2014届高考物理二轮复习课件:力学实验.ppt
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1、力学实验力学实验一一.误差误差二二.有效数字有效数字三三.长度的测量(游标卡尺和螺旋测微器)长度的测量(游标卡尺和螺旋测微器)例例1.例例2.例例3四四.互成角度的两个共点力的合成互成角度的两个共点力的合成例例4.五五.测定匀变速直线运动的加速度测定匀变速直线运动的加速度例例5.六六.验证牛顿第二运动定律验证牛顿第二运动定律例例6.七七.碰撞中的动量守恒碰撞中的动量守恒例例7.八八.研究平抛物体的运动研究平抛物体的运动例例8.九九、验证机械能守恒定律、验证机械能守恒定律例例9.力学实验力学实验一一.误差误差测测量量值值与与真真实实值值的的差差异异叫叫做做误误差差。误误差差可可分分为为系系统统误
2、差和偶然误差两种。误差和偶然误差两种。系系统统误误差差的的特特点点是是在在多多次次重重复复同同一一实实验验时时,误误差差总是同样地偏大或偏小。总是同样地偏大或偏小。偶然误差总是有时偏大,有时偏小,并且偏大和偶然误差总是有时偏大,有时偏小,并且偏大和偏小的机会相同。减小偶然误差的方法,可以多进偏小的机会相同。减小偶然误差的方法,可以多进行几次测量,求出几次测量的数值的平均值。这个行几次测量,求出几次测量的数值的平均值。这个平均值比某一次测得的数值更接近于真实值。平均值比某一次测得的数值更接近于真实值。二二.有效数字有效数字带有一位不可靠数字的近似数字,叫做有效数字。带有一位不可靠数字的近似数字,
3、叫做有效数字。有效数字是指近似数字而言。有效数字是指近似数字而言。只能带有一位不可靠数字,不是位数越多越好。只能带有一位不可靠数字,不是位数越多越好。凡凡是是用用测测量量仪仪器器直直接接测测量量的的结结果果,读读数数一一般般要要求求在在读读出出仪仪器器最最小小刻刻度度所所在在位位的的数数值值(可可靠靠数数字字)后后,再再向向下下估估读读一一位位(不不可可靠靠数数字字),这这里里不不受受有有效效数数字位数的限制。字位数的限制。间间接接测测量量的的有有效效数数字字运运算算不不作作要要求求,运运算算结结果果一一般般可用可用23位有效数字表示。位有效数字表示。三三.长度的测量(游标卡尺和螺旋测微器)长
4、度的测量(游标卡尺和螺旋测微器)1.游标卡尺游标卡尺要要知知道道主主要要构构造造的的名名称称:主主尺尺、游游标标尺尺、外外测测量量爪、内测量爪、深度尺、紧固螺钉。爪、内测量爪、深度尺、紧固螺钉。0123456789001234567891010分度的游标卡尺。游标上相邻两个刻度间的距分度的游标卡尺。游标上相邻两个刻度间的距离为离为0.9mm,比主尺上相邻两个刻度间距离小,比主尺上相邻两个刻度间距离小0.1mm。读数时先从主尺上读出厘米数和毫米数,。读数时先从主尺上读出厘米数和毫米数,然后用游标读出然后用游标读出0.1毫米位的数值:游标的第几条刻毫米位的数值:游标的第几条刻线跟主尺上某一条刻线对
5、齐,线跟主尺上某一条刻线对齐,0.1毫米位就读几(不毫米位就读几(不能读某)。其读数准确到能读某)。其读数准确到0.1mm。051001要注意:游标卡尺都是根据刻线对齐来读数的,要注意:游标卡尺都是根据刻线对齐来读数的,所以所以都不再往下一位估读。都不再往下一位估读。0 5 100123另一种另一种10分度游标卡尺分度游标卡尺主尺的最小分度是主尺的最小分度是1mm,游标尺上有游标尺上有10个小的等分刻个小的等分刻度它们的总长等于度它们的总长等于19mm,因此游标尺的每一分度与,因此游标尺的每一分度与主尺的最小分度相差主尺的最小分度相差0.1mm,当左右测脚合在一起,当左右测脚合在一起,游标的零
6、刻度线与主尺的零刻度线重合时,只有游标游标的零刻度线与主尺的零刻度线重合时,只有游标的第的第10条刻度线与主尺的条刻度线与主尺的19mm刻度线重合刻度线重合,其余的其余的刻度线都不重合。游标的第一条刻度线在主尺的刻度线都不重合。游标的第一条刻度线在主尺的2mm刻度左边刻度左边0.1mm处,游标的第二条刻度线在主处,游标的第二条刻度线在主尺的尺的4mm刻度左边刻度左边0.2mm处,等等。处,等等。游标的第几条游标的第几条刻度线与主尺的刻度线重合,就是零点几毫米。刻度线与主尺的刻度线重合,就是零点几毫米。20分度的游标卡尺。游标上相邻两个刻度间的距离为分度的游标卡尺。游标上相邻两个刻度间的距离为0
7、.95mm,比主尺上相邻两个刻度间距离小,比主尺上相邻两个刻度间距离小0.05mm。读。读数时先从主尺上读出厘米数和毫米数,然后用游标读出数时先从主尺上读出厘米数和毫米数,然后用游标读出毫米以下的数值:游标的第几条刻线跟主尺上某一条刻毫米以下的数值:游标的第几条刻线跟主尺上某一条刻线对齐,毫米以下的读数就是几乘线对齐,毫米以下的读数就是几乘0.05毫米。其读数准毫米。其读数准确到确到0.05mm。01020012350分度的游标卡尺。游标上相邻两个刻度间的距离分度的游标卡尺。游标上相邻两个刻度间的距离为为0.98mm,比主尺上相邻两个刻度间距离小,比主尺上相邻两个刻度间距离小0.02mm。这种
8、卡尺的刻度是特殊的,游标上的刻度值,就是毫这种卡尺的刻度是特殊的,游标上的刻度值,就是毫米以下的读数。这种卡尺的读数可以准确到米以下的读数。这种卡尺的读数可以准确到0.02mm。01234567890012345678910螺旋测微器螺旋测微器固固定定刻刻度度上上的的最最小小刻刻度度为为0.5mm(在在中中线线的的上上侧侧);可可动动刻刻度度每每旋旋转转一一圈圈前前进进(或或后后退退)0.5mm。在在可可动动刻刻度度的的一一周周上上平平均均刻刻有有50条条刻刻线线,所所以以相相邻邻两两条条刻刻线线间间代代表表0.01mm。读读数数时时,从从固固定定刻刻度度上上读读取取整整、半半毫毫米米数数,然
9、然后后从从可可动动刻刻度度上上读读取取剩剩余余部部分分(因因为为是是10分分度度,所所以以在在最最小小刻刻度度后后必必须须再再估估读读一一位位),再再把把两两部分读数相加,得测量值。部分读数相加,得测量值。要知道主要构造的名称:以下的要知道主要构造的名称:以下的-依次是:依次是:测砧、测微螺杆、固定刻度、测砧、测微螺杆、固定刻度、可动刻度、旋钮、微调旋钮可动刻度、旋钮、微调旋钮和尺架。和尺架。例例1.读出下列游标卡尺测量的读数。读出下列游标卡尺测量的读数。34cm051067801020cm012345601234567890cm1.050cm答:答:2.98cm6.170cm例例2.读出下列
10、螺旋测微器测量的读数。读出下列螺旋测微器测量的读数。01510051025300.642mm10.294mm例例3(1)如图甲所示,游标卡尺的读数为如图甲所示,游标卡尺的读数为cm;图乙所示秒表的读数为图乙所示秒表的读数为s。217.502.245四四.互成角度的两个共点力的合成互成角度的两个共点力的合成原原理理是是两两只只弹弹簧簧秤秤成成角角度度拉拉橡橡皮皮条条AB和和一一只只弹弹簧簧秤秤拉拉橡橡皮皮条条AB的的效效果果相相同同,这这个个效效果果就就是是指指橡橡皮皮条条的形变量(大小和方向)相同。的形变量(大小和方向)相同。在画力的图示时,必须有箭头、标度、刻度。在画力的图示时,必须有箭头、
11、标度、刻度。实实验验往往往往有有一一定定的的偶偶然然误误差差,只只要要用用平平行行四四边边形形定定则则求求得得的的合合力力F和和一一只只弹弹簧簧秤秤的的拉拉力力F/的的图图示示大大小和方向在误差允许的范围内相同就可以了。小和方向在误差允许的范围内相同就可以了。AOBabc例例4.橡橡皮皮筋筋的的一一端端固固定定在在A点点,另另一一端端栓栓上上两两根根细细绳绳,每每根根细细绳绳分分别别连连着着一一个个量量程程为为5N、最最小小刻刻度度为为0.1N的的弹弹簧簧测测力力计计,沿沿着着两两个个不不同同的的方方向向拉拉弹弹簧簧测测力力计计。当当橡橡皮皮筋筋的的活活动动端端拉拉到到O点点时时,两两根根细细
12、绳绳相相互互垂垂直直,如如图所示。这时弹簧测力计的读数可从图中读出。图所示。这时弹簧测力计的读数可从图中读出。由由图图可可读读得得两两个个相相互互垂垂直直的的拉拉力力的的大大小小分分别别为为_N和和_N。(只须读到。(只须读到0.1N)在在右右图图的的方方格格纸纸中中按按作作图图法法的的要要求求画画出出这这两两个个力力及及它们的合力。它们的合力。23432.54.0(N)012345(N)1432注意平行四边形中注意平行四边形中的实线、虚线的区别的实线、虚线的区别和箭头、标度、单位和箭头、标度、单位.五五.测定匀变速直线运动的加速度测定匀变速直线运动的加速度纸纸带带处处理理。从从打打点点计计时
13、时器器重重复复打打下下的的多多条条纸纸带带中中选选点点迹迹清清楚楚的的一一条条,舍舍掉掉开开始始比比较较密密集集的的点点迹迹,从从便便于于测测量量的的地地方方取取一一个个开开始始点点O,然然后后每每5个个点点取取一一个个计计数数点点A、B、C、(或或者者说说每每隔隔4个个点点取取一一个个记记数数点点),这这样样做做的的好好处处是是相相邻邻记记数数点点间间的的时时间间间间隔隔是是0.1s,便便于计算。测出相邻计数点间的距离于计算。测出相邻计数点间的距离s1、s2、s3利利用用s1、s2、s3可可以以计计算算相相邻邻相相等等时时间间内内的的位位移移差差s2-s1、s3-s2、s4-s3,如如果果它
14、它们们在在允允许许的的误误差差范范围围内内相等,则可以判定被测物体的运动是匀变速直线运动。相等,则可以判定被测物体的运动是匀变速直线运动。ABCs1s2s3OA例例5.某某同同学学在在做做“测测定定匀匀变变速速直直线线运运动动的的加加速速度度”实实验验时时,从从打打下下的的若若干干纸纸带带中中选选出出了了如如图图所所示示的的一一条条(每每两两点点间间还还有有4个个点点没没有有画画出出来来),图图中中上上部部的的数数字字为为相相邻邻两两个个计计数数点点间间的的距距离离。打打点点计计时时器器的的电电源频率为源频率为50Hz。由这些已知数据计算:由这些已知数据计算:该该匀匀变变速速直直线线运运动动的
15、的加加速速度度a=_m/s2。与与纸纸带带上上D点点相相对对应应的的瞬瞬时时速速度度v=_m/s。(答案均要求保留(答案均要求保留3位有效数字)位有效数字)O A B C D E F5.007.109.1011.0112.9815.10单位:单位:cm六六.验证牛顿第二运动定律验证牛顿第二运动定律了了解解该该实实验验的的系系统统误误差差的的来来源源。用用砂砂和和砂砂桶桶的的总总重重量量代代替替小小车车受受到到的的拉拉力力。由由牛牛顿顿第第二二定定律律可可知知,由由于于砂砂桶桶也也在在做做匀匀加加速速运运动动,因因此此砂砂和和砂砂桶桶的的总总重重量量肯肯定定大大于于小小车车受受到到的的实实际际拉
16、拉力力。可可以以推推导导出出结结论论:只只有有在在小小车车的的总总质质量量M远远大大于于砂砂和和砂砂桶桶的的总总质质量量m时时,才才能能使使该该系系统统误误差差足足够够小小。没没有有考考虑虑摩摩擦擦阻阻力力的的作作用用。应该用平衡摩擦力的方法来消除这个系统误差。应该用平衡摩擦力的方法来消除这个系统误差。为为研研究究a、F、m三三者者的的关关系系,要要利利用用“控控制制变变量量法法”,分别研究,分别研究a与与F、a与与m的关系。的关系。用用图图象象法法验验证证aF、am-1(后后者者必必须须用用a-m-1图图象,不能用象,不能用a-m图象)图象)例例6.一一打打点点计计时时器器固固定定在在斜斜面
17、面上上某某处处,一一小小车车拖拖着着穿穿过过打打点点计计时时器器的的纸纸带带从从斜斜面面上上滑滑下下,如如右右图图所所示示。下下图是打出的纸带的一段。图是打出的纸带的一段。已已知知打打点点计计时时器器使使用用的的交交流流电电频频率率为为50Hz,利利用用下下图给出的数据可求出小车下滑的加速度图给出的数据可求出小车下滑的加速度a=_。为为了了求求出出小小车车在在下下滑滑过过程程中中所所受受的的阻阻力力,还还需需要要测测量量的的物物理理量量有有_。用用测测得得的的量量及及加加速速度度a表表示示阻阻力的计算式为力的计算式为f=_。打点计时器打点计时器图图15.125.746.376.987.608.
18、248.859.47(单位:单位:cm)3.89m/s2解:解:小车质量小车质量m;斜面上任意两;斜面上任意两点间距离点间距离l及这两点的高度差及这两点的高度差h。mgh/l-ma七七.碰撞中的动量守恒碰撞中的动量守恒每次入射小球都应该从斜槽轨道的同一位置开始自由下滑。每次入射小球都应该从斜槽轨道的同一位置开始自由下滑。被被碰碰小小球球的的位位置置必必须须与与入入射射小小球球等等高高,其其中中心心与与斜斜槽槽末末端端的的水平距离恰好是小球半径的水平距离恰好是小球半径的2倍。倍。由由于于v1、v1/、v2/均均为为水水平平方方向向,且且两两球球的的竖竖直直下下落落高高度度相相等等,所所以以它它们
19、们飞飞行行时时间间相相等等,若若以以该该时时间间为为时时间间单单位位,那那么么小小球球的的水水平平射射程程的的数数值值就就等等于于它它们们的的水水平平速速度度.在在右右图图中中分分别别用用OP、OM和和O/N表示表示.因此只需验证:因此只需验证:m1 OP=m1 OM+m2(O/N-2r)即可。)即可。必必须须以以质质量量较较大大的的小小球球作作为为入入射射小小球球(保保证证碰碰撞撞后后两两小小球球都都向前运动)。向前运动)。小小球球落落地地点点的的平平均均位位置置要要用用圆圆规规来来确确定定:用用尽尽可可能能小小的的圆圆把把所有落点都圈在里面,圆心就是落点的平均位置。所有落点都圈在里面,圆心
20、就是落点的平均位置。所所用用的的仪仪器器有有:天天平平,刻刻度度尺尺,游游标标卡卡尺尺(测测小小球球直直径径),碰碰撞撞实实验器验器,复写纸复写纸,白纸白纸,重锤重锤,两个直径相同质量不同的小球两个直径相同质量不同的小球,圆规。圆规。若被碰小球放在斜槽末端,而不用支柱,那么两小球将不再若被碰小球放在斜槽末端,而不用支柱,那么两小球将不再同时落地,但两个小球都将从斜槽末端同时落地,但两个小球都将从斜槽末端开始做平抛运动,于是验证式就变为:开始做平抛运动,于是验证式就变为:m1 OP=m1 OM+m2 ON,两个小球的直,两个小球的直径也不需测量了(但必须相等)。径也不需测量了(但必须相等)。O
21、O/MPN2r重重垂垂线线例例7.在在“碰碰撞撞中中的的动动量量守守恒恒”实实验验中中,仪仪器器按按要要求求安安装装好好后后开开始始实实验验,第第一一次次不不放放被被碰碰小小球球,第第二二次次把把被被碰碰小小球球直直接接静静止止放放在在斜斜槽槽末末端端的的水水平平部部分分,在在百百纸纸上上记记录录下下重重锤锤位位置置和和各各小小球球落落点点的的平平均均位位置置依依次次为为O、A、B、C,设设入入射射小小球球和和被被碰碰小小球球的的质质量量依次为依次为m1、m2,则下列说法中正确的有,则下列说法中正确的有A.第一、二次入射小球的落点依次是第一、二次入射小球的落点依次是A、BB.第一、二次入射小球
22、的落点依次是第一、二次入射小球的落点依次是B、AC.第二次入射小球和被碰小球将同时落地第二次入射小球和被碰小球将同时落地D.m1 AB=m2 OCO A B C解:最远的解:最远的C点一定是被碰小球的落点,碰后入射小球的速点一定是被碰小球的落点,碰后入射小球的速度将减小,因此选度将减小,因此选B;由于被碰小球是放在斜槽末端的,因;由于被碰小球是放在斜槽末端的,因此被碰小球飞出后入射小球才可能从斜槽末端飞出,两小球此被碰小球飞出后入射小球才可能从斜槽末端飞出,两小球不可能同时落地;由动量守恒得不可能同时落地;由动量守恒得m1 OB=m1 OA+m2 OC,选,选D。答案是答案是BD。八八.研究平
23、抛物体的运动研究平抛物体的运动斜槽末端的切线必须水平。斜槽末端的切线必须水平。用重锤线检验坐标纸上的竖直线是否竖直。用重锤线检验坐标纸上的竖直线是否竖直。以斜槽末端所在的点为坐标原点。以斜槽末端所在的点为坐标原点。如如果果是是用用白白纸纸,则则应应以以斜斜槽槽末末端端所所在在的的点点为为坐坐标标原原点点,在在斜斜槽槽末末端端悬悬挂挂重重锤锤线线,先先以以重重锤锤线线方方向向确确定定y轴轴方方向向,再再用用直直角角三三角角板板画画出出水水平平线线作作为为x轴轴,建建立立直角坐标系。直角坐标系。每次小球应从斜槽上的同一位置由静止开始下滑。每次小球应从斜槽上的同一位置由静止开始下滑。由由描描迹迹法法
24、得得到到小小球球平平抛抛的的轨轨迹迹,从从轨轨迹迹上上任任何何一一点点的横纵坐标都可以计算出该平抛物体抛出时的初速度。的横纵坐标都可以计算出该平抛物体抛出时的初速度。若若用用闪闪光光照照相相来来研研究究,所所得得到到的的照照片片上上相相邻邻小小球球间间的的时时间间间间隔隔是是相相等等的的,利利用用这这一一结结论论和和运运动动分分解解的的知知识识,可可以以求求小小球球平平抛抛的的初初速速度度,也也可可以以求求小小球球在在任任何何一个位置的瞬时速度一个位置的瞬时速度例例8.如如图图所所示示,在在“研研究究平平抛抛物物体体的的运运动动”的的实实验验中中,某某同同学学按按要要求求描描绘绘出出了了小小球
25、球做做平平抛抛运运动动过过程程中中的的三三个个点点A、B、C,并并利利用用刻刻度度尺尺量量出出了了三三点点的的坐坐标标依依次次是是A(0.369,0.112)、B(0.630,0.327)、C(0.761,0.480),单单位位为为m。又又称称得得小小球球的的质质量量为为20g,试试计计算算小小球球平平抛抛的初动能的初动能EK。ox yABC解:小球的初速度解:小球的初速度因此初动能因此初动能代入数据后得:代入数据后得:EK1=0.0596J,EK2=0.0594J,EK3=0.0591J,因此初动能的平均值为因此初动能的平均值为EK=0.0594J九九、验证机械能守恒定律、验证机械能守恒定律
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