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專題六 物理實驗 第13講 力學(xué)實驗,一、誤差與有效數(shù)字 1.誤差：,2.有效數(shù)字： (1)有效數(shù)字的最后一位是測量者估讀出來的,是偶然誤差的來源。 (2)從數(shù)的左邊第一個不為零的數(shù)字算起,如0.0125為三位有效數(shù)字。,二、基本儀器的使用 1.長度測量類儀器： (1)毫米刻度尺的讀數(shù)：精確到毫米,估讀一位。 (2)游標卡尺的讀數(shù)。,(3)螺旋測微器的讀數(shù)：測量值=固定刻度數(shù)(mm)(注意半毫米刻度線是否露出)+可動刻度讀數(shù)(含估讀)0.01mm。,2.時間測量類儀器： (1)打點計時器：每打兩個點的時間間隔為0.02s,一般每五個點取一個計數(shù)點,則時間間隔為Δt=0.025s=0.1 s。 (2)頻閃照相機：用等時間間隔獲取圖像信息的方法將物體在不同時刻的位置記錄下來。 (3)光電計時器：記錄遮光時間。,三、力學(xué)實驗 1.驗證性實驗：驗證力的平行四邊形定則,驗證牛頓運動定律,驗證機械能守恒定律。 2.探究性實驗：探究彈力與彈簧伸長的關(guān)系,探究動能定理。,3.兩種實驗過程的比較：,四、實驗數(shù)據(jù)的處理方法 1.列表法：在記錄和處理數(shù)據(jù)時,為了簡單而明顯地表示出有關(guān)物理量之間的關(guān)系,可將數(shù)據(jù)填寫在適當(dāng)?shù)谋砀裰?即為列表法。 2.平均值法：為減小偶然誤差,把在同一狀態(tài)下測定的同一個物理量的若干組數(shù)據(jù)相加求和,然后除以測量次數(shù)。 3.作圖法：用作圖法處理數(shù)據(jù)的優(yōu)點是直觀、簡便,有取平均值的效果。由圖線的斜率、截距、包圍的面積等可以研究物理量之間的關(guān)系。,熱點考向1 毫米刻度尺與游標卡尺的讀數(shù) 【典題1】(2015海南高考)某同學(xué)利用游標卡尺和螺旋測微器分別測量一圓柱體工件的直徑和高度,測量結(jié)果如圖甲和乙所示。該工件的直徑為 cm,高度為 mm。,【解題探究】 (1)游標卡尺讀數(shù)_______估讀。 (2)螺旋測微器讀數(shù)要_____。 【解析】游標卡尺讀數(shù)為：d=12 mm+40.05 mm=12.20 mm= 1.220 cm;螺旋測微器讀數(shù)為：h=6.5 mm+0.360 mm=6.860 mm。 答案：1.220 6.860,不需要,估讀,【規(guī)律總結(jié)】游標卡尺和螺旋測微器讀數(shù)時應(yīng)注意的問題 (1)10分度的游標卡尺,以mm為單位,小數(shù)點后只有1位,20分度和50分度的游標卡尺以mm為單位,小數(shù)點后有2位,且對齊格數(shù)不估讀。 (2)螺旋測微器以mm為單位,小數(shù)點后必須有3位,對齊格數(shù)要估讀,同時還要注意半毫米刻度線是否露出。,【對點訓(xùn)練】 1.(2014福建高考)某同學(xué)測定一金屬桿的長度和直徑,示數(shù)如圖甲、乙所示,則該金屬桿的長度和直徑分別為 cm和 mm。,【解析】直尺的最小刻度為0.1cm,因此讀數(shù)應(yīng)為60.10 cm,游標卡尺是50分度,精確到0.02 mm,因此讀數(shù)為4.20 mm。 答案：60.10 4.20,2.(2015西安二模)某實驗探究小組的同學(xué)準備測量電爐絲的電阻率,他們首先用螺旋測微器測出一段電爐絲的直徑和長度如圖甲、乙所示,則該電爐絲的直徑為________mm,長度為__________mm。該小組同學(xué)又從標稱為“220 V 500 W”“220 V 300 W”“220 V 25 W”的3個電爐中任選一個,正確使用多用電表歐姆10擋測量其阻值,結(jié)果如圖丙所示,則該電爐的阻值是________Ω,標稱功率為________W。,【解析】由圖甲所示螺旋測微器可知,固定刻度示數(shù)為0.5 mm,可動 刻度示數(shù)為40.00.01 mm=0.400 mm,電爐絲直徑為0.5 mm+0.400 mm =0.900 mm;由圖乙所示游標卡尺可知,主尺示數(shù)為3.3 cm=33 mm,游 標尺示數(shù)為00.05 mm=0 mm,電爐絲的長度為33 mm+0 mm=33.0 mm; 由圖丙可知,該電爐的阻值是16.010Ω=160Ω,根據(jù)P= 得：功率 P= W=302.5 W,故標稱功率為300 W。 答案：0.900 33.0 160 300,熱點考向2 紙帶類實驗的處理方法 【典題2】為了“探究動能改變與合外力做功”的關(guān)系,某同學(xué)設(shè)計了如下實驗方案： 第一步：把帶有定滑輪的木板(有滑輪的)一端墊起,把質(zhì)量為M的滑塊通過細繩跨過定滑輪與質(zhì)量為m的重錘相連,重錘后連一穿過打點計時器的紙帶,調(diào)整木板傾角,直到輕推滑塊后,滑塊沿木板向下勻速運動,如圖甲所示。,第二步：保持長木板的傾角不變,將打點計時器安裝在長木板靠近滑輪處,取下細繩和重錘,將滑塊與紙帶相連,使紙帶穿過打點計時器,然后接通電源,釋放滑塊,使之從靜止開始向下加速運動,打出紙帶,如圖乙所示。打出的紙帶如圖丙所示。,請回答下列問題： (1)已知O、A、B、C、D、E、F相鄰計數(shù)點間的時間間隔為Δt,根據(jù)紙帶求滑塊速度,打點計時器打B點時滑塊速度vB=________。 (2)已知重錘質(zhì)量為m,當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間,要測出某一過程合外力對滑塊做的功還必須測出這一過程滑塊________(寫出物理量名稱及符號,只寫一個物理量),合外力對滑塊做功的表達式W合=________。,(3)算出滑塊運動OA、OB、OC、OD、OE段合外力對滑塊所做的功W以及在A、B、C、D、E各點的速度v,以v2為縱軸、W為橫軸建立坐標系,描點作出v2-W圖像,可知該圖像是一條______________________,根據(jù)圖像還可求得_____________________________________。,【解題探究】 (1)求B點的瞬時速度的思路：_________________________________ _____________________________________。 (2)測量某一過程合外力對滑塊做的功根據(jù)規(guī)律：_________。方程： ________。 (3)為什么作v2-W圖像而不作v-W圖像? 提示：v2-W圖像可以直觀地得到合外力的功與速度v的關(guān)系。,B點為A和C兩點的中間時刻,利用中間,時刻的瞬時速度等于前后兩點的平均速度,動能定理,mgx=ΔEk,【解析】(1)由打出的紙帶可知B點的速度為vB= (2)由做功定義式可知還需要知道滑塊下滑的位移,由動能定理可知 W合=ΔEk,即mgx=ΔEk。 (3)v2-W圖像應(yīng)該為一條過原點的直線。根據(jù)圖像還可以求得滑塊 的質(zhì)量M。 答案：(1) (2)下滑的位移x mgx (3)過原點的直線 滑塊的質(zhì)量M,【規(guī)律總結(jié)】打點計時器及紙帶問題的處理方法 (1)打點計時器的認識和正確使用。 ①電磁打點計時器工作電壓為低壓交流4～6 V;電火花計時器工作電壓為交流220V。 ②工作時應(yīng)先接通電源,后釋放紙帶。,(2)紙帶的應(yīng)用。 ①判斷物體運動性質(zhì)。 a.若Δx=0,則可判定物體在實驗誤差允許的范圍內(nèi)做勻速直線運動。 b.若Δx不為零且為定值,則可判定物體在實驗誤差允許范圍內(nèi)做勻變速直線運動。,②求解瞬時速度。 利用做勻變速運動的物體在一段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬 時速度。如圖所示,求打某一點的瞬時速度,只需在這一點的前后各取 相同時間間隔T的兩段位移xn和xn+1,則打n點時的速度vn=,(3)用“逐差法”求加速度。 如圖所示 因為 所以,【對點訓(xùn)練】 1.(2015全國卷Ⅱ)某同學(xué)用圖甲所示的實驗裝置測量物塊與斜面之間的動摩擦因數(shù)。已知打點計時器所用電源的頻率為50 Hz,物塊下滑過程中所得到的紙帶的一部分如圖乙所示,圖中標出了五個連續(xù)點之間的距離。,(1)物塊下滑時的加速度a=____________m/s2,打C點時物塊的速度 v=____________m/s。 (2)已知重力加速度大小為g,為求出動摩擦因數(shù),還必須測量的物理 量是______(填正確答案標號)。 A.物塊的質(zhì)量 B.斜面的高度 C.斜面的傾角,【解析】(1)根據(jù)紙帶上的點,物塊下滑時的加速度 根據(jù)紙帶上的點，打C點時物塊的速度,(2)選C。由公式a=gsinα-μgcosα可得μ= ,所以還必須測量斜面的傾角,C項正確,A、B項錯誤。 答案：(1)3.25 1.79 (2)C,2.如圖甲所示是一種新的短途代步工具——電動平衡車,被稱為站著 騎的電動車,其最大速度可達20 km/h,某同學(xué)為測量一電動平衡車在 平直水泥路面上受到的阻力情況,設(shè)計了下述實驗：將輸液用的 500 mL塑料瓶裝適量水后,連同輸液管一起綁在平衡車的護手上,調(diào)節(jié) 輸液管的滴水速度,某滴水剛落地開始計時,從下一滴水開始依次計數(shù) 為1、2、3…,當(dāng)?shù)?0滴水剛好落地時停止計時,測得時間為25.0 s,,該同學(xué)騎上平衡車后,先加速到某一速度,然后關(guān)閉動力,讓平衡車沿 著直線滑行,如圖乙所示是某次實驗中在水泥路面上的部分水滴及測 出的間距值(左側(cè)是起點,單位：m),已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭取9.8 m/s2, 則根據(jù)該同學(xué)的測量結(jié)果可得出：,(1)平衡車經(jīng)過路面上相鄰兩滴水間的時間間隔T=______s。 (2)平衡車加速過程的加速度大小a1=________m/s2。 (3)設(shè)平衡車運動過程中所受阻力的大小是人與車總重力的k倍,則k=________(計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。,【解析】(1)當(dāng)?shù)?0滴水剛好落地時停止計時,測得時間為25.0s, 則相鄰兩滴水間的時間間隔T= s=0.50s。 (2)在加速階段,連續(xù)相等時間內(nèi)的位移之差是恒量,根據(jù)Δx=aT2得,(3)在減速階段,根據(jù)Δx=aT2,運用逐差法得 根據(jù)牛頓第二定律得,f=kmg=ma, 解得： 答案：(1)0.50 (2)1.96 (3)5.310-2,熱點考向3 應(yīng)用圖像法處理數(shù)據(jù) 【典題3】(2015山東高考)某同學(xué)通過下述實驗驗證力的平行四邊形定則。 實驗步驟： ①將彈簧秤固定在貼有白紙的豎直木板上,使其軸線沿豎直方向。,②如圖甲所示,將環(huán)形橡皮筋一端掛在彈簧秤的秤鉤上, 另一端用圓珠筆尖豎直向下拉,直到彈簧秤示數(shù)為某一 設(shè)定值時,將橡皮筋兩端的位置標記為O1、O2,記錄彈簧 秤的示數(shù)F,測量并記錄O1、O2間的距離(即橡皮筋的長度l)。每次將彈簧秤示數(shù)改變0.50 N,測出所對應(yīng)的l,部分數(shù)據(jù)如下表所示：,③找出②中F=2.50 N時橡皮筋兩端的位置,重新標記為O、O′,橡皮筋的拉力記為FOO′。 ④在秤鉤上涂抹少許潤滑油,將橡皮筋搭在秤鉤上, 如圖乙所示。用兩圓珠筆尖成適當(dāng)角度同時拉橡 皮筋的兩端,使秤鉤的下端達到O點,將兩筆尖的位 置標記為A、B,橡皮筋OA段的拉力記為FOA,OB段的 拉力記為FOB。,完成下列作圖和填空： (1)利用表中數(shù)據(jù)在給出的坐標紙上畫出F-l圖線,根據(jù)圖線求得l0=__________cm。,(2)測得OA=6.00 cm,OB=7.60 cm,則FOA的大小為__________N。 (3)根據(jù)給出的標度,作出FOA和FOB的合力F′的圖示。 (4)通過比較F′與____________的大小和方向,即可得出實驗結(jié)論。,【解題探究】 (1)根據(jù)所測數(shù)據(jù)描點的原則：________________________________ _______。 (2)F -l圖線的橫軸截距意義：表示_______原長即l=_______。 (3)作FOA和FOB的合力的圖示的方法：___________________________ _________。,所連的線必須是平滑的,偏離太遠的,點舍棄,橡皮筋,10.0cm,用力的圖示法結(jié)合力的平行四,邊形定則,【解析】(1)F-l圖線的橫軸截距表示F=0時橡皮筋l的值,因此F-l圖線的橫軸截距即表示橡皮筋原長,l=10.0 cm。 (2)橡皮筋總長度l=6.00 cm+7.60 cm=13.60 cm,在F-l圖線上找到與13.60 cm對應(yīng)的彈力F=1.80 N。 (3)根據(jù)平行四邊形定則,作出平行四邊形并求出對角線表示的力F′。 (4)因為F′是根據(jù)平行四邊形定則求出的,FOO′是實際測量出的,如果在誤差允許范圍內(nèi),F′與FOO′近似相等,就驗證了平行四邊形定則。,答案：(1)如圖所示 10.00(9.80、9.90、10.10均正確),(2)1.80(1.70～1.90均正確) (3)如圖所示 (4)FOO′,【對點訓(xùn)練】 1.(2015福建高考)某同學(xué)做“探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系”的實驗。,(1)圖甲是不掛鉤碼時彈簧下端指針所指的標尺刻度,其示數(shù)為7.73cm;圖乙是在彈簧下端懸掛鉤碼后指針所指的標尺刻度,此時彈簧的伸長量Δl為________cm。 (2)本實驗通過在彈簧下端懸掛鉤碼的方法來改變彈簧的彈力,關(guān)于此操作,下列選項中規(guī)范的做法是________。(填選項前的字母) A.逐一增掛鉤碼,記下每增加一只鉤碼后指針所指的標尺刻度和對應(yīng)的鉤碼總重,B.隨意增減鉤碼,記下增減鉤碼后指針所指的標尺刻度和對應(yīng)的鉤碼 總重 (3)圖丙是該同學(xué)描繪的彈簧的伸長量Δl與彈力F的關(guān)系圖線,圖線 的AB段明顯偏離直線OA,造成這種現(xiàn)象的主要原因是_____________ ______________。,【解析】(1)由題圖乙標尺刻度可知示數(shù)l2=14.66cm,Δl=l2-l1 =6.93cm。 (2)為防止彈簧超出彈性限度應(yīng)逐漸增加鉤碼的重量,故選A。 (3)由圖知AB段伸長量與彈力不成線性關(guān)系,主要原因是鉤碼重力超出彈簧的彈性限度。 答案：(1)6.93 (2)A (3)超出彈簧的彈性限度,2.(2015金華一模)關(guān)于“用DIS探究牛頓第二定律”的實驗：,(1)如圖甲是本實驗的裝置圖,圖中①是位移傳感器的________部分,②是位移傳感器的________部分。本實驗通過________________來改變對小車的拉力,通過__來改變小車的質(zhì)量。 (2)如圖乙為小車質(zhì)量不變時實驗所得的a -F圖像,從圖像上可以看到直線不過原點,其原因是___________________________________, 由圖可知小車的質(zhì)量約為________kg。,【解析】(1)發(fā)射器固定在小車上,接收器應(yīng)該固定在軌道上。 所以圖中①是位移傳感器的發(fā)射器部分,②是位移傳感器的接收器部分。 本實驗通過控制變量法研究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系,所以通過改變懸掛鉤碼的個數(shù)來改變對小車的拉力,通過在小車上加配重片來改變小車的質(zhì)量。,(2)從圖乙中發(fā)現(xiàn)直線沒過原點,當(dāng)F≠0時,a=0。即當(dāng)繩子上有拉力 時小車的加速度還為0處于靜止,說明該組同學(xué)實驗操作中遺漏了平衡 摩擦力這個步驟。所以造成圖中直線不過坐標原點的原因是未平衡 摩擦力或平衡摩擦力不足。a= ,a -F圖線的斜率的倒數(shù)即物體的 質(zhì)量,所以m= =0.77kg。 答案：(1)發(fā)射器 接收器 改變懸掛鉤碼的個數(shù) 在小車上加配重 片 (2)未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足 0.77,