2011高考物理实验总复习力学部分 14页

‎2011高考物理实验总复习（力学部分）‎ 一、误差和有效数字 ‎1．误差 测量值与真实值的差异叫做误差。误差可分为系统误差和偶然误差两种。‎ ‎⑴系统误差。特点是：在多次重复同一实验时，误差总是同样地偏大或偏小。‎ ‎⑵偶然误差。特点是：在多次重复同一实验时，总是有时偏大，有时偏小，并且偏大和偏小的机会相同。减小偶然误差的方法，可以多进行几次测量，求出几次测量的数值的平均值（相关物理量间为线性关系时，往往利用图象，用作出拟合直线的方法求平均值）。这个平均值比某一次直接测得的数值更接近于真实值。‎ ‎⑶绝对误差和相对误差。测量值A和真实值A0之差的绝对值|A-A0|叫绝对误差；绝对误差与真实值的比叫相对误差。（或绝对误差与测量值的比叫相对误差）‎ ‎2．有效数字 带有一位不可靠数字的近似数字，叫做有效数字。‎ ‎⑴有效数字是指近似数字而言。‎ ‎⑵只能带有一位不可靠数字（最后一位），不是位数越多越好。‎ 凡是用测量仪器直接测量的结果，读数一般要求在读出仪器最小刻度所在位的数值（可靠数字）后，再向下估读一位（不可靠数字），这里不受有效数字位数的限制。游标卡尺例外，不要求估读。‎ 间接测量的有效数字运算不作要求，运算结果一般可用2~3位有效数字表示。‎ ‎（认真审题，注意“保留2位有效数字”和“保留2位小数”的区别）‎ 二、常用的基本操作 ‎1．长度的测量（游标卡尺和螺旋测微器）‎ ‎⑴．游标卡尺 ‎①10分度的游标卡尺。游标尺上将9mm长度分成10等份，相邻两个刻度间的距离为‎0.9mm，比主尺上相邻两个刻度间距离小‎0.1mm。读数时先从主尺上读出厘米和毫米位的数值，然后用游标读出0.1mm的数值：游标的第“几”条刻线跟主尺上“某”一条刻线对齐，0.1mm位就读“几”（不能读“某”）。读数准确到（精确到）‎0.1mm。‎ ‎0‎ ‎15‎ w ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ ‎7‎ ‎8‎ ‎9‎ ‎0‎ ‎0‎ ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ ‎7‎ ‎8‎ ‎9‎ ‎10‎ ‎②20分度的游标卡尺。游标尺上将‎19mm长度分成20等份，相邻两个刻度间的距离为‎0.95mm，比主尺上相邻两个刻度间距离小‎0.05mm。读数时先从主尺上读出厘米和毫米位的数值，然后用游标读出毫米以下的数值：游标的第“几”条刻线跟主尺上“某”一条刻线对齐，毫米以下的读数就是“几”乘‎0.05mm。读数准确到（精确到）‎0.05mm。‎ ‎③50分度的游标卡尺。游标尺上将49mm长度分成50等份，相邻两个刻度间的距离为‎0.98mm，比主尺上相邻两个刻度间距离小‎0.02mm。这种卡尺的刻度往往是特殊的，读数时先从主尺上读出厘米和毫米位的数值，‎ 游标上的刻度值，就是毫米以下的读数。这种卡尺的读数可以准确到（精确到）‎0.02mm。‎ 游标卡尺是根据刻线对齐来读数的， 所以都不再往下一位估读。‎ 主要构造的名称：主尺、游标尺、外测量爪、内测量爪、深度尺、紧固螺钉。‎ ‎⑵．螺旋测微器 ‎0‎ ‎10 15‎ ‎① ②‎ ‎③ ④‎ ‎⑤‎ ‎⑥‎ ‎⑦‎ 固定刻度上的最小刻度为‎0.5mm；可动刻度每旋转一圈，测微螺杆前进（或后退）‎0.5mm。在可动刻度的一周上平均刻有50条刻线，所以相邻两条刻线间代表‎0.01mm。读数时，从固定刻度上读取整、半毫米数，然后从可动刻度上读取剩余部分（在最小刻度后必须再估读一位），再把两部分读数相加，得测量值。‎ 要知道主要构造的名称：图中的①-⑦依次是：测砧、测微螺杆、固定刻度、可动刻度、旋钮、微调旋钮和尺架。‎ ‎0 10 20‎ cm ‎6 7 8‎ ‎0 5 10‎ ‎3 ‎‎4 cm 例1．读出下列游标卡尺测量的读数。‎ ‎⑴ ⑵‎ ‎0 1 2 3 4 5 6‎ ‎01234567890‎ cm ‎⑶‎ 解：⑴‎2.98cm ⑵‎6.170cm ⑶‎‎1.052cm 例2．读出下列螺旋测微器测量的读数。‎ ‎0 5 10‎ ‎25 ‎ ‎30 ‎ ‎0‎ ‎15‎ ‎10‎ ‎⑴ ⑵‎ 解：⑴‎0.641mm ⑵‎‎10.294mm ‎57‎ ‎55‎ ‎53‎ ‎51‎ ‎49‎ ‎47‎ ‎45‎ ‎43‎ ‎41‎ ‎39‎ ‎35‎ ‎33‎ ‎37‎ ‎28‎ ‎59‎ ‎31‎ ‎0‎ ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ ‎7‎ ‎8‎ ‎9‎ ‎10‎ ‎11‎ ‎12‎ ‎13‎ ‎14‎ ‎26‎ ‎24‎ ‎22‎ ‎20‎ ‎18‎ ‎16‎ ‎14‎ ‎12‎ ‎10‎ ‎8‎ ‎6‎ ‎4‎ ‎2‎ ‎0‎ ‎2．时间的测量 ‎⑴打点计时器 分电磁打点计时器和火花打点计时器，都使用频率为50Hz的交变电源，打点周期均为0.02s。（前者6V以下，后者220V）‎ ‎⑵秒表（见右图）‎ 小圆内的短针是分针，最小刻度是0.5分；大圆内的长针是秒针，最小刻度是0.1s。秒针每0.1s跳一格，不会停留在两个刻度之间，因此秒表读数只读到0.1s，不往下估读。秒针走一周是30s，相应的时间内分针走1格，表示0.5分。大圆周的刻度分2类：小于30的刻度表示在每分钟的前半分钟内的秒数；大于30的刻度表示在每分钟的后半分钟内的秒数。‎ 读数时，从小圆周刻度读出分钟数（同时判定是在前半分钟还是在后半分钟），从大圆周刻度读出秒数，只要求读到0.1s。（右图读1分50.5秒）‎ ‎3．各种传感器的应用 力的传感器、位移传感器、速度传感器、光电计时器等。通过这些传感器直接得到测量值，或将传感器与计算机连接，直接描绘出被测物理量的变化曲线。‎ 例3．测量物块沿斜面下滑通过B点时的瞬时速度。方法可在B点处放置一光电门，用光电计时器记录滑块通过光电门过程挡光的时间t；用游标卡尺测量滑块的挡光长度d。求滑块通过B点的瞬时速度v。‎ A B d 解：在挡光长度d不太大，挡光时间t非常短的情况下，可以认为该段时间的平均速度就是瞬时速度，因此v=。‎ ‎4．平衡摩擦力 力学实验中经常会利用物块（或小车）沿水平长木板滑行的情景，而且希望物块和木板间没有摩擦，但实际上物块与木板间不可能是绝对光滑的。为了消除摩擦力带来的系统误差，需要在开始实验前平衡摩擦力。方法是将原来水平放置的木板的一端适当抬高，将物块放在木板上，稍加推动后，如果物块能自动保持匀速下滑，表明它受到的重力的下滑分力恰好与滑动摩擦力大小相等。‎ 纸带 橡皮筋 打点计时器 例4．探究橡皮筋对原来静止的小车做的功与物体获得的速度的关系，实验装置如图所示。由于小车运动中会受到阻力，补偿的方法，可以使木板适当倾斜。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_________________。‎ 解：如果已经平衡了摩擦力，那么小车在斜面上运动受到的合力就是橡皮筋的弹力。小车离开橡皮筋前弹力对小车做正功，小车速度将增大；小车离开橡皮筋后，应做匀速运动。现在纸带上打出的点，出现两端密、中间疏的情况，表明实验前没有做到平衡摩擦力，或者平衡摩擦力不足。也就是说，实验前没有使木板倾斜或倾角太小。‎ 三、考试说明规定的实验 ‎1．研究匀变速直线运动 s1‎ s2‎ s3‎ O A B C ‎①纸带处理。从打点计时器打下的多条纸带中选点迹清楚的一条，舍掉开始比较密集的点迹，从便于测量的地方取一个开始点O，一般每5个点取一个计数点A、B、C、…（或者说每隔4个点取一个记数点），相邻记数点间的时间间隔是T=0.1s，便于计算。测出相邻计数点间的距离s1、s2、s3 …‎ ‎②判定匀变速直线运动。利用s1、s2、s3 …计算相邻相等时间内的位移差s2-s1、s3- s2、s4- s3…，如果它们在允许的误差范围内相等，则可以判定被测物体的运动是匀变速直线运动。‎ ‎③利用纸带可以求被测物体在任一计数点对应时刻的瞬时速度v：如　‎ ‎0.1 0.2 0.3 0.4 0.5‎ t/s v/(ms-1)‎ O ‎1.4‎ ‎1.2‎ ‎1.0‎ ‎0.8‎ ‎0.6‎ ‎0.4‎ ‎0.2‎ ‎④利用纸带求被测物体的加速度a。具体有3种常用方法：‎ ⒜“逐差法”：从纸带上得到6个相邻相等时间内的位移，则。‎ ‎ ⒝利用任意两段相邻记数点间的位移求a：如。‎ ‎ ⒞利用v-t图象的斜率求a（见右图，a=‎1.8m/s2）。‎ O A B C D E F ‎5.12 7.10 9.11 11.10 13.12 15.11 单位：cm 例5．在做“研究匀变速直线运动”实验时，从打下的纸带中选出了如图所示的一条（每两点间还有4个点没有画出来），图中上部的数字为相邻两个计数点间的距离。打点计时器的电源频率为50Hz。‎ 由这些已知数据计算：①该匀变速直线运动的加速度a=_____m/s2。②纸带上D点相对应的瞬时速度v=_____ m/s。（答案均要求保留3位有效数字）‎ 解：①‎2.00m/s2（用逐差法或图象法求。）②‎1.21m/s ‎2．探究弹力和弹簧伸长的关系 例6．探究弹力和弹簧伸长的关系，并测弹簧的劲度系数k。先将待测弹簧的一端固定在铁架台上，然后将最小刻度是毫米的刻度尺竖直放在弹簧一侧，并使弹簧另一端的指针恰好落在刻度尺上。当弹簧自然下垂时，指针指示的刻度值记作L0；弹簧下端挂一个‎50g的砝码时，指针指示的刻度数值记作L1；弹簧下端挂两个‎50g砝码时，指针指示的刻度数值记作L2；……；挂七个‎50g砝码时，指针指示的刻度数值记作L7。‎ ‎①下表记录的是已测出的6个值，其中有两个数值在记录时有误，它们的代表符号是____和_____。‎ 测量记录表：‎ 代表符号 L0‎ L1‎ L2‎ L3‎ L4‎ L5‎ L6‎ L7‎ 刻度数值/cm ‎1.70‎ ‎3.40‎ ‎5.10‎ ‎8.60‎ ‎10.3‎ ‎12.1‎ ‎7‎ ‎14‎ ‎②实验中，L3和L7两个值还没有测定，请你根据右图将这两个测量值填入记录表中。‎ ‎③该同学将所测得的数值按如下方法逐一求差，分别计算出了三个差值：d1=L4-L0=‎6.90cm，d2=L5-L1=‎6.90cm，d3=L6-L2=‎7.00cm。请你给出第四个差值：d4=______=_______cm。‎ ‎④根据以上差值，求出每增加‎50g砝码的弹簧平均伸长量ΔL。ΔL用d1、d2、d3、d4表示的式子为：ΔL=_____。代入数据解得ΔL=_____ cm。‎ ‎⑤计算弹簧的劲度系数k=___________N/m。（g取‎9.8m/s2）‎ 解：①长度测量应读到0.01cm，因此L5、L6有误。②6.85，14.05 ③L7-L3，7.20 ④ （逐差法），1.75 ⑤28‎ A O B a b c ‎3．验证力的平行四边形定则 ‎⑴原理是两只弹簧秤成角度拉橡皮条和一只弹簧秤拉橡皮条的效果相同，效果是指橡皮条的形变量（大小和方向）相同。‎ ‎⑵在画力的图示时，必须有箭头、标度、刻度。‎ ‎⑶实验往往有一定的偶然误差，只要用平行四边形定则求得的合力F和一只弹簧秤的拉力F´ 的图示大小、方向在误差允许的范围内相同就可以了。‎ A B O 例7．某同学尝试用三条相同的橡皮筋（遵循胡克定律）和若干小重物，以及刻度尺、三角板、铅笔、细绳、白纸、钉子，验证平行四边形定。他设计了如下实验：将两条橡皮筋的一端分别挂在墙上的两个钉子A、B上，另一端与第三条橡皮筋连接，结点为O，将第三条橡皮筋的另一端通过细绳挂一重物。为完成实验，下述操作中必需的是 。‎ a．测量细绳的长度 b．测量橡皮筋的原长 c．测量悬挂重物后橡皮筋的长度 d．记录悬挂重物后结点O的位置 钉子位置固定，欲利用现有器材，改变条件再次验证，可采用的方法是 。‎ 解：要测量三条橡皮筋的弹力大小之比和三条橡皮筋弹力的方向，因此必须有bcd。钉子位置固定，改变条件再次验证，只需换用不同的小重物。‎ 砝码 砝码盘 小车 打点计时器 ‎4．验证牛顿第二定律 ‎⑴研究对象是小车（含小车上的砝码）‎ ‎⑵只有小车的总质量m远大于砝码和砝码盘的总质量m´时，才能认为细线对小车的拉力大小F等于砝码和砝码盘的总重量m´g。‎ ‎⑶实验前必须平衡摩擦力。平衡摩擦力时小车前面不能和砝码盘相连，但小车后必须带上纸带。‎ ‎⑷为研究a、m、F三者的关系，要采用控制变量法。‎ 先保持小车总质量m不变，改变砝码盘内的砝码，即改变F多做几次实验，由纸带算出和每个F对应的a，作出a-F图象，若是过原点的直线则证明a∝F；‎ 再保持砝码和砝码盘的总质量不变，即F不变，改变m多做几次实验，由纸带算出和每个m对应的a，作出图象，若是过原点的直线则证明。‎ 位移传感器 ‎（发射器）‎ 位移传感器 ‎（接收器）‎ 轨道 小车 钩码 例8．如图为用DIS（位移传感器、数据采集器、计算机）研究加速度和力的关系的实验装置。实验前已平衡摩擦力。‎ ‎⑴采用控制变量法，应保持_______不变，用钩码所受的重力作为________，用DIS测小车的加速度。‎ a/(m•s-2)‎ F/N O A B ‎⑵改变所挂钩码的数量，多次重复测量。根据测得的多组数据可画出a-F关系图线（如图所示）。分析此图线的OA段可得出的实验结论是______________。此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是（单项选择）‎ A.小车与轨道之间存在摩擦www.ks5u.com B.导轨保持了水平状态 C.所挂钩码的总质量太大www.ks5u.com D.所用小车的质量太大 解：⑴为探究a、F间的关系，应保持小车的总质量m不变，由于已平衡摩擦力，在钩码质量m远小于小车总质量M的情况下，可以用钩码所受的重力作为小车所受外力。⑵OA段是线性关系，表面在质量不变的条件下，加速度与外力成正比；AB段对应的外力太大，即钩码总质量太大，不再满足 m<