2014江苏物理《高考专题》（二轮）复习课件：专题六 第12讲 力学实验.ppt

1、专题六物 理 实 验第12讲力 学 实 验一、误差和有效数字1.误差:误 差产生原因大小特点减小方法系统误差实验仪器不精确实验原理不完善实验方法粗略总是偏大或偏小更新仪器完善原理改进方法偶然误差测量、读数不准确可大可小画图像或取平均值2.有效数字:(1)定义：带有一位不可靠数字的近似数字。有效数字的最后一位是测量者估读出来的，是误差的来源。(2)从数字左边第一个不为零的数字算起，如0.012 5为三位有效数字。二、长度的测量1.毫米刻度尺的读数:精确到毫米，估读一位。2.游标卡尺的读数:游标尺/mm精度/mm测量结果(游标尺上第n个刻线与主尺上的某刻度线对正时)/mm刻度格数刻度总长度每小格与

2、1毫米差1090.10.1主尺上读的毫米数+0.1n20190.050.05主尺上读的毫米数+0.05n50490.020.02主尺上读的毫米数+0.02n3.螺旋测微器的读数:测量值=固定刻度整毫米数+半毫米数+可动刻度读数(含估读)0.01 mm。三、力学实验1.验证性实验：验证机械能守恒定律。2.探究性实验：(1)探究速度随时间变化的规律。(2)探究力的平行四边形定则。(3)探究加速度与物体质量、物体受力的关系。3.两种实验过程的比较:类型探究性实验验证性实验实验过程提出问题猜想与假设制定计划与设计实验方案进行实验与收集数据分析与论证评估交流与合作实验目的实验器材实验原理实验步骤数据分析

3、实验结论四、实验数据的处理方法1.列表法：在记录和处理数据时，为了简单而明显地表示出有关物理量之间的关系，可将数据填写在适当的表格中，即为列表法。2.平均值法：把在同一状态下测定的同一个物理量的若干组数据相加求和，然后除以测量次数。3.作图法：用作图法处理数据的优点是直观、简便，有取平均值的效果。由图线的斜率、截距、包围的面积等可以研究物理量之间的关系。热点考向 1考查对替代思想的理解和运用【典例1】(2011江苏高考)某同学用如图所示的实验装置来验证“力的平行四边形定则”，弹簧测力计A挂于固定点P，下端用细线挂一重物M。弹簧测力计B的一端用细线系于O点，手持另一端向左拉，使结点O静止在某位置

4、。分别读出弹簧测力计A和B的示数，并在贴于竖直木板的白纸上记录O点的位置和拉线的方向。(1)本实验用的弹簧测力计示数的单位为N，图中A的示数为_N。(2)下列不必要的实验要求是_。(请填写选项前对应的字母)A.应测量重物M所受的重力B.弹簧测力计应在使用前校零C.拉线方向应与木板平面平行D.改变拉力，进行多次实验，每次都要使O点静止在同一位置(3)某次实验中，该同学发现弹簧测力计A的指针稍稍超出量程，请您提出两个解决办法。【解题探究】(1)验证平行四边形定则实验中要体现_思想，即合力与分力_相同。(2)记录O点的位置和测量重物的重力就相当于确定了_。(3)弹簧测力计使用时不能超出其_。引起量程

5、过大的原因是拉力_或者悬挂的重物_。等效替代作用效果合力的大小和方向量程重大【解析】(1)根据弹簧测力计的指针位置以及读数规则可知A的示数为3.6 N。(2)要验证的关系是A、B两个弹簧测力计的拉力的合力与M的重力等大反向，所以应测量M的重力，为减小测量误差应该做到弹簧测力计使用前校零，拉力的方向与木板平行，A、B、C对，改变拉力进行多次实验，O点位置可以不同，D错。(3)A的拉力超过其量程，为减小A的数值，有多个方法，例如：使B拉力减小，减小M的重力大小，A换成量程更大的弹簧测力计，改变B的拉力方向等。答案：(1)3.6 (2)D(3)使B拉力减小；减小M的重力大小；A换成量程更大的弹簧测力

6、计或改变B的拉力方向等。(任选两种)【总结提升】等效替代思想在力学实验中只有“探究平行四边形定则”中用到。该实验中主要是准确记录分力的大小和方向，画出平行四边形找到理论合力，再找到实际合力的大小和方向与理论合力比较。若误差较小，就认为理论值与实际值是相等的，所有这一切的前提是等效替代，即合力与分力的作用效果是一样的。结点不变是保证合力大小和方向都不变，本实验中利用重物的重力恒定来保证合力不变，本质一样。所以，O点要不要保证“静止在同一位置”，要根据实际情况而定，等效思想是本实验中唯一不变的。热点考向2 纸带类实验的处理方法【典例2】(2012江苏高考)为测定木块与桌面之间的动摩擦因数，小亮设计

7、了如图所示的装置进行实验。实验中，当木块A位于水平桌面上的O点时，重物B刚好接触地面。将A拉到P点，待B稳定后静止释放，A最终滑到Q点。分别测量OP、OQ的长度h和s。改变h，重复上述实验，分别记录几组实验数据。(1)实验开始时，发现A释放后会撞到滑轮。请提出两个解决方法。(2)请根据下表的实验数据作出s-h关系的图像。h/cm20.030.040.050.060.0s/cm19.528.539.048.056.5(3)实验测得A、B的质量分别为m=0.40 kg、M=0.50 kg。根据s-h图像可计算出A木块与桌面间的动摩擦因数=_。(结果保留一位有效数字)(4)实验中，滑轮轴的摩擦会导致

8、的测量结果_(选填“偏大”或“偏小”)。【解题探究】(1)木块A释放后会撞到滑轮，是因为木块A的运动是先_运动再_运动，减速运动的_过大导致木块A撞到滑轮。所以利用整体法可以_B的质量或者_木块A的质量，或者增加木块A到滑轮的距离。加速减速初速度减小增大(2)木块A在加速阶段根据动能定理有:，减速阶段，根据动能定理有：。最后联立两式，要找到s与h的关系才能与图像对应起来，解得s=。(3)摩擦阻力有木块与桌面之间的、细绳与滑轮之间的，但是我们计算时都将所有阻力视为_阻力，所以，导致结果_。摩擦偏大【解析】(1)为使A不撞到滑轮，应设法减小B落地瞬间A的速度，因而可以减小B的质量；增加细线的长度或

9、增大A的质量；降低B的起始高度。(2)如图(3)对A木块应用动能定理，有h=h=由图可知代入数据可以解得：=0.380.4。(4)考虑到滑轮的摩擦力做负功，实验中要克服滑轮的摩擦力做功，造成实验结果偏大。答案：(1)减小B的质量；增加细线的长度(或增大A的质量；降低B的起始高度)(2)见解析图(3)0.4(4)偏大【总结提升】打点计时器及纸带问题的处理方法(1)打点计时器的认识和正确使用:电磁打点计时器工作电压为低压交流46 V；电火花计时器工作电压为交流220 V。工作时应先接通电源，后释放纸带。(2)纸带的应用：判断物体运动性质。a.若x=0,则可判定物体在实验误差允许的范围内做匀速直线运

10、动。b.若x不为零且为定值，则可判定物体在实验误差允许范围内做匀变速直线运动。求解瞬时速度。利用做匀变速运动的物体在一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度。如图所示，求打某一点的瞬时速度，只需在这一点的前后各取相同时间间隔T的两段位移xn和xn+1，则打n点时的速度(3)用“逐差法”求加速度：如图所示因为所以热点考向 3依据教材突出创新意识【典例3】(2013江苏高考)某兴趣小组利用自由落体运动测定重力加速度，实验装置如图所示。倾斜的球槽中放有若干个小铁球，闭合开关K，电磁铁吸住第1个小球。手动敲击弹性金属片M，M与触头瞬间分开，第1个小球开始下落，M迅速恢复，电磁铁又吸住第2个小球。当第

11、1个小球撞击M时，M与触头分开，第2个小球开始下落这样，就可测出多个小球下落的总时间。(1)在实验中，下列做法正确的有()A.电路中的电源只能选用交流电源B.实验前应将M调整到电磁铁的正下方C.用直尺测量电磁铁下端到M的竖直距离作为小球下落的高度D.手动敲击M的同时按下秒表开始计时(2)实验测得小球下落的高度H=1.980 m，10个小球下落的总时间T=6.5 s。可求出重力加速度g=_m/s2。(结果保留两位有效数字)(3)在不增加实验器材的情况下，请提出减小实验误差的两个办法。(4)某同学考虑到电磁铁在每次断电后需要时间t磁性才消失，因此，每个小球的实际下落时间与它的测量时间相差t，这导致

12、实验误差。为此，他分别取高度H1和H2，测量n个小球下落的总时间T1和T2。他是否可以利用这两组数据消除t对实验结果的影响？请推导说明。【解题探究】小球做_，对应的位移公式为。由公式能求解重力加速度，为了减小误差，采用_的方法。自由落体运动多次测量求平均值【解析】(1)电磁铁可以使用交流电或直流电。小型电磁铁一般使用直流电，A项错误；为保证小球下落能把触头断开，M应调整到电磁铁的正下方，B项正确；电磁铁下端到M的竖直距离，再减去一个小球的直径，即为小球下落的高度，C项错误；手动敲击M的同时按下秒表开始计时，D项正确。(2)根据则有(3)增加小球下落的高度；多次重复实验，结果取平均值。(4)由可

13、得因此可以消去t的影响。答案：(1)B、D (2)9.4 (3)增加小球下落的高度；多次重复实验，结果取平均值。(其他答案只要合理也可)(4)见解析1.(2013南通二模)如图所示，在做“用落体法验证机械能守恒定律”的实验中，(1)下列说法中正确的是_。A.电磁打点计时器应接10 V以下直流电源B.操作时应先放纸带后接电源C.选择的重物应该相对质量较大、体积较小D.需使用停表测出重物下落的时间(2)实验中误差产生的原因_(写出两个原因)。通过作图像的方法可以去除偶然误差较大的数据，提高实验的准确程度。从纸带上选取多个点，测量从第一点到其余各点的下落高度h，并计算各点速度的平方v2，然后以_为纵

14、轴，以_为横轴，根据实验数据作出图线。若在实验误差允许的范围内，图线是一条过原点且斜率为g的直线，则验证了机械能守恒定律。【解析】(1)电磁打点计时器应接10 V以下交流电源，故A错误。开始记录时，应先给打点计时器通电打点，然后释放重物，让它带着纸带一同落下，如果先放开纸带让重物下落，再接通打点计时器的电源，由于重物运动较快，不利于数据的采集和处理，会对实验产生较大的误差，故B错误。实验供选择的重物应该相对质量较大、体积较小，这样能减小摩擦阻力的影响，故C正确。通过打点计时器计算时间，不需要停表，故D错误。(2)实验中误差产生的原因：下落过程中存在阻力；长度的测量；计算势能变化时，选取的始末两

15、点距离过近；交流电频率不稳定等。测量从第一点到其余各点的下落高度h，并计算各点速度的平方v2，然后以为纵轴，以h为横轴(或以v2为纵轴，以2h为横轴)，根据实验数据作图线。若在实验误差允许的范围内，图线是一条过原点且斜率为g的直线，则验证了机械能守恒定律。答案:(1)C (2)下落过程中存在阻力；长度的测量；计算势能变化时，选取的始末两点距离过近；交流电频率不稳定等(任选两个)h(或v2 2h)2.(2013南通模拟)如图甲所示是某同学探究加速度与力的关系的实验装置。他在气垫导轨上安装了一个光电门B，滑块上固定一遮光条，滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连，传感器下方悬挂钩码，每次

16、滑块都从A处由静止释放。(1)该同学用游标卡尺测量遮光条的宽度d，如图乙所示，则d=_mm。(2)实验时，将滑块从A位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门B的时间t，若要得到滑块的加速度，还需要测量的物理量是_。(3)下列不必要的一项实验要求是_。(请填写选项前对应的字母)A.应使滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量B.应使A位置与光电门间的距离适当大些C.应将气垫导轨调节水平D.应使细线与气垫导轨平行(4)改变钩码质量，测出对应的力传感器的示数F和遮光条通过光电门的时间t，通过描点作出线性图像，研究滑块的加速度与力的关系，处理数据时应作出图像_(选填“t2-F”“-F”或“”)。【

17、解析】(1)根据游标卡尺的读数原理d=2 mm+0.05 mm5=2.25 mm。(2)通过数字计时器读出遮光条通过光电门B的时间t，可以算出滑块经过光电门时的速度v，测得遮光条到光电门的距离L后，可得滑块的加速度(3)该实验中，力传感器所指示的数值就是对滑块的拉力的大小，没有近似，A项要求不需要。(4)由及F=ma可知，F与成正比，故应作出图线。答案:(1)2.25 (2)遮光条到光电门的距离L (3)A (4)3.(2013广州模拟)利用如图所示的装置可以做力学中的一些实验，已知交流电的频率为f，小车质量为M,钩码质量为m。(1)如果利用它来探究物体的加速度与力、质量的关系时，为使小车所受

18、的合外力等于细线的拉力，应该采取的措施是_，要使细线的拉力等于钩码的总重力，应该满足的条件是M_m(选填“大于”“远大于”“小于”或“远小于”)。(2)在满足了小车所受的合外力等于细线的拉力的条件下，且使细线的拉力等于钩码的总重力，如果利用它来探究外力做功与动能的关系时得到的纸带如图所示。O为小车开始运动时打下的第一个点，A、B、C为运动过程中的三个相邻的计数点，相邻的计数点之间的四个点没有标出，有关数据如图所示，要探究小车运动的动能定理，要满足一个怎样的关系式_(用题中的字母符号表示)。(3)如果利用此装置来验证小车与钩码组成的系统机械能守恒时，为尽可能消除摩擦力对小车的影响：则小车质量和钩

19、码的质量关系应该满足M_m(选填“大于”“远大于”“小于”或“远小于”)。【解析】(1)探究物体的加速度与力、质量的关系时，为使小车所受的合外力等于细线的拉力，应该采取的措施是平衡摩擦力，要使细线的拉力等于钩码的总重力，应该满足的条件是M m，满足了小车所受的合外力等于细线的拉力的条件下，且使细线的拉力等于钩码的总重力。(2)如果利用它来探究外力做功与动能的关系时，要探究小车运动的动能定理，要满足拉力对小车做功等于小车动能的变化。要满足的关系式是(3)利用此装置来验证小车与钩码组成的系统机械能守恒时为尽可能消除摩擦力对小车的影响。应使钩码的重力远大于小车受到的摩擦力，则小车质量与钩码的质量关系应满足M m。答案：(1)平衡摩擦力远大于(2)(3)远小于