著名机构高三物理寒假班讲义第3讲力学实验(一)
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1、第3讲 力学实验(一)温馨提示 物理实验在高考中的地位很突出,从近几年高考实验题看,已从考查原理、步骤、数据处理、误差分析逐步过渡到要求考生用学过的实验原理、方法解决新颖灵活的实验问题,强化对考生创新能力的考查,试题从仪器使用、装置改选、电路设计等多方面设置了新的物理情境,而且物理实验题分值较高,成为历年高考的热点内容,它又往往是学生得分率较低的题目。因此,物理实验能力能否提高及高三物理实验复习的成功与否,是高考能否制胜的关键。 3.1误差和有效数字知识点睛1误差测量值与真实值的差异叫做误差。误差可分为系统误差和偶然误差两种。 系统误差来源于仪器误差、理论误差、环境误差。它的特点是在多次重复同
2、一实验时,误差总是同样地偏大或偏小。减小系统误差的方法是校准测量仪器,改进实验方法。 偶然误差来源于各种偶然因素对实验者、测量仪器、被测物理量的影响。它的特点是有时偏大,有时偏小,并且偏大和偏小的机会相同。减小偶然误差的方法是多次测量取平均值。这个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可靠数字的近似数字,叫做有效数字。有效数字的最后一位是测量者估读出来的,因此这一位数字是不可靠的,也是误差所在位。 有效数字是对近似数字而言。 只能带有一位不可靠数字,不是位数越多越好。 位数的确定。 左边第一位不是零的数字起数到右边最末一位估读数字为止,包括末位的零都是有效数字。例如:、都
3、为四位有效数字,而、都是两位有效数字。 还需要注意乘方不算有效数字,例如和所表示的有效数字位数是不同的,前者为位有效数字,末位的“0”是估读的,所用测量工具的最小单位为,后者为两位有效数字,末位的“4”是估读的,所用测量工具的最小单位为。 凡是用测量仪器直接测量的结果,读数一般要求在读出仪器最小刻度所在位的数值(可靠数字)后,再向下估读一位(不可靠数字),这里不受有效数字位数的限制。间接测量的有效数字运算不作要求,运算结果一般可用位有效数字表示。3.2 测量仪器知识点睛力学实验部分中,高考要求会正确使用的仪器主要有:刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器、天平(略)、秒表、打点计时器、弹簧秤(略)。1刻
4、度尺测量时直尺应与被测部分平行,不论精度是多少的刻度尺,我们总要估读一位,即最小刻度的下一位。2游标卡尺 分度的游标卡尺,读数准确到。 分度的游标卡尺,读数准确到。 分度的游标卡尺,读数准确到。读数方法:读数时先从主尺上读出厘米数和毫米数,然后用游标读出毫米以下的数值:游标的第几条刻线跟主尺上某一条刻线对齐,毫米以下的读数就是几乘精确度。要注意:游标卡尺都是根据刻线对齐来读数的,所以都不再往下一位估读。3螺旋测微器固定刻度上的最小刻度为(在中线的上侧);可动刻度每旋转一圈前进(或后退)。在可动刻度的一周上平均刻有条刻线,精确度为。读数时,从固定刻度上读取整、半毫米数,然后从可动刻度上读取剩余部
5、分,注意要估读到最小刻度的下一位,再把两部分读数相加,得测量值。4秒表秒表的读数分两部分:小圈内表示分,每小格表示分钟;大圈内表示秒,最小刻度为秒。当分针在前分内时,秒针在秒内读数;当分针在后分内时,秒针在秒内读数。且不需要估读。例题精讲【例1】读出刻度尺的示数【答案】 ()【例2】读出游标卡尺的示数【答案】 【例3】读出螺旋测微器的示数【答案】 () () () ()【例4】读出秒表的示数031233435637839411043121445164718492051225324265557285901267891011345121314【答案】实验复习我们可以看到,在力学实验中,除了探究胡克
6、定律和单摆测重力加速度两个实验以外,剩余的实验都带有以“痕迹”为研究对象进行数据的采集和处理的特征,但是具体的实验方法又各有不同。可以大体分为两大部分:第一部分包括验证力的平行四边形定则、研究平抛运动、验证动量守恒定律,特点是通过物体的直接痕迹研究规律,另外,我们把单摆也放在这部分一起讲解。第二部分包括研究匀变速直线运动,验证牛顿第二定律,探究动能定理和验证机械能守恒定律。特点是通过物体的间接痕迹“纸带”研究规律。 3.3 验证力的平行四边形定则知识点睛1实验目的验证互成角度的两个力合成的平行四边形定则。2实验原理(等效替代)如果使、的共同作用效果与另一个力的作用效果相同(使橡皮条在某一方向伸
7、长一定的长度),看、用平行四边形定则求出的合力与这一个力是否在实验误差允许范围内大小相等、方向相同,如果在实验误差允许范围内,就验证了力的平行四边形定则。3实验器材木板一块,白纸,图钉若干,橡皮条一段,细绳套(两个),弹簧秤两个,三角板,刻度尺,量角器,铅笔。4注意事项 用弹簧秤测拉力时,应使拉力沿弹簧秤的轴线方向,橡皮条、弹簧秤和细绳套应位于与纸面平行的同一平面内。 同一次实验中,橡皮条拉长后的结点位置必须保持不变。 使用弹簧测力时,拉力适当大一些。 画力的图示时应该选择适当的标度。尽量使图画的大些,同一次实验中标度应该相同,要严格按力的图示要求和几何作图法作出平行四边形,求出合力。 用两个
8、弹簧秤勾住绳套互成角度地拉橡皮条时,其夹角不宜太小,也不宜太大,以到之间为宜。5误差分析 本实验误差的主要来源:系统误差包括弹簧秤本身的误差,偶然误差包括读数误差、作图误差。 减小误差的方法:读数时眼睛一定要正视,要按有效数字正确读数和记录,两个力的对边与各自的力的作用线平行;两个分力、间夹角越大,用平行四边形作图得出的合力的误差也越大,所以实验中不要把取得太大。例题精讲【例5】 关于验证力的平行四边形定则的实验,下列说法中正确的是 A两次拉橡皮条伸长的长度相等就能实现“等效”B两次拉橡皮条时必须使节点都到达同一位置点C实验中,测力计必须保持与木板平行,读数时视线要正对测力计刻度D实验中,把橡
9、皮条与绳套的节点拉到点时,两个测力计之间的夹角最好取,以便算出合力的大小 如图所示,是A、B、C、D四位同学在实验中做出的图示,其中表示两个分力和的理论合力,表示只用一根弹簧秤拉时的等效拉力,则图中的哪一个结果符合实验事实? 得到如图所示图形,若此时恰好,改变的拉力方向使角减小,保持方向不变,若保持点位置不变,则的大小变化情况是 。 本实验采用的科学方法是 A理想实验法 B等效替代法 C控制变量法 D建立物理模型法【答案】 BC A 增大 B【例6】某同学在家中尝试验证平行四边形定则,他找到三条相同的橡皮筋(遵循胡克定律)和若干小事物,以及刻度尺、三角板、铅笔、细绳、白纸、钉子,设计了如下实验
10、:将两条橡皮筋的一端分别固定在墙上的两个钉子、上,另一端与第三条橡皮筋连接,结点为,将第三条橡皮筋的另一端通过细绳挂一重物。 为完成实验,下述操作中必需的是 。a. 测量细绳的长度b. 测量橡皮筋的原长c. 测量悬挂重物后橡皮筋的长度d. 记录悬挂重物后结点的位置 钉子位置固定,欲利用现有器材,改变条件再次验证,可采用的方法是 。【答案】 b c d; 更换不同的小重物3.4 研究平抛运动知识点睛1实验目的 用描迹法描出平抛物体的运动轨迹。 求出平抛物体的初速度。2实验原理(描迹) 平抛运动可以看作是由两个分运动合成,一个是在水平方向上的匀速直线运动,其速度等于平抛物体运动的初速度,另一个是在
11、竖直方向上的自由落体运动。 在水平分运动中,运用;在竖直分运动中,运用或。3实验器材斜槽(附挡球板和重锤线)、水准仪、小钢球、木板、竖直固定支架、刻度尺、三角板、白纸、图钉、定点用的有孔卡片、重锤线、铅笔等。4注意事项 实验中必须保证通过斜槽末端端点的切线水平,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,并使小球的运动靠近木板但不接触。 小球必须每次从斜槽上同一位置滚下,为此在斜槽上固定一个挡板,每次都从挡板处无初速释放小球。 坐标原点(小球做平抛运动的起点)不是槽口的端点,应是小球在槽口时,球心在木板上的水平投影点。 要在斜槽上适当的高度释放小球,使它水平抛出后其轨迹由木板左上
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