高中物理第2輪復(fù)習(xí) 專題6 第1講 力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)實(shí)驗(yàn)課件

一、誤差和有效數(shù)字一、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?。慌既徽`差是測量、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減小誤差 2有效數(shù)字 有效數(shù)字的最后一位是測量者估讀出來的，是誤差的來源 二、高中物理實(shí)驗(yàn)所涉及基本方法二、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)涉及的主要是以下方法： 1設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)原理 (1)控制變量法控制變量法如：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、偏角和擺球質(zhì)量的關(guān)系控制 (2)近似替代法近似替代法用伏安法測電阻時(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)等效替代法等效替代法某些量不易測量，可以用較易測量的量替代，從而簡化實(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量，在將整個(gè)平拋時(shí)間定為時(shí)間單位后，速度的測量就轉(zhuǎn)化為對(duì)水平位移的測量了 (4)留跡法留跡法把瞬息即逝的現(xiàn)象(位置、軌跡等)記錄下來如通過紙帶上打出的小點(diǎn)記錄小車的位置，例如研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)、驗(yàn)證機(jī)械能守恒、用描跡法畫出平拋物體的運(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)多次測量法多次測量法多次測量法減小偶然誤差，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)積累法積累法一些小量直接測量誤差較大，可以累積起來測量，以減小誤差“用單擺測定重力加速度”的實(shí)驗(yàn)中，為了減小周期的測量誤差，不是測量完成一次全振動(dòng)的時(shí)間，而是測量完成3050次全振動(dòng)的時(shí)間 3處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) (1)列表法列表法在記錄和處理數(shù)據(jù)時(shí)，常常將數(shù)據(jù)列成表格數(shù)據(jù)列表可以簡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)中最常用的方法之一，其優(yōu)點(diǎn)是直觀、簡便且有取平均的效果可以由圖線的斜率、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)平均值法平均值法現(xiàn)行教材中只介紹算術(shù)平均值，即把測定的數(shù)據(jù)相加求和，然后除以測量的次數(shù)必須注意的是，求平均值時(shí)應(yīng)該按測量儀器的精確度決定應(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量數(shù)據(jù)，具有較好的取平均的效果 類型一：長度的測量類型一：長度的測量【例1】(2010安徽卷)在測定金屬的電阻率實(shí)驗(yàn)中，用螺旋測微器測量金屬絲的直徑，示數(shù)如圖611所示，讀數(shù)為mm.圖611【解析】0.5mm+11.70.01mm=0.617mm【變式題】如圖612，讀出下列螺旋測微器測量的讀數(shù)： 圖612答案：(1)0.642mm (2)10.294mm 類型二：類型二：“紙帶類紙帶類”實(shí)驗(yàn)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4V6V，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)，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測量計(jì)數(shù)點(diǎn)間距離為了測量、計(jì)算的方便和減小偶然誤差的考慮，測量距離時(shí)不要分段測量，盡可能一次測量完畢，即測量計(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)： 1234561212323434545651234512ssssssssssssssssssssssssss若 、 、 、 、 、 基本相等，則可判定物體在實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi)做勻速直線運(yùn)動(dòng)設(shè)，若、基本相等，則可判定物體在實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi)做勻變速直線運(yùn)動(dòng)圖613 (3)測定第n點(diǎn)的瞬時(shí)速度物體做勻變速直線運(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)速度即測出第n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：4542ssvT 1234562456123246 1 3()(3 )TsssssssssssssaTaT 測定做勻變速直線運(yùn)動(dòng)物體的加速度，一般用逐差法求加速度將如圖所示的連續(xù)相等時(shí)間間隔 內(nèi)的位移 、 、 、 、 、 分成兩組，利用可得：，就是所測定做勻變速直線運(yùn)動(dòng)物體的加速度若為奇數(shù)組數(shù)據(jù)則將其中一組去掉，然后再將數(shù)據(jù)分組利用逐差法求解【例2】某同學(xué)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測量做勻加速直線運(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，sD=624.5mm圖614若無法再做實(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_s.(2)打C點(diǎn)時(shí)物體的速度大小為_m/s(取2位有效數(shù)字)(3)物體的加速度大小為_(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=50.02s=0.1s. 222222222.5m/s23223()2 ()(32)375DBCDBBADBAssvTaTBCABaTCDBCaTABaTBDABaTsssssssfaT 勻加速運(yùn)動(dòng)的位移特征是相鄰的相等時(shí)間間隔內(nèi)的位移以均勻增大，有，所以 2(32)1 0.02s2 2.5m/s375DBAsssf 【答案】【變式題】在“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 pk12OCEEg起始點(diǎn) 到打下 點(diǎn)的過程中，重錘重力勢能的減少量為 ，重錘動(dòng)能的增加量為根據(jù)題中提供的條件，還可利用重錘下落求出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?，經(jīng)過計(jì)算可知，測量值比當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊恼鎸?shí)值要小，其主要原因是：01mg ss2212()32m ssf2214ssf 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) 類型三：用圖象法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)類型三：用圖象法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 【例3】(2011全國新課標(biāo))利用圖616所示的裝置可測量滑塊在斜面上運(yùn)動(dòng)的加速度一斜面上安裝有兩個(gè)光電門，其中光電門乙固定在斜面上靠近底端處，光電門甲的位置可移動(dòng)，當(dāng)一帶有遮光片的滑塊自斜面上滑下時(shí)，與兩個(gè)光電門都相連的計(jì)時(shí)器可以顯示出遮光片從光電門甲至乙所用的時(shí)間t.改變光電門甲的位置進(jìn)行多次測量，每次都使滑塊從同一點(diǎn)由靜止開始下滑，并用米尺測量甲、乙之間的距離s，記下相應(yīng)的t值；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)過光電門乙時(shí)的瞬時(shí)速度v1、測量值s和t四個(gè)物理量之間所滿足的關(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)紙上畫出 t圖線；st圖617 (3)由所畫出的圖線，得出滑塊加速度的大小為a=_m/s2 (保留2位有效數(shù)字)(2)找點(diǎn)畫出圖象即可得出，如圖所示 20010211121.2vsv tatvvatsvtat選滑塊從初始至光電門甲的運(yùn)動(dòng)過程：設(shè)至光電門甲時(shí)的速度為 ，由，得【解析】 23122m/s .aa 由圖線斜率的物理意義可得斜率絕對(duì)值為可得 21111()222.0(1.1282.2)3satvsatvtt 寫成也【答案】可見解析答案在范圍內(nèi)都可【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?圖象的連線不一定通過所有的數(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)軸使圖線線性化，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)挖掘圖線的蘊(yùn)涵的信息(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、托盤和砝碼等器材來測定滑塊和軌道間的動(dòng)摩擦因數(shù).滑塊和托盤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，托盤和盤中砝碼的總質(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運(yùn)動(dòng)，重力加速度g取10m/s2.圖618(1)為測量滑塊的加速度a，須測出它在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22st(2)根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律得到a與m的關(guān)系為：(1)()gamgMmm他想通過多次改變m，測出相應(yīng)的a值，并利用上式來計(jì)算.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，由此可知=_ (取兩位有效數(shù)字)0.23(0.210.25)圖619 221122(1)2()(1)ABssatatgamgamMmmgmmMmmmm滑塊在水平軌道上從 到 做初速為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，根據(jù)得，所以需要測量的是位移和時(shí)間由，若要求 是 的一次函【數(shù)必須使不變，即使不變，在增大時(shí)等量減小，所以實(shí)驗(yàn)中應(yīng)將從托盤中取出的砝碼置于解析】滑塊上 1212(1)30.23(0.210.25)agaggkkMmmmm將取為 ，有，在圖象上取兩點(diǎn)將坐標(biāo)代入解得在到之間是正確的 類型四：測量方法的應(yīng)用類型四：測量方法的應(yīng)用【例4】(2011全國大綱卷)在“油膜法估測油酸分子的大小”實(shí)驗(yàn)中，有下列實(shí)驗(yàn)步驟：往邊長約為40cm的淺盤里倒入約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)定將畫有油膜形狀的玻璃板平放在坐標(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小 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 將玻璃板放在淺盤上，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_. (填寫步驟前面的數(shù)字) (2)將1cm3的油酸溶于酒精，制成300cm3的油酸酒精溶液；測得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_m.(結(jié)果保留1位有效數(shù)字)VdS【解據(jù)析根】可得【答案】(1)(如果放在之前的其他位置也正確)(2)51010【變式題】(2011天津卷)(1)某同學(xué)利用測力計(jì)研究在豎直方向運(yùn)行的電梯運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，他在地面上用測力計(jì)測量砝碼的重力，示數(shù)是G.他在電梯中用測力計(jì)仍測量同一砝碼的重力，發(fā)現(xiàn)測力計(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)用螺旋測微器測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(1.7041.708均可)圖6110 (3)某同學(xué)用大頭針、三角板、量角器等器材測半圓形玻璃磚的折射率，開始玻璃磚的位置如圖6110乙中實(shí)線所示，使大頭針P1、P2與圓心O在同一直線上，該直線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)到圖中虛線位置時(shí)，上述現(xiàn)象恰好消失，此時(shí)只需測量出 _，即可計(jì)算出玻璃磚的折射率，請(qǐng)用你的方法表示出折射率n= .O玻璃磚直徑邊繞 點(diǎn)轉(zhuǎn)過的角度1sin【解析】(1)測力計(jì)的示數(shù)小于G，處于失重狀態(tài)，有向下的加速度，所以是減速上升或加速下降 (2)主尺讀數(shù)：1.5mm，套筒讀數(shù)：0.2040.208均可，所以讀數(shù)為1.5mm+0.2040.208mm=1.7041.708mm.“”1.sinOn (3)當(dāng)玻璃磚轉(zhuǎn)過 角時(shí)恰好發(fā)生全反射，所以須測量出 玻璃磚直徑邊繞 點(diǎn)轉(zhuǎn)過的角度，則此時(shí)恰好發(fā)生全反射，所以