2017屆高三物理二輪復習第一篇專題攻略專題七物理實驗第15講力學實驗課件

1、專題七　物 理 實 驗,第15講　力 學 實 驗,一、誤差與有效數字1.系統誤差:由于儀器本身不精密、實驗方法粗略或實驗原理不完善而產生的誤差。系統誤差總是同樣偏大或偏小。系統誤差可以通過更新儀器、完善原理來減小或消除。,2.偶然誤差:由各種偶然因素如測量、讀數不準確、作圖不規范造成的誤差。偶然誤差表現為重復做同一實驗時總是時大時小。偶然誤差可用多次測量求平均值的方法來減小。,3.有效數字:帶有一位不可靠數字的近似數字叫有效數字。

2、有效數字從左邊第一個不為零的數字算起,如0.0125為三位有效數字。,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:精確到毫米,估讀一位。,(2)游標卡尺的讀數:,(3)螺旋測微器的讀數:測量值=固定刻度整毫米數+半毫米數+可動刻度讀數(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點,則時間間隔為Δt=0.02×5s=

3、0.1 s。(2)頻閃照相機:用相等時間間隔獲取圖象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系,探究動能定理。,3.兩種實驗過程的比較:,四、實驗數據的處理方法1.列表法:在記錄和處理數據時,為了簡單而明顯地表示出有關物理量之間的關系,可將數據填寫在適當的表格中,即

4、為列表法。,2.平均值法:把在同一狀態下測定的同一個物理量的若干組數據相加求和,然后除以測量次數。3.作圖法:用作圖法處理數據的優點是直觀、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系。,考向1　讀數類問題【典例1】(2016·濰坊二模)一同學為測定某種硬金屬的電阻率,先用伏安法測出一小段由這種材料做成的圓柱形金屬絲的電阻為R= Ω,然后用游標卡尺和螺旋測微器分別測定該金屬絲的

5、長度和直徑,示數如圖甲、乙所示。由圖可知游標卡尺的示數為________mm,螺旋測微器的示數為_________mm。則這種金屬的電阻率為ρ=______Ω·m。(最后一空保留兩位有效數字),【解題探究】(1)游標卡尺讀數_______估讀。(2)螺旋測微器讀數必須_____。,不需要,估讀,【解析】游標卡尺的主尺讀數為11mm,游標尺上第4個刻度和主尺上某一刻度對齊,所以游標讀數為4×0.1 mm=

6、0.4 mm,所以最終讀數為11 mm+0.4 mm=11.4 mm。螺旋測微器固定刻度讀數為0.5mm,可動刻度讀數為0.01 mm×42.0=0.420 mm,得d=0.5mm+0.420 mm=0.920 mm(0.919～0.921都正確)。,由電阻定律:R=ρ金屬的橫截面積:S= πd2則有:ρ=解得:ρ=1.1×10-3Ω·m答案:11.4　0.920　1.1×10-3

7、,【對點訓練】1.(2014·福建高考)某同學測定一金屬桿的長度和直徑,示數如圖甲、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,因此讀數應為60.10 cm,游標卡尺是50分度,精確到0.02 mm,因此讀數為4.20 mm。答案:60.10　4.20,2.(2016·黃山二模)(1)某同學利用彈簧測力計研究在豎直方向運

8、行的電梯的運動狀態,他在地面上用彈簧測力計測量砝碼的重力,示數為G,他在電梯中用彈簧測力計測量同一砝碼的重力,發現彈簧測力計的示數小于G,由此判斷此時電梯的運動狀態可能是__________。,(2)用螺旋測微器測量某金屬絲直徑的結果如圖所示,該金屬絲的直徑是____________________mm。,【解析】(1)砝碼在地面上時,mg-F1=0,在電梯中則有mg-F2=ma,由于F2<mg,因此,砝碼具有豎直向下的加速度,說

9、明電梯可能做向上的勻減速直線運動或向下的勻加速直線運動。(2)螺旋測微器的讀數為d=1.5mm+20.6×0.01 mm=1.706 mm。答案:(1)減速上升或加速下降　(2)1.706(1.704～1.708均可),考向2　紙帶類問題【典例2】(2016·全國卷Ⅰ)某同學用圖甲所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律,其中打點計時器的電源為交流電源,可以使用的頻率有20Hz、30 Hz和40 Hz,打出紙帶的一部

10、分如圖乙所示。該同學在實驗中沒有記錄交流電的頻率f,需要用實驗數據和其他條件進行推算。,(1)若從打出的紙帶可判定重物勻加速下落,利用f和圖乙中給出的物理量可以寫出:在打點計時器打出B點時,重物下落的速度大小為________________,打出C點時重物下落的速度大小為________________,重物下落的加速度大小為________________。,(2)已測得s1=8.89cm,s2=9.50cm,s3=10.10cm;

11、當地重力加速度大小為9.80m/s2,實驗中重物受到的平均阻力大小約為其重力的1%。由此推算出f為___________Hz。,【解析】(1)兩點間時間間隔為T=　,vB=同理vC=　　　　 ,根據公式s3-s1=2aT2,得重物下落的加速度的大小為a=　 　　。,(2)據mg-0.01mg=ma和a=　　 　,代入數據可得f為40Hz。答案:(1)　　 (2)40,【規律總結】

12、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工作時應先接通電源,后釋放紙帶。,(2)紙帶的應用。①判斷物體運動性質。a.若Δx=0,則可判定物體在實驗誤差允許的范圍內做勻速直線運動。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的平均速度等

13、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,【對點訓練】1.(2016·海南高考)某同學利用圖甲所示的實驗裝置探究物塊速度隨時間的變化。物塊放在桌面上,細繩的一端與物塊相連,另一端跨過滑輪掛上鉤碼。打點計時器固定在桌面左端,所用交流電源頻率為50Hz。紙帶穿過打點

14、計時器連接在物塊上。啟動打點計時器,釋放物,塊,物塊在鉤碼的作用下拖著紙帶運動。打點計時器打出的紙帶如圖乙所示(圖中相鄰兩點間有4個點未畫出)。,根據實驗數據分析,該同學認為物塊的運動為勻加速運動?；卮鹣铝袉栴}:(1)在打點計時器打出B點時,物塊的速度大小為__________m/s。在打出D點時,物塊的速度大小為_______________m/s。(保留兩位有效數字)(2)物塊的加速度大小為________________m/s

15、2。(保留兩位有效數字),【解析】(1)根據勻變速直線運動的中間時刻速度等于該過程的平均速度,所以:vB=　　　　　　 =0.56m/s,vD=　　　　　　　　 =0.96m/s。(2)根據題意,該同學認為物塊的運動為勻加速運動,則根據速度公式:vD=vB+a·2T,代入數據整理可以得到:a=2.0m/s2。答案:(1)0.56　0.96　(2)2.0,2.某實驗小組設計了“探究做功與物體速度變化的關系”的

16、實驗裝置,實驗步驟如下:a.實驗裝置如圖甲所示,細繩一端系在滑塊上,另一端繞過小滑輪后掛一砂桶,小砂桶內裝一定量砂子,用墊塊將長木板固定有定滑輪的一端墊高,不斷調整墊塊的高度,直至輕推滑塊后,滑塊恰好能沿長木板向下做勻速直線運動。,b.保持長木板的傾角不變,取下細繩和砂桶,將滑塊右端與紙帶相連,并穿過打點計時器的限位孔,接通打點計時器的電源后,釋放滑塊,讓滑塊從靜止開始加速下滑。c.取下紙帶,在紙帶上取如圖乙所示的A、B兩計數點,并

17、用刻度尺測出s1、s2及A、B兩點間的距離s,打點計時器的打點周期為T。,根據以上實驗,回答下列問題:(1)若忽略滑輪質量及軸間摩擦,本實驗中滑塊加速下滑時所受的合外力____________________(選填“等于”“大于”或“小于”)砂桶及砂的總重力。,(2)為探究從A到B過程中,做功與物體速度變化關系,則實驗中已測量出砂與砂桶的重力mg(或者砂與砂桶的質量m),還需測量的量有_________________。(3)請寫出

18、探究結果表達式___________________。,【解析】(1)由題a步驟知,對滑塊和砂桶組成的整體,由平衡條件得Mgsinθ-f-mg=0,所以取下細繩和砂桶,滑塊加速下滑時所受的合外力等于砂桶及砂的總重力。,(2)、(3)砂桶及砂的總重力做功為W=mgs;打點計時器打A點時,滑塊的速度大小為vA=　 ,打B點時,滑塊的速度大小為vB=　 ,從A到B過程,滑塊動能的變化量為　　 ,則探究結果表達式:

19、mgs=,由上式可知:為探究從A到B過程中,做功與物體速度變化關系,實驗中需測量的量有:砂與砂桶的重力mg(或者砂與砂桶的質量m)、滑塊質量M。答案:(1)等于　(2)滑塊質量M(3)mgs=,考向3　彈簧類問題　　　　　　【典例3】(2016·全國卷Ⅲ)某物理課外小組利用圖甲中的裝置探究物體加速度與其所受合外力之間的關系。圖中,置于實驗臺上的長木板水平放置,其右端固定一輕滑輪;輕繩跨過滑輪,一端與放在木板上的小滑

20、車相連,另一端可懸掛鉤碼。本實驗中可用的鉤碼共有N=5個,每個質量均為0.010kg。實驗步驟如下:,(1)將5個鉤碼全部放入小車中,在長木板左下方墊上適當厚度的小物塊,使小車(和鉤碼)可以在木板上勻速下滑。,(2)將n(依次取n=1,2,3,4,5)個鉤碼掛在輕繩右端,其余N-n個鉤碼仍留在小車內;用手按住小車并使輕繩與木板平行。釋放小車,同時用傳感器記錄小車在時刻t相對于其起始位置的位移s,繪制s-t圖象,經數據處理后可得到相應的加

21、速度a。,(3)對應于不同的n的a值見下表。n=2時的s-t圖象如圖乙所示;由圖乙求出此時小車的加速度(保留2位有效數字),將結果填入下表。,(4)利用表中的數據在圖丙中補齊數據點,并作出a-n圖象。從圖象可以看出:當物體質量一定時,物體的加速度與其所受的合外力成正比。,(5)利用a-n圖象求得小車(空載)的質量為__________________kg(保留2位有效數字,重力加速度g取9.8m/s2)。,(6)若以“保持木板水平”來

22、代替步驟(1),下列說法正確的是____________(填入正確選項前的標號)。A.a-n圖線不再是直線B.a-n圖線仍是直線,但該直線不過原點C.a-n圖線仍是直線,但該直線的斜率變大,【解析】(3)由于小車做的是勻加速直線運動,由s=　at2,將特殊點(2,0.80)代入得a=0.40m/s2。,(4)利用描點法可得如圖所示圖線,(5)根據牛頓第二定律可得nmg=(M+Nm)a。代入m=0.010kg,n=1、2、3、4

23、、5以及相應的加速度可求得M=0.44kg。(6)若不平衡摩擦力,則有nmg-μ[M+(N-n)m]g=(M+Nm)a,解得a=　　　 ·n-μg,故圖線不過原點,但仍然是直線,且斜率增大,A錯誤,B、C正確。答案:(3)0.40　(4)見解析圖　(5)0.44　(6)B、C,【對點訓練】1.(2015·山東高考)某同學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,

24、使其軸線沿豎直方向。,②如圖甲所示,將環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,直到彈簧秤示數為某一設定值時,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)。每次將彈簧秤示數改變0.50 N,測出所對應的l,部分數據如下表所示:,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F∞′。,④在秤鉤上涂抹少許潤滑油,將橡皮筋搭在秤

25、鉤上,如圖乙所示。用兩圓珠筆尖成適當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)利用表中數據在給出的坐標紙上畫出F-l圖線,根據圖線求得l0=____________________cm。,(2)測得OA=6.00 cm,OB=7.60 cm,則FOA的大小為____________________N。(3)根據給出的標度

26、,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,即可得出實驗結論。,【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=10.0cm。(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對應的彈力F=1.80 N。,(3)根據平行四邊形定則,作出平行四邊

27、形并求出對角線表示的力F′。(4)因為F′是根據平行四邊形定則求出的,F∞′是實際測量出的,如果在誤差允許范圍內,F′與F∞′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)F∞′,2.(2016·四川高考)用如圖所示的裝置測量彈簧的彈性勢能。將彈簧放置在水平氣墊導軌上,左端固定,右端在O點;

28、在O點右側的B、C位置各安裝一個光電門,計時器(圖中未畫出)與兩個光電門相連。先用米尺測得B、C兩點間距離s,再用帶有遮光片的滑塊壓縮彈簧到某位置A,靜止釋放,計時器顯示遮光片從B到C所用的時間t,用米尺測量A、O之間的距離x。,(1)計算滑塊離開彈簧時速度大小的表達式是________________________。(2)為求出彈簧的彈性勢能,還需要測量______。A.彈簧原長B.當地重力加速度C.滑塊(含遮光片)的質量

29、,(3)增大A、O之間的距離x,計時器顯示時間t將____________。A.增大　　　　　　　　　B.減小C.不變,【解析】(1)滑塊離開彈簧以后做勻速直線運動,故速度v=　。(2)由能量守恒知彈簧的彈性勢能等于滑塊的動能,故要求彈簧的彈性勢能需要求滑塊的動能,還需要測量的物理量是滑塊(含遮光片)的質量。,(3)增大A、O之間的距離x,則彈簧的彈性勢能增大,滑塊的動能增大,速度增大,通過計時器的時間減小,選B。答案