新課標(biāo)高考物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識

1、力學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識誤差及有效數(shù)字1 .誤差(1)定義：測出的數(shù)值與真實(shí)值之間的差值叫誤差。(2)分類：分為系統(tǒng)誤差和偶然誤差。系統(tǒng)誤差：產(chǎn)生：由于儀器本身不精確，或?qū)嶒?yàn)方法粗略或?qū)嶒?yàn)原理不完善而產(chǎn)生的。特點(diǎn)：多次重做同一實(shí)驗(yàn)時(shí)，誤差總是同樣地偏大或偏小。減小方法：校準(zhǔn)測量儀器，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法，完善實(shí)驗(yàn)原理。偶然誤差：產(chǎn)生：由于各種偶然因素對實(shí)驗(yàn)者、測量儀器、被測物理量的影響而產(chǎn)生。特點(diǎn)：多次重做同一實(shí)驗(yàn)時(shí)，誤差有時(shí)偏大，有時(shí)偏小。減小方法：多次測量取平均值。2 .有效數(shù)字：(1)帶一位不可靠數(shù)字的近似數(shù)字叫有效數(shù)字，有效數(shù)字的最后一位為誤差所在位。(2)確定有效數(shù)字時(shí)，應(yīng)注意以下問題：有效數(shù)字的位

2、數(shù)與小數(shù)點(diǎn)的位置無關(guān)。有效數(shù)字的位數(shù)與單位無關(guān)。關(guān)于“ 0”在有效數(shù)字中的特殊性：0在前時(shí)，從左住右數(shù)第一個(gè)不為零的數(shù)字才是有效數(shù)字；0在后時(shí)，計(jì)入有效數(shù)字。乘方不算有效數(shù)字。實(shí)驗(yàn)一：研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模菏褂么螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器測定勻變速直線運(yùn)動(dòng)的速度和加速度。設(shè)物體做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，加速度是Tsia,、實(shí)驗(yàn)原理:S2、S3則有 S=S2-S1=S3-S2=S4-S3=aT2由上式還可得到2S4-S1=(S4-S3)+(S3-S2)+(S2-S1)=3aT同理有S5-S2=S6-S3=3aT2可見，測出各段位移S1、S2即可求出S4S13T2a2S5 S23T2再算出ai、a2的平均值，就是

3、我們所要測定的勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度。三、實(shí)驗(yàn)器材：電火花計(jì)時(shí)器或電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，一端附有滑輪的長木板，小車，紙帶，刻度尺，導(dǎo)線,電源，鉤碼，細(xì)繩。四、實(shí)驗(yàn)步驟：(1)把附有滑輪的長木板放在實(shí)驗(yàn)桌上，并使滑輪伸處桌面。把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長 木板上沒有滑輪的一端，連接好電路。(2)把一條細(xì)繩拴在小車上，使細(xì)繩跨過滑輪，下邊掛上合適的鉤碼。把紙帶穿過打 點(diǎn)計(jì)時(shí)器，并把紙帶的一端固定在小車的后面。(3)把小車停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處，接通電源后，放開小車，讓小車拖著紙帶運(yùn)動(dòng)， 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器就在紙帶上打下一列小點(diǎn)。換上新紙帶，重復(fù)實(shí)驗(yàn)三次。(4)從三條紙帶中選擇一條比較理想的，舍掉開頭一些比較密集的點(diǎn)，在后

4、邊便于測 量的地方找一個(gè)開始點(diǎn)。為了測量方便和減小誤差，通常不用每打一次點(diǎn)的時(shí)間作為時(shí)間的 單位，而用每打五次點(diǎn)的時(shí)間作為時(shí)間的單位，就是T=0.02 X5=0.1s。在選好的開始點(diǎn)下面標(biāo)明A ,在第六點(diǎn)下面標(biāo)明 B ,在第H一點(diǎn)下面標(biāo)明 C,在第十六點(diǎn)下面標(biāo)明 D, ，點(diǎn) A、B、C、D叫做計(jì)數(shù)點(diǎn)，如圖所示。兩個(gè)相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離分別是si、S2、S3(5)測出六段位移 Si、S2、S3、S4、S5、S6的長度，把測量結(jié)果填入下表中。(6)根據(jù)測量結(jié)果，利用“實(shí)驗(yàn)原理”中給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，它就是小車做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加

5、速度。常考點(diǎn):i、求紙帶的某點(diǎn)速度；2、求紙帶的加速度(逐差法)；3、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的使用：先打點(diǎn)再放手，打完點(diǎn)及時(shí)關(guān)閉打點(diǎn)計(jì)時(shí)器；4、開始打點(diǎn)時(shí)，小車緊靠打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。閡險(xiǎn)尺 P一二二-二二 7鉤碼實(shí)驗(yàn)二：探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系實(shí)驗(yàn)?zāi)康模禾剿鲝椓εc彈簧伸長的定量關(guān)系。實(shí)驗(yàn)原理：F=kX實(shí)驗(yàn)器材：輕彈簧、鉤碼（一盒）、刻度尺、鐵架臺、三角板、重垂線、坐標(biāo)紙。實(shí)驗(yàn)步驟：1 .將鐵架臺放于桌面上，將彈簧的一端固定于鐵架臺的橫梁上，在靠近彈簧處將刻度 尺固定于鐵架臺上，并用重垂線檢查刻度尺是否垂直。2 .記下彈簧的原長（自然長度）103 .在彈簧下端掛上鉤碼，待鉤碼靜止后，記下彈簧的的現(xiàn)長1及彈力F,算

6、出伸長量x=1-1o,并改變鉤碼個(gè)數(shù)，多次測量。數(shù)據(jù)記錄表如下：（略）4 .根據(jù)測量數(shù)據(jù)畫出 F-x圖像。（以F為縱軸，以x為橫軸）5 .探索結(jié)論：按照F-x圖中各點(diǎn)的分布與走向， 嘗試做出一條平滑的曲線 （包括直線）c 所畫的點(diǎn)不一定正好在這條曲線上，但要注意使曲線兩側(cè)的點(diǎn)數(shù)大致相同。嘗試寫出曲線所代表的函數(shù)，首先嘗試 F-x是否為一次函數(shù)，如果不行則考慮二次函數(shù)在實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi)，應(yīng)得出彈力的大小與彈簧的伸長量成正比，即 F=kx,其中k的單 位由F和x的單位決定。?？键c(diǎn):1、根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作圖：F-X圖，m-X圖等（在彈性限度內(nèi)：直線；超過彈性限度：不是直線）；2、根據(jù)圖象（直線部分）求勁度

7、系數(shù)k; 3、結(jié)論表述：在彈簧的彈性限度內(nèi)，彈簧的伸長跟拉力成正比。實(shí)驗(yàn)三：驗(yàn)證力的平行四邊形定則實(shí)驗(yàn)?zāi)康模候?yàn)證平行四邊形定則實(shí)驗(yàn)原理：利用測力計(jì)測力作矢量圖驗(yàn)證力的平行四邊形定則。實(shí)驗(yàn)器材：方木板一塊、測力計(jì)兩個(gè)、細(xì)繩兩段、橡皮條一段、白紙、鉛筆、刻度尺、圖釘實(shí)驗(yàn)步驟:（1）把橡皮條的一端固定在板上的A點(diǎn)。（2）用兩條細(xì)繩結(jié)在橡皮條的另一端，通過細(xì)繩用兩個(gè)彈簧秤互成角度拉橡皮條，橡皮條伸長，使結(jié)點(diǎn)伸長到O點(diǎn)（如圖2-1 ）點(diǎn)撥：經(jīng)驗(yàn)得知兩個(gè)分力差也越大，所以實(shí)驗(yàn)中不要把F1、F2間夾角。越大，用平行四邊形彳圖得出的合力F的誤。角取得太大，一般不大于 90。為最佳。橡皮條、細(xì)繩、測力計(jì)應(yīng)在同一

8、平面內(nèi)，測力計(jì)的掛鉤應(yīng)避免與紙面磨擦。（3）用鉛筆記下。點(diǎn)的位置，畫下兩條細(xì)繩的方向，并記下兩個(gè)測力計(jì)的讀數(shù)。點(diǎn)撥：拉橡皮條的細(xì)線要長些， 標(biāo)記每條細(xì)線方向的方定是使視線通過細(xì)線垂直于紙面, 在細(xì)線下面的紙上用鉛筆點(diǎn)出兩個(gè)定點(diǎn)的位置，并使這兩個(gè)點(diǎn)的距離要盡量遠(yuǎn)些。(4)在紙上按比例作出兩個(gè)力Fi、F2的圖示，用平行四邊形定則求出合力F。點(diǎn)撥：作圖要用尖鉛筆，圖的比例要盡量大些，要用嚴(yán)格的幾何方定作出平行四邊形， 圖旁要畫出表示力的比例線段，且注明每個(gè)力的大小和方向。(5)只用一個(gè)測力計(jì)，通過細(xì)繩把橡皮條上的結(jié)點(diǎn)拉到同樣的位置。點(diǎn)，記下測力計(jì)的讀數(shù)和細(xì)繩的方向，按同樣的比例作出這個(gè)力 F'

9、;的圖示，比較F'與用平行四邊形定則求得 的合力F,比較合力大小是否相等，方向是否相同。(6)改變Fi和F2的夾角和大小，再做兩次。?？键c(diǎn):1、實(shí)驗(yàn)操作的要點(diǎn)：用兩個(gè)力拉和用一個(gè)力拉，要將結(jié)點(diǎn)拉到同一位置(力的等效性)；2、數(shù)據(jù)記錄：。點(diǎn)的位置，力的大小，力的方向(細(xì)繩的方向)；3數(shù)據(jù)的處理:作力的圖示(注意：要有標(biāo)度)，4、實(shí)際合力和理論合力的區(qū)分；5、結(jié)論表達(dá)。實(shí)驗(yàn)四：驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律實(shí)驗(yàn)原理：牛頓第二定律 實(shí)驗(yàn)儀器：軌道小車、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、學(xué)生電源、天平、砂桶、砂袋(砂桶、砂袋也可用鉤碼代替 卜紙帶、刻度尺、細(xì)線、木塊如圖，如果摩擦力可以不計(jì)，則對質(zhì)量為m的砂桶和砂及質(zhì)量為 M的小

10、車分別有T=Mamg T=ma(2)解得T= -g-1 M 當(dāng)M>>m 時(shí)，T= mg則(1)式變?yōu)閙gMa所以，如果實(shí)驗(yàn)測得在 M 一定時(shí)，amg,在mg一定時(shí)a , 就驗(yàn)證了牛頓第二定律。操作步驟：(1)用天平測出小車質(zhì)量 M,在砂桶內(nèi)加適量的砂，用天平測出砂和桶的總質(zhì)量m(要保證m<<M)。把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長木板上。(2)把紙帶系在小車上，并使紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。把木塊墊在裝有打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的木板 一端下面，調(diào)節(jié)木塊位置使小車能在木板上做勻速運(yùn)動(dòng)。這時(shí)，小車所受摩擦阻力與小車所受重力沿斜面方向的分力平衡 (注意此時(shí)未掛砂桶)。(3)把系在砂桶上的細(xì)線繞過木板上的定滑

11、輪后系在小車上，把小車放在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器附近，接通電源，放開小車，便在紙帶上留下反映小車運(yùn)動(dòng)狀況的點(diǎn)跡。取下紙帶并編上號碼。(4)給小車換上新紙帶，保持小車質(zhì)量不變。往砂桶內(nèi)加一些砂，并稱出其質(zhì)量(注意仍需保證m<<M)。重復(fù)步驟(3)。如此做幾次。對各次實(shí)驗(yàn)所得的紙帶取好計(jì)數(shù)點(diǎn)，進(jìn)行測量 和計(jì)算，求出每條紙帶對應(yīng)的小車的加速度，分別記入表格中。(5)保持砂桶總質(zhì)量 m不變，往小車上依次加不同數(shù)目的砂袋(其質(zhì)量預(yù)先測出)，重復(fù)步驟(3)幾次。把各次紙帶數(shù)據(jù)記入下面的表格中。(6)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，看是否符合牛頓第二定律。注意事項(xiàng)：(1)平衡摩擦力和保證 M>>m是減小本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

12、誤差的關(guān)鍵。采用上述墊板法”平衡摩擦力，不僅操作方便，而且在改變小車質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)中不需再調(diào)。調(diào)勻速時(shí)，先進(jìn)行目測， 最后應(yīng)打一條紙帶觀察，看是否調(diào)到勻速了。 為了保證M>>m，小車質(zhì)量應(yīng)足夠大。如果所 用小車質(zhì)量較小，可在小車內(nèi)裝一些祛碼以增加總質(zhì)量。(2)本實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理主要是用打點(diǎn)紙帶測算加速度，可以逐差法求加速度，也可用速度一時(shí)間圖象求加速度。m2ga2(3)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證牛頓第二定律時(shí)，可以用比例法驗(yàn)證：即看比值 mg ,等在實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi)是否為同一恒量(等于小車質(zhì)量 M);乘積M iai, M2a2, .1 M3a3等是否為同一恒量(等于拉力 mg);也可以作出aF圖像和

13、a-圖像，看圖像 M是否為直線來驗(yàn)證。(4)如果平衡摩擦力做得不好，則圖像不會(huì)通過坐標(biāo)原點(diǎn)；如果不滿足M>>m的條件,圖像將會(huì)是一條曲線。常考點(diǎn):1、誤差的減小措施：摩擦力的平衡(例如：墊高木板)，M>>m等；2、由紙帶數(shù)據(jù)求速度和加速度；3、作出aF圖像和a-1圖；4、圖象不過原點(diǎn)的原因；5、實(shí)驗(yàn)M結(jié)論的表達(dá)(要有前提條件)，例如：小車質(zhì)量不變時(shí)，小車加速與合力成正比。合力不變 時(shí)，小車加速度與小車質(zhì)量成反比。實(shí)驗(yàn)五：探究動(dòng)能定理實(shí)驗(yàn)?zāi)康模禾骄亢贤饬ψ龉蛣?dòng)能變化的關(guān)系實(shí)驗(yàn)器材：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，電源，導(dǎo)線，一端附有定滑輪的光滑長木板，小車，紙帶，細(xì)繩，彈簧測 力計(jì)，祛碼盤

14、和祛碼，刻度尺實(shí)驗(yàn)原理：用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶記錄下小車做勻加速運(yùn)動(dòng)的情況如圖實(shí)6-1所示。通過測量和計(jì)算可以得到小車從。點(diǎn)到2、3、4、5點(diǎn)的距離，及在 2、3、4、5點(diǎn)的瞬時(shí)速度。W及小車增加的動(dòng)能A Ek,可由下式計(jì)算:Wn實(shí)驗(yàn)步驟:1 .把一端附有定滑輪的光滑長木板平放在實(shí)驗(yàn)桌上，并使滑輪伸出桌面，把打點(diǎn)計(jì)時(shí) 器固定在長木板上沒有定滑輪的一端，連接好電路（如圖）。2 .在實(shí)驗(yàn)小車上先固定一個(gè)測力計(jì)，測力計(jì)的掛鉤連接細(xì)輕繩，輕繩跨過定滑輪，掛 一個(gè)小盤，盤內(nèi)放祛碼。試放手后，小車能在長木板上平穩(wěn)地加速滑行一段距離，把紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，并把它的一端固定在小車后面。3 .把小車?？吭诖螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器

15、處，先接通電源，再放開小車，讓小車運(yùn)動(dòng)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 在紙帶上打出一系列點(diǎn)跡。在小車運(yùn)動(dòng)過程中讀出測力計(jì)讀數(shù)F,即小車受到的拉力大小。取下紙帶，換上新紙帶，重復(fù)實(shí)驗(yàn)幾次。4 .選擇點(diǎn)跡清晰的紙帶，記下第一個(gè)點(diǎn)的位置0,并在紙帶上從任意點(diǎn)開始依次選取幾個(gè)點(diǎn)，記作1, 2, 3, 4, 5, 6,測量各點(diǎn)到0的距離X1, X2, X3, X4, X5, X6o5 .計(jì)算出打下2 , 3, 4, 5時(shí)小車的速度 V2, V3, V4, V5o6 .計(jì)算從打下。點(diǎn)到打下2, 3, 4, 5的過程中合外力F （大小等于測力計(jì)讀數(shù) F）對 小車做的功 W及小車增加的動(dòng)能A Ek,并填入下表。7 .在坐標(biāo)紙上

16、畫出A EkW圖像。（五）數(shù)據(jù)記錄及處理：以A Ek為橫軸，W為縱軸，做出A Ek W圖像。 注意事項(xiàng)：1 .長木板應(yīng)盡量光滑，如果摩擦力較大應(yīng)先平衡摩擦力?？梢栽陂L木板下端墊小物塊。2 .使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)應(yīng)先接通電源再釋放小車。?？键c(diǎn):1、紙帶數(shù)據(jù)處理；2、作圖，由圖象得結(jié)論；3、誤差分析；4、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí) 應(yīng)先接通電源再釋放小車； 5、若用祛碼的重力代替拉力，則要求 M>>m ;若用測力計(jì)（或 力傳感器）測量拉力，則不要求 M>>m （想想為什么？）。實(shí)驗(yàn)六：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)原理：當(dāng)物體自由下落時(shí)， 只有重力做功，物體的重力勢能和動(dòng)能互相轉(zhuǎn)化，機(jī)械能守恒。若某

17、一12時(shí)刻物體下洛的瞬時(shí)速度為 V,下洛圖度為h,則應(yīng)有：mgh= mv ,借助打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，測2出重物某時(shí)刻的下落高度 h和該時(shí)刻的瞬時(shí)速度 v,即可驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒，實(shí)驗(yàn)裝置如 圖所示。測定第n點(diǎn)的瞬時(shí)速度的方法是：測出第n點(diǎn)的相鄰前、后兩段相等時(shí)間T內(nèi)下落的距離Sn和Sn+1 ,由公式Sn Sn1 ,或由Vn= d-1 %!算出，如圖所示。2T2TCT n實(shí)驗(yàn)器材：鐵架臺（帶鐵夾），打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，學(xué)生電源，導(dǎo)線，帶鐵夾的重纏，紙帶，米尺。實(shí)驗(yàn)步驟：1 .按如圖裝置把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器安裝在鐵架臺上，用導(dǎo)線把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與學(xué)生電源連接好。2 .把紙帶的一端在重錘上用夾子固定好，另一端穿過計(jì)時(shí)器限位孔，用手豎直提起紙帶使 重錘?？吭诖螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器附近。3 .接通電源，松開紙帶，讓重錘自由下落。4 .重復(fù)幾次，得到 35條打好點(diǎn)的紙帶。5 .在打好點(diǎn)的紙帶中挑選第一、二兩點(diǎn)間的距離接近 2mm,且點(diǎn)跡清晰一條紙帶，在起始 點(diǎn)標(biāo)上0,以后各依次標(biāo)上1, 2, 3 ,用刻度尺測出對應(yīng)下落高度 hi、h2、h3。6 .應(yīng)用公式vn= hn 27.