专题05演示实验和设计实验03专题复习

【例3】(2001年上海高考题)某学生为了测量一物体的质量，找到一个力电转换器，该转换器的输出电压正比于受压面的压力(比例系数为k)，如图5-35所示，测量时先调节输入端的电压使转换器空载时的输出电压为0；而后在其受压面上放一物体，即可测得与物体的质量成正比的输出电压U.感悟·渗透·应用感悟·渗透·应用现有下列器材：力电转换器、质量为m0的砝码，电压表，滑动变阻器，干电池各一个，开关及导线若干，待测物体.(1)设计完整电路，要求力电转换器的输入电压可调，并且使电压的调节范围尽可能大，在图5-36的方框中画出完整的测量电路图.图5-36感悟·渗透·应用(2)简要说明测量步骤，求出比例系数k，并测出待测物体的质量m.(3)请设想实验中可能会出现的问题.感悟·渗透·应用【解析】本题不需要了解和研究力电转换器的构造以及工作原理，只需依据题干所给信息，学会如何正确使用该仪器，并完成对未知质量的测量.感悟·渗透·应用力电转换器虽然是个全新的仪器，但它与其他的所有测量仪器一样，有它们的共性，即需要有一个“调0”步骤，这个“调0”工作就是受压面上不放物体时通过对输入电路的输入电压的调节从而使输出电压为“0”，这就是力电转换器的“调0”工作，为了使输入电路的电压调节范围尽可能的大些，所以必须用滑动变阻器的分压电路，然后依据题干所给信息“被测物体质量与输出电压成正比”，先在受压面上放一质量为m0的砝码，测出输出电压U0，然后将被测物体放在受压面上，测出输出电压U，另外，本题最后一问具有开放性，可有效考查学生的想象能力、发散思维能力及创新能力.感悟·渗透·应用【答案】(1)设计的电路图如图5-37所示.感悟·渗透·应用(2)测量步骤与结果：①调节滑动变阻器，使转换器的输出电压为0.②将砝码放在转换器上，记下输出电压U0.③将待测物放在转换器上，记下输出电压U由U0=km0g，得k=U0/(m0g)测得U=kmg,所以m=m0U/U0.(3)①因电源电压不够而输出电压调不到0.②待测物体质量超出转换器量程.感悟·渗透·应用4.实验误差的分析与实验方案的改进.【例4】(2001年上海高考题)要求测量由2节干电池串联而成的电池组的电动势E和内阻r(约几欧)、提供下列器材：电压表V1(量程15V，内阻12k、电阻箱(0～9999)、开关、导线若干.某同学用量程为15V的电压表连接成如图5-38所示的电路，感悟·渗透·应用实验步骤如下：(1)合上开关S，将电阻箱R阻值调到R1=10，读得电压表的读数为U1.(2)将电阻箱R阻值调到R2=20，读得电压表的读数为U2.由方程组U1=E-U1R1r、U2=E-U2R2r，解出E、r.为了减少实验误差，上述实验在选择器材和实验步骤中，应做哪些改进?感悟·渗透·应用【解析】在选择器材上，用量程为15V的电压表明显测量误差过大，因2节干电池的电动势约3V左右，所以应选择电压表V1.本题更注重的是实验步骤的改进，力求尽可能减少实验测量中带来的误差，故应改变电阻箱阻值R，读取若干个U的值，由I=U/R计算出电流的值，然后作出U-I图线，由该图线的截距和斜率得出E、r的值.感悟·渗透·应用【例5】(2001年全国高考题)如图5-39所示中E为电源，其电动势为E，R1为滑线变阻器，R2为电阻箱，A为电流表，用此电路，经以下步骤可近似测得A的内阻RA；①闭合S1、断开S2，调节R1，使电流表读数等于其量程I0；②保持R不变，闭合S2，调节R2，使电流表读数等于I0/2，然后读出R2的值，取RA≈R2.感悟·渗透·应用(1)按图5-39所示电路在图5-40中用导线将所给出的实物连接起来，并画出连接导线.感悟·渗透·应用(2)真实值与测得值之差除以真实值叫做测量结果的相对误差，即(RA-R2)/RA，试推导出它与电源电动势E、电流表量程I0及电流表内阻RA的关系式.(3)若I0=10mA，真实值RA约为30要想使测量结果的相对误差不大于5%，电源电动势最小应为多少伏?感悟·渗透·应用【答案】(1)连线如图5-41所示.图5-41感悟·渗透·应用(2)由步骤①得E/(R1+RA)=I0由步骤②得:解得:(3)由(2)所得及题中要求，可知≤5%因此，E≥I0RA/0.05=10×10-3×30/0.05V=6V故电源电动势的最小值为6V2022221IRRRRRRRREAAAAAAREIRRR02AREI0感悟·渗透·应用5.演变习题，设计创新实验.【例6】(2001年全国高考题)一打点计时器固定在斜面上某处，一小车拖着穿过打点计时器的纸带从斜面上滑下，如图5-42所示，感悟·渗透·应用图5-43是打出的纸带的一段.(1)已知打点计时器使用的交流电频率为50Hz，利用图5-42给出的数据可求出小车下滑的加速度a=4.00m/s2.感悟·渗透·应用(2)为了求出小车在下滑过程中所受的阻力，还需测量的物理量有小车的质量m,斜面上任意两点间的距离L及这两点间的高度差h.用测得的量及加速度a表示阻力的计算式有:f=maLhmg感悟·渗透·应用【解析】该题在考查对测匀变速直线运动加速度原理的理解基础上，注重考查了对实验数据的处理方法及实验情景变化(与教材相比)后，应依据什么原理，采取何种方法进行测量.(1)依据a=△s/T2，由于测量及实验误差的存在，使相邻计数点间隔距离之差△s不同，因而应舍去偏差较明显的一组数据(5.74，6.41)，取其他相邻数据之差的平均值0.64cm计算.22222/00.4/)02.02(1064.0smsmTsa感悟·渗透·应用(2)测小车下滑过程中受的阻力，依据的原理是牛顿第二定律，令斜面倾角为，则有mgsin-f=ma,f=mgsin=ma.在实际测量中，一般变角度测量为长度测量，设斜面上任意两点间的距离为l，这两点间的高度差为h,则f=mgh/l-ma，故需测量的量有：小车的质量m，斜面上任意两点间的距离l及这两点间的高度差.