5、实验数据处理
处理实验数据是中学实验的一个重要环节。通过对实验数据的处理和分析,可以得到物理量之间的内在规律。在考试中对用表格法、图象法、平均值法、描迹法等数据处理方法都有较高的要求和体现。
《大纲》要求:能独立完成"知识内容表"中所列的实验,会记录、处理实验数据,并得出结论。在中学阶段,实验数据的处理常用计算法和图象法。
例11、(06重庆)某同学用图所示装置测量重力加速度g,所用交流电频率为50 Hz.在所选纸带上取某点为0号计数点,然后每3个点取一个计数点,所以测量数据及其标记符号如图所示.
该同学用两种方法处理数据(T为相邻两计数点的时间间隔):
方法A:由……,取平均值g=8.667 m/s2;
方法B:由取平均值g=8.673 m/s2.
从数据处理方法看,在S1、S2、S3、S4、S5、S6中,对实验结果起作用的,方法A中有__________;方法B中有__________.因此,选择方法___________(A或B)更合理,这样可以减少实验的__________(系统或偶然)误差.本实验误差的主要来源有____________(试举出两条).
解析:按方法A:……,,求平均值:,所以只用到了: S1、S6.
按方法B计算加速度,为了减少误差,常常用逐差法: ,所以只用到了:S1, S2, S3, S4, S5, S6.因此选择B更合理,这样可以减少实验的偶然误差.阻力(空气阻力,振针的阻力,限位孔的阻力,复写纸的阻力等),交流电频率波动,长度测量,数据处理方法等.
同型题1
(07天津22)某学生用打点计时器研究小车的匀变速直线运动。他将打点计时器接到频率为50Hz的交流电源上,实验时得到一条纸带。他在纸带上便于测量的地方选取第一个计时点,在这点下标明A,第六个点下标明B,第十一个点下标明C,第十六个点下标明D,第二十一个点下标明E。测量时发现B点已模糊不清,于是他测得AC长为14.56cm、CD长为11.15cm,DE长为13.73cm,则打C点时小车的瞬时速度大小为______m/s,小车运动的加速大小为________m/s2,AB的距离应为_______cm。(保留三位有效数字)
答案: 0.986 2.58 5.99
例12(06天津)某研究性学习小组利用右图所示电路测量电池组的电动势E和内阻r。根据实验数据绘出如下图所示的R-1/I图线,其中R为电阻箱读数,I为电流表读数,由此可以得到E= V,r= Ω。
解析:由题中的电路图,可以表示:当某时刻电阻箱的读数为R时,安培表读数为I。则有: 。当时r=-R=-(-0.9)=0.9Ω;直线的斜率为电源的电动势,计算图中直线的斜率为2.9,所以电源的电动势为2.9V。
同型题2 (07上海17)利用单摆验证小球平抛运动规律,设计方案如图(甲)所示,在悬点O正下方有水平放置的炽热的电热丝P,当悬线摆至电热丝处时能轻易被烧断;MN为水平木板,已知悬线长为L,悬点到木板的距离OO’=h(h>L)。
(1)电热丝P必须放在悬点正下方的理由是:____________。
(2)将小球向左拉起后自由释放,最后小球落到木板上的C点,O’C=s,则小球做平抛运动的初速度为v0________。
(3)在其他条件不变的情况下,若改变释放小球时悬线与竖直方向的夹角q,小球落点与O’点的水平距离s将随之改变,经多次实验,以s2为纵坐标、cosq为横坐标,得到如图(乙)所示图像。则当q=30°时,s为 ________m;若悬线长L=1.0m,悬点到木板间的距离OO’为________m。
答案:(1)保证小球沿水平方向抛出(2)(3)0.52 1.5
小结:本实验考查实验条件的分析和用图象处理实验数据的能力。
4、实验电路选择
(1)测量电路--电流表内外接法选取
①电路的对比
连接方式 |
误差来源 |
测量值与真实值关系 |
适用范围 |
外接法 |
电压表分流 |
电流表的读数大于流过待测的电流,故:R测<R真 |
测小电阻 |
内接法 |
电流表分压 |
电压表读数大于待测电阻两端的电压,故:R测<R真 |
测大电阻 |
②判断方法
a、直接比较法:当待测电阻Rx较小且远小于电压表内阻Rv时,应选用外接法;当待测电阻Rx较大且远大于电流表内阻RA时,应选用内接法。
b、临界值法:当待测电阻Rx<时,视Rx为小电阻,应选用外接法;当Rx>时,视Rx为大电阻,应选用内接法;当Rx=时,两种接法均可。
(2)控制电路--滑动变阻器分压式、限流于接法选取
①电路的对比
调节范围 |
限流式电路 |
分压式电路 |
电压调节范围 |
|
0→U |
电流调节范围 |
|
0→ |
说明:U为电源端电压,R为滑动变阻器最大电阻,Rx为待测电阻阻值。
②判断方法
a负载电阻Rx远大于滑动变阻器总电阻R,须用分压式接法,此时若采用限流式接法对电路基本起不到调节作用。
b要求负载上电压或电流变化范围大,且从零开始连续可调,须用分压式接法。
c采用限流电路时,电路中的最小电流(电压)仍超过电流表的量程或超过用电器的额定电流(电压)时,应采用变阻器的分压式接法。
d负载电阻的阻值Rx小于滑动变阻器的总电阻R或相差不大,并且电压表、电流表示数变化不要求从零开始起调,可用限流式接法。
e两种电路均可使用时应优先用限流式接法,因为限流式接法总功率较小。
例10某同学用图所示电路,测绘标有“3.8 V,0.3 V”的小灯泡的灯丝电阻R随电压U变化的图象,除了导线和开关外,有以下一些器材可供选择: 电流表:A:(量程100 mA,内阻约2 ); A:(量程0.6 A,内阻约0.3 ); 电压表:V1(量程5 V,内阻约5 ); V2(量程15 V,内阻约15 ); 电源:E1(电动势为1.5 V,内阻为0.2 ); E2(电动势为4 V,内阻约为0.04 ). 为了调节方便,测量准确,实验中应选用电流表___________,电压表______________,滑动变阻器________________,电源___________________.(填器材的符号)
解析:据小灯泡的额定电压和额定电流的大小,可选择A2、V1和E2。据分压电路的特点,滑动变阻器应选R1。
3.便于操作原则:选择控制电路时,既要考虑供电电压的变化范围是否满足实验要求,又要注意便于操作。
例9(06北京)某同学用图2所示电路,测绘标有“3.8V ,0.3A”的小灯泡的灯丝电阻随电压变化图象。
1除了导线和开关外,有以下一些器材可供选择:
电流表:A1(量程100mA,内阻约2); A2(量程0.6A,内阻约0.3);
电压表:V1(量程5V,内阻约5k); V2(量程15V,内阻约15k);
滑动变阻器:(阻值范围0-10) (阻值范围0-2k)
电源:(电动势为1.5V,内阻约为0.2); (电动势为4V,内阻约为0.04)。
为了调节方便,测量准确,实验中应选用电流表 ,电压表 ,滑动变阻器 ,电源 。(填器材的符号)。
答案:A2 V1 R1 E2
2.安全性原则:通过电源,电表,滑动变阻器,用电器的电流不能超过其允许的最大电流。
1.准确性原则:选用电表量程应可能减小测量值的相对误差,电压表、电流表在使用时尽可能使指针接近满量程,若指针偏转不到满偏角度的1/3,读数误差较大。
3、仪器的选择
器材选择的原则:
2、电路的连接
实验连线是一类考查学生实验技能和操作能力较为有效的题型。连线时一定要按照电路图。
注意:①连线时把导线接在接线柱上;②电表的正负接,从电表的正接流入,从负接流出;③滑动变阻器应处于有效的控制状态。
例9 利用图1所示的电路测量电流表mA的内阻RA。图中R1、R2为电阻,K1、K2为电键,B是电源(内阻可忽略)。
根据图1所给出的电路原理图,在图2的实物图上连线。
答案:电路见图
1、 实验步骤
实验必须按照一定的步骤或程序进行,才能达到预期的效果和实现预期的目的。因此,在实验前,必须正确、科学、合理地安排实验步骤。解答这类问题的实验依据是实验要求和实验原理。
链接高考
例8(06全国卷Ⅰ)利用图中装置研究双缝干涉现象时,有下面几种说法:
A.将屏移近双缝,干涉条纹间距变窄
B.将滤光片由蓝色的换成红色的,干涉条纹间距变宽
C.将单缝向双缝移动一小段距离后,干涉条纹间距变宽
D.换一个两缝之间距离较大的双缝,干涉条纹间距变窄
E.去掉滤光片后,干涉现象消失
其中正确的是:_______________。
解析:考查学生实验实验装置及操作获得的实验现象。在本实验中,光的双缝干涉现象中条纹宽度,分析得:(ABD).
实验原理的设计方法:控制变量法、等效替代法、理想化方法、留迹法、模拟法、放大法;
实验误差的控制方法:多次测量法、累积法;
实验数据的测量方法:直接和间接测量;
实验数据的处理方法:直接比较法、平均值法、列表法、图象法。
4、示波器
例7 (07全国卷1)⑴用示波器观察频率为900Hz的正弦电压信号。把电压信号接入示波器Y输入。①当屏幕上出现如图1所示的波形时,应调节 钮。如果正弦波的正负半周均超出了屏幕的范围,应调节 钮或 钮,或这两个组配合使用,以使正弦波的整个波形出现在屏幕内。②如需要屏幕上正好出现一个完整的正弦波形,则应将 置于 位置,然后调节 钮。
答案:①竖直位移或↑↓ 衰减或衰减调节 Y增益
②扫描范围 1k档位 扫描微调
第 三 篇:基本实验方法
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