2012高考物理实验专题

高考物理实验专题

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 归实验内容 说明 类 测量原理、使用方法；10分度、20分度、1．游标卡尺的使用 50分度的游标卡尺的读数等 应 构造、原理、使用方法、正确读数等 用 2．螺旋测微器的使用 性 面板上各个旋钮或开关的作用；调试方3．练习使用示波器 实 法；观察正弦波的波形等 验 光电转换和热电转换及其简单应用；光电4．传感器的简单应用 计数的简单了解等 验证力的平行四边形定则 实验的等效思想；作图法等 验 5．证 用平抛实验器进行实验；转化要验证的等6．验证动量守恒定律 性 效表达式；对暂态过程分阶段测量等 实 用自由落体进行验证；使用打点计时器和7．验证机械能守恒定律 验 刻度尺等 8．用单摆测定重力加速度 使用刻度尺和秒表；实验操作要求等 测 9．用油膜法估测分子的大小 溶液的配制；油膜面积的估算方法等 量 使用刻度尺和螺旋测微器；电流表、电压性 10．测定金属的电阻率 表量程的选择；测量电路的选取与连接等 实 “半偏法”的设计思想与误差分析；计算验 11．把电流表改装为电压表 分压电阻；改装表的校对与百分误差等 研 究 性 实 验 探 究 性 20．用多用电表探索黑箱内多用电表的使用与读数；探索的思路；测实 的电学元件 量过程中的分析与判断等 验 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

L

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＝2πg把g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(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

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

12．测定电源的电动势和内实验电路的选取与连接；作图法求解的方阻 法等 13．测定玻璃的折射率 用插针法测定；画光路图等 用双缝干涉仪进行实验；实验调节；分划14．用双缝干涉测光的波长 板的使用等 明确实验目的；使用打点计时器；用刻度15．研究匀变速直线运动 尺测量、分析所打的纸带来计算加速度等 用平抛实验器进行实验；研究的目的和方16．研究平抛物体的运动 法；描绘平抛轨迹；计算平抛物体的初速度等 17．用描迹法画出电场中平用恒定电流场模拟静电场；寻找等电势点面上的等势线 的方法；描迹的方法等 使用电流表、电压表、滑动变阻器；电路18．描绘小电珠的伏安特性的选取与连接；描绘U－I图象并分析曲曲线 线非线性的原因等 19．探究弹力和弹簧伸长的实验设计的原理和方法；实验数据的记录关系 与分析；实验结论的描述与表达形式等 验方法．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．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．

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

ΔA

设某物理量的真实值为A0，测量值为A，则绝对误差为 ΔA＝|A－A0|，相对误差为 A＝

0

|A－A0|A0．

(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，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，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．

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，使表满偏时限流电阻R比半偏时并联在电流表两端的电阻箱R′的阻值大得多．

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．

控制电路：指提供电能、控制和调节电流(电压)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．

(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?Rx，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． 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(R为变阻器的总电阻)． 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