物理实验第一讲.docx

第一部分理论基础一、测量所谓测量，就是被测量的物理量和选为标准的同类量（即，单位）进行比较，确定出它是标准量的多少倍。如：测量一本书的长度，将书与米尺进行比较，书的长度是米尺的18.85，则书的长度为0.1885m。测量结果的数值大小和选择的单位密切相关。同样一个量，测量时选择的单位越小，测量结果数值就越大，所以任何测量结果都必须标明单位如165cm，340m/s等等。为了便于交流，人们制定了一套国际通用的单位体系“国际单位制”，简称“SI”。请填写在国际单位制中以下各物理量的主单位：力 学电 学热 学波动与声功和能长度电流温度频率功、能时间电压周期功率质量电阻振幅密度波长速度响度力压强二、测量分类根据获得数据的方法不同，测量可分为直接测量和间接测量两类。1直接测量直接测量：使用量具或仪表等标准量具经过比较可直接读数获取数据。相应测得量称为直接测量量。如：米尺测量长度、温度计测量温度、天平测量质量等等。2间接测量间接测量：不能直接测量出结果，而必须先直接测量与它有关的一些物理量，然后利用函数关系而获取被测量数据的测量相应的测得量就是间接测量量。如：物质的密度=m/v、物体运动的速度v=s/t、物体的体积等等。三、误差物理实验中，绝大多数实验都涉及到物理量的测量和物理规律的研究，要求学生能应用所选择的合适仪器，尽可能获得令人满意的结果。一个待测物理量，在客观上具有真值。但由于受到测量仪器、测量方法、测量条件和观察者生理反应能力、操作水平等因素的限制，测得的结果只可能是一个近似值。测量值与真值之差称为绝对误差，简称误差。即误差=测量值-真值在实验中进行测量和数据处理时，都应着眼于减少误差，尽可能使实验结果接近真值。误差产生的原因是多方面的，从误差的性质和来源上可分为系统误差和偶然误差两大类。一）系统误差系统误差的特点是：在相同条件下，对同一物理量进行多次测量时，测量值总是偏大或者偏小，或按一定的规律变化，或是有规律地重复。减小系统误差的方法是改进实验方案、实验仪器、实验环境等。二）偶然误差在同一条件下，对某一物理量进行多次测量时，每次测量的结果有差异，测量值表现为有时偏大有时偏小。这种误差称为偶然误差或随机误差。减小偶然误差的方法是通过多次测量取平均值。还必须指出，在测量中，由于读数或计算时发生错误，致使测量结果与真值之间产生较大的偏差(过失误差或粗大误差)，这种偏差是错误而不是误差，它是不应该出现的，也是完全可以避免的。相对误差指的是测量所造成的绝对误差与被测量真值之比。乘以100%所得的数值，以百分数表示。一般来说，相对误差更能反映测量的可信程度。相对误差等于测量值与真值差的绝对值除以真值，再乘以100%。即(实际相对误差，一般用百分数给出，绝对误差，L真值)四、有效数字测量的结果因所用单位不同而不同，但在某一单位（量具）下，表示该测量值的数值位数不应随意取位，而是要用有确定意义的表示法。图1用毫米尺测量工件的长度如图1是用毫米尺测量一段工件长度的示意图。此工件的长度介于13mm和14mm之间，其右端点超过13mm刻度线处，估计为6/10格，即工件的长度为13.6mm。从获得结果看，前两位13是直接读出，称为可靠数字，而最末一位0.6mm则是从尺上最小刻度间估计出来的，称为可疑数字（尽管可疑，但还是有一定根据，是有意义的）。1.定义：由几位可靠数字加上一位可疑数字在内的读数，称为有效数字。(含有且仅含有一位不准确数值的数字)如上读数13.6mm共有三位有效数字，这里的第三位数“6”已是估计出来的，因此，用这种规格的尺子不可能测量到以毫米为单位小数点后第2位。2.有效数字的确定：从左边第一个不为0的数字起，后面所有的数字（包括0）都是有效数字。（注：大单位转换小单位或小单位转换大单位时，原数的有效位不变。）如：L=2.10cm=0.0210m，有3位有效数字。3.科学计数法：计量单位的不同选择可改变量值的数值，但决不应改变数值的有效位。因此，在变换单位时，为了正确表达出有效位数，实验中常采用科学计数法（10的幂次方）。如：c=298765432.1m/s=3.0108m/s科学计数法的一般形式为：N10n（1N10）第二部分力学一、仪器使用在实验室里，测量长度的基本工具是_；测量时间的基本工具是_；测量质量的基本工具是_；测量力的基本工具是_。（一）刻度尺（参阅八上P103）1、认识刻度尺右图中，刻度尺的量程为_、分度值为_。2、刻度尺的使用刻度尺的使用要领是“五会”。即：会认：即正确认识刻度尺的_、_、_；会放：应使刻度尺的_线或某条（整数）刻度线与被测物体的一条边对齐，把刻度尺的_尽可能与被测物体_，不能歪斜；会看：读数时，视线应_刻度尺；会读：除读出最小刻度以上各位数字外，还应_；会记：记录的测量数据，包括_值、_值和_（没有单位的数值是毫无意义的）。3、长度测量的特殊方法（1）化曲为直：将弯曲的轨迹变成直线来测量。如：测量地图上的铁道线长度，可用棉线与它重合，再拉直测量；测薄圆铁片周长，可使铁片顺直线滚一圈再测量起、终点长度。（2）以多测少或以少测多。如：测一张纸的厚度可测n张纸的厚度再除以n；测细铜丝直径可测出密绕后n匝的长度再除以n；测楼房高度可测每一级楼梯的高度再乘以相应楼层的级数。这种方法适用于完全相同的测量对象，以多测少可提高测量的准确度，以少测多相当于扩大了量程。（3）利用工具平移。如图所示是测圆锥高度和圆柱直径所用的一种方法。（4）替代法。用可以直接测量的长度来替代不能直接测量的长度。如测圆柱直径可先测出周长，再根据周长与直径的关系算出直径。典型例题1下图中刻度尺使用方法正确的是 ( )AB2如图所示，用两把刻度尺A、B测量同一物体的长度，刻度尺A的读数为_，刻度尺B的读数为_，测量结果更接近于真实值的是_刻度尺。（二）秒表（参阅八上P105）下图中，秒表的示数为_。（三）托盘天平（参阅八下P2）天平是测量质量的基本工具，天平的本质是一支_。在实验室里，常用的测量质量的工具是托盘天平，在测量精度的要求更高时，则使用物理天平；在生活中，常见的测量质量的工具有_、_、_和杆秤。1、认识托盘天平请在下图中写出托盘天平各部分的名称。其中，砝码盒中砝码的总质量为_；游码标尺的最大刻度为_，分度值为_。5g20g20g5g100g10g2、天平的使用（1）_调节。即把托盘天平放在_的桌面上。注：若是物理天平等更精密的天平，在其底盘上还有调节装置，要调节天平的底盘至严格的水平。（2）_调节。首先要把_移到_处；再调节_，使指针指在标尺的_处。注：a）调节平衡螺母时，“哪边高，往哪边调”；b）调节过程中，当指针在中央红线两边摆的幅度相等时，即为天平平衡；c）已经调好的天平，在移动位置后再使用时，应再次调节。（3）称量。A、应估计被测物体的质量，不能测量超过规定的质量（m物“量程”）B、应把物体放在天平的_盘，砝码放在_盘；液体、粉末和有腐蚀性的化学药品，不能直接放入托盘C、应根据估计，_（由大到小/由小到大/随意）地向右盘中加入砝码，夹取砝码必须用_，不能用手直接拿；最后移动游码，直到天平平衡。注：当往右盘中加入最小的砝码则右盘下沉、而拿掉最小的砝码时左盘要下沉时，应移动游码。（4）读数。用一个公式表示：m左=m右+m游码示数注：1）天平在保管过程中往往在其两边的托盘下衬有“橡胶垫圈”，使用时应注意拿下；2）使用完毕，应注意收拾仪器。典型例题1某同学用天平称物体的质量，天平平衡时右盘中的砝码和游码如图所示，则物体的质量为_。2一架托盘天平横梁标尺的最小刻度是O.2g，最大示数是5g，把天平放在水平台上调平后，在天平的左盘内放入被测物体，右盘内放人10g砝码，指针指在分度盘中线的右侧；从右盘内取出lOg砝码后，再放入5g砝码，指针指在分度盘中线的左边，要测出被测物体的质量，应 ( )50g20g20g5gA将右端的平衡螺母旋出一些 B将右端的平衡螺母旋进一些C将左右两托盘交换位置D移动游码，使指针指在分度盘中线3用托盘天平称量5.4g食盐，若指针稍微偏左，接下来的操作应是( )A减少砝码或游码 B减少食盐 C增加砝码或游码 D增加食盐 （四）量筒和量杯（参阅八下P10）量筒和量杯是实验室里常用的测体积的工具，通常用_作单位。“ml”即“cm3”，故1mLl=_ cm3=_L=_ m3。1、认识量筒和量杯下图中，量筒的测量范围是_，分度值为_。与量筒相比，量杯由于口大底小，因而其刻度特点是上_下_。2、量筒的使用（1）量筒可以直接测量_体的体积，或者间接地测量_体的体积。（2）读数时，要把量筒放在_的桌面上，视线要与量筒_若是凹液面，应以凹液面的_为准；若是凸液面，应以凸液面的_为准。3、体积测量的特殊方法（1）对于不能下沉的物体，常用以下方法测量其体积a）顶针法。即用一根细针（细钢丝）将其按入水中。b）悬挂法。即在其下面吊上一个重物，使其能沉入水中。（2）对于易溶于水的物体如冰糖、硫酸铜晶体等，可用以下方法测量其体积。a）配制饱和溶液，使其不溶。b）用细砂代替水进行测量。（3）对于有孔物体或具有吸水性物体如粉笔等，要测量其外观体积，可以采用如下方法。a）先使其吸足水。b）用细砂代替水进行测量。典型例题1用量筒测量一个金属块的体积，甲同学先后经历了以下步骤：A、在量筒中倒入适量的水，读出水的体积V1；B、用细线系住块金属块，将金属块放入量筒，再读出水的体积V2。则：V1=_；V2=_；金属块的体积V=_。若乙同学先在量筒中倒入适量的水，忘记读出水的体积就用细线系住金属块，将金属块放入量筒，读出水的体积为V1；将金属块取出后再补读量筒中的水的体积为V2，则他的做法_（合理/不合理），理由是_。（五）弹簧秤（参阅八下P43）弹簧秤是测量力的常用工具，它是利用弹簧的伸长与受到的拉力成_的性质（即F=kl）制成的。1、认识弹簧秤。右图中，弹簧秤的量程为_，分度值为_。2、弹簧秤的使用方法。（1）应先_，选择合适的弹簧秤；（2）使用弹簧秤前首先要“_”，即使指针对准“零刻度线”；（3）应使弹簧的伸长方向与拉力的方向