高中物理力学实验课件.ppt

1、高中物理力学实验 一、误差和有效数字一、误差和有效数字 1.1.误差：测量值与真实值的差异叫做误差。误差误差：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。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。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。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

2、某一次测得的数值更接近于真实值。这个平均值比某一次测得的数值更接近于真实值。2.2.有效数字：带有一位不可靠数字的近似数字，有效数字：带有一位不可靠数字的近似数字，叫做有效数字。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、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。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。刻度尺、弹簧秤、温度表、

3、电流表、电压表。*凡是最小刻度是凡是最小刻度是10分度的，要求读到最小刻度后分度的，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）。再往下估读一位（估读的这位是不可靠数字）。*凡是最小刻度不是凡是最小刻度不是10分度的，只要求读到最小刻分度的，只要求读到最小刻度的这一位，不再往下估读。度的这一位，不再往下估读。二、基本测量仪器使用二、基本测量仪器使用 例例1 上面左图中被测量物体的长度为上面左图中被测量物体的长度为_cm。右上图中当选用右上图中当选用3V量程时量程时 电压表读数为电压表读数为_V,当选用当选用15V量程时电压表量程时电压表 度数为度数为_V。右下图右下图 中秒表的示

4、数为中秒表的示数为_分分_秒。秒。0123456789100123V051015031233435637839411043121445164718492051225324265557285901267891011345121314051001游标卡尺的构造尺身尺身内测量爪内测量爪紧固螺钉紧固螺钉主尺主尺外测量爪外测量爪游标尺游标尺深度尺深度尺051001主尺的每一小格为：主尺的每一小格为：1mm1mm游标尺的每一小格为：游标尺的每一小格为：0.9mm0.9mm0.9mm1mm051001L81mm80.9mmL=81-80.9=80.1mmLx=L0+L=4+80.1=4.8mmL001020

5、0123游标尺最小刻度为：游标尺最小刻度为：19/20mm19/20mm读数为：读数为：9.50mm9.50mm01234567890012345678910游标尺最小刻度为：游标尺最小刻度为：49/50mm49/50mm读数为：读数为：19.24mm19.24mm05100123游标尺最小刻度为：游标尺最小刻度为：19/10mm19/10mm读数为：读数为：5.6mm5.6mm按照有效数字规则读出以下各游标尺的测量值.读数为读数为_cm._cm.读数为读数为_mm._mm.读数为读数为_m._m.读数为读数为_cm._cm.读数为读数为_cm._cm.3.螺旋测微器*固定刻度上的最小刻度为半

6、毫米（在中线的上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）半毫侧）；可动刻度每旋转一圈前进（或后退）半毫米。米。152051002025301510n在可动刻度的一周上平均刻有在可动刻度的一周上平均刻有5050条刻线，所条刻线，所以每两条刻线间代表以每两条刻线间代表0.01mm0.01mm。读数时，从主尺。读数时，从主尺上读取整、半毫米树，然后从可动刻度上读取上读取整、半毫米树，然后从可动刻度上读取剩余部分（因为是剩余部分（因为是1010分度，所以在最小刻度后分度，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，还应该再估读一位），再把两部分读数相加

7、，得测量值。得测量值。n右图中的读数应该是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的交流电，所以打相邻两个点的时间间隔是间隔是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，（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中的砝码和游标共同读

8、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）。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，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（最小刻度为0.02g，不是，不是10分度，因此只读分度，因此只读到到0.02g这一位这一位）。三、基本物理量的测定三、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，电动势和内电阻、玻璃的折射率等。

9、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。通过计算或作图的方法，得到待测物理量的值。1.1.用单摆测定重力加速度。用单摆测定重力加速度。*摆长的测量：让单摆自由下垂，用

10、米尺量出悬线摆长的测量：让单摆自由下垂，用米尺量出悬线长长L L/（读到（读到0.1mm0.1mm），用游标卡尺量出摆球直径），用游标卡尺量出摆球直径（读到（读到0.1mm0.1mm）算出半径）算出半径r r，摆长，摆长L=LL=L/+r+r*开始摆动时摆角要小于开始摆动时摆角要小于5 50 0；不要使摆动成为圆锥；不要使摆动成为圆锥摆。摆。*从摆球通过最低点时开始计时，测出单摆做从摆球通过最低点时开始计时，测出单摆做5050次次全振动所用的时间，算出周期的平均值全振动所用的时间，算出周期的平均值T T。*改变摆长重做几次实验，计算每次实验得到的重改变摆长重做几次实验，计算每次实验得到的重力加

11、速度，再求这些重力加速度的平均值。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。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；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，以将玻璃板放在坐标纸上，以1cm边长的正方

12、形为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单位，用四舍五入的方法数出油膜面积的数值S（以（以cm2为单位）。为单位）。*由由d=V/S算出油膜的厚度，即分子直径的大小。算出油膜的厚度，即分子直径的大小。四四.研究性和验证性实验研究性和验证性实验1.研究匀变速直线运动。研究匀变速直线运动。2.研究平抛物体的运动。研究平抛物体的运动。4.验证牛顿第二定律验证牛顿第二定律。5.验证动量守恒定律验证动量守恒定律。6.验证机械能守恒定律。验证机械能守恒定律。3.验证力的平行四边形法则验证力的平行四边形法则 1.1.研究匀变速直线运动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

13、纸带中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，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从便于测量的地方取一个开始点O，然后每，然后每5个点个点取一个计数点取一个计数点A、B、C、D、E、F。测出相邻。测出相邻计数点间的距离计数点间的距离S1、S2、S3、S4、S5、S6*求任一计数点的即时速度求任一计数点的即时速度v：如：如 （其中（其中T=50.02s=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

14、加速度a。23216549Tssssssa223Tssat/sv/ms-10 T 2T 3T 4T 5T 6T2.研究平抛物体的运动。研究平抛物体的运动。*斜槽末端的切线必须水平。斜槽末端的切线必须水平。*用重锤线检验坐标纸上的竖用重锤线检验坐标纸上的竖直线是否竖直。直线是否竖直。*以斜槽末端所在的点为坐标以斜槽末端所在的点为坐标原点。原点。*如果是用白纸，则应以斜槽如果是用白纸，则应以斜槽末端所在的点为坐标原点，在末端所在的点为坐标原点，在斜槽末端悬挂重锤线，以重锤斜槽末端悬挂重锤线，以重锤线方向为线方向为y y轴方向，再用直角轴方向，再用直角三角板画出水平线作为三角板画出水平线作为x x轴

15、，轴，建立直角坐标系。建立直角坐标系。*每次小球应从斜槽上的同一每次小球应从斜槽上的同一位置由静止开始下滑。位置由静止开始下滑。例例2.右图为小球平抛过程的频闪照片，闪光频率为右图为小球平抛过程的频闪照片，闪光频率为f=20HZ,求：求：背景小正方形的边长背景小正方形的边长a 平抛的初速度平抛的初速度v0 小球小球C点时的即时速度点时的即时速度vcABCDE3、验证力的平行四边形法则、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

16、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。4.4.验证牛顿第二定律验证牛顿第二定律。*研究对象是小车（和小车上的砝码）。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只有小车和小车上的砝码的总质量M M远大远大于砂和砂桶的总质量于砂和砂桶的总质量m

17、 m时，才能认为细线对时，才能认为细线对小车的拉力大小小车的拉力大小F F等于砂和砂桶的总重量等于砂和砂桶的总重量mgmg。*实验前必须平衡摩擦力。平衡摩擦力时小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，但小车后必须带纸车前不能和砂桶相连，但小车后必须带纸带。带。*保持小车和小车上的砝码的总质量保持小车和小车上的砝码的总质量m m不变，不变，改变改变F F多做几次实验，由纸带算出和每个多做几次实验，由纸带算出和每个F F对应的对应的a a，作出，作出a-Fa-F图象，应该是过原点的图象，应该是过原点的直线。这证明直线。这证明aFaF。*保持砂和砂桶的总质量不变，即保持砂和砂桶的总

18、质量不变，即F F不变，不变，改变改变M M多做几次实验，由纸带算出和每个多做几次实验，由纸带算出和每个M M对应的对应的a a，作出，作出a-1/Ma-1/M图象，也应该是过原图象，也应该是过原点的直线。这证明点的直线。这证明a1/Ma1/M。例现备有下列器材：例现备有下列器材：A A带有定滑轮的长木板带有定滑轮的长木板 B B实验小车实验小车(质量约为质量约为360g)C360g)C6V6V蓄电池蓄电池 D D打点计时器打点计时器 E.E.纸带纸带 F F钩码若干个钩码若干个(每个钩码的质量为每个钩码的质量为50g)G50g)G砂和砂桶砂和砂桶 H H刻度尺刻度尺 L L天平天平 J J秒

19、表秒表 K K导线导线(1)(1)做验证牛顿第二定律的实验，以上器材中多余的是做验证牛顿第二定律的实验，以上器材中多余的是 (填代号字母填代号字母)，缺少的是，缺少的是 。(2)(2)某同学在验证加速度与外力成正比时，保持实验小车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的质量一定(约约360g)360g)，用钩码代替砂和砂桶，用钩码代替砂和砂桶(每个钩码每个钩码的质量为的质量为50g)50g)，通过改变所悬挂钩码的个数来改变外，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

20、出来加挂在原钩钩码，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码下在所挂钩码为1 1个、个、2 2个、个、3 3个个时，得到一系时，得到一系列记录纸带，并由此得到对应的加速度列记录纸带，并由此得到对应的加速度a a1 1，a a2 2，a a3 3，然后以然后以(a(an n，nmgnmg)(n)(n为钩码个数，为钩码个数，m m为每个钩码的质量为每个钩码的质量，a an n为对应的加速度为对应的加速度)为点的坐标在为点的坐标在a aF F图象中描点，得图象中描点，得到的图象应是下列图中的到的图象应是下列图中的。(3)(3)在记录的纸带中有一条纸带如上图所示，在在记录的纸带中有一

21、条纸带如上图所示，在1 15 5的的计数点中，每相邻两个计数点中间还有四个计数点未计数点中，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画出，所用交流电源的频率为50Hz50Hz现测得现测得l l、2 2两点两点到到0 0点的距离分别为点的距离分别为s sl l1.24cm1.24cm，s s2 2=3.64cm=3.64cm，计数点，计数点4 4、5 5到到0 0点的距离分别为点的距离分别为s s4 4=12.05cm=12.05cm，s s5 5=18.05cm=18.05cm则该则该纸带所记录的物体的加速度大小为纸带所记录的物体的加速度大小为 m ms s2 2(4)(

22、4)在验证物体的加速度与外力成正在验证物体的加速度与外力成正比时，用若干个钩码比时，用若干个钩码(每个钩码的每个钩码的质量为质量为50g)50g)代替砂和砂桶，且使实代替砂和砂桶，且使实验原理正确并取得良好的实验效果验原理正确并取得良好的实验效果?请叙述操作方法请叙述操作方法5.验证动量守恒定律验证动量守恒定律。*由于由于v1、v1/、v2/均为水平方均为水平方向，且它们的竖直下落高度都向，且它们的竖直下落高度都相等，所以它们飞行时间也相相等，所以它们飞行时间也相等，若以该时间为时间单位，等，若以该时间为时间单位，那么小球的水平射程的数值就那么小球的水平射程的数值就等于它们的水平速度。在右图等

23、于它们的水平速度。在右图中分别用中分别用OP、OM和和O/N表示。表示。因此只需验证：因此只需验证：m1OP=m1OM+m2(O/N-2r）即可。即可。*必须以质量较大的小球作为入射小球。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。的平均位置。*所用的仪器有：天平、刻度尺、游标卡尺（测小所用的仪器有：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、球直径）、碰撞实验器、复写纸、白纸、重锤、两个直径相同质

24、量不同的小球。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，于是验证小球都将从斜槽末端开始做平抛运动，于是验证式就变为：式就变为：m m1 1OP=mOP=m1 1OM+mOM+m2 2ONON，两个小球的直径也不，两个小球的直径也不需测量了。需测量了。6.验证机械能守恒定律。验证机械能守恒定律。*验证自由下落过程中机械能守恒，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。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，且多做几次实验，选点迹清楚，且第一、二两点间距离接近第一、二两点间距离接近2mm的的纸带进行测量。纸带进行测量。01 2 3 4 5