安徽省2013年高考物理二轮复习-专题六-第1讲-力学实验.doc

专题六物理实验第1讲力学实验核心整合一、误差和有效数字1误差误差产生原因大小特点减小方法系统误差实验仪器不精确实验原理不完善实验方法粗略总是偏大或偏小更新仪器完善实验原理偶然误差测量、读数不准确可大可小画图象或取平均值2有效数字（1）定义：带有一位不可靠数字的近似数字。有效数字的最后一位是测量者估读出来的，是误差的来源。（2）从数字左边第一个不为零的数字算起，如0.012 5为三位有效数字。二、长度的测量1毫米刻度尺的读数精确到毫米，估读一位。2游标卡尺的读数游标尺/mm刻度格数刻度总长度每小格与1毫米差1090.10.1主尺上读的毫米数0.1n20190.050.05主尺上读的毫米数0.05n50490.020.02主尺上读的毫米数0.02n3螺旋测微器的读数测量值固定刻度整毫米数半毫米数可动刻度读数（含估读）0.01 mm。三、实验数据的处理方法1列表法在记录和处理数据时，为了简单而明确地表示出有关物理量之间的对应关系，将数据填写在适当的表格内，称为列表法。列成表格不但可以减少或避免错误，便于发现问题和分析问题，而且有助于找出各物理量之间的变化规律。分析表格中的记录数据时一般先找出相同量，再分析其他量的数据关系。表格要求简单明了，用符号标明各物理量并写明单位，所列数据要符合有效数字的有关规定。2平均值法即把测定的若干组数相加求和，然后除以测量次数。3作图法用作图法处理实验数据是物理实验中最常用的方法之一。用作图法处理数据的优点是直观、简便，有取平均的效果。由图线的斜率、截距、包围面积等可以研究物理量之间的变化关系，找出规律。热点例析热点一游标卡尺和螺旋测微器的读数【例1】如图甲所示游标卡尺读数为_cm，图乙中螺旋测微器读数为_mm。解题指导：分析游标卡尺的精确度，观察螺旋测微器的半毫米刻线是否露出，再利用读数公式分别读数。规律总结游标卡尺读数技巧（1）读数时应以毫米为单位，读出后再进行单位换算。（2）主尺上的读数，应以游标尺零刻度左端主尺上的刻度为准。（3）20分度的游标卡尺，其读数要精确到0.05 mm，读数的最后一位数字为“0”或“5”。50分度的游标卡尺，其读数要精确到0.02 mm，读数的最后一位数字为“0”“2”“4”“6”或“8”。热点二与打点计时器和纸带相关的力学实验【例2】（2012广东潮州期末）用自由落体法进行“验证机械能守恒定律”的实验（1）实验完毕后选出一条纸带如图所示，其中O点为电磁打点计时器打下的第一个点，A、B、C为三个计数点，打点计时器通以50 Hz的交流电。用刻度尺测得OA12.41 cm，OB18.60 cm，OC27.21 cm，在计数点A和B、B和C之间还各有一个点，重物的质量为1.00 kg，取g9.80 m/s2。甲同学根据以上数据算出：当打点计时器打到B点时重物的重力势能比开始下落时减少了_J；此时重物的动能比开始下落时增加了_J。（结果均保留三位有效数字）实验中产生系统误差的原因是_。（2）乙同学利用他自己实验时打出的纸带，测量出了各计数点到打点计时器打下的第一个点的距离h，算出了各计数点对应的速度v，以h为横轴，以v2为纵轴画出了如图的图线。图线未过原点O的原因是_。规律点拨（1）打点计时器的正确使用先接通电源，再释放纸带；电磁打点计时器工作电压为低压交流46 V；电火花计时器工作电压为交流220 V。（2）纸带的选取：一般实验在点迹清晰、无漏点的纸带中选取有足够多点的一段作为实验纸带，在“验证机械能守恒定律”实验中还要求纸带包含第一、二点，并且第一、二两点距离接近2.0 mm。（3）根据纸带上点的密集程度选取计数点。打点计时器每打n个点取一个计数点，则计数点时间间隔为n个打点时间间隔，即T0.02n s。一般取n5，此时T0.1 s。（4）测量计数点间距离。为了测量、计算的方便和减小偶然误差，测量距离时不要分段测量，尽可能一次测量完毕，即测量计数起点到其他各计数点的距离。如图所示，则由图可得：xx1，xx2x1，xx3x2，xx4x3，xx5x4，xx6x5。（5）判断物体运动的性质若x、x、x、x、x、x基本相等，则可判定物体在实验误差允许的范围内做匀速直线运动。设x1xx，x2xx，x3xx，x4xx，x5xx。若x1、x2、x3、x4、x5基本相等，则可判定物体在实验误差允许的范围内做匀变速直线运动。（6）测定第n点的瞬时速度，物体做匀变速直线运动时，在某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，即测出第n点相邻的前、后两段相等时间T内的距离，由平均速度公式即可求得。如图中第4点的瞬时速度为：v4。举一反三1（2012安徽理综）图1为“验证牛顿第二定律”的实验装置示意图。砂和砂桶的总质量为m，小车和砝码的总质量为M。实验中用砂和砂桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小。图1（1）实验中，为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，先调节长木板一端滑轮的高度，使细线与长木板平行。接下来还需要进行的一项操作是（）。A将长木板水平放置，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，给打点计时器通电，调节m的大小，使小车在砂和砂桶的牵引下运动，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动B将长木板的一端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，撤去砂和砂桶，给打点计时器通电，轻推小车，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动C将长木板的一端垫起适当的高度，撤去纸带以及砂和砂桶，轻推小车，观察判断小车是否做匀速运动（2）实验中要进行质量m和M的选取，以下最合理的一组是（）。AM200 g，m10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 gBM200 g，m20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 gCM400 g，m10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 gDM400 g，m20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g（3）图2是实验中得到的一条纸带，A、B、C、D、E、F、G为7个相邻的计数点，相邻的两个计数点之间还有四个点未画出。量出相邻的计数点之间的距离分别为：sAB4.22 cm、sBC4.65 cm、sCD5.08 cm、sDE5.49 cm、sEF5.91 cm、sFG6.34 cm。已知打点计时器的工作频率为50 Hz，则小车的加速度a_ m/s2（结果保留两位有效数字）。图2热点三用图象处理数据【例3】（2012江苏模拟）某实验小组在实验室做“验证牛顿运动定律”实验：（1）甲同学在物体所受合外力不变时，改变物体的质量，得到数据如下表所示。实验次数物体质量m/kg物体的加速度a/（ms2）物体质量的倒数/kg110.200.785.0020.400.382.5030.600.251.6740.800.201.2551.000.161.00根据表中的数据，在如图所示的坐标中描出相应的实验数据点，并作出a图象。由a图象，你得出的结论为_。物体受到的合力大约为_。（结果保留两位有效数字）（2）乙同学在保持小车质量不变的情况下，通过多次改变对小车的拉力，由实验数据作出的aF图象如图所示，则该图象中图线不过原点的原因是：_，小车的质量为_kg。（保留两位有效数字）规律点拨图象法是物理实验中广泛应用的处理实验数据的方法，以下为作图的要求：（1）作图一定要用坐标纸，坐标纸的大小要根据有效数字的位数和结果的需要来定；（2）要标明轴名、单位，在轴上每隔一定的间距按有效数字的位数标明数值；（3）图上的连线不一定通过所有的数据点，而应尽量使数据点合理地分布在线的两侧；（4）作图时常通过选取适当的坐标轴使图线线性化，即“变曲为直”；虽然图象法有许多优点，但在图纸上连线时有较大的主观性，另外连线的粗细、图纸的大小、图纸本身的均匀程度等，都对结果的准确性有影响。（5）注意区别横纵坐标轴的物理意义，标度及单位。（6）明确图象的斜率、截距的物理意义。1（2012山东高三五月冲刺）探究力对原来静止的物体做的功与物体获得的速度的关系，实验主要过程如下：（1）设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W、；（2）分析打点计时器打出的纸带，求出小车的速度v1、v2、v3、；（3）作出Wv草图；（4）分析Wv图象。如果Wv图象是一条直线，表明Wv；如果不是直线，可考虑是否存在Wv2 、Wv3、W等关系。以下关于该实验的说法中有一项不正确，它是_。A本实验设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W、所采用的方法是选用同样的橡皮筋，并在每次实验中使橡皮筋拉伸的长度保持一致。当用1条橡皮筋进行实验时，橡皮筋对小车做的功为W，用2条、3条、橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、实验时，橡皮筋对小车做的功分别是2W、3W、B小车运动中会受到阻力，补偿的方法，可以使木板适当倾斜C某同学在一次实验中，得到一条记录纸带。纸带上打出的点，两端密、中间疏。出现这种情况的原因，可能是没有使木板倾斜或倾角太小D根据记录纸带上打出的点，求小车获得的速度的方法，是以纸带上第一点到最后一点的距离来进行计算2（2012合肥一中冲刺）用单摆测定重力加速度的实验中，分别用刻度尺和50分度的游标卡尺测定摆线长度和小球直径，其读数如图甲、乙所示，则摆线长度为_cm，摆球直径为_cm。甲乙物理小组用如图实验装置测量滑块与木板之间的动摩擦因数：一表面粗糙的木板固定在水平桌面上，一端装有定滑轮；木板上有一滑块，其一端与电磁打点计时器的纸带相连，另一端通过跨过定滑轮的细线与托盘相接。打点计时器使用的交流电源的频率为50 Hz。开始实验时，在托盘中放入适量砝码，滑块开始做匀加速运动，在纸带上打出一系列小点。下图给出的是实验中获取的一条纸带的一部分，0,1,2,3,4,5,6,7是计数点，每相邻两计数点间还有4个计时点（图中未标出），计数点间的距离如图所示。根据图中数据计算的加速度a_。（保留三位有效数字）为测量动摩擦因数，下列物理量中还应测量的有_。（填入所选物理量前的字母）A木板的长度LB木板的质量m1C滑块的质量m2D托盘和砝码的总质量m3滑块与木板间的动摩擦因数_（用被测物理量的字母表示，重力加速度为g）。3（2012广东汕头高三二模）如图甲是测量滑块与木板间动摩擦因数的装置，将木板水平固定在桌面上，利用一根压缩的短弹簧来弹开滑块。请完成下列实验操作与分析：甲（1）先接通打点计时器的电源，再释放滑块，滑块被弹开后继续拖动纸带运动一段距离后停下。（2）某次实验打出的纸带后面的一段如图乙，其中B点为滑块停下时在纸带上记录到的点。打点计时器打点周期为T，其他数据已在图中标出，则滑块通过A点的速度v_（用T、x1、x2表示）；再用_测出A、B之间的距离L。乙（3）已知重力加速度为g，则滑块与木板间动摩擦因数_（用g、L、T、x1、x2表示）。由于纸带与计时器存在阻力，测出的动摩擦因数与真实值相比_（选填“一样大”“偏大”或“偏小”）。4（2012江苏单科）为测定木块与桌面之间的动摩擦因数，小亮设计了如图所示的装置进行实验。实验中，当木块A位于水平桌面上的O点时，重物B刚好接触地面。将A拉到P点，待B稳定后静止释放，A最终滑到Q点。分别测量OP、OQ的长度h和s。改变h，重复上述实验，分别记录几组实验数据。（1）实验开始时，发现A释放后会撞到滑轮。请提出两个解决方法。（2）请根据下表的实验数据作出sh关系的图象。h/cm20.030.040.050.060.0s/cm19.528.539.048.056.5（3）实验测得A、B的质量分别为m0.40 kg、M0.50 kg。根据sh图象可计算出A木块与桌面间的动摩擦因数_。（结果保留一位有效数字）（4）实验中，滑轮轴的摩擦会导致的测量结果_（选填“偏大”或“偏小”）。参考答案精要例析聚焦热点热点例析【例1】答案：0.7259.200解析：根据游标卡尺的读数公式知，该读数为：7 mm50.05 mm7.25 mm0.725 cm根据螺旋测微器的读数公式知，该读数为：9 mm20.00.01 mm9.200 mm【例2】答案：（1）1.821.71纸带通过打点计时器受摩擦阻力、空气阻力（2）先释放重物，再接通计时器电源解析：（1）mgh1.009.8018.6102 J1.82 J，vBAC/0.08 m/s1.85 m/s，Ek1.001.852 J1.71 J，纸带通过打点计时器受摩擦阻力、空气阻力。（2）先释放重物，再接通计时器电源（“打下第一个点时重物已经有速度”也对）。【举一反三1】答案：（1）B（2）C（3）0.42解析：（1）操作目的是平衡摩擦力，所以应除去绳子的拉力，并有纸带和运动，处于匀速时，说明恰好平衡。（2）当用砂桶和砂子的重力当做拉小车的力，则应该让砂桶和砂子的质量远小于小车的质量。（3）依据题意，利用sAB、sBC、sCD、sDE、sEF、sFG，采用逐差法求加速度，取平均值，保留两位有效数字。【例3】答案：（1）a图象如图所示在物体受外力不变时，物体的加速度与质量成反比0.15 N至0.16 N之间均对（2）木板倾角过大（或平衡摩擦力太过）1.9至2.1之间均对解析：（1）由牛顿第二定律Fma得，aF，即图线的斜率等于小车所受的合外力，大小为FN0.16 N。（2）由图象可得拉力等于零时，加速度不等于零，故木板倾角过大（或平衡摩擦力太过）；由牛顿第二定律Fma得，aF，即图线的斜率等于小车质量的倒数，小车质量大小为mkg2.0 kg。创新模拟预测演练1D解析：本实验的目的是探究橡皮绳做的功与物体获得速度的关系。这个速度是指橡皮绳做功完毕时的速度，而不是整个过程的平均速度，所以D选项是错误的。2答案：90.202.6420.4950.497 m/s2CD3答案：（2）刻度尺（3）偏大解析：物块从A点开始减速运动说明弹簧已不再对物块做功，通过受力分析可知，只有摩擦力对物块做负功，由动能定理得：mgLAB0mvvA，代入式得，考虑到纸带阻力也在对物块做负功，式修正为（F纸mg）LAB0mv，故测得与真实值相比偏大。4答案：（1）减小B的质量；增加细线的长度（或增大A的质量，降低B的起始高度）（2）如图所示（3）0.4（4）偏大解析：（1）木块到达滑轮处速度不为零才撞到滑轮，可采用的办法是减小重物B的质量，也可增大细线的长度。（2）如答案图所示。（3）设细线拉力为F，对木块A由动能定理可得：（Fmg）hmgs0由牛顿第二定律可得：Fmgma对物块B由牛顿第二定律可得：MgFMa由联立整理得，由答案中sh图得，并将M、m值代入得0.4（4）当滑轮轴的摩擦存在时，相当于增大了木块与桌面间的摩擦力，故计算出动摩擦因数比真实值偏大。- 9 -