高中物理力学实验

高中物理力学实验•一、误差和有效数字•1.误差：测量值与真实值的差异叫做误差。误差可分为系统误差和偶然误差两种。•*系统误差的特点是在多次重复同一实验时，误差总是同样地偏大或偏小。•*偶然误差总是有时偏大，有时偏小，并且偏大和偏小的机会相同。减小偶然误差的方法，可以多进行几次测量，求出几次测量的数值的平均值。这个平均值比某一次测得的数值更接近于真实值。2.有效数字：带有一位不可靠数字的近似数字，叫做有效数字。•历年高考要求会正确使用的仪器主要有：刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器、天平、秒表、打点计时器、弹簧秤、温度表、水银气压计、电流表、电压表、多用电表、滑动变阻器、电阻箱，等等。•1.刻度尺、弹簧秤、温度表、电流表、电压表。•*凡是最小刻度是10分度的，要求读到最小刻度后再往下估读一位（估读的这位是不可靠数字）。•*凡是最小刻度不是10分度的，只要求读到最小刻度的这一位，不再往下估读。二、基本测量仪器使用•例1•⑴上面左图中被测量物体的长度为______cm。•⑵右上图中当选用3V量程时•电压表读数为______V,•⑶当选用15V量程时电压表•度数为_______V。⑷右下图•中秒表的示数为___分____秒。0123456789100123V051015031233435637839411043121445164718492051225324265557285901267891011345121314051001游标卡尺的构造尺身内测量爪紧固螺钉主尺外测量爪游标尺深度尺051001主尺的每一小格为：1mm游标尺的每一小格为：0.9mm0.9mm1mm051001△L8×1mm8×0.9mm△L=8×1-8×0.9=8×0.1mmLx=L0+△L=4+8×0.1=4.8mmL0010200123游标尺最小刻度为：19/20mm读数为：9.50mm01234567890012345678910游标尺最小刻度为：49/50mm读数为：19.24mm05100123游标尺最小刻度为：19/10mm读数为：5.6mm按照有效数字规则读出以下各游标尺的测量值.读数为_______cm.读数为________mm.读数为_________m.读数为______cm.读数为________cm.3.螺旋测微器•*固定刻度上的最小刻度为半毫米（在中线的上侧）；可动刻度每旋转一圈前进（或后退）半毫米。152051002025301510在可动刻度的一周上平均刻有50条刻线，所以每两条刻线间代表0.01mm。读数时，从主尺上读取整、半毫米树，然后从可动刻度上读取剩余部分（因为是10分度，所以在最小刻度后还应该再估读一位），再把两部分读数相加，得测量值。右图中的读数应该是8.203mm。10.704•4.打点计时器是一种计时仪器，电源用50HZ的交流电，所以打相邻两个点的时间间隔是0.02s。•5.天平。天平使用前首先要调节底座水平和横梁水平（在调节横梁水平前，必须把游码移到左端零刻度处，即将游码的左端与零刻线对齐）。天平的读数由右盘中的砝码和游标共同读出。横梁上的刻度单位是毫克（mg）。如果测量中天平平衡时，右盘中砝码有26g，游码在上图中虚线位置，则被测物体质量为26.32g（最小刻度为0.02g，不是10分度，因此只读到0.02g这一位）。三、基本物理量的测定•高中物理学生实验中要求测定的物理量有：加速度（含重力加速度）、金属电阻率、电阻、电源电动势和内电阻、玻璃的折射率等。这些物理量，有的可用基本仪器直接测量（如用多用表可直接测量电阻），大部分则需间接测量（电阻的测量若采用伏安法，也属于间接测量）。对于物理量的间接测量，应利用物理规律，导出相应的关系式，用必要的基本仪器直接测相关的物理量，再通过计算或作图的方法，得到待测物理量的值。1.用单摆测定重力加速度。•*摆长的测量：让单摆自由下垂，用米尺量出悬线长L/（读到0.1mm），用游标卡尺量出摆球直径（读到0.1mm）算出半径r，摆长L=L/+r•*开始摆动时摆角要小于50；不要使摆动成为圆锥摆。•*从摆球通过最低点时开始计时，测出单摆做50次全振动所用的时间，算出周期的平均值T。•*改变摆长重做几次实验，计算每次实验得到的重力加速度，再求这些重力加速度的平均值。2.用油膜法估测分子的大小。•*每滴油酸溶液中油酸体积的计算：先了解配好的油酸溶液的浓度；再用量筒和滴管测出每滴溶液的体积；算出每滴溶液中纯油酸的体积V。•*油膜面积的测量：油膜形状稳定后，将玻璃板放在浅盘上，将油膜的形状用彩笔画在玻璃板上；将玻璃板放在坐标纸上，以1cm边长的正方形为单位，用四舍五入的方法数出油膜面积的数值S（以cm2为单位）。•*由d=V/S算出油膜的厚度，即分子直径的大小。四.研究性和验证性实验1.研究匀变速直线运动。2.研究平抛物体的运动。4.验证牛顿第二定律。5.验证动量守恒定律。6.验证机械能守恒定律。3.验证力的平行四边形法则•1.研究匀变速直线运动。下图为打点计时器打下的纸带。从打下的纸带中选点迹清楚的一条，舍掉开始比较密集的点迹，从便于测量的地方取一个开始点O，然后每5个点取一个计数点A、B、C、D、E、F…。测出相邻计数点间的距离S1、S2、S3、S4、S5、S6…*求任一计数点的即时速度v：如（其中T=5×0.02s=0.1s）Tssvc232•*利用“逐差法”求a：•*利用上图中任意相邻的两段位移求a：•*利用图象求a：求出A、B、C、D、E各点的即时速度，画出v-t图线，图线的斜率就是加速度a。23216549Tssssssa223Tssat/sv/ms-10T2T3T4T5T6T2.研究平抛物体的运动。•*斜槽末端的切线必须水平。•*用重锤线检验坐标纸上的竖直线是否竖直。•*以斜槽末端所在的点为坐标原点。•*如果是用白纸，则应以斜槽末端所在的点为坐标原点，在斜槽末端悬挂重锤线，以重锤线方向为y轴方向，再用直角三角板画出水平线作为x轴，建立直角坐标系。•*每次小球应从斜槽上的同一位置由静止开始下滑。•例2.右图为小球平抛过程的频闪照片，闪光频率为f=20HZ,求：•⑴背景小正方形的边长a•⑵平抛的初速度v0•⑶小球C点时的即时速度vcABCDE3、验证力的平行四边形法则1、实验目的：验证互成角度的两个力合成时的平行四边形定则2、注意问题：（1）不要直接以橡皮条的端点为结点，可拴一短细绳；再连两个细绳套，以三绳交点为结点。可使结点较小，以便准确地记录结点的位置。（2）选用的两只弹簧秤应具有相同的规格，性能要相同。（3）在用弹簧在拉橡皮条时，拉力应沿弹簧的轴线方向，且弹簧秤、橡皮条、细绳套应该位于与纸面平行的同一平面内，挂钩不能与定向孔摩擦。（4）拉力要尽量大些（可减小相对误差），但合力不要过大。（5）同一次实验中，橡皮条拉长后的结点位置必须保持不变。（6）画力的图示，要用细铅笔，标度要选大些，作力的合成图应尽量将图画得大些。4.验证牛顿第二定律。•*研究对象是小车（和小车上的砝码）。•*只有小车和小车上的砝码的总质量M远大于砂和砂桶的总质量m时，才能认为细线对小车的拉力大小F等于砂和砂桶的总重量mg。•*实验前必须平衡摩擦力。平衡摩擦力时小车前不能和砂桶相连，但小车后必须带纸带。•*保持小车和小车上的砝码的总质量m不变，改变F多做几次实验，由纸带算出和每个F对应的a，作出a-F图象，应该是过原点的直线。这证明a∝F。•*保持砂和砂桶的总质量不变，即F不变，改变M多做几次实验，由纸带算出和每个M对应的a，作出a-1/M图象，也应该是过原点的直线。这证明a∝1/M。•例．现备有下列器材：•A．带有定滑轮的长木板B．实验小车(质量约为360g)C．6V蓄电池D．打点计时器E.纸带F．钩码若干个(每个钩码的质量为50g)G．砂和砂桶H．刻度尺L天平J．秒表K．导线(1)做验证牛顿第二定律的实验，以上器材中多余的是(填代号字母)，缺少的是。(2)某同学在验证加速度与外力成正比时，保持实验小车的质量一定(约360g)，用钩码代替砂和砂桶(每个钩码的质量为50g)，通过改变所悬挂钩码的个数来改变外力的大小．具体作法是，先在悬挂砂和砂桶处挂一个钩码，然后依次将钩码盒中的钩码取出来加挂在原钩码下．在所挂钩码为1个、2个、3个……时，得到一系列记录纸带，并由此得到对应的加速度a1，a2，a3……，然后以(an，nmg)(n为钩码个数，m为每个钩码的质量，an为对应的加速度)为点的坐标在a—F图象中描点，得到的图象应是下列图中的——。(3)在记录的纸带中．有一条纸带如上图所示，在1—5的计数点中，每相邻两个计数点中间还有四个计数点未画出，所用交流电源的频率为50Hz．现测得l、2两点到0点的距离分别为sl＝1.24cm，s2=3.64cm，计数点4、5到0点的距离分别为s4=12.05cm，s5=18.05cm．则该纸带所记录的物体的加速度大小为m／s2．(4)在验证物体的加速度与外力成正比时，用若干个钩码(每个钩码的质量为50g)代替砂和砂桶，且使实验原理正确并取得良好的实验效果?请叙述操作方法．5.验证动量守恒定律。•*由于v1、v1/、v2/均为水平方向，且它们的竖直下落高度都相等，所以它们飞行时间也相等，若以该时间为时间单位，那么小球的水平射程的数值就等于它们的水平速度。在右图中分别用OP、OM和O/N表示。因此只需验证：m1OP=m1OM+m2(O/N-2r）即可。•*必须以质量较大的小球作为入射小球。•*小球落地点的平均位置要用圆规来确定：用尽可能小的圆把所有落点都圈在里面，圆心就是落点的平均位置。•*所用的仪器有：天平、刻度尺、游标卡尺（测小球直径）、碰撞实验器、复写纸、白纸、重锤、两个直径相同质量不同的小球。•*若被碰小球放在斜槽末端，而不用支柱，那两个小球都将从斜槽末端开始做平抛运动，于是验证式就变为：m1OP=m1OM+m2ON，两个小球的直径也不需测量了。6.验证机械能守恒定律。•*验证自由下落过程中机械能守恒，上图左端是用夹子夹重物的一端。•*多做几次实验，选点迹清楚，且第一、二两点间距离接近2mm的纸带进行测量。012345