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新课标-如何做好奥林匹克物理实验[整理]


如何做好 奥林匹克物理实验
华南师大附属中学 黄爱国

物理学是一门实验科学,物理 定律的建立,无一不以实验为基础, 并受到实验的检验。实验素质的好 坏、实验水平的高低,是衡量一个 同学学习物理水平的标志之一。因 此在物理竞赛中,实验部分要占总 分的30%—40%。下面从两方面来 谈如何做好奥林匹克物理实验。

一、实验设计的原则
? 尽量减小由于实验原理不完善带 来的系统误差。 ? 尽量减小由于测量仪器不准确带 来的误差。 ? 尽量减小外界环境对实验的影响。

尽量减小由于实验原理不完 善带来的系统误差
一般实验的原理往往存在不完善 的地方,在设计实验时应根据要求选 择最佳的实验方案

例.用伏安法测定电阻的阻值

外接法

内接法

电流补偿 消除了实验原理带来的实验误差

电压补偿 消除了实验原理带来的实验误差

尽量减小由于测量仪器不 准确带来的误差。
? 尽量少用直接测量,多用比较的方法。 ? 多用替代的方法。替代的方法是用一个 标准的已知量替代被测量,并调节此标 准,使整个测量系统恢复到替代前的状 态,则被测量等于标准量。

例.惠斯通电桥
RX R1 = R3 R2
R1 R3 RX = R2

请思考: 请思考 怎样用不等臂天平测物体的质量
器材:不等臂天平、直尺、砝码、细沙、 被测物体。

尽量减小外界环境 对实验的影响
? 利用补偿法在实验中人为地增加一些因 素,以抵消或减小一些难以避免的外界 条件的影响。 ? 用异号法,在实验设计时进行有意识的 安排,使系统误差的两部分符号相反, 以达到减小系统误差的目的。

例.测定冰的熔解热
? 适当选取量热器的 初温高于室温,使 系统在前一部分时 间内向周围环境放 热。 ? 适当控制实验条件, 使系统的末温低于 室温,使系统在后 一部分时间内从周 围环境吸热。

二、实验数据处理
? 函数法 ? 列表法 ? 图象法 ? 逐差法 ? 外推法 ? 线性回归法

函数法
函数法是用计算的方法求出实 验结果,并确定其误差的范围

列表法作用
? 将数据列表,简单而明确的表示有关的 物理量之间的对应关系,易于参考比较 测量结果,及时发现问题和分析问题。 ? 数据列表还可以提高处理数据的效率, 减小错误,利于计算和分析误差,必要 时可对数据随时查对。

列表法的要求
? 表应写出名称。 ? 表中的项目应写名称和单位。 ? 表中的数据应正确反映测量结果的有效 数字。

图象法
? 作用:形象直观表示物理量的变化规律、 有平均的效果、能帮助发现错误。 ? 作图规则:(1)必须用坐标纸;(2) 通常以横轴代表自变量、纵轴代表因变 量;(3)标点以“+”表示、连线连成直 线或光滑曲线;(4)应标明图的名称。

伏安法测电阻的I—U曲线

用图象法求直线斜率
取两点P1(X1、Y1) 和P2(X2、Y2)

斜率
Y2 ? Y1 k= X 2 ? X1

用图象法求直线截距
取三点P1(X1、Y1)、P2 (X2、Y2)和P3(X3、Y3)

截距
Y2 ? Y1 b = Y3 ? X3 X 2 ? X1

曲线化直
? 直线 ? 抛物 线 ? 双曲 线 ? 平方 反比 ? 指数 曲线

y = kx + b ? 匀变速 y = ax xy = a a y= 2 x ?bx y = ae
2

? ? ? ?

运动 单摆 玻—马 定律 库仑定 律 阻尼振 动

v = v0 + at l= g
2

4π PV = C q1 q 2 F =k 2 r ? βt A = A0 e

T

2

逐差法
一般用于等间隔线性变化 测量中所得得数据处理
例:长为X1弹簧,逐次在下端加m千克的砝码,测出 长度分别为X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8、X9、X10。

X 10 _ X 1 = 9

逐差法
例:长为X1弹簧,逐次在下端加m千克的砝码, 测出长度分别为X2、X3、X4、X5、X6、X7、 X8、X9、X10。
将这组等间隔连续测量数据按次序分成高低两 组:一组X1、 X2、X3、X4、X5另一组X6、X7、 X8、X9、X10。

( X 6 ? X 1 ) + ( X 7 ? X 2 ) + ? + ( X 10 ? X 5 ) ?X = 5 1 = ( X 6 + X 7 + ?+ X10 ) ? ( X1 + X 2 + ?+ X 5 ) 5

外推法
将图线延长,从而获得一些在原来实 验范围之外得物理数据。 例:用打点计时器研究小车在光滑水 平面上的运动情况 a与h成正比,作 a-h图,外推的 h=0时,a=0,即 小车在光滑水平 地面上作匀速直 线运动
gh a = g sin gα = L

线性回归法
通过数学的方法确定代 表某组实验数据的最佳图线。

思考题: 测量弹簧的有效质量和经度系数
器材:支架、弹簧、砝码、秒表
m T = 2π k
m + m0 T = 2π k

求:m0 和k?

4π 2 4π 2 m0 T2 = m+ k k

令 T 2 = Y , m = X则 4π 2 4π 2 Y = X + m0 k k

利用图象法求出斜率和截距

思考题:测定一个凹透镜的焦距
器材:一个激光器、两个凸透镜、光具 座、被测凹透镜
(1)激光扩束

(2)利用平行光测焦距

(3)利用图象法外推得到凹透镜的焦




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