力學、熱學、光學實驗

1、一、誤差和有效數字 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實驗方法的不完備導致，誤差值總是偏大或偏??；偶然誤差是測量、讀數不準導致，誤差值忽大忽小，可采用取平均值或圖象法來減小誤差． 2．有效數字 有效數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 圍繞實驗的設計原理、誤差控制、數據處理三個環(huán)節(jié)，高中物理實驗涉及的主要是以

2、下方法： 1．設計實驗原理 (1)控制變量法．如：在“驗證牛頓第二定律的實驗”中，加速度、力和質量的關系控制；在“研究單擺的周期”中，擺長、偏角和擺球質量的關系控制． (2)近似替代法．用伏安法測電阻時，選擇了合適的內外接方法，一般就忽略電表的非理想性．,(3)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

3、，在將整個平拋時間定為時間單位后，速度的測量就轉化為對水平位移的測量了． (4)留跡法．把瞬息即逝的現象(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，也是做實驗應具有的基本思想． (2)積

4、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30～50次全振動的時間．,3．處理實驗數據 (1)列表法．在記錄和處理數據時，常常將數據列成表格．數據列表可以簡單而又明確地表示出有關物理量之間的關系，有助于找出物理量之間規(guī)律性的聯(lián)系． (2)作圖法．用作圖法處理實驗數據是物理實驗中最常用的方

5、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系，找出規(guī)律．,(3)平均值法．現行教材中只介紹算術平均值，即把測定的數據相加求和，然后除以測量的次數．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字的位數． (4)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據，具有較好的取平均的效果．,類型一：長度的測量【例1】

6、(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，示數如圖6­1­1所示，讀數為　　　　　　　mm.,圖6­1­1,【解析】0.5mm+11.7×0.01mm=0.617mm,【變式題】如圖6­1­2，讀出下列螺旋測微器測量的讀數：,圖6­1­2,答案：(1)　0.642mm　 (2)　10.294mm,類型

7、二：“紙帶類”實驗 1．正確使用打點計時器：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4V～6V，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．根據紙帶上點的密集程度選取計數點．打點計時器每打n個點取一個計數點，

8、則計數點時間間隔為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，即測量計數起點到其他各計數點的距離． 5．判定物體運動的性質：,圖6­1­3,(3)測定第n點的瞬時速度．物體做勻變速直線運動時，在某段時間內的平均速度等于中間時刻的瞬時速度．即測出第n

9、點的相鄰的前、后兩段相等時間T內的距離，由平均速度公式就可求得，如圖6­1­3中第4點的瞬時速度為：,【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個計數點，僅能讀出其中3個計數點到零點的距離：sA=16.6mm，sB=126.5mm，

10、sD=624.5mm,圖6­1­4,若無法再做實驗，可由以上信息推知：(1)相鄰兩計數點的時間間隔為________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個點選擇一個計數點，則相鄰兩計數點的時間間隔為T=5×0.02s=0.1s.,【變式題】在“

11、驗證機械能守恒定律”的實驗中，打點計時器接在電壓為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，已知重錘的質量為m，當地的重力加速度為g，則：,圖6­1­5,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),類型三：用圖象法處

12、理實驗數據 【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；

13、所得數據如下表所示．,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、滑塊經過光電門乙時的瞬時速度v1、測量值s和t四個物理量之間所滿足的關系式是___________； (2)根據表中給出的數據，在圖6­1­7給出的坐標紙上畫出 ­t圖線；,圖6­1­7,(3)由所畫出的圖線，得出滑塊加速

14、度的大小為a=_______m/s2 (保留2位有效數字)．,(2)找點畫出圖象即可得出，如圖所示．,【規(guī)律總結】用圖象處理數據的解題技巧1．根據實驗數據，標明坐標軸的物理量、單位，選擇恰當的刻度．2．圖象的連線不一定通過所有的數據點，應盡量使數據點合理分布在線的兩側，減小偶然誤差．3．尋找因變量與自變量之間的關系時，要適當選取坐標軸使圖線線性化，即“變曲為直”．可根據數據特點確定坐標起點．4．要根據相關知識挖掘圖線的蘊涵的

15、信息(從斜率、面積、點等角度),【變式題】(2011·重慶卷)某同學設計了如圖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μ.滑塊和托盤上分別放有若干砝碼，滑塊質量為M，滑塊上砝碼總質量為m′，托盤和盤中砝碼的總質量為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10m/s2.,圖6­1­

16、8,(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,(2)根據牛頓運動定律得到a與m的關系為：,他想通過多次改變m，測出相應的a值，并利用上式來計算μ.若要求a是m的一次函數，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的關系如圖6­1­9所示

17、，由此可知μ=_________________ (取兩位有效數字)．,0.23(0.21～0.25),圖6­1­9,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：①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．②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．③將畫有油膜形狀的

18、玻璃板平放在坐標紙上，計算出油膜的面積，根據油酸的體積和面積計算出油酸分子直徑的大?。?④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，記下量筒內每增加一定體積時的滴數，由此計算出一滴油酸酒精溶液的體積． ⑤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_____________. (填寫步驟前面的數字),(2)將1cm3的油酸溶于酒精，

19、制成300cm3的油酸酒精溶液；測得1cm3的油酸酒精溶液有50滴．現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.(結果保留1位有效數字),【答案】(1)④①②⑤③(如果④放在③之前的其他位置也正確)　(2)5×10-10,【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

20、的重力，示數是G.他在電梯中用測力計仍測量同一砝碼的重力，發(fā)現測力計的視數小于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(1.704～1.708均可),圖6­1­10,(3)

21、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緩緩轉動，同時在玻璃磚的直徑邊一側觀察P1、P2的像，且P2的像擋住P1的像．如此觀察，當玻璃磚轉到圖中虛線位置時，上述現象恰好消失，此時只需測量出　 _______________________________，