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1、专题十七 实验与探究 高考物理 浙江专用 考点一 力学实验 考向基础 一 力学基本仪器的使用 1 有效数字与误差 1 有效数字 带有一位不可靠数字的近似数字叫有效数字 而这位不可 靠数字往往是产生于测量时的估读 有效数字位数是从数字左边第一位 不为零的数字算起的 如0 012为 2位 有效数字 有效数字与物理量 的单位 无关 如1 000 mm与1 000 m 均为 4 位有效数字 乘 方不算有效数字 如1 00 102 m 为 3 位有效数字 考点清单单 2 误差 测量值与真实值的差异叫误差 系统误差偶然误差 来源由于仪器本身不精密 实验 方法 或实验原理不完 善而产生 由于各种偶然因素对实
2、验者 测量仪器 被 测 物理量 的影响而产生 特点多次实验 误差 总是 偏大或 总是 偏小 多次实验 误差 有时 偏大 有时 偏小 而且偏大 偏小的机会相同 减小 方法 校准仪器 改进实验方法和 设计原理 多次测量求平均值 游标尺精度 mm 测量结果 游标尺上第n条刻线与 主尺上的某刻线对齐时 mm 刻度 格数 刻度总长 度 mm 每小格与1毫米差 mm 1090 10 1主尺上读的毫米数 0 1n 20190 050 05主尺上读的毫米数 0 05n 50490 020 02主尺上读的毫米数 0 02n 2 基本仪器的使用 1 游标卡尺和螺旋测微器的读数 a 游标卡尺的读数 b 螺旋测微器的
3、读数 测量值 固定刻度读数 可动刻度读数 含估读 0 01 单位为mm 2 打点计时器 工作电压 注 电源频率为50 Hz 通常情况n取5 故相邻两计数点的时间间隔为0 1 s 二 力学实验 1 探究小车速度随时间变化的规律 1 由纸带判断物体做匀变速直线运动的方法 如图所示 0 1 2 为时间间隔相等的各计数点 x1 x2 x3 为相 邻两计数点间的距离 若 x x2 x1 x3 x2 x4 x3 C 常量 即若两连续相等 的时间间隔里的位移之差为 恒量 则与纸带相连的物体的运动 为 匀变速 直线运动 2 由纸带求运动物体加速度的方法 a 用 逐差法 求加速度 即根据x4 x1 x5 x2
4、x6 x3 3aT2 T为相邻两计数点间的时间间隔 求 出 a1 a2 a3 再算出a1 a2 a3的平均值作为物体运 动的加速度 a b 用v t图像法求加速度 即先根据vn 求出所选的各计数点对应的瞬时速度 后作 出v t图像 图线的斜率即物体运动的 加速度 3 实验注意事项 a 细绳尽可能与木板平行 以确保细绳对小车的拉力不变 b 开始释放小车时 小车应尽量靠近打点计时器 c 小车的加速度应适当大一些 以能在纸带长约50 cm的范围内清楚地 取7 8个计数点为宜 d 为防止钩码落地撞坏以及小车跟定滑轮相撞 应采取一些防范措施 e 要区别计时器打出的点与人为选取的计数点 一般隔4个打出的点
5、取1 个计数点 选取的计数点不少于6个 f 不要分段测量各段位移 应尽可能地一次测量完毕 读数时估读到毫米 的下一位 2 探究求合力的方法 1 实验原理 结点受三个共点力作用处于平衡状态 则F1 F2的合力必与F3平衡 改用 一个拉力F 使结点 仍到同一位置 则F 必与F1 F2的合力 等 效 与F3平衡 以F1 F2为邻边作平行四边形求出合力F 比较F 与F的 大小和方向 探究出求合力时的平行四边形定则 2 注意事项 a 同一实验中的两个弹簧测力计的选取方法是 将两个弹簧测力计钩好 后对拉 若两个弹簧测力计在拉的过程中 读数 相同 则可选 若不 同 应另换 直至相同为止 使用时弹簧测力计与板
6、面平行 b 在满足合力不超过弹簧测力计量程及橡皮条形变不超过弹性限度的 条件下 应使拉力尽量大一些 以减小误差 c 画力的图示时 应该选定恰当的标度 尽量使图画得大一些 但也不要 太大而画出纸外 要严格按力的图示要求和几何作图法作出合力 d 在同一次实验中 橡皮条拉长后的结点位置一定要 相同 e 由作图法得到的F和实际测量得到的F 不可能完全重合 但在误差允 许范围内可认为F和F 重合即可 3 误差分析 本实验误差的主要来源除弹簧测力计本身的误差外 还有读数误差 作 图误差 因此读数时眼睛一定要正视 要按有效数字正确读数和记录 两 力的对边一定要平行 两个分力F1 F2间夹角 越大 用平行四边
7、形作 图得出的合力F的误差 F也越大 所以实验中不要把 取得太大 细线 与弹簧测力计轴线要共线 且都与板面平行 3 探究加速度与力 质量的关系 实验设计思路 由x at2知x a 纸带法 拉力作为合力 1 实验原理 本实验中 研究的参量有F m a 要探究它们的关系 可以控制参量m一 定 研究a与F的关系 控制参量F一定 研究a与m的关系 2 注意事项 a 平衡摩擦力不准确造成误差 平衡摩擦力的方法是在长木板的一端 垫上小木块 使其适当倾斜 利用小车重力沿斜面向下方向的 分力 与 摩擦力 平衡 b 判断小车是否做匀速直线运动 一般可目测 必要时可以打一条纸带 看上面各点间的距离是否 均匀 c
8、安装器材时 要调整滑轮的高度 使拴小车的细绳与斜面 平行 且砝码盘应在平衡摩擦力之后再挂上 d 为使所作的a F图像和a 图像趋于精确 每个图都要求至少取5条以 上的纸带 每取一条纸带时 要同时在纸带上记录相应的外力和小车质 量的数据 并编号填表 e 描点作图时 应使尽可能多的点落在直线上 其余的点 均匀分布 在直线的两侧 舍去个别误差较大的点 f 改变小车的质量或拉力的大小时 改变量应尽可能大一些 但应满足砝 码盘和盘内砝码的总质量 远小于 小车和车上砝码的总质量 一般来 说 砝码盘和盘内砝码的总质量不超过小车和车上砝码总质量的10 3 误差分析 a 质量的测量误差 纸带上各计数点间距离的测
9、量误差等都会对实验结 果造成影响 这些属于 偶然误差 b 因实验原理不完善造成误差 系统误差 小车受到的外力应该是细绳的拉力 而计算时 采用的是砝码盘和盘内 砝码的总重力mg 这两者之间存在着差异 由于砝码盘和盘内砝码也 做匀加速直线运动 故其所受合外力不为零 mg F F为细绳上的 张力 也是细绳对小车的拉力 用这种方法得到的结果必然存在误差 因此本实验要求砝码盘和盘内砝码的总质量远小于小车和车上砝码的 总质量 c 平衡摩擦力不准确从而造成误差 如果忘记了平衡摩擦力或平衡摩擦力不准确都会造成误差 4 研究平抛运动 1 实验原理 使小球做平抛运动 利用描迹法描绘小球的运动轨迹 建立坐标系 测出
10、 轨迹曲线上某一点的坐标x和y 由公式 x v0t和y gt2 可得v0 x 2 注意事项 a 固定斜槽时 要保证斜槽末端的切线水平 保证小球的初速度水平 b 固定木板时 木板必须处在竖直平面内且与小球运动轨迹所在的竖直 平面平行 固定时要用重垂线检查坐标纸竖线是否竖直 c 小球每次从斜槽上的同一位置由静止释放 为此 可在斜槽上某一位置固 定一个挡板 d 要在斜槽上适当高度释放小球 使它以适当的水平初速度抛出 其轨迹 由木板左上角到达右下角 这样可以减小测量误差 e 在取下坐标纸前 应在坐标纸上记下小球飞离槽口时球心位置O 坐标 原点不是槽口的端点 而是球心在木板上的投影点 3 误差分析 小球
11、初速度是否水平 运动轨迹是否与木板平行和空气阻力是产生系 统误差的原因 减小偶然误差的方法 a 计算小球初速度时应选择距抛出点较远的一些点为宜 以便于测量和 计算 b 描绘轨迹时 应使平滑曲线尽可能过多数点 且使不在曲线上的点尽可 能分布在曲线两侧 c 在读取和处理实验数据时多取几位有效数字 5 探究做功与物体速度变化的关系 1 实验设计思路 2 实验原理 a 改变功的大小 采用如图所示的实验装置 用1条 2条 3条 同样 的橡皮筋将小车拉到 同一 位置释放 橡皮筋拉力对小车 所做的功依次记为W 2W 3W b 确定速度的大小 小车获得的速度v可以由纸带和打点计时器测出 即 算出匀速段的速度
12、c 寻找功与速度变化的关系 以橡皮筋对小车做的功为纵坐标 小车获得 的速度的平方为横坐标 作出W v2图像 分析该图像 可以得知橡皮筋对 小车做的功与小车获得的速度的定量关系 3 注意事项 本实验是为了探究橡皮筋对小车做的功与小车获得的速度间的关系 为 此 必须排除摩擦力的干扰 所以要平衡 摩擦力 即木板的倾斜程 度应满足重力沿斜面向下的 分力 等于小车受到的阻力 4 误差分析 a 橡皮筋的长度 粗细不一 使橡皮筋的拉力与橡皮筋的条数不成正 比 b 没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不准确 6 验证机械能守恒定律 1 实验原理 通过重物的自由落体运动来验证机械能守恒定律 先用纸带记录重物的运动 并得到
13、下落高度为h时重物的瞬时速度v 然 后比较减少的 重力势能mgh 和 增加的动能 mv2 看它们在实验误差允许的范围内是否相等 若相等 则验证 了机械能守恒定律 计算打第n个点时瞬时速度的方法是 测出第n个点的相邻两段相等时间 T内下落的距离xn和xn 1 由公式vn 或vn 计算 如图所示 2 注意事项 a 实验中打点计时器的安装 重物与纸带 限位孔必须在同一竖直线上 以减小摩擦阻力 b 实验时必须 先接通电源 让打点计时器正常工作后才能松开纸 带让重物下落 c 本实验中的重力加速度g必须是当地的重力加速度 而不是纸带的加 速度a d 无需测量重物的质量 3 误差分析 实际上重物和纸带下落过
14、程中要克服阻力 主要是打点计时器的阻 力 做功 故动能的增加量必定 稍小于 势能的减少量 这属于系统 误差 减少空气阻力影响的方法是 使纸带下挂的重物重力 大些 且体积要 小 打点计时器产生的误差 a 由于交流电周期的变化 引起打点时间间隔变化而产生误差 b 计数点选择不好 振动片振动不均匀 纸带放置方法不正确引起摩擦 造成实验误差 由于测长度带来的误差属于偶然误差 减小办法 一是测距离时都从0 点量起 二是多测几次取 平均值 7 探究单摆周期与摆长的关系 1 实验原理 单摆在偏角 m2 步骤2 安装好实验装置 使槽的末端的切线水平 将一木条竖直固定在 右侧 步骤3 先不在斜槽的末端B点放小球
15、m2 让小球m1从顶端自A处静止释 放 记下小球在竖直平面上的落点位置E 步骤4 将小球m2放在斜槽末端B点 让小球m1从顶端自A处静止释放 使 它们碰撞 记下小球m1和m2在竖直平面上的落点位置 步骤5 找出小球放在斜槽末端时小球球心对应的木条上的等高点C 步骤6 用刻度尺量出各落点到C点的距离 图中D E和F是记下的三 个落点 且到C点的距离分别为LD LE LF 请回答下列问题 1 小球m1与m2发生碰撞后 m1的落点是图中 点 2 用测量的物理量表示碰撞中不变量的等式为 解题思路 理解利用平抛测速度的原理及用位移替代速度的思想方 法 解析 1 两小球碰撞后 m1的速度一定小于m2的速度
16、 经过相同的水平 位移 m1的运动时间较长 在竖直方向下落的距离较大 所以F点应是m1的 落点 2 设B点到竖直木条的距离为x 小球下落距离为y 有x vt y gt2 可得v 所以v 故动量守恒定律的表达式为 答案 1 F 2 考点二 电学实验 考向基础 一 电学基本仪器的使用 1 电流表和电压表 分别用来测量电流和电压的仪器 电流表常用的有0 6 A和3 A两种量 程 而电压表常用的有3 V和15 V两种量程 使用方法和注意事项如下 1 选择适当的量程 根据被测电流或电压值的大小选择量程 指针偏 转后位于满偏刻度的2 3左右为宜 如果量程选择太大 指针偏转太小 会造成较大的测量误差 2 正确接入电路 电流表应串联在被测电路中 电压表应并联在被测 电路两端 两种表都应使电流从 接线柱流入 从 接线柱流出 3 正确读数 读数时应使视线垂直于刻度盘面 学生实验所用电表的 3 V和3 A量程要估读到分度值的1 10 15 V量程估读到分度值的1 5 0 6 A量程估读到分度值的1 2 电表读数时 务必看清每大格及每小格所表 示的数值 4 注意内阻影响 电流表和电压表接入电路后一方面是作为仪
