高中物理力学实验复习

高中物理力学实验复习一、误差和有效数字1．有效数字(1)带有一位不可靠数字的近似数字叫做有效数字．(2)有效数字的位数：从左侧第一个不为零的数字起到最末一位数字止，共有几个数字，就是几位有效数字。例：0．0923、0．09230、2．0140有效数字的位数依次为3位、4位和5位．(3)科学记数法：大的数字，如36500，如果第3位数5已不可靠时，应记作3．65×104；如果是在第4位数不可靠时，应记作3．650×104．2．误差(1)系统误差产生的原因及特点①来源：一是实验原理不够完善；二是实验仪器不够精确；三是实验方法粗略．例如，在验证力的平行四边形定则实验中，弹簧测力计的零点未校准；在验证牛顿第二定律的实验中，用砂和砂桶的重力代替对小车的拉力等．②基本特点：实验结果与真实值的偏差总是偏大或偏小．③减小方法：改善实验原理；提高实验仪器的测量精确度；设计更精巧的实验方法．(2)偶然误差产生的原因及特点①来源：偶然误差是由于各种偶然因素对实验者和实验仪器的影响而产生的．例如，用刻度尺多次测量长度时估读值的差异；电源电压的波动引起的测量值微小变化．②基本特点：多次重复同一测量时，偶然误差有时偏大，有时偏小，且偏大和偏小的机会比较接近．③减小方法：多次测量取平均值可以减小偶然误差．(3)绝对误差和相对误差从分析数据看，误差分为绝对误差和相对误差．绝对误差：绝对误差是测量值与真实值之差，即绝对误差=|测量值一真实值|．它反映了测量值偏离真实值的大小．相对误差：相对误差等于绝对误差与真实值之比，常用百分数表示它反映了实验结果的精确程度．对于两个实验值的评价，必须考虑相对误差，绝对误差大者，其相对误差不一定大．3．测量仪器的读数各种测量仪器最终的读数都要以有效数字的形式给出，每个有效数字的最后一位数字为估读数字，此数字和误差所在位置一致．为此，读数时要知道所用测量仪器的精确度，知道哪些仪器不需要估读，哪些仪器需要估读，及估读到的位数．(1)不需要估读的仪器①游标卡尺：由于游标卡尺是相差读数，游标尺上每—小格与主尺上每一小格的差值即为精确度，所以游标卡尺不需要估读．②机械秒表：因为机械秒表采用齿轮传动，指针不会停留在两小格之间，所以不能估读出比0．1s更短的时间，即机械秒表不需要估读．③欧姆表：由于欧姆表的刻度不均匀，只作为粗测电阻用，所以欧姆表不需要估读．④电阻箱：能直接读出接入电阻大小的变阻器，但它不能连续变化，不能读出比最小分度小的数值，所以电阻箱不需要估读．(2)需要估读的仪器在常用的测量仪器中，刻度尺、螺旋测微器、电流表、电压表、天平、弹簧秤等读数时都需要估读．估读的一般原则：①最小刻度是l(包括0．1、0．01)的仪器要估读到最小刻度的下一位，即采用1／10估读，如刻度尺、螺旋测微器、安培表0～3A挡、电压表0～3V挡等．②最小刻度是2(包括0．2、0．02)的仪器，误差出现在本位上，采用半刻度(1／2刻度)估读，读数时靠近某一刻度读此刻度值，靠近刻度中间读一半，即所谓的指针“靠边读边，靠中间读一半”，如电流表量程0．6A，最小刻度为0．02A，误差出现在0．OlA位，不能读到下一位．③最小刻度是5(包括0．5、0．05)的仪器，误差出现在本位上，采用1／5估读，如电压表0—15V挡，最小刻度是0．5V，误差出现在0．1V位，不能读到下一位．4．测量仪器的使用对于测量仪器的使用，要了解测量仪器的量程、精确度和使用注意事项．(1)注意所选仪器的量程这是保护测量仪器的一种重要方法，特别是天平、弹簧秤、温度计、电流表、电压表、多用电表等，超量程使用会损坏仪器，所以实验时要根据实验的具体情况选择量程适当的仪器．在使用电流表、电压表时，选用量程过大的仪器，会造成采集的实验数据过小，相对误差较大，应选择使测量值位于电表量程的l／3以上的电表；使用多用电表测电阻时，应选择适当的挡位，使欧姆表的示数在电表的中值附近．(2)注意所选仪器的精确度所选用仪器的精确度直接影响着测量读数中有效数字的位数，因此应在使用前了解仪器的精确度，即看清仪器的最小刻度值．其中螺旋测微器和秒表的最小刻度是一定的；游标卡尺上游标尺的最小刻度、天平游码标尺的最小刻度、弹簧秤的最小刻度，都因具体的仪器情况不同而有所差异；电流表、电压表和多用电表则因所选挡位不同最小刻度值亦不同，因此在进行电表仪器的读数时，一定要看清所选的挡位．(3)仪器使用注意事项①天平在进行测量前应先调平衡．②打点计时器需用交流电源(电磁打点计时器用4—6V的交流电源，电火花计时器用220V交流电源)．③多用电表的欧姆挡每次换挡后要重新调零，被测电阻要与电路断开，使用完毕后要将选择开关转至交流电压最高挡或“0FF”挡．④滑动变阻器、电阻箱和定值电阻使用过程中要考虑其允许的最大电流．滑动变阻器采用限流接法时，滑动触片开始应位于变阻器阻值最大的位置；采用分压接法时，滑动触片开始应位于分压为零的位置.⑤在闭合开关前，电阻箱应处于阻值最大状态．调整电阻箱的阻值时，不能由大到小发生突变，以免因为阻值过小而烧坏电阻箱．二、力学测量仪器读数练习三、力学仪器的基本测量原理及使用注意事项1．游标卡尺(1)构造游标卡尺的构造，其主要部分为一根主尺和一个套在主尺上可以沿着主尺滑动的游标尺，还有附在两个主要部分上的其他部件．内测量爪：用来测量槽的宽度和管的内径；外测量爪：用来测量零件的厚序和管的外径：深度尺：固定在游标尺上。用来测量槽、孔和筒的深度；紧固螺钉：读数时，为了防止游标尺的移动，旋紧它可使游标尺固定在主尺上．(2)分类及精确度按照游标尺的精确度不同，可分为三种：①10等分刻度游标卡尺游标尺上l0小格，总长为9mm，相邻两个刻度间的距离为0．9mm，比主尺上相邻两个刻度间的距离小0．1mm，即精确度为0．1mm；②20等分刻度游标卡尺游标尺上20小格．总长为l9mm，相邻两个刻度间的距离为0．95mm，比主尺上相邻两个刻度间的距离小0．05mm，即精确度为0．05mm；③50等分刻度游标卡尺游标尺上50小格，总长为49mm，相邻两个刻度间的距离为0．98mm，比主尺上相邻两个刻度间的距离小0．02mm，即精确度为0．02mm．(3)读数方法游标卡尺的读数部分由主尺读数(最小刻度为1mm)和游标尺读数两部分组成．读数方法：先以游标零刻度线为准在主尺上读出整数(以毫米作单位)，再看游标尺上哪条刻度线与主尺上的刻度线对齐，该刻线对应的格数n×精确度是mm以下部分的读数，则总的读数=主尺整毫米数(以毫米作单位)+游标尺上的小数(n×精确度，不估读)．(4)读数时的注意事项①注意记录的有效数字的位数和游标尺的精确度相对应，读数最后面该有的“0”不能舍去．②注意主尺上的单位，初读时要以mm作单位，将主尺和游标尺读数相加后，依题目要求再换算单位．切忌主尺上的读数用cm作单位，而游标尺上用mm作单位，而最后读数将两个数字相加．③不要把游标尺前面的沿当成是“0”刻度线(有些图中有沿，有些没有，要注意)．2．螺旋测微器(千分尺)螺旋测微器是比游标卡尺更精密的测量长度的仪器，它的精确度是0．Olmm，要求估读到0。001mm(千分尺即由此得名)，能进行较精确的测量．测金属丝直径时需用螺旋测微器。(1)构造主要构造名称是：测砧、测微螺杆、固定刻度、可动刻度、旋钮、微调旋钮和尺架．(2)精确度螺旋测微器的螺杆和刻有可动刻度的螺旋是通过精密螺纹套在一起的，其螺距为0.5mm．螺旋转动一周，螺杆就会沿轴线方向前进或后退一个螺距．可动刻度尺沿圆周等分成50等份，则每一等份表示0．01mm，这样螺旋每转过一个等份，螺杆前进或后退0．01mm，即测量的精确度为0．01mm．(3)读数方法螺旋测微器的读数也包括两部分：大于0．5mm整数倍的部分从固定刻度上读出(注意表示半毫米的刻度线是否已经露出)，小于0．5mm的部分从可动刻度上读出(看固定刻度上的基准线在可动刻度上哪两道刻度线之间．再估读一位)．测量值=固定刻度值+可动刻度值(要估读)×0．01mm．其结果为XXX．XXXmm形式．(4)读数时的注意事项①螺旋测微器要估读，以mm作单位时，读数结果要保留到小数点后第三位，特别要注意的是读数时出现的末位数字“0”不能舍去；②读数时除注意观察整毫米刻度线外，还要注意半毫米刻度线是否露出．3．秒表(1)基本构造表盘刻度：表盘内有两个大小不等的圆周，大圆刻度盘上刻度对应秒针读数，表针每转一周经历的时间为30s，最小分度一般是0．1s(图中未画出)；小圆刻度盘上刻度对应分针读数，表针每转一周经过l5min，小圆刻度上最小分度一般为0．5min．(2)使用方法三次按按钮：一“走时”，二“停止”，三“复零”．(机械秒表要先上好发条)(3)读数方法所测时间超过0．5min时，0．5min的整数倍部分由小圆刻度盘内分针所指示的刻度读出，不足0．5min的部分由大圆刻度盘中秒针所指示的刻度读出，所测的总时间为两针(分针和秒针)示数之和，即：时间值=分针指示数+秒针指示数．(4)使用时的注意事项①使用秒表前应检查秒表指针是否与零点对齐，如果不对齐，应记下其数值，并对读数进行修正．②实验中切勿摔碰秒表，以免损坏．③实验完毕，应让秒表继续走动，使发条完全放松．④秒表读数时一般不估读，因为秒表为机械表，其表针的运行是靠齿轮传动的，所以指针不可能停在两小格之间．不能估读出比最小刻度更短的时间．4．打点计时器(1)作用及分类打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器，当电源频率为50Hz时，它每隔0．02s打一次点．打点计时器和纸带配合，可以记录物体运动的时间以及在一段时间间隔内的位移．高中阶段用的打点计时器有电磁打点计时器和电火花打点计时器两种．(2)电磁打点计时器①工作电压：4V～6V的交流电源．②原理：接通交流电源后，线圈中产生周期性变化的磁场，使振片磁化，其极性随线圈中磁场的变化而变化，于是振片和永久磁铁之间就产生周期性变化的引力和斥力，振片上下振动，带动其上的振针也上下振动．这时，如果纸带运动，振针就通过复写纸在纸带上打出一系列的点．(3)电火花打点计时器①工作电压：220V交流电源．②原理：按下脉冲输出开关，在放电针与墨粉纸盘间产生火花放电，使墨粉蒸发到纸带上留下点迹．两种打点计时器原理基本一样，打点时间间隔都是O．02s，因此统称“打点计时器”．(4)两种计时器的误差比较与电磁打点计时器比较，电火花打点计时器在使用中运动阻力极小，它来自于纸带运动本身，因而系统误差较小，计时精度与交流电源频率稳定程度一致，同时操作简易，使用安全可靠．(5)使用打点计时器时的注意事项①要在满足电磁打点计时器所需电源、工作电压、频率要求下使用．②使用前应检查打点的清晰程度．若点迹不清晰或有漏点情况，应适当将振针的高度调低(或将振针的长度稍微调长些)；若出现双点或短横线情况，应适当将振针的高度调高(或将振针的长度调短些)．③在使用打点计时器时，纸带位置要放正．释放纸带时，要使纸带自始至终与打点计时器基板平面平行，让其紧贴基板移动，要尽量不让纸带在移动过程中与限位孔的侧壁相碰，以减小因摩擦而造成的误差．④在使用打点计时器时，应先接通电源，待打点计时器工作稳定时，再放开纸带．⑤打点计时器属间歇性工作仪器，每打完一条纸带，应及时切断电源，防止线圈因长时间通电过热而损坏．四、力学实验的实验步骤及实验数据处理（一）、验证力的平行四边形定则1．实验目的验证力的平行四边形定则．2．实验原理一个力F的作用效果与两个共点力一和疋的共同作用效果都是把橡皮条拉伸到某点，则F为F1和F2的合力．作出F的图示，再根据力的平行四边形定则作出Fl和F2的合力F’的图示，比较F’与F在实验误差允许的范围内是否大小相等、方向相同，即可验证力的平行四边形定则．3．实验器材方木板、白纸、图钉若干、细芯铅笔、橡皮条一段、细绳套、弹簧秤两个、三角板、刻度尺等．4．实验步骤(1)如图所示，在固定的白纸上面，把橡皮条的一端固定于A点，另一端通过细绳与两弹簧秤相连，用弹簧秤互成角度地拉橡皮条，用铅笔描下结点O的位置、细绳的方向并记