高考物理大二轮总复习与增分策略 题型研究7 加试实验（二）课件

题型研究7 加试实验(二) 实验十六 探究单摆周期与摆长的关系1.实验原理2.实验器材单摆、游标卡尺、毫米刻度尺、停表. 3.实验步骤(1)做单摆：取约1 m长的细丝线穿过带中心孔的小钢球，并打一个比小孔大一些的结，然后把线的另一端用铁夹固定在铁架台上，让摆球自然下垂，如图1所示.图1 (2)测摆长：用毫米刻度尺量出摆线长L(精确到毫米)，用游标卡尺测出小球直径D，则单摆的摆长lL .(3)测周期：将单摆从平衡位置拉开一个角度(小于5)，然后释放摆球，记下单摆摆动3050次的总时间，算出平均每摆动一次的时间，即为单摆的振动周期.(4)改变摆长，重做几次实验. (5)数据处理的两种方法方法一：计算法 方法二：图象法图2 4.注意事项(1)悬线顶端不能晃动，需用夹子夹住，保证悬点固定.(2)单摆必须在同一平面内摆动，且偏角小于5.(3)选择在摆球摆到平衡位置处开始计时，并数准全振动的次数.(4)小球自然下垂时，用毫米刻度尺量出悬线长L，用游标卡尺测量小球的直径，然后算出摆球的半径r，则摆长lLr.(5)选用一米左右的细线. 例1实验小组的同学做“用单摆测重力加速度”的实验.(1)实验前他们根据单摆周期公式导出了重力加速度的表达式g ，其中L表示摆长，T表示周期.对于此式的理解，四位同学说出了自己的观点：同学甲：T一定时，g与L成正比；同学乙：L一定时，g与T2成反比；同学丙：L变化时，T2是不变的；同学丁：L变化时，L与T2的比值是定值.其中观点正确的是同学_(选填“甲” “乙” “丙”或“丁” ). 解 析 答 案解析由于重力加速度g是确定的，故丁同学理解正确.丁 (2)实验室有如下器材可供选用：A.长约1 m的细线B.长约1 m的橡皮绳C.直径约2 cm的均匀铁球D.直径约5 cm的均匀木球E.停表F.时钟G.分度值为1 mm的米尺实验小组的同学选用了分度值为1 mm的米尺，他们还需要从上述器材中选择：_(填写器材前面的字母). 解 析 答 案ACE解析根据实验原理g ，应测量L和T，故选A、C、E. (3)他们将符合实验要求的单摆悬挂在铁架台上，将其上端固定，下端自由下垂(如图3所示).用米尺测量悬点到_之间的距离记为单摆的摆长L. 解 析 答 案图3解析摆长是指悬点到球心的距离，不是摆线长. 小球球心 (4)在小球平稳摆动后，他们记录小球完成n次全振动的总时间t，则单摆的周期T_. 解 析 答 案 解析nTt. (5)如果实验得到的结果是g10.29 m/s2，比当地的重力加速度值大，分析可能是哪些不当的实际操作造成这种结果，并写出其中一种：_. 解 析 答 案解析由g 知可能是L测量偏大，或T测量偏小. 可能是振动次数n计多了；可能是测量摆长时从悬点量到了小球底部(其他答案合理也给分) 变式题组 解 析 答 案 1.下表是用单摆测定重力加速度实验中获得的有关数据：摆长l/m 0.5 0.6 0.8 1.1周期T2/s2 2.0 2.4 3.2 4.4(1)利用上述数据，在图4的坐标系中描绘出lT2图象.图4 lT2图象如图所示.答案见解析图 解 析 答 案 (2)利用图象，取T24.2 s2时，l_ m，重力加速度g_ m/s2.(结果保留三位有效数字)解析T24.2 s2时，从图中可读出其摆长l1.05 m，1.05 9.86 1.实验原理用插针法找出与入射光线AO对应的出射光线O B，确定出O点，画出折射光线OO，然后测量出角1和2，代入公式计算玻璃的折射率.2.实验器材白纸、图钉、大头针、直尺、铅笔、量角器、平木板、长方形玻璃砖. 实验十七 测定玻璃的折射率 3.实验过程(1)铺白纸、画线.如图5所示，将白纸用图钉按在平木板上，先在白纸上画出一条直线aa作为界面，过aa上的一点O画出界面的法线MN，并画一条线段AO作为入射光线.图5把玻璃砖平放在白纸上，使它的长边跟aa对齐，画出玻璃砖的另一条长边bb . (2)插针与测量在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2，透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像，调整视线的方向，直到P1的像被P2的像挡住，再在观察的这一侧依次插两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P1、P2的像及P3，记下P3、P4的位置.移去玻璃砖，连接P3、P4并延长交bb于O，连接OO即为折射光线，入射角1 AOM，折射角2 O ON.用量角器测出入射角和折射角，查出它们的正弦值，将数据填入表格中.改变入射角 1，重复实验步骤，列表记录相关测量数据. 4.数据处理5.注意事项(1)玻璃砖应选用厚度、宽度较大的.(2)大头针要插得竖直，且间隔要大些.(3)入射角不宜过大或过小，一般在1575之间.(4)玻璃砖的折射面要画准，不能用玻璃砖界面代替直尺画界线.(5)实验过程中，玻璃砖和白纸的相对位置不能改变. 例2某同学利用“插针法”测定玻璃的折射率，所用的玻璃砖两面平行.正确操作后，作出的光路图及测出的相关角度如图6所示.图6(1)此玻璃的折射率计算式为n_(用图中的1、2表示)； 解 析 答 案解析光线由空气射入玻璃的入射角i901，折射角r902， (2)如果有几块宽度大小不同的平行玻璃砖可供选择，为了减小误差，应选用宽度_(填“大”或“小” )的玻璃砖来测量. 解 析 答 案 解析根据平行玻璃砖对光线的影响可知，玻璃砖宽度越大，侧移量越大，折射角的测量误差越小.大 变式题组2.如图7所示，某同学用插针法测定一半圆形玻璃砖的折射率，在平铺的白纸上垂直纸面插上大头针P1、P2确定入射光线，并让入射光线过圆心O，在玻璃砖(图中实线部分)另一侧垂直纸面插大头针P3，使P3挡住P1、P2的像，连接OP3.图中MN为分界面，虚线半圆与玻璃砖对称，B、C分别是入射光线、折射光线与圆的交点，AB、CD均垂直于法线并分别交法线于A、D点.图7 (1)设AB的长度为l1，AO的长度为l2，CD的长度为l3，DO的长度为l4，为较方便地表示出玻璃砖的折射率，需用刻度尺测量_，则玻璃砖的折射率可表示为_. 解 析 答 案 解析设圆形玻璃砖的半径是R，即需要测量l1和l3. l1和l3 解 析 答 案 (2)该同学在插大头针P3前不小心将玻璃砖以O为圆心顺时针转过一小角度，由此测得玻璃砖的折射率将_(填“偏大” “偏小”或“不变” ).解析P3顺时针转过一小角度，相当于减小l3，折射率n将偏大.偏大 1.实验原理相邻两条亮条纹间距x与入射光波长，双缝S1、S2的间距d及双缝与屏的距离l满足的关系式为x .2.实验器材双缝干涉仪、光具座、光源、学生电源、导线、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头、刻度尺. 实验十八 用双缝干涉测量光的波长(同时练习使用测量头) 3.实验步骤(1)安装仪器.如图8所示.图8将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上.接好光源，打开开关，使白炽灯正常发光.调节各部件的高度，使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏.安装单缝和双缝，中心位于遮光筒的轴线上，使双缝和单缝的缝平行. (2)观察与记录.调单缝与双缝间距为510 cm时，观察白光的干涉条纹.在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹.调节测量头，使分划板中心刻度线对齐第1条亮条纹的中心，记下手轮上的读数a1；转动手轮，使分划板向一侧移动，当分划板中心刻度线与第n条相邻的亮条纹中心对齐时，记下手轮上的刻度数a2，则相邻两条亮条纹间的距离x .换用不同的滤光片，测量其他色光的波长.(3)数据处理：用刻度尺测量出双缝到光屏间的距离l，由公式 x计算波长，重复测量、计算，求出波长的平均值. 4.注意事项(1)调节双缝干涉仪时，要注意调节光源的高度，使它发出的一束光能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮.(2)放置单缝和双缝时，缝要相互平行，中心大致位于遮光筒的轴线上.(3)调节测量头时，应使分划板中心刻线和条纹的中心对齐，记清此时手轮上的读数，转动测量头，使分划板中心刻线和另一条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数，两次读数之差就表示这两个条纹间的距离.(4)不要直接测x，要测几个条纹的间距，计算得x，这样可以减小误差.(5)白光的干涉观察到的是彩色条纹，其中白色在中央，红色在最外边. 例3(20164月浙江选考21)在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，选用红色滤光片和间距为0.20 mm的双缝，双缝与屏的距离为600 mm.某同学正确操作后，在目镜中看到如图9甲所示的干涉条纹.换成紫色滤光片正确操作后，使测量头分划板刻线与第k级暗条纹中心对齐，在目镜中观测到的是图乙中的_(填字母)，此时测量头的读数为25.70 mm.沿同一方向继续移动测量头使分划板刻线与第k5级暗条纹中心对齐，此时测量头标尺如图丙所示，其读数是_mm.紫光的波长等于_nm.图9D 19.40 420 答 案解 析 解析换成紫色滤光片后，光的波长变小，条纹间距变小，B错，条纹方向不变，C错，分划板中心刻线的位置是不变的，A错，D对；游标尺的读数为19 mm80.05 mm19.40 mm；根据波长计算公式 ，可得420 nm. 3.现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和透红光的滤光片E等光学元件，要把它们放在如图10所示的光具座上组装成双缝干涉装置，用以测量红光的波长.图10(1)将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左到右，表示各光学元件的字母排列顺序应为C、_、_、_、A. 答 案解 析E D B 变式题组 解析滤光片E可以从白光中选出单色红光，单缝D是获取线光源，双缝B是获得相干光源，最后成像在毛玻璃屏A上.所以排列顺序为：C、E、D、B、A. (2)本实验的步骤有：取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能沿遮光筒的轴线把屏照亮；按合理的顺序在光具座上放置各光学元件，并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上；用刻度尺测量双缝到屏的距离；用测量头(其读数方法同螺旋测微器)测量数条亮条纹间的距离.在操作步骤时还应注意_、_和_.放置单缝、双缝时，必须使缝平行单缝、双缝间的距离要适当要保证光源、滤光片、单缝、双缝和毛玻璃屏的中心在同一轴线上 答 案解 析 解析在操作步骤时应注意的事项有：放置单缝、双缝时，必须使缝平行；单缝、双缝间的距离要适当；要保证光源、滤光片、单缝、双缝和毛玻璃屏的中心在同一轴线上. 1.实验原理在一维碰撞中，测出物体的质量m和碰撞前、后物体的速度v、v，算出碰撞前的动量pm1v1m2v2及碰撞后的动量pm1v1m2v2，看碰撞前后动量是否相等. 实验十九 探究碰撞中的不变量 2.实验器材斜槽、小球(两个)、 、直尺、复写纸、白纸、圆规等.图11 答 案 天平 3.实验步骤(1)用天平测出两小球的质量，并选定质量大的小球为入射小球.(2)按照如图11所示实验原理图甲安装实验装置.调整、固定斜槽使斜槽末端水平.(3)白纸在下，复写纸在上且在适当位置铺放好.记下重垂线所指的位置O.(4)不放被撞小球，让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚下，重复10次.用圆规画尽量小的圆把小球所有的落点都圈在里面.圆心P就是小球落点的平均位置.如实验原理图乙所示.(5)把被撞小球放在斜槽末端，让入射小球从斜槽同一高度自由滚下，使它们发生碰撞，重复实验10次.用步骤(4)的方法，标出碰后入射小球落点的平均位置M和被撞小球落点的平均位置N. (6)连接ON，测量线段OP、OM、ON的长度.将测量数据填入表中.最后代入 ，看在误差允许的范围内是否成立.(7)整理好实验器材放回原处.(8)实验结论：在实验误差允许范围内，碰撞系统的动量守恒.4.数据处理 答 案 5.注意事项(1)斜槽末端的切线必须 ；(2)入射小球每次都必须从斜槽的 高度由 释放；(3)选质量较 的小球作为入射小球；(4)实验过程中实验桌、斜槽、记录的白纸的位置要始终保持不变. 答 案 水平同一静止大 例4某同学用如图12所示的装置做验证动量守恒定律的实验.先将a球从斜槽轨道上某固定点处由静止开始滚下，在水平地面上的记录纸上留下压痕，重复10次；再把同样大小的b球放在斜槽轨道末端水平段的最右端上，让a球仍从固定点由静止开始滚下，和b球相碰后，两球分别落在记录纸的不同位置处，重复10次.图12 (1)本实验必须测量的物理量有_.A.斜槽轨道末端距水平地面的高度HB.小球a、b的质量ma、mbC.小球a、b的半径rD.小球a、b离开斜槽轨道末端后平抛飞行的时间tF.a球的固定释放点到斜槽轨道末端水平部分间的高度差h 解 析 解析B点是不发生碰撞时a球的落地点，A点是发生碰撞后a球的落地点，C点是碰后b球的落地点.设小球a运动到轨道末端时的速度大小为vB，与球b发生碰撞后的瞬时速度大小为vA，碰后b球的速度大小为vC，本实验就是要验证关系式mavBmavAmbvC是否成立.因为小球做平抛运动的高度相同，下落时间相同，它们在水平方向上位移与水平方向上的速度成正比， 解 析 答 案 (2)放上被碰小球b，两球(mamb)相碰后，小球a、b的落地点依次是图中水平面上的_点和_点.解析两球碰撞后，a球在水平方向上的分速度较小，下落时间相同时，落地时的水平位移也较小，所以小球a、b的落地点依次是图中水平面上的A点和C点.A C 解 析 答 案 (3)某同学在做实验时，测量了过程中的各个物理量，利用上述数据验证碰撞中的动量守恒，那么判断的依据是看_和_在误差允许范围内是否相等. 变式题组4.如图13所示为实验室中验证动量守恒的实验装置示意图.图13(1)若入射小球质量为m1，半径为r1；被碰小球质量为m2，半径为r2，则()A.m1m2，r1r2B.m1m2，r1r2C.m1m2，r1r2D.m 1m2，为了使两球发生正碰，两小球的半径要相同，即r1r2；故选C. (2)为完成此实验，以下所提供的测量工具中必需的是_.(填下列对应的字母)A.直尺B.游标卡尺C.天平D.弹簧秤E.秒表 解 析 解析P为碰前入射小球落点的平均位置，M为碰后入射小球落点的平均位置，N为碰后被碰小球落点的平均位置，若m 1v1m1v2m2v3，则表明通过该实验验证了两球碰撞过程中动量守恒，解 析 所以需要测量质量和水平位移，必需用到的仪器是直尺、天平.故选A、C两项. (3)设入射小球的质量为m1，被碰小球的质量为m2，P为碰前入射小球落点的平均位置，若关系式(用m1、m2及图中字母表示)_成立，即表示碰撞中动量守恒.解析由(2)中的分析可知，实验中需验证的表达式为： 解 析 答 案