新课标高考物理力学实验基础知识

1、力学实验基础知识误差及有效数字1 .误差(1)定义：测出的数值与真实值之间的差值叫误差。(2)分类：分为系统误差和偶然误差。系统误差：产生：由于仪器本身不精确，或实验方法粗略或实验原理不完善而产生的。特点：多次重做同一实验时，误差总是同样地偏大或偏小。减小方法：校准测量仪器，改进实验方法，完善实验原理。偶然误差：产生：由于各种偶然因素对实验者、测量仪器、被测物理量的影响而产生。特点：多次重做同一实验时，误差有时偏大，有时偏小。减小方法：多次测量取平均值。2 .有效数字：(1)带一位不可靠数字的近似数字叫有效数字，有效数字的最后一位为误差所在位。(2)确定有效数字时，应注意以下问题：有效数字的位

2、数与小数点的位置无关。有效数字的位数与单位无关。关于“ 0”在有效数字中的特殊性：0在前时，从左住右数第一个不为零的数字才是有效数字；0在后时，计入有效数字。乘方不算有效数字。实验一：研究匀变速直线运动一、实验目的：使用打点计时器测定匀变速直线运动的速度和加速度。设物体做匀加速直线运动，加速度是Tsia,、实验原理:S2、S3则有 S=S2-S1=S3-S2=S4-S3=aT2由上式还可得到2S4-S1=(S4-S3)+(S3-S2)+(S2-S1)=3aT同理有S5-S2=S6-S3=3aT2可见，测出各段位移S1、S2即可求出S4S13T2a2S5 S23T2再算出ai、a2的平均值，就是

3、我们所要测定的匀变速直线运动的加速度。三、实验器材：电火花计时器或电磁打点计时器，一端附有滑轮的长木板，小车，纸带，刻度尺，导线,电源，钩码，细绳。四、实验步骤：(1)把附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸处桌面。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。(2)把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下边挂上合适的钩码。把纸带穿过打 点计时器，并把纸带的一端固定在小车的后面。(3)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列小点。换上新纸带，重复实验三次。(4)从三条纸带中选择一条比较理想的，舍掉开头一些比较密集的点，在后

4、边便于测 量的地方找一个开始点。为了测量方便和减小误差，通常不用每打一次点的时间作为时间的 单位，而用每打五次点的时间作为时间的单位，就是T=0.02 X5=0.1s。在选好的开始点下面标明A ,在第六点下面标明 B ,在第H一点下面标明 C,在第十六点下面标明 D, ，点 A、B、C、D叫做计数点，如图所示。两个相邻计数点间的距离分别是si、S2、S3(5)测出六段位移 Si、S2、S3、S4、S5、S6的长度，把测量结果填入下表中。(6)根据测量结果，利用“实验原理”中给出的公式算出加速度ai、a2、a3的值。注意：T=0.1s。求出ai、a2、a3的平均值，它就是小车做匀变速直线运动的加

5、速度。常考点:i、求纸带的某点速度；2、求纸带的加速度(逐差法)；3、打点计时器的使用：先打点再放手，打完点及时关闭打点计时器；4、开始打点时，小车紧靠打点计时器。阂险尺 P一二二-二二 7钩码实验二：探究弹力和弹簧伸长的关系实验目的：探索弹力与弹簧伸长的定量关系。实验原理：F=kX实验器材：轻弹簧、钩码（一盒）、刻度尺、铁架台、三角板、重垂线、坐标纸。实验步骤：1 .将铁架台放于桌面上，将弹簧的一端固定于铁架台的横梁上，在靠近弹簧处将刻度 尺固定于铁架台上，并用重垂线检查刻度尺是否垂直。2 .记下弹簧的原长（自然长度）103 .在弹簧下端挂上钩码，待钩码静止后，记下弹簧的的现长1及弹力F,算

6、出伸长量x=1-1o,并改变钩码个数，多次测量。数据记录表如下：（略）4 .根据测量数据画出 F-x图像。（以F为纵轴，以x为横轴）5 .探索结论：按照F-x图中各点的分布与走向， 尝试做出一条平滑的曲线 （包括直线）c 所画的点不一定正好在这条曲线上，但要注意使曲线两侧的点数大致相同。尝试写出曲线所代表的函数，首先尝试 F-x是否为一次函数，如果不行则考虑二次函数在实验误差范围内，应得出弹力的大小与弹簧的伸长量成正比，即 F=kx,其中k的单 位由F和x的单位决定。常考点:1、根据实验数据作图：F-X图，m-X图等（在弹性限度内：直线；超过弹性限度：不是直线）；2、根据图象（直线部分）求劲度

7、系数k; 3、结论表述：在弹簧的弹性限度内，弹簧的伸长跟拉力成正比。实验三：验证力的平行四边形定则实验目的：验证平行四边形定则实验原理：利用测力计测力作矢量图验证力的平行四边形定则。实验器材：方木板一块、测力计两个、细绳两段、橡皮条一段、白纸、铅笔、刻度尺、图钉实验步骤:（1）把橡皮条的一端固定在板上的A点。（2）用两条细绳结在橡皮条的另一端，通过细绳用两个弹簧秤互成角度拉橡皮条，橡皮条伸长，使结点伸长到O点（如图2-1 ）点拨：经验得知两个分力差也越大，所以实验中不要把F1、F2间夹角。越大，用平行四边形彳图得出的合力F的误。角取得太大，一般不大于 90。为最佳。橡皮条、细绳、测力计应在同一

8、平面内，测力计的挂钩应避免与纸面磨擦。（3）用铅笔记下。点的位置，画下两条细绳的方向，并记下两个测力计的读数。点拨：拉橡皮条的细线要长些， 标记每条细线方向的方定是使视线通过细线垂直于纸面, 在细线下面的纸上用铅笔点出两个定点的位置，并使这两个点的距离要尽量远些。(4)在纸上按比例作出两个力Fi、F2的图示，用平行四边形定则求出合力F。点拨：作图要用尖铅笔，图的比例要尽量大些，要用严格的几何方定作出平行四边形， 图旁要画出表示力的比例线段，且注明每个力的大小和方向。(5)只用一个测力计，通过细绳把橡皮条上的结点拉到同样的位置。点，记下测力计的读数和细绳的方向，按同样的比例作出这个力 F'

9、;的图示，比较F'与用平行四边形定则求得 的合力F,比较合力大小是否相等，方向是否相同。(6)改变Fi和F2的夹角和大小，再做两次。常考点:1、实验操作的要点：用两个力拉和用一个力拉，要将结点拉到同一位置(力的等效性)；2、数据记录：。点的位置，力的大小，力的方向(细绳的方向)；3数据的处理:作力的图示(注意：要有标度)，4、实际合力和理论合力的区分；5、结论表达。实验四：验证牛顿运动定律实验原理：牛顿第二定律 实验仪器：轨道小车、打点计时器、学生电源、天平、砂桶、砂袋(砂桶、砂袋也可用钩码代替 卜纸带、刻度尺、细线、木块如图，如果摩擦力可以不计，则对质量为m的砂桶和砂及质量为 M的小

10、车分别有T=Mamg T=ma(2)解得T= -g-1 M 当M>>m 时，T= mg则(1)式变为mgMa所以，如果实验测得在 M 一定时，amg,在mg一定时a , 就验证了牛顿第二定律。操作步骤：(1)用天平测出小车质量 M,在砂桶内加适量的砂，用天平测出砂和桶的总质量m(要保证m<<M)。把打点计时器固定在长木板上。(2)把纸带系在小车上，并使纸带穿过打点计时器。把木块垫在装有打点计时器的木板 一端下面，调节木块位置使小车能在木板上做匀速运动。这时，小车所受摩擦阻力与小车所受重力沿斜面方向的分力平衡 (注意此时未挂砂桶)。(3)把系在砂桶上的细线绕过木板上的定滑

11、轮后系在小车上，把小车放在打点计时器附近，接通电源，放开小车，便在纸带上留下反映小车运动状况的点迹。取下纸带并编上号码。(4)给小车换上新纸带，保持小车质量不变。往砂桶内加一些砂，并称出其质量(注意仍需保证m<<M)。重复步骤(3)。如此做几次。对各次实验所得的纸带取好计数点，进行测量 和计算，求出每条纸带对应的小车的加速度，分别记入表格中。(5)保持砂桶总质量 m不变，往小车上依次加不同数目的砂袋(其质量预先测出)，重复步骤(3)几次。把各次纸带数据记入下面的表格中。(6)分析实验数据，看是否符合牛顿第二定律。注意事项：(1)平衡摩擦力和保证 M>>m是减小本实验系统

12、误差的关键。采用上述垫板法”平衡摩擦力，不仅操作方便，而且在改变小车质量的实验中不需再调。调匀速时，先进行目测， 最后应打一条纸带观察，看是否调到匀速了。 为了保证M>>m，小车质量应足够大。如果所 用小车质量较小，可在小车内装一些祛码以增加总质量。(2)本实验的数据处理主要是用打点纸带测算加速度，可以逐差法求加速度，也可用速度一时间图象求加速度。m2ga2(3)分析实验数据验证牛顿第二定律时，可以用比例法验证：即看比值 mg ,等在实验误差范围内是否为同一恒量(等于小车质量 M);乘积M iai, M2a2, .1 M3a3等是否为同一恒量(等于拉力 mg);也可以作出aF图像和

13、a-图像，看图像 M是否为直线来验证。(4)如果平衡摩擦力做得不好，则图像不会通过坐标原点；如果不满足M>>m的条件,图像将会是一条曲线。常考点:1、误差的减小措施：摩擦力的平衡(例如：垫高木板)，M>>m等；2、由纸带数据求速度和加速度；3、作出aF图像和a-1图；4、图象不过原点的原因；5、实验M结论的表达(要有前提条件)，例如：小车质量不变时，小车加速与合力成正比。合力不变 时，小车加速度与小车质量成反比。实验五：探究动能定理实验目的：探究合外力做功和动能变化的关系实验器材：打点计时器，电源，导线，一端附有定滑轮的光滑长木板，小车，纸带，细绳，弹簧测 力计，祛码盘

14、和祛码，刻度尺实验原理：用打点计时器和纸带记录下小车做匀加速运动的情况如图实6-1所示。通过测量和计算可以得到小车从。点到2、3、4、5点的距离，及在 2、3、4、5点的瞬时速度。W及小车增加的动能A Ek,可由下式计算:Wn实验步骤:1 .把一端附有定滑轮的光滑长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，把打点计时 器固定在长木板上没有定滑轮的一端，连接好电路（如图）。2 .在实验小车上先固定一个测力计，测力计的挂钩连接细轻绳，轻绳跨过定滑轮，挂 一个小盘，盘内放祛码。试放手后，小车能在长木板上平稳地加速滑行一段距离，把纸带穿过打点计时器，并把它的一端固定在小车后面。3 .把小车停靠在打点计时器

15、处，先接通电源，再放开小车，让小车运动，打点计时器 在纸带上打出一系列点迹。在小车运动过程中读出测力计读数F,即小车受到的拉力大小。取下纸带，换上新纸带，重复实验几次。4 .选择点迹清晰的纸带，记下第一个点的位置0,并在纸带上从任意点开始依次选取几个点，记作1, 2, 3, 4, 5, 6,测量各点到0的距离X1, X2, X3, X4, X5, X6o5 .计算出打下2 , 3, 4, 5时小车的速度 V2, V3, V4, V5o6 .计算从打下。点到打下2, 3, 4, 5的过程中合外力F （大小等于测力计读数 F）对 小车做的功 W及小车增加的动能A Ek,并填入下表。7 .在坐标纸上

16、画出A EkW图像。（五）数据记录及处理：以A Ek为横轴，W为纵轴，做出A Ek W图像。 注意事项：1 .长木板应尽量光滑，如果摩擦力较大应先平衡摩擦力。可以在长木板下端垫小物块。2 .使用打点计时器时应先接通电源再释放小车。常考点:1、纸带数据处理；2、作图，由图象得结论；3、误差分析；4、打点计时器时 应先接通电源再释放小车； 5、若用祛码的重力代替拉力，则要求 M>>m ;若用测力计（或 力传感器）测量拉力，则不要求 M>>m （想想为什么？）。实验六：验证机械能守恒定律实验原理：当物体自由下落时， 只有重力做功，物体的重力势能和动能互相转化，机械能守恒。若某

17、一12时刻物体下洛的瞬时速度为 V,下洛图度为h,则应有：mgh= mv ,借助打点计时器，测2出重物某时刻的下落高度 h和该时刻的瞬时速度 v,即可验证机械能是否守恒，实验装置如 图所示。测定第n点的瞬时速度的方法是：测出第n点的相邻前、后两段相等时间T内下落的距离Sn和Sn+1 ,由公式Sn Sn1 ,或由Vn= d-1 %!算出，如图所示。2T2TCT n实验器材：铁架台（带铁夹），打点计时器，学生电源，导线，带铁夹的重缠，纸带，米尺。实验步骤：1 .按如图装置把打点计时器安装在铁架台上，用导线把打点计时器与学生电源连接好。2 .把纸带的一端在重锤上用夹子固定好，另一端穿过计时器限位孔，用手竖直提起纸带使 重锤停靠在打点计时器附近。3 .接通电源，松开纸带，让重锤自由下落。4 .重复几次，得到 35条打好点的纸带。5 .在打好点的纸带中挑选第一、二两点间的距离接近 2mm,且点迹清晰一条纸带，在起始 点标上0,以后各依次标上1, 2, 3 ,用刻度尺测出对应下落高度 hi、h2、h3。6 .应用公式vn= hn 27.