高中物理实验二实验验证 教师版.docx
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高中物理实验二实验验证教师版
第二课时
复习
.多用电表欧姆档原理
多用电表由表头、选择开关和测量线路三部分组成(如图),表头是一块高灵敏度磁电式电流表,其满度电流约几十到几百
A,转换开关和测量线路相配合,可测量交流和直流电流、交流和直流电压及直流电阻等。
测量直流电阻部分即欧姆表是依据闭合电路欧姆定律制成的,原理如图所示,当红、黑表笔短接并调节R使指针满偏时有
Ig=
=
(1)
当电笔间接入待测电阻Rx时,有
Ix=
(2)
联立
(1)、
(2)式解得
=
(3)
由(3)式知当Rx=R中时,Ix=
Ig,指针指在表盘刻度中心,故称R中为欧姆表的中值电阻,由
(2)式或(3)式可知每一个Rx都有一个对应的电流值I,如果在刻度盘上直接标出与I对应的Rx的值,那么当红、黑表笔分别接触待测电阻的两端,就可以从表盘上直接读出它的阻值。
由于电流和电阻的非线性关系,表盘上电流刻度是均匀的,其对应的电阻刻度是不均匀的,电阻的零刻度在电流满刻度处。
二.多用表表盘结构
多用电表的表面结构
多用电表可以用来测电流、电压和电阻,又称万用电表,其表面结构如图所示。
其表面分为上下两部分,上半部分为表盘,共有三条刻度线,最上面的刻度线的左端标有“∞”,右端标有“0”,是用于测电阻的。
中间的刻度线是用于测电流和直流电压的,其刻度是均匀分布的,最下面一条刻度线左侧标有“v”,是用于测交流电压的,其刻度线分布不均匀。
多用电表表面的下半部分为选择开关,周围标有测量功能的区域和量程。
将多用电表的选择开关旋转到电流档,多用电表就能测量电流强度,当选择开关旋转到其他功能区域时,就可用于测量电压或电阻。
多用电表表面还有一对正、负插孔。
红表笔插正插孔,黑表笔插负插孔,在插孔的上面的旋钮叫调零旋钮,用它可进行电阻调零。
另外,在表盘和选择开关之间还有一个调零螺丝,用它可以进行机械凋零,即旋转该调零螺丝,可使指针(在不接人电路中时)指在左端“0”刻线。
三.二极管的单向导电性
二极管全称叫晶体二极管,是用半导体材料制成的电子元件,它有二个引线,一根叫正极,另一根叫负极,二级管的表示符号是
当二极管的正极接高电势点,负极接低电势点,即加正向电压时,二极管电阻很小,处于导通状态,相当于一个接通的开关;当给二极管加反向电压时,二极管的电阻非常大,相当于一个断开的开关,这种特性叫二极管的单向导电性。
1.研究匀变速直线运动
右图为打点计时器打下的纸带。
选点迹清楚的一条,舍掉开始比较密集的点迹,从便于测量的地方取一个开始点O,然后每5个点取一个计数点A、B、C、D…。
测出相邻计数点间的距离s1、s2、s3…利用打下的纸带可以:
⑴求任一计数点对应的即时速度v:
如vc_=______________(其中T=5×0.02s=0.1s)
⑵利用“逐差法”求a:
a=________________________________
⑶利用上图中任意相邻的两段位移求a:
如ɑ=_________________
⑷利用v-t图象求a:
求出A、B、C、D、E、F各点的即时速度,画出如右的v-t图线,图线的斜率就是加速度a。
1.在做“研究匀变速直线运动”的实验时,某同学得到一条用打点计时器打下的纸带,并在其上取了A、B、C、D、E、F等6个计数点(每相邻两个计数点间还有4个打点计时器打下的点,本图中没有画出)打点计时器接的是220V、50Hz的交变电流。
他把一把毫米刻度尺放在纸带上,其零刻度和计数点A对齐。
⑴按照有效数字的读数规则读出相邻计数点AB、BC、CD、DE、EF间的距离s1、s2、s3、s4、s5,它们依次为______cm、______cm、______cm、______cm、______cm。
⑵由以上数据计算打点计时器在打B、C、D、E各点时,物体的即时速度vB、vC、vD、vE依次是______m/s、______m/s、______m/s、______m/s。
⑶根据以上结果,试用两种不同的方法计算该物体的加速度a。
⑷根据⑵中得到的数据,试在右边所给的坐标系中,用做v-t图象的方法,从图象中求物体的加速度a.。
要标明坐标及其单位,单位大小要取得合适,使作图和读数方便,并尽量充分利用坐标纸).试说明为什么用图象法求加速度的偶然误差比较小?
⑸从图象上求纸带上的A、F点所对应的物体的即时速度vA=______m/s,vF=______m/s,并由此计算:
当打点计时器打下A点的时刻,物体已经从静止开始做匀加速运动_____s了。
⑹如果当时电网中交变电流的频率是f=49Hz,而做实验的同学并不知道,那么由此引起的系统误差将使加速度的测量值比实际值偏_______,理由是:
___________________________。
⑴1.00,1.40,1.84,2.26,2.67;⑵0.120,0.162,0.205,0.247;
⑶0.42m/s2;⑷0.42m/s2;⑸0.079,0.290,0.188;
⑹大,实际周期大于0.02s,a=Δs/T2∝1/T2,实际加速度小于测量加速度。
2.探究弹力和弹簧伸长的关系(胡克定律)
利用右图装置,改变钩码个数,测出弹簧总长度和所受拉力(钩码总重量)的多组对应值,填入表中。
算出对应的弹簧的伸长量。
在坐标系中描点,根据点的分布作出弹力F随伸长量x而变的图象,从而发确定F-x间的函数关系。
解释函数表达式中常数的物理意义及其单位。
该实验要注意区分弹簧总长度和弹簧伸长量。
对探索性实验,要根据描出的点的走向,尝试判定函数关系。
(这一点和验证性实验不同。
)
3.互成角度度两个力的合成
该实验是要用互成角度的两个力和另一个力产生相同的效果,看其用平行四边形定则求出的合力与这一个力是否在实验误差允许范围内相等,如果在实验误差允许范围内相等,就验证了力的合成的平行四边形定则。
3.橡皮筋的一端固定在A点,另一端栓上两根细绳,每根细绳分别连着一个量程为5N、最小刻度为0.1N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,如图所示。
这时弹簧测力计的读数可从图中读出。
⑴由图可读得两个相互垂直的拉力的大小分别为_____N和_____N。
(只须读到0.1N);
⑵在右图的方格纸中按作图法的要求画出这两个力及它们的合力。
.⑴4.0N,2.5N。
⑵图略,但必须有刻度和单位
4.研究平抛物体的运动(用描迹法)
该实验的实验原理:
平抛运动可以看成是两个分运动的合成:
一个是水平方向的匀速直线运动,其速度等于平抛物体的初速度;另一个是竖直方向的自由落体运动。
利用有孔的卡片确定做平抛运动的小球运动时的若干不同位置,然后描出运动轨迹,测出曲线任一点的坐标x和y,利用
、
就可求出小球的水平分速度,即平抛物体的初速度。
该试验的注意事项有:
⑴斜槽末端的切线必须________。
⑵用重锤线检验坐标纸上的竖直线是否_________。
⑶以斜槽末端所在的点为_______原点。
⑷如果是用白纸,则应以斜槽末端所在的点为坐标原点,在斜槽末端悬挂重锤线,先以重锤线方向确定y轴方向,再用直角三角板画出水平线作为x轴,建立直角坐标系。
⑸每次小球应从斜槽上的________位置由静止开始下滑。
水平竖直坐标同一位置
4、如图6.3-2所示,用小锤打击弹性金属片,A球就水平飞出,同时B球被松开,做自由落体运动,改变小锤的打击力度,两球总能同时落到地面,这个实验()
A.只能说明上述规律中的第
(1)条
B.只能说明上述规律中的第
(2)条
C.不能说明上述规律中的任何一条
D.能同时说明上述两条规律
(2)(4分)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.若小球在平抛运动中的几个位置,如图4中a、b、c、d所示,则小球平抛的初速度的计算式v0=_____(用g、L表示),其值是____________m/s(取g=10m/s2).
(3)(6分)给你一把玩具手枪和子弹,自选器材,设计实验测量出玩具手枪子弹射出时的速度大小.
a:
器材:
______________________________________________;
b:
需测量的物理量及符号:
_________________________________;
c:
速度大小的表达式:
________________________.
(1)B(3分);
(2)
,0.5m/s(各2分);
(3)方案一:
竖直上抛运动
a:
秒表
b:
竖直向上射出子弹,利用秒表测量出子弹从射出到落回到射出点的时间t
c:
方案二:
平抛运动
a:
刻度尺
b:
利用刻度尺测量出子弹运动的水平距离L和竖直高度差h
c:
方案三:
圆周运动
a:
刻度尺、量角器和秒表
b:
如图装置,用两个相同的圆纸片通过转轴绕轴转动,用秒表测量出其转动的周期T;然后让子弹水平穿过转动的两纸片,在上面留下如图的a、b两小孔,用量角器测量出两小孔所在半径的交角
,用刻度尺测量出两纸片的水平距离L.
c:
}
5.验证动量守恒定律
由于v1、v1/、v2/均为水平方向,且它们的竖直下落高度都相等,所以它们飞行时间相等,若以该时间为时间单位,那么小球的水平射程的数值就等于它们的水平速度。
在右图中分别用OP、OM和O/N表示。
因此只需验证:
___________________________________即可。
注意事项:
⑴必须以质量较_____的小球作为入射小球(保证碰撞后两小球都向前运动)。
⑵小球落地点的平均位置要用圆规来确定:
用尽可能小的圆把所有落点都圈在里面,圆心就是落点的平均位置。
⑶所用的仪器有:
天平、刻度尺、游标卡尺(测小球直径)、碰撞实验器、复写纸、白纸、重锤、两个直径相同质量不同的小球、圆规。
⑷若被碰小球放在斜槽末端,而不用支柱,那么两小球将不再同时落地,但两个小球都将从斜槽末端开始做平抛运动,于是验证式就变为:
___________________________________________,两个小球的直径也不需测量了。
m1OP=m1OM+m2(O/N-2r)较大m1OP=m1OM+m2ON
5、碰撞的恢复系数的定义为
,其中v10和v20分别是碰撞前两物体的速度,v1和v2分别是碰撞后两物体的速度。
弹性碰撞的恢复系数e=1,非弹性碰撞的e<1。
某同学借用验证动量守恒定律的实验装置(如图所示)验证弹性碰撞的恢复系数是否为1,实验中使用半径相等的钢质小球1和2,(它们之间的碰撞可近似视为弹性碰撞),且小球1的质量大于小球2的质量。
实验步骤如下:
安装好实验装置,做好测量前的准备,并记下重垂线所指的位置O。
第一步:
不放小球2,让小球1从斜槽上A点由静止滚下,并落在地面上。
重复多次,用尽可能小的圆把小球的所有落点圈在里面,其圆心就是小球落点的平均位置。
第二步:
把小球2放在斜槽前端边缘处的C点,让小球1从A点由静止滚下,使它们碰撞。
重复多次,并使用与第一步同样的方法分别标出碰撞后两小球落点的平均位置。
第三步:
用刻度尺分别测量三个落地点的平均位置离O点的距离,即线段OM、OP、ON的长度。
上述实验中,
①P点是_________的平均位置,M点是_______的平均位置,N点是________的平均位置,
②请写出本实验的原理
写出用测量量表示的恢复系数的表达式
①P点是在实验的第一步中小球1落点的平均位置
M点是小球1与小球2碰撞后小球1落点的平均位置N点是小球2落点的平均位置
②小球从槽口C飞出后作平抛运动的时间相同,设为t,则有
OP=v10tOM=v1tON=v2t小球2碰撞前静止,v20=0
6.验证机械能守恒定律
验证自由下落过程中机械能守恒,图示纸带的左端是用夹子夹重物的一端。
⑴要多做几次实验,选点迹清楚,且第一、二两点间距离接近________mm的纸带进行测量。
⑵用刻度尺量出从0点到1、2、3、4、5各点的距离h1、h2、h3、h4、h5,利用“匀变速直线运动中间时刻的即时速度等于该段位移内的平均速度”,算出2、3、4各点对应的即时速度v2、v3、v4,验证与2、3、4各点对应的重力势能减少量________和动能增加量________是否相等。
⑶由于摩擦和空气阻力的影响,本实验的系统误差总是使________________
⑷本实验不需要在打下的点中取计数点。
也不需要测重物的质量。
2mmmgh
6.在用落体法验证机械能守恒定律时,某同学按照正确的操作选得纸带如右。
其中O是起始点,A、B、C是打点计时器连续打下的3个点.该同学用毫米刻度尺测量O到A、B、C各点的距离,并记录在图中(单位cm)。
⑴这三个数据中不符合有效数字读数要求的是_____,应记作_______cm。
⑵该同学用重锤在OB段的运动来验证机械能守恒,已知当地的重力加速度g=9.80m/s2,他用AC段的平均速度作为跟B点对应的物体的即时速度,则该段重锤重力势能的减少量为_______,而动能的增加量为________,(均保留3位有效数字,重锤质量用m表示).这样验证的系统误差总是使重力势能的减少量_______动能的增加量,原因是_____________________________________________。
⑶另一位同学根据同一条纸带,同一组数据,也用重锤在OB段的运动来验证机械能守恒,不过他数了一下:
从打点计时器打下的第一个点O数起,图中的B是打点计时器打下的第9个点。
因此他用vB=gt计算跟B点对应的物体的即时速度,得到动能的增加量为________,这样验证时的系统误差总是使重力势能的减少量_______动能的增加量,原因是______________________________________。
⑴OC,15.70
⑵1.22m,1.20m,大于,v是实际速度,因为有摩擦生热,减少的重力势能一部分转化为内能;
⑶1.23m,小于,v是按照自由落体计算的,对应的下落高度比实际测得的高度要大。
7用描迹法画出电场中平面上等势线
实验所用的电流表是零刻度在中央的电流表,在实验前应先测定电流方向与指针偏转方向的关系:
将电流表、电池、电阻、导线按图1或图2连接,其中R是阻值大的电阻,r是阻值小的电阻,用导线的a端试触电流表另一端,就可判定电流方向和指针偏转方向的关系。
该实验是用恒定电流的电流场模拟静电场。
与电池正极相连的A电极相当于正点电荷,与电池负极相连的B相当于负点电荷。
白纸应放在最下面,导电纸应放在最上面(涂有导电物质的一面必须向上),复写纸则放在中间。
7.用恒定电流的电流场模拟静电场描绘等势线时,下列哪些情况是能够实现的是(B、C)
⑴ ⑵ ⑶ ⑷
A.如图⑴圆柱形电极M、N都接电源的正极,模拟等量正点电荷周围的静电场
B.如图⑵圆柱形电极M接电源正极,圆环形电极N接电源负极,模拟正点电荷周围的静电场
C.如图⑶两个平行的长条形电极M、N分别接电源正、负极,模拟平行板电容器间的静电场
D.如图⑷圆柱形电极M接电源负极,模拟负点电荷周围的静电场
8.伏安法测电阻
伏安法测电阻有a、b两种接法,a叫(安培计)外接法,b叫(安培计)内接法。
外接法的系统误差是由_________________引起的,测量值总_______真实值,小电阻应采用_________接法;内接法的系统误差是由__________________引起的,测量值总_________真实值,大电阻应采用__________接法。
如果无法估计被测电阻的阻值大小,可以利用试触法:
如图将电压表的左端接a点,而将右端第一次接b点,第二次接c点,观察电流表和电压表的变化,若电流表读数变化大,说明被测电阻是大电阻,应该用内接法测量;若电压表读数变化大,说明被测电阻是小电阻,应该用外接法测量。
(这里所说的变化大,是指相对变化,即ΔI/I和ΔU/U)。
备注:
_________________________
_________________________
电压表的分流引小于外电流表的分压大于内
(1)滑动变阻器的连接
滑动变阻器在电路中也有a、b两种常用的接法:
a叫限流接法,b叫分压接法。
分压接法被测电阻上电压的调节范围大。
当要求电压从零开始调节,或要求电压调节范围尽量大时应该用分压接法。
用分压接法时,滑动变阻器应该选用阻值______的;用限流接法时,滑动变阻器应该选用阻值和被测电阻___________的。
小接近
(2)实物图连线技术
无论是分压接法还是限流接法都应该先把________法部分接好;
对限流电路,只需用笔画线当作导线,从电源正极开始,把电源、电键、滑动变阻器、伏安法四部分依次串联起来即可(注意电表的正负接线柱和量程,滑动变阻器应调到阻值最大处)。
对分压电路,应该先把_____、_________和____________的全部电阻丝三部分用导线连接起来,然后在滑动变阻器电阻丝两端之中任选一个接头,比较该接头和滑动触头两点的电势高低,根据伏安法部分电表正负接线柱的情况,将伏安法部分接入该两点间。
伏安法部分电源电键滑动变阻器的
8.用伏安法测量一只定值电阻的实验所需的器材实物如图,各器材规格为:
⑴待测电阻RX(约100Ω)
⑵直流毫安表(量程0-10mA,内阻50Ω)
⑶直流电压表(量程0-3V,内阻5kΩ)
⑷直流电源(输出电压3V,内阻可不计)
⑸滑动变阻器(0-15Ω,允许最大电流1A)
⑹电键一只,导线若干。
根据器材的规格和实验要求,在下面方框中画出实验电路图,并在实物图上用笔画线当导线连接成实验电路。
(3)描绘小电珠的伏安特性曲线
因为小电珠(即小灯泡)的电阻较小(10Ω左右)所以应该选用安培表______接法。
小灯泡的电阻会随着电压的升高,灯丝温度的升高而增大,所以U-I曲线不是直线。
为了反映这一变化过程,灯泡两端的电压应该由零逐渐增大到额定电压。
所以滑动变阻器必须选用_______接法。
在上面实物图中应该选用右面的那个图,开始时滑动触头应该位于左端(使小灯泡两端的电压为零)。
由实验数据作出的I-U曲线如右,说明灯丝的电阻随温度升高而_______,也就说明金属电阻率随温度升高而_______。
(若用U-I曲线,则曲线的弯曲方向相反。
)
若选用的是标有“3.8V0.3A”的小灯泡,电流表应选用_______量程;电压表开始时应选用0-3V量程,当电压调到接近3V时,再改用0-15V量程。
安培表外接法分压接法增大增大0-0.6A
8.3.用伏安法测电阻的实验中,所用电压表的内阻约为20kΩ,电流表的内阻约为10Ω,滑动变阻器的最大阻值为20Ω,选用能够尽量减小系统误差的电路进行实验,所测得的各组数据已用实心点标在了右图的坐标纸上。
⑴根据各点表示的数据描出该电阻的伏安特性图线,并由此图线得出该电阻的阻值为RX=______Ω(保留2位有效数字)。
⑵在方框中画出实验电路图。
⑶将实物连接成实验电路。
9.把电流表改装为电压表
⑴、用图(a)测定电流表内阻rg,方法是:
先断开S2,闭合S1,调节R,使电流表满偏;然后闭合S2,调节R/,使电流表达到半满偏。
当R比R/大很多时,可以认为rg=R/。
(当R比R/大很多时,调节R/基本上不改变电路的总电阻,可认为总电流不变,因此当电流表半满偏时,通过R/的电流也是满偏电流的一半,两个分路的电阻相等)。
实际上,S2闭合后,总电阻略有______,总电流略有_____,当电流表半满偏时,通过R/的电流比通过电流表的电流_______,即R/比rg稍小,因此此步测量的系统误差,总是使rg的测量值偏_______。
其中R不必读数,可以用电位器,R/需要读数,所以必须用_________。
根据rg、Ig和扩大后的量程,计算出需要给电流表串联的电阻R1的值。
⑵、用(b)图把改装的电压表和标准电压表进行校对。
校对要每_____V校对一次,所以电压要从零开始逐渐增大,因此必须选用_______电路。
百分误差的计算:
如果当改装电压表示数为U时,标准电压表示数为U/,则这时的百分误差为_________________/。
如果校对时发现改装电压表的示数总是偏大,则应该适当增大_______1的阻值(使_____的分压减小一些),然后再次重新进行校对。
减小增大稍大偏小电阻箱|U-U/|/U/R1表头
9.1.欲将量程为100μA内阻为500Ω的灵敏电流表改装为量程为1mA的毫安表。
⑴需要给它_____联一只R=_____Ω的电阻。
⑵需要用一只标准毫安表对改装毫安表进行校对。
校对所用的器材的实物图如下(其中标准毫安表事先已与一只固定电阻串联,以防烧表)。
校对过程要求通过毫安表的电流能从0连续调到1mA。
请按要求在方框中画出校对电路图,并在所给的实物图上连线。
9.2.把电流表改装为电压表的实验中,分3个主要步骤,实验中给出的器材有:
①电流表(量程0-100μA)
②标准伏特表(量程0-5V)
③电阻箱(0-9999Ω)
④电阻箱(0-99999Ω)
⑤电源(电动势2V,有内阻)
⑥电源(电动势6V,有内阻)
⑦滑动变阻器(0-50Ω,额定电流1.5A)
⑧电键两只,导线若干。
⑴首先要用半偏法测定电流表的内阻。
如果采用图1所示的电路测定电流表A的内电阻并且要想得到较高的精确度,那么从以上给出的器材中,可变电阻R1应选用______,可变电阻R2应选用______,电源E应选用______。
该步实验操作的步骤有:
A.合上K1B.合上K2C.观察R1的阻值是否最大,如果不是,将R1的阻值调至最大D.调节R1的阻值,使电流表指针偏转到满刻度E.调节R2的阻值,使电流表指针偏转到满刻度的一半F.记下R2的阻值。
把以上步骤的字母代号按实验的合理顺序填写在下面横线上空白处:
①____;②_____;③_____;④_____;⑤_____;⑥_____。
如果在步骤F中所得的R2的阻值为600Ω,则图1中被测电流表的内阻Rg的测量值为_____Ω。
⑵如果要将图1中的电流表A改装为量程为0-5V的伏特表,则改装的方法是给电流表_____联一个阻值为________Ω的电阻。
在用以上步骤将电流表改装成伏特表后,下列说法中正确的是
A.由于电流表内阻的测量值比其真实值小,这一因素使得用上述步骤改装成的伏特表测定电压时,其读数比伏特表两端的实际电压小
B.由于电流表内阻的测量值比其真实值小,这一因素使得用上述步骤改装成的伏特表测定电压时,其读数比伏特表两端的实际电压大
C.由于电流表内阻的测量值比其真实值大,这一因素使得用上述步骤改装成的伏特表测定电压时,其读数比伏特表两端的实际电压小
D.由于电流表内阻的测量值比其真实值大,这一因素使得用上述步骤改装成的伏特表测定电压时,其读数比伏特表两端的实际电压大
⑶图2所示器材中,一部分是将电流表改装为伏特表所需的,其余是为了把改装成的伏特表跟标准伏特表进行校对所需的。
在下面方框中画出改装和校对都
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