专题18 力学实验第一部分名师综述综合分析近几年的高考物理试题发现，试题在考查主干知识的同时，注重考查必修中的基本概念和基本规律。考纲要求1、掌握螺旋测微器和游标卡尺的原理及读数方法。2、了解打点计时器的构造，会使用打点计时器；会计算纸带上各点的瞬时速度；会利用纸带计算加速度；会用图象法探究小车速度与时间的关系，并能根据图象求加速度。3、学会用列表法、图象法等处理实验数据。命题规律1、高考对于基本仪器的读数作为基础知识考查频率较高。在力学部分，考查的实验仪器主要有弹簧测力计、秒表、螺旋测微器、游标卡尺，大多数时候是填空题，注意估读和误差分析。2、力学中有多个实验都要用到打点计时器，能否正确使用打点计时器，并根据纸带进行正确的数据运算，是能否完成这些实验的关键，利用纸带直接测量的时间和位移，可以计算研究对象的瞬时速度和加速度，若结合其它物理量的测量，还可以解决与上面这些量直接有关或间接有关的问题，例如：计算动能、重力势能、动摩擦因数、功率、转速等，从而延伸出很多与纸带有关的力学实验。3、图象法是一种重要的实验数据处理方法图象具有既能描述物理规律，又能直观地反映物理过程、表示物理量之间定性定量关系及变化趋势的优点当前高考试题对数据处理、结果分析考查的频率较高。第二部分知识背一背（1）误差和有效数字误差：误差产生原因大小特点减小方法系统误差实验仪器不精确实验原理不完善实验方法粗略总是偏大或偏小更新仪器完善原理改进方法偶然误差测量、读数不准确可大可小画图像或取平均值有效数字定义：带有一位不可靠数字的近似数字。有效数字的最后一位是测量者估读出来的，是误差的来源。从数字左边第一个不为零的数字算起，如0.0643为三位有效数字。（2）长度的测量毫米刻度尺的读数：精确到毫米，估读一位。游标卡尺的读数：游标尺/mm精度/mm测量结果（游标尺上第n个刻线与主尺上的某刻度线对正时）/mm刻度格数刻度总长度每小格与1毫米差1090.10.1主尺上读的毫米数+0.1n20190.050.05主尺上读的毫米数+0.05n50490.020.02主尺上读的毫米数+0.02n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）0.01mm。（3）力学实验分类应用性实验（a）游标卡尺的使用（b）螺旋测微器的使用验证性实验：（a）验证力的平行四边形定则;（b）验证牛顿运动定律;（c）验证机械能守恒定律。探究性实验：（a）研究匀变速直线运动（b）探究弹力与弹簧伸长的关系;（c）探究动能定理。（4）利用纸带判断物体的运动情况点迹密集的地方表示纸带运动的速度小，点稀疏的地方表示速度大。若点与点之间的距离相等，就可判断物体做匀速运动，若点与点间距越来越大，则物体做加速运动，反之做减速运动.位移x：指两个计数点之间的距离，一般可用刻度尺测量得到。（5）平均速度和瞬时速度的计算平均速度：两点间平均速，这里x可以用直尺测量出两点间的距离，t为两点间的时间隔数与两点间时间间隔的乘积。在匀变速直线运动中，某点的瞬时速度可以由此点前后两点间的平均速度表示如图所示，或（6）如何通过纸带确定物体做匀变速运动的加速度？常用的有四种方法：粗略计算法：或利用“逐差法”求加速度。先求出第n点时纸带的瞬时速度（一般要5点以上），然后作出图象，用图象的斜率求物体运动的加速度。（7）实验数据的处理方法1.列表法：在记录和处理数据时，为了简单而明显地表示出有关物理量之间的关系，可将数据填写在适当的表格中，即为列表法。2.平均值法：把在同一状态下测定的同一个物理量的若干组数据相加求和，然后除以测量次数。3.作图法：用作图法处理数据的优点是直观、简便，有取平均值的效果。由图线的斜率、截距、包围的面积等可以研究物理量之间的关系。（8）试说明用图像法处理实验数据的优点。提示：用图像法处理实验数据的优点是直观、简便，与取平均值的效果一样，可以减小实验的偶然误差。如果实验中图像为过原点的直线则说明纵坐标与横坐标表示的物理量为正比例。（9）用图像法处理实验数据的六个要求图像法是物理实验中广泛应用的处理实验数据的方法，以下为作图的规则：作图一定要用坐标纸，坐标纸的大小要根据有效数字的位数和结果的需要来定。要标明轴名、单位，在轴上每隔一定的间距按有效数字的位数标明数值。图上的连线不一定通过所有的数据点，让尽可能多的点落在同一直线上，让其余的点落在直线的两侧，且线要细，误差较大的点舍弃。作图时常通过选取适当的坐标轴使图线线性化，即“变曲为直”。注意区别横、纵坐标轴的物理意义、标度及单位。明确图像的斜率、截距的物理意义。第三部分技能+方法一、游标卡尺和螺旋测微器读数时应注意的问题（1）10分度的游标卡尺，以mm为单位，小数点后只有1位，20分度和50分度的游标卡尺以mm为单位，小数点后有2位，且对齐格数不估读。（2）螺旋测微器以mm为单位，小数点后必须有3位，对齐格数要估读，同时还要注意半毫米刻度线是否露出。二、打点计时器及纸带问题的处理方法打点计时器的认识和正确使用：电磁打点计时器工作电压为低压交流46 V;电火花计时器工作电压为交流220V；工作时应先接通电源，后释放纸带。纸带的应用：（a）判断物体运动性质。若x=0，则可判定物体在实验误差允许的范围内做匀速直线运动；若x不为零且为定值，则可判定物体在实验误差允许范围内做匀变速直线运动。求解瞬时速度。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点时的速度用“逐差法”求加速度：三、图象法处理数据的常用方法和技巧。图象是描述物理过程、揭示物理规律、解决物理问题的重要方法之一，用图象法处理实验数据是物理实验中最常用的方法。它的优越性表现在：能形象直观地表达物理规律，有效地减少偶然误差对结果的影响，较方便地获得未经测量或无法直接测量的物理量数值。图象法处理数据的常用方法和技巧。合理选取坐标轴合理选取坐标轴就是要选择好横坐标、纵坐标所代表的物理量，确定每个物理量的单位和标度，明确坐标原点处所对应的物理量的数值。抓住“斜率”做文章考查了学生运用图象处理实验数据的本领，考查学生对图线斜率意义的理解。因此只有在平时的实验过程中加强这一能力的培养和训练，才能收到以不变应万变之效。在“截距”上求变化作为实验图线的描绘，如果说斜率是联系各变量的中枢神经的话，那么图象与横纵轴的交点就是那“龙”的眼睛，截距就反映这些特定状态所对应的物理量的大小。第四部分基础练+测1某实验小组做力的合成与分解实验,先用一个弹簧称通过细线悬吊一个钩码,当钩码静止时,弹簧称的示数为1.50N；再用两子弹簧秤a、b通过两根细线互成角度将该钩码悬吊,其中a所拉细线方向水平(如图),当钩码静止时,b的示数如图。(1)b的示数为_N(2)a的拉力理论值为_N(3)保持b及其拉的细绳方向不变,将a及其拉的细绳方向沿顺时针在图示面缓慢转至竖直方向的过程中,a的示数变化情况为_。【答案】2.502.00先减小后增大【解析】【详解】解：(1) 该弹簧秤每小格表示0.1N，读数时要估读到下一位，b的读数为2.50N；(2)钩码受到自身重力G、Oa绳的拉力Ta、Ob绳的拉力Tb三个力处于平衡状态，设Ob绳与竖直方向的夹角为，在竖直方向有Tbcos=G，在水平方向有Tbsin=Ta，联立解得：Ta=2.00N；(3) 设Oa绳与竖直方向的夹角为，在竖直方向有Tacos+Tbcos=G，在水平方向有Tasin=Tbsin，解得Ta=Gsinsin(+)，保持b及其拉的细绳方向不变，将a及其拉的细绳方向沿顺时针在图示面缓慢转至竖直方向的过程中不变，由90减小到0，所以sin(+)先增大后减小，a的示数变化情况为先减小后增大；2阿特武德机是早期测量重力加速度的装置，由英国数学家、物理学家阿特武德于1784年制成。某同学根据其原理设计出如图所示的实验装置来测量重力加速度g。细绳跨过固定在铁架台上的轻质滑轮，两端各悬挂一只质量为M的重锤。实验操作如下：用米尺量出重锤1底端距地面的高度H；在重锤1上加上质量为m的小钩码；左手将重锤2压在地面上，保持系统静止。释放重锤2，同时右手开启秒表，在重锤1落地时停止计时，记录下落时间；重复测量3次下落时间，取其平均值作为测量值t。请回答下列问题：(1)步骤可以减小对下落时间t测量的_（选填“偶然”或“系统”）误差；(2)关于本实验以下说法正确的是_；Am相比于重锤的质量越小，加速度越小，运动的时间就越大，测量的相对误差就越小B绳子的张力大于重锤和小钩码的重力之和C若忽略一切摩擦阻力，实验过程中小钩码不慎掉落，则重锤立即做减速运动。(3)滑轮的摩擦阻力会引起实验误差。现可以在重锤1上加适当的橡皮泥用于平衡摩擦阻力，重新进行实验测量，并测出所用橡皮泥的质量为m0 。用实验中的测量量和已知量表示g，得g _。【答案】偶然A2(2M+m+m0)Hmt2【解析】【详解】（1）时间测量是人为操作快慢和读数问题带来的误差，所以属于偶然误差。（2）A、由于自由落体的加速度较大，下落H高度的时间较短，为了减小测量时间的实验误差，就要使重锤下落的时间长一些，因此系统下降的加速度要小，所以小钩码的质量要比重锤的质量小很多，故A对；B、重锤1具有向下的加速度，则合力向下，所以绳子的张力应该小于重锤和小钩码的重力之和，故B错；C若小钩码不慎掉落，由于两个重锤的质量相等，所以系统合外力为零，即重锤做匀速运动，故C错；（3）为了消除滑轮的摩擦阻力，可用橡皮泥粘在重锤1上，轻拉重锤放手后若系统做匀速运动，则表示平衡了阻力，根据牛顿第二定律有mg=m+2M+m0a，又H=12at2，解得g=22M+m+m0Hmt2。【点睛】本题以连接体运动为背景考查重力加速度的测量，解题的关键是要弄清该实验的原理，再运用所学的知识分析得出减小误差的方法。3如图所示，为“探究加速度与力、质量的关系”实验装置及数字化信息系统获得了小车加速度a与钩码的质量及小车和砝码的质量对应关系图.钩码的质量为m1，小车和砝码的质量为m2，重力加速度为g.（1）下列说法正确的是_.A.每次在小车上加减砝码时，应重新平衡摩擦力B.实验时若用打点计时器应先释放小车后接通电源C.本实验m2应远小于m1D.在用图象探究加速度与质量关系时，应作a和1m2图象（2）实验时，某同学遗漏了平衡摩擦力这一步骤，若轨道水平，他测量得到的1m2-a图象，如图，设图中直线的斜率为k，在纵轴上的截距为b，则小车与木板间的动摩擦因数=_，钩码的质量m1=_.（3）实验中打出的纸带如图所示.相邻计数点间的时间间隔是0.1s，图中长度单位是cm，由此可以算出小车运动的加速度是_m/s2.【答案】Dbgk1gk0.46【解析】【详解】（1）A.小