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1、专题七物理实验 第14讲力学实验,一、误差与有效数字 1.误差:,2.有效数字: (1)有效数字的最后一位是测量者估读出来的,是偶然误差的来源。 (2)从数的左边第一个不为零的数字算起,如0.0125为三位有效数字。,二、基本仪器的使用 1.长度测量类仪器: (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:,(3)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)0.01mm。,2.时间测量类仪器: (1)打点计时器:每打两个点的时间间隔为0.02s,一般每五个点取一个计数点,则时间间隔为t=0.025s=0.1 s。 (2)频闪照相机:用等时间
2、间隔获取图像信息的方法将物体在不同时刻的位置记录下来。 (3)光电计时器:记录遮光时间。,三、力学实验 1.验证性实验:验证力的平行四边形定则,验证牛顿运动定律,验证机械能守恒定律。 2.探究性实验:探究弹力与弹簧伸长的关系,探究动能定理、探究单摆的运动、用单摆测定重力加速度。,3.两种实验过程的比较:,四、实验数据的处理方法 1.列表法:在记录和处理数据时,为了简单而明显地表示出有关物理量之间的关系,可将数据填写在适当的表格中,即为列表法。 2.平均值法:把在同一状态下测定的同一个物理量的若干组数据相加求和,然后除以测量次数。 3.作图法:用作图法处理数据的优点是直观、简便,有取平均值的效果
3、。由图线的斜率、截距、包围的面积等可以研究物理量之间的关系。,热点考向一 游标卡尺的读数 【典题1师生探究】(2014福建高考)某同学测定一金属杆的长度和直径,示数如图甲、乙所示,则该金属杆的长度和直径分别为cm和mm。,【破题关键】 (1)明确:毫米刻度尺应估读到_位。 (2)记住:游标卡尺读数时_估读。 (3)注意:审题时看清长度的测量要求单位是_,直径的测量 要求单位是_。,0.1mm,不需要,cm,mm,【解析】直尺的最小刻度为0.1cm,因此读数应为60.10 cm,游标卡尺是50分度,精确到0.02 mm,因此读数为4.20 mm。 答案:60.104.20,【解题悟道】 游标卡尺
4、和螺旋测微器读数时应注意的问题 (1)10分度的游标卡尺,以mm为单位,小数点后只有1位,20分度和50分度的游标卡尺以mm为单位,小数点后有2位,且对齐格数不估读。 (2)螺旋测微器以mm为单位,小数点后必须有3位,对齐格数要估读,同时还要注意半毫米刻度线是否露出。,热点考向二纸带类实验的处理方法 【典题2师生探究】(2014西安一模)为了“探究动能改变与合外力做功”的关系,某同学设计了如下实验方案: 第一步:把带有定滑轮的木板(有滑轮的)一端垫起,把质量为M的滑块通过细绳跨过定滑轮与质量为m的重锤相连,重锤后连一穿过打点计时器的纸带,调整木板倾角,直到轻推滑块后,滑块沿木板向下匀速运动,如
5、图甲所示。,第二步:保持长木板的倾角不变,将打点计时器安装在长木板靠近滑轮处,取下细绳和重锤,将滑块与纸带相连,使纸带穿过打点计时器,然后接通电源,释放滑块,使之从静止开始向下加速运动,打出纸带,如图乙所示。打出的纸带如图丙所示。,请回答下列问题: (1)已知O、A、B、C、D、E、F相邻计数点间的时间间隔为t,根据纸带求滑块速度,打点计时器打B点时滑块速度vB=。 (2)已知重锤质量为m,当地的重力加速度为g,要测出某一过程合外力对滑块做的功还必须测出这一过程滑块(写出物理量名称及符号,只写一个物理量),合外力对滑块做功的表达式W合=。,(3)算出滑块运动OA、OB、OC、OD、OE段合外力
6、对滑块所做的功W以及在A、B、C、D、E各点的速度v,以v2为纵轴、W为横轴建立坐标系,描点作出v2-W图像,可知该图像是一条,根据图像还可求得。,【破题关键】 (1)求B点的瞬时速度:B点为_的中间时刻,利用中间 时刻的瞬时速度等于_。 (2)测量某一过程合外力对滑块做的功: 选择规律:_。 方程式:_。 (3)明确为什么作v2-W图像而不作v-W图像:_ _。,A和C两点,前后两点的平均速度,动能定理,mgx=Ek,v2-W图像可以直,观地得到合外力的功与速度v的关系,【解析】(1)由打出的纸带可知B点的速度为vB= (2)由做功定义式可知还需要知道滑块下滑的位移,由动能定理可知W合=Ek
7、,即mgx=Ek。 (3)v2-W图像应该为一条过原点的直线。根据图像还可以求得滑块的质量M。 答案:(1) (2)下滑的位移xmgx (3)过原点的直线滑块的质量M,【解题悟道】 打点计时器及纸带问题的处理方法 (1)打点计时器的认识和正确使用。 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220V。 工作时应先接通电源,后释放纸带。,(2)纸带的应用。 判断物体运动性质。 a.若x=0,则可判定物体在实验误差允许的范围内做匀速直线运动。 b.若x不为零且为定值,则可判定物体在实验误差允许范围内做匀变速直线运动。,求解瞬时速度。 利用做匀变速运动的物体在一段时间内的平
8、均速度等于中间 时刻的瞬时速度。如图所示,求打某一点的瞬时速度,只需在 这一点的前后各取相同时间间隔T的两段位移xn和xn+1,则打n 点时的速度,（3）用“逐差法”求加速度。 如图所示,热点考向三应用图像法处理实验数据 【典题3师生探究】用如图所示的装置探究加速度与力和质量的关系,带滑轮的长木板和弹簧测力计均水平固定。,(1)实验时,一定要进行的下列操作是。 a.小车靠近打点计时器,先接通电源,再释放小车,打出一条纸带,同时记录弹簧测力计的示数 b.改变砂和砂桶质量,打出几条纸带 c.用天平测出砂和砂桶的质量 d.为减小误差,实验中一定要保证砂和砂桶的质量远小于小车的质量,(2)以弹簧测力计
9、的示数F为横坐标,以加速度a为纵坐标,画出的a-F图像可能正确的是。 (3)若得出的a-F图像的斜率为k,则小车的质量为。,【现场答案】,【失分诊断】(1)题中小车受到的拉力是弹簧测力计读数的两倍,而学生机械套用了教材中本实验的原理,错误地认为小车受到的拉力为砂桶的重力,因此错选了c、d,不得分。 (3)题中学生错误地认为小车受到的拉力为弹簧测力计的读数,而题目中通过动滑轮拉动的小车所受拉力应为弹簧测力计读数的两倍,造成计算错误,不得分。,【精讲精析】(1)本实验需要测定小车受到的拉力,由题目条件可以判断小车做匀加速运动,弹簧测力计的读数为一定值,小车所受拉力应为弹簧测力计读数的两倍,所以只需
10、记录弹簧测力计的示数,不需要测定砂和砂桶的质量。为了减小实验 误差,应将小车靠近打点计时器,先接通电源,再释放小车,且改变砂和砂桶质量,打出几条纸带。故一定要进行的操作为a、b。,(2)由牛顿第二定律得：2F-Ff=ma，a= 由此可以判断 画出的a-F图像可能正确的是A图。 (3)由a= 可知，图线的斜率k= ，所以小车的质量 m= 。,【正确答案】(1)a、b (2)A (3),【解题悟道】 用图像法处理实验数据的六个要求 图像法是物理实验中广泛应用的处理实验数据的方法,以下为作图的规则: (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,应尽量使数据点合理地分布在线的两侧,且线要细。 (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”。 (5)注意区别横、纵坐标轴的物理意义、标度及单位。 (6)明确图像的斜率、截距的物理意义。,
