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1、专题十三力学实验专题十三力学实验主干知识整合主干知识整合三、实验数据的记录与处理三、实验数据的记录与处理1. 系统误差和偶然误差系统误差和偶然误差(1)系系统统误误差差的的特特点点是是测测量量值值总总是是有有规规律律地地朝朝着着某某一一方方向向偏偏离离真真实实值值(误误差差总总是是偏偏大大或或总总是是偏偏小小)系系统统误误差差的的主主要要来来源源是是仪仪器本身不够精确、实验原理与方法不够完善器本身不够精确、实验原理与方法不够完善(2)偶偶然然误误差差是是由由于于偶偶然然因因素素的的影影响响，造造成成测测量量值值无无规规则则起起伏伏，有有时时偏偏大大、有有时时偏偏小小可可用用多多次次测测量量求求
2、平平均均值值的的方方法法减减小小偶然误差，平均值比某一次测得的数值更接近于真实值偶然误差，平均值比某一次测得的数值更接近于真实值2有效数字：带有一位不准确数字的近似数字有效数字：带有一位不准确数字的近似数字(1)凡凡是是用用测测量量仪仪器器直直接接测测量量的的结结果果，读读数数一一般般要要求求在在读读出出仪仪器器最最小小刻刻度度所所在在位位的的数数值值(可可靠靠数数字字)后后，再再向向下下估估读读一一位位(不不可靠数字可靠数字)，不受有效数字位数的限制；，不受有效数字位数的限制；(2)间间接接测测量量的的有有效效数数字字运运算算不不作作要要求求，运运算算结结果果一一般般可可用用23位有效数字表
3、示位有效数字表示3仪器读数仪器读数(1)使使用用刻刻度度尺尺、弹弹簧簧测测力力计计、温温度度表表、电电流流表表、电电压压表表等等仪仪器器时时，凡凡是是最最小小刻刻度度是是10分分度度的的，要要求求读读到到最最小小刻刻度度后后再再把把最最小小刻刻度度10等等分分估估读读一一位位(估估读读的的这这位位是是不不可可靠靠数数字字，却却是是有有效效数数字字的的不不可可缺缺少少的的组组成成部部分分)最最小小刻刻度度是是5(或或2)分分度度的的，则则把把最最小小刻刻度度5(或或2)等等分分估估读读一一位位例例如如图图5131甲甲用用毫毫米米刻刻度度尺尺测测量量物物体体长长度度为为6.50 cm，图图乙乙电电
4、压压表表用用15 V量量程时最小刻度为程时最小刻度为0.5 V，读作，读作5.5 V0.2 V(5等分估读等分估读)5.7 V.(2)游游标标卡卡尺尺、秒秒表表、电电阻阻箱箱由由于于本本身身构构造造的的原原因因不不需需要要估读，欧姆表因为本身测量值就不准确，因此不需要估读估读，欧姆表因为本身测量值就不准确，因此不需要估读4实验数据的处理实验数据的处理实实验验数数据据的的处处理理方方法法有有公公式式法法、列列表表法法、逐逐差差法法和和图图象象法法测测量量性性实实验验中中用用图图象象法法处处理理数数据据可可有有效效地地减减小小实实验验误误差差，图图象象法法比比其其他他方方法法更更适适用用于于探探究
5、究性性实实验验，选选取取适适当当的的自自变变量量，通通过过画画出出图图象象可可以以找找到到或或反反映映物物理理量量之之间间的的变变化化关关系系，且且便便于于找找出出其其中中的的规规律律，确确定定对对应应量量的的函函数数关关系系画画图图象象时时应应注注意意：(1)根根据据测测量量的的要要求求选选定定坐坐标标轴轴，一一般般以以横横轴轴为为自自变变量量，纵纵轴轴为为因因变变量量，坐坐标标轴轴要要标标明明所所代代表表的的物物理理量量的的名名称称及及单单位位；(2)坐坐标标轴轴标标度度的的选选择择要要合合适适，使使测测量量数数据据能能在在坐坐标标轴轴上上得得到到准准确确的的反反映映，在在物物理理图图象象
6、中中，坐标原点可以是零也可以不是零坐标原点可以是零也可以不是零要点热点探究要点热点探究探究点一测量性实验探究点一测量性实验测测量量性性实实验验一一般般以以某某一一原原理理或或物物理理规规律律(公公式式)为为依依据据，通通过过测测量量相相关关的的物物理理量量，从从而而实实现现测测定定某某个个(或或某某些些)物物理理量量或或物物理理常常数数的的实实验验目目的的测测量量可可分分为为直直接接测测量量和和间间接接测测量量，高高中中物物理理实实验验涉涉及及的的测测量量性性实实验验大大多多为为间间接接测测量量实实验验，即即通通过过直直接接测测量量和和推推导导计计算算来来间间接接得得到到待待测测量量，联联系系
7、直直接接测测量量量量和和待待测测量量间间的的关关系系是是该该实验的实验原理实验的实验原理【点点评评】 本本题题是是在在教教材材学学生生实实验验研研究究匀匀变变速速直直线线运运动动的的规规律律的的基基础础上上适适度度延延伸伸和和拓拓展展命命制制的的，属属于于间间接接测测量量性性实实验验，考考查查考考生生对对基基本本实实验验的的理理解解和和应应用用能能力力，属属于于最最基基本本的的实实验验能能力力要要求求，要要求求考考生生深深刻刻理理解解基基本本实实验验原原理理，领领悟悟其其中中渗渗透透的实验思想、方法、理论，并能迁移应用的实验思想、方法、理论，并能迁移应用 2011安安徽徽卷卷 为为了了测测量量
8、某某一一弹弹簧簧的的劲劲度度系系数数，将将该该弹弹簧簧竖竖直直悬悬挂挂起起来来，在在自自由由端端挂挂上上不不同同质质量量的的砝砝码码实实验验测测出出了了砝砝码码质质量量m与与弹弹簧簧长长度度l的的相相应应数数据据，其其对对应应点点已已在在图图5134上上标标出出(g9.8 m/s2)(1)作出作出ml的关系的关系图线图线；(2)弹弹簧的簧的劲劲度系数度系数为为N/m.探究点二验证性实验探究点二验证性实验例例2 2 20112011海海南南卷卷 现现要要通通过过实实验验验验证证机机械械能能守守恒恒定定律律实实验验装装置置如如图图5135所所示示：水水平平桌桌面面上上固固定定一一倾倾斜斜的的气气垫
9、垫导导轨轨；导导轨轨上上A点点处处有有一一带带长长方方形形遮遮光光片片的的滑滑块块，其其总总质质量量为为M，左左端端由由跨跨过过轻轻质质光光滑滑定定滑滑轮轮的的细细绳绳与与一一质质量量为为m的的砝砝码码相相连连；遮遮光光片片两两条条长长边边与与导导轨轨垂垂直直；导导轨轨上上B点点有有一一光光电电门门，可可以以测测量量遮遮光光片片经经过过光光电电门门时时的的挡挡光光时时间间t，用用d表表示示A点点到到导导轨轨底底端端C点点的的距距离离，h表表示示A与与C的的高高度度差差，b表表示示遮遮光光片片的的宽宽度度，x表表示示A、B两两点点间间的的距距离离，将将遮遮光光片片通通过过光光电电门门的的平平均均
10、速速度度看看作作滑滑块块通通过过B点点时时的的瞬瞬时时速速度度用用g表表示示重重力力加加速速度度完完成下列填空和作成下列填空和作图图：(2)多多次次改改变变光光电电门门的的位位置置，每每次次均均令令滑滑块块自自同同一一点点(A点点)下下滑，测量相应的滑，测量相应的x与与t值，结果如下表所示：值，结果如下表所示：专题十三专题十三 要点热点探究要点热点探究【点点评评】 本本题题是是验验证证机机械械能能守守恒恒定定律律实实验验的的再再设设计计，将将传传统统实实验验方方法法中中使使用用的的打打点点计计时时器器改改为为气气垫垫导导轨轨和和光光电电计计时时装装置置，这这需需要要学学生生从从验验证证的的机机
11、械械能能守守恒恒定定律律出出发发，根根据据实实验验条条件件理理解解实实验验步步骤骤，明明确确需需要要直直接接测测量量和和间间接接计计算算哪哪些些物物理理量量，需需要要验验证证什什么么关系才能表示小车运动过程中的机械能守恒关系才能表示小车运动过程中的机械能守恒 2010安安徽徽卷卷 利利用用如如图图5137所所示示装装置置进进行行验验证证机机械械能能守守恒恒定定律律的的实实验验时时，需需要要测测量量物物体体由由静静止止开开始始自自由由下下落落到到某某点点时时的的瞬瞬时时速速度度v0和和下下落落高高度度h.某某班班同同学学利利用用实实验验得得到到的的纸纸带带，设计设计了以下四种了以下四种测测量方案
12、量方案A用用刻刻度度尺尺测测出出物物体体下下落落的的高高度度h，并并测测出出下下落落时时间间t，通通过过vgt计算出瞬时速度计算出瞬时速度v0探究点三探究性实验探究点三探究性实验探探究究性性实实验验旨旨在在通通过过实实验验探探索索某某种种物物理理规规律律、研研究究某某个个物物理理问问题题近近年年来来探探究究性性实实验验在在高高考考实实验验中中占占的的比比例例逐逐步步增增大大，注注重重考考查查考考生生的的科科学学探探究究能能力力和和知知识识的的形形成成过过程程探探究究性性实实验验要要求求学学生生将将自自己己掌掌握握的的物物理理知知识识和和实实验验技技能能创创造造性性地地应应用用到到新新的的实实验
13、验情情境境中中，由由题题给给条条件件自自行行选选定定实实验验原原理理，确确定定实实验验方方案案，选选择择合合适适的的器器材材去去研研究究物物理理现现象象，通通过过实实验验得得到到的的数数据据信信息息分分析析各各物物理理量量中的内在联系，找出其中所包含的物理规律中的内在联系，找出其中所包含的物理规律例例3 3 为为了了“探探究究功功与与物物体体速速度度变变化化的的关关系系”，现现提提供供如如图图5138所示的器材，请思考探究思路并回答下列问题：所示的器材，请思考探究思路并回答下列问题：(1)(1)为为 了了 消消 除除 摩摩 擦擦 力力 的的 影影 响响 ， 应应 采采 取取 的的 措措 施施
14、：_(2)在在某某次次实实验验中中某某同同学学得得到到了了如如图图5139所所示示的的一一条条纸纸带带，在在A、B、C、D、E五五个个计计数数点点中中应应该该选选用用(填填“B”、“C”或或“D”)点的速度才符合点的速度才符合实验实验要求，因要求，因为为：_。【点点评评】 “探探究究功功与与物物体体速速度度变变化化的的关关系系”实实验验中中，打打点点计计时时器器打打出出的的纸纸带带应应该该先先逐逐渐渐变变疏疏后后均均匀匀不不变变，本本实实验验给给出出的的打打点点纸纸带带有有明明显显的的误误差差，这这是是由由于于摩摩擦擦力力没没有有被被完完全全平平衡衡造造成成的的，解解答答时时无需理会无需理会钩
15、码质钩码质量量m/g弹弹簧簧总长总长度度L/cm06.0307.0608.0909.11209.915011.2探究点四实验创新与设计探究点四实验创新与设计创创新新和和设设计计性性实实验验要要求求学学生生运运用用学学过过的的实实验验方方法法，自自行行设设计计一一个个新新的的实实验验方方案案它它要要求求学学生生自自主主设设计计实实验验原原理理，选选择择实实验验器器材材，安安排排实实验验步步骤骤，设设计计实实验验数数据据处处理理的的方方法法并并分分析析实实验验误误差差实实验验创创新新与与设设计计主主要要考考查查学学生生是是否否理理解解实实验验原原理理，是是否否具具有有灵灵活活运运用用实实验验知知识
16、识的的能能力力，是是否否具具有有在在不不同同情情况况下下迁迁移移知知识识的的能能力力，对对能力的要求能力的要求较较高高1设设计计性性实实验验考考查查实实验验知知识识的的综综合合应应用用，解解决决设设计计性性实实验验问问题题的的关关键键在在于于根根据据实实验验原原理理设设计计实实验验方方案案实实验验原原理理是是进进行行实实验验设设计计的的根根本本依依据据和和出出发发点点，它它决决定定实实验验过过程程的的设设置置、应应当当测测量量哪些物理量、如何安排哪些物理量、如何安排实验实验步步骤骤等等问题问题2求解求解设计设计性性实验实验的步的步骤骤(1)从从实验实验目的入手；目的入手；(2)根根据据问问题题
17、的的要要求求和和条条件件，回回顾顾课课本本实实验验原原理理，联联想想实实验验模模型，适当迁移，确定型，适当迁移，确定实验实验原理和原理和实验过实验过程；程；(3)根据根据实验实验器材和原理，器材和原理，设计设计具体的具体的实验实验方案；方案；(4)设设计计实实验验记记录录表表格格，测测量量物物理理量量，处处理理实实验验数数据据，进进行行误误差分析差分析在在保保证证正正确确性性、安安全全性性、准准确确性性、可可操操作作性性的的原原则则下下，实实验验的的设计设计一般依据以下步一般依据以下步骤进骤进行：行：例例4 4 20112011重重庆庆卷卷 某某同同学学设设计计了了如如图图51311所所示示的
18、的装装置置，利利用用米米尺尺、秒秒表表、轻轻绳绳、轻轻滑滑轮轮、轨轨道道、滑滑块块、托托盘盘和和砝砝码码等等器器材材来来测测定定滑滑块块和和轨轨道道间间的的动动摩摩擦擦因因数数.滑滑块块和和托托盘盘上上分分别别放放有有若若干干砝砝码码，滑滑块块质质量量为为M，滑滑块块上上砝砝码码总总质质量量为为m，托托盘盘和和盘盘中中砝砝码码的的总总质质量量为为m.实实验验中中，滑滑块块在在水水平平轨轨道道上上从从A到到B做做初初速速为为零的匀加速直零的匀加速直线线运运动动，重力加速度，重力加速度g取取10 m/s2.实验实验次数次数1234LL1L2L3L4vv 1v 2v 3v 4【备备选选理理由由】 本
19、本题题情情景景灵灵活活，难难度度不不大大，符符合合广广东东高高考考的的命命题特点题特点图图1是是利利用用激激光光测测转转速速的的原原理理示示意意图图，图图中中圆圆盘盘可可绕绕固固定定轴轴转转动动，盘盘边边缘缘侧侧面面上上有有一一小小段段涂涂有有很很薄薄的的反反光光材材料料当当盘盘转转到到某某一一位位置置时时，接接收收器器可可以以接接收收到到反反光光涂涂层层所所反反射射的的激激光光束束，并并将将所所收收到到的的光光信信号号转转变变成成电电信信号号，在在示示波波器器显显示示屏屏上上显显示示出出来来(如图如图2所示所示). (1)若若图图2中中示示波波器器显显示示屏屏横横向向的的每每大大格格(5小小
20、格格)对对应应的的时时间间为为5.00102 s ，则圆盘则圆盘的的转转速速为为_r/s.(保留保留3位有效数字位有效数字)(2)若若测测得得圆圆盘盘直直径径为为10.20 cm，则则可可求求得得圆圆盘盘侧侧面面反反光光涂涂层层的的长长度度为为_cm.(保留保留3位有效数字位有效数字)图图1图图2【解解析析】 (1)从从图图2可可知知圆圆盘盘转转一一圈圈的的时时间间在在横横坐坐标标上上显显示示22格格，由由题题意意知知图图2中中横横坐坐标标上上每每格格表表示示1.00102 s，所所以以圆圆盘盘转转动的周期是动的周期是0.22 s，则转速为，则转速为4.55 r/s(2)反反光光引引起起的的电电流流图图象象在在图图2中中横横坐坐标标上上每每次次一一格格，说说明明反反光涂层的长度光涂层的长度L占圆盘周长的二十二分之一，占圆盘周长的二十二分之一，1.46 cm.【答案】【答案】(1)4.55(2)1.46同学们来学校和回家的路上要注意安全同学们来学校和回家的路上要注意安全
