新课标高考物理力学实验基础知识.pdf

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1、力学实验基础知识 误差及有效数字 1误差（1）定义：测出的数值与真实值之间的差值叫误差。(2）分类：分为系统误差和偶然误差.系统误差：产生:由于仪器本身不精确，或实验方法粗略或实验原理不完善而产生的。特点:多次重做同一实验时,误差总是同样地偏大或偏小。减小方法：校准测量仪器,改进实验方法，完善实验原理。偶然误差：产生：由于各种偶然因素对实验者、测量仪器、被测物理量的影响而产生。特点：多次重做同一实验时,误差有时偏大,有时偏小.减小方法:多次测量取平均值。2有效数字：（1)带一位不可靠数字的近似数字叫有效数字，有效数字的最后一位为误差所在位.（2）确定有效数字时，应注意以下问题：有效数字的位数与

2、小数点的位置无关。有效数字的位数与单位无关。关于“0”在有效数字中的特殊性：0 在前时，从左住右数第一个不为零的数字才是有效数字;0 在后时，计入有效数字。乘方不算有效数字。实验一：研究匀变速直线运动 一、实验目的：使用打点计时器测定匀变速直线运动的速度和加速度.二、实验原理：设物体做匀加速直线运动，加速度是 a，在各个连续相等的时间 T 里的位移分别是 s1、s2、s3则有 s=s2-s1=s3s2=s4-s3=aT2 由上式还可得到 s4s1=(s4-s3）+(s3-s2)+（s2-s1)=3aT2 同理有 s5s2=s6s3=3aT2 可见，测出各段位移 s1、s2即可求出 21413T

3、ssa 22523Tssa 再算出 a1、a2的平均值，就是我们所要测定的匀变速直线运动的加速度.三、实验器材:电火花计时器或电磁打点计时器，一端附有滑轮的长木板，小车，纸带，刻度尺，导线，电源，钩码，细绳。四、实验步骤：（1）把附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸处桌面.把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端,连接好电路.（2）把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下边挂上合适的钩码.把纸带穿过打点计时器,并把纸带的一端固定在小车的后面.（3）把小车停在靠近打点计时器处，接通电源后，放开小车，让小车拖着纸带运动,打点计时器就在纸带上打下一列小点。换上新纸带，重复实验三次。（4)从三条纸

4、带中选择一条比较理想的,舍掉开头一些比较密集的点，在后边便于测量的地方找一个开始点。为了测量方便和减小误差，通常不用每打一次点的时间作为时间的单位，而用每打五次点的时间作为时间的单位，就是 T=0。025=0。1s。在选好的开始点下面标明 A,在第六点下面标明 B，在第十一点下面标明 C，在第十六点下面标明 D，点A、B、C、D叫做计数点，如图所示。两个相邻计数点间的距离分别是 s1、s2、s3 （5）测出六段位移 s1、s2、s3、s4、s5、s6的长度，把测量结果填入下表中。（6)根据测量结果，利用“实验原理中给出的公式算出加速度 a1、a2、a3的值。注意：T=0.1s。求出 a1、a2

5、、a3的平均值，它就是小车做匀变速直线运动的加速度。常考点：1、求纸带的某点速度；2、求纸带的加速度（逐差法);3、打点计时器的使用:先打点再放手，打完点及时关闭打点计时器；4、开始打点时，小车紧靠打点计时器。实验二：探究弹力和弹簧伸长的关系 实验目的：探索弹力与弹簧伸长的定量关系。s1 s2 s3 A B C D 实验原理:F=kX 实验器材:轻弹簧、钩码(一盒）、刻度尺、铁架台、三角板、重垂线、坐标纸.实验步骤：1将铁架台放于桌面上,将弹簧的一端固定于铁架台的横梁上，在靠近弹簧处将刻度尺固定于铁架台上,并用重垂线检查刻度尺是否垂直.2记下弹簧的原长（自然长度）l0 3 在弹簧下端挂上钩码，

6、待钩码静止后，记下弹簧的的现长l及弹力F,算出伸长量x=l-l0，并改变钩码个数，多次测量。数据记录表如下：（略)4根据测量数据画出 Fx 图像.（以 F 为纵轴，以 x 为横轴）5 探索结论:按照 Fx 图中各点的分布与走向，尝试做出一条平滑的曲线（包括直线）。所画的点不一定正好在这条曲线上,但要注意使曲线两侧的点数大致相同。尝试写出曲线所代表的函数，首先尝试 F-x 是否为一次函数，如果不行则考虑二次函数 在实验误差范围内,应得出弹力的大小与弹簧的伸长量成正比,即 F=kx，其中 k 的单位由F 和 x 的单位决定。常考点：1、根据实验数据作图：F-X 图，mX 图等（在弹性限度内：直线；

7、超过弹性限度：不是直线）;2、根据图象(直线部分）求劲度系数 k；3、结论表述：在弹簧的弹性限度内，弹簧的伸长跟拉力成正比。实验三：验证力的平行四边形定则 实验目的：验证平行四边形定则 实验原理:利用测力计测力作矢量图验证力的平行四边形定则。实验器材:方木板一块、测力计两个、细绳两段、橡皮条一段、白纸、铅笔、刻度尺、图钉 实验步骤：（1）把橡皮条的一端固定在板上的 A 点。(2）用两条细绳结在橡皮条的另一端,通过细绳用两个弹簧秤互成角度拉橡皮条,橡皮条伸长，使结点伸长到 O 点（如图 21）点拨：经验得知两个分力 F1、F2间夹角 越大，用平行四边形作图得出的合力 F 的误差也越大,所以实验中

8、不要把 角取得太大，一般不大于 90为最佳。橡皮条、细绳、测力计应在同一平面内，测力计的挂钩应避免与纸面磨擦.（3）用铅笔记下 O 点的位置,画下两条细绳的方向，并记下两个测力计的读数。点拨：拉橡皮条的细线要长些,标记每条细线方向的方定是使视线通过细线垂直于纸面，在细线下面的纸上用铅笔点出两个定点的位置,并使这两个点的距离要尽量远些。（4)在纸上按比例作出两个力 F1、F2的图示,用平行四边形定则求出合力 F。点拨：作图要用尖铅笔，图的比例要尽量大些，要用严格的几何方定作出平行四边形，图旁要画出表示力的比例线段，且注明每个力的大小和方向。（5)只用一个测力计，通过细绳把橡皮条上的结点拉到同样的

9、位置 O 点，记下测力计的读数和细绳的方向，按同样的比例作出这个力 F的图示,比较 F与用平行四边形定则求得的合力 F，比较合力大小是否相等，方向是否相同.（6）改变 F1和 F2的夹角和大小，再做两次.常考点：1、实验操作的要点：用两个力拉和用一个力拉，要将结点拉到同一位置（力的等效性)；2、数据记录:O 点的位置，力的大小，力的方向(细绳的方向）;3 数据的处理:作力的图示（注意：要有标度）,4、实际合力和理论合力的区分;5、结论表达。实验四:验证牛顿运动定律 实验原理：牛顿第二定律 实验仪器：轨道小车、打点计时器、学生电源、天平、砂桶、砂袋(砂桶、砂袋也可用钩码代替)、纸带、刻度尺、细线

10、、木块 如图，如果摩擦力可以不计，则对质量为 m 的砂桶和砂及质量为 M 的小车分别有 T=Ma (1）mgT=ma （2）解得 T=1mgmM 当 Mm 时,Tmg 则（1)式变为 mgMa 所以，如果实验测得在 M 一定时，amg，在 mg 一定时 a 1M，就验证了牛顿第二定律。操作步骤：(1）用天平测出小车质量 M，在砂桶内加适量的砂,用天平测出砂和桶的总质量 m(要保证 mM）.把打点计时器固定在长木板上。(2）把纸带系在小车上,并使纸带穿过打点计时器。把木块垫在装有打点计时器的木板一端下面，调节木块位置使小车能在木板上做匀速运动.这时,小车所受摩擦阻力与小车所受重力沿斜面方向的分力

11、平衡(注意此时未挂砂桶）.（3）把系在砂桶上的细线绕过木板上的定滑轮后系在小车上，把小车放在打点计时器附近，接通电源，放开小车,便在纸带上留下反映小车运动状况的点迹。取下纸带并编上号码。（4)给小车换上新纸带，保持小车质量不变。往砂桶内加一些砂，并称出其质量（注意仍需保证 mm 是减小本实验系统误差的关键。采用上述“垫板法”平衡摩擦力,不仅操作方便，而且在改变小车质量的实验中不需再调.调匀速时，先进行目测，最后应打一条纸带观察,看是否调到匀速了。为了保证 Mm,小车质量应足够大。如果所用小车质量较小，可在小车内装一些砝码以增加总质量.(2)本实验的数据处理主要是用打点纸带测算加速度，可以逐差法

12、求加速度，也可用速度时间图象求加速度。（3)分析实验数据验证牛顿第二定律时,可以用比例法验证：即看比值11m ga，22m ga,等在实验误差范围内是否为同一恒量（等于小车质量 M）;乘积 M1a1，M2a2,M3a3等是否为同一恒量(等于拉力 mg)；也可以作出 aF 图像和 a1M图像，看图像是否为直线来验证。（4)如果平衡摩擦力做得不好，则图像不会通过坐标原点;如果不满足 M m 的条件，图像将会是一条曲线。常考点：1、误差的减小措施：摩擦力的平衡（例如:垫高木板），Mm 等；2、由纸带数据求速度和加速度;3、作出 aF 图像和 a1M图；4、图象不过原点的原因；5、实验结论的表达（要有

13、前提条件）,例如:小车质量不变时，小车加速与合力成正比.合力不变时,小车加速度与小车质量成反比.实验五:探究动能定理 实验目的:探究合外力做功和动能变化的关系 实验器材:打点计时器，电源，导线，一端附有定滑轮的光滑长木板，小车，纸带,细绳,弹簧测力计，砝码盘和砝码，刻度尺 实验原理：用打点计时器和纸带记录下小车做匀加速运动的情况如图实 6-1 所示。通过测量和计算可以得到小车从 O 点到 2、3、4、5 点的距离，及在 2、3、4、5 点的瞬时速度。从打下 0 点到打下 2、3、4、5 点的过程中，合外力 F（等于绳的拉力）对小车做的功W 及小车增加的动能Ek,可由下式计算：图实 6-1 nn

14、FxW，0mv21E2nkn其中 n=2，3,4，5 实验步骤：1把一端附有定滑轮的光滑长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面,把打点计时器固定在长木板上没有定滑轮的一端,连接好电路（如图）.2在实验小车上先固定一个测力计，测力计的挂钩连接细轻绳，轻绳跨过定滑轮，挂一个小盘,盘内放砝码.试放手后，小车能在长木板上平稳地加速滑行一段距离，把纸带穿过打点计时器，并把它的一端固定在小车后面.3把小车停靠在打点计时器处，先接通电源，再放开小车,让小车运动，打点计时器在纸带上打出一系列点迹.在小车运动过程中读出测力计读数 F，即小车受到的拉力大小。取下纸带，换上新纸带，重复实验几次.4选择点迹清晰的纸带

15、，记下第一个点的位置 0，并在纸带上从任意点开始依次选取几个点,记作 1，2,3，4，5，6,测量各点到 0 的距离 x1,x2,x3，x4，x5,x6.5计算出打下 2,3,4，5 时小车的速度 v2,v3，v4，v5。6计算从打下 0 点到打下 2,3，4,5 的过程中合外力 F(大小等于测力计读数 F）对小车做的功 W 及小车增加的动能Ek,并填入下表.7在坐标纸上画出Ek-W 图像.（五）数据记录及处理:以Ek为横轴，W 为纵轴,做出EkW 图像.注意事项：1长木板应尽量光滑，如果摩擦力较大应先平衡摩擦力.可以在长木板下端垫小物块。2使用打点计时器时应先接通电源再释放小车.常考点：1、

16、纸带数据处理；2、作图,由图象得结论；3、误差分析;4、打点计时器时应先接通电源再释放小车；5、若用砝码的重力代替拉力，则要求 Mm;若用测力计(或力传感器）测量拉力，则不要求 Mm（想想为什么？)。实验六：验证机械能守恒定律 实验原理:当物体自由下落时,只有重力做功,物体的重力势能和动能互相转化，机械能守恒。若某一时刻物体下落的瞬时速度为 v,下落高度为 h，则应有：mgh=212mv,借助打点计时器,测出重物某时刻的下落高度 h 和该时刻的瞬时速度 v，即可验证机械能是否守恒，实验装置如图所示。测定第 n 点的瞬时速度的方法是：测出第 n 点的相邻前、后两段相等时间 T 内下落的距离sn和

17、 sn+1，由公式 vn=12nnssT,或由 vn=112nnddT算出,如图所示。实验器材：铁架台（带铁夹）,打点计时器，学生电源，导线，带铁夹的重缍，纸带，米尺。实验步骤:1按如图装置把打点计时器安装在铁架台上，用导线把打点计时器与学生电源连接好。2把纸带的一端在重锤上用夹子固定好，另一端穿过计时器限位孔，用手竖直提起纸带使重锤停靠在打点计时器附近.3接通电源,松开纸带，让重锤自由下落。4重复几次，得到 35 条打好点的纸带。5在打好点的纸带中挑选第一、二两点间的距离接近 2mm，且点迹清晰一条纸带，在起始点标上 0，以后各依次标上 1,2，3，用刻度尺测出对应下落高度 h1、h2、h3。6应用公式 vn=112nnhhT计算各点对应的即时速度 v1、v2、v3。7计算各点对应的势能减少量 mghn和动能的增加量212nmv，进行比较。注意项事:1打点计时器安装时，必须使纸带和限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力。2选用纸带时应尽量挑第一、二点间距接近 2mm 的纸带。3因不需要知道动能和势能的具体数值,所以不需要测量重物的质量。常考点：1、纸带速度的计算(或重力势能的减少量，动能的增加量）；2、纸带连接重物端的判断;3、打点计时器的使用：先打点再放手；4、纸带第一个点速度是否为零的判断：第一、二点间距接近 2mm；5、误差分析及见小误差的措施。