2019-2020年高考物理 长度的测量讲义 新人教版.doc

2019-2020年高考物理 长度的测量讲义 新人教版实验目的练习正确使用刻度尺和游标卡尺测量长度测量一段金属管的长度、内径和外径；测量一个小量筒的深度实验器材刻度尺，游标卡尺，金属管，小量筒2实验原理1刻度尺刻度尺的规格实验中常用的刻度尺是米尺，米尺的最小分度是1mm，量程不等，测量中常用的米尺有钢卷尺、木直尺、带刻度的三角板等2游标卡尺(1)游标卡尺的构造如图所示，它的左测量爪固定在主尺上并与主尺垂直，右测量爪与左测量爪平行，固定在游标尺上，可以随同游标尺一起沿主尺滑动在下图中，上边是内测脚，用来测槽宽和管的内径；下边是外测脚，用来测物体的厚度或管的外径；有些游标卡尺在主尺背后嵌着一根窄片，它和游标尺固定在一起，随着游标尺沿主尺滑动，用来测量槽或孔的深度34(2)常见的游标尺按游标尺刻度的格数分成以下3种游标尺(mm)精度测量结果(游标尺上第n个格与主尺上的刻度线对齐时/mm)刻度格数刻度总长度每小格与1mm差102050919490.10050020.1005002主尺上读的毫米数0.1n主尺上读的毫米数0.05n主尺上读的毫米数0.02n5(3)游标卡尺读数的技巧读数时以mm为单位来读，读出后再按要求化成其他单位以主尺读数时一定要读离游标零刻度线左边最近的主尺刻度线的值在读小数部分时一定要认清第几根刻度与主尺的刻度对齐一定要弄清所用卡尺的精确度若用X表示由主尺上读出整的毫米数，K表示从游标尺上读出与主尺上某一刻度线对齐的游标的格数，则记录结果表达为：(XK精确度)mm.6实验步骤1用刻度尺测量金属管的长度，每次测量后让金属管绕轴转过约45，再测量下一次，共测量4次把测量的数据填入表格中，求出平均值2用游标卡尺测量金属管的内径和外径测量时先在管的一端测量两个互相垂直方向的内径(或外径)，再在管的另一端测量两个互相垂直方向的内径(或外径)，把测量的数据填入表格中，分别求出内径和外径的平均值.金属管小量筒长度l/mm内径d内/mm外径d外/mm深度h/mm123平均值7注意事项1刻度尺的刻度线要紧贴金属管，并且读数时视线与刻度线要对齐，避免误差；如果刻度尺端头有磨损，测量起点不要选在“0”刻度线2分清游标卡尺的精确度是多少？读数时应使视线与尺垂直，避免产生误差3读数时可应用下列公式方法进行：测量值主尺读数游标尺与主尺刻度线对齐的格数精确度，单位是“mm”精确度等于主尺最小分度的长度除以游标尺刻度的格数在“主尺读数”时一定要读游标零刻度线左边最近的主尺刻度线的值84在游标卡尺测量金属管的外径时，金属管不可在钳口间移动或压得太紧，以免磨损钳口；用游标卡尺测量金属管的外径、内径和量筒的深度时，当游标卡尺放在合适的位置后，应适当旋紧固定螺钉，然后再读数5如果游标卡尺的读数是以试卷的形式出现，则一定要注意区分“0”刻度线与游标尺的边线6在完成“主尺读数”和“游标尺读数”之和的运算过程中，其单位必须统一；游标卡尺的读数不作有效数字要求9误差分析1当游标卡尺的测量爪合在一起时，游标尺的零刻线与主尺的零刻线重合时，游标卡尺不存在零误差，可以直接进行测量；当游标卡尺的测量爪合在一起 时，游标尺的零刻线与主尺的零刻线不重合时，游标卡尺存在零误差，测量、读数的方法依旧，但最后的数据在处理时要考虑零误差的影响2当游标卡尺的测量爪合在一起时，游标尺的零刻线在主尺零刻线的右侧，则用读数的方法读出零误差，用最终的读数减去零误差3当游标卡尺的测量爪合在一起时，游标尺的零刻线在主尺零刻线的左侧，则用读数的方法读出此时的零误差，最后的数据等于最终的读数减去零误差加1.4只要操作正确，本实验的误差主要为系统误差，用游标卡尺测量的读数属于可靠数字,其误差小于精度的50%.10实验目的1练习使用电火花计时器或电磁打点计时器，利用打上点的纸带研究物体的运动情况2掌握判断物体是否做匀变速运动方法3测定匀变速直线运动的加速度11实验原理和方法1打点计时器的使用(1)电磁打点计时器：电磁打点计时器是一种使用低压交流电源的仪器，它的工作电压为46V.当通过的电流频率为f50Hz时，它每隔0.02s打一次点(2)电火花计时器：电火花计时器是利用火花放电使墨粉在纸带上打出墨点而显出点迹的计时仪器当电火花计时器接通220V交流电源，按下脉冲输出开关时，计时器发出的脉冲电流经接正极的放电针、接负极的纸盘轴(墨粉纸盘)，产生火花放电，于是在运动的纸带上打出一列点迹，当电源频率为50Hz时，它的脉冲放电周期也是0.02s，即每隔0.02s打一个点122由纸带求物体运动加速度的方法(方法一)逐差法：取偶数段位移因为(x4x3)(x3x2)(x2x1)x4x13aT2同理有x5x2x6x33aT2所以，我们可以由测得的各段位移x1，x2求出再由a1，a2算出平均值 就 是所要测得的加速度13(方法二)图象法：如图所示，以打某点为计时起点，由vn 求出各个计数点的瞬时速度，作vt图象，图线的斜率即为物体的加速度143求物体在打下某计数点时瞬时速度的方法v1 (时间2T内的平均速度等于该段时间中点T时刻的瞬时速度)实验器材电火花计时器或电磁打点计时器，纸带，电源，小车，细绳，一端附有滑轮的长木板，刻度尺，钩码，导线15实验步骤1如图所示，把一端附有滑轮的长木板放在实验桌上，并把滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上远离滑轮的一端，连接好电路162把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下边挂上合适的钩码，放手后，看小车能否在木板上平稳地加速滑行，然后把纸带穿过打点计时器，并把纸带的另一端固定在小车的后面3把小车停在打点计时器处先接通电源，后释放小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一系列小点，换上新纸带，重复实验三次17数据处理1从三条纸带中选择一条比较理想的，舍掉开头一些比较密集的点，在后边便于测量的地方找一个开始点来确定计数点为了计算方便和减小误差，通常用连续打五个点的时间作为时间单位，即T0.1s.2正确使用毫米刻度尺测量每相邻的两计数点间的距离，并填入表内，用逐差法求出加速度，最后求其平均值(请读者自己设计表格)3也可求出各计数点对应的瞬时速度，作出vt图象，求直线的斜率，即物体运动的加速度18误差分析本实验参与计算的量有x和T，因此误差来源于x和T.调整好打点计时器，由于市电的频率很稳定，其误差小于0.2Hz，故可将打点时间误差忽略不计若测各个x时用最小分度为1 mm的刻度尺，其误差一般不超过0.5mm.若点子打得清晰而小，则误差可小于0.2mm.因此我们应选择点子打得小而清晰的纸带，且要用最小分度为1mm的刻度尺估测到0.1mm，并要求眼睛要正对点和刻度尺，以尽量减小误差19考例1对于10分度的游标卡尺而言，一般是游标尺上的10小格与主尺上的9mm对应，达到放大0.1mm的目的某同学根据游标卡尺的放大原理，设计了一种10分度的游标卡尺，其结构如图所示，其主尺上的最小刻度仍然是毫米，且所标示数以毫米为单位，游标上的格数仍然是10格，不过，游标上的10小格与主尺上的19mm对应请问，该同学设计的这种游标卡尺的功能是否与10分度的相同？如果相同，它有什么样的一些优点？20解析由于该游标卡尺游标上的每小格与主尺上的2mm相差0.1mm，因此，当游标每向右移动0.1mm时，必有一游标上的刻度线与主尺上的某一刻度线对齐，只要找到游标尺上的第几条刻度线与主尺上的刻度线对齐，便知游标尺移动的距离，因此，它的功能与通常介绍的10分度的游标卡尺相同答案见解析21游标卡尺的主尺最小分度为1mm，游标尺上有20个小的等分刻度，用它来测量一工件的内径，如图所示，该工件的内径为_mm.22解析游标卡尺是20分度的，游标尺的最小分度值为0.05mm，由图可知L12.3cm23mmL2170.05mm0.85mm所以工件的内径为LL1L223mm0.85mm23.85mm答案23.8523考例2在一些实验中需要较准确地测量物体转过的角度为此人们在这样的仪器上设计了一个可转动的圆盘，在圆盘的边缘标有刻度(称为主尺)，圆盘外侧有一个固定不动的圆弧游标尺，如图所示(图中画出了圆盘的一部分和游标尺)，圆盘上刻有对应的圆心角，游标尺上把与主尺的9对应的圆心角等分为10格试根据图中所示的情况读出此时游标尺上的零刻线与圆盘的零刻线之间所夹的角度为_24解析因为游标尺上把与主尺上9对应的圆心角等分为10格，所以，将精确度为0.1mm的游标卡尺的原理和读数方法迁移到这里，就可得到该游标尺的精确度为d(1/10)0.1，主尺上的整数部分为19，游标尺上的第7条刻度与主尺上的26条刻度线相重合，则其小数部分为70.10.7，故总的读数为190.719.7.答案19.725命题规律根据打点的纸带判断物体运动性质及求某时刻的速度和加速度考例3某同学用图甲所示的实验装置研究小车在斜面上的运动实验步骤如下：26a安装好实验器材b接通电源后，让拖着纸带的小车沿平板斜面向下运动，重复几次选出一条点迹比较清晰的纸带，舍去开始密集的点迹，从便于测量的点开始，每两个打点间隔取一个计数点，如图乙中0、1、26点所示27c测量1、2、36计数点到0计数点的距离，分别记作：s1、s2、s3、s6.d通过测量和计算，该同学判断出小车沿平板做匀加速直线运动e分别计算出s1、s2、s3、s6与对应时间的比值f以为纵坐标、t为横坐标，标出与对应时间t的坐标点，画出t图线结合上述实验步骤，请你完成下列任务：(1)实验中，除打点计时器(含纸带、复写纸)、小车、平板、铁架台、导线及开关外，在下面的仪器和器材中，必须使用的有_和_(填选项代号)28A电压合适的50Hz交流电源B电压可调的直流电源C刻度尺D停表E天平F重锤(2)将最小刻度为1mm的刻度尺的0刻度线与0计数点对齐.0、1、2、5计数点所在位置如图丙所示，则s2_cm，s5_cm.29(3)该同学在图丁中已标出1、3、4、6计数点对应的坐标点，请你在该图中标出与2、5两个计数点对应的坐标点，并画出 t图线30(4)根据 t图线判断，在打0计数点时，小车的速度v0_m/s；它在斜面上运动的加速度a_m/s2.解析本题主要考查本实验中的实验原理、实验器材以及利用纸带分析加速度和某一位置时的基本方法(1)还需要的实验器材有电压合适的50Hz的交流电源和刻度尺，即选A、C.(2)2.98cm,13.23cm(注意刻度尺读数要加一位估读数)31(3)如图所示32由(2)知，计数点2的 cm/s37.3cm/s，计数点5的 cm/s66.2cm/s，故得2、5计数点的坐标分别为(0.08,37.3)，(0.2,66.2)，坐标中点如图(4)由sv0t at2得 v0 at，故 t图线与纵轴交点即为计数点0的速度，由图得v00.18m/s；因 t图线的斜率即为 a，则 a m/s2，解得a4.8m/s2.答案(1)A、C(2)2.98(2.972.99)13.23(13.2113.24)(3)如上图所示(4)0.18(0.160.20) 4.8(4.505.10)33总结评述求解时注意三点：(1)认清计时点与计数点，以便于确定打点周期；(2)明确s1、s2、sn表示的含义，是相邻两个点的间距还是某点到起点的间距；(3)准确进行单位换算，因为纸带上的数据通常是以厘米为单位的34利用打点计时器测定匀加速直线运动的小车的加速度，如图所示，给出了该次实验中，从0点开始，每5个点取一个计数点的纸带，其中0、1、2、3、4、5、6都为记数点，测得：x11.40cm，x21.90cm，x32.38cm，x42.88cm，x53.39cm，x63.87cm(1)在计时器打出点1、2、3、4、5时，小车的速度分别为：v1_cm/s，v2_cm/s，v3_cm/s，v4_cm/s，v5_cm/s.(2)作出速度一时间图象，并由图象求出小车的加速度a_cm/s2.3536答案(1)16.50cm/s；21.40cm/s，26.30cm/s，3135cm/s；36.30cm/s(2)如图所示a50.83cm/s237命题规律根据所给的闪光照片来确定物体的运动性质，求某一时刻物体的速度及运动的加速度考例4一个小球沿斜面向下运动，用每间隔1/10s曝光一次的频闪相机拍摄不同时刻小球位置的照片，如图所示，即照片上出现的相邻两个小球的像之间的时间间隔为1/10s，测得小球在几个连续相等时间内位移(数据见下表)，则38s1s2s3s48.20cm9.30cm10.40cm11.50cm(1)小球在相邻的相等时间内的位移差_(填“相等”或“不相等”)，小球的运动性质属_直线运动39你认为甲、乙中哪位同学计算方法更准确？_.加速度值为_解析(1)由表中数据可知：s2s1s3s2s4s31.1cm，说明小球是做匀加速直线运动(2)为了减小误差，计算时应用到尽可能多地测量数值，甲同学的计算方法结果是a .只用s1、s4两值，乙同学的计算方法结果是a 1.1m/s2，误差小一些答案(1)相等匀加速(2)乙1.1m/s240如图为小球做自由落体运动的闪光照片，它是每隔s的时间拍摄的从某个稍大些的位置间隔开始测量，照片上边数字表示的是这些相邻间隔的序号，下边的数值是用刻度尺量出的其中对应间隔的长度根据所给两个数据求出小球加速度的测量值g_m/s2.(保留3位有效数字)，由所给数据，求出小球在位置A的瞬时速度vA_m/s.41解析本题与用打点计时器测匀变速直线运动的加速度实验形异质同因此，处理数据的方法完全相同，因为做匀变速直线运动的物体在连续相等的时间间隔内位移的增量是相等的，所以若设x2x1x，则x3x1x3x2x2x12x，x4x13x，xnx1(n1)x.即a42答案9.722.474344