高一物理实验专题人教版知识精讲

高一物理高一物理实验专题实验专题 【同步教育信息同步教育信息】 一. 本周教学内容 实验专题 （一）长度的测量 1. 实验目的：学会使用刻度尺，游标卡尺测量物体的长度。 2. 刻度尺（直尺） 最小分度值mm1，量程不等，常用的有钢板尺，钢卷尺，直尺。 注意：注意：测量时刻度尺紧贴被测物，眼睛正对刻度线读数、零刻线损坏，选其它清晰刻 线作起点，长度是两读数之差。 3. 游标卡尺 （1）结构：主尺、测量爪、测深尺，游标尺等。 （2）原理：主尺的最小分度为mm1。游标尺上有几个分度它们的总长度等于 mmn) 1( ，游标尺的每个分度比主尺的最小分度相差mm n 1 ，常用有 10 分度、20 分度、 50 分度，所以其精度相应的是mm1 . 0、mm05 . 0 、mm02 . 0 。 （3）使用（操作）：根据测量内容选对应的测量部件。 （4）读数：分两步进行。首先读主尺上毫米值的整数，然后读游标读数，把两次读数 统一单位后相加即是被测量值。 （5）注意事项：游标卡使用前，先认尺包括认量程看精度，读数时一般不估读。测量 外尺寸时，应把外测爪先张大些，然后收拢把被测物卡住。不要用卡尺测过于粗糙物体， 以免卡尺损坏。 （6）误差分析：一般是选正对刻线时产生误差，取未对正线对称的两条线中间一条刻 线读数，如图中读数应按 b 这条线读数。 a b c d （二）验证平行四边形定则 1. 实验目的 验证互成角度的两个力合成时的平行四边形定则 2. 实验原理 （1）两个力 F1、F2的作用效果与一个力 F 的作用效果相同：使像皮绳在某一方向伸 长一定的（相同）长度。 （2）以 F1、F2为邻边作平行四边形求出 F1、F2的合力 F，在误差允许的范围内比较 F 与 F。如果在误差允许的范围内 F 与 F 相同，就验证了两个力合成时遵循平行四边形 定则。 3. 实验器材 方木板一块；白纸；图钉（若干）；橡皮条；细绳套（两个）；弹簧秤（两只）；三 角板；刻度尺；铅笔。 4. 实验条件 为使橡皮绳有较明显的伸长，同时弹簧测力计有较大的示数，两测力计所拉线绳之间 的夹角不宜过大和过小，一般在 60120之间较合适。 5. 主要测量量 用两个测力计拉线绳，使橡皮条伸长，绳的结点到达 O 点，记录此时两个测力计的数 值 F1和 F2及两个力的方向；用一只测力计重新将结点拉到 O 点，记录此时 F 的大小和方 向。 6. 实验步骤 （1）用图钉把一张白纸钉在水平桌面上的方板上。 （2）用图钉把橡皮条的一端固定在 A 点，橡皮条的另一端固定拴上两个细绳套。 （3）用两只弹簧秤分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点达到 O 点。（如图所示）用铅笔记下 O 点的位置及两条细绳套的方向，并分别记录两弹簧秤的 读数 F1和 F2。 （4）用铅笔和刻度尺从力的作用点（位置 O）沿两条细绳套的方向画直线，按选定的 标度作出 F1、F2的图示，然后，以 F1、F2为邻边用刻度尺和三角板作平行四边形，过 O 点 画平行四边形的对角线，即为合力 F 的图示。 （5）只用一只弹簧秤，通过细绳套把橡皮条的结点拉到同样的位置 O，记下细绳套的 方向和弹簧秤的读数 F ，用刻度尺从 O 点按选定的（相同）标度沿记录的方向作出 F 的 图示。 （6）比较力 F 与用平行四边形定则求出的合力 F 的大小和方向，看在实验误差允许 的范围内是否相同。 （7）改变两力 F1、F2的大小和方向，再重复实验两次，从实验结果中得出结论。 7. 数据记录与处理 （1）记录： 物理量 次数 F1（N）F2（N）合力 F（N）F（N） 1 2 3 （2）处理： 用作图法比较 F 与 F 的大小和方向。 8. 注意事项 （1）使用弹簧秤前，应将弹簧秤水平放置，然后检查、矫正零点，并应了解弹簧秤的 量程、单位和精度（最小刻度），读数时视线要正对刻度。 （2）本实验中，为减少实验误差，应选用规格相同的弹簧秤，且要对其性能进行检验， 具体方法是：将两弹簧秤的自由端钩在一起，沿水平方向拉伸，若两弹簧秤的读数一样， 即可选用，否则，不可选。 （3）使用弹簧秤测拉力时，拉力必须沿弹簧秤的轴线方向。在实验中弹簧秤、橡皮条、 细绳套应位于与纸面平行的同一平面内，要防止弹簧秤卡壳、弹簧秤或橡皮条与纸面产生 摩擦。 （4）使用弹簧秤测力时，拉力应适当地大些，以减小误差，但拉伸不要超过量程。 （5）选用的橡皮条应富有弹性，能发生弹性形变，不能选用老化了的橡皮条，实验时， 一方面，缓慢地将橡皮条拉伸到预定的长度，看它能否滞缩缩回到原长；另一方面，用一 个弹簧秤多次拉伸相同的长度，看弹簧秤的读数是否相同。 （6）同一次实验中，橡皮条拉伸后结点的位置 O 必须保持不变。 （7）作力的图示时，标度不宜过小，应尽可能使图画得大些，但不能超出纸外。 9. 误差分析 实验中误差的来源有弹簧秤的精度误差和两只弹簧秤规格不严格相同造成的误差、读 数不准造成的误差和作图不准确带来的误差等等。另外，实验中弹簧秤与板面不严格平行 和弹簧秤卡壳以及弹簧秤或橡皮条与纸面产生摩擦等等。两个分力 F1、F2间的夹角越大， 用平行四边形定则作图得出的合力 F 的误差越大，所以实验中两个分力的夹角不要太大， 误差只能减小不能消除，实验中要严格遵循实验操作规程，以减小实验误差，实验中若用 一只弹簧秤可以减小由于两只弹簧秤规格不同而造成的误差。 （三）研究匀变速直线运动 1. 实验目的 （1）掌握判断物体是否做匀变速直线运动的方法。 （2）测定匀变速直线运动的加速度。 （3）会用逐差法计算物体运动的加速度。 2. 实验原理 测定物体做匀变速直线运动最基本的是测出位移和时间的关系，运用匀变速直线运动 的规律，对纸带数据进行处理。如图实 41 所示， 1 S、 2 S n S是相邻两计数点间的 距离，S是两个连续相等的时间里的位移之差，即 121 SSS， 232 SSS，T 是两个相邻计数点间的时间间隔且 T= 0.02n 秒（n 为两计数点间的 间隔数）由运动学公式： S1 . 0. . S3 . S2 . 1 . 2 . 3 . S4 图实 41 2 01 2 1 aTTVS 2 12 2 1 aTTVS aTVV 01 得 2 12 aTSSS T 是恒量。当 a 为恒量时，S也为恒量，即做匀变速直线运动的物体的S必为恒量， 它是判断物体是否做匀变速直线运动的必要条件。若物体做初速度为零的匀加速直线运动， 其判断条件是： A. S 12312nn SSSSSS恒量； B. S 1 2S（ 1 S为开始运动到第一个计数点之间的距离）。 3. 实验器材 打点计时器、纸带、复写纸片、低压交流电源、小车、细绳、一端附有滑轮的长木板、 刻度尺、钩码、两根导线。 4. 实验步骤 （1）把附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，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；再把一条细绳拴在小车上，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，并把它的一端固定在小车的后面。实验装置见图 实 42。 图实 42 （2）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系列的点，换上新纸带，重复三次。 （3）选取一条点迹清晰的纸带，舍掉开头的比较密集的点。确定好记数起点。每隔 ssT1 . 0502 . 0 取一个记数点，并依次标明 0，1，2，3如图实 43 所示，用刻度 尺测量两相邻记数点间距离 1 S， 2 S， 63 SS并把测量结果填入记录表格中。 . . . . . 0 S1 1 . S2 . . . . . . S3 23 图实 43 （4）根据测量结果，用逐差法求出加速度 1 a、 2 a、 3 a的值，然后计算出其平均值， 它就是小车做匀变速直线运动的加速度。 5. 数据记录及处理 （1）记录： 记数点 位移)(ms位移差)(ms 加速度 )/( 3 2 2 3 sm T ss a nn n 1 1 S 2 2 S 3 3 S 4 4 S 5 5 S 6 6 S 小车做匀变速直线运动的加速度 3 321 aaa a )/( 2 sm。 （2）处理： 利用逐差法处理纸带数据求物体运动的加速度。 若所选记数点为 0，1，2，6。则 2 14 1 3T SS a ， 2 25 2 3T SS a ， 2 36 3 3T SS a ，故物体运动的加速度 2 123456321 9 )()( 3T SSSSSSaaa a 若所选记数点为 0，1，2，3，4，则 2 123421 4 )()( 2T SSSSaa a 若所选记数点 0，1，25，则舍去 3 S，加速度 2 124521 6 )()( 2T SSSSaa a 利用 vt 图象求物体运动的加速度。 先由 T SS v nn n 2 1 求出打第 n 点时的瞬时速度)6,5,4,3,2,1( n。 再作出 vt 图象，图线的斜率即为物体运动的加速度。 6. 注意事项 （1）应调整使细绳与木板平行，小车运动要平稳。 （2）选用合适的钩码，使小车的加速度适当大一些，可以减小长度的测量误差。加速 度大小以能在约 50cm 的纸带上清楚地取出 78 个计数点为宜。 （3）要在钩码（或沙桶）落地处放置软垫或砂箱，防止撞坏钩码。 （4）要在小车到达滑轮前用手按住它或放置泡沫塑料档块，防止小车掉在地上或撞坏 滑轮。 （5）操作时，应先接通电源，待打点计时器稳定打点后再释放小车。 （6）纸带运动时不要让纸带与打点计时器的限位孔摩擦。 （7）纸带上所选取的记数点不宜太长，不要分段测量各段位移，应一次性测量出各计 数点到记数起点 O 之间的距离，读数时估读到毫米的下一位。 （8）处理纸带数据时，应注意 1 S， 2 S n S是连续相邻相等的时间内的位移，而不 是各计数点到起点 O 的距离。 7. 实验误差的来源与分析 本实验参与计算的量有 S 和 T，因此误差来源于 S 和 T。当调整好了打点计时器后， 由于市电的频率很稳定，其误差小于Hz2 . 0，所以可将打点时间误差忽略不计。若测各 个 S 时用最小分度为mm1的刻度尺，其误差一般不超过mm5 . 0，若点子打得清晰而小， 则误差可小于mm2 . 0，因此我们应选择点子打得小而清晰的纸带。且要用最小分度 mm1的刻度尺估计到mm1 . 0。并要求眼睛要正对点和刻度尺，以尽量减小误差。另按逐 差法处理数据求加速度的平均值其好处是各个数据都得到了利用。达到正负偶然误差充分 互相抵消的作用。如) 333 ( 3 1 3 2 36 2 25 2 14321 T SS T SS T SSaaa a 2 321654 9 )()( T SSSSSS 使计算结果更接近真实值。 【典型例题典型例题】 例 1 用一把合格的游标卡尺测量某一物体的长度游标尺的位置如图实 11 所示，则物体 的长度是多少？ 图实 11 解析：解析：被测物体的长度 L 等于主尺和游标尺零刻度线之间的距离，也就是 L = AC = AB + BC，其中 AB 在主尺上读。为 21mm；BC 在游标尺上读，这是关键，可以这样理解： 游标尺的零刻度线从 B 向后退零点几毫米，游标尺的第几条刻度线就与主尺上的某一条刻 度线重合，就读作零点几毫米；在图实 11 中 BC = 0.7mm，所以 L=AC= AB +BC= 21mm + 0.7mm = 21.7mm。 例 2 如图实 12 所示，用 10 分度的游标量尺测量一根金属圆管的内径和外径时，长尺 上的游标位置分别如图所示，则这根金属圆管的内径读数是 mm，外径读数是 mm，管壁厚度是 mm。 9 1011 cm 010 10 1112 cm 010 图实 12 解析：解析：因为 10 分度游标长尺的准确度为 0.1mm，对图，从主尺上读得 99.0 mm，而 游标尺的 4 个小格与主尺上的 10.3cm 处恰好对齐，所以小数部分为mm4 . 041 . 0，故 此金属管的内径为：mmd 4 . 994 . 00 .99 同理，由图，从主尺上读得整数部分为 102mm 而游标尺的第 7 个小格与主尺上的刻 度对齐，所以小数部分为mm7 . 071 . 0故金属园管外径 D 为： 7 . 1027 . 0102D值得注意的是：如果以厘米为单位记录数据，一定要先按毫米为单 位读出数据然后再改写为以厘米为单位，改写后的数据有效数字不变。 钢管壁厚度是mm7 . 12/ ) 4 . 99 7 . 102( 例 3 请根据“互成角度的共点力合成”的实验，写出相应的实验步骤： 解析：解析： （1）在水平放置的木板上，固定一张白纸。 （2）把橡皮筋的一端固定在 O 点，另一端拴两根带套的细线。细线和橡皮筋的交点 叫做结点。 （3）在纸面离 O 点比橡皮筋略长的距离上标出 A 点。 （4）用两个弹簧秤分别沿水平方向拉两个绳套，把结点拉至 A 点，记下此时两力 F1 和 F2的方向和大小。 （5）改用一个弹簧秤沿水平方向拉绳套，仍把结点拉至 A 点，记下此时力 F 的方向 和大小。 （6）拆下弹簧秤和橡皮筋。 （7）在 A 点按同一标度尺，作 F1、F2、F 力的图示。 （8）利用平行四边形定则作 F1、F2的合力 F 。 （9）比较 F 和 F 的大小和方向并得出结论。 例 4 在该实验中，采取下列哪些方法和步骤可减少实验误差？（ ） A. 两个分力 F1、F2间的夹角要尽量大些。 B. 两个分力 F1、F2的大小要尽量大些。 C. 拉橡皮条的细绳要稍长一些。 D. 实验中，弹簧秤必须与木板平行，读数时视线要正对弹簧秤刻度。 解析：解析：本实验为了减少实验误差对 F1和 F2的夹角要适当，为了减少摩擦和测量误差， 栓皮条的细绳要稍长一些，实验中，弹簧秤必须与木板平行，读数时视线要正对弹簧秤刻 度。 所以，本题的正确选项应为：B、C、D。 本题主要考查验证平行四边形定则的注意事项和误差分析，对这一部分正是我们 学习的薄弱环节，因此，必须注意一些这种类型的题目。 例 5 在互成角度的两个力的合成实验中，除其他器材外，只有一个弹簧秤，能完成该实 验吗？ 解析：解析：本题意在考查实验的辨证思维，能完成实验，具体步骤是： 把两条细线中一条细线与弹簧秤连接，然后同时拉这两条细线，使橡皮条的一端伸 长到 O 点，记下两条线的方向和弹簧秤的示数 F1。 放开橡皮条后，将弹簧秤连接到另一个细线上，再同时拉到 O 点，使两条细线位 于记录的方向上，读出弹簧秤的示数 F2。 选定标度，作出两力的图示求出合力 F。 用一只弹簧秤拉到同一位置，记下秤的示数 F 和方向，作出图示 F 。 比较 F 和 F 的方向和大小。 例 6 某同学在测定匀变速直线运动的加速度时，得到了在不同拉力下的 A、B、C、D等几条较为理想的纸带，并在纸带上每 5 个点取一个计数点，即相邻两 计数点间的时间间隔为 0.1s，将每条纸带上的计数点都记为 0、1、2、3、4、5，如图 实 44 所示甲、乙、丙三段纸带，分别是从三条不同纸带上撕下的。 （1）在甲、乙、丙三段纸带中，属于纸带 A 的是 。 . 0 . 1 2 3.00cm 6.11cm 4 . 5 9.43cm A 甲 4 . 5 15.41cm 4 . 5 16.32cm 乙 丙 图实 44 （2）打 A 纸带时，物体的加速度大小是 2 /sm。 解析：解析：因为物体做匀加速直线运动，而纸带与物体相连接即纸带描写了物体的匀加速 直线运动。 由 A 得：cmS00 . 3 1 cmS11 . 6 2 显然，cmSS11 . 3 00 . 3 11 . 6 12 。 因为在匀加速直线运动中，相对相等时间内的位移差是一个值，即： 2 12233445 aTSSSSSSSS 所以有： 2 15 4aTSS而 2 12 aTSS 故有：)(44.1211. 34)(4 1215 cmSSSS 解得：cmS44.1500 . 3 44.12 5 ，即 4、5 质点间的距离应为cm44.15。 显然，在甲、乙、丙三段纸带中，属于纸带 A 的是：乙。依据 2 12 aTSS而 sT1 . 0，解得： )/(11 . 3 01 . 0 1011 . 3 2 2 12 sm T SS a 即：（1）应填：乙 （2）应填：11 . 3 例 7 在研究匀变速直线运动的实验中，算出小车经过各计数点的即时速度如下表所示 计数点序号123456 计数点对应时刻（s）0.10.20.30.40.50.6 经计数点时速度 （m/s） 44.062.081.0100.0110.0168.0 为了算出加速度，合适的方法是（ ） A. 根据任二个计数点的速度，用公式 t v a 算出加速度。 B. 根据数据)(vt 、画出 vt 的图象，量出倾角，由公式tan算出加速度。 C. 根据数据)(vt 、画出 vt 图象，在图线上取二个相距较远的点，由图象得出其对 应坐标)( 11 vt 、)( 22 vt 、用公式 21 12 tt vv 算出加速度。 D. 依次用相邻数点的 v、t 值算出加速度值，然后取各加速度的平均值。 解析：解析：方法 A 只用二组数据偶然误差大，方法 D 实际上只用第 1 组数据) 0 . 44,1 . 0(和第 6 组数据)0 .168,6 . 0(，其他数据都没有用到，偶然误差较大，而方法 B 也是不妥的，因物 理学的图象中，纵横坐标的标度往往不同其斜率不等于倾角的正切值，故答案为 C。 【模拟试题模拟试题】 1. 用如图实 15（a）所示的卡尺测量图（b）所示的工件（为有底圆筒）所用材料的体 积，需用外测爪a a 测量工件的 ；用内测爪b b 测量工件的 ；用测脚c测量工 件的 ，然后进行计算。 （a） 轴截面图 （b） 图实 15 2. 某同学用 50 分度游标卡尺测量某个工件长度时，观察到游标卡尺上最后一个刻度刚 好与主尺上的 6.2cm 刻线对齐，则该工件长度L cm，此时游标尺上的第 30 条刻 线所对应的主尺刻度值为 cm。 3. 通常用的游标卡尺，在游标尺上有 20 个小的等分刻度，总长为 19mm，用这样的一把 没有零误差的游标卡尺测量某一物体的长度时，游标部分的放大图如图实 17 所示，该物 体的长度是 mm。 0 1 510 cm 2 1520 图实 17 4. 有一种游标卡尺，它的游标尺有 50 个等分刻度，总长度等于 49mm。用这样的一把没 有零误差的游标卡尺测量某一物体的长度时，游标部分的放大图如图实 18 所示，该物体 的长度是 mm。 10cm 30 35 图实 18 5. 一把有零误差的游标卡尺的左右两测量爪并拢时的情况如图实 19 所示，用这样的 一把游标卡尺测量某一物体的长度时游标尺的位置如图实 110 所示，该物体的长度是 cm。 cm 05 1 0 10 1 0 0 5 10 cm 图实 19 图实 110 6. 仔细观察游标卡尺，判断下述说法正确的是（ ） A. 左、右测量爪和深度尺是一个整体，使用游标卡尺时它们同时移动 B. 右测量爪和深度尺是一个整体，使用游标卡尺时它们同时移动 C. 左、右测量爪间的距离，也等于深度尺伸出的长度 D. 使用游标卡尺测量物体的长度时，被测物体的长度等于主尺零刻度线和游标尺零刻 度线之间的距离 7. 做验证力的平行四边形定则实验时，除了长木板、白纸、图钉、细绳套、橡皮条、铅 笔和刻度尺外，还需要的器材有 。 8. （1）下面的实验中要用到弹簧秤，关于弹簧秤的下列方法中正确的是（ ） A. 测量时应注意不能超过它的量程 B. 测量前应首先调整零点 C. 拉弹簧秤的力的方向必须与弹簧秤的轴线重合 D. 弹簧秤的刻度是不均匀的 （2）如图实 24 所示的（a）、（b）两图表示用同一套器材测量铁块 P 与长金属板 间的滑动摩擦力的两种不同方法。（a）图使金属板静止在水平桌面上，用手通过弹簧秤向 右用力 F 拉 P，使 P 向右运动；（b）图把弹簧秤的一端固定在墙上，用力 F 水平向左拉金 属板，使金属板向左运动，则铁块 P 与金属板间的滑动摩擦力的大小是 N。 （a） （b） 图实 24 9. 如图实 25 所示是两位同学在做本实验时得到的结果，可以判定，其中 图的实 验结果符合实验事实。 . O A F1 F F F2 F1 F F O .A F2 （a） （b） 图实 25 10. 下面列出的措施中，能有利于改进本实验结果的是（ ） A. 橡皮条弹性要好，拉到 O 点时，拉力要适当大些。 B. 两个分力 F1和 F2间的夹角要尽量大些。 C. 拉橡皮条时，橡皮条，细绳和弹簧秤应贴近且平行于木板面 D. 拉橡皮筋的绳套要细，要稍长些。 11. 图实 26 所示，用 A、B 两个弹簧秤拉橡皮条的 D 端（O 端固定），当 D 端到达 E 处时，（） 90，然后保持 A 的读数不变，角由图中所示的值逐渐变小时， 要使 D 端仍在 E 处，可采用的办法是（ ） A. 增大 B 的读数，减少角 B. 减小 B 的读数，减小 C. 减小 B 的读数，增大角 D. 增大 B 的读数，增大角 . . O D E A B 图实 26 12. 如图实 27 所示，在共点力合成实验中，橡皮筋一端固定，另一端连接两个弹簧秤， 分别用力 F1、F2拉两个弹簧秤，使两端拉至 O 点，若要使这端始终位于 O 点，但使 F2大 小不变的沿顺时针转过一小角度，相应的使 F1的大小及图中的变动可能的是（ ） A. 增大 F1的同时增大角 B. 增大 F1的同时保持角不变 C. 减小 F1的同时减小角 D. 增大 F1的同时减小角 O F2 F1 图实 27 13. 在验证共点力合成的实验中，若测 F1时弹簧与其外壳发生摩擦，则导致 F1和 F2的 合力 F 的误差，此误差 F 与真实值相比，F 的大小偏 。 14. 验证力的合成的实验中，橡皮条的一端固定在木板上，用两个弹簧秤把橡皮条的另 一端拉到某一确定的 O 点，以下操作中错误的是（ ） A. 同一次实验中，O 点的位置可以变动。 B. 实验中，弹簧秤必须保持与木板平行，读数时视线要正对弹簧秤的刻度。 C. 实验中，先将其中一个弹簧秤沿某一方向拉到最大量程，然后只需调节另一弹簧秤 拉力的大小和方向，把橡皮条拉到 O 点。 D. 实验中，把橡皮条的另一端拉到 O 点时，两个弹簧秤间的夹角必须取 90，以便 于计算出合力的大小。 15. 如图实 46 所示，在练习使用打点计时器实验中，在纸带上选取的五个计数点，则 从纸带上分析可知（数据单位：cm，每计数点间有 4 个点没有画出） 。 A. 小车做的是匀加速直线运动，加速度为 2 /2sm。 B. 小车在 C 点的即时速度为sm/3 . 2。 C. 小车在 B、D 段的平均速度为sm/9 . 1。 D. 小车在 E 点的即时速度为sm/3 . 2。 . . . . ABCDE 16 34 54 76 图实 46 16. 打点计时器所用电源为 ，当电源频率为 50Hz，振针每隔 s 打一个点，实 验纸带与复写纸片两者中与振针直接接触的是 ，实验时放开纸带与接通电源的先后顺 序是先 。 17. 请在下列给出的器材中，选出测匀变速直线运动的