2012物理高考基础回归 - 实验部分（新课标）

物理考前基础回归——实验部分（新课标）

山西省芮城县风陵渡中学 杨华峰

实验误差： 1、系统误差：总是偏大或偏小，要靠改善实验原理来减小或消除。 偶然误差：多次实验求平均、图像处理可减小，不可能消除。 2、系统误差常见来源：摩擦，空气阻力，电表不理想等。 偶然误差常见来源：各种测量读数，作图，计算等。 3、绝对误差：测量值与真实值差值。

相对误差：误差值与真实值的比值（更有说服力）。常靠加大测量对象来减少相对误差。

部分仪器： 1、游标卡尺（不估读）读数 = 对齐处的主尺读数（mm）— 对齐处游标格数×每格长度（mm）

分度 10分度 20分度 50分度 游标总长 9mm 19mm 49mm 格数 10等分 20等分 50等分 每格长度 0.9mm 0.95mm 0.98mm 差值（精度） 0.1mm 0.05mm 0.02mm

读数： 上 5.6mm 下10.95mm

2、螺旋测微计（千分尺）

□固定刻度上的最小刻度为0.5mm；可动刻度每旋转一圈前进（或后退）0.5mm。在可动刻度的一周上平均刻有50条刻线，所以相邻两条刻线间代表0.01mm。

□读数时，从固定刻度上读取整、半毫米数，然后从可动刻度上读取剩余部分（因为

25 是10分度，所以在最小刻度

后应再估读一位），再把两部20 分读数相加，得测量值。

5 0 15 □精度：0.01mm

读数： 6.702mm

3、电压表、电流表：□最小刻度是10分度的，要求读到最小刻度后再往下估读一位。最小刻度不是10分度的，只要求读到最小刻度所在的这一位，不再往下估读。

1 2

10 读数：量程若为0-3V：1.15V 5

0 3 量程若为0-15V：5.7V

0 15 V

1

4、电阻箱

图中的电阻箱有6个旋钮，每个旋钮上方都标有倍率，将每个旋钮上指针所指的数值（都为整数）乘以各自的倍率，从最高位依次往下读，即可得到这时电阻箱的实际

阻值。图中最左边的两个黑点是接线柱。若指针所示如图，则阻值为84580.2Ω。

5、秒表：

□读数方法：所测时间超过0.5min时，0.5min的整数倍部分由分针读出，不足0.5min的部分由秒针读出，总

59 0 31 2 28 时间为两针示数之0 1 33 14 57 2 13 4 26 12 3 和。 35 55 4 11 10 5 24 6 □对秒表读数时一9 8 7 6 37 53 般不估读，因为机械

22 8 表采用的齿轮传动，51 39 指针不可能停在两10 20 49 41 小格之间，所以不能18 12 47 16 45 14 43 估读出比最小刻度

（0.1s）更短的时

间。 读数：3min 48.7s

学生实验： 1、研究物体匀变速直线运动

实验目的： (1)掌握判断物体是否作匀变速直线运动的方法。

(2)测定匀变速直线运动的加速度。

实验仪器：打点计时器、交流电源(电火花打点计时器—220V，电磁打点计时器—4～6V)、纸带、小车、

轨道、细绳、钩码、刻度尺、导线

实验原理:打点计时器上同时记录了时间和位置两个信息，通过纸带可判断是否为匀变速，若是可求a值；

纸带处理方法：

(1)用“逐差法”法判断运动性质，若相邻段的位移差Δs=0，则物体做匀速直线运动；若

Δs=s2-s1=s3-s2=……=sn-sn-1=恒值，则物体做匀变速直线运动；Δs 为变量，则物体做变加速运动。 (2)用“平均速度法”求瞬时速度 （需先肯定是匀变速运动，才可用时间中点公式）vn= (sn+sn+1)/2T。

2

(3)“逐差法”求加速度 Δs=aT

①若纸带为偶数段（如6段）：先算出a1=（s4-s1）/3T2，a2= (s5-s2)/3T2 ，a3= (s6-s3)/3T2，然后取平均值，即a= (a1+a2+a3)/3 = [(s6+s5+s4)-(s3+s2+s1)]/9T2。 (相当于1、2、3段合并，4、5、6段合并，时间间隔T’=3T)

②若纸带为奇数段：去除尺寸最小的一段（如加速时第1段）

(4)“图像法”求加速度（需先判断物体做匀变速运动，才可用时间中点公式） 由vn= (sn+sn+1)/2T ，求出多个点的速度，画出v-t图像，直线的斜率即加速度。

实验步骤： (1)把附有滑轮的轨道放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在轨道没有滑轮

一端，连接好电路；再把细绳拴在小车上，细绳跨过滑轮，下边挂上合适的钩码；把纸带穿过打点计时器，并把它的一端固定在小车的后面(若是电火花打点计时器，用两个纸带分别从上下两边穿过墨粉纸盘)。

(2)把小车停在靠近打点计时器处，接通电源后，放开小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一系列的点，换上新纸带，重复三次。

(3)从三条纸袋中选择一条比较理想的纸带，舍掉开头比较密集的点，在后边便于测量的地方找一个开始点，并把每打五个点的时间作为时间的单位，即T=0.02×5=0.1s，在选好的开始点下面记作0，第六点作为计数点1，依次标出计数点2、3、4、5、6。两相邻计数点间的距离用刻度尺测出分别记作s1、s2……s6。

(4)求出a的平均值，它就是小车做匀变速直线运动的加速度。

注意事项： (1)小车的加速度宜适当大些，可以减小长度的测量误差。 (2)细绳尽可能与木板平行，以确保细绳对小车拉力不变； (3)开始释放小车时，小车应尽量靠近打点计时器 (4)先通电后放开小车

2

(5)要区别计时器打出的点与人为选取的计数点（一般把计时器打出的5个点作为一个计数点），选取的计数点不少于6个；

(6)若为电磁打点计时器（f打点=f电源，电源频率越大，针与纸带摩擦越大，a越小），若出现连续直线，则抬高针；若为电火花则无针与纸带的摩擦。纸带运动时不要让纸带与打点计时器的限位孔摩擦。 (7)不要分段测量各段位移，尽可能的一次测量完毕(可先统一量出到记数起点之间的距离)。

2、探究弹力和弹簧伸长的关系（验证胡克定律）

实验目的：探索弹力与弹簧伸长的定量关系

学习所用的科学方法（转换法，控制变量法，图像法）

实验仪器：弹簧(不同的多根)、直尺、钩码(一盒)、铁架台

实验原理：弹簧受到拉力会伸长，平衡时弹簧产生的弹力和外力大小相等，弹力的大小可以通过测定外力

而得出(用悬挂钩码弹簧施加拉力)； [转换法] 弹簧的伸长可用直尺测出。

多测几组数据，用列表或作图的方法探索出弹力和弹簧伸长的定量关系。

实验步骤：1把弹簧吊在铁架台上，让弹簧自然下垂，弹簧不挂钩码时测量弹簧的原长L0

2 将已知质量的砝码挂在弹簧的下端，在平衡时测量弹簧的总长及砝码的重力，填写在表格里，然后改变钩码的质量，重复前面的实验多次 [控制变量法]

3 根据所测数据，在坐标纸上描点，以力为纵坐标，以弹簧的长度为横坐标。作出一条平滑曲线（包括直线），所描的点不一定都在曲线上 [图像法]

5 作图得到的是一次函数，不够简洁，可将坐标轴平移，得到过原点的直线。弹簧的伸长量为自变量，写出曲线的函数

注意事项： 实验时拉力不要太大，以免弹簧被过分拉伸，超出它的弹性限度

3、验证力的平行四边形定则 （探究求合力的方法）

实验目的：验证互成角度的两个共点力合成的平行四边形定则。 实验器材：方木板、白纸、弹簧测力计（两只）、三角板、刻度尺、图钉几个、细铅笔

芯、橡皮条、细绳套两个

实验原理：结点受三个共点力作用处于平衡状态，则F1、F2之合力必与F3平衡，改用

一个拉力F’使结点仍到O，则F’必与F1 、F2合力等效 [等效替代法] ，与F3平衡，以F1、F2为邻边作平行四边形，求出合力F，比较F与F’的大小和方向，以验证合成时的平行四边形定则

实验步骤：1、用图钉把白纸钉在放于水平桌面的方木板上把橡皮条的一端固定在A点，橡皮条的另一端

拴上两个细绳套

2、 用两只弹簧测力计分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条，将结点接到某一位置，记录两弹簧测力计的读数，用铅笔描下O点的位置及此时两条绳套的方向 3、 用铅笔和刻度尺从结点O沿两条细绳套方向画直线，按选定的标度作出这两只弹簧测力计的读数F1、F2的图示，并以F1、F2为邻边做平行四边形，过O点画出平行四边形的对角线，即为合力F的图示

4、 只用一只弹簧测力计钩住细绳套，把橡皮条的结点拉到同样的位置O，即下弹簧读数F’和细绳的方向，用刻度尺从O点按选定的标度沿记录方向作出这只弹簧测力计的拉力F’的图示 5、 比较力F’与用平行四边形定则求出的合力F的大小和方向，得出结论 6、 改变两个力的夹角，重复实验两次。

注意事项： (1)同一实验中的两只弹簧测力计的选取方法是：将两只弹簧测力计钩好后对拉，若两只弹簧测力计在拉的过程中读数相同，则可选，若不同，应另换，直到相同为止；使用时弹簧测力计与板面平行。

(2)在满足合力不超过弹簧测力计量程及橡皮筋形变不超过弹性限度的条件下，应使拉力及所作力的图示尽量大一些，以减小误差。两个分力F1、F2间夹角θ越大，用平行四边形作图得出的合力Fˊ的误差ΔF也越大，所以实验中不要把θ取得太大。 (3)由作图法得到的F和实验测量得到的Fˊ不可能完全符合，但在误差允许范围内可认为是F和Fˊ符合即可。

4、验证牛顿第二定律

实验目的：1、学会用实验的方法探究物体的加速度与力、质量的关系，即质量一定时，加速度与作用力

成正比；作用力一定时，加速度与质量成反比。 2、掌握用控制变量法研究问题的实验方法

3

实验仪器：电磁打点计时器、复写制片和纸带、一端带滑轮的长木板、小车、小桶、沙子、低压交流电源、

天平、砝码、刻度尺、导线两条

实验原理：控制参量ｍ一定，研究ａ与Ｆ的关系；控制参量Ｆ一定，研究ａ与ｍ的关系。

实验步骤： (1)用天平测出小车质量m，在砂桶内加适量的砂，用天平测出砂和桶的总质量m1。把打点计时器固定在长木板上。

(2)把纸带系在小车上，并使纸带穿过打点计时器。把木块垫在装有打点计时器的木板一端下面，调节木块位置使小车能在木板上做匀速运动。这时，小车所受摩擦阻力与小车所受重力沿斜面方向的分力平衡(注意此时未挂砂桶)。 (3)把系在砂桶上的细线绕过木板上的定滑轮后系在小车上，把小车放在打点计时器附近，接通电源，放开小车，便在纸带上留下反映小车运动状况的点迹。取下纸带并编上号码。

(4)给小车换上新纸带，保持小车质量不变。往砂桶内加一些砂，并称出其质量(注意仍需保证m>>m1)。重复步骤(3)。如此做几次。对各次实验所得的纸带取好计数点，进行测量和计算，求出每条纸带对应的小车的加速度，分别记入上面的表格中。图像法：用纵坐标表示加速度ａ，横坐标表示作用力Ｆ，作用力的大小Ｆ等于重物的重力，根据实验结果在坐标平面上画出相应的点，如果这些点是一条过原点的直线上，便证明了加速度与作用力成正比。

(5)保持砂桶总质量m1不变，往小车上依次加不同数目的砂袋(其质量预先测出)，重复步骤(3)几次。把各次纸带数据记入下面的表格中。用纵坐标表示加速度ａ，横坐标表示小车和砝码总质量的倒数，根据实验结果在坐标平面上画出相应的点。如果这些点在一条过原点的直线上，就证明了加速度与质量成反比。 (6)分析实验数据，看是否符合牛顿第二定律。

注意事项： (1)平衡摩擦力：采用上述“垫板法”平衡摩擦力（未挂沙桶）改变小车质量和绳子拉力均不需再调。这是因为摩擦力和小车所受重力沿斜面方向的分力总是成正比地变化的。调匀速时，先进行目测，最后应打一条纸带观察，看是否调到匀速了。（系统误差） (2)为了保证m>>m1，小车质量应足够大。（系统误差）

(3)如果平衡摩擦力做得不好，则图像不会通过坐标原点(平衡过度：直线上移；平衡不足：直线下移)；如果不满足m>>m1的条件，图像将会是一条曲线（趋于平缓）。出现后一种情况时，可以采用保证运动系统(小车和砂桶)的总质量不变来消除。办法是，预先在小车内装几个小砝码，在需要改变加速的力时，把这些砝码移少量到砂桶内。只要摩擦力能得到较好的平衡，就可以得到过坐标原点的直线。不过，在计算质量时，应把砂桶的总质量考虑在内。

(4) 绳子平行于斜面，桶应该稳定，不要晃动 （偶然误差）

(5) 改变重物和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，再放开小车，且应在小车到达滑轮前按住小车。（偶然误差）

5、探究动能定理

实验目的：1．通过实验探究外力对物体做功与物体速度的关系． 2．通过实验数据分析，总结出做功与物体速度平方的正比关系．

实验原理： 1．不是直接测量对小车做功，而是通过改变橡皮筋条数确定对小车做功W、2W、3W、…. 2．由于橡皮筋做功而使小车获得的速度可以由纸带和打点计时器测出，也可以用其他方法测出．这样，进行若干次测量，就得到若干组功和速度的数据．

3．以橡皮筋对小车做的功为纵坐标，小车获得的速度为横坐标，作出W－v曲线，分析这条曲线，可以得知橡皮筋对小车做的功与小车获得的速度的定量关系．

实验器材：小车(前面带立柱)、砝码、长木板，两侧适当的对称位置钉两个铁钉、打点计时器及纸带、学生电源及导线(使用电火花计时器不用学生电源)、5～6条等长的橡皮筋、刻度尺．

实验步骤：1．按图所示将实验仪器安装好．同时平衡摩擦力

2．先用一条橡皮筋做实验，用打点计时器和纸带测出小车获得的速度v1，设此时橡皮筋对小车做功为W1，将这一组数据记入表格．

3．用2条橡皮筋做实验，实验中橡皮筋拉伸的长度与第一次相同，这样橡皮筋对小车做的功为W2，测出小车获得的速度v2，将数据记入表格．

4．用3条、4条…橡皮筋做实验，用同样的方法测出功和速度，记入表格. 实验分析：

x

(1)求小车的速度：利用纸带上点迹均匀的一段测出两点间的距离x，则v＝(其中T为打点周期)．

T

如图所示中测出AB两点间距离．

(2)数据记录：把计算出的速度填入上表中并算出v2值． (3)数据处理：在坐标纸上画出W－v和W－v2图线

误差分析：1．误差的主要来源是橡皮筋的长度、粗细不一，做功时W与橡皮筋的条数不成正比． 2．没有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力时倾角过大也会造成误差．

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