【學(xué)海導(dǎo)航】高中物理第2輪復(fù)習(xí) 專題6 第1講 力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)實(shí)驗(yàn)課件

第講1力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)實(shí)驗(yàn)專題六中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)

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(shí)驗(yàn)原理或?qū)嶒?yàn)方法的不完備導(dǎo)致，誤差值總是偏大或偏小；偶然誤差是測(cè)量、讀數(shù)不準(zhǔn)導(dǎo)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(cè)量者估讀出來的，是誤差的來源．

二、高中物理實(shí)驗(yàn)所涉及基本方法圍繞實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)原理、誤差控制、數(shù)據(jù)處理三個(gè)環(huán)節(jié)，高中物理實(shí)驗(yàn)涉及的主要是以下方法：

1．設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)原理

(1)控制變量法．如：在“驗(yàn)證牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn)”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)近似替代法．用伏安法測(cè)電阻時(shí)，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．某些量不易測(cè)量，可以用較易測(cè)量的量替代，從而簡化實(shí)驗(yàn)．在“驗(yàn)證碰撞中的動(dòng)量守恒”的實(shí)驗(yàn)中，兩球碰撞后的速度不易直接測(cè)量，在將整個(gè)平拋時(shí)間定為時(shí)間單位后，速度的測(cè)量就轉(zhuǎn)化為對(duì)水平位移的測(cè)量了．

(4)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(diǎn)記錄小車的位置，例如研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)、驗(yàn)證機(jī)械能守恒、用描跡法畫出平拋物體的運(yùn)動(dòng)軌跡、用沙擺顯示振動(dòng)的圖象等．

2．控制實(shí)驗(yàn)誤差

(1)多次測(cè)量法．多次測(cè)量法減小偶然誤差，這是很多實(shí)驗(yàn)必須采取的辦法，也是做實(shí)驗(yàn)應(yīng)具有的基本思想．

(2)積累法．一些小量直接測(cè)量誤差較大，可以累積起來測(cè)量，以減小誤差．“用單擺測(cè)定重力加速度”的實(shí)驗(yàn)中，為了減小周期的測(cè)量誤差，不是測(cè)量完成一次全振動(dòng)的時(shí)間，而是測(cè)量完成30～50次全振動(dòng)的時(shí)間．

3．處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

(1)列表法．在記錄和處理數(shù)據(jù)時(shí)，常常將數(shù)據(jù)列成表格．?dāng)?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．用作圖法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是物理實(shí)驗(yàn)中最常用的方法之一，其優(yōu)點(diǎn)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．現(xiàn)行教材中只介紹算術(shù)平均值，即把測(cè)定的數(shù)據(jù)相加求和，然后除以測(cè)量的次數(shù)．必須注意的是，求平均值時(shí)應(yīng)該按測(cè)量儀器的精確度決定應(yīng)保留的有效數(shù)字的位數(shù)．

(4)逐差法．如：用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶計(jì)算加速度時(shí)用這種方法，這種方法充分利用了測(cè)量數(shù)據(jù)，具有較好的取平均的效果．

類型一：長度的測(cè)量【例1】(2010·安徽卷)在測(cè)定金屬的電阻率實(shí)驗(yàn)中，用螺旋測(cè)微器測(cè)量金屬絲的直徑，示數(shù)如圖6-1-1所示，讀數(shù)為

mm.圖6-1-1【解析】0.5mm+11.7×0.01mm=0.617mm【變式題】如圖6-1-2，讀出下列螺旋測(cè)微器測(cè)量的讀數(shù)：圖6-1-2答案：(1)

0.642mm

(2)

10.294mm

類型二：“紙帶類”實(shí)驗(yàn)

1．正確使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器：先接通電源，后釋放紙帶；電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作電壓為低壓交流4V～6V，電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的工作電壓為交流220V.

2．紙帶的選?。阂话銓?shí)驗(yàn)應(yīng)從點(diǎn)跡清晰、無漏點(diǎn)的紙帶中選取有足夠多點(diǎn)的一段作為實(shí)驗(yàn)紙帶．在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)中還要求紙帶包含第一、二點(diǎn)，并且第一、二兩點(diǎn)距離接近2.0mm.3．根據(jù)紙帶上上點(diǎn)的密集程程度選取計(jì)數(shù)數(shù)點(diǎn)．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每每打n個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)計(jì)數(shù)點(diǎn)，則計(jì)計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)間間間隔為n個(gè)打點(diǎn)時(shí)間間間隔，即T=0.02n(s)

4．測(cè)量計(jì)數(shù)點(diǎn)間距離．為了測(cè)量、計(jì)算的方便和減小偶然誤差的考慮，測(cè)量距離時(shí)不要分段測(cè)量，盡可能一次測(cè)量完畢，即測(cè)量計(jì)數(shù)起點(diǎn)到其他各計(jì)數(shù)點(diǎn)的距離．

5．判定物體運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)：圖6-1-3(3)測(cè)定第n點(diǎn)的瞬時(shí)速度度．物體做勻勻變速直線運(yùn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在某某段時(shí)間內(nèi)的的平均速度等等于中間時(shí)刻刻的瞬時(shí)速度度．即測(cè)出第第n點(diǎn)的相鄰的前前、后兩段相相等時(shí)間T內(nèi)的距離，由由平均速度公公式就可求得得，如圖6-1-3中第4點(diǎn)的瞬時(shí)速度度為：【例2】某同學(xué)用打點(diǎn)點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量量做勻加速直直線運(yùn)動(dòng)的物物體的加速度度，電源頻率率f=50Hz，在紙帶上打打出的點(diǎn)中，，選出零點(diǎn)，，每隔4個(gè)點(diǎn)取1個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，因因保存不當(dāng)，，紙帶被污染染，如圖6-1-4所示，A、B、C、D是依次排列的的4個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，僅僅能讀出其中中3個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)到零零點(diǎn)的距離：：sA=16.6mm，sB=126.5mm，sD=624.5mm圖6-1-4若無法再做實(shí)實(shí)驗(yàn)，可由以以上信息推知知：(1)相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)點(diǎn)的時(shí)間間(2)打C點(diǎn)時(shí)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(diǎn)計(jì)時(shí)器打打出的紙帶每每隔4個(gè)點(diǎn)選擇一個(gè)個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，則則相鄰兩計(jì)數(shù)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間間隔為T=5×0.02s=0.1s.【變式題】在“驗(yàn)證機(jī)械械能守恒定律律”的實(shí)驗(yàn)中中，打點(diǎn)計(jì)時(shí)時(shí)器接在電壓壓為U，頻率為f的交流電源上上，從實(shí)驗(yàn)中中打出的幾條條紙帶中選出出一條理想紙紙帶，如圖6-1-5所示，選取紙紙帶上打出的的連續(xù)5個(gè)點(diǎn)A、B、C、D、E，測(cè)出A點(diǎn)距起始點(diǎn)的的距離為s0，點(diǎn)AC間的距離為s1，點(diǎn)CE間的距離為s2，已知重錘的的質(zhì)量為m，當(dāng)?shù)氐闹亓α铀俣葹間，則：圖6-1-5紙帶與限位孔孔之間的摩擦擦力(或紙帶與其他他部分的阻力力或摩擦阻力力)類型三三：用用圖象象法處

【例3】(2011·全國新課標(biāo))利用圖6-1-6所示的裝置可測(cè)量滑塊在斜面上運(yùn)動(dòng)的加速度．一斜面上安裝有兩個(gè)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(dòng)，當(dāng)一帶有遮光片的滑塊自斜面上滑下時(shí)，與兩個(gè)光電門都相連的計(jì)時(shí)器可以顯示出遮光片從光電門甲至乙所用的時(shí)間t.改變光電門甲的位置進(jìn)行多次測(cè)量，每次都使滑塊從同一點(diǎn)由靜止開始下滑，并用米尺測(cè)量甲、乙之間的距離s，記下相應(yīng)的t值；所得數(shù)據(jù)如下表所示．圖6-1-6完成下下列填填空和和作圖圖：(1)若滑塊塊所受受摩擦擦力為為一常常量，，滑塊塊加速速度的的大小小a、滑塊塊經(jīng)過過光電電門乙乙時(shí)的的瞬時(shí)時(shí)速度度v1、測(cè)量量值s和t四個(gè)物物理量量之間間所滿滿足的的關(guān)系系式是是___________；(2)根據(jù)表表中給給出的的數(shù)據(jù)據(jù)，在在圖6-1-7給出的的坐標(biāo)圖6-1-7(3)由所畫畫出的的圖線線，得得出滑滑塊加加速度度的大大小為為a=_______m/s2(保留2位有效效數(shù)字字)．(2)找點(diǎn)畫畫出圖圖象即即可得出出，如如圖所所示．．【規(guī)律總總結(jié)】用圖象象處理理數(shù)據(jù)據(jù)的解解題技技巧1．根據(jù)據(jù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)數(shù)據(jù)據(jù)，標(biāo)標(biāo)明坐坐標(biāo)軸軸的物物理量量、單單位，，選擇擇恰當(dāng)當(dāng)?shù)目炭潭龋?．圖象象的連連線不不一定定通過過所有有的數(shù)數(shù)據(jù)點(diǎn)點(diǎn)，應(yīng)應(yīng)盡量3．尋找因變量與自變量之間的關(guān)系時(shí)，要適當(dāng)選取坐標(biāo)軸使圖線線性化，即“變曲為直”．可根據(jù)數(shù)據(jù)特點(diǎn)確定坐標(biāo)起點(diǎn)．4．要根據(jù)相關(guān)知識(shí)挖掘圖線的蘊(yùn)涵的信息(從斜率、面積、點(diǎn)等角度)【變式題題】(2011··重慶卷卷)某同學(xué)學(xué)設(shè)計(jì)計(jì)了如如圖6-1-8所示的的裝置置，利利用米米尺、、秒表表、輕輕繩、、輕滑滑輪、圖6-1-8(1)為測(cè)量量滑塊塊的加加速度度a，須測(cè)測(cè)出它它在A、B間運(yùn)動(dòng)動(dòng)的________與_________，計(jì)算算a的運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)學(xué)學(xué)公公式式是是a=位移移時(shí)間間(2)根據(jù)據(jù)牛牛頓頓運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)定定律律得得到到a與m的關(guān)關(guān)系系為為：：他想想通通m′+m滑塊塊上上(3)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)得得到到a與m的關(guān)關(guān)系系如如圖圖6--0圖6--1--9類型型四四：：測(cè)測(cè)量量方方法法的的應(yīng)應(yīng)用用【例4】】(2011·全國國大大綱綱卷卷)在““油油膜膜法法估估測(cè)測(cè)油油酸酸分分子子的的大大小小””實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)中中，，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將畫有油膜形狀的玻璃板平放在坐標(biāo)紙上，計(jì)算出油膜的面積，根據(jù)油酸的體積和面積計(jì)算出油酸分子直徑的大?。苡米⒆⑸渖淦髌鲗⑹率孪认扰渑浜煤玫牡挠陀退崴峋凭凭苋芤阂阂灰坏蔚我灰坏蔚蔚氐氐蔚稳肴肓苛客餐仓兄校?，記記下下量量筒筒內(nèi)內(nèi)每每增增加加一一定定體體積積時(shí)時(shí)的的滴滴數(shù)數(shù)，，由由此此計(jì)計(jì)算算出出一一滴滴油油酸酸酒酒精精溶溶液液的的體體積積．．⑤將將玻玻璃璃板板放放在在淺淺盤盤上上完成下列填空：(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的油油酸酸溶溶于于酒酒精精，【答案案】(1)④④①①②②⑤⑤③③(如果果④④放放在在③③之之前前的的其其他他位位置置也也正正確確)(2)5【變式式題題】(2011··天津津卷卷)(1)某同同(2)用螺旋測(cè)微器測(cè)量某金屬絲直徑的結(jié)果如圖6-1-10甲所示．該金屬絲的直徑是________________________mm.減速速上上升升或或加加速速下下降降1.706(1.704～1.708均可可)圖6--1--10(3)某同學(xué)用用大頭針針、三角角板、量量角器等等器材測(cè)測(cè)半圓形形玻璃磚磚的折射射率，開開始玻璃璃磚的位位置如圖圖6-1--10乙中實(shí)線線所示，，使大頭頭針P1、P2與圓心O在同一直直線上，，該直線線垂直于于玻璃磚磚的直徑徑邊，然然后使玻玻璃磚繞繞圓心O緩緩轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)，同時(shí)時(shí)在玻璃璃磚的直直徑邊一