高考物理知识点之力学实验

1、蓝笔提分宝，解答您学习上的所有难题欢迎关注：tfbao51高考物理知识点之力学实验一、误差和有效数字1.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。（1）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。（2）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。2.有效数字带有一位不可靠数字的近似数字，叫做有效数字。（1）有效数字是指近似数字而言。（2）只能带有一位不可靠数字，不是位数越多越好。注：凡是用测量仪器直接测量的结果，读数一般要求

2、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。二、大纲规定的学生实验1.长度的测量（游标卡尺和螺旋测微器）（1）游标卡尺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。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

3、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012345678910 1 23 45 67 8 9 0一条刻线对齐，毫米以下的读数就是几乘蓝笔提分宝，解答您学习上的所有难题欢迎关注：tfbao51蓝笔提分宝，解答您学习上的所有难题欢迎关注：tfbao510.05 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。注

4、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。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。（2）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，从固定刻度上整、半毫米数，然后从可动刻度上剩余部分（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

5、的读数。4 cmcm6783051001020012345cm0123456789解：（1）2.98cm；（2）6.170cm；（3）1.050cm例 2 读出下列螺旋测微器测量的读数。051蓝笔提分宝，解答您学习上的所有难题欢迎关注：tfbao51101525300 蓝笔提分宝，解答您学习上的所有难题欢迎关注：tfbao51解：（1）0.642mm ；（2）10.294mm2.互成角度的两个共点力的abc（1）原理是两只弹簧秤成角度拉橡皮条 AB 和一只弹簧秤拉效果就是指橡皮条的形变量（大小和方向）相同。橡皮条 AB 的效果相同，这个（2）在画力的图示时，必须有箭头、标度、刻度。（3）实验往

6、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的范围内相同就可以了。例 3 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(N)01234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1234直，。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(N)格纸中按作图法的要求画出这两个力及它们的合力。解：（1）2.5N 和 4.0N（2）注意平行四边形中的实线、虚线的

7、区别和箭头、标度、。3.测定匀变速直线运动的度（1）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 蓝笔提分宝，解答您学习上的所有难题欢迎关注：tfbao5134ABO蓝笔提分宝，解答您学习上的所有难题欢迎关注：tfbao51（2）利用 s1、s2、s3 的位移差 s2-s1、的误差范围可以计算相邻相等时间内s3- s2、s4- s3，如果它们

8、在内相等，则可以判定被测物体的运动是匀变速直线运动。= s2 + s3（3）利用纸带可以求被测物体在任一计数点对应时刻的瞬时速度 v：如vc2T（4）利用纸带求被测物体的度 a。具体来说又有 3 种方法：v/(ms-1)“逐差法”：从纸带上得到 6 个相邻相等时间内的位移，则a = (s4 + s5 + s6 )- (s1 + s2 + s3 )9T 2s - s利用任意两段相邻记数点间的位移求 a：如a =mn(m - n)T20T 2T 3T 4T 5T6Tt/s利用 v-t 图象求 a：求出 A、B、C、D、E、F 各点的即时速度，画出如右的 v-t 图线，图线的斜率就是度 a。例 4

9、某同学在做“测定匀变速直线运动的度”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5.0的0电7源.10频率为9.1500Hz。10.81单度 a=m/s2。与纸带上由这些已知数据计算：该匀变速直线运动的D 点相对应的瞬时速度 v=m/s。（均要求保留 3 位有效数字）4.验证牛顿第二运动定律（1）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

10、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。（2）为研究 a、F、m 三者的关系，要利用“系。变量法”，分别研究 a 与 F、 a 与 m 的关（3）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）蓝笔提分宝，解答您学习上的所有难题欢迎关注：tfbao5112.7015.10OABCDE蓝笔提分宝，解答您学习上的所有难题欢迎关注：tfbao51例 5 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。打点计时器已知打点计时器使用的交流电频

11、率为 50Hz，利用下图给出的数据可求出图 1小车下滑的度 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。5.125.746.376.987.608.248.859.47 (单用测得的量及度 a 表示阻力的计算式为 f=。解： （1）3.89m/s2（2）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-ma5.碰撞中的动量守恒重垂线O（1）每次入射小球都位置开始自由下滑。应该从斜槽轨道的同一（2）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。（3）由于 v1、v1/、v2/ 均为水平方向，且两球的竖直下落高度相

12、等，所以它们飞行时间相等，若以该时间为时间，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。（4）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）。（5）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。（6）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。（7）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，但两个小球都蓝笔提分宝，解答您学习上

13、的所有难题欢迎关注：tfbao51O /2rMPN蓝笔提分宝，解答您学习上的所有难题欢迎关注：tfbao51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 6 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、BB.第一、二次入射小球的落点依次是 B、AC.第二次入射小球和被碰小

14、球将同时落地D. m1 AB= m2 OC解：最远的 C 点一定是被碰小球的落点，碰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 m1 OB= m1 OA+m2 OC，选 D。是 BD。6.研究平抛物体的运动（1）斜槽末端的切线必须水平。（2）用重锤线检验坐标纸上的竖直线是否竖直。（3）以斜槽末端所在的点为坐标原点。（4）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

15、 x 轴，建立直角坐标系。（5）每次小球应从斜槽上的同一位置由静止开始下滑。（6）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。（7）若用闪光照相来得到的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。oxA例 7.，在“研究平抛物体的运动”的实验中，某同学按要求BC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，y0.480)，为 m 。又称得小球的质量为

16、20g，试计算小球平抛的初蓝笔提分宝，解答您学习上的所有难题欢迎关注：tfbao51蓝笔提分宝，解答您学习上的所有难题欢迎关注：tfbao51动能 EK。mgx2xg2 y1解：小球的初速度 v = xt=mv =22，因此初动能 EK，带入数据后得：4 yEK1=0.0596J，EK2=0.0594J，EK3=0.0591J，因此初动能的平均值为 EK=0.0594J7.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重物的一端。（1）要多做几次实验，选点迹清楚，且第一、二两点间距离接近 2mm 的纸带进量。（2）用刻度尺量出从 0 点到 1、2、3、4、5 各

17、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 mv 2 是否2相等。（3）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 mv 22（4）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 8 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9.5112.4215.7尺测量 O 到

18、 A、B、C 各点的距离,并在图中(cm)。（1）这三个数据中不符合有效数字读数要求的是,应记作cm。（2）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，是。（3）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

19、。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, 。是蓝笔提分宝，解答您学习上的所有难题欢迎关注：tfbao5101234蓝笔提分宝，解答您学习上的所有难题欢迎关注：tfbao51解： （1）OC，15.70（2）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；（3）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。8.用单摆测定重力度（1）摆长的测量：让单摆自由下垂，用米尺量出摆线长 L/（读到 0.1mm），用游标卡尺量出摆球

20、直径（读到 0. 1mm）算出半径 r，则摆长 L=L/+r（2）开始摆动时需注意：摆角要小于 5°（要保证做简谐运动，不要使摆动成为圆锥摆）（3）从摆球通过最低点时开始计时，测出单摆做 50 次全振动所用的时间，算出周期的平均值T。（4）改变摆长重做几次实验，计算每次实验得到的重力度，再求这些重力度的平均值。例 9 一组同学在做“用单摆测定重力度”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

21、个 L 值的平均值 L 和 6 个 T 值的平均值T ，用公式 g=42 L / T 2 求出 g 作为测量值；分别用 6 组 L、T 的对应值，用公式 g=42L/T 2 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 T 2-L 图象，从图象中计算出图线的斜率 K，根据 g=4 2/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

22、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 10 某同学在家里做用单摆测定重力度的实验，但没有合适的摆球，他找到了一块大小为 3cm 左右，外形不规则的大理石块代替小球。他设计的实验步骤是：MA.将石块用细尼龙线系好，结点为 M，将尼龙线的上端固定于 O 点B.用刻度尺测量 OM 间尼龙线的长度 L 作为摆长C.将石块拉开一个大约=30°的角度,然后由静止蓝笔提分宝，解答您学习上的所有难题欢迎关注：tfbao51蓝笔提分宝，解答您学习上的所有难题欢迎关注：tfbao51D.从摆球摆到最高点时开始计时，测出 30 次全振动的总时间 t,，由 T=t

23、/30 得出周期E.改变 OM 间尼龙线的长度再做几次实验，记下相应的 L 和 Tæ 2p ö2F.求出多次实验中测得的的平均值作为计算时使用的数据,带入公式求出重力g = ç÷Lè Tø度 g你认为该同学以上实验步骤中有错误的是。为什么?该同学用 OM 的长作为摆长，这样做引起的系统误差将使重力度的测量值比真实值偏大还是偏小?。你认为用什么方法可以解决摆长无法准确测量的?解：（1）B（摆长应从悬点到大理石块的质心）、C（摆角太大，不能看作简谐运动）、F（必须先分别求和各组 L 和 T 值对应的 g，再取所求得的各个 g 的平均值）。（2）小。设两次实验中摆线长分别为 L1、L2，对应的周期分别为 T1、T2，石块质心到 Mp (L - L )L1 + x 和+ x 可解得L242= 2p点的距离为 x，由TT2 = 2pg =121T 2 - T 2gg129.设计实验举例例 11 利用手头的常用仪器，粗略