[专题精讲]

实验设计应把重点放在力学和电学实验上，力学以打点计时器为中心展开，电学以电阻测量为中心展开．

1．进行实验设计的总体原则

(1)精确性：在实验误差允许的范围内，应尽可能选择误差较小的方案．

(2)安全性：实验方案的实施要安全可靠，不会对器材造成损害，且成功率高．

(3)可操作性：实验应便于操作和读数，便于进行数据处理．

3．实验误差的分析

中学物理中只要求初步了解系统误差和偶然误差、绝对误差和相对误差的概念；能定性分析某些实验中产生误差的主要原因；知道用平均值法、图象法减小偶然误差；但不要求计算误差．

(1)系统误差和偶然误差：测量值总是有规律的朝着某一方向偏离真值(总是偏大或总是偏小)的误差，称为系统误差．系统误差的主要来源是仪器本身不够精确，或实验原理、方法不够完善．由于偶然因素的影响，造成测量值的无规则起伏称为偶然误差．偶然误差是由于各种偶然因素对实验者、测量仪器，被测物理量的影响而产生的，多次测量偏大和偏小的机会相同，因此，多次测量求平均值可减小偶然误差．

(2)绝对误差和相对误差：设某物理量的真值为A₀，测量值为A，则绝对误差，相对误差为．真值A₀常以公认值、理论值或多次测量的平均值代替．

[典型分析]

[例1]　 一打点计时器固定在斜面上某处，一小车拖着穿过打点计器的纸带从斜面上滑下，如图5-1甲所示，图5-1乙是打出的纸带的一段．　

图5-1

(1)已知打点计时器使用的交流电频率为50Hz，利用图乙给出的数据可求出小车下滑的加速度a=____________．

(2)为了求出小车在下滑过程中所受的阻力，还需要测量的物理量有___________，用测得的量及加速度a表示阻力的计算式为f =_________________．

[例2]　 一个有一定厚度的圆盘，可以绕通过中心且垂直于盘面的水平轴转动．用下面的方法测量它匀速转动时的角速度．

实验器材：电磁打点计时器，米尺，纸带，复写纸．

实验步骤：

(1)如图5-3所示，将电磁打点计时器固定在桌面上，将纸带的一端穿过打点计时器的限位孔后，固定在待测圆盘的侧面上，使圆盘转动时，纸带可以卷在圆盘侧面上．

(2)启动控制装置使圆盘转动，同时接通电源，打点计时器开始打点．

(3)经过一段时间，停止转动和打点，取下纸带，进行测量．

①由已知量和测得量表示角速度的表达式为ω=________________，式中各量的意义是___________．

②某次实验测得圆盘半径r =5.50×10^－2m，得到的纸带的一段如图5-4所示，求得角速度为________．

图5-4

[例3] 小灯泡灯丝的电阻会随温度的升高而变大．某同学为研究这一现象，用实验得到如下数据(I和U分别表示小灯泡上的电流和电压)：　

(1)在左下框中画出实验电路图．可用的器材有：电压表、电流表、滑线变阻器(变化范围0-10Ω)、电源、小灯泡、电键、导线若于．

(2)在图5-5中画出小灯泡的U-I曲线．

图5-5

(3)若将该小灯泡接在电动势是1.5V，内阻是2.0Ω的电池两端，小灯泡的实际功率是多少?(简要写出求解过程，若需作图，可直接画在图中)

2．处理实验数据的常用方法

为了减小由于实验数据而引起的偶然误差，常需要采用以下方法进行处理．

(1)多次测量求平均值；(2)图象法

［方法归纳］

1．常见间接测量的物理量及其测量方法

有些物理量不能由测量仪器直接测量，这时，可利用待测量和可直接测量的基本物理量之间的关系，将待测物理量的测量转化为基本物理量的测量．

	待测物理量	基本测量方法
力学	速度	①利用纸带，；②利用平抛，
加速度	①利用纸带，逐差法；②利用单摆
力	根据F=ma转化为测量m、a
功	根据转化为测量m、S、v
电学	电阻(精确测量)	①根据转化为测量U、I(伏安法)；②电阻箱(半偏、替代)
电功率	根据P=IU转化为测量U、I
电源电动势	根据E＝U+Ir转化为测量U、I

3．读数方法：

用各种测量仪器测量有关物理量，读数时首先要弄清测量仪器的精度．以螺旋测微器为例：精度为mm=0.01mm，其读数方法是：读数=固定刻度数(含半毫米刻度)+可动刻度数(含估读刻度数)×精度．

[典例分析]

[例1]　 请将下列各种测量仪器的读数填在题中的横线上．　

[特别提示]　 一般来说，除游标卡尺、秒表、电阻箱外，其他测量仪器的读数都需要估读，即读到精度的下一位．　

2．在力学和电学实验中，常需要利用测量工具直接测量基本物理量．

［方法归纳］

1．要求会正确使用的仪器

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、示波器．

2．设计实验的能力．能根据要求灵活运用已学过的物理理论、实验方法和仪器，设计简单的实验方案并处理相关的实验问题．

1．独立完成实验的能力．包括：

(1)理解实验原理、实验目的及要求；

(2)掌握实验方法步骤；

(3)会控制实验条件和使用实验仪器，会处理实验安全问题；

(4)会观察、解释实验现象，会分析、处理实验数据；

(5)会分析和评价实验结果，并得出合理的实验结论．

16．某电站输送的电功率是500kW，当采用6kV电压输电时，安装在输电线路起点的电度表和终点的电度表一昼夜读数相差4800kWh(即4800度)，试求：(1)输电线的电阻；(2)若要使输电线上损失的功率降到输送功率的2.304%，应采用多高的电压向外输电？

专题五　　 物理实验

黄冈中学　 丁汝辉

自然科学是实验性科学，物理实验是物理学的重要组成部分．理科综合对实验能力提出了明确的要求，即是“设计和完成实验的能力”，它包含两个方面：