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初中物理知识库

初中物理(苏科版 2024 新版:声学 · 光学 · 物态变化 · 力与运动 · 压强浮力 · 电学 · 能量)的公式、推导、常见错误与典型例题。公式经过量纲、单位和数值检查,并按适用情形检查方向、互证与边界。可计算的错误写法经过实测;概念错误标明人工审核。自动检查不等于正文与课程覆盖认证。

113知识点
219公式
1355项自动校验
1355/1355通过校验 · 失败0项
156条常见错误实测抓住

这台机器在检查什么

内容里的每一个公式都由代码逐条过一遍下面这些检查。任何一项不通过,这条内容就不会出现在本页上 —— 本页所有内容都是「全部通过」之后才生成出来的。

量纲一致性
通过219/219 · 失败0
公式等号两边必须是同一类物理量。7 个基本量(质量、长度、时间、电流、温度、物质的量、发光强度)的指数组合必须完全一致,对不上就一定写错了。抓的是「写反、漏项、多乘一项」。
单位标注
通过219/219 · 失败0
每个符号标注的单位,必须和公式推导出来的量纲相符。抓的是「公式没错但单位标错」这类隐蔽错误。
数值代入
通过451/451 · 失败0
给一组自洽的情境参数,算出来的数必须等于独立算出的参考值。抓的是「量纲完全正确但系数写错」这类量纲查不出的错误 —— 例如把 ½at² 写成 at²。
变化方向
通过125/125 · 失败0
让某个参数从小变到大,结果必须朝物理规律要求的方向变化。抓的是「公式抄反了导致单调性反转」。
关系一致核对
通过135/135 · 失败0
直接求被检查公式的结果,与同一阶段的独立关系或设计情境基准核对。定义与反算的数据核对不代表不同物理原理互证;具体路径、数据性质和适用阶段见每项说明。正式通过只证明本项结果一致;是否能拒绝错误另以隔离错误注入验证。
不等式关系
通过9/9 · 失败0
物理里不少结论是不等式而不是等式(例如中间位置速度不小于中间时刻速度)。这类结论用等式检查抓不到,单独做一条。
极端参数扫描
通过197/197 · 失败0
让参数在很大范围里连续取几十个值,全程不允许出现异常、NaN 或无穷。抓的是定义域问题。

引言 · 第一章 声现象

从发声物体的振动出发,认识声音怎样传播、怎样被听见,以及声速、回声和频率如何用于测量。噪声控制、音色等定性内容依据实验现象辨析,不把它们伪装成定量定律。

3 个知识点 · 7 条公式 · 53 项校验全部通过

sound-01

声音的产生、传播与声速

难度:基础范围:初中校验 16/16

引言:观察、证据与科学探究

物理研究物质、运动和相互作用。看到纸屑跳动先记录现象,再提出“纸屑跳动是否由振动引起”的问题。依次提出问题、作出猜想、设计实验、收集证据、分析解释、交流与评价;控制变量用于分清因果,重复实验用于检查偶然性。观察不是结论,模型不是实物。物理学支撑航天、能源、信息和医疗等技术;评价技术既看功能,也看证据、资源和影响。

物理学与科技强国

航天器的运动控制需要力与运动规律,卫星信号依赖电磁波,深海探测要研究压强、材料和测量方法。把工程问题分解为可测的物理量,再用实验和模型检验方案,是物理知识走向技术的途径。以“远处传回的信息是否等于此刻状态”为问题,查阅并比较传播距离、速度与延迟;事实、模型和个人设想分别记录,不用口号代替证据。

声音是什么

正在发声的音叉接触轻小球,小球被弹开,把微小振动转成可观察现象;制止振动,发声也停止。真空罩中随空气抽出声音减弱,不能凭一次演示声称实现绝对真空。固体、液体、气体可传声,真空不能传声;约340 m/s是常温空气的近似值,不能用于水中声呐。

噪声及其控制

物理上常把无规则振动产生的声音称为噪声;环境意义上,干扰休息、学习或工作的声音也可能是噪声,音乐也会成为干扰。减弱声源、阻断传播、保护接收者分别对应降低音箱音量、隔声窗、耳塞。分贝表示声级,声级与日常感觉的响度不能简单等同;不把两个分贝数直接相加。

跨学科实践(原创任务)

设计教室噪声观察记录:选相同测点和时段,记录声源、传播途径与措施;若使用手机声级应用,只比较同设备相对读数,不冒充校准分贝测量。交付平面草图、控制条件和改进前后观察,联系健康与空间设计。

本章素养回顾(原创任务)

选择本章一个现象,写出结论、成立条件和证据;用另一条本章规律复核解释是否矛盾。指出一次测量或模型的局限,并说明还需什么证据;数值通过不替代概念辨析。

数量级示例:340 m/s,参考区间 300~380 m/s。普通环境温度附近空气声速数量级,不用于水或极端温度。

定义

声音由物体的振动产生,传播需要介质,在不同介质中的传播快慢不同。已知声音通过的路程和所用时间,可以用路程与时间的比值求声速;这一计算只描述可测量的传播过程,不代替对发声和介质条件的实验判断。

物理意义

观察声源时,可以用纸屑、薄膜或触摸等方式发现振动;传播时,声音通过固体、液体或气体中的介质传到接收者,真空中不能传播声音。声速把传播路程和时间联系起来;空气温度改变时声速也会变化,因此实验比较要注明条件。控制噪声可在声源处减弱振动,在传播途中隔声或吸声,也可在接收者处使用耳塞等防护。噪声控制不能简单理解成降低声速。

符号

符号含义单位
s声音在介质中传播的路程m
t声音传播这段路程所用的时间s
c声速,以米每秒表示m/s
v同一声速换算成千米每小时后的数值km/h
d声源到反射面的单程距离,用于另一种测声速方法m
te声音发出到接收到回声的往返时间s
f声源振动频率,即每秒完成的振动次数Hz
T声源完成一次完整振动所用的周期s
N在计时区间内完成的完整振动次数1

公式与校验

由直达传播路程和时间测声速传播路程和时间采用同一段直达传播过程,结果单位为 m/s。9/9 校验通过
c=st
查看校验用原式c = s/t
校验记录(9 项)
    米每秒与千米每小时的换算c 用 m/s 表示、v 用 km/h 表示时,1 m/s = 3.6 km/h。7/7 校验通过
    v=3.6⁢c
    查看校验用原式v = 3.6*c
    校验记录(7 项)

      推导要点

      1. 先选定声源与接收位置,明确测量的是声音实际走过的直达路程 s。
      2. 记录声音走完这段路程所用的时间 t;路程和时间的单位要先统一。
      3. 用 c = s/t 求出 m/s;若需要 km/h,再把 m/s 的数值乘以 3.6。
      4. 声音是否由振动产生、传播是否需要介质,仍需依靠观察和实验现象判断。

      常见错误与实测结果

      把 m/s 换成 km/h 时把 3.6 除上去,写成 v = c/3.6。已实测 · 数值代入 抓住
      错误写法 v = c/3.6
      从米每秒换到千米每小时要同时把米换成千米、秒换成小时,数值应乘 3.6。把 340 m/s 除以 3.6 得到约 94.4 km/h,与正确的 1224 km/h 不符;这是量纲相同但方向错误的单位换算,必须靠数值检查发现。
      实测记录情境「近距离直达测量」:算得v=94.4444444444;参考1224;有效容差0.001224
      把声速写成路程乘时间,c = s·t。已实测 · 量纲一致性 抓住
      错误写法 c = s·t
      声速定义为单位时间内传播的路程,应使用路程除以时间。相乘后单位变成 m·s,不是 m/s,量纲检查能抓住。
      实测记录左端L·T⁻¹,右端L·T
      认为声音能在真空中传播,只是传播得比较慢。人工审核
      声波传播依靠介质中的振动传递;真空没有这种介质。需要用真空罩实验现象和机械波概念辨析,不能由声速计算式判定。
      实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

      典型例题

      在空气中测得一段直达声传播 34 m 用时 0.10 s。求声速,并换算成 km/h。

      1. 由声速定义,c = s/t = 34/0.10 = 340 m/s。
      2. 换算为 km/h:v = 3.6c = 3.6×340 = 1224 km/h。
      3. 检查单位:第一问是 m/s,第二问是 km/h;两者描述同一速度。

      答案声速为 340 m/s,即 1224 km/h。

      声音的产生介质声速单位换算噪声控制
      后续:sound-02、sound-03
      sound-02

      回声与声呐测距

      难度:基础范围:初中校验 21/21

      人耳听不到的声音

      超声频率高于约20000 Hz,次声低于约20 Hz,人耳听觉范围因人而异。超声可用于声呐、探伤、清洗和医学检查;次声可与地震、火山及大型设备振动有关。超声、次声仍是需要介质的声波;超声频率高并不表示在同一介质中传播得更快。

      定义

      声音遇到障碍物反射后返回,若能分辨出返回的声音,就形成回声。测回声时记录的是声音从声源到反射面再返回的往返时间,因此声源到反射面的距离等于声速乘往返时间的一半。

      物理意义

      回声测距常用于估计声源到墙面、山体或水下目标的距离。关键不是公式本身,而是先画出传播路径:声音走了一个来回,仪器记录的也是一个来回的时间。若把往返路程直接当成单程距离,答案就会扩大一倍。水下声呐同样依据发射与接收间隔估计目标距离,但实际测量还要考虑水中声速和回波识别条件。

      符号

      符号含义单位
      d声源到反射面的单程距离m
      l声音发出后往返传播的总路程m
      c声音在介质中的传播速度m/s
      te从发声到接收到回声的往返时间s
      s直达测声速实验中声音传播的路程m
      t直达测声速实验中声音传播的时间s
      f声源振动频率,即每秒完成的振动次数Hz
      T声源完成一次完整振动所用的周期s
      N在计时区间内完成的完整振动次数1

      公式与校验

      由回声往返时间求反射面距离公式中的时间是发声到收到回声的往返时间;c 为声音在传播介质中的声速。8/8 校验通过
      d=c⋅te2
      查看校验用原式d = c*t_e/2
      校验记录(8 项)
        由已知反射面距离反测声速反射面单程距离 d 已知,时间必须采用发声到收声的往返时间。7/7 校验通过
        c=2⁢dte
        查看校验用原式c = 2*d/t_e
        校验记录(7 项)
          回声的往返总路程计算声音从发出到返回接收点所走过的总路程。6/6 校验通过
          l=c⋅te
          查看校验用原式l = c*t_e
          校验记录(6 项)

            推导要点

            1. 先明确计时起点是发声时刻,计时终点是接收到回声的时刻。
            2. 声音从声源到反射面再返回,传播总路程是单程距离的两倍。
            3. 总路程由声速乘往返时间得到,再除以 2 得到声源到反射面的距离。
            4. 如果题目给的是单程传播时间,就不再额外除以 2;读清楚计时方式是关键。

            常见错误与实测结果

            把声源到反射面的距离直接写成 d = c·tₑ,忘记计时记录的是往返时间。已实测 · 数值代入 抓住
            错误写法 d = c·te
            往返时间对应的是去程和回程的总路程。把总路程当单程距离会多算一倍;在 68 m 的墙距情境中,错误写法得到 136 m。
            实测记录情境「墙面相距68米」:算得d=136;参考68;有效容差0.000136
            把往返时间除以 2 后,又把总路程多除一次,写成 d = c·tₑ/4。已实测 · 数值代入 抓住
            错误写法 d = c·te/4
            公式中的一半已经把往返总路程转成单程距离,不能再重复减半。代入 0.4 s 会得到 34 m,而正确墙距为 68 m。
            实测记录情境「墙面相距68米」:算得d=34;参考68;有效容差6.8e-05
            认为听见回声只说明障碍物存在,不需要考虑声速和传播时间。人工审核
            回声可以用于距离测量,但距离要从介质中的传播速度和往返时间计算。实际声呐还受介质、反射面和回波识别影响,概念判断需人工结合情境审查。
            实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

            典型例题

            声呐在水中发出一束声音,0.20 s 后收到目标反射回来的回声。若水中声速取 1500 m/s,求目标距离。

            1. 0.20 s 是声音发出到返回的往返时间,不是单程时间。
            2. 目标距离 d = c·tₑ/2 = 1500×0.20÷2 = 150 m。

            答案目标距声呐约 150 m。

            回声声呐往返时间单位换算
            前置:sound-01 | 后续:sound-03
            sound-03

            音调、响度、音色与听觉范围

            难度:基础范围:初中校验 16/16

            声音的特性

            音调指高低,取决于频率;响度指强弱,与振幅、距离和传播条件有关;音色用于辨认声源,与振动波形等有关。钢尺伸出桌边长度改变,振动快慢和音调变化;同一长度用不同力度拨动,主要比较振幅与响度。比较时保留其他条件,不能把声音“高”混同于“大”。

            定义

            音调反映声音的高低,和声源振动频率有关;频率表示单位时间内完成的振动次数,周期表示完成一次振动所用的时间。响度和音色是另外两种声音特性,不能与音调混为一谈。

            物理意义

            比较两个声音时,音调高低可通过频率或周期来描述:单位时间内振动次数越多,频率越高,音调通常越高。响度主要与振动幅度及传播条件有关,音色帮助区分发声体,不能仅用一个频率值概括。人耳通常能听到约 20 Hz 到 20 000 Hz 的声音;低于这一范围的叫次声,高于这一范围的叫超声。噪声和音色等定性判断要结合听觉和实验现象,不由频率公式单独裁决。

            符号

            符号含义单位
            f声源振动频率,即每秒完成的振动次数Hz
            T声源完成一次完整振动所用的周期s
            N在计时区间内完成的完整振动次数1
            t统计完整振动次数所用的时间s
            d声源到反射面的单程距离m
            l声音发出后往返传播的总路程m
            c声音在介质中的传播速度m/s
            te从发声到接收到回声的往返时间s
            s直达测声速实验中声音传播的路程m

            公式与校验

            由振动次数求频率N 统计完整振动次数;t 与频率单位相配,f 的单位为 Hz。9/9 校验通过
            f=Nt
            查看校验用原式f = N/t
            校验记录(9 项)
              由振动周期求频率T 表示一次完整振动的时间,必须用秒表示,f 的单位为 Hz。7/7 校验通过
              f=1T
              查看校验用原式f = 1/T
              校验记录(7 项)

                推导要点

                1. 在一段已知计时 t 内,数出完成的完整振动次数 N,频率就是 N 除以 t。
                2. 若测得一次完整振动所用的时间 T,则一秒内能完成约 1/T 次振动,所以 f = 1/T。
                3. 频率与周期互为倒数:频率增大时周期减小,频率减小时周期增大。
                4. 音调与频率相关;响度、音色的判断还需要考虑振幅、发声体和传播条件。

                常见错误与实测结果

                统计多次振动时,只用总时间的倒数当频率,写成f=1/t,漏掉振动次数这个因子。已实测 · 数值代入 抓住
                错误写法 f = 1/t
                周期倒数只适用于 t 是一次完整振动周期的情形。若 2 s 内发生 400 次完整振动,频率应为 200 Hz;把 1/2 当答案会少算 400 倍。两种写法量纲相同,必须用计数情境做数值检查。
                实测记录情境「低音演示」:算得f=0.5;参考200;有效容差0.0002
                把一次完整振动的两个半程都各算作一次完整振动,误写成 f = 2N/t。已实测 · 数值代入 抓住
                错误写法 f = 2·N/t
                一次完整振动包含往复过程,但计数时整体只算一次。重复乘 2 会使频率翻倍;代入 400 次、2 s 会得到 400 Hz,而不是 200 Hz。
                实测记录情境「低音演示」:算得f=400;参考200;有效容差0.0004
                把音调高低与响度大小当作同一件事。人工审核
                音调对应声音高低,响度对应声音强弱,描述的听觉特征不同。频率可以帮助比较音调,但不能仅凭频率判断响度;需要人工结合振动幅度和听觉实验核对。
                实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核
                认为音色只由一个频率决定,频率相同的声音听起来一定完全相同。人工审核
                音色还与发声体的振动方式和波形等特征有关,不可简化成单一频率。此类辨析需要结合不同乐器或声源的听辨实验,标记为人工审核。
                实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                典型例题

                某声源在 2 s 内完成 1000 次完整振动。求它的频率和周期,并判断其频率是否在通常的可听范围内。

                1. 由振动次数求频率:f = N/t = 1000/2 = 500 Hz。
                2. 周期 T = 1/f = 1/500 = 0.002 s。
                3. 500 Hz 位于约 20 Hz 至 20 000 Hz 的通常可听范围内。

                答案频率为 500 Hz,周期为 0.002 s,位于通常可听范围内。

                音调响度音色频率周期次声超声
                前置:sound-01

                光现象

                按苏科版2024目录将光的色彩、直线传播、平面镜和光的反射分为四个可查知识点;拓展关系明确标注,不替代教材实验结论。

                4 个知识点 · 7 条公式 · 41 项校验全部通过

                light-04

                光的色彩

                难度:拓展范围:初中主线;公式含拓展校验 7/7

                光的色彩

                光源自身发光,月亮反射太阳光而非光源。白光经棱镜色散,说明它由多种色光组成;色光三原色为红、绿、蓝,适当叠加可成白光,颜料混合不是同一规律。透明物体颜色取决于主要透过的色光,不透明物体颜色取决于主要反射的色光;红物体在只有蓝光照射时可能很暗,不能只按物体名称断言颜色。

                本章素养回顾(原创任务)

                选择本章一个现象,写出结论、成立条件和证据;用另一条本章规律复核解释是否矛盾。指出一次测量或模型的局限,并说明还需什么证据;数值通过不替代概念辨析。

                定义

                白光由多种色光组成;不同色光在真空中的波速相同,但频率和波长不同。按本知识点的拓展关系,光速、频率与波长可互相换算,色散现象则用来观察白光分解出的色光。

                物理意义

                教材重点是观察色散、认识不同色光及其混合现象;颜色不能用亮度替代。为把观察与可测量量联系起来,这里补充真空电磁波的波速关系:固定光速时,波长越长,频率越低。该换算属于拓展工具,不代替色散实验,也不意味着所有介质中的光速都相同。

                符号

                符号含义单位
                f光波频率Hz
                λ光波波长m
                c真空中的光速m/s
                s真空中光传播路程m
                t传播时间s

                公式与校验

                由真空光速和波长求频率拓展计算,非本卡初中必背主线。用于真空或可近似看作真空的光传播;光速 c、波长 λ 使用 m/s、m。此关系用于色光的定量拓展,不是判断颜色的唯一依据。7/7 校验通过
                f=cλ
                查看校验用原式f = c/lambda
                校验记录(7 项)

                  推导要点

                  1. 波在一个周期内传播一个波长,因此波速等于波长乘以每秒振动次数。
                  2. 频率关系 c=λ·f 两边同除以波长,得到 f=c/λ。
                  3. 代入前统一单位:波长用 m、频率用 Hz,乘积的单位为 m/s。

                  常见错误与实测结果

                  把频率误算为波速乘波长,混淆相除关系。已实测 · 量纲一致性 抓住
                  错误写法 f = c·λ
                  频率应为波速除以波长;相乘得到的单位为m²/s,不是Hz。红光示例乘积为225,正确频率为4×10¹⁴ Hz。
                  实测记录左端T⁻¹,右端L²·T⁻¹
                  认为白光本身只有一种颜色,或把色光混合与颜料混合规律混为一谈。人工审核
                  棱镜色散可观察到白光分解出的多种色光;色光的叠加与颜料混合不是同一过程。
                  实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核
                  把750 nm错误换为750 μm再求频率。已实测 · 数值代入 抓住
                  错误写法 f = c/(1000·λ)
                  750 nm应7.5×10⁻⁷ m;误换为750 μm使波长大千倍、频率小千倍。
                  实测记录情境「红光近似值」:算得f=400000000000;参考4e+14;有效容差4e+08

                  典型例题

                  某单色光波长约为 6.0×10⁻⁷ m,取真空光速 3.0×10⁸ m/s,估算其频率。

                  1. 辨认所求量是频率,使用 f=c/λ。
                  2. 代入 f=3.0×10⁸÷6.0×10⁻⁷=5.0×10¹⁴ Hz。

                  答案频率约为 5.0×10¹⁴ Hz。

                  光的色彩白光色散频率波长拓展
                  后续:light-01
                  light-01

                  光的直线传播

                  难度:基础范围:初中校验 11/11

                  光的直线传播

                  成立条件是同种、均匀的介质。小孔成像是倒立的实像,形状由物体决定,孔的形状主要影响亮度与清晰度;影子是光被遮挡形成的暗区,不是镜像。日食时月球位于太阳与地球之间;月食时地球位于太阳与月球之间。解释先画光路,不把所有成像归为反射。

                  定义

                  光在同种均匀介质中沿直线传播;从一种介质进入另一种介质时,传播方向可能改变。真空中的光速约为每秒三亿米,空气中的光速可近似取这一数值。

                  物理意义

                  影子的形成、小孔成像和日食月食都能用光沿直线传播解释。计算传播距离时,要区分单程和往返路程,并让速度、时间和距离采用相容单位。光速关系只能计算传播过程,不能单独决定反射或折射方向。

                  符号

                  符号含义单位
                  s光传播的路程m
                  c光传播速度,空气中近似取真空光速m/s
                  t光传播所用时间s

                  公式与校验

                  由光速和时间求传播路程光在同一均匀介质中近似匀速传播,t 使用秒。6/6 校验通过
                  s=c⋅t
                  查看校验用原式s = c*t
                  校验记录(6 项)
                    由传播路程和时间求光速s 与 t 必须描述同一段光传播过程。5/5 校验通过
                    c=st
                    查看校验用原式c = s/t
                    校验记录(5 项)

                      推导要点

                      1. 光沿直线传播时,路程可由轨迹长度确定;在同种均匀介质中传播速度近似不变。
                      2. 速度定义为单位时间通过的路程,因此路程等于速度乘时间,速度也可由路程除以时间求出。
                      3. 统一使用 m/s、s 和 m;若描述的是反射测距往返过程,还要把总路程与单程路程区分。

                      常见错误与实测结果

                      把单程传播误写成往返路程,平白多乘 2。已实测 · 数值代入 抓住
                      错误写法 s = 2·c·t
                      题目若只描述光从发出到到达一次,路程就是 c·t;额外乘 2 会把单程误算成往返。
                      实测记录情境「光传播1微秒」:算得s=600;参考300;有效容差0.0006
                      认为光在任何介质交界处都不会改变传播方向。人工审核
                      光斜射入另一种介质时可能发生折射;直线传播规律只适用于同种均匀介质。
                      实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                      典型例题

                      空气中一束光传播 2 微秒,按光速约 3.0×10⁸ m/s 估算路程。

                      1. 先换算时间:2 微秒 = 0.000002 s。
                      2. 使用 s=ct,得到 3.0×10⁸×0.000002=600 m。

                      答案约 600 m。

                      直线传播光速影子小孔成像
                      后续:light-02、light-03
                      light-02

                      平面镜

                      难度:基础范围:初中校验 10/10

                      平面镜成像特点

                      像与物等大、正立,像物到镜面等距,连线垂直镜面,像为虚像。物体靠近镜子时像也靠近镜面,像的大小不随距离改变;人眼感觉的视角改变不等于像变大。虚像不能用光屏直接接收,眼睛仍可看见,因为反射光实际进入了眼睛。

                      实验:探究平面镜成像特点

                      目的:定位虚像、比较大小和像物关系。

                      装置与接法:薄透明玻璃板、两支相同LED物屏或蜡烛、白纸、刻度尺、光屏。

                      控制、改变与观察:一物固定,移动另一等大物定位像;改变物距重复。

                      步骤:

                      1. 玻璃板竖直置纸上,沿玻璃位置画线。
                      2. 透过玻璃看前物的像,移动后物直到看起来完全重合。
                      3. 记录物与像位置、量垂直距离,移开后物在像处放光屏检查。

                      数据与处理:设计示例(非实测):物到镜面10 cm,定位像也10 cm;移动物到15 cm,像距15 cm,大小仍等大。

                      结论与条件:等距等大、连线垂直镜面;光屏不能接收像,属于虚像。

                      误差与边界:厚玻璃产生双像、玻璃未竖直导致难重合、两物不等大影响比较;尽量用安全物屏替代明火。

                      定义

                      平面镜所成的像与物体关于镜面对称,是正立、等大的虚像。物体到镜面的垂直距离等于像到镜面的垂直距离,像的大小等于物体大小。

                      物理意义

                      像距要从像点向镜面作垂线测量,物距也按同一方向测量;不能把沿着物体表面的斜距离当成像距。平面镜像是反射光线反向延长线的交点,不能用光屏承接。用等距、等高两项关系检查作图和读数,能快速发现对称位置画错。

                      符号

                      符号含义单位
                      d1物体到平面镜的距离m
                      d2像到平面镜的距离m
                      h1物体高度m
                      h2像的高度m

                      公式与校验

                      平面镜像距关系物距和像距均指垂直于镜面的距离。5/5 校验通过
                      d2=d1
                      查看校验用原式d2 = d1
                      校验记录(5 项)
                        平面镜像高关系物体和像的高度采用相同长度单位。5/5 校验通过
                        h2=h1
                        查看校验用原式h2 = h1
                        校验记录(5 项)

                          推导要点

                          1. 作出法线后,反射定律要求反射角与入射角相等,两角都以法线为基准。
                          2. 平面镜成像关于镜面对称,因此物点与像点到镜面的垂直距离相等。
                          3. 对称变换不改变线段长度,所以像的高度与物体高度相同。

                          常见错误与实测结果

                          误认为像距只有物距的一半。已实测 · 数值代入 抓住
                          错误写法 d2 = d1/2
                          平面镜成像关于镜面对称,像距等于物距;物距 0.5 m 时像距应是 0.5 m。
                          实测记录情境「物距半米」:算得d2=0.25;参考0.5;有效容差5e-07
                          认为平面镜所成的像可以用光屏接收到。人工审核
                          平面镜像是反射光线反向延长线的交点,属于虚像;应通过成像实验和光线图辨析。
                          实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                          典型例题

                          物体距平面镜 0.8 m、高 0.3 m。求像距和像高,并判断像的性质。

                          1. 像与物关于镜面对称,所以像距等于物距,为 0.8 m。
                          2. 平面镜像正立、等大、虚,所以像高为 0.3 m,不能用光屏承接。

                          答案像距 0.8 m,像高 0.3 m,成正立、等大的虚像。

                          平面镜虚像像距像高
                          前置:light-01 | 后续:light-03
                          light-03

                          光的反射

                          难度:基础范围:初中校验 13/13

                          光的反射

                          先在入射点作垂直镜面的法线;入射线和反射线分居法线两侧,入射角等于反射角,两线与法线在同一平面。让光逆原反射路径入射,会沿原入射路径返回,体现光路可逆。漫反射中每一小处仍遵守反射定律;粗糙表面能向不同方向反光,便于多方位看见物体。

                          实验:探究光的反射定律

                          目的:比较角度、同面条件及可逆性。

                          装置与接法:平面镜、可折白纸板、安全光源、量角器。

                          控制、改变与观察:改变入射角,记录反射角;折纸板观察反射线是否仍在该面。

                          步骤:

                          1. 纸板垂直镜面,作法线,光沿纸板入射。
                          2. 从法线量入射与反射角,取多组。
                          3. 折动承载反射线一侧纸板,再逆反射路径入射。

                          数据与处理:设计示例(非实测):20°、30°、50°入射,对应20°、30°、50°反射。

                          结论与条件:两角相等、分居法线两侧且共面,光路可逆。

                          误差与边界:镜面与纸板不垂直、量角起点用镜面、光束过粗会偏差;不把激光照向眼睛。

                          定义

                          光射到物体表面后返回原介质的现象叫反射。反射光线、入射光线和法线在同一平面内;反射角等于入射角,两角都从法线量起。

                          物理意义

                          作图时先找法线,再分别量入射角与反射角,角度不从镜面量起。反射定律可用角度读数检查:入射角变化多少,反射角就变化多少;反射线和镜面之间的夹角则与反射角互为余角。漫反射与镜面反射都遵循反射定律,只是表面情况不同。

                          符号

                          符号含义单位
                          i入射角,按度数记录1
                          r反射角,按度数记录1
                          α反射光线与镜面的夹角,按度数记录1

                          公式与校验

                          反射定律的角度关系入射角和反射角均从法线量起;角度使用度数,且反射发生在同一介质侧。7/7 校验通过
                          r=i
                          查看校验用原式r = i
                          校验记录(7 项)
                            反射线与镜面的夹角α 是反射线与镜面的夹角,r 是反射角;法线与镜面互相垂直。6/6 校验通过
                            α=90−r
                            查看校验用原式alpha = 90-r
                            校验记录(6 项)

                              推导要点

                              1. 过入射点作垂直于反射面的法线,明确角度的共同基准。
                              2. 反射定律给出反射角 r 与入射角 i 相等。
                              3. 法线和镜面夹角为 90°,所以反射线与镜面的夹角 α=90°-r。

                              常见错误与实测结果

                              把反射角从镜面而不是法线量起,用余角代替反射角。已实测 · 数值代入 抓住
                              错误写法 r = 90-i
                              入射角30°时从法线量的反射角也是30°,从镜面量到的60°是它的余角,不是反射角。
                              实测记录情境「入射角30度」:算得r=60;参考30;有效容差6e-05
                              认为只有光滑表面才发生反射。人工审核
                              漫反射和镜面反射都遵守反射定律,差别在于表面是否平整以及反射光的方向分布。
                              实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                              典型例题

                              一束光以 35° 入射到平面镜,求反射角以及反射光线与镜面的夹角。

                              1. 反射角从法线量起,依据反射定律 r=i=35°。
                              2. 法线和镜面互相垂直,所以反射光线与镜面的夹角为 90°-35°=55°。

                              答案反射角 35°;反射光线与镜面的夹角 55°。

                              光的反射反射定律法线入射角反射角
                              前置:light-01

                              光的折射 透镜

                              按苏科版2024目录将折射、透镜、凸透镜成像规律、透镜应用及不可见光分别整理;明确标注的定量光学关系属于拓展内容。

                              5 个知识点 · 8 条公式 · 54 项校验全部通过

                              lens-03

                              光的折射

                              难度:拓展范围:初中主线;公式含拓展校验 7/7

                              光的折射

                              空气斜射入水或玻璃,折射线一般向法线偏折、折射角小于入射角;水或玻璃斜射入空气,一般远离法线。垂直入射方向不变,但光速仍可能改变。光路可逆;水中物体看起来变浅是折射形成的虚像,不是水把物体实际抬高。折射率计算是拓展,初中优先会辨认介质、界面和法线。

                              本章素养回顾(原创任务)

                              选择本章一个现象,写出结论、成立条件和证据;用另一条本章规律复核解释是否矛盾。指出一次测量或模型的局限,并说明还需什么证据;数值通过不替代概念辨析。

                              定义

                              光从一种介质斜射入另一种介质时,传播方向通常发生改变,这种现象叫折射;垂直界面入射时方向不变。不同介质中的光速不同,折射方向与介质的光学性质有关。

                              物理意义

                              观察折射时要先确定界面、法线和入射介质,再判断光线偏向法线还是偏离法线;不能照搬反射角等于入射角。作为定量拓展,可用折射率 n=c/v 表示真空光速与介质中光速之比,但这不是初中折射作图规则的替代品。

                              符号

                              符号含义单位
                              n介质的折射率,表示光速比值1
                              c真空中的光速m/s
                              v光在介质中的传播速度m/s
                              s真空中光传播路程m
                              t真空中光传播时间s

                              公式与校验

                              折射率与介质中光速的关系拓展计算,非本卡初中必背主线。本式为光速比值的定量拓展;c 是真空光速,v 是同一介质中的光速,二者单位相同。7/7 校验通过
                              n=cv
                              查看校验用原式n = c/v
                              校验记录(7 项)

                                推导要点

                                1. 折射率定义为真空中的光速与该介质中光速之比。
                                2. 写出 n=c/v,并确认分子、分母都是速度,所得比值无单位。
                                3. 介质中光速越小,c/v 越大;该比值不能单独给出任意入射角下的折射角。

                                常见错误与实测结果

                                把折射率写成介质光速与真空光速之比。已实测 · 数值代入 抓住
                                错误写法 n = v/c
                                正确比值是真空光速除以介质光速,水中示例为4/3;倒置比值得0.75,不再偷偷乘2。
                                实测记录情境「水中的光」:算得n=0.75;参考1.33333333333;有效容差1.33333e-06
                                把反射角等于入射角当作折射规律。人工审核
                                反射和折射是不同现象;折射方向需结合两侧介质和法线判断,不能套用反射定律。
                                实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                典型例题

                                某介质中光速约为 2.0×10⁸ m/s,取真空光速 3.0×10⁸ m/s,估算其折射率。

                                1. 折射率 n=c/v。
                                2. 代入 3.0×10⁸÷2.0×10⁸=1.5。

                                答案折射率约为 1.5。

                                光的折射介质法线折射率拓展
                                前置:light-01 | 后续:lens-02
                                lens-02

                                透镜

                                难度:基础范围:初中校验 7/7

                                透镜与三条典型光线

                                凸透镜中间厚、边缘薄,凹透镜相反;会聚和发散描述相对入射光的偏折作用。薄透镜近似下,经光心的光线方向不变;平行主光轴的光经凸透镜通过另一侧焦点;通过入射侧焦点的光折射后平行主光轴。凹透镜使平行光发散,反向延长线交于入射侧虚焦点。焦距与物距是不同量。

                                定义

                                透镜分为凸透镜和凹透镜。凸透镜对平行于主光轴的光线有会聚作用,凹透镜有发散作用;平行光经凸透镜会聚点到光心的距离称为焦距。

                                物理意义

                                辨认透镜时可观察中间和边缘的厚薄,但判断光线作用应以实际光路为准。测凸透镜焦距可让平行光会聚到焦点,再量光心到焦点的距离。焦距是透镜的基本特征,物距与焦距的比较决定后续成像规律。

                                符号

                                符号含义单位
                                f凸透镜焦距m
                                d光心到焦点的距离m
                                u物距,即物体到凸透镜的距离m
                                v像距,即像到凸透镜的距离m
                                h1物体高度m
                                h2像的高度m

                                公式与校验

                                凸透镜焦距的几何定义平行于主光轴的光经凸透镜会聚于焦点,f 与 d 使用相同长度单位。7/7 校验通过
                                f=d
                                查看校验用原式f = d
                                校验记录(7 项)

                                  推导要点

                                  1. 让平行于主光轴的光线通过凸透镜,观察折射后的会聚点。
                                  2. 测量光心到焦点的距离 d,按几何定义得到 f=d。
                                  3. 更换焦距不同的凸透镜重复测量,并用二倍焦距处的成像实验作交叉核对。

                                  常见错误与实测结果

                                  把焦距错误读成光心到焦点距离的两倍。已实测 · 数值代入 抓住
                                  错误写法 f = 2·d
                                  测焦距就是量光心到实焦点的距离;10 cm应为0.10 m,多乘2误得0.20 m。
                                  实测记录情境「焦距10厘米物距20厘米」:算得f=0.2;参考0.1;有效容差2e-07
                                  认为凹透镜也会把平行光会聚到实焦点。人工审核
                                  凹透镜对平行光有发散作用,与凸透镜的会聚作用相反。因此成像规律和透镜种类要对应,不能混淆。
                                  实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核
                                  把物体到透镜的距离当成焦距。人工审核
                                  焦距由透镜和介质条件决定,物距随物体位置变化;须辨认焦点,不能用任意物体的位置替代。
                                  实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                  典型例题

                                  一凸透镜用平行光测得焦点距光心 12 cm,求焦距,并说明焦距的物理含义。

                                  1. 焦距按定义等于光心到焦点的距离。
                                  2. 将测得的 12 cm 直接作为 f,并与成像实验测得的焦距比较。

                                  答案焦距为 12 cm,表示光心到焦点的距离。

                                  透镜凸透镜凹透镜焦点焦距
                                  前置:light-01、light-03 | 后续:lens-01
                                  lens-01

                                  凸透镜成像的规律

                                  难度:基础范围:初中主线;公式含拓展校验 20/20

                                  凸透镜成像:五种区间与临界条件

                                  物距大于二倍焦距:像距在一倍与二倍焦距之间,倒立、缩小、实像。物距等于二倍焦距:像距等于二倍焦距,倒立、等大、实像。物距在一倍与二倍焦距之间:像距大于二倍焦距,倒立、放大、实像。物距等于焦距:理想模型下折射光平行,没有有限距离的清晰像,不能在光屏上找到有限位置的清晰像。物距小于焦距:与物体同侧,正立、放大、虚像。实像在透镜另一侧,可用光屏接收,且需调到像所在位置;虚像不能用光屏直接承接,须从透镜另一侧观察。

                                  成像变化与学习范围

                                  在实像区,物体靠近焦点而仍位于焦点外时,像远离透镜并变大;物体远离透镜,像靠近焦点并变小。遮住透镜一部分,剩余透镜仍可形成完整像,亮度减小。实验发现这些规律是初中主线;下列薄透镜算值只供拓展核对,采用带符号像距,不要求背诵。临界物距不能硬代除零公式。

                                  实验:探究凸透镜成像规律

                                  目的:覆盖焦点内外各区间,比较虚实、正倒、大小和像距。

                                  装置与接法:光具座、已测焦距凸透镜、LED物屏、光屏和刻度尺。

                                  控制、改变与观察:同一透镜,改变物距并移动光屏找清晰像,记录性质和像距。

                                  步骤:

                                  1. 测焦距,调物屏中心、光心和光屏中心大致同高。
                                  2. 依次取大于2倍、等于2倍、1倍与2倍之间,记录可接收实像。
                                  3. 取等于焦距观察无有限清晰屏像,再取焦距内透过透镜观察虚像。

                                  数据与处理:设计示例(非实测):焦距10 cm:物距30、20、15 cm,示例像距15、20、30 cm;物距5 cm虚像在物侧,屏不能接收。

                                  结论与条件:各区间性质见基础表,虚像须用眼睛观察;物距恰为焦距不编造有限像距。

                                  误差与边界:未同高、物距从透镜边缘起量、没有找清晰像会影响读数;光屏不到位不能反推该像必为虚像。

                                  定义

                                  凸透镜成像随物距与焦距的关系变化:焦点外成倒立实像,按物距与二倍焦距关系分别缩小、等大或放大;焦点内成正立放大虚像;物体在焦点处,理想模型没有有限距离的清晰像。必须结合像距、虚实、正倒和大小一同判断。

                                  物理意义

                                  探究成像规律时,先测焦距,再比较物距与 f、2f;移动物体时像的虚实、正倒、大小和像距都会改变。物距等于 2f 是容易核对的特殊位置:像距也等于 2f,像与物等大且倒立。不能把这一特殊结果推广到所有物距。

                                  符号

                                  符号含义单位
                                  u物距,即物体到凸透镜的距离m
                                  v像距,即像到凸透镜的距离m
                                  h1物体高度m
                                  h2像的高度m
                                  f凸透镜焦距,拓展公式使用m
                                  v代带符号像距,实像正、物侧虚像负m

                                  公式与校验

                                  物距为二倍焦距时像距等于物距凸透镜成像实验中物距 u=2f,此时为倒立、等大的实像,v=2f。7/7 校验通过
                                  v=u
                                  查看校验用原式v = u
                                  校验记录(7 项)
                                    物距为二倍焦距时像高等于物高凸透镜物距 u=2f 时,像为倒立、等大的实像。6/6 校验通过
                                    h2=h1
                                    查看校验用原式h2 = h1
                                    校验记录(6 项)
                                      薄透镜像距拓展核对薄透镜近轴模型,u为正且u不等于f;实像正、物侧虚像负。只供拓展验算,不要求初中背诵;u=f用光线平行定性处理。7/7 校验通过
                                      v代=f⋅uu−f
                                      查看校验用原式v_signed = f*u/(u-f)
                                      校验记录(7 项)

                                        推导要点

                                        1. 通过改变物距并在光屏上寻找清晰像,记录物距、像距和像的大小。
                                        2. 比较物距与焦距的倍数,归纳不同区间对应的实像或虚像性质。
                                        3. 在 u=2f 的特殊位置,实验得到 v=2f、像与物等大;该结论只在这一条件下使用。

                                        常见错误与实测结果

                                        把物距为二倍焦距时的像距误写成物距的一半。已实测 · 数值代入 抓住
                                        错误写法 v = u/2
                                        当 u=2f 时,v 也为 2f,因此 v=u;物距为 0.20 m 时像距不是 0.10 m。
                                        实测记录情境「焦距10厘米物距20厘米」:算得v=0.1;参考0.2;有效容差2e-07
                                        认为凸透镜无论物距如何都成倒立实像。人工审核
                                        物体位于焦点以内时,凸透镜成正立、放大的虚像;像的性质必须结合物距和焦距判断。
                                        实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                        典型例题

                                        一凸透镜焦距为 10 cm,将物体放在距透镜 20 cm 处。描述像的位置关系和性质。

                                        1. 物距 u=20 cm=2f。
                                        2. 物距为二倍焦距时,像距也为二倍焦距,即 v=20 cm。
                                        3. 像为倒立、等大的实像,可以用光屏承接。

                                        答案像距 20 cm,成倒立、等大的实像。

                                        凸透镜成像物距像距实像虚像二倍焦距
                                        前置:lens-02 | 后续:lens-04
                                        lens-04

                                        透镜的应用

                                        难度:拓展范围:初中校验 13/13

                                        照相机、投影仪和放大镜

                                        照相机通常物距大于二倍焦距,胶片或传感器接收倒立缩小实像。投影仪通常把物体置于一倍与二倍焦距之间,屏幕在另一侧接收倒立放大实像;需结合光路安装被投影物。放大镜物距小于焦距,从另一侧透过透镜看同侧正立放大虚像。把屏幕移远不一定变清晰,须同时调整物距、像距。

                                        眼睛与视力矫正

                                        眼球晶状体等相当于会聚透镜,视网膜相当于承接实像的屏。近视眼看远处时像落在视网膜前,通常用凹透镜使入射光先发散;远视眼看近处时像趋于落在视网膜后,通常用凸透镜先会聚。这里是光学原理模型,不能据此自行确定眼镜度数;散光等情况也不等同于这两个简单模型。

                                        跨学科实践(原创任务)

                                        用透镜和纸板设计低压照明的小投影模型:标出物、透镜、屏位置,检查倒立实像和焦距条件,再改变物距记录像的大小和清晰度。结合图形比例和手工设计解释调整过程;不使用强光直照眼睛。

                                        定义

                                        照相机、投影仪和放大镜利用透镜形成不同性质的像。对可用几何光线近似的凸透镜实像,像高与物高之比等于像距与物距之比的绝对值,称为放大率。

                                        物理意义

                                        实际应用先按物距和焦距判断成像类型,再结合光屏、镜头或观察者的位置理解成像。放大率公式是几何光学的拓展量化工具:像距相对物距越大,实像的放大率越大;倒立方向另行判断,公式中的高度比取大小。不要把放大率直接等同于“镜头焦距”或亮度。

                                        符号

                                        符号含义单位
                                        M凸透镜实像的放大率,取高度比的大小1
                                        u物距,即物体到透镜的距离m
                                        v像距,即实像到透镜的距离m
                                        h1物体高度m
                                        h2像的高度,取高度大小m

                                        公式与校验

                                        实像放大率与物像距离比用于凸透镜成倒立实像的几何近似情形;M、u、v 为正值,长度单位须相同。7/7 校验通过
                                        M=vu
                                        查看校验用原式M = v/u
                                        校验记录(7 项)
                                          实像高度比定义放大率像高和物高取正的长度大小,适用于凸透镜实像的几何近似关系。6/6 校验通过
                                          M=h2h1
                                          查看校验用原式M = h2/h1
                                          校验记录(6 项)

                                            推导要点

                                            1. 用几何光线图中物高与像高构成的相似三角形,可得高度比等于像距与物距之比。
                                            2. 取像高、物高的大小,得到 M=h2/h1;实像倒立这一方向信息另行说明。
                                            3. 代入前统一长度单位;同一情境下由高度比和距离比算出的 M 应一致。

                                            常见错误与实测结果

                                            把放大率写成物距除以像距。已实测 · 数值代入 抓住
                                            错误写法 M = u/v
                                            相机示例物距0.30 m、像距0.15 m,实像放大率应为0.5;倒置得到2,真实错误表达式就是u/v。
                                            实测记录情境「相机缩小像」:算得M=2;参考0.5;有效容差2e-06
                                            认为放大率大于 1 的实像一定正立。人工审核
                                            放大率只描述大小比例;凸透镜实像仍是倒立像,正倒要独立判断。
                                            实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                            典型例题

                                            某相机镜头成像时物距为 0.30 m、像距为 0.15 m,物体高 4 cm,估算实像大小。

                                            1. 放大率 M=v/u=0.15/0.30=0.5。
                                            2. 像高大小 h2=Mh1=0.5×4 cm=2 cm。
                                            3. 相机在此情形形成倒立实像,放大率只给大小比。

                                            答案像高大小约 2 cm,成倒立实像。

                                            透镜的应用照相机投影仪放大镜放大率拓展
                                            前置:lens-01、lens-02 | 后续:lens-05
                                            lens-05

                                            人眼看不见的光

                                            难度:拓展范围:初中主线;公式含拓展校验 7/7

                                            人眼看不见的光

                                            红外线在红光外侧,可通过热效应探测,常用于遥控和热成像;紫外线在紫光外侧,可引起荧光,适当条件下用于消毒。看不见不等于没有能量;紫外光源不得直视,也不能照射皮肤做课堂比较。用途依赖强度和条件,不把波长大小当作消毒能力的直接公式。

                                            定义

                                            红外线和紫外线都属于人眼不能直接看见的电磁辐射。红外线常与热效应和遥感应用相关,紫外线可引起荧光等现象;不同波段的电磁波仍满足波速、波长和频率的关系。

                                            物理意义

                                            辨认红外线和紫外线要依据实验现象与用途,不能把“看不见”理解为不存在,也不能把两者混为可见色光。这里以电磁波关系作定量拓展:真空中波速近似相同,波长较长时频率较低。实际应用关注的探测、加热或消毒效果还取决于功率、距离、材料和照射时间,不能仅由波段关系断言。

                                            符号

                                            符号含义单位
                                            c真空中的电磁波速率m/s
                                            λ电磁波波长m
                                            f电磁波频率Hz
                                            s真空中传播路程m
                                            t传播时间s

                                            公式与校验

                                            真空中电磁波的波速关系拓展计算,非本卡初中必背主线。用于真空中的电磁波;波长用 m、频率用 Hz,所得波速单位为 m/s。7/7 校验通过
                                            c=λ⋅f
                                            查看校验用原式c = lambda*f
                                            校验记录(7 项)

                                              推导要点

                                              1. 电磁波在真空中传播时,波速等于波长乘频率。
                                              2. 将红外或紫外波段的代表性波长与频率代入,检查乘积是否接近真空光速。
                                              3. 该关系描述传播量之间的联系,不单独决定某种辐射对材料或人体的作用效果。

                                              常见错误与实测结果

                                              漏掉波速关系中的频率因子,只把波长当作波速。已实测 · 量纲一致性 抓住
                                              错误写法 c = λ
                                              波速的单位应为 m/s,而波长单位是 m;还需乘以频率。频率决定单位时间内完整波的个数。
                                              实测记录左端L·T⁻¹,右端L
                                              认为红外线和紫外线是可见光中两种能被肉眼辨认的颜色。人工审核
                                              两者在可见光谱范围之外,需借助热效应、荧光等实验现象或仪器探测。
                                              实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核
                                              把已经用Hz表示的频率再当kHz除千。已实测 · 数值代入 抓住
                                              错误写法 c = λ·f/1000
                                              波长与以Hz表示的频率乘积为3×10⁸ m/s;重复除千会误算3×10⁵ m/s。
                                              实测记录情境「红外线示例」:算得c=300000;参考300000000;有效容差300

                                              典型例题

                                              某真空红外电磁波的波长约为 1.0×10⁻⁵ m,估算其频率,取波速 3.0×10⁸ m/s。

                                              1. 由 c=λ·f 得 f=c/λ。
                                              2. 代入 3.0×10⁸÷1.0×10⁻⁵=3.0×10¹³ Hz。

                                              答案频率约为 3.0×10¹³ Hz。

                                              红外线紫外线电磁辐射波速波长频率拓展
                                              前置:light-04

                                              物态变化

                                              按苏科版2024目录分为温度测量、汽化液化、熔化凝固、升华凝华和水循环;纯水相变温度明确注明压强,拓展量化关系注明适用条件。

                                              5 个知识点 · 10 条公式 · 63 项校验全部通过

                                              state-01

                                              物质的三态 温度的测量

                                              难度:基础范围:初中校验 12/12

                                              三态与温度测量

                                              固体通常有较稳定形状和体积,液体有较稳定体积但随容器改变形状,气体容易充满容器。摄氏温度在标准大气压下以冰水混合物约0℃、沸水约100℃作常用参照;温度计利用可测性质随温度变化。使用前看量程和分度值,液泡浸没而不触底壁,待示数稳定后读数;普通实验温度计不能任意离开液体读数。

                                              本章素养回顾(原创任务)

                                              选择本章一个现象,写出结论、成立条件和证据;用另一条本章规律复核解释是否矛盾。指出一次测量或模型的局限,并说明还需什么证据;数值通过不替代概念辨析。

                                              实验:用常见温度计测量温度

                                              目的:正确读取冷热程度并记录单位。

                                              装置与接法:烧杯、常温水、合适量程液体温度计。

                                              控制、改变与观察:保持测量部位和接触条件,观察稳定示数。

                                              步骤:

                                              1. 检查量程、分度值和完好情况。
                                              2. 液泡浸入水中,不碰杯底杯壁,等待稳定。
                                              3. 视线与液柱顶端齐平,在液泡仍接触水时读数,重复记录。

                                              数据与处理:设计示例(非实测):分度值1℃,示数约23℃;20℃到23℃是升高3℃,不是43℃。

                                              结论与条件:测量值对应当前样品状态,单位为℃。

                                              误差与边界:视差、接触不足、未稳定、温度计自身滞后均影响结果;不测超量程样品。

                                              定义

                                              物质常见的三种状态是固态、液态和气态;温度表示物体的冷热程度。温度计通过液柱或传感器变化显示温度,记录前后状态时应分清温度值与温度变化量。

                                              物理意义

                                              观察物态变化时要先读准温度计:液泡与被测物充分接触,视线与液柱顶端相平。温度变化量按末温减初温计算,升温为正、降温为负;温度本身和温差不是同一个量。用摄氏温标记录时写 ℃,不要把符号写成字母 C。

                                              符号

                                              符号含义单位
                                              T1变化前温度℃
                                              T2变化后温度℃
                                              dT带正负号的温度变化量℃
                                              Tm标准大气压下纯水的熔点℃
                                              Tm参考纯水熔点参考值℃
                                              Tb标准大气压下纯水的沸点℃
                                              Tb参考纯水沸点参考值℃

                                              公式与校验

                                              温度变化量T1 为初温,T2 为末温;升温为正变化,降温为负变化。7/7 校验通过
                                              dT=T2−T1
                                              查看校验用原式dT = T2-T1
                                              校验记录(7 项)
                                                由初温和温差求末温dT 带有升温或降温的正负方向。5/5 校验通过
                                                T2=T1+dT
                                                查看校验用原式T2 = T1+dT
                                                校验记录(5 项)

                                                  推导要点

                                                  1. 把变化前温度记为初温 T1,变化后温度记为末温 T2。
                                                  2. 用末温减初温定义带方向的温度变化量,升温为正、降温为负。
                                                  3. 将温度变化量移项,可由初温和变化量求得末温。

                                                  常见错误与实测结果

                                                  求温度变化量时把初温和末温相加。已实测 · 数值代入 抓住
                                                  错误写法 dT = T2+T1
                                                  温度变化量是末温减初温;室温 20℃ 升到 80℃,温差为 60℃,不是 100℃。
                                                  实测记录情境「水从室温加热」:算得dT=100;参考60;有效容差0.0001
                                                  把降温的温度变化量一律写成正数,丢掉变化方向。人工审核
                                                  按末温减初温的约定,80℃降到20℃的变化量是 -60℃;若只报告温差大小,应另说“降低了60℃”。
                                                  实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                  典型例题

                                                  水从 20℃ 加热到 80℃,再冷却到 50℃。分别求两段温度变化量。

                                                  1. 加热段:80-20=60℃。
                                                  2. 冷却段:50-80=-30℃,负号表示温度下降。

                                                  答案加热变化量为 60℃,冷却变化量为 -30℃。

                                                  物质三态温度温度计温差
                                                  后续:state-02、state-03
                                                  state-02

                                                  汽化和液化

                                                  难度:基础范围:初中校验 12/12

                                                  汽化、液化和吸放热

                                                  汽化吸热,液化放热。蒸发在液体表面发生、各种温度下都可发生,并有致冷作用;沸腾在一定压强下达到沸点且持续吸热时,于内部和表面剧烈发生,温度近似不变。蒸发快慢受温度、表面积、液面上方气流影响。白气是小液滴,并非看得见的水蒸气;杯外水珠通常是空气中水蒸气液化,不是水穿过杯壁。

                                                  实验:探究水在沸腾前后温度变化

                                                  目的:比较沸腾前升温和沸腾时温度特点。

                                                  装置与接法:教师指导下用热源、烧杯、水、温度计、计时器和支架。

                                                  控制、改变与观察:保持气压、加热方式和水样,每隔相同时间读温度,观察气泡。

                                                  步骤:

                                                  1. 布置液泡不触底壁,记录初温和计时起点。
                                                  2. 持续加热,每隔1 min记录温度及气泡变化。
                                                  3. 沸腾后再记录数次;停止加热比较是否还能持续沸腾。

                                                  数据与处理:设计示例(非实测):0、1、2、3、4 min读80、90、98、98、98℃;平台约98℃而非强定100℃。

                                                  结论与条件:在相同气压下达到沸点且持续吸热时,沸腾温度近似不变;水内和表面同时汽化。

                                                  误差与边界:气压改变、仪器偏差、液泡位置和加热不均会影响平台;热源、玻璃和蒸汽可能烫伤,只按教师规范操作。

                                                  水沸腾前后温度—时间示例0123405010098时间 / min温度 / ℃
                                                  按设计数据直接读图:2到4 min平台98℃,本条件下沸点约98℃;平台期间持续加热,不能推出不吸热。图像不是任意气压下固定100℃的证明。

                                                  定义

                                                  液态变成气态叫汽化,气态变成液态叫液化。汽化有蒸发和沸腾两种方式;蒸发可在液体表面、任何温度下发生,沸腾在达到沸点时于液体内部和表面同时发生。

                                                  物理意义

                                                  液化是气体放热变成液体,常见方法是降低温度或压缩体积;蒸发快慢受液体温度、表面积和液面上方空气流动影响。沸点受外界气压影响,因此标准大气压下纯水沸点约 100℃,不能把它当作任何条件下都固定的温度。温差公式只用于比较两种相变温度,不意味着水在沸腾时仍持续升温。

                                                  符号

                                                  符号含义单位
                                                  Tb标准大气压下纯水的沸点℃
                                                  Tb参考纯水沸点参考值℃
                                                  Tm标准大气压下纯水的熔点℃
                                                  Tm参考标准大气压下纯水的熔点参考值℃
                                                  dT纯水沸点与熔点的温度差℃

                                                  公式与校验

                                                  标准大气压下纯水沸点纯水在标准大气压下沸腾;沸点为 100℃。6/6 校验通过
                                                  Tb=Tb参考
                                                  查看校验用原式Tb = Tb_ref
                                                  校验记录(6 项)
                                                    纯水沸点与熔点的温差两温度均取标准大气压下纯水的相变温度。6/6 校验通过
                                                    dT=Tb−Tm
                                                    查看校验用原式dT = Tb-Tm
                                                    校验记录(6 项)

                                                      推导要点

                                                      1. 从水的温度—时间实验图像辨认熔化或沸腾期间的温度平台。
                                                      2. 读取纯水在标准大气压下的熔点 0℃ 和沸点 100℃,同时注明条件。
                                                      3. 两相变温度相减可得到它们之间的温度差,温差单位仍为 ℃。

                                                      常见错误与实测结果

                                                      把纯水的沸点误记成熔点,或把两者互换。已实测 · 数值代入 抓住
                                                      错误写法 Tb = Tm
                                                      标准大气压下纯水熔点为 0℃、沸点为 100℃,两者相差 100℃;代入沸点情境可查出混淆。
                                                      实测记录情境「标准大气压下水沸腾」:算得Tb=0;参考100;有效容差0.0001
                                                      认为蒸发只能在沸点发生,或液化只靠压缩一种方法。人工审核
                                                      蒸发可在任何温度下发生;液化可通过降低温度或压缩体积实现,具体方法取决于物质和条件。
                                                      实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                      典型例题

                                                      标准大气压下,纯水从冰水共存的 0℃ 加热到沸腾的 100℃,两相变温度相差多少?

                                                      1. 先确认题目给的是标准大气压下的纯水。
                                                      2. 温差为 100℃-0℃=100℃。

                                                      答案相差 100℃。

                                                      汽化蒸发沸腾液化沸点
                                                      前置:state-01 | 后续:state-03
                                                      state-03

                                                      熔化和凝固

                                                      难度:基础范围:初中校验 13/13

                                                      熔化、凝固与晶体图像

                                                      熔化吸热,凝固放热。同一种纯晶体在相同压强、接近热平衡的理想相变条件下,熔点与凝固点相同;有过冷、杂质或压强变化时须另行分析。晶体熔化过程中固液共存,持续吸热而温度近似不变;非晶体没有固定熔点,受热逐渐软化。温度不变不能推出不吸热;图像平台要结合材料和过程判断。

                                                      实验:观察晶体熔化与非晶体软化

                                                      目的:比较温度平台与状态变化。

                                                      装置与接法:教师选合适样品、试管、温水浴、温度计和计时器。

                                                      控制、改变与观察:分别记录温度、加热时间和状态,保持稳定压强、加热条件。

                                                      步骤:

                                                      1. 每隔相同时间读温度并观察固液状态。
                                                      2. 标注开始熔化、全部熔化两时刻,画温度—时间图。
                                                      3. 比较晶体平台和非晶体逐渐软化的曲线,区别观察与推理。

                                                      数据与处理:设计示例(非实测):纯冰近似平衡示例:0、1、2、3、4 min分别-10、0、0、0、10℃。

                                                      结论与条件:晶体熔化阶段持续吸热且温度近似不变,非晶体没有固定熔点;不由平台推出停止吸热。

                                                      误差与边界:杂质、压强变化与热不均可改变结果;此项为目录基本活动,未混称课标22项学生必做。

                                                      定义

                                                      固态变液态叫熔化,液态变固态叫凝固,分别吸热和放热。同一种纯晶体在相同压强、接近热平衡的理想相变条件下熔点与凝固点相同;非晶体没有固定熔点,不能把固定相变温度泛化到所有纯物质。

                                                      物理意义

                                                      观察晶体熔化曲线时,温度平台对应固液共存阶段;凝固时也会在相同条件下出现相同的相变温度。要先确认材料是不是晶体,并保持压强等条件可比。纯水在标准大气压下的熔点约为 0℃,不可把所有物质的熔点都当成 0℃。

                                                      符号

                                                      符号含义单位
                                                      Tm本情境纯晶体的熔点℃
                                                      Tm参考相同压强下该晶体熔点参考值℃
                                                      Tf相同压强、理想平衡相变条件下纯晶体凝固点℃

                                                      公式与校验

                                                      熔点与材料参考值相符同一种纯晶体,相同压强、接近热平衡的理想相变条件;非晶体和明显过冷过程不直接适用。6/6 校验通过
                                                      Tm=Tm参考
                                                      查看校验用原式Tm = Tm_ref
                                                      校验记录(6 项)
                                                        同一纯物质熔点与凝固点关系同一种纯晶体,相同压强、接近热平衡的理想相变条件;非晶体和明显过冷过程不直接适用。7/7 校验通过
                                                        Tf=Tm
                                                        查看校验用原式Tf = Tm
                                                        校验记录(7 项)

                                                          推导要点

                                                          1. 从水的温度—时间实验图像辨认熔化或沸腾期间的温度平台。
                                                          2. 读取纯水在标准大气压下的熔点 0℃ 和沸点 100℃,同时注明条件。
                                                          3. 两相变温度相减可得到它们之间的温度差,温差单位仍为 ℃。

                                                          常见错误与实测结果

                                                          把纯晶体的凝固点误写成熔点的两倍摄氏读数。已实测 · 数值代入 抓住
                                                          错误写法 Tf = 2·Tm
                                                          相同压强且理想平衡相变条件下,纯萘熔点和凝固点均约80.2℃,不能把摄氏读数乘2变成160.4℃。
                                                          实测记录情境「纯萘相变近似值」:算得Tf=160.4;参考80.2;有效容差0.0001604
                                                          把非晶体也描述成熔化时有固定温度平台。人工审核
                                                          晶体有固定熔点,非晶体没有固定熔点;应结合温度—时间实验曲线区分。
                                                          实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                          典型例题

                                                          某纯物质在相同压强下测得熔化温度为 80.2℃,它凝固时的相变温度约是多少?

                                                          1. 确认材料为同一纯物质,且熔化与凝固条件相同。
                                                          2. 在相同条件下,凝固点等于熔点。

                                                          答案凝固温度约为 80.2℃。

                                                          熔化凝固晶体熔点凝固点
                                                          前置:state-01 | 后续:state-04
                                                          state-04

                                                          升华和凝华

                                                          难度:基础范围:初中校验 13/13

                                                          六种物态变化总表

                                                          固→液为熔化、液→气为汽化、固→气为升华,三者吸热;液→固为凝固、气→液为液化、气→固为凝华,三者放热。霜是凝华,露是液化,雪或冰熔成水是熔化。干冰升华伴随吸热,周围空气中的水蒸气可能液化成雾,白雾不是二氧化碳本身。密闭质量账目是思考模型,禁止密封加热干冰装置。

                                                          定义

                                                          固态直接变成气态叫升华,气态直接变成固态叫凝华。升华不经过可观察到的液态阶段,凝华也可由气体直接形成固体。

                                                          物理意义

                                                          干冰逐渐变小、樟脑丸变小是升华的例子;霜的形成属于凝华。若把物质放在密闭且不漏气的装置中,固体减少的质量会对应气体增加的质量;开放环境则不能把逸散的气体当作消失。质量关系是封闭系统内的记录核对,不是升华快慢的计算式。

                                                          符号

                                                          符号含义单位
                                                          m前相变前装置内物质总质量kg
                                                          m后相变后装置内物质总质量kg
                                                          m固相变后剩余固体质量kg
                                                          m气装置内形成的气体质量kg
                                                          m总密闭装置内物质总质量kg

                                                          公式与校验

                                                          密闭装置内相变前后质量守恒装置密闭且没有物质进出时,升华或凝华前后总质量不变。7/7 校验通过
                                                          m后=m前
                                                          查看校验用原式m_after = m_before
                                                          校验记录(7 项)
                                                            相变后固体与气体质量合计固体与气体均留在密闭装置内并纳入质量统计。6/6 校验通过
                                                            m总=m固+m气
                                                            查看校验用原式m_total = m_solid+m_gas
                                                            校验记录(6 项)

                                                              推导要点

                                                              1. 先确认研究系统是否密闭;有物质进出时不能直接使用封闭系统的质量守恒。
                                                              2. 相变只改变物质状态,不改变被完整统计的物质总量。
                                                              3. 密闭时可分别称量前后总质量,并把末态固体与气体质量相加进行复核。

                                                              常见错误与实测结果

                                                              只称量剩余固体,却把它当作升华后密闭系统的全部质量。已实测 · 数值代入 抓住
                                                              错误写法 m后 = m固
                                                              初始总质量2 kg,剩余固体1.2 kg、气体0.8 kg,总量仍2 kg;只记录固体误得1.2 kg,会把转入气态的0.8 kg漏掉。
                                                              实测记录情境「干冰密闭相变」:算得m后=1.2;参考2;有效容差2e-06
                                                              把凝华说成液态直接变成固态。人工审核
                                                              液态变固态是凝固;凝华是气态直接变成固态。这是物质状态和系统边界必须分清的地方。
                                                              实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核
                                                              认为升华使物质凭空消失,系统总质量也消失。人工审核
                                                              升华改变物态,气体仍是物质;开放环境要计入逸出物质,封闭模型则把各相总质量相加。不能拿只称固体的结果替代总质量。
                                                              实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                              典型例题

                                                              质量账目模型(不是密封干冰实验操作):原有2 kg物质,升华后剩余1.2 kg固体,全部气体均纳入统计且无物质逸出,求气体质量。

                                                              1. 密闭条件下总质量保持 2 kg。
                                                              2. 气体质量=总质量-剩余固体质量=2-1.2=0.8 kg。

                                                              答案气体质量为 0.8 kg。

                                                              升华凝华干冰霜质量守恒
                                                              前置:state-03 | 后续:state-05
                                                              state-05

                                                              水循环

                                                              难度:拓展范围:初中校验 13/13

                                                              水循环

                                                              太阳辐射驱动地表水蒸发,水蒸气上升冷却后形成液滴或冰晶,降水再经地表径流、下渗和地下径流返回水体。云由小液滴或冰晶组成;露和霜的物态变化不同。雨量是降水深度,单位mm,落在区域的理论水量不等于可利用水量。节水既包括减少浪费,也包括保护水源。

                                                              跨学科实践(原创任务)

                                                              设计雨量记录方案:测容器开口面积,记录收集体积和时段,用体积除面积换成毫米雨量;讨论风、蒸发和溅入的偏差。将观测表与天气现象比较,不把小容器单次读数当整座城市降雨量。

                                                              定义

                                                              水在地表、地下和大气之间不断循环,包括蒸发、凝结、降水、径流和渗透等过程。将一片地面上的降水深度换算成水量时,可用覆盖面积乘以平均降水深度估算体积。

                                                              物理意义

                                                              水循环把海洋、陆地、大气和生物联系起来;观察到的云、雨、河流和地下水都是循环环节。估算降水体积时要把毫米换成米,并明确所选区域和平均雨量。该几何换算只估算落到区域的水量,不等于实际可收集量,蒸发、径流和渗漏都可能造成差异。

                                                              符号

                                                              符号含义单位
                                                              V所选区域上的降水体积m³
                                                              A所选区域面积m²
                                                              h该区域的平均降水深度m
                                                              hmm同一降水深度用毫米记录的读数mm

                                                              公式与校验

                                                              降水深度换算水体积把降水视为均匀覆盖所选区域,h 使用 m,A 使用 m²。7/7 校验通过
                                                              V=A⋅h
                                                              查看校验用原式V = A*h
                                                              校验记录(7 项)
                                                                由降水体积和面积求平均深度降水均匀铺展且面积非零,体积用 m³、面积用 m²。6/6 校验通过
                                                                h=VA
                                                                查看校验用原式h = V/A
                                                                校验记录(6 项)

                                                                  推导要点

                                                                  1. 选定区域并估算其面积 A,同时测量或查得区域平均降水深度 h。
                                                                  2. 把深度统一换算为 m,体积由底面积乘垂直深度得到 V=A·h。
                                                                  3. 实际收集水量会受径流、渗漏和蒸发影响,应与几何估算量区分。

                                                                  常见错误与实测结果

                                                                  把毫米雨量读数直接当作米代入,造成千倍偏差。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                  错误写法 V = A·hmm
                                                                  100 m²区域降水10 mm应换成0.010 m,体积1 m³;把读数10直接当米得1000 m³。
                                                                  实测记录情境「小区短时降水」:算得V=1000;参考1;有效容差0.001
                                                                  认为估算降水体积就是最后实际收集到的水量。人工审核
                                                                  水会发生径流、下渗和蒸发;几何估算只描述均匀降水覆盖区域的理论体积。
                                                                  实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                  典型例题

                                                                  一片 200 m² 的地面平均降水 15 mm,估算落在该地面上的水体积。

                                                                  1. 先换算深度:15 mm=0.015 m。
                                                                  2. V=A·h=200×0.015=3 m³。
                                                                  3. 这只是降水几何估算量,不等于可收集水量。

                                                                  答案约 3 m³。

                                                                  水循环降水降水深度水量估算拓展
                                                                  前置:state-02

                                                                  物体的运动

                                                                  按苏科版2024目录整理长度与时间测量、速度、直线运动和运动相对性;速度换算与相对运动均注明单位、方向和适用条件。

                                                                  4 个知识点 · 9 条公式 · 57 项校验全部通过

                                                                  motion-03

                                                                  长度与时间的测量

                                                                  难度:基础范围:初中校验 13/13

                                                                  长度与时间:读数、误差和估测

                                                                  刻度尺贴近被测长度并平行摆放,视线垂直刻度面;零端磨损时用两刻度差。连续刻度尺一般估读到分度值下一位,数字秒表按显示精度记录;多次测量取平均可减小部分偶然误差,不能消除系统偏差。1 km=1000 m,1 m=100 cm=1000 mm;1 h=3600 s。普通课桌高度常约0.6~0.9 m、成年人步行约0.8~1.8 m/s,仅作合理估计区间,不能替代实际测量。

                                                                  本章素养回顾(原创任务)

                                                                  选择本章一个现象,写出结论、成立条件和证据;用另一条本章规律复核解释是否矛盾。指出一次测量或模型的局限,并说明还需什么证据;数值通过不替代概念辨析。

                                                                  实验:用刻度尺测量长度

                                                                  目的:正确定位、估读并处理零端磨损。

                                                                  装置与接法:毫米刻度尺、薄板等被测物。

                                                                  控制、改变与观察:保持同一物体,改变重复测量次数,不改变尺的量程。

                                                                  步骤:

                                                                  1. 检查量程分度值,选可用刻线对齐起点。
                                                                  2. 刻度面贴近物体,视线垂直尺面读起点和终点。
                                                                  3. 相减得长度,重复测量按有效精度记录平均值。

                                                                  数据与处理:设计示例(非实测):起点1.00 cm,终点4.26 cm,长度3.26 cm=0.0326 m。

                                                                  结论与条件:长度为两刻度差而非终点单个数。

                                                                  误差与边界:视差、尺未平行和零端磨损可形成系统偏差;平均不能消除这些错误。

                                                                  实验:用表测量时间

                                                                  目的:建立起止事件一致的时间间隔。

                                                                  装置与接法:数字秒表或机械秒表、可重复事件。

                                                                  控制、改变与观察:相同事件,用同一起止约定,观察仪表示数。

                                                                  步骤:

                                                                  1. 辨显示分辨率,约定开始和结束事件。
                                                                  2. 先练习启停,再重复计时。
                                                                  3. 记录秒数,比较差异,说明人工反应时间。

                                                                  数据与处理:设计示例(非实测):3次为2.10、2.08、2.12 s,平均2.10 s;1 min 5 s为65 s。

                                                                  结论与条件:时间间隔依赖起止事件,单位换算不能把分钟当秒。

                                                                  误差与边界:人为启停反应对短过程占比大,重复可减少部分偶然影响,不可假称完全消除。

                                                                  数量级示例:0.75 m,参考区间 0.6~0.9 m。普通课桌高度的示例估计区间,实际桌型和年级可能不同。

                                                                  定义

                                                                  长度用刻度尺测量,时间可用秒表或计时器测量。读数要包含准确值和估读值,并记录单位;比较不同记录前应把长度换算到同一单位。

                                                                  物理意义

                                                                  测量前先看量程、分度值和零刻线,放置刻度尺时让刻度线与被测边平行;读数时视线垂直刻度面。时间测量要明确起止事件并尽量重复测量减小偶然误差。米、厘米和千米之间的换算有固定比例,错误换算会造成数量级偏差。

                                                                  符号

                                                                  符号含义单位
                                                                  Lm以米记录的长度m
                                                                  Lcm同一长度以厘米记录cm
                                                                  Lkm同一长度以千米记录km

                                                                  公式与校验

                                                                  米换算为厘米同一长度的单位换算,1 m=100 cm。7/7 校验通过
                                                                  Lcm=100⁢Lm
                                                                  查看校验用原式L_cm = 100*L_m
                                                                  校验记录(7 项)
                                                                    米换算为千米同一长度的单位换算,1 km=1000 m。6/6 校验通过
                                                                    Lkm=Lm1000
                                                                    查看校验用原式L_km = L_m/1000
                                                                    校验记录(6 项)

                                                                      推导要点

                                                                      1. 测量对象的长度与计时过程要先定义清楚,并选用合适量程的工具。
                                                                      2. 记录读数时保留单位;将厘米换成米除以 100,将米换成千米除以 1000。
                                                                      3. 用两种单位换算后再反算,检查数量级与原始测量是否一致。

                                                                      常见错误与实测结果

                                                                      把 1 m 误当作 10 cm,导致长度单位换算少一个数量级。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                      错误写法 Lcm = 10·Lm
                                                                      1 m=100 cm;课桌长度 1.2 m 应为 120 cm,而不是 12 cm。
                                                                      实测记录情境「课桌长度」:算得Lcm=12;参考120;有效容差0.00012
                                                                      读刻度尺时视线倾斜,造成视差并把估读值当作准确值。人工审核
                                                                      视线应垂直刻度面;测量误差需结合分度值和重复测量分析。应记录仪器分度值并按规范重复测量。
                                                                      实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                      典型例题

                                                                      一张桌子的长度测得 1.2 m,分别换算成厘米和千米。

                                                                      1. 厘米:1.2×100=120 cm。
                                                                      2. 千米:1.2÷1000=0.0012 km。

                                                                      答案120 cm;0.0012 km。

                                                                      长度测量时间测量刻度尺秒表单位换算
                                                                      后续:motion-01
                                                                      motion-01

                                                                      速度

                                                                      难度:基础范围:初中校验 13/13

                                                                      速度与平均速度

                                                                      初中速度侧重路程与时间之比。测某一段平均速度先标记该段起终点,用本段路程除以本段时间;全程平均速度要用总路程除以总时间,包含题目规定的停留时间。1 m/s=3.6 km/h;72 km/h=20 m/s。估测不能把生活中的速度当人人相同的固定常数。

                                                                      实验:测量物体运动的速度

                                                                      目的:测斜面小车某段平均速度。

                                                                      装置与接法:缓斜面、小车、刻度尺、计时器、终点挡板。

                                                                      控制、改变与观察:明确同一段起终位置,同一释放条件,观察通过该段时间。

                                                                      步骤:

                                                                      1. 量起点到终点的实际路程,标记两点。
                                                                      2. 静止释放同时计时,到达终点停止计时。
                                                                      3. 重复测量,分别用各段路程除各段时间,不将全程时间用于半段。

                                                                      数据与处理:设计示例(非实测):0.80 m用时2.0 s,平均0.40 m/s;下半段0.40 m用时0.8 s,平均0.50 m/s。

                                                                      结论与条件:加速过程不同区段平均速度可不同,不能当处处匀速。

                                                                      误差与边界:斜面过陡会放大启停误差,挡板位置、车长和起点约定影响路程。

                                                                      单位换算证据:72 km/h = 20 m/s。72 km/h每秒行20 m;先小时换秒再千米换米。

                                                                      数量级示例:1.2 m/s,参考区间 0.8~1.8 m/s。成年人普通步行的参考区间,个人步速不是固定标准。

                                                                      定义

                                                                      速度表示物体运动的快慢,数值等于在计时区间内通过的路程与所用时间之比。相同时间内路程越长,速度越大;同一路程用时越短,速度越大。

                                                                      物理意义

                                                                      比较快慢时可控制路程或时间中的一个量不变,也可统一用路程除以时间计算。速度是比值,平均速度描述一段过程而非每一瞬间;单位换算时 1 m/s=3.6 km/h。计算前确认距离和时间用相容单位。

                                                                      符号

                                                                      符号含义单位
                                                                      s物体在计时区间内通过的路程m
                                                                      t通过路程 s 所用时间s
                                                                      v以米每秒表示的速度m/s
                                                                      vk同一速度以千米每小时表示km/h

                                                                      公式与校验

                                                                      由路程和时间求速度路程和时间来自同一运动区间,s 用 m、t 用 s。7/7 校验通过
                                                                      v=st
                                                                      查看校验用原式v = s/t
                                                                      校验记录(7 项)
                                                                        米每秒换算为千米每小时原速度用 m/s 表示,换算后的速度用 km/h 表示。6/6 校验通过
                                                                        vk=3.6⁢v
                                                                        查看校验用原式v_k = 3.6*v
                                                                        校验记录(6 项)

                                                                          推导要点

                                                                          1. 用刻度尺测出运动路程 s,用秒表测出相应时间 t。
                                                                          2. 依据速度定义计算 v=s/t;m 除以 s 得到 m/s。
                                                                          3. 如需换成 km/h,把 m/s 数值乘 3.6,并在比较前统一速度单位。

                                                                          常见错误与实测结果

                                                                          把速度写成路程乘时间。已实测 · 量纲一致性 抓住
                                                                          错误写法 v = s·t
                                                                          速度是单位时间内通过的路程,需用路程除以时间;相乘的单位也不再是 m/s。
                                                                          实测记录左端L·T⁻¹,右端L·T
                                                                          换算 m/s 与 km/h 时忘记乘 3.6,或把乘除方向写反。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                          错误写法 vk = v/3.6
                                                                          1 m/s=3.6 km/h;5 m/s 应为 18 km/h,而不是约 1.4 km/h。
                                                                          实测记录情境「步行测量」:算得vk=1.38888888889;参考18;有效容差1.8e-05

                                                                          典型例题

                                                                          小明沿同一直线同方向在20 s内走过100 m,求这段平均速度大小并换算成km/h。

                                                                          1. v=s/t=100/20=5 m/s。
                                                                          2. 换算为 km/h:5×3.6=18 km/h。

                                                                          答案平均速度为 5 m/s,即 18 km/h。

                                                                          速度路程时间单位换算
                                                                          后续:motion-02
                                                                          motion-02

                                                                          直线运动

                                                                          难度:基础范围:初中校验 12/12

                                                                          直线运动图像

                                                                          路程—时间图中横轴时间、纵轴路程;匀速直线运动的斜率表示速度,不是纵坐标本身。速度—时间图的纵坐标是速度,匀速时为水平线;初中优先读数、比较快慢,面积算路程列为拓展。分段速度直接平均只在两段用时相同时适用;等路程两段往往不满足。

                                                                          匀速运动路程—时间图0123402468时间 / s路程 / m
                                                                          直接看图:3 s时路程6 m,1到3 s增加4 m;处理图中两点,斜率4 m÷2 s=2 m/s。纵坐标不是速度。

                                                                          定义

                                                                          物体沿直线运动时,位置随时间变化。若相等时间内通过相等路程,运动是匀速直线运动;运动快慢改变时属于变速直线运动,常用全程平均速度描述整体快慢。

                                                                          物理意义

                                                                          分段运动的全程平均速度要用总路程除以总时间,不能把各段速度简单平均,除非时间或路程条件恰好支持。利用运动图像还要先读横纵轴和单位;折线斜率或面积的含义须根据图轴定义判断。

                                                                          符号

                                                                          符号含义单位
                                                                          s1第一段路程m
                                                                          s2第二段路程m
                                                                          t1第一段用时s
                                                                          t2第二段用时s
                                                                          s总全程总路程m
                                                                          t总全程总时间s
                                                                          v¯全程平均速度m/s
                                                                          v1第一段平均速度m/s
                                                                          v2第二段平均速度m/s

                                                                          公式与校验

                                                                          分段路程和时间求全程平均速度总路程为各段路程之和,总时间为各段用时之和。7/7 校验通过
                                                                          v¯=s1+s2t1+t2
                                                                          查看校验用原式v_avg = (s1+s2)/(t1+t2)
                                                                          校验记录(7 项)
                                                                            分段路程与时间的累计各段路程不重叠且覆盖整个计时区间。5/5 校验通过
                                                                            s总=s1+s2
                                                                            查看校验用原式s_total = s1+s2
                                                                            校验记录(5 项)

                                                                              推导要点

                                                                              1. 按每段路程与用时分别计算分段速度。
                                                                              2. 把没有重复计算的各段路程相加,并把各段用时相加。
                                                                              3. 用总路程除以总时间,得到全程平均速度。

                                                                              常见错误与实测结果

                                                                              不看分段时间和路程条件,直接把两段速度做算术平均。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                              错误写法 v = (v1+v2)/2
                                                                              两段各 100 m 时,10 m/s 与 2 m/s 的算术平均为 6 m/s,但全程平均速度是 200/60≈3.33 m/s。
                                                                              实测记录情境「两段各100米」:算得v=6;参考3.33333333333;有效容差6e-06
                                                                              计算全程平均速度时漏掉中途一段或漏计题目要求包含的时间。人工审核
                                                                              平均速度必须与题目界定的整段总路程和总时间对应,计时范围要先确认。
                                                                              实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                              典型例题

                                                                              物体沿同一直线同方向先以10 m/s运动10 s,再以2 m/s运动50 s,求全程平均速度大小。

                                                                              1. 第一段路程 100 m,第二段路程 100 m。
                                                                              2. 总路程 200 m,总时间 60 s。
                                                                              3. 平均速度为 200/60≈3.33 m/s。

                                                                              答案全程平均速度约为 3.33 m/s。

                                                                              直线运动匀速直线运动变速直线运动平均速度分段运动
                                                                              前置:motion-01 | 后续:motion-04
                                                                              motion-04

                                                                              运动的相对性

                                                                              难度:基础范围:初中校验 19/19

                                                                              运动的相对性

                                                                              机械运动是物体相对参照物的位置变化;选定参照物后才能判断动静。参照物可按研究方便选择,不能选研究对象自身来解释它是否运动。站台看列车运动,车内乘客看同座乘客静止;受力分析和运动描述是不同问题。相对速度加减属于同一直线的拓展量化。

                                                                              定义

                                                                              判断物体运动还是静止,必须选定参照物。同一物体相对不同参照物可能有不同运动状态;同一直线上两物体的相对速度可由它们速度之差或和求得,取决于运动方向。

                                                                              物理意义

                                                                              坐在行驶列车中的乘客相对车厢静止,但相对地面运动,这说明运动描述具有相对性。计算相对速度前先画出方向:同向追及取速度差,反向相向运动取速度和;速度大小关系决定相对位置变化方向,不能只看公式符号。

                                                                              符号

                                                                              符号含义单位
                                                                              vA物体 A 沿选定方向的速度大小m/s
                                                                              vB物体 B 沿选定方向的速度大小m/s
                                                                              v相对两物体之间的相对速度大小m/s
                                                                              s间距两物体间距在计时段内改变的大小m
                                                                              t观察的时间间隔s

                                                                              公式与校验

                                                                              同向运动的相对速度两物体沿同一直线同向运动,且 A 的速度大于 B 的速度;取间距改变速度的大小。7/7 校验通过
                                                                              v相对=vA−vB
                                                                              查看校验用原式v_rel = v_A-v_B
                                                                              校验记录(7 项)
                                                                                由间距变化和时间求相对速度间距变化量与时间间隔对应同一段直线运动,t 大于零。6/6 校验通过
                                                                                v相对=s间距t
                                                                                查看校验用原式v_rel = s_gap/t
                                                                                校验记录(6 项)
                                                                                  相向运动的相对速度两物体在同一直线上反向运动或相向而行,取速度大小。6/6 校验通过
                                                                                  v相对=vA+vB
                                                                                  查看校验用原式v_rel = v_A+v_B
                                                                                  校验记录(6 项)

                                                                                    推导要点

                                                                                    1. 先选定参照物和正方向,并判断两物体同向还是反向。
                                                                                    2. 同向运动时位置间隔变化率等于速度大小之差;反向运动时等于速度大小之和。
                                                                                    3. 也可测量一段时间内两物体间距的变化,再用间距变化量除以时间复算相对速度。

                                                                                    常见错误与实测结果

                                                                                    不分方向,把同向追及误按速度和计算。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                    错误写法 v相对 = vA+vB
                                                                                    同向追及的间隔变化率应为速度差;12 m/s 和 4 m/s 同向时是 8 m/s,不是 16 m/s。
                                                                                    实测记录情境「同向追及1秒」:算得v相对=16;参考8;有效容差1.6e-05
                                                                                    认为运动状态不需要说明参照物。人工审核
                                                                                    同一物体对车厢可能静止、对地面可能运动;判断前必须指定参照物。
                                                                                    实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                    典型例题

                                                                                    甲车以 12 m/s 向东行驶,乙车以 4 m/s 同向行驶;两车相距 40 m,求间距每秒变化多少。

                                                                                    1. 两车同向,取速度差:12-4=8 m/s。
                                                                                    2. 较快的甲车在后方追赶时,两车间距每秒减小 8 m;方向要结合相对位置判断。

                                                                                    答案间距变化速率为 8 m/s。

                                                                                    运动的相对性参照物相对速度追及相向运动
                                                                                    前置:motion-01、motion-02

                                                                                    物质的物理属性

                                                                                    按目录整理质量测量、密度,以及密度应用与其他物理属性的关系;未给没有可靠定量规律的属性硬编公式。

                                                                                    3 个知识点 · 7 条公式 · 43 项校验全部通过

                                                                                    prop-03

                                                                                    质量及其测量

                                                                                    难度:基础范围:初中校验 13/13

                                                                                    质量与天平

                                                                                    质量不随形状、状态、位置变化而改变,封闭相变后总质量不变。托盘天平水平放置,游码归零后调平衡螺母;左物右码,用镊子加减砝码,称量时不再调平衡螺母,游码读左缘。物体质量为右盘砝码质量加游码读数,且不能超量程;潮湿、有腐蚀性样品使用合适容器。1 t=1000 kg,1 kg=1000 g,1 g=1000 mg。

                                                                                    本章素养回顾(原创任务)

                                                                                    选择本章一个现象,写出结论、成立条件和证据;用另一条本章规律复核解释是否矛盾。指出一次测量或模型的局限,并说明还需什么证据;数值通过不替代概念辨析。

                                                                                    实验:用托盘天平测量物体质量

                                                                                    目的:测固体或带容器液体的质量。

                                                                                    装置与接法:托盘天平、砝码、镊子、干燥物体或烧杯。

                                                                                    控制、改变与观察:测前游码归零、空载调平;称量中只改砝码和游码。

                                                                                    步骤:

                                                                                    1. 天平放平、游码归零、调平衡螺母。
                                                                                    2. 左物右码,用镊子先大后小加减砝码,移动游码使平衡。
                                                                                    3. 读砝码总质量加游码左缘读数,写单位并归整器材。

                                                                                    数据与处理:设计示例(非实测):50 g砝码加游码2.4 g,质量52.4 g=0.0524 kg。

                                                                                    结论与条件:质量由砝码与游码合计得到,不受普通位置和形状变化影响。

                                                                                    误差与边界:物码颠倒时不能照常相加;游码未归零、超量程、手拿砝码或样品滴漏造成误差。

                                                                                    单位换算证据:52.4 g = 0.0524 kg。克转千克除以1000。

                                                                                    定义

                                                                                    质量表示物体所含物质的多少,国际单位是千克,实验中常用天平测量。物体从一个地点移到另一个地点,质量不因位置变化而改变;记录时应写清单位。

                                                                                    物理意义

                                                                                    使用天平前先放平、调平衡,再把物体和砝码按规范放置,砝码质量与游码示数相加得到物体质量。称量结果常需在 g 与 kg 之间换算;克数与千克数表示同一质量,不代表物体发生变化。测量值应根据仪器分度值合理记录。

                                                                                    符号

                                                                                    符号含义单位
                                                                                    mg以克记录的质量g
                                                                                    mkg同一质量以千克记录kg

                                                                                    公式与校验

                                                                                    克换算为千克同一质量单位换算,1000 g=1 kg。7/7 校验通过
                                                                                    mkg=mg1000
                                                                                    查看校验用原式m_kg = m_g/1000
                                                                                    校验记录(7 项)
                                                                                      千克换算为克同一质量单位换算,1 kg=1000 g。6/6 校验通过
                                                                                      mg=1000⁢mkg
                                                                                      查看校验用原式m_g = 1000*m_kg
                                                                                      校验记录(6 项)

                                                                                        推导要点

                                                                                        1. 用天平测得物体质量,并记录天平示数和所用质量单位。
                                                                                        2. 按 1 kg=1000 g 换算:克换成千克除以 1000,千克换成克乘以 1000。
                                                                                        3. 换算后再反向换回,核对读数是否与原始称量一致。

                                                                                        常见错误与实测结果

                                                                                        克换千克时少除一个 10,产生十倍偏差。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                        错误写法 mkg = mg/100
                                                                                        450 g 应为 0.45 kg;若只除以 100,会得到 4.5 kg。
                                                                                        实测记录情境「小物体称量」:算得mkg=4.5;参考0.45;有效容差4.5e-06
                                                                                        认为物体移到月球后质量随重力变小。人工审核
                                                                                        质量表示物体所含物质多少,不随位置变化;变化的是物体受到的重力。
                                                                                        实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                        典型例题

                                                                                        天平测得一块金属质量为 780 g,换算成千克。

                                                                                        1. 1000 g=1 kg。
                                                                                        2. 780÷1000=0.780 kg。

                                                                                        答案质量为 0.780 kg。

                                                                                        质量天平千克克质量测量
                                                                                        后续:prop-01
                                                                                        prop-01

                                                                                        密度

                                                                                        难度:基础范围:初中校验 17/17

                                                                                        密度与单位

                                                                                        同种均匀材料在温度、状态相同条件下质量与体积成正比,比值称密度,不由样品多少决定。1 g/cm³=1000 kg/m³;1 mL=1 cm³,1 L=1000 mL=0.001 m³。水在普通室温下密度约1000 kg/m³,仅为近似;不同温度及物态会改变密度,水结冰质量不变但体积增大。

                                                                                        实验:测量液体密度

                                                                                        目的:用倒出液体质量与量筒体积测密度,减少残留误差。

                                                                                        装置与接法:天平、烧杯、量筒、待测液体。

                                                                                        控制、改变与观察:同一样品,质量差对应倒入量筒的体积。

                                                                                        步骤:

                                                                                        1. 称烧杯加液体总质量。
                                                                                        2. 倒一部分进量筒,读凹液面最低处体积。
                                                                                        3. 再称烧杯加剩余液体质量,两次质量之差除以量筒体积。

                                                                                        数据与处理:设计示例(非实测):初次80 g、剩余40 g,量筒50 mL,倒出40 g,密度0.8 g/cm³=800 kg/m³。

                                                                                        结论与条件:相减后质量与实际倒出液体一一对应。

                                                                                        误差与边界:若先称空杯再称全部液体,随后倒量筒且忽略杯壁残留,体积偏小而密度偏大;洒出液体也会破坏对应关系。

                                                                                        均匀材料质量—体积图0204060054108162体积 / cm³质量 / g
                                                                                        直接读图:20 cm³对应54 g,40 cm³对应108 g;两点斜率54 g÷20 cm³=2.7 g/cm³。质量增加但密度不随样品大小改变。

                                                                                        单位换算证据:250 mL = 0.00025 m³。1 mL=1 cm³=10⁻⁶ m³。

                                                                                        单位换算证据:1 L = 0.001 m³。1 L=1000 cm³=0.001 m³。

                                                                                        单位换算证据:2.7 g/cm³ = 2700 kg/m³。质量倍率10⁻³、体积倍率10⁻⁶,比值倍率1000。

                                                                                        数量级示例:1000 kg/m³,参考区间 950~1050 kg/m³。普通温度液态水密度的宽估计区间,不适用于冰和高压状态。

                                                                                        定义

                                                                                        密度是物质单位体积的质量,等于物体质量与体积之比。对同一种均匀物质,密度通常可用于识别材料;物体质量和体积同时变化时,不能只凭其中一个量判断密度。

                                                                                        物理意义

                                                                                        测密度要分别可靠地测质量和体积,再用质量除以体积;不规则物体可用排水法测体积。读质量—体积图线时,密度对应斜率而不是任意一点的纵坐标。先统一质量和体积单位,常见换算为 1 g/cm³=1000 kg/m³。

                                                                                        符号

                                                                                        符号含义单位
                                                                                        m物体质量kg
                                                                                        V物体体积m³
                                                                                        ρ物质密度kg/m³
                                                                                        m1质量—体积图线上第一个读数点的质量kg
                                                                                        m2质量—体积图线上第二个读数点的质量kg
                                                                                        V1质量—体积图线上第一个读数点的体积m³
                                                                                        V2质量—体积图线上第二个读数点的体积m³
                                                                                        V1放入物体前液体体积mL
                                                                                        V2物体完全浸入后液体总体积mL
                                                                                        Vo被测物体体积mL

                                                                                        公式与校验

                                                                                        由质量和体积求密度质量和体积对应同一物体,且 m 用 kg、V 用 m³。7/7 校验通过
                                                                                        ρ=mV
                                                                                        查看校验用原式rho = m/V
                                                                                        校验记录(7 项)
                                                                                          由密度和体积求质量物体密度均匀,ρ 用 kg/m³、V 用 m³。5/5 校验通过
                                                                                          m=ρ⋅V
                                                                                          查看校验用原式m = rho*V
                                                                                          校验记录(5 项)
                                                                                            读取质量—体积图线斜率求密度同一种均匀物质的质量—体积图线为正比例关系,读数点体积不同且质量、体积单位统一。5/5 校验通过
                                                                                            ρ=m2−m1V2−V1
                                                                                            查看校验用原式rho = (m_2-m_1)/(V_2-V_1)
                                                                                            校验记录(5 项)

                                                                                              推导要点

                                                                                              1. 密度定义为质量与体积的比值,先确认两者属于同一物体。
                                                                                              2. 用 m/V 计算密度并检查单位,kg 除以 m³ 得到 kg/m³。
                                                                                              3. 在质量—体积图线上选取两个不同体积的点,用质量差除以体积差求斜率;均匀物质的该斜率就是密度。
                                                                                              4. 将定义式变形,可由密度和体积求质量。

                                                                                              常见错误与实测结果

                                                                                              把密度写成体积除以质量。已实测 · 量纲一致性 抓住
                                                                                              错误写法 ρ = V/m
                                                                                              密度定义是单位体积的质量;质量越多而体积不变时,密度应增大。
                                                                                              实测记录左端M·L⁻³,右端M⁻¹·L³
                                                                                              质量已经用 kg 表示时,又多除以 1000,造成密度少算 1000 倍。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                              错误写法 ρ = (m/1000)/V
                                                                                              情境中的质量已是 kg,无须再次换算成吨;一升水应为 1000 kg/m³,不是 1 kg/m³。
                                                                                              实测记录情境「一升水」:算得ρ=1;参考1000;有效容差0.001
                                                                                              认为同一种物质的物体质量越大,密度一定越大。人工审核
                                                                                              在温度和状态相同、物质均匀时,质量和体积同比变化,密度不随样品多少改变。
                                                                                              实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                              典型例题

                                                                                              一块均匀材料质量为 2 kg,体积为 0.001 m³,求密度。

                                                                                              1. ρ=m/V=2/0.001=2000 kg/m³。
                                                                                              2. 单位为 kg/m³,表示每立方米该材料的质量。

                                                                                              答案密度为 2000 kg/m³。

                                                                                              密度质量体积质量体积图像
                                                                                              后续:prop-02
                                                                                              prop-02

                                                                                              密度知识的应用与物质的物理属性

                                                                                              难度:基础范围:初中校验 13/13

                                                                                              密度应用与物理属性

                                                                                              依据密度可估算质量、体积或辅助鉴别物质,但相近密度不证明材料相同。用已知材料密度反算实心体积,再和总体积比较可判断空心情况。选电线芯看导电性,锅体看导热性,工具刃看硬度,弹簧看弹性,分选钢铁看磁性;不同属性不能用密度大小包办。

                                                                                              跨学科实践(原创任务)

                                                                                              选择保温杯材料方案:分别比较导热、密度、耐用与成本。给同体积样品算质量,设计同初温同水量的降温比较,再画结构草图说明为何导热率不同;密度本身不能证明保温性能。

                                                                                              实验:测量固体密度

                                                                                              目的:用质量和排开液体体积求不规则固体密度。

                                                                                              装置与接法:天平、量筒、水、细线、不溶不吸水且能下沉的样品。

                                                                                              控制、改变与观察:同一干燥样品,测质量和前后体积,排除气泡。

                                                                                              步骤:

                                                                                              1. 先用调平天平测干燥样品质量。
                                                                                              2. 量筒放水平,视线与凹液面最低处齐平,读初始体积。
                                                                                              3. 细线放入样品使完全浸没且无气泡,读最终体积,做差再除质量。

                                                                                              数据与处理:设计示例(非实测):质量54 g,体积由40 mL到60 mL,样品20 cm³,密度2.7 g/cm³=2700 kg/m³。

                                                                                              结论与条件:排水差是固体体积,质量除以体积为密度。

                                                                                              误差与边界:先浸水再称会因附着水使质量偏大;气泡使体积偏大、密度偏小;吸水和溶解样品不直接适用。

                                                                                              定义

                                                                                              密度知识可用于鉴别材料、判断空心与实心、估测质量或体积;物质还具有硬度、弹性、导电性、导热性和磁性等属性。测量不规则固体时可用排水法求体积,再结合质量求密度。

                                                                                              物理意义

                                                                                              同一种材料通常具有相对稳定的密度,但温度、状态和测量误差会影响实际数值;判断材料时应结合多个证据。密度只是物质多种物理属性之一,不能用密度代替硬度、导电性或磁性。排水法读数时要排除气泡并保证物体完全浸没且不溶于水。

                                                                                              符号

                                                                                              符号含义单位
                                                                                              V1放入物体前液体体积mL
                                                                                              V2物体完全浸入后液体总体积mL
                                                                                              Vo被测物体体积mL
                                                                                              m被测物体质量g
                                                                                              ρ被测物体密度g/mL
                                                                                              V物体体积m³
                                                                                              m1质量—体积图线上第一个读数点的质量kg
                                                                                              m2质量—体积图线上第二个读数点的质量kg
                                                                                              V1质量—体积图线上第一个读数点的体积m³
                                                                                              V2质量—体积图线上第二个读数点的体积m³

                                                                                              公式与校验

                                                                                              排水法求物体体积物体完全浸没、不吸水且液体体积读数单位相同。7/7 校验通过
                                                                                              Vo=V2−V1
                                                                                              查看校验用原式V_o = V2-V1
                                                                                              校验记录(7 项)
                                                                                                由排水体积求材料密度物体质量以 g、测得体积以 mL 计,密度单位为 g/mL。6/6 校验通过
                                                                                                ρ=mVo
                                                                                                查看校验用原式rho = m/V_o
                                                                                                校验记录(6 项)

                                                                                                  推导要点

                                                                                                  1. 读取物体浸入前量筒体积 V1。
                                                                                                  2. 将物体完全浸没,读取液体总体积 V2。
                                                                                                  3. 用 V2-V1 得到排开液体体积,并在适用条件下视为物体体积。
                                                                                                  4. 若还测得物体质量,用 m/Vo 求密度。

                                                                                                  常见错误与实测结果

                                                                                                  把物体体积写成放入前后液体读数之和。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                  错误写法 Vo = V2+V1
                                                                                                  物体排开的是液面增加的部分,应以后读数减前读数;50 mL 升至 70 mL,物体体积为 20 mL。
                                                                                                  实测记录情境「铝块测量一」:算得Vo=120;参考20;有效容差0.00012
                                                                                                  物体未完全浸没或吸水时,仍直接把液面差当作物体体积。人工审核
                                                                                                  排水法成立需要完全浸没、体积读数可靠且物体不吸水、不溶解;实验条件不满足时需改用其他方法。
                                                                                                  实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                                  典型例题

                                                                                                  物体质量 54 g,浸入前量筒读数 50 mL,完全浸没后为 70 mL,求体积和密度。

                                                                                                  1. Vo=70-50=20 mL。
                                                                                                  2. ρ=54/20=2.7 g/mL。

                                                                                                  答案体积为 20 mL,密度为 2.7 g/mL。

                                                                                                  密度应用排水法物质的物理属性材料鉴别拓展
                                                                                                  前置:prop-01

                                                                                                  力

                                                                                                  按苏科版2024目录整理力与弹力、重力与力的示意图、摩擦力和力的相互作用;弹簧线性关系单列为拓展,摩擦力计算严格限定实验条件。

                                                                                                  4 个知识点 · 8 条公式 · 51 项校验全部通过

                                                                                                  force-03

                                                                                                  力 弹力

                                                                                                  难度:拓展范围:初中主线;公式含拓展校验 13/13

                                                                                                  力、弹力与测力计

                                                                                                  力是物体间相互作用,能使物体形变或改变运动状态;大小、方向、作用点是力的三要素。弹性形变恢复时产生弹力,塑性形变不一定可恢复。弹簧测力计使用前看量程、分度值并沿受力方向调零,力沿轴线、待示数稳定后读数,不超量程。弹簧正比式仅是拓展模型,不是所有材料普遍定律。

                                                                                                  本章素养回顾(原创任务)

                                                                                                  选择本章一个现象,写出结论、成立条件和证据;用另一条本章规律复核解释是否矛盾。指出一次测量或模型的局限,并说明还需什么证据;数值通过不替代概念辨析。

                                                                                                  实验:用弹簧测力计测量力

                                                                                                  目的:沿轴线读取力的大小。

                                                                                                  装置与接法:合适量程测力计、钩码。

                                                                                                  控制、改变与观察:同一仪器沿受力方向调零,观察稳定读数。

                                                                                                  步骤:

                                                                                                  1. 确认量程和分度值、沿使用方向调零。
                                                                                                  2. 悬挂钩码使力沿轴线,避免侧向卡碰。
                                                                                                  3. 稳定后垂直刻度面读数,取下钩码检查归零。

                                                                                                  数据与处理:设计示例(非实测):分度值0.1 N、示数1.5 N,不能写1.5 kg。

                                                                                                  结论与条件:示数表示拉力大小;静止悬挂时可等于钩码重力。

                                                                                                  误差与边界:超量程、侧拉、零点偏移和摆动会影响读数,不能用未校正示数直接比较。

                                                                                                  定义

                                                                                                  物体发生弹性形变时会产生弹力,弹力方向与形变方向相反。对形变范围内近似线性的弹簧,弹力大小可用弹簧劲度系数与形变量的乘积估算;超出弹性范围时不能套用线性关系。

                                                                                                  物理意义

                                                                                                  弹力可以通过弹簧测力计感受和测量,弹簧伸长量越大,弹力通常越大。这里的 F=kx 是线性弹簧的拓展模型,教材基础要求主要是辨认弹力、方向和产生条件;实际弹簧若发生明显弯折、塑性形变或接近极限,比例关系不再适用。

                                                                                                  符号

                                                                                                  符号含义单位
                                                                                                  Fe弹簧弹力大小N
                                                                                                  k线性弹簧劲度系数N/m
                                                                                                  x弹簧相对原长的形变量m

                                                                                                  公式与校验

                                                                                                  线性弹簧弹力与形变量关系拓展计算,非本卡初中必背主线。仅用于弹性限度内近似线性的弹簧;x 是相对原长的形变量。7/7 校验通过
                                                                                                  Fe=k⋅x
                                                                                                  查看校验用原式F_e = k*x
                                                                                                  校验记录(7 项)
                                                                                                    由弹力和劲度系数求形变量拓展计算,非本卡初中必背主线。弹簧仍在线性弹性范围内,k 大于零。6/6 校验通过
                                                                                                    x=Fek
                                                                                                    查看校验用原式x = F_e/k
                                                                                                    校验记录(6 项)

                                                                                                      推导要点

                                                                                                      1. 确定弹簧原长和受力后的长度,两者之差为形变量 x。
                                                                                                      2. 在线性弹性范围内,实验表明弹力大小与形变量成正比,比例系数为 k。
                                                                                                      3. 使用 Fe=kx 前检查弹簧没有超过弹性限度,并统一 N、N/m 和 m。

                                                                                                      常见错误与实测结果

                                                                                                      误把弹力大小写成线性弹簧kx的一半。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                      错误写法 Fe = k·x/2
                                                                                                      弹性限度内的线性弹簧关系为kx,不带二分之一;这里是错误增加了除2,不是漏掉正确系数。
                                                                                                      实测记录情境「小形变弹簧」:算得Fe=1;参考2;有效容差2e-06
                                                                                                      认为任何材料、任何形变都遵守线性弹簧关系。人工审核
                                                                                                      线性关系只适用于弹性限度内近似线性的弹簧;塑性形变或超过弹性限度时不可套用。
                                                                                                      实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                                      典型例题

                                                                                                      劲度系数为 100 N/m 的弹簧在弹性限度内伸长 0.03 m,估算弹力。

                                                                                                      1. 确认形变量在弹性限度内。
                                                                                                      2. Fe=kx=100×0.03=3 N。

                                                                                                      答案弹力约为 3 N。

                                                                                                      弹力弹性形变弹簧劲度系数拓展
                                                                                                      前置:force-01 | 后续:force-04
                                                                                                      force-01

                                                                                                      重力 力的示意图

                                                                                                      难度:基础范围:初中校验 12/12

                                                                                                      重力与示意图

                                                                                                      重力源于地球对物体的吸引,方向竖直向下,重心是画重力示意图的作用点模型。规则、均匀物体常取几何中心,不规则或不均匀物体需另判。悬线可帮助确定竖直方向;沿重心画带箭头线段并标重力。g可近似9.8 N/kg,题目指定10 N/kg则按指定值;不能把质量克数直接乘g。

                                                                                                      定义

                                                                                                      地球附近的物体受到重力,重力方向竖直向下,大小与物体质量近似成正比。力的示意图用带箭头的线段表示力的大小、方向和作用点;作图前先选定研究对象。

                                                                                                      物理意义

                                                                                                      在地球表面附近常用 G=mg 估算重力,比例系数 g 约为 9.8 N/kg,粗略计算可取 10 N/kg。质量和重力不是同一个量:质量用 kg,重力用 N。画示意图时箭头方向表示力方向,线段长短可按比例表示大小,不要把重力方向画成总是垂直于斜面。

                                                                                                      符号

                                                                                                      符号含义单位
                                                                                                      G物体所受重力N
                                                                                                      m物体质量kg
                                                                                                      mg以克记录的质量数值,代入前要换成 kgg
                                                                                                      g当地重力与质量的比值,估算取 10 N/kgN/kg
                                                                                                      FAB物体 A 对物体 B 的作用力大小N
                                                                                                      FBA物体 B 对物体 A 的作用力大小N
                                                                                                      FABxA 对 B 的作用力沿选定方向的分量,正负表示方向N
                                                                                                      FBAxB 对 A 的作用力沿同一选定方向的分量,正负表示方向N
                                                                                                      F合这两个相互作用力沿选定方向的分量代数和N

                                                                                                      公式与校验

                                                                                                      质量与重力的关系近地面估算时取 g≈10 N/kg;更精确计算可按题目给定 g。7/7 校验通过
                                                                                                      G=m⋅g
                                                                                                      查看校验用原式G = m*g
                                                                                                      校验记录(7 项)
                                                                                                        由重力估算质量重力 G 与当地重力加速度 g 已知,且 g 不为零。5/5 校验通过
                                                                                                        m=Gg
                                                                                                        查看校验用原式m = G/g
                                                                                                        校验记录(5 项)

                                                                                                          推导要点

                                                                                                          1. 物体质量为 m,每千克物体受到的重力用 g 表示。
                                                                                                          2. 重力随质量成正比,所以重力大小为 G=m·g。
                                                                                                          3. 移项可由重力与当地 g 反算物体质量。

                                                                                                          常见错误与实测结果

                                                                                                          把重力写成质量除以 g。已实测 · 量纲一致性 抓住
                                                                                                          错误写法 G = m/g
                                                                                                          g 的单位是 N/kg,重力应为 m·g 才得到 N;除法会得到不符合力单位的结果。
                                                                                                          实测记录左端M·L·T⁻²,右端M·L⁻¹·T²
                                                                                                          质量以克记录时,把克的数值直接当作 kg 代入重力公式。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                          错误写法 G = mg·g
                                                                                                          200 g 应先换成 0.2 kg;把数值 200 直接代入会把重力算大 1000 倍。
                                                                                                          实测记录情境「克单位误代」:算得G=2000;参考2;有效容差0.002
                                                                                                          把质量和重力看成同一个量,直接用 kg 表示重力。人工审核
                                                                                                          质量单位为 kg,重力单位为 N;二者通过当地 g 联系,但概念和单位不同。
                                                                                                          实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                                          典型例题

                                                                                                          一只质量 3 kg 的物体在地面附近运动,取 g=10 N/kg,求其重力。

                                                                                                          1. G=mg=3×10=30 N。
                                                                                                          2. 重力方向竖直向下。

                                                                                                          答案重力大小为 30 N,方向竖直向下。

                                                                                                          重力质量力的示意图竖直向下
                                                                                                          后续:force-02
                                                                                                          force-04

                                                                                                          摩擦力

                                                                                                          难度:基础范围:初中校验 13/13

                                                                                                          摩擦力

                                                                                                          滑动摩擦力与接触面粗糙程度、压力有关。研究压力时保持接触面相同;研究粗糙程度时保持压力相同。水平匀速拉木块时拉力可代替摩擦力大小,非匀速就不能直接等同。走路时地面对脚的摩擦力可向前,摩擦不总是阻碍物体相对地面运动。润滑、变滑动为滚动可减小部分摩擦,纹路和增压可增大部分摩擦。

                                                                                                          实验:探究滑动摩擦力大小的影响因素

                                                                                                          目的:区分压力与接触面粗糙程度。

                                                                                                          装置与接法:木块、测力计、木板、粗糙面、砝码。

                                                                                                          控制、改变与观察:改变压力时保持接触面,改变粗糙程度时保持压力;观察匀速读数。

                                                                                                          步骤:

                                                                                                          1. 沿水平拉木块做匀速直线运动,读稳定拉力。
                                                                                                          2. 加砝码而保持接触面不变,重复。
                                                                                                          3. 换粗糙面而保持总压力不变,重复并分组比较。

                                                                                                          数据与处理:设计示例(非实测):同面压力由2 N增到4 N,拉力由0.6 N增到1.2 N;压力2 N换粗糙面,拉力可变0.9 N。

                                                                                                          结论与条件:在该实验范围内,压力大或接触面粗糙时滑动摩擦力通常较大;不由两点数据宣称普遍精确比例。

                                                                                                          误差与边界:拉力不水平或运动不匀速时不能直接代替摩擦力;压力不是任意情况下的重力。

                                                                                                          定义

                                                                                                          两个相互接触的物体发生或将要发生相对运动时,接触面会产生阻碍相对运动的摩擦力。摩擦力方向沿接触面,且与相对运动或相对运动趋势方向相反。

                                                                                                          物理意义

                                                                                                          摩擦力大小受压力和接触面情况等因素影响,不能仅凭物体是否运动判断。水平面上用弹簧测力计匀速拉动木块,若水平方向只受拉力和滑动摩擦力,则两力平衡,拉力读数等于摩擦力大小。改变条件时要区分静摩擦和滑动摩擦,不能把本实验结论推广到所有情况。

                                                                                                          符号

                                                                                                          符号含义单位
                                                                                                          Ff滑动摩擦力大小N
                                                                                                          F拉水平拉力大小N
                                                                                                          F合水平方向合力N

                                                                                                          公式与校验

                                                                                                          匀速水平拉动时摩擦力等于拉力木块在水平面上匀速运动,且水平方向只有拉力和滑动摩擦力。7/7 校验通过
                                                                                                          Ff=F拉
                                                                                                          查看校验用原式F_f = F_pull
                                                                                                          校验记录(7 项)
                                                                                                            匀速滑动时水平合力沿运动方向取正,水平合力等于拉力减去反向摩擦力;匀速时合力为零。6/6 校验通过
                                                                                                            F合=F拉−Ff
                                                                                                            查看校验用原式F_net = F_pull-F_f
                                                                                                            校验记录(6 项)

                                                                                                              推导要点

                                                                                                              1. 确定接触面和相对运动方向,先画出摩擦力方向。
                                                                                                              2. 木块匀速说明速度不变;在水平方向只有拉力和摩擦力时,合力为零。
                                                                                                              3. 因此两力大小相等;若存在其他水平力或木块有加速度,需重新列合力。

                                                                                                              常见错误与实测结果

                                                                                                              在水平匀速实验中把摩擦力误算为拉力的一半。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                              错误写法 Ff = F拉/2
                                                                                                              水平方向只有拉力和摩擦力且物体匀速时,两力平衡,大小应相等。
                                                                                                              实测记录情境「木块匀速滑动」:算得Ff=1.25;参考2.5;有效容差2.5e-06
                                                                                                              认为摩擦力总是阻碍物体相对地面的运动。人工审核
                                                                                                              摩擦力阻碍的是接触面间的相对运动或相对运动趋势,方向应结合两个接触物体判断。
                                                                                                              实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                                              典型例题

                                                                                                              水平桌面上木块被 3 N 的水平拉力匀速拉动,水平方向只有拉力和摩擦力,求摩擦力。

                                                                                                              1. 匀速说明水平方向合力为零。
                                                                                                              2. 摩擦力与拉力反向且大小相等。

                                                                                                              答案摩擦力大小为 3 N。

                                                                                                              摩擦力滑动摩擦匀速受力平衡
                                                                                                              前置:force-01 | 后续:force-02
                                                                                                              force-02

                                                                                                              力的作用是相互的

                                                                                                              难度:基础范围:初中校验 13/13

                                                                                                              相互作用力与平衡力

                                                                                                              同时写清两个物体与力的方向:手推墙、墙推手是一对相互作用力,大小相等、方向相反、分别作用在不同物体上。桌对书支持力与书受到的重力可为平衡力,它们作用于同一本书。质量不同不意味着相互作用力不等大;同一个力不能只凭名称判类别。

                                                                                                              定义

                                                                                                              物体间的相互作用总是成对出现:物体 A 对 B 施力时,B 同时对 A 施加大小相等、方向相反的力。两力作用在不同物体上,因此不会互相抵消。

                                                                                                              物理意义

                                                                                                              判断一对相互作用力时要同时指出施力物体和受力物体,再比较大小、方向和作用时间。船桨推水、水推船向前,说明作用力和反作用力分别作用在不同物体上。不能把它们误当成同一物体的平衡力。

                                                                                                              符号

                                                                                                              符号含义单位
                                                                                                              FAB物体 A 对物体 B 的作用力大小N
                                                                                                              FBA物体 B 对物体 A 的作用力大小N
                                                                                                              FABxA 对 B 的作用力沿选定方向的分量,正负表示方向N
                                                                                                              FBAxB 对 A 的作用力沿同一选定方向的分量,正负表示方向N
                                                                                                              F合这两个相互作用力沿选定方向的分量代数和N

                                                                                                              公式与校验

                                                                                                              相互作用力大小相等比较同一时刻同一对相互作用力的大小,方向相反且作用在不同物体上。7/7 校验通过
                                                                                                              FAB=FBA
                                                                                                              查看校验用原式F_AB = F_BA
                                                                                                              校验记录(7 项)
                                                                                                                同一方向轴上的相互作用力分量相反沿同一直线选定正方向记录两个力的分量时,两个力同时作用且方向相反。6/6 校验通过
                                                                                                                F合=FABx+FBAx
                                                                                                                查看校验用原式F_sum = F_ABx + F_BAx
                                                                                                                校验记录(6 项)

                                                                                                                  推导要点

                                                                                                                  1. 先确定施力物体和受力物体,给两个力分别标记作用对象。
                                                                                                                  2. 观察或用相互作用实验比较同一时刻两力的大小。
                                                                                                                  3. 作用力与反作用力大小相等、方向相反,但分别作用于两个物体。

                                                                                                                  常见错误与实测结果

                                                                                                                  把反作用力大小误写成作用力的一半。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                  错误写法 FBA = FAB/2
                                                                                                                  成对相互作用力大小相等;物体质量不同不会使某一方只受一半力,分别作用于两个物体也不改变大小关系。
                                                                                                                  实测记录情境「手推墙」:算得FBA=2.5;参考5;有效容差5e-06
                                                                                                                  把作用在两个物体上的相互作用力当成作用在一个物体上的平衡力。人工审核
                                                                                                                  平衡力作用在同一物体上,而相互作用力分别作用在两个物体上;即使大小相等,也不能把这两类力混为一谈。
                                                                                                                  实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                                                  典型例题

                                                                                                                  学生用 30 N 的力推墙,墙对学生的作用力大小是多少?

                                                                                                                  1. 学生对墙和墙对学生是一对相互作用力。
                                                                                                                  2. 同一对力大小相等、方向相反,故墙对学生的力大小为 30 N。

                                                                                                                  答案30 N。

                                                                                                                  相互作用力作用力与反作用力大小相等方向相反

                                                                                                                  力与运动

                                                                                                                  按苏科版2024目录整理二力平衡、牛顿第一定律与力和运动的关系;牛顿第二定律公式只作明确标记的拓展预览。

                                                                                                                  3 个知识点 · 6 条公式 · 38 项校验全部通过

                                                                                                                  fmotion-01

                                                                                                                  二力平衡

                                                                                                                  难度:基础范围:初中校验 13/13

                                                                                                                  二力平衡

                                                                                                                  四个条件是同一物体、同一直线、大小相等、方向相反,缺一不可。静止或匀速直线运动是平衡状态;转弯即使速率不变也不属于匀速直线运动。书静止在桌上时支持力与重力平衡,书对桌的压力不在书的受力图中。

                                                                                                                  本章素养回顾(原创任务)

                                                                                                                  选择本章一个现象,写出结论、成立条件和证据;用另一条本章规律复核解释是否矛盾。指出一次测量或模型的局限,并说明还需什么证据;数值通过不替代概念辨析。

                                                                                                                  定义

                                                                                                                  物体在两个力作用下保持静止或匀速直线运动时,这两个力互相平衡。二力平衡要求大小相等、方向相反、作用在同一条直线上,并作用于同一物体。

                                                                                                                  物理意义

                                                                                                                  判断二力是否平衡,不能只看大小相等,还要检查方向、作用线和研究对象。沿同一直线取一个正方向后,反向两力的合力可用带方向的代数和表示;平衡时合力为零。作用力和反作用力虽然大小相等方向相反,但作用于不同物体,不能当作同一物体上的平衡力。

                                                                                                                  符号

                                                                                                                  符号含义单位
                                                                                                                  F1沿选定方向的第一个力的大小N
                                                                                                                  F2与第一个力反向的第二个力的大小N
                                                                                                                  F合沿选定方向的合力N

                                                                                                                  公式与校验

                                                                                                                  反向共线两力的合力F1、F2 沿同一直线且方向相反;正方向取为 F1 方向。8/8 校验通过
                                                                                                                  F合=F1−F2
                                                                                                                  查看校验用原式F_net = F1-F2
                                                                                                                  校验记录(8 项)
                                                                                                                    二力平衡条件两个力作用在同一物体、同一直线上且方向相反。5/5 校验通过
                                                                                                                    F1=F2
                                                                                                                    查看校验用原式F1 = F2
                                                                                                                    校验记录(5 项)

                                                                                                                      推导要点

                                                                                                                      1. 先画出物体所受力,确认两个力作用在同一物体上。
                                                                                                                      2. 检查两力是否在同一直线、方向相反且大小相等。
                                                                                                                      3. 沿选定方向计算代数和,等大反向时合力为零。
                                                                                                                      4. 依据合力为零,物体保持静止或匀速直线运动状态。

                                                                                                                      常见错误与实测结果

                                                                                                                      两个反向力大小相等时,把合力写成两力相加。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                      错误写法 F合 = F1+F2
                                                                                                                      方向相反的共线力应按选定正方向做代数相减;5 N 与 5 N 反向合力为零。
                                                                                                                      实测记录情境「桌面静止木块」:算得F合=10;参考0;有效容差1e-05
                                                                                                                      认为合力为零就说明物体一定静止。人工审核
                                                                                                                      合力为零时物体保持原来的运动状态;原来运动的物体可继续做匀速直线运动。
                                                                                                                      实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                                                      典型例题

                                                                                                                      木块原来在水平面上向右运动,水平方向只有8 N向右拉力和8 N向左摩擦力,判断水平合力及此后运动状态。

                                                                                                                      1. 取向右为正方向,合力为 8-8=0 N。
                                                                                                                      2. 合力为零可保持已有运动状态;若木块原来匀速,则继续匀速直线运动。

                                                                                                                      答案水平合力0 N,木块保持原速度向右作匀速直线运动。

                                                                                                                      二力平衡合力平衡条件受力分析
                                                                                                                      前置:force-02 | 后续:fmotion-02
                                                                                                                      fmotion-02

                                                                                                                      牛顿第一定律

                                                                                                                      难度:基础范围:初中校验 12/12

                                                                                                                      牛顿第一定律与惯性

                                                                                                                      让同一小车从同一斜面高度静止释放,分别在毛巾、棉布和木板上运动;阻力越小,速度改变越慢,运动越远。完全无阻力不能在课堂真正实现,定律是实验基础上的科学推理。所有物体都有惯性,惯性大小由质量决定,与是否运动无关,不称“惯性力”。急刹车时人因惯性保持原运动状态,安全带提供使其运动状态改变的力。

                                                                                                                      跨学科实践(原创任务)

                                                                                                                      解释乘车制动时安全带的作用:画制动前后人的运动趋势与安全带作用方向,结合惯性和交通规则提出乘坐建议。只做小车与模型物的低能量演示,不让学生用急刹车或人体碰撞来验证。

                                                                                                                      定义

                                                                                                                      一切物体在没有受到外力作用时,总保持静止状态或匀速直线运动状态。现实中难以完全消除外力,实验通过减小阻力观察物体运动状态变化,从而理解惯性和力的作用。

                                                                                                                      物理意义

                                                                                                                      惯性是物体保持原来运动状态的性质,质量越大通常越难改变运动状态。力不是维持运动的原因,而是改变运动状态的原因;当合力为零,物体可以静止,也可以保持原有速度做匀速直线运动。解释现象时要区分“有速度”和“有合力”。

                                                                                                                      符号

                                                                                                                      符号含义单位
                                                                                                                      s匀速直线运动通过的路程m
                                                                                                                      t通过路程所用的时间s
                                                                                                                      v匀速直线运动速度m/s
                                                                                                                      v1运动开始时速度m/s
                                                                                                                      v2一段时间后速度m/s

                                                                                                                      公式与校验

                                                                                                                      匀速直线运动的速度物体沿直线运动且速度大小不变,路程与计时区间匹配。7/7 校验通过
                                                                                                                      v=st
                                                                                                                      查看校验用原式v = s/t
                                                                                                                      校验记录(7 项)
                                                                                                                        合力为零时速度保持不变沿直线运动且合力为零;此式描述速度大小不变,方向也保持不变。5/5 校验通过
                                                                                                                        v2=v1
                                                                                                                        查看校验用原式v2 = v1
                                                                                                                        校验记录(5 项)

                                                                                                                          推导要点

                                                                                                                          1. 惯性使物体具有保持原有运动状态的倾向,不是额外施加在物体上的力。
                                                                                                                          2. 合力为零时,物体的运动状态不发生改变。
                                                                                                                          3. 若物体已沿直线匀速运动,则一段时间前后的速度相同。

                                                                                                                          常见错误与实测结果

                                                                                                                          把惯性说成物体继续运动的一个力。人工审核
                                                                                                                          惯性是物体本身的性质,不是力;分析速度改变仍要检查物体受到的合力。
                                                                                                                          实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核
                                                                                                                          速度已用 m/s 代入路程关系时,又额外乘 3.6,误把 km/h 换算重复做了一次。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                          错误写法 s = 3.6·v·t
                                                                                                                          匀速小车速度 10 m/s、时间 5 s,路程应为 50 m;再乘 3.6 会错算为 180 m。
                                                                                                                          实测记录情境「匀速小车」:算得s=180;参考50;有效容差0.00018
                                                                                                                          认为只有运动物体才有惯性,静止物体没有惯性。人工审核
                                                                                                                          惯性是所有物体的固有属性,静止物体也保持静止状态,质量越大惯性越大。
                                                                                                                          实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                                                          典型例题

                                                                                                                          传送带使物体沿直线以 8 m/s 匀速运动 3 s,求路程,并说明合力为零时速度如何变化。

                                                                                                                          1. 路程 s=vt=8×3=24 m。
                                                                                                                          2. 若合力为零,物体保持原来的匀速直线运动状态。

                                                                                                                          答案路程为 24 m;合力为零时速度保持不变。

                                                                                                                          牛顿第一定律惯性运动状态合力为零
                                                                                                                          前置:fmotion-01 | 后续:fmotion-03
                                                                                                                          fmotion-03

                                                                                                                          力与运动的关系

                                                                                                                          难度:拓展范围:初中主线;公式含拓展校验 13/13

                                                                                                                          力与运动的关系

                                                                                                                          合力为零时运动状态不变,可能静止也可能匀速直线运动;合力不为零时速度大小或方向会改变。力方向与速度方向不同并不矛盾,物体可以一边前进一边减速。下列加速度定量公式为高中拓展,不用它代替初中“是否平衡、如何改变状态”的解释。

                                                                                                                          定义

                                                                                                                          合力会改变物体的运动状态。对质量不变、合力恒定的物体,合力大小与加速度大小满足 F合=m·a;合力方向与加速度方向一致。该定量关系作为牛顿第二定律的拓展预览,不是初中本章的必背公式。

                                                                                                                          物理意义

                                                                                                                          观察相同质量的小车受到不同合力时的运动变化,可发现合力越大,加速度越大;合力相同时,质量更大,加速度更小。这里用 F合=m·a 把趋势定量表达,要求质量不变、合力恒定且单位统一为 kg、N、m/s²。初中课程首先要求理解力能改变运动状态。

                                                                                                                          符号

                                                                                                                          符号含义单位
                                                                                                                          F合物体所受合力大小N
                                                                                                                          m物体质量kg
                                                                                                                          a物体加速度大小m/s²
                                                                                                                          dv一段时间内速度变化量m/s
                                                                                                                          t速度变化所用时间s

                                                                                                                          公式与校验

                                                                                                                          恒定合力与加速度关系拓展计算,非本卡初中必背主线。质量不变且合力恒定时;单位分别为 kg、m/s²、N。7/7 校验通过
                                                                                                                          F合=m⋅a
                                                                                                                          查看校验用原式F_net = m*a
                                                                                                                          校验记录(7 项)
                                                                                                                            速度变化率表示加速度拓展计算,非本卡初中必背主线。加速度取速度变化量除以同一时间间隔,t 大于零。6/6 校验通过
                                                                                                                            a=dvt
                                                                                                                            查看校验用原式a = dv/t
                                                                                                                            校验记录(6 项)

                                                                                                                              推导要点

                                                                                                                              1. 确定研究对象,先合成同一直线上的各个力,得到合力 F合。
                                                                                                                              2. 在质量不变且合力恒定时,合力与加速度大小满足 F合=m·a。
                                                                                                                              3. 也可从速度变化量和时间求加速度,再与合力除以质量的结果比较。

                                                                                                                              常见错误与实测结果

                                                                                                                              把合力误写成质量与加速度乘积的一半。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                              错误写法 F合 = m·a/2
                                                                                                                              牛顿第二定律的拓展模型为 F合=m·a;2 kg 小车加速度 2 m/s² 时合力应为 4 N。
                                                                                                                              实测记录情境「二千克小车」:算得F合=2;参考4;有效容差4e-06
                                                                                                                              认为物体只要在运动,就一定受到沿运动方向的合力。人工审核
                                                                                                                              物体可以在合力为零时保持匀速直线运动;合力决定运动状态如何改变,不是维持运动的必要条件。
                                                                                                                              实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                                                              典型例题

                                                                                                                              质量 2 kg 的小车受到大小为 4 N 的恒定合力,估算其加速度。

                                                                                                                              1. 使用拓展关系 a=F合/m。
                                                                                                                              2. 代入 4÷2=2 m/s²,并确认合力方向与加速度方向一致。

                                                                                                                              答案加速度大小约为 2 m/s²。

                                                                                                                              力与运动合力加速度牛顿第二定律拓展
                                                                                                                              前置:fmotion-02

                                                                                                                              压强和浮力

                                                                                                                              按苏科版2024目录分为固体压强、液体压强、气体压强、浮力和浮沉判断;水银柱估算与静止液柱模型注明其适用条件。

                                                                                                                              5 个知识点 · 8 条公式 · 51 项校验全部通过

                                                                                                                              pressure-01

                                                                                                                              压强

                                                                                                                              难度:基础范围:初中校验 13/13

                                                                                                                              压力与压强

                                                                                                                              压力垂直接触面,大小不总等于重力;斜面、额外按压等情况须分析。海绵凹陷程度用于比较压力效果,控制压力比面积、控制面积比压力。宽背带、雪板增大受力面积以减小压强;尖刀刃减小受力面积以增大压强。1 cm²=0.0001 m²,面积换算须平方长度倍率。

                                                                                                                              本章素养回顾(原创任务)

                                                                                                                              选择本章一个现象,写出结论、成立条件和证据;用另一条本章规律复核解释是否矛盾。指出一次测量或模型的局限,并说明还需什么证据;数值通过不替代概念辨析。

                                                                                                                              单位换算证据:200 cm² = 0.02 m²。长度100倍率,面积平方为10000倍率。

                                                                                                                              定义

                                                                                                                              压力是垂直作用在接触面上的力;压强表示单位面积上受到的压力,p=F/S。压力固定时受力面积越小,压强越大;比较不同情境时要先确认压力方向和接触面积。

                                                                                                                              物理意义

                                                                                                                              压强能描述压力作用效果。计算固体压强时使用垂直接触面的压力和实际受力面积;不能把物体全部表面积当作受力面积。增大压力或减小受力面积通常会增大压强;单位 Pa 等于 N/m²。

                                                                                                                              符号

                                                                                                                              符号含义单位
                                                                                                                              F垂直接触面的压力N
                                                                                                                              S受力面积m2
                                                                                                                              p压强Pa
                                                                                                                              ρ液体密度kg/m³
                                                                                                                              g当地重力加速度N/kg
                                                                                                                              h测点到液面的竖直深度m
                                                                                                                              Scm受力面积以平方厘米记录的数值cm2
                                                                                                                              p0面积改变前的设计压强Pa
                                                                                                                              S0面积改变前的设计受力面积m2

                                                                                                                              公式与校验

                                                                                                                              压力与受力面积求压强F 垂直接触面,F 用 N、S 用 m2,结果 p 用 Pa。8/8 校验通过
                                                                                                                              p=FS
                                                                                                                              查看校验用原式p = F/S
                                                                                                                              校验记录(8 项)
                                                                                                                                由压强和面积求压力压力垂直作用于面积 S,压强 p 均匀。5/5 校验通过
                                                                                                                                F=p⋅S
                                                                                                                                查看校验用原式F = p*S
                                                                                                                                校验记录(5 项)

                                                                                                                                  推导要点

                                                                                                                                  1. 确定垂直作用于接触面的压力 F。
                                                                                                                                  2. 测量承受压力的面积 S 并统一为 m2。
                                                                                                                                  3. 把 F 除以 S 得压强 p;也可由 p 和 S 反算压力。

                                                                                                                                  常见错误与实测结果

                                                                                                                                  把压强写成压力乘以面积。已实测 · 量纲一致性 抓住
                                                                                                                                  错误写法 p = F·S
                                                                                                                                  压强表示单位面积上的压力,应除以面积;F·S 的单位也不是 Pa。
                                                                                                                                  实测记录左端M·L⁻¹·T⁻²,右端M·L³·T⁻²
                                                                                                                                  把平方厘米换成平方米时只除100,漏掉长度倍率的平方。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                  错误写法 p = F/(Scm/100)
                                                                                                                                  200 cm²应为0.020 m²,不是2 m²;100 N应产生5000 Pa,误换算只得50 Pa。
                                                                                                                                  实测记录情境「窄底物体」:算得p=50;参考5000;有效容差0.005
                                                                                                                                  认为受力面积越大,压力固定时压强也越大。人工审核
                                                                                                                                  同一压力分摊到更大的受力面积上,单位面积承担的压力会减小,因此压强减小;压力和压强不能混为一个量。
                                                                                                                                  实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                                                                  典型例题

                                                                                                                                  重 100 N 的物体对水平地面的受力面积为 0.02 m2,求压强。

                                                                                                                                  1. 物体静止且水平面支撑时,压力大小为 100 N。
                                                                                                                                  2. p=F/S=100/0.02=5000 Pa。

                                                                                                                                  答案压强为 5000 Pa。

                                                                                                                                  压强压力受力面积帕斯卡
                                                                                                                                  前置:force-01 | 后续:pressure-02
                                                                                                                                  pressure-02

                                                                                                                                  液体的压强

                                                                                                                                  难度:基础范围:初中校验 12/12

                                                                                                                                  液体压强

                                                                                                                                  液体因重力与流动性对底、壁和内部各方向施压;静止同种液体同深度压强相同。深度是自由液面到测点的竖直距离,不是倾斜距离或液柱总长度。连通器中同种液体、自由液面压强相同且静止时,各液面高度相同;不满足条件时不能直接套用。

                                                                                                                                  实验:探究液体压强的影响因素

                                                                                                                                  目的:比较方向、深度、液体密度。

                                                                                                                                  装置与接法:液体压强计、橡皮膜探头、水、盐水和刻度尺。

                                                                                                                                  控制、改变与观察:同液同深度改朝向;同液改深度;同深度改液体密度,观察U形管高度差。

                                                                                                                                  步骤:

                                                                                                                                  1. 检查密封,确认同压时两侧液面等高。
                                                                                                                                  2. 同深度转探头,比较高度差;再增大深度。
                                                                                                                                  3. 保持深度改用较高密度液体,比较高度差。

                                                                                                                                  数据与处理:设计示例(非实测):水中10 cm与20 cm高度差不同,若按g=10 N/kg则模型压强1000、2000 Pa。

                                                                                                                                  结论与条件:静止同种液体同深度各向压强相同;深度或液体密度较大时压强较大。

                                                                                                                                  误差与边界:橡皮膜漏气、残余压差、深度量错影响结论;U形管高度差表示压强差,不直接当探头深度。

                                                                                                                                  定义

                                                                                                                                  液体内部向各个方向都有压强;同种液体中深度越大,压强越大。液体内部压强与液体密度、重力加速度和测点到液面的竖直深度有关,常用 p=ρ·g·h 计算。

                                                                                                                                  物理意义

                                                                                                                                  深度 h 从液面向下竖直测量,不是沿斜面或容器壁量出的距离。液体压强还会传向容器侧壁和底部;同一深度的压强与容器形状无关。利用压强求某一面积上的压力时再用 F=pS,避免把压强和压力混淆。

                                                                                                                                  符号

                                                                                                                                  符号含义单位
                                                                                                                                  p液体内部压强Pa
                                                                                                                                  ρ液体密度kg/m³
                                                                                                                                  g当地重力加速度N/kg
                                                                                                                                  h测点到液面的竖直深度m
                                                                                                                                  S受液体压强作用的面积m2
                                                                                                                                  F该面积上液体压力N

                                                                                                                                  公式与校验

                                                                                                                                  液体密度和深度求内部压强静止液体中测点相对液面的深度 h 用 m,ρ 用 kg/m³。7/7 校验通过
                                                                                                                                  p=ρ⋅g⋅h
                                                                                                                                  查看校验用原式p = rho*g*h
                                                                                                                                  校验记录(7 项)
                                                                                                                                    由液体压强和面积求压力压强在所取小面积上近似均匀,F 用 N、S 用 m2。5/5 校验通过
                                                                                                                                    F=p⋅S
                                                                                                                                    查看校验用原式F = p*S
                                                                                                                                    校验记录(5 项)

                                                                                                                                      推导要点

                                                                                                                                      1. 取静止液体中距液面深度为 h 的位置。
                                                                                                                                      2. 该位置上方液柱的重力随液体密度、重力加速度和高度变化。
                                                                                                                                      3. 液柱压力作用于单位面积后得到 p=ρ·g·h。
                                                                                                                                      4. 若进一步求某面积上的压力,用压强乘面积。

                                                                                                                                      常见错误与实测结果

                                                                                                                                      把液体压强式中的深度误换成受力面积。已实测 · 量纲一致性 抓住
                                                                                                                                      错误写法 p = ρ·g·S
                                                                                                                                      深度单位是m,面积是m²;替换后量纲变为Pa·m,不再是压强。这不是斜长与深度的数值混用。
                                                                                                                                      实测记录左端M·L⁻¹·T⁻²,右端M·T⁻²
                                                                                                                                      深度已经用 m 表示,却又把它当成 cm 数值额外放大 100 倍。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                      错误写法 p = ρ·g·100·h
                                                                                                                                      水下 0.1 m 的压强为 1000 Pa;重复做厘米换算会错误得到 100 000 Pa。
                                                                                                                                      实测记录情境「水下10厘米」:算得p=100000;参考1000;有效容差0.1
                                                                                                                                      认为容器越宽或形状不同,同种液体同深度处的压强必然不同。人工审核
                                                                                                                                      静止同种液体的压强由密度、重力加速度和竖直深度决定,不由容器外形直接决定。
                                                                                                                                      实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核
                                                                                                                                      把沿容器壁量出的斜长当作液体深度。人工审核
                                                                                                                                      深度须从液面竖直向下量到测点,斜长通常更大;要结合几何图判断,不由面积式错误实测代替。
                                                                                                                                      实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                                                                      典型例题

                                                                                                                                      水中距液面0.2 m处,由水的重力产生的附加压强是多少(不含液面大气压)?取水密度1000 kg/m³、g=10 N/kg。

                                                                                                                                      1. p=ρ·g·h=1000×10×0.2=2000 Pa。
                                                                                                                                      2. 深度取竖直距离,单位为 m。

                                                                                                                                      答案液体压强为 2000 Pa。

                                                                                                                                      液体压强液体深度密度液体压力
                                                                                                                                      前置:pressure-01 | 后续:pressure-03
                                                                                                                                      pressure-03

                                                                                                                                      气体的压强

                                                                                                                                      难度:基础范围:初中校验 7/7

                                                                                                                                      气体压强与生活应用

                                                                                                                                      大气压向各方向作用,吸管饮水是管内压强降低后外部气压推动液体,不是吸力凭空拉水。标准大气压约1.01×10⁵ Pa,随海拔升高通常降低;沸点随气压降低而降低。活塞压缩密闭气体时若温度等条件明确,通常压强增大;流速较大的流体区域压强常较小,但要说明比较条件。水银有毒,托里拆利实验只作原理阅读,不要求学生自行操作。

                                                                                                                                      定义

                                                                                                                                      气体会对容器壁和浸入其中的物体产生压强;大气也对地面和物体施加压强。气体压强可通过实验测量,托里拆利水银柱可将大气压与液柱压强联系起来。

                                                                                                                                      物理意义

                                                                                                                                      大气压随高度、天气和测量环境变化;标准大气压约为 1.01×10⁵ Pa。水银柱高度必须竖直测量,不能把容器形状误认为决定压强的因素。用液柱估算大气压属于受压液柱的定量拓展,初中核心还包括覆杯实验、吸盘和气压变化现象。

                                                                                                                                      符号

                                                                                                                                      符号含义单位
                                                                                                                                      p水银柱对应的大气压估值Pa
                                                                                                                                      ρ水银密度kg/m³
                                                                                                                                      g重力加速度N/kg
                                                                                                                                      h水银柱的竖直高度m
                                                                                                                                      hcm同一水银柱竖直高度以厘米记录的读数cm

                                                                                                                                      公式与校验

                                                                                                                                      由水银柱高度估算大气压静止水银柱的压强估算,忽略液面压强差;h 为竖直高度。7/7 校验通过
                                                                                                                                      p=ρ⋅g⋅h
                                                                                                                                      查看校验用原式p = rho*g*h
                                                                                                                                      校验记录(7 项)

                                                                                                                                        推导要点

                                                                                                                                        1. 水银柱静止时,液柱重量对下方截面产生压强。
                                                                                                                                        2. 按液体压强关系 p=ρ·g·h,以水银密度和竖直高度估算。
                                                                                                                                        3. 将所得值与约 1.01×10⁵ Pa 的标准大气压数量级比较,并说明实际大气压会变化。

                                                                                                                                        常见错误与实测结果

                                                                                                                                        把水银柱高度的厘米读数直接当作米代入。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                        错误写法 p = ρ·g·hcm
                                                                                                                                        76 cm应先换0.76 m;13600×9.8×0.76=101292.8 Pa,把76当米得到10129280 Pa,放大100倍。
                                                                                                                                        实测记录情境「标准大气压水银柱」:算得p=10129280;参考101292.8;有效容差10.1293
                                                                                                                                        认为大气压只从上方作用,不会向各个方向传递。人工审核
                                                                                                                                        静止气体压强向各方向作用,覆杯实验、吸盘等现象都能体现大气压的作用。
                                                                                                                                        实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                                                                        典型例题

                                                                                                                                        水银柱高 0.76 m,水银密度取 13600 kg/m³,g=9.8 N/kg,估算大气压。

                                                                                                                                        1. 确认水银柱高度已用米表示。
                                                                                                                                        2. p=ρ·g·h=13600×9.8×0.76≈101293 Pa。

                                                                                                                                        答案约 1.01×10⁵ Pa。

                                                                                                                                        气体压强大气压水银柱托里拆利实验拓展
                                                                                                                                        前置:pressure-02 | 后续:pressure-04
                                                                                                                                        pressure-04

                                                                                                                                        浮力

                                                                                                                                        难度:基础范围:初中校验 12/12

                                                                                                                                        浮力与排开体积

                                                                                                                                        浸在液体中的物体受向上浮力,液体上下表面对物体的压力差可解释其来源。浮力大小等于排开液体的重力,取决于液体密度和排开体积;部分浸入时排开体积小于物体总体积,完全浸没后在均匀液体中继续加深,浮力不因深度单独增大。物体和底部接触且底面无液体时,通常浮力模型需重新分析。

                                                                                                                                        实验:探究浮力大小的影响因素

                                                                                                                                        目的:研究排开体积和液体密度。

                                                                                                                                        装置与接法:测力计、物体、水与盐水、量筒、细线。

                                                                                                                                        控制、改变与观察:同液改变浸入体积,体积相同改液体,完全浸没后改深度;观察称重差。

                                                                                                                                        步骤:

                                                                                                                                        1. 先在空气中读重力,浸液后读稳定拉力。
                                                                                                                                        2. 用重力减拉力求浮力,逐步增加浸入体积。
                                                                                                                                        3. 完全浸没后改深度,再保持体积换液体,分组比较。

                                                                                                                                        数据与处理:设计示例(非实测):空气中5 N、水中完全浸没3 N,浮力2 N;排水200 cm³按g=10也得2 N。

                                                                                                                                        结论与条件:浮力随排开体积或液体密度增大而增大;均匀液体全浸没后仅改深度一般不改变浮力。

                                                                                                                                        误差与边界:附着气泡、碰底碰壁、线未竖直影响测力;密度不同与体积不同不能同时改变后归因于一个因素。

                                                                                                                                        定义

                                                                                                                                        浸在液体或气体中的物体会受到竖直向上的浮力。阿基米德原理指出,浮力大小等于物体排开流体所受的重力,可用流体密度、重力加速度和排开体积定量计算。

                                                                                                                                        物理意义

                                                                                                                                        计算浮力时用排开流体的体积,不一定等于物体总体积:物体部分浸入时只取浸入部分。浮力方向竖直向上;同一流体中排开体积越大,浮力越大。称重法、阿基米德原理和排液重力比较可以作为不同测量路径。浮沉状态还需单独比较浮力与重力。

                                                                                                                                        符号

                                                                                                                                        符号含义单位
                                                                                                                                        Fb物体受到的浮力N
                                                                                                                                        ρ液体密度kg/m³
                                                                                                                                        g当地重力加速度N/kg
                                                                                                                                        V物体排开液体的体积m³
                                                                                                                                        Gd排开液体所受的重力N
                                                                                                                                        G物体所受重力N
                                                                                                                                        V总物体总体积,部分浸入时大于排开体积m³

                                                                                                                                        公式与校验

                                                                                                                                        流体密度和排开体积求浮力V 是被排开的流体体积;物体完全浸没时 V 等于物体体积。7/7 校验通过
                                                                                                                                        Fb=ρ⋅g⋅V
                                                                                                                                        查看校验用原式Fb = rho*g*V
                                                                                                                                        校验记录(7 项)
                                                                                                                                          阿基米德原理的排液重力关系Gd 是物体排开的液体或气体所受的重力。5/5 校验通过
                                                                                                                                          Fb=Gd
                                                                                                                                          查看校验用原式Fb = Gd
                                                                                                                                          校验记录(5 项)

                                                                                                                                            推导要点

                                                                                                                                            1. 浮力来自液体对物体上下表面的压力差,方向竖直向上。
                                                                                                                                            2. 阿基米德原理把浮力与排开流体的重力相联系。
                                                                                                                                            3. 排开液体质量可由密度乘排开体积得到,再乘 g 得其重力。
                                                                                                                                            4. 物体漂浮或悬浮静止时,竖直方向合力为零,故浮力等于物体重力。

                                                                                                                                            常见错误与实测结果

                                                                                                                                            部分浸入时把物体总体积当成排开液体体积。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                            错误写法 Fb = ρ·g·V总
                                                                                                                                            木块总体积0.004 m³、仅排水0.002 m³,正确浮力20 N;用总体积计算得40 N。水中完全浸没石块则不区分,必须选择部分浸入情境。
                                                                                                                                            实测记录情境「漂浮木块」:算得Fb=40;参考20;有效容差4e-05
                                                                                                                                            认为浮力只作用于漂浮物体。人工审核
                                                                                                                                            浸没在液体中的石块也受到浮力;只要物体浸在流体中,就应分析浮力。
                                                                                                                                            实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                                                                            典型例题

                                                                                                                                            一个物体浸没在水中并排开 0.003 m³ 的水,取水密度 1000 kg/m³、g=10 N/kg,求浮力。

                                                                                                                                            1. 确认使用排开液体体积 V=0.003 m³。
                                                                                                                                            2. Fb=ρ·g·V=1000×10×0.003=30 N。

                                                                                                                                            答案浮力为 30 N。

                                                                                                                                            浮力阿基米德原理排开液体体积排液重力
                                                                                                                                            前置:pressure-02 | 后续:pressure-05
                                                                                                                                            pressure-05

                                                                                                                                            物体的浮与沉

                                                                                                                                            难度:基础范围:初中校验 7/7

                                                                                                                                            物体的浮与沉

                                                                                                                                            只受重力和浮力的物体,浮力大于重力时向上加速,小于重力时向下加速,相等时合力零。静止漂浮时部分体积浸入,静止悬浮时全部浸入且都满足浮力等于重力。对均匀实心、全浸没模型可比较物体与液体密度;空心船要比较总质量与排水能力。潜水艇改变总重力,轮船改变排水体积,气球借气体浮力;不能把密度判据无条件用于空心模型。

                                                                                                                                            跨学科实践(原创任务)

                                                                                                                                            设计承载小物的纸船:在相同水盆、相同载荷位置下比较船形,记录载荷和浸入程度,解释排开水的重力与总重力的关系。联系几何、材料和稳定性,避免把船的材料密度当整体平均密度。

                                                                                                                                            定义

                                                                                                                                            物体浸入液体后,运动状态由浮力、重力和初始状态共同决定。漂浮或悬浮时物体处于平衡,浮力等于重力;下沉过程中若浮力小于重力,合力向下。

                                                                                                                                            物理意义

                                                                                                                                            判断浮沉先明确物体是否浸没,再比较浮力与重力:静止漂浮或悬浮时两力平衡;下沉加速时重力大于浮力;上浮时浮力大于重力。密度比较可帮助判断常见情境,但要注意空心、内部气体和形状对平均密度的影响。

                                                                                                                                            符号

                                                                                                                                            符号含义单位
                                                                                                                                            Fb物体受到的浮力N
                                                                                                                                            G物体所受重力N
                                                                                                                                            Gd排开液体所受的重力N
                                                                                                                                            ρ液体密度kg/m³
                                                                                                                                            g重力加速度N/kg
                                                                                                                                            V物体排开液体体积m³

                                                                                                                                            公式与校验

                                                                                                                                            漂浮或悬浮时的力平衡物体处于静止漂浮或悬浮状态,合力为零。7/7 校验通过
                                                                                                                                            Fb=G
                                                                                                                                            查看校验用原式Fb = G
                                                                                                                                            校验记录(7 项)

                                                                                                                                              推导要点

                                                                                                                                              1. 画出物体所受的重力和浮力,确认它们方向相反。
                                                                                                                                              2. 静止漂浮或悬浮时合力为零,因此浮力大小等于重力大小。
                                                                                                                                              3. 运动中则比较两力大小判断加速度方向;不要把平衡条件套用于下沉加速过程。

                                                                                                                                              常见错误与实测结果

                                                                                                                                              把静止漂浮时浮力大小误写成重力的两倍。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                              错误写法 Fb = 2·G
                                                                                                                                              静止漂浮且仅受重力和浮力时两力平衡,20 N重力对应20 N浮力,不是40 N。
                                                                                                                                              实测记录情境「漂浮木块」:算得Fb=40;参考20;有效容差4e-05
                                                                                                                                              把“漂浮”和“悬浮”理解成浮力方向不同。人工审核
                                                                                                                                              两种状态下浮力都竖直向上;区别是物体处于液面还是浸没在液体内部。
                                                                                                                                              实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核
                                                                                                                                              把正在加速下沉的物体也直接按浮力等于重力处理。人工审核
                                                                                                                                              只有平衡等条件下才能等同;仅受重力与浮力而向下加速时重力大于浮力,须先明确状态。
                                                                                                                                              实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                                                                              典型例题

                                                                                                                                              某木块漂浮在水面,重力为 3 N,求它受到的浮力。

                                                                                                                                              1. 漂浮状态稳定,木块处于平衡。
                                                                                                                                              2. 因此浮力大小等于重力,Fb=3 N。

                                                                                                                                              答案浮力为 3 N。

                                                                                                                                              物体的浮与沉漂浮悬浮下沉浮力与重力
                                                                                                                                              前置:pressure-04

                                                                                                                                              从粒子到宇宙

                                                                                                                                              按苏科版2024目录整理分子世界、静电现象、更小微粒、日心说与太阳系、宇宙探秘;微观尺度和行星轨道关系明确标注为数量级或模型拓展。

                                                                                                                                              5 个知识点 · 10 条公式 · 63 项校验全部通过

                                                                                                                                              particle-01

                                                                                                                                              走进分子世界

                                                                                                                                              难度:基础范围:初中校验 12/12

                                                                                                                                              分子世界

                                                                                                                                              分子之间有间隙,永不停息地做无规则运动,分子间同时存在引力和斥力;温度越高,热运动通常越剧烈。红墨水在水中逐渐扩散是分子运动的证据,粉尘在空气中飞舞是可见颗粒运动,不能直接当作看见分子。压缩不易、拉伸不易可分别用分子作用理解,但宏观力也依赖材料结构,不能逐个把可见颗粒等同分子。

                                                                                                                                              本章素养回顾(原创任务)

                                                                                                                                              选择本章一个现象,写出结论、成立条件和证据;用另一条本章规律复核解释是否矛盾。指出一次测量或模型的局限,并说明还需什么证据;数值通过不替代概念辨析。

                                                                                                                                              定义

                                                                                                                                              常见物质由大量分子构成,分子很小,肉眼无法直接观察;分子永不停息地做无规则运动,温度越高通常运动越剧烈。扩散现象和分子间隙可帮助建立微观图景。

                                                                                                                                              物理意义

                                                                                                                                              不同物质彼此接触后会逐渐混合,这种扩散现象支持分子在不停运动的认识。扩散速度还受温度、状态和颗粒尺度等因素影响,不能仅由一个简单比例式预测。纳米与米的换算可帮助描述分子尺度,但不表示每个分子直径都恰为某一固定值。

                                                                                                                                              符号

                                                                                                                                              符号含义单位
                                                                                                                                              dm以米表示的微观长度m
                                                                                                                                              dnm同一长度以纳米表示nm

                                                                                                                                              公式与校验

                                                                                                                                              米换算为纳米1 m=10⁹ nm;两种数值表示同一长度。7/7 校验通过
                                                                                                                                              dnm=1000000000⁢dm
                                                                                                                                              查看校验用原式d_nm = 1000000000*d_m
                                                                                                                                              校验记录(7 项)
                                                                                                                                                纳米换算为米原长度用 nm 表示,换算结果用 m 表示。5/5 校验通过
                                                                                                                                                dm=dnm1000000000
                                                                                                                                                查看校验用原式d_m = d_nm/1000000000
                                                                                                                                                校验记录(5 项)

                                                                                                                                                  推导要点

                                                                                                                                                  1. 物质的粒子尺度远小于日常物体,表示时常使用纳米。
                                                                                                                                                  2. 米和纳米都是长度单位,1 m=1 000 000 000 nm。
                                                                                                                                                  3. 乘以或除以单位换算比例,可在 m 与 nm 之间转换。

                                                                                                                                                  常见错误与实测结果

                                                                                                                                                  把米换算成纳米时只乘 1000,误把毫、微等前缀混淆。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                  错误写法 dnm = 1000·dm
                                                                                                                                                  米到纳米相差 10⁹ 倍;例如 10⁻¹⁰ m 应为 0.1 nm,而不是 10⁻⁷ nm。
                                                                                                                                                  实测记录情境「十分之一纳米」:算得dnm=1e-07;参考0.1;有效容差1e-07
                                                                                                                                                  把分子或原子的示意图当作按真实尺寸比例绘制的结构图。人工审核
                                                                                                                                                  微观结构图通常为便于辨认而放大或简化,不能直接据图比较真实粒子尺寸。
                                                                                                                                                  实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                                                                                  典型例题

                                                                                                                                                  某微观长度约为 0.2 nm,换算成米。

                                                                                                                                                  1. 1 nm=10⁻⁹ m。
                                                                                                                                                  2. 0.2 nm=0.2×10⁻⁹ m=2×10⁻¹⁰ m。

                                                                                                                                                  答案约为 2×10⁻¹⁰ m。

                                                                                                                                                  分子分子运动扩散分子间隙纳米
                                                                                                                                                  后续:particle-02
                                                                                                                                                  particle-03

                                                                                                                                                  静电现象

                                                                                                                                                  难度:拓展范围:初中主线;公式含拓展校验 13/13

                                                                                                                                                  静电现象

                                                                                                                                                  摩擦起电实质是电子转移,不创造电荷。失去电子带正电,得到电子带负电;同种电荷排斥、异种吸引,带电体还可吸引不带电轻小物体。因此相互吸引不能单独证明两物体带异种电荷,排斥才可支持两者带同种电荷。验电器金属箔张开源于同种电荷排斥,不能只凭张角判正负电荷。

                                                                                                                                                  定义

                                                                                                                                                  物体因电子转移或电荷重新分布而带电,带电物体之间会发生吸引或排斥。若把相互作用物体作为一个与外界绝缘的系统,总电荷在转移过程中保持不变。

                                                                                                                                                  物理意义

                                                                                                                                                  摩擦起电不是凭空创造电荷,而是电子从一个物体转移到另一个物体;因此一个物体带正电时,另一个物体可能带等量负电。验电器可显示物体是否带电,但不直接给出电荷量大小。本点的电荷和守恒关系是定量拓展,初中核心是观察带电现象及相互作用。

                                                                                                                                                  符号

                                                                                                                                                  符号含义单位
                                                                                                                                                  QA系统内物体 A 的带符号电荷量C
                                                                                                                                                  QB系统内物体 B 的带符号电荷量C
                                                                                                                                                  Q总绝缘系统总电荷量C

                                                                                                                                                  公式与校验

                                                                                                                                                  绝缘系统总电荷守恒拓展计算,非本卡初中必背主线。把所有相关带电物体纳入系统,且系统与外界没有电荷交换;电荷量保留正负号。7/7 校验通过
                                                                                                                                                  Q总=QA+QB
                                                                                                                                                  查看校验用原式Q_total = Q_A+Q_B
                                                                                                                                                  校验记录(7 项)
                                                                                                                                                    由守恒总电荷反求B物体电荷拓展计算,非本卡初中必背主线。绝缘系统只含物体 A 和 B,电荷量采用带正负号的库仑值。6/6 校验通过
                                                                                                                                                    QB=Q总−QA
                                                                                                                                                    查看校验用原式Q_B = Q_total-Q_A
                                                                                                                                                    校验记录(6 项)

                                                                                                                                                      推导要点

                                                                                                                                                      1. 把相互作用的带电物体划入同一系统,逐个记录电荷的正负号。
                                                                                                                                                      2. 电子转移只改变电荷分布,孤立系统的总电荷不变。
                                                                                                                                                      3. 把系统总电荷写成各物体带符号电荷的代数和,检查转移前后总量一致。

                                                                                                                                                      常见错误与实测结果

                                                                                                                                                      计算两物体总电荷时误将带符号电荷作差而不是作代数和。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                      错误写法 Q总 = QA-QB
                                                                                                                                                      电荷量应按符号作代数和;两物体带等量异号电荷时总电荷为零。应结合电荷守恒和本节讨论范围判断。
                                                                                                                                                      实测记录情境「放大后便于检错」:算得Q总=0.0004;参考0;有效容差4e-10
                                                                                                                                                      认为同种电荷相吸、异种电荷相斥。人工审核
                                                                                                                                                      同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引;应通过带电体实验辨认。应结合电荷守恒和本节讨论范围判断。
                                                                                                                                                      实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核
                                                                                                                                                      认为摩擦起电在系统内创造了新的电荷。人工审核
                                                                                                                                                      摩擦起电由电子转移造成,孤立系统总电荷守恒;把正负带符号电荷相加,不以单方电荷增加推断总量增加。
                                                                                                                                                      实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                                                                                      典型例题

                                                                                                                                                      绝缘系统中物体 A 带 +5×10⁻⁸ C,系统总电荷为 +2×10⁻⁸ C,求物体 B 的电荷量。

                                                                                                                                                      1. 用 Q总=QA+QB。
                                                                                                                                                      2. QB=2×10⁻⁸-5×10⁻⁸=-3×10⁻⁸ C。

                                                                                                                                                      答案物体 B 带 -3×10⁻⁸ C。

                                                                                                                                                      静电现象电荷摩擦起电电荷守恒拓展
                                                                                                                                                      后续:particle-04
                                                                                                                                                      particle-04

                                                                                                                                                      探索更小的微粒

                                                                                                                                                      难度:拓展范围:初中主线;公式含拓展校验 13/13

                                                                                                                                                      更小的微粒

                                                                                                                                                      原子由带正电的原子核和带负电的核外电子组成,原子核含质子和中子,质子带正电,中子不带电。通常中性原子正负电荷总量相等。原子核远小于原子,结构图多为示意,不按尺寸比例;微观认识来自实验和模型,不能只凭画图认定真实轨道。

                                                                                                                                                      定义

                                                                                                                                                      物质还可继续分为原子、原子核和更小的粒子,原子并非不可再分。原子尺度约为 10⁻¹⁰ m,原子核尺度约为 10⁻¹⁵ m,二者相差约五个数量级。

                                                                                                                                                      物理意义

                                                                                                                                                      从分子到原子、原子核和更小粒子的认识来自实验与模型不断发展。用代表尺度比较可看出原子核远小于原子,但这些数值是数量级估计,不是每种原子都完全相同的精确尺寸。不能把科学模型误读成肉眼可见的实体图,也不能把“更小”误认为质量和结构相同。

                                                                                                                                                      符号

                                                                                                                                                      符号含义单位
                                                                                                                                                      d原子原子直径的代表尺度nm
                                                                                                                                                      d核原子核直径的代表尺度nm

                                                                                                                                                      公式与校验

                                                                                                                                                      原子与原子核的代表尺度比拓展计算,非本卡初中必背主线。仅比较典型数量级,原子尺度约 10⁻¹⁰ m、原子核约 10⁻¹⁵ m;不是精确适用于每种原子的尺寸定律。7/7 校验通过
                                                                                                                                                      d原子=100000⁢d核
                                                                                                                                                      查看校验用原式d_atom = 100000*d_nucleus
                                                                                                                                                      校验记录(7 项)
                                                                                                                                                        由代表原子尺度反推原子核尺度拓展计算,非本卡初中必背主线。沿用原子约为原子核 10⁵ 倍的数量级估计。6/6 校验通过
                                                                                                                                                        d核=d原子100000
                                                                                                                                                        查看校验用原式d_nucleus = d_atom/100000
                                                                                                                                                        校验记录(6 项)

                                                                                                                                                          推导要点

                                                                                                                                                          1. 选取原子和原子核的代表性直径数量级,分别约为 10⁻¹⁰ m 和 10⁻¹⁵ m。
                                                                                                                                                          2. 两尺度相除得到约 10⁵ 的数量级差别。
                                                                                                                                                          3. 该比值用作尺度比较,不应误称为对所有原子都精确不变的常数。

                                                                                                                                                          常见错误与实测结果

                                                                                                                                                          把原子与原子核的尺度差误写成 10 倍。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                          错误写法 d原子 = 10·d核
                                                                                                                                                          典型尺度约差五个数量级;原子核约 10⁻¹⁵ m,原子约 10⁻¹⁰ m。
                                                                                                                                                          实测记录情境「原子典型尺度」:算得d原子=1e-05;参考0.1;有效容差1e-07
                                                                                                                                                          认为原子是不可再分的最小粒子。人工审核
                                                                                                                                                          原子由原子核和核外电子构成,原子核还具有更细的内部结构;科学认识随证据发展。
                                                                                                                                                          实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                                                                                          典型例题

                                                                                                                                                          按原子直径约 10⁻¹⁰ m、原子核直径约 10⁻¹⁵ m 估算,二者尺度相差多少倍?

                                                                                                                                                          1. 计算尺度比 10⁻¹⁰÷10⁻¹⁵。
                                                                                                                                                          2. 指数相减得到 10⁵。

                                                                                                                                                          答案原子直径约为原子核的 10⁵ 倍。

                                                                                                                                                          原子原子核更小微粒尺度数量级拓展
                                                                                                                                                          前置:particle-01 | 后续:particle-05
                                                                                                                                                          particle-05

                                                                                                                                                          日心说与太阳系

                                                                                                                                                          难度:拓展范围:初中主线;公式含拓展校验 13/13

                                                                                                                                                          日心说与太阳系

                                                                                                                                                          太阳系以太阳为中心天体,八大行星按离太阳由近到远为水、金、地、火、木、土、天王、海王星。卫星围绕行星运行,月球是地球的天然卫星;太阳是恒星。日心模型讨论太阳系,不把太阳放在整个宇宙中心。行星轨道一般是椭圆,圆周速度计算只是简化估算。

                                                                                                                                                          定义

                                                                                                                                                          日心说以太阳为太阳系中心,解释地球和其他行星绕太阳运行的观测现象。太阳系包含太阳、行星及其他天体;行星运动的轨道通常可近似看作椭圆,定量估算时有时采用圆轨道模型。

                                                                                                                                                          物理意义

                                                                                                                                                          科学模型根据观测证据建立,并会随着新证据修正。把行星轨道近似为圆时,可用轨道周长除以周期估算平均轨道速度;该简化公式不等于精确轨道理论,也不单独证明日心说。比较地心、日心模型时要区分模型解释力与历史结论。

                                                                                                                                                          符号

                                                                                                                                                          符号含义单位
                                                                                                                                                          v行星平均轨道速度m/s
                                                                                                                                                          r近似圆轨道半径m
                                                                                                                                                          T行星绕日运行周期s

                                                                                                                                                          公式与校验

                                                                                                                                                          圆轨道近似下的平均轨道速度拓展计算,非本卡初中必背主线。把行星轨道近似为圆,r 为圆轨道半径、T 为周期;所得为平均轨道速度估算。6/6 校验通过
                                                                                                                                                          v=2⁢π⋅rT
                                                                                                                                                          查看校验用原式v = 2*pi*r/T
                                                                                                                                                          校验记录(6 项)
                                                                                                                                                            由圆轨道周长和平均速度求周期拓展计算,非本卡初中必背主线。沿用圆轨道近似,轨道周长为 2·π·r。7/7 校验通过
                                                                                                                                                            T=2⁢π⋅rv
                                                                                                                                                            查看校验用原式T = 2*pi*r/v
                                                                                                                                                            校验记录(7 项)

                                                                                                                                                              推导要点

                                                                                                                                                              1. 圆轨道一周的路径长度为 2·π·r。
                                                                                                                                                              2. 平均速度等于一周路程除以周期,得到 v=2·π·r/T。
                                                                                                                                                              3. 真实行星轨道为椭圆,圆轨道公式仅用于简化的数量级估算。

                                                                                                                                                              常见错误与实测结果

                                                                                                                                                              计算圆轨道周长时误用π乘半径,漏掉系数2。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                              错误写法 v = π·r/T
                                                                                                                                                              圆周长是 2·π·r;漏掉因子 2 会把估算轨道速度减半。
                                                                                                                                                              实测记录情境「地球轨道近似」:算得v=14891.7066216;参考29783.4132432;有效容差0.0297834
                                                                                                                                                              认为日心说把太阳放在整个宇宙的中心。人工审核
                                                                                                                                                              日心说讨论太阳系行星绕太阳运行的模型,并不宣称太阳是整个宇宙中心;这与电荷守恒没有关系。
                                                                                                                                                              实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                                                                                              典型例题

                                                                                                                                                              把地球轨道近似成半径 1.50×10¹¹ m 的圆,周期取 3.16×10⁷ s,估算平均轨道速度。

                                                                                                                                                              1. 圆轨道周长约为 2·π·r。
                                                                                                                                                              2. v=2·π·r/T≈3.0×10⁴ m/s。

                                                                                                                                                              答案约为 3.0×10⁴ m/s。

                                                                                                                                                              日心说太阳系行星轨道模型拓展
                                                                                                                                                              后续:particle-02
                                                                                                                                                              particle-02

                                                                                                                                                              宇宙探秘

                                                                                                                                                              难度:基础范围:初中主线;公式含拓展校验 12/12

                                                                                                                                                              宇宙探秘

                                                                                                                                                              太阳系属于银河系,银河系只是宇宙中的一个星系;恒星、行星、星系不是同一级概念。光年是距离单位,观测远方接收的是过去发出的光。宇宙模型依靠观测修正;红移等现象不能靠本卡一条光程式完整解释,不能把估算当宇宙起源证明。

                                                                                                                                                              定义

                                                                                                                                                              宇宙包含恒星、行星、星系等不同尺度的天体系统,观测遥远天体时接收到的是它们过去发出的光。光年是光在真空中一年传播的距离,是长度单位而不是时间单位。

                                                                                                                                                              物理意义

                                                                                                                                                              比较天体距离时,先分清“光走了多久”和“走过多远”。光速可近似取 3.0×10⁸ m/s;以年为时间单位时要换算秒数,再将光程表示为米或光年。宇宙结构和观测证据要结合模型理解,不能把日心说与宇宙起源问题混为一谈。

                                                                                                                                                              符号

                                                                                                                                                              符号含义单位
                                                                                                                                                              s光在给定时间内传播的距离m
                                                                                                                                                              c真空中的光速近似值m/s
                                                                                                                                                              t光传播时间,以秒计s
                                                                                                                                                              dm以米表示的微观长度m
                                                                                                                                                              dnm同一长度以纳米表示nm

                                                                                                                                                              公式与校验

                                                                                                                                                              光在给定时间内传播的距离拓展计算,非本卡初中必背主线。光速近似取 3.0×10⁸ m/s,时间 t 用秒;一年按 365 d 估算。7/7 校验通过
                                                                                                                                                              s=c⋅t
                                                                                                                                                              查看校验用原式s = c*t
                                                                                                                                                              校验记录(7 项)
                                                                                                                                                                由光程和光速求传播时间拓展计算,非本卡初中必背主线。距离 s 与真空光速 c 采用相同的光传播路径。5/5 校验通过
                                                                                                                                                                t=sc
                                                                                                                                                                查看校验用原式t = s/c
                                                                                                                                                                校验记录(5 项)

                                                                                                                                                                  推导要点

                                                                                                                                                                  1. 光年是长度单位,定义为光在一年内传播的距离。
                                                                                                                                                                  2. 一年按 365 d 换算为 31 536 000 s。
                                                                                                                                                                  3. 用光速乘以秒数,得到一光年约 9.46×10¹⁵ m。

                                                                                                                                                                  常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                  将光年当成时间单位,而不是光在一年内走过的距离。人工审核
                                                                                                                                                                  “一年”是定义中采用的传播时间,“光年”最终表示一段距离;量纲为长度。
                                                                                                                                                                  实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核
                                                                                                                                                                  把光速 300 000 km/s 的数值直接当作 m/s 使用。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                  错误写法 s = c·t/1000
                                                                                                                                                                  300 000 是 km/s;换成 m/s 应为 300 000 000。直接使用会少算 1000 倍。
                                                                                                                                                                  实测记录情境「一年光程」:算得s=9.4608e+12;参考9.4608e+15;有效容差9.4608e+09

                                                                                                                                                                  典型例题

                                                                                                                                                                  按一年 365 d、光速 3.0×10⁸ m/s 估算一光年。

                                                                                                                                                                  1. 一年为 365×24×3600=31 536 000 s。
                                                                                                                                                                  2. s=ct=3.0×10⁸×31 536 000≈9.46×10¹⁵ m。

                                                                                                                                                                  答案一光年约为 9.46×10¹⁵ m。

                                                                                                                                                                  宇宙恒星星系光年光速

                                                                                                                                                                  简单机械和功

                                                                                                                                                                  按苏科版2024目录分别整理杠杆、滑轮、功、功率和机械效率;理想滑轮的省力与距离关系注明忽略摩擦等条件。

                                                                                                                                                                  5 个知识点 · 8 条公式 · 52 项校验全部通过

                                                                                                                                                                  machine-01

                                                                                                                                                                  杠杆

                                                                                                                                                                  难度:基础范围:初中校验 12/12

                                                                                                                                                                  杠杆分类与应用

                                                                                                                                                                  动力臂大于阻力臂的省力杠杆一般费距离;动力臂小于阻力臂的费力杠杆一般省距离;等臂杠杆不省力也不费力。撬棒、剪刀、筷子等须根据实际支点与力的作用线判断,不能按物品名称固定分类。用力方向改变会改变力臂,不只看杠杆几何长度。

                                                                                                                                                                  跨学科实践(原创任务)

                                                                                                                                                                  设计简易夹具:标出支点、动力作用线、阻力作用线及力臂,在同一负载下比较不同握持位置的力和手移动距离。结合结构设计解释省力与费距离,不将任意一把剪刀永久归入某类杠杆。

                                                                                                                                                                  本章素养回顾(原创任务)

                                                                                                                                                                  选择本章一个现象,写出结论、成立条件和证据;用另一条本章规律复核解释是否矛盾。指出一次测量或模型的局限,并说明还需什么证据;数值通过不替代概念辨析。

                                                                                                                                                                  实验:探究杠杆的平衡条件

                                                                                                                                                                  目的:用多组数据检验两侧力与力臂乘积关系。

                                                                                                                                                                  装置与接法:杠杆、支架、钩码、刻度尺。

                                                                                                                                                                  控制、改变与观察:改动力和力臂,保持支点,观察静止平衡。

                                                                                                                                                                  步骤:

                                                                                                                                                                  1. 空杆调水平平衡以减少自重力矩影响。
                                                                                                                                                                  2. 两侧挂钩码,改位置使水平静止,测力和垂直力臂。
                                                                                                                                                                  3. 至少取多组不同组合,分别算两侧乘积并比较。

                                                                                                                                                                  数据与处理:设计示例(非实测):2 N×0.15 m=3 N×0.10 m=0.30 N·m;1 N×0.20 m=2 N×0.10 m。

                                                                                                                                                                  结论与条件:水平、力垂直杆时可由刻度读力臂;一般情况须量作用线到支点垂距。

                                                                                                                                                                  误差与边界:支点摩擦、自重未平衡、把杆长当力臂影响结论;不能只取一组等臂数据证明所有杠杆。

                                                                                                                                                                  定义

                                                                                                                                                                  杠杆是在力的作用下绕固定点转动的硬棒。杠杆平衡时,动力与动力臂的乘积等于阻力与阻力臂的乘积;两种力臂均为支点到力的作用线的垂直距离。

                                                                                                                                                                  物理意义

                                                                                                                                                                  杠杆平衡条件可用于分析撬棒、剪刀和天平。先找支点,再确定力的作用线并作垂线段得到力臂;力臂不是支点到作用点的任意距离。改变动力臂或阻力臂会改变平衡所需的力,但不能凭杠杆长短直接判断省力。

                                                                                                                                                                  符号

                                                                                                                                                                  符号含义单位
                                                                                                                                                                  F1动力大小N
                                                                                                                                                                  l1动力臂长度m
                                                                                                                                                                  F2阻力大小N
                                                                                                                                                                  l2阻力臂长度m

                                                                                                                                                                  公式与校验

                                                                                                                                                                  杠杆平衡条件杠杆静止平衡,l1、l2 是到支点的垂直力臂。7/7 校验通过
                                                                                                                                                                  F1=F2⋅l2l1
                                                                                                                                                                  查看校验用原式F1 = F2*l2/l1
                                                                                                                                                                  校验记录(7 项)
                                                                                                                                                                    由动力和力臂求平衡阻力已知动力、动力臂和非零阻力臂,杠杆处于平衡。5/5 校验通过
                                                                                                                                                                    F2=F1⋅l1l2
                                                                                                                                                                    查看校验用原式F2 = F1*l1/l2
                                                                                                                                                                    校验记录(5 项)

                                                                                                                                                                      推导要点

                                                                                                                                                                      1. 从支点到动力作用线作垂线,得到动力臂 l1。
                                                                                                                                                                      2. 从支点到阻力作用线作垂线,得到阻力臂 l2。
                                                                                                                                                                      3. 杠杆静止平衡时,两侧力与各自力臂的乘积相等。
                                                                                                                                                                      4. 根据已知的三个量,可解出第四个量。

                                                                                                                                                                      常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                      把杠杆两端到支点的任意距离当成力臂。人工审核
                                                                                                                                                                      力臂是支点到力的作用线的垂直距离;不一定等于杠杆上沿的长度。
                                                                                                                                                                      实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核
                                                                                                                                                                      把杠杆平衡条件写成动力与阻力直接相等。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                      错误写法 F1 = F2
                                                                                                                                                                      剪刀情境阻力30 N、阻力臂0.2 m、动力臂0.3 m,平衡动力20 N;直接等同会误得30 N。
                                                                                                                                                                      实测记录情境「剪刀杠杆」:算得F1=30;参考20;有效容差3e-05

                                                                                                                                                                      典型例题

                                                                                                                                                                      撬棒阻力为 200 N,阻力臂为 0.1 m,动力臂为 1 m,求杠杆平衡所需动力。

                                                                                                                                                                      1. F1=F2·l2/l1。
                                                                                                                                                                      2. F1=200×0.1÷1=20 N。

                                                                                                                                                                      答案动力为 20 N。

                                                                                                                                                                      杠杆支点力臂杠杆平衡条件
                                                                                                                                                                      前置:force-01 | 后续:machine-02
                                                                                                                                                                      machine-04

                                                                                                                                                                      滑轮

                                                                                                                                                                      难度:基础范围:初中校验 14/14

                                                                                                                                                                      定滑轮、动滑轮和滑轮组

                                                                                                                                                                      理想定滑轮改变用力方向,不省力;理想动滑轮两段竖直绳承担负载,可省一半力而绳端移动两倍距离。滑轮组先数连接动滑轮组件的承重绳段,不能数画面所有绳。考虑动滑轮重力、摩擦及绳倾斜时应调整模型;机械可以省力,但理想情况下也不省功。

                                                                                                                                                                      定义

                                                                                                                                                                      定滑轮主要改变用力方向,理想情况下不省力;动滑轮可省力但需要拉动更长距离。由承重绳段数决定理想省力倍数,实际机械还要考虑摩擦和滑轮自重。

                                                                                                                                                                      物理意义

                                                                                                                                                                      分析滑轮时先数承担动滑轮和重物的绳段,再判断每段绳的拉力与物体重力的关系。理想动滑轮省一半力时,拉绳距离约为重物上升高度的两倍,输入功与输出功相等;实际装置因摩擦等损耗,总输入功大于有用功。

                                                                                                                                                                      符号

                                                                                                                                                                      符号含义单位
                                                                                                                                                                      F拉拉绳所需的拉力N
                                                                                                                                                                      G物被提升物体所受重力N
                                                                                                                                                                      s拉自由端绳子移动的距离m
                                                                                                                                                                      h物重物上升的高度m
                                                                                                                                                                      W入输入的功J
                                                                                                                                                                      W出提升重物所做的有用功J

                                                                                                                                                                      公式与校验

                                                                                                                                                                      理想动滑轮的拉力关系单个理想动滑轮匀速提升重物,忽略滑轮自重、绳重和摩擦。7/7 校验通过
                                                                                                                                                                      F拉=G物2
                                                                                                                                                                      查看校验用原式F_pull = G_load/2
                                                                                                                                                                      校验记录(7 项)
                                                                                                                                                                        理想动滑轮的距离关系理想单动滑轮由两段绳承担重物,忽略绳伸长和摩擦。7/7 校验通过
                                                                                                                                                                        s拉=2⁢h物
                                                                                                                                                                        查看校验用原式s_pull = 2*h_load
                                                                                                                                                                        校验记录(7 项)

                                                                                                                                                                          推导要点

                                                                                                                                                                          1. 先判断使用定滑轮、动滑轮还是滑轮组,画出承重绳段。
                                                                                                                                                                          2. 理想动滑轮中两段绳平均承担重物重力,所以拉力约为重力的一半。
                                                                                                                                                                          3. 省力伴随距离增加;比较拉力乘绳端路程与重力乘重物上升高度,理想情况下两者相等。

                                                                                                                                                                          常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                          使用理想动滑轮时只考虑省力,忘记拉绳距离也增加。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                          错误写法 s拉 = h物
                                                                                                                                                                          单动滑轮由两段绳承担重物,重物上升 1 m 时拉绳端约需移动 2 m。
                                                                                                                                                                          实测记录情境「理想动滑轮提升100牛」:算得s拉=1;参考2;有效容差2e-06
                                                                                                                                                                          认为实际滑轮组一定能省功。人工审核
                                                                                                                                                                          实际装置有摩擦和自身质量,输入功通常大于有用功;机械可以省力但不能省功。
                                                                                                                                                                          实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                                                                                                          典型例题

                                                                                                                                                                          用理想动滑轮提升 200 N 重物 0.5 m,求拉力和拉绳距离。

                                                                                                                                                                          1. 理想单动滑轮由两段绳承重,拉力约为 200÷2=100 N。
                                                                                                                                                                          2. 拉绳距离约为 2×0.5=1.0 m。
                                                                                                                                                                          3. 输入功为 100×1.0=100 J,等于重物增加的有用功 200×0.5=100 J。

                                                                                                                                                                          答案拉力约 100 N,拉绳距离约 1.0 m。

                                                                                                                                                                          滑轮定滑轮动滑轮滑轮组机械效率
                                                                                                                                                                          前置:machine-01 | 后续:machine-02
                                                                                                                                                                          machine-02

                                                                                                                                                                          功

                                                                                                                                                                          难度:基础范围:初中校验 7/7

                                                                                                                                                                          做功的两个条件

                                                                                                                                                                          既有力作用,又有沿该力方向的位移,才可判断该力做功。搬箱静止不做机械功;提箱水平匀速走,竖直提力不做功;放手后靠惯性滑行,已经撤去的手推力不继续做功。初中同向恒力情形用功等于力乘距离,不把位移任意方向混进去。

                                                                                                                                                                          定义

                                                                                                                                                                          功描述力对物体做功的过程。力和物体在力的方向上发生位移时,力对物体做功;在力与位移同方向的简单情形中,功等于力与沿力方向距离的乘积。

                                                                                                                                                                          物理意义

                                                                                                                                                                          计算功时必须同时有力和沿力方向的位移:物体虽移动但力没有沿位移方向的分量时,不能直接用 W=Fs。力用 N、距离用 m,功的单位是 J。

                                                                                                                                                                          符号

                                                                                                                                                                          符号含义单位
                                                                                                                                                                          F沿运动方向的作用力N
                                                                                                                                                                          s物体沿力方向通过的距离m
                                                                                                                                                                          W力所做的功J
                                                                                                                                                                          t做功所用时间s
                                                                                                                                                                          P功率W

                                                                                                                                                                          公式与校验

                                                                                                                                                                          力和沿力方向距离求功力与位移同方向,F 用 N、s 用 m。7/7 校验通过
                                                                                                                                                                          W=F⋅s
                                                                                                                                                                          查看校验用原式W = F*s
                                                                                                                                                                          校验记录(7 项)

                                                                                                                                                                            推导要点

                                                                                                                                                                            1. 确认作用力是否使物体沿力的方向移动。
                                                                                                                                                                            2. 若力和位移同向,用 W=F·s 求功。
                                                                                                                                                                            3. 记录完成这段功所用的时间。
                                                                                                                                                                            4. 用 P=W/t 比较做功快慢。

                                                                                                                                                                            常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                            把功写成力除以移动距离。已实测 · 量纲一致性 抓住
                                                                                                                                                                            错误写法 W = F/s
                                                                                                                                                                            功等于力与沿力方向位移的乘积,不是除法;单位由 N×m 得到 J,位移方向与力垂直时该力不做功。
                                                                                                                                                                            实测记录左端M·L²·T⁻²,右端M·T⁻²
                                                                                                                                                                            位移已换算为 m 后,又按 cm 单位额外缩小 100 倍。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                            错误写法 W = F·s/100
                                                                                                                                                                            抬起物体的位移已按 4 m 代入,不能再除以 100;否则 200 J 会被算成 2 J。
                                                                                                                                                                            实测记录情境「抬起物体」:算得W=2;参考200;有效容差0.0002
                                                                                                                                                                            物体受力但没有沿力方向移动,仍认为该力做了功。人工审核
                                                                                                                                                                            做功要求力对物体产生沿力方向的位移;只有力却没有相应位移,或物体运动方向与力垂直,都不能据此认为该力做了功。
                                                                                                                                                                            实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                                                                                                            典型例题

                                                                                                                                                                            用 100 N 的水平力拉木箱移动 2 m,历时 5 s,求功和功率。

                                                                                                                                                                            1. W=Fs=100×2=200 J。
                                                                                                                                                                            2. P=W/t=200/5=40 W。

                                                                                                                                                                            答案做功 200 J,功率 40 W。

                                                                                                                                                                            功力位移焦耳
                                                                                                                                                                            前置:motion-01 | 后续:machine-03
                                                                                                                                                                            machine-05

                                                                                                                                                                            功率

                                                                                                                                                                            难度:基础范围:初中校验 7/7

                                                                                                                                                                            功率

                                                                                                                                                                            功率表示做功快慢,功表示做功总量;同样功用时短者功率大,同样时间做功多者功率大。1 kW=1000 W,1 W=1 J/s。举起物体可由质量、提升高度、用时估算提升功率,比较时先控制任务和条件,不能只凭“更重”或“更快”判断。

                                                                                                                                                                            定义

                                                                                                                                                                            功率表示做功的快慢,等于一段过程中所做的功与所用时间之比。相同的功用时越短,功率越大;相同时间内做功越多,功率越大。

                                                                                                                                                                            物理意义

                                                                                                                                                                            比较机器做功快慢时要比较功率,而不是只看总功。计算时功用 J、时间用 s,功率单位为 W;大型设备也常用 kW。功率是单位时间完成的功,数值并不等于总功;功率换算时 1 kW=1000 W,不能漏写时间单位。

                                                                                                                                                                            符号

                                                                                                                                                                            符号含义单位
                                                                                                                                                                            F沿运动方向的作用力N
                                                                                                                                                                            s物体沿力方向通过的距离m
                                                                                                                                                                            W力所做的功J
                                                                                                                                                                            t做功所用时间s
                                                                                                                                                                            P功率W

                                                                                                                                                                            公式与校验

                                                                                                                                                                            由功和时间求功率W 是同一时间段内完成的功,t 大于零;功率单位为 W。7/7 校验通过
                                                                                                                                                                            P=Wt
                                                                                                                                                                            查看校验用原式P = W/t
                                                                                                                                                                            校验记录(7 项)

                                                                                                                                                                              推导要点

                                                                                                                                                                              1. 确定研究的做功过程及对应时间间隔 t。
                                                                                                                                                                              2. 用功除以完成该功所用的时间,得到平均功率 P=W/t。
                                                                                                                                                                              3. 把功统一为 J、时间统一为 s,功率结果即为 W。

                                                                                                                                                                              常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                              把功率误算成做功除以两倍时间。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                              错误写法 P = W/(2·t)
                                                                                                                                                                              功率是单位时间内完成的功;把时间额外加倍会使结果减半。计算前应写出功、时间和功率各自的物理意义。
                                                                                                                                                                              实测记录情境「抬起物体」:算得P=10;参考20;有效容差2e-05
                                                                                                                                                                              把功率和总功混为一谈,只比较做功总量。人工审核
                                                                                                                                                                              功率描述做功快慢;相同的功用时不同,功率就不同。计算前应写出功、时间和功率各自的物理意义。
                                                                                                                                                                              实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核
                                                                                                                                                                              物体受力但没有沿力方向移动,仍认为该力做了功。人工审核
                                                                                                                                                                              做功要求力对物体产生沿力方向的位移;只有力却没有相应位移,或物体运动方向与力垂直,都不能据此认为该力做了功。
                                                                                                                                                                              实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                                                                                                              典型例题

                                                                                                                                                                              机器在 5 s 内完成 200 J 的功,求平均功率。

                                                                                                                                                                              1. 使用 P=W/t。
                                                                                                                                                                              2. P=200/5=40 W。

                                                                                                                                                                              答案平均功率为 40 W。

                                                                                                                                                                              功率做功快慢功时间瓦特
                                                                                                                                                                              前置:machine-02 | 后续:machine-03
                                                                                                                                                                              machine-03

                                                                                                                                                                              机械效率

                                                                                                                                                                              难度:基础范围:初中校验 12/12

                                                                                                                                                                              机械效率

                                                                                                                                                                              机械效率为有用功与总功之比,总功包括有用功和额外功,效率无单位,常用百分数表示。它和功率无直接等同关系,高功率不保证高效率;增大合理负载、减小摩擦或机械自重可改善特定装置效率。理想机械效率可取100%,实际有损耗通常小于100%;不能省功。

                                                                                                                                                                              实验:测量滑轮组机械效率

                                                                                                                                                                              目的:比较有用功、总功和额外功。

                                                                                                                                                                              装置与接法:滑轮组、钩码、测力计、刻度尺。

                                                                                                                                                                              控制、改变与观察:近似匀速竖直提升,记录重力、高度、拉力和绳端距离。

                                                                                                                                                                              步骤:

                                                                                                                                                                              1. 测负载重力,标记负载和绳端起点。
                                                                                                                                                                              2. 匀速拉动,记录拉力以及两处位移。
                                                                                                                                                                              3. 用重力乘高度求有用功,拉力乘绳端距离求总功,再求比值。

                                                                                                                                                                              数据与处理:设计示例(非实测):10 N提升0.20 m有用功2 J;6 N拉绳0.40 m总功2.4 J,效率约83.3%。

                                                                                                                                                                              结论与条件:省力不省功,总功不小于有用功,效率约束与能量账目一致。

                                                                                                                                                                              误差与边界:拉力波动、滑轮摩擦、量错绳端距离影响结果;不把承重绳段数倒数当实际效率。

                                                                                                                                                                              定义

                                                                                                                                                                              机械效率表示有用功占总输入功的比例,等于有用功与总功之比。由于机械存在摩擦、变形等能量损失,机械效率通常小于 1,常用百分数表示。

                                                                                                                                                                              物理意义

                                                                                                                                                                              使用滑轮或斜面时,先判断对目标有帮助的功是有用功,其余输入功构成总功。效率提高表示损失比例降低,并不意味着输入功一定减少或机械一定省力。计算前要让有用功和总功采用相同单位;效率不能写成超过 100% 的数值。

                                                                                                                                                                              符号

                                                                                                                                                                              符号含义单位
                                                                                                                                                                              W有用完成任务的有用功J
                                                                                                                                                                              W入输入机械的总功J
                                                                                                                                                                              η机械效率,以小数表示1

                                                                                                                                                                              公式与校验

                                                                                                                                                                              有用功与总功求机械效率有用功不大于总功;机械效率用小数表示时乘 100% 可换为百分数。7/7 校验通过
                                                                                                                                                                              η=W有用W入
                                                                                                                                                                              查看校验用原式eta = W_use/W_in
                                                                                                                                                                              校验记录(7 项)
                                                                                                                                                                                由效率和总功求有用功η 用 0 到 1 之间的小数表示。5/5 校验通过
                                                                                                                                                                                W有用=η⋅W入
                                                                                                                                                                                查看校验用原式W_use = eta*W_in
                                                                                                                                                                                校验记录(5 项)

                                                                                                                                                                                  推导要点

                                                                                                                                                                                  1. 分清有用功和输入的总功。
                                                                                                                                                                                  2. 用有用功除以总功得到效率小数。
                                                                                                                                                                                  3. 将小数乘 100% 可换为百分数。
                                                                                                                                                                                  4. 实际摩擦和其他损耗使有用功小于输入总功。

                                                                                                                                                                                  常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                  把总功除以有用功当作机械效率。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                  错误写法 η = W入/W有用
                                                                                                                                                                                  效率应为有用功占输入总功的比例;提升重物情境中正确值 0.8,反过来会得到 1.25。
                                                                                                                                                                                  实测记录情境「提升重物」:算得η=1.25;参考0.8;有效容差1.25e-06
                                                                                                                                                                                  认为机械效率可以大于 100%,或把效率与功率混为一谈。人工审核
                                                                                                                                                                                  实际机械有能量损失,有用功不能超过输入总功;功率是功与时间之比,与效率概念不同。
                                                                                                                                                                                  实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                                                                                                                  典型例题

                                                                                                                                                                                  滑轮组输入总功 200 J,提升重物的有用功为 150 J,求机械效率。

                                                                                                                                                                                  1. η=150/200=0.75。
                                                                                                                                                                                  2. 换成百分数为 75%。

                                                                                                                                                                                  答案机械效率为 75%。

                                                                                                                                                                                  机械效率有用功总功能量损失
                                                                                                                                                                                  前置:machine-02

                                                                                                                                                                                  机械能和内能

                                                                                                                                                                                  按苏科版2024目录分为机械能、内能与热传递、物质比热容、机械能和内能相互转化;能量平衡均注明系统边界和散热条件。

                                                                                                                                                                                  4 个知识点 · 12 条公式 · 74 项校验全部通过

                                                                                                                                                                                  energy-01

                                                                                                                                                                                  机械能

                                                                                                                                                                                  难度:基础范围:初中主线;公式含拓展校验 25/25

                                                                                                                                                                                  初中核心:三种机械能

                                                                                                                                                                                  运动小车推动木块的距离用于比较动能;从不同高度释放同一物体,或同一高度释放不同质量物体,用做功效果比较重力势能。保持材料相同再比较弹性形变量,以弹簧推动物体的效果比较弹性势能。控制变量和能量转化是主线,不要求推导动能平方公式或弹性势能公式。弹性势能不是重力势能,机械能不能一概只算动能与重力势能。

                                                                                                                                                                                  机械能转化与拓展边界

                                                                                                                                                                                  摆球下落时重力势能减小、动能增大,上升时相反;弹簧恢复形变可把弹性势能转为动能。忽略摩擦和其他耗散且系统边界适当时,机械能可守恒。下面数值关系供高中衔接;动能和重力势能公式不当作初中必背,机械能加和若忽略弹性势能必须明确无弹性储能。

                                                                                                                                                                                  本章素养回顾(原创任务)

                                                                                                                                                                                  选择本章一个现象,写出结论、成立条件和证据;用另一条本章规律复核解释是否矛盾。指出一次测量或模型的局限,并说明还需什么证据;数值通过不替代概念辨析。

                                                                                                                                                                                  实验:比较动能与重力势能的影响因素

                                                                                                                                                                                  目的:用做功效果作间接证据,练习控制变量。

                                                                                                                                                                                  装置与接法:小车、缓斜面、不同配重、木块、刻度尺。

                                                                                                                                                                                  控制、改变与观察:动能比较固定质量改变撞击速度,或固定速度改变质量;重力势能比较固定质量改变高度。

                                                                                                                                                                                  步骤:

                                                                                                                                                                                  1. 同车从不同高度释放,记录撞后木块移动距离。
                                                                                                                                                                                  2. 研究质量时通过速度测量等办法保持撞击速度相同,再换配重。
                                                                                                                                                                                  3. 写清间接指标、控制条件和适用范围,再说明能量转化。

                                                                                                                                                                                  数据与处理:设计示例(非实测):同车较高位置释放推动距离可由5 cm增至9 cm;这些是设计示例,不由距离直接读出多少J。

                                                                                                                                                                                  结论与条件:动能随质量和速度增大而增大;重力势能随质量和相对高度增大而增大,控制变量后分别判断。

                                                                                                                                                                                  误差与边界:摩擦差异、撞击方式和速度未控制会混入影响,不能由两组距离推导动能平方系数。

                                                                                                                                                                                  定义

                                                                                                                                                                                  动能是物体因运动具有的能量,势能包括重力势能和弹性势能;动能与势能统称机械能。被举高的物体具有重力势能,发生弹性形变的物体具有弹性势能;比较大小必须控制相关条件,初中以实验和定性规律为主。

                                                                                                                                                                                  物理意义

                                                                                                                                                                                  质量相同时速度越大,动能越大;速度相同时质量越大,动能越大。相对同一参考面,质量相同时高度越高,重力势能越大;高度相同时质量越大,重力势能越大。同一弹性物体在弹性限度内,形变量越大,弹性势能一般越大。机械能可在不同形式间转化,有摩擦等耗散时机械能可能减少,但总能量不消失。

                                                                                                                                                                                  符号

                                                                                                                                                                                  符号含义单位
                                                                                                                                                                                  m物体质量kg
                                                                                                                                                                                  v物体速度大小m/s
                                                                                                                                                                                  Ek物体动能J
                                                                                                                                                                                  g当地重力加速度N/kg
                                                                                                                                                                                  h相对选定参考面的高度m
                                                                                                                                                                                  Ep物体重力势能J
                                                                                                                                                                                  Em动能、重力势能与弹性势能的总和J
                                                                                                                                                                                  Q物体吸收的热量J
                                                                                                                                                                                  ch物质比热容J/kg/℃
                                                                                                                                                                                  dT物体升高的温度℃
                                                                                                                                                                                  Ee弹性势能,本卡只用已知储能作账目J

                                                                                                                                                                                  公式与校验

                                                                                                                                                                                  物体动能拓展计算,非本卡初中必背主线。适用于物体平动的动能计算,m 用 kg、v 用 m/s。6/6 校验通过
                                                                                                                                                                                  Ek=12⁢m⋅v2
                                                                                                                                                                                  查看校验用原式Ek = 0.5*m*v^2
                                                                                                                                                                                  校验记录(6 项)
                                                                                                                                                                                    物体重力势能拓展计算,非本卡初中必背主线。h 从选定参考面竖直量起,g 取当地值。6/6 校验通过
                                                                                                                                                                                    Ep=m⋅g⋅h
                                                                                                                                                                                    查看校验用原式Ep = m*g*h
                                                                                                                                                                                    校验记录(6 项)
                                                                                                                                                                                      动能与各类势能组成机械能机械能账目包含动能、重力势能和弹性势能;参考面一致,其他机械储能另计。6/6 校验通过
                                                                                                                                                                                      Em=Ek+Ep+Ee
                                                                                                                                                                                      查看校验用原式Em = Ek+Ep+Ee
                                                                                                                                                                                      校验记录(6 项)
                                                                                                                                                                                        由速度和高度直接求机械能拓展计算,非本卡初中必背主线。同一物体相对同一参考面计重力势能,机械能只包含动能和重力势能。7/7 校验通过
                                                                                                                                                                                        Em=12⁢m⋅v2+m⋅g⋅h
                                                                                                                                                                                        查看校验用原式Em = 0.5*m*v^2+m*g*h
                                                                                                                                                                                        校验记录(7 项)

                                                                                                                                                                                          推导要点

                                                                                                                                                                                          1. 物体运动时具有动能,计算时使用质量和速度。
                                                                                                                                                                                          2. 相对参考面被举高的物体具有重力势能,计算时使用质量、g 和高度。
                                                                                                                                                                                          3. 把动能与重力势能相加,得到该参考面下的机械能。
                                                                                                                                                                                          4. 分析能量转化时,检查摩擦等因素是否使机械能转化为内能。

                                                                                                                                                                                          常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                          把动能写成质量与速度的一次方相乘,漏掉速度平方和二分之一。已实测 · 量纲一致性 抓住
                                                                                                                                                                                          错误写法 Ek = m·v
                                                                                                                                                                                          动能的单位应为 J,m·v 的单位是 kg·m/s;量纲与数值关系都不符。
                                                                                                                                                                                          实测记录左端M·L²·T⁻²,右端M·L·T⁻¹
                                                                                                                                                                                          写动能公式时漏掉系数二分之一,只保留质量乘速度平方。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                          错误写法 Ek = m·v²
                                                                                                                                                                                          高处小球的动能为 0.5×2×3²=9 J;漏掉二分之一会得到 18 J,量纲仍正确但数值翻倍。
                                                                                                                                                                                          实测记录情境「高处小球」:算得Ek=18;参考9;有效容差1.8e-05
                                                                                                                                                                                          认为物体高度变化时重力势能与参考面无关。人工审核
                                                                                                                                                                                          重力势能数值依赖所选零势能参考面;比较同一过程能量变化时要保持参考面一致。
                                                                                                                                                                                          实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                                                                                                                          典型例题

                                                                                                                                                                                          用同一小车从同一斜面不同高度静止释放,撞击同一木块。高处释放时木块被推得更远。解释能量变化,再说明怎样比较质量对动能的影响。

                                                                                                                                                                                          1. 高处释放的小车初始重力势能更大,下滑时部分转成动能,撞击后对木块做功,推动距离可作为比较证据。
                                                                                                                                                                                          2. 研究质量时应改变小车质量、保持撞击前速度相同并保持木块和水平面相同;不能同时任意改变质量和速度。

                                                                                                                                                                                          答案能量可由重力势能转为动能再转移;质量比较须控制速度相同。

                                                                                                                                                                                          机械能动能重力势能机械能转化
                                                                                                                                                                                          前置:motion-01、force-01 | 后续:energy-02
                                                                                                                                                                                          energy-03

                                                                                                                                                                                          内能 热传递

                                                                                                                                                                                          难度:基础范围:初中校验 7/7

                                                                                                                                                                                          内能、温度和热量

                                                                                                                                                                                          内能是物体内大量微观粒子无规则运动的动能及相互作用势能的总和,所有物体都有内能,0℃并不代表没有内能。温度描述冷热,内能还与物体质量、状态等有关,不能只比温度判内能多少。热量是热传递过程中转移的能量,用J;只说“物体内能增大”,不说“物体含有热量”。热传递自发地由高温物体向低温物体发生。

                                                                                                                                                                                          定义

                                                                                                                                                                                          物体内部所有分子无规则运动的动能及分子相互作用势能的总和称为内能。热传递是内能改变的一种方式,能量从温度较高的物体传向温度较低的物体,直到达到热平衡。

                                                                                                                                                                                          物理意义

                                                                                                                                                                                          热量是热传递过程中传递的能量,不是物体“含有”的一种物质。忽略与外界的能量交换和散失时,高温物体放出的热量等于低温物体吸收的热量;实际实验需要考虑容器、温度计和环境带走的能量。用水的比热容可估算吸热量,再与热平衡的能量账目核对。

                                                                                                                                                                                          符号

                                                                                                                                                                                          符号含义单位
                                                                                                                                                                                          Q放高温物体放出的热量大小J
                                                                                                                                                                                          Q吸低温物体吸收的热量J
                                                                                                                                                                                          ch被加热物质的比热容J/kg/℃
                                                                                                                                                                                          m被加热物质质量kg
                                                                                                                                                                                          dT被加热物质的温升℃

                                                                                                                                                                                          公式与校验

                                                                                                                                                                                          绝热热交换中的放热吸热平衡把参与热交换的物体作为近似绝热系统,忽略向环境、容器等散失的能量。7/7 校验通过
                                                                                                                                                                                          Q放=Q吸
                                                                                                                                                                                          查看校验用原式Q_lost = Q_gained
                                                                                                                                                                                          校验记录(7 项)

                                                                                                                                                                                            推导要点

                                                                                                                                                                                            1. 确定热交换系统边界,并判断是否可近似忽略向环境散热。
                                                                                                                                                                                            2. 记录高温物体放热量和低温物体吸热量的大小。
                                                                                                                                                                                            3. 在近似绝热的系统内,两者大小相等;实际实验可将差值视作热损失与测量误差分析。

                                                                                                                                                                                            常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                            在忽略散热的热平衡问题中把吸热量误写成放热量的两倍。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                            错误写法 Q放 = 2·Q吸
                                                                                                                                                                                            封闭近似绝热系统的能量账目应相等;额外乘 2 会破坏热量平衡。
                                                                                                                                                                                            实测记录情境「水吸热与热水放热」:算得Q放=84000;参考42000;有效容差0.084
                                                                                                                                                                                            认为热量是物体本身储存的一种物质。人工审核
                                                                                                                                                                                            热量描述热传递过程中转移的能量;物体具有内能,而不是“含有热量”。
                                                                                                                                                                                            实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                                                                                                                            典型例题

                                                                                                                                                                                            忽略散热时,一块热金属放出 600 J 热量给水,水吸收多少热量?

                                                                                                                                                                                            1. 把金属和水作为近似绝热系统。
                                                                                                                                                                                            2. 金属放出的热量等于水吸收的热量。

                                                                                                                                                                                            答案水吸收约 600 J。

                                                                                                                                                                                            内能热传递吸热放热热平衡
                                                                                                                                                                                            前置:energy-01 | 后续:energy-02、energy-04
                                                                                                                                                                                            energy-02

                                                                                                                                                                                            物质的比热容

                                                                                                                                                                                            难度:基础范围:初中校验 12/12

                                                                                                                                                                                            比热容

                                                                                                                                                                                            比热容描述单位质量物质温度改变1℃时吸收或放出的热量,用J/(kg·℃)表述。比较不同物质时控制质量和吸收热量相同,温升小者比热容大;或控制质量和温升相同,吸热多者比热容大。吸放热算值必须取温差,且没有相变、比热容可近似恒定;沸腾吸热而温度不变不能套温升式求零热量。

                                                                                                                                                                                            定义

                                                                                                                                                                                            比热容表示单位质量的某种物质温度升高或降低 1℃ 时吸收或放出的热量。不同物质的比热容通常不同;同种物质吸收热量还与质量和温度变化有关。

                                                                                                                                                                                            物理意义

                                                                                                                                                                                            水的比热容约为 4200 J/kg/℃,表示 1 kg 水升高 1℃ 约需吸收 4200 J。用 Q=ch·m·dT 计算时,先确认过程没有发生物态变化,并把质量、温升和热量单位统一。比热容是物质特性,不等于一整份物体吸收的热量。

                                                                                                                                                                                            符号

                                                                                                                                                                                            符号含义单位
                                                                                                                                                                                            Q物体吸收的热量J
                                                                                                                                                                                            ch物质比热容J/kg/℃
                                                                                                                                                                                            m物体质量kg
                                                                                                                                                                                            dT物体升高的温度℃

                                                                                                                                                                                            公式与校验

                                                                                                                                                                                            加热温度变化时的吸热量无物态变化、比热容近似不变,dT 为温升,单位 ℃。7/7 校验通过
                                                                                                                                                                                            Q=ch⋅m⋅dT
                                                                                                                                                                                            查看校验用原式Q = c_h*m*dT
                                                                                                                                                                                            校验记录(7 项)
                                                                                                                                                                                              由吸热量求比热容样品无物态变化,吸收热量 Q、质量 m 和温升 dT 已知。5/5 校验通过
                                                                                                                                                                                              ch=Qm⋅dT
                                                                                                                                                                                              查看校验用原式c_h = Q/(m*dT)
                                                                                                                                                                                              校验记录(5 项)

                                                                                                                                                                                                推导要点

                                                                                                                                                                                                1. 记录被加热物体质量 m 和比热容 ch。
                                                                                                                                                                                                2. 测量加热前后温度,求温升 dT。
                                                                                                                                                                                                3. 在无物态变化条件下,用 Q=ch·m·dT 求吸收热量。
                                                                                                                                                                                                4. 实验中还要考虑容器吸热和散热等误差来源。

                                                                                                                                                                                                常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                                计算吸热量时漏掉物体质量。已实测 · 量纲一致性 抓住
                                                                                                                                                                                                错误写法 Q = ch·dT
                                                                                                                                                                                                比热容描述单位质量的吸热量,整块物体还要乘质量;半千克水升温 10℃ 吸热 21 000 J。
                                                                                                                                                                                                实测记录左端M·L²·T⁻²,右端L²·T⁻²
                                                                                                                                                                                                用末温代替温升,并在温度不变或发生物态变化时直接套用本式。人工审核
                                                                                                                                                                                                本式需要温度变化量,且适用于比热容近似不变、没有物态变化的过程;相变时需另行分析。
                                                                                                                                                                                                实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核
                                                                                                                                                                                                把质量0.5 kg写成500,并仍按kg代入。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                                错误写法 Q = ch·(1000·m)·dT
                                                                                                                                                                                                比热容单位含kg,质量需0.5 kg;用500代入使正确21000 J误大千倍。
                                                                                                                                                                                                实测记录情境「半千克水升温10度」:算得Q=21000000;参考21000;有效容差21

                                                                                                                                                                                                典型例题

                                                                                                                                                                                                0.5 kg 的水温度升高 10℃,水的比热容取 4200 J/kg/℃,求吸收热量。

                                                                                                                                                                                                1. Q=ch·m·dT。
                                                                                                                                                                                                2. Q=4200×0.5×10=21 000 J。

                                                                                                                                                                                                答案水吸收 21 000 J 热量。

                                                                                                                                                                                                比热容热量质量温度变化
                                                                                                                                                                                                前置:state-01
                                                                                                                                                                                                energy-04

                                                                                                                                                                                                机械能与内能的相互转化

                                                                                                                                                                                                难度:基础范围:初中校验 30/30

                                                                                                                                                                                                热机与四冲程

                                                                                                                                                                                                热机把内能转为机械能。典型四冲程汽油机:吸气时进气门开、排气门关、活塞下行,吸入空气和燃料混合物;压缩时两门关、活塞上行,机械能转为内能;做功时两门关、燃烧气体推动活塞下行,内能转为机械能;排气时排气门开、进气门关、活塞上行排出废气。一个循环通常曲轴转两周,完成四冲程、对外做功一次;其余冲程借飞轮惯性维持。柴油机吸入空气、压缩后喷油压燃,不采用火花塞点火模型。

                                                                                                                                                                                                燃料热值与热机效率

                                                                                                                                                                                                热值表示单位质量燃料完全燃烧放出的热量,单位J/kg;气体燃料也可按体积定义,使用前看单位。热值是燃料特性,不随取样质量改变;完全燃烧放热量等于热值乘燃料质量。热机效率为对外有用机械功占燃料完全燃烧放热量之比;不等于水吸热效率,也不等于机械效率。尾气、散热、摩擦和不完全燃烧等导致有用输出小于理论放热,能量仍守恒。

                                                                                                                                                                                                定义

                                                                                                                                                                                                机械能可以转化为内能,内能也可通过做功等过程转化为机械能。存在摩擦时,部分机械能会转化为物体内能;能量总量遵循转化与守恒规律。

                                                                                                                                                                                                物理意义

                                                                                                                                                                                                刹车片发热、双手摩擦后变热,说明机械能可转化为内能;热机中气体膨胀推动活塞,则内能可转化为机械能。只研究机械能时会观察到它减少,但把内能等形式也计入后能量账目仍平衡。分析前先划定系统,确认是否有外界能量输入或散失。

                                                                                                                                                                                                符号

                                                                                                                                                                                                符号含义单位
                                                                                                                                                                                                E机前转化前机械能J
                                                                                                                                                                                                E机后转化后机械能J
                                                                                                                                                                                                E内增转化增加的内能J
                                                                                                                                                                                                q燃料热值,按单位质量定义J/kg
                                                                                                                                                                                                m完全燃烧的燃料质量kg
                                                                                                                                                                                                Q燃料完全燃烧理论放热量J
                                                                                                                                                                                                W有用热机对外有用机械功J
                                                                                                                                                                                                η热机效率,取0到1间比值1
                                                                                                                                                                                                Q损未成为有用功的其他能量总量J

                                                                                                                                                                                                公式与校验

                                                                                                                                                                                                机械能减少转化为内能把刹车或摩擦过程中的相关物体作为系统,忽略向外界的能量散失。7/7 校验通过
                                                                                                                                                                                                E机前=E机后+E内增
                                                                                                                                                                                                查看校验用原式E_mech_before = E_mech_after+E_int_gain
                                                                                                                                                                                                校验记录(7 项)
                                                                                                                                                                                                  由前后机械能差求内能增量机械能减少量全部转化为系统内能,忽略热量散失和其他能量形式。6/6 校验通过
                                                                                                                                                                                                  E内增=E机前−E机后
                                                                                                                                                                                                  查看校验用原式E_int_gain = E_mech_before-E_mech_after
                                                                                                                                                                                                  校验记录(6 项)
                                                                                                                                                                                                    燃料完全燃烧放热按质量定义热值,燃料完全燃烧;q用J/kg、质量用kg。实际利用热量须计效率。7/7 校验通过
                                                                                                                                                                                                    Q=q⋅m
                                                                                                                                                                                                    查看校验用原式Q = q*m
                                                                                                                                                                                                    校验记录(7 项)
                                                                                                                                                                                                      热机效率燃料完全燃烧理论放热量为正,有用机械功为对外输出,百分数为该比值乘100%。6/6 校验通过
                                                                                                                                                                                                      η=W有用Q
                                                                                                                                                                                                      查看校验用原式eta = W_use/Q
                                                                                                                                                                                                      校验记录(6 项)
                                                                                                                                                                                                        热机能量账目输入输出统计于同一过程,其他能量已包括散热、尾气及其他非有用输出。4/4 校验通过
                                                                                                                                                                                                        Q=W有用+Q损
                                                                                                                                                                                                        查看校验用原式Q = W_use+Q_loss
                                                                                                                                                                                                        校验记录(4 项)

                                                                                                                                                                                                          推导要点

                                                                                                                                                                                                          1. 选定系统并记录转化前机械能和转化后机械能。
                                                                                                                                                                                                          2. 若机械能减少全部进入系统内能,则内能增加量等于机械能减少量。
                                                                                                                                                                                                          3. 把末态机械能和内能增量相加,与初态机械能核对;有外界散热时应补记散失能量。

                                                                                                                                                                                                          常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                                          把机械能减少量的符号写反,导致内能减少。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                                          错误写法 E内增 = E机后-E机前
                                                                                                                                                                                                          本情境机械能从 100 J 降至 80 J,减少量为 20 J,转化为内能应为正的 20 J。
                                                                                                                                                                                                          实测记录情境「刹车减速」:算得E内增=-20;参考20;有效容差2e-05
                                                                                                                                                                                                          认为机械能减少就意味着能量消失。人工审核
                                                                                                                                                                                                          摩擦可使机械能转化为内能;把系统边界和其他能量形式计入后,能量总量仍守恒。
                                                                                                                                                                                                          实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核
                                                                                                                                                                                                          把热机效率写成燃料理论放热量除以有用机械功。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                                          错误写法 η = Q/W有用
                                                                                                                                                                                                          100 kJ有用功、400 kJ输入,效率应为0.25;反比得到4即400%,违反能量账目。
                                                                                                                                                                                                          实测记录情境「燃料与热机一」:算得η=4;参考0.25;有效容差4e-06

                                                                                                                                                                                                          典型例题

                                                                                                                                                                                                          刹车前汽车机械能为 5000 J,刹车后为 4200 J,忽略向外界散热,求转化增加的内能。

                                                                                                                                                                                                          1. 机械能减少量为 5000-4200=800 J。
                                                                                                                                                                                                          2. 忽略散热时,减少的机械能转化为内能。

                                                                                                                                                                                                          答案内能增加约 800 J。

                                                                                                                                                                                                          机械能转化内能摩擦生热能量守恒
                                                                                                                                                                                                          前置:energy-01、energy-03

                                                                                                                                                                                                          简单电路

                                                                                                                                                                                                          按苏科版2024目录拆分电路入门、连接方式、电流和电流表、电压和电压表、串并联特点;电路结构介绍与连接方式合并成一条,电表读数均按量程和刻度计算。

                                                                                                                                                                                                          4 个知识点 · 8 条公式 · 55 项校验全部通过

                                                                                                                                                                                                          circuit-03

                                                                                                                                                                                                          初识家用电器和电路 · 电路连接方式

                                                                                                                                                                                                          难度:基础范围:初中校验 16/16

                                                                                                                                                                                                          初识家用电器和电路

                                                                                                                                                                                                          电路通常含电源、用电器、导线和开关。通路可有电流;断路是回路断开;电源短路指电源两端近似直接以导线相连,必须避免。导体和绝缘体由导电能力区分,不是有没有电子;金属导电主要是自由电子定向移动,常规电流方向与电子运动方向相反。把安全低压模型与真实家庭电路分开。

                                                                                                                                                                                                          跨学科实践(原创任务)

                                                                                                                                                                                                          设计低压双灯控制板:先画能独立开关两灯的电路图,再断电连接、检查支路与电源是否短路,最后记录两开关的状态表。结合逻辑表与制作过程评价方案,禁止改装家庭插座或市电设备。

                                                                                                                                                                                                          本章素养回顾(原创任务)

                                                                                                                                                                                                          选择本章一个现象,写出结论、成立条件和证据;用另一条本章规律复核解释是否矛盾。指出一次测量或模型的局限,并说明还需什么证据;数值通过不替代概念辨析。

                                                                                                                                                                                                          定义

                                                                                                                                                                                                          家用电器把电能转化为光、热、声或机械能;简单电路由电源、用电器、开关和导线组成。元件可串联或并联,串联只有一条电流路径,并联有多条支路。

                                                                                                                                                                                                          物理意义

                                                                                                                                                                                                          电路未闭合时通常没有持续电流;分析家用电器连接时可观察各元件是否能独立工作。串联支路的电流处处相等,并联干路电流由各支路电流汇合而成。这里把定性入门与电路连接合并呈现,避免给纯介绍性小节硬编公式。

                                                                                                                                                                                                          符号

                                                                                                                                                                                                          符号含义单位
                                                                                                                                                                                                          I1串联电路第一处电流A
                                                                                                                                                                                                          I平均单位时间内通过导体横截面的电荷量所对应的电流A
                                                                                                                                                                                                          Q通过导体横截面的电荷量C
                                                                                                                                                                                                          t电荷通过导体横截面的时间s
                                                                                                                                                                                                          I2串联第二处或并联第二支路的电流A
                                                                                                                                                                                                          It并联电路干路总电流A
                                                                                                                                                                                                          U1电路第一元件两端电压V
                                                                                                                                                                                                          U2电路第二元件两端电压V
                                                                                                                                                                                                          Ut电路总电压V
                                                                                                                                                                                                          U读数电压表读数V
                                                                                                                                                                                                          U量程电压表所选量程V
                                                                                                                                                                                                          n仪表指针偏转格数1
                                                                                                                                                                                                          N仪表满量程总格数1

                                                                                                                                                                                                          公式与校验

                                                                                                                                                                                                          串联电路各处电流相等元件串联且电路稳定工作,各处没有分支。8/8 校验通过
                                                                                                                                                                                                          I1=I2
                                                                                                                                                                                                          查看校验用原式I1 = I2
                                                                                                                                                                                                          校验记录(8 项)
                                                                                                                                                                                                            并联干路电流干路总电流等于并联各支路电流之和。8/8 校验通过
                                                                                                                                                                                                            It=I1+I2
                                                                                                                                                                                                            查看校验用原式It = I1+I2
                                                                                                                                                                                                            校验记录(8 项)

                                                                                                                                                                                                              推导要点

                                                                                                                                                                                                              1. 识别电源、用电器、开关和导线,判断电路是否闭合。
                                                                                                                                                                                                              2. 观察电流路径:首尾相连为串联,接在相同两节点之间为并联。
                                                                                                                                                                                                              3. 串联处电流相同;并联干路电流等于各支路电流之和,可与 Q/t 的电流定义交叉检查。

                                                                                                                                                                                                              常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                                              把并联干路电流误认为两支路电流的乘积。已实测 · 量纲一致性 抓住
                                                                                                                                                                                                              错误写法 It = I1·I2
                                                                                                                                                                                                              并联支路汇流时干路电流等于各支路电流之和;0.2 A 和 0.3 A 合为 0.5 A。
                                                                                                                                                                                                              实测记录左端I,右端I²
                                                                                                                                                                                                              认为家庭电路中的各用电器都串联,一个坏了全部熄灭。人工审核
                                                                                                                                                                                                              家庭用电器通常并联接入,支路可独立工作;电路图要结合实际连接辨析。
                                                                                                                                                                                                              实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核
                                                                                                                                                                                                              并联干路电流只算第一支路。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                                              错误写法 It = I1
                                                                                                                                                                                                              两支路0.20和0.30 A相加为0.50 A,遗漏第二支路只得0.20 A。
                                                                                                                                                                                                              实测记录情境「两支路并联一」:算得It=0.2;参考0.5;有效容差5e-07

                                                                                                                                                                                                              典型例题

                                                                                                                                                                                                              两支路电流分别为 0.2 A 和 0.3 A,求并联干路电流。

                                                                                                                                                                                                              1. 识别为并联电路,干路电流等于支路电流之和。
                                                                                                                                                                                                              2. It=0.2+0.3=0.5 A。

                                                                                                                                                                                                              答案干路电流为 0.5 A。

                                                                                                                                                                                                              家用电器电路串联并联电流路径
                                                                                                                                                                                                              后续:circuit-01
                                                                                                                                                                                                              circuit-01

                                                                                                                                                                                                              电流和电流表

                                                                                                                                                                                                              难度:基础范围:初中校验 14/14

                                                                                                                                                                                                              电流和电流表

                                                                                                                                                                                                              常规电流方向为正电荷定向移动方向;电源外部通路中从正极流向负极。电流表串联进被测支路,正接线柱进、负接线柱出,先选大量程试触,再在确保安全前提下选合适量程。不能把电流表直接跨接电源两端。读数先辨量程、分度值,再数格;1 A=1000 mA。

                                                                                                                                                                                                              实验:用电流表测量电流

                                                                                                                                                                                                              目的:正确接线、选量程与读数。

                                                                                                                                                                                                              装置与接法:低压电源、开关、电阻、合适电流表和导线。

                                                                                                                                                                                                              控制、改变与观察:串入同一被测支路,观察量程和稳定示数。

                                                                                                                                                                                                              步骤:

                                                                                                                                                                                                              1. 断开开关连接,正进负出串联接入。
                                                                                                                                                                                                              2. 先较大量程试触,确认后切合适量程。
                                                                                                                                                                                                              3. 闭合记录示数及量程,断开后整理。

                                                                                                                                                                                                              数据与处理:设计示例(非实测):0.6 A量程分30格,偏10格为0.20 A;不能读成10 A。

                                                                                                                                                                                                              结论与条件:电流表测所在支路电流,不直接并接电源。

                                                                                                                                                                                                              误差与边界:量程读错、极性反接、接触不良与额外内阻影响测量。

                                                                                                                                                                                                              单位换算证据:0.3 A = 300 mA。安培转毫安乘1000。

                                                                                                                                                                                                              定义

                                                                                                                                                                                                              电流表示电荷定向移动的快慢,等于单位时间内通过导体横截面的电荷量。电流表串联接入被测支路,电流从正接线柱流入;选择合适量程后再读数。

                                                                                                                                                                                                              物理意义

                                                                                                                                                                                                              电流用安培 A 表示。若使用指针式电流表,读数等于所选量程乘以指针格数与满量程格数之比;接入前估计电流并优先选择较大量程,再换到合适量程。电流表内阻很小,不可直接并联在电源两端。

                                                                                                                                                                                                              学习分工:本卡认识电流与电流表读数,接线、量程选择及异常处理见实验卡(jexp-09),可点击下方知识关系回看。这一链接是相关内容推荐,不表示必须先后学习。

                                                                                                                                                                                                              符号

                                                                                                                                                                                                              符号含义单位
                                                                                                                                                                                                              I平均单位时间内通过导体横截面的电荷量所对应的电流A
                                                                                                                                                                                                              Q通过导体横截面的电荷量C
                                                                                                                                                                                                              t电荷通过导体横截面的时间s
                                                                                                                                                                                                              I量程电流表所选量程A
                                                                                                                                                                                                              I读数电流表读数A
                                                                                                                                                                                                              n指针偏转格数1
                                                                                                                                                                                                              N满量程总格数1
                                                                                                                                                                                                              I1串联电路第一处电流A
                                                                                                                                                                                                              I2串联电路第二处电流A
                                                                                                                                                                                                              It并联干路总电流A
                                                                                                                                                                                                              U1第一元件两端电压V
                                                                                                                                                                                                              U2第二元件两端电压V
                                                                                                                                                                                                              Ut电路总电压V

                                                                                                                                                                                                              公式与校验

                                                                                                                                                                                                              由电荷量和时间求电流Q 表示一段时间内通过导体横截面的电荷量,t 用秒,所得电流用安培。7/7 校验通过
                                                                                                                                                                                                              I平均=Qt
                                                                                                                                                                                                              查看校验用原式I_mean = Q/t
                                                                                                                                                                                                              校验记录(7 项)
                                                                                                                                                                                                                电流表量程和指针格数求电流指针式电流表按均匀刻度读取;所选量程记作 I量程,n 是偏转格数,N 是满量程格数。7/7 校验通过
                                                                                                                                                                                                                I读数=I量程⋅nN
                                                                                                                                                                                                                查看校验用原式I_read = I_range*n/N
                                                                                                                                                                                                                校验记录(7 项)

                                                                                                                                                                                                                  推导要点

                                                                                                                                                                                                                  1. 电流定义为单位时间内通过导体横截面的电荷量,得到 I=Q/t。
                                                                                                                                                                                                                  2. 指针式电流表先读量程,再读偏转格数,按量程与满量程格数比例换算。
                                                                                                                                                                                                                  3. 检查电流表应串联接入、电流方向正确且不超量程,读数写上 A。

                                                                                                                                                                                                                  常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                                                  将电流表误并联到电源两端。人工审核
                                                                                                                                                                                                                  电流表内阻很小,直接并联会形成近似短路并损坏仪表或电源。接线前要看清仪表符号和它的接入位置。
                                                                                                                                                                                                                  实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核
                                                                                                                                                                                                                  读电流表时把指针格数当成电流数值,未按量程换算。已实测 · 量纲一致性 抓住
                                                                                                                                                                                                                  错误写法 I读数 = n
                                                                                                                                                                                                                  量程0.6 A、满量程30格、指针偏10格时应读0.20 A;直接把10格标成10 A不表示实际电流。必须先认量程,再算每格电流和偏转格数。
                                                                                                                                                                                                                  实测记录左端I,右端无量纲
                                                                                                                                                                                                                  把指针占总格数的比例取倒数。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                                                  错误写法 I读数 = I量程·N/n
                                                                                                                                                                                                                  0.6 A量程30格,指针10格应0.2 A;比例倒置会给超过量程的1.8 A。
                                                                                                                                                                                                                  实测记录情境「两灯串联一」:算得I读数=1.8;参考0.2;有效容差3.6e-07

                                                                                                                                                                                                                  典型例题

                                                                                                                                                                                                                  电流表量程为 0.6 A,满量程 30 格,指针偏转 15 格,求读数。

                                                                                                                                                                                                                  1. 量程对应满量程 30 格。
                                                                                                                                                                                                                  2. I=0.6×15/30=0.30 A。

                                                                                                                                                                                                                  答案电流表读数为 0.30 A。

                                                                                                                                                                                                                  电流电流表电荷量安培电流读数
                                                                                                                                                                                                                  后续:circuit-04、jexp-09
                                                                                                                                                                                                                  circuit-04

                                                                                                                                                                                                                  电压和电压表

                                                                                                                                                                                                                  难度:基础范围:初中校验 7/7

                                                                                                                                                                                                                  电压和电压表

                                                                                                                                                                                                                  电压促使电荷定向移动,电源提供电压;有电压不保证一定有电流,还要有通路。电压表并联在被测元件两端,极性与量程要正确。不能把电压表误接为串联仪表,也不能把它的存在当导线;1 V=1000 mV。局部故障判断须知道仪表接点和理想化条件。

                                                                                                                                                                                                                  实验:用电压表测量电压

                                                                                                                                                                                                                  目的:在元件两端正确并联测电压。

                                                                                                                                                                                                                  装置与接法:低压电路、电压表、开关。

                                                                                                                                                                                                                  控制、改变与观察:保持被测元件接点,选择合适量程。

                                                                                                                                                                                                                  步骤:

                                                                                                                                                                                                                  1. 断开开关,将电压表正负端并接被测元件两端。
                                                                                                                                                                                                                  2. 较大量程试触后选择合适档位。
                                                                                                                                                                                                                  3. 闭合、等示数稳定、注明测量位置与V。

                                                                                                                                                                                                                  数据与处理:设计示例(非实测):3 V量程30格偏20格为2.0 V;15 V同格数则10 V。

                                                                                                                                                                                                                  结论与条件:必须结合量程和分度值,电压属于明确两点之间。

                                                                                                                                                                                                                  误差与边界:把电压表串联、错认端点、量程和正负端均可出错,不按灯的名称猜电压。

                                                                                                                                                                                                                  定义

                                                                                                                                                                                                                  电压表示推动电荷定向移动的作用,是形成电流的重要条件。电压表并联在被测用电器两端,接线时正接线柱接高电势一侧;指针式电压表需根据量程与偏转格数读数。

                                                                                                                                                                                                                  物理意义

                                                                                                                                                                                                                  电压单位为伏特 V。读指针式电压表时,用所选量程乘指针格数与满量程格数之比;测量前先估计电压,避免超量程。电压表内阻较大,不能串联在电路中代替导线。串联元件的总电压等于各元件两端电压之和,可用于校验电压表读数。

                                                                                                                                                                                                                  学习分工:本卡认识电压和电压表的读数,跨接对象与改接步骤见实验卡(jexp-10),可点击下方知识关系回看。这一链接是相关内容推荐,不表示必须先后学习。

                                                                                                                                                                                                                  符号

                                                                                                                                                                                                                  符号含义单位
                                                                                                                                                                                                                  U读数电压表读数V
                                                                                                                                                                                                                  U量程电压表所选量程V
                                                                                                                                                                                                                  n指针偏转格数1
                                                                                                                                                                                                                  N满量程总格数1
                                                                                                                                                                                                                  U1串联第一元件两端电压V
                                                                                                                                                                                                                  U2串联第二元件两端电压V

                                                                                                                                                                                                                  公式与校验

                                                                                                                                                                                                                  电压表量程和指针格数求电压指针式电压表按均匀刻度读取;n 是指针格数,N 是满量程格数。7/7 校验通过
                                                                                                                                                                                                                  U读数=U量程⋅nN
                                                                                                                                                                                                                  查看校验用原式U_read = U_range*n/N
                                                                                                                                                                                                                  校验记录(7 项)

                                                                                                                                                                                                                    推导要点

                                                                                                                                                                                                                    1. 将电压表并联接在被测元件两端,正确连接正负接线柱。
                                                                                                                                                                                                                    2. 读取所选量程和指针格数,按 U=量程×偏转格数/满量程格数换算。
                                                                                                                                                                                                                    3. 对串联部分可把各元件电压相加,与总电压表读数比较检查。

                                                                                                                                                                                                                    常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                                                    把电压表误串联接入被测电路。人工审核
                                                                                                                                                                                                                    电压表应并联在被测元件两端;串联接入会显著改变电路状态。接线前要看清仪表符号和它的接入位置。
                                                                                                                                                                                                                    实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核
                                                                                                                                                                                                                    把电压表格数与满量程格数的比例倒过来。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                                                    错误写法 U读数 = U量程·N/n
                                                                                                                                                                                                                    量程 12 V、满量程 30 格偏转 15 格时,正确读数为 6 V;倒置比例会得到 24 V。
                                                                                                                                                                                                                    实测记录情境「串联电压读数一」:算得U读数=24;参考6;有效容差2.4e-05

                                                                                                                                                                                                                    典型例题

                                                                                                                                                                                                                    电压表选择 3 V 量程,满量程 30 格,指针偏转 20 格,求读数。

                                                                                                                                                                                                                    1. 按比例换算:3×20/30=2 V。
                                                                                                                                                                                                                    2. 确认读数未超过所选量程,并标注单位。

                                                                                                                                                                                                                    答案读数为 2 V。

                                                                                                                                                                                                                    电压电压表量程读数伏特
                                                                                                                                                                                                                    前置:circuit-01 | 后续:circuit-02、jexp-10
                                                                                                                                                                                                                    circuit-02

                                                                                                                                                                                                                    串、并联电路的特点

                                                                                                                                                                                                                    难度:基础范围:初中校验 18/18

                                                                                                                                                                                                                    串并联连接与特点

                                                                                                                                                                                                                    串联元件依次连接、只有一条电流路径,电流处处相等,总电压等于各段电压之和;并联有分流与汇流点,支路电压等于电源两端电压,干路电流等于各支路之和。串联各段电压不必相等,并联各支路电流不必相等。开关位置决定控制整路还是支路,不根据画线形状判断。

                                                                                                                                                                                                                    实验:探究串并联电路电流、电压特点

                                                                                                                                                                                                                    目的:用多个测点、多种负载验证连接规律。

                                                                                                                                                                                                                    装置与接法:低压电源、不同灯泡或电阻、开关、电流表、电压表。

                                                                                                                                                                                                                    控制、改变与观察:保持电源条件,按测点改仪表位置,换负载复核。

                                                                                                                                                                                                                    步骤:

                                                                                                                                                                                                                    1. 断电连串联电路,分别测各处电流和各段电压。
                                                                                                                                                                                                                    2. 断电改并联,测干路与支路电流、各支路电压。
                                                                                                                                                                                                                    3. 换不相同负载重复,避免“恰好相同”导致误判普遍规律。

                                                                                                                                                                                                                    数据与处理:设计示例(非实测):串联电流各0.2 A,分压1、2 V总3 V;并联电流0.1、0.2 A总0.3 A,支路各3 V。

                                                                                                                                                                                                                    结论与条件:串联电流相等、电压相加;并联电压相等、干路电流相加,支路电流不必相等。

                                                                                                                                                                                                                    误差与边界:仪表内阻、供电变化和接触不良会造成偏差;每次改接先断电,不用电流表跨电源。

                                                                                                                                                                                                                    定义

                                                                                                                                                                                                                    串联电路中各处电流相等,总电压等于各用电器两端电压之和;并联电路各支路两端电压相等,干路电流等于各支路电流之和。

                                                                                                                                                                                                                    物理意义

                                                                                                                                                                                                                    先根据电路图判断元件是首尾相连还是接在同一对节点上,再使用对应规律。串联电压要分配到各元件上,并联支路电压相同而电流会分流;不可把串联与并联规律互换。电流表串联测流,电压表并联测压。

                                                                                                                                                                                                                    符号

                                                                                                                                                                                                                    符号含义单位
                                                                                                                                                                                                                    Ut并联电路电源两端电压V
                                                                                                                                                                                                                    U1第一支路两端电压V
                                                                                                                                                                                                                    U2第二支路两端电压V
                                                                                                                                                                                                                    I1串联电路第一处电流A
                                                                                                                                                                                                                    I2第二支路电流A
                                                                                                                                                                                                                    It并联干路总电流A
                                                                                                                                                                                                                    I平均单位时间内通过导体横截面的电荷量所对应的电流A
                                                                                                                                                                                                                    Q通过导体横截面的电荷量C
                                                                                                                                                                                                                    t电荷通过导体横截面的时间s
                                                                                                                                                                                                                    I量程电流表所选量程A
                                                                                                                                                                                                                    I读数电流表读数A
                                                                                                                                                                                                                    n电压表偏转格数1
                                                                                                                                                                                                                    N电压表满量程格数1
                                                                                                                                                                                                                    U读数电压表读数V
                                                                                                                                                                                                                    U量程电压表量程V

                                                                                                                                                                                                                    公式与校验

                                                                                                                                                                                                                    串联部分总电压U1、U2 是串联部分各元件两端电压,Ut 是它们两端总电压。7/7 校验通过
                                                                                                                                                                                                                    Ut=U1+U2
                                                                                                                                                                                                                    查看校验用原式Ut = U1+U2
                                                                                                                                                                                                                    校验记录(7 项)
                                                                                                                                                                                                                      并联支路两端电压相等U1、U2 分别为并联支路两端电压,理想导线连接同一对节点。6/6 校验通过
                                                                                                                                                                                                                      U1=U2
                                                                                                                                                                                                                      查看校验用原式U1 = U2
                                                                                                                                                                                                                      校验记录(6 项)
                                                                                                                                                                                                                        并联电路各支路电压复核并联支路直接连接在理想导线构成的同一对节点之间。5/5 校验通过
                                                                                                                                                                                                                        U1=Ut
                                                                                                                                                                                                                        查看校验用原式U1 = Ut
                                                                                                                                                                                                                        校验记录(5 项)

                                                                                                                                                                                                                          推导要点

                                                                                                                                                                                                                          1. 画出并联电路,确认各支路的两端连接在同一对节点。
                                                                                                                                                                                                                          2. 电源两端电压对应每条支路两端,故各支路电压相等。
                                                                                                                                                                                                                          3. 在节点处电流分流或汇合,干路电流等于各支路电流之和。

                                                                                                                                                                                                                          常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                                                          串联总电压遗漏第二元件。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                                                          错误写法 Ut = U1
                                                                                                                                                                                                                          串联总电压2+4=6 V,不能仅取第一元件的2 V;并联同节点电压相等。
                                                                                                                                                                                                                          实测记录情境「两灯串联一」:算得Ut=2;参考6;有效容差6e-06
                                                                                                                                                                                                                          误以为并联电路各支路电流一定相等。人工审核
                                                                                                                                                                                                                          并联支路电压相等,但支路电流还取决于各支路元件的电阻和电路条件。
                                                                                                                                                                                                                          实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                                                                                                                                                          典型例题

                                                                                                                                                                                                                          两个支路并联,电流分别为 0.2 A 和 0.3 A,求干路电流。

                                                                                                                                                                                                                          1. 并联干路电流等于各支路电流之和。
                                                                                                                                                                                                                          2. It=0.2+0.3=0.5 A。

                                                                                                                                                                                                                          答案干路电流为 0.5 A。

                                                                                                                                                                                                                          串联电路并联电路电流规律电压规律电路特点

                                                                                                                                                                                                                          欧姆定律

                                                                                                                                                                                                                          按苏科版2024目录拆分电阻、变阻器、欧姆定律和欧姆定律应用;变阻器接入长度、滑片和串并联条件均明确说明。

                                                                                                                                                                                                                          4 个知识点 · 6 条公式 · 38 项校验全部通过

                                                                                                                                                                                                                          ohm-01

                                                                                                                                                                                                                          电阻

                                                                                                                                                                                                                          难度:基础范围:初中校验 6/6

                                                                                                                                                                                                                          电阻

                                                                                                                                                                                                                          电阻表示导体对电流的阻碍作用,单位Ω。同材料、同温度下导线越长一般电阻越大,横截面积越大一般越小;材料和温度也有影响。对同一个温度近似稳定的电阻器,电压改变引起电流改变,并非电阻按电压随意变化。1 kΩ=1000 Ω,1 MΩ=1000000 Ω。灯丝受热时电阻明显变化。

                                                                                                                                                                                                                          本章素养回顾(原创任务)

                                                                                                                                                                                                                          选择本章一个现象,写出结论、成立条件和证据;用另一条本章规律复核解释是否矛盾。指出一次测量或模型的局限,并说明还需什么证据;数值通过不替代概念辨析。

                                                                                                                                                                                                                          单位换算证据:3 kΩ = 3000 Ω。千欧转欧乘1000。

                                                                                                                                                                                                                          定义

                                                                                                                                                                                                                          电阻表示导体对电流的阻碍作用,单位为欧姆。对符合欧姆定律的导体,在温度等条件不变时,可用导体两端电压与通过电流的比值测量电阻。

                                                                                                                                                                                                                          物理意义

                                                                                                                                                                                                                          电阻大小与导体材料、长度、横截面积和温度等因素有关;同一导体不能因为电压或电流变大就说电阻一定改变。测电阻时应使用电压表并联、电流表串联,再用 R=U/I 计算。欧姆定律适用条件要明确,灯丝温度改变时电阻也会改变。

                                                                                                                                                                                                                          符号

                                                                                                                                                                                                                          符号含义单位
                                                                                                                                                                                                                          U导体两端电压V
                                                                                                                                                                                                                          I通过导体的电流A
                                                                                                                                                                                                                          R导体电阻Ω
                                                                                                                                                                                                                          Rk以 kΩ 表示的电阻数值kΩ
                                                                                                                                                                                                                          R1第一只电阻Ω
                                                                                                                                                                                                                          R2第二只电阻Ω
                                                                                                                                                                                                                          Rs两电阻串联的总电阻Ω
                                                                                                                                                                                                                          Rp两电阻并联的等效电阻Ω
                                                                                                                                                                                                                          It通过等效电阻的总电流A

                                                                                                                                                                                                                          公式与校验

                                                                                                                                                                                                                          由电压和电流求电阻导体两端电压 U 和通过电流 I 来自同一测量状态,I 不为零。6/6 校验通过
                                                                                                                                                                                                                          R=UI
                                                                                                                                                                                                                          查看校验用原式R = U/I
                                                                                                                                                                                                                          校验记录(6 项)

                                                                                                                                                                                                                            推导要点

                                                                                                                                                                                                                            1. 在温度等条件不变时,通过导体的电流随两端电压增大而增大。
                                                                                                                                                                                                                            2. 电阻越大,对电流的阻碍作用越明显,电流越小。
                                                                                                                                                                                                                            3. 综合两种变化关系得到 I=U/R。
                                                                                                                                                                                                                            4. 由测得的 U 与 I 可变形求 R=U/I。

                                                                                                                                                                                                                            常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                                                            把欧姆定律误写成电流等于电阻除以电压。已实测 · 量纲一致性 抓住
                                                                                                                                                                                                                            错误写法 I = R/U
                                                                                                                                                                                                                            欧姆定律应当用电压除以电阻来求电流;把电阻除以电压不仅关系倒置,所得量纲也不是安培。
                                                                                                                                                                                                                            实测记录左端I,右端I⁻¹
                                                                                                                                                                                                                            把 3 kΩ 的数值 3 直接当成 3 Ω 代入,漏掉千欧到欧姆的 1000 倍换算。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                                                            错误写法 I = U/Rk
                                                                                                                                                                                                                            6 V 接在 3 kΩ 电阻上,电流应为 0.002 A;把数值 3 当作 Ω 会错误得到 2 A。
                                                                                                                                                                                                                            实测记录情境「千欧换算误区」:算得I=2;参考0.002;有效容差2e-06
                                                                                                                                                                                                                            不说明条件变化就认为电压改变会使导体电阻按比例改变。人工审核
                                                                                                                                                                                                                            电阻由导体材料、长度、横截面积和温度等因素决定;欧姆定律的 U/I 比值在相同条件下描述电阻。
                                                                                                                                                                                                                            实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                                                                                                                                                            典型例题

                                                                                                                                                                                                                            某导体两端电压 6 V,通过电流 2 A,求电阻。

                                                                                                                                                                                                                            1. R=U/I=6/2=3 Ω。
                                                                                                                                                                                                                            2. 欧姆定律适用于导体条件不变的测量状态。

                                                                                                                                                                                                                            答案电阻为 3 Ω。

                                                                                                                                                                                                                            电阻欧姆电压电流测电阻
                                                                                                                                                                                                                            前置:circuit-01、circuit-02 | 后续:ohm-02
                                                                                                                                                                                                                            ohm-03

                                                                                                                                                                                                                            变阻器

                                                                                                                                                                                                                            难度:基础范围:初中校验 7/7

                                                                                                                                                                                                                            滑动变阻器

                                                                                                                                                                                                                            通过改变接入电路电阻丝长度改变电阻,串联调节电流。常用一上一下接线柱;两个上柱近似导线、两个下柱接入全长,不具正常滑动调节。通电前调到接入电阻最大以保护电路;判断增减先看实际使用的下接线柱与滑片距离,不背固定左滑右滑口诀。

                                                                                                                                                                                                                            定义

                                                                                                                                                                                                                            滑动变阻器通过移动滑片改变接入电路的电阻丝长度,从而改变电阻并调节电路电流或用电器两端电压。接入电路时应选择“一上一下”接线柱,并在闭合开关前将滑片置于适当位置。

                                                                                                                                                                                                                            物理意义

                                                                                                                                                                                                                            滑片移动后,接入电路的电阻丝长度改变,阻值随之变化;滑动变阻器通常串联在电路中,用来保护电路或连续调节电流。若它与固定电阻串联,总电阻等于两者相加;滑片方向与阻值增减的关系要根据实际接入的下接线柱判断。

                                                                                                                                                                                                                            符号

                                                                                                                                                                                                                            符号含义单位
                                                                                                                                                                                                                            R1定值电阻阻值Ω
                                                                                                                                                                                                                            R2变阻器接入电路的阻值Ω
                                                                                                                                                                                                                            Rs两电阻串联的总阻值Ω
                                                                                                                                                                                                                            U串联部分两端电压V
                                                                                                                                                                                                                            I串联电路电流A
                                                                                                                                                                                                                            R由电压和电流得到的等效电阻Ω

                                                                                                                                                                                                                            公式与校验

                                                                                                                                                                                                                            定值电阻和变阻器串联总电阻变阻器与定值电阻串联,忽略导线电阻并使用同一欧姆单位。7/7 校验通过
                                                                                                                                                                                                                            Rs=R1+R2
                                                                                                                                                                                                                            查看校验用原式Rs = R1+R2
                                                                                                                                                                                                                            校验记录(7 项)

                                                                                                                                                                                                                              推导要点

                                                                                                                                                                                                                              1. 观察变阻器接入的接线柱,确定滑片到下接线柱之间哪段电阻丝进入电路。
                                                                                                                                                                                                                              2. 移动滑片会改变接入电阻丝长度,从而调节变阻器的阻值。
                                                                                                                                                                                                                              3. 与定值电阻串联时,总电阻为两者之和;再用电流表验证滑片移动带来的变化。

                                                                                                                                                                                                                              常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                                                              把变阻器滑片移动方向与阻值变化关系不看接线柱就固定判断。人工审核
                                                                                                                                                                                                                              阻值变化由实际接入电路的下接线柱和滑片位置共同决定,必须结合电路连接判断。
                                                                                                                                                                                                                              实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核
                                                                                                                                                                                                                              计算定值电阻与变阻器串联总阻值时把二者相乘。已实测 · 量纲一致性 抓住
                                                                                                                                                                                                                              错误写法 Rs = R1·R2
                                                                                                                                                                                                                              串联总电阻为各电阻之和;10 Ω 和 20 Ω 串联应为 30 Ω。
                                                                                                                                                                                                                              实测记录左端M·L²·T⁻³·I⁻²,右端M²·L⁴·T⁻⁶·I⁻⁴
                                                                                                                                                                                                                              串联电路只算变阻器电阻,漏固定电阻。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                                                              错误写法 Rs = R2
                                                                                                                                                                                                                              10 Ω固定电阻与20 Ω变阻器串联,总电阻30 Ω,不能只取20 Ω。
                                                                                                                                                                                                                              实测记录情境「变阻器接入一」:算得Rs=20;参考30;有效容差3e-05

                                                                                                                                                                                                                              典型例题

                                                                                                                                                                                                                              20 Ω 定值电阻与接入电路的 30 Ω 变阻器串联,求总电阻。

                                                                                                                                                                                                                              1. 确认两个电阻串联。
                                                                                                                                                                                                                              2. Rs=20+30=50 Ω。

                                                                                                                                                                                                                              答案总电阻为 50 Ω。

                                                                                                                                                                                                                              变阻器滑动变阻器串联电阻电阻调节
                                                                                                                                                                                                                              前置:ohm-01 | 后续:ohm-04
                                                                                                                                                                                                                              ohm-04

                                                                                                                                                                                                                              欧姆定律

                                                                                                                                                                                                                              难度:基础范围:初中校验 12/12

                                                                                                                                                                                                                              欧姆定律:条件与实验

                                                                                                                                                                                                                              同一导体温度等条件稳定时,电流与两端电压成正比;不同电阻器在相同电压下,电流与电阻成反比。研究电压影响时保持同一电阻器,研究电阻影响时调节变阻器使被测电压恢复相同值。电流、电压、电阻必须属于同一元件和同一时刻;不能拿干路电流除一个支路电压。

                                                                                                                                                                                                                              实验:探究电流与电压、电阻的关系

                                                                                                                                                                                                                              目的:区分正比和反比的控制条件。

                                                                                                                                                                                                                              装置与接法:低压电源、开关、定值电阻组、变阻器、电流表串联、电压表并联。

                                                                                                                                                                                                                              控制、改变与观察:第一轮固定电阻改变电压;第二轮改变电阻但调变阻器恢复相同电压。

                                                                                                                                                                                                                              步骤:

                                                                                                                                                                                                                              1. 断电接线并把变阻器调到最大接入值。
                                                                                                                                                                                                                              2. 固定10 Ω,取1、2、3 V,测相应电流画电流—电压图。
                                                                                                                                                                                                                              3. 换10、15、30 Ω,每次恢复3 V,再记录电流。

                                                                                                                                                                                                                              数据与处理:设计示例(非实测):10 Ω对应0.1、0.2、0.3 A;3 V下10、15、30 Ω对应0.3、0.2、0.1 A。

                                                                                                                                                                                                                              结论与条件:温度等条件稳定时,同电阻电流与电压成正比;同电压电流与电阻成反比。

                                                                                                                                                                                                                              误差与边界:换电阻后不恢复电压则变量不受控;发热改变阻值,避免长时间大电流。

                                                                                                                                                                                                                              定值电阻电流—电压图012300.10.20.3电压 / V电流 / A
                                                                                                                                                                                                                              直接读图:2 V对应0.2 A;电流对电压的斜率为0.1 A/V,其倒数为10 Ω。横纵轴交换时斜率含义不同。

                                                                                                                                                                                                                              定义

                                                                                                                                                                                                                              在温度等条件不变时,通过导体的电流与导体两端电压成正比,与导体电阻成反比,关系式为 I=U/R。

                                                                                                                                                                                                                              物理意义

                                                                                                                                                                                                                              使用欧姆定律前要确认电路元件和温度条件适用,电压用 V、电流用 A、电阻用 Ω。电阻由导体本身决定,不随同一导体两端电压或通过电流简单改变;电压、电流变化时可用比值检查条件是否保持。

                                                                                                                                                                                                                              符号

                                                                                                                                                                                                                              符号含义单位
                                                                                                                                                                                                                              U导体两端电压V
                                                                                                                                                                                                                              I通过导体的电流A
                                                                                                                                                                                                                              R导体电阻Ω
                                                                                                                                                                                                                              Rk以 kΩ 表示的电阻数值kΩ
                                                                                                                                                                                                                              R1第一只电阻Ω
                                                                                                                                                                                                                              R2第二只电阻Ω
                                                                                                                                                                                                                              Rs两电阻串联的总电阻Ω
                                                                                                                                                                                                                              Rp两电阻并联的等效电阻Ω
                                                                                                                                                                                                                              It通过等效电阻的总电流A

                                                                                                                                                                                                                              公式与校验

                                                                                                                                                                                                                              欧姆定律求电流一段导体温度等条件不变,U 用 V、R 用 Ω。7/7 校验通过
                                                                                                                                                                                                                              I=UR
                                                                                                                                                                                                                              查看校验用原式I = U/R
                                                                                                                                                                                                                              校验记录(7 项)
                                                                                                                                                                                                                                由电压和电流求电阻导体两端电压 U 和通过电流 I 来自同一测量状态,I 不为零。5/5 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                R=UI
                                                                                                                                                                                                                                查看校验用原式R = U/I
                                                                                                                                                                                                                                校验记录(5 项)

                                                                                                                                                                                                                                  推导要点

                                                                                                                                                                                                                                  1. 在温度等条件不变时,通过导体的电流随两端电压增大而增大。
                                                                                                                                                                                                                                  2. 电阻越大,对电流的阻碍作用越明显,电流越小。
                                                                                                                                                                                                                                  3. 综合两种变化关系得到 I=U/R。
                                                                                                                                                                                                                                  4. 由测得的 U 与 I 可变形求 R=U/I。

                                                                                                                                                                                                                                  常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                                                                  把欧姆定律的电流公式误写成电阻除以电压。已实测 · 量纲一致性 抓住
                                                                                                                                                                                                                                  错误写法 I = R/U
                                                                                                                                                                                                                                  同一电阻器两端电压 6 V、电阻 12 Ω 时,电流为 0.5 A,而不是 2 A。
                                                                                                                                                                                                                                  实测记录左端I,右端I⁻¹
                                                                                                                                                                                                                                  认为任何电学元件在任何温度下都保持恒定电阻并严格符合欧姆定律。人工审核
                                                                                                                                                                                                                                  灯丝等元件温度变化会影响电阻;使用关系式时要看元件和实验条件。
                                                                                                                                                                                                                                  实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核
                                                                                                                                                                                                                                  把电阻3 kΩ的数值3直接当Ω代入。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                                                                  错误写法 I = U/(R/1000)
                                                                                                                                                                                                                                  6 V与3000 Ω给0.002 A;将3 kΩ的3直接当Ω会算2 A。
                                                                                                                                                                                                                                  实测记录情境「千欧换算误区」:算得I=2;参考0.002;有效容差4e-09

                                                                                                                                                                                                                                  典型例题

                                                                                                                                                                                                                                  一个电阻器两端电压为 6 V,电阻为 12 Ω,求通过它的电流。

                                                                                                                                                                                                                                  1. 使用 I=U/R。
                                                                                                                                                                                                                                  2. I=6/12=0.5 A。

                                                                                                                                                                                                                                  答案电流为 0.5 A。

                                                                                                                                                                                                                                  欧姆定律电压电流电阻
                                                                                                                                                                                                                                  前置:ohm-01 | 后续:ohm-02
                                                                                                                                                                                                                                  ohm-02

                                                                                                                                                                                                                                  欧姆定律的应用

                                                                                                                                                                                                                                  难度:基础范围:初中校验 13/13

                                                                                                                                                                                                                                  欧姆定律的应用与故障边界

                                                                                                                                                                                                                                  伏安法用同一元件两端电压除流过电流测电阻。串联等效电阻增大,并联等效电阻小于任一支路电阻。低压模型中某元件被理想导线短接,其两端电压近零,别的串联元件可能电流增大;某处断路时电流近零,但电压表能否有示数取决于它跨接哪里。灯泡温度不同的电阻不宜无条件平均。

                                                                                                                                                                                                                                  跨学科实践(原创任务)

                                                                                                                                                                                                                                  设计低压电阻辨识记录:用同一电阻器取三组对应电压和电流,算比值并绘图,标出测量误差和温升边界。结合数据表比较单次读数与多次结果;不能用断路的电流零值直接做除法。

                                                                                                                                                                                                                                  实验:用电流表和电压表测量电阻

                                                                                                                                                                                                                                  目的:按同一元件的电流与电压求电阻。

                                                                                                                                                                                                                                  装置与接法:低压电源、待测定值电阻、开关、变阻器、两表。

                                                                                                                                                                                                                                  控制、改变与观察:保持同一电阻且温度近似稳定,改变电压,多次测量。

                                                                                                                                                                                                                                  步骤:

                                                                                                                                                                                                                                  1. 断电连成电流表串联、电压表跨待测电阻、变阻器串联。
                                                                                                                                                                                                                                  2. 从最大接入阻值开始调节,记录同一状态的电压和电流。
                                                                                                                                                                                                                                  3. 各次单独求电阻后比较,定值电阻可合理取平均。

                                                                                                                                                                                                                                  数据与处理:设计示例(非实测):1、2、3 V对应0.1、0.2、0.3 A,每次电阻10 Ω。

                                                                                                                                                                                                                                  结论与条件:伏安法基于同元件同状态的比值,不测两个不对应示数。

                                                                                                                                                                                                                                  误差与边界:电压表分流和电流表分压造成系统误差;灯丝温度改变时不同状态阻值不能当同一定值平均。

                                                                                                                                                                                                                                  定义

                                                                                                                                                                                                                                  欧姆定律可用于计算电路中的电流、电压和等效电阻。串联电阻的总电阻等于各电阻之和;并联等效电阻小于任一支路电阻,且可用总电压除以干路电流复核。

                                                                                                                                                                                                                                  物理意义

                                                                                                                                                                                                                                  分析实际电路时先辨认串联、并联结构,再化简等效电阻并结合总电压求干路电流。支路电压、电流必须对应正确元件;并联电阻不能直接相加。计算前确认电阻值适用,且电路中的总电压和总电流取同一等效部分。

                                                                                                                                                                                                                                  符号

                                                                                                                                                                                                                                  符号含义单位
                                                                                                                                                                                                                                  R1第一只电阻Ω
                                                                                                                                                                                                                                  R2第二只电阻Ω
                                                                                                                                                                                                                                  Rs两电阻串联的总电阻Ω
                                                                                                                                                                                                                                  Rp两电阻并联的等效电阻Ω
                                                                                                                                                                                                                                  U等效电阻两端电压V
                                                                                                                                                                                                                                  It通过等效电阻的总电流A
                                                                                                                                                                                                                                  I通过导体的电流A
                                                                                                                                                                                                                                  R导体电阻Ω
                                                                                                                                                                                                                                  Rk以 kΩ 表示的电阻数值kΩ

                                                                                                                                                                                                                                  公式与校验

                                                                                                                                                                                                                                  两电阻并联等效电阻两个电阻并联,R1、R2 均为正值。8/8 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                  Rp=11R1+1R2
                                                                                                                                                                                                                                  查看校验用原式Rp = 1/(1/R1+1/R2)
                                                                                                                                                                                                                                  校验记录(8 项)
                                                                                                                                                                                                                                    由总电压和总电流求等效电阻U、It 描述整个等效电路,It 不为零。5/5 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                    Rp=UIt
                                                                                                                                                                                                                                    查看校验用原式Rp = U/It
                                                                                                                                                                                                                                    校验记录(5 项)

                                                                                                                                                                                                                                      推导要点

                                                                                                                                                                                                                                      1. 串联电阻中电流相同,总电压为各电阻电压之和。
                                                                                                                                                                                                                                      2. 结合欧姆定律可得到串联总电阻为各电阻之和。
                                                                                                                                                                                                                                      3. 并联电阻两端电压相同,干路电流为各支路电流之和。
                                                                                                                                                                                                                                      4. 结合欧姆定律得到并联电阻倒数关系,最后对倒数和再取倒数。

                                                                                                                                                                                                                                      常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                                                                      并联电阻只把各支路电阻倒数相加,忘记再取倒数。已实测 · 量纲一致性 抓住
                                                                                                                                                                                                                                      错误写法 Rp = 1/R1+1/R2
                                                                                                                                                                                                                                      6 Ω 与 3 Ω 并联的倒数和为 0.5 Ω⁻¹,等效电阻应为其倒数 2 Ω。
                                                                                                                                                                                                                                      实测记录左端M·L²·T⁻³·I⁻²,右端M⁻¹·L⁻²·T³·I²
                                                                                                                                                                                                                                      认为增加并联支路会增大总电阻。人工审核
                                                                                                                                                                                                                                      并联增加额外电流通路,等效电阻会减小;串联增加电阻才会使总电阻增大。
                                                                                                                                                                                                                                      实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核
                                                                                                                                                                                                                                      并联两支路只取第一支路电阻作为总阻值。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                                                                      错误写法 Rp = R1
                                                                                                                                                                                                                                      6 Ω与3 Ω并联,等效电阻2 Ω,小于任一支路;只取6 Ω遗漏另一通路。
                                                                                                                                                                                                                                      实测记录情境「并联电阻组一」:算得Rp=6;参考2;有效容差6e-06

                                                                                                                                                                                                                                      典型例题

                                                                                                                                                                                                                                      6 Ω 和 3 Ω 的电阻并联,求等效电阻。

                                                                                                                                                                                                                                      1. 1/Rp=1/6+1/3=1/2 Ω⁻¹。
                                                                                                                                                                                                                                      2. Rp=2 Ω。
                                                                                                                                                                                                                                      3. 并联等效电阻小于较小的支路电阻 3 Ω,结果合理。

                                                                                                                                                                                                                                      答案等效电阻为 2 Ω。

                                                                                                                                                                                                                                      欧姆定律应用等效电阻串并联电阻电路计算
                                                                                                                                                                                                                                      前置:ohm-01、circuit-02

                                                                                                                                                                                                                                      电功和电热

                                                                                                                                                                                                                                      按苏科版2024目录整理电能表与电功、电功率、电热器与电流热效应、家庭电路安全;家用负载电流公式用于安全估算,不替代额定参数检查。

                                                                                                                                                                                                                                      4 个知识点 · 6 条公式 · 40 项校验全部通过

                                                                                                                                                                                                                                      power-01

                                                                                                                                                                                                                                      电能表与电功

                                                                                                                                                                                                                                      难度:基础范围:初中校验 12/12

                                                                                                                                                                                                                                      电能表与电功

                                                                                                                                                                                                                                      电能表前后示数差表示用电量,kW·h即常说的一度电,1 kW·h=3600000 J。若表常数为每千瓦时若干转或脉冲,用计数除以常数得电能;在设备功率稳定、计时明确时可再估功率。电能表不是直接读瞬时电流的仪表,不能把kW和kW·h互换。

                                                                                                                                                                                                                                      本章素养回顾(原创任务)

                                                                                                                                                                                                                                      选择本章一个现象,写出结论、成立条件和证据;用另一条本章规律复核解释是否矛盾。指出一次测量或模型的局限,并说明还需什么证据;数值通过不替代概念辨析。

                                                                                                                                                                                                                                      单位换算证据:1 kW·h = 3600000 J。1000 J/s乘3600 s=3600000 J。

                                                                                                                                                                                                                                      定义

                                                                                                                                                                                                                                      电流通过用电器时,电能可以转化为其他形式的能量。电流做的功叫电功,电功的大小与用电器两端电压、通过的电流和通电时间有关。常用电能表记录家庭用电量,千瓦时也叫度。

                                                                                                                                                                                                                                      物理意义

                                                                                                                                                                                                                                      电功的国际单位是焦耳(J),电能表常用千瓦时(kWh)。1 kWh=3.6×10⁶ J。电功公式中的电压、电流和时间必须属于同一用电过程;将小时换算成秒后可求 J,也可直接以 kW 和 h 计算 kWh。

                                                                                                                                                                                                                                      符号

                                                                                                                                                                                                                                      符号含义单位
                                                                                                                                                                                                                                      U用电器两端电压V
                                                                                                                                                                                                                                      I通过用电器的电流A
                                                                                                                                                                                                                                      t通电时间s
                                                                                                                                                                                                                                      We电流所做的电功J
                                                                                                                                                                                                                                      EkWh以千瓦时表示的电能kWh
                                                                                                                                                                                                                                      EJ以焦耳表示的同一电能J

                                                                                                                                                                                                                                      公式与校验

                                                                                                                                                                                                                                      电压电流和时间求电功U 用 V、I 用 A、t 用 s,算出的电功单位为 J。7/7 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                      We=U⋅I⋅t
                                                                                                                                                                                                                                      查看校验用原式We = U*I*t
                                                                                                                                                                                                                                      校验记录(7 项)
                                                                                                                                                                                                                                        千瓦时换算为焦耳输入电能用 kWh 表示,换算结果用 J 表示。5/5 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                        EJ=3600000⁢EkWh
                                                                                                                                                                                                                                        查看校验用原式EJ = 3600000*E_kWh
                                                                                                                                                                                                                                        校验记录(5 项)

                                                                                                                                                                                                                                          推导要点

                                                                                                                                                                                                                                          1. 电功由用电器两端电压、通过的电流和通电时间共同决定。
                                                                                                                                                                                                                                          2. 以 V、A、s 代入,电压乘电流乘时间得到 J。
                                                                                                                                                                                                                                          3. 电能表读数若以 kWh 给出,可用 1 kWh=3.6×10⁶ J 换算为焦耳。

                                                                                                                                                                                                                                          常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                                                                          把电功写成电压乘电流,不计通电时间。已实测 · 量纲一致性 抓住
                                                                                                                                                                                                                                          错误写法 We = U·I
                                                                                                                                                                                                                                          U·I 的单位是 W,是功率;求一段时间内的电功还要乘 t。
                                                                                                                                                                                                                                          实测记录左端M·L²·T⁻²,右端M·L²·T⁻³
                                                                                                                                                                                                                                          把 1 kWh 当成 1000 J,而不是 3.6×10⁶ J。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                                                                          错误写法 EJ = 1000·EkWh
                                                                                                                                                                                                                                          1 kWh=1000 W×3600 s=3 600 000 J;只乘 1000 漏掉小时到秒的换算。
                                                                                                                                                                                                                                          实测记录情境「220伏灯工作一小时」:算得EJ=220;参考792000;有效容差0.792

                                                                                                                                                                                                                                          典型例题

                                                                                                                                                                                                                                          一盏 220 V、1 A 的灯连续工作 1 h,求耗电量的 J 和 kWh 表示。

                                                                                                                                                                                                                                          1. 1 h=3600 s。
                                                                                                                                                                                                                                          2. We=220×1×3600=792 000 J。
                                                                                                                                                                                                                                          3. 0.22 kWh×3.6×10⁶=792 000 J。

                                                                                                                                                                                                                                          答案耗电量为 792 000 J,即 0.22 kWh。

                                                                                                                                                                                                                                          电功电能电能表千瓦时焦耳
                                                                                                                                                                                                                                          前置:ohm-01 | 后续:power-02
                                                                                                                                                                                                                                          power-02

                                                                                                                                                                                                                                          电功率

                                                                                                                                                                                                                                          难度:基础范围:初中校验 14/14

                                                                                                                                                                                                                                          电功率与额定状态

                                                                                                                                                                                                                                          额定电压是正常工作设计电压,额定功率是在额定电压下的功率,实际功率由实际电压和电流决定。灯泡亮度主要与实际功率有关;相同额定电压下额定功率不同并不表示任何接法都按铭牌发光。不同工作温度下灯丝电阻改变,不能把所有实际状态都当定值电阻。

                                                                                                                                                                                                                                          实验:测量小灯泡电功率

                                                                                                                                                                                                                                          目的:在额定及不同实际电压下测功率并比较亮度。

                                                                                                                                                                                                                                          装置与接法:低压电源、标额定电压小灯泡、两表、变阻器、开关。

                                                                                                                                                                                                                                          控制、改变与观察:改灯泡两端电压,记录电流和亮度,避免超额定过多。

                                                                                                                                                                                                                                          步骤:

                                                                                                                                                                                                                                          1. 断电连接电流表串联、电压表并联灯两端,变阻器最大值。
                                                                                                                                                                                                                                          2. 缓慢调至额定电压并读电流,计算相乘功率。
                                                                                                                                                                                                                                          3. 在安全的稍低电压下重复,比较实际功率与亮度,不盲目加压。

                                                                                                                                                                                                                                          数据与处理:设计示例(非实测):额定2.5 V时0.30 A,功率0.75 W;2.0 V时0.26 A,功率0.52 W。

                                                                                                                                                                                                                                          结论与条件:额定状态功率须由额定电压下的电流计算;灯丝非恒定电阻。

                                                                                                                                                                                                                                          误差与边界:不同电压功率不应平均成“额定功率”;本项为教材重要实验,不混称22项必做。

                                                                                                                                                                                                                                          单位换算证据:0.75 kW = 750 W。千瓦转瓦乘1000。

                                                                                                                                                                                                                                          定义

                                                                                                                                                                                                                                          电功率表示电流做功的快慢,等于单位时间内完成的电功。对用电器,电功率也可由其两端电压与通过电流的乘积求得,单位为瓦特(W)。

                                                                                                                                                                                                                                          物理意义

                                                                                                                                                                                                                                          额定功率是用电器在额定电压下工作的功率。实际功率取决于实际电压和电流,不能只看铭牌就断言任意电压下的实际功率。比较功率时要区分功率大小与已经消耗的总电能:持续时间不同,耗电量也不同。

                                                                                                                                                                                                                                          符号

                                                                                                                                                                                                                                          符号含义单位
                                                                                                                                                                                                                                          U用电器两端电压V
                                                                                                                                                                                                                                          I通过用电器的电流A
                                                                                                                                                                                                                                          P电功率W
                                                                                                                                                                                                                                          We一段时间内完成的电功J
                                                                                                                                                                                                                                          t完成该电功所用时间s
                                                                                                                                                                                                                                          Q电阻产生的热量J
                                                                                                                                                                                                                                          R电阻Ω

                                                                                                                                                                                                                                          公式与校验

                                                                                                                                                                                                                                          电压与电流求电功率U 用 V、I 用 A,所得功率 P 用 W。8/8 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                          P=U⋅I
                                                                                                                                                                                                                                          查看校验用原式P = U*I
                                                                                                                                                                                                                                          校验记录(8 项)
                                                                                                                                                                                                                                            由电功和时间求功率We 是时间 t 内完成的电功,t 用 s。6/6 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                            P=Wet
                                                                                                                                                                                                                                            查看校验用原式P = We/t
                                                                                                                                                                                                                                            校验记录(6 项)

                                                                                                                                                                                                                                              推导要点

                                                                                                                                                                                                                                              1. 电功率定义为单位时间内完成的电功,P=We/t。
                                                                                                                                                                                                                                              2. 电功 We=UIt,代入 P=We/t 可得 P=UI。
                                                                                                                                                                                                                                              3. 使用时检查额定与实际条件,并标明功率单位 W。

                                                                                                                                                                                                                                              常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                                                                              把功率当作总电能,忽略做功时间。人工审核
                                                                                                                                                                                                                                              功率表示做功或用电的快慢,电能表示一段时间内做功的总量;前者单位是 W,后者常用 J 或 kWh,二者不能混淆。
                                                                                                                                                                                                                                              实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核
                                                                                                                                                                                                                                              把以 kW 表示的功率数值直接标成 W,换算时多除以 1000。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                                                                              错误写法 P = U·I/1000
                                                                                                                                                                                                                                              220 V×1 A=220 W;若要改写成 kW 才是 0.22 kW,不能把 0.22 标成 W。
                                                                                                                                                                                                                                              实测记录情境「小灯泡一」:算得P=0.22;参考220;有效容差0.00022
                                                                                                                                                                                                                                              把电功率写成 U/I。已实测 · 量纲一致性 抓住
                                                                                                                                                                                                                                              错误写法 P = U/I
                                                                                                                                                                                                                                              电功率可由电压与电流相乘得到;电压除以电流不是瓦特,单位组合也不同,因此不能用它表示功率。
                                                                                                                                                                                                                                              实测记录左端M·L²·T⁻³,右端M·L²·T⁻³·I⁻²

                                                                                                                                                                                                                                              典型例题

                                                                                                                                                                                                                                              用电器两端电压 220 V,通过电流 0.5 A,求电功率。

                                                                                                                                                                                                                                              1. P=UI=220×0.5=110 W。
                                                                                                                                                                                                                                              2. 功率单位为 W,结果表示该用电器每秒转化的电能。

                                                                                                                                                                                                                                              答案电功率为 110 W。

                                                                                                                                                                                                                                              额定功率实际功率瓦特
                                                                                                                                                                                                                                              前置:power-01 | 后续:power-03
                                                                                                                                                                                                                                              power-03

                                                                                                                                                                                                                                              电热器 电流的热效应

                                                                                                                                                                                                                                              难度:基础范围:初中校验 7/7

                                                                                                                                                                                                                                              电热器与焦耳定律

                                                                                                                                                                                                                                              电热器利用电流热效应;焦耳热与电流平方、电阻、通电时间相关。串联同电流同时间可比较电阻影响;同电阻同时间可比较电流影响。纯电阻电热器可近似把电功等同电热;电动机还输出机械能,不能把全部电能都算成电热。保险丝利用过大电流产生热量使其熔断,不用铜铁丝替代。

                                                                                                                                                                                                                                              定义

                                                                                                                                                                                                                                              电流通过导体时会产生热量,电流通过电阻产生的热量与电流的平方、电阻和通电时间有关,这个规律叫焦耳定律。纯电阻电路中,电能可全部转化为内能。

                                                                                                                                                                                                                                              物理意义

                                                                                                                                                                                                                                              焦耳热公式 Q=I²Rt 适用于电流通过电阻产生的热量计算。电流增大对发热影响尤其明显,因为电流以平方出现。对电动机等非纯电阻用电器,电能还会转化为机械能等形式,不能简单认为电功全部等于电热。

                                                                                                                                                                                                                                              符号

                                                                                                                                                                                                                                              符号含义单位
                                                                                                                                                                                                                                              Q电阻产生的热量J
                                                                                                                                                                                                                                              I通过电阻的电流A
                                                                                                                                                                                                                                              R电阻Ω
                                                                                                                                                                                                                                              t通电时间s
                                                                                                                                                                                                                                              U电阻两端电压V
                                                                                                                                                                                                                                              We纯电阻电路中的电功J
                                                                                                                                                                                                                                              P电功率W

                                                                                                                                                                                                                                              公式与校验

                                                                                                                                                                                                                                              焦耳定律计算电流通过电阻产生的热量,I 用 A、R 用 Ω、t 用 s。7/7 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                              Q=I2⋅R⋅t
                                                                                                                                                                                                                                              查看校验用原式Q = I^2*R*t
                                                                                                                                                                                                                                              校验记录(7 项)

                                                                                                                                                                                                                                                推导要点

                                                                                                                                                                                                                                                1. 电流通过电阻时将部分电能转化为内能。
                                                                                                                                                                                                                                                2. 实验表明电流增大时发热明显增强,关系中出现电流平方。
                                                                                                                                                                                                                                                3. 综合电流、电阻和通电时间得到 Q=I²Rt。
                                                                                                                                                                                                                                                4. 对纯电阻有 U=IR,因此 UIt 与 I²Rt 相等。

                                                                                                                                                                                                                                                常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                                                                                使用焦耳定律时漏掉电流平方,写成 Q=IRt。已实测 · 量纲一致性 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                错误写法 Q = I·R·t
                                                                                                                                                                                                                                                十欧电阻中 2 A 电流通过 5 s,焦耳热为 200 J;漏掉平方会得到 100 J。
                                                                                                                                                                                                                                                实测记录左端M·L²·T⁻²,右端M·L²·T⁻²·I⁻¹
                                                                                                                                                                                                                                                认为电动机等所有用电器的电功都全部变成电热。人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                非纯电阻用电器还会输出机械能、光能或声能等;必须区分电功与电热。
                                                                                                                                                                                                                                                实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                把2 A换成2000 mA的数值后仍按A代入。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                错误写法 Q = (1000·I)²·R·t
                                                                                                                                                                                                                                                以A表示电流应取2,正确热量200 J;误把mA的数值当A使热量大百万倍。
                                                                                                                                                                                                                                                实测记录情境「十欧电阻」:算得Q=200000000;参考200;有效容差200

                                                                                                                                                                                                                                                典型例题

                                                                                                                                                                                                                                                10 Ω 电阻通过 2 A 电流 5 s,求产生的热量。

                                                                                                                                                                                                                                                1. Q=I²Rt=2²×10×5=200 J。
                                                                                                                                                                                                                                                2. 若为纯电阻,电功也为 200 J。

                                                                                                                                                                                                                                                答案产生 200 J 热量。

                                                                                                                                                                                                                                                焦耳定律电热纯电阻电能转化
                                                                                                                                                                                                                                                前置:ohm-01、power-01
                                                                                                                                                                                                                                                power-04

                                                                                                                                                                                                                                                家庭电路与安全用电

                                                                                                                                                                                                                                                难度:基础范围:初中校验 7/7

                                                                                                                                                                                                                                                家庭电路组成与接地

                                                                                                                                                                                                                                                家庭电路通常含进户线、电能表、总开关和保护装置、分支开关、用电器与插座。火线与零线间额定电压按教学模型取220 V,各用电器并联;单极开关接火线,熄灯后也须避免用电器内部仍处带电状态。保护接地把可触及金属外壳可靠连接到保护导体,不能当作工作零线;接地、过流保护和漏电保护各有作用,不相互替代。

                                                                                                                                                                                                                                                测电笔、故障与安全边界

                                                                                                                                                                                                                                                传统氖管测电笔中,高阻限流与人体对地形成很小电流,接触火线可能发光;使用示意中手接尾部金属帽,不接笔尖等前端金属。它不能完整证明设备断电,更不能取代专业验电。触电、漏电、总功率过大和短路须区分;保护装置动作不能单凭一现象唯一判故障。课堂只用低压模型演示开关位置、并联和故障,不让学生拆修、试触或检修带电家庭电路;现实故障由合格人员处理。

                                                                                                                                                                                                                                                定义

                                                                                                                                                                                                                                                家庭电路中的用电器通常并联接入,额定电压约为 220 V。多个用电器同时工作时,总功率增加,干路电流随之增大;超过导线和开关允许值可能造成过热,保险装置用于在异常电流时切断电路。

                                                                                                                                                                                                                                                物理意义

                                                                                                                                                                                                                                                估算家庭电路电流时,可把并联用电器的总功率除以供电电压。该关系用于判断大功率电器同时工作时的负载大小,不能代替查看插座、导线和断路器的额定参数。安全使用还要避免湿手触电、破损电线和私拉乱接;保险丝不可随意换成更粗规格。

                                                                                                                                                                                                                                                符号

                                                                                                                                                                                                                                                符号含义单位
                                                                                                                                                                                                                                                P总同时工作的用电器总功率W
                                                                                                                                                                                                                                                U家庭电路电压V
                                                                                                                                                                                                                                                I总家庭电路干路电流估算值A
                                                                                                                                                                                                                                                I由电功率关系对应的电流A

                                                                                                                                                                                                                                                公式与校验

                                                                                                                                                                                                                                                由家庭电器总功率估算干路电流家庭用电器并联且电压近似相同;同时工作的总功率记作 P总,U 为电源电压。7/7 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                I总=P总U
                                                                                                                                                                                                                                                查看校验用原式I_total = P_total/U
                                                                                                                                                                                                                                                校验记录(7 项)

                                                                                                                                                                                                                                                  推导要点

                                                                                                                                                                                                                                                  1. 把同时工作的用电器功率相加,得到总功率 P总。
                                                                                                                                                                                                                                                  2. 使用 P=UI 反求电流,得到 I总=P总/U。
                                                                                                                                                                                                                                                  3. 将估算电流与线路、插座和保护装置的额定值比较;不能仅凭估算替代安全规范。

                                                                                                                                                                                                                                                  常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                                                                                  估算家庭电路电流时把总功率除以两倍电压。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                  错误写法 I总 = P总/(2·U)
                                                                                                                                                                                                                                                  功率关系为 P=UI,故 I=P/U;额外除以 2 会把负载电流低估一半。
                                                                                                                                                                                                                                                  实测记录情境「两千瓦家电」:算得I总=4.54545454545;参考9.09090909091;有效容差9.09091e-06
                                                                                                                                                                                                                                                  认为保险丝越粗越安全,或在带电状态下更换保险丝。人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                  保险丝规格过大会失去过载保护作用;家庭电路检修需先断电并由合格人员处理。
                                                                                                                                                                                                                                                  实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                                                                                                                                                                                  典型例题

                                                                                                                                                                                                                                                  一台 2.2 kW 电热水器接在 220 V 家庭电路中,估算工作电流。

                                                                                                                                                                                                                                                  1. 先把功率换成瓦:2.2 kW=2200 W。
                                                                                                                                                                                                                                                  2. I=P/U=2200/220=10 A。
                                                                                                                                                                                                                                                  3. 再按设备和线路额定参数判断能否安全使用。

                                                                                                                                                                                                                                                  答案工作电流约为 10 A。

                                                                                                                                                                                                                                                  家庭电路过载额定电流安全用电总功率
                                                                                                                                                                                                                                                  前置:power-02

                                                                                                                                                                                                                                                  电和磁

                                                                                                                                                                                                                                                  理解通电导体周围的磁场、电磁铁与电磁感应;定量公式只处理线圈电路中已知电压、电阻后的电流,不虚构磁场强度或感应电压预测公式。

                                                                                                                                                                                                                                                  4 个知识点 · 10 条公式 · 60 项校验全部通过

                                                                                                                                                                                                                                                  magnet-01

                                                                                                                                                                                                                                                  磁体、磁场与电流的磁场

                                                                                                                                                                                                                                                  难度:基础范围:初中校验 12/12

                                                                                                                                                                                                                                                  磁体与磁场

                                                                                                                                                                                                                                                  磁体有南北两极,同名排斥、异名吸引,磁极附近磁性较强。磁场方向规定为该处小磁针静止时N极所指方向;磁体外部磁场线从N极指向S极,内部从S极到N极形成闭合线。磁场线是描述工具,不是实际存在的一根根线;地理北附近大致是地磁南极,不能把两种“北”混为一谈。

                                                                                                                                                                                                                                                  电流磁场与通电螺线管

                                                                                                                                                                                                                                                  奥斯特实验说明通电导线周围有磁场。螺线管外部磁场类似条形磁体;右手四指沿线圈常规电流方向弯曲,拇指所指的一端为N极。先依据接线与绕向判断电流,不能只看电源正极在纸面的左或右。反接电源且绕向不变时磁极互换,外部磁场线仍从N到S;线圈内磁场方向沿S到N。

                                                                                                                                                                                                                                                  电磁铁与继电器应用

                                                                                                                                                                                                                                                  在同一装置、未饱和的比较范围内,电流较大、匝数较多或合适铁芯通常使磁性增强;比较电流时保持匝数和铁芯,比较匝数时保持电流和铁芯。电磁继电器可用小电流控制电磁铁吸动衔铁,改变另一路触点通断;控制电路与被控电路区分。此处为应用补充,未把继电器冒称2024苏科版独立必修小节。

                                                                                                                                                                                                                                                  本章素养回顾(原创任务)

                                                                                                                                                                                                                                                  选择本章一个现象,写出结论、成立条件和证据;用另一条本章规律复核解释是否矛盾。指出一次测量或模型的局限,并说明还需什么证据;数值通过不替代概念辨析。

                                                                                                                                                                                                                                                  实验:探究通电螺线管外部磁场方向

                                                                                                                                                                                                                                                  目的:用小磁针实际方向识别磁极并核对右手规则。

                                                                                                                                                                                                                                                  装置与接法:低压电源、螺线管、小磁针、开关、导线。

                                                                                                                                                                                                                                                  控制、改变与观察:绕向不变,改变电流方向;观察小磁针N极方向。

                                                                                                                                                                                                                                                  步骤:

                                                                                                                                                                                                                                                  1. 先记录不通电时小磁针方向,辨N极。
                                                                                                                                                                                                                                                  2. 短时通电,在两端及外侧布小磁针,记录N极指向与线圈电流绕向。
                                                                                                                                                                                                                                                  3. 断电反接电源再观察,把磁极判断与外部N到S方向对应。

                                                                                                                                                                                                                                                  数据与处理:设计示例(非实测):一个接法观察右端外侧磁针N极向右,判右端为螺线管N极;反接后相反。

                                                                                                                                                                                                                                                  结论与条件:用右手四指顺常规电流,拇指指N端;外部磁场从N到S,反接磁极互换。

                                                                                                                                                                                                                                                  误差与边界:绕向画错、磁针太近其他磁体、线圈过热会干扰;电流换算只是配套测量,不能当磁极方向证据。

                                                                                                                                                                                                                                                  实验:探究电磁铁磁性强弱

                                                                                                                                                                                                                                                  目的:控制变量比较电流、匝数及铁芯的作用。

                                                                                                                                                                                                                                                  装置与接法:同规格铁芯、线圈、低压限流电路、小铁件、电流表。

                                                                                                                                                                                                                                                  控制、改变与观察:分别改一个因素,保持其他条件;观察吸起同类铁件数量等指标。

                                                                                                                                                                                                                                                  步骤:

                                                                                                                                                                                                                                                  1. 同一线圈铁芯下改变电流并记录吸起数量。
                                                                                                                                                                                                                                                  2. 更换匝数但恢复相同电流和同种铁芯。
                                                                                                                                                                                                                                                  3. 相同电流匝数比较有无铁芯,重复检查。

                                                                                                                                                                                                                                                  数据与处理:设计示例(非实测):0.1、0.2 A同线圈可吸起4、8件是示例趋势,不据此断言任何装置都严格两倍。

                                                                                                                                                                                                                                                  结论与条件:适用范围内电流增大、匝数增加、合适铁芯通常增强磁性。

                                                                                                                                                                                                                                                  误差与边界:铁件形状、剩磁、温升、饱和影响指标;同时改电压匝数铁芯不能独立归因。

                                                                                                                                                                                                                                                  定义

                                                                                                                                                                                                                                                  磁体周围存在磁场,磁极间会相互作用;磁场方向可用小磁针静止时北极所指方向描述。通电导线和通电螺线管周围也会产生磁场,线圈中插入铁芯可制成电磁铁。

                                                                                                                                                                                                                                                  物理意义

                                                                                                                                                                                                                                                  本节把磁体的磁场和电流的磁效应连起来看:磁体或电流都能建立磁场,磁场可对磁针、磁体等产生作用。通电螺线管的磁极方向与电流方向有关;研究电磁铁强弱时要控制铁芯和线圈匝数等条件。线圈电流可以按欧姆定律计算,但电流数值不是磁场强弱的直接刻度。

                                                                                                                                                                                                                                                  符号

                                                                                                                                                                                                                                                  符号含义单位
                                                                                                                                                                                                                                                  Uc电磁铁线圈两端电压V
                                                                                                                                                                                                                                                  Ic通过电磁铁线圈的电流A
                                                                                                                                                                                                                                                  Rc线圈电阻Ω
                                                                                                                                                                                                                                                  N线圈匝数,按匝计数1
                                                                                                                                                                                                                                                  U感感应电路两端已测得的电压V
                                                                                                                                                                                                                                                  I感闭合回路中的感应电流A
                                                                                                                                                                                                                                                  R回路感应电路总电阻Ω

                                                                                                                                                                                                                                                  公式与校验

                                                                                                                                                                                                                                                  已知线圈电压求电流仅作已知电学或能量数据的应用,不验证本卡定性规律。线圈电阻在测量期间近似不变,Uc 用 V、Rc 用 Ω。7/7 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                  Ic=UcRc
                                                                                                                                                                                                                                                  查看校验用原式Ic = Uc/Rc
                                                                                                                                                                                                                                                  校验记录(7 项)
                                                                                                                                                                                                                                                    由线圈电流求电压仅作已知电学或能量数据的应用,不验证本卡定性规律。同一线圈温度等条件稳定,电流和电阻对应一次测量。5/5 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                    Uc=Ic⋅Rc
                                                                                                                                                                                                                                                    查看校验用原式Uc = Ic*Rc
                                                                                                                                                                                                                                                    校验记录(5 项)

                                                                                                                                                                                                                                                      推导要点

                                                                                                                                                                                                                                                      1. 将螺线管接入电源后,线圈中有电流并产生磁场。
                                                                                                                                                                                                                                                      2. 加入铁芯可增强电磁铁磁性;磁性还会随线圈匝数和电流等因素改变。
                                                                                                                                                                                                                                                      3. 若要比较电流影响,控制匝数和铁芯不变,只改变电流。
                                                                                                                                                                                                                                                      4. 电流可由线圈端电压和电阻通过欧姆定律求得,磁性强弱仍要实验观察。

                                                                                                                                                                                                                                                      常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                                                                                      把线圈电流写成电阻除以电压。已实测 · 量纲一致性 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                      错误写法 Ic = Rc/Uc
                                                                                                                                                                                                                                                      已测得线圈两端电压和电阻后,应按欧姆定律用电压除以电阻求电流;反过来相除所得量纲不是安培。
                                                                                                                                                                                                                                                      实测记录左端I,右端I⁻¹
                                                                                                                                                                                                                                                      把线圈电流换算成 mA 后仍把数值标成 A,导致电流大 1000 倍。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                      错误写法 Ic = 1000·Uc/Rc
                                                                                                                                                                                                                                                      4 V÷20 Ω=0.2 A;换成毫安是 200 mA,不能仍写作 200 A。
                                                                                                                                                                                                                                                      实测记录情境「线圈实验一」:算得Ic=200;参考0.2;有效容差0.0002
                                                                                                                                                                                                                                                      只增加电压、同时改变线圈匝数和铁芯,还把磁性变化全归因于电流。人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                      探究一个因素影响时要控制其他变量,避免把多个因素的作用混在一起。
                                                                                                                                                                                                                                                      实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                                                                                                                                                                                      典型例题

                                                                                                                                                                                                                                                      某电磁铁线圈电阻为 20 Ω,接入 6 V 电源,求线圈电流。

                                                                                                                                                                                                                                                      1. Ic=Uc/Rc=6/20=0.3 A。
                                                                                                                                                                                                                                                      2. 该结果描述线圈电流,不等同于磁场强度。

                                                                                                                                                                                                                                                      答案线圈电流为 0.3 A。

                                                                                                                                                                                                                                                      磁体磁极磁场磁感线地磁场电流的磁效应电磁铁控制变量
                                                                                                                                                                                                                                                      前置:ohm-01 | 后续:magnet-03
                                                                                                                                                                                                                                                      magnet-03

                                                                                                                                                                                                                                                      磁场对电流的作用与电动机

                                                                                                                                                                                                                                                      难度:基础范围:初中校验 18/18

                                                                                                                                                                                                                                                      磁场对电流的作用与电动机

                                                                                                                                                                                                                                                      磁场中的通电导线在适当方向下受力,受力方向与电流方向、磁场方向有关,只反转其中之一受力反转,同时反转两者方向保持。电动机利用这一作用把电能转为机械能;换向器周期性改变线圈电流方向,使转动可持续。导线平行磁场等边界下可能不受磁力,不能只说“有电流就一定动”。

                                                                                                                                                                                                                                                      定义

                                                                                                                                                                                                                                                      通电导体放在磁场中会受到磁场的作用力;改变电流方向或磁场方向,导体受力方向会改变。电动机利用这一作用使线圈转动,把输入的电能转化为机械能,同时也会有一部分能量转化为内能。

                                                                                                                                                                                                                                                      物理意义

                                                                                                                                                                                                                                                      判断通电导体的运动方向时,要同时考虑电流方向和磁场方向,不能只看其中一个。磁场力的大小还受电流、磁场和导体等因素影响,初中阶段主要通过实验辨认方向,不把未学的磁场力定量公式当作必背规律。若电动机带动重物匀速上升,可用已学的功和功率关系估算机械输出;这是机械输出的计算,不是磁场力定律。

                                                                                                                                                                                                                                                      符号

                                                                                                                                                                                                                                                      符号含义单位
                                                                                                                                                                                                                                                      F出电动机对负载所做功对应的平均作用力N
                                                                                                                                                                                                                                                      s出负载沿力方向移动的距离m
                                                                                                                                                                                                                                                      W出电动机输出的机械功J
                                                                                                                                                                                                                                                      t运行电动机工作时间s
                                                                                                                                                                                                                                                      P出电动机输出的平均机械功率W

                                                                                                                                                                                                                                                      公式与校验

                                                                                                                                                                                                                                                      匀速提升负载的机械功仅作已知电学或能量数据的应用,不验证本卡定性规律。负载沿作用力方向移动,力近似恒定;输出的力 用 N、输出端位移 用 m。7/7 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                      W出=F出⋅s出
                                                                                                                                                                                                                                                      查看校验用原式W_out = F_out*s_out
                                                                                                                                                                                                                                                      校验记录(7 项)
                                                                                                                                                                                                                                                        由输出功和时间求平均功率仅作已知电学或能量数据的应用,不验证本卡定性规律。输出功和工作时间对应同一过程,工作时间 大于 0。6/6 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                        P出=W出t运行
                                                                                                                                                                                                                                                        查看校验用原式P_out = W_out/t_run
                                                                                                                                                                                                                                                        校验记录(6 项)
                                                                                                                                                                                                                                                          由平均功率和时间核对输出功仅作已知电学或能量数据的应用,不验证本卡定性规律。平均输出功率在这段时间内近似稳定。5/5 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                          W出=P出⋅t运行
                                                                                                                                                                                                                                                          查看校验用原式W_out = P_out*t_run
                                                                                                                                                                                                                                                          校验记录(5 项)

                                                                                                                                                                                                                                                            推导要点

                                                                                                                                                                                                                                                            1. 通电导体处于磁场中会受力,改变电流或磁场方向可观察受力方向改变。
                                                                                                                                                                                                                                                            2. 电动机让线圈在磁场中持续转动,把电能转化为机械能。
                                                                                                                                                                                                                                                            3. 重物匀速提升时,输出机械功可按作用力乘沿力方向的距离计算。
                                                                                                                                                                                                                                                            4. 用输出功除以工作时间得到平均机械功率,也可反向用功率和时间核对输出功。

                                                                                                                                                                                                                                                            常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                                                                                            只改变电流方向就断定导体受力方向一定不变。人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                            受力方向同时取决于电流方向和磁场方向;只改变其中一个条件时,受力方向会相应反转。
                                                                                                                                                                                                                                                            实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                            把电动机的电输入功率直接当成机械输出功率。人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                            线圈发热、轴承摩擦和空气阻力都会消耗能量,所以电输入功率通常大于机械输出功率。
                                                                                                                                                                                                                                                            实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                            匀速提升 200 N 的重物 3 m 时,把机械功算成 200/3 J。已实测 · 量纲一致性 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                            错误写法 W出 = F出/s出
                                                                                                                                                                                                                                                            恒力沿运动方向做功要把力与位移相乘;除以距离既算不出焦耳,数值也与题意不符。
                                                                                                                                                                                                                                                            实测记录左端M·L²·T⁻²,右端M·T⁻²
                                                                                                                                                                                                                                                            把重物单次上升3 m误当上升后下降共6 m做提升功。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                            错误写法 W出 = F出·(2·s出)
                                                                                                                                                                                                                                                            题目只计匀速提升,功200×3=600 J;未发生的下降路程不能计入本次提升功。
                                                                                                                                                                                                                                                            实测记录情境「电动机提升重物一」:算得W出=1200;参考600;有效容差0.0012

                                                                                                                                                                                                                                                            典型例题

                                                                                                                                                                                                                                                            电动机匀速提升重 200 N 的物体 3 m,用时 10 s,求机械输出功和平均输出功率。

                                                                                                                                                                                                                                                            1. W出=F出·s出=200×3=600 J。
                                                                                                                                                                                                                                                            2. P出=W出/t运行=600/10=60 W。

                                                                                                                                                                                                                                                            答案机械输出功为 600 J,平均输出功率为 60 W。

                                                                                                                                                                                                                                                            磁场对电流的作用电动机受力方向电能转化机械输出功机械功率
                                                                                                                                                                                                                                                            前置:fmotion-01、machine-02、machine-05 | 后续:magnet-04
                                                                                                                                                                                                                                                            magnet-04

                                                                                                                                                                                                                                                            安装直流电动机模型

                                                                                                                                                                                                                                                            难度:基础范围:初中校验 18/18

                                                                                                                                                                                                                                                            低压直流电动机模型

                                                                                                                                                                                                                                                            用低压电源、线圈、磁体和支撑接点构成模型,先检查回路、接触和自由转动,再通电观察,避免堵转长时间通电。换向器或示范线圈半刮绝缘的做法使适当阶段通断或换向;裸导线短路不是简化模型。该模型属于教材实践补充,不据功率计算声称安装步骤已经自动验证。

                                                                                                                                                                                                                                                            定义

                                                                                                                                                                                                                                                            直流电动机模型由磁体、线圈、换向器、电刷和电源等部分组成。安装时要保证线圈能灵活转动、接线可靠;换向器在适当时刻改变线圈中的电流方向,使线圈受到的转动力矩保持同一转向。

                                                                                                                                                                                                                                                            物理意义

                                                                                                                                                                                                                                                            模型安装和调试要逐项检查电路是否闭合、线圈是否卡住、电刷是否接触良好以及磁场是否存在。若已测得线圈端电压和电阻,可用欧姆定律估算电流;电功率可由电压和电流求得,再乘工作时间估算输入电能。电动机的实际机械输出小于输入电能,不可把输入电能全部当成有用功。

                                                                                                                                                                                                                                                            符号

                                                                                                                                                                                                                                                            符号含义单位
                                                                                                                                                                                                                                                            Um电动机模型线圈两端电压V
                                                                                                                                                                                                                                                            Im通过电动机模型线圈的电流A
                                                                                                                                                                                                                                                            Rm线圈电阻Ω
                                                                                                                                                                                                                                                            P入电动机模型的电输入功率W
                                                                                                                                                                                                                                                            E入电动机模型在这段时间内的电输入电能J
                                                                                                                                                                                                                                                            tm电动机模型通电时间s

                                                                                                                                                                                                                                                            公式与校验

                                                                                                                                                                                                                                                            已测电压和电流求输入功率仅作已知电学或能量数据的应用,不验证本卡定性规律。电压和电流对应同一时刻的直流测量,输入功率按电压乘电流估算。7/7 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                            P入=Um⋅Im
                                                                                                                                                                                                                                                            查看校验用原式P_in = U_m*I_m
                                                                                                                                                                                                                                                            校验记录(7 项)
                                                                                                                                                                                                                                                              由输入功率和时间求电输入电能仅作已知电学或能量数据的应用,不验证本卡定性规律。输入功率在这段通电时间内近似稳定。6/6 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                              E入=P入⋅tm
                                                                                                                                                                                                                                                              查看校验用原式E_in = P_in*t_m
                                                                                                                                                                                                                                                              校验记录(6 项)
                                                                                                                                                                                                                                                                由电能和时间核对输入功率仅作已知电学或能量数据的应用,不验证本卡定性规律。电能和时间对应同一通电过程,通电时间 大于 0。5/5 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                P入=E入tm
                                                                                                                                                                                                                                                                查看校验用原式P_in = E_in/t_m
                                                                                                                                                                                                                                                                校验记录(5 项)

                                                                                                                                                                                                                                                                  推导要点

                                                                                                                                                                                                                                                                  1. 先按模型结构连接电源、电刷和线圈,并检查线圈能自由转动。
                                                                                                                                                                                                                                                                  2. 确认磁场存在且电路接触良好后,再短时通电观察线圈是否持续转动。
                                                                                                                                                                                                                                                                  3. 测量电压和电流后,可用 P入=Um·Im 估算模型的电输入功率。
                                                                                                                                                                                                                                                                  4. 若功率近似稳定,再用输入功率乘通电时间估算电输入电能,并与电能除以时间复核。

                                                                                                                                                                                                                                                                  常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                                                                                                  电刷未接触或线圈卡住时,仍把不转归因于磁场方向错误。人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                                  线圈不转可能是断路、接触不良或机械卡滞;应先逐项检查,再调整磁场或电流方向。
                                                                                                                                                                                                                                                                  实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                                  把电输入功率写成电压除以电流。已实测 · 量纲一致性 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                                  错误写法 P入 = Um/Im
                                                                                                                                                                                                                                                                  电功率等于电压乘电流;电压除以电流得到的是电阻,不能表示输入功率。
                                                                                                                                                                                                                                                                  实测记录左端M·L²·T⁻³,右端M·L²·T⁻³·I⁻²
                                                                                                                                                                                                                                                                  6 V、0.3 A的模型错误用电压除以电流,标作20 W。已实测 · 量纲一致性 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                                  错误写法 P入 = Um/Im
                                                                                                                                                                                                                                                                  正确输入功率6×0.3=1.8 W;6÷0.3=20的量纲是Ω,不能标为W。
                                                                                                                                                                                                                                                                  实测记录左端M·L²·T⁻³,右端M·L²·T⁻³·I⁻²
                                                                                                                                                                                                                                                                  把0.3 A误作0.3 mA换成安培。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                                  错误写法 P入 = Um·(Im/1000)
                                                                                                                                                                                                                                                                  6 V乘0.3 A为1.8 W;重复除千导致误算0.0018 W。
                                                                                                                                                                                                                                                                  实测记录情境「直流电动机模型一」:算得P入=0.0018;参考1.8;有效容差1.8e-06

                                                                                                                                                                                                                                                                  典型例题

                                                                                                                                                                                                                                                                  直流电动机模型工作时测得 6 V、0.3 A,连续通电 20 s,估算输入功率和输入电能。

                                                                                                                                                                                                                                                                  1. P入=Um·Im=6×0.3=1.8 W。
                                                                                                                                                                                                                                                                  2. E入=P入·tm=1.8×20=36 J。

                                                                                                                                                                                                                                                                  答案输入功率为 1.8 W,20 s 内输入电能为 36 J。

                                                                                                                                                                                                                                                                  直流电动机模型换向器电刷线圈输入电功率输入电能
                                                                                                                                                                                                                                                                  前置:magnet-01、power-02、circuit-01 | 后续:magnet-02
                                                                                                                                                                                                                                                                  magnet-02

                                                                                                                                                                                                                                                                  电磁感应与发电机

                                                                                                                                                                                                                                                                  难度:基础范围:初中校验 12/12

                                                                                                                                                                                                                                                                  电磁感应与发电机

                                                                                                                                                                                                                                                                  闭合电路的一部分导体在磁场中作切割磁感线运动,可产生感应电流;改变切割方向或磁场方向,电流方向可能反转。电路断开可有感应电压,但没有闭合回路的持续感应电流。沿磁感线运动或磁体和线圈无变化时不能保证出现电流。发电机把机械能转为电能,与电动机能量转化相反;欧姆定律只在感应电压已测出后求电流,不验证感应产生条件。

                                                                                                                                                                                                                                                                  实验:探究导体在磁场中产生感应电流的条件

                                                                                                                                                                                                                                                                  目的:观察闭合、切割方向和磁场方向的作用。

                                                                                                                                                                                                                                                                  装置与接法:蹄形磁体、直导体、灵敏电流计、开关、导线。

                                                                                                                                                                                                                                                                  控制、改变与观察:闭合与断开回路,切割与沿场方向运动,反转运动或磁场;观察指针。

                                                                                                                                                                                                                                                                  步骤:

                                                                                                                                                                                                                                                                  1. 连闭合回路,静止导体作对照。
                                                                                                                                                                                                                                                                  2. 让导体切割磁感线,再反向切割;保持其余条件。
                                                                                                                                                                                                                                                                  3. 沿磁感线移动或断开回路作对照,再反转磁场比较方向。

                                                                                                                                                                                                                                                                  数据与处理:设计示例(非实测):静止不持续偏转;切割时偏转;只反运动或磁场方向,偏转方向相反。

                                                                                                                                                                                                                                                                  结论与条件:闭合回路、适当切割运动可产生电流;回路断开虽可能有电压但不形成该闭合电流。

                                                                                                                                                                                                                                                                  误差与边界:接触、表灵敏度、运动太慢可使偏转不明显,没观察到不必然证明不存在感应电压。

                                                                                                                                                                                                                                                                  定义

                                                                                                                                                                                                                                                                  闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时,电路中会产生感应电流,这种现象叫电磁感应。感应电流方向与导体运动方向和磁场方向有关。 发电机利用电磁感应把机械能转化为电能。

                                                                                                                                                                                                                                                                  物理意义

                                                                                                                                                                                                                                                                  磁体与线圈相对运动或线圈所在磁场发生变化时,可能出现感应电流;磁场不变且没有相对运动时,通常没有持续感应电流。实验中电流表用于观察感应电流,方向变化可由指针偏转方向判断。以下电学关系只在感应电压已经测出后用于计算回路电流,不负责预测感应电压大小。

                                                                                                                                                                                                                                                                  符号

                                                                                                                                                                                                                                                                  符号含义单位
                                                                                                                                                                                                                                                                  U感感应电压V
                                                                                                                                                                                                                                                                  I感感应电流A
                                                                                                                                                                                                                                                                  R回路感应电路总电阻Ω
                                                                                                                                                                                                                                                                  P感感应电源输出的电功率W

                                                                                                                                                                                                                                                                  公式与校验

                                                                                                                                                                                                                                                                  已测感应电压求回路电流仅作已知电学或能量数据的应用,不验证本卡定性规律。感应电压已由仪表测得,闭合回路近似服从欧姆定律。7/7 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                  I感=U感R回路
                                                                                                                                                                                                                                                                  查看校验用原式I_ind = U_ind/R_loop
                                                                                                                                                                                                                                                                  校验记录(7 项)
                                                                                                                                                                                                                                                                    由感应电流和回路电阻求电压仅作已知电学或能量数据的应用,不验证本卡定性规律。电路闭合,感应电流与回路电阻描述同一测量状态。5/5 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                    U感=I感⋅R回路
                                                                                                                                                                                                                                                                    查看校验用原式U_ind = I_ind*R_loop
                                                                                                                                                                                                                                                                    校验记录(5 项)

                                                                                                                                                                                                                                                                      推导要点

                                                                                                                                                                                                                                                                      1. 将线圈与电流表连成闭合回路,并使磁体与线圈发生相对运动。
                                                                                                                                                                                                                                                                      2. 观察电流表是否偏转,确认是否产生感应电流。
                                                                                                                                                                                                                                                                      3. 若需定量计算,先测得感应电压和回路电阻,再用欧姆定律求电流。
                                                                                                                                                                                                                                                                      4. 改变运动方向或磁场方向观察电流方向变化,不用此电路公式预测感应电压。

                                                                                                                                                                                                                                                                      常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                                                                                                      把感应电流写成感应电压乘以回路电阻。已实测 · 量纲一致性 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                                      错误写法 I感 = U感·R回路
                                                                                                                                                                                                                                                                      感应电路测得电压后仍按欧姆定律求电流,应当除以电阻;相乘的单位不是 A。
                                                                                                                                                                                                                                                                      实测记录左端I,右端M²·L⁴·T⁻⁶·I⁻³
                                                                                                                                                                                                                                                                      把感应电流换算成 mA 后仍将毫安数值标作 A。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                                      错误写法 I感 = 1000·U感/R回路
                                                                                                                                                                                                                                                                      0.6 V÷3 Ω=0.2 A=200 mA;若把换算后的 200 写成 A,会大 1000 倍。
                                                                                                                                                                                                                                                                      实测记录情境「线圈感应一」:算得I感=200;参考0.2;有效容差0.0002
                                                                                                                                                                                                                                                                      认为只要线圈和磁体静止放在一起就一定有持续感应电流。人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                                      需要磁场变化或导体与磁场发生相对运动;静止且磁场不变时没有持续感应电流。
                                                                                                                                                                                                                                                                      实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                                                                                                                                                                                                      典型例题

                                                                                                                                                                                                                                                                      电磁感应实验中测得回路电压 0.6 V,回路电阻为 3 Ω,求感应电流。

                                                                                                                                                                                                                                                                      1. I感=U感/R回路=0.6/3=0.2 A。
                                                                                                                                                                                                                                                                      2. 电压是实验测量值,本式不预测感应电压如何产生。

                                                                                                                                                                                                                                                                      答案感应电流为 0.2 A。

                                                                                                                                                                                                                                                                      电磁感应感应电流磁场变化相对运动电流表
                                                                                                                                                                                                                                                                      前置:ohm-01、circuit-02

                                                                                                                                                                                                                                                                      电磁波与现代通信

                                                                                                                                                                                                                                                                      认识电磁波的传播、波速、频率与波长,并用传播时间估算无线通信信号在理想路径上的到达时间。

                                                                                                                                                                                                                                                                      3 个知识点 · 6 条公式 · 39 项校验全部通过

                                                                                                                                                                                                                                                                      emwave-03

                                                                                                                                                                                                                                                                      信息与信息传播

                                                                                                                                                                                                                                                                      难度:拓展范围:初中主线;公式含拓展校验 14/14

                                                                                                                                                                                                                                                                      信息与信息传播

                                                                                                                                                                                                                                                                      信息借声音、文字、图像等载体记录,通信可把信息转为信号,经发送、传输和接收还原。模拟信号连续变化,数字信号用离散状态表示;两者不是“快慢”同义词。数据符号率和电磁波频率定义不同,数字信号也可借电磁波传输。

                                                                                                                                                                                                                                                                      本章素养回顾(原创任务)

                                                                                                                                                                                                                                                                      选择本章一个现象,写出结论、成立条件和证据;用另一条本章规律复核解释是否矛盾。指出一次测量或模型的局限,并说明还需什么证据;数值通过不替代概念辨析。

                                                                                                                                                                                                                                                                      定义

                                                                                                                                                                                                                                                                      信息可以记录在文字、图像、声音等载体中,并通过声、光或电磁信号传递。现代通信常把信息转换成适合传输的信号,经过发射、传播和接收后再还原;本条中的符号速率计算是帮助理解传输过程的拓展模型。

                                                                                                                                                                                                                                                                      物理意义

                                                                                                                                                                                                                                                                      通信过程既有信号在空间传播所需的时间,也有信息符号逐个传送所需的时间,两者不能混为一谈。下面的简单速率模型只计算在给定平均符号传送速率下传送一段信息所需的时间,不描述编码、纠错、排队或网络协议;符号速率不是电磁波载波频率,也不等同于每秒比特数。

                                                                                                                                                                                                                                                                      符号

                                                                                                                                                                                                                                                                      符号含义单位
                                                                                                                                                                                                                                                                      N符号一段信息中传送的符号总数,按个计数1
                                                                                                                                                                                                                                                                      R符号平均符号传送速率,每秒传送的符号数Hz
                                                                                                                                                                                                                                                                      t信息传送这段符号信息所用的时间s

                                                                                                                                                                                                                                                                      公式与校验

                                                                                                                                                                                                                                                                      按符号速率估算传输时间拓展计算,非本卡初中必背主线。传送速率在该段时间内近似稳定;传送速率 用每秒符号数表示,传送时间 用 s。8/8 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                      N符号=R符号⋅t信息
                                                                                                                                                                                                                                                                      查看校验用原式N_sym = R_sym*t_info
                                                                                                                                                                                                                                                                      校验记录(8 项)
                                                                                                                                                                                                                                                                        由符号数和时间求平均传送速率拓展计算,非本卡初中必背主线。符号总数和传送时间对应同一段传输,传送时间 大于 0。6/6 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                        R符号=N符号t信息
                                                                                                                                                                                                                                                                        查看校验用原式R_sym = N_sym/t_info
                                                                                                                                                                                                                                                                        校验记录(6 项)

                                                                                                                                                                                                                                                                          推导要点

                                                                                                                                                                                                                                                                          1. 信息先被记录或编码成可以传送的信号。
                                                                                                                                                                                                                                                                          2. 信号需要经过发射、传播和接收,接收端再从信号中还原信息。
                                                                                                                                                                                                                                                                          3. 若用平均符号速率描述一段稳定传输,符号总数等于每秒符号数乘以时间。
                                                                                                                                                                                                                                                                          4. 此拓展模型只算符号传送时间;真实通信还会受编码、纠错、设备处理和网络排队影响。

                                                                                                                                                                                                                                                                          常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                                                                                                          把每秒传送的符号数误当成整段信息的符号总数。人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                                          符号总数还要乘以传送时间;只写每秒速率会漏掉时间因素,题目问总量时尤其要注意。
                                                                                                                                                                                                                                                                          实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                                          把传送 5 s 当成 5 ms,再把符号总数少算 1000 倍。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                                          错误写法 N符号 = R符号·(t信息/1000)
                                                                                                                                                                                                                                                                          情境时间已经用秒表示,不能再次按毫秒缩小;重复换算会让估算结果少 1000 倍。
                                                                                                                                                                                                                                                                          实测记录情境「短消息传输」:算得N符号=3;参考3000;有效容差0.003
                                                                                                                                                                                                                                                                          把符号传送速率等同于电磁波载波频率或每秒比特数。人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                                          符号速率、载波频率和比特率的定义不同;没有调制和编码信息时,不能把三者数值直接等同。
                                                                                                                                                                                                                                                                          实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                                                                                                                                                                                                          典型例题

                                                                                                                                                                                                                                                                          一个简化通信模型中,平均每秒传送 600 个符号,传送 5 s,估算传过的符号总数。

                                                                                                                                                                                                                                                                          1. N符号=R符号·t信息=600×5=3000 个符号。
                                                                                                                                                                                                                                                                          2. 这是符号数的拓展估算,不代表网络端到端时延或比特率。

                                                                                                                                                                                                                                                                          答案约传送 3000 个符号。

                                                                                                                                                                                                                                                                          信息信息传播通信信号符号速率拓展模型
                                                                                                                                                                                                                                                                          前置:motion-01、emwave-01 | 后续:emwave-02
                                                                                                                                                                                                                                                                          emwave-01

                                                                                                                                                                                                                                                                          电磁波的波速、频率和波长

                                                                                                                                                                                                                                                                          难度:基础范围:初中校验 12/12

                                                                                                                                                                                                                                                                          电磁波及其传播

                                                                                                                                                                                                                                                                          变化的电流可产生电磁波,电磁波能在真空中传播,波速、波长、频率满足乘积关系。发射装置把待传信息加载到信号,接收装置选择信号并还原信息;不是电磁波凭空认识文字。频率较高对应真空波长较短,不能说频率越高必定传播越快。

                                                                                                                                                                                                                                                                          定义

                                                                                                                                                                                                                                                                          电磁波能够在真空中传播,真空中的传播速度约为 3.0×10⁸ m/s。电磁波的波速等于波长与频率的乘积;在同一真空中波速近似固定,频率越高,波长越短。

                                                                                                                                                                                                                                                                          物理意义

                                                                                                                                                                                                                                                                          无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X 射线和伽马射线都属于电磁波,主要差别包括频率和波长范围。电磁波不需要空气等介质才能传播。使用波速关系时,波长用 m、频率用 Hz,所得波速为 m/s;空气中传播速度可近似按真空光速处理。

                                                                                                                                                                                                                                                                          符号

                                                                                                                                                                                                                                                                          符号含义单位
                                                                                                                                                                                                                                                                          c电磁波在真空中的传播速度近似值m/s
                                                                                                                                                                                                                                                                          λ电磁波波长m
                                                                                                                                                                                                                                                                          f电磁波频率Hz
                                                                                                                                                                                                                                                                          d电磁波传播距离m
                                                                                                                                                                                                                                                                          t理想传播所用时间s

                                                                                                                                                                                                                                                                          公式与校验

                                                                                                                                                                                                                                                                          波速等于波长乘频率波长 λ 用 m、频率 f 用 Hz,c 用 m/s;真空波速取约 3.0×10⁸ m/s。6/6 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                          c=λ⋅f
                                                                                                                                                                                                                                                                          查看校验用原式c = lambda*f
                                                                                                                                                                                                                                                                          校验记录(6 项)
                                                                                                                                                                                                                                                                            由波速和频率求波长电磁波在真空或近似真空的空气中传播,f 不为零。6/6 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                            λ=cf
                                                                                                                                                                                                                                                                            查看校验用原式lambda = c/f
                                                                                                                                                                                                                                                                            校验记录(6 项)

                                                                                                                                                                                                                                                                              推导要点

                                                                                                                                                                                                                                                                              1. 电磁波每秒传播一定距离,该距离为波速 c。
                                                                                                                                                                                                                                                                              2. 波长 λ 表示相邻同相位点之间的距离,频率 f 表示每秒振动次数。
                                                                                                                                                                                                                                                                              3. 每秒前进的完整波长数乘以波长,得到 c=λ·f。
                                                                                                                                                                                                                                                                              4. 同一真空中 c 近似不变,所以频率越高波长越短。

                                                                                                                                                                                                                                                                              常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                                                                                                              把波长与频率相乘写成频率除以波长。已实测 · 量纲一致性 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                                              错误写法 c = f/λ
                                                                                                                                                                                                                                                                              波速关系为波长乘频率;f/λ 的单位不是 m/s。
                                                                                                                                                                                                                                                                              实测记录左端L·T⁻¹,右端L⁻¹·T⁻¹
                                                                                                                                                                                                                                                                              频率已用 Hz 代入后,又按 MHz 再除以 1 000 000,造成波速少算百万倍。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                                              错误写法 c = λ·f/1000000
                                                                                                                                                                                                                                                                              情境中的 100 000 000 已是 Hz;与 3 m 相乘应得到 3.0×10⁸ m/s,不应重复换算。
                                                                                                                                                                                                                                                                              实测记录情境「无线电波」:算得c=300;参考300000000;有效容差300
                                                                                                                                                                                                                                                                              认为电磁波传播必须依赖空气或其他介质。人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                                              电磁波能够在真空中传播;声波需要介质,两类波的传播条件不同。
                                                                                                                                                                                                                                                                              实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                                                                                                                                                                                                              典型例题

                                                                                                                                                                                                                                                                              某无线电波频率100 MHz,在真空中传播,取真空光速3.0×10⁸ m/s,求波长。

                                                                                                                                                                                                                                                                              1. 100 MHz=100 000 000 Hz。
                                                                                                                                                                                                                                                                              2. λ=c/f=3.0×10⁸/100 000 000=3 m。

                                                                                                                                                                                                                                                                              答案波长约为 3 m。

                                                                                                                                                                                                                                                                              电磁波波速频率波长无线电波微波
                                                                                                                                                                                                                                                                              前置:particle-02 | 后续:emwave-02
                                                                                                                                                                                                                                                                              emwave-02

                                                                                                                                                                                                                                                                              电磁波传播与通信时延

                                                                                                                                                                                                                                                                              难度:基础范围:初中校验 13/13

                                                                                                                                                                                                                                                                              现代通信与信息时代

                                                                                                                                                                                                                                                                              无线通信利用电磁波,卫星通信可接力跨区域信号;光纤通信以光传信息,光在适当条件下被约束在纤芯传播;网络把终端和交换设备连接起来。光纤传的是信号能量及信息,不是把整颗电子从发端搬到收端。传输时延不等于下载总时间;信息技术也涉及隐私、真实性和合理使用。

                                                                                                                                                                                                                                                                              定义

                                                                                                                                                                                                                                                                              无线通信把信息转换成电信号并调制到电磁波上,经空间传播后由接收设备还原信息。忽略处理设备和传播介质影响时,信号传播时间可用传播距离除以波速估算。

                                                                                                                                                                                                                                                                              物理意义

                                                                                                                                                                                                                                                                              无线电波传播速度接近真空光速,因此远距离通信仍有传播时延;实际通信总时延还包括设备处理、排队和网络转发时间。用路程和时间估算只能表示理想的一段传播过程,不代表整个互联网应用的响应时间。

                                                                                                                                                                                                                                                                              符号

                                                                                                                                                                                                                                                                              符号含义单位
                                                                                                                                                                                                                                                                              d电磁波传播距离m
                                                                                                                                                                                                                                                                              c电磁波传播速度近似值m/s
                                                                                                                                                                                                                                                                              t理想传播所用时间s
                                                                                                                                                                                                                                                                              λ电磁波波长m
                                                                                                                                                                                                                                                                              f电磁波频率Hz

                                                                                                                                                                                                                                                                              公式与校验

                                                                                                                                                                                                                                                                              传播距离与时间关系电磁波在空气中近似以真空光速传播,且只计算单程传播。7/7 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                              d=c⋅t
                                                                                                                                                                                                                                                                              查看校验用原式d = c*t
                                                                                                                                                                                                                                                                              校验记录(7 项)
                                                                                                                                                                                                                                                                                由距离和波速求传播时间d 为单程距离,c 为这段路径上的近似传播速度。6/6 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                t=dc
                                                                                                                                                                                                                                                                                查看校验用原式t = d/c
                                                                                                                                                                                                                                                                                校验记录(6 项)

                                                                                                                                                                                                                                                                                  推导要点

                                                                                                                                                                                                                                                                                  1. 把通信链路的单程距离 d 统一为 m。
                                                                                                                                                                                                                                                                                  2. 无线电波在空气中的速度近似取 3.0×10⁸ m/s。
                                                                                                                                                                                                                                                                                  3. 用距离除以波速估算理想传播时间。
                                                                                                                                                                                                                                                                                  4. 实际通信还包含设备处理等时延,不能把估算值当成端到端总时延。

                                                                                                                                                                                                                                                                                  常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                                                                                                                  把单程传播距离误当成往返距离,计算时多乘 2。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                                                  错误写法 t = 2·d/c
                                                                                                                                                                                                                                                                                  通信单程时延只对应单程路径;若题目明确发射后返回的回波才计算往返。
                                                                                                                                                                                                                                                                                  实测记录情境「传播3千米」:算得t=2e-05;参考1e-05;有效容差2e-11
                                                                                                                                                                                                                                                                                  把光速传播时间当成端到端网络响应时间。人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                                                  互联网通信还包含路由、排队和设备处理时间,理想传播时延只是其中一部分。
                                                                                                                                                                                                                                                                                  实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                                                                                                                                                                                                                  典型例题

                                                                                                                                                                                                                                                                                  电磁波在空气中传播 30 km,按 3.0×10⁸ m/s 估算单程时间。

                                                                                                                                                                                                                                                                                  1. 30 km=30 000 m。
                                                                                                                                                                                                                                                                                  2. t=d/c=30 000/(3.0×10⁸)=0.0001 s。

                                                                                                                                                                                                                                                                                  答案理想单程传播时间约为 0.0001 s。

                                                                                                                                                                                                                                                                                  无线通信传播速度时延单程距离
                                                                                                                                                                                                                                                                                  前置:emwave-01、motion-01

                                                                                                                                                                                                                                                                                  能源与可持续发展

                                                                                                                                                                                                                                                                                  用能耗估算和能量转化效率解释节能选择;同时区分可再生能源与不可再生能源,强调能源利用的环境影响。

                                                                                                                                                                                                                                                                                  5 个知识点 · 11 条公式 · 72 项校验全部通过

                                                                                                                                                                                                                                                                                  sustain-01

                                                                                                                                                                                                                                                                                  能源利用与社会发展中的耗电估算

                                                                                                                                                                                                                                                                                  难度:基础范围:初中校验 14/14

                                                                                                                                                                                                                                                                                  能源利用与社会发展

                                                                                                                                                                                                                                                                                  能源是可提供能量的资源。煤、石油、天然气为化石能源,按形成速度通常属不可再生;太阳、风、水等属可再生。一次能源来自自然界,电能等二次能源通常需转化制得。不同方案要比较供应、效率、污染、资源和安全,不能把“电器没有排烟”当全链条零排放。

                                                                                                                                                                                                                                                                                  本章素养回顾(原创任务)

                                                                                                                                                                                                                                                                                  选择本章一个现象,写出结论、成立条件和证据;用另一条本章规律复核解释是否矛盾。指出一次测量或模型的局限,并说明还需什么证据;数值通过不替代概念辨析。

                                                                                                                                                                                                                                                                                  定义

                                                                                                                                                                                                                                                                                  能源利用支撑照明、交通、生产和现代生活。对电器而言,在功率近似稳定时,消耗的电能与功率和使用时间有关;用电能表记录的千瓦时可以直接用于生活中的用电估算。

                                                                                                                                                                                                                                                                                  物理意义

                                                                                                                                                                                                                                                                                  社会发展会带来更多能源需求,因此既要保证合理用能,也要减少不必要的浪费。比较同一项用电服务的耗电量时,应确认功率和使用时间的单位一致;当功率用 kW、时间用 h 时,乘积直接得到 kWh。该关系只计算用电量,不足以单独评价能源来源的环境影响或可持续性。

                                                                                                                                                                                                                                                                                  符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                  符号含义单位
                                                                                                                                                                                                                                                                                  P用电器的工作功率kW
                                                                                                                                                                                                                                                                                  t用电时间h
                                                                                                                                                                                                                                                                                  E消耗的电能kWh

                                                                                                                                                                                                                                                                                  公式与校验

                                                                                                                                                                                                                                                                                  功率和时间求耗电量P 用 kW、t 用 h,所得电能 E 用 kWh。7/7 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                  E=P⋅t
                                                                                                                                                                                                                                                                                  查看校验用原式E = P*t
                                                                                                                                                                                                                                                                                  校验记录(7 项)
                                                                                                                                                                                                                                                                                    由耗电量和使用时间求平均功率电能 E 用 kWh、时间 t 用 h,所得平均功率 P 用 kW。7/7 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                    P=Et
                                                                                                                                                                                                                                                                                    查看校验用原式P = E/t
                                                                                                                                                                                                                                                                                    校验记录(7 项)

                                                                                                                                                                                                                                                                                      推导要点

                                                                                                                                                                                                                                                                                      1. 读取用电器铭牌或题目给出的工作功率。
                                                                                                                                                                                                                                                                                      2. 把功率统一成 kW、时间统一成 h。
                                                                                                                                                                                                                                                                                      3. 功率乘以使用时间,得到以 kWh 表示的电能。
                                                                                                                                                                                                                                                                                      4. 同一类服务下比较不同设备或不同时长的耗电量,避免只凭额定功率判断。

                                                                                                                                                                                                                                                                                      常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                                                                                                                      把耗电量写成功率除以使用时间。已实测 · 量纲一致性 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                                                      错误写法 E = P/t
                                                                                                                                                                                                                                                                                      耗电量等于功率乘以时间;功率再除以时间会得到功率变化率,不是电能。
                                                                                                                                                                                                                                                                                      实测记录左端M·L²·T⁻²,右端M·L²·T⁻⁴
                                                                                                                                                                                                                                                                                      LED灯功率为 0.01 kW、使用 5 h,却把耗电量写成 0.002 kWh。已实测 · 量纲一致性 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                                                      错误写法 E = P/t
                                                                                                                                                                                                                                                                                      0.01 kW×5 h=0.05 kWh;除法结果不仅数值错误,单位也不能表示耗电量。
                                                                                                                                                                                                                                                                                      实测记录左端M·L²·T⁻²,右端M·L²·T⁻⁴
                                                                                                                                                                                                                                                                                      只看额定功率较小,就断定设备一定更节能而不看使用时长。人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                                                      耗电量还取决于使用时间;小功率设备长时间运行也可能耗电更多。
                                                                                                                                                                                                                                                                                      实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                                                      把5 h误作5 min换成小时。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                                                      错误写法 E = P·t/60
                                                                                                                                                                                                                                                                                      时间实际5 h,能耗0.05 kWh;误作5 min才需要除60,结果小60倍。
                                                                                                                                                                                                                                                                                      实测记录情境「LED灯五小时」:算得E=0.000833333333333;参考0.05;有效容差5e-08

                                                                                                                                                                                                                                                                                      典型例题

                                                                                                                                                                                                                                                                                      一盏功率为 0.01 kW 的 LED 灯连续使用 5 h,求消耗的电能。

                                                                                                                                                                                                                                                                                      1. E=P·t=0.01×5=0.05 kWh。
                                                                                                                                                                                                                                                                                      2. 此结果只描述这段时间的用电量,不代表整套能源方案的环境影响。

                                                                                                                                                                                                                                                                                      答案消耗电能为 0.05 kWh。

                                                                                                                                                                                                                                                                                      节能电能功率使用时间千瓦时
                                                                                                                                                                                                                                                                                      前置:power-01、power-02 | 后续:sustain-03
                                                                                                                                                                                                                                                                                      sustain-03

                                                                                                                                                                                                                                                                                      核能

                                                                                                                                                                                                                                                                                      难度:基础范围:初中校验 13/13

                                                                                                                                                                                                                                                                                      核能

                                                                                                                                                                                                                                                                                      裂变把重原子核分成较轻核,聚变使轻核结合成较重核,在相应反应条件下可释放能量。核电站使用受控裂变链式反应加热工质,经汽轮机、发电机转为电能;太阳能量主要来自核聚变。核废料、辐射防护和事故风险都需专业管理,不把核能等同化学燃烧。

                                                                                                                                                                                                                                                                                      定义

                                                                                                                                                                                                                                                                                      核能储存在原子核内部,核裂变和核聚变过程都能释放核能。核电站主要利用核裂变释放的能量加热介质,再通过汽轮机和发电机把能量逐步转化为电能;初中阶段认识其原理链条和安全、环境影响,不要求使用质能方程计算。

                                                                                                                                                                                                                                                                                      物理意义

                                                                                                                                                                                                                                                                                      核电站不是把核能直接变成电能:能量会经历核能、内能、机械能和电能等形式的转化。若已知电站对外输出的电功率,可以用功率乘运行时间估算一段时间输出的电能;这是通用电功率关系的应用,不是核反应释放能量的预测公式。讨论核能时还应区分运行排放、核废料管理和事故风险等不同问题。

                                                                                                                                                                                                                                                                                      符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                      符号含义单位
                                                                                                                                                                                                                                                                                      P电核电站对外输出的电功率W
                                                                                                                                                                                                                                                                                      tn持续输出的时间s
                                                                                                                                                                                                                                                                                      E电这段时间输出的电能J

                                                                                                                                                                                                                                                                                      公式与校验

                                                                                                                                                                                                                                                                                      由电功率估算核电站输出电能仅作已知电学或能量数据的应用,不验证本卡定性规律。对外电功率在所计时间内近似稳定,时间用 s、电功率用 W。7/7 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                      E电=P电⋅tn
                                                                                                                                                                                                                                                                                      查看校验用原式E_el = P_el*t_n
                                                                                                                                                                                                                                                                                      校验记录(7 项)
                                                                                                                                                                                                                                                                                        由输出电能和时间求平均电功率仅作已知电学或能量数据的应用,不验证本卡定性规律。输出电能和时间对应同一过程,通电时间 大于 0。6/6 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                        P电=E电tn
                                                                                                                                                                                                                                                                                        查看校验用原式P_el = E_el/t_n
                                                                                                                                                                                                                                                                                        校验记录(6 项)

                                                                                                                                                                                                                                                                                          推导要点

                                                                                                                                                                                                                                                                                          1. 核裂变释放的核能先转化为内能,再驱动汽轮机和发电机。
                                                                                                                                                                                                                                                                                          2. 电站输出电功率表示单位时间输出的电能。
                                                                                                                                                                                                                                                                                          3. 当功率近似稳定时,用输出功率乘运行时间估算输出电能。
                                                                                                                                                                                                                                                                                          4. 这一估算只计算已知的电功率输出,不从反应物质量推算核反应能量。

                                                                                                                                                                                                                                                                                          常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                                                                                                                          把核能说成在电站内一步直接变成电能。人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                                                          核电站先通过裂变加热介质,再驱动汽轮机和发电机,能量经历多个转化环节。
                                                                                                                                                                                                                                                                                          实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                                                          把输出电能写成输出功率除以运行时间。已实测 · 量纲一致性 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                                                          错误写法 E电 = P电/tn
                                                                                                                                                                                                                                                                                          输出电能是功率对时间的累积,应将功率乘运行时间;相除得到的单位也不再是焦耳。
                                                                                                                                                                                                                                                                                          实测记录左端M·L²·T⁻²,右端M·L²·T⁻⁴
                                                                                                                                                                                                                                                                                          核电站 1.0×10⁹ W 运行 3600 s,误将时间除以 3600 再代入。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                                                          错误写法 E电 = P电·(tn/3600)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          题目给出的运行时间已是秒,重复除以 3600 会把应有输出电能缩小 3600 倍。
                                                                                                                                                                                                                                                                                          实测记录情境「核电站一小时输出」:算得E电=1000000000;参考3.6e+12;有效容差3.6e+06

                                                                                                                                                                                                                                                                                          典型例题

                                                                                                                                                                                                                                                                                          某发电装置对外输出功率为 1.0×10⁹ W,若连续输出 3600 s,估算输出电能。

                                                                                                                                                                                                                                                                                          1. E电=P电·tn=1.0×10⁹×3600=3.6×10¹² J。
                                                                                                                                                                                                                                                                                          2. 这是输出电能估算,不能据此倒推核燃料释放能量。

                                                                                                                                                                                                                                                                                          答案输出电能约为 3.6×10¹² J。

                                                                                                                                                                                                                                                                                          核能核裂变核聚变核电站能量转化运行风险
                                                                                                                                                                                                                                                                                          前置:power-02、energy-04 | 后续:sustain-04
                                                                                                                                                                                                                                                                                          sustain-04

                                                                                                                                                                                                                                                                                          太阳能

                                                                                                                                                                                                                                                                                          难度:基础范围:初中校验 13/13

                                                                                                                                                                                                                                                                                          太阳能

                                                                                                                                                                                                                                                                                          太阳能可用于光热和光伏,分别把辐射能用于加热或转为电能,太阳辐射不是各地全天恒定的输入。可再生不代表设备无需材料、制造或维护,也不代表没有环境影响。比较热水器先计算水吸热,再讨论集热损失;不把水吸热量直接当全部太阳输入能量。

                                                                                                                                                                                                                                                                                          定义

                                                                                                                                                                                                                                                                                          太阳能来自太阳辐射,属于可再生能源,可用于光热和光伏等技术。太阳能热水器把辐射能转移给水的内能;太阳能电池则把部分光能转化为电能。设备的实际利用还受天气、面积、朝向和转换效率影响。

                                                                                                                                                                                                                                                                                          物理意义

                                                                                                                                                                                                                                                                                          估算太阳能热水器把水加热所需能量时,可把水看作吸收热量的物体,用水的比热容、质量和升高的温度计算吸收的热量。该关系只描述水获得的热量,不等于太阳辐射总能量;由于装置存在反射、散热等损失,太阳提供的能量通常更大。太阳能可再生,但并非任何时间和地点都能稳定提供相同功率。

                                                                                                                                                                                                                                                                                          符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                          符号含义单位
                                                                                                                                                                                                                                                                                          c水水的比热容J/kg/℃
                                                                                                                                                                                                                                                                                          m水被加热水的质量kg
                                                                                                                                                                                                                                                                                          dT水升高的温度℃
                                                                                                                                                                                                                                                                                          Q水水吸收的热量J

                                                                                                                                                                                                                                                                                          公式与校验

                                                                                                                                                                                                                                                                                          估算水吸收的热量只计算水吸收的热量,忽略容器热容和散热;水的比热容用 J/kg/℃。7/7 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                          Q水=c水⋅m水⋅dT
                                                                                                                                                                                                                                                                                          查看校验用原式Q_water = c_water*m_water*dT
                                                                                                                                                                                                                                                                                          校验记录(7 项)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            由吸收热量估算水的升温水的质量和比热容已知且非零,暂不计热损失。6/6 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                            dT=Q水c水⋅m水
                                                                                                                                                                                                                                                                                            查看校验用原式dT = Q_water/(c_water*m_water)
                                                                                                                                                                                                                                                                                            校验记录(6 项)

                                                                                                                                                                                                                                                                                              推导要点

                                                                                                                                                                                                                                                                                              1. 太阳辐射能被集热器吸收,并传给水。
                                                                                                                                                                                                                                                                                              2. 先确定被加热水的质量和温度变化。
                                                                                                                                                                                                                                                                                              3. 按水的比热容关系计算水吸收的热量。
                                                                                                                                                                                                                                                                                              4. 由于集热器和管路会向环境散热,太阳输入能量不能简单等同于水获得的热量。

                                                                                                                                                                                                                                                                                              常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                                                                                                                              把太阳能热水器的太阳输入能量直接等同于水吸收的热量。人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                                                              太阳辐射到水之间会经过集热器和管路,途中有反射与散热,水吸收的热量只是输入能量的一部分。
                                                                                                                                                                                                                                                                                              实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                                                              把水吸收的热量算成比热容乘质量再除以升温。已实测 · 量纲一致性 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                                                              错误写法 Q水 = c水·m水/dT
                                                                                                                                                                                                                                                                                              水的吸热量随温升增大而增大;公式中应乘温升,除以温升还会破坏焦耳的量纲。
                                                                                                                                                                                                                                                                                              实测记录左端M·L²·T⁻²,右端M·L²·T⁻²·K⁻²
                                                                                                                                                                                                                                                                                              0.2 kg 水升高 15 ℃,误将热量算成 56 J。已实测 · 量纲一致性 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                                                              错误写法 Q水 = c水·m水/dT
                                                                                                                                                                                                                                                                                              按 4200 J/kg/℃、0.2 kg 和 15 ℃ 相乘,结果为 12600 J;不能把温升放到分母。
                                                                                                                                                                                                                                                                                              实测记录左端M·L²·T⁻²,右端M·L²·T⁻²·K⁻²
                                                                                                                                                                                                                                                                                              把0.2 kg的200 g数值仍按kg代入。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                                                              错误写法 Q水 = c水·(1000·m水)·dT
                                                                                                                                                                                                                                                                                              水质量应0.2 kg,吸热12600 J;按200 kg会误大千倍。
                                                                                                                                                                                                                                                                                              实测记录情境「太阳能热水器一」:算得Q水=12600000;参考12600;有效容差12.6

                                                                                                                                                                                                                                                                                              典型例题

                                                                                                                                                                                                                                                                                              太阳能热水器使0.2 kg水温升高15 ℃,水的比热容4200 J/(kg·℃),无物态变化,忽略散热,估算吸收热量。

                                                                                                                                                                                                                                                                                              1. Q水=c水·m水·dT。
                                                                                                                                                                                                                                                                                              2. 代入 4200×0.2×15=12600 J。
                                                                                                                                                                                                                                                                                              3. 太阳能集热器实际输入能量还需考虑散热损失。

                                                                                                                                                                                                                                                                                              答案水吸收的热量约为 1.26×10⁴ J。

                                                                                                                                                                                                                                                                                              太阳能光热利用光伏比热容热水器可再生能源
                                                                                                                                                                                                                                                                                              前置:energy-02、energy-03 | 后续:sustain-02
                                                                                                                                                                                                                                                                                              sustain-02

                                                                                                                                                                                                                                                                                              能量转化的基本规律

                                                                                                                                                                                                                                                                                              难度:基础范围:初中校验 13/13

                                                                                                                                                                                                                                                                                              能量转化的基本规律

                                                                                                                                                                                                                                                                                              能量可转化、可转移,总量守恒;转移和转化具有方向性,分散到环境的内能通常难以全部回收。节约能源的原因是易用能资源和利用条件有限,不是能量会从宇宙消失。效率先约定有用目标和系统边界,不能超过100%,不同装置效率要在可比边界下比较。

                                                                                                                                                                                                                                                                                              定义

                                                                                                                                                                                                                                                                                              能量可以从一种形式转化为另一种形式,也可以在物体之间传递;在转化和传递过程中,能量总量保持不变。实际装置中一部分能量会转化为不便利用的形式,能量利用效率表示有用输出占输入的比例。

                                                                                                                                                                                                                                                                                              物理意义

                                                                                                                                                                                                                                                                                              分析能量转化时要先划定研究对象和过程,再把输入、有用输出以及转化到环境中的其他能量分别列出。能量守恒不表示每一部分能量都同样容易利用;效率是有用能量与输入能量之比,不能超过 100%。本节的能量账目关系可用于检查转换过程是否漏项,效率关系用于比较装置利用输入能量的程度。

                                                                                                                                                                                                                                                                                              符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                              符号含义单位
                                                                                                                                                                                                                                                                                              E入设备输入的能量J
                                                                                                                                                                                                                                                                                              E有用转化得到的有用能量J
                                                                                                                                                                                                                                                                                              E损未成为目标有用输出的能量J
                                                                                                                                                                                                                                                                                              η能量利用效率,以小数表示1
                                                                                                                                                                                                                                                                                              P用电器功率kW
                                                                                                                                                                                                                                                                                              t使用时间h
                                                                                                                                                                                                                                                                                              E使用期间消耗的电能kWh
                                                                                                                                                                                                                                                                                              P旧原用电器功率kW
                                                                                                                                                                                                                                                                                              P新替换后用电器功率kW
                                                                                                                                                                                                                                                                                              E节替换后节省的电能kWh

                                                                                                                                                                                                                                                                                              公式与校验

                                                                                                                                                                                                                                                                                              能量输入与各输出的平衡按给定系统边界统计全部有用输出与损耗,能量单位一致。6/6 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                              E入=E有用+E损
                                                                                                                                                                                                                                                                                              查看校验用原式E_in = E_use+E_loss
                                                                                                                                                                                                                                                                                              校验记录(6 项)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                能量利用效率有用能量与输入能量使用相同单位,输入能量大于零。7/7 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                η=E有用E入
                                                                                                                                                                                                                                                                                                查看校验用原式eta = E_use/E_in
                                                                                                                                                                                                                                                                                                校验记录(7 项)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                  推导要点

                                                                                                                                                                                                                                                                                                  1. 给能量转换过程划定系统边界,统计输入能量。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  2. 把输出分成完成目标的有用能量与其他转化能量。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  3. 能量守恒要求输入与全部输出相等。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  4. 有用输出除以输入能量得到效率,可乘 100% 表示百分数。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                  常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                                                                                                                                  把能量利用效率写成输入能量除以有用能量。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  错误写法 η = E入/E有用
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  效率是有用输出占输入的比例;高效电机情境中为 80/100=0.8,而不是 1.25。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  实测记录情境「高效电机」:算得η=1.25;参考0.8;有效容差1.25e-06
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  认为可再生能源没有任何环境影响,或认为能量损耗意味着能量消失。人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  可再生能源的利用仍可能影响生态和土地;损耗能量通常转化为不易利用的热、声等形式,并未违反能量守恒。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                                                                                                                                                                                                                                  典型例题

                                                                                                                                                                                                                                                                                                  一台装置输入 100 J 能量,其中 80 J 转化为有用输出,求效率和其他能量。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                  1. 效率 η=80/100=0.8=80%。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  2. 其他转化能量为 100-80=20 J。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                  答案效率为 80%,其他能量为 20 J。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                  可再生能源不可再生能源能量守恒能源效率可持续发展
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  前置:energy-01、machine-03 | 后续:sustain-05
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  sustain-05

                                                                                                                                                                                                                                                                                                  能源与可持续发展

                                                                                                                                                                                                                                                                                                  难度:基础范围:初中校验 19/19

                                                                                                                                                                                                                                                                                                  能源与可持续发展

                                                                                                                                                                                                                                                                                                  提高效率、节约使用、发展适合场地的可再生能源、减少污染和做好回收,需兼顾当前与未来需求。比较灯具先保持照度、时长等服务相同;比较交通需保持运送需求相同。可再生能源也可能影响土地和生态,评价结合生命周期,不能只看一笔电费。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                  定义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                  能源与可持续发展要求兼顾当前生产生活需要、资源长期供应和生态环境保护。节约能源、提高利用效率、发展可再生能源并减少污染排放,都是降低能源系统负担的途径;不同能源方案还要结合场地、稳定性和安全条件比较。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                  物理意义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                  比较节能措施时,先确保新旧方案提供相同的照明、出行或生产服务,再比较同一使用时长内的耗电量差。功率较低并不自动意味着更可持续,还要考虑设备寿命、发电结构、材料和回收等因素。本条用新旧设备的耗电量差做一个边界清楚的定量例子,不把单次能耗计算冒充完整的生命周期评价。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                  符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                  符号含义单位
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  P旧旧设备功率W
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  P新新设备功率W
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  t有用两种设备提供相同服务的使用时间s
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  E旧旧设备在该时段消耗的电能J
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  E新新设备在该时段消耗的电能J
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  E节新设备相对旧设备减少的耗电量J

                                                                                                                                                                                                                                                                                                  公式与校验

                                                                                                                                                                                                                                                                                                  计算旧设备在相同服务时段的耗电量功率近似稳定,时间用 s、功率用 W,所得能量为 J。6/6 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  E旧=P旧⋅t有用
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  查看校验用原式E_old = P_old*t_use
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  校验记录(6 项)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    计算新设备在相同服务时段的耗电量新设备功率近似稳定,且新旧设备工作时间相同。6/6 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    E新=P新⋅t有用
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    查看校验用原式E_new = P_new*t_use
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    校验记录(6 项)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      由新旧设备耗电量求节能量新旧方案提供相同服务,且旧方案耗能不小于新方案。7/7 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      E节=E旧−E新
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      查看校验用原式E_save = E_old-E_new
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      校验记录(7 项)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                        推导要点

                                                                                                                                                                                                                                                                                                        1. 先确定新旧方案提供的是同一项服务,使用时长也相同。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                        2. 分别按功率乘时间计算两种设备消耗的电能。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                        3. 用旧设备耗电量减去新设备耗电量,得到该时段的节能量。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                        4. 完整的可持续性判断还要比较能源来源、排放、设备寿命和回收,不能只靠这一个能耗差。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                        常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                                                                                                                                        把新设备耗电量加到旧设备耗电量上当成节能量。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                                                                        错误写法 E节 = E旧+E新
                                                                                                                                                                                                                                                                                                        节能量是旧设备比新设备多消耗的部分,应做差而不是相加。比较之前先统一时间范围和所提供的服务。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                        实测记录情境「节能灯具一」:算得E节=252000;参考180000;有效容差0.252
                                                                                                                                                                                                                                                                                                        比较灯具节能量时让旧灯和新灯使用不同时间。人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                                                                        要比较相同服务,必须统一照明时长等条件。比较之前先统一时间范围和所提供的服务。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                        实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                                                                        仅凭一次电费差值就断定一种能源在全生命周期都更可持续。人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                                                                        生命周期评价还涉及制造、运输、发电来源、维护和回收等边界。比较之前先统一时间范围和所提供的服务。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                        实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                                                                                                                                                                                                                                        典型例题

                                                                                                                                                                                                                                                                                                        旧灯功率 60 W,新灯功率 10 W,两者提供相同照明且各使用 3600 s,求这段时间少消耗的电能。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                        1. E旧=60×3600=216000 J。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                        2. E新=10×3600=36000 J。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                        3. E节=E旧−E新=180000 J。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                        答案新灯在该时段少消耗 180000 J 电能。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                        可持续发展节能能源效率可再生能源环境影响生命周期边界

                                                                                                                                                                                                                                                                                                        测量工具与数据处理

                                                                                                                                                                                                                                                                                                        独立工具卡用于查找、链接与复习。刻度尺、天平、测力计、量筒属于常用测量基础;游标卡尺和螺旋测微器单列精密工具拓展,不冒称初中课标必做。所有参数是设计校准示例,非实测。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                        7 个知识点 · 9 条公式 · 51 项校验全部通过

                                                                                                                                                                                                                                                                                                        tool-01

                                                                                                                                                                                                                                                                                                        刻度尺的使用与估读

                                                                                                                                                                                                                                                                                                        难度:基础范围:初中校验 10/10

                                                                                                                                                                                                                                                                                                        刻度尺的使用与估读:方法与边界

                                                                                                                                                                                                                                                                                                        先认量程、分度值和零刻线,将刻度面贴近物体并平行放置,视线正对刻度面。零端磨损可以从完整的整数刻线起测,但必须减去起点。估读位体现测量精度,不能把准确刻度的位数当作完整结果;数字仪器则按实际显示精度记录。重复测量能减小部分偶然误差,不能修复斜视与尺本身的偏差。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                        定义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                        刻度尺测量长度时要读出起点和终点的位置,并取两读数之差。对于毫米分度的普通刻度尺,按中学读数约定估读到0.1毫米,记录数值与单位。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                        物理意义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                        先认量程、分度值和零刻线,将刻度面贴近物体并平行放置,视线正对刻度面。零端磨损可以从完整的整数刻线起测,但必须减去起点。估读位体现测量精度,不能把准确刻度的位数当作完整结果;数字仪器则按实际显示精度记录。重复测量能减小部分偶然误差,不能修复斜视与尺本身的偏差。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                        学习分工:本卡讲刻度尺的放置、分度值和估读,重复测量与数据记录见实验卡(jexp-01),可点击下方知识关系回看。这一链接是相关内容推荐,不表示必须先后学习。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                        符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                        符号含义单位
                                                                                                                                                                                                                                                                                                        L第一次测得长度m
                                                                                                                                                                                                                                                                                                        Y独立复测长度m
                                                                                                                                                                                                                                                                                                        x1第一次起点位置m
                                                                                                                                                                                                                                                                                                        x2第一次终点位置m
                                                                                                                                                                                                                                                                                                        y1复测起点位置m
                                                                                                                                                                                                                                                                                                        y2复测终点位置m

                                                                                                                                                                                                                                                                                                        公式与校验

                                                                                                                                                                                                                                                                                                        两位置之差两读数在同一尺上,单位统一;这里数值使用米。6/6 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                        L=x2−x1
                                                                                                                                                                                                                                                                                                        查看校验用原式L = x2-x1
                                                                                                                                                                                                                                                                                                        校验记录(6 项)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                          独立复测长度y1、y2是另一次复测中同一薄板两端的坐标,使用同一长度单位及同一把尺的零点。4/4 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                          Y=y2−y1
                                                                                                                                                                                                                                                                                                          查看校验用原式Y = y2-y1
                                                                                                                                                                                                                                                                                                          校验记录(4 项)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                            推导要点

                                                                                                                                                                                                                                                                                                            1. 贴近尺面并选择起点,读到毫米下一位。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                            2. 起点非零时用终点减起点,得到被测长度。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                            3. 改变起点再次测量,比较两次差值并保留原仪器精度。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                            常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                                                                                                                                            零端磨损时仍把终点读数当长度,忘记减去起点。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                                                                            错误写法 L = x2
                                                                                                                                                                                                                                                                                                            用非零刻线起测后,终点读数包含被移动的起点位置。4.26 cm的终点和1.00 cm的起点应相减,不是4.26 cm长。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                            实测记录情境「薄板甲」:算得L=0.0426;参考0.0326;有效容差4.26e-08
                                                                                                                                                                                                                                                                                                            毫米分度尺只记3.2 cm,漏写估读位。人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                                                                            普通毫米尺按中学约定应估读到0.1 mm,记录如3.26 cm;只记3.2 cm丢失了测量精度信息。补位必须来自实际观察,不能任意添数字。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                            实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                                                                                                                                                                                                                                            典型例题

                                                                                                                                                                                                                                                                                                            用毫米分度尺从1.00 cm量至4.26 cm,复测从2.00 cm至5.26 cm,求薄板长度。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                            1. 两次起点均不为零,分别用终点减起点。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                            2. 两次均得3.26 cm,按估读位记录并统一单位。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                            答案薄板长度为3.26 cm,即0.0326 m。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                            刻度尺的使用与估读条件与边界实验与证据
                                                                                                                                                                                                                                                                                                            前置:motion-03 | 后续:motion-01、jexp-01
                                                                                                                                                                                                                                                                                                            tool-02

                                                                                                                                                                                                                                                                                                            游标卡尺的读数

                                                                                                                                                                                                                                                                                                            难度:基础范围:高中测量拓展校验 7/7

                                                                                                                                                                                                                                                                                                            游标卡尺的读数:方法与边界

                                                                                                                                                                                                                                                                                                            主尺读游标零线左侧的整毫米,再找一条与主尺重合的游标刻线。外测量爪测外径或厚度,内测量爪测内径,深度尺测孔深。先校零并保持接触适度,歪放、卡得过紧和看错游标零线都引入偏差。游标与螺旋测微器的读数规则不同;本卡是精密工具拓展,不把它宣称为苏科初中必做实验。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                            定义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                            游标卡尺用主尺毫米数加上游标对齐格数乘分度差读数。标准10、20、50分度游标的分度差分别为0.1、0.05、0.02毫米,通常不另作估读。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                            物理意义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                            主尺读游标零线左侧的整毫米,再找一条与主尺重合的游标刻线。外测量爪测外径或厚度,内测量爪测内径,深度尺测孔深。先校零并保持接触适度,歪放、卡得过紧和看错游标零线都引入偏差。游标与螺旋测微器的读数规则不同;本卡是精密工具拓展,不把它宣称为苏科初中必做实验。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                            符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                            符号含义单位
                                                                                                                                                                                                                                                                                                            L卡尺读数m
                                                                                                                                                                                                                                                                                                            x主尺整毫米位置m
                                                                                                                                                                                                                                                                                                            n游标对齐格数1
                                                                                                                                                                                                                                                                                                            d游标分度差m
                                                                                                                                                                                                                                                                                                            D独立校准长度m

                                                                                                                                                                                                                                                                                                            公式与校验

                                                                                                                                                                                                                                                                                                            主尺加游标增量标准毫米主尺、对应分度差的游标;计算数值先统一为米。7/7 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                            L=x+n⋅d
                                                                                                                                                                                                                                                                                                            查看校验用原式L = x+n*d
                                                                                                                                                                                                                                                                                                            校验记录(7 项)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                              推导要点

                                                                                                                                                                                                                                                                                                              1. 标准游标分度差由主尺与游标格距的差决定,先确认规格。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                              2. 读游标零线左侧整毫米,再用对齐格数乘分度差。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                              3. 主尺与游标增量相加;校准标准块检查读数,没有额外估读位。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                              常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                                                                                                                                              50分度游标第23格对齐时,把游标增量当0.23 mm而非0.46 mm。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                                                                              错误写法 L = x+n·d/2
                                                                                                                                                                                                                                                                                                              格数不是毫米数,必须乘该游标的0.02 mm分度差;12 mm主尺与23格对应12.46 mm,错按0.01 mm每格得到12.23 mm。错读每格0.01 mm是本规格实际每格0.02 mm的一半,所以错误式仍带长度量纲。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                              实测记录情境「五十分度」:算得L=0.01223;参考0.01246;有效容差1.246e-08
                                                                                                                                                                                                                                                                                                              给游标读数额外估读一位或把内外测量爪混用。人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                                                                              游标根据刻线对齐读数,不按普通连续刻度另估一位。不同测量爪对应不同接触位置,必须先确认对象和校零,不能仅凭计算正确判断操作正确。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                              实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                                                                                                                                                                                                                                              典型例题

                                                                                                                                                                                                                                                                                                              50分度游标主尺读12 mm,第23条线对齐;另用标准块校准长度为12.46 mm,求卡尺读数。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                              1. 分度差为0.02 mm,游标部分为23×0.02=0.46 mm。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                              2. 主尺12 mm与增量相加,和校准长度比较。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                              答案读数12.46 mm,不另加估读位。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                              游标卡尺的读数条件与边界实验与证据
                                                                                                                                                                                                                                                                                                              前置:tool-01 | 后续:prop-02
                                                                                                                                                                                                                                                                                                              tool-03

                                                                                                                                                                                                                                                                                                              螺旋测微器的读数

                                                                                                                                                                                                                                                                                                              难度:基础范围:高中测量拓展校验 6/6

                                                                                                                                                                                                                                                                                                              螺旋测微器的读数:方法与边界

                                                                                                                                                                                                                                                                                                              固定刻度要检查半毫米刻线是否露出,可动刻度对准基准线读到估读位。测量前校零,接近物体时使用棘轮,听到适当打滑后停止,避免旋紧主体压坏物体。闭合时仪器显示的有符号零误差应从示值减去;正零误差使示值偏大,负零误差相反。这里只讨论常用规格,其他螺距须按铭牌确认。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                              定义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                              常用螺旋测微器以固定套筒刻度加可动套筒读数测长度。螺距0.5毫米、圆周50分度时每格0.01毫米,按中学约定估读到0.001毫米,并修正零点误差。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                              物理意义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                              固定刻度要检查半毫米刻线是否露出,可动刻度对准基准线读到估读位。测量前校零,接近物体时使用棘轮,听到适当打滑后停止,避免旋紧主体压坏物体。闭合时仪器显示的有符号零误差应从示值减去;正零误差使示值偏大,负零误差相反。这里只讨论常用规格,其他螺距须按铭牌确认。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                              符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                              符号含义单位
                                                                                                                                                                                                                                                                                                              D修正后直径m
                                                                                                                                                                                                                                                                                                              x固定刻度含半毫米m
                                                                                                                                                                                                                                                                                                              n可动刻度含估读格数1
                                                                                                                                                                                                                                                                                                              d每格前进长度m
                                                                                                                                                                                                                                                                                                              z有符号零点误差m
                                                                                                                                                                                                                                                                                                              D0独立标准块长度m
                                                                                                                                                                                                                                                                                                              h0固定套筒半毫米间隔m

                                                                                                                                                                                                                                                                                                              公式与校验

                                                                                                                                                                                                                                                                                                              示值减零误差常用螺距0.5 mm、圆周50分度,符号表与情境数值统一为米。6/6 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                              D=x+n⋅d−z
                                                                                                                                                                                                                                                                                                              查看校验用原式D = x+n*d-z
                                                                                                                                                                                                                                                                                                              校验记录(6 项)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                推导要点

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                1. 固定刻度先看整毫米和露出的半毫米。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                2. 螺距除圆周格数得到每格前进长度,读可动刻度并估读一位。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                3. 示值减有符号零误差,用棘轮保证测量压力不过大。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                看到半毫米刻线却漏读0.5 mm。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                错误写法 D = x-h0+n·d-z
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                固定套筒的半毫米也是已经露出的准确刻度,遗漏它会使直径少0.500 mm。零点修正无法补偿漏掉半毫米这一读数错误。半毫米间隔作为有长度单位的量扣除,不把0.0005当作无量纲数相减。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                实测记录情境「正零误差」:算得D=0.00527;参考0.00577;有效容差5.77e-09
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                用主体旋钮硬拧测量面,或不顾正负把零误差总加上。人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                棘轮限制测量压力,过紧会压缩软物体或损伤仪器;修正须用示值减有符号零误差,不能靠猜测方向。估读位也须来自刻度观察。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                典型例题

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                螺旋测微器固定刻度5.5 mm,可动刻度27.6格,每格0.01 mm,零误差+0.006 mm,求长度。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                1. 示值5.5+27.6×0.01=5.776 mm。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                2. 减正零误差0.006 mm,按0.001 mm记录。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                答案修正后长度为5.770 mm。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                螺旋测微器的读数条件与边界实验与证据
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                前置:tool-01 | 后续:prop-02
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                tool-04

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                弹簧测力计的使用

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                难度:基础范围:初中校验 6/6

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                弹簧测力计的使用:方法与边界

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                先认量程和分度值,按实际测量方向校零,拉力方向与弹簧轴线一致并避免外壳摩擦。示值稳定时视线正对刻度,不能超过量程。用测力计测物体重力还要求物体平衡且无其他支持;加速提起时拉力未必等于重力。数值校验只验证刻度换算和校准,方向、姿势与量程选择还要观察。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                定义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                弹簧测力计利用有效范围内弹簧伸长随拉力增大的特点测量力,示值单位为牛顿。它测的是沿弹簧轴线的拉力大小,不能直接把示值看成质量。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                物理意义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                先认量程和分度值,按实际测量方向校零,拉力方向与弹簧轴线一致并避免外壳摩擦。示值稳定时视线正对刻度,不能超过量程。用测力计测物体重力还要求物体平衡且无其他支持;加速提起时拉力未必等于重力。数值校验只验证刻度换算和校准,方向、姿势与量程选择还要观察。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                符号含义单位
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                F测力计示值N
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                n零位后刻度格数1
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                d每格对应力N
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                m校准砝码质量kg
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                g重力加速度m/s²

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                公式与校验

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                刻度换算拉力0到5 N量程、已沿测力方向调零。6/6 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                F=n⋅d
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                查看校验用原式F = n*d
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                校验记录(6 项)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  推导要点

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  1. 沿实际测力方向校零,并核对量程与分度值。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  2. 格数乘分度值给出拉力,刻度格数本身不是质量。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  3. 用静止砝码重力校准,非平衡时不直接将拉力等同重力。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  把0.5 N一格误当1 N一格,读数翻倍。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  错误写法 F = n·2·d
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  示值由分度值和格数共同决定,格数本身没有牛顿的含义;6格乘0.5 N才是3 N,不能读成6 N,更不能直接记成6 kg。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  实测记录情境「平衡校准甲」:算得F=6;参考3;有效容差6e-06
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  斜拉弹簧或在加速上提时一律把拉力当重力。人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  力应沿弹簧轴线施加,侧向摩擦会改变伸长与示值;只有平衡且无其他竖直支持时悬挂拉力才等于重力,运动状态必须单独判断。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  典型例题

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  0到5 N测力计每格0.5 N,沿轴线悬挂0.30 kg砝码,g取10 m/s²,稳定时在第6格。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  1. 按刻度读数6×0.5=3.0 N,没有超过量程。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  2. 按重力0.30×10=3.0 N核对静止平衡。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  答案拉力示值3.0 N,与校准重力一致。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  弹簧测力计的使用条件与边界实验与证据
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  前置:force-01 | 后续:fmotion-01
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  tool-05

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  托盘天平的使用与密度测量

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  难度:基础范围:初中校验 10/10

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  托盘天平的使用与密度测量:方法与边界

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  固体先测干燥质量,再用排水法测不溶、不吸水固体体积,避免带水使质量偏大。液体可先称杯与液体总质量,再向量筒倒一部分,称剩余杯与液体,质量差对应倒入量筒的体积;这样避免杯壁残留不计入体积却计入质量。比较同一份物质,不能把量筒总体积和差量质量随意配对。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  定义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  托盘天平以砝码质量和游码示值相加测物体质量。使用前游码归零再调平衡螺母,称量时左物右码并用镊子取砝码,不能在称量过程中再调平衡螺母。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  物理意义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  固体先测干燥质量,再用排水法测不溶、不吸水固体体积,避免带水使质量偏大。液体可先称杯与液体总质量,再向量筒倒一部分,称剩余杯与液体,质量差对应倒入量筒的体积;这样避免杯壁残留不计入体积却计入质量。比较同一份物质,不能把量筒总体积和差量质量随意配对。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  学习分工:本卡讲天平的调平、称量和仪器配对,完整密度测量方案见实验卡(jexp-05),可点击下方知识关系回看。这一链接是相关内容推荐,不表示必须先后学习。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  符号含义单位
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  m游码与砝码合计质量kg
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  m1杯和液体倒出前质量kg
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  m2倒出后杯和剩液质量kg
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  V倒入量筒的液体体积m³
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  ρ液体密度kg/m³
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  mc砝码质量kg
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  my游码示值kg

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  公式与校验

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  砝码加游码天平已调平,物体在规定托盘;mc是砝码总质量,my是按游码标尺读取的质量,单位一致。6/6 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  m=mc+my
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  查看校验用原式m = mc+my
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  校验记录(6 项)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    液体密度差量法倒出前后质量之差与量筒中这一份液体的体积配对。4/4 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    ρ=m1−m2V
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    查看校验用原式rho = (m1-m2)/V
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    校验记录(4 项)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      推导要点

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      1. 空载调平,称量时固定平衡螺母并读砝码与游码总质量。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      2. 固体先称干燥质量再排水;液体用倒出前后质量差。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      3. 用对应那一份样品的质量除以体积,统一到同一单位体系。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      天平读数只计砝码,漏掉游码质量。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      错误写法 m = mc
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      游码在标尺上移动也提供平衡作用,示值必须与砝码相加;80 g砝码与4 g游码合为84 g,不是80 g。称量时重新调螺母不能弥补漏读。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      实测记录情境「液体甲」:算得m=0.08;参考0.084;有效容差8.4e-08
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      称量时移动平衡螺母,或先排水后称带水固体。人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      调平衡只用于称量前的空载校零,称量中移动会改变仪器条件;固体附着水增加被称质量,所得密度可能偏大。必须区分误差来源与配对样本。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      典型例题

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      液体与杯总质量84 g,倒出后44 g,量筒中液体体积50 cm³,求这一份液体密度。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      1. 倒出质量84-44=40 g,与量筒中液体是同一份。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      2. 密度40/50=0.8 g/cm³,再换为kg/m³。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      答案液体密度为800 kg/m³。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      托盘天平的使用与密度测量条件与边界实验与证据
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      前置:prop-01 | 后续:prop-02、jexp-05
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      tool-06

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      量筒与液体体积读数

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      难度:基础范围:初中校验 6/6

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      量筒与液体体积读数:方法与边界

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      先选择合适量程、分度值,读水的凹面最低处时避免俯视和仰视;一般刻度视差情境下俯视读数偏大、仰视偏小。1毫升等于1立方厘米,换算到立方米须用体积倍率。测固体排水体积还要求完全浸没、不溶不吸水、消除气泡;沉浮不同对象需要适当辅助方法,量筒读数不是总能直接当固体体积。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      定义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      量筒按刻度测液体体积,读数时平放在水平桌面,视线与弯月面规定位置相平。水等凹液面读最低处,水银等凸液面读最高处,但课堂不使用水银练习。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      物理意义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      先选择合适量程、分度值,读水的凹面最低处时避免俯视和仰视;一般刻度视差情境下俯视读数偏大、仰视偏小。1毫升等于1立方厘米,换算到立方米须用体积倍率。测固体排水体积还要求完全浸没、不溶不吸水、消除气泡;沉浮不同对象需要适当辅助方法,量筒读数不是总能直接当固体体积。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      符号含义单位
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      V液体体积的立方米数值m³
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      Vml量筒读数的毫升数值mL
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      V0独立量取校准体积m³

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      公式与校验

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      毫升换立方米同一体积的单位换算;Vml输入毫升数值,V输出立方米数值。6/6 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      V=Vml1000000
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      查看校验用原式V = V_ml/1000000
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      校验记录(6 项)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        推导要点

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        1. 水平放量筒,平视凹液面最低处。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        2. 毫升与立方厘米数值相同,但立方米换算需立方倍率。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        3. 标准体积校准只核对量值,读数视差仍需实际操作审查。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        把毫升换立方米时只除1000,误把体积倍率当长度倍率。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        错误写法 V = Vml/1000
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        1 mL=1 cm³=10⁻⁶ m³,因此毫升数除一百万;50 mL是0.00005 m³而不是0.05 m³,错误相差一千倍但量纲相同。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        实测记录情境「五十毫升」:算得V=0.05;参考5e-05;有效容差5e-08
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        俯视或仰视凹液面,或读凹面的上沿。人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        正常视线应与凹液面最低处相平,俯视通常偏大、仰视通常偏小;弯月面读哪一处与液体类型有关,不能把水的规则直接套给凸液面。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        典型例题

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        量筒正确读水体积50 mL,另校准量取体积为50 cm³,换成立方米并说明读数视线。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        1. 视线与水的凹液面最低处相平。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        2. 1 mL=10⁻⁶ m³,50 mL乘这一体积倍率。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        答案体积5.0×10⁻⁵ m³;应平视凹面最低处。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        量筒与液体体积读数条件与边界实验与证据
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        前置:motion-03 | 后续:pressure-04
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        tool-07

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        有效数字与测量误差

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        难度:基础范围:初中校验 6/6

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        有效数字与测量误差:方法与边界

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        系统误差由校准、仪器或固定方法引起,多次平均不能消除;偶然误差使重复读数散布,合理重复取平均可减小其影响。不能为了末位好看随意补位,也不能说多次测量一定等于真实值。初中先按仪器约定精度记录平均值,再学习不确定度的完整表达;计算器多显示几位不代表测量更精确。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        定义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        测量记录的末位表达有限精度,平均值应保留与测量能力相称的小数位。误差是测量值偏离真实值的差异,无法完全消除;错误是读错、用错方法等可以避免的行为。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        物理意义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        系统误差由校准、仪器或固定方法引起,多次平均不能消除;偶然误差使重复读数散布,合理重复取平均可减小其影响。不能为了末位好看随意补位,也不能说多次测量一定等于真实值。初中先按仪器约定精度记录平均值,再学习不确定度的完整表达;计算器多显示几位不代表测量更精确。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        符号含义单位
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        L重复测量平均长度m
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        L1第一次长度m
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        L2第二次长度m
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        L3第三次长度m
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        D独立校准样件长度m

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        公式与校验

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        三次测量平均三次测量同一不变长度,单位与测量方法一致;算术平均不消除共同系统误差。6/6 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        L=L1+L2+L33
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        查看校验用原式L = (L1+L2+L3)/3
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        校验记录(6 项)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          推导要点

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          1. 同样品、同仪器、同单位重复读数。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          2. 重复读数求平均,再按原仪器的测量精度保留位数。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          3. 用校准检查固定偏差;平均只能减小部分偶然影响。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          把三次读数相加而不除以测量次数。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          错误写法 L = L1+L2+L3
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          对同一对象重复测量应求平均,直接相加会把长度扩大三倍。这个算术错误可以避免,与读数末位随机波动造成的测量误差不是一回事。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          实测记录情境「样件甲」:算得L=0.0978;参考0.0326;有效容差9.78e-08
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          认为多测几次能消除所有误差,或把错用刻度说成不可避免误差。人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          平均只能减小部分偶然影响,固定零偏不会因重复消失;读错格数、漏单位等属于可避免错误。系统误差需校准和改进方法,不能靠增加计算位数修复。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          典型例题

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          用同一毫米分度尺三次测得3.25、3.26、3.27 cm,求平均并说明能否消除零点偏差。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          1. 三次和为9.78 cm,除以3得3.26 cm。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          2. 按原测量精度记3.26 cm;固定零偏需校准,平均不能消除。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          答案平均长度3.26 cm,仍需检查系统误差。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          有效数字与测量误差条件与边界实验与证据
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          前置:tool-01 | 后续:motion-01

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          实验专题:必做项目与教材补充

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          按具体补录清单给测量与探究建立独立入口。实验是否为必做须区分课标与实验目录,不能把本章条数当官方项目数。保留原章节实验;以下设计数据均非实测,计算校验不替代操作和定性结论。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          22 个知识点 · 41 条公式 · 245 项校验全部通过

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          jexp-01

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          用刻度尺测量长度

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          难度:基础范围:初中校验 10/10

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          用刻度尺测量长度:实验设计

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          用重复定位后的读数差测长度,记录包括估读位与单位;起点磨损时换用完整刻线。保持被测物体不变,改变测量起点或重放刻度尺,比较复测结果。尺面贴近物体、视线正对刻度,避免把倾斜视差当偶然误差。最后按原仪器精度记录平均值,不能随意增加位数。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          实验:用刻度尺测量长度

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          目的:正确定位、估读并处理零端磨损。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          装置与接法:毫米刻度尺、薄板等被测物。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          控制、改变与观察:保持同一物体,改变重复测量次数,不改变尺的量程。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          步骤:

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          1. 检查量程分度值,选可用刻线对齐起点。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          2. 刻度面贴近物体,视线垂直尺面读起点和终点。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          3. 相减得长度,重复测量按有效精度记录平均值。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          数据与处理:设计示例(非实测):起点1.00 cm,终点4.26 cm,长度3.26 cm=0.0326 m。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          结论与条件:长度为两刻度差而非终点单个数。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          误差与边界:视差、尺未平行和零端磨损可形成系统偏差;平均不能消除这些错误。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          定义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          正确定位、估读并处理零端磨损。本实验须明确测量对象与条件,规范记录原始数据,并将计算校验和实际操作、定性现象的审查区分开。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          物理意义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          用重复定位后的读数差测长度,记录包括估读位与单位;起点磨损时换用完整刻线。保持被测物体不变,改变测量起点或重放刻度尺,比较复测结果。尺面贴近物体、视线正对刻度,避免把倾斜视差当偶然误差。最后按原仪器精度记录平均值,不能随意增加位数。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          学习分工:本卡练改变起点后的复测、单位和平均值记录;仪器使用规则见工具卡(tool-01),可点击下方知识关系回看。这一链接是相关内容推荐,不表示必须先后学习。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          符号含义单位
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          L第一次测得长度m
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          Y独立复测长度m
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          x1第一次起点位置m
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          x2第一次终点位置m
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          y1复测起点位置m
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          y2复测终点位置m

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          公式与校验

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          两位置之差两读数在同一尺上,单位统一;这里数值使用米。 本实验附带的计算核对不替代现象、操作和控制变量的人工审查。6/6 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          L=x2−x1
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          查看校验用原式L = x2-x1
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          校验记录(6 项)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            独立复测长度 本实验附带的计算核对不替代现象、操作和控制变量的人工审查。4/4 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            Y=y2−y1
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            查看校验用原式Y = y2-y1
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            校验记录(4 项)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              推导要点

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              1. 检查量程分度值,选可用刻线对齐起点。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              2. 刻度面贴近物体,视线垂直尺面读起点和终点。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              3. 相减得长度,重复测量按有效精度记录平均值。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              零端磨损时仍把终点读数当长度,忘记减去起点。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              错误写法 L = x2
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              用非零刻线起测后,终点读数包含被移动的起点位置。4.26 cm的终点和1.00 cm的起点应相减,不是4.26 cm长。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              实测记录情境「薄板甲」:算得L=0.0426;参考0.0326;有效容差4.26e-08
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              毫米分度尺只记3.2 cm,漏写估读位。人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              普通毫米尺按中学约定应估读到0.1 mm,记录如3.26 cm;只记3.2 cm丢失了测量精度信息。补位必须来自实际观察,不能任意添数字。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              典型例题

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              用同一毫米刻度尺复测薄板,两次起、终点读数分别为1.00、4.26 cm与2.00、5.28 cm。求平均长度,并说明为什么复测不能消除尺的固定零偏。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              1. 分别相减得3.26 cm和3.28 cm,保留估读位。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              2. 平均值为(3.26+3.28)/2=3.27 cm。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              3. 重新放尺可减小部分偶然影响;重复同一有固定偏差的尺不能据此证明结果无系统偏差。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              答案平均长度3.27 cm;复测不能消除尺的固定偏差。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              用刻度尺测量长度实验方法控制变量数据与误差
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              前置:tool-01 | 后续:motion-01、tool-01
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              jexp-02

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              用表测量时间

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              难度:基础范围:初中校验 6/6

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              用表测量时间:方法与边界

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              检查停表或电子计时器的量程、分度或显示分辨率,开始前复位并练习启动停止。以重复的同一运动过程为对象,多次计时比较散布;测周期运动可累计多个完整周期再除次数,但不能随意把往返半周期计为一周期。附带计算只核对时间间隔,反应延迟和起止判据要从操作记录审查。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              实验:用表测量时间

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              目的:建立起止事件一致的时间间隔。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              装置与接法:数字秒表或机械秒表、可重复事件。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              控制、改变与观察:相同事件,用同一起止约定,观察仪表示数。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              步骤:

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              1. 辨显示分辨率,约定开始和结束事件。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              2. 先练习启停,再重复计时。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              3. 记录秒数,比较差异,说明人工反应时间。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              数据与处理:设计示例(非实测):3次为2.10、2.08、2.12 s,平均2.10 s;1 min 5 s为65 s。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              结论与条件:时间间隔依赖起止事件,单位换算不能把分钟当秒。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              误差与边界:人为启停反应对短过程占比大,重复可减少部分偶然影响,不可假称完全消除。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              定义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              时间测量要预先约定起止事件,通过终止读数减起始读数得到时间间隔;人工按表有反应误差,数字显示精度也不代表所有过程误差为零。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              物理意义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              检查停表或电子计时器的量程、分度或显示分辨率,开始前复位并练习启动停止。以重复的同一运动过程为对象,多次计时比较散布;测周期运动可累计多个完整周期再除次数,但不能随意把往返半周期计为一周期。附带计算只核对时间间隔,反应延迟和起止判据要从操作记录审查。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              符号含义单位
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              t第一次测量时间间隔s
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              t1开始读数s
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              t2结束读数s
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              T独立电子计时结果s

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              公式与校验

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              起止读数之差同一计时器未清零、未回绕,t1与t2对应同一过程起止时刻,统一用秒。6/6 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              t=t2−t1
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              查看校验用原式t = t2-t1
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              校验记录(6 项)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                推导要点

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                1. 先明确对象、方向和测量条件,再选择记录量与单位。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                2. 依据本卡正文所列方法处理原始读数,不能在未满足条件时套用关系。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                3. 用独立复测或另一条物理关系核对结果;数值核对只覆盖该计算,不替代概念和操作审查。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                停表没有归零时直接把终止读数当历时。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                错误写法 t = t2
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                计时测的是两事件之间的间隔,不是表盘上的绝对读数;起点3 s、终点8 s对应5 s,不能写8 s。零点偏移可由相减消去,按表延迟不能。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                实测记录情境「计时甲」:算得t=8;参考5;有效容差8e-06
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                认为电子表没有测量误差,或把一次往返的两个半程各算一周期。人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                电子显示仍有分辨率与触发延迟,计时判据必须一致;周期必须对应状态一次完整重复。两类问题要观察记录与实验设计,不能仅靠时间差验算证明。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                典型例题

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                停表从3.00 s开始,8.00 s停止,电子计时独立测得5.00 s;求间隔并说明误差来源。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                1. 取结束减开始,8.00-3.00=5.00 s。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                2. 与电子计时比较,但仍检查人的启动、停止反应延迟。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                答案时间间隔为5.00 s,反应误差仍需审查。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                用表测量时间条件与边界实验与证据
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                前置:tool-07 | 后续:motion-01
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                jexp-03

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                测量物体运动的速度

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                难度:基础范围:初中校验 13/13

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                测量物体运动的速度:实验设计

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                同时测量同一段运动的路程和所用时间,以路程除时间求平均速度。使用缓坡增大计时可操作性,释放小车时不额外推它,并预先标明起点终点;末位置、停止计时的判据必须对应。若测全程和分段,不能把不同区间的平均速度直接算术平均当全程结果。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                实验:测量物体运动的速度

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                目的:测斜面小车某段平均速度。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                装置与接法:缓斜面、小车、刻度尺、计时器、终点挡板。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                控制、改变与观察:明确同一段起终位置,同一释放条件,观察通过该段时间。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                步骤:

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                1. 量起点到终点的实际路程,标记两点。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                2. 静止释放同时计时,到达终点停止计时。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                3. 重复测量,分别用各段路程除各段时间,不将全程时间用于半段。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                数据与处理:设计示例(非实测):0.80 m用时2.0 s,平均0.40 m/s;下半段0.40 m用时0.8 s,平均0.50 m/s。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                结论与条件:加速过程不同区段平均速度可不同,不能当处处匀速。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                误差与边界:斜面过陡会放大启停误差,挡板位置、车长和起点约定影响路程。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                定义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                测斜面小车某段平均速度。本实验须明确测量对象与条件,规范记录原始数据,并将计算校验和实际操作、定性现象的审查区分开。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                物理意义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                同时测量同一段运动的路程和所用时间,以路程除时间求平均速度。使用缓坡增大计时可操作性,释放小车时不额外推它,并预先标明起点终点;末位置、停止计时的判据必须对应。若测全程和分段,不能把不同区间的平均速度直接算术平均当全程结果。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                符号含义单位
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                s物体在计时区间内通过的路程m
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                t通过路程 s 所用时间s
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                v以米每秒表示的速度m/s
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                vk同一速度以千米每小时表示km/h

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                公式与校验

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                由路程和时间求速度路程和时间来自同一运动区间,s 用 m、t 用 s。 本实验附带的计算核对不替代现象、操作和控制变量的人工审查。7/7 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                v=st
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                查看校验用原式v = s/t
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                校验记录(7 项)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  米每秒换算为千米每小时原速度用 m/s 表示,换算后的速度用 km/h 表示。 本实验附带的计算核对不替代现象、操作和控制变量的人工审查。6/6 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  vk=3.6⁢v
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  查看校验用原式v_k = 3.6*v
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  校验记录(6 项)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    推导要点

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    1. 量起点到终点的实际路程,标记两点。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    2. 静止释放同时计时,到达终点停止计时。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    3. 重复测量,分别用各段路程除各段时间,不将全程时间用于半段。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    把速度写成路程乘时间。已实测 · 量纲一致性 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    错误写法 v = s·t
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    速度是单位时间内通过的路程,需用路程除以时间;相乘的单位也不再是 m/s。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    实测记录左端L·T⁻¹,右端L·T
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    换算 m/s 与 km/h 时忘记乘 3.6,或把乘除方向写反。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    错误写法 vk = v/3.6
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    1 m/s=3.6 km/h;5 m/s 应为 18 km/h,而不是约 1.4 km/h。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    实测记录情境「步行测量」:算得vk=1.38888888889;参考18;有效容差1.8e-05

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    典型例题

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    低压小车实验测得沿直线路程0.8 m,用时2.0 s;怎样选起止位置并求这段平均速率?

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    1. 起止位置与计时点配对,重复测量但不能随意删掉偏大或偏小值。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    2. 平均速率0.8/2.0=0.4 m/s;匀速与否还需分段测量。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    答案该段平均速率0.4 m/s。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    测量物体运动的速度实验方法控制变量数据与误差
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    前置:tool-01、jexp-02 | 后续:motion-02
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    jexp-04

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    用天平测量固体和液体的质量

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    难度:基础范围:初中校验 10/10

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    用天平测量固体和液体的质量:实验设计

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    测固体质量直接空载调平后左物右码;液体必须置于合适容器,先量空容器与容器加液体的质量,取差才是液体质量。游码归零后调平衡螺母,称量中保持平衡螺母不动,砝码用镊子取放。不要把杯子质量漏减,也不要将游码与砝码交换造成的系统性错误称为偶然误差。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    两类对象

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    固体先保持干燥再直接称量;液体先称空杯,再称杯加液体,相减得到液体质量。若采用倒出差量法,所求是被倒出的那一份质量,不能混淆总液体和倒出部分。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    实验:用托盘天平测量物体质量

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    目的:测固体或带容器液体的质量。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    装置与接法:托盘天平、砝码、镊子、干燥物体或烧杯。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    控制、改变与观察:测前游码归零、空载调平;称量中只改砝码和游码。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    步骤:

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    1. 天平放平、游码归零、调平衡螺母。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    2. 左物右码,用镊子先大后小加减砝码,移动游码使平衡。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    3. 读砝码总质量加游码左缘读数,写单位并归整器材。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    数据与处理:设计示例(非实测):50 g砝码加游码2.4 g,质量52.4 g=0.0524 kg。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    结论与条件:质量由砝码与游码合计得到,不受普通位置和形状变化影响。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    误差与边界:物码颠倒时不能照常相加;游码未归零、超量程、手拿砝码或样品滴漏造成误差。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    定义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    测固体或带容器液体的质量。本实验须明确测量对象与条件,规范记录原始数据,并将计算校验和实际操作、定性现象的审查区分开。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    物理意义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    测固体质量直接空载调平后左物右码;液体必须置于合适容器,先量空容器与容器加液体的质量,取差才是液体质量。游码归零后调平衡螺母,称量中保持平衡螺母不动,砝码用镊子取放。不要把杯子质量漏减,也不要将游码与砝码交换造成的系统性错误称为偶然误差。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    符号含义单位
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    m游码与砝码合计质量kg
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    m1杯和液体倒出前质量kg
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    m2倒出后杯和剩液质量kg
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    V倒入量筒的液体体积m³
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    ρ液体密度kg/m³
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    mc砝码质量kg
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    my游码示值kg

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    公式与校验

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    砝码加游码 本实验附带的计算核对不替代现象、操作和控制变量的人工审查。6/6 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    m=mc+my
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    查看校验用原式m = mc+my
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    校验记录(6 项)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      液体密度差量法倒出前后质量之差与量筒中这一份液体的体积配对。 本实验附带的计算核对不替代现象、操作和控制变量的人工审查。4/4 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      ρ=m1−m2V
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      查看校验用原式rho = (m1-m2)/V
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      校验记录(4 项)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        推导要点

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        1. 天平放平、游码归零、调平衡螺母。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        2. 左物右码,用镊子先大后小加减砝码,移动游码使平衡。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        3. 读砝码总质量加游码左缘读数,写单位并归整器材。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        天平读数只计砝码,漏掉游码质量。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        错误写法 m = mc
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        游码在标尺上移动也提供平衡作用,示值必须与砝码相加;80 g砝码与4 g游码合为84 g,不是80 g。称量时重新调螺母不能弥补漏读。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        实测记录情境「液体甲」:算得m=0.08;参考0.084;有效容差8.4e-08
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        称量时移动平衡螺母,或先排水后称带水固体。人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        调平衡只用于称量前的空载校零,称量中移动会改变仪器条件;固体附着水增加被称质量,所得密度可能偏大。必须区分误差来源与配对样本。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        典型例题

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        天平砝码80 g、游码4 g;盛液体的杯总质量84 g、空杯44 g。求总质量与液体质量,并说明称量中能否再调螺母。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        1. 总质量80+4=84 g,液体84-44=40 g。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        2. 游码归零后的空载调平衡在称量前完成,称量中不得再调平衡螺母。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        答案总质量84 g、液体40 g,称量中不调平衡螺母。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        用天平测量固体和液体的质量实验方法控制变量数据与误差
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        前置:tool-05 | 后续:prop-01
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        jexp-05

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        测量固体和液体的密度

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        难度:基础范围:初中校验 10/10

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        测量固体和液体的密度:实验设计

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        密度实验必须让质量与体积对应同一份物质。固体先称干燥质量再测排开水体积;液体采用倒出前后杯与液体的质量差,与量筒中倒出部分体积配对。保持天平和量筒正确调零读数,不溶不吸水固体才可直接排水,完全浸没并排除气泡;液体不能把杯壁残留质量算入量筒部分。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        实验:测量固体密度

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        目的:用质量和排开液体体积求不规则固体密度。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        装置与接法:天平、量筒、水、细线、不溶不吸水且能下沉的样品。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        控制、改变与观察:同一干燥样品,测质量和前后体积,排除气泡。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        步骤:

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        1. 先用调平天平测干燥样品质量。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        2. 量筒放水平,视线与凹液面最低处齐平,读初始体积。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        3. 细线放入样品使完全浸没且无气泡,读最终体积,做差再除质量。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        数据与处理:设计示例(非实测):质量54 g,体积由40 mL到60 mL,样品20 cm³,密度2.7 g/cm³=2700 kg/m³。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        结论与条件:排水差是固体体积,质量除以体积为密度。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        误差与边界:先浸水再称会因附着水使质量偏大;气泡使体积偏大、密度偏小;吸水和溶解样品不直接适用。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        实验:测量液体密度

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        目的:用倒出液体质量与量筒体积测密度,减少残留误差。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        装置与接法:天平、烧杯、量筒、待测液体。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        控制、改变与观察:同一样品,质量差对应倒入量筒的体积。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        步骤:

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        1. 称烧杯加液体总质量。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        2. 倒一部分进量筒,读凹液面最低处体积。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        3. 再称烧杯加剩余液体质量,两次质量之差除以量筒体积。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        数据与处理:设计示例(非实测):初次80 g、剩余40 g,量筒50 mL,倒出40 g,密度0.8 g/cm³=800 kg/m³。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        结论与条件:相减后质量与实际倒出液体一一对应。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        误差与边界:若先称空杯再称全部液体,随后倒量筒且忽略杯壁残留,体积偏小而密度偏大;洒出液体也会破坏对应关系。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        定义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        用倒出液体质量与量筒体积测密度,减少残留误差。本实验须明确测量对象与条件,规范记录原始数据,并将计算校验和实际操作、定性现象的审查区分开。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        物理意义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        密度实验必须让质量与体积对应同一份物质。固体先称干燥质量再测排开水体积;液体采用倒出前后杯与液体的质量差,与量筒中倒出部分体积配对。保持天平和量筒正确调零读数,不溶不吸水固体才可直接排水,完全浸没并排除气泡;液体不能把杯壁残留质量算入量筒部分。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        学习分工:本卡练同一份物质的质量体积配对和误差判断;天平操作见工具卡(tool-05),可点击下方知识关系回看。这一链接是相关内容推荐,不表示必须先后学习。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        符号含义单位
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        m游码与砝码合计质量kg
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        m1杯和液体倒出前质量kg
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        m2倒出后杯和剩液质量kg
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        V倒入量筒的液体体积m³
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        ρ液体密度kg/m³
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        mc砝码质量kg
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        my游码示值kg

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        公式与校验

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        砝码加游码 本实验附带的计算核对不替代现象、操作和控制变量的人工审查。6/6 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        m=mc+my
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        查看校验用原式m = mc+my
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        校验记录(6 项)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          液体密度差量法倒出前后质量之差与量筒中这一份液体的体积配对。 本实验附带的计算核对不替代现象、操作和控制变量的人工审查。4/4 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          ρ=m1−m2V
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          查看校验用原式rho = (m1-m2)/V
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          校验记录(4 项)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            推导要点

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            1. 称烧杯加液体总质量。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            2. 倒一部分进量筒,读凹液面最低处体积。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            3. 再称烧杯加剩余液体质量,两次质量之差除以量筒体积。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            天平读数只计砝码,漏掉游码质量。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            错误写法 m = mc
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            游码在标尺上移动也提供平衡作用,示值必须与砝码相加;80 g砝码与4 g游码合为84 g,不是80 g。称量时重新调螺母不能弥补漏读。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            实测记录情境「液体甲」:算得m=0.08;参考0.084;有效容差8.4e-08
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            称量时移动平衡螺母,或先排水后称带水固体。人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            调平衡只用于称量前的空载校零,称量中移动会改变仪器条件;固体附着水增加被称质量,所得密度可能偏大。必须区分误差来源与配对样本。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            典型例题

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            测不溶、不吸水固体密度。干燥时称得54 g,量筒水面由20 mL升到40 mL;物体完全浸没。若表面残留气泡,所得密度通常偏大还是偏小?

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            1. 按先称干燥质量、后排水测体积的顺序,体积为40-20=20 cm³。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            2. 密度54/20=2.7 g/cm³=2700 kg/m³。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            3. 残留气泡额外排水,使记录体积偏大,质量不变时密度偏小;需排除气泡后复测。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            答案密度2700 kg/m³;残留气泡会使结果偏小。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            测量固体和液体的密度实验方法控制变量数据与误差
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            前置:tool-05、tool-06 | 后续:prop-02、tool-05
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            jexp-06

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            探究水沸腾前后温度变化的特点

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            难度:基础范围:初中校验 10/10

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            探究水沸腾前后温度变化的特点:方法与边界

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            保持气压近似稳定,温度计测液体内部而不碰杯底;观察气泡和温度,平台仍持续加热,不能由温度不变推出不吸热。示例平台98 ℃,不能声称所有气压下沸点100 ℃。均匀取样记录时间和温度,结合物态确定平台含义。下列公式只检查记录的温差;热量方向、是否沸腾或发生相变仍要用实验条件与现象审核,不能由一次数值相等替代观察。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            实验:探究水沸腾前后温度变化的特点

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            目的:同步记录时间、温度和物态,区分温度变化与吸放热过程。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            装置与接法:温度计、容器、安全加热或冷却装置、秒表;热源由教师指导操作。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            控制、改变与观察:比较同一材料不同时段,保持气压和测温位置,不把加热时间当温度。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            步骤:

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            1. 先确认装置安全与温度计量程,记录初态。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            2. 等时间间隔读温度,同时记物态和气泡或固液比例。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            3. 画温度—时间图,比较斜段与平台并说明适用条件。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            数据与处理:设计示例(非实测):沸腾前温差8 K;沸腾平台温差0 K,温差的K数值与℃相同。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            结论与条件:保持气压近似稳定,温度计测液体内部而不碰杯底;观察气泡和温度,平台仍持续加热,不能由温度不变推出不吸热。示例平台98 ℃,不能声称所有气压下沸点100 ℃。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            误差与边界:防烫或冷伤,温度计不碰壁底;数据只作设计示例,局部测温、读数延迟和过冷等不能忽略。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            定义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            物态变化实验需要同时记录状态和温度,平台表示这一观察时段温度近似不变,不表示没有吸热或放热。温差由同一单位下两次温度读数相减。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            物理意义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            保持气压近似稳定,温度计测液体内部而不碰杯底;观察气泡和温度,平台仍持续加热,不能由温度不变推出不吸热。示例平台98 ℃,不能声称所有气压下沸点100 ℃。均匀取样记录时间和温度,结合物态确定平台含义。下列公式只检查记录的温差;热量方向、是否沸腾或发生相变仍要用实验条件与现象审核,不能由一次数值相等替代观察。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            符号含义单位
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            dT第一支温度计测得温差K
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            T1第一支初始温度K
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            T2第一支终止温度K
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            D独立第二支温度计测得温差K
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            x1第二支初始温度K
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            x2第二支终止温度K

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            公式与校验

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            两次温度读数差T1、T2对应同一样品两个时刻的温度,温差取末态减初态;相变平台上温差可为零,不能据此断言不吸放热。6/6 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            dT=T2−T1
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            查看校验用原式dT = T2-T1
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            校验记录(6 项)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              另一温度计温差独立第二支温度计记录相同两个时刻,x1、x2使用同一温度单位;这里只核对温差,不验证相变操作。4/4 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              D=x2−x1
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              查看校验用原式D = x2-x1
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              校验记录(4 项)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                推导要点

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                1. 先明确对象、方向和测量条件,再选择记录量与单位。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                2. 依据本卡正文所列方法处理原始读数,不能在未满足条件时套用关系。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                3. 用独立复测或另一条物理关系核对结果;数值核对只覆盖该计算,不替代概念和操作审查。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                把两个温度读数相加当温度变化。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                错误写法 dT = T2+T1
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                温差是终值减初值,与温度所用单位的零点无关;把两次热力学温度相加会得数百开尔文,并不能代表该过程的温度变化。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                实测记录情境「沸腾前」:算得dT=734.3;参考8;有效容差0.0007343
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                温度出现平台就认为没有吸热或放热,或把平台温度当任何条件下的定值。人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                保持气压近似稳定,温度计测液体内部而不碰杯底;观察气泡和温度,平台仍持续加热,不能由温度不变推出不吸热。示例平台98 ℃,不能声称所有气压下沸点100 ℃。温度与热量是不同量,气压、纯度、测量位置和过程平衡程度都影响读数,定性结论必须看现象和条件。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                典型例题

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                设计数据(非实际实验记录):同一气压下持续加热的水,沸腾前由90 ℃升到98 ℃,沸腾平台保持98 ℃。求两段温差并解释平台。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                1. 斜段温差为8 ℃,平台温差为0 ℃。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                2. 同一气压、持续加热的水沸腾阶段,持续吸热、温度近似不变;98 ℃是该实验气压与误差下的读数,不是所有条件下的沸点。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                答案两段温差分别8 ℃和0 ℃,平台不表示无热量传递。 持续吸热、温度近似不变;98 ℃是该实验气压与误差下的读数,不是所有条件下的沸点。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                探究水沸腾前后温度变化的特点条件与边界实验与证据
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                前置:state-02 | 后续:energy-02
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                jexp-07

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                探究晶体熔化前后温度变化的特点

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                难度:基础范围:初中校验 10/10

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                探究晶体熔化前后温度变化的特点:方法与边界

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                选冰等安全晶体并缓慢加热,保证测温接触合适;观察固液共存段。相同压强和近似纯物质下熔化平台伴随吸热,非晶体通常没有固定熔点,不能用一次平台概括所有材料。均匀取样记录时间和温度,结合物态确定平台含义。下列公式只检查记录的温差;热量方向、是否沸腾或发生相变仍要用实验条件与现象审核,不能由一次数值相等替代观察。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                实验:探究晶体熔化前后温度变化的特点

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                目的:同步记录时间、温度和物态,区分温度变化与吸放热过程。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                装置与接法:温度计、容器、安全加热或冷却装置、秒表;热源由教师指导操作。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                控制、改变与观察:比较同一材料不同时段,保持气压和测温位置,不把加热时间当温度。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                步骤:

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                1. 先确认装置安全与温度计量程,记录初态。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                2. 等时间间隔读温度,同时记物态和气泡或固液比例。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                3. 画温度—时间图,比较斜段与平台并说明适用条件。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                数据与处理:设计示例(非实测):升温段温差5 K;熔化平台温差0 K,温差的K数值与℃相同。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                结论与条件:选冰等安全晶体并缓慢加热,保证测温接触合适;观察固液共存段。相同压强和近似纯物质下熔化平台伴随吸热,非晶体通常没有固定熔点,不能用一次平台概括所有材料。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                误差与边界:防烫或冷伤,温度计不碰壁底;数据只作设计示例,局部测温、读数延迟和过冷等不能忽略。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                定义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                物态变化实验需要同时记录状态和温度,平台表示这一观察时段温度近似不变,不表示没有吸热或放热。温差由同一单位下两次温度读数相减。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                物理意义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                选冰等安全晶体并缓慢加热,保证测温接触合适;观察固液共存段。相同压强和近似纯物质下熔化平台伴随吸热,非晶体通常没有固定熔点,不能用一次平台概括所有材料。均匀取样记录时间和温度,结合物态确定平台含义。下列公式只检查记录的温差;热量方向、是否沸腾或发生相变仍要用实验条件与现象审核,不能由一次数值相等替代观察。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                符号含义单位
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                dT第一支温度计测得温差K
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                T1第一支初始温度K
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                T2第一支终止温度K
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                D独立第二支温度计测得温差K
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                x1第二支初始温度K
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                x2第二支终止温度K

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                公式与校验

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                两次温度读数差T1、T2对应同一样品两个时刻的温度,温差取末态减初态;相变平台上温差可为零,不能据此断言不吸放热。6/6 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                dT=T2−T1
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                查看校验用原式dT = T2-T1
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                校验记录(6 项)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  另一温度计温差独立第二支温度计记录相同两个时刻,x1、x2使用同一温度单位;这里只核对温差,不验证相变操作。4/4 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  D=x2−x1
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  查看校验用原式D = x2-x1
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  校验记录(4 项)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    推导要点

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    1. 先明确对象、方向和测量条件,再选择记录量与单位。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    2. 依据本卡正文所列方法处理原始读数,不能在未满足条件时套用关系。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    3. 用独立复测或另一条物理关系核对结果;数值核对只覆盖该计算,不替代概念和操作审查。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    把两个温度读数相加当温度变化。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    错误写法 dT = T2+T1
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    温差是终值减初值,与温度所用单位的零点无关;把两次热力学温度相加会得数百开尔文,并不能代表该过程的温度变化。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    实测记录情境「升温段」:算得dT=541.3;参考5;有效容差0.0005413
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    温度出现平台就认为没有吸热或放热,或把平台温度当任何条件下的定值。人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    选冰等安全晶体并缓慢加热,保证测温接触合适;观察固液共存段。相同压强和近似纯物质下熔化平台伴随吸热,非晶体通常没有固定熔点,不能用一次平台概括所有材料。温度与热量是不同量,气压、纯度、测量位置和过程平衡程度都影响读数,定性结论必须看现象和条件。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    典型例题

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    设计数据(非实际实验记录):约标准大气压下加热纯冰,升温段由−5 ℃到0 ℃,固液共存的熔化平台保持0 ℃。求两段温差并解释平台。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    1. 斜段温差为5 ℃,平台温差为0 ℃。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    2. 纯冰在约标准大气压下熔化、固液共存阶段,继续吸热、温度近似0 ℃;不是所有固体都有这种恒温熔化平台。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    答案两段温差分别5 ℃和0 ℃,平台不表示无热量传递。 继续吸热、温度近似0 ℃;不是所有固体都有这种恒温熔化平台。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    探究晶体熔化前后温度变化的特点条件与边界实验与证据
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    前置:state-03 | 后续:energy-02
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    jexp-08

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    探究水凝固的特点

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    难度:基础范围:初中校验 10/10

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    探究水凝固的特点:方法与边界

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    将少量水置于冷却浴并记录状态,测温不碰容器壁;在近似平衡、固定气压下水的凝固段约0 ℃并放热。过冷可能使初始读数低于0 ℃,需要结合状态和重复观察解释,不能伪造平直数据。均匀取样记录时间和温度,结合物态确定平台含义。下列公式只检查记录的温差;热量方向、是否沸腾或发生相变仍要用实验条件与现象审核,不能由一次数值相等替代观察。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    实验:探究水凝固的特点

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    目的:同步记录时间、温度和物态,区分温度变化与吸放热过程。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    装置与接法:温度计、容器、安全加热或冷却装置、秒表;热源由教师指导操作。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    控制、改变与观察:比较同一材料不同时段,保持气压和测温位置,不把加热时间当温度。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    步骤:

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    1. 先确认装置安全与温度计量程,记录初态。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    2. 等时间间隔读温度,同时记物态和气泡或固液比例。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    3. 画温度—时间图,比较斜段与平台并说明适用条件。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    数据与处理:设计示例(非实测):降温段温差-5 K;凝固平台温差0 K,温差的K数值与℃相同。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    结论与条件:将少量水置于冷却浴并记录状态,测温不碰容器壁;在近似平衡、固定气压下水的凝固段约0 ℃并放热。过冷可能使初始读数低于0 ℃,需要结合状态和重复观察解释,不能伪造平直数据。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    误差与边界:防烫或冷伤,温度计不碰壁底;数据只作设计示例,局部测温、读数延迟和过冷等不能忽略。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    定义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    物态变化实验需要同时记录状态和温度,平台表示这一观察时段温度近似不变,不表示没有吸热或放热。温差由同一单位下两次温度读数相减。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    物理意义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    将少量水置于冷却浴并记录状态,测温不碰容器壁;在近似平衡、固定气压下水的凝固段约0 ℃并放热。过冷可能使初始读数低于0 ℃,需要结合状态和重复观察解释,不能伪造平直数据。均匀取样记录时间和温度,结合物态确定平台含义。下列公式只检查记录的温差;热量方向、是否沸腾或发生相变仍要用实验条件与现象审核,不能由一次数值相等替代观察。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    符号含义单位
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    dT第一支温度计测得温差K
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    T1第一支初始温度K
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    T2第一支终止温度K
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    D独立第二支温度计测得温差K
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    x1第二支初始温度K
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    x2第二支终止温度K

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    公式与校验

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    两次温度读数差T1、T2对应同一样品两个时刻的温度,温差取末态减初态;相变平台上温差可为零,不能据此断言不吸放热。6/6 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    dT=T2−T1
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    查看校验用原式dT = T2-T1
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    校验记录(6 项)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      另一温度计温差独立第二支温度计记录相同两个时刻,x1、x2使用同一温度单位;这里只核对温差,不验证相变操作。4/4 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      D=x2−x1
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      查看校验用原式D = x2-x1
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      校验记录(4 项)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        推导要点

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        1. 先明确对象、方向和测量条件,再选择记录量与单位。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        2. 依据本卡正文所列方法处理原始读数,不能在未满足条件时套用关系。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        3. 用独立复测或另一条物理关系核对结果;数值核对只覆盖该计算,不替代概念和操作审查。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        把两个温度读数相加当温度变化。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        错误写法 dT = T2+T1
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        温差是终值减初值,与温度所用单位的零点无关;把两次热力学温度相加会得数百开尔文,并不能代表该过程的温度变化。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        实测记录情境「降温段」:算得dT=551.3;参考-5;有效容差0.0005513
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        温度出现平台就认为没有吸热或放热,或把平台温度当任何条件下的定值。人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        将少量水置于冷却浴并记录状态,测温不碰容器壁;在近似平衡、固定气压下水的凝固段约0 ℃并放热。过冷可能使初始读数低于0 ℃,需要结合状态和重复观察解释,不能伪造平直数据。温度与热量是不同量,气压、纯度、测量位置和过程平衡程度都影响读数,定性结论必须看现象和条件。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        典型例题

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        设计数据(非实际实验记录):约标准大气压下纯水冷却,降温段由5 ℃到0 ℃,固液共存的凝固平台保持0 ℃。求两段温差并解释平台。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        1. 斜段温差为-5 ℃,平台温差为0 ℃。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        2. 约标准大气压下纯水凝固、固液共存阶段,继续放热、温度近似0 ℃;过冷与测温误差可能影响实际曲线。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        答案两段温差分别-5 ℃和0 ℃,平台不表示无热量传递。 继续放热、温度近似0 ℃;过冷与测温误差可能影响实际曲线。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        探究水凝固的特点条件与边界实验与证据
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        前置:state-03 | 后续:energy-02
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        jexp-09

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        用电流表测电流

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        难度:基础范围:初中校验 14/14

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        用电流表测电流:实验设计

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        电流表必须串入所测支路,正负接线柱与电流方向对应。先用大量程试触判断是否安全,再按读数选小量程提高分辨率;异常偏转立即断开,不把反向或超程读数当有效结果。电流表不能直接接电源两极。记录量程、每格电流与指针格数,并注明测量位置,不把电流大小等同电能消耗多少。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        实验:用电流表测量电流

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        目的:正确接线、选量程与读数。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        装置与接法:低压电源、开关、电阻、合适电流表和导线。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        控制、改变与观察:串入同一被测支路,观察量程和稳定示数。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        步骤:

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        1. 断开低压电路开关,把电流表串入被测支路,电流从正接线柱流入。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        2. 先选大量程短暂试触,若偏转反向、超程或异常立即断开;确认安全后按需要换小量程。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        3. 读量程与分度值,视线正对指针,改测其他位置前断开开关。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        数据与处理:设计示例(非实测):0.6 A量程分30格,偏10格为0.20 A;不能读成10 A。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        结论与条件:电流表测所在支路电流,不直接并接电源。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        误差与边界:量程读错、极性反接、接触不良与额外内阻影响测量。电流表内阻很小,严禁直接接到电源两极;实验仅用安全低压源。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        定义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        正确接线、选量程与读数。本实验须明确测量对象与条件,规范记录原始数据,并将计算校验和实际操作、定性现象的审查区分开。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        物理意义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        电流表必须串入所测支路,正负接线柱与电流方向对应。先用大量程试触判断是否安全,再按读数选小量程提高分辨率;异常偏转立即断开,不把反向或超程读数当有效结果。电流表不能直接接电源两极。记录量程、每格电流与指针格数,并注明测量位置,不把电流大小等同电能消耗多少。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        学习分工:本卡练串联接表、选量程和排除异常;电流定义与单次读数见概念卡(circuit-01),可点击下方知识关系回看。这一链接是相关内容推荐,不表示必须先后学习。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        符号含义单位
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        I平均单位时间内通过导体横截面的电荷量所对应的电流A
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        Q通过导体横截面的电荷量C
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        t电荷通过导体横截面的时间s
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        I量程电流表所选量程A
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        I读数电流表读数A
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        n指针偏转格数1
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        N满量程总格数1
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        I1串联电路第一处电流A
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        I2串联电路第二处电流A
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        It并联干路总电流A
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        U1第一元件两端电压V
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        U2第二元件两端电压V
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        Ut电路总电压V

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        公式与校验

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        由电荷量和时间求电流Q 表示一段时间内通过导体横截面的电荷量,t 用秒,所得电流用安培。 本实验附带的计算核对不替代现象、操作和控制变量的人工审查。7/7 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        I平均=Qt
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        查看校验用原式I_mean = Q/t
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        校验记录(7 项)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          电流表量程和指针格数求电流指针式电流表按均匀刻度读取;所选量程记作 I量程,n 是偏转格数,N 是满量程格数。 本实验附带的计算核对不替代现象、操作和控制变量的人工审查。7/7 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          I读数=I量程⋅nN
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          查看校验用原式I_read = I_range*n/N
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          校验记录(7 项)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            推导要点

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            1. 断开低压电路开关,把电流表串入被测支路,电流从正接线柱流入。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            2. 先选大量程短暂试触,若偏转反向、超程或异常立即断开;确认安全后按需要换小量程。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            3. 读量程与分度值,视线正对指针,改测其他位置前断开开关。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            将电流表误并联到电源两端。人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            电流表内阻很小,直接并联会形成近似短路并损坏仪表或电源。接线前要看清仪表符号和它的接入位置。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            读电流表时把指针格数当成电流数值,未按量程换算。已实测 · 量纲一致性 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            错误写法 I读数 = n
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            量程0.6 A、满量程30格、指针偏10格时应读0.20 A;直接把10格标成10 A不表示实际电流。必须先认量程,再算每格电流和偏转格数。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            实测记录左端I,右端无量纲
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            把指针占总格数的比例取倒数。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            错误写法 I读数 = I量程·N/n
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            0.6 A量程30格,指针10格应0.2 A;比例倒置会给超过量程的1.8 A。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            实测记录情境「两灯串联一」:算得I读数=1.8;参考0.2;有效容差3.6e-07

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            典型例题

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            安全低压电路预计电流约0.4 A。电流表有0.6 A和3 A量程,均30格。说明接法和先试触的量程;确认后选0.6 A量程,指针18格,读数是多少?

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            1. 断开开关,将电流表串入被测支路,正接线柱朝电流流入端。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            2. 先用3 A量程短时试触,确认不超0.6 A后断开开关换小量程;异常偏转立即断开。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            3. 0.6×18/30=0.36 A,记录量程和测量支路。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            答案串联接表,先3 A试触后换0.6 A;读数0.36 A。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            用电流表测电流实验方法控制变量数据与误差
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            前置:circuit-03、tool-07 | 后续:jexp-10、circuit-01
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            jexp-10

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            用电压表测电压

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            难度:基础范围:初中校验 7/7

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            用电压表测电压:实验设计

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            电压表并联测两个位置之间的电压,不能拿单个位置当作电压。正柱接较高电势一端,按预估值先大量程试触再选合适小量程;换接时断开开关。把电压表串入会显著改变原电路,不是正确的电压测量。实验只用安全低压电源,记录接法、量程和指针位置,避免只写一个没有对象的数值。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            实验:用电压表测量电压

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            目的:在元件两端正确并联测电压。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            装置与接法:低压电路、电压表、开关。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            控制、改变与观察:保持被测元件接点,选择合适量程。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            步骤:

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            1. 断开开关,将电压表并联在被测元件两端,正柱接高电势侧。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            2. 预估低压源电压,先大量程短暂试触;确定未超程后再断开换小量程。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            3. 接通后正视指针,记录量程与分度,换测元件前断开并明确两端位置。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            数据与处理:设计示例(非实测):3 V量程30格偏20格为2.0 V;15 V同格数则10 V。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            结论与条件:必须结合量程和分度值,电压属于明确两点之间。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            误差与边界:把电压表串联、错认端点、量程和正负端均可出错,不按灯的名称猜电压。只测安全低压源,不用课堂电表接家庭市电;串联接法会改变原电路状态。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            定义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            在元件两端正确并联测电压。本实验须明确测量对象与条件,规范记录原始数据,并将计算校验和实际操作、定性现象的审查区分开。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            物理意义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            电压表并联测两个位置之间的电压,不能拿单个位置当作电压。正柱接较高电势一端,按预估值先大量程试触再选合适小量程;换接时断开开关。把电压表串入会显著改变原电路,不是正确的电压测量。实验只用安全低压电源,记录接法、量程和指针位置,避免只写一个没有对象的数值。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            学习分工:本卡练确定被测两端、并联接表和量程复核;电压定义与单次读数见概念卡(circuit-04),可点击下方知识关系回看。这一链接是相关内容推荐,不表示必须先后学习。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            符号含义单位
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            U读数电压表读数V
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            U量程电压表所选量程V
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            n指针偏转格数1
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            N满量程总格数1
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            U1串联第一元件两端电压V
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            U2串联第二元件两端电压V

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            公式与校验

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            电压表量程和指针格数求电压指针式电压表按均匀刻度读取;n 是指针格数,N 是满量程格数。 本实验附带的计算核对不替代现象、操作和控制变量的人工审查。7/7 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            U读数=U量程⋅nN
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            查看校验用原式U_read = U_range*n/N
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            校验记录(7 项)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              推导要点

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              1. 断开开关,将电压表并联在被测元件两端,正柱接高电势侧。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              2. 预估低压源电压,先大量程短暂试触;确定未超程后再断开换小量程。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              3. 接通后正视指针,记录量程与分度,换测元件前断开并明确两端位置。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              把电压表误串联接入被测电路。人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              电压表应并联在被测元件两端;串联接入会显著改变电路状态。接线前要看清仪表符号和它的接入位置。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              把电压表格数与满量程格数的比例倒过来。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              错误写法 U读数 = U量程·N/n
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              量程 12 V、满量程 30 格偏转 15 格时,正确读数为 6 V;倒置比例会得到 24 V。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              实测记录情境「串联电压读数一」:算得U读数=24;参考6;有效容差2.4e-05

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              典型例题

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              测低压电路中某元件两端电压,估计约4 V。电压表有3 V与15 V量程,各30格。说明接法及量程;采用15 V量程读到8格时,能直接换3 V量程吗?

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              1. 断开开关,将电压表并联到该元件两端,正柱接较高电势端。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              2. 先选择15 V量程试触,读数15×8/30=4 V。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              3. 4 V超过3 V,不能换到3 V量程;换接前先断开开关。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              答案并联接被测两端;读数4 V,保留15 V量程。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              用电压表测电压实验方法控制变量数据与误差
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              前置:circuit-03、tool-07 | 后续:jexp-16、circuit-04
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              jexp-11

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              用电流表探究串并联电路电流的特点

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              难度:基础范围:初中校验 16/16

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              用电流表探究串并联电路电流的特点:实验设计

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              先分别画出串联、并联电路和各测量位置,电流表始终串入所测支路。串联比较同一回路各处电流,并联比较干路和支路之和;不能默认两支路电流相等。更换不同规格元件并重复,记录读数与误差范围;变化接线前断开电源,避免读数期间电路条件变化使数据失去可比性。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              实验:用电流表探究串并联电路电流的特点

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              目的:比较串联各处电流及并联干、支路电流。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              装置与接法:安全低压源、开关、两个不同小灯泡或电阻、电流表与导线。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              控制、改变与观察:串联保持同一回路改变测量位置;并联同步比较干路及各支路,并更换阻值重复。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              步骤:

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              1. 画并标明各测点,断开开关后正确串入电流表。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              2. 先大量程试触,再逐处读数;接线改变之前断开。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              3. 串联比较各处电流,并联将支路电流相加与干路比较,换元件再测。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              数据与处理:设计示例(非实测):并联干路0.6 A,两支路0.2 A与0.4 A;串联各处电流相等,但不同接法不是同一个电路。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              结论与条件:串联同一回路各处电流相等;并联干路电流等于支路之和,支路电流未必相等。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              误差与边界:错将电流表并联、越量程和测点不同步会改变读数;不能用同规格灯泡一次相等推论所有支路电流相等。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              定义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              比较串联各处电流及并联干、支路电流。本实验须明确测量对象与条件,规范记录原始数据,并将计算校验和实际操作、定性现象的审查区分开。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              物理意义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              先分别画出串联、并联电路和各测量位置,电流表始终串入所测支路。串联比较同一回路各处电流,并联比较干路和支路之和;不能默认两支路电流相等。更换不同规格元件并重复,记录读数与误差范围;变化接线前断开电源,避免读数期间电路条件变化使数据失去可比性。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              符号含义单位
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              I1串联电路第一处电流A
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              I平均单位时间内通过导体横截面的电荷量所对应的电流A
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              Q通过导体横截面的电荷量C
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              t电荷通过导体横截面的时间s
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              I2串联第二处或并联第二支路的电流A
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              It并联电路干路总电流A
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              U1电路第一元件两端电压V
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              U2电路第二元件两端电压V
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              Ut电路总电压V
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              U读数电压表读数V
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              U量程电压表所选量程V
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              n仪表指针偏转格数1
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              N仪表满量程总格数1

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              公式与校验

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              串联电路各处电流相等元件串联且电路稳定工作,各处没有分支。 本实验附带的计算核对不替代现象、操作和控制变量的人工审查。8/8 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              I1=I2
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              查看校验用原式I1 = I2
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              校验记录(8 项)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                并联干路电流干路总电流等于并联各支路电流之和。 本实验附带的计算核对不替代现象、操作和控制变量的人工审查。8/8 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                It=I1+I2
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                查看校验用原式It = I1+I2
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                校验记录(8 项)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  推导要点

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  1. 画并标明各测点,断开开关后正确串入电流表。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  2. 先大量程试触,再逐处读数;接线改变之前断开。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  3. 串联比较各处电流,并联将支路电流相加与干路比较,换元件再测。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  把并联干路电流误认为两支路电流的乘积。已实测 · 量纲一致性 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  错误写法 It = I1·I2
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  并联支路汇流时干路电流等于各支路电流之和;0.2 A 和 0.3 A 合为 0.5 A。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  实测记录左端I,右端I²
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  只用相同规格两灯测一次串联电流,就把相同读数当普遍结论。人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  应在安全低压下更换不同规格元件、在串联不同位置正确接入电流表复测,排除偶然相同与接表错误。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  并联干路电流只算第一支路。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  错误写法 It = I1
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  两支路0.20和0.30 A相加为0.50 A,遗漏第二支路只得0.20 A。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  实测记录情境「两支路并联一」:算得It=0.2;参考0.5;有效容差5e-07

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  典型例题

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  低压实验串联三处电流均0.20 A,并联支路0.20 A与0.30 A。求干路电流;为什么要换不同元件重复?

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  1. 并联干路为0.20+0.30=0.50 A;串联各处近似相等。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  2. 换不同规格元件排除偶然相同读数,电流表应串入所测位置,换接前断开开关。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  答案并联干路电流0.50 A;换不同元件取得多组读数,避免把一次接线或读数的偶然结果当成普遍规律。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  用电流表探究串并联电路电流的特点实验方法控制变量数据与误差
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  前置:jexp-09 | 后续:jexp-12
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  jexp-12

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  用电压表探究串并联电路电压的特点

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  难度:基础范围:初中校验 18/18

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  用电压表探究串并联电路电压的特点:实验设计

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  电压是两点之间的量,先在电路图上明确每组端点。串联测各元件电压和总电压,比较其和;并联分别测各支路与电源两端电压。使用不同规格元件重复观察,以排除相同电阻造成的偶然等分。每次改并联位置都先断开开关,保持同组电源和元件状态,不能把电压表串联后改变的读数作为结论。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  实验:用电压表探究串并联电路电压的特点

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  目的:比较串联部分电压与总电压、并联支路与电源两端电压。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  装置与接法:安全低压源、开关、不同电阻或灯泡、电压表、导线。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  控制、改变与观察:保持电源和元件不变,改变所并联测量的两个位置,换元件后重复同组比较。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  步骤:

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  1. 画图标明端点,开关断开时将电压表并联到被测元件。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  2. 大量程试触确认安全,再记录每个部分与总电压。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  3. 串联各部分相加与总电压比较,并联比较支路与电源两端电压。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  数据与处理:设计示例(非实测):串联两部分2 V、4 V合为6 V;并联各支路在理想连线下均为6 V。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  结论与条件:串联总电压为部分电压之和,并联各支路电压相等;串联各部分一般不相等。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  误差与边界:接触不良、量程和电压表负载效应会影响结果;不能将串联和并联的数据混为同一情境。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  定义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  比较串联部分电压与总电压、并联支路与电源两端电压。本实验须明确测量对象与条件,规范记录原始数据,并将计算校验和实际操作、定性现象的审查区分开。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  物理意义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  电压是两点之间的量,先在电路图上明确每组端点。串联测各元件电压和总电压,比较其和;并联分别测各支路与电源两端电压。使用不同规格元件重复观察,以排除相同电阻造成的偶然等分。每次改并联位置都先断开开关,保持同组电源和元件状态,不能把电压表串联后改变的读数作为结论。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  符号含义单位
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  Ut所测串联部分的总电压或并联电源两端电压,按情境区分V
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  U1第一元件或支路两端电压,按接线区分V
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  U2第二元件或支路两端电压,按接线区分V
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  n电压表偏转格数1
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  N电压表满量程格数1
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  U读数电压表读数V
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  U量程电压表量程V

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  公式与校验

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  串联部分总电压U1、U2 是串联部分各元件两端电压,Ut 是它们两端总电压。 本实验附带的计算核对不替代现象、操作和控制变量的人工审查。7/7 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  Ut=U1+U2
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  查看校验用原式Ut = U1+U2
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  校验记录(7 项)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    并联支路两端电压相等U1、U2 分别为并联支路两端电压,理想导线连接同一对节点。 本实验附带的计算核对不替代现象、操作和控制变量的人工审查。6/6 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    U1=U2
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    查看校验用原式U1 = U2
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    校验记录(6 项)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      并联电路各支路电压复核并联支路直接连接在理想导线构成的同一对节点之间。 本实验附带的计算核对不替代现象、操作和控制变量的人工审查。5/5 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      U1=Ut
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      查看校验用原式U1 = Ut
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      校验记录(5 项)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        推导要点

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        1. 画图标明端点,开关断开时将电压表并联到被测元件。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        2. 大量程试触确认安全,再记录每个部分与总电压。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        3. 串联各部分相加与总电压比较,并联比较支路与电源两端电压。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        把串联总电压直接当作其中一个元件电压,遗漏另一元件。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        错误写法 Ut = U1
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        串联总电压是各部分电压之和,本例2 V与4 V合为6 V,不是2 V;并联支路电压相等与串联电压相加是不同关系。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        实测记录情境「两灯串联一」:算得Ut=2;参考6;有效容差6e-06
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        将电压表串入电路,再把改变后的读数当正常元件电压。人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        电压表应并联在被测两端,先大量程试触确认极性和量程,再选择合适量程;移动接线前断开开关,避免把改变电路后的示数用于原关系。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        典型例题

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        安全低压实验测串联两元件分别2 V与4 V,总电压应为多少?改为并联在6 V电源上,两支路各多少?说明换接电压表的操作。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        1. 串联总电压2+4=6 V;并联接同一对节点,各支路均6 V。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        2. 每次换接先断开开关,电压表并联、正端朝高电势,先大量程试触,确认不超量程。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        答案串联总电压6 V,并联两支路各6 V;断电后换接电压表,选合适量程并并联于被测两端。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        用电压表探究串并联电路电压的特点实验方法控制变量数据与误差
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        前置:jexp-10 | 后续:jexp-16
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        jexp-13

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        探究影响导体电阻大小的因素

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        难度:基础范围:初中校验 6/6

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        探究影响导体电阻大小的因素:实验设计

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        用控制变量分别研究材料、长度、横截面积和温度,每组只改一个因素。比较导体时保持测试电压、温度与接触条件,必要时用电压和电流记录求电阻,而非只凭亮度。一般金属温度升高电阻增大,但这不是所有导电材料的统一结论。下列数值只核对测得的电阻,控制变量结论须结合各组导体的真实条件审查。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        实验:探究影响导体电阻大小的因素

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        目的:用控制变量比较材料、长度、横截面积与温度对导体电阻的影响。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        装置与接法:低压源、电表、不同材料及不同尺寸导体、安全限流电阻。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        控制、改变与观察:比较长度时固定材料、横截面积与温度;比较横截面积时固定材料、长度与温度;材料或温度比较也分别保持其余量。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        步骤:

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        1. 选择一组只改变一个因素的导体,检查低压电路并限流。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        2. 接入导体,测它两端电压和流过电流,或在同样测试电压下比较电流。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        3. 换组重复,列出保持量与改变量,不凭一次灯亮暗推断所有电阻规律。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        数据与处理:设计示例(非实测):例如相同测试电压下电流减小,按电压除电流得到的电阻增大;具体计算见情境表。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        结论与条件:同材料同温均匀导体越长电阻通常越大、横截面积越大电阻越小;温度规律要限定材料,不概括全部导体。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        误差与边界:大电流会升温,灯泡亮度不能精确代替电阻值;接触电阻、长度和直径测量偏差应记录。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        定义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        用控制变量比较材料、长度、横截面积与温度对导体电阻的影响。本实验须明确测量对象与条件,规范记录原始数据,并将计算校验和实际操作、定性现象的审查区分开。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        物理意义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        用控制变量分别研究材料、长度、横截面积和温度,每组只改一个因素。比较导体时保持测试电压、温度与接触条件,必要时用电压和电流记录求电阻,而非只凭亮度。一般金属温度升高电阻增大,但这不是所有导电材料的统一结论。下列数值只核对测得的电阻,控制变量结论须结合各组导体的真实条件审查。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        符号含义单位
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        U导体两端电压V
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        I通过导体的电流A
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        R导体电阻Ω
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        Rk以 kΩ 表示的电阻数值kΩ
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        R1第一只电阻Ω
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        R2第二只电阻Ω
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        Rs两电阻串联的总电阻Ω
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        Rp两电阻并联的等效电阻Ω
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        It通过等效电阻的总电流A

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        公式与校验

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        由电压和电流求电阻导体两端电压 U 和通过电流 I 来自同一测量状态,I 不为零。 本实验附带的计算核对不替代现象、操作和控制变量的人工审查。6/6 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        R=UI
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        查看校验用原式R = U/I
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        校验记录(6 项)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          推导要点

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          1. 选择一组只改变一个因素的导体,检查低压电路并限流。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          2. 接入导体,测它两端电压和流过电流,或在同样测试电压下比较电流。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          3. 换组重复,列出保持量与改变量,不凭一次灯亮暗推断所有电阻规律。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          把欧姆定律误写成电流等于电阻除以电压。已实测 · 量纲一致性 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          错误写法 I = R/U
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          欧姆定律应当用电压除以电阻来求电流;把电阻除以电压不仅关系倒置,所得量纲也不是安培。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          实测记录左端I,右端I⁻¹
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          把 3 kΩ 的数值 3 直接当成 3 Ω 代入,漏掉千欧到欧姆的 1000 倍换算。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          错误写法 I = U/Rk
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          6 V 接在 3 kΩ 电阻上,电流应为 0.002 A;把数值 3 当作 Ω 会错误得到 2 A。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          实测记录情境「千欧换算误区」:算得I=2;参考0.002;有效容差2e-06
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          不说明条件变化就认为电压改变会使导体电阻按比例改变。人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          电阻由导体材料、长度、横截面积和温度等因素决定;欧姆定律的 U/I 比值在相同条件下描述电阻。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          典型例题

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          比较同材料同温度的两根导线,长度相同而横截面积不同;测同一电压下电流,怎样判断电阻影响因素?

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          1. 保持材料、温度、长度和测量条件不变,只改变截面积。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          2. 同电压下电流较小者电阻较大;再分别控制其余条件研究长度与材料,不能一次全改。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          答案用控制变量比较截面积影响,不能由同时改变多个条件归因。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          探究影响导体电阻大小的因素实验方法控制变量数据与误差
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          前置:jexp-09、jexp-10 | 后续:ohm-03
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          jexp-14

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          用滑动变阻器改变小灯泡亮度

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          难度:基础范围:初中校验 7/7

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          用滑动变阻器改变小灯泡亮度:实验设计

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          串入滑动变阻器时先认最大阻值和允许电流,选一上一下两个接线柱,再沿实际有效电阻丝长度判断变化。电路闭合前把有效阻值调最大并先电表大量程试触,调节中避免小灯泡和电表超程。滑片移动方向取决于接线柱,不能说左移必减小电阻。附带数值采用定值负载进行校准,不把温变灯丝当固定电阻推算真实亮度。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          实验:用滑动变阻器改变小灯泡亮度

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          目的:选择有效接线并利用改变接入长度调节电路电流。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          装置与接法:低压电源、额定参数明确的小灯泡、滑动变阻器、开关、电流表、导线。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          控制、改变与观察:保持电源、灯泡和接法不变,改变滑片位置,观察电流与亮度;灯丝升温会改变电阻。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          步骤:

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          1. 认最大阻值与允许电流,选一上一下两个接线柱串入回路。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          2. 接通前将有效电阻调最大,试触电表并确认灯泡不过额定条件。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          3. 缓慢移动滑片,记录有效电阻变化方向与亮度、电流,及时停止超程操作。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          数据与处理:设计示例(非实测):接入阻值由接线柱和有效电阻丝长度决定;计算例采用定值电阻代替灯泡校准,仅验证接入电阻加法。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          结论与条件:保持回路接法正确时调节接入阻值可改变灯亮度;同下两个接线柱往往等于接全电阻丝,不能调节。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          误差与边界:禁止超允许电流,不把滑片左移统一说成电阻变小;真实灯丝电阻随温度变,定值模型不能证明实际亮度数值。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          定义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          选择有效接线并利用改变接入长度调节电路电流。本实验须明确测量对象与条件,规范记录原始数据,并将计算校验和实际操作、定性现象的审查区分开。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          物理意义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          串入滑动变阻器时先认最大阻值和允许电流,选一上一下两个接线柱,再沿实际有效电阻丝长度判断变化。电路闭合前把有效阻值调最大并先电表大量程试触,调节中避免小灯泡和电表超程。滑片移动方向取决于接线柱,不能说左移必减小电阻。附带数值采用定值负载进行校准,不把温变灯丝当固定电阻推算真实亮度。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          符号含义单位
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          R1定值电阻阻值Ω
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          R2变阻器接入电路的阻值Ω
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          Rs两电阻串联的总阻值Ω
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          U串联部分两端电压V
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          I串联电路电流A
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          R由电压和电流得到的等效电阻Ω

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          公式与校验

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          定值电阻和变阻器串联总电阻变阻器与定值电阻串联,忽略导线电阻并使用同一欧姆单位。 本实验附带的计算核对不替代现象、操作和控制变量的人工审查。7/7 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          Rs=R1+R2
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          查看校验用原式Rs = R1+R2
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          校验记录(7 项)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            推导要点

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            1. 认最大阻值与允许电流,选一上一下两个接线柱串入回路。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            2. 接通前将有效电阻调最大,试触电表并确认灯泡不过额定条件。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            3. 缓慢移动滑片,记录有效电阻变化方向与亮度、电流,及时停止超程操作。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            把变阻器滑片移动方向与阻值变化关系不看接线柱就固定判断。人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            阻值变化由实际接入电路的下接线柱和滑片位置共同决定,必须结合电路连接判断。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            计算定值电阻与变阻器串联总阻值时把二者相乘。已实测 · 量纲一致性 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            错误写法 Rs = R1·R2
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            串联总电阻为各电阻之和;10 Ω 和 20 Ω 串联应为 30 Ω。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            实测记录左端M·L²·T⁻³·I⁻²,右端M²·L⁴·T⁻⁶·I⁻⁴
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            串联电路只算变阻器电阻,漏固定电阻。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            错误写法 Rs = R2
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            10 Ω固定电阻与20 Ω变阻器串联,总电阻30 Ω,不能只取20 Ω。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            实测记录情境「变阻器接入一」:算得Rs=20;参考30;有效容差3e-05

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            典型例题

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            用滑动变阻器调低压小灯泡亮度,如何接线和开始调节?若接入电阻增大,为什么通常变暗?

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            1. 变阻器与灯泡串联,接一上一下接线柱,初始置最大有效电阻,不能按滑片左右方向固定判断。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            2. 安全范围内缓慢调节并观察电流、亮度;接入电阻增大通常使电流减小,灯泡电阻随温度变化,不用定值电阻比例预测亮度。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            答案按有效电阻和实际接线判断;初始限流并避免灯泡超额定。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            用滑动变阻器改变小灯泡亮度实验方法控制变量数据与误差
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            前置:ohm-01、jexp-09 | 后续:power-02
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            jexp-15

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            伏安法测电阻

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            难度:基础范围:初中校验 6/6

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            伏安法测电阻:实验设计

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            在低压电路中电流表串联待测电阻,电压表并联其两端,滑动变阻器限制电流并改变测量状态。分别读取对应同一时刻的电压和电流,以比值求电阻;取多组数据检查是否为近似定值,再合理平均。真实电表内阻和接触引入系统影响,平均不能消除接法偏差,也不能把不同温度下灯丝电阻直接平均成固有常数。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            实验:用电流表和电压表测量电阻

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            目的:按同一元件的电流与电压求电阻。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            装置与接法:低压电源、待测定值电阻、开关、变阻器、两表。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            控制、改变与观察:保持同一电阻且温度近似稳定,改变电压,多次测量。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            步骤:

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            1. 开关断开,电流表串联待测定值电阻,电压表并联其两端;滑变接最大有效阻值。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            2. 先大量程试触,再调滑片取得安全范围内不同电压电流数据,每组是同时对应的读数。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            3. 每组用电压除电流求电阻,比较散布后合理平均,记录仪器与接线的系统影响。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            数据与处理:设计示例(非实测):1、2、3 V对应0.1、0.2、0.3 A,每次电阻10 Ω。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            结论与条件:伏安法基于同元件同状态的比值,不测两个不对应示数。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            误差与边界:电压表分流和电流表分压造成系统误差;灯丝温度改变时不同状态阻值不能当同一定值平均。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            定义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            按同一元件的电流与电压求电阻。本实验须明确测量对象与条件,规范记录原始数据,并将计算校验和实际操作、定性现象的审查区分开。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            物理意义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            在低压电路中电流表串联待测电阻,电压表并联其两端,滑动变阻器限制电流并改变测量状态。分别读取对应同一时刻的电压和电流,以比值求电阻;取多组数据检查是否为近似定值,再合理平均。真实电表内阻和接触引入系统影响,平均不能消除接法偏差,也不能把不同温度下灯丝电阻直接平均成固有常数。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            学习分工:本卡练伏安法接线、逐组读数和测量条件;欧姆定律关系见概念卡(Ω-01),可点击下方知识关系回看。这一链接是相关内容推荐,不表示必须先后学习。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            符号含义单位
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            U导体两端电压V
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            I通过导体的电流A
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            R导体电阻Ω
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            Rk以 kΩ 表示的电阻数值kΩ
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            R1第一只电阻Ω
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            R2第二只电阻Ω
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            Rs两电阻串联的总电阻Ω
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            Rp两电阻并联的等效电阻Ω
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            It通过等效电阻的总电流A

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            公式与校验

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            由电压和电流求电阻导体两端电压 U 和通过电流 I 来自同一测量状态,I 不为零。 本实验附带的计算核对不替代现象、操作和控制变量的人工审查。6/6 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            R=UI
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            查看校验用原式R = U/I
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            校验记录(6 项)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              推导要点

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              1. 开关断开,电流表串联待测定值电阻,电压表并联其两端;滑变接最大有效阻值。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              2. 先大量程试触,再调滑片取得安全范围内不同电压电流数据,每组是同时对应的读数。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              3. 每组用电压除电流求电阻,比较散布后合理平均,记录仪器与接线的系统影响。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              把欧姆定律误写成电流等于电阻除以电压。已实测 · 量纲一致性 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              错误写法 I = R/U
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              欧姆定律应当用电压除以电阻来求电流;把电阻除以电压不仅关系倒置,所得量纲也不是安培。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              实测记录左端I,右端I⁻¹
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              把 3 kΩ 的数值 3 直接当成 3 Ω 代入,漏掉千欧到欧姆的 1000 倍换算。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              错误写法 I = U/Rk
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              6 V 接在 3 kΩ 电阻上,电流应为 0.002 A;把数值 3 当作 Ω 会错误得到 2 A。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              实测记录情境「千欧换算误区」:算得I=2;参考0.002;有效容差2e-06
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              不说明条件变化就认为电压改变会使导体电阻按比例改变。人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              电阻由导体材料、长度、横截面积和温度等因素决定;欧姆定律的 U/I 比值在相同条件下描述电阻。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              典型例题

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              伏安法测同一定值电阻记录2 V、0.20 A与3 V、0.30 A;求电阻并说明电表接法和多次测量意义。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              1. 两组U/I都为10 Ω;电流表串联、电压表并联,换接前断开开关。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              2. 在温度稳定的定值电阻下复测可减小偶然误差,不能靠平均消除电表内阻的系统影响。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              答案两组电阻均为10 Ω;电流表串联,电压表并联于被测电阻两端;同一定值电阻多次测量可减少随机误差,温度须近似不变。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              伏安法测电阻实验方法控制变量数据与误差
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              前置:jexp-09、jexp-10 | 后续:jexp-16、ohm-01
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              jexp-16

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              探究电流与电压、电阻的关系(欧姆定律)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              难度:基础范围:初中校验 12/12

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              探究电流与电压、电阻的关系(欧姆定律):实验设计

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              先固定电阻及温度改变两端电压研究电流,再固定待测电阻两端电压改变电阻研究电流。更换电阻后必须重新调滑动变阻器,使电压表恢复指定值;电源电压不变不意味着分压后的待测电阻电压不变。列数据并描图,区分一次点值与多点规律;避免大电流升温,说明欧姆定律适用的是近似欧姆元件。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              实验:探究电流与电压、电阻的关系

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              目的:区分正比和反比的控制条件。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              装置与接法:低压电源、开关、定值电阻组、变阻器、电流表串联、电压表并联。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              控制、改变与观察:第一轮固定电阻改变电压;第二轮改变电阻但调变阻器恢复相同电压。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              步骤:

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              1. 探究电流与电压时保持同一电阻和温度,正确串并联电表,滑变初始最大。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              2. 改变滑片取得多组电压电流读数,画电流—电压图并检查是否近似过原点。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              3. 探究电流与电阻时每次换电阻后调滑片,使待测电阻两端电压回到相同值,再比较电流与电阻。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              数据与处理:设计示例(非实测):10 Ω对应0.1、0.2、0.3 A;3 V下10、15、30 Ω对应0.3、0.2、0.1 A。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              结论与条件:温度等条件稳定时,同电阻电流与电压成正比;同电压电流与电阻成反比。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              误差与边界:换电阻后不恢复电压则变量不受控;发热改变阻值,避免长时间大电流。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              定义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              区分正比和反比的控制条件。本实验须明确测量对象与条件,规范记录原始数据,并将计算校验和实际操作、定性现象的审查区分开。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              物理意义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              先固定电阻及温度改变两端电压研究电流,再固定待测电阻两端电压改变电阻研究电流。更换电阻后必须重新调滑动变阻器,使电压表恢复指定值;电源电压不变不意味着分压后的待测电阻电压不变。列数据并描图,区分一次点值与多点规律;避免大电流升温,说明欧姆定律适用的是近似欧姆元件。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              符号含义单位
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              U导体两端电压V
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              I通过导体的电流A
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              R导体电阻Ω
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              Rk以 kΩ 表示的电阻数值kΩ
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              R1第一只电阻Ω
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              R2第二只电阻Ω
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              Rs两电阻串联的总电阻Ω
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              Rp两电阻并联的等效电阻Ω
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              It通过等效电阻的总电流A

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              公式与校验

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              欧姆定律求电流一段导体温度等条件不变,U 用 V、R 用 Ω。 本实验附带的计算核对不替代现象、操作和控制变量的人工审查。7/7 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              I=UR
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              查看校验用原式I = U/R
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              校验记录(7 项)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                由电压和电流求电阻导体两端电压 U 和通过电流 I 来自同一测量状态,I 不为零。 本实验附带的计算核对不替代现象、操作和控制变量的人工审查。5/5 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                R=UI
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                查看校验用原式R = U/I
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                校验记录(5 项)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  推导要点

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  1. 探究电流与电压时保持同一电阻和温度,正确串并联电表,滑变初始最大。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  2. 改变滑片取得多组电压电流读数,画电流—电压图并检查是否近似过原点。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  3. 探究电流与电阻时每次换电阻后调滑片,使待测电阻两端电压回到相同值,再比较电流与电阻。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  把欧姆定律的电流公式误写成电阻除以电压。已实测 · 量纲一致性 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  错误写法 I = R/U
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  同一电阻器两端电压 6 V、电阻 12 Ω 时,电流为 0.5 A,而不是 2 A。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  实测记录左端I,右端I⁻¹
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  认为任何电学元件在任何温度下都保持恒定电阻并严格符合欧姆定律。人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  灯丝等元件温度变化会影响电阻;使用关系式时要看元件和实验条件。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  把电阻3 kΩ的数值3直接当Ω代入。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  错误写法 I = U/(R/1000)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  6 V与3000 Ω给0.002 A;将3 kΩ的3直接当Ω会算2 A。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  实测记录情境「千欧换算误区」:算得I=2;参考0.002;有效容差4e-09

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  典型例题

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  探究电流与电压关系时使用同一电阻;改测电流与电阻关系时,为什么换电阻后还要调变阻器?

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  1. 前一探究保持导体电阻和温度近似不变,比较不同电压的电流。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  2. 后一探究要保持被测电阻两端电压相同,换电阻后重新调节;不能只维持电源电压就当被测电压不变。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  答案两组探究控制变量不同,须保持目标元件电压或电阻的指定条件。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  探究电流与电压、电阻的关系(欧姆定律)实验方法控制变量数据与误差
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  前置:jexp-15 | 后续:ohm-02
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  jexp-17

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  测量小灯泡的电功率

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  难度:基础范围:初中教材补充校验 13/13

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  测量小灯泡的电功率:实验设计

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  电流表串联灯泡、电压表并联灯泡,滑变限流并调节灯泡端电压。先大量程试触,额定功率取灯泡处于额定电压时的电压电流乘积;低于额定电压得到实际功率。灯丝温度会改变电阻,不把多个工作状态功率求平均当额定功率。本条作为教材重要补充,不混称课标或目录中每个版本的必做项目。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  实验:测量小灯泡电功率

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  目的:在额定及不同实际电压下测功率并比较亮度。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  装置与接法:低压电源、标额定电压小灯泡、两表、变阻器、开关。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  控制、改变与观察:改灯泡两端电压,记录电流和亮度,避免超额定过多。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  步骤:

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  1. 低压源、灯泡、电流表与滑变串联,电压表并联灯泡;滑变先调最大有效阻值。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  2. 先大量程试触,再缓慢调节,分别取得低于、等于额定电压的对应电压电流读数。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  3. 每组电压乘电流得该状态功率,额定电压下才是额定功率;观察亮度,不对不同温度的灯丝电阻求固定平均值。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  数据与处理:设计示例(非实测):额定2.5 V时0.30 A,功率0.75 W;2.0 V时0.26 A,功率0.52 W。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  结论与条件:额定状态功率须由额定电压下的电流计算;灯丝非恒定电阻。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  误差与边界:不同电压功率不应平均成“额定功率”;本项为教材重要实验,不混称22项必做。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  定义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  在额定及不同实际电压下测功率并比较亮度。本实验须明确测量对象与条件,规范记录原始数据,并将计算校验和实际操作、定性现象的审查区分开。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  物理意义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  电流表串联灯泡、电压表并联灯泡,滑变限流并调节灯泡端电压。先大量程试触,额定功率取灯泡处于额定电压时的电压电流乘积;低于额定电压得到实际功率。灯丝温度会改变电阻,不把多个工作状态功率求平均当额定功率。本条作为教材重要补充,不混称课标或目录中每个版本的必做项目。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  符号含义单位
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  U用电器两端电压V
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  I通过用电器的电流A
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  P电功率W
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  We一段时间内完成的电功J
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  t完成该电功所用时间s
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  Q电阻产生的热量J
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  R电阻Ω

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  公式与校验

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  电压与电流求电功率U 用 V、I 用 A,所得功率 P 用 W。 本实验附带的计算核对不替代现象、操作和控制变量的人工审查。7/7 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  P=U⋅I
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  查看校验用原式P = U*I
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  校验记录(7 项)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    由电功和时间求功率We 是时间 t 内完成的电功,t 用 s。 本实验附带的计算核对不替代现象、操作和控制变量的人工审查。6/6 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    P=Wet
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    查看校验用原式P = We/t
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    校验记录(6 项)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      推导要点

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      1. 低压源、灯泡、电流表与滑变串联,电压表并联灯泡;滑变先调最大有效阻值。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      2. 先大量程试触,再缓慢调节,分别取得低于、等于额定电压的对应电压电流读数。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      3. 每组电压乘电流得该状态功率,额定电压下才是额定功率;观察亮度,不对不同温度的灯丝电阻求固定平均值。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      把功率当作总电能,忽略做功时间。人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      功率表示做功或用电的快慢,电能表示一段时间内做功的总量;前者单位是 W,后者常用 J 或 kWh,二者不能混淆。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      把以 kW 表示的功率数值直接标成 W,换算时多除以 1000。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      错误写法 P = U·I/1000
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      220 V×1 A=220 W;若要改写成 kW 才是 0.22 kW,不能把 0.22 标成 W。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      实测记录情境「小灯泡一」:算得P=0.22;参考220;有效容差0.00022
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      把电功率写成 U/I。已实测 · 量纲一致性 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      错误写法 P = U/I
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      电功率可由电压与电流相乘得到;电压除以电流不是瓦特,单位组合也不同,因此不能用它表示功率。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      实测记录左端M·L²·T⁻³,右端M·L²·T⁻³·I⁻²

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      典型例题

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      安全低压小灯泡额定2.5 V,在2.0 V时电流0.24 A,在2.5 V时0.30 A;求两状态电功率并说明额定功率测量条件。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      1. 实际功率分别2.0×0.24=0.48 W、2.5×0.30=0.75 W。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      2. 额定功率须让灯泡电压达到额定2.5 V,不能把较低电压的功率当额定值;避免超额定。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      答案实际0.48 W;额定约0.75 W,实验仅使用安全低压。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      测量小灯泡的电功率实验方法控制变量数据与误差
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      前置:jexp-15 | 后续:power-04
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      jexp-18

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      探究通电螺线管外部磁场的方向

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      难度:基础范围:初中校验 12/12

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      探究通电螺线管外部磁场的方向:实验设计

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      用多个外部位置的小磁针观察方向,并先记录地磁背景。右手四指沿线圈的约定电流方向弯曲,拇指指N极;外部磁场从N极指向S极。交换电流方向磁极反转,反接之前断电,线圈应限流避免过热。下列计算仅核对供电电流及电表负载,不验证磁极方向;方向由绕线、接线和小磁针现象人工核对。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      实验:探究通电螺线管外部磁场方向

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      目的:用小磁针实际方向识别磁极并核对右手规则。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      装置与接法:低压电源、螺线管、小磁针、开关、导线。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      控制、改变与观察:绕向不变,改变电流方向;观察小磁针N极方向。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      步骤:

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      1. 明确线圈绕线与接线,限流接安全低压电源,在外部放小磁针并记未通电指向。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      2. 通电观察磁针各处的指向,标出磁针N极方向,再断开并交换电源极性重做。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      3. 沿约定电流方向用右手四指握线圈,拇指给出线圈N极;比较外部N到S方向,记录磁场方向证据。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      数据与处理:设计示例(非实测):一个接法观察右端外侧磁针N极向右,判右端为螺线管N极;反接后相反。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      结论与条件:用右手四指顺常规电流,拇指指N端;外部磁场从N到S,反接磁极互换。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      误差与边界:绕向画错、磁针太近其他磁体、线圈过热会干扰;电流换算只是配套测量,不能当磁极方向证据。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      定义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      用小磁针实际方向识别磁极并核对右手规则。本实验须明确测量对象与条件,规范记录原始数据,并将计算校验和实际操作、定性现象的审查区分开。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      物理意义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      用多个外部位置的小磁针观察方向,并先记录地磁背景。右手四指沿线圈的约定电流方向弯曲,拇指指N极;外部磁场从N极指向S极。交换电流方向磁极反转,反接之前断电,线圈应限流避免过热。下列计算仅核对供电电流及电表负载,不验证磁极方向;方向由绕线、接线和小磁针现象人工核对。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      符号含义单位
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      Uc电磁铁线圈两端电压V
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      Ic通过电磁铁线圈的电流A
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      Rc线圈电阻Ω
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      N线圈匝数,按匝计数1
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      U感感应电路两端已测得的电压V
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      I感闭合回路中的感应电流A
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      R回路感应电路总电阻Ω

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      公式与校验

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      已知线圈电压求电流仅作已知电学或能量数据的应用,不验证本卡定性规律。线圈电阻在测量期间近似不变,Uc 用 V、Rc 用 Ω。 本实验附带的计算核对不替代现象、操作和控制变量的人工审查。7/7 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      Ic=UcRc
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      查看校验用原式Ic = Uc/Rc
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      校验记录(7 项)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        由线圈电流求电压仅作已知电学或能量数据的应用,不验证本卡定性规律。同一线圈温度等条件稳定,电流和电阻对应一次测量。 本实验附带的计算核对不替代现象、操作和控制变量的人工审查。5/5 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        Uc=Ic⋅Rc
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        查看校验用原式Uc = Ic*Rc
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        校验记录(5 项)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          推导要点

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          1. 明确线圈绕线与接线,限流接安全低压电源,在外部放小磁针并记未通电指向。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          2. 通电观察磁针各处的指向,标出磁针N极方向,再断开并交换电源极性重做。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          3. 沿约定电流方向用右手四指握线圈,拇指给出线圈N极;比较外部N到S方向,记录磁场方向证据。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          不看实际绕线,只凭电流大小判断螺线管哪端是N极。人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          磁极方向由绕线方向及常规电流方向共同决定;相同电流大小反接方向会使N、S极交换。电流大小的数值计算不能验证方向判断。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          把线圈电流换算成 mA 后仍把数值标成 A,导致电流大 1000 倍。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          错误写法 Ic = 1000·Uc/Rc
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          4 V÷20 Ω=0.2 A;换成毫安是 200 mA,不能仍写作 200 A。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          实测记录情境「线圈实验一」:算得Ic=200;参考0.2;有效容差0.0002
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          同时反接电流并翻转绕线,却把磁极改变全归因于电流方向。人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          比较电流方向影响时,保持实际绕线、装置和观察位置不变,只反接电流;否则两个方向因素混在一起,不能单独归因。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          典型例题

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          通电螺线管附近小磁针稳定后,N极指向管口外侧;如何判断该管口磁极并检验与电流方向的关系?

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          1. 小磁针N极指外部磁场方向;该处沿轴向离开管口,管口为N极。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          2. 观察实际绕线,用右手四指随常规电流方向弯曲,拇指指N极;只反接电流再观察极性是否翻转。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          答案此管口为N极;须依据实际绕线和电流方向,不能仅由线圈电流大小断定。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          探究通电螺线管外部磁场的方向实验方法控制变量数据与误差
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          前置:circuit-01 | 后续:magnet-03
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          jexp-19

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          难度:基础范围:初中校验 12/12

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件:实验设计

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          保持磁体与导线有效段确定,比较静止、沿磁感线及切割磁感线运动。闭合回路的有效磁通改变才可能有感应电流;不是任意运动都有效。一次只改变运动方向或磁极方向,观察检流计偏转是否反转;断路时即便有感应电动势也没有回路电流。附带欧姆计算使用实际测得的感应电压,不能冒充感应产生条件和方向的自动证明。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          实验:探究导体在磁场中产生感应电流的条件

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          目的:观察闭合、切割方向和磁场方向的作用。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          装置与接法:蹄形磁体、直导体、灵敏电流计、开关、导线。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          控制、改变与观察:闭合与断开回路,切割与沿场方向运动,反转运动或磁场;观察指针。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          步骤:

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          1. 导体与灵敏检流计构成闭合回路,磁体位置稳定,先记静止基线。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          2. 分别沿磁感线和横切磁感线运动,再交换运动方向或磁极,一次只改一个条件。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          3. 比较检流计有无偏转与偏转方向,再断开回路重复横切,区分感应电动势与闭路电流。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          数据与处理:设计示例(非实测):静止不持续偏转;切割时偏转;只反运动或磁场方向,偏转方向相反。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          结论与条件:闭合回路、适当切割运动可产生电流;回路断开虽可能有电压但不形成该闭合电流。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          误差与边界:接触、表灵敏度、运动太慢可使偏转不明显,没观察到不必然证明不存在感应电压。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          定义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          观察闭合、切割方向和磁场方向的作用。本实验须明确测量对象与条件,规范记录原始数据,并将计算校验和实际操作、定性现象的审查区分开。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          物理意义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          保持磁体与导线有效段确定,比较静止、沿磁感线及切割磁感线运动。闭合回路的有效磁通改变才可能有感应电流;不是任意运动都有效。一次只改变运动方向或磁极方向,观察检流计偏转是否反转;断路时即便有感应电动势也没有回路电流。附带欧姆计算使用实际测得的感应电压,不能冒充感应产生条件和方向的自动证明。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          符号含义单位
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          U感感应电压V
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          I感感应电流A
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          R回路感应电路总电阻Ω
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          P感感应电源输出的电功率W

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          公式与校验

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          已测感应电压求回路电流仅作已知电学或能量数据的应用,不验证本卡定性规律。感应电压已由仪表测得,闭合回路近似服从欧姆定律。 本实验附带的计算核对不替代现象、操作和控制变量的人工审查。7/7 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          I感=U感R回路
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          查看校验用原式I_ind = U_ind/R_loop
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          校验记录(7 项)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            由感应电流和回路电阻求电压仅作已知电学或能量数据的应用,不验证本卡定性规律。电路闭合,感应电流与回路电阻描述同一测量状态。 本实验附带的计算核对不替代现象、操作和控制变量的人工审查。5/5 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            U感=I感⋅R回路
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            查看校验用原式U_ind = I_ind*R_loop
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            校验记录(5 项)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              推导要点

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              1. 导体与灵敏检流计构成闭合回路,磁体位置稳定,先记静止基线。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              2. 分别沿磁感线和横切磁感线运动,再交换运动方向或磁极,一次只改一个条件。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              3. 比较检流计有无偏转与偏转方向,再断开回路重复横切,区分感应电动势与闭路电流。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              把感应电流写成感应电压乘以回路电阻。已实测 · 量纲一致性 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              错误写法 I感 = U感·R回路
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              感应电路测得电压后仍按欧姆定律求电流,应当除以电阻;相乘的单位不是 A。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              实测记录左端I,右端M²·L⁴·T⁻⁶·I⁻³
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              把感应电流换算成 mA 后仍将毫安数值标作 A。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              错误写法 I感 = 1000·U感/R回路
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              0.6 V÷3 Ω=0.2 A=200 mA;若把换算后的 200 写成 A,会大 1000 倍。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              实测记录情境「线圈感应一」:算得I感=200;参考0.2;有效容差0.0002
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              认为只要线圈和磁体静止放在一起就一定有持续感应电流。人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              需要磁场变化或导体与磁场发生相对运动;静止且磁场不变时没有持续感应电流。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              典型例题

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              设计检流计观察:闭合回路的导体先沿磁感线移动,再横向有效切割;最后断开回路后再切割,其他条件相同。三次检流计各怎样,应怎样控制变量?

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              1. 闭合回路横向切割、有效磁通改变时可出现电流,沿磁感线移动的理想设置没有相应改变。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              2. 断开后切割可以有电动势但无闭合回路电流;固定磁场、导体与接法,每次只改变运动方向或回路开闭。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              答案沿磁感线移动不偏转,闭合回路有效切割时偏转,断开后切割无回路电流所以不偏转。每次只改变所研究条件;断开时可有感应电动势,不能把无电流当作无电动势。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件实验方法控制变量数据与误差
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              前置:magnet-01 | 后续:emwave-01
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              jexp-20

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              探究光的反射定律

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              难度:基础范围:初中校验 13/13

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              探究光的反射定律:实验设计

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              在入射点作法线,入射角和反射角都从法线量起,比较多组数据并检查两光线与法线共面。反射纸板折开后看不见光迹是共面证据之一,需结合装置摆放解释;逆原反射光方向入射可观察光路可逆。纸板要垂直镜面,量角顶点对准入射点,不能拿光线与镜面的夹角直接当入射角。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              实验:探究光的反射定律

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              目的:比较角度、同面条件及可逆性。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              装置与接法:平面镜、可折白纸板、安全光源、量角器。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              控制、改变与观察:改变入射角,记录反射角;折纸板观察反射线是否仍在该面。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              步骤:

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              1. 平面镜水平放、纸板垂直镜面,在入射点画法线,角度一律从法线量起。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              2. 改变入射方向,记录入射角与反射角;折起另一半纸板检查共面现象。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              3. 逆反射光方向入射检查光路可逆,重复多个角度并记录量角误差。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              数据与处理:设计示例(非实测):20°、30°、50°入射,对应20°、30°、50°反射。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              结论与条件:两角相等、分居法线两侧且共面,光路可逆。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              误差与边界:镜面与纸板不垂直、量角起点用镜面、光束过粗会偏差;不把激光照向眼睛。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              定义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              比较角度、同面条件及可逆性。本实验须明确测量对象与条件,规范记录原始数据,并将计算校验和实际操作、定性现象的审查区分开。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              物理意义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              在入射点作法线,入射角和反射角都从法线量起,比较多组数据并检查两光线与法线共面。反射纸板折开后看不见光迹是共面证据之一,需结合装置摆放解释;逆原反射光方向入射可观察光路可逆。纸板要垂直镜面,量角顶点对准入射点,不能拿光线与镜面的夹角直接当入射角。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              符号含义单位
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              i入射角,按度数记录1
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              r反射角,按度数记录1
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              α反射光线与镜面的夹角,按度数记录1

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              公式与校验

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              反射定律的角度关系入射角和反射角均从法线量起;角度使用度数,且反射发生在同一介质侧。 本实验附带的计算核对不替代现象、操作和控制变量的人工审查。7/7 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              r=i
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              查看校验用原式r = i
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              校验记录(7 项)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                反射线与镜面的夹角α 是反射线与镜面的夹角,r 是反射角;法线与镜面互相垂直。 本实验附带的计算核对不替代现象、操作和控制变量的人工审查。6/6 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                α=90−r
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                查看校验用原式alpha = 90-r
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                校验记录(6 项)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  推导要点

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  1. 平面镜水平放、纸板垂直镜面,在入射点画法线,角度一律从法线量起。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  2. 改变入射方向,记录入射角与反射角;折起另一半纸板检查共面现象。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  3. 逆反射光方向入射检查光路可逆,重复多个角度并记录量角误差。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  把反射角从镜面而不是法线量起,用余角代替反射角。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  错误写法 r = 90-i
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  入射角30°时从法线量的反射角也是30°,从镜面量到的60°是它的余角,不是反射角。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  实测记录情境「入射角30度」:算得r=60;参考30;有效容差6e-05
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  认为只有光滑表面才发生反射。人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  漫反射和镜面反射都遵守反射定律,差别在于表面是否平整以及反射光的方向分布。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  典型例题

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  纸板展开时测入射角35°、反射角35°,把反射侧纸板折起后看不到反射光迹,能否说没有反射?

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  1. 角从法线量,数值相等;换几个入射角重复而非只看一组。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  2. 折起纸板不能承接原反射光线,支持光线与法线共面,不能断言镜面停止反射。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  答案角相等且共面;折纸板改变显示位置,不代表反射消失。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  探究光的反射定律实验方法控制变量数据与误差
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  前置:light-01 | 后续:jexp-21
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  jexp-21

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  探究平面镜成像的特点

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  难度:基础范围:初中校验 10/10

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  探究平面镜成像的特点:实验设计

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  用薄玻璃板既能观察像又能看见后方定位物;玻璃板竖直,两支蜡烛或同形发光物体完全相同。移动后方物体到与像重合,用刻度尺量物距像距,再改变前方距离重复。玻璃板斜放会使后方物体不能与像完全重合,厚板可能产生重影。移去定位物后光屏接不到像,是虚像的证据,眼睛仍可观察它。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  实验:探究平面镜成像特点

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  目的:定位虚像、比较大小和像物关系。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  装置与接法:薄玻璃板及支架、两支完全相同蜡烛或同形安全发光物体、白纸、刻度尺、光屏。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  控制、改变与观察:一物固定,移动另一等大物定位像;改变物距重复。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  步骤:

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  1. 玻璃板竖直放在纸上标明镜面,一物体放前方,另一相同物体在后方移动。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  2. 使后方物体与像重合,记录位置与大小;若不能重合先检查玻璃板是否竖直。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  3. 用刻度尺量物距与像距,改变物距重复;移去后方物体,用光屏尝试接像判断虚实。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  数据与处理:设计示例(非实测):物到镜面10 cm,定位像也10 cm;移动物到15 cm,像距15 cm,大小仍等大。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  结论与条件:等距等大、连线垂直镜面;光屏不能接收像,属于虚像。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  误差与边界:厚玻璃产生双像、玻璃未竖直导致难重合、两物不等大影响比较;尽量用安全物屏替代明火。玻璃板太厚会重影,两物体须大小形状相同;像不能直接由光屏接收,不能把后方物体当作像本身。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  定义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  定位虚像、比较大小和像物关系。本实验须明确测量对象与条件,规范记录原始数据,并将计算校验和实际操作、定性现象的审查区分开。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  物理意义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  用薄玻璃板既能观察像又能看见后方定位物;玻璃板竖直,两支蜡烛或同形发光物体完全相同。移动后方物体到与像重合,用刻度尺量物距像距,再改变前方距离重复。玻璃板斜放会使后方物体不能与像完全重合,厚板可能产生重影。移去定位物后光屏接不到像,是虚像的证据,眼睛仍可观察它。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  符号含义单位
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  d1物体到平面镜的距离m
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  d2像到平面镜的距离m
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  h1物体高度m
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  h2像的高度m

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  公式与校验

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  平面镜像距关系物距和像距均指垂直于镜面的距离。 本实验附带的计算核对不替代现象、操作和控制变量的人工审查。5/5 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  d2=d1
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  查看校验用原式d2 = d1
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  校验记录(5 项)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    平面镜像高关系物体和像的高度采用相同长度单位。 本实验附带的计算核对不替代现象、操作和控制变量的人工审查。5/5 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    h2=h1
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    查看校验用原式h2 = h1
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    校验记录(5 项)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      推导要点

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      1. 玻璃板竖直放在纸上标明镜面,一物体放前方,另一相同物体在后方移动。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      2. 使后方物体与像重合,记录位置与大小;若不能重合先检查玻璃板是否竖直。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      3. 用刻度尺量物距与像距,改变物距重复;移去后方物体,用光屏尝试接像判断虚实。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      误认为像距只有物距的一半。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      错误写法 d2 = d1/2
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      平面镜成像关于镜面对称,像距等于物距;物距 0.5 m 时像距应是 0.5 m。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      实测记录情境「物距半米」:算得d2=0.25;参考0.5;有效容差5e-07
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      认为平面镜所成的像可以用光屏接收到。人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      平面镜像是反射光线反向延长线的交点,属于虚像;应通过成像实验和光线图辨析。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      典型例题

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      薄玻璃板竖直放置,用相同蜡烛找到重合位置,量得物距0.8 m;像距是多少,如何检验虚像?

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      1. 相同蜡烛可比较大小与像的位置,像距约0.8 m;换位置重复比较。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      2. 把光屏放到像位置不能直接承接清晰像;玻璃板过厚易重影,不竖直会使重合困难。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      答案像距约0.8 m,等大正立虚像;光屏检验而非凭看见就称实像。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      探究平面镜成像的特点实验方法控制变量数据与误差
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      前置:jexp-01、light-03 | 后续:jexp-22
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      jexp-22

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      探究凸透镜成像的规律

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      难度:基础范围:初中主线;公式含拓展校验 20/20

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      探究凸透镜成像的规律:实验设计

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      先测焦距,使物体中心、透镜光心和光屏中心大致同高。依次比较大于二倍、等于二倍、一到二倍、等于一倍及小于一倍焦距;前三类可移动光屏找到清晰实像,焦点处理想模型无有限距离清晰像,焦内须透镜另一侧直接观察虚像。记录物像距、正倒、大小和虚实,不能由光屏没接到就推断必是虚像;薄透镜式仅作拓展校验。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      实验:探究凸透镜成像规律

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      目的:覆盖焦点内外各区间,比较虚实、正倒、大小和像距。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      装置与接法:光具座、已测焦距凸透镜、LED物屏、光屏和刻度尺。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      控制、改变与观察:同一透镜,改变物距并移动光屏找清晰像,记录性质和像距。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      步骤:

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      1. 测焦距,调物屏中心、光心和光屏中心大致同高。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      2. 依次取大于2倍、等于2倍、1倍与2倍之间,记录可接收实像。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      3. 取等于焦距观察无有限清晰屏像,再取焦距内透过透镜观察虚像。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      数据与处理:设计示例(非实测):焦距10 cm:物距30、20、15 cm,示例像距15、20、30 cm;物距5 cm虚像在物侧,屏不能接收。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      结论与条件:各区间性质见基础表,虚像须用眼睛观察;物距恰为焦距不编造有限像距。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      误差与边界:未同高、物距从透镜边缘起量、没有找清晰像会影响读数;光屏不到位不能反推该像必为虚像。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      定义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      覆盖焦点内外各区间,比较虚实、正倒、大小和像距。本实验须明确测量对象与条件,规范记录原始数据,并将计算校验和实际操作、定性现象的审查区分开。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      物理意义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      先测焦距,使物体中心、透镜光心和光屏中心大致同高。依次比较大于二倍、等于二倍、一到二倍、等于一倍及小于一倍焦距;前三类可移动光屏找到清晰实像,焦点处理想模型无有限距离清晰像,焦内须透镜另一侧直接观察虚像。记录物像距、正倒、大小和虚实,不能由光屏没接到就推断必是虚像;薄透镜式仅作拓展校验。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      符号含义单位
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      u物距,即物体到凸透镜的距离m
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      v像距,即像到凸透镜的距离m
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      h1物体高度m
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      h2像的高度m
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      f凸透镜焦距,拓展公式使用m
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      v代带符号像距,实像正、物侧虚像负m

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      公式与校验

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      物距为二倍焦距时像距等于物距凸透镜成像实验中物距 u=2f,此时为倒立、等大的实像,v=2f。 本实验附带的计算核对不替代现象、操作和控制变量的人工审查。7/7 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      v=u
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      查看校验用原式v = u
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      校验记录(7 项)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        物距为二倍焦距时像高等于物高凸透镜物距 u=2f 时,像为倒立、等大的实像。 本实验附带的计算核对不替代现象、操作和控制变量的人工审查。6/6 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        h2=h1
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        查看校验用原式h2 = h1
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        校验记录(6 项)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          薄透镜像距拓展核对薄透镜近轴模型,u为正且u不等于f;实像正、物侧虚像负。只供拓展验算,不要求初中背诵;u=f用光线平行定性处理。 本实验附带的计算核对不替代现象、操作和控制变量的人工审查。7/7 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          v代=f⋅uu−f
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          查看校验用原式v_signed = f*u/(u-f)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          校验记录(7 项)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            推导要点

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            1. 测焦距,调物屏中心、光心和光屏中心大致同高。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            2. 依次取大于2倍、等于2倍、1倍与2倍之间,记录可接收实像。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            3. 取等于焦距观察无有限清晰屏像,再取焦距内透过透镜观察虚像。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            把物距为二倍焦距时的像距误写成物距的一半。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            错误写法 v = u/2
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            当 u=2f 时,v 也为 2f,因此 v=u;物距为 0.20 m 时像距不是 0.10 m。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            实测记录情境「焦距10厘米物距20厘米」:算得v=0.1;参考0.2;有效容差2e-07
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            认为凸透镜无论物距如何都成倒立实像。人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            物体位于焦点以内时,凸透镜成正立、放大的虚像;像的性质必须结合物距和焦距判断。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            典型例题

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            焦距10 cm凸透镜,分别将物体置30 cm、15 cm、5 cm处;怎样移动光屏、观察并记录成像规律?

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            1. 30 cm时在一至二倍焦距间找缩小倒立实像;15 cm时在二倍焦距外找放大倒立实像。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            2. 5 cm在焦内,光屏无法接虚像,从透镜另一侧直接观察正立放大像;各中心调同高,不把光屏未对准误判为虚像。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            答案30 cm处在另一侧得到倒立缩小实像,15 cm处得到倒立放大实像,移动光屏寻找清晰像;5 cm处得到正立放大虚像,光屏接不到,须透过透镜观察并记录。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            探究凸透镜成像的规律实验方法控制变量数据与误差
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            前置:lens-02、jexp-01 | 后续:lens-04

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            初中常见模型与题型

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            模型用于分析条件与多步变化,不是所有题都能套公式。每个模型写清适用边界、独立计算途径及真实错误机制;示例参数均是设计数据。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            10 个知识点 · 22 条公式 · 115 项校验全部通过

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            jmdl-01

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            柱体压强的切割与叠加

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            难度:基础范围:初中校验 12/12

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            柱体压强的切割与叠加:方法与边界

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            竖切使质量和底面积同比减少,高度不变,压强不变;横切后高度减小,保留在地面的下部压强减小。同底面积叠加同材料柱体高度增加,压强增大。密度乘重力加速度乘高度的快捷式限均匀直柱、自重、水平完整支持,不适用于任意容器或有额外压力的物体。压力是总作用力,压强还必须除实际面积。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            定义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            均匀直柱体水平放置,底面完全受支持且只计自身重力时,底面平均压强等于密度乘重力加速度再乘高度。切割和叠加后须重新计算重力及实际受力面积。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            物理意义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            竖切使质量和底面积同比减少,高度不变,压强不变;横切后高度减小,保留在地面的下部压强减小。同底面积叠加同材料柱体高度增加,压强增大。密度乘重力加速度乘高度的快捷式限均匀直柱、自重、水平完整支持,不适用于任意容器或有额外压力的物体。压力是总作用力,压强还必须除实际面积。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            符号含义单位
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            p地面平均压强Pa
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            m柱体质量kg
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            g重力加速度m/s²
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            S现受力面积m²
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            S0切割前底面积m²
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            ρ均匀材料密度kg/m³
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            h柱体高度m

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            公式与校验

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            自重除实际受力面积物体静止放在水平面上,无其他竖直力,S>0为实际接触面积。8/8 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            p=m⋅gS
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            查看校验用原式p = m*g/S
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            校验记录(8 项)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              均匀直柱高度式均匀直柱、自重、水平底面完全受支持;额外作用力和不规则形体不得直接套用。4/4 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              p=ρ⋅g⋅h
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              查看校验用原式p = rho*g*h
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              校验记录(4 项)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                推导要点

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                1. 原压强20/0.010=2000 Pa。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                2. 竖切后10/0.005=2000 Pa,横切后10/0.010=1000 Pa。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                3. 竖切使质量和底面积同比减少,高度不变,压强不变;横切后高度减小,保留在地面的下部压强减小。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                竖切后只减质量,仍使用切割前底面积算压强。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                错误写法 p = m·g/S0
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                竖切改变质量也改变实际接触面积;半柱10 N除现面积0.005 m²还是2000 Pa,若仍除旧面积0.01 m²会误得1000 Pa。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                实测记录情境「竖切一半」:算得p=1000;参考2000;有效容差0.002
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                任意形体都把底面压强写成密度乘重力加速度乘高度。人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                快捷式来自均匀直柱体质量与底面积、高度的关系,形体不规则、底面支持不完整或有额外压力时必须回到压力除受力面积,不能仅看高度。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                典型例题

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                密度1000 kg/m³的直柱高0.20 m,质量2 kg、底面积0.010 m²,g取10;竖切与横切一半后分别求压强。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                1. 原压强20/0.010=2000 Pa。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                2. 竖切后10/0.005=2000 Pa,横切后10/0.010=1000 Pa。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                答案竖切不变为2000 Pa,横切下部为1000 Pa。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                柱体压强的切割与叠加条件与边界实验与证据
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                前置:pressure-01 | 后续:pressure-02
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                jmdl-02

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                浮力三态(漂浮、悬浮、沉底)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                难度:基础范围:初中校验 12/12

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                浮力三态(漂浮、悬浮、沉底):方法与边界

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                常规不溶、不吸水均匀物体在同一液体里,物体密度小于液体时部分浸没漂浮,等于时可完全浸没悬浮,大于时下沉至底。在水能接触下表面的沉底平衡中,浮力加底面支持力等于重力;底部密封隔绝水的情形不能直接用排液浮力式。浮力取决于排开体积而非总把物体总体积代入。还受绳拉力或在加速中的对象不属于这些简化平衡。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                定义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                物体在静止液体中平衡时,漂浮与悬浮均由浮力平衡重力,沉底通常还受支持力。漂浮为部分浸入液体,悬浮为完全浸没且密度相同,沉底的判断必须说明下表面是否受液体作用。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                物理意义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                常规不溶、不吸水均匀物体在同一液体里,物体密度小于液体时部分浸没漂浮,等于时可完全浸没悬浮,大于时下沉至底。在水能接触下表面的沉底平衡中,浮力加底面支持力等于重力;底部密封隔绝水的情形不能直接用排液浮力式。浮力取决于排开体积而非总把物体总体积代入。还受绳拉力或在加速中的对象不属于这些简化平衡。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                符号含义单位
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                Fb液体浮力N
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                N底面支持力N
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                ρ液体密度kg/m³
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                g重力加速度m/s²
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                Vd排开液体体积m³
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                V物体总体积m³
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                m物体质量kg
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                G物体重力N

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                公式与校验

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                排液求浮力液体接触相关表面且符合通常阿基米德浮力条件。7/7 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                Fb=ρ⋅g⋅Vd
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                查看校验用原式Fb = rho*g*Vd
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                校验记录(7 项)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  平衡时底面支持力静止平衡,仅受重力、浮力和底面支持;适用沉底样例或无支持的平衡。5/5 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  N=m⋅g−Fb
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  查看校验用原式N = m*g-Fb
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  校验记录(5 项)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    推导要点

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    1. 重力为8 N,排400 cm³水的重力为4 N。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    2. 平衡支持力为8-4=4 N,不能说浮力等于重力。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    3. 常规不溶、不吸水均匀物体在同一液体里,物体密度小于液体时部分浸没漂浮,等于时可完全浸没悬浮,大于时下沉至底。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    漂浮时把物体总体积代入浮力式,忽略只有一部分排水。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    错误写法 Fb = ρ·g·V
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    漂浮样例物体总体积400 cm³,但实际只排200 cm³水;全体积会算4 N,而正确浮力2 N已经平衡重力。漂浮时排水部分由平衡决定。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    实测记录情境「漂浮」:算得Fb=4;参考2;有效容差4e-06
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    一旦接触容器底就认为浮力等于重力,或不问下表面是否通水。人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    通常沉底对象还受向上支持力,浮力可以小于重力;若底面密封使水不能作用于下表面,常规排液公式的压力条件发生变化,必须单独分析。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    典型例题

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    0.8 kg物体总体积400 cm³,完全浸没后沉底且下表面能通水,水密度1000 kg/m³、g取10,求浮力与支持力。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    1. 重力为8 N,排400 cm³水的重力为4 N。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    2. 平衡支持力为8-4=4 N,不能说浮力等于重力。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    答案浮力4 N,底面支持力4 N。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    浮力三态(漂浮、悬浮、沉底)条件与边界实验与证据
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    前置:pressure-04 | 后续:pressure-05
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    jmdl-03

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    液面升降与排液体积

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    难度:基础范围:初中校验 14/14

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    液面升降与排液体积:方法与边界

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    比较同一容器前后液面,先分别判断漂浮平衡、完全浸没还是有外力支持,再算前后占用体积。船载石块投入水中沉底,石块密度大于水,前排水体积大于后排水体积,液面下降。把完全浸没的物体取出时,其原排液体积不再占水下空间,液面下降,下降量为原排液体积除容器截面积。纯冰在水中漂浮后融化,融水体积等于原排水体积,理想条件下液面不变;盐水中不能直接照搬,融水与原排盐水的密度不同。忽略温度引起的体积变化且无溢流时才可这样比较。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    定义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    在横截面积不变且不溢出的容器中,液面变化由占用液面以下空间的总体积变化决定。船载石块时新增排水体积由重量决定,投入后沉底则由石块自身体积决定。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    物理意义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    比较同一容器前后液面,先分别判断漂浮平衡、完全浸没还是有外力支持,再算前后占用体积。船载石块投入水中沉底,石块密度大于水,前排水体积大于后排水体积,液面下降。把完全浸没的物体取出时,其原排液体积不再占水下空间,液面下降,下降量为原排液体积除容器截面积。纯冰在水中漂浮后融化,融水体积等于原排水体积,理想条件下液面不变;盐水中不能直接照搬,融水与原排盐水的密度不同。忽略温度引起的体积变化且无溢流时才可这样比较。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    符号含义单位
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    V1船载石块新增排水体积m³
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    V2沉底石块体积m³
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    dh带符号液面变化m
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    m石块质量kg
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    ρ水密度kg/m³
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    rho2石块密度kg/m³
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    S容器水平截面积m²

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    公式与校验

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    船载新增排水体积石块在船上,船仍漂浮;ρ是液体密度,V1仅为这块石头造成的新增排水体积。5/5 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    V1=mρ
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    查看校验用原式V1 = m/rho
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    校验记录(5 项)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      石块完全浸没体积石块完全浸没,ρ2为石块密度;无吸水或空腔改变排水体积。4/4 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      V2=mrho2
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      查看校验用原式V2 = m/rho2
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      校验记录(4 项)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        等截面液面变化容器水平截面积S恒定;V1、V2是同一物体两种状态的排水体积,dh为末态减初态。5/5 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        dh=V2−V1S
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        查看校验用原式dh = (V2-V1)/S
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        校验记录(5 项)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          推导要点

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          1. 载在船上新增排水200 cm³,沉底后占100 cm³。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          2. 体积差-100 cm³除0.1 m²,得-0.001 m。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          3. 比较同一容器前后液面,先分别判断漂浮平衡、完全浸没还是有外力支持,再算前后占用体积。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          船载石块时仍按石块自身体积算新增排水。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          错误写法 V1 = m/ρ2
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          漂浮的船须额外排开与石块等重的水,200 g石块使船增加200 cm³排水,不是石块自身的100 cm³。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          实测记录情境「石块甲」:算得V1=0.0001;参考0.0002;有效容差2e-10
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          漂浮的冰融化在任何液体中都不改变液面。人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          水中纯冰的结论依赖排水和融水密度相同;在盐水中融水体积一般较大。还要说明不溢流、没有外力和忽略热胀冷缩。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          典型例题

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          船原来漂浮,载有200 g、密度2 g/cm³石块,石块投入水中完全浸没并沉底;水密度1 g/cm³,容器水平截面0.1 m²,忽略水的损失,求液面变化。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          1. 载在船上新增排水200 cm³,沉底后占100 cm³。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          2. 体积差-100 cm³除0.1 m²,得-0.001 m。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          答案液面下降1 mm。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          液面升降与排液体积条件与边界实验与证据
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          前置:jmdl-02 | 后续:pressure-05
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          jmdl-04

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          动态电路与安全调节范围

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          难度:基础范围:初中校验 15/15

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          动态电路与安全调节范围:方法与边界

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          先画实际接线,确定滑片改变的是哪段有效电阻,再判断各表所测对象。例中电源6 V,定值电阻10 Ω,电压表跨定值电阻量程3 V,电流表量程0.6 A,变阻器最大50 Ω且额定电流足够。电压表给出电流不得大于0.3 A,比电流表限制更严,因此变阻器须在10到50 Ω。电压表跨变阻器时限制会改变,不能机械照搬。公式限理想表、定值电阻和恒压电源,不把温度变化的灯泡当定值电阻。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          定义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          定值电阻与滑动变阻器串联在恒定低压电源上,接入变阻器电阻增大使电流减小。安全范围须同时满足电流表、电压表、变阻器和负载的限制。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          物理意义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          先画实际接线,确定滑片改变的是哪段有效电阻,再判断各表所测对象。例中电源6 V,定值电阻10 Ω,电压表跨定值电阻量程3 V,电流表量程0.6 A,变阻器最大50 Ω且额定电流足够。电压表给出电流不得大于0.3 A,比电流表限制更严,因此变阻器须在10到50 Ω。电压表跨变阻器时限制会改变,不能机械照搬。公式限理想表、定值电阻和恒压电源,不把温度变化的灯泡当定值电阻。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          符号含义单位
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          I串联电流A
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          U电源电压V
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          R定值电阻Ω
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          Rv变阻器接入电阻Ω
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          U1定值电阻电压V
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          Uv变阻器电压V

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          公式与校验

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          总电阻求电流R与接入的Rv串联,均为欧姆电阻且R+Rv>0;U是该串联组合两端电压。7/7 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          I=UR+Rv
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          查看校验用原式I = U/(R+Rv)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          校验记录(7 项)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            定值电阻电压R为串联定值电阻,I是流过它的电流,温度近似不变。4/4 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            U1=I⋅R
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            查看校验用原式U1 = I*R
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            校验记录(4 项)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              变阻器分压变阻器与定值电阻串联;U为总电压,U1为定值电阻分压,使用一致的电压方向。4/4 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              Uv=U−U1
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              查看校验用原式Uv = U-U1
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              校验记录(4 项)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                推导要点

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                1. 电压表限制I≤3/10=0.3 A,因此总电阻至少20 Ω。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                2. 减去10 Ω定值电阻,变阻器至少10 Ω,且不超过铭牌50 Ω。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                3. 先画实际接线,确定滑片改变的是哪段有效电阻,再判断各表所测对象。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                算电流时只用变阻器电阻,遗漏串联定值电阻。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                错误写法 I = U/Rv
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                总电阻为10 Ω加接入的20 Ω,电流0.2 A;仅除20 Ω会误得0.3 A,也会误判安全范围。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                实测记录情境「中间」:算得I=0.3;参考0.2;有效容差3e-07
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                只满足电流表量程就认为安全。人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                还要检查电压表跨接对象、负载功率和变阻器额定电流;本例电压表3 V对应0.3 A,是更严的电流限制。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                典型例题

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                6 V电源串联10 Ω电阻和0到50 Ω变阻器,电压表跨10 Ω电阻且量程3 V,电流表0.6 A,求接入范围。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                1. 电压表限制I≤3/10=0.3 A,因此总电阻至少20 Ω。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                2. 减去10 Ω定值电阻,变阻器至少10 Ω,且不超过铭牌50 Ω。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                答案在其额定电流足够的条件下,接入10到50 Ω。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                动态电路与安全调节范围条件与边界实验与证据
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                前置:ohm-03、circuit-04 | 后续:jmdl-05
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                jmdl-05

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                电路故障(断路与短路)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                难度:基础范围:初中校验 11/11

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                电路故障(断路与短路):方法与边界

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                两个电阻串联时,第二个被理想导线短接,第二个电压近零而电流增大;不能说所有短路都使电流为零。第二个电阻断开、其他接线正常且高内阻电压表跨断口时,电流近零而电压表可接近电源电压。若表本身、导线或电源也可能损坏,一组示数未必唯一定位故障。电压表逐段排查时,先确认电源和表正常,再按回路依次跨接候选导线或元件;仅在单一断点、其余连通且表内阻远大于负载时,跨断口接近电源电压,跨完好导线近零。以下定量只计算正常与局部短接,保持首个电阻限流;不得用导线直接短接真实电源。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                定义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                串联电路断路后理想电流为零,局部短路使该处电阻趋近零并改变总电流。用电表判断故障必须说明表的接法、内阻近似和允许的故障集合。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                物理意义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                两个电阻串联时,第二个被理想导线短接,第二个电压近零而电流增大;不能说所有短路都使电流为零。第二个电阻断开、其他接线正常且高内阻电压表跨断口时,电流近零而电压表可接近电源电压。若表本身、导线或电源也可能损坏,一组示数未必唯一定位故障。电压表逐段排查时,先确认电源和表正常,再按回路依次跨接候选导线或元件;仅在单一断点、其余连通且表内阻远大于负载时,跨断口接近电源电压,跨完好导线近零。以下定量只计算正常与局部短接,保持首个电阻限流;不得用导线直接短接真实电源。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                符号含义单位
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                I串联电流A
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                U电源电压V
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                R1仍接入的限流电阻Ω
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                R2第二支路等效电阻Ω
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                U2第二部分电压V

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                公式与校验

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                有限总电阻电流R1、R2为串联回路实际接入电阻,R1+R2>0;短接支路取零但不允许整个回路理想零电阻。7/7 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                I=UR1+R2
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                查看校验用原式I = U/(R1+R2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                校验记录(7 项)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  第二部分电压R2为实际接入的第二部分电阻,I流过它;若被理想短接则R2=0、U2=0。4/4 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  U2=I⋅R2
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  查看校验用原式U2 = I*R2
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  校验记录(4 项)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    推导要点

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    1. 总电阻由10 Ω变为5 Ω,电流由0.6 A变为1.2 A。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    2. 短接部分等效电阻零,电压为零;这不是全电路断路。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    3. 两个电阻串联时,第二个被理想导线短接,第二个电压近零而电流增大;不能说所有短路都使电流为零。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    正常时把第二个电阻漏掉,仍用第一个电阻算总电流。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    错误写法 I = U/R1
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    正常甲总电阻10 Ω,对应0.6 A;只除5 Ω会得到局部短接后的1.2 A,把正常和故障状态混为一谈。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    实测记录情境「正常甲」:算得I=1.2;参考0.6;有效容差1.2e-06
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    看见电流表零就唯一断言某个指定电阻断路。人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    还可能是其他导线断开、电源失效或表故障;限定候选故障并结合跨接电压、逐段检查才能判断,单个示数不足以排除所有情况。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    典型例题

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    6 V电源接两个5 Ω串联电阻,第二个被理想导线短接且首电阻能安全限流,求电流与第二部分电压。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    1. 总电阻由10 Ω变为5 Ω,电流由0.6 A变为1.2 A。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    2. 短接部分等效电阻零,电压为零;这不是全电路断路。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    答案电流1.2 A,第二部分电压0 V。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    电路故障(断路与短路)条件与边界实验与证据
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    前置:circuit-02、ohm-01 | 后续:jmdl-04
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    jmdl-06

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    多挡电热器的功率比较

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    难度:基础范围:初中校验 11/11

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    多挡电热器的功率比较:方法与边界

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    对开关状态分别画电路,不能只凭开关数量说高低挡。两个正电阻串联的总电阻最大、功率较小,并联时两支路各接电源电压、总功率为支路功率之和。单独接一个电阻的功率在对应串并联两挡之间。这里用低压设计参数比较理想纯电阻;恒流供电或电阻随温度改变时,方向和数值须重新分析。家用市电内部线路不可拆接练习。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    定义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    多挡电热器通过切换电阻连接方式改变同一电压下的等效电阻和功率。恒压且电阻不变时,总电阻越小功率越大;实际电热器要另考虑温度和额定值。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    物理意义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    对开关状态分别画电路,不能只凭开关数量说高低挡。两个正电阻串联的总电阻最大、功率较小,并联时两支路各接电源电压、总功率为支路功率之和。单独接一个电阻的功率在对应串并联两挡之间。这里用低压设计参数比较理想纯电阻;恒流供电或电阻随温度改变时,方向和数值须重新分析。家用市电内部线路不可拆接练习。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    符号含义单位
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    P1串联低挡总功率W
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    P2并联高挡总功率W
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    U恒定电源电压V
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    R1第一电阻Ω
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    R2第二电阻Ω
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    I1独立测量串联总电流A
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    I2独立测量并联总电流A

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    公式与校验

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    串联低挡功率低挡时两电热电阻串联,使用同一恒定电源电压U,忽略导线损耗和电阻温升变化。6/6 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    P1=U2R1+R2
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    查看校验用原式P1 = U^2/(R1+R2)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    校验记录(6 项)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      并联高挡功率高挡时两电热电阻并联且均承受U;R1、R2>0,电阻温度条件与所给值一致。5/5 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      P2=U2R1+U2R2
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      查看校验用原式P2 = U^2/R1+U^2/R2
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      校验记录(5 项)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        推导要点

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        1. 串联总电阻50 Ω,功率144/50=2.88 W。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        2. 并联各接12 V,总功率144/20+144/30=12 W。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        3. 对开关状态分别画电路,不能只凭开关数量说高低挡。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        低挡串联时仍用一个电阻作为总电阻算功率。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        错误写法 P1 = U²/R1
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        串联20 Ω与30 Ω的总电阻50 Ω,12 V功率2.88 W;只取20 Ω会误得7.2 W,错误对应另一种接线。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        实测记录情境「十二伏」:算得P1=7.2;参考2.88;有效容差7.2e-06
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        任何供电条件下电阻越小功率都越小或都越大。人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        恒压时功率与电阻反比,恒流时功率与电阻正比;先确认电源条件和等效电路,实际元件还受额定电流与温度影响。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        典型例题

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        12 V恒压电源与20 Ω、30 Ω纯电阻,比较两电阻串联与并联的总功率。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        1. 串联总电阻50 Ω,功率144/50=2.88 W。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        2. 并联各接12 V,总功率144/20+144/30=12 W。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        答案串联2.88 W,并联12 W。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        多挡电热器的功率比较条件与边界实验与证据
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        前置:power-02 | 后续:power-03
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        jmdl-07

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        机械效率(竖直与水平拉动)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        难度:基础范围:初中校验 10/10

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        机械效率(竖直与水平拉动):方法与边界

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        滑轮组绳端移动距离由支持动滑轮的有效绳段数决定,而非数所有画出的绳线或定滑轮个数。竖直匀速提升时有用功为物重乘提升高度,总功为绳端拉力乘绳端位移;水平匀速移动时有用功为物体所受摩擦力乘物体位移,不能套物重乘高度。额外功可来自动滑轮重力和摩擦。功的选取依赖任务目标,效率应在零到一之间,忽略耗散的理想机械可等于一。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        定义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        机械效率是有用功与总输入功之比。竖直提升的有用功通常是克服物重做功,水平拉动时通常是克服目标物摩擦做功;两者不能混用。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        物理意义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        滑轮组绳端移动距离由支持动滑轮的有效绳段数决定,而非数所有画出的绳线或定滑轮个数。竖直匀速提升时有用功为物重乘提升高度,总功为绳端拉力乘绳端位移;水平匀速移动时有用功为物体所受摩擦力乘物体位移,不能套物重乘高度。额外功可来自动滑轮重力和摩擦。功的选取依赖任务目标,效率应在零到一之间,忽略耗散的理想机械可等于一。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        学习分工:本卡在水平滑轮约束下识别有用功和总功;机械效率定义见概念卡(machine-03),可点击下方知识关系回看。这一链接是相关内容推荐,不表示必须先后学习。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        符号含义单位
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        η竖直提升效率1
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        eta2水平拉动效率1
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        m提升物体质量kg
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        g重力加速度m/s²
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        h提升高度m
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        F绳端竖直拉力N
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        n有效支持绳段数1
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        f水平目标摩擦力N
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        s水平物体位移m
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        Fh水平绳端拉力N
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        Wextra竖直过程独立核计额外功J
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        W总绳端输入功J

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        公式与校验

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        竖直提升效率负载匀速竖直提升h>0;恒定绳端拉力F,n段绳承重且绳不可伸长,绳端距离为n·h。6/6 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        η=m⋅g⋅hF⋅n⋅h
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        查看校验用原式eta = m*g*h/(F*n*h)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        校验记录(6 项)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          水平拉动效率水平移动且动滑轮高度不变,目标为克服该物体摩擦;s大于零。4/4 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          eta2=f⋅sFh⋅n⋅s
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          查看校验用原式eta2 = f*s/(Fh*n*s)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          校验记录(4 项)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            推导要点

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            1. 竖直有用10 J,总功7×2×1=14 J,效率71.4%。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            2. 水平有用4×0.5=2 J,总功3×2×0.5=3 J,效率66.7%。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            3. 滑轮组绳端移动距离由支持动滑轮的有效绳段数决定,而非数所有画出的绳线或定滑轮个数。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            把绳端位移当物体位移,漏掉支持绳段倍数。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            错误写法 η = m·g·h/(F·h)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            两绳支持时绳端移2h,输入为F乘2h,不能用Fh;样例甲漏倍数会算出大于一的效率,违背功的账目。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            实测记录情境「样例甲」:算得η=1.42857142857;参考0.714285714286;有效容差1.42857e-06
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            水平拉动物体也把有用功写成物重乘水平距离。人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            重力与水平位移垂直不做该功;本模型有用功为克服目标摩擦力做功,机械装置高度不变时动滑轮重力也不形成提升功。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            典型例题

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            二绳支持滑轮组提升1 kg物体1 m,拉力7 N,g取10;另水平克服4 N摩擦移0.5 m,绳端拉力3 N且二绳支持。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            1. 竖直有用10 J,总功7×2×1=14 J,效率71.4%。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            2. 水平有用4×0.5=2 J,总功3×2×0.5=3 J,效率66.7%。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            答案竖直约71.4%,水平约66.7%。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            机械效率(竖直与水平拉动)条件与边界实验与证据
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            前置:machine-04 | 后续:machine-03
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            jmdl-08

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            不规则容器与地面压强

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            难度:基础范围:初中校验 10/10

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            不规则容器与地面压强:方法与边界

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            在水平地面静止、无其他竖直外力时,容器对地面压力等于容器及液体总重。实际接触面积可能是几个支脚面积之和,并不等于容器内部底面积。液体压强乘内部底面积给出液体对底的压力,但形状不规则时侧壁也有竖直力,底部液体压力未必等于液体重量。切割、倾倒或加支脚后,应重新算保留质量和接触面积,不能直接套均匀直柱体的高度快捷式。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            定义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            容器对地面的平均压强由容器和所装物质总重除实际受力面积得到。液体对容器底的压强由液深和液体密度决定,两种压强的对象与面积不同。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            物理意义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            在水平地面静止、无其他竖直外力时,容器对地面压力等于容器及液体总重。实际接触面积可能是几个支脚面积之和,并不等于容器内部底面积。液体压强乘内部底面积给出液体对底的压力,但形状不规则时侧壁也有竖直力,底部液体压力未必等于液体重量。切割、倾倒或加支脚后,应重新算保留质量和接触面积,不能直接套均匀直柱体的高度快捷式。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            符号含义单位
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            F总地面压力N
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            p地面平均压强Pa
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            mc容器质量kg
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            ml液体质量kg
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            g重力加速度m/s²
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            S支脚总接触面积m²
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            A容器内部底面积m²
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            F0独立测力台示值N

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            公式与校验

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            静止总地面压力容器与液体共同静止在水平地面,无其他竖直外力;mc、ml分别为容器和液体质量。5/5 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            F=(mc+ml)g
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            查看校验用原式F = (mc+ml)*g
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            校验记录(5 项)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              实际接触面积求压强F为垂直接触面的总压力,S>0为实际接触面积,不用容器内液体面积替代。5/5 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              p=FS
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              查看校验用原式p = F/S
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              校验记录(5 项)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                推导要点

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                1. 总重为1.2×10=12 N。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                2. 支脚面积为8×10⁻⁴ m²,压强12/(8×10⁻⁴)=15000 Pa。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                3. 在水平地面静止、无其他竖直外力时,容器对地面压力等于容器及液体总重。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                把容器内部底面积当成支脚实际接触面积。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                错误写法 p = F/A
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                压力作用于支脚接触地面的8 cm²,不是内部100 cm²;误用后者会得到1200 Pa而不是15000 Pa。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                实测记录情境「容器甲」:算得p=1200;参考15000;有效容差0.015
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                液体底部压力在任何形状容器里都等于液体重量。人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                不规则侧壁可对液体施加竖直分力,底部压力还须结合侧壁作用;地面承载总重与液体内部底部压力不可互换。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                典型例题

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                容器质量0.2 kg、液体1.0 kg,支脚总面积8 cm²,内部底面积100 cm²,g取10,求地面平均压强。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                1. 总重为1.2×10=12 N。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                2. 支脚面积为8×10⁻⁴ m²,压强12/(8×10⁻⁴)=15000 Pa。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                答案地面平均压强15000 Pa。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                不规则容器与地面压强条件与边界实验与证据
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                前置:pressure-01、jmdl-01 | 后续:pressure-02
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                jmdl-09

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                温度图像与物态变化

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                难度:基础范围:初中校验 10/10

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                温度图像与物态变化:方法与边界

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                先读横纵轴量、单位和比例,再分段判断升温、降温和平台。纯晶体在一定压强下熔化吸热、凝固放热且温度可保持不变;非晶体没有同样明确的熔点平台。沸腾平台还受气压、液体纯度影响。设计图中20到60 ℃后出现60 ℃平台,只用于读图,不把它说成某种已测材料。电热输入能量不全等于样品吸热,须计热损失;升温热量公式不能用于平台期间的相变热量。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                设计数据:升温后进入熔化平台0123402040608060时间 / min温度 / ℃
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                先读温度纵坐标,再读平台斜率;平台温度60 ℃而不是3 ℃。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                定义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                温度随时间图像的纵坐标表示温度,斜率表示单位时间温度变化。晶体熔化或凝固的恒温平台表示物态变化,不能由温度不变就断言没有热传递。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                物理意义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                先读横纵轴量、单位和比例,再分段判断升温、降温和平台。纯晶体在一定压强下熔化吸热、凝固放热且温度可保持不变;非晶体没有同样明确的熔点平台。沸腾平台还受气压、液体纯度影响。设计图中20到60 ℃后出现60 ℃平台,只用于读图,不把它说成某种已测材料。电热输入能量不全等于样品吸热,须计热损失;升温热量公式不能用于平台期间的相变热量。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                符号含义单位
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                dT温度变化K
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                T1阶段起始绝对温度K
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                T2阶段末绝对温度K
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                E电热器输入能量J
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                P输入功率W
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                t1阶段起始时刻s
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                t2阶段末时刻s
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                m样品质量kg
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                c该段比热容J/kg/K
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                E损该段向环境散失能量J

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                公式与校验

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                温度纵坐标之差T1、T2是同一加热过程的两次温度读数,单位一致;温差为末读数减初读数。6/6 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                dT=T2−T1
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                查看校验用原式dT = T2-T1
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                校验记录(6 项)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  电热输入能量t2>t1且电热器功率P在此段恒定;E为输入电能,不默认全部被样品吸收。4/4 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  E=P(t2−t1)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  查看校验用原式E = P*(t2-t1)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  校验记录(4 项)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    推导要点

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    1. 温差分别为40 ℃和0 ℃,不能把时间坐标当温度。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    2. 每段均120 s,输入10×120=1200 J;平台输入不表示温度上升。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    3. 先读横纵轴量、单位和比例,再分段判断升温、降温和平台。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    求温差时把起始和末温度相加。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    错误写法 dT = T2+T1
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    温差取末减初,不是绝对温度之和;293.15 K到333.15 K为40 K,平台期间两个相同温度相减为零。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    实测记录情境「升温段」:算得dT=626.3;参考40;有效容差0.0006263
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    平台期间温度不变,所以没有吸热或放热。人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    物态变化可在温度不变时改变内能;熔化吸热、凝固放热,图像只给温度,不能单靠斜率判定热量为零。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    典型例题

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    10 W电热器使设计样品在前2 min从20 ℃到60 ℃,随后2 min温度保持60 ℃,求两段温差和输入能量。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    1. 温差分别为40 ℃和0 ℃,不能把时间坐标当温度。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    2. 每段均120 s,输入10×120=1200 J;平台输入不表示温度上升。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    答案两段温差40 ℃、0 ℃;各输入1200 J。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    温度图像与物态变化条件与边界实验与证据
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    前置:state-03 | 后续:energy-02
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    jmdl-10

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    杠杆最小动力与最大力臂

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    难度:基础范围:初中校验 10/10

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    杠杆最小动力与最大力臂:方法与边界

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    先画支点和两力作用线,再从支点作垂线,不能把支点到作用点的距离直接当任意方向的力臂。在固定作用点距离下,垂直施力的力臂最大,所需动力最小;斜拉时垂直距离变小,所需动力增大。动力沿连线施加时力臂为零,不能平衡非零阻力矩。这里忽略杠杆自重,或已将其并入阻力矩;若改变支点、作用点或其他力,最小力条件须重新判断。正弦表达式只作为几何拓展校验。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    定义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    固定支点、动力作用点与阻力矩时,要使动力最小,应让动力方向垂直于支点到动力作用点的连线,使动力臂达到最大。力臂是支点到力作用线的垂直距离。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    物理意义

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    先画支点和两力作用线,再从支点作垂线,不能把支点到作用点的距离直接当任意方向的力臂。在固定作用点距离下,垂直施力的力臂最大,所需动力最小;斜拉时垂直距离变小,所需动力增大。动力沿连线施加时力臂为零,不能平衡非零阻力矩。这里忽略杠杆自重,或已将其并入阻力矩;若改变支点、作用点或其他力,最小力条件须重新判断。正弦表达式只作为几何拓展校验。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    符号含义单位
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    F平衡动力N
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    G阻力N
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    l2阻力臂m
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    L支点到动力作用点距离m
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    θ动力与连线夹角rad
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    M动力矩N·m

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    公式与校验

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    力矩平衡求动力杠杆静止,动力作用点到支点距离L,θ为动力与该连线夹角且sin(θ)>0;l2为阻力的垂直力臂。6/6 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    F=G⋅l2L⋅sin⁡(θ)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    查看校验用原式F = G*l2/(L*sin(theta))
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    校验记录(6 项)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      动力矩F为动力大小,L为支点到动力作用点距离,θ为两者夹角;计算力矩大小,不替代正负方向判断。4/4 校验通过
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      M=F⋅L⋅sin⁡(θ)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      查看校验用原式M = F*L*sin(theta)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      校验记录(4 项)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        推导要点

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        1. 所需平衡力矩为10×0.2=2 N·m。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        2. 垂直力臂0.4 m需5 N;斜拉力臂0.2 m需10 N。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        3. 先画支点和两力作用线,再从支点作垂线,不能把支点到作用点的距离直接当任意方向的力臂。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        常见错误与实测结果

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        斜拉时直接用支点到作用点距离作为动力臂。已实测 · 数值代入 抓住
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        错误写法 F = G·l2/L
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        三十度斜拉的力臂是0.4 m的一半,误用全长会低估动力为5 N;正确动力10 N,垂直拉才只需5 N。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        实测记录情境「斜拉三十度」:算得F=5;参考10;有效容差1e-05
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        力臂就是杠杆长度,或者沿杆拉也能提供同样力矩。人工审核
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        力臂由支点与力作用线决定;沿支点到作用点连线施力时力臂为零,无法平衡非零阻力矩。最小动力必须在固定几何和阻力条件下比较。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        实测记录已明确标注为概念性错误,不在自动检查的射程内,需人工审核

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        典型例题

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        忽略自重的杠杆平衡,阻力10 N、阻力臂0.2 m,动力作用点距支点0.4 m,比较动力垂直于支点—作用点连线与夹角30°两种情况下的动力大小。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        1. 所需平衡力矩为10×0.2=2 N·m。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        2. 垂直力臂0.4 m需5 N;斜拉力臂0.2 m需10 N。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        答案垂直施力需5 N;与支点—作用点连线夹角30°时需10 N;作用点固定时垂直施力最省力。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        杠杆最小动力与最大力臂条件与边界实验与证据
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        前置:machine-01 | 后续:machine-04

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        全部公式一览

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        按章节与知识点排列。这里只列公式本身与适用条件;推导要点、例题、常见错误在「按知识点」视图里。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        引言 · 第一章 声现象

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        声音的产生、传播与声速sound-01
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        回声与声呐测距sound-02
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        音调、响度、音色与听觉范围sound-03

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        光现象

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        光的色彩light-04
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        光的直线传播light-01
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        平面镜light-02
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        光的反射light-03

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        光的折射 透镜

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        光的折射lens-03
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        透镜lens-02
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        凸透镜成像的规律lens-01
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        透镜的应用lens-04
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        人眼看不见的光lens-05

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        物态变化

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        物质的三态 温度的测量state-01
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        汽化和液化state-02
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        熔化和凝固state-03
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        升华和凝华state-04
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        水循环state-05

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        物体的运动

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        长度与时间的测量motion-03
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        速度motion-01
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        直线运动motion-02
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        运动的相对性motion-04

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        物质的物理属性

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        质量及其测量prop-03
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        密度prop-01
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        密度知识的应用与物质的物理属性prop-02

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        力

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        力 弹力force-03
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        重力 力的示意图force-01
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        摩擦力force-04
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        力的作用是相互的force-02

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        力与运动

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        二力平衡fmotion-01
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        牛顿第一定律fmotion-02
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        力与运动的关系fmotion-03

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        压强和浮力

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        压强pressure-01
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        液体的压强pressure-02
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        气体的压强pressure-03
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        浮力pressure-04
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        物体的浮与沉pressure-05

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        从粒子到宇宙

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        走进分子世界particle-01
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        静电现象particle-03
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        探索更小的微粒particle-04
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        日心说与太阳系particle-05
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        宇宙探秘particle-02

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        简单机械和功

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        杠杆machine-01
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        滑轮machine-04
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        功machine-02
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        功率machine-05
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        机械效率machine-03

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        机械能和内能

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        机械能energy-01
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        内能 热传递energy-03
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        物质的比热容energy-02
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        机械能与内能的相互转化energy-04

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        简单电路

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        初识家用电器和电路 · 电路连接方式circuit-03
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        电流和电流表circuit-01
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        电压和电压表circuit-04
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        串、并联电路的特点circuit-02

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        欧姆定律

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        电阻ohm-01
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        变阻器ohm-03
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        欧姆定律ohm-04
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        欧姆定律的应用ohm-02

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        电功和电热

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        电能表与电功power-01
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        电功率power-02
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        电热器 电流的热效应power-03
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        家庭电路与安全用电power-04

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        电和磁

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        磁体、磁场与电流的磁场magnet-01
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        磁场对电流的作用与电动机magnet-03
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        安装直流电动机模型magnet-04
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        电磁感应与发电机magnet-02

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        电磁波与现代通信

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        信息与信息传播emwave-03
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        电磁波的波速、频率和波长emwave-01
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        电磁波传播与通信时延emwave-02

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        能源与可持续发展

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        能源利用与社会发展中的耗电估算sustain-01
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        核能sustain-03
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        太阳能sustain-04
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        能量转化的基本规律sustain-02
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        能源与可持续发展sustain-05

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        测量工具与数据处理

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        刻度尺的使用与估读tool-01
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        游标卡尺的读数tool-02
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        螺旋测微器的读数tool-03
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        弹簧测力计的使用tool-04
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        托盘天平的使用与密度测量tool-05
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        量筒与液体体积读数tool-06
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        有效数字与测量误差tool-07

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        实验专题:必做项目与教材补充

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        用刻度尺测量长度jexp-01
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        用表测量时间jexp-02
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        测量物体运动的速度jexp-03
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        用天平测量固体和液体的质量jexp-04
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        测量固体和液体的密度jexp-05
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        探究水沸腾前后温度变化的特点jexp-06
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        探究晶体熔化前后温度变化的特点jexp-07
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        探究水凝固的特点jexp-08
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        用电流表测电流jexp-09
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        用电压表测电压jexp-10
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        用电流表探究串并联电路电流的特点jexp-11
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        用电压表探究串并联电路电压的特点jexp-12
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        探究影响导体电阻大小的因素jexp-13
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        用滑动变阻器改变小灯泡亮度jexp-14
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        伏安法测电阻jexp-15
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        探究电流与电压、电阻的关系(欧姆定律)jexp-16
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        测量小灯泡的电功率jexp-17
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        探究通电螺线管外部磁场的方向jexp-18
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件jexp-19
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        探究光的反射定律jexp-20
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        探究平面镜成像的特点jexp-21
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        探究凸透镜成像的规律jexp-22

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        初中常见模型与题型

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        柱体压强的切割与叠加jmdl-01
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        浮力三态(漂浮、悬浮、沉底)jmdl-02
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        液面升降与排液体积jmdl-03
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        动态电路与安全调节范围jmdl-04
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        电路故障(断路与短路)jmdl-05
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        多挡电热器的功率比较jmdl-06
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        机械效率(竖直与水平拉动)jmdl-07
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        不规则容器与地面压强jmdl-08
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        温度图像与物态变化jmdl-09
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        杠杆最小动力与最大力臂jmdl-10

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        全部符号一览

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        同一字母打头的符号放在一起,方便对照——例如 v、v₀、v̄ 会排在同一块里。最右列标注它出自哪个知识点。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        A2 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        a1 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        α1 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        c12 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        D4 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        d11 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        D01 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        d11 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        d21 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        dh1 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        dT7 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        dv1 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        E17 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        Ee1 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        EJ1 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        Ek1 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        Em1 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        Ep1 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        η4 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        η21 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        F20 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        f6 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        F01 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        F12 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        F22 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        Fb2 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        Fh1 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        G4 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        g4 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        Gd1 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        h9 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        h01 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        h11 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        h22 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        I13 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        i1 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        I12 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        I24 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        Ic1 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        It3 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        k1 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        L7 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        l1 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        L11 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        l11 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        L21 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        l22 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        L31 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        λ2 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        M2 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        m20 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        m11 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        m21 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        mc2 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        mg1 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        ml1 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        my1 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        N7 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        n8 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        P14 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        p5 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        P11 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        P21 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        Q11 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        q1 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        R7 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        r2 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        R14 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        R24 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        Rc1 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        ρ6 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        ρ21 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        Rk1 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        Rp1 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        Rs2 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        Rv1 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        S7 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        s14 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        S01 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        s11 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        s21 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        T3 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        t27 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        T13 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        t13 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        T23 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        t23 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        Tb2 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        Tf1 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        θ1 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        Tm5 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        U14 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        u2 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        U16 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        U26 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        Uc1 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        Ut3 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        Uv1 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        V12 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        v14 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        V01 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        V12 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        v12 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        V22 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        v22 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        Vd1 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        W9 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        We3 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        x3 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        x12 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        x22 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        Y1 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        y11 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        y21 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        z1 个符号

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        没有匹配的知识点。换个关键词试试。