高中物理力学实验复习.docx
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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
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．
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．
③减小方法：
多次测量取平均值可以减小偶然误差．
3．测量仪器的读数
（1）不需要估读的仪器
①游标卡尺 ②机械秒表 ③欧姆表 ④电阻箱
（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．
（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．
三、力学仪器的基本测量原理及使用注意事项
1．游标卡尺
2．螺旋测微器（千分尺）
3．秒表
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．
（3）电火花打点计时器
①工作电压：
220V交流电源．
（5）使用打点计时器时的注意事项
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．
（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、细绳的方向并记录弹簧秤的读数；
（2）按适当的比例作出两个弹簧秤的拉力F1和F2的图示，利用刻度尺和三角板，根据平行四边形定则作出合力F’的图示；
（3）用一个弹簧秤把橡皮条拉到同一位置0，记下弹簧秤的读数和细绳的方向，并用同样的比例作出这个力F的图示；
（4）比较F与F’的大小和方向，看它们在误差允许范围内是否相等，从而验证是否遵循平行四边形定则．
5．实验注意事项
（1）结点0：
①定位0点时要力求准确．
②同一次实验中橡皮条拉长后的0点必须保持不变．
（2）拉力：
①用弹簧秤测拉力时要使拉力沿弹簧秤轴线方向．
②应尽量使橡皮条、弹簧秤和细绳套位于与纸面平行的同一平面内，细绳套适当长些。
③两个分力F1、F2间的夹角θ不要太大或太小．以600至1200为宜。
（3）作图：
①在同一次实验中，选定的比例要相同．
②严格按力的图示要求和几何作图法作出平行四边形，求出合力．
6．误差剖析
（1）弹簧秤本身存在误差．
（2）读数误差：
为减小误差，读数时眼睛一定要正视刻线，按有效数字的要求正确读数并记录数据．
（3）作图误差：
作图时，两力的对边一定要平行；铅笔尖要尽量细；图的比例要合适．
（二）、验证牛顿运动定律
1．实验目的
（1）学会用控制变量法研究物理规律．
（2）探究加速度与力、质量的关系．
2．实验原理
（1）实验的基本思想——控制变量法
物理学中研究三个量或多个量之间的关系时，要用控制变量法．研究时先保持某个（或某些）量不变，研究另外两个量之间的关系；再保持另一个（或一些）量不变，研究其余两个量之间的关系；然后综合起来得出结论．本实验研究三个变量：
加速度a、拉力F、质量m（小车）的定量关系，需采用控制变量法．
①保持研究对象即小车的质量不变，改变砂桶内砂的质量，即改变拉力，测出对应不同拉力时小车的加速度，验证加速度是否正比于拉力．
②保持小桶内砂的质量不变，改变研究对象的质量，即往小车内加砝码，测出对应不同质量时小车的加速度，验证加速度是否反比于质量．
（2）实验中拉力的测量方法——近似法
①小车质量的测量：
小车的质量可以利用天平测出，在小车上加放砝码可改变小车的质量．
②拉力的测量：
本实验通过装砂的小桶给小车以拉力，此拉力也等于小车受到的合力．在小桶和砂的总质量远小于小车质量的情况下，可以认为小桶和砂的重力近似等于对小车的拉力．因此用天平测出砂桶（包括砂）的质量，即可得拉力F改变小桶中砂的多少即可改变拉力的大小．
③加速度的测量：
在小车的后面拖上纸带，利用打点计时器打出的纸带测加速度．
（3）实验数据的处理方法一图象法，化曲为直的方法
①研究a和F的关系：
以加速度a为纵坐标，以F为横坐标，根据测量的数据描点，然后作出图象，看图象是否是通过原点的直线，就能判断a与F是否成正比．
②研究a与m的关系：
因为a一m图象是双曲线，通过曲线判断两个量是不是反比关系，相当困难．若a和m成反比，则a一1／m必成正比．我们采取“化曲为直”的思想，以a为纵轴，以1／m为横轴，作出a一l／m图象，若a一1／m的图象是一条直线，说明a与l／m成正比，即a与m成反比．
3．实验器材
小车、砝码、小桶、砂、细线、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、与打点计时器配套的交流电源、两根导线、纸带、托盘天平及砝码、刻度尺等．
4．实验步骤
（1）用天平分别测出小车和小桶的质量M和M’，把数据记录下来．
（2）如图所示把实验器材安装好，先不把挂小桶用的细线系在小车上，即不给小车加拉力．
（3）平衡摩擦力：
在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上垫木，反复移动垫木的位置，直至小车在斜面上可以保持匀速直线运动状态（可以从纸带上打的点是否均匀来判断）．
（4）记录小车内所加砝码的质量，称好砂子后将砂倒入小桶，把细线系在小车上并绕过滑轮悬挂小桶，接通电源，放开小车，待打点计时器在纸带上打好点后取下纸带并做好标记．
（5）保持小车总质量不变，改变砂的质量（均要用天平称量），再做几次实验．在实验中一定要使砂和小桶的总质量远小于小车和砝码的总质量．在每条纸带上都选取一段打点效果比较理想的部分，算出加速度的值．根据实验数据，画出小车所受拉力F（即小桶和砂的总重力）跟小车加速度a之间的关系a—F图象，从而验证a与F是否成正比．
（6）保持砂和小桶的质量不变，在小车上加放砝码（也需记录好），重复上面的实验步骤，求出相应的加速度，然后画出质量的倒数1/M与加速度a的关系a一1/M图象，从而验证加速度与质量是否成反比．
5．实验注意事项
（1）平衡摩擦力
（2）要保证砂桶（包括砂）的质量远小于小车的质量,
（3）作图时不要画成折线
6．误差剖析
①把砂和小桶的总重力作为小车的拉力，产生的误差是系统误差；②测纸带上打点间距计算加速度可能引起误差；③摩擦力平衡过大或不够可能引起误差．
（三）、验证机械能守恒定律
1．实验目的
验证机械能守恒定律．
2．实验原理
在只有重力做功的自由落体运动中，物体的重力势能和动能互相转化，但总的机械能守恒．若物体从静止下落高度为h时的速度为a，恒有mgh=mv2/2．故只需借助打点计时器，通过纸带测出重物某时刻的下落高度h和该时刻的瞬时速度v，即可验证机械能守恒定律．
3．实验器材
铁架台（带铁夹）、打点计时器、交流电源（与打点计时器配套）、导线、带铁夹的重锤、复写纸、纸带、刻度尺．
4．实验步骤
（1）安装、准备：
按如图装置把打点计时器安装在铁架台上，用导线把打点计时器与学生电源连接好．把纸带的一端在重锤上用夹子固定好，另一端穿过计时器限位孔，用手竖直提起纸带使重锤停靠在打点计时器附近．
（2）实验过程：
先接通电源，后松手让重锤带着纸带自由下落，这样计时器就在纸带上打下了一系列点，并重复以上步骤，得到3—5条打好点的纸带．
（3）选择、计算：
在打好点的纸带中挑选一条点迹清晰且第一、二两点间的距离约为2mm的纸带，在起点标上0，以后各点依次标上1、2、3、4、…，用刻度尺测出对应下落高度h1、h2、h3、h4、…，应用公式vn=（hn+1一hn）／2T计算各点对应的瞬时速度vn.
（4）得出结论：
计算各点对应的重力势能减少量mgh和动能增加量mvn2/2，进行比较，看在误差允许范围内是否一致，从而验证机械能是否守恒．
5．实验注意事项
（1）实验前的准备
①打点计时器安装时应注意，两纸带限位孔必须在同一竖直线上，以减少摩擦阻力．
②重锤应选择质量较大的，从而使重力远大于下落过程中受到的阻力．
（2）实验过程
因为实验要求第一个点对应重锤开始下落的时刻，这就要尽量使每点都要清晰，为此应先接通电源，待打点计时器正常工作后再松开纸带．
（3）测量和数据处理
①测量长度时，都必须从起始点开始，只进行一次刻度对齐，读出各段数值，以减少因测量次数过多而带来的误差．
②实验不用测重锤的质量，只需验证gh是否等于vn2／2即可．
③纸带的选取：
若选第一个点为计时起点（该点速度为零），则应选择第一、二两点间的距离接近2mm且点迹清晰的纸带进行测量；如果纸带开始的点迹不清晰，也可以选择中间的一段来进行验证，所依据的公式是，需要验证的式子是
6．误差剖析
①本实验中因重锤和纸带在下落的过程中要克服阻力做功，故动能的增加量一定略小于重力势能的减少量，这是不可避免的，属于系统误差，改进的方法是调整器材的安装，尽可能地减少阻力．
②本实验的另一误差来源于长度的测量，属于偶然误差．
（四）、研究匀变速直线运动
1．实验目的
（1）学会用打上点的纸带研究物体的运动，并掌握判断物体是否做匀变速直线运动的方法．
（2）能根据打上点的纸带计算做匀变速直线运动物体的速度和加速度．
2．实验器材
电磁打点计时器、纸带、复写纸、低压交流电源、小车、细绳、一端附有定滑轮的长木板、刻度尺、钩码、导线
（2）求瞬时速度
（3）求加速度
4．实验步骤
（1）把一端附有定滑轮的长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，连接好电路，如图甲所示．
（2）把一条细绳拴在小车上，细绳跨过滑轮，并在细绳的另一端挂上合适的钩码，放开小车，小车能在长木板上平稳地加速滑行一段距离，把纸带穿过打点计时器，并把它的一端固定在小车的后面．
（3）把小车停在靠近打点计时器处，先接通电源，再放开小车，让小车运动，打点计时器就在纸带上打下一系列的点，取下纸带，更换新纸带，重复实验多次．
6．实验警示
（1）安装装置
滑轮不能过高，细绳尽可能与木板平行，以确保细绳对小车的拉力不变．
（2）实验过程
①小车应由紧靠打点计时器处开始释放，在撞击长木板末端前应让小车停止运动，防止小车从板上掉下来．
②先接通电源，后让小车运动．
③打点结束后应立即关闭电源．
7．误差剖析
本实验参与计算的量有s和T，因此误差来源是s和T当调整好打点计时器后，由于交流电的频率很稳定，其误差小于0．2Hz，所以可将打点时间误差忽略不计．若测各个s时用最小刻度为1mm的刻度尺，其误差一般不超过0．5mm，若点打得小而清晰，则误差可小于0．2mm．因此我们应选择点打得小而清晰的纸带，且要用最小刻度为lmm的刻度尺，估读到0．1mm．并要求眼睛要正对计数点和刻度尺，以尽量减小误差．
（五）、探究弹力和弹簧伸长的关系
1．实验目的
探究弹力与弹簧伸长的定量关系，并学习所用的科学方法．
2．实验器材
弹簧、直尺、砝码、铁架台等．
3．实验原理
弹簧受到拉力会伸长，平衡时弹簧产生的弹力和所受外力大小相等．这样弹力的大小可以通过测定外力而得出（可以用悬挂砝码的方法给弹簧施加拉力）；弹簧的长度可用刻度尺测出．多测几组弹力F与对应的弹簧伸长量的数据，用列表或作图的方法得出弹力与弹簧伸长的定量关系．
4．实验步骤
（1）安装实验装置如图所示．
弹簧的弹力用F来表示，弹簧原长（自然长度）用L0来表示，测量时弹簧长度用L来表示，弹簧的伸长量用x来表示，则x=L一L。
；
（2）用刻度尺测出弹簧下端不挂砝码时所对应的长度L0；
（3）将弹簧一端固定，另一端挂上砝码（钩码），待弹簧平衡后，记录下弹簧所对应的长度L及砝码的质量，计算砝码的重力．然后改变砝码的质量，再读出几组数据．并将数据记录在表格中
5．处理数据、探究结论
（1）建立直角坐标系，以F为纵轴，X为横轴，根据测量数据作出F一X图象．
（2）按照F一X图象中各点的分布与走向，作出一条平滑的曲线（包括直线）．所画的点不一定正好在这条曲线上，但要注意使曲线两侧的点的数量大致相同．尝试写出曲线代表的函数表达式，首先尝试F一X是否为一次函数，如果不是则考虑二次函数或其他函数．
（3）解释函数表达式中常数的物理意义．
6．实验警示
（1）测量有关长度时，应区别弹簧原长L0、实际长度L及伸长量X三者之间的不同，明确三者之间的关系．
（2）描线的原则是尽量使各点落在画出的线上，可允许少数点分布于线两侧，描出的线不应是折线，而应是平滑的曲线．
7．误差剖析
（1）由于弹簧自身重力的影响，不挂砝码时弹簧的长度略大于弹簧的自然长度；
（2）读取刻度时存在偶然误差；
（3）描点作图线时存在误差．
（六）、探究动能定理
1．实验目的
探究力对物体做的功与物体速度的关系．
2．实验器材
木板、小车、橡皮筋、打点计时器及交流电源、纸带、刻度尺等．
3．实验原理
采用如图所示装置，让小车在橡皮筋作用下弹出，使小车获得速度后沿木板匀速滑行。
当用一条橡皮筋弹出时对小车做的功记为形，则用两条、三条……完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次……实验，每次橡皮筋都拉伸到同一位置释放时，实验中橡皮筋对小车做的功就是第l次的2倍（2W）、3倍（3W）……．橡皮筋每次实验做的功使小车获得的速度根据打点计时器打出的纸带得到．当得出若干组功和速度的数据后，以橡皮筋对小车做的功为纵坐标，分别以小车获得的速度v、v2、为横坐标，以第l次实验时的功W为单位，用描点法分别作出W一V、W一V2、W一曲线，分析曲线，得出橡皮筋对小车做的功与小车获得速度的定量关系．
4．实验步骤
（2）平衡摩擦力：
（3）把小车的另一端与一条橡皮筋的中点连接，向后拖动纸带，并记下此时小车的位置．然后接通电源，放开小车，将得到的纸带标号为l．
（4）换上新纸带，橡皮筋分别采用两条、三条、四条……，重复步骤（3），将纸带标号2、3、4……
6．实验警示
（1）每次实验中小车要拖动到同一位置．
（2）长木板要倾斜，使小车能在长木板上匀速运动．
（3）实验中不用测小车的质量．
（4）实验中测定的速度应是橡皮筋恢复形变以后小车的速度，所以应选用那些间距较大，且相对均匀的点来测量和计算．
7．误差剖析
①每个橡皮筋的劲度系数不同和每次拉伸的长度不完全一致，造成橡皮筋对小车做的功不是整数倍关系引起误差；
②不完全平衡摩擦力或平衡摩擦力过大，造成实验中除橡皮筋的拉力做功外，还有其他力做功，并由此造成最末阶段纸带上点的间隔不均匀而引起测量速度的误差．
（七）、探究单摆的运动、用单摆测定重力加速度
1．实验目的
（1）学会用单摆测定当地的重力加速度．
（2）加深对单摆振动周期公式的理解．
（3）学会使用秒表．
2．实验原理
当偏角很小时，可认为单摆做简谐运动，其运动周期与偏角的大小及摆球的质量无关，因此，只要测出摆长L和振动周期T，就可以求出当地重力加速度g的值．
处理数据有两种方法：
（1）公式法：
测出30次或50次全振动的时间t，利用T=t/n求出周期；不改变摆长，反复测量三次，算出三次测得周期的平均值，然后利用公式求重力加速度．
（2）图象法：
分别测出一系列摆长L对应的周期T，作L一T2的图象．图象应是一条通过原点的直线，求出图线的斜率K，即可利用g=4π2K。
求得重力加速度的值．
3．实验器材
带有铁夹的铁架台、中心有小孔的金属小球、不易伸长的细线（约1米）、秒表、带毫米刻度的米尺和游标卡尺．
4．实验步骤
（1）让细线的一端穿过金属小球的小孔，然后打一个比小孔大一些的线结，制成单摆．
（2）把细线的上端用铁夹固定在铁架台上，把铁架台放在实验桌边，使铁夹伸到桌面以外，让摆球自然下垂，在单摆平衡位置处做上标记，如图所示．
（3）用米尺量出摆线长度L’，精确到毫米，用游标卡尺测出摆球的直径，即得出金属小球半径r，计算出摆长L=L’+r．
（4）把单摆从平衡位置处拉开一个很小的角度（不超过l00），然后放开金属小球，让金属小球摆动，待摆动平稳后测出单摆完成30～50次全振动所用的时间t，计算出金属小球完成一次全振动所用时间，这个时间就是单摆的振动周期，即T=t/n（n为全振动的次数），
反复测3次，再算出周期的平均值．
（5）根据单摆振动周期公式算出重力加速度g
（6）改变摆长，重做几次实验，计算出每次实验的重力加速度值，求出它们的平均值，即为当地的重力加速度值．
5．实验警示
（1）实验用的单摆要符合理论要求，即线要细、轻、不易伸长，如用单根尼龙线、胡琴丝弦或蜡线等，一般长约1m；小球应选用体积小、质量大（密度大）的金属球，直径最好不超过2cm；单摆最大偏角不超过100．
（2）单摆悬线上端不可随意卷在铁夹的杆上，应夹紧在铁夹中，以免摆动时发生摆线下滑、摆长改变的现象．
（3）测摆长时，应注意是摆线长与小球半径之和，不能只测摆线长作为摆长．
（4）测周期时，应从摆球经过平衡位置（即最低点）时开始计时，摆球从同一方向通过平衡位置时进行计数。
（5）摆球摆动时，要保持在同一竖直平面内，不能使之产生圆锥摆。
6．误差剖析
（1）本实验系统误差主要来源于单摆模型本身是否符合要求．即球、线是否符合要求，振动是圆锥摆还是在同一竖直平面内摆动以及测量哪段长度作为摆长等．
（2）本实验偶然误差主要来自时间（即单摆周期）的测量上，因此要注意测准时间（周期）；其次，来自摆长的测量上，要测准摆长．
20XX年高中物理《力学实验分类精析》
测长仪器
1、（丰台区）15．（6分）有一游标卡尺，主尺的最小分度是1mm，游标上有20个小的等分刻度。
用它测量一小球的直径，如图1所示的读数是mm。
用螺旋测微器测量一根金属丝的直径，如图2所示的读数是 mm。
2、（宣武区2013学年度第一学期期末质量检测）11（4分）甲、乙、丙三位同学在使用不同的游标卡尺测量同一个物体的长度时，测量的结果分别如下：
甲同学：
使用游标为50分度的卡尺，读数为120.45mm
乙同学：
使用游标为20分度的卡尺，读数为120.4mm
丙同学：
使用游标为10分度的卡尺，读数为120.4mm
从这些实验数据中可以看出读法正确的是。
3．（南通、扬州、泰州三市二检）
（1）如下图所示，甲图中游标卡尺的读数为________mm，乙图中螺旋测微器的读数为________mm
4．（盐城二检）
（1）某学生用螺旋测微器在测定某一金属丝的直径时，测得的结果如图甲所示，则该金属丝的直径d= ▲ mm。
另一位学生用游标尺上标有20等分刻度的游标卡尺测一工件的长度，测得的结果如图乙所示，则该工件的长度L= ▲ cm。
5.（南通一检）⑴有一游标卡尺，主尺的最小分度是1mm，游标上有20个小的等分刻度。
用它测量一工件的长度，如图甲所示，图示的读数是▲mm；
答案：
⑴104.05（或104.10也得分）
6.（汕头）
（1）图中螺旋测微器的读数是______mm．
一、验证力的平行四边形定则
1、在《验证力的平行四边形定则》的实验中，橡皮条的一端固定在木板上，用两个弹簧秤把橡皮的另一端拉到某一确定的O点，以下操作中错误的是（）
A.同一次实验过程中，O点的位置不允许变动
B.实验中，弹簧秤必须保持与木板平行，读数时视线要正对弹簧秤刻度
C.实验中，先将其中一个弹簧秤沿某一方向拉到最大量程，然后只需调节另一弹簧秤的大小和方向，把橡皮条的另一端拉到O点
D.实验中，把橡皮条的另一端拉到O点时，两个弹
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