高中物理第2輪復習 專題6 第1講 力學、熱學、光學實驗課件1

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1、 一、誤差和有效數(shù)字一、誤差和有效數(shù)字 1誤差：分系統(tǒng)誤差和偶然誤差，系統(tǒng)誤差是由于實驗原理或?qū)嶒灧椒ǖ牟煌陚鋵е?，誤差值總是偏大或偏小；偶然誤差是測量、讀數(shù)不準導致，誤差值忽大忽小，可采用取平均值或圖象法來減小誤差 2有效數(shù)字 有效數(shù)字的最后一位是測量者估讀出來的，是誤差的來源 二、高中物理實驗所涉及基本方法二、高中物理實驗所涉及基本方法 圍繞實驗的設(shè)計原理、誤差控制、數(shù)據(jù)處理三個環(huán)節(jié)，高中物理實驗涉及的主要是以下方法： 1設(shè)計實驗原理 (1)控制變量法控制變量法如：在“驗證牛頓第二定律的實驗”中，加速度、力和質(zhì)量的關(guān)系控制；在“研究單擺的周期”中，擺長、偏角和擺球質(zhì)量的關(guān)系控制 (2)近似

2、替代法近似替代法用伏安法測電阻時，選擇了合適的內(nèi)外接方法，一般就忽略電表的非理想性 (3)等效替代法等效替代法某些量不易測量，可以用較易測量的量替代，從而簡化實驗在“驗證碰撞中的動量守恒”的實驗中，兩球碰撞后的速度不易直接測量，在將整個平拋時間定為時間單位后，速度的測量就轉(zhuǎn)化為對水平位移的測量了 (4)留跡法留跡法把瞬息即逝的現(xiàn)象(位置、軌跡等)記錄下來如通過紙帶上打出的小點記錄小車的位置，例如研究勻變速直線運動、驗證機械能守恒、用描跡法畫出平拋物體的運動軌跡、用沙擺顯示振動的圖象等 2控制實驗誤差 (1)多次測量法多次測量法多次測量法減小偶然誤差，這是很多實驗必須采取的辦法，也是做實驗應具有

3、的基本思想 (2)積累法積累法一些小量直接測量誤差較大，可以累積起來測量，以減小誤差“用單擺測定重力加速度”的實驗中，為了減小周期的測量誤差，不是測量完成一次全振動的時間，而是測量完成3050次全振動的時間 3處理實驗數(shù)據(jù) (1)列表法列表法在記錄和處理數(shù)據(jù)時，常常將數(shù)據(jù)列成表格數(shù)據(jù)列表可以簡單而又明確地表示出有關(guān)物理量之間的關(guān)系，有助于找出物理量之間規(guī)律性的聯(lián)系 (2)作圖法作圖法用作圖法處理實驗數(shù)據(jù)是物理實驗中最常用的方法之一，其優(yōu)點是直觀、簡便且有取平均的效果可以由圖線的斜率、截距、包圍面積等研究出物理量之間的關(guān)系，找出規(guī)律 (3)平均值法平均值法現(xiàn)行教材中只介紹算術(shù)平均值，即把測定的數(shù)

4、據(jù)相加求和，然后除以測量的次數(shù)必須注意的是，求平均值時應該按測量儀器的精確度決定應保留的有效數(shù)字的位數(shù) (4)逐差法逐差法如：用打點計時器打出的紙帶計算加速度時用這種方法，這種方法充分利用了測量數(shù)據(jù)，具有較好的取平均的效果 類型一：長度的測量類型一：長度的測量【例1】(2010安徽卷)在測定金屬的電阻率實驗中，用螺旋測微器測量金屬絲的直徑，示數(shù)如圖611所示，讀數(shù)為mm.圖611【解析】0.5mm+11.70.01mm=0.617mm【變式題】如圖612，讀出下列螺旋測微器測量的讀數(shù)： 圖612答案：(1)0.642mm (2)10.294mm 類型二：類型二：“紙帶類紙帶類”實驗實驗 1正確

5、使用打點計時器：先接通電源，后釋放紙帶；電磁打點計時器工作電壓為低壓交流4V6V，電火花打點計時器的工作電壓為交流220V. 2紙帶的選?。阂话銓嶒瀾獜狞c跡清晰、無漏點的紙帶中選取有足夠多點的一段作為實驗紙帶在“驗證機械能守恒定律”實驗中還要求紙帶包含第一、二點，并且第一、二兩點距離接近2.0mm. 3根據(jù)紙帶上點的密集程度選取計數(shù)點打點計時器每打n個點取一個計數(shù)點，則計數(shù)點時間間隔為n個打點時間間隔，即T=0.02n(s)一般取n=5，此時T=0.1s. 4測量計數(shù)點間距離為了測量、計算的方便和減小偶然誤差的考慮，測量距離時不要分段測量，盡可能一次測量完畢，即測量計數(shù)起點到其他各計數(shù)點的距離

6、 5判定物體運動的性質(zhì)： 1234561212323434545651234512ssssssssssssssssssssssssss若 、 、 、 、 、 基本相等，則可判定物體在實驗誤差范圍內(nèi)做勻速直線運動設(shè)，若、基本相等，則可判定物體在實驗誤差范圍內(nèi)做勻變速直線運動圖613 (3)測定第n點的瞬時速度物體做勻變速直線運動時，在某段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度即測出第n點的相鄰的前、后兩段相等時間T內(nèi)的距離，由平均速度公式就可求得，如圖613中第4點的瞬時速度為：4542ssvT 1234562456123246 1 3()(3 )TsssssssssssssaTaT 測定做勻變

7、速直線運動物體的加速度，一般用逐差法求加速度將如圖所示的連續(xù)相等時間間隔 內(nèi)的位移 、 、 、 、 、 分成兩組，利用可得：，就是所測定做勻變速直線運動物體的加速度若為奇數(shù)組數(shù)據(jù)則將其中一組去掉，然后再將數(shù)據(jù)分組利用逐差法求解【例2】某同學用打點計時器測量做勻加速直線運動的物體的加速度，電源頻率f=50Hz，在紙帶上打出的點中，選出零點，每隔4個點取1個計數(shù)點，因保存不當，紙帶被污染，如圖614所示，A、B、C、D是依次排列的4個計數(shù)點，僅能讀出其中3個計數(shù)點到零點的距離：sA=16.6mm，sB=126.5mm，sD=624.5mm圖614若無法再做實驗，可由以上信息推知：(1)相鄰兩計數(shù)點

8、的時間間隔為_s.(2)打C點時物體的速度大小為_m/s(取2位有效數(shù)字)(3)物體的加速度大小為_(用sA、sB、sD和f表示)【解析】(1)打點計時器打出的紙帶每隔4個點選擇一個計數(shù)點，則相鄰兩計數(shù)點的時間間隔為T=50.02s=0.1s. 222222222.5m/s23223()2 ()(32)375DBCDBBADBAssvTaTBCABaTCDBCaTABaTBDABaTsssssssfaT 勻加速運動的位移特征是相鄰的相等時間間隔內(nèi)的位移以均勻增大，有，所以 2(32)1 0.02s2 2.5m/s375DBAsssf 【答案】【變式題】在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，打點計時

9、器接在電壓為U，頻率為f的交流電源上，從實驗中打出的幾條紙帶中選出一條理想紙帶，如圖615所示，選取紙帶上打出的連續(xù)5個點A、B、C、D、E，測出A點距起始點的距離為s0，點AC間的距離為s1，點CE間的距離為s2，已知重錘的質(zhì)量為m，當?shù)氐闹亓铀俣葹間，則：圖615 pk12OCEEg起始點 到打下 點的過程中，重錘重力勢能的減少量為 ，重錘動能的增加量為根據(jù)題中提供的條件，還可利用重錘下落求出當?shù)氐闹亓铀俣?，經(jīng)過計算可知，測量值比當?shù)刂亓铀俣鹊恼鎸嵵狄?，其主要原因是?1mg ss2212()32m ssf2214ssf 紙帶與限位孔之間的摩擦力(或紙帶與其他部分的阻力或摩擦阻力

10、) 類型三：用圖象法處理實驗數(shù)據(jù)類型三：用圖象法處理實驗數(shù)據(jù) 【例3】(2011全國新課標)利用圖616所示的裝置可測量滑塊在斜面上運動的加速度一斜面上安裝有兩個光電門，其中光電門乙固定在斜面上靠近底端處，光電門甲的位置可移動，當一帶有遮光片的滑塊自斜面上滑下時，與兩個光電門都相連的計時器可以顯示出遮光片從光電門甲至乙所用的時間t.改變光電門甲的位置進行多次測量，每次都使滑塊從同一點由靜止開始下滑，并用米尺測量甲、乙之間的距離s，記下相應的t值；所得數(shù)據(jù)如下表所示圖616 完成下列填空和作圖： (1)若滑塊所受摩擦力為一常量，滑塊加速度的大小a、滑塊經(jīng)過光電門乙時的瞬時速度v1、測量值s和t四

11、個物理量之間所滿足的關(guān)系式是_； (2)根據(jù)表中給出的數(shù)據(jù)，在圖617給出的坐標紙上畫出 t圖線；st圖617 (3)由所畫出的圖線，得出滑塊加速度的大小為a=_m/s2 (保留2位有效數(shù)字)(2)找點畫出圖象即可得出，如圖所示 20010211121.2vsv tatvvatsvtat選滑塊從初始至光電門甲的運動過程：設(shè)至光電門甲時的速度為 ，由，得【解析】 23122m/s .aa 由圖線斜率的物理意義可得斜率絕對值為可得 21111()222.0(1.1282.2)3satvsatvtt 寫成也【答案】可見解析答案在范圍內(nèi)都可【規(guī)律總結(jié)】用圖象處理數(shù)據(jù)的解題技巧1根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，標明坐標軸

12、的物理量、單位，選擇恰當?shù)目潭?圖象的連線不一定通過所有的數(shù)據(jù)點，應盡量使數(shù)據(jù)點合理分布在線的兩側(cè)，減小偶然誤差3尋找因變量與自變量之間的關(guān)系時，要適當選取坐標軸使圖線線性化，即“變曲為直”可根據(jù)數(shù)據(jù)特點確定坐標起點4要根據(jù)相關(guān)知識挖掘圖線的蘊涵的信息(從斜率、面積、點等角度)【變式題】(2011重慶卷)某同學設(shè)計了如圖618所示的裝置，利用米尺、秒表、輕繩、輕滑輪、軌道、滑塊、托盤和砝碼等器材來測定滑塊和軌道間的動摩擦因數(shù).滑塊和托盤上分別放有若干砝碼，滑塊質(zhì)量為M，滑塊上砝碼總質(zhì)量為m，托盤和盤中砝碼的總質(zhì)量為m.實驗中，滑塊在水平軌道上從A到B做初速度為零的勻加速直線運動，重力加速度g取

13、10m/s2.圖618(1)為測量滑塊的加速度a，須測出它在A、B間運動的_與_，計算a的運動學公式是a= 位移時間22st(2)根據(jù)牛頓運動定律得到a與m的關(guān)系為：(1)()gamgMmm他想通過多次改變m，測出相應的a值，并利用上式來計算.若要求a是m的一次函數(shù)，必須使上式中的_保持不變，實驗中應將從托盤中取出的砝碼置于_；m+m滑塊上(3)實驗得到a與m的關(guān)系如圖619所示，由此可知=_ (取兩位有效數(shù)字)0.23(0.210.25)圖619 221122(1)2()(1)ABssatatgamgamMmmgmmMmmmm滑塊在水平軌道上從 到 做初速為零的勻加速直線運動，根據(jù)得，所以需

14、要測量的是位移和時間由，若要求 是 的一次函【數(shù)必須使不變，即使不變，在增大時等量減小，所以實驗中應將從托盤中取出的砝碼置于解析】滑塊上 1212(1)30.23(0.210.25)agaggkkMmmmm將取為 ，有，在圖象上取兩點將坐標代入解得在到之間是正確的 類型四：測量方法的應用類型四：測量方法的應用【例4】(2011全國大綱卷)在“油膜法估測油酸分子的大小”實驗中，有下列實驗步驟：往邊長約為40cm的淺盤里倒入約2cm深的水，待水面穩(wěn)定后將適量的痱子粉均勻地撒在水面上用注射器將事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待薄膜形狀穩(wěn)定將畫有油膜形狀的玻璃板平放在坐標紙上，計算出油膜的面積，

15、根據(jù)油酸的體積和面積計算出油酸分子直徑的大小 用注射器將事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，記下量筒內(nèi)每增加一定體積時的滴數(shù)，由此計算出一滴油酸酒精溶液的體積 將玻璃板放在淺盤上，然后將油膜的形狀用彩筆描繪在玻璃板上完成下列填空： (1)上述步驟中，正確的順序是_. (填寫步驟前面的數(shù)字) (2)將1cm3的油酸溶于酒精，制成300cm3的油酸酒精溶液；測得1cm3的油酸酒精溶液有50滴現(xiàn)取一滴該油酸酒精溶液滴在水面上，測得所形成的油膜的面積是0.13m2.由此估算出油酸分子的直徑為_m.(結(jié)果保留1位有效數(shù)字)VdS【解據(jù)析根】可得【答案】(1)(如果放在之前的其他位置也正確)(2)

16、51010【變式題】(2011天津卷)(1)某同學利用測力計研究在豎直方向運行的電梯運動狀態(tài)，他在地面上用測力計測量砝碼的重力，示數(shù)是G.他在電梯中用測力計仍測量同一砝碼的重力，發(fā)現(xiàn)測力計的視數(shù)小于G，由此判斷此時電梯的運動狀態(tài)可能是_ (2)用螺旋測微器測量某金屬絲直徑的結(jié)果如圖6110甲所示該金屬絲的直徑是_ mm.減速上升或加速下降1.706(1.7041.708均可)圖6110 (3)某同學用大頭針、三角板、量角器等器材測半圓形玻璃磚的折射率，開始玻璃磚的位置如圖6110乙中實線所示，使大頭針P1、P2與圓心O在同一直線上，該直線垂直于玻璃磚的直徑邊，然后使玻璃磚繞圓心O緩緩轉(zhuǎn)動，同時在玻璃磚的直徑邊一側(cè)觀察P1、P2的像，且P2的像擋住P1的像如此觀察，當玻璃磚轉(zhuǎn)到圖中虛線位置時，上述現(xiàn)象恰好消失，此時只需測量出 _，即可計算出玻璃磚的折射率，請用你的方法表示出折射率n= .O玻璃磚直徑邊繞 點轉(zhuǎn)過的角度1sin【解析】(1)測力計的示數(shù)小于G，處于失重狀態(tài)，有向下的加速度，所以是減速上升或加速下降 (2)主尺讀數(shù)：1.5mm，套筒讀數(shù)：0.2040.208均可，所以讀數(shù)為1.5mm+0.2040.208mm=1.7041.708mm.“”1.sinOn (3)當玻璃磚轉(zhuǎn)過 角時恰好發(fā)生全反射，所以須測量出 玻璃磚直徑邊繞 點轉(zhuǎn)過的角度，則此時恰好發(fā)生全反射，所以