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高考物理总复习三轮复习知识点串透(专家指导)



高考物理三轮复习知识点串透
态度决定一切, 态度决定一切,细节是成败的关键 物体的平衡问题的分析方法。 第一讲 物体的平衡问题的分析方法。 一.知识网络 板 块 受 力 分 析
常见

重要“知识背景”

疑难问题 1. 力的存在性判断 2. 空间力的受力分 析 3. 对摩擦力的正确 理解

典型问题



1.

的三 种力

重力与万有引力 静摩擦力与滑动摩擦力 弹力与作用力

1.轻绳、轻杆、轻 弹簧的正确理解 2. 整体法和隔法的 灵活选用

2.受力分析的思路和步骤 1.平衡条件: 物 体 平 衡 ① F合 = 0 ? ?

?∑ Fix

=0

?∑ Fiy = 0

②构成封闭多边形 2. 力的合成和分解一平行四边形法则 3.正交分解

1.受力分析思路 2.常用方法: ①合成平衡法 ②分解平测法

1.动态分析。 2.范围分析 ①可能性分析 ②临界分析 3.极值分析 4.自锁问题

二.热点透析 (一)三个模型的正确理解: 1.轻绳 (1)不可伸长——沿绳索方向的速度大小相等、方向相反。 (2)不能承受压力,拉力必沿绳的方向。 (3)内部张力处处相等,且与运动状态无关。 2.轻弹簧 (1)约束弹簧的力是连续变化的,不能突变。 (2)弹力的方向沿轴线。 (3)任意两点的弹力相等 3.轻杆 (1)不可伸长和压缩——沿杆方向速度相同。 (2)力可突变——弹力的大小随运动可以自由调节。 (二)受力分析习惯的养成: 1.受力分析的步骤: (1)重力是否有 ?
?宏观物体(动量定理应用和圆周运 动研究 ) ?微观粒子 ?力的存在性判断 ? ?利用牛顿定律 ?弹簧的弹力多解性

(2)弹力看四周 ?

大小 f=?u mg
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f=?umg cosθ

滑动摩擦力 方向:与相对运动方向相反 (3)分析摩擦力 大小:由牛顿定律决定 静摩擦力 由牛顿定律判定 方向: 多解性 (4)不忘电磁浮 2.正确作受力分析图 要求:正确、规范,涉及空间力应将其转化为平面力。 (三)共点力平衡的分析方法 1.判断——变量分析 受 4 个力及以上: 一般利用函数讨论 (1)函数讨论法 已知 2 个条件: 函数式 (2)图解法(△法) 方法的 受 3 个力 (3)极限法 选择思路 已知 3 个条件: △法 (4)物理法 选择项中无极值──极限分析法 2.平衡状态计算: Rt △ : 三 角 函 数 勾 股 定 理 受 三个 力作用——合成平衡法: 力 F12=-F3 构成封闭△→解△ 分 析 一般△: 正弦定理、余弦 定理、相似定理 ∑Fx=0 ∑Fy=0

确 定 研 究 对 象

受四个力及以上——分解平衡法

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第二讲 力与运动 一.知识图表

二.热点透析 运动受力紧相连,严谨笃实细分析,临界隐含图助研,物理模型呈眼前 (一)动态变量分析——牛顿第二定律的瞬时性 1.动态过程分析 大小 力 力 加速度 速度变化(Vmax Vmin V=0) 方向 有明显形变产生的弹力不能突变 2.瞬时状态的突变 无明显形变产生的弹力不能突变 接能的刚性物体必具有共加速度 矢量性(确定正方向) 关键 运动示意图,对称性和周期性,v-t 图 a 是否一样 3.运动会成分解方法的灵活使用 按正交方向分解 平抛运动 ? 按产生运动的原因分解 渡河问题 (二)牛顿定律与运动 1.在恒力作用下的匀变速运动 (1)句变速直线运动的研究技巧 矢量性(确定正方向) 关键 运动示意图,对称性和周期性,v-t 图 a 是否一样(往复运动) (2)研究匀变速曲线运动的基本方法(出发点)

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——灵活运用运动的合成和分解 按正交方向分解 抛体运动 ? 带电粒子在电场中的运动 按产生运动的原因分解 渡河问题 2.在变力作用下的圆周运动和机械振动 (1)圆周运动 ①圆周运动的临界问题 绳子 T=0 圆周轨道的最高点、最低点(绳型、杆型)的极值速度 临界 轨道 N=0 ? 摩擦力 f=fmax 锥摆型、转台型、转弯型的轨道作用力临界 ②典型的圆周运动:天体运动、核外电子绕核运动、带电粒子在磁场中的运动、 带电粒子在多种力作用的圆周运动 ③等效场问题 ④天体运动问题 考虑多解性 (2)振动过程分析 对称性 V |a| |F|的对称 平衡位置的确定 特殊位置特征 (3)圆周运动、振动、波的系列解的确定方法 考虑时空周期性 运动的双向性

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第三讲 动量和能量 一.知识图表

二.热点透析 (一)四个物理量的比较 功: ——①F ②S ③功的正负判断方法 ④变力功的求法 ⑤一对 内力功 功率:①定义式②意义③平均功率④α⑤功率与加速度⑥机车 启动与最大速度 1. 功和冲量 冲量: ——①变力冲量的求法 ②对合冲量的理解 ③一对内力的冲量 功和冲量比较 区别:一矢一标 2.动量与动能 关系: E k =
p2 2m P = 2mE k

?E k 与?P 的关系: E k 变化 P 一定变化;P 变化; E k 不一定变化

(二)四个规律的比较 1.动能定理和动量定理
定 理 表达式 单物: ∑ I i = ?p 系统: ∑ I i = ∑ ?p i 动量定理 矢量式 (能正交分解) 表达式性质 正负意义 物理量的 方向 公式的选择 1.优先整体和全过 程,然后隔离物体 和隔离过程 2.对动能定量应用 时特别小心对待速

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动力功 Wi: 单物: ∑ Wi = ?E k 动能定理 系统: ∑ Wi 外 + ∑ Wi内 = ?E k 标量式 (不能正交分解) ΔEk: Ek 减 阻力功 Ek 增

度突变过程中的能 量变化(碰撞、绳 子拉紧、子弹打击、 反冲、爆炸等)

2.动量守恒定律和机械能守恒定律 (1)条件的比较 碰撞模型 (2)典型问题 反冲与爆炸 人船模型 三.功能关系 功=能的变化

∑ W i = ?E k

∑ W除重力 = ?E k + ?E p ∑ W除弹力 = ?E k + ?E p弹 ∑ W除电力 = ?E k + ?ε p电
∑ W除安培力 = ?E k + E电

∑ W除重力,电场力,弹力,安培力 = ?E k + ?E p + ?E p弹 + ?ε 电 + E电
即: 功的表述中已考虑某力对应的能, 在能量变化的表述中不考虑该力对应的能的变化。 反之在能量变化的表述中已考虑该力对应的能的变化,在功的表述中不考虑该力所做的功。 第五讲 力学习题串透析 专题一: 专题一:传送带问题 传送带类分水平、倾斜两种:按转向分顺时针、逆时针转两种。 (1)受力和运动分析

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分析关键

受力分析中的摩擦力突变(大小、方向) ——发生在 V 物与 V 传相同的时刻 运动分析中的速度变化 ——相对运动方向和对地速度变化 V 物?V 带 分类讨论 mgsinθ?f 传送带长度——临界之前是否滑出? 友情提醒:共速以后一定与传送带保持相对静止作 匀速运动吗?

(2)传送带问题中的功能分析 ①功能关系:WF=△EK+△EP+Q ②对 WF、Q 的正确理解 (i)传送带做的功:WF=F·S 带 功率 P=F×V 带 (F 由传送带受力平衡求得) (ii)产生的内能:Q=f·S 相对 (iii)如物体无初速,放在水平传送带上,则在整个加速过程中物体获得的动能 EK,
2 因为摩擦而产生的热量 Q 有如下 EK=Q= mv 传 。

1 2

专题二:摩擦拖动问题 专题二: 一.摩擦拖动中的受力和运动分析 1.思路: 速度 运动 共速时是否再相对运动 比较 隔离法 相对运动的情况 ? ? 建立模型 外力与最大静摩擦力 静止 是否反向 摩擦力是否变化,是静摩擦力还是滑动摩擦力 加速度 2.关键 滑动与不滑动 讨论 脱离和不脱离 二.摩擦拖动中的功能分析和动量分析 由牛顿定律求 a i(隔离法) 1.动量不守恒系统 运动学公式 位移关系(示意图) 2.动量守恒系统 (1)重申动量守恒的四特性 (2)涉及对地位移:单物体动能定理——fS 对地=ΔEki 涉及相对位移:系统动能定理——f S 相对=∑ΔEki (3)警惕“ΔE 损” 专题三: 专题三:弹簧类问题 一.弹簧类题的受力分析和运动分析 (一)弹力的特点 1.弹力的瞬时性:弹簧可伸长可压缩,两端同时受力,大小相等,方向相反,弹力随
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形 变量变化而变化。 2.弹力的连续性:约束弹簧的弹力不能突变(自由弹簧可突变) 3.弹力的对称性:弹簧的弹力以原长位置为对称,即相等的弹力对应两个状态。 (二)在弹力作用下物体的受力分析和运动分析 ①考虑压缩和伸长两种可能性 1.在弹力作用下物体处于平衡态—— ②作示意图 ③受力平衡列方程 2.在弹力作用下物体处于变速运动状态 形变 F
a=

∑ Fi ,a 变化
m

v 变化 (v=0 时形变量最大)

位置变化

(a = 0 时 vmax) 过程——抓住振动的对称性 (1)变量分析 瞬时 匀变速运动 (2)运动计算

一般运动 ①通过分析弹簧的形变而确定弹力大小、方向的改变,从而研究联系物的运 动 ②弹簧处于原长状态不一定是平衡态 抓住 ③当作匀变速直线运动时,必有变化的外力作用,变化的外力常存在极值问 题 ④充分利用振动特征(振幅、平衡位置、对称性、周期性、F 回与弹力的区别) ⑤临界态——脱离与不脱离:必共速、共加速且 N=0 ⑥善用系统牛顿第二定律 二.弹簧类题的动量分析和能量分析 1.受力分析、运动分析明确 (1)何时:vmax、vmin、Epmax、Epmin、Ek 总 max、Ek 总 min、Ekimax、Ekimin 弹簧伸长最长 Epmax、Ek 总 max (2)三个典型状态 弹簧压缩最短 压缩→原长 原加速的物体 v 最大 恢复原长 伸长→原长 原减速的物体 v 不一定最小 2.动量守恒的系统和过程的确定(F 外= 0 之后) 3.能量守恒的系统和过程的确定(注意:v 突变中的能量转化,常见的有弹簧类连接 体)

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第六讲 电场与磁场 一.知识图表

二.热点透析 (一)电场中的三概念辩析 1.E、 ? 、ε、F、W 的比较 研究角度 从力的特性 角度 从能的特性 角度 物理量 电场力 电场强度 电场力功 电势能 电势 性质 矢量 矢量 标量 标量 标量 决定因素 电场和电荷 电场 电场和电荷 电场和电荷 电场 正负意义 方向 方向 动力功还是阻力功 大小 高低

2.变化、大小比较的方法 电场线的疏密 (1)E 常见的电场 w 电>0,ε↓;w 中<0,ε↑ 利用电场线 (2) ? 与ε ? ? 与 E 无必然联系 用重力场类比(与 ? 有联系的才成立)

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w 电=-Δε (3)功能关系 w 安=E 电(安培力作负功的情形) w 洛=0 (二)场的描述和设计 ①利用“均分法”找等势点后,可得等势线和电场线 1.电场——匀强电场 ②利用重力场类比得电场线 运动规律要求 2.磁场——边界条件 运动范围要求 第七讲 带电粒子的运动 一.分析要点 微观粒子重力不计 1.重力是否考虑 若考虑重力将无法计算,则重力不计 隐含判断 2.常见的几种装置 装置 原理图 规律 yy′上加信号电压: y = 示波器 xx′上加扫描电压: y =
U y L1 4dU 0 ( L1 + 2 L 2 )

U x L1 (3L1 + 2 L2 ) 4dU 0

速度选择器

若 qv 0 B = E ? q, 即v 0 =

E , 粒子做匀速直线运动 B

磁流体发电机

等离子体射入,受洛伦兹力偏转,使两极板带 正、负电,两极电压为 U 时稳定。
q? U = q ? v 0 B, U = v 0 Bd d

U q = qvB b

霍尔效应

? I = vnq(n为单位长度上的电荷数 ) ∴U = vBh ? ? ? I = vnsq(n为单位体积内的电荷数 )
U q = qvB D ∴v = U DB

电磁流量计

∴ Q = vs =

U D π ( )2 DB 2

质谱仪

电子经 U 加速,从 A 孔入射经偏转打到 P 点,

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eU =

1 2 mv 0 , 得v 0 = 2

2eU . m 2eU , m

AP = d = 2r =

2mv 0 2m = eB eB







e 8U = 2 2 m B d

D 形盒内分别接频率为 f = 回旋加速器

qB 的高频交流电 2πm

源两极,带电粒子在窄缝间电场加速,在 D 形 盒内偏转

二.带电粒子运动判断 有无初速 等势线 电场中 电场分布 ? 轨迹 是否只受电场力作用 电场线 ①磁场分布特点即 B 的变化 磁场中 ②运动中 v 的变化 ③轨道的曲率半径变化 三.带电粒子运动计算 (一)带电粒子在电场中运动 匀速圆周运动 k
Qq r2 =m v2 r

? R=

mv gB

点电荷电场中: 变速直线运动:动能定理 匀变速直线运动 1.常见运动 匀强电场中 匀变速曲线运动 方向不变的直线运动 交变电场中 振动 迂回运动 2.处理技巧 匀速直线运动 F 合=0 (1)粒子作直线运动 匀变速直线运动——三法均可以 变加速直线运动——功能关系 分解方法:牛顿定律+运动学公式或能量定理 (2)粒子作曲线运动 功能关系 (3)粒子在交变电场中运动 运动示意图 ① v-t 图 三管齐下 周期性和对称性 ②小心对待最后一个周期 ③分解思想的灵活应用 (二)带电粒子在磁场中运动
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无约束轨道的运动——常见的为圆周运动 1.常见运动 有约束轨道的运动——沿轨道运动 2.处理技巧 圆轨道、圆心位置的确定
quB = m v2 2n = m( ) 2 n R T

(1)无约束轨道 圆直径两端点间距离的应用 ? 的圆周运动 临界极值 磁场边界条件 几何关系 对称性,恰似中点射出的推论

列式求解

(2)有约束轨道运动 运动过程分析 (尤其 v 的变化导致 f 洛的变化→a 的变化的动态过程, 明确临界和极值的 位置条件) 瞬时状态:牛顿第二定律(圆运动中的供需平衡条件) 过程:功能关系 (三)带电粒子在复合场中运动 时间上错开 ? 注意时空周期性 1.电磁场错开 空间上错开 2.电磁场重叠(磁场为匀强磁场) 运动模型判断方法 (1)带电粒子作匀速直线运动——F 合=0 (2)带电粒子作匀变速直线运动——F 合=恒量 v∥B 即 f 洛=0 匀强电场 除 f 洛以外的其它的合力等于 0 (3)带电粒子作匀速圆周运动—— 点电荷的电场 f 洛 + F 电=F 向 功能关系 (4)带电粒子作曲线运动—— 运动分解 电磁感应综合问题 第八讲 电磁感应综合问题 一.知识网络 规律 楞次定律 理解要点 阻碍的含义 阻碍的表现(阻磁通变化、阻相对运 动,阻电流变化) 1.φ、 ?? 、 法拉第电磁感应定律
?? 的区别 ?t ?? ) ?t

应用和现象

2.E 决定因素 (m

1.自感现象及应用 2.交流电的产生和表征方法 3.变压器原理中的因果关系 及注意点

3.平均值、瞬时值、有效值的区别 二.热点透析
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1.关于电磁感应的判断 (发电机——电动机模型、涡流的影响,磁悬浮列车,磁单极,超导体等) 等效电路(切割、磁变或均产生) 电容器的充、放电 2.电磁感应中的电路问题 电量问题 电磁感应中 q =
?? 的理解 ?t

有效值、瞬时值、平均值、最大值的正确使用 对一根金属棒,动能定理 3.电磁感应中的能量问题 对回路:能量转化和守恒 4.变压器和电能输送问题 第九讲 电学习题串透析 专题一 电容器问题 一.电容器的变量分析 1.判 E、v、Q、C 的变化:抓住 C =
Q εs U 、C = 、 E = 三式讨论 U 4πkd d

2.判电流方向:关键判电量变化 3.判带电粒子运动:关键判电场强度变化 4.判电容器内某点电势变化 二.电容器的储电特征 关键:1.充放电时形成电流,稳定后断路 单充单放 2.在计算电量变化时需考虑

?Q =| q1 ? q 2 |

先放电后反充电 ?Q = q1 + q 2 三.电容器中电场对运动电荷的控制作用 专题二 电磁导轨运动问题 电磁导轨的运动研究可以分别从电路特点,安培力的特点加速度特点,两个极值规律 (a=0 和 v=0)及收尾时能量转化规律等方面进行分析。 一.单个金属棒问题 1.力+电阻 2.力+电容 3.初速+电阻 4.初速+电容 二.双金属棒问题 1.动量守恒系统:初速+电阻( ∑ F外 = 0 ) 初速+电阻 ∑ F外 ≠ 0 2.动量不守恒系统: 力+电阻:共加速运动

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踩点”复习( 第十讲 热、光、原“踩点”复习(略) 第十一讲 物理实验 学会正确选用仪器 熟练掌握实验原理 迅速提高解设计类物理实验的能力 概述 物理考纲对实验有下述要求:1、在理解的基础上独立完成 19 个学生分组实验,明确实 验目的,理解实验原理,控制实验条件;2、会正确使用 13 种常用仪器——包括选器材、选 电路、选量程;3、会观察实验现象,分析处理实验数据并得出结论;4、会观察实验现象, 分析处理实验数据并得出结论;4、会运用学过的实验方法,根据不同的实验要求,选择实 验原理,设计出最优的测量电路,并安排相应的实验步骤。 近年高考对实验要求越来越高, 占分达 20 分, 除了在 II 卷中专设二道实验作图、 填空、 计算、 连实物等题目外, I 卷或在 II 卷计算题中有时还有与课本上演示实验相关或与高科 在 技信息相关的选择题及计算题出现。 实验题的难度越来越高, 进一步加强了对实验知识迁移 运用能力的考查——即频频出现设计类实验题。 第一章 实验基础知识 一.物理实验的基本要求 二.高中物理学生实验的分类 1.验证性实验 . (1)验证力的平行四边形法则 (2)验证动量守恒定律 (3)验证机械能守恒定律 2.研究性实验 . (1)研究平抛物体的运动 (2)探究弹力和弹簧伸长的关系 3.观察也描绘类实验 . (1)描述小电球的伏安特性曲线 (2)电场中等势线的描绘 4.测定物理量的实验 . (1)研究匀变速直线运动 (2)利用单摆测重力加速度 (3)测金属电阻率 (4)用电流表和电压表测电池的电动势和内阻 (5)测玻璃砖的折射率 (6)用油膜法估测分子的大小 (7)用双缝干涉测光的波长 5.仪器使用、组装类实验 .仪器使用、 (1)长度的测量 (2)用多用电表探索黑箱内的电学元件 (3)把电流表改装成电压表 (4)练习使用示波器 (5)传感器的简单应用 附: 测量对象:长度、时间、质量、力、电流
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对基本仪器归纳 仪器功能:放大、间接、组合 也可以这样归类 斜槽类 对实验的主要实验装置归纳 打点计时器 其它类 三.演示实验 鉴于演示实验数量较多(高中物理教材中的演示实验有 106 个) 。实验本身比较简单, 因此,高考对演示实验的考查以选择、填充题出现。在对演示实验复习应特别注意(1)重 视物理学史中具有重要地位的实验。如紫外线照射锌板、扬氏双缝干涉实验、光的衍射中的 旧松亮 、α粒子散射实验、质子和中子的发现实验等等。让学生充分了解其内容及其在物 理学发展中的作用。 (2)把握实验中的关键要素。 四.题型研究 基本仪器使用和读数类、选择器材和连图类、实验操作类、实验原理类、实验数据处理 类、误差分析类、设计实验类 第二章 实验疑难问题选析 一、测量仪器的使用。 1、测量仪器的读数方法。 (1)一般情况下应估读一位——估计到最小刻度(精确度)的下一位。 (2)不估读的测量仪器有:数字显示的仪表,机械秒表,游标卡尺,水银气压计等。 2、测量仪器的分类。 类 型 仪器 名称 精确度 确定 最小 分度值 记录结果 (mm) (小数点后 的位数) 1 1 L=L 主+k

精确度

读数方法

注意事项

刻度尺 游标卡 尺 测 长 度 螺旋测 微器 ( 差 分 法)

1mm n=10 0.1mm 0.05m m 0.02m m

估读一位

测量起点及单位 1、游标边界线与 零刻度的区别。 2、主天上的单位 为 cm(ncm-12cm) 3、记录的有效数 字。 1、半毫米刻度是 否 露出(①直接 看 ②推理) 2、记录的有效数 字 不估读

1 mm n
(n 为游标上 的总格数

n=20

1 n

2

n=50

不估读

2

d mm(n 为 n=50 n
可动刻度 上的总格 数 最小分度 值 d=0.5m m

0.01m m

L=L 固+k

d n

3

估读一位

测 时

秒表

0.1 秒

t 分针+ t 秒 针

1( 秒 为 单 位)

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打点计 时器 闪 光 照 相 安培表

t=n×0.02 秒 t=nT

接低压交流电源

电 学 仪 表 其 它

优特表 欧姆表

最小分度 值



估读一位



交直流表的区别 (刻度均匀情 况) 1、读数不忘乘倍 年 2、选档方法

测力——弹簧称

测温度——温度计

测气压——气压计

二、难点分析: 难点分析: (一)打点计时器 计算方法: Vn =
S n + S n +1 , V0=2V1–V2 2T S ? S 3 + S 5 ? S 2 + S 4 ? S1 an = 6 (逐差法) 3 × 3T 2

1、纸带分析 有关方向判断:运动方向:n→0 加速度方向

加速:a 与 V 一致 减速:a 与 V 相反 注意事项:①T 的确定(区别记数点周期和打点周期) ②交流电频率 f↑→测量值↓ 打点不清晰:振针位置稍高、未达到共振、电压低、复写纸上油墨少等

2、常见故障分析 打出短线:振针位置低。 (二) 测电池的电动势和内阻实验中,由于电表内阻引起的误差。 可用两种研究方法对这个问题进行分析,第一从图像分析,第二从等效电源分析,现对 图 3 中(甲)(乙)两电路图作以下讨论。 、 (1)图像分析过程示意如下: 图 1 甲电路————— 读数有误差△I=

?ε 测 < ε 真 U ? ——U–I 图像为图 2 甲 → ? RV ?r测 < r真 ? ?ε 测 = ε 真 ? ?r测 > r真 ?

图 1 乙电路—————

读数有误差△U=IRA——U–I 图像为图 2 乙 → ?

(2)利用等效电源分析过程示意如下:

图 1 甲电路————————

εR V ? ?ε 测 = R + r < ε 真 V ? 读数对其等效电源无误差 → ? R Vr ? ?r测 = R + r < r真 V ?

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图 1 乙电路

读数对其等效电源无误差 → ?

?ε 测 = ε 真 ? ?r测 = r + R A > r真 ?

最后说明伏特表一般内阻远大于电源内阻, 利用图 1 甲测出的值误差较小, 安培表内阻 与电源内阻接近, 利用图 1 乙测量的值误差大, 故我们常采用图 1 甲作为测电源电动势和内 阻的实验原理图。 (三)电流表改装为伏特表实验中的误差分析: 1.半偏流法测得的电流表内阻偏大,偏小? 由于 K2 合上,总电阻略变小,导致总电流 I 略大于 Ig,所以当电流计中电流为 过 R2 的电流略大于

1 Ig 时流 2

1 I g,由半联电路特点可知,rg 测=R2<rg 真。 2
U量 Ig

2. 据半偏流法测得的电流表内阻而改装成的电压表与标准电压表相比, 测量值偏大、 偏小? 改装时需与电流计串联的电阻 Rx= R x = 伏特表读数偏小。 3.满刻度百分误差计算: δ =
| 标准电压表示数 ? 改装电压表量程 | 标准电压表示数

由于 rg 偏小→Rx 偏大→IG 偏小→改装的 ? rg ,

第三章

实验设计

一.设计型实验的设计思路和原则: 设计型实验的设计思路和原则: 设计类实验: 设计类实验:属实验知识的运用类,题在书外,理在书内。 1.设计原则:安全、科学性 精确(准确)性 方便易行性 省器材、节能 2.题型:a. 在已知的实验器材中选择合适的器材,选择合适的量程和电路,达到题设 实验 目的; b. 为达到题设实验目的,自选器材、装置或电路,安排实验步骤。 c. 电路计算、误差分析、故障排除等。 3.设计思路: 在熟练掌握学生分组实验基本原理和实验技能、技巧的基础上,认真审题,构建实验情 景,寻找实验原理,设计出最优方案(经反复估算后才能得出) 。 4.流程如下: 由实验目的→实验原理→实验情景模型→电路图、 实验装置图→实验器材→实验步骤→ 待测物理量→递推用测出量表示的未知量的函数式→误差分析 5.思考题:a. 如何测电流表内阻?b. 如何测优特表的内阻? 二.设计型实验的命题方式 设计型实验的命题方式 试题列出所需实验器材, (一)试题列出所需实验器材,有实验步骤提示 这类试题条件充足,基本无迷惑性条件,解答较易,且与平时所学知识和方法有紧密联 系,但也不能轻视。解答过程中需全面分析所列出的实验器材,抓住器材特点,联系实验步 骤,并结合所学知识和方法,选择可行的实验方案,完成实验。 例 1 如图所示的器材是:木质轨道(其倾斜部分倾角较大,水平部分足够长),小铁块, 两枚图钉,一条细线,一个量角器,用上述器材测定小 铁块与木质轨道间的动摩擦因素μ,实验步骤是:
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(1)将小铁块从______________________;(2)用图钉把细线______________________; (3)用量角器测量____________________;(4)动摩擦因素表示μ=________________。 分析 试题所列器材中只有量角器可定 量测量,结合步骤提示,可猜测μ=tgθ,联系 μ=tgθ的物理情景及物理意义,结合试题所列出的其它器材,可作如下解答: (1)将小铁块从斜板上 A 点由静止释放,运动至水平板上 B 点静止; , (2)用图钉把细线拉紧固定在 A、B 两点间; (3)用量角器测量细线与水平板间的夹角θ; (4)动摩擦因素表示为μ=tgθ。 这类试题的条件有很强的迷惑性, 解答过程中须加以全面分析, 辅以一定的逻辑推理并 结合所学知识和方法才能顺利完成实验。 (二)试题只列出所需全部实验器材,无其他任何提示 试题只列出所需全部实验器材, 试题只列出所需全部实验器材 这类试题所提供的全部信息即实验器材, 因而在解答过程中须紧紧抓住所列器材与可取 实验方案间的联系,结合各器材的特点,逐步完 善实验方案,完成实验。 另有 6 伏直流电源(内阻不计), 一个电流表, 例 2 已知待测电阻 RX 为 9000 欧姆左右, 一个电压表(两电表量程均合适), 一个阻值为 200 欧姆的滑线变阻器, 一个电键和若干导线, 请画出实验设计电路并简述其理由。 简述理由的过程即分析过程, 也就是完成实验的过程, 具体如下: 分析 就本试题而言, (1)有电流表、电压表且量程合适,可用伏安法测电阻; (2)与两电表比较;Rx 属大电阻,可用内接法; (3)滑线变阻器最大阻值比 R 小得多,可用分压器接法; (4)电键应对全电路起控制作用,须接在干路上。 实验设计电器如图所示。 试题所列实验器材多于所需器材或试题所列实验步骤多于实际操作步骤, (三)试题所列实验器材多于所需器材或试题所列实验步骤多于实际操作步骤,即实 验条件须选择使用 验条件须选择使用 例 3 为了测重力加速度 g 的值,实验室只有下列可供选择的器材: A、长度为 1 米的刻度尺;B、游标卡尺;C、连有细线的金属小球;D、低压交流电源; E、打点计时器(包括所附的纸带、复写纸、重锤等);F、蓄电池; G、铁架台; H、 天平。 (1)从上面所列器材中挑选必须的器材有_____________。 (2)写出测重力和加速度的主要计算公式及简述其中的物理量的测量方法: ___________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________。 分析 ①初审此题,最易选择用单摆法测重力的加速度,但所列实验器材中无秒表, 不能测单摆周期,故此方案不可行;②根据其它器材,可选用重锤作自由落体运动来测定重 力加速度,器材齐全,但要注意:电源应选 D。不需要测量质量,因而 H 不选,要处理纸 带,因而 A 不可漏选;③在具体选用测量公式时,公式不是唯—的,可选用 g=v2/2h 或 g =2h/t2 均可。故此题应选用器材为:A、D、E、G,其它略。 例 4 为了测量一个量程为 0—3V 的电压表的内阻 Rv(约为几 KΩ),可以采用如图所 示的电路。 (1)在测量时,可供选择的实验步骤有: A、闭合开关 S; B、将电阻箱 R0 的阻值调到最大; C、将电阻箱 R0 的阻值调到零; D、调节电阻箱 R0 的阻值;使电压表指针指示 1.5V,记下此时 R0 的值; E、调节变阻器 R 的滑动片 P,使电压表示数为 3V;
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F、把变阻器 R 的滑动片 P 滑到 a 端; G、把变阻器 R 的滑动片 P 滑到 b 端; H、断开开关。 把必要的、合理的实验步骤选出来,按操作顺序将字母代号填在横线上 (2)若在步骤 D 中,读出 R0 的阻值为 2400Ω,则电压表的内阻 Rv= ________ ,用这 种方法测出的内阻 Rv 与其真实内阻相比偏(大或小)。 分析 由(2)中提示可知,步骤 D 为测量过程的重要步骤,由步骤 D 可推断,在 D 之前 只能是步骤 E,根据 E、D 可以推断在 E 之前的步骤中可由 B、C 中选出 C,至此,主 要实验步骤已完成,其它按实验要求及操作过程可以继续完成,即实验步骤为:F、A、 C、E、D、H。可见,这是一种粗略测量伏特表内阻的方法,在改变电阻箱 R0 的阻值 过程中,忽略了 Uap 的变化,因而 Rv=2400Ω,但实际上 Uap 在由步骤 E 到步骤 D 过程 中略微增大,故考虑误差,则只 R0<2400Ω,即测量值偏大. 三、实验设计内容 ; (一)设计实验方法 下面是测定“重力加速度”“测定物体间动摩擦因素”及“测量 干电池的电动势和内电阻”的几种方案,供参考: 测定重力加速度 (1)

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(二)设计实验电路 根据给定的器材和实验提出的目的,画出或补全实验电路。 1.电路选择原理 . (1)安培表内接、外接? (R V 待测电阻 Rx 为小电阻, x 与 RA 可比、Rx<<RV、或 Rx< RV R A 、或试探法中○示数 变化显著)应采用安培表外接法;(因 RV>>Rx,伏特表的分流作用引起的安培表读数误差较 小。 ) 反之待测电阻 Rx 为大电阻(Rx>>RA,Rx 与 RV 可比,或 Rx> RV R A 或试探法中○示数 A 变化大) 应采用安培表内接法。 Rx>>RA, (因 安培表的分压作用引起的电压表读数误差较小。 ) (2)滑动变阻器限流法、分压器法? ①通常情况下优先考虑限流式,因为耗电少。 ②在以下三种情况考虑分压式。
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A 当需要待测电路的电压从零开始连续变化。 B 题中提供的仪表量程或电阻的最大允许电流不够(安全性原则和适用性原则) C 变阻器电阻远小于被测电阻或电路中串联的其它电阻(准确性原则和方便性原则) (3)欧姆表挡位 R×1、R×10、R×100 如何选择? 先用 R×10 挡,调零欧后估测,若指针在中值附近,则 Rx 等于 10×指示值;在指针偏 角太小,则换用 R×100,重新调零后测量,Rx=100×指示值;若 R×10 时指针偏角太大, 则换用 R×1 挡,重新调零欧后测量,Rx=指针指示值。 (4)电阻测量的电路 ①伏安法测电阻和替代法 ②用欧姆表测量 此法简便易行,但读数误差较大;用久之后,内部电源发生变化,测量误差更大。因此 此法只适用于要求不太高的测量。 ③惠斯通电桥法 例题 如图,若 uC=uD,则 Rl/R2=R3/Rx,其中 R1、R2 为标准电阻,R3 可用电阻 箱代替。在 C、D 间接上灵敏电流计,调节 R3,使电流计示数为零,则 C、D 两点一定为 等势点。 ④电桥伏安法 如图,此法利用电桥平衡原理实现伏安法测电阻。当调节 C 点位置使电桥平衡时,电 流表示数是流过 Rx 的电流,电压表 U 的读数是两端电压,故 Rx=U/I。这里完全排除了电 表内阻的影响,没有系统误差。 ⑤电表内阻的测量 I. 测 Rg 时,用半偏法?等值替代法?电路计算法? ①若只有二只单刀单掷开关、一只待测表,还有二只电阻箱 R1<<R2 时, 只能采用半偏法,此时为了减少误差,应选电动势较大的电源,达到 R2>>R1 (R2>100R1 以上) ;电路如下 ②若有二只电流表和一只变阻器及电源单刀单掷开关等,可采用电路计算 法,此时另一只非待测表一定要已知量程和内阻 RA,电路如下: 读出 Fg 支路 I2 及 I1,由 U=I1RA=I2Rg,得 Rg=I1RA/I2 ③若有二只电流表,一只电阻箱和一只单刀双掷开关、滑动变阻器可采用等 值替代法,电路如下:K 接 a,调 R′,记下○读数,然后 K 接 b,保持 R′不变, A 调 R 使○读数保持不变,则 Rg=R。 A ④若有二只电流表,一只电阻箱(或定值电阻,其阻值与电流表阻值接近) 和一只单刀开关、滑动变阻器可采用电路计算法:如图,G 为待测电流表, 为已知电阻,若把虚线框内电路看成一扩程电流表,则该电路为一改装表与标准 表的校对电路.设 G、A 表读数分别为 I1、I,则由相关知识可知:为便于器材 选取与操作,Ro 的阻值应≤1Ω(如 0,5Ω) II. 若欲测伏特表内阻 RV,怎么办? 2. 电学实验器材如何选择? 电学实验器材如何选择? a.○表量程如何选?○表量程如何选? A V 通过估算 I m =

ε
Rx

,保证○ 指针偏转范围在 A

IA 2 ~ I A 最佳;同样○ 指针偏转范围在 V 3 3

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U 2 ~ U 最佳。 3 3

b.变阻器如何选? 从安全性原则出发分析得, 首先要求通过其最大电流小于其额定电流; 从方便性和准确 原则出发分析得, 要求变阻器的最大阻值, 在限流电路中尽量接近待测电阻或电路中串联的 其它电阻,在分压电路中电阻尽量小。 c.电源如何选? 测电源电动势ε和内阻时,选内阻较大的旧电池;测电流计内阻 Rg 时,若采用半偏法 测电阻时,应选电动势较大的电源,保证 R2>>R1,以减小实验误差;在测小灯泡功率描伏 安特性曲线时,在测金属的电阻率时,选电动势较小的电源;在打点计时器中选 4~6V 交 流电压;在描等势线实验中选 4~6V 直流电源。 3. 实验线路的连接 分压式和限流式的接法要求:限流式是按“一上一下各一个”的原则,且使滑片处在阻 值最大位置处;分压式是“一上二下”的原则,电源与开关串联以后直接接于下面两个连线 柱,上面任一个接线柱引出导线和下面一个接线柱上引出导线(二线之间的电阻要小,保证 初始取出的电压较小)将这两导线接至被测电路中。 连线的总思路为:
?电表的正负接线柱 ?分压, 限流 ? →连接总回路 ?总开关控制所有元件 →并 画出电路图→滑动变阻器连接 ? 滑片位置正确 ? ?导线不能交叉 ?

联伏特表的电压较小。 (二)设计实验方法 题目给出实验目的、电路及一些附加条件,让学生设计实验方法, 二 如 98 年的第 20 题,原题为: 用图中所示的电路测定未知电阻 Rx 的值,图中电源电动势未知,电源内阻与电流表的 内阻均可忽略不计,R 为电阻箱。 (1)若要测得 Rx 的值,R 至少需要取___________个不同的数值。 (2)若电流表每个分度表示的电流值未知,但指针偏转角度与通的电流成正比,则在用 此电路测 Rx 时,R 至少需取____________ 个不同的数值。 (3)若电源内阻不可忽略,能否应用此电路测量 Rx ? 答:___________。 照“伏安法测电阻”的实验,不同之处在于 Rx 上的电压 U 需要由电流表的示数 I,与 电阻箱上的对应读数 R 求出。 U=ε-IR 由欧姆定律可得 Rx=(ε-IR)/ I ① 由于电源电动势ε未知,故 R 取一个值不能求出 Rx 的值,必须再取一组值 R′、I′同 理得 Rx = (ε-I′R′)/ I ′② 由①②消去ε后解得 Rx = (I′R′- IR )/ (I-I ′)③ 即 R 至少需要取 2 个不同的数值才可测出 Rx 的值。 (2)电阻箱读数为 R 时,设电流表的指针偏转角为θ,电流值为 I,将电阻箱的阻值调 为 R′,使电流表指针的偏角变为 2θ,此时电流表示数为 I ′,则 I ′=2I,将以上两种 数值代人③式中可得 Rx =R-2 R′,即 R 至少需取 2 个不同的数值,
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(3)设电源内阻为 r,只取三个值 R1 、R2 、R3 ,对应的电流值为 I1、I2、I3 ,由闭合 电路欧姆定律得 ε = I1(R1 + Rx +r) ①,ε = I2(R2+ Rx +r) ②,ε = I3(R3 + Rx +r) ③ 上述三个方程中显然只有三个未知量ε、 x 和 r, R 却无法求出 Rx (同学们可自己算一下), 即 R 无论取几个值都不能求出 Rx 值。 (三)设计处理实验数据 根某一物理规律或公式,设计实验情景,并给出实验数据,打好点的纸带或在图象上描 出数据点,让学生求出实验测量值,如 98 年的第 18 题,原题为: 在 LC 振荡电路中,如已知电容 C,并测得电路的固有振荡周期 T,即可求得电感 L, 为了提高测量精度,需多次改变 C 值并测得相应的 T 值,现将测得的六组数据标示在以 C 为横坐标、T2 为纵坐标的坐标纸上,即图中用“X”表示的点。 ⑴T、L、C 的关系为_____________ ⑵根据图中给出的数据点作出 T2 与 C 的关系图 线 ⑶求得的 L 值是___________。 分析与解答 (1)T=2π√LC 。 ⑵如图所示,图线应为一条直线,数据点靠近直线且均匀分布在直线两侧。 ⑶仔细观察图象上的数据可发现,纵坐标为 3 位有效数字,横坐标为 2 位有效数字,在 一 一8 — — ) 和(3.5x10 7, 51.0x10 8),则 图象上选取两个坐标点 A(1X10 7,14.5 X T2 / C = 1.46,L = 0.0365H 根据图上的数据点,正确读出纵,横坐标的有效数字的位数,是解答此问的关键。 (四)设计实验原理 用给定的器材测定某一物理量,要求学生写出实验原理。 例题 利用下列器材测当地的重力加速度、铁架台(附夹子),长约 1.5m 的细线,下坠 一个 200g 左右的石子、秒表、米尺,请写出实验原理。 分析与解答 设细线下端悬点到石子重心的距离为 x,第一次实验测得摆线长为 L1,摆 长为(Ll+x),测得周期为 T1,由单摆的周期公式可得 T1=2π√(Ll+x)/g ① 将摆线长改变为 L2,对应摆线长为(L2+x),再测得周期为 T2,则 T2=2π√(L2+x)/g ② 由①②消去 x,解得 g=4π2 (Ll —L2 )/ (T12—T22 )③ 即测出长、短摆的摆线长 L1、L2 和对应的周期 T1、T2 代入③式就可算出 g 值。 (五)设计控制实验条件 用给定的器材测定某一物理量, 要求学生写出需要控制的实验条件, 控制方法及需要采 取的措施等。 例题 例用下列器材测当地的重力加速度:铁架台(附夹子),长约 1.5m 的细线,下坠 一个 200g 左右的石子,秒表、米尺,为尽量减小实误差,需要采取哪些措施?控制哪些实验 条件? 分析与解答 ①测摆长时应该悬测,而不能平测、摆长不应小于 70cm,否则很难保证做 简谐振动。 ②长摆与短摆的摆长差应尽可能大些,以不小于 50cm 为宜,这样才可以保证差值(T12 —T22 )的有效数字的位数不减少。 ③摆球应尽可能贴近地面,以便用刻度尺来控制振幅,从而保证摆角小于 5°,同时还 可判断摆球是否沿直线做往复运动,避免锥摆现 ④计时的起始、终止位置,应是摆球的 平衡位置,周期的测量应用累计平均法,全振动的次数不能少于 30 次。
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(六)设计实验步骤 题目给出实验目的,器材等,让学生写出实验步骤,或题目中给出实验步骤,但次序凌 乱,其中有错误,有空缺,有多余,要求学生指出错误并纠正、补全,而后指出合理的顺序 等。 例题 今有二相同材料制成的物体 A 和 B,一卷细绳,一架天平(带砝码),一根米尺和 一张边缘带有定滑轮的桌子,请用以上器材(可以不全用,但不能增加)设计一个测量物块和 桌面间滑动摩擦系数的实验。要求写出简单的实验步骤,画出装置图,并写出摩擦系数μ的 表达式。 分析与解答 ①分别用天平称出 A 与 B 的质量 mA 和 mB。②截取适当长的细绳,把 A、 B 系在绳两端,③把 A 放在桌上,使 B 离地面适当高度 h,如图所示,用直尺测出 h,并将 细绳拉紧,记下 A 在桌面上的位置。④放开 B 使之下落,量出 A 在桌面上滑动的距离 x。 由动能定理得 mBgh -μmAgh=(mA+mB ) v2 / 2 ① 2 μmAg (x –h)= mA v /2 ② 由 ①②解得 μ= mBh/[(mA+mB )x – mBh]

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