【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.ppt

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6 1 1所示 读数为mm 图6 1 1 解析 0 5mm 11 7 0 01mm 0 617mm 变式题 如图6 1 2 读出下列螺旋测微器测量的读数 图6 1 2 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 根据纸带上点的密集程度选取计数点 打点计时器每打n个点取一个计数点 则计数点时间间隔为n个打点时间间隔 即t 0 02n s 一般取n 5 此时t 0 1s 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6 1 3 3 测定第n点的瞬时速度 物体做匀变速直线运动时 在某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度 即测出第n点的相邻的前 后两段相等时间t内的距离 由平均速度公式就可求得 如图6 1 3中第4点的瞬时速度为 例2 某同学用打点计时器测量做匀加速直线运动的物体的加速度 电源频率f 50hz 在纸带上打出的点中 选出零点 每隔4个点取1个计数点 因保存不当 纸带被污染 如图6 1 4所示 a b c d是依次排列的4个计数点 仅能读出其中3个计数点到零点的距离 sa 16 6mm sb 126 5mm sd 624 5mm 图6 1 4 若无法再做实验 可由以上信息推知 1 相邻两计数点的时间间隔为 s 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 打点计时器打出的纸带每隔4个点选择一个计数点 则相邻两计数点的时间间隔为t 5 0 02s 0 1s 变式题 在 验证机械能守恒定律 的实验中 打点计时器接在电压为u 频率为f的交流电源上 从实验中打出的几条纸带中选出一条理想纸带 如图6 1 5所示 选取纸带上打出的连续5个点a b c d e 测出a点距起始点的距离为s0 点ac间的距离为s1 点ce间的距离为s2 已知重锤的质量为m 当地的重力加速度为g 则 图6 1 5 纸带与限位孔之间的摩擦力 或纸带与其他部分的阻力或摩擦阻力 类型三 用图象法处理实验数据 例3 2011 全国新课标 利用图6 1 6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6 1 6 完成下列填空和作图 1 若滑块所受摩擦力为一常量 滑块加速度的大小a 滑块经过光电门乙时的瞬时速度v1 测量值s和t四个物理量之间所满足的关系式是 2 根据表中给出的数据 在图6 1 7给出的坐标纸上画出 t图线 图6 1 7 3 由所画出的图线 得出滑块加速度的大小为a m s2 保留2位有效数字 2 找点画出图象即可得出 如图所示 规律总结 用图象处理数据的解题技巧1 根据实验数据 标明坐标轴的物理量 单位 选择恰当的刻度 2 图象的连线不一定通过所有的数据点 应尽量使数据点合理分布在线的两侧 减小偶然误差 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 2011 重庆卷 某同学设计了如图6 1 8所示的装置 利用米尺 秒表 轻绳 轻滑轮 轨道 滑块 托盘和砝码等器材来测定滑块和轨道间的动摩擦因数 滑块和托盘上分别放有若干砝码 滑块质量为m 滑块上砝码总质量为m 托盘和盘中砝码的总质量为m 实验中 滑块在水平轨道上从a到b做初速度为零的匀加速直线运动 重力加速度g取10m s2 图6 1 8 1 为测量滑块的加速度a 须测出它在a b间运动的 与 计算a的运动学公式是a 位移 时间 2 根据牛顿运动定律得到a与m的关系为 他想通过多次改变m 测出相应的a值 并利用上式来计算 若要求a是m的一次函数 必须使上式中的 保持不变 实验中应将从托盘中取出的砝码置于 m m 滑块上 3 实验得到a与m的关系如图6 1 9所示 由此可知 取两位有效数字 0 23 0 21 0 25 图6 1 9 类型四 测量方法的应用 例4 2011 全国大纲卷 在 油膜法估测油酸分子的大小 实验中 有下列实验步骤 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 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 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 用注射器将事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中 记下量筒内每增加一定体积时的滴数 由此计算出一滴油酸酒精溶液的体积 将玻璃板放在浅盘上 然后将油膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上 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的油酸溶于酒精 制成300cm3的油酸酒精溶液 测得1cm3的油酸酒精溶液有50滴 现取一滴该油酸酒精溶液滴在水面上 测得所形成的油膜的面积是0 13m2 由此估算出油酸分子的直径为 m 结果保留1位有效数字 答案 1 如果 放在 之前的其他位置也正确 2 5 10 10 变式题 2011 天津卷 1 某同学利用测力计研究在竖直方向运行的电梯运动状态 他在地面上用测力计测量砝码的重力 示数是g 他在电梯中用测力计仍测量同一砝码的重力 发现测力计的视数小于g 由此判断此时电梯的运动状态可能是 2 用螺旋测微器测量某金属丝直径的结果如图6 1 10甲所示 该金属丝的直径是 mm 减速上升或加速下降 1 706 1 704 1 708均可 图6 1 10 3 某同学用大头针 三角板 量角器等器材测半圆形玻璃砖的折射率 开始玻璃砖的位置如图6 1 10乙中实线所示 使大头针p1 p2与圆心o在同一直线上 该直线垂直于玻璃砖的直径边 然后使玻璃砖绕圆心o缓缓转动 同时在玻璃砖的直径边一侧