【学海导航】高中物理第2轮复习 专题6 第1讲 力学、热学、光学实验课件

第讲1力学、热学、光学实验专题六中学物理实验

一、误差和有效数字

1．误差：分系统误差和偶然误差，系统误差是由于实验原理或实验方法的不完备导致，误差值总是偏大或偏小；偶然误差是测量、读数不准导致，误差值忽大忽小，可采用取平均值或图象法来减小误差．

2．有效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．

二、高中物理实验所涉及基本方法围绕实验的设计原理、误差控制、数据处理三个环节，高中物理实验涉及的主要是以下方法：

1．设计实验原理

(1)控制变量法．如：在“验证牛顿第二定律的实验”中，加速度、力和质量的关系控制；在“研究单摆的周期”中，摆长、偏角和摆球质量的关系控制．

(2)近似替代法．用伏安法测电阻时，选择了合适的内外接方法，一般就忽略电表的非理想性．

(3)等效替代法．某些量不易测量，可以用较易测量的量替代，从而简化实验．在“验证碰撞中的动量守恒”的实验中，两球碰撞后的速度不易直接测量，在将整个平抛时间定为时间单位后，速度的测量就转化为对水平位移的测量了．

(4)留迹法．把瞬息即逝的现象(位置、轨迹等)记录下来．如通过纸带上打出的小点记录小车的位置，例如研究匀变速直线运动、验证机械能守恒、用描迹法画出平抛物体的运动轨迹、用沙摆显示振动的图象等．

2．控制实验误差

(1)多次测量法．多次测量法减小偶然误差，这是很多实验必须采取的办法，也是做实验应具有的基本思想．

(2)积累法．一些小量直接测量误差较大，可以累积起来测量，以减小误差．“用单摆测定重力加速度”的实验中，为了减小周期的测量误差，不是测量完成一次全振动的时间，而是测量完成30～50次全振动的时间．

3．处理实验数据

(1)列表法．在记录和处理数据时，常常将数据列成表格．数据列表可以简单而又明确地表示出有关物理量之间的关系，有助于找出物理量之间规律性的联系．

(2)作图法．用作图法处理实验数据是物理实验中最常用的方法之一，其优点是直观、简便且有取平均的效果．可以由图线的斜率、截距、包围面积等研究出物理量之间的关系，找出规律．

(3)平均值法．现行教材中只介绍算术平均值，即把测定的数据相加求和，然后除以测量的次数．必须注意的是，求平均值时应该按测量仪器的精确度决定应保留的有效数字的位数．

(4)逐差法．如：用打点计时器打出的纸带计算加速度时用这种方法，这种方法充分利用了测量数据，具有较好的取平均的效果．

类型一：长度的测量【例1】(2010·安徽卷)在测定金属的电阻率实验中，用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图6­1­1所示，读数为

mm.图6­1­1【解析】0.5mm+11.7×0.01mm=0.617mm【变式题】如图6­1­2，读出下列螺旋测微器测量的读数：图6­1­2答案：(1)

0.642mm

(2)

10.294mm

类型二：“纸带类”实验

1．正确使用打点计时器：先接通电源，后释放纸带；电磁打点计时器工作电压为低压交流4V～6V，电火花打点计时器的工作电压为交流220V.

2．纸带的选取：一般实验应从点迹清晰、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.3．根据纸带上上点的密集程程度选取计数数点．打点计时器每每打n个点取一个计计数点，则计计数点时间间间隔为n个打点时间间间隔，即T=0.02n(s)

4．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．

5．判定物体运动的性质：图6­1­3(3)测定第n点的瞬时速度度．物体做匀匀变速直线运运动时，在某某段时间内的的平均速度等等于中间时刻刻的瞬时速度度．即测出第第n点的相邻的前前、后两段相相等时间T内的距离，由由平均速度公公式就可求得得，如图6­1­3中第4点的瞬时速度度为：【例2】某同学用打点点计时器测量量做匀加速直直线运动的物物体的加速度度，电源频率率f=50Hz，在纸带上打打出的点中，，选出零点，，每隔4个点取1个计数点，因因保存不当，，纸带被污染染，如图6­1­4所示，A、B、C、D是依次排列的的4个计数点，仅仅能读出其中中3个计数点到零零点的距离：：sA=16.6mm，sB=126.5mm，sD=624.5mm图6­1­4若无法再做实实验，可由以以上信息推知知：(1)相邻两计数点点的时间间(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sA、sB、sD和f表示)．【解析】(1)打点计时器打打出的纸带每每隔4个点选择一个个计数点，则则相邻两计数数点的时间间间隔为T=5×0.02s=0.1s.【变式题】在“验证机械械能守恒定律律”的实验中中，打点计时时器接在电压压为U，频率为f的交流电源上上，从实验中中打出的几条条纸带中选出出一条理想纸纸带，如图6­1­5所示，选取纸纸带上打出的的连续5个点A、B、C、D、E，测出A点距起始点的的距离为s0，点AC间的距离为s1，点CE间的距离为s2，已知重锤的的质量为m，当地的重力力加速度为g，则：图6­1­5纸带与限位孔孔之间的摩擦擦力(或纸带与其他他部分的阻力力或摩擦阻力力)类型三三：用用图象象法处

【例3】(2011·全国新课标)利用图6­1­6所示的装置可测量滑块在斜面上运动的加速度．一斜面上安装有两个光电门，其中光电门乙固定在斜面上靠近底端处，光电门甲的位置可移动，当一带有遮光片的滑块自斜面上滑下时，与两个光电门都相连的计时器可以显示出遮光片从光电门甲至乙所用的时间t.改变光电门甲的位置进行多次测量，每次都使滑块从同一点由静止开始下滑，并用米尺测量甲、乙之间的距离s，记下相应的t值；所得数据如下表所示．图6­1­6完成下下列填填空和和作图图：(1)若滑块块所受受摩擦擦力为为一常常量，，滑块块加速速度的的大小小a、滑块块经过过光电电门乙乙时的的瞬时时速度度v1、测量量值s和t四个物物理量量之间间所满满足的的关系系式是是___________；(2)根据表表中给给出的的数据据，在在图6­1­7给出的的坐标图6­1­7(3)由所画画出的的图线线，得得出滑滑块加加速度度的大大小为为a=_______m/s2(保留2位有效效数字字)．(2)找点画画出图图象即即可得出出，如如图所所示．．【规律总总结】用图象象处理理数据据的解解题技技巧1．根据据实验验数据据，标标明坐坐标轴轴的物物理量量、单单位，，选择择恰当当的刻刻度．．2．图象象的连连线不不一定定通过过所有有的数数据点点，应应尽量3．寻找因变量与自变量之间的关系时，要适当选取坐标轴使图线线性化，即“变曲为直”．可根据数据特点确定坐标起点．4．要根据相关知识挖掘图线的蕴涵的信息(从斜率、面积、点等角度)【变式题题】(2011··重庆卷卷)某同学学设计计了如如图6­1­8所示的的装置置，利利用米米尺、、秒表表、轻轻绳、、轻滑滑轮、图6­1­8(1)为测量量滑块块的加加速度度a，须测测出它它在A、B间运动动的________与_________，计算算a的运运动动学学公公式式是是a=位移移时间间(2)根据据牛牛顿顿运运动动定定律律得得到到a与m的关关系系为为：：他想想通通m′+m滑块块上上(3)实验验得得到到a与m的关关系系如如图图6­­0图6­­1­­9类型型四四：：测测量量方方法法的的应应用用【例4】】(2011·全国国大大纲纲卷卷)在““油油膜膜法法估估测测油油酸酸分分子子的的大大小小””实实验验中中，，①往边长约为40cm的浅盘里倒入约2cm深的水，待水面稳定后将适量的痱子粉均匀地撒在水面上．②用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待薄膜形状稳定．③将画有油膜形状的玻璃板平放在坐标纸上，计算出油膜的面积，根据油酸的体积和面积计算出油酸分子直径的大小．④用注注射射器器将将事事先先配配好好的的油油酸酸酒酒精精溶溶液液一一滴滴一一滴滴地地滴滴入入量量筒筒中中，，记记下下量量筒筒内内每每增增加加一一定定体体积积时时的的滴滴数数，，由由此此计计算算出出一一滴滴油油酸酸酒酒精精溶溶液液的的体体积积．．⑤将将玻玻璃璃板板放放在在浅浅盘盘上上完成下列填空：(1)上述步骤中，正确的顺序是_____________.(填写步骤前面的数字)(2)将1cm3的油油酸酸溶溶于于酒酒精精，【答案案】(1)④④①①②②⑤⑤③③(如果果④④放放在在③③之之前前的的其其他他位位置置也也正正确确)(2)5【变式式题题】(2011··天津津卷卷)(1)某同同(2)用螺旋测微器测量某金属丝直径的结果如图6­1­10甲所示．该金属丝的直径是________________________mm.减速速上上升升或或加加速速下下降降1.706(1.704～1.708均可可)图6­­1­­10(3)某同学用用大头针针、三角角板、量量角器等等器材测测半圆形形玻璃砖砖的折射射率，开开始玻璃璃砖的位位置如图图6­1­­10乙中实线线所示，，使大头头针P1、P2与圆心O在同一直直线上，，该直线线垂直于于玻璃砖砖的直径径边，然然后使玻玻璃砖绕绕圆心O缓缓转动动，同时时在玻璃璃砖的直直径边一