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1、专题五 物理实验,第10讲 力学实验,一、误差和有效数字 1误差,知识链接,2.有效数字 (1)定义：带有一位不可靠数字的近似数字有效数字的最后一位是测量者估读出来的，是误差的来源 (2)从数字左边第一个不为零的数字算起，如0.012 5为三位有效数字,二、长度的测量 1毫米刻度尺的读数 精确到毫米，估读一位 2游标卡尺的读数,3.螺旋测微器的读数 测量值固定刻度整毫米数半毫米数可动刻度读数(含估读)0.01 mm.,三、实验数据的处理方法 1列表法 在记录和处理数据时，为了简单而明确地表示出有关物理量之间的对应关系，将数据填写在适当的表格内，称为列表法列成表格不但可以减少或避免错误，便于发现
2、问题和分析问题，而且有助于找出各物理量之间的变化规律分析表格中的记录数据时一般先找出相同量，再分析其他量的数据关系 表格要求简单明了，用符号标明各物理量并写明单位，所列数据要符合有效数字的有关规定,2平均值法 即把测定的若干组数据相加求和，然后除以测量次数 3作图法 用作图法处理实验数据是物理实验中最常用的方法之一用作图法处理数据的优点是直观、简便，有取平均的效果由图线的斜率、截距、包围面积等可以研究物理量之间的变化关系，找出规律,备课札记,1(2013新课标全国卷，22)图5101(a)为测量物块与水平桌面之间动摩擦因数的实验装置示意图实验步骤如下：,真题体验,图5101(a),用天平测量物
3、块和遮光片的总质量M，重物的质量m，用游标卡尺测量遮光片的宽度d，用米尺测量两光电门之间的距离s； 调整轻滑轮，使细线水平； 让物块从光电门A的左侧由静止释放，用数字毫秒计分别测出遮光片经过光电门A和光电门B所用的时间tA和tB，求出加速度a； 多次重复步骤，求a的平均值； 根据上述实验数据求出动摩擦因数.,回答下列问题： (1)测量d时，某次游标卡尺(主尺的最小分度为1 mm)的示数如图5101(b)所示其读数为_ cm.,图5101(b),2(2012安徽卷，21)图5102为“验证牛顿第二定律”的实验装置示意图砂和砂桶的总质量为m，小车和砝码的总质量为M.实验中用砂和砂桶总重力的大小作为
4、细线对小车拉力的大小,图5102,(1)实验中，为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，先调节长木板一端滑轮的高度，使细线与长木板平行接下来还需要进行的一项操作是 ( ) A将长木板水平放置，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，给打点计时器通电，调节m的大小，使小车在砂和砂桶的牵引下运动，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动 B将长木板的一端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，撤去砂和砂桶，给打点计时器通电，轻推小车，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动 C将长木板的一端垫起适当的高度，撤去纸带以及砂和砂桶，轻推小车，观察判断小车是否做匀速运动,(2)实验中要进行质量m和M的选
5、取，以下最合理的一组是 ( ) AM200 g，m10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 g BM200 g，m20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g CM400 g，m10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 g DM400 g，m20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g,(3)图5103是实验中得到的一条纸带，A、B、C、D、E、F、G为7个相邻的计数点，相邻的两个计数点之间还有四个点未画出，量出相邻的计数点之间的距离分别为：sAB4.22 cm、sBC4.65 cm、sCD5.08 cm、sDE5.49 cm，s
6、EF5.91 cm，sFG6.34 cm.已知打点计时器的工作频率为50 Hz，则小车的加速度大小a_m/s2.(结果保留两位有效数字),图5103,命题角度,视角一 游标卡尺和螺旋测微器的读数,【典例1】 2013山东卷，21(1)图5104甲为一游标卡尺的结构示意图，当测量一钢笔帽的内径时，应该用游标卡尺的_(填“A”“B”或“C”)进行测量；示数如图乙所示，该钢笔帽的内径为_mm.,图5104,解析 游标卡尺测量钢笔帽的内径时，使用内测脚，故填“A”，该游标卡尺的最小分度为0.05 mm，游标尺的第6个刻度线与主尺上的某刻线对齐，所以读数为11 mm0.05 mm611.30 mm. 答
7、案 A 11.30(11.25或11.35),2游标卡尺的读数 测量值主尺上的整毫米数与主尺上某一刻线对齐的游标的格数精确度(单位mm) 3关于估读问题：游标卡尺不需要估读；毫米刻度尺、螺旋测微器需要估读,应考组训 1(2012课标全国卷，22)某同学利用螺旋测微器测量一金属板的厚度该螺旋测微器校零时的示数如图5105(a)所示，测量金属板厚度时的示数如图(b)所示图(a)所示读数为_mm，图(b)所示读数为_mm，所测金属板的厚度为_mm.,图5105,解析 题图(a)的读数为1.00.01 mm0.010 mm.题图(b)的读数为6.5 mm37.00.01 mm6.870 mm，故金属板
8、的厚度d6.870 mm0.010 mm6.860 mm. 答案 0.010 6.870 6.860,2某同学在测量一均匀新材料制成的圆柱体的电阻率时： (1)用游标尺为20分度的卡尺测量其长度如图5106甲，由图可知其长度为_cm；,图5106,(2)用螺旋测微器测量其直径如图5106乙，由图可知其直径为_mm. 解析 (1)从题图甲可以看出，主尺读数为50 mm，游标尺的第3条刻度线和主尺上的一刻度线对齐，则读数应为50 mm0.053 mm50.15 mm5.015 cm； (2)由题图乙可以看出，螺旋测微器的固定刻度为4.5 mm，可动刻度读出刻度为20.0(或20.1)0.01 mm
9、0.200 mm(或0.201 mm)，故圆柱体的直径为4.5 mm0.200 mm(或0.201 mm)4.700 mm(或4.701 mm) 答案 (1)5.015 (2)4.700(或4.701),视角二 与打点计时器和纸带相关的力学实验 命题角度,【典例2】 2013广东卷，34(1)研究小车匀变速直线运动的实验装置如图5107(a)所示，其中斜面倾角可调，打点计时器的工作频率为50 Hz，纸带上计数点的间距如图(b)所示，其中每相邻两点之间还有4个记录点未画出,图5107,部分实验步骤如下： A测量完毕，关闭电源，取出纸带 B接通电源，待打点计时器工作稳定后放开小车 C将小车停靠在打
10、点计时器附近，小车尾部与纸带相连 D把打点计时器固定在平板上，让纸带穿过限位孔 上述实验步骤的正确顺序是：_(用字母填写) 图(b)中标出的相邻两计数点的时间间隔T_ s. 计数点5对应的瞬时速度大小计算式为v5_. 为了充分利用记录数据，减小误差，小车加速度大小的计算式应为a_.,应考策略 纸带的三大应用 (1)由纸带确定时间： 要区别打点计时器打出的点与人为选取的计数点之间的区别与联系，便于测量和计算，一般每五个点取一个计数点，这样时间间隔为t0.025 s0.1 s.,应考组训 3(2013浙江卷，21)如图5108所示，装置甲中挂有小桶的细线绕过定滑轮，固定在小车上；装置乙中橡皮筋的一
11、端固定在导轨的左端，另一端系在小车上一同学用装置甲和乙分别进行实验，经正确操作获得两条纸带和，纸带上的a、b、c均为打点计时器打出的点,图5108,答案 (1)2.10 cm或2.40 cm(0.05 cm，有效数字位数正确) (2)1.13 m/s或1.25 m/s(0.05 m/s，有效数字位数不作要求) 小于 (3)C,4为了“探究加速度与力、质量的关系”，现提供如图5 109所示的实验装置请思考探究思路并回答下列问 题：,图5109,(1)为了消除小车与水平木板之间摩擦力的影响应采取的做法是_； A将木板不带滑轮的一端适当垫高，使小车在钩码拉动下恰好做匀速运动 B将木板带滑轮的一端适当
12、垫高，使小车在钩码拉动下恰好做匀速运动 C将木板不带滑轮的一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀速运动 D将木板不带滑轮的一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车能够静止在木板上,(2)在实验中，得到一条打点的纸带，如图51010所示，已知相邻计数点间的时间间隔为T，且间距s1、s2、s3、s4、s5、s6已量出，则小车加速度的表示式为a_；,图51010,(3)有一组同学保持小车及车中的砝码质量一定，探究加速度a与所受外力F的关系，他们在轨道水平和倾斜两种情况下分别做了实验，得到了两条aF图线，如图51011所示图线_是在轨道倾斜情况下得到的(选填“”或“”)；小车及车中的砝码总质量m
13、_ kg.,图51011,52013福建卷，19(1)在“探究恒力做功与动能改变的关系”实验中(装置如图51012甲)：,图51012 甲,下列说法哪一项是正确的_(填选项前字母) A平衡摩擦力时必须将钩码通过细线挂在小车上 B为减小系统误差，应使钩码质量远大于小车质量 C实验时，应使小车靠近打点计时器由静止释放 图51012乙是实验中获得的一条纸带的一部分，选取O、A、B、C计数点，已知打点计时器使用的交流电频率为50 Hz，则打B点时小车的瞬时速度大小为_ m/s (保留三位有效数字),图51012 乙,命题角度,视角三 “橡皮筋、弹簧”类实验,【典例3】 (2013全国新课标，22) 某
14、同学利用下述装置对轻质弹簧 的弹性势能进行探究，一轻质弹 簧放置在光滑水平桌面上，弹簧 左端固定，右端与一小球接触而 图51013(a) 不固连弹簧处于原长时，小球恰好在桌面边缘，如图51013(a)所示向左推小球，使弹簧压缩一段距离后由静止释放，小球离开桌面后落到水平地面通过测量和计算，可求得弹簧被压缩后的弹性势能,回答下列问题： (1)本实验中可认为，弹簧被压缩后的弹性势能Ep与小球抛出时的动能Ek相等已知重力加速度大小为g.为求得Ek，至少需要测量下列物理量中的_(填正确答案标号) A小球的质量m B小球抛出点到落地点的水平距离s C桌面到地面的高度h D弹簧的压缩量x E弹簧原长l0
15、(2)用所选取的测量量和已知量表示Ek，得Ek_.,图51013(b),应考组训 6.(1)某实验小组用如图51014 所示的装置验证“力的平行四边 形定则”将弹簧测力计A挂于 固定点P，下端用细线挂一重物 M.弹簧测力计B的挂钩处系一细 线，把细线的另一端系在A下端 图51014 细线上的O点手持B水平向左拉，使O点缓慢地向左移动，保持B的拉力方向不变不计弹簧测力计重力，拉力不超出量程，则A、B的示数FA、FB的变化情况是_,AFA、FB均变大，其合力大小和方向都不变 BFA、FB均变大，其合力大小和方向都改变 CFA变大，FB变小，其合力大小不变，方向改变 DFA、FB的合力大小改变，方向
16、不变 (2)另一实验小组的甲、乙、丙三位同学做此实验，所用弹簧测力计的量程为05 N，他们都把橡皮条的一端固定在木板上的A点，橡皮条的另一端通过细绳连接弹簧测力计，用两个弹簧测力计把橡皮条的另一端拉到某一确定的O点，此时细绳都与平板平行，用F1和F2表示拉力的方向和大小,甲同学F1和F2的方向互相垂直，F13.0 N、F23.8 N；乙同学F1和F2方向间的夹角约为30，F1F24.0 N；丙同学F1和F2方向间的夹角约为120，F1F24.0 N这三位同学中操作不合适的是_(填“甲”、“乙”或“丙”),解析 (1)当O点缓慢地向左移动时，合力大小和方向都不变，利用图解法可以判断FA、FB均变
17、大，选项A正确 (2)因为乙的两个力的合力超过了测力计刻度的最大值5 N，再用一个弹簧测力计拉时超出其量程 答案 (1)A (2)乙,7“探究功与速度变化的关系”的实验装置如图51015所示，当小车在一条橡皮筋作用下弹出时，橡皮筋对小车做的功记为W；当用2条、3条、4条完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、第4次实验时，橡皮筋对小车做的功记为2W、3W、4W每次实验中小车获得的最大速度可由打点计时器所打出的纸带测出,图51015,(2)如图51016给出了某次实验打出的纸带，从中截取了测量小车最大速度所用的一段纸带，测得A、B、C、D、E相邻两点间的距离分别为AB1.48 cm，BC1.
18、60 cm，CD1.62 cm，DE1.62 cm；已知相邻两点打点时间间隔为0.02 s，则小车获得的最大速度vm_m/s.(结果保留两位有效数字),图51016,82012广东卷，34(2)某同学探究弹力与弹簧伸长量的关系 (1)将弹簧悬挂在铁架台上，将刻度尺固定在弹簧一侧弹簧轴线和刻度尺都应在_方向(填“水平”或“竖直”) (2)弹簧自然悬挂，待弹簧_时，长度记为L0；弹簧下端挂上砝码盘时，长度记为Lx；在砝码盘中每次增加10 g砝码，弹簧长度依次记为L1至L6.数据如下表：,表中有一个数值记录不规范，代表符号为_由表可知所用刻度尺的最小分度为_ (3)图51017是该同学根据表中数据作的图，纵轴是砝码的质量，横轴是弹簧长度与_的差值(填“L0”或“Lx”),图51017,(4)由图可知弹簧的劲度系数为_N/m；通过图51017和表可知砝码盘的质量为_g(结果保留两位有效数字，重力加速度取9.8 m/s2) 解析 (1)为保证弹簧的形变只由砝码和砝码盘的重力引起，所以弹簧轴线和刻度尺均应在竖直方向 (2)弹簧静止时，记录原长L0；表中的数据L3与其他数据有效数字位数不同，所以数据L3不规范，标准数据应读至厘米位的后两位，最后一位应为估计值，精确至mm位，所以刻度尺的最小分度为1 mm.,