届高考物理二轮复习课件：力学实验.ppt

力学实验,一. 误差 二. 有效数字 三. 长度的测量（游标卡尺和螺旋测微器） 例1. 例2. 例3 四. 互成角度的两个共点力的合成 例4. 五. 测定匀变速直线运动的加速度 例5. 六. 验证牛顿第二运动定律 例6. 七. 碰撞中的动量守恒 例7. 八. 研究平抛物体的运动 例8. 九 、验证机械能守恒定律 例9.,力学实验,一. 误差 测量值与真实值的差异叫做误差。误差可分为系统误差和偶然误差两种。 系统误差的特点是在多次重复同一实验时，误差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。这个平均值比某一次测得的数值更接近于真实值。,二. 有效数字 带有一位不可靠数字的近似数字，叫做有效数字。 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。 凡是用测量仪器直接测量的结果，读数一般要求在读出仪器最小刻度所在位的数值（可靠数字）后，再向下估读一位（不可靠数字），这里不受有效数字位数的限制。 间接测量的有效数字运算不作要求，运算结果一般可用23位有效数字表示。,三. 长度的测量（游标卡尺和螺旋测微器） 1. 游标卡尺,要知道主要构造的名称：主尺、游标尺、外测量爪、内测量爪、深度尺、紧固螺钉。,10分度的游标卡尺。游标上相邻两个刻度间的距离为0.9mm，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，然后用游标读出0.1毫米位的数值：游标的第几条刻线跟主尺上某一条刻线对齐，0.1毫米位就读几（不能读某）。其读数准确到0.1mm。,要注意：游标卡尺都是根据刻线对齐来读数的， 所以都不再往下一位估读。,另一种10分度游标卡尺,主尺的最小分度是1 mm,游标尺上有10个小的等分刻度它们的总长等于19 mm，因此游标尺的每一分度与主尺的最小分度相差0.1 mm,当左右测脚合在一起，游标的零刻度线与主尺的零刻度线重合时，只有游标的第10条刻度线与主尺的19 mm刻度线重合, 其余的刻度线都不重合。游标的第一条刻度线在主尺的2mm刻度左边0. 1 mm处，游标的第二条刻度线在主尺的4mm刻度左边0. 2 mm处，等等。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。,20分度的游标卡尺。游标上相邻两个刻度间的距离为0.95mm，比主尺上相邻两个刻度间距离小0.05mm。读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线对齐，毫米以下的读数就是几乘0.05毫米。其读数准确到0.05mm。,50分度的游标卡尺。游标上相邻两个刻度间的距离为0.98mm，比主尺上相邻两个刻度间距离小0.02mm。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0.02mm。,螺旋测微器 固定刻度上的最小刻度为0.5mm（在中线的上侧）；可动刻度每旋转一圈前进（或后退）0.5mm。在可动刻度的一周上平均刻有50条刻线，所以相邻两条刻线间代表0.01mm。读数时，从固定刻度上读取整、半毫米数，然后从可动刻度上读取剩余部分（因为是10分度，所以在最小刻度后必须再估读一位），再把两部分读数相加，得测量值。 要知道主要构造的名称：以下的-依次是： 测砧、测微螺杆、固定刻度、 可动刻度、旋钮、微调旋钮 和尺架。,例1. 读出下列游标卡尺测量的读数。,1.050cm,答：2.98cm,6.170cm,例2. 读出下列螺旋测微器测量的读数。,0.642mm,10.294mm,例3 (1)如图甲所示，游标卡尺的读数为 cm； 图乙所示秒表的读数为 s。,217.50,2.245,四. 互成角度的两个共点力的合成 原理是两只弹簧秤成角度拉橡皮条AB和一只弹簧秤拉橡皮条AB的效果相同，这个效果就是指橡皮条的形变量（大小和方向）相同。 在画力的图示时，必须有箭头、标度、刻度。 实验往往有一定的偶然误差，只要用平行四边形定则求得的合力F和一只弹簧秤的拉力F / 的图示大小和方向在误差允许的范围内相同就可以了。,例4. 橡皮筋的一端固定在A点，另一端栓上两根细绳，每根细绳分别连着一个量程为5N、最小刻度为0.1N的弹簧测力计，沿着两个不同的方向拉弹簧测力计。当橡皮筋的活动端拉到O点时，两根细绳相互垂直，如图所示。这时弹簧测力计的读数可从图中读出。 由图可读得两个相互垂直的拉力的大小分别为_N和_N。（只须读到0.1N） 在右图的方格纸中按作图法的要求画出这两个力及它们的合力。,2.5,4.0,注意平行四边形中的实线、虚线的区别和箭头、标度、单位.,五. 测定匀变速直线运动的加速度 纸带处理。从打点计时器重复打下的多条纸带中选点迹清楚的一条，舍掉开始比较密集的点迹，从便于测量的地方取一个开始点O，然后每5个点取一个计数点A、B、C、（或者说每隔4个点取一个记数点），这样做的好处是相邻记数点间的时间间隔是0.1s，便于计算。测出相邻计数点间的距离s1、s2、s3 利用s1、s2、s3 可以计算相邻相等时间内的位移差s2-s1、s3- s2、s4- s3，如果它们在允许的误差范围内相等，则可以判定被测物体的运动是匀变速直线运动。,例5. 某同学在做“测定匀变速直线运动的加速度”实验时，从打下的若干纸带中选出了如图所示的一条（每两点间还有4个点没有画出来），图中上部的数字为相邻两个计数点间的距离。打点计时器的电源频率为50Hz。 由这些已知数据计算： 该匀变速直线运动的加速度a=_m/s2。与纸带上D点相对应的瞬时速度v=_ m/s。（答案均要求保留3位有效数字）,六. 验证牛顿第二运动定律 了解该实验的系统误差的来源。用砂和砂桶的总重量代替小车受到的拉力。由牛顿第二定律可知，由于砂桶也在做匀加速运动，因此砂和砂桶的总重量肯定大于小车受到的实际拉力。可以推导出结论：只有在小车的总质量M远大于砂和砂桶的总质量m时，才能使该系统误差足够小。没有考虑摩擦阻力的作用。应该用平衡摩擦力的方法来消除这个系统误差。 为研究a、F、m三者的关系，要利用“控制变量法”，分别研究a与F、 a与m的关系。 用图象法验证aF、 am-1（后者必须用a-m-1图象，不能用a-m图象）,例6. 一打点计时器固定在斜面上某处，一小车拖着穿过打点计时器的纸带从斜面上滑下，如右图所示。下图是打出的纸带的一段。 已知打点计时器使用的交流电频率为50Hz，利用下图给出的数据可求出小车下滑的加速度a= _ 。 为了求出小车在下滑过程中所受的阻力，还需要测量的物理量有_。用测得的量及加速度a表示阻力的计算式为f=_。,3.89m/s2,解：小车质量m；斜面上任意两点间距离l及这两点的高度差h。,mgh/l-ma,七. 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。 被碰小球的位置必须与入射小球等高，其中心与斜槽末端的水平距离恰好是小球半径的2倍。 由于v1、v1/、v2/ 均为水平方向，且两球的竖直下落高度相等，所以它们飞行时间相等，若以该时间为时间单位,那么小球的水平射程的数值就等于它们的水平速度.在右图中分别用OP、OM和O /N表示.因此只需验证：m1OP=m1OM+m2(O /N-2r）即可。 必须以质量较大的小球作为入射小球（保证碰撞后两小球都向前运动）。 小球落地点的平均位置要用圆规来确定：用尽可能小的圆把所有落点都圈在里面，圆心就是落点的平均位置。 所用的仪器有：天平,刻度尺,游标卡尺(测小球直径),碰撞实验器,复写纸,白纸,重锤,两个直径相同质量不同的小球,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： m1OP=m1OM+m2ON，两个小球的直 径也不需测量了（但必须相等）。,例7. 在“碰撞中的动量守恒”实验中，仪器按要求安装好后开始实验，第一次不放被碰小球，第二次把被碰小球直接静止放在斜槽末端的水平部分，在百纸上记录下重锤位置和各小球落点的平均位置依次为O、A、B、C，设入射小球和被碰小球的质量依次为m1、m2，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A、B B.第一、二次入射小球的落点依次是B、A C.第二次入射小球和被碰小球将同时落地 D. m1AB= m2OC,解：最远的C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B；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，两小球不可能同时落地；由动量守恒得m1OB= m1OA+m2OC，选D。答案是BD。,八. 研究平抛物体的运动 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。 以斜槽末端所在的点为坐标原点。 如果是用白纸，则应以斜槽末端所在的点为坐标原点，在斜槽末端悬挂重锤线，先以重锤线方向确定y轴方向，再用直角三角板画出水平线作为x轴，建立直角坐标系。 每次小球应从斜槽上的同一位置由静止开始下滑。 由描迹法得到小球平抛的轨迹，从轨迹上任何一点的横纵坐标都可以计算出该平抛物体抛出时的初速度。 若用闪光照相来研究，所得到的照片上相邻小球间的时间间隔是相等的，利用这一结论和运动分解的知识，可以求小球平抛的初速度，也可以求小球在任何一个位置的瞬时速度,例8. 如图所示，在“研究平抛物体的运动”的实验中，某同学按要求描绘出了小球做平抛运动过程中的三个点A、B、C，并利用刻度尺量出了三点的坐标依次是A(0.369，0.112)、B(0.630，0.327)、C(0.761，0.480)，单位为m 。又称得小球的质量为20g，试计算小球平抛的初动能EK。,解：小球的初速度,因此初动能,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EK=0.0594J,九 、验证机械能守恒定律 本实验要求验证自由下落过程中机械能守恒，图示纸带的左端是用夹子夹重物的一端。 要多做几次实验，选点迹清楚，且第一、二两点间距离接近2mm的纸带进行测量。 用刻度尺量出从0点到1、2、3、4、5各点的距离h1、h2、h3、h4、h5，利用“匀变速直线运动中间时刻的即时速度等于该段位移内的平均速度”，算出2、3、4各点对应的即时速度v2、v3、v4，验证与2、3、4各点对应的重力势能减少量mgh和动能增加量1/2 mv2 是否相等。 由于摩擦和空气阻力的影响，本实验的系统误差总是使 mgh 1/2 mv2 本实验不需要在打下的点中取计数点。也不需要测重物的质量。,例9. 在用落体法验证机械能守恒定律时，某同学按照正确的操作选得纸带如右。其中O是起始点，A、B、C是打点计时器连续打下的3个点.该同学用毫米刻度尺测量O到A、B、C各点的距离,并记录在图中(单位cm)。 这三个数据中不符合有效数字读数要求的是_ ,应记作_cm。 该同学用重锤在OB段的运动来验证机械能守恒，已知当地的重力加速度g=9.80m/s2，他用AC段的平均速度作为跟B点对应的物体的即时速度，则该段重锤重力势能的减少量为_，而动能的增加量为_，(均保留3位有效数字，重锤质量用m表示).这样验证的系统误差总是使重力势能的减少量_动能的增加量，原因是 。,OC,15.70,1.22m,1.20m,大于,v是实际速度，因为有摩擦生热，减少的重力势能一部分转化为内能；,另一位同学根据同一条纸带，同一组数据，也用重锤在OB段的运动来验证机械能守恒，不过他数了一下：从打点计时器打下的第一个点O数起，图中的B是打点计时器打下的第9个点。因此他用vB=gt计算跟B点对应的物体的即时速度，得到动能的增加量为 ，这样验证时的系统误差总是使重力势能的减少量 动能的增加量,原因是 。,1.23m,小于,v是按照自由落体计算的，对应的下落高度比实际测得的高度要大。,例10. 一组同学在做“用单摆测定重力加速度”的实验中，用正确的操作方法，测定了6组摆长L和周期T的对应值。为了求出当地的重力加速度g，4位同学提出了4种不同的方法：从测定的6组数据中任意选取1组,用公式g=42L/T 2求出g作为测量值；分别求出6个L值的平均值和6个T值的平均值,用公式g=42L/T2求出g作为测量值；分别用6组L、T的对应值,用公式g=42L/T2求出6个对应的g值，再求这6个g的平均值作为测量值；在坐标纸上作出T2-L图象,从图象中计算出图线的斜率K,根据g=42/K求出g作为测量值。你认为以上4种方法中，错误的是哪一种 , （填代号即可）,其余正确方法中偶然误差最小的是哪一种 (填代号即可)。,解：错误的是，因为L和T之间不是一次函数的关系。偶然误差最小的是，因为偶然误差总是有时偏大有时偏小。而描点后画线时要求尽可能多的点在该直线上，其余点尽可能均衡地分布在该直线两侧，实际上是把偶然误差减小到最小了。,例11. 利用手头的常用仪器，粗略测定玩具手枪子弹射出时的初速度。除玩具手枪外，所给的测量仪器为：只有秒表；只有米尺。,解：若只有秒表，可如图(a)，将玩具手枪从地面竖直向上发射子弹，用秒表记下从发射到子弹落会地面所用的时间t，则子弹上升的时间为t/2，故子弹初速度v0=gt/2。 若只有米尺，可如图(b)，将玩具手枪子弹从某一高度处水平射出，用米尺测量 射出时离地面的高度h和水平射 程s，则子弹初速度。,例12. 某同学在做探究弹力和弹簧伸长的关系的实验中，设计了如图所示的实验装置。所用的钩码每只的质量都是30g，他先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，再将5个钩码逐个挂在弹簧的下端，每次都测出相应的弹簧总长度，将数据填在了下面的表中。(弹力始终未超过弹性限度，取g=9.8m/s2) 试根据这些实验数据在右图给定的坐标纸上作出弹簧所受弹力大小F跟弹簧总长L之间的函数关系图线,说明图线跟坐标轴交点的物理意义。 上一问所得图线的物理意义是什么?该弹簧的劲度k是多大,0,0. 294,0.588,0.882,1.176,1.470,L为原长时，弹力为0，斜率k表示弹簧的劲度系数，k=25.4N/m,05年洪泽外国语中学11.,11、（6分）在“验证机械能守恒定律”的实验中： 某同学用图所示的装置进行实验，得到如图所示的纸带。测出点A、C间的距离为14.77cm，点C、E间的距离为16.33 cm，已知当地重力加速度为9.8 m/ s2，重锤的质量为m=1.0 kg，则重锤在下落过程中受到的平均阻力大小Ff = N。 某同学上交的实验报告显示重锤的动能略大于重锤的势能，则出现这一问题的原因可能是（ ） A、重锤的质量测量错误 B、该同学自编了实验数据 C、交流电源的频率不等于50Hz D、重锤下落时受到的阻力过大,0.05,B C,04年连云港市调研考试20.,20为了只用一根弹簧和一把刻度尺测定某滑块与水平桌面间的动摩擦因数（设为定值）,某同学经查阅资料知：一劲度系数为k的轻弹簧由压缩量为x至恢复到原长的过程中，弹力所做的功为kx2 /2于是他设计了下列实验： 第一步：如图将弹簧的一端固定在竖直墙上,使滑块紧靠弹簧将其压缩，松手后滑块在水平面上滑行一段距离后停下； 第二步：将滑块挂在竖直放置的弹簧下, 弹簧伸长后保持静止状态 回答下列问题： （1）对于松手后滑块在水平桌面上滑动过程中有关物理量的描述，正确的是_ 当弹簧恢复原长时，滑块的加速度达到最大值 当弹簧恢复原长时，滑块的速度达到最大值 滑块的加速度先增大，后减小，然后保持不变 滑块的加速度先减小，后增大，然后保持不变 A B C D,D,(2)你认为该同学应该用刻度尺直接测量的物理量是（写出名称并用符号表示；当地重力加速度g为已知） (3)用测得的物理量表示滑块与水平桌面间的动摩擦因数的计算式（写出运算过程）,答:开始弹簧压缩量x，从开始松手到停下物体总位移s，竖直悬挂滑块静止时的伸长量x0,解:（3）由动能定理得,由平衡得,解之得,例13、A、B两小物块在一水平长直气垫导轨上相碰，碰撞前小物块B静止，用频闪照相机相隔t的时间连续拍照4次，拍得如图所示的照片，不计两小物块的大小，不计两小物块碰撞过程所用的时间，则由此照片可判断 ( ) A、第一次拍照时物块A在55cm处,并且mAmB=13 B、第一次拍照时物块A在10cm处,并且mAmB=13 C、第一次拍照时物块A在55cm处,并且mAmB=15 D、第一次拍照时物块A在10cm处,并且mAmB=15,B,例14、如图：A、B是两个相同的小物块，C是轻弹簧，用一根细线连接A、B，使弹簧C处于压缩状态，然后放置在光滑有水平桌面上，提供的测量器材有天平和刻度尺，试设计一个测定弹簧此时弹性势能EP的实验方案。那么实验中应测量的物理量为_(并用相应的字母表示)，计算弹性势能EP的表达式为 。,物块的质量m，桌面长d，两物块落地点的距离L,解:1/2 (L-d)=vt h= 1/2 gt2,EP=21/2 mv2 =mg (L-d)2 /8h,EP=mg (L-d)2 /8h,05年泗阳中学月考11.,11、电梯启动过程和停止过程的加速度大小是一个电梯性能的重要参数。如果让你粗略地测定电梯启动时的加速度（假设电梯启动过程中做匀变速直线运动），你如何用最简单、可行的仪器或物品来进行？ （1） 请写出你要选用的仪器或物品的名称：_。 （2） 写出要测量的物理量（说明符号及其物理意义） ， _。 （3） 用测量量对应的符号及已知常量表示所测量结果_。,一个弹簧测力计（或体重计）,用体重计测量在电梯静止时自己的体重G,电梯启动过程中自己站在体重计上的示数N1,例15、如果给你提供一个质量为m的铅球和一根皮尺， 试用这些器材估算把铅球水平推出时所做的功。 写出简短的测量方法，需要测量哪些物理量。 写出“估算把铅球水平推出时所做的功”的推导过程。 写出用已知量和测量量所表述的结论。,解: 利用平抛运动知识,需要用皮尺测量铅球的出手高度h和水平射程s., 由 s=vt h= 1/2 gt2 得v2=gs2/2h,W= 1/2 mv2 =mg s2 /4h, W= mg s2 /4h,例16、试根据平抛运动原理设计“测量弹射器弹丸出射速度”的实验方案。提供的实验器材为：弹射器(含弹丸，如图所示)、铁架台（带有夹具）、米尺. (1)画出实验示意图。 (2)认真安装弹射器，弹射器必须 。 (3)实验中需要测量的量(并在示意图中用字母标出） 为 。 (4)由于弹射器每次射出的弹丸初速不可能完全相等， 在实验中应采用的方法是 . (5)计算公式为 。,解：（1）实验装置如图所示。,（2）弹射器必须保持水平,以保证弹丸初速度沿水平方向.,（3）应测出下降的高度y和水平射程x，如图所示。,（4）在不改变高度y的情况下，进行多次实验，测量水平 射程x，得出水平射程x的平均值，以减小误差。,（5）,例17、如图所示，在实验室用两端带竖直挡板C、D的气垫导轨（可认为没有摩擦）和有固定挡板的质量都是M的滑块A、B，做验证“动量守恒定律”的实验，实验步骤如下： （1）滑块A、B紧贴在一起，在A上放质量为m的砝码，置于导轨上，用电动卡销卡住A、B，在与A、B的固定挡板间放入一弹簧，使弹簧处于水平方向上压缩状态。 （2）按下电钮使电动卡销放开，同时起动两个记录两滑块运动时间的电子计时器，当A、B与挡板C、D碰撞的同时，电子记时器自动停止计时，记下A至C运动的时间t1，B至D运动的时间t2。 （3）重复几次，取t1、t2的平均值。 在调整气垫导轨时应注意 。 应测量的数据还有 。 只要满足关系式 成立，即可验证动量守恒。,答、（3） 用水平仪测量使导轨水平；,A端至C端的长度L1，B端至D端的长度L2；,11.(10分)某同学用如图所示装置做探究弹力和弹簧伸长关系的实验.他先测出不挂砝码时弹簧下端指针所指的标尺刻度,然后在弹簧下端挂上砝码,测出指针所指的标尺刻度,所得数据列表如下: (重力加速度g=9.