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课程介绍

方法指导：

物理是以实验为基础的科学，实验能力是物理学科的重要能力，物理高考历来重视考查实验能力。

一、基本实验的复习

要应对各类实验试题，包罗高层次的实验试题，唯一正确的方法是把要求必做的学生实验真正做懂、做会，特别是在实验原理上要认真钻研，对每一个实验步骤都要问个为什么，即不单要记住怎样做，更应该知道为什么要这样做．对基本的实验，复习过程中要注意以下六个方面的问题：

（1）实验原理

中学要求必做的实验可以分为4个类型：练习型、测量型、验证型、探索型．对每一种类型都要把原理弄清楚．

应特别注意的问题：验证机械能守恒定律中不需要选择第一个间距等于2mm的纸带．这个实验的正确实验步骤是先闭合电源开关，启动打点计时器，待打点计时器的工作不变后，再释放重锤，使它自由落下，同时纸带打出一系列点迹．按这种方法操作，在未释放纸带前，打点计时器已经在纸带上打出点迹，但都打在同一点上，这就是第一点．由于开始释放的时刻是不确定的，从开始释放到打第二个点的时间必然小于0.02s，但具体时间不确定，因此第一点与第二点的距离只能知道必然小于2mm（如果这段时间恰等于0.02s，则这段位移s=gt2/2=(10×0.022/2)m=2×10-3m=2mm），但不能知道它的确切数值，也不需要知道它的确切数值．不论第一点与第二点的间距是否等于2mm，它都是从打第一点处开始作自由落体运动的，因此只要测量出第一点O与后面某一点P间的距离h，再测出打P点时的速度v，如果：

gh≈ ( )，

就算验证了这个过程中机械能守恒．

（2）实验仪器

要求掌握的实验仪器主要有：刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器（千分尺）、天平、停表（秒表）、打点计时器（电火花计时仪）、弹簧秤、温度表、电流表、电压表、多用电表、滑动变阻器、电阻箱，等等。对于使用新教材的省市，还要加上示波器等。对这些仪器，都要弄清其原理、会正确使用它们，包罗测量仪器的正确读数。

（3）实验装置

对电学实验主要指电路图。

下面几个是应特别注意的：

①验证牛顿第二定律的实验，如何平衡摩擦力是关键。

②研究平抛物体的运动及碰撞中的动量守恒的实验，这两个实验都要使用斜槽轨道，让小球从轨道上端无初速滚下，然后平抛出去，在安装装置时要注意保证轨道末端必需水平，如果实验要进行多次，每次小球应从同一高度处下落，因此应有一个挡板。

③验证机械能守恒定律的实验，要用铁架台并用夹子固定纸带，这样在开启打点计时器而未释放重锤前，能保证打出的点迹在同一点上，若像课本上的实验装置图那样，用手握住纸带，开启打点计时器而未释放纸带前，会由于手的抖动而打出一“堆”点，从而无法准确找出第一个点（即自由落体运动起始位置）。

④用单摆测重力加速度的实验，在安装单摆时要注意悬点的固定，随便拴一个结系在铁架台的横梁上是不成取的，因为悬点不确定，就不是单摆，并且摆长值也无法准确测量。

⑤有关电路的电学实验要注意安培表的外接与内接，制流与分压电路的选择，电表内阻的影响，等等。

（4）实验步骤

复习实验步骤时不能靠死背结论，而要与实验原理联系起来，要多问问本身，为什么要按这样的步骤操作？把某些实验步骤交换一下是否可以？省掉某个步骤行不行？等等。

（5）实验数据的处理

重要的有打点计时器纸带的处理方法（如分析是不是匀速运动或匀变速直线运动、如果是匀变速运动，如何求某时刻的速度、如何求加速度等）；解方程求解未知量、用图像处理数据（把本来应该是曲线关系的通过改变坐标轴的量或单位而变成线性关系，即变成直线，是重要的实验能力）。

（6）实验误差的定性分析

中学阶段不要求进行定量的误差分析，但对主要误差的产生原因、系统误差是偏大还是偏小等，应能理解。在电路的实验中，粗略地看，认为电流表是短路、电压表是断路，但精确一点看，电流表和电压表的内阻的影响都不能忽略，定性地讨论电表电阻对测量结果的影响是我们应该掌握。

二、几种重要的实验方法

下面几种实验方法是我们中学阶段物理实验中用过的，从方法的角度整理、复习一下，有助于我们提高认识水安然安祥能力。

（1）累积法：在“用单摆测重力加速度”测周期时我们用的是累积法，即我们不直接测一个周期的时间，而是测30～50个周期的总时间，再除以周期数即得周期T的值．用累积法的好处是：①相当于进行多次测量而后取平均值，这样可以减少偶然误差；②增加有效数字的位数．以测单摆的周期为例，我们实验时单摆的摆长大约是1m或不到1m，用停表（最小分度值是0.1s）直接测1个周期的值，只能读出两位有效数字（机械停表的指针是跳跃式前进的，因此不能估读），如1.8s、2.0s等，而测30个周期总时间，则可读出至少3位有效数字。

用累积法的实验还有很多，如测一张纸的厚度、用刻度尺测金属丝的直径…

（2）替代法：在“互成角度两个共点力的合成”的实验中我们就用到了替代法，第一次我们用两个弹簧秤成角度地拉橡皮筋，把结点拉到某一位置，再换成一个弹簧秤，同样拉这个橡皮筋，也把结点拉到同样位置，这说明后一个弹簧秤的拉力与前面两个弹簧秤的拉力效果相等因此右以互相替代．对于“等效”这个问题，应正确理解：所谓效果相等，是对某一方面说的，并不是在所有方面都等效，仍以合力与分力来说，它们只是在改变物体的运动状态上等效，而在其他方面，例如在产生形变上，二者并不等效。

用替代法的例子还有很多，如用天平称物物体的质量，电阻测量等都可以用替代法，我们古代三国时期曹冲称象的故事就是替代法的典型实例。

（3）测量量的转换：例如在“碰撞中的动量守恒”的实验中，把测物体的速度转换为测物体平抛运动的水平位移，即把测速度转换为测长度。

又如在“测定玻璃的折射率”的实验中，本应测量入射角和折射角，再按照折射率n=sini/sinr求出折射率，但角度不容易测准确（一般所用的量角器的最小分度是1°，并且测角度时顶点很难对得特别准确），而通过做辅助线的方法可以把测角度转换为测线段的长度，从而增加了有效数字的位数，即提高了测量的准确度。

（4）比力法：用天平称物体的质量，就是把物体与砝码进行比力，砝码的质量是标准的，把被测量与标准的量进行比力，就是比力法．天平是等臂杠杆，因此用天平测物体质量时，不消再进行计算，而是直接读出砝码的质量，它就等于物体的质量。一般情况下，被测物跟标准量并不相等，而是要按照某种关系进行计算，最常用的是二者间满足必然的比例关系，通过必然的比例计算即可得出结果，因此常常称为比例法。用比例法测电阻是常见的，当两个电阻串联时，通过的电流相等，因此两电阻两端的电压跟它们的电阻成正比，如果其中的一个电阻是标准电阻，另一个电阻的阻值就可测出．同样，两电阻并联时，由于两端电压相等，通过两支路的电流跟电阻成反比，只要一个是标准电阻，另一个电阻的阻可测出。

一、误差和有效数字

1.误差

测量值与真实值的差异叫做误差。误差可分为系统误差和偶然误差两种。

⑴系统误差的特点是在多次重复同一实验时，误差总是同样地偏大或偏小。

⑵偶然误差总是有时偏大，有时偏小，并且偏大和偏小的机会相同。减小偶然误差的方法，可以多进行几次测量，求出几次测量的数值的平均值。这个平均值比某一次测得的数值更接近于真实值。

2.有效数字

带有一位不成靠数字的近似数字，叫做有效数字。⑴有效数字是指近似数字而言。⑵只能带有一位不成靠数字，不是位数越多越好。

凡是用测量仪器直接测量的结果，读数一般要求在读出仪器最小刻度所在位的数值（可靠数字）后，再向下估读一位（不成靠数字），这里不受有效数字位数的限制。

间接测量的有效数字运算不作要求，运算结果一般可用2~3位有效数字表示。

二、基本测量仪器及读数

高考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、打点计时器、弹簧秤、温度表、电流表、电压表、多用电表、滑动变阻器、电阻箱等等。

1.刻度尺、秒表、弹簧秤、温度表、电流表、电压表的读数

使用以上仪器时，凡是最小刻度是10分度的，要求读到最小刻度后再往下估读一位（估读的这位是不成靠数字，但是是有效数字的不成缺少的组成部分）。凡是最小刻度不是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。

例如

⑴读出上左图中被测物体的长度。

⑵上右图用3V量程时电压表读数为多少？用15V量程时电压表度数又为多少？

⑶右图中秒表的示数是多少分多少秒？

凡仪器的最小刻度是10分度的，在读到最小刻度后还要再往下估读一位。⑴6.50cm。⑵1.14V。15V量程时最小刻度为0.5V，只读到0.1V这一位，应为5.7V。⑶秒表的读数分两部分：小圈内表示分，每小格表示0.5分钟；大圈内表示秒，最小刻度为0.1秒。当分针在前0.5分内时，秒针在0~30秒内读数；当分针在后0.5分内时，秒针在30~60秒内读数。因此图中秒表读数应为3分48.75秒（这个5是估读出来的）。

2.游标卡尺

⑴10分度的游标卡尺。游标上相邻两个刻度间的距离为0.9mm，比主尺上相邻两个刻度间距离小0.1mm。读数时先从主尺上读出厘米数和毫米数，然后用游标读出0.1毫米位的数值：游标的第几条刻线跟主尺上某一条刻线对齐，0.1毫米位就读几（不能读某）。其读数准确到0.1mm。

⑵20分度的游标卡尺。游标上相邻两个刻度间的距离为0.95mm，比主尺上相邻两个刻度间距离小0.05mm。读数时先从主尺上读出厘米数和毫米数，然后用游标读出毫米以下的数值：游标的第几条刻线跟主尺上某一条刻线对齐，毫米以下的读数就是几乘0.05毫米。其读数准确到0.05mm。

⑶50分度的游标卡尺。游标上相邻两个刻度间的距离为0.98mm，比主尺上相邻两个刻度间距离小0.02mm。这种卡尺的刻度是特殊的，游标上的刻度值，就是毫米以下的读数。这种卡尺的读数可以准确到0.02mm。如右图中被测圆柱体的直径为2.250cm。

要注意：游标卡尺都是按照刻线对齐来读数的，所以都不再往下一位估读。

3.螺旋测微器

固定刻度上的最小刻度为0.5mm（在中线的上侧）；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（因为是10分度，所以在最小刻度后应再估读一位），再把两部分读数相加，得测量值。右图中的读数应该是6.702mm。

4.打点计时器

打点计时器是一种特殊的计时仪器，电源用50Hz的交流电，所以打相邻两个点的时间间隔是0.02s。

5.天平

天平使用前首先要进行调节。调节分两步：调底座水安然安祥横梁水平（在调节横梁水平前，必需把游码移到左端零刻度处，左端与零刻线对齐，如图中虚线所示）。测量读数由右盘中砝码和游标共同读出。横梁上的刻度单位是毫克（mg）。若天平平衡时，右盘中有26g砝码，游码在图中所示位置，则被测物体质量为26.32g（最小刻度为0.02g，不是10分度，因此只读到0.02g这一位）。

6.多用电表

使用多用电表时首先应该按照被测物理量将选择开关旋到相应的位置。使用前应先进行机械调零，用小螺丝刀轻旋调零螺丝，使指针指左端零刻线。使用欧姆挡时，还应进行欧姆调零，即将红、黑表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使指针指右端零刻线处。欧姆挡的使用：⑴选挡。一般比被测电阻的估计值低一个数量级，如估计值为200Ω就应该选×10的倍率。⑵调零。⑶将红黑表笔接被测电阻两端进行测量。⑷将指针示数乘以倍率，得测量值。⑸将选择开关扳到OFF或交流电压最高挡。用欧姆挡测电阻，如果指针偏转角度太小，应增大倍率；如果指针偏转角度太大，应减小倍率。

7.电阻箱

右图中的电阻箱有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。