高考物理力学实验专题

一、误差和有效数字1.误差测量值与真实值的差异叫做误差。⑴系统误差⑵偶然误差多次重复实验总是偏大或偏小。多次重复实验偏大偏小的机会相同。减小偶然误差：多次实验取平均值，属于线性关系的,画出拟合直线。⑶绝对误差和相对误差。测量值A和真实值A0之差的绝对值|A-A0|叫绝对误差；绝对误差与真实值的比叫相对误差。00AAA（或绝对误差与测量值的比叫相对误差。）AAA02.有效数字带有一位不可靠数字的近似数字。⑴仅适用于近似数字。⑵只能带有一位不可靠数字。用测量仪器直接测量时，一般要求在最小刻度下再估读一位。(不受有效数字位数的限制。)运算结果一般保留2-3位有效数字。游标卡尺例外，不要求估读。2.时间的测量⑴打点计时器(计时仪器）都使用频率为50Hz的交变电源。电磁打点计时器用低压交变电源，火花打点计时器用220V交变电源。打点周期均为0.02s。电磁打点计时器火花打点计时器由于秒表是0.1s跳一格,不估读下一位.461214161820222426283028100126789101134512131431333537394143454749515355575937⑵秒表小圆内的短针是分针,最小刻度是0.5min大圆内的长针是秒针,最小刻度是0.1s每1分钟的前半分钟内的秒数按大表盘的红字读数；后半分钟内的秒数按大表盘的黑字读数。（1分50.5秒）3．各种传感器的应用经常用到的传感器有:力的传感器、位移传感器、速度传感器、光电计时器等。通过这些传感器直接得到测量值,或将这些传感器与计算机连接，直接在屏幕上描绘出被测物理量的变化曲线。例3．测量物块沿斜面下滑通过B点时的瞬时速度，可在B处放置一光电门,用光电计时器记录滑块通过光电门过程挡光的时间t；用游标卡尺测量滑块的挡光长度d。ABdtdv4．平衡摩擦力力学实验中经常会利用物块（或小车）沿水平长木板滑行的情景，而且希望物块和木板间没有摩擦，但实际上物块与木板间不可能是绝对光滑的。为了消除摩擦力带来的系统误差，需要在开始实验前平衡摩擦力。方法是将原来水平放置的木板的一端适当抬高,将物块放在木板上,稍加推动后,如果物块能自动保持匀速下滑,表明它受到的重力的下滑分力恰好与滑动摩擦力大小相等。①纸带处理。选点迹清楚的纸带，选开始点O，每5个点取一个计数点，相邻计数点间时间间隔0.1s.测出相邻计数点间的距离s1、s2、s3……OABCs1s2s3三、考试说明规定的实验一）．研究匀变速直线运动在小车后面连接纸带，用打点计时器记录小车的运动情况。计算相邻相等时间内的位移差s2-s1、s3-s2、s4-s3…是否相等，判定被测物体的运动是否是匀变速直线运动。③利用纸带求被测物体在任意计数点对应时刻的瞬时速度。OABCs1s2s3Tssv232B如：②判定匀变速直线运动。④利用纸带求被测物体的加速度a。⒜“逐差法”：从纸带上得到6个相邻相等时间内的位移求a，有23216549Tssssssa⒝利用任意两段相邻记数点间的位移（第m段和第n段）求a，有2Tnmssanm⒞利用v-t图象求a。3.0Ot/sv/(m·s-1)0.10.20.30.40.50.51.52.51.02.03.50.64.0在v-t图象中描点；画出拟合直线；在直线上取两点；由这两点求斜率k；该斜率即加速度aa=5.3m/s2(0.00,0.8)(0.60,4.0)写出这两点坐标；例5．研究匀变速直线运动实验中选出了如下的一条纸带，图中标出的数字为相邻两个计数点间的距离。打点计时器的电源频率为50Hz。OABCDEF5.127.109.1111.1013.1215.11单位cm由这些已知数据计算：①该匀变速直线运动的加速度a=_____m/s2.②纸带上D点相对应的瞬时速度v=____m/s.（答案均要求保留3位有效数字）2.001.21二）探究弹力和弹簧伸长的关系k=Δmg/ΔL=28N/m代表符号L0L1L2L3L4L5L6L7刻度数值/cm1.703.405.108.6010.312.1714读数错误L5,L66.8514.05L7-L3=7.20cm10.3012.10444321ddddL=1.75cm用逐差法求ΔL：例6．6．几个同学利用如图26甲所示的装置探究“弹力和弹簧伸长量的关系”，他们先读出不挂砝码时弹簧下端指针所指的标尺刻度(图中标尺等分刻度只是示意图)，然后在弹簧下端挂上砝码，并逐个增加砝码，依次读出指针所指的标尺刻度．所得数据列表如下：(弹簧弹力始终未超过弹性限度，重力加速度g＝9.8m/s2)砝码质量m/g050100150200250标尺刻度x/10－2m6.008.0210.0013.1214.1015.92图26(1)根据所测数据，在图乙所示的坐标纸上作出弹簧指针所指的标尺刻度x与砝码质量m的关系曲线．(2)根据作出的关系曲线，可以求得这种规格弹簧的劲度系数为______N/m.(结果保留三位有效数字)(3)从装置示意图可看出，弹簧不挂砝码时，刻度尺的“0”刻度与弹簧的上端没有对齐，这对准确测出劲度系数是否有影响？________(填“有影响”或“无影响”)．答案(1)标尺刻度x与砝码质量m的关系曲线如图，且舍掉13.12cm的点(2)24.5(24.5～25.0)(3)无影响三）．验证力的平行四边形定则c两只弹簧秤拉橡皮条和一只弹簧秤拉的效果相同。效果指橡皮条的形变相同。实验中要用O、M、N、P4个点记录力的方向；用a、b、c的示数记录力的大小。OabABMNP二、验证性实验1．验证力的平行四边形定则例2在“验证力的平行四边形定则”实验中，情况如图3甲所示，其中A为固定橡皮筋的图钉，O为橡皮筋与细绳的结点，OB和OC为细绳．图乙是在白纸上根据实验结果画出的图．图3(1)如图3甲，当用两个弹簧秤同时拉橡皮筋时，必须记录下两弹簧秤读数，及_______________________________________．(2)图乙中的F与F′中，____(填“F”或“F′”)一定与AO共线．两细线的方向(或两力的方向),O点的位置F′误区提示本实验结果有明显偏差的原因很多,但归纳起来可分为两类：一类是在实验操作过程中产生的,如O点位置变动、弹簧测力计与木板平面不平行、弹簧测力计的使用和读数不正确(读数时要注意弹簧测力计零刻度的位置)等;另一类是在处理实验数据时产生的，如力的方向的标注、力的图示(平行四边形作图)的不准确等．所以一定要注意有可能产生这些偏差的原因．另外，用作图法来处理实验数据并得出结论时，规范作图至关重要，要养成规范作图的习惯．预测演练2在“验证力的平行四边形定则”的实验中(1)部分实验步骤如下，请完成有关内容：A．将一根橡皮筋的一端固定在贴有白纸的竖直平整木板上，另一端绑上两根细线．B．其中一根细线挂上5个质量相等的钩码，使橡皮筋拉伸，如图4甲所示，记录：__________、__________、___________.C．将步骤B中的钩码取下，分别在两根细线上挂上4个和3个质量相等的钩码，用两光滑硬棒B、C使两细线互成角度，如图乙所示，小心调整B、C的位置，使_______________，记录__________________．甲乙图4(2)如果“力的平行四边形定则”得到验证，那么图乙中sinβ∶sinα＝________.答案(1)B.钩码个数(或细线拉力)；橡皮筋与细线结点的位置O；细线的方向(说明:能反映细线方向的其它记录也可以)C．橡皮筋与细线结点的位置与步骤B中结点位置重合；钩码个数和对应的细线方向(2)34预测演练2在“验证力的平行四边形定则”的实验中(1)部分实验步骤如下，请完成有关内容：A．将一根橡皮筋的一端固定在贴有白纸的竖直平整木板上，另一端绑上两根细线．B．其中一根细线挂上5个质量相等的钩码，使橡皮筋拉伸，如图4甲所示，记录：__________、__________、___________.C．将步骤B中的钩码取下，分别在两根细线上挂上4个和3个质量相等的钩码，用两光滑硬棒B、C使两细线互成角度，如图乙所示，小心调整B、C的位置，使_______________，记录__________________．甲乙图4(2)如果“力的平行四边形定则”得到验证，那么图乙中sinβ∶sinα＝________.答案(1)B.钩码个数(或细线拉力)；橡皮筋与细线结点的位置O；细线的方向(说明:能反映细线方向的其它记录也可以)C．橡皮筋与细线结点的位置与步骤B中结点位置重合；钩码个数和对应的细线方向(2)34考能定时训练1．下列有关实验的描述中，正确的是()A．在“验证力的平行四边形定则”的实验中，拉橡皮筋的细绳应稍长一些B．在“探究弹簧弹力与其伸长量的关系”的实验中,作出弹力和弹簧长度的图象也能求出弹簧的劲度系数C．在“探究功与速度变化的关系”的实验中，需要求出打点纸带的平均速度D．在“验证机械能守恒定律”的实验中，必须由v＝gt求出打某点时纸带的速度AB先保持小车m不变,改变m´即改变F多做几次实验,由纸带算出与F对应的a,作出a-F图象,若是过原点的直线则证明a∝F；四）.验证牛顿第二定律砝码砝码盘小车打点计时器m´m时可认为F=m´g实验前必须平衡摩擦力研究a、m、F三者的关系，要采用控制变量法。再保持m´不变即F不变，改变小车m做几次实验,由纸带算出与m对应的a,作出a-m-1图象，若是过原点的直线则证明a∝m-1。aFOam-1O小车质量例8．如图用位移传感器和计算机（DIS）研究加速度和力的关系。实验前已平衡摩擦力。⑴采用控制变量法，应保持_________不变,用钩码的重力作为______________,测小车的加速度；位移传感器（发射器）位移传感器（接收器）轨道小车钩码小车所受外力加速度a与外力F成正比(C)a/(ms-2)F/NOAB⑵改变所挂钩码的数量，多次重复测量。根据测得的数据画出a-F图线如图。图线的OA段可得出的实验结论是_____________________。此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是A.小车与轨道之间存在摩擦B.导轨保持了水平状态C.所挂钩码的总质量太大D.所用小车的质量太大2.探究小车加速度与外力、质量的关系例5(1)某同学设计了一个探究小车的加速度a与小车所受拉力F及质量m关系的实验，图9为实验装置简图．他想用钩码的重力表示小车受到的合外力，为了减小这种做法带来的实验误差，你认为下列哪两项说法是正确的()A．要平衡摩擦力B．实验时不需要平衡摩擦力C．钩码的重力要远小于小车的总重力D．实验进行时应先释放小车再接通电源(2)如图10所示是某次实验中得到的一条纸带，其中A、B、C、D、E是计数点，相邻计数点间的时间间隔为T，距离如图所示．则打C点时小车的速度为____________；若要验证合外力的功与动能变化间的关系，除位移、速度外，还要测出的两个物理量是________________．图9图10答案(1)AC(2)L3－L12T钩码的重力和小车的总质量五）．研究平抛运动⑴斜槽末端切线水平。⑵用重锤线检验坐标纸上的竖直边是否竖直。⑶以斜槽末端为原点建立直角坐标系。Oxy⑷小球每次从斜槽上的同一位置由静止开始下滑。⑸由描迹法得到小球平抛的轨迹。⑹由轨迹任一点的坐标可求平抛初速度。（x0,y0）0002ygxv4．某同学设计了一个研究平抛运动的实验．实验装置如图23所示，A是一块平面木板，在其上等间隔地开凿出一组平行的插槽(图中P0P0′、P1P1′、…)，槽间距离均为d.把覆盖复写纸的白纸铺贴在硬板B上．实验时依次将B板插入A板的各插槽中，每次让小球从斜轨的同一位置由静止释放．每打完一点后，把B板插入后一槽中并同时向纸面内侧平移距离d.实验得到小球在白纸上打下的若干痕迹点，如图24所示．图23图24(1)实验时每次让小球从同一位置由静止释放，是为了____________________________．(2)每次将B板向内