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倒數(shù)第5天　物理實驗 考點要求重溫 1.要求會正確使用的儀器主要有：刻度尺、游標卡尺、螺旋測微器、天平、秒表、電火花計時器或電磁打點計時器、彈簧測力計、電流表、電壓表、多用電表、滑動變阻器、電阻箱等. 2.要求認識誤差問題在實驗中的重要性，了解誤差的概念，知道系統(tǒng)誤差和偶然誤差；知道用多次測量求平均值的方法減小偶然誤差；能在某些實驗中分析誤差的主要來源；不要求計算誤差. 3.要求知道有效數(shù)字的概念，會用有效數(shù)字表達直接測量的結(jié)果，間接測量的有效數(shù)字運算不作要求. 1　力學實驗 要點方法回顧 1.游標卡尺和螺旋測微器的讀數(shù) (1)游標卡尺 測量大于1 mm的長度時，整的毫米數(shù)從主尺上讀出，毫米以下的部分從游標尺上讀出，即讀數(shù)＝主尺讀數(shù)＋游標尺讀數(shù)，其中“游標尺讀數(shù)”就是與主尺某刻度線對齊的游標刻度的序數(shù)乘以精確度.注意游標卡尺不估讀. (2)螺旋測微器 圖1 螺旋測微器又叫千分尺，“千分”就是千分之一毫米，即0.001 mm.螺旋測微器的讀數(shù)應(yīng)是0.5 mm以上的部分從固定刻度上讀，并且要看其“半 mm”刻度線是否露出；0.5 mm以下的部分從可動刻度上讀，要估讀一位，再把兩部分讀數(shù)相加即得測量值.如圖1所示的讀數(shù)應(yīng)該是6.700 mm. 2.研究勻變速直線運動 (1)紙帶處理.從打點計時器重復打下的多條紙帶中選點跡清楚的一條，舍掉開始比較密集的點跡，從便于測量的地方取一個起始點O，然后每5個點取一個計數(shù)點A、B、C、…(或者說每隔4個點取一個計數(shù)點)，這樣做的好處是相鄰計數(shù)點間的時間間隔T＝0.1 s，便于計算.如圖2所示，測出相鄰計數(shù)點間的距離x1、x2、x3、… 圖2 (2)利用x1、x2、x3、…可以計算相鄰相等時間內(nèi)的位移差x2－x1、x3－x2、x4－x3、…，如果它們在允許的誤差范圍內(nèi)相等，則可以判定被測物體的運動是勻變速直線運動. (3)利用紙帶可以求被測物體在任一計數(shù)點對應(yīng)時刻的瞬時速度v.如vB＝. (4)利用紙帶求被測物體的加速度a.具體來說又有兩種方法： ①“逐差法”：從紙帶上得到6個相鄰相等時間內(nèi)的位移，則a＝. ②利用v－t 圖象求a：求出A、B、C、D、E、F各點的瞬時速度，畫出如圖3所示的v－t圖線，圖線的斜率就等于加速度a. 圖3 (5)注意事項 ①細繩盡可能與木板平行，以確保細繩對小車的拉力不變； ②開始釋放小車時，小車應(yīng)盡量靠近打點計時器； ③小車的加速度應(yīng)適當大一些，以能在紙帶長約50 cm的范圍內(nèi)清楚地取7～8個計數(shù)點為宜； ④正確區(qū)別打點計時器打出的點與人為選取的計數(shù)點(一般把打點計時器打出的每5個點作為1個計數(shù)點)，選取的計數(shù)點不少于6個； ⑤最好不要分段測量各段位移，應(yīng)盡可能地一次測量完畢.讀數(shù)時估讀到毫米的下一位. 3.探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系 (1)原理：彈簧受到拉力會伸長，平衡時彈簧產(chǎn)生的彈力和外力大小相等，這樣彈力的大小可以通過測定外力而得出(可以用懸掛鉤碼的方法給彈簧施加拉力).彈簧的伸長量可用直尺測出.多測幾組數(shù)據(jù)，用列表或作圖的方法探究出彈力和彈簧伸長量的關(guān)系. (2)注意事項 ①懸吊彈簧時讓它自然下垂，另外要記住測量彈簧的原長； ②每改變一次拉力的大小就需要做一次測量記錄.為了探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系，要盡可能地多測幾組數(shù)據(jù)，以便在坐標紙上能描出更多的點； ③實驗時拉力不要太大，以免彈簧被過分拉伸，超出它的彈性限度； ④在坐標紙上嘗試描畫一條平滑曲線時，要順著各點的走向來描，描出的點不一定正好在曲線上，但要注意使描出的點大致分布在曲線兩側(cè). 4.驗證力的平行四邊形定則 (1)原理：如圖4所示，兩只彈簧測力計a、b成角度拉橡皮條AB和一只彈簧測力計c拉橡皮條AB的效果相同，這個效果就是指橡皮條的形變量(大小和方向)相同(兩次必須把橡皮條拉至同一位置). 圖4 (2)注意問題 ①在同一實驗中的兩只彈簧測力計的選取方法：將兩只彈簧測力計鉤好對拉，若兩只彈簧測力計在拉的過程中讀數(shù)相同，則可選，否則不可選； ②在滿足合力不超過彈簧測力計量程及橡皮條形變不超過彈性限度的條件下，應(yīng)使拉力盡量大一些，以減少誤差； ③畫力的圖示時，應(yīng)該選定恰當?shù)臉硕?，盡量使圖畫得大一些，同時嚴格按照力的圖示要求和幾何作圖法作出合力； ④在同一次實驗中，橡皮條拉長的節(jié)點位置O一定相同； ⑤本實驗誤差的主要來源除了彈簧測力計外，還可能來自讀數(shù)誤差、作圖誤差，因此讀數(shù)時眼睛一定要正視，按有效數(shù)字正確讀數(shù)和記錄，作圖時須保證兩力的對邊一定要平行. 5.探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系 (1)了解該實驗的系統(tǒng)誤差的來源. ①用砂和砂桶的總重量代替小車受到的拉力.由牛頓第二定律可知，由于砂和砂桶也在做勻加速運動，因此砂和砂桶的總重量肯定大于小車受到的實際拉力.可以推導出結(jié)論：只有在小車的總質(zhì)量M遠大于砂和砂桶的總質(zhì)量m時，才能使該系統(tǒng)誤差足夠小. ②沒有考慮摩擦阻力的作用.應(yīng)該用平衡摩擦力的方法來消除這個系統(tǒng)誤差. (2)為研究a、F、m三者的關(guān)系，要利用“控制變量法”，分別研究a與F、 a與m的關(guān)系. (3)用圖象法驗證a∝F、a∝(后者必須用a－圖象，不能用a－m圖象). 6.探究功與速度變化的關(guān)系 (1)作用在物體上的力越大，相同時間內(nèi)在力的方向上發(fā)生的位移就越大，力對物體做的功就越多.力越大產(chǎn)生的加速度也就越大，物體通過較大的位移后獲得的速度也就越大.所以力對物體做的功與速度是正相關(guān)性關(guān)系，可能與速度的一次方、二次方、三次方等成正比. 如圖5所示，小車在一條橡皮筋的作用下彈出，沿木板滑行.當我們用2條、3條、…同樣的橡皮筋進行第2次、第3次、…實驗時，每次實驗中橡皮筋拉伸的長度都保持一致，那么，第2次、第3次、…實驗中橡皮筋對小車做的功就是第一次的2倍、3倍、…如果把第一次實驗時橡皮筋做的功記為W，以后各次做的功就是2W、3W、… 圖5 橡皮筋做功而使小車獲得的速度可以由紙帶和打點計時器測出，進行若干次測量，就得到若干次功和速度的數(shù)據(jù). (2)按圖組裝好實驗器材，由于小車在運動中會受到阻力，平衡阻力的方法是將木板固定有打點計時器的一端墊起適當?shù)母叨龋剐≤嚲徛齽蛩傧禄? (3)在處理數(shù)據(jù)時，應(yīng)先對測量數(shù)據(jù)進行估計，大致判斷兩個量可能的關(guān)系，然后以W為縱坐標，v2(或v、v3、)為橫坐標作圖. 7.驗證機械能守恒定律 本實驗要求驗證自由下落過程中機械能守恒，如圖6所示的紙帶的左端是用夾子夾重物的一端. 圖6 (1)原理：用刻度尺量出從0點到1、2、3、4、5各點的距離h1、h2、h3、h4、h5，利用“勻變速直線運動中間時刻的瞬時速度等于該段位移內(nèi)的平均速度”，算出2、3、4各點對應(yīng)的瞬時速度v2、v3、v4，驗證與2、3、4各點對應(yīng)的重力勢能減少量mgh和動能增加量mv2是否相等. (2)注意事項 ①實驗中打點計時器的安裝，重物與紙帶限位孔必須在同一豎直線上，以減小摩擦阻力； ②實驗時必須先接通電源，讓打點計時器正常工作后才能松開紙帶讓重物下落； ③要多做幾次實驗，選點跡清晰，且第一、二兩點間距離接近2 mm的紙帶進行測量； ④測量下落高度時，必須從起始點算起.為了減小測量值h的相對誤差，選取的各個計數(shù)點要離起始點遠些，紙帶也不宜過長，有效長度可在60～80 cm； ⑤因不需要知道動能的具體數(shù)值，因此不需要測出重物的質(zhì)量m； ⑥由于摩擦和空氣阻力的影響，mgh總是稍大于mv2.