“多次測量”與“多次實驗”

曹云貴

物理實驗常常出現(xiàn)“多次測量”或“多次實驗”，對其目的不少同學(xué)混淆不清，中考實驗試題中同樣容易出錯，現(xiàn)舉例供同學(xué)們學(xué)習(xí)時參考.

1“多次測量”取平均值，減小誤差

例1（2015年安徽）小明利用最小分度值為1 mm的刻度尺測量一個物體的長度，三次測量的數(shù)據(jù)分別為2.35 cm、 2.36 cm 、2.36 cm ，則測量結(jié)果應(yīng)記為

A.2.36 cmB.2.357 cmC.2.35 cmD.2.4 cm

分析三次測量結(jié)果都對，不過，為了減少誤差，我們常采用多次測量求平均值，由于小明利用最小分度值為1 mm的刻度尺，故只能精確到1 mm，為此也只能加一位估讀數(shù)字，算不清就四舍五入.

答案A

點評此外，伏安法測電阻、物質(zhì)的密度等也要用到多次測量求平均值來減少誤差.

2“多次測量”排除偶然性，從中找出普遍規(guī)律

例2（2015年揚州）如圖1所示，在探究光的反射定律時，將平面鏡放在水平桌面上，再把一個可以沿ON向前、向后折的紙板垂直放置在平面鏡上.

（1）讓一束紅光貼著紙板沿AO射到O點，為了便于測量和探究，需要在紙板上記錄的是;將紙板的右半邊沿著ON向后折去，則在折過去的紙板上（能/不能）看到反射光線.

（2）為了得到反射角等于入射角的規(guī)律，應(yīng)當.

分析（1）為了便于測量和研究，需要把反射光線的傳播路徑記錄在紙板上，可以用量角器代替紙板，這樣就可以直接讀出反射角和入射角的大小，進行比較;法線在紙板上，法線與鏡面垂直，入射光線、法線和反射光線在同一平面內(nèi)，如果將紙板的右半邊沿著ON向后折去，入射光沿紙板照射后，反射光線不在紙板上，則我們在紙板上看不到反射光線;（2）只進行一次實驗，根據(jù)一次測量就得出實驗結(jié)論，實驗結(jié)論不具有普遍性，為了得出普遍結(jié)論，使結(jié)論符合客觀事實，應(yīng)改變?nèi)肷浣谴笮?，進行多次實驗，進行多次測量.

答案（1）反射光線的傳播路徑;不能;

（2）改變?nèi)肷浣谴笮?，進行多次實驗，進行多次測量.

點評本題通過多次測量，研究光的反射定律的實驗，從而得出正確結(jié)論.再如探究串聯(lián)、并聯(lián)電路中電流、電壓的特點等也用此法.

3“多次實驗”觀察現(xiàn)象，尋找關(guān)系

例3（2015年丹東）小勇在測量額定電壓是2.5 V小燈泡電功率的實驗中：

（1）為完成實驗，請用筆畫線代替導(dǎo)線，將圖2甲連接完整.

（2）閉合開關(guān)前，滑動變阻器的滑片應(yīng)調(diào)至最（填“左”或“右”）端.若開關(guān)閉合后，發(fā)現(xiàn)無論怎樣調(diào)節(jié)滑動變阻器，小燈泡發(fā)光較暗且亮度一直不變，則故障原因是.

（3）故障排除后，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，當電壓表示數(shù)為2 V時，電流表示數(shù)如圖2乙所示，此時通過小燈泡的電流為A，小燈泡此時的電功率為W.若要測量小燈泡的額定功率，應(yīng)將滑動變阻器的滑片向（填“左”或“右”）移動，直到電壓表示數(shù)為V為止.

（4）移動滑動變阻器的滑片，記下多組電流表及對應(yīng)電壓表的示數(shù)，并畫出圖2丙所示的I-U圖像，從圖像可算出小燈泡的額定功率為W.

（5）小勇繼續(xù)調(diào)節(jié)滑動變阻器的過程中，小燈泡突然熄滅，電壓表示數(shù)（填“變大”、“變小”或“不變”），經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)燈絲燒斷.

分析（1）因小燈泡的額定電壓是2.5 V，再加上圖中電源是兩節(jié)干電池，總電壓為3 V，故電壓表接“3”接線柱，變阻器應(yīng)“一上一下”接線，圖中下面已接好，上面可接在任意一端;

（2）閉合開關(guān)前，滑動變阻器的滑片應(yīng)調(diào)至阻值最大，若開關(guān)閉合后，發(fā)現(xiàn)無論怎樣調(diào)節(jié)滑動變阻器，小燈泡發(fā)光較暗且亮度一直不變，表明電路中電流較小且不變，可見滑動變阻器變成定值電阻接入電路;

（3）故障排除后，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，當電壓表示數(shù)為2 V時，電流表示數(shù)為0.22 A，小燈泡此時的電功率

P=UI=2 V×0.22 A=0.44 W.

若要測量小燈泡的額定功率，電壓表的示數(shù)要變大，滑動變阻器的阻值就要變小，故滑片向左調(diào)，直到電壓表示數(shù)為2.5 V為止;

（4）從圖2丙中看出，燈泡兩端電壓為2.5 V時，通過其電流為0.25 A，可算出小燈泡的額定功率

P=UI=2.5 V×0.25 A=0.625 W.

答案（1）見圖3;

（2）右;滑動變阻器都接在下面的兩個接線柱;

（3）0.22;0.44;左;2.5;（4）0.625;（5）變大.

點評只有當燈泡兩端電壓等于額定電壓，小燈泡的實際功率才等于額定功率，燈泡也才正常發(fā)光，燈泡兩端實際電壓大于或小于額定電壓，小燈泡的實際功率才大于或小于額定功率，燈泡變得更亮或更暗.

此外，“多次實驗”的還有探究凸透鏡成像規(guī)律等.

4“多次實驗”控制變量，探究影響因素

例4（2015年德陽）為了探究電流跟電壓的關(guān)系，王亮同學(xué)設(shè)計了圖4甲所示的電路.

（1）請根據(jù)電路圖，用筆畫線代替導(dǎo)線將圖4乙中未連成完整的電路連接起來（導(dǎo)線不能交叉）

（2）調(diào)節(jié)滑片位置，改變定值電阻兩端的，讀出其中三組電流表、電壓表的示數(shù)，如表1所示.

①由表1中的數(shù)據(jù)可知實驗使用的定值電阻的阻值是Ω;

②由表1中的數(shù)據(jù)進行分析，可歸納出的結(jié)論是.

（3）如果仍用圖4甲電路研究電流與電阻的關(guān)系，實驗中當換用不同阻值的定值電阻后，每次應(yīng)調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，保持不變;實驗記錄數(shù)據(jù)如表2所示，根據(jù)表2數(shù)據(jù)可得出的結(jié)論是.（實驗器材使用正確，量程選用合理）

分析（1）由電路圖電壓表與定值電阻并聯(lián)，電流表串聯(lián)在電流中，電流從電表的正接線柱流進，負接線柱流出，如圖5所示;（2）導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體電阻和導(dǎo)體兩端電壓有關(guān).探究電流跟電壓的關(guān)系，要控制電阻不變，改變定值電阻兩端的電壓，所以實驗中要調(diào)節(jié)滑片位置，改變定值電阻兩端的電壓;由表格第一組數(shù)據(jù)：

R=2.0 V/0.1 A=20 Ω;

由表格數(shù)據(jù)知，電阻不變，電壓增大為原來的幾倍，則電流也增大為原來的幾倍，可得：電阻一定時，導(dǎo)體中的電流與它兩端的電壓成正比;（3）研究電流與電阻的關(guān)系時，要控制電壓不變，換用不同阻值的定值電阻進行實驗，所以每次調(diào)節(jié)滑片應(yīng)使定值電阻兩端電壓不變;由表格數(shù)據(jù)，電壓增大的倍數(shù)與電流減小倍數(shù)相同，由此可得：電壓一定時，通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體的電阻成反比.

答案（1）見圖5;（2）20;電阻一定時，導(dǎo)體中的電流與它兩端的電壓成正比;（3）定值電阻兩端電壓;電壓一定時，通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體的電阻成反比.

點評此題是探究通過電阻的電流跟電壓和電阻的關(guān)系，考查了實物連接，對實驗數(shù)據(jù)的分析，注意控制變量法在實驗中的應(yīng)用，在寫結(jié)論時，不要忘了控制的變量.此外像探究影響電阻大小的因素，探究影響液體內(nèi)部壓強大小的因素等也用到“多次實驗”.

試一試（2015年河北）學(xué)習(xí)了電學(xué)知識后，小明對影響電阻大小的部分因素進行了進一步的探究，器材有：開關(guān)、電流表、電源（電壓恒為1.5 V）各一個，三根完全相同的合金絲，導(dǎo)線若干.

【實驗過程】電路如圖6所示.將合金絲以不同方式接入電路A、B之間，閉合S后，記錄的數(shù)據(jù)填入表3.

回答下列問題：

（1）圖7是一根合金絲接入電路時電流表的讀數(shù)，請將其填入表格中.

（2）導(dǎo)體電阻的大小跟材料、長度、橫截面積的關(guān)系.

A.電阻的大小與長度的關(guān)系是：;

B.電阻的大小與橫截面積的關(guān)系是：.

（3）進行多次測量的目的是.

（4）此實驗也可以得出電流與電阻的關(guān)系是：.

拓展用上述合金材料制成長為1 m，橫截面積為1 mm2的電阻絲的阻值為1 Ω.而實驗中所用合金絲的橫截面積為0.5 mm2，則一根合金絲的電阻為Ω，長度為m.

參考答案（1）0.6;（2）A.橫截面積相同的同種導(dǎo)體，其電阻大小跟導(dǎo)體長度成正比;B.長度相同的同種導(dǎo)體，其電阻大小跟導(dǎo)體橫截面積成反比;（3）使結(jié)論具有普通性;（4）電壓一定時，通過導(dǎo)體電流與電阻成反比.

拓展2.5 ;1.25.