2016年高考物理复习 专题十二 力学实验
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(2) 4IL
考点 2 纸带类问题
一、基础知识梳理 1.计时点与计数点 要区别打点计时器打出的点与人为选取的计数点之间 的区别与联系,为便于测量和计算,一般每五个点取一个计 数点,这样时间间隔 Δt=0.02×5 s=0.1 s.
2.求瞬时速度的方法 利用做匀变速运动的物体在一段时间内的平均速度等 于中间时刻的瞬时速度.如图所示,求打某一点的瞬时速 度,只需在这一点的前后各取相同时间间隔T的两段位移xn 和xn+1,则打n点时的速度vn=xn+2Txn+1.
(1)小车做____________运动. (2)当打计数点3时,小车的速度为________m/s. (3)小车的加速度为________ m/s.
解析:(1)因为电源频率为50
Hz,则打点周期T′=
1 f
=0.02 s,每相邻两个计数点之间有四个点未画出,所以得
到相邻计数点间的时间间隔T=5T′=0.1 s.设相邻计数点
3.在测定匀变速直线运动的加速度的实验中,用打点 计时器记录纸带运动的时间,计时器所用电源的频率为50 Hz,如图所示为小车带动的纸带上记录的一些点,在每相 邻的两点中间都有四个点未画出.按时间顺序取0、1、2、 3、4、5六个点,用刻度尺量出1、2、3、4、5点到0点的距 离如图所示.试求(均保留四位有数数字):
(2)螺旋测微器的读数: 测量值=固定刻度整毫米数+半毫米数+可动刻度读 数(含估读)×0.01 mm. 2.时间测量类 (1)机械秒表的读数: ①原理:机械秒表的长针是秒针,转一周是30 s,因 为机械表采用的是齿轮传动,指针不可能停留在两小格之 间,所以不能估读出比0.1 s更短的时间.位于秒表上部中 间的小圆圈里面的短针是分针,指针走一圈15 min,每小 格为0.5 min.
同理得v5=0.203 0 m/s 作出v-t图象如图所示,其斜率即为小车的加速度, 由图象得a=-1.502 m/s2.
2016年高考物理复习 专 题十二 力学实验
一、误wk.baidu.com与有效数字
1.误差
误差
产生原因
系统 误差
实验仪器不精密 实验原理不完善
实验方法粗糙
偶然 测量、读数不准确
误差
大小特点 总是偏大 或偏小
忽大忽小
减小方法 更新仪器 完善实验
原理 画图象或 取平均值
2.有效数字 (1)定义:带有一位不可靠数字的近似数据.有效数字 的最后一位是测量者估读出来的,是误差的来源. (2)从数字左边第一个不为零的数字算起,如0.012 5为 三位有效数字. 二、基本仪器的使用与读数 1.长度测量类 (1)游标卡尺的读数:
(1)由上图读得圆柱体的直径为________mm,长度为 ________cm.
(2)若流经圆柱体的电流为I,圆柱体两端之间的电压为 U,圆柱体的直径和长度分别用D、L表示,则用D、L、 I、U表示的电阻率的关系式为ρ=________.
答案:(1)1.844(或1.842~1.846范围内均可) 4.240 πD2U
(1)部分实验步骤如下: A.测量完毕,关闭电源,取出纸带 B.接通电源,待打点计时器工作稳定后放开小车 C.将小车停靠在打点计时器附近,小车尾部与纸带 相连 D.把打点计时器固定在平板上,让纸带穿过限位孔 上述实验步骤的正确顺序是:________(用字母填 写).
(2)图(b)中标出的相邻两计数点的时间间隔T= ________s.
(2)对图 a:固定刻度示数为 2.0 mm,不足半毫米的从 可动刻度上读的示数为 15.0,最后的读数为:2.0 mm+ 15.0×0.01 mm=2.150 mm.
对图b:b金属丝的直径为4.8×0.01 mm=0.048 mm. 【答案】 (1)17.7 23.85 (2)2.150 0.048
(2)根据匀变速直线运动的规律可得 v3=x32+Tx4=5.79+24×.209.1×10-2 m/s=0.504 0 m/s (3)可用两种方法: ①利用“逐差法” a1=x43-T2x1=4.29-3×8.708.1×2 10-2 m/s2≈-1.497 m/s2 a2=x53-T2x2=2.78-3×7.300.1×2 10-2 m/s2≈-1.507 m/s2 a =a1+2 a2=-1.4972+1.507 m/s2=-1.502 m/s2
游标卡尺的读数应注意以下几点: (1)看清精确度 例如(如图所示)
易错读成11 mm+4×0.1 mm=11.40 mm.
正确的应为11.4 mm,游标卡尺不需估读,后面不能随 意加零,也不能随意去零.
例如(如图所示)
易错读成10 mm+12×0.05 mm=10.6 mm,正确的应 为10.60 mm.
2.计算点间的距离 计数点间距离的给定有两种:相邻点间距离和各计数 点到O点的距离,计算时后者要先转换为前者,如框图所 示.
3.常见错误 对纸带进行数据处理时,常见的错误有:(1)误认为T =0.02 s,没有注意到图中相邻计数点之间有几个点没画 出. (2)没有进行单位换算,图中各数据的单位都是cm,应 当换算为m.
解析:根据游标卡尺读数规则,该圆柱体的长度为49 mm+2×0.05 mm=49.10 mm,根据螺旋测微器读数规 则,圆柱体横截面的直径为4.5 mm+20.2×0.01 mm= 4.702 mm.
答案:49.10 4.702
2.(2014·海南卷)现有一合金制成的圆柱体.为测量该 合金的电阻率,现用伏安法测量圆柱体两端之间的电阻, 用螺旋测微器测量该圆柱体的直径,用游标卡尺测量该圆 柱体的长度.螺旋测微器和游标卡尺的示数如图(a)和图(b) 所示.
(2)区分零刻度与标尺最前端 例如(如图所示)
易错读成13 mm+10×0.05 mm=13.50 mm 正确读数为14 mm+10×0.05 mm=14.50 mm
1.在“测金属的电阻率”的实验中,分别用游标卡尺 和螺旋测微器测出用金属材料制成的一段圆柱体的长度和 横截面的直径如图所示.则该圆柱体的长度为 ________mm,横截面的直径为________mm.
(3)计数点5对应的瞬时速度大小计算式为v5= ________.
(4)为了充分利用记录数据,减小误差,小车加速度大 小的计算式应为a=________.
【解析】 本题是研究小车做匀变速直线运动的实 验,根据一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度 及利用逐差法求加速度解决问题.
(1)实验步骤的正确顺序是D、C、B、A. (2)电源的工作频率f=50 Hz,所以打点周期T0=1f=510 s=0.02 s,相邻两计数点的时间间隔T=5T0=0.1 s.
(4)图象法: ①由vn=xn+2Txn+1,求出相应点的速度. ②确定各计数点的坐标值(v1,T)、(v2,2T)、…(vn, nT). ③画出v-t图象,图线的斜率为物体做匀变速直线运 动的加速度. 4.利用纸带判断物体做匀变速直线运动的方法
(1)若相邻两计数点之间的距离满足Δx=x2-x1=x3-x2 =…=xn-xn-1=恒量(aT2),说明物体做匀变速直线运 动.
二、易错易混归纳 1.游标卡尺在读数时注意区分卡尺的精度. 2.螺旋测微器在读数时,注意区别整刻度线与半毫米 刻度线,注意判断半毫米刻度线是否露出.
【例1】 (1)如图(1)所示的两把游标卡尺,它们的游 标卡尺从左至右分别为9 mm长10等分、19 mm长20等分, 它们的读数依次为________mm,________mm.
1.利用纸带判定物体运动的性质 (1)若s1、s2、s3…基本相等,则可判定物体在实验误差 允许的范围内做匀速直线运动. (2)利用s1、s2、s3…可以计算出在相邻相等时间间隔内 物体的位移差s2-s1、s3-s2、s4-s3,…,如果它们在实验 误差允许的范围内相等,则可以判定物体做匀变速直线运 动.
考点 1 游标卡尺和螺旋测微器的读数
一、基础知识梳理 1.游标卡尺在读数时先确定各尺的分度,把数据读成以 毫米为单位的,先读主尺数据,再读游标卡尺数据,最后两数 相加. 2.游标卡尺读数时不需要估读. 3.螺旋测微器读数时,要准确到 0.01 mm,估读到 0.001 mm,结果若用 mm 做单位,小数点后必须保留三位数字.
3.利用纸带求加速度的方法
(1)利用a=
Δx T2
求解:在已经判断出物体做匀变速直线
运动的情况下可利用Δx=xn+1-xn=aT2求加速度a. (2)逐差法:
如图所示,由xn-xm=(n-m)aT2 可得:a1=x43-T2x1,a2=x53-T2x2,a3=x63-T2x3, 所以a=a1+a32+a3=x4+x5+x69-T2x1-x2-x3 (3)两段法:把上面x1、x2、x3、x4、x5、x6分成时间相 等(均为3T)的两大段,则由x2-x1=aT2得:(x4+x5+x6)- (x1+x2+x3)=a(3T)2,解出的a与上面逐差法结果相等,但 却要简单得多.
(2)使用螺旋测微器测量两个金属丝的直径,示数如图 (2)所示,则a、b金属丝的直径分别为________mm, ________mm.
【解析】 (1)图(1)左读数:整毫米是 17,不足 1 毫米 数是 7×0.1 mm=0.7 mm,最后结果是 17 mm+0.7 mm= 17.7 mm.
右图读数:整毫米是 23,不足 1 毫米数是 17×0.05 mm =0.85 mm,最后结果是 23 mm+0.85mm=23.85 mm.
②秒表的读数方法是:T=短针读数(t1)+长针读数 (t2).
(2)打点计时器:
计时器种类
工作电源电压 打点间隔
电磁打点计时器 交流50 Hz,4~6 V 0.02 s
电火花打点计时器 交流50 Hz, 220 V 0.02 s
(3)频闪照相机: 其作用和处理方法与打点计时器类似,它是用等时间 间隔获取图象信息的方法,将物体在不同时刻的位置记录 下来,使用时要明确频闪的时间间隔.
负号表示加速度方向与初速度方向相反或用a= x4+x25×-3Tx21+x2求得a=-1.502 m/s2.
②利用图象法 v1=x12+Tx2=16.20×8+0.110-2 m/s=0.804 0 m/s 同理v2=0.654 5 m/s, v3=0.504 0 m/s,v4=0.353 5 m/s,由v1=v0+2 v2得 v0=2v1-v2=(2×0.804 0-0.654 5) m/s=0.953 5 m/s
(2)v-t图象为倾斜直线,说明物体做匀变速直线运 动.
三、易错易混归纳 1.注意打点周期与计数点间时间间隔的关系. 2.用逐差法求加速度时,注意公式中分母上的常数与 位移段数的关系. 3.注意单位换算.
【例 2】 研究小车匀变速直线运动的实验装置如图(a) 所示,其中斜面倾角 θ 可调.打点计时器的工作频率为 50 Hz. 纸带上计数点的间距如图(b)所示,其中每相邻两点之间还 有 4 个记录点未画出.
之间的位移间隔为x1、x2、x3、x4、x5,由图可得相邻计数
点之间的位移间隔为x1、x2、x3、x4、x5,由图可得相邻计
数点间的位移分别为:x1=8.78 cm,x2=7.30 cm,x3=
5.79 cm,x4=4.29 cm,x5=2.78 cm.所以相邻两计数点间
的位移差分别为:Δx1=x2-x1=-1.48 cm,Δx2=-1.51 cm,Δx3=-1.50 cm,Δx4=-1.51 cm.在误差允许的范围 内,可近似认为Δx1=Δx2=Δx3=Δx4,即连续相等的时间 内位移差相等,且x1>x2>x3>x4>x5,所以小车做匀减速直线 运动.
(3)计数点5对应的瞬时速度等于计数点4、6间的平均 速度,故v5=s42+Ts5.
(4)为了减小误差,计算小车的加速度利用逐差法,即 s4-s1=3a1T2,s5-s2=3a2T2,s6-s3=3a3T2, a=a1+a32+a3=s6+s5+s49-T2s3+s2+s1. 【答案】 (1)DCBA (2)0.1 (3)s42+Ts5 (4)s4+s5+s69-T2s1+s2+s3
考点 2 纸带类问题
一、基础知识梳理 1.计时点与计数点 要区别打点计时器打出的点与人为选取的计数点之间 的区别与联系,为便于测量和计算,一般每五个点取一个计 数点,这样时间间隔 Δt=0.02×5 s=0.1 s.
2.求瞬时速度的方法 利用做匀变速运动的物体在一段时间内的平均速度等 于中间时刻的瞬时速度.如图所示,求打某一点的瞬时速 度,只需在这一点的前后各取相同时间间隔T的两段位移xn 和xn+1,则打n点时的速度vn=xn+2Txn+1.
(1)小车做____________运动. (2)当打计数点3时,小车的速度为________m/s. (3)小车的加速度为________ m/s.
解析:(1)因为电源频率为50
Hz,则打点周期T′=
1 f
=0.02 s,每相邻两个计数点之间有四个点未画出,所以得
到相邻计数点间的时间间隔T=5T′=0.1 s.设相邻计数点
3.在测定匀变速直线运动的加速度的实验中,用打点 计时器记录纸带运动的时间,计时器所用电源的频率为50 Hz,如图所示为小车带动的纸带上记录的一些点,在每相 邻的两点中间都有四个点未画出.按时间顺序取0、1、2、 3、4、5六个点,用刻度尺量出1、2、3、4、5点到0点的距 离如图所示.试求(均保留四位有数数字):
(2)螺旋测微器的读数: 测量值=固定刻度整毫米数+半毫米数+可动刻度读 数(含估读)×0.01 mm. 2.时间测量类 (1)机械秒表的读数: ①原理:机械秒表的长针是秒针,转一周是30 s,因 为机械表采用的是齿轮传动,指针不可能停留在两小格之 间,所以不能估读出比0.1 s更短的时间.位于秒表上部中 间的小圆圈里面的短针是分针,指针走一圈15 min,每小 格为0.5 min.
同理得v5=0.203 0 m/s 作出v-t图象如图所示,其斜率即为小车的加速度, 由图象得a=-1.502 m/s2.
2016年高考物理复习 专 题十二 力学实验
一、误wk.baidu.com与有效数字
1.误差
误差
产生原因
系统 误差
实验仪器不精密 实验原理不完善
实验方法粗糙
偶然 测量、读数不准确
误差
大小特点 总是偏大 或偏小
忽大忽小
减小方法 更新仪器 完善实验
原理 画图象或 取平均值
2.有效数字 (1)定义:带有一位不可靠数字的近似数据.有效数字 的最后一位是测量者估读出来的,是误差的来源. (2)从数字左边第一个不为零的数字算起,如0.012 5为 三位有效数字. 二、基本仪器的使用与读数 1.长度测量类 (1)游标卡尺的读数:
(1)由上图读得圆柱体的直径为________mm,长度为 ________cm.
(2)若流经圆柱体的电流为I,圆柱体两端之间的电压为 U,圆柱体的直径和长度分别用D、L表示,则用D、L、 I、U表示的电阻率的关系式为ρ=________.
答案:(1)1.844(或1.842~1.846范围内均可) 4.240 πD2U
(1)部分实验步骤如下: A.测量完毕,关闭电源,取出纸带 B.接通电源,待打点计时器工作稳定后放开小车 C.将小车停靠在打点计时器附近,小车尾部与纸带 相连 D.把打点计时器固定在平板上,让纸带穿过限位孔 上述实验步骤的正确顺序是:________(用字母填 写).
(2)图(b)中标出的相邻两计数点的时间间隔T= ________s.
(2)对图 a:固定刻度示数为 2.0 mm,不足半毫米的从 可动刻度上读的示数为 15.0,最后的读数为:2.0 mm+ 15.0×0.01 mm=2.150 mm.
对图b:b金属丝的直径为4.8×0.01 mm=0.048 mm. 【答案】 (1)17.7 23.85 (2)2.150 0.048
(2)根据匀变速直线运动的规律可得 v3=x32+Tx4=5.79+24×.209.1×10-2 m/s=0.504 0 m/s (3)可用两种方法: ①利用“逐差法” a1=x43-T2x1=4.29-3×8.708.1×2 10-2 m/s2≈-1.497 m/s2 a2=x53-T2x2=2.78-3×7.300.1×2 10-2 m/s2≈-1.507 m/s2 a =a1+2 a2=-1.4972+1.507 m/s2=-1.502 m/s2
游标卡尺的读数应注意以下几点: (1)看清精确度 例如(如图所示)
易错读成11 mm+4×0.1 mm=11.40 mm.
正确的应为11.4 mm,游标卡尺不需估读,后面不能随 意加零,也不能随意去零.
例如(如图所示)
易错读成10 mm+12×0.05 mm=10.6 mm,正确的应 为10.60 mm.
2.计算点间的距离 计数点间距离的给定有两种:相邻点间距离和各计数 点到O点的距离,计算时后者要先转换为前者,如框图所 示.
3.常见错误 对纸带进行数据处理时,常见的错误有:(1)误认为T =0.02 s,没有注意到图中相邻计数点之间有几个点没画 出. (2)没有进行单位换算,图中各数据的单位都是cm,应 当换算为m.
解析:根据游标卡尺读数规则,该圆柱体的长度为49 mm+2×0.05 mm=49.10 mm,根据螺旋测微器读数规 则,圆柱体横截面的直径为4.5 mm+20.2×0.01 mm= 4.702 mm.
答案:49.10 4.702
2.(2014·海南卷)现有一合金制成的圆柱体.为测量该 合金的电阻率,现用伏安法测量圆柱体两端之间的电阻, 用螺旋测微器测量该圆柱体的直径,用游标卡尺测量该圆 柱体的长度.螺旋测微器和游标卡尺的示数如图(a)和图(b) 所示.
(2)区分零刻度与标尺最前端 例如(如图所示)
易错读成13 mm+10×0.05 mm=13.50 mm 正确读数为14 mm+10×0.05 mm=14.50 mm
1.在“测金属的电阻率”的实验中,分别用游标卡尺 和螺旋测微器测出用金属材料制成的一段圆柱体的长度和 横截面的直径如图所示.则该圆柱体的长度为 ________mm,横截面的直径为________mm.
(3)计数点5对应的瞬时速度大小计算式为v5= ________.
(4)为了充分利用记录数据,减小误差,小车加速度大 小的计算式应为a=________.
【解析】 本题是研究小车做匀变速直线运动的实 验,根据一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度 及利用逐差法求加速度解决问题.
(1)实验步骤的正确顺序是D、C、B、A. (2)电源的工作频率f=50 Hz,所以打点周期T0=1f=510 s=0.02 s,相邻两计数点的时间间隔T=5T0=0.1 s.
(4)图象法: ①由vn=xn+2Txn+1,求出相应点的速度. ②确定各计数点的坐标值(v1,T)、(v2,2T)、…(vn, nT). ③画出v-t图象,图线的斜率为物体做匀变速直线运 动的加速度. 4.利用纸带判断物体做匀变速直线运动的方法
(1)若相邻两计数点之间的距离满足Δx=x2-x1=x3-x2 =…=xn-xn-1=恒量(aT2),说明物体做匀变速直线运 动.
二、易错易混归纳 1.游标卡尺在读数时注意区分卡尺的精度. 2.螺旋测微器在读数时,注意区别整刻度线与半毫米 刻度线,注意判断半毫米刻度线是否露出.
【例1】 (1)如图(1)所示的两把游标卡尺,它们的游 标卡尺从左至右分别为9 mm长10等分、19 mm长20等分, 它们的读数依次为________mm,________mm.
1.利用纸带判定物体运动的性质 (1)若s1、s2、s3…基本相等,则可判定物体在实验误差 允许的范围内做匀速直线运动. (2)利用s1、s2、s3…可以计算出在相邻相等时间间隔内 物体的位移差s2-s1、s3-s2、s4-s3,…,如果它们在实验 误差允许的范围内相等,则可以判定物体做匀变速直线运 动.
考点 1 游标卡尺和螺旋测微器的读数
一、基础知识梳理 1.游标卡尺在读数时先确定各尺的分度,把数据读成以 毫米为单位的,先读主尺数据,再读游标卡尺数据,最后两数 相加. 2.游标卡尺读数时不需要估读. 3.螺旋测微器读数时,要准确到 0.01 mm,估读到 0.001 mm,结果若用 mm 做单位,小数点后必须保留三位数字.
3.利用纸带求加速度的方法
(1)利用a=
Δx T2
求解:在已经判断出物体做匀变速直线
运动的情况下可利用Δx=xn+1-xn=aT2求加速度a. (2)逐差法:
如图所示,由xn-xm=(n-m)aT2 可得:a1=x43-T2x1,a2=x53-T2x2,a3=x63-T2x3, 所以a=a1+a32+a3=x4+x5+x69-T2x1-x2-x3 (3)两段法:把上面x1、x2、x3、x4、x5、x6分成时间相 等(均为3T)的两大段,则由x2-x1=aT2得:(x4+x5+x6)- (x1+x2+x3)=a(3T)2,解出的a与上面逐差法结果相等,但 却要简单得多.
(2)使用螺旋测微器测量两个金属丝的直径,示数如图 (2)所示,则a、b金属丝的直径分别为________mm, ________mm.
【解析】 (1)图(1)左读数:整毫米是 17,不足 1 毫米 数是 7×0.1 mm=0.7 mm,最后结果是 17 mm+0.7 mm= 17.7 mm.
右图读数:整毫米是 23,不足 1 毫米数是 17×0.05 mm =0.85 mm,最后结果是 23 mm+0.85mm=23.85 mm.
②秒表的读数方法是:T=短针读数(t1)+长针读数 (t2).
(2)打点计时器:
计时器种类
工作电源电压 打点间隔
电磁打点计时器 交流50 Hz,4~6 V 0.02 s
电火花打点计时器 交流50 Hz, 220 V 0.02 s
(3)频闪照相机: 其作用和处理方法与打点计时器类似,它是用等时间 间隔获取图象信息的方法,将物体在不同时刻的位置记录 下来,使用时要明确频闪的时间间隔.
负号表示加速度方向与初速度方向相反或用a= x4+x25×-3Tx21+x2求得a=-1.502 m/s2.
②利用图象法 v1=x12+Tx2=16.20×8+0.110-2 m/s=0.804 0 m/s 同理v2=0.654 5 m/s, v3=0.504 0 m/s,v4=0.353 5 m/s,由v1=v0+2 v2得 v0=2v1-v2=(2×0.804 0-0.654 5) m/s=0.953 5 m/s
(2)v-t图象为倾斜直线,说明物体做匀变速直线运 动.
三、易错易混归纳 1.注意打点周期与计数点间时间间隔的关系. 2.用逐差法求加速度时,注意公式中分母上的常数与 位移段数的关系. 3.注意单位换算.
【例 2】 研究小车匀变速直线运动的实验装置如图(a) 所示,其中斜面倾角 θ 可调.打点计时器的工作频率为 50 Hz. 纸带上计数点的间距如图(b)所示,其中每相邻两点之间还 有 4 个记录点未画出.
之间的位移间隔为x1、x2、x3、x4、x5,由图可得相邻计数
点之间的位移间隔为x1、x2、x3、x4、x5,由图可得相邻计
数点间的位移分别为:x1=8.78 cm,x2=7.30 cm,x3=
5.79 cm,x4=4.29 cm,x5=2.78 cm.所以相邻两计数点间
的位移差分别为:Δx1=x2-x1=-1.48 cm,Δx2=-1.51 cm,Δx3=-1.50 cm,Δx4=-1.51 cm.在误差允许的范围 内,可近似认为Δx1=Δx2=Δx3=Δx4,即连续相等的时间 内位移差相等,且x1>x2>x3>x4>x5,所以小车做匀减速直线 运动.
(3)计数点5对应的瞬时速度等于计数点4、6间的平均 速度,故v5=s42+Ts5.
(4)为了减小误差,计算小车的加速度利用逐差法,即 s4-s1=3a1T2,s5-s2=3a2T2,s6-s3=3a3T2, a=a1+a32+a3=s6+s5+s49-T2s3+s2+s1. 【答案】 (1)DCBA (2)0.1 (3)s42+Ts5 (4)s4+s5+s69-T2s1+s2+s3