V，内阻很小
开关（）
导线若干
（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计算r1，则所用的表达式为 ，式中符号的意义是 。
14、用双缝干涉测光的波长，实验中采用双缝干涉仪，它包括：
A.白炽灯，
B.单缝片，
C.光屏，
D.双缝，
E.滤光片，(其中双缝和光屏连在遮光筒上)
（1）把以上元安装在光具座上时，正确的排列顺序是：A、 (A已写好)
（2）正确调节后，在屏上观察到红光干涉条纹，用测量头测出10条红光亮条纹的距离为a；改用绿光滤光片，其他条不变。用测量头测出10条绿亮纹间的距离为b。则一定有 大于 。
15.在做《用油膜法估测分子大小》的实验中，所用油酸酒精溶液的浓度为每104mL溶液中有纯油酸6mL。用注射器测得1mL上述溶液为75滴。把1滴该溶液滴入盛水的浅盘内，待水面稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用笔在玻璃板上描出油酸的轮廓，再把玻璃板放在坐标纸上，其形状和尺寸如图17所示。坐标中正方形的边长为1cm，则有：油酸膜的面积是 cm2，该油酸分子的直径估算为 m。
第五节 设计型实验
[考点透析]
一、命题趋势走向
在理科综合考试的说明中，明确地把“设计和完成实验的能力”作为一个目标，在上海的高考试题中，设计型实验具有很好的测试效果，全国的高考试题中对实验的考查也在逐步转向设计型的实验，它必将是今后高考物理实验命题的热点。
二、理解和掌握的内容
知道中学物理中常用的物理实验思想、方法，并能应用它进行实验设计。
[例题精析]
1.中学物理实验的主要方法：
⑴比较法：通过对一些物理现象或物理量的比较，达到异中求同和同中求异的目的。如用天平测量质量要比用弹簧秤测量（重力求出质量）准确。
⑵替代法：用一个标准的已知量代替被测量，调整此标准，使整个测量系统恢复到替代前的状态，则被测量等于标准量。如用电阻箱代替被测电阻。
⑶放大法：把被测物理量按一定规律放大后再进行测量的方法。常用的有累积放大法，即在测量比较小的物理量时，累积后再测量，可减小误差；机械放大法，如螺旋测微器就是利用机械放大进行测量微小物体的长度，提高测量精度；光学放大法，把微小的效应用光学放大，如卡迪许实验和微小形变实验的光学放大等。
⑷转换法：将不易测量的量转换为另一种易测的量进行测量的方法。
⑸等效法：如碰撞实验中用水平位移等效于水平速度；验证牛顿第二定律中的平衡替代前的状态，则被测量等于标准量。如用电阻箱代替被测电阻。
⑹控制变量法：在有多因素影响的实验中，可先控制一些量不变，依次研究另一些因素的影响。如验证牛顿第二定律和验证欧姆定律实验。
另外还有留迹法、模拟法、补偿法等。
2.实验设计方法：一般分根据实验要求和实验器材选择实验方案、方法。
方案选择的原则是：
①正确性：即实验方案所依据的原理要简明、正确；
②可靠性：即实验的方案的实施要安全可靠，不会对仪器即人身造成危害；
③简便性：即在保证实验正常进行的前提下，便于操作、便于读数、便于数据处理;
④精确性：即对各种可能的实验方案进行初步的误差分析，尽可能选用实验精度高的方案。
3.实验器材的选择：要根据题设条和实验要求选择，另外要尽可能减小实验误差。
例1.为测定木块与斜面之间的动摩擦因数，某同学让木块从斜面上端自静止起做匀加速下滑运动，如图（1）所示，他使用的实验器材仅限于（1）倾角固定的斜面（倾角未知）、（2）木块（3）秒表（4）米尺。实验中应记录的数据是 计算动摩擦因数的公式是μ=
为了减少测量的误差，可采用的办法是
解析：本题设计原理是利用滑块在斜面上做匀加速运动时加速度为：
a=gsinθ—μgcosθ
从而有：μ=tgθ—a/ gsinθ
因此必须知道tgθ、sinθ、和加速度a。
因为tgθ=h/d, sinθ=h/L所以需用米尺测L,d,h。而加速度a=2L/t2 因此还需用秒表测滑块从静止开始下滑至底端的时间t。从而得μ= h/d —2L2/gdt2
为减少测量误差需多次测量求平均值。
例2. 如图2所示，P是一根表面均匀地镀有很薄的发热电阻膜的大陶瓷管。(其长度L为50厘米左右，直径D为10厘米左右)，镀膜材料的电阻率ρ已知，管的两端有导电箍N。现给你米尺，伏特计V，安培计A，电E，滑动变阻器R，电键和若干导线。请设计一个测定膜层厚度d的实验方案。
(1)实验中应测定的物理量是：
(2)在图3中用连线代替导线，连接测量电路实物图。
(3)计算膜层厚度的公式是：
解析：利用所学过的物理知识巧测很薄的物的厚度，这是一道很能体现理论联系实际的好试题。学生不难根据对进行实验所需掌握的相关知识的理解和记忆，知道是利用欧姆定律，即R=U/I=ρL/S
困难在于找出厚度d与截面积S有何关系？能否仅凭题给的看似不足的已知条正确地表示出S，就看学生等值转换的创造能力的高低了。
实际上我们可以把这根管形空心导体的环形截面等效成一个矩形截面，其长为环的周长πD。由于膜很薄，故πD与平均周长π（D-d/2）相差甚微。因此它的截面积S=πDd
解得 d=LρI/πDU
实验中应测定的物理量是L,D,U,I。
电路实物连接如图4所示，(因条不明确，测量电路安培表内接、外接均可。控制电路没有特别要求时，可用限流接法。)
[能力提升]
1.给你一架天平和一只秒表，如何有实验估测用手急速竖直上抛小球时，手对小球做的功？要求写出测量哪些量、如何测量，并写出计算时所需的关系式。
2.有一只电压表，量程已知，内阻为RV，另有一电动势未知但不超过电压表量程、内阻不计的电池。用这只电压表和电池，再有一些导线和开关，设计测量某一高值电阻Rx（和RV 差不多）的实验方法。要求画出实验电路图，说明测量步骤、需记录的实验数据，被测电阻Rx的计算式。
3.实验室内备有下列器材：A.长度为1米的刻度尺；B.游标卡尺；C.秒表；D.打点记时器；E.频率为50Hz的电压交流电；F.铁架台；G.天平；H.低压直流电；I.重锤。用其中的什么器材如何测量重力加速度？
4.有下列器材：长30厘米的毫米刻度尺；内径为2—3毫米的粗细均匀的直玻璃管，内有一段长约8—10厘米的水银柱封闭一段长约12—15厘米的空气柱；量角器；温度计；带有重垂线的铁架台。
要求用上述器材，测出实验室内大气压强。试设计一个实验方案并简要说明设计思想和需要测量的物理量。
5.如图5所示的电路测定未知电阻Rx的值。图中电电动势未知，内阻与电流表内阻均可忽略不计，R为电阻箱。
⑴若要测量Rx的值，R至少需要取 个不同的数值；⑵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过的电流成正比，则在用此电路测量Rx时，R至少需要取 个不同的数值；
⑶若电内阻不能忽略，能否用此电路测量Rx？
6.用实验室提供的下列器材：小磁钢球（质量为m），小铜球，相同的细线两条，铁架台，铁板，用这些器材如何测量小磁钢球与铁板距离为d时，它们之间的磁力的近似值。
⑴简要说明实验的设计思想；
⑵简要说明测量的重要步骤与测量的物理量；
⑶用已知量和测量量表示磁力的计算式是 。
7.用平板、小车及打点记时器等装置能否验证动量守恒定律？要求是粘有橡皮泥的两个小车碰撞。还需要哪些器材？测量哪些量？
8.“伏安法”测电阻时，由于电压表、电流表内阻的影响，使得测量结果总存在误差，而按图6所示电路进行测量，则由电压表、电流表内阻所造成的误差可消除。
（1）请你简要写出还未完成的主要操作步骤，并用字母表达出相应的测量值。
①闭合电键S1，电键S2接2，调节RP和RP’，使电压表读数接近满量程，读出电压表和电流表读数I2、V2。
②保持RP不变， 。
（2）请你推导出待测电阻R的表达式。
（3）用线把实物图7按电路图连成测量电路。
第十七 物理实验
专题一 1.CD 2.ABCD 3.ABC 4.B 5. 7 ；30 .6. 21.6 0.7 7.(1)15.60g (2)3.950(3)2.2N(4)253.0s 8. －5.2℃ 753.4mmHg 11.0v 0.28A 1200 9.BC 10. DHFAHGE 11. D.换挡后，应重新调零；E.实验完毕，应将选择开关扳到OFF位。12.运输过程中可能引起表针摆动，若用导线将正、负接线柱短接，形成闭合回路，则表针摆动带动线圈切割磁感线产生感应电流，阻碍线圈转动，即阻碍表针摆动。
专题二1.BE；导电纸；复写纸；白纸；指零；指零。2.（1）T2=4π2LC(2)如图一
(3)0.0351H——0.0389H 3.2.16×105；1380C.4.(1)如图二、图三(2)240Ω；1000Ω；0Ω
5.如图四 6.（1）B；A(2)BCD 7.AB 8.(1)Y输入，地 （2）6，X增益；扫描范围和扫描微调 9.77
专题三1.A.未记下细线的方向；B.应根据F1、F2的大小和方向做图；C.应将橡皮条与线的结点拉至O点。2.CD3. 自然长度；1cm；4/3N/m。4. 能。提示：被碰小车须静止，碰撞小车质量需大于被碰小车，以一定速度去碰撞被碰小车，平板需是平衡摩擦力后的，用纸带和打点计时器测出碰前和碰后的速度，求出它们的动量，即可验证动量是否守恒。
5. 64.2——64.4；ABD
专题四1. 垂线；4/3.2.略.3.AB.4. ACE；2.9伏；2.3欧.5略.6. .外接、分压；由于温度变化引起电阻变化。7.a；(U3-U2)/(I2-I1) 8. A C D F H； 外；0.48；2.20；电电路分压式；电流表内接。
9.U/I； A； D 如图五
10. (1)∵被测电阻阻值在100—200之间，而所给的滑动变阻器阻值0—20，R变＜R，本实验采用分压式组接变阻器。
(2)电路中出现最大电流Imax=(0.25/100)1/2=0.05A=50mA, 选电流表A。
(3)用比较法考虑安培表的接法。RV/Rx=104/100=102；Rx/RA=100/20=5.因此伏特表分流引起的误差小，安培表外接。 亦可求临界电阻R0=（R¬ARV）1/2=448Ω∵Rx最大为200<448；∴应采用安培表外接。注意：分压器应令电压初始为零。电键应接在干路。电路图如图六
11.（1）略（2）a, b, l2R/L1
12. 略13. 略14.(1)BDEC；(2).a，b.15.103；7.7×10-10m
专题五 1.W=mg2t2/8 2.先只将电压表接电两端，电压表读数U1=E；再将电压表与待测电阻串联后接在电两端，电压表读数为U2；Rx=( U1- U2)RV/ U2。 3.提示：用自由落体法。4.玻璃管内封闭的空气柱在等温变化中PV=C,其中P=P0+P’， P’为水银柱产生的压强，则P’=L’cosθ，L’为水银柱的长度，θ为玻璃管与竖直方向的夹角，则有P’=C/L- P0；取几个不同的θ角，分别测出L，做P’—1/L关系图象，其截距即为P0。5. 2，2，不能。6.把小磁钢球悬挂在铁板上方d处，与铁板的引力为f，则有mg+f=mg’， g’为等效重力加速度， f=m（g+g’），用单摆法测出g’后，即可求出f。7.能。提示：被碰小车须静止，碰撞小车质量需大于被碰小车，以一定速度去碰撞被碰小车，平板需是平衡摩擦力后的，用纸带和打点计时器测出碰前和碰后的速度，求出它们的动量，即可验证动量是否守恒。8.略