迎战2012届高考物理一轮复习课件 专题25 实验数据处理与结果分析

2020/6/152020/6/151．纸带的选取：一般实验应用点迹清晰、无漏点的纸带中选取有足够多点的一段作为实验纸带．在“验证机械能守恒定律”实验中还要求纸带包含第一、二点，并且第一、二两点距离接近2.0mm.2．根据纸带上点的密集程度选取计数点．打点计时器每打n个点取一个计数点，则计数点时间间隔为n个打点时间间隔，即T=0.02n(s)．一般取n=5，此时T=0.1s.一、纸带处理类问题2020/6/15xⅠ=x1，xⅡ=x2-x1，xⅢ=x3-x2，xⅣ=x4-x3，xⅤ=x5-x4，xⅥ=x6-x53．测量计数点间距离．为了测量、计算的方便和减小偶然误差的考虑，测量距离时不要分段测量，尽可能一次测量完毕，即测量计数起点到其他各计数点的距离．如图1321所示，则由图可得：图13212020/6/154．判定物体运动的性质：(1)若xⅠ、xⅡ、xⅢ、xⅣ、xⅤ、xⅥ基本相等，则可判定物体在实验误差范围内做匀速直线运动．(2)设Dx1=xⅡ-xⅠ，Dx2=xⅢ-xⅡ，Dx3=xⅣ-xⅢ，Dx4=xⅤ-xⅣ，Dx5=xⅥ-xⅤ，若Dx1、Dx2、Dx3、Dx4、Dx5基本相等，则可判定物体在实验误差范围内做匀变速直线运动．2020/6/15(3)测定第n点的瞬时速度．物体做匀变速直线运动时，在某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度．即测出第n点的相邻的前、后两段相等时间T内的距离，由平均速度公式就可求得，如上图中第4点的瞬时速度为：35422xxxxvTT2020/6/1512212332221234D3333xxxxTxxxxxxaaaxxxaTaaaaTTTaaaⅠⅠⅣⅡⅤⅢⅡⅢⅣⅥⅤⅥ测定做匀变速直线运动物体的加速度，一般用逐差法求加速度．将如上图所示的连续相等时间间隔内的位移、、、、、分成两组，利用可得：，再算出的、、平均值，即：就是所测定做匀变速直线运动物体的加速度．若为奇数组数据则将中间一组去掉，然后再将数据分组利用逐差、、法求解．2020/6/15【例2】(1)一种游标卡尺，它的游标尺上有50个小的等分刻度，总长度为49mm.用它测量某物体长度，卡尺示数如图1322甲所示，则该物体的长度是________cm.图13222020/6/15(2)某学生用打点计时器研究小车的匀变速直线运动．他将打点计时器接到频率为50Hz的交流电源上，实验时得到一条纸带(如图1322乙所示)．他在纸带上便于测量的地方选取第一个计时点，在这点下标明A，第六个点下标明B，第十一个点下标明C，第十六个点下标明D，第二十一个点下标明E.测量时发现B点已模糊不清，于是他测得AC长为14.56cm、CD长为11.15cm，DE长为13.73cm，则打C点时小车的瞬时速度大小为________m/s，小车运动的加速大小为________m/s2，AB的距离应为________cm.(保留三位有效数字)2020/6/15图1322【分析】对纸带的研究直接利用逐差法取平均值计算加速度，利用中点时刻的瞬时速度即为平均计时点速度．2020/6/15【解析】1500.02mm41mm100.02mm41.20mm4.120cm游标尺上有个小的等分刻度，则精确度为，则读数为220.414.5611.1513.73102m/s0.40.986m/s2.58m/sACCDDEcDECDxxxvxxaT2020/6/15xBC-xAB=aT2，xAB+xBC=xAC，可求得xAB=5.99cm【评析】本题考查了游标卡尺的读数，又考查了纸带的处理求速度与加速度，要熟练掌握．2020/6/15【变式题1】(2010·重庆)某同学用打点计时器测量做匀速直线运动的物体的加速度，电源频率f=50Hz，在纸带上打出的点中，选出零点，每隔4个点取1个计数点，因保存不当，纸带被污染，如图1323所示，A、B、C、D是依次排列的4个计数点，仅能读出其中3个计数点到零点的距离：xA=16.6mm、xB=126.5mm、xD=624.5mm.图13232020/6/15若无法再做实验，可由以上信息推知：①相邻两计数点的时间间隔为s；②打C点时物体的速度大小为m/s(取2位有效数字)；③物体的加速度大小为(用xA、xB、xD和f表示)23275DBAxxxf0.12.52020/6/15【解析】①打点计时器打出的纸带每隔4个点选择一个计数点，则相邻两计数点的时间间隔为t=5T=50.02s=0.1s②根据BD间的平均速度等于C点的速度得：3624.5126.510m/s2.5m/s220.1DBCxxvt2020/6/15③匀加速运动的位移特征是相邻的相等时间间隔内的位移以at2均匀增大，有：BC=AB+at2CD=BC+at2=AB+2at2BD=BC+CD=2AB+3at2即为：xD-xB=2(xB-xA)+3at2223DBBAxxxxat求得2020/6/15t=5T=51f=5f23275DBAxxxfa则有：2020/6/15【变式题2】如图1324甲所示，是用落体法验证机械能守恒定律的实验装置．(g取9.80m/s2)选出一条纸带如图1324乙所示，其中O点为打点计时器打下的第一个点，A、B、C为三个计数点，打点计时器通以50Hz的交流电．用分度值为1mm的刻度尺测得OA=12.41cm，OB=18.90cm，OC=27.06cm，在计数点A和B、B和C之间还各有一个点，重锤的质量为1.00kg.甲同学根据以上数据算出：当打点计时器打到B点时重锤的重力势能比开始下落时减少了J；打点计时器打到B点时重锤的速度vB=m/s，此时重锤的动能比开始下落时增加了J．1.851.831.672020/6/15图13242020/6/15【解析】重力势能的减少量Ep=mgh=1.009.8018.9010-2J≈1.85J重锤的动能增加量22k11v1.001.83J1.67J.22BEm227.0612.4110m/s1.83m/s220.04ACBxvt2020/6/15【变式题3】(2010·新课标)图1325为验证机械能守恒定律的实验装置示意图．现有的器材为：带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重锤、天平．回答下列问题：(1)为完成此实验，除了所给的器材，还需要的器材有（）.(填入正确选项前的字母)A．米尺B．秒表C．0～12V的直流电源D．0～12V的交流电源AD2020/6/15图13252020/6/15(2)实验中误差产生的原因有(写出两个原因)纸带和打点计时器之间有摩擦；用米尺测量纸带上点的位置时读数有误差；计算势能变化时选取的始末点距离过近；交流电频率不稳定2020/6/15一、安培表的两种接法：1．测量电路的选择：用伏安法测电阻电路主要有电流表的内接法和外接法两种，在初中阶段由于我们忽略电表对电路的影响，这两种接法也就不存在什么区别，但在实际电路中电压表的内阻不是无穷大，电流表的电阻也不是零，所以它们接在电路中时对电路或多或少都会有影响，下面就两种接法对电阻测量的影响做以介绍．二、测电阻类问题2020/6/15(1)电流表的内接法电路如图1331所示，在此电路中电流的测量的是真实值即I测=I实，但加在电压表两端的电压却是被测电阻与电流表共同分得的电压即U测＞U实，这样我们在计算电阻R时R测=U测/I测＞U实/I实，也就是这样测得的电阻比实际值偏大，实际上测得的电阻是电流表与被测电阻串联的总电阻．图13312020/6/15(2)电流表的外接法电路如图1332所示，在此电路中电压的测量的是真实值即U测=U实，但电流表所测电流却是被测电阻与电压表共同分得的电流，即I测＞I实，这样我们在计算电阻R时，R测=U测/I测＜U实/I实，也就是这样测得的电阻比实际值偏小，实际上测得的电阻是电流表与被测电阻并联的总电阻．图13322020/6/15(3)电路的选择既然两种方法都存在系统误差，那么我们在选择电路时就应从尽量减小误差的角度来选择电路，如果我们选择电流表的内接法，这时我们是忽略了电流表的分压，即待测电阻分得的电压远大于电流表分得的电压，也就是说R≫RA，同理如果我们选择电流表的外接法，这时我们是忽略了电压表的分流，即待测电阻分得的电流远大于电压表分得的电流，也就是说RV≫R.2020/6/15VARRRR在这里所指的远大于不是指具体值，而是看两者的倍数关系，若满足则应选用内接法，反之就要选用外接法．外接法多用于测小阻值电阻，内接法多用于测大＞阻值电阻．图13332020/6/15在不知电阻的具体值时我们可以选用试触法，其电路可以参照图1333.若电键先打在a端观察两表示数，再打到b端再来观察两表示数，如果电压表的示数变化明显则说明电流表分压不能忽略，所以应选用电流表的外接法，反之如电流表的示数变化明显则说明电压表的分流较大，电压表的分流不能忽略，要选用电流表的内接法．二、滑动变阻器在电路中的两种用法：1．滑动变阻器的限流接法图13342020/6/15mmm13-3-412xxxmRRRRRUURR图用法我们称之为滑动变阻器的限流接法，这是同学们在初中就用到的一种方法，这种用法主要优点有两点：电路简单；电路中电流较小．如果在电路允许的调节范围内这种接法应作为首选，但这种用法同时也存在一定的缺点，因在电路中滑动变阻器与被测电阻串联，它所能达到的电压调节范围只能是，其中为滑动变阻器的最大阻值，当阻值与接近或比大时，它的调节范围明显就太小～了．但也不是滑动变阻器阻值越大越好，如滑动变阻器阻值太大，电路不易调节．2020/6/152．滑动变阻器的分压接法图1335图1335用法我们称之为滑动变阻器的分压接法，这种用法是把滑动变阻器的一部分与待测电阻并联，从电路可知理论上它的电压可以由0～U连续可调，它的缺点是电路中电流较大．2020/6/153．电路的选择在实际电路中我们选择哪种电路还要看具体情况，在以下情况我们要选择分压电路：(1)滑动变阻器的总阻值小于2Rx，(Rx为待测电阻阻值)这时用限流接法电压的调节范围较小，应选用分压接法．(2)实验本身要求电压从零连续可调，或有明确说明时我们要选用分压接法．2020/6/15三、实验仪器的选择在选择实验仪器时要遵守以下几点：1．安全：安全是仪器选择的前提条件，在实验时，电路中加在各仪器上的电流或电压不允许超出各仪器的额定值或量程．2．在保证安全的前提下要尽可能做到精确，这样可以减小实验误差．如在选用电压或电流表时，要尽可能使指针接近满刻度，因为这样可以减小误差；在选用万用表测电阻时，要选用使指针指在中间刻度附近的挡位．3．易于操作，这也是我们选择仪器的一个标准，如我们用图甲电路对电阻调压时，若选用的滑动变阻器阻值太大，这样在调节电压时我们就很难操作．2020/6/15【例3】(2009·福建)(1)在通用技术课上，某小组在组装潜艇模型时，需要一枚截面为外方内圆的小螺母，如图1336甲所示．现需要精确测量小螺母的内径，可选用的仪器有：A．50等分的游标卡尺B．螺旋测微器①在所提供的仪器中应选用______________．②在测量过程中，某同学在小螺母中空部分360°范围内选取不同的位置进行多次测量取平均值的目的是____________________________________．2020/6/15图13362020/6/15(2)某研究性学习小组为了制作一种传感器，需要选用一电器元件．图1331乙为该电器元件的伏安特性曲线，有同学对其提出质疑，现需进一步验证该伏安特性曲线，实验室备有下列器材：2020/6/15器材(代号)规格电流表(A1)量程0～50mA，内阻约为50Ω电流表(A2)量程0～200mA，内阻约为10Ω电压表(V1)量程0～3V，内阻约为10kΩ电压表(V2)量程0～15V，内阻约为25kΩ滑动变阻器(R