力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)實(shí)驗(yàn)

1、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(lái)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(lái)的，是誤差的來(lái)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

2、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(zhǎng)、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(jiǎn)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

3、，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(lái)．如通過(guò)紙帶上打出的小點(diǎn)記錄小車(chē)的位置，例如研究勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)、驗(yàn)證機(jī)械能守恒、用描跡法畫(huà)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

4、累法．一些小量直接測(cè)量誤差較大，可以累積起來(lái)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(jiǎn)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

5、法之一，其優(yōu)點(diǎn)是直觀、簡(jiǎn)便且有取平均的效果．可以由圖線(xiàn)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?jī)x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(lèi)型一：長(zhǎng)度的測(cè)量【例1】

6、(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6­1­1所示，讀數(shù)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(cè)微器測(cè)量的讀數(shù)：,圖6­1­2,答案：(1)　0.642mm　 (2)　10.294mm,類(lèi)型

7、二：“紙帶類(lèi)”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(wú)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)紙帶上點(diǎn)的密集程度選取計(jì)數(shù)點(diǎn)．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每打n個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，

8、則計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)間間隔為n個(gè)打點(diǎn)時(shí)間間隔，即T=0.02n(s)．一般取n=5，此時(shí)T=0.1s. 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6­1­3,(3)測(cè)定第n點(diǎn)的瞬時(shí)速度．物體做勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在某段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度．即測(cè)出第n

9、點(diǎn)的相鄰的前、后兩段相等時(shí)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(diǎn)的瞬時(shí)速度為：,【例2】某同學(xué)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量做勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的物體的加速度，電源頻率f=50Hz，在紙帶上打出的點(diǎn)中，選出零點(diǎn)，每隔4個(gè)點(diǎn)取1個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，因保存不當(dāng)，紙帶被污染，如圖6­1­4所示，A、B、C、D是依次排列的4個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，僅能讀出其中3個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)到零點(diǎn)的距離：sA=16.6mm，sB=126.5mm，

10、sD=624.5mm,圖6­1­4,若無(wú)法再做實(shí)驗(yàn)，可由以上信息推知：(1)相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔為_(kāi)_______s.(2)打C點(diǎn)時(shí)物體的速度大小為_(kāi)_______m/s(取2位有效數(shù)字)．(3)物體的加速度大小為_(kāi)_________(用sA、sB、sD和f表示)．,【解析】(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶每隔4個(gè)點(diǎn)選擇一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，則相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔為T(mén)=5×0.02s=0.1s.,【變式題】在“

11、驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在電壓為U，頻率為f的交流電源上，從實(shí)驗(yàn)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(gè)點(diǎn)A、B、C、D、E，測(cè)出A點(diǎn)距起始點(diǎn)的距離為s0，點(diǎn)AC間的距離為s1，點(diǎn)CE間的距離為s2，已知重錘的質(zhì)量為m，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間，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(lèi)型三：用圖象法處

12、理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 【例3】(2011·全國(guó)新課標(biāo))利用圖6­1­6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(mén)，其中光電門(mén)乙固定在斜面上靠近底端處，光電門(mén)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(mén)都相連的計(jì)時(shí)器可以顯示出遮光片從光電門(mén)甲至乙所用的時(shí)間t.改變光電門(mén)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(kāi)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；

13、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(guò)光電門(mén)乙時(shí)的瞬時(shí)速度v1、測(cè)量值s和t四個(gè)物理量之間所滿(mǎn)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(biāo)紙上畫(huà)出 ­t圖線(xiàn)；,圖6­1­7,(3)由所畫(huà)出的圖線(xiàn)，得出滑塊加速

14、度的大小為a=_______m/s2 (保留2位有效數(shù)字)．,(2)找點(diǎn)畫(huà)出圖象即可得出，如圖所示．,【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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，標(biāo)明坐標(biāo)軸的物理量、單位，選擇恰當(dāng)?shù)目潭龋?．圖象的連線(xiàn)不一定通過(guò)所有的數(shù)據(jù)點(diǎn)，應(yīng)盡量使數(shù)據(jù)點(diǎn)合理分布在線(xiàn)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(shí)，要適當(dāng)選取坐標(biāo)軸使圖線(xiàn)線(xiàn)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(xiàn)的蘊(yùn)涵的

15、信息(從斜率、面積、點(diǎn)等角度),【變式題】(2011·重慶卷)某同學(xué)設(shè)計(jì)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(pán)和砝碼等器材來(lái)測(cè)定滑塊和軌道間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ.滑塊和托盤(pán)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(pán)和盤(pán)中砝碼的總質(zhì)量為m.實(shí)驗(yàn)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(xiàn)運(yùn)動(dòng)，重力加速度g取10m/s2.,圖6­1­

16、8,(1)為測(cè)量滑塊的加速度a，須測(cè)出它在A、B間運(yùn)動(dòng)的________與_________，計(jì)算a的運(yùn)動(dòng)學(xué)公式是a=,位移,時(shí)間,(2)根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律得到a與m的關(guān)系為：,他想通過(guò)多次改變m，測(cè)出相應(yīng)的a值，并利用上式來(lái)計(jì)算μ.若要求a是m的一次函數(shù)，必須使上式中的__________保持不變，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)將從托盤(pán)中取出的砝碼置于_________；,m′+m,滑塊上,,(3)實(shí)驗(yàn)得到a與m的關(guān)系如圖6­1­9所示

17、，由此可知μ=_________________ (取兩位有效數(shù)字)．,0.23(0.21～0.25),圖6­1­9,類(lèi)型四：測(cè)量方法的應(yīng)用【例4】(2011·全國(guó)大綱卷)在“油膜法估測(cè)油酸分子的大小”實(shí)驗(yàn)中，有下列實(shí)驗(yàn)步驟：①往邊長(zhǎng)約為40cm的淺盤(pán)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(huà)有油膜形狀的

18、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?。?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(nèi)每增加一定體積時(shí)的滴數(shù)，由此計(jì)算出一滴油酸酒精溶液的體積． ⑤將玻璃板放在淺盤(pán)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(xiě)步驟前面的數(shù)字),(2)將1cm3的油酸溶于酒精，

19、制成300cm3的油酸酒精溶液；測(cè)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(cè)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_(kāi)_____________m.(結(jié)果保留1位有效數(shù)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(xué)利用測(cè)力計(jì)研究在豎直方向運(yùn)行的電梯運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，他在地面上用測(cè)力計(jì)測(cè)量砝碼

20、的重力，示數(shù)是G.他在電梯中用測(cè)力計(jì)仍測(cè)量同一砝碼的重力，發(fā)現(xiàn)測(cè)力計(jì)的視數(shù)小于G，由此判斷此時(shí)電梯的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可能是______________________ (2)用螺旋測(cè)微器測(cè)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(1.704～1.708均可),圖6­1­10,(3)

21、某同學(xué)用大頭針、三角板、量角器等器材測(cè)半圓形玻璃磚的折射率，開(kāi)始玻璃磚的位置如圖6­1­10乙中實(shí)線(xiàn)所示，使大頭針P1、P2與圓心O在同一直線(xiàn)上，該直線(xiàn)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(dòng)，同時(shí)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(dāng)玻璃磚轉(zhuǎn)到圖中虛線(xiàn)位置時(shí)，上述現(xiàn)象恰好消失，此時(shí)只需測(cè)量出　 _______________________________，