物理高考热点预测复习课件6.12力学实验经典实用

1、第12讲 力学实验一、误差和有效数字一、误差和有效数字1.1.误差误差2.2.有效数字有效数字(1)(1)定义：带有一位不可靠数字的近似数字。有效数字的最后定义：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一位是测量者估读出来的, ,是误差的来源。是误差的来源。(2)(2)从数字左边第一个不为零的数字算起，如从数字左边第一个不为零的数字算起，如0.012 50.012 5为三位有为三位有效数字。效数字。 二、长度的测量二、长度的测量1.1.毫米刻度尺的读数毫米刻度尺的读数精确到毫米，估读一位。精确到毫米，估读一位。2.2.游标卡尺的读数游标卡尺的读数测量值测量值= =主尺

2、上的读数主尺上的读数+m+mn(n(其中其中m m为游标卡尺的精确度，为游标卡尺的精确度，n n为为游标尺上与主尺上某刻度线对齐的格数游标尺上与主尺上某刻度线对齐的格数) )。3.3.螺旋测微器的读数螺旋测微器的读数测量值测量值= =固定刻度固定刻度+ +可动刻度可动刻度0.01 mm0.01 mm。 三、验证性实验三、验证性实验1.1.包括的课题包括的课题验证力的平行四边形定则、验证牛顿运动定律、验证机械能守验证力的平行四边形定则、验证牛顿运动定律、验证机械能守恒定律。恒定律。2.2.验证性实验的两种方法验证性实验的两种方法(1)(1)对于现象直观明显或者只需讨论的验证性实验问题，常常对于现

3、象直观明显或者只需讨论的验证性实验问题，常常通过观察分析进行证实；通过观察分析进行证实； (2)(2)对有测量数值且实验要求根据数据分析验证结果的，一般对有测量数值且实验要求根据数据分析验证结果的，一般要进行分析归纳，通过作图、计算、测量进行比较验证，随着要进行分析归纳，通过作图、计算、测量进行比较验证，随着高考改革逐步深入，验证性实验试题逐渐减少，往往将验证性高考改革逐步深入，验证性实验试题逐渐减少，往往将验证性实验变化为设计性、探究性、研究性实验，对于这种实验题型实验变化为设计性、探究性、研究性实验，对于这种实验题型的变化，我们复习时要引起足够的重视。的变化，我们复习时要引起足够的重视。

4、四、探究性实验四、探究性实验1.1.包括的课题包括的课题探究弹力和弹簧伸长的关系探究弹力和弹簧伸长的关系2.2.从实验的过程上进行比较从实验的过程上进行比较3.3.探究性实验过程是从提出问题开始的，内容上具有不确定性，探究性实验过程是从提出问题开始的，内容上具有不确定性，结果与多种因素有关，可能会出现多种情况。结果与多种因素有关，可能会出现多种情况。 【热点考向热点考向1 1】 游标卡尺和螺旋测微器的读数游标卡尺和螺旋测微器的读数【典例典例1 1】(2012(2012广州一模广州一模)(1)(1)用游标为用游标为2020分度的卡尺测量某分度的卡尺测量某物体的长度如图甲，由图可知其长度为物体的长

5、度如图甲，由图可知其长度为 mmmm；(2)(2)用螺旋测微器测量某物体的直径如图乙，由图可知其直径用螺旋测微器测量某物体的直径如图乙，由图可知其直径为为 mmmm。【解题指导解题指导】解答此题应注意以下两点：解答此题应注意以下两点：(1)(1)游标卡尺读数时要认清游标卡尺的分度值，游标卡尺读数时要认清游标卡尺的分度值，2020分度的游标分度的游标卡尺可精确到卡尺可精确到0.05 mm0.05 mm。(2)(2)螺旋测微器读数时首先要观察半毫米刻度线是否露出，其螺旋测微器读数时首先要观察半毫米刻度线是否露出，其次螺旋测微器读数时要进行估读。次螺旋测微器读数时要进行估读。【规范解答规范解答】(1

6、)(1)根据游标卡尺的读数方法，读数为根据游标卡尺的读数方法，读数为50 mm+350 mm+30.05 mm=50.15 mm0.05 mm=50.15 mm。(2)(2)根据螺旋测微器的读数规则，读数为根据螺旋测微器的读数规则，读数为4.5 mm+20.04.5 mm+20.00.01 mm0.01 mm=4.700 mm=4.700 mm。答案：答案：(1)50.15 (2)4.700(1)50.15 (2)4.700【规律总结规律总结】游标卡尺和螺旋测微器读数时应注意的问题游标卡尺和螺旋测微器读数时应注意的问题(1)10(1)10分度的游标卡尺，以分度的游标卡尺，以mmmm为单位，小数

7、点后只有为单位，小数点后只有1 1位，位，2020分分度和度和5050分度的游标卡尺以分度的游标卡尺以mmmm为单位，小数点后有为单位，小数点后有2 2位，且对齐位，且对齐格数不估读。格数不估读。(2)(2)螺旋测微器以螺旋测微器以mmmm为单位，小数点后必须有为单位，小数点后必须有3 3位，对齐格数要位，对齐格数要估读，同时还要注意半毫米刻度线是否露出。估读，同时还要注意半毫米刻度线是否露出。 【热点考向热点考向2 2】 纸带类实验问题的处理纸带类实验问题的处理【典例典例2 2】(2012(2012黄冈一模黄冈一模) )物理小组物理小组在一次探究活动中测量滑块与木板之在一次探究活动中测量滑块

8、与木板之间的动摩擦因数，实验装置如图。间的动摩擦因数，实验装置如图。一表面粗糙的木板固定在水平桌面上，一表面粗糙的木板固定在水平桌面上，一端装有定滑轮；木板上有一滑块，其一端与电磁打点计时器一端装有定滑轮；木板上有一滑块，其一端与电磁打点计时器的纸带相连，另一端通过跨过定滑轮的细线与托盘连接；打点的纸带相连，另一端通过跨过定滑轮的细线与托盘连接；打点计时器使用的交流电源的频率为计时器使用的交流电源的频率为50 hz50 hz。开始实验时，在托盘。开始实验时，在托盘中放入适量砝码，滑块开始做匀加速运动，在纸带上打出一系中放入适量砝码，滑块开始做匀加速运动，在纸带上打出一系列小点。列小点。(1)(

9、1)如图给出的是实验中获取的一条纸带的一部分：如图给出的是实验中获取的一条纸带的一部分：0 0、1 1、2 2、3 3、4 4、5 5、6 6、7 7是计数点，每相邻两计数点间还有是计数点，每相邻两计数点间还有4 4个打点个打点( (图图中未标出中未标出) )，计数点间的距离如图所示。根据图中数据计算的，计数点间的距离如图所示。根据图中数据计算的加速度加速度a=a= ( (保留三位有效数字保留三位有效数字) )。(2)(2)为测量动摩擦因数，下列物理量中还应测量的有为测量动摩擦因数，下列物理量中还应测量的有 。( (填入所选物理量前的字母填入所选物理量前的字母) )a.a.木板的长度木板的长度

10、lb.b.木板的质量木板的质量m m1 1c.c.滑块的质量滑块的质量m m2 2d.d.托盘和砝码的总质量托盘和砝码的总质量m m3 3e.e.滑块运动的时间滑块运动的时间t t(3)(3)滑块与木板间的动摩擦因数滑块与木板间的动摩擦因数 ( (用被测物理量的用被测物理量的字母表示，重力加速度为字母表示，重力加速度为g)g)，与真实值相比，测量的动摩擦因，与真实值相比，测量的动摩擦因数数 ( (选填选填“偏大偏大”或或“偏小偏小”) )。写出支持你的看法的一。写出支持你的看法的一个论据：个论据： 。【解题指导解题指导】解答此题应注意以下三点：解答此题应注意以下三点：(1)(1)为减小误差，可

11、用逐差法计算加速度的大小为减小误差，可用逐差法计算加速度的大小, ,公式是公式是a=a=(2)(2)根据实验原理确定需要测量的物理量。根据实验原理确定需要测量的物理量。(3)(3)写出动摩擦因数的表达式写出动摩擦因数的表达式, ,分析误差产生的原因。分析误差产生的原因。 6543212xxxxxx9t。【规范解答规范解答】(1)(1)由逐差法公式得由逐差法公式得a=a=(2)(2)由牛顿第二定律得由牛顿第二定律得m m3 3g-mg-m2 2g=(mg=(m2 2+m+m3 3)a)a，则需要测定滑块的，则需要测定滑块的质量质量m m2 2和托盘和砝码的总质量和托盘和砝码的总质量m m3 3，

12、则选，则选c c、d d。(3)(3)由由(2)(2)中等式可得中等式可得= = 因存在纸带与限位孔因存在纸带与限位孔之间的阻力等，测量的动摩擦因数偏大。之间的阻力等，测量的动摩擦因数偏大。答案：答案：(1)0.495 m/s(1)0.495 m/s2 2至至0.497 m/s0.497 m/s2 2之间均可之间均可(2)c(2)c、d (3) d (3) 偏大偏大 存在纸带与限位孔之间存在纸带与限位孔之间的阻力等的阻力等26543212xxxxxx0.496 m/s9t3232m gmmam g，3232m gmmam g【规律总结规律总结】 纸带的三大应用纸带的三大应用(1)(1)由纸带确

13、定时间由纸带确定时间要区别打点计时器打出的点与人为选取的计数点之间的区别与要区别打点计时器打出的点与人为选取的计数点之间的区别与联系，便于测量和计算，一般每五个点取一个计数点，这样时联系，便于测量和计算，一般每五个点取一个计数点，这样时间间隔为间间隔为t=0.02t=0.025 s=0.1 s5 s=0.1 s。(2)(2)求解瞬时速度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一点的前

14、后各取相同时间间隔t t的两段位移的两段位移x xn n和和x xn+1n+1，则打，则打n n点点时的速度时的速度v vn n= =nn 1xx2t。(3)(3)用用“逐差法逐差法”求加速度求加速度如图所示如图所示因为因为所以所以a=a=4112xxa3t5222xxa3t6332xxa3t1234561232aaaxxxxxx39t。【热点考向热点考向3 3】 应用图象分析实验数据应用图象分析实验数据【典例典例3 3】(2012(2012南京二模南京二模) )某实验小组在实验室做某实验小组在实验室做“验证牛验证牛顿运动定律顿运动定律”的实验：的实验：(1)(1)甲同学在物体所受合外力不变时

15、，改变物体的质量，得到甲同学在物体所受合外力不变时，改变物体的质量，得到数据如表所示。数据如表所示。根据表中的数据，在如图所示的坐标中描出相应的实验数据根据表中的数据，在如图所示的坐标中描出相应的实验数据点，并作出点，并作出a - a - 图象。图象。由由a - a - 图象你得出的结论为图象你得出的结论为 。物体受到的合力大约为物体受到的合力大约为 。( (结果保留两位有效数字结果保留两位有效数字) )1m1m(2)(2)乙同学在保持小车质量不变的情况下，通过多次改变对小乙同学在保持小车质量不变的情况下，通过多次改变对小车的拉力，由实验数据作出的车的拉力，由实验数据作出的a -fa -f图象

16、如图所示，则该图象中图象如图所示，则该图象中图线不过原点的原因是图线不过原点的原因是 ，小，小车的质量为车的质量为 kgkg。( (保留两位有效数字保留两位有效数字) )【解题指导解题指导】解答此题应注意以下三点：解答此题应注意以下三点：(1)(1)描点后，画图象时，若图象是直线，则用刻度尺参考描出描点后，画图象时，若图象是直线，则用刻度尺参考描出的点画直线。并延长与坐标轴相交。的点画直线。并延长与坐标轴相交。(2)(2)画出图象后，要分析其斜率、在坐标轴上的截距的物理意画出图象后，要分析其斜率、在坐标轴上的截距的物理意义。义。(3)(3)若画出的图象不符合要求，要分析其原因。若画出的图象不符

17、合要求，要分析其原因。【规范解答规范解答】(1)(1)描点，画出描点，画出a - a - 图象如图所示。图象如图所示。1m分析图象，得出的结论是当物体所受外力不变时，物体的加分析图象，得出的结论是当物体所受外力不变时，物体的加速度与质量成反比。速度与质量成反比。由牛顿第二定律由牛顿第二定律f=maf=ma得，得，a=fa=f ，即图线的斜率等于小车，即图线的斜率等于小车所受的合外力，大小为所受的合外力，大小为f= n=0.16 nf= n=0.16 n。1m0.780.165 1(2)(2)由图象可得拉力等于零时，加速度不等于零，故木板倾角由图象可得拉力等于零时，加速度不等于零，故木板倾角过大

18、；由牛顿第二定律过大；由牛顿第二定律f=maf=ma得，得，a=fa=f 即图线的斜率等于小即图线的斜率等于小车质量的倒数，小车质量大小为车质量的倒数，小车质量大小为m= kg=2.0 kgm= kg=2.0 kg。答案：答案：见规范解答见规范解答1m，42.250.25【规律总结规律总结】用图象处理数据的四个要求用图象处理数据的四个要求图象法是物理实验中广泛应用的处理实验数据的方法，以下为图象法是物理实验中广泛应用的处理实验数据的方法，以下为作图的规则：作图的规则：(1)(1)作图一定要用坐标纸，坐标纸的大小要根据有效数字的位作图一定要用坐标纸，坐标纸的大小要根据有效数字的位数和结果的需要来

19、定；数和结果的需要来定；(2)(2)要标明轴名、单位，在轴上每隔一定的间距按有效数字的要标明轴名、单位，在轴上每隔一定的间距按有效数字的位数标明数值；位数标明数值；(3)(3)图上的连线不一定通过所有的数据点，应尽量使数据点合图上的连线不一定通过所有的数据点，应尽量使数据点合理地分布在线的两侧；理地分布在线的两侧；(4)(4)作图时常通过选取适当的坐标轴使图线线性化，即作图时常通过选取适当的坐标轴使图线线性化，即“变曲变曲为直为直”。虽然图象法有许多优点，但在图纸上连线时有较大的主观任意虽然图象法有许多优点，但在图纸上连线时有较大的主观任意性，另外连线的粗细、图纸的大小、图纸本身的均匀程度等，

20、性，另外连线的粗细、图纸的大小、图纸本身的均匀程度等，都对结果的准确性有影响。都对结果的准确性有影响。 1.(20121.(2012郑州一模郑州一模) )某同学利用如图所示的装置探究共点力合某同学利用如图所示的装置探究共点力合成的规律，图中成的规律，图中gege是橡皮条，甲图表示用两个互成角度的拉力是橡皮条，甲图表示用两个互成角度的拉力牵拉橡皮条，乙图表示用一个拉力牵拉橡皮条，下列说法正确牵拉橡皮条，乙图表示用一个拉力牵拉橡皮条，下列说法正确的是的是( )( ) a.a.甲图中两个拉力的方向必须相互垂直甲图中两个拉力的方向必须相互垂直b.b.甲、乙两图中，橡皮条拉伸方向必须水平甲、乙两图中，橡

21、皮条拉伸方向必须水平c.c.甲、乙两图中必须将橡皮条拉到相同位置甲、乙两图中必须将橡皮条拉到相同位置o od.d.甲图实验完成后，可更换橡皮条，继续进行乙图实验甲图实验完成后，可更换橡皮条，继续进行乙图实验【解析解析】选选c c。探究共点力合成的规律是根据合力与分力的效。探究共点力合成的规律是根据合力与分力的效果等效，所以甲、乙两图中必须将橡皮条拉到相同位置果等效，所以甲、乙两图中必须将橡皮条拉到相同位置o o。2.(20122.(2012南开区一模南开区一模) )在在“验证牛顿运动定律验证牛顿运动定律”的实验中，保的实验中，保持小车的质量不变，改变所挂钩码的数量，多次重复测量。在持小车的质量

22、不变，改变所挂钩码的数量，多次重复测量。在某次实验中根据测得的多组数据在坐标纸上画出某次实验中根据测得的多组数据在坐标纸上画出a -fa -f关系的点关系的点迹，如图所示。经过分析，发现这些点迹存在一些问题，产生迹，如图所示。经过分析，发现这些点迹存在一些问题，产生这些问题的主要原因可能是这些问题的主要原因可能是( )( )a.a.轨道与水平方向夹角太大轨道与水平方向夹角太大b.b.轨道保持了水平状态，没有平衡摩擦力轨道保持了水平状态，没有平衡摩擦力c.c.所挂钩码的总质量太大，造成上部点迹有向下弯曲的趋势所挂钩码的总质量太大，造成上部点迹有向下弯曲的趋势d.d.所用小车的质量太大，造成上部点

23、迹有向下弯曲的趋势所用小车的质量太大，造成上部点迹有向下弯曲的趋势【解析解析】选选b b、c c。拉力不为零时，加速度仍为零，可能没有平。拉力不为零时，加速度仍为零，可能没有平衡摩擦力，选项衡摩擦力，选项a a错误、选项错误、选项b b正确；上部点迹有向下弯曲趋势，正确；上部点迹有向下弯曲趋势，原因是没有满足所挂钩码的总质量远远小于小车质量，选项原因是没有满足所挂钩码的总质量远远小于小车质量，选项c c正确、选项正确、选项d d错误。错误。3.(20123.(2012南岸区一模南岸区一模) )一名同学在用如图甲所示的装置做一名同学在用如图甲所示的装置做“研研究匀变速直线运动究匀变速直线运动”的

24、实验中，打点计时器所用交变电流的频的实验中，打点计时器所用交变电流的频率为率为50 hz50 hz，图乙是某次实验时得到的纸带，图中，图乙是某次实验时得到的纸带，图中a a、b b、c c、d d、e e是纸带上五个计数点，则是纸带上五个计数点，则( )( )a.a.打打c c点时小车的速度大小为点时小车的速度大小为2.1 m/s2.1 m/sb.b.打打d d点时小车的速度大小为点时小车的速度大小为4.6 m/s4.6 m/sc.c.小车的加速度大小为小车的加速度大小为3.9 m/s3.9 m/s2 2d.d.小车的加速度大小为小车的加速度大小为12 m/s12 m/s2 2【解析解析】选选

25、a a、c c。打点计时器的打点周期为。打点计时器的打点周期为t=0.02 st=0.02 s。打。打c c点点时小车的速度大小为时小车的速度大小为v vc c= m/s=2.1 m/s= m/s=2.1 m/s，选项，选项a a正确；打正确；打d d点时小车的速度大小为点时小车的速度大小为v vd d= m/s= m/s=2.3 m/s2.3 m/s，选项，选项b b错误；小车的加速度大小为错误；小车的加速度大小为a= =a= = m/s m/s2 2 =3.9 m/s =3.9 m/s2 2，选项，选项c c正正确、选项确、选项d d错误。错误。28.248.85104 0.0228.85

26、9.47104 0.02ceac2xx4t 228.859.477.608.24104 0.024.(20124.(2012潮州一模潮州一模) )用自由落体法进行用自由落体法进行“验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律”的实验的实验: :(1)(1)实验完毕后选出一条纸带如图所示，其中实验完毕后选出一条纸带如图所示，其中o o点为电磁打点计点为电磁打点计时器打下的第一个点，时器打下的第一个点，a a、b b、c c为三个计数点，打点计时器通以为三个计数点，打点计时器通以频率为频率为50 hz50 hz的交流电。用刻度尺测得的交流电。用刻度尺测得oa=12.41 cmoa=12.41 cm，obo

27、b18.60 cm18.60 cm、ococ27.21 cm27.21 cm，在计数点，在计数点a a和和b b、b b和和c c之间还各有之间还各有一个点，重物的质量为一个点，重物的质量为1.00 kg1.00 kg，取，取g=9.80 m/sg=9.80 m/s2 2。甲同学根据。甲同学根据以上数据算出：当打点计时器打到以上数据算出：当打点计时器打到b b点时重物的重力势能比开始点时重物的重力势能比开始下落时减少了下落时减少了_j j；此时重物的动能比开始下落时增加了；此时重物的动能比开始下落时增加了 j j。( (结果均保留三位有效数字结果均保留三位有效数字) )实验中产生系统误差实验中

28、产生系统误差的原因是的原因是 。(2)(2)乙同学利用他自己实验时打出的纸带测量出了各计数点到乙同学利用他自己实验时打出的纸带测量出了各计数点到打点计时器打下的第一个点的距离打点计时器打下的第一个点的距离h h，算出了各计数点对应的，算出了各计数点对应的速度速度v v，以，以h h为横轴，以为横轴，以 v v2 2为纵轴画出了如图所示的图线。图为纵轴画出了如图所示的图线。图线未过原点线未过原点o o的原因是的原因是 。【解析解析】(1)mgh=1.00(1)mgh=1.009.809.8018.6018.601010-2-2 j=1.82 j j=1.82 j，v vb b= m/s=1.85

29、 m/s= m/s=1.85 m/s，e ek k= = 1.001.001.851.852 2 j=1.71 j j=1.71 j，纸带通过打点计时器受摩擦阻力、空气阻力。，纸带通过打点计时器受摩擦阻力、空气阻力。(2)(2)先释放重物，再接通打点计时器电源先释放重物，再接通打点计时器电源( (“打下第一个点时重打下第一个点时重物已经有速度物已经有速度”也对也对) )。12227.21 12.4110ac0.0240.0812答案：答案：(1)1.82 1.71 (1)1.82 1.71 纸带通过打点计时器受摩擦阻力、空纸带通过打点计时器受摩擦阻力、空气阻力气阻力(2)(2)先释放重物，再接通打点计时器电源先释放重物，再接通打点计时器电源5.(20125.(2012江苏高考江苏高考) )为测定木块与桌面之间的动摩擦因数，小为测定木块与桌面之间的动摩擦因数，小亮设计了如图所示的装置进行实验。实验中，当木块亮设计了如图所示的装置进行实验。实验中，当木块a a位于水位于水平桌面上的平桌面上的o o点时，重物点时，重物b b刚好接触地面。将刚好接触地面。将a a拉到拉到p p点，待点，待b b稳稳定后静止释放，定后静止释放，a a最终滑到最终滑到q q点。分别测量点。分别测量opop、oqoq的长度的长度h h和和s s。