高一物理实验专题人教版知识精讲

高一物理试验专题【同步教化信息】一.本周教学内容试验专题（一）长度的测量1.试验目的：学会运用刻度尺，游标卡尺测量物体的长度。2.刻度尺（直尺）最小分度值SKIPIF1<0，量程不等，常用的有钢板尺，钢卷尺，直尺。留意：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SKIPIF1<0。游标尺上有几个分度它们的总长度等于SKIPIF1<0，游标尺的每个分度比主尺的最小分度相差SKIPIF1<0，常用有10分度、20分度、50分度，所以其精度相应的是SKIPIF1<0、SKIPIF1<0、SKIPIF1<0。（3）运用（操作）：依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）留意事项：游标卡运用前，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。SKIPIF1<0（二）验证平行四边形定则1.试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.试验原理（1）两个力F1、F2的作用效果与一个力SKIPIF1<0的作用效果相同：使像皮绳在某一方向伸长肯定的（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SKIPIF1<0与F。假如在误差允许的范围内SKIPIF1<0与F相同，就验证了两个力合成时遵循平行四边形定则。3.试验器材方木板一块；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.试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60°～120°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.试验步骤（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）用铅笔登记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，登记细绳套的方向和弹簧秤的读数SKIPIF1<0，用刻度尺从O点按选定的（相同）标度沿记录的方向作出SKIPIF1<0的图示。（6）比较力SKIPIF1<0与用平行四边形定则求出的合力F的大小和方向，看在试验误差允许的范围内是否相同。（7）变更两力F1、F2的大小和方向，再重复试验两次，从试验结果中得出结论。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）123（2）处理：用作图法比较F与SKIPIF1<0的大小和方向。8.留意事项（1）运用弹簧秤前，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）本试验中，为削减试验误差，应选用规格相同的弹簧秤，且要对其性能进行检验，详细方法是：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，不行选。（3）运用弹簧秤测拉力时，拉力必需沿弹簧秤的轴线方向。在试验中弹簧秤、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）运用弹簧秤测力时，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，试验时，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）同一次试验中，橡皮条拉伸后结点的位置O必需保持不变。（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.误差分析试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精确带来的误差等等。另外，试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SKIPIF1<0越大，用平行四边形定则作图得出的合力F的误差越大，所以试验中两个分力的夹角不要太大，误差只能减小不能消退，试验中要严格遵循试验操作规程，以减小试验误差，试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）探讨匀变速直线运动1.试验目的（1）驾驭推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.试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4—1所示，SKIPIF1<0、SKIPIF1<0……SKIPIF1<0是相邻两计数点间的距离，SKIPIF1<0是两个连续相等的时间里的位移之差，即SKIPIF1<0，SKIPIF1<0……，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：SKIPIF1<0图实4—1SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0得SKIPIF1<0T是恒量。当a为恒量时，SKIPIF1<0也为恒量，即做匀变速直线运动的物体的SKIPIF1<0必为恒量，它是推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，其推断条件是：A.SKIPIF1<0SKIPIF1<0恒量；B.SKIPIF1<0SKIPIF1<0（SKIPIF1<0为起先运动到第一个计数点之间的距离）。3.试验器材打点计时器、纸带、复写纸片、低压沟通电源、小车、细绳、一端附有滑轮的长木板、刻度尺、钩码、两根导线。4.试验步骤（1）把附有滑轮的长木板放在试验桌上，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。试验装置见图实4—2。SKIPIF1<0图实4—2（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SKIPIF1<0取一个记数点，并依次标明0，1，2，3…如图实4—3所示，用刻度尺测量两相邻记数点间距离SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，SKIPIF1<0并把测量结果填入记录表格中。SKIPIF1<0图实4—3（4）依据测量结果，用逐差法求出加速度SKIPIF1<0、SKIPIF1<0、SKIPIF1<0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SKIPIF1<0位移差SKIPIF1<0加速度SKIPIF1<01SKIPIF1<02SKIPIF1<03SKIPIF1<04SKIPIF1<05SKIPIF1<06SKIPIF1<0小车做匀变速直线运动的加速度SKIPIF1<0SKIPIF1<0。（2）处理：利用逐差法处理纸带数据求物体运动的加速度。①若所选记数点为0，1，2，…6。则SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，故物体运动的加速度SKIPIF1<0②若所选记数点为0，1，2，3，4，则SKIPIF1<0③若所选记数点0，1，2…5，则舍去SKIPIF1<0，加速度SKIPIF1<0利用v—t图象求物体运动的加速度。①先由SKIPIF1<0求出打第n点时的瞬时速度SKIPIF1<0。②再作出v—t图象，图线的斜率即为物体运动的加速度。6.留意事项（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的纸带上清晰地取出7～8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，应留意SKIPIF1<0，SKIPIF1<0…SKIPIF1<0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.试验误差的来源与分析本试验参加计算的量有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SKIPIF1<0，所以可将打点时间误差忽视不计。若测各个S时用最小分度为SKIPIF1<0的刻度尺，其误差一般不超过SKIPIF1<0，若点子打得清晰而小，则误差可小于SKIPIF1<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SKIPIF1<0的刻度尺估计到SKIPIF1<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相互抵消的作用。如SKIPIF1<0SKIPIF1<0使计算结果更接近真实值。【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1—1所示，则物体的长度是多少？图实1—1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1—1中BC=0.7mm，所以L=AC=AB+BC=21mm+0.7mm=21.7mm。[例2]如图实1—2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①②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。SKIPIF1<0①SKIPIF1<0②图实1—2解析：因为10分度游标长尺的精确度为0.1mm，对图①，从主尺上读得99.0mm，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SKIPIF1<0，故此金属管的内径为：SKIPIF1<0同理，由图②，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SKIPIF1<0故金属园管外径D为：SKIPIF1<0值得留意的是：假如以厘米为单位记录数据，肯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SKIPIF1<0[例3]请依据“互成角度的共点力合成”的试验，写出相应的试验步骤：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，登记此时两力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，登记此时力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SKIPIF1<0。（9）比较SKIPIF1<0和F的大小和方向并得出结论。[例4]在该试验中，实行下列哪些方法和步骤可削减试验误差？（）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.试验中，弹簧秤必需与木板平行，读数时视线要正对弹簧秤刻度。解析：本试验为了削减试验误差对F1和F2的夹角要适当，为了削减摩擦和测量误差，栓皮条的细绳要稍长一些，试验中，弹簧秤必需与木板平行，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》的留意事项和误差分析，对这一部分正是我们学习的薄弱环节，因此，必需留意一些这种类型的题目。[例5]在互成角度的两个力的合成试验中，除其他器材外，只有一个弹簧秤，能完成该试验吗？解析：本题意在考查试验的辨证思维，能完成试验，详细步骤是：①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，登记两条线的方向和弹簧秤的示数F1。②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。③选定标度，作出两力的图示求出合力F。④用一只弹簧秤拉到同一位置，登记秤的示数SKIPIF1<0和方向，作出图示SKIPIF1<0。⑤比较F和SKIPIF1<0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……等几条较为志向的纸带，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4—4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。SKIPIF1<0SKIPIF1<0A甲SKIPIF1<0SKIPIF1<0乙丙图实4—4（2）打A纸带时，物体的加速度大小是SKIPIF1<0。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：SKIPIF1<0SKIPIF1<0明显，SKIPIF1<0。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：SKIPIF1<0所以有：SKIPIF1<0而SKIPIF1<0故有：SKIPIF1<0解得：SKIPIF1<0，即4、5质点间的距离应为SKIPIF1<0。明显，在甲、乙、丙三段纸带中，属于纸带A的是：乙。依据SKIPIF1<0而SKIPIF1<0，解得：SKIPIF1<0即：（1）应填：乙（2）应填：SKIPIF1<0[例7]在探讨匀变速直线运动的试验中，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.依据任二个计数点的速度，用公式SKIPIF1<0算出加速度。B.依据数据SKIPIF1<0画出v—t的图象，量出倾角SKIPIF1<0，由公式SKIPIF1<0算出加速度。C.依据数据SKIPIF1<0画出v—t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SKIPIF1<0SKIPIF1<0用公式SKIPIF1<0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：方法A只用二组数据偶然误差大，方法D事实上只用第1组数据SKIPIF1<0和第6组数据SKIPIF1<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】1.用如图实1—5（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SKIPIF1<0测量工件的；用内测爪SKIPIF1<0测量工件的；用测脚SKIPIF1<0测量工件的，然后进行计算。（a）SKIPIF1<0（b）图实1—52.某同学用50分度游标卡尺测量某个工件长度时，视察到游标卡尺上最终一个刻度刚好与主尺上的6.2cm刻线对齐，则该工件长度SKIPIF1<0cm，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1—7所示，该物体的长度是mm。SKIPIF1<0图实1—74.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1—8所示，该物体的长度是mm。SKIPIF1<0图实1—85.一把有零误差的游标卡尺的左右两测量爪并拢时的状况如图实1—9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1—10所示，该物体的长度是cm。SKIPIF1<0SKIPIF1<0图实1—9图实1—106.细致视察游标卡尺，推断下述说法正确的是（）A.左、右测量爪和深度尺是一个整体，运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，运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.运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试验时，除了长木板、白纸、图钉、细绳套、橡皮条、铅笔和刻度尺外，还须要的器材有。8.（1）下面的试验中要用到弹簧秤，关于弹簧秤的下列方法中正确的是（）A.测量时应留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需与弹簧秤的轴线重合D.弹簧秤的刻度是不匀称的（2）如图实2—4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。SKIPIF1<0（a）（b）图实2—49.如图实2—5所示是两位同学在做本试验时得到的结果，可以判定，其中图的试验结果符合试验事实。SKIPIF1<0SKIPIF1<0（a）（b）图实2—510.下面列出的措施中，能有利于改进本试验结果的是（）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2—6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，（SKIPIF1<0）SKIPIF1<0，然后保持A的读数不变，SKIPIF1<0角由图中所示的值渐渐变小时，要使D端仍在E处，可采纳的方法是（）A.增大B的读数，削减SKIPIF1<0角B.减小B的读数，减小SKIPIF1<0C.减小B的读数，增大SKIPIF1<0角D.增大B的读数，增大SKIPIF1<0角SKIPIF1<0图实2—612.如图实2—7所示，在共点力合成试验中，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SKIPIF1<0角B.增大F1的同时保持SKIPIF1<0角不变C.减小F1的同时减小SKIPIF1<0角D.增大F1的同时减小SKIPIF1<0角SKIPIF1<0图实2—713.在验证共点力合成的试验中，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.验证力的合成的试验中，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.同一次试验中，O点的位置可以变动。B.试验中，弹簧秤必需保持与木板平行，读数时视线要正对弹簧秤的刻度。C.试验中，先将其中一个弹簧秤沿某一方向拉到最大量程，然后只需调整另一弹簧秤拉力的大小和方向，把橡皮条拉到O点。D.试验中，把橡皮条的另一端拉到O点时，两个弹簧秤间的夹角必需取90°，以便于计算出合力的大小。15.如图实4—6所示，在练习运用打点计时器试验中，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SKIPIF1<0。B.小车在C点的即时速度为SKIPIF1<0。C.小车在B、D段的平均速度为SKIPIF1<0。D.小车在E点的即时速度为SKIPIF1<0。SKIPIF1<0图实4—616.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，试验纸带与复写纸片两者中与振针干脆接触的是，试验时放开纸带与接通电源的先后依次是先。17.请在下列给出的器材中，选出测匀变速直线运动的试验中所需的器材填在下方的横线上。①打点计时器②天平③低压沟通电源④细绳和纸带⑤低压直流电源⑥钩码和小车⑦秒表⑧一端有滑轮的长木板⑨刻度尺选出的器材18.本试验的主要步骤是（）A.安装好长木板，打点计时器、小车、细绳、钩码和纸带。B.从三条纸带中选出一条较志向的纸带，并确定计数点。C.接通电源，放开小车打点。