《2008高考物理二轮复习实验基础和设计型实验ppt.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2008高考物理二轮复习实验基础和设计型实验ppt.ppt（43页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、实验基础和设计型实验,一 高考内容和要求,1.知识内容要求,一、实验基础知识,二、基本仪器的使用,三、设计型实验,一、实验基础知识,1、实验误差,误差：每一个物理量都是客观存在的，在一定条件下具有不以人的意志为转移的固定大小，这个客观大小称为该物理量的真值对于某一物理量，实验观测的结果叫测量值，测量值都有一定的近似性，它们与真值之间总会有或多或少的差异，这种差异就叫做误差 根据误差的性质和产生的原因，可将误差分为系统误差和偶然误差两大类,系统误差：系统误差是由确定因素引起的其特点是：总是使测量值向真值的某一方向偏差，或者偏大或者偏小，其数值有一定规律可循产生系统误差的主要原因有以下几个方面：,
2、仪器误差：是由于仪器本身的不准确或没有按规定条件使用仪器造成的,调整误差：是由于仪器在使用前没有经过必要的调整，或虽经调整，但没有调到实验要求而产生的系统误差,理论误差：理论误差是由于测量所依据的理论公式本身的近似性，或实验条件不能达到理论公式所规定的要求，或者测量方法、计算方法本身不严密或不完善所造成的误差,偶然误差：一些由于偶然的或不能确定的因素所造成的，又不能消除的，且又使每次测量值呈无规则涨落的误差，称为偶然误差,偶然误差使每次测量值总是在其真值附近波动，有时偏大，有时偏小，且遵从统计规律多次重复测量时，比真值偏大和偏小的机会是均等的所以，要减少由偶然因素引起的误差，除提高实验操作水平
3、外，主要方法是进行多次测量，并求出其平均值，从而减少偶然误差,(1)有效位数：有效数字的个数,(2)确定有效位数的规则：,非零数字中间的零及非零数字后边的零，都是有效数字，如2.030，为4位有效数字,第一个非零数字前的零是表示小数点的位数的，不属于有效数字如0.02030，仍为4位有效数字,测量数值特大或特小时，可以配合用10的指数表示，指数部分前面的系数为有效数字，指数部分不是有效数字如某一电阻为47.0k，若用作单位，则记作4.70104,2、有效数字,例 如果数字9.5cm和9.50cm是用刻度尺测量长度时记录的数据，其含义有什么不同？,解：有效数字的位数不同，表明测量的准确程度不同9
4、.5cm是两位有效数字，说明所用刻度尺的最小刻度是厘米，其中9cm是准确的，0.5cm是估计的，是不可靠的9.50cm是三位有效数字，说明所用刻度尺的最小刻度是毫米，其中9.5cm是准确的，第三位是估计的，因此9.50cm的准确程度要高于9.5cm的准确程度,列表法,把数据按一定的规律列成表格的形式，这种方法称为列表法列表法的优点是便于随时检查数据的合理性，发现和分析问题，有助于找出有关物理量之间的规律性联系，归纳推导出相应的物理公式,3、实验数据处理的基本方法,例如，在做“研究闭合电路的欧姆定律”实验时，我们可以列出如下表格：,具体列表时应注意以下几点： 表格设计力求合理、简明、便于观察，上
5、述实验从表格中数据可清楚地发现随着外电阻的减小，外电压减小，内电压增大，而外电压和内电压之和在误差允许范围内相等 各栏目中的物理量均应注明其名称和单位单位写在标题栏中，不必重复记在各数字后 表中所有数值的有效数字位数都应根据实验中测量的精度来确定，不能随意增加或减少 各量排列顺序尽量与测量程序一致，以便于寻找规律,作图法,把测量值之间的函数关系绘成相应的曲线，即用直角坐标法：在平面直角坐标中，将2个相关物理量的测量值对应为坐标点，连接这些点获得反应两物理量间关系的实验曲线，这种方法称为作图法作图法是一种应用很广泛的处理实验数据的方法特别是在有些科学实验的规律和结果还没有完全掌握或者还没有找到明
6、确的函数表达式时，采用作出的图像来表示实验结果，能形象直观地显示物理量变化规律,例如，在气垫导轨上做验证牛顿第二定律的实验时，用一系列大小不同的力F依次作用在一定质量滑块上，测量得到一系列不同的加速度值a在坐标纸上作出a F图,/kg-1,a/ms-1,0,接着用相同的力作用在一系列质量大小不同的滑块上，测量得到一系列不同的加速度a在坐标纸上作出a 图,a和F成正比,a和 成正比,如在做“描绘小电珠的伏安特性曲线”实验时，通过改变通过小灯泡的电流和加在小灯泡上的电压，测量出一系列小灯泡的电流和电压的值，在坐标纸上绘制出小灯泡的伏安特性曲线如图所示，从图像中可看出随着通过小灯泡的电流增大，曲线的
7、斜率减小，这表示小灯泡的电阻变大，同时在实验时可,看到通过小灯泡电流越大，小灯泡发光越亮，小灯泡灯丝的温度越高，进而可推得小灯泡的灯丝电阻随温度升高而增大的实验结论,作图法的优点 简单直观，便于比较从前两例图中可以清楚地看出2个变化的物理量之间的函数关系或变化规律 便于寻找对应的函数关系，得出经验公式，求出实验需要的某些结果，如斜率、截距等 能从图像中直接读出没有进行观测的对应于某x的y值（内插法），或在一定条件下，也可以从图像的延伸部分读到测量数据范围以外的点的数据（外推法） 图像可以帮助发现实验中个别的测量错误如果有个别点偏离图像特别远，既可能是测量或数据计算中有错误，也可能是新现象、新规
8、律的发现，应该剔除或重新测量、研究 图像有取平均减小偶然误差的效果，如果图像是根据许多数据点指出的平滑曲线或直线，作图法就有取多次测量平均的作用,作图方法和规则 作图一定要用坐标纸，高中物理实验只要求用直角坐标纸 坐标轴的比例应根据实验数据的有效位数和结果的需要来确定原则上测量数据中的可靠数字在图像中也应该是被准确表示出来，不可靠数字在图像中可以是估计的图像中坐标的最小分格应该对应测量值中可靠数字的最后一位 坐标轴的起点不一定为零，尽量使图像比较匀称地布局于整个图纸，防止图形压缩在某一边或一角 标明图名、坐标轴方向、轴名，画出分度格，标明各分度格所代表的物理量的数值单位,坐标点：根据测量数据用
9、“+”标出各点坐标，若同一图纸上要画几条图像时，可分别用“”、“ ”等不同符号鲜明地标出各测量点的位置，一条直线至少有5个数据点，曲线则要测更多个数据点 绘制图像要密切注意图线变化的规律，务必做到匀、细、光滑，不通过图像的各数据点要均匀分布在图像两侧 利用图像求解某量时，取点要有任意性，不能用原测量数据点若任取两点求解时，这两点距离不能太近，以减少误差,逐差法,逐差法是物理实验中数据处理常用的一种方法，该方法一般用于等间隔线性变化的测量中因为在等间隔线性变化测量中，如果仍用一般的求平均值的方法，结果将发现只有第一次测量值和最后一次测量值有作用，其中间值全部抵消了，这样就无法体现出多次测量能减少
10、偶然误差的特点,如在处理实验“研究匀变速直线运动”的数据，求物体运动的加速度时，就需采用逐差法该实验用打点计时器，在纸带上记录匀加速运动物体每隔相等时间T的位置，依次测出各个T内的位移s1，s2，s3，（如图所示）若用结论s= s2s1=s3s2=aT2（恒量）进行数据处理，则有,，,，,所以,可见实验中测出的各个T内的位移s1，s2，s3，s4中只有s1，s4被采用，其它数据在运算过程中全部被抵消了,若用课本要求的逐差法s4s1=s5s2= s6s3=3aT2进行数据处理，则有,所以,这种方法把实验中测出的各个T内的位移s1，s2，s3，s4 ，s5，s6都用上了，所以利用逐差法处理数据可以
11、充分利用测量数据，起到了多次测量减少偶然误差的作用,二、掌握常用的物理仪器 应了解仪器的构造和原理，会正确操作和读数，会用有效数字记录测量数据,常用的物理仪器：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、弹簧秤、电流表、电压表、多用电表、滑动变阻器、电阻箱、等等。,一游标卡尺的主尺最小分度为1毫米,游标上有10个小等分间隔,现用此卡尺来测量工件的直径,如图所示.该工件的直径为_毫米.,29.8_,千分卡（螺旋测微器）,如图所示，在测金属丝直径时，螺旋测微器读数如图可知该金属丝直径d=_103 m,0.900,秒表,2分7.60秒,1分51.40秒,4滑线变阻器,构造
12、：滑线变阻器有许多类型，中学实验中常用的滑线变阻器大体结构如图所示，在瓷管上密绕康铜丝，康铜丝经氧化处理，形成外绝缘层滑动块通过磷铜片与康铜丝紧密接触（接触处的氧化层被磨掉），并且可在滑动杆上滑动,使用方法：滑线变阻器的作用是限流和分压,分压电路，如图所示把滑线变阻器电阻丝两端A端和B端并入电源，把用电器的两端分别和变阻器电阻丝一端A（或B）及滑杆的一端C并联，再并接上电压表达到调节用电器电压大小的目的在接通电路前应把变阻器连接用电路器部分电阻调到最小值，,实验时再逐渐往大调节，以防损坏用电器和电压表一般，需要较大范围内（例如从零开始）调节电压时，可采用变阻器分压接法例如，在“描绘小电珠的伏安
13、特性曲线”实验中，采用了变阻器的分压接法,注意事项,选择变阻器时应注意其最大电阻值及允许电流值,在限流电路中，最初的滑动触头应置于使变阻器接入电路中的电阻为最大值这一端；在分压电路中，最初的滑动触头应置于使变阻器连接用电器部分电阻为最小值这一端,使用前应先滑动几次滑动块，除去接触点上的灰尘、污物等影响良好接触的物质,5电阻箱,构造：电阻箱有许多类型，中学实验中常用的电阻箱为四转盘电阻箱和五转盘电阻箱，总电阻（最大电阻）四转盘电阻箱为9999，五转盘电阻箱为9999.9,图2-20,使用方法 把2个接线柱接入电路，调节4个旋钮就得到09999之间任意整数电阻值各旋钮对应指示点的读数乘以面板上标记
14、的倍数然后相加，就得出电阻的指示值读数时按从高倍到低倍的顺序读出如图所示电阻值为3608,注意事项,注意额定电流和电阻额定功率，接通电路前应估算工作电流，不得过载使用,电阻箱接入电路时，要根据电阻箱在电路的连接情况，调节电阻值，以免电路中电流太大烧坏元件及电表,为了保证电阻箱的精度，测量完毕及时切断电源，电阻箱不得代替滑线变阻器长时间通电使用,6多用电表,多用电表是最常用的电学仪表之一，一般指针式多用表可以测量直流电流和电压、正弦式交流电压、电阻等电学量并且每一种测量都有几个量程,(2)注意事项,电压测量用并联方式，电流测量用串联方式,直流电压和直流电流测量时，2支表笔的连接必须正确,当测量电
15、压、电流时，若对被测的量不能粗略估计，则先用较大量程进行测试,执表笔时，手不能接触表笔的金属部分,欧姆表使用时，每次换挡都要调节欧姆零点,测量电阻时，待测电阻要跟别的元件和电源断开,多用表使用完毕，转换开关需拨至交流电压最高量程挡或空挡若长期不使用多用电表时，还应把电池取出,三、设计型实验,所谓设计型实验，就是根据实验目的，运用掌握的物理规律、实验方法，选择熟悉器材，设计实验方案其中包括选用合适的实验方法、选择配套的实验器材、安排正确的实验步骤、设计科学的数据处理方法，采用客观的误差分析方式，最后给予总结和评价,1设计型实验的设计原则,科学性：设计的方案应有科学的依据及正确的方式即方案中：,所
16、依据的原理应遵循物理规律，且要求选择的规律简明；,安排的步骤应有合理的顺序，其操作符合实验规则要求；,进行数据处理及误差分析应是科学的研究方法,安全性：按设计方案实施时，应安全可靠，不会对人和器材造成损坏即方案中：,选用器材时，应考虑仪器、器材性能及量值（如仪表量程、电器的额定值、测力计的弹性限度等）的要求,设计方案时，应根据需要设置必要的保护设施,精确性：实验误差应控制在误差允许范围之内，尽可能选择误差较小的方案即：,在安装器材时或使用仪器之前，应按实验要求对器材、仪器作必要的调整如对仪表的机械调零等,选用合适的测量工具及合适的量值范围，使之与被测量值相匹配如测量某电阻时，选用的挡位应使电表
17、指针指在刻度盘中央附近,针对实验中可能出现的因操作而带来的偶然误差，往往多次重复实验，获得多组实验数据、结果，以备选取有效信息、数据,简便性、直观性：设计实验应便于操作、读数，便于进行数据处理，便于实验者直观、明显地观察,2、实验设计的基本思想方法,(1)转换法：将一个物理量（不易测）的测量转化为对另一些物理量（容易测）的测量，这种转化方法称为转换法它在物理测量中有广泛的应用，如许多微小量经过转化可实现放大，则变得易于测量,(2)等效法：等效方法是物理学研究的重要方法，也是物理实验中常用的方法如“碰撞中动量守恒”实验中，用小球的水平位移代替小球的水平速度，即是一种等效代替的应用,(3)累积法：
18、把某些难以直接准确测量的微小量累积后测量，提高测量的精确程度如测量单摆振动的周期，应测量单摆多次全振动的时间除以全振动次数，以减少个人反应时间造成误差的影响,(4)控制变量法：当我们研究物理量A与另外n个变量间的关系时，需要先控制这n个变量中的n1个物理量不变，只研究物理量A与剩余的那个变量间的关系，照此办法，逐个研究A与每个变量间关系，最后概括推理，得出物理量A与这n个变量间的关系如牛顿第二定律实验中，可先保持质量一定，研究加速度与力的关系；再保持力一定，研究加速度与质量的关系,(5)留迹法：把瞬息即逝的现象（位置、轨迹、图像等）记录下来，以便于分析现象和处理实验数据如通过纸带上打出的小点记录小车的位置；再如用描迹法画出平抛物体的运动轨迹；用沙摆显示振动的图像，等等,