高考复习——探索性实验典型例题复习

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基本实验 二十二、探索性实验 ‎1、测定匀变速直线运动的加速度（含练习使用打点计时器） 　　[实验目的] 　　1．练习使用打点计时器，学习利用打上点的纸带研究物体的运动。 　　2．学习用打点计时器测定即时速度和加速度。 　　[实验原理] 　　1．打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，它每隔0.02s打一次点（由于电源频率是50Hz），纸带上的点表示的是与纸带相连的运动物体在不同时刻的位置，研究纸带上点之间的间隔，就可以了解物体运动的情况。 　　2．由纸带判断物体做匀变速直线运动的方法：如图所示，0、1、2……为时间间隔相等的各计数点，s1、s2、s3、……为相邻两计数点间的距离，若△s=s2-s1=s3-s2=……=恒量，即若连续相等的时间间隔内的位移之差为恒量，则与纸带相连的物体的运动为匀变速直线运动。 　　3．由纸带求物体运动加速度的方法： 　　（1）用“逐差法”求加速度：即根据s4-s1=s5-s2=s6-s3=3aT2（T为相邻两计数点间的时间间隔）求出 a1= 、a2= 、a3= ，再算出a1、a2、a3的平均值即为物体运动的加速度。 　　（2）用v-t图法：即先根据vn= 求出打第n点时纸带的瞬时速度，后作出v-t图线，图线的斜率即为物体运动的加速度。 　　[实验器材] 　　小车，细绳，钩码，一端附有定滑轮的长木板，打点计时器，低压交流电源，导线两根，纸带，米尺等。 　　 　　[实验步骤]‎ ‎ 　　1．把一端附有定滑轮的长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，连接好电路，如图所示。 　　2．把一条细绳拴在小车上，细绳跨过滑轮，并在细绳的另一端挂上合适的钩码，试放手后，小车能在长木板上平稳地加速滑行一段距离，把纸带穿过打点计时器，并把它的一端固定在小车的后面。 　　3．把小车停在靠近打点计时器处，先接通电源，再放开小车，让小车运动，打点计时器就在纸带上打下一系列的点，取下纸带，换上新纸带，重复实验三次。 　　4．选择一条比较理想的纸带，舍掉开头的比较密集的点子，确定好计数始点0，标明计数点，正确使用毫米刻度尺测量两点间的距离，用逐差法求出加速度值，最后求其平均值。也可求出各计数点对应的速度，作v-t图线，求得直线的斜率即为物体运动的加速度。 　　[注意事项] 　　1．纸带打完后及时断开电源。‎ ‎2．小车的加速度应适当大一些，以能在纸带上长约50cm的范围内清楚地取7～8个计数点为宜。‎ ‎3．应区别计时器打出的轨迹点与人为选取的计数点，通常每隔4个轨迹点选1个计数点，选取的记数点不少于6个。 　　4．不要分段测量各段位移，可统一量出各计数点到计数起点0之间的距离，读数时应估读到毫米的下一位。‎ ‎　　[例题]‎ ‎　　1．电磁打点计时器是一种使用______电源的计时仪器，它的工作电压是______。如图所示，A是______，B是______，C是______，D是______，E是______，F是______。‎ ‎　　答案：交流，4至6V，线圈，振动片，振针，纸带，接线柱，永磁体。‎ ‎　　2．如图是某同学测量匀变速直线运动的加速度时，从若干纸带中选中的一条纸带的一部分，他每隔4个点取一个计数点，图上注明了他对各计数点间距离的测量结果。 　　 　　（1）为了验证小车的运动是匀变速运动，请进行下列计算，填入表内（单位：cm）‎ s2-s1‎ s3-s2‎ s4-s3‎ s5-s4‎ s6-s5‎ ‎　‎ ‎　‎ ‎　‎ ‎　‎ ‎　‎ ‎　‎ 各位移差与平均值最多相差______cm，由此可以得出结论：小车的位移在________范围内相等，所以小车的运动是________。 　　（2）根据匀变速直线运动的规律，可以求得物体的加速度a= =______m/s2。 　　（3）根据an-3= ，可求出 　　a1= =______m/s2，a2= =______m/s2，a3= =______m/s2， 　　所以， = =______m/s2。 　　答案：（1）1.60，1.55，1.62，1.53，1.61，1.58，0.05，任意两个连续相等的时间里、在误差允许的，匀加速直线运动；（2）1.58；（3）1.59，1.57，1.59，1.58。 ‎ ‎2、研究平抛物体的运动 　　[实验目的]‎ ‎ 　　1．用实验方法描出平抛物体的运动轨迹。 　　2．从实验轨迹求平抛物体的初速度。 　　[实验原理] 　　平抛物体的运动可以看作是两个分运动的合运动：一是水平方向的匀速直线运动，另一个是竖直方向的自由落体运动。令小球做平抛运动，利用描迹法描出小球的运动轨迹，即小球做平抛运动的曲线，建立坐标系，测出曲线上的某一点的坐标x和y，根据重力加速度g的数值，利用公式y= gt2求出小球的飞行时间t，再利用公式x=vt,求出小球的水平分速度，即为小球做平抛运动的初速度。 　　[实验器材] 　　斜槽，竖直固定在铁架台上的木板，白纸，图钉，小球，有孔的卡片，刻度尺，重锤线。 　　[实验步骤] 　　1．安装调整斜槽：用图钉把白纸钉在竖直板上，在木板的左上角固定斜槽，可用平衡法调整斜槽，即将小球轻放在斜槽平直部分的末端处，能使小球在平直轨道上的任意位置静止，就表明水平已调好。 　　2．调整木板：用悬挂在槽口的重锤线把木板调整到竖直方向，并使木板平面与小球下落的竖直面平行。然后把重锤线方向记录到钉在木板的白纸上，固定木板，使在重复实验的过程中，木板与斜槽的相对位置保持不变。 　　3．确定坐标原点O：把小球放在槽口处，用铅笔记下球在槽口时球心在图板上的水平投影点O，O点即为坐标原点。 　　4．描绘运动轨迹：在木板的平面上用手按住卡片，使卡片上有孔的一面保持水平，调整卡片的位置，使从槽上滚下的小球正好穿过卡片的孔，而不擦碰孔的边缘，然后用铅笔在卡片缺口上点个黑点，这就在白纸上记下了小球穿过孔时球心所对应的位置。保证小球每次从槽上开始滚下的位置都相同，用同样的方法，可找出小球平抛轨迹上的一系列位置。取下白纸用平滑的曲线把这些位置连接起来即得小球做平抛运动的轨迹。 　　5．计算初速度：以O点为原点画出竖直向下的y轴和水平向右的x轴，并在曲线上选取A、B、C、D、E、F六个不同的点，用刻度尺和三角板测出它们的坐标x和y，用公式x=v0t和y= gt2计算出小球的初速度v0，最后计算出v0的平均值，并将有关数据记入表格内。 　　[注意事项] 　　1．实验中必须保持通过斜槽末端点的切线水平，方木板必须处在竖直面内且与小球运动轨迹所在的竖直平面平行，并使小球的运动靠近图板但不接触。 　　2．小球必须每次从斜槽上同一位置滚下。 　　3．坐标原点（小球做平抛运动的起点）不是槽口的端点，应是小球在槽口时，球的球心在木板上的水平投影点。 　　4．要在平抛轨道上选取距O点远些的点来计算球的初速度，这样可使结果的误差较小。 　　[例题] 　　1．下列哪些因素会使“研究平抛物体的运动”实验的误差增大 　　A．小球与斜槽之间有摩擦 　　B．安装斜槽时其末端不水平 　　C．建立坐标系时，以斜槽末端端口位置为坐标原点 　　D．根据曲线计算平抛运动的初速度时，在曲线上取作计算的点离原点O较远 　　答案：这里研究的是小球的平抛运动，只与抛出点（不是斜槽末端）的速度有关，而与它在斜槽中的运动无关。只要是每次速度的大小与方向不变（且水平）就不影响实验。 　　BC ‎ ‎3、用单摆测定重力加速度 　　[实验目的] 　　利用单摆测定当地的重力加速度。 　　[实验原理] 　　单摆在摆角小于5°时的振动是简谐运动，其固有周期为T=2π，由此可得g=。据此，只要测出摆长l和周期T，即可计算出当地的重力加速度值。 　　[实验器材] 　　铁架台（带铁夹），中心有孔的金属小球，约1m长的细线，米尺，游标卡尺（选用），秒表等。 　　[实验步骤] 　　1．在细线的一端打一个比小球上的孔径稍大些的结，将细线穿过球上的小孔，制成一个单摆。 　　2．将铁夹固定在铁架台的上端，铁架台放在实验桌边，使铁夹伸到桌面以外，把做好的单摆固定在铁夹上，使摆球自由下垂。 　　3．测量单摆的摆长l：用游标卡尺测出摆球直径2r，再用米尺测出从悬点至小球上端的悬线长l'，则摆长l=l'+r。 　　4．把单摆从平衡位置拉开一个小角度（不大于5°），使单摆在竖直平面内摆动，用秒表测量单摆完成全振动30至50次所用的时间，求出完成一次全振动所用的平均时间，这就是单摆的周期T。 　　5．将测出的摆长l和周期T代入公式g=求出重力加速度g的值。 　　6．变更摆长重做两次，并求出三次所得的g的平均值。 　　[注意事项] 　　1．选择细绳时应选择细、轻又不易伸长的线，长度一般在1m左右，小球应选用密度较大的金属球，直径应较小，最好不超过2cm。 　　2．单摆悬线的上端不可随意卷在铁夹的杆上，应夹紧在铁夹中，以免摆动时发生摆长改变、摆线下滑的现象。 　　3．注意摆动时控制摆线偏离竖直方向不超过5°，可通过估算振幅的办法掌握。 　　4．摆球摆动时，要使之保持在同一个竖直平面内，不要形成圆锥摆。 　　5．计算单摆的振动次数时，应以摆球通过最低位置时开始计时，以后摆球从同一方向通过最低位置时，进行计数，且在数“零”的同时按下秒表，开始计时计数。 　　[例题] 　　某同学在做“利用单摆测重力加速度”实验中，先测得摆线长为101.00cm，摆球直径为2.00cm，然后用秒表记录了单摆振动50次所用的时间为101.5s。则 　　（1）他测得的重力加速度g=________m/s2‎ ‎。 　　（2）他测得的g值偏小，可能的原因是 　　A．测摆线长时摆线拉得过紧 　　B．摆线上端未牢固地系于悬点，振动中出现松动，使摆线长度增加了 　　C．开始计时时，秒表过迟按下 　　D．实验中误将49次全振动数为50次 　　（3）为了提高实验精度，在实验中可改变几次摆长l并测出相应的周期T，从而得出一组对应的l与T的数据，再以l为横坐标、T2为纵坐标将所得数据连成直线，并求得该直线的斜率K。则重力加速度g=________。(用K表示) 　　答案： 　　（1）本次实验中的摆长L=L’+r=101.00+1.00=1.0200m，周期T=t/N=101.5/50=2.03s，由公式g=可以解得g=9.76m/s2； 　　（2）根据公式g=知g偏小的原因可能是l的测量值偏小或T的测量值偏大。A中的测量值偏大，B中则是振动摆长大于测量值，所以正确，而CD中均是测得的周期偏小，所以CD均会使g值偏大。故只有B正确。 　　（3）4π2/K。由公式g=得： 这是一条T2关于l的一元一次函数（如y=Kx），所以它的斜率是K=4π2/ g，所以 g=4π2/K ‎　4、用描迹法画出电场中平面上的等势线 　　[实验目的] 　　利用电场中电势差及等势面的知识，练习用描迹法画出电场中一个平面上的等势线。 　　[实验原理] 　　用导电纸上形成的稳恒电流场来模拟静电场，当两探针与导电纸上电势相等的两点接触时，与探针相连的灵敏电流计中通过的电流为零，指针不偏转，当两探针与导电纸上电势不相等的两点接触时，与探针相连的灵敏电流计中通过的电流就不为零，从而可以利用灵敏电流计找出导电纸上的等势点，并依据等势点描绘出等势线。 　　[实验器材] 　　学生电源或电池组（电压约为6V），灵敏电流计，开关，导电纸，复写纸，白纸，圆柱形金属电极两个，探针两支，导线若干，木板一块，图钉，刻度尺等。 　　[实验步骤]‎ ‎ 　　1．在平整的木板上，由下而上依次铺放白纸、复写纸、导电纸各一张，导电纸有导电物质的一面要向上，用图钉把白纸、复写纸和导电纸一起固定在木板上。 　　2．在导电纸上平放两个跟它接触良好的圆柱形电极，两个电极之间的距离约为10cm，将两个电极分别与电压约为6V的直流电源的正负极相接，作为“正电荷”和“负电荷”，再把两根探针分别接到灵敏电流计的“+”、“-”接线柱上（如图所示）。 　　3．在导电纸上画出两个电极的连线，在连线上取间距大致相等的五个点作基准点，并用探针把它们的位置复印在白纸上。 　　4．接通电源，将一探针跟某一基准点接触，然后在这一基准点的一侧距此基准点约1cm处再选一点，在此点将另一探针跟导电纸接触，这时一般会看到灵敏电流计的指针发生偏转，左右移动探针位置，可以找到一点使电流计的指针不发生偏转，用探针把这一点位置复印在白纸上。 　　5．按步骤（4）的方法，在这个基准点的两侧逐步由近及远地各探测出五个等势点，相邻两个等势点之间的距离约为1cm。 　　6．用同样的方法，探测出另外四个基准点的等势点。 　　7．断开电源，取出白纸，根据五个基准点的等势点，画出五条平滑的曲线，这就是五条等势线。 　　[注意事项] 　　1．电极与导电纸接触要良好，且与导电纸的相对位置不能改变。 　　2．寻找等势点时，应从基准点附近由近及远地逐渐推移，不可冒然进行大跨度的移动，以免电势差过大，发生电流计过载现象。 　　3．导电纸上所涂导电物质相当薄，故在寻找等势点时，不能用探针在导电纸上反复划动，而应采用点接触法。 　　4．探测等势点不要太靠近导电纸的边缘，因为实验是用电流场模拟静电场，导电纸边缘的电流方向与边界平行，并不与等量异种电荷电场的电场线相似。 　　[例题] 　　1．如图为描绘电场中等势线的装置，所用的电流计电流从哪一接线柱流入，其指针就向哪一侧偏。 　　在寻找基准点O的另一等势点时，探针I与O点接触，另一探针II与导电纸上的C点接触，电流计的指针向负接线柱一侧偏转，为了尽快探测到新等势点，探针II应由C点逐渐 　　A．向上移动　 B．向下移动　 C．向左移动　 D．向右移动。 　　答案：由于指针向负极一侧偏转，所以电流由负极流入，即C点的电势高于O点的电势，探针II应向低电势移动，也就是向左移动。故选C。 　　2．某同学在做“电场中等势线的描绘实验”中，若手头没有灵敏电流计，是否可以用内阻较大的电压表代替？ 　　答案：能。将电压表一端接某一电极，另一端接探针，使探针与各基准点接触并在附近移动，电压表读数相等的点即为等势点。 ‎ ‎ 　　5、测定金属的电阻率 　　[实验目的] 　　用伏安法间接测定某种金属导体的电阻率；练习使用螺旋测微器。 　　[实验原理] 　　根据电阻定律公式R=，只要测量出金属导线的长度和它的直径d，计算出导线的横截面积S，并用伏安法测出金属导线的电阻R，即可计算出金属导线的电阻率。 　　[实验器材] 　　被测金属导线，直流电源（4V），电流表(0-0.6A)，电压表（0-3V），滑动变阻器（50Ω），电键，导线若干，螺旋测微器，米尺等。 [实验步骤] 　　1．用螺旋测微器在被测金属导线上的三个不同位置各测一次直径，求出其平均值d，计算出导线的横截面积S。 　　2．按如图所示的原理电路图连接好用伏安法测电阻的实验电路。 　　3．用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属导线的有效长度，反复测量3次，求出其平均值 ‎。 　　4．把滑动变阻器的滑动片调节到使接入电路中的电阻值最大的位置，电路经检查确认无误后，闭合电键S。改变滑动变阻器滑动片的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U的值，断开电键S，求出导线电阻R的平均值。 　　5．将测得的R、、d值，代入电阻率计算公式中，计算出金属导线的电阻率。 　　6．拆去实验线路，整理好实验器材。 　　[注意事项] 　　1．测量被测金属导线的有效长度，是指测量待测导线接入电路的两个端点之间的长度，亦即电压表两接入点间的部分待测导线长度，测量时应将导线拉直。 　　2．本实验中被测金属导线的电阻值较小，因此实验电路必须采用电流表外接法。 　　3．实验连线时，应先从电源的正极出发，依次将电源、电键、电流表、待测金属导线、滑动变阻器连成主干线路（闭合电路），然后再把电压表并联在待测金属导线的两端。 　　4．闭合电键S之前，一定要使滑动变阻器的滑动片处在有效电阻值最大的位置。 　　5．在用伏安法测电阻时，通过待测导线的电流强度I的值不宜过大（电流表用0~0.6A量程），通电时间不宜过长，以免金属导线的温度明显升高，造成其电阻率在实验过程中变化。 　　[例题] 　　1．在“测定金属的电阻率”实验中，以下操作中错误的是 　　A．用米尺量出金属丝的全长三次，算出其平均值 　　B．用螺旋测微器在金属丝三个不同部位各测量一次直径，算出其平均值 　　C．用伏安法测电阻时采用安培表的内接线路，多次测量后算出其平均值 　　D．实验中应保持金属丝的温度不变 　　答案：AC 　　2．欲用伏安法测定一段阻值约为5 左右的金属导线的电阻，要求测量结果尽量准确，现备有以下器材： 　　A．电池组（3V，内阻1 ）； 　　B．电流表（0~3A，内阻0.0125 ） 　　C．电流表（0~0.6A，内阻0.125 ） 　　D．电压表（0~3V，内阻3k ） 　　E．电压表（0~15V，内阻15k ） 　　F．滑动变阻器（0~20 ，额定电流1A） 　　G．滑动变阻器（0~2000 ‎ ‎，额定电流0.3A） 　　H．电键、导线。 　　（1）上述器材中应选用的是________。（填写各器材的字母代号） 　　（2）实验电路应采用电流表________接法。（填“内”或“外”） 　　（3）将图中给定的器材连成实验电路。 　　 　　答案：（1）ACDFH；（2）外；（3）略。‎ ‎ 　　6、用电流表和电压表测定电池的电动势和内电阻 　　[实验目的] 　　测定电池的电动势和内电阻。 　　[实验原理] 　　如图1所示，改变R的阻值，从电压表和电流表中读出几组I、U值，利用闭合电路的欧姆定律求出几组 、r值，最后分别算出它们的平均值。 　　此外，还可以用作图法来处理数据。即在坐标纸上以I为横坐标，U为纵坐标，用测出的几组I、U值画出U－I图象（如图2）所得直线跟纵轴的交点即为电动势值，图线斜率的绝对值即为内电阻r的值。 　　[实验器材] 　　待测电池，电压表（0－3V），电流表（0－0.6A），滑动变阻器（10Ω），电键，导线。 　　[实验步骤] 　　1．电流表用0.6A量程，电压表用3V量程，按电路图连接好电路。 　　2．把变阻器的滑动片移到一端使阻值最大。 　　3．闭合电键，调节变阻器，使电流表有明显示数，记录一组数据（I1、U1），用同样方法测量几组I、U的值。 　　4．打开电键，整理好器材。 　　5．处理数据，用公式法和作图法两种方法求出电动势和内电阻的值。 　　[注意事项] 　　1．为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻宜大些，可选用已使用过一段时间的1号干电池。 　　2．干电池在大电流放电时，电动势 会明显下降，内阻r会明显增大，故长时间放电不宜超过0.3A，短时间放电不宜超过0.5A。因此，实验中不要将I调得过大，读电表要快，每次读完立即断电。 　　3．要测出不少于6组I、U数据，且变化范围要大些，用方程组求解时，要将测出的I、U数据中，第1和第4为一组，第2和第5为一组，第3和第6为一组，分别解出 ‎ ‎、r值再平均。 　　4．在画U－I图线时，要使较多的点落在这条直线上或使各点均匀分布在直线的两侧。个别偏离直线太远的点可舍去不予考虑。这样，就可使偶然误差得到部分的抵消，从而提高精确度。 　　5．干电池内阻较小时路端电压U的变化也较小，即不会比电动势小很多，这时，在画U－I图线时，纵轴的刻度可以不从零开始，而是根据测得的数据从某一恰当值开始（横坐标I必须从零开始）。但这时图线和横轴的交点不再是短路电流。不过直线斜率的绝对值照样还是电源的内阻。 　　[例题] 　　1．用电流表和电压表测定电池的电动势和内电阻的实验中，所用电流表和电压表的内电阻分别为 0.1Ω和1KΩ，如图为所需的器材。 　　（1）请你把它们连成实验电路，注意两个电表要选用适当量程，并要求变阻器的滑动片在左端时其电阻值最大。 　　（2）一位同学记录的6组数据见下表，试根据这些数据在图中画出U－I图线，根据图线求出电池的电动势 ________V，内阻 ________ 。‎ I/A ‎0.12‎ ‎0.20‎ ‎0.31‎ ‎0.32‎ ‎0.50‎ ‎0.57‎ U/V ‎1.37‎ ‎1.32‎ ‎1.24‎ ‎1.18‎ ‎1.19‎ ‎1.05‎ ‎ 　　‎ 答案：（1）见下图，在这电流表对电压表来说一定要用内接法，否则测出的电源的电阻值是偏大，是电源内阻与电流表的电阻之和，误差较大；（2）1.46，0.72（见上面的讲解，最好用图象法求）。 　　2．用伏安法测电池的电动势和内阻的实验中，由于电流表和电压表内阻的影响，以下说法正确的是 　　A．用图a所示电路时， 　 B．用图a所示电路时， 　　C．用图b所示电路时， 　 D．用图b所示电路时， 　　 　　解析：根据闭合电路的欧姆定律：ε=U+Ir。由两次测量列方程为： ， 　　解得 ， ‎ ‎ 　　若是考虑电流表和电压表的内阻，对上图a中应用闭合电路的欧姆定律： ，式中的ε与r是电动势和内阻的真实值。 　　解得： ， ，比较得 ， 　　若是考虑电流表和电压表的内阻，对上图b中应用闭合电路的欧姆定律： ，式中的ε与r是电动势和内阻的真实值。解得： ， ，比较得 ， 。由上面的分析可知应选取AB。 　　此题还可以用图象法。 ‎ ‎ 　　7、练习使用多用电表（万用表）测电阻 　　[实验目的] 　　练习使用多用电表测电阻。 　　[实验原理] 　　多用电表由表头、选择开关和测量线路三部分组成（如图），表头是一块高灵敏度磁电式电流表，其满偏电流约几十到几百 A，转换开关和测量线路相配合，可测量交流电流和直流电流、交流电压和直流电压及电阻等。测量电阻部分即欧姆表是依据闭合电路欧姆定律制成的，原理如图所示，当红、黑表笔短接并调节R使指针满偏时有 　　Ig= = 　　 （1） 　　当电笔间接入待测电阻Rx时，有 　　Ix= 　　　　 （2） 　　联立（1）、（2）式解得 　　 = 　　　 （3） 　　由（3）式知当Rx=R中时，Ix= Ig ‎，指针指在表盘刻度中心，故称R中为欧姆表的中值电阻，由（2）式或（3）式可知每一个Rx都有一个对应的电流值I，如果在刻度盘上直接标出与I对应的Rx的值，那么当红、黑表笔分别接触待测电阻的两端，就可以从表盘上直接读出它的阻值。 　　由上面的（2）可知，电流和电阻的非线性关系，表盘上电流刻度是均匀的，其对应的电阻刻度是不均匀的，电阻的零刻度在电流满刻度处。 　　[实验器材] 　　多用电表，标明阻值为几欧、几十欧、几百欧、几千欧的定值电阻各一个，小螺丝刀。 　　[实验步骤] 　　1．机械调零，用小螺丝刀旋动定位螺丝使指针指在左端电流零刻度处，并将红、黑表笔分别接入“+”、“－”插孔。 　　2．选挡：选择开关置于欧姆表“×1”挡。 　　3．短接调零：在表笔短接时调整欧姆挡的调零旋钮使指针指在右端电阻零刻度处，若“欧姆零点”旋钮右旋到底也不能调零，应更换表内电池。 　　4．测量读数：将表笔搭接在待测电阻两端，读出指示的电阻值并与标定值比较，随即断开表笔。 　　5．换一个待测电阻，重复以上2、3、4过程，选择开关所置位置由被测电阻值与中值电阻值共同决定，可置于“×1”或“×10”或“×100”或“×1k”挡。 　　6．多用电表用完后，将选择开关置于“OFF”挡或交变电压的最高挡，拔出表笔。 　　[注意事项] 　　1．多用电表在使用前，应先观察指针是否指在电流表的零刻度，若有偏差，应进行机械调零。 　　2．测量时手不要接触表笔的金属部分。 　　3．合理选择量程，使指针尽可能指在中间刻度附近（可参考指针偏转在R中/5 ~5R中的范围）。若指针偏角太大，应改换低挡位；若指针偏角太小，应改换高挡位。每次换挡后均要重新短接调零，读数时应将指针示数乘以挡位倍率。 　　4．测量完毕后应拔出表笔，选择开关置OFF挡或交流电压最高挡，电表长期不用时应取出电池，以防电池漏电。 　　[例题] 　　1．多用电表中“+”孔插______（红、黑）表笔，电流是从该表笔流______(填“进”或“出”)，欧姆表内部电池的正极是接______(填“红”或“黑”)表笔的。 　　答案：由一般的知识可知红表笔就是接正极，由上面的图形可知欧姆表的电流是由红笔流进的，由黑笔流出；欧姆表内部电池的正极是黑笔。所以上面的空应填“红”、“进”、“黑”。 　　2．一学生使用多用电表测电阻，他在实验中有违反使用规则之处。他的主要实验步骤如下： 　　A．把选择开关置于“×1”欧姆挡； 　　B．把表笔插入插孔中，先把两表笔相接触，旋转调零旋钮，使指针指在电阻刻度的零位上； 　　C．把两表笔分别与某一待测电阻的两端相连，发现这时指针偏转角度较小； 　　D．换用“×100”挡，发现这时指针偏转适中，随即记下电阻值； 　　E．把表笔从插孔中拔出后，就把多用表放回桌上原处，实验完毕。 　　这个学生已经注意到在测量时待测电阻与其它元件或电源断开，不用手碰表笔的金属杆。这个学生在实验中哪一个或哪些步骤违反了使用规则？ 　　答案：D．先调零后再测R；E．将选择开关置于“OFF”或交流电压最大挡。‎ ‎8、研究电磁感应现象 　　[实验目的]‎ ‎ 　　认识产生电磁感应现象的条件；通过实验总结出感应电流的方向与穿过闭合电路的磁通量变化之间的关系——楞次定律。 　　[实验原理] 　　如图，将零刻度在中央的电流表与副线圈连成闭合回路。通过闭合、断开电键，改变原线圈A回路中的电流，或改变原副线圈B相对位置等方式，改变穿过副线圈B的磁通量，观察电流表指针是否偏转和偏转情况，归纳总结出产生电磁感应现象的条件和判断感生电流方向的规律。 　　[实验器材] 　　零刻度在中央的电流表（检流计），原、副线圈，直流电源，滑动变阻器，电键，定值电阻（约几十千欧），干电池（旧的更好），导线若干。 　　[实验步骤] 　　1．观察原、副线圈的绕制方法，画出相应的图示。 　　2．确定电流表中电流方向和指针偏转方向关系：用一节旧干电池串联一只几十千欧的电阻试触一下电流表，观察通入电流方向和指针偏转方向之间的关系。 　　3．按电路图把原线圈（内径较小且带铁心）、变阻器、直流电源和电键串联成一个电路；把检流计和副线圈（内径较大的）串联成另一个电路。 　　4．研究产生感应电流的条件： 　　闭合电键使原线圈通电，观察把原线圈插入副线圈过程中有无感应电流；观察原线圈置于副线圈中不动时有无感应电流；观察把原线圈从副线圈中取出过程中有无感应电流。 　　将原线圈回路中的电源反接再观察一次。 　　将原线圈插入副线圈，观察电键闭合和断开时有无感应电流。 　　原线圈插入副线圈通电后，改变原线圈回路中变阻器的阻值，从而改变原线圈中的电流，观察副线圈中有无感应电流。 　　总结出副线圈中产生感应电流的条件。 　　5．研究感应电流方向与磁通量变化关系： 　　重复4的实验过程，记下原磁场方向、变化情况、电流表指针偏转情况。 　　总结出感应电流方向和磁通量变化之间关系。 　　[注意事项] 　　1．实验前必须弄清电流表中电流方向和指针偏转方向的关系。判断时所用电池旧一些为好，通电时电键应采用瞬间接触的方式。 　　2．原线圈回路闭合电键前应使变阻器处于最大值，调节时不要使原线圈中电流强度过大，通电时间不宜过长。 　　[例题] 　　1．如果电流表中电流从正接线柱流入、负接线柱流出时，指针向右偏，把该电流表与一个线圈串联，请分别标明，图（A）中表针偏转方向、图（B）中磁铁的极性、图（C）中磁铁的运动方向、图（D）中线圈的绕制方向。 　　答案：‎ 在图A中，磁铁是插入状态，线圈的磁通量是增加的，方向向右，所以感生电流的磁场方向应是向左的，由右手定则可知电流表的电流是由负极流向正极的，电流表应是向左偏的。 　　在B图中的电流与A中是相同的，但是绕法与A相反，所以磁极也应是相反的，故在B图中磁铁的右端是S极。 　　C图中的磁铁应是远离线圈的。 　　D图中的电流与A中的电流方向是相反的，磁铁的磁极、运动方向是相同的，故其绕法也是与A是相反的。与BC线圈的绕法一至。 　　2．一位同学用如图所示器材进行“研究电磁感应现象”的实验，他的实验步骤如下： 　　A．根据所给实验器材，连接实物电路图； 　　B．接通电源，给线圈A通电，观察并记录A线圈在插入、拔出及停止在B线圈过程中，电流表指针的偏转情况； 　　C．改变线圈A中的电流方向，按步骤C重做实验和记录； 　　D．线圈A插入线圈B通电后，改变线圈A中电流大小，观察并记录电流表指针的偏转情况； 　　E．实验分析、验证。 　　 　　试求解： 　　（1）完成该同学的实验步骤A，即按实验要求，把给出的器材连接成电路。 　　（2）该同学的上述实验步骤中漏掉什么重要步骤？ 　　（3）如图，当把A线圈放在B线圈左侧附近在由近及远地远离B线圈的过程中，下面说法正确的是 　　A．电流表指针不偏转 　　B．无法判断电流表指针是否偏转 　　C．电流表指针偏转，电流可能从表的正接线柱流入电流表 　　D．电流表指针偏转，电流可能从表的负接线柱流入电流表 　　答案：（1）略； 　　　　　（2）查明A、B线圈的绕向、以及电流表中电流方向与指针偏转方向的关系； 　　　　　（3）CD。‎ ‎9、练习使用示波器 [实验目的] ‎ 认识示波器的面板，练习使用示波器 ‎[实验原理] ‎ 当信号电压输入示波器时，示波管的荧光屏上就反映出这个电压随时间变化的波形来。示波管主要由电子枪、竖直偏转电极和水平偏转电极组成。两电极都不加偏转电压时，由电子枪产生的高速电子做直线运动，打在荧光屏中心，形成一个亮点。这时如果在水平偏转电极上加上随时间均匀变化的电压，则电子因受偏转电场的作用，打在荧光屏上的亮点便沿水平方向匀速移动。如果再在竖直偏转电极上，加上一随时间变化的信号电压，则亮点在竖直方向上也要发生偏移，偏移的大小与所加信号电压的大小成正比。这样，亮点一方面随着时间的推移在水平方向匀速移动，一方面又正比于信号电压在竖直方向上产生偏移。于是在荧光屏上便形成一波形曲线，此曲线反映出信号电压随时间变化的规律。‎ ‎[实验器材] ‎ J2459型示波器1台、低压电源1台、变阻器1只、电键1只、导线若干、学生电源。‎ ‎[实验步骤]‎ ‎1．熟悉J2459型示波器板上各旋钮的作用。‎ 如图为J2459型示波器的面板，荧光屏右边最上端的是辉度调节旋钮，标以“ ”符号，用来调节光点和图像的亮度。顺时针旋转旋钮时，亮度增加。‎ 第二个是聚焦调节“⊙”和辅助聚焦“○”，这两个旋钮配合着使用，能使电子射线会聚，在荧光屏上产生一个小的亮斑，得到清晰的图像。‎ 再下面是电源开关和指示灯，用后盖板上的电源插座接通电源后，把开关扳向“开”的位置，指示灯亮，经过一两分钟的预热，示波器就可以使用了。‎ 荧光屏下边第一行左、右两端的旋钮是垂直位移“ ”和水平位移“ ”，分别用来调整图像在竖直方向和水平方向的位置。它们中间的两个旋钮是“Y增益”和“X增益”，分别用来调整图像在竖直方向和水平方向的幅度，顺时针旋转时，幅度连续增大。‎ 中间一行左边的大旋钮是“衰减”，它有1、10、100、1000四挡，最左边的“1”挡不衰减，其余各挡分别使输入的电压衰减为原来的、、，因此图象在照直方向的幅度都减为前一档的，最右边的正弦符号 挡不是衰减，而是由示波器内部自行提供竖直方向的交流试验信号电压，可用来观察正弦波形或检查示波器是否正常工作。‎ 中间一行右边的大旋钮是“扫描范围”，也有四挡，可以改变加在水平方向的扫描电压的频率范围，左边第一挡是10～100Hz，向右旋转每升高一挡，扫描频率都增大10倍，最右边的是“外X”挡，使用这一挡时，机内没有加扫描电压，水平方向的电压可以从外部输入。‎ 中间的小旋钮是“扫描微调”，用来调整水平方向的扫描频率，顺时针转动时频率连续增加。‎ 底下一行中间的旋钮“Y输入”、“X输入”和“地”分别是竖直方向、水平方向和公共接地的输入接线柱。左边的“DC、AC”是竖直方向输入信号的直流、交流选择开关。置于“DC”位置时，所加的信号电压是直接输入的；置于“AC”位置时，所加信号电压是通过一个电容器输入的，它可以让交流信号通过而隔断直流成分。右边的“同步”也是一个选择开关。置于“+”位置时，扫描由被测信号正半周起同步，置于“-”位置时，扫描由负半周起同步。这个开关主要在测量较窄的脉冲信号时起作用，对于正弦波、方波等，无论扳到“＋”或“－”，都能很好地同步，对测量没有影响。‎ ‎2．练习使用示波器 (1) 观察荧光屏上的亮斑并进行调节 ‎①先把灰度调节旋钮逆时针转到底，竖直位移旋钮和水平位移旋钮旋到中间位置，衰减调节旋钮置于1000挡，扫描范围旋钮置于“外X”挡。‎ ‎②打开电源开关，等一两分钟（预热）后，顺时针旋转灰度调节旋钮，屏上即出现一个亮斑，调节该旋钮，使亮斑的亮度适中。‎ ‎③旋转聚焦调节和辅助聚焦调节旋钮，观察亮斑的变化情况，并使亮斑最圆、最小。‎ ‎④旋转垂直位移旋钮，观察亮斑上下移动的情况；旋转水平位移旋钮，观察亮斑左右移动的情况。调节这两个旋钮，使亮斑位于荧光屏中心。‎ ‎(2)观察扫描并进行调节 ‎①把X增益旋钮顺时针转到1/3处，扫描微调旋钮逆时针转到底，扫描范围旋钮置于10~100挡，可看到扫描的情形。‎ ‎②顺时针旋转扫描微调旋钮，可看到亮斑移动加快，直至成为一条亮线。‎ ‎③调节X增益旋钮，可以看到亮线长度随之改变。‎ ‎(3)观察亮斑在竖直方向的偏移并进行调节 ‎①将扫描范围旋钮置于“外X”挡，交直流选择开关拨到“DC”位置。‎ ‎②按图连接电路。‎ ‎③将滑动变阻器的滑片P滑至适当位置后闭合开关，把衰减调节旋钮逆时针依次转到100、10和1挡，观察亮斑向上偏移的情况。‎ ‎④调节Y增益旋钮，使亮斑偏移一段适当的距离，再调节滑动变阻器，观察亮斑偏移的距离随输入电压变化的情况。‎ ‎⑤调换电池的正负极，可以看到亮斑改为向下偏移。‎ ‎(4)观察按正弦规律变化的电压的图线 ‎①将扫描范围旋钮置于10~100挡，衰减调节旋钮置于“”挡。‎ ‎②调节扫描微调旋钮，使屏上出现完整且稳定的正弦曲线。‎ ‎③调节Y增益旋钮（或者X增益旋钮），观察曲线形状沿竖直（或水平）方向的变化情况。‎ ‎④调节竖直（或水平）位移旋钮，观察曲线整体在竖直（或水平）方向上的移动情况。‎ ‎(5)关机 实验完毕后，把辉度旋钮反时针旋到底，然后关机，切断电源。‎ ‎[注意事项]‎ ‎（1）示波器属热电子仪器，要避免频繁开机、关机，否则易损坏仪器。‎ ‎（2）屏上亮斑（或图线）不能过量，否则容易损伤荧光屏。‎ ‎（3）“Y输入”电压不能太高，以免仪器损坏。‎ ‎（4）当“Y输入”接导线并“悬空”时，容易出现干扰波形，应避免出现这种情况。‎ ‎[例题]‎ ‎1．图是某晶体管的集电极电压在示波器荧光屏上显示出的稳定的图形。图中锯齿波显示为3格。问：‎ ‎①锯齿波幅度为多少？‎ ‎②直流分量电压为多少？‎ ‎③锯齿波C点对地电压为多少？D点对地电压为多少？‎ 分析与解答 此问题系J2459对合成电压的测量问题。当示波器Y增益旋钮顺时针旋到底，这时示波器垂直系统灵敏度为每格50A（mV）。（A为衰减开关倍率）故：‎ ‎①幅度为：Upp＝3×50×A（mV）‎ ‎②电压为：U＝3.5×50×A（mV）‎ ‎③C、D两点对地电压为：‎ Uc＝2×50×A（mV）  UD＝5×50×A（mV）‎ 本题思维点拨：在实际测量中，除了单纯的交流电压或直流电压测量外，往往需要测量既有交流分量又有直流分量的合成电压。例如晶体管放大信号时所出现的，即本题所显示的集电极电压，就是既有交流电压，又有直流电压；在脉冲电路测试中，往往要了解信号波形各点相对于地的电位高低。这种合成电压可以很方便地用示波器进行测量。测试时，输入耦合开关应放于“DC”，先将Y输入与地接线柱间用导线短接，确定扫描线的零电位。再接入被测信号，调节扫描范围与扫描微调旋钮，荧光屏上就会有波形显示了。‎ ‎2．要测量图中通过R的电流（R＝2Ω），请回答下列问题：‎ ‎①扫描频率、DC、AC、Y增益、水平、竖直位移、衰减等旋钮如何转动？‎ ‎②应如何接到示波器上进行测量？‎ ‎③如果将衰减置于10挡，光点距原点下方4格，那么通过R的电流多大？‎ ‎④如果光点在原点的斜上方，测量误差过大，其原因是什么？‎ ‎⑤如果换上与该电池等效的交流电源，应如何测量？‎ 分析与解答 ‎①扫描频率旋钮置于外X挡；DC、AC开关置于DC处，Y增益顺时针旋转到底；调节水平、竖直位移旋钮使光点位于正中；衰减置于较高挡。‎ ‎②把电阻R两端分别与示波器上Y输入和地相连。（电路图请同学们自行作出。）‎ ‎③加在R两端的电压U＝4×50×10（mV）＝2V。通过R的电流I＝U/R＝2/2＝1A。‎ ‎④测量之前光点没有调到荧光屏中央，Y增益旋钮没有顺时针旋到底。‎ ‎⑤接线与测量方法相同。只须将“DC、AC”开关置于“AC”位置即可。‎ ‎10、测定玻璃的折射率 ‎ ‎　　[实验目的] 　　测定玻璃的折射率 　　[实验原理] 　　如图所示，当光线AO以一定入射角穿过两面平行的玻璃砖时，通过插针法找出跟入射光线AO对应的出射光线的O'B，从而求出折射光线OO'和折射角r，再根据n=算出玻璃的折射率。 　　[实验器材] 　　一块两面平行的玻璃砖，一张白纸，木板一块，大头针（4枚），量角器（或圆规、三角板），刻度尺，铅笔等 　　[实验步骤] 　　1．把白纸铺在木板上。 　　2．在白纸上画一直线aa'作为界面，过aa'上的一点O画出界面的法线NN'，并画一条线段AO作为入射光线。 　　3．把长方形玻璃砖放在白纸上，并使其长边与aa'重合，再用直尺画出玻璃砖的另一边bb'。 　　4．在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2。 　　5．从玻璃砖bb'一侧透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像，调整视线的方向直到P1的像被P2的像挡住。再在bb'一侧插上两枚大头针P3、P4，使P3能挡住P1、P2的像，P4能挡住P1、P2的像及P3本身。 　　6．移去玻璃砖，在拔掉P1、P2、P3、P4的同时分别记下它们的位置，过P3、P4作直线O'B交bb'于O'。连接O、O'，OO'就是玻璃砖内折射光线的方向。∠AON为入射角，∠O'ON'为折射角。 　　7．用量角器量出入射角和折射角的度数。查出它们的正弦值，并把这些数据填入记录表格里。 　　8．用上述方法分别求出入射角是15°、30°、45°、60°和75°时的折射角，查出入射角和折射角的正弦值，记录在表格里。 　　9．算出不同入射角时 的值，比较一下，看它们是否接近一个常数。求出几次实验测得的 的平均值，就是这块玻璃的折射率。 　　[注意事项] 　　1．轻拿轻放玻璃砖，手只能接触玻璃砖的毛面或棱，不能触摸光洁的光学面。严禁把玻璃砖当直尺用。 　　2．实验过程中，玻璃砖在纸面上的位置放好后就不可移动。 　　3．插针P1与P2、P3与P4的间距要适当地大些，以减小确定光路方向时出现的误差。 　　4．实验时入射角不能太小（接近零度），否则会使测量误差加大；也不能太大（接近90°），否则会不易观察到P1、P2‎ 的像。 　　5．本实验中如果采用的不是两面平行玻璃砖，如采用三棱镜，半圆形玻璃砖等，只是出射光和入射光不平行，但一样能测出其折射率。 　　[例题] 　　1．在用两面平行的玻璃砖测定玻璃折射率的实验中，其实验光路如图1所示，对实验中的一些具体问题，下列意见正确的是 　　A．为了减少作图误差，P3和P4的距离应适当取大些 　　B．为减少测量误差，P1、P2的连线与玻璃砖界面的夹角应尽量大些 　　C．若P1、P2的距离较大时，通过玻璃砖会看不到P1、P2的像 　　D．若P1、P2连线与法线NN'夹角较大时，有可能在bb'面发生全反射，所以在bb'一侧就看不到P1、P2的像 　　答案：A 　　　　　　　　　 　　　　　 　　2．某同学由于没有量角器，他在完成了光路图以后，以O点为圆心，10.00cm长为半径画圆，分别交线段OA于A点，交O、O'连线延长线于C点。过A点作法线NN'的垂线AB交NN'于B点，过C点作法线NN'的垂线CD交于NN'于D点，如图2所示，用刻度尺量得OB=8.00cm，CD=4.00cm。由此可得出玻璃的折射率n=________。 　　答案：1.50，由图可知：sin∠i=sin∠AOB=AB/OA，sin∠r=sin∠COD=CD/OC， 　　在这OA=OC=R=10.00cm，CD=4.00cm，AB= ，代入解得：n=1.50 ‎ ‎11、用双缝干涉测光的波长 ‎ [实验目的]‎ ‎　1、观察双缝干涉的干涉图样 ‎　2、测定单色光的波长 ‎[实验原理]‎ ‎ 1‎ 如图1所示，电灯发出的光经过滤光片后变成单色光，再经过单缝S时发生衍射，这时单缝S相当于一单色光源，衍射光波同时到达双缝S1和S2之后，再次发生衍射，S1、S2‎ 双缝相当于二个步调完全一致的单色相干光源，透过S1、S2双缝的单色光波在屏上相遇并叠加，到S1、S2距离之差是波长整数倍的位置上，（如P1、P2：P1S2－P1S1＝λ　P2S2－P2S1＝2λ）两列光叠加后加强得到明条纹，在到S1、S2的距离差为半波长的奇数倍的位置上，两列光相遇后相互抵消，出现暗条纹，这样就在屏上得到了平行于双缝S1、S2的明暗相间的干涉条纹。‎ 相邻两条明条纹间的距离Δx，与入射光的波长λ，双缝S1、S2间距离d及双缝与屏的距离L有关，其关系式为：，由此，只要测出Δx、d、L即可测出波长λ，若光源与单缝间不加滤光片，则光源所发出的各种色光在屏上都分别发生叠加而出现明暗相间找条纹，但各种色光的波长不同，从而两相邻明条纹间的距离就不同，但是各色光在屏上S1、S2等距离的位置O处均出现明条纹，即明条纹在此重合。从而此处的条纹颜色为白色，但在其它位置上各色光的明条纹并不重合。从而，显现出彩色条纹。‎ 两条相邻明（暗）条纹间的距离Δx用测量头测出。‎ 测量头由分划板、目镜、手轮等构成，如图2所示。转 动手轮，分划板会在左右移动。测量时，应使分划板 中心刻度对齐条纹的中心（如图3所示）记下此时手轮 上的读数a1，转动手轮，使分划板向一侧移动，当分划 2‎ 板中心刻线对齐另一条相邻的明条纹中心时，记下手轮上的刻度线a2，两次读数之差就是相邻两条明条纹间的距离。即。‎ Δx很小，直接测量时相对误差较大。通常测出n条明条纹 间的距离a，再推算相邻两条明（暗）条纹间的距离。‎ Δx＝a/(n-1)‎ ‎[实验器材]‎ ‎　双缝干涉仪即：‎ ‎　光具座、光源、学生电源、导线、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头、刻度尺 ‎[实验步骤]‎ ‎　1、观察双缝干涉图样 ‎⑴将光源、单缝、遮光管、毛玻璃屏依次安放在光具座上。如图4所示。‎ ‎⑵接好光源，打开开关，使灯丝正常发光。‎ ‎⑶调节各器件的高度，使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏。‎ ‎⑷安装双缝，使双缝与单缝平行，二者间距约为5～10cm。‎ ‎⑸放上单缝，观察白光的干涉条纹。‎ ‎⑹在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹。‎ ‎　2、测定单色光的波长 ‎⑴安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹。‎ ‎⑵使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央，记下手轮上的读数a1，转动手轮，使分划板中心刻线移动；记下移动的条纹数n和移动后手轮的读数a2，a1与a2之差即为n条亮纹的间距。‎ ‎⑶用刻度尺测量双缝到光屏间距L（d是已知的）。‎ ‎⑷重复测量、计算，求出波长的平均值。‎ ‎⑸换用不同的滤光片，重复实验。‎ ‎[注意事项]‎ ‎　1、双缝干涉仪是比较精密的仪器。应轻拿轻放，不要随便拆解遮光筒，测量头等元件。‎ ‎　2、滤光片、单缝、双缝、目镜等如有灰尘，应用擦镜纸轻轻擦去。‎ ‎　3、安装时，注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上，并使单缝、双缝平行且竖直 ‎　4、光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行靠近。‎ ‎　5、调节的基本依据是：照在像屏上的光很弱，主要原因是灯丝与单缝、双缝、测量头与遮光筒不共轴线所致，干涉条纹不清晰一般主要原因是单缝与双缝不平行所致。‎ ‎[例题] 1、某位同学在测定光波的波长实验中，透过测量头的目镜观察双缝干涉图样时，发现，只在工左侧视野中有明暗相间的条纹出现，而右侧没有，应如调节？‎ ‎　【解析】这是由于测量头目镜偏离遮光筒轴线所致，可以转动测量头上的手轮，使测量头向左移动，直到在目镜中看到明暗条纹布满视野为止。‎ ‎2、若上题中，看不到明暗条纹，只看到一片亮区，应注意如何调节？‎ ‎　【解析】这是由于单缝与双缝不平行所致，可用遮光筒上的调节杆拨动单缝，直到看到清晰的明暗条纹为止。‎