专题01 物理实验基础-2023年高考物理实验题专项突破

专题01 物理实验基础 1.误差与有效数字 (1)两类误差 类别 系统误差 偶然误差 来源 由于仪器本身不精密，实验方法粗略或实验原理不完善而产生的 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 特点 多次实验，误差总是偏大或总是偏小 多次实验，误差有时偏大，有时偏小，而且偏大、偏小的机会相同 减小方法 校准仪器，改进实验方法和设计原理 多次测量求平均值 (2)有效数字 带有一位不可靠数字的近似数字叫有效数字，而这位不可靠数字往往是产生于测量时的估读，有效数字位数是从数字左边第一位不为零的数字算起的，如0.16为两位有效数字；有效数字与物理量的单位无关，如1.60cm和16.0mm均为3位有效数字；乘方不算有效数字，如1.00×10²m为3位有效数字。 2.基本仪器的使用方法 (1)游标卡尺的读数 游标尺 精度(mm) 测量结果(游标尺上第n条刻线与主尺上的某刻线对齐时)(mm) 刻度 格数 刻度总长度(mm) 每小格与1 毫米差(mm) 10 9 0.1 0.1 主尺上读的毫米数+0.1n 20 19 0.05 0.05 主尺上读的毫米数+0.05n 50 49 0.02 0.02 主尺上读的毫米数+0.02n (2)螺旋测微器的读数 测量值=固定刻度读数+可动刻度读数(含读数)×0.01，单位为mm。 (3)多用电表的使用 测量前：机械调零，选挡（电流挡、交直流电压挡或欧姆挡）。 测量时： 电流挡 串联在电路中 电流从红表笔流入，从黑表笔流出 被测电路中含电源 电压挡 并联在电路中 欧姆挡 测电阻 选挡位，进行欧姆调零，电阻与电路 断开，换挡必须重新欧姆调零，读数 为表针示数乘以倍率 被测电路不含电源，即必须和电源 断开 测二极管 黑表笔接二极管正极，红表笔接二极 管负极，示数很小，反之，示数很大 测量后：应将选择开关拨离欧姆挡，并旋至OFF挡或交流电压最高挡上。 3.电学实验基础——测量电路和控制电路设计 (1)电流表两种接法的选择 ①阻值比较法：先将待测电阻的估计值与电压表、电流表内阻进行比较，若较小，宜采用电流表外接法；若较大，宜采用电流表内接法。简单概括为“大内偏大，小外偏小”。 ②临界值计算法 时，用电流表外接法；时，用电流表内接法。 ③实验试探法：按图所示接好电路，让电压表一根接头P先后与a、b处接触一下，如果电压表的示数有较大的变化，而电流表的示数变化不大，则可采用电流表外接法；如果电流表的示数有较大的变化，而电压表的示数变化不大，则可采用电流表内接法。 (2)滑动变阻器的限流式接法和分压式接法的比较 类别 限流式接法 分压式接法 对比说明 两种接法电路图 串、并联关系不同 负载R上电压调节范围 分压电路调节范围大 负载R上电流调节范围 分压电路调节范围大 闭合S前滑片P位置 b端 a端 都是为了保护电路元件 4.电学实验基础——实验器材的选取和实物图连接 (1)电学实验仪器的选择 选择电学实验器材主要是选择电表、滑动变阻器、电源等器材，一般要考虑以下三个方面的因素： ①安全因素：通过电源、电阻和电表的电流均不能超过其允许的最大电流。 ②误差因素：选用不同量程的电表应考虑尽可能减小测量值的相对误差，电压表、电流表在使用时，其指针应偏转到满偏刻度的以上；使用多用电表的欧姆挡时宜选用指针尽可能在中间刻线附近的倍率挡位。 ③便于操作：选用滑动变阻器时应考虑对外供电电压的变化范围既能满足实验要求，又便于调节。在调节滑动变阻器时，使其大部分阻值都可以用到。 (2)实物图连接的方法 ①总的原则：先串后并，接线到柱，注意量程和正负极，无交叉线。 ②画线连接各元件，一般先从电源正极出发，按顺序将主电路中串联的元件全部串联起来，再将并联的元件并联到电路中去。 ③滑动变阻器有效控制电路。 5.实验数据的五种常用方法 (1)图像法：根据实验测定的数据(或整理后数据)，建立坐标系(一般为平面直角坐标系），描点作图，分析图像的斜率、截距、交点、面积等。 (2)公式法：根据测定的两组或多组数据代入公式求解。取平均值是公式法处理数据减小误差的重要方法。 (3)直接比较法：某些实验中，只需定性确定物理量间的关系，或将实验结果与标准值对比，就能得出实验结论，常用槽码盘比较法。如探究加速度与力、质量关系和槽码实验中，只需比较两车在相同时间的位移就可得出两小车的加速度之比。 (4)列表法。 (5)平均值法。 典例1：（2021·天津·高考真题）某实验小组利用手机的录像功能拍下小球在斜面上做匀加速直线运动的过程。为便于记录小球各个时刻在斜面上的位置，将录像中时间间隔