-
2010
年高三物理第二轮总复习
第
7
专题
高考物理实验
知识网络
考点预测
物理实验是高考的主要内容之一．
《
考试大纲》
就高考物理实验共列出
19
个考点，
其中
力学
8
< br>个、热学
1
个、电学
8
个、光学
2
个．要求会正确使用的仪器主要有：
刻度尺、游标
卡尺、螺旋测微器、天平、秒表、电火花计时器或电磁打点计时器、弹簧测
力计、温度表、
电流表、电压表、多用电表、滑动变阻器、电阻箱等，并且对实验误差问
题提出了更明确的
要求．
一、
《考试大纲》中的实验与探究能
力要求
能够独立完成“物理知识表”中所列的实验，能明确实验目的，能理解实验原理和方
法，
能控制实验条件．会使用仪器，会观察、分析实验现象，会记录、处理实验数据，并
得出
结论．能发现问题、提出问题，能灵活地应用已学过的物理理论、实验方法和实验仪
器去
处理问题．
二、实验题的主要特点
物理实验年年考，
年年有变化．
从近年的实验题来
看，
其显著特点体现在如下两个方面．
(1)
从简单的背诵实验转向分析、
理解实验
实验原理是物理实验的灵魂．近年来，高考物理实验
题既不是简单地回答“是什么”，
也不是背诵“该怎样”，
而是
从物理实验情境中理解“为什么”，
通过分析推理判断“确实
是
什么”，进而了解物理实验的每一个环节．
(2)
从既定的课本学生实验转向变化的创新实验
只有创新，试题才有魅力；也只有变化，才能永葆实验考核的
活力．近年来，既定刻板
的学生实验已经从高考物理实验题中淡出，
取而代之的是学生尚未接触过的要通过解读物理
原理的新颖实验
(
如应用性、设计性、专题性实验等
)
．创新的实验题可以使能力考核真正落
到实处．
要点归纳
一、实验题的归纳与说明
归类
实验内容
说明
<
/p>
测量原理、使用方法；
10
分度、
20
分度、
50
分<
/p>
度的游标卡尺的读数等
1
．游标卡尺的使用
应
用
性
实
验
2
．螺旋测微器的使用
3
．练习使用示波器
4
．传感器的简单应用
构造、原理、使用方法、正确读数等
面板上各个旋钮或开关的作用；调试方法；观
察正弦波的波形等
光电转换和热电转换及其简单应用；光电计数
的简单了解等
验
证
性
实
验
5
．验证力的平行四边形定则
实验的等效思想；作图法等
用平抛实验器进行实验；转化要验证的等效表
6
．验证
动量守恒定律
达式；对暂态过程分阶段测量等
用自由落体进行验证；使用打点计时器和刻度
7
．验证机械能守恒定律
尺等
8
．用单摆测定重力加速度
9
．用油膜法估测分子的大小
使用刻度尺和秒表；实验操作要求等
溶液的配制；油膜面积的估算方法等
使用刻度尺和螺旋测微器；电流表、电压表量
程的选择；测量电
路的选取与连接等
测
量
“半偏法”的设计思想与误差分析；计算分压
性
11
．把电流表改装为电压表
电阻；改装表的校对与百分误差等
实
验
12
．测定电源的电动势和内阻
实验电路的选取与连接；作图法求解的方法等
10
．测定金属的电阻率
13
．测定玻璃的折射率
用插针法测定；画光路图等
14
．用双缝干涉测光的波长
15
．研究匀变速直线运动
用双缝干涉仪进行实验；实验调节；分划板的
使用等
明确实验目的；使
用打点计时器；用刻度尺测
量、分析所打的纸带来计算加速度等
研
究
性
16
．研究平
抛物体的运动
实
验
17
．<
/p>
用描迹法画出电场中平面上
的等势线
用平抛实验器进行实验；研究的目的和方法；
描绘平抛轨迹；计算平抛物体的初速度等
用恒定电流场模拟静电场；寻找等
电势点的方
法；描迹的方法等
使用电流表、电压表、滑动变阻器；电路的选
18
< br>．
描绘小电珠的伏安特性曲线
取与连接；描绘
U
－
< br>I
图象并分析曲线非线性的
原因等
探
1
9
．
探究弹力和弹簧伸长的关系
究
性
实
20
．
用多用电表探索黑箱内的电
学元件
验
实验设计的原理和方法；实验数据的记录与分
析；实验结论的描述与
表达形式等
多用电表的使用与读数
；探索的思路；测量过
程中的分析与判断等
二、物理实验的基本思想方法
1
．等效法
等效法是科学研究中常用的一种思维方法．
对一些复杂问题采用等效法，
可将其变换成
理想的
、简单的、已知规律的过程来处理，常使问题的解决得以简化．因此，等效法也是物
理实
验中常用的方法．
如在“验证力的平行四边形定则”的实验中，
要求用一个弹簧秤单独
拉橡皮条时，
要与用两个互成角度的弹簧
秤同时拉橡皮条时产生的效果相同
——
使结点到达
同一位置
O
，
即要在合力与
两分力等效的条件下，
才能找出它们之间合成与分解时所遵循的
关系
——
平行四边形定则．
又如在“验
证动量守恒定律”的实验中，
用小球的水平位移代替
小球的水平
速度；
在“验证牛顿第二定律”的实验中，
通过调节木板的倾斜
度使重力的分力
抵消摩擦力而等效于物体不受摩擦力作用．
还有
，
电学实验中电流表的改装、
用替换法测电
阻等，都是等效法的应用．
2
．转换法
将某些不易显示、
不易直接测量的物理量转化为易于显示、
易于测量的物理量的方法称
为转换法
(
间接测量法
)
．转换法是物理实验常用的方
法．如：弹簧测力计是把力的大小转换
为弹簧的伸长量；
打点计
时器是把流逝的时间转换成振针的周期性振动；
电流表是利用电流
在磁场中受力，
把电流转化为指针的偏转角；
用单摆测定重力
加速度
g
是通过公式
T
＝
2π
把
g
< br>的测量转换为
T
和
L
的测量，等等．
3
．留迹法
留迹法是利用某些特殊的手段，把一些瞬间即逝的现象<
/p>
(
如位置、轨迹等
)
记录下来，以
便于此后对其进行仔细研究的一种方法．
留迹
法也是物理实验中常用的方法．
如：
用打点计
< br>时器打在纸带上的点迹记录小车的位移与时间之间的关系；用描迹法描绘平抛运动的轨迹；
在“测定玻璃的折射率”的实验中，
用大头针的插孔显示入射光线和出射光线的
方位；
在描
绘电场中等势线的实验中，用探针通过复写纸在白纸
上留下的痕迹记录等势点的位置等等，
都是留迹法在实验中的应用．
4
．累积法
L
g
累积法是把某些难以直接准确测量
的微小量累积后测量，
以提高测量的准确度的一种实
验方法．<
/p>
如：
在缺乏高精密度的测量仪器的情况下测细金属丝的直径，
常把细金属丝绕在圆
柱体上测若干匝的总长度，然后除以匝数就可求
出细金属丝的直径；测一张薄纸的厚度时，
常先测出若干页纸的总厚度，
再除以被测页数即所求每页纸的厚度；
在“用单摆测定重力加
< br>速度”的实验中，
单摆周期的测定就是通过测单摆完成多次全振动的总时间除以全
振动的次
数，以减小个人反应时间造成的误差影响等．
5
．模拟法
模拟法
是一种间接实验方法，
它是通过与原型相似的模型来说明原型的规律性的．
模拟
法在中学物理实验中的典型应用是“用描迹法画出电场中平面上的等势线
”这一实验，
由于
直接描绘静电场的等势线很困难，
而恒定电流的电场与静电场相似，
所以用恒定电流的电场
< br>来模拟静电场，通过它来了解静电场中等势线的分布情况．
6
．控制变量法
在多因素的实验中，
可以先控制一些
量不变，
依次研究某一个因素的影响．
如在“验证
牛顿第二定律”的实验中，可以先保持质量一定，研究加速度和力的关系；再保持力一定，
研究加速度和质量的关系；最后综合得出加速度与质量、力的关系．
三、实验数据的处理方法
1
．列表法
在记录和
处理数据时，
常常将数据列成表格．
数据列表可以简单而又明确
地表示出有关
物理量之间的关系，有助于找出物理量之间联系的规律性．
列表的要求：
(1)
写明表的标题或加上必要的说明；
(2)
必须交代清楚表中各符号所表示的物理量的意义，并写明单位
；
(3)
表中数据应是正确反映测量结果的有效数字．
2
．平均值法
现行教材中只介绍了算术平均值，
即把测定的数据相加求和，
然后除以测量的次数．
< br>必
须注意的是，求平均值时应该按测量仪器的精确度决定应保留的有效数字的位数
．
3
．图象法
图象法是物理实验中广泛应用的处理实验数据的方法．图象法的最大优点是直观、简
便．
在探索物理量之间的关系时，
由图象可
以直观地看出物理量之间的函数关系或变化趋势，
由此建立经验公式．
< br>
作图的规则：
(1)
作
图一定要用坐标纸，坐标纸的大小要根据有效数字的位数和结果的需要来定；
(2)
要标明轴名、单位，在轴上每
隔一定的间距按有效数字的位数标明数值；
(3)
图上的连线不一定通过所有的
数据点，而应尽量使数据点合理地分布在线的两侧；
(4)
作图时常通过选取适当的坐标轴使图线线性化，即“变曲为直”
．
虽然图象法有许多优点，
但在图纸上连线时有较大的主观任意性，
另外连线的粗细、
图
纸的大小、图纸本身的均匀程度等，都对结果的准确性有影响．
四、实验误差的分析及减小误差的方法
中学物理中只要求初步了解绝对误
差与相对误差、
偶然误差与系统误差的概念，
以及能
定性地分析一些实验中产生系统误差的主要原因．
(1)
绝对误差与相对误差
设某物理量的真实值为
A
0
，
测量值为
A
，
则绝对误差为
Δ<
/p>
A
＝
|
A
－
A
0
|
，
相对误差为
|
A
－
A
0
|
．
A
0
Δ
A
＝
A
0
(2)
偶然误差与系统误差
偶然误
差是由于各种偶然因素对实验的影响而产生的．
偶然误差具有随机性，
< br>有时偏大，
有时偏小，所以可以通过多次测量求平均值的方法减小偶然误差．
系统误差是由于仪器本身不够精确，
或实验方法粗略，
< br>或实验原理不完善而产生的．
它
的特点是使测量值总是偏
大或总是偏小．
所以，
采用多次测量求平均值的方法不能减小系
统
误差．
要减小系统误差，
必须校准仪
器，
或改进实验方法，或设计在原理上更为完善的实验
方案．<
/p>
课本上的学生实验中就有不少减小实
验系统误差的方法和措施．
譬如，
在“研究匀变速
直线运动”的实验中，
若使用电磁打点计时器测量，
由于电磁打点计时器的振针与纸带之间
有较大的且不连续、
不均
匀的阻力作用，
会给加速度的测定带来较大的系统误差；
若改用
电
火花计时器，就可以使这一阻力大为减小，从而减小加速度测定的系统误差．再如：在
用伏
安法测电阻时，
为减小电阻测量的系统误差，
就要根据待测电阻阻值的大小考虑是采用电流
表的外接法还是内接法；在用半
偏法测电流表的内阻时
(
如图
7
－
1
所示
)
，为减小测量的系
统误差，就要使电源的电动势尽量大，使
端的电阻箱
R
′的阻值大得多．
表满偏时限流电阻
R
比半偏时并联在电流表两
图
7
－
1
五、电学实验电路的基本结构及构思的一般程序
1
．
电学实
验电路的基本结构
一个完整的电学实验电路往往包括测量电路与控制电路两部分．
测量电路：
指体现实验原理和测量方法的那部分电路，通常由电表、被测元件、电阻箱
等构成．<
/p>
控制电路：
指提供电能、
控制和调节电流
(
电压<
/p>
)
大小的那部分电路，
通常由电源、
开关、
滑动变阻器等构成．
有些实
验电路的测量电路与控制电路浑然一体，
不存在明显的分界．
如
“测定电源的电
动势和内阻”的实验电路．
2
．实验电路构思的一般程序
(1)
审题
①实验目的；
②给定器材的性能参数．
(2)
电表的选择
根据被测电阻及给定电源的相关信
息，
如电源的电动势、
被测电阻的阻值范围和额定电
流等，
估算出被测电阻的端电压及通过它的电流的最大值，
以此为依据，
选定量程适当的电
表．
< br>
(3)
测量电路的选择
根据所选定的电表以及被测电阻的
情况，选择测量电路
(
估算法、试触法
)
．
(4)
控制电路的选择
通常优先考虑限流式电路，但在下列三种情形下，应选择分压式电路：
①“限不住”电流，
即给定的滑动变阻器阻值偏小，
即使把阻值调至最大，
电路中的电
流也会超过最大允许值；
②给定的滑动变阻器的阻值
R
太小，即
R
?
R
x
，
调节滑动变阻器时，对电流、电压的调
节范围太小；
③实验要求电压的调节范围尽可能
大，甚至表明要求使电压从零开始变化．
如描绘小电珠的伏安特性曲线、电
压表的校对等实验，通常情况下都采用分压式电路．
(5)
滑动变阻器的选择
根据所确定的控制电路可选定滑动变阻器．
< br>①限流式电路对滑动变阻器的要求：
a
．能“限住”电流，且保证不被烧坏；
b
．
阻值不宜太大或太小，
有一定的调节空间
，
一般选择阻值与负载阻值相近的变阻器．
②分压式电路对滑动变阻器的要求：
E
电阻较小而额定电流较大，
I
额
＞
(
R
为变阻器的总电阻
)
．
R
3
．电表的反常规用法
其实，
电流表、电压表如果知道其内阻，它们的功能就不仅仅是测电流或电压．因此，
如果知道
电表的内阻，电流表、
电压表就既可以测电流，
也可以测电压，
还可以作为定值电
阻来用，即“一表三用”．
热点、重点、难点
一、应用性实验
1
．
所谓应
用性实验，就是以熟悉和掌握实验仪器的具体使用及其在实验中的应用为目
的的一类实验
；
或者用实验方法取得第一手资料，
然后用物理概念、规律分析
实验，并以解
决实际问题为主要目的的实验．主要有：
①仪器
的正确操作与使用，如打点计时器、电流表、电压表、多用电表、示波器等，在
实验中能
正确地使用它们是十分重要的
(
考核操作、观察能力
)
；
②物理知识的实际应用，如科技、
交通、生产、生活、体育等诸多方面都有物理实验的
具体应用问题．
2
．应用性实验题一般分为上
面两大类，解答时可从以下两方面入手．
(1)
熟悉仪器并正确
使用
实验仪器名目繁多，
具体应用因题而异，
所以，熟悉使用仪器是最基本的应用．如打点
计时器的正确安装和使用，
滑动变阻器在电路中起限流和分压作用的不
同接法，
多用电表测
不同物理量的调试等，只有熟悉它们，才能
正确使用它们．熟悉仪器，
主要是了解仪器的结
构、性能、量程
、工作原理、使用方法、注意事项，如何排除故障、正确读数和调试，使用
后如何保管等
．
(2)
理解实验原理
面对应用性实验题，
我们一定要通过
审题，
迅速地理解其实验原理，
这样才能将实际问
题模型化，运用有关规律去研究它．
具体地说，
应用性实验题的依托仍然是物理知识、
实验的能力要求等．
解
答时不外乎抓
住以下几点：①明确实验应该解决什么实际问题
(
分清力学、电学、光学等不同实际问题
)
；
②明确实验原理与实际问题之间的关系
(
< br>直接还是间接
)
；③明确是否仅用本实验能达到解决
问题的目的，
即是否还要联系其他物理知识，
包括数学知识；
④明确是否需要设计实验方案；
⑤明确实际问
题的最终结果．
●
例
1
新式游标卡尺的刻度线看起来很“稀疏”，使读数显得清晰明了，便于使用者
正确读取数据．通常游标卡尺的刻度有
10
分度、
20
分度和
50
分
度三种规格；新式游标卡
尺也有相应的三种，但刻度却是：
19
mm
等分成
10
份，
< br>39 mm
等分成
20
份，
99 mm
等分
成
50
份．图
7
－
2
就是一个“
39 mm
等分成<
/p>
20
份”的新式游标卡尺．
(1)
它的准确度是
__________mm
．
图
7
－
2
(2)
用
它测量某物体的厚度，示数如图
6
－
1
所示，正确的读数是
__________cm
．
【解析】
(1)
游标上
20
格对应的长度为
39
mm
，即每格长为
1.95
mm
，游标上每格比
主尺上每两格小
Δ
x
＝
0.05
mm
，故准确度为
0.05
mm
．
(
2)
这种游标卡尺的读数方法为：
主尺读数＋游标对准刻度
×Δ
x
＝
3
cm
＋
6×0.005
cm
＝
3.030
cm
．
[
答案
]
(1)0.05
(2)3.030
【点评】
游标卡尺、
螺旋测微器的使用在高考题中频繁出现．
对游标卡尺的使用要特别
注意以下两点：
①
深刻理解它的原理：通过游标更准确地量出
“0”
刻度与左侧刻度之间的间距
——
游标
对准刻度
×Δ
x
；
②
读准有效数据．
●
例
2
图
7
－
3
为一简单欧姆表原理示意图，其中电流表的满偏电流
I
< br>g
＝
300
μA
，内
阻
R
g
＝
100 Ω
，可变电阻
R<
/p>
的最大值为
10 kΩ
，电池的电动势<
/p>
E
＝
1.5 V
，内阻
r
＝
0.5 Ω
，图
中与接线柱
A
相连的表笔
颜色应是
________
色．按正确使用方法测量电阻
R
x
的阻值时，指
针
指在刻度盘的正中央，则
R
x
＝
________ kΩ
．若该欧姆表使用一段时间后，电池的电动势
变小、内阻变大，但此表仍能调零，按正确使用方法再测上述
R
x
，其测量结果与原结果相
比将
__________(
填“变大”、“变小”或“不变”
)
．
[2009
年高考
·
天津理综
卷
]
图
7
－
3
[
答案
]
红
5
变大
<
/p>
【点评】
欧姆表的原理就是闭合电路的欧姆定律，
可以作为结论的是：
欧姆表正中央的
刻度值等于欧姆表
的内阻．
二、测量性实验
Ⅰ
所谓测
量性实验，
就是以测量一些物理量的具体、
准确数据为主要目的
的一类实验，
可
用仪器、
仪表直接读取
数据，
或者根据实验步骤按物理原理测定实验结果的具体数值．
测量
性实验又称测定性实验，
如“用单摆测定重力加速度”、<
/p>
“用油膜法估测分子的大小”、
“测
定金
属的电阻率”、“测定玻璃的折射率”等．
●
例
3
如图
7
－
3
所示，将打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始
自由
下落，利用此装置可以测定重力加速度．
图
7
－
4
(1)
所需器材有打点计时器
(
带导线
)
、纸带、
复写纸、带铁夹的铁架台和带夹子的重物，
此外还需
_____
___(
填字母代号
)
中的器材．
A
．直流电源、天平及砝码
B
．直流电流、毫米刻度尺
C
．交流电源、天平及砝码
D
．交流电源、毫米刻度尺
(2)
通过作图的方法可以剔除偶然误差较大的数据，提高实验的准确程度．为使图线的
斜率等于重力加速度，除作
v
－
t
图象外，还可作
__________
图象，其纵轴表示的是
__________
，横
轴表示的是
__________
．
[2009
年高考
< br>·
天津理综卷
]
[
答案
]
(1)D
(2)
－
h
速度平方的二分之一
重物下落的高度
2
滴水法、阿特伍德机法等．
②
图象法是常用的处理数据的方法，
其优点是直观、
准确，
还能容易地剔除
错误的测量
数据．
●
例
4
现要测量电源
B
的电动势
< br>E
及内阻
r
(
< br>E
约为
4.5 V
，
r
约为
1.5
Ω)
，已有下列器
材：量程为
3
V
的理想电压表
，量程为
0.5 A<
/p>
的电流表
(
具有一定内阻
)
，固定电阻
R
v
2
【点评】
①
高中物理中讲述了许多种测量重力加速度的方法，如单摆法、自由落体法、
＝
40 Ω
，滑动变阻器
R
′，开关
S
，导线若干．
(1)
画
出实验电路原理图．图中各元件需用题目中给出的符号或字母标出．
(2)
实验中，当电流表的示数为<
/p>
I
1
时，电压表的示数为
U
1
；当电流表的示数为
I<
/p>
2
时，电
压表的示数为
< br>U
2
．由此可求出，
E
＝
__________
，
r
＝
__________
．
(
用
I
1
、
I
2
、
U
1
、
U
< br>2
及
R
表示
)
【解析】
本题是常规伏安法测电源的电动势和内阻实验的情境变式题，
< br>本题与课本上实
验的区别是电源的电动势大于理想电压表的量程，
但题目中提供的器材中有一个阻值不大的
固定电阻，
这
就很容易把该情境变式题
“
迁移
”
到学过的实验上．
把固定电阻接在电源的旁边，
将其等效成电源的内阻即可
(
如图甲所示
< br>)
，再把电压表跨接在它们的两侧．显然，
“
内阻增
大，内电压便增大
”
，电压表所测量的外电压相应的减小，通过定量计算，符合实验测量的
要求．这样，一
个新的设计性实验又回归到课本实验上了．
甲
(1)
实验电路原理图如图乙所示．
乙
(2)
根据
E
＝
U
＋
Ir
，给定的电源
B
的电动势
E
及内阻
r
是一定的，
I
和
U
都随滑动
变阻器
R
′<
/p>
的阻值的改变而改变，
只要改变
R
′
的阻值，
即可测出两组
I
、
U
数据，
列方程组得：
E
＝
U
1
＋
I
1
< br>(
R
＋
r
)
E
＝
U
2
＋
I
2
(
R
＋
r
)
< br>
解得：
< br>E
＝
I
1
U
2
－
I
2
U
1
I
1
－
I
2
，
r
＝
U
2
－
U
1
I
< br>1
－
I
2
－
R
．
[
答案
]
<
/p>
(1)
如图乙所示
(2)
－
R
I
1
U
2
－
I
2
U
1
U
2
－
< br>U
1
I
1
－
I
2
I
1
－
I
2
【点评】<
/p>
本题所提供的理想电压表的量程小于被测电源的电动势，
需要学生
打破课本实
验的思维定式，从方法上进行创新，运用所提供的器材创造性地进行实验设计
．
三、测量性实验
Ⅱ
：
“
伏安法测电阻
”
规律汇总<
/p>
纵观近几年的实验题，
题目年年翻新，
没有
一个照搬课本中的实验，
全是对原有实验的
改造、改进，甚至创
新，但题目涉及的基本知识和基本技能仍然立足于课本实验．
实验题作为考查实验能力的有效途径和重要手段，在高考试题
中一直占有相当大的比
重，
而电学实验因其实验理论、
步骤的完整性及与大学物理实验结合的紧密性，
成了高考实
验考查的重中之重，
测量电阻成为高考考查的焦点．
伏安法测电阻是测量电阻最基本的方法，
常涉及电流表内外接法的选择与滑动变阻器限流
、
分压式的选择，
前者是考虑减小系统误差，
< br>后者是考虑电路的安全及保证可读取的数据．
另外，
考题
还常设置障碍让考生去克服，
如没
有电压表或没有电流表等，<
/p>
这就要求考生根据实验要求及提供的仪器，
发挥思维迁移，
将已
学过的电学知识和实验方法灵活地运用到新情境中去．
这样，
就有效地考查了考生设计和完
成实验的能力
．
一、
伏安法测电阻的基本原理
1
．
基本原理
U
伏安法测电阻的基本原理是欧姆定律
R
＝
，只要测出元件两端的电压和通过的电流，
I
即可由欧姆定律计算出该元件的阻值．
2
．测量电路的系统误差
(1)
当
R
x
远大于
R
A
或临界阻值
R
A
R
V
<
R
x
时，采用电流表内接
(
如图
7
－
5
所示
)
．采用
电流表内接时，
系统误差使得电阻的测量值大于真实值，即
R
测
>
R
真．
图
7
－
5
(2)
当
R
x
远小于
R
V
或临界阻值
R
A
R
V
>
R
x
时，采用电流表外接
(
如图
7
－
6
所示
)
．采用电
流表外接时，系统误差使得电阻的测量值小于真实值，即
R
测
<
R
真．
< br>
图
7
－
6
3
．
控制电路的安全及偶然误差
根据电路中各元件的安全要求及电
压调节的范围不同，
滑动变阻器有限流接法与分压接
法两种选择
．
(1)
滑动变阻器限流接法
(
如图
7
－
7
所示
)
．一般情况或没有特别说明的情况下，由于限
流电路能耗较小，
结构连接简单，
应优先考虑限流连接方式．
限流接
法适合测量小电阻和与
变阻器总电阻相比差不多或还小的电阻．
图
7
－
7
(2)
滑动变阻器分压接法
(
如图
7
－
8
所示
)
．当采用限流电路，电路中的最小电流仍超过
用电
器的额定电流时，
必须选用滑动变阻器的分压连接方式；
当用电
器的电阻远大于滑动变
阻器的总电阻值，且实验要求的电压变化范围较大
(
或要求测量多组实验数据
)
时，必须选用
滑动变阻器的分压接法；
要求某部分电路的电压从
零开始可连续变化时，
必须选用滑动变阻
器的分压连接方式．<
/p>
图
7
－
8
4
．常见的测量电阻的方法
简捷，有尽可能高的测量精度，并能测得多组数据．
●
例
5
从下表中选出适当的实验器材，设计一电路来测量电流表的内阻
r<
/p>
1
．要求方法
(1)
画出电路图，标明所用器材的
代号．
式中各符号的意义是：
_________________________________________
_______
．
【解析】
根据所列仪
器的特点，电流表
(2)
若选测量数
据中的一组来计算
r
1
，则所用的表达
式
r
1
＝
__
____________________
，
的内阻
已知，由此可采用两电流表并联．因
为两电流表两端的电压相等，即可省去电压的测量，
从而减小实验误差，由
I
2
r
2
＝
I
1
r
1
，得
I
2
r
2
r
1
＝
I
1
．
[
答案
]
(1)
电路图如图所示
I
2
r
2
(2)
I
1
I
1
、
I
2
分别为
、
的示数
的内阻，按常规方法应用伏安法，将电压表
< br>【点评】
①
分析题意可知需测量电流表
< br>并联在待测电流表两端，但经分析可知即使该电流表满偏，其两端的电压也仅为
0
.4 V
，远
小于量程
10 V
．这恰恰就是本题设计考核学生应变能力的
“
陷阱
”
．
②
此题也可理解为
< br>“
将已知内阻的电流表
当成电压表使用
< br>”
，这实际也是伏安法的一
种推广形式．
●
例
6
有一根圆台状匀质合金棒如图
7
－
9
甲所示，某同学猜测其电阻的大小与该合
金棒
的电阻率
ρ
、长度
L
< br>和两底面直径
d
、
D
有关．他进行了如下实验：
图
7
－
9
(1)
用
游标卡尺测量合金棒的两底面直径
d
、
D
和长度
L
．图
6
－
8
乙中的游标卡尺
(
游标
尺上有
20
个等分刻度
)
的读数
L
＝
________cm
．
(2)
测量该合金棒电阻的实物电路如图
6
－
8
丙所示
(
相关器材的参数已在图中标出
)
．
该
合金棒的电阻约为几个欧姆．图中有一处连接不当的导线是
< br>________
．
(
用标注在
导线旁的
数字表示
)
图
7
－
9
丙
(3)
改正电路后，
通过实验测得合金棒的电阻
R
＝
6.72 Ω
．
根据电阻定律计算电阻率为
ρ
、
长为
L
、
直径分别为
d
和
D
的圆台状合金棒的电阻
分别为
R
d
＝
13.3 Ω
、
R
D
< br>＝
3.38 Ω
．
他发现：
在误差允许范围内，电阻
R
满足
R
2
＝
R
d
·
R
D
，由此推断该圆台状合金棒的电阻
R
＝
________
．
(
用
ρ
、
L
、
d
、
D
表述
)
[2009
年高考
·
江苏物理卷<
/p>
]
【解析】
(1)
游标卡尺的读数，按步骤进行则不会出错．首先，确定游
标卡尺的精度为
20
分度，即为
0.0
5 mm
；然后以毫米为单位从主尺上读出整毫米数
99.00
mm
，注意小数
点后的有效数字要与精度一样；再从游标尺上找
出对的最齐一根刻线，精度
×
格数＝
0
.05×8
mm
＝
0.40 mm<
/p>
；
最后两者相加，
根据题目单位要求换算
为需要的数据，
99.00
mm
＋
0.40
mm
＝
99.40
mm
＝
9.940
cm
．
(2)
本实验为测定一个几欧姆的电阻，在用伏安法测量其两端
的电压和通过电阻的电流
时，因为安培表的内阻较小，为了减小误差，
< br>应用安培表外接法，
⑥
线的连接使用的是安培
表内接法．
(3)
审题是关键，弄清题意也就能
够找到解题的方法．根据电阻定律计算电阻率为
ρ
、
长为
L
、直径分别为
d<
/p>
和
D
的圆柱状合金棒的电阻分别为：
R
d
＝
13.3 Ω
，<
/p>
R
D
＝
3.38
Ω
L<
/p>
L
即
R
d
＝
ρ
，
R
D
＝
ρ
?
d
?
2
?
D
?
2
π
?
?
?
2
?
而电阻
R
满足
R
2
＝
R
d
·
R
D
将
R
d
、
R
D
4<
/p>
ρL
[
答案
]<
/p>
(1)9.940
(2)
⑥
(3)
π
dD
4
ρL
代入得：
R
＝
．
π
dD
π
?
?
?
2
?
三、设计性实验
1
．
所谓设计性实验，就是根据实验目的，自主地运用掌握的物理知识
、实验方法和技
能，完成实验的各环节
(
实验目的、对象、原理、仪器选择、实验步骤、数据处理等
)
，拟定
实验方案，分析实验现象，并在此基础上作出适当评价．
2
．设计
性实验的显著特点：相同的实验内容可设计不同的过程和方法，实验思维可另
辟蹊径，如
设计出与常见实验
(
书本曾经介绍过的实验
)
有所变化的实验．以控制实验条件达
到实验目的而设计的
实验问题，不受固有实验思维束缚，完全是一种源于书本、活于书本，
且新颖的设计性实
验．
●
例
7
请完成以下两小题．
(1)
某同学在家中尝试验证平行四边形定则，他找到三条相同的橡皮筋
(
遵循胡克定律
)
和若干小重物，以及刻度尺、三角板、铅笔、细绳、白纸、钉子，设计了如下实验：如图
7
－
10
甲所示，
将两条橡皮筋的一端分别挂在墙上的两个钉子
A
、
B
上，
另一端与第三条橡皮
筋连接，结点为
O
，将第三条橡皮筋的另一端通过细绳挂一
重物．
图
7
－
10
甲
①为完成本实验，下述操作中必需的是<
/p>
________
．
a
．测量细绳的长度
b
．测量橡皮筋的原长
d
．记录悬挂重物后结点
O
的位置
c
．测量悬挂重物后橡皮筋的长度
_________
_________
．
②
钉
子
位
置
固
定
，
欲
利
用
现
有
< br>器
材
，
改
变
条
件
再
次
验
证
，
可
采
用
的
方
法
是
(2)
为了节能和
环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统．光控开关可采用光敏
电阻来控制，光敏
电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件
(
照度可以反映光的
强弱，光
越强照度越大，照度单位为
lx)
．某光敏电阻
R
P
在不同照度下的
阻值如下表：
照度
(lx)
0.2
0
.4<
/p>
电阻
(kΩ)
75
0.6
0
.8
1.0
1
.2
40
28
23
20
18
①根
据表中数据，请在给定的坐标系中
(
如图
7
－
10
乙所示
)
描绘出阻值随照度变化的曲
线，并说明阻值随照度变化的
特点．
图
7
－
10
乙
②如图
7
－
10
丙所示，当
1
、
2
两端所加电压上升至
2 V
时，控制开关自动启动照明系
统．请利
用下列器材设计一个简单电路，给
1
、
2
两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低
至
< br>1.0(lx)
时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图．
< br>(
不考虑控制开关对所设计电路的
影响
< br>)
图
7
－
10
丙
提供的器材如下：
< br>
光敏电阻
R
P
(
符号
阻值见上表
)
；
直流电源
E
(
电动
势
3 V
，内阻不计
)
；
定值电阻：
R
1
＝
10 kΩ
，
R
2
＝
20 kΩ
，
R
3
＝
40 kΩ(
限
选其中之一并在图中标出
)
；
开关
S
及导线若干．
[2009
年高考
·
山东理综卷
]
[
答案
]
(1)
①
bcd
②
更换不同的小重物
(2)
①
光
敏电阻的阻值随光照度变化的曲线如图
7
－
10
丁所示．特点：光敏电阻的阻值
随光照度的增大非线性
减小．
②
如图
6
－
9
戊所示
丁
戊
图
7
－
10
四、探究性实验
< br>所谓探究性实验题，
就是运用实验手段探索未知领域，
尝
试多种可能因素及其出现的结
果，在此基础上，通过观察、探究、分析实验对象、事件的
主要特征，认识研究对象的变化
过程和变化条件，
获取必要的可
靠数据，
依据实验结果客观地揭示事物的内在联系和本质规
律，
从而得出结论．中学实验中比较典型的探究性实验是电学中的黑箱问题．
●
例
8
佛山市九江大桥撞船事故发生后，
佛山交通部门加强了对佛山市内各
种大桥的
检测与维修，其中对西樵大桥实施了为期近一年的封闭施工，置换了大桥上所有
的斜拉悬
索．
某校研究性学习小组的同学们很想知道每根长
50
m
、
横截面积为
400 cm
2
的新悬索能承
受的最大拉力．
由于悬索很长，
抗断拉力又很大，
直接测量很困难，于
是同学们取来了同种
材料制成的样品进行实验探究．
由胡克定律可知，在弹性限度内，弹簧的弹力
F
与形变量
x
成正比，其比例
系数与弹
簧的长度、横截面积及材料有关．因而同学们猜想，悬索可能也遵循类似的规律
．
(1)
同学们准备像做“探究弹力与弹簧伸长的关系”实验一样，先将样品竖直悬挂，再
在其下
端挂上不同重量的重物来完成本实验．
但有同学说悬索的重力是不可忽略的，
为了避
免
悬
索
所
受
重
力
对
实
验
的
影
响
，
你
认
为
可
行
的<
/p>
措
施
是
：
___________________________________
．
(2)
同学们通过游标卡尺测量样品的直径来测定其横截面积，
某次测量的结果如图
7
－
11
所示，则该样品的直径为
__________cm
．
图
7
－
11
(3)
同学们经过充分的讨论，不断
完善实验方案，最后测得实验数据如下．
关系式
是
________________
．
①分析样品
< br>C
的数据可知，其所受拉力
F
(
单位：
N)
与伸长量
< br>x
(
单位：
m)
所遵循的函数
-
-
-
-
-
-
-
-
-
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