高考物理二轮复习 第13讲 力学实验与创新课件

专题整合突破专题五实验技能与创新专题五实验技能与创新要点解读备考对策1.实验基本能力：重点考查游标卡尺、螺旋测微器；多用电表等的读数、构造、原理、重要的实验方法、实验器材的选择、电路实物连线和运用图象与表格分析处理实验数据、实验结论、误差分析及电学实验中的故障分析等。2.设计与创新能力：要求考生将教材中的实验原理、实验方法迁移到新的背景中，以完成新的实验要求的设计性实验，将逐步取代对原教材中实验的考查。3.实验题类型近年高考通常为“一力一电”模式。1.重点关注游标卡尺、螺旋测微器、多用电表、电阻箱等的读数，电表量程、滑动变阻器及实验电路的选取等。2.“源于课本，不拘泥于课本”一直是高考实验题命题的理念，所以熟悉课本实验，抓住实验的灵魂原理，是我们复习的重中之重，3.知识创新型实验。例如设计型、开放型、探讨型实验等都有不同程度的创新，比如利用所学知识设计出很多测量重力加速度的实验方案。其中，力学设计性实验在近年高考中有加强的趋势，应引起高度重视。第13讲力学实验与创新1微网构建微网构建2高考真题高考真题3热点聚焦热点聚焦4复习练案复习练案微网构建微网构建高考真题高考真题 (1)由图(b)可知，小车在桌面上是_(填“从右向左”或“从左向右”)运动的。 (2)该小组同学根据图(b)的数据判断出小车做匀变速运动。小车运动到图(b)中A点位置时的速度大小为_m/s，加速度大小为_m/s2。(结果均保留2为有效数字)从右向左从右向左 0.19 0.19 0.037 0.037 实验步骤如下： 如图(a)，将光电门固定在斜面下端附近：将一挡光片安装在滑块上，记下挡光片前端相对于斜面的位置，令滑块从斜面上方由静止开始下滑；52.1 52.1 16.3 16.3 (1)用一只测力计将橡皮筋的P端沿y轴从A点拉至坐标原点O，此时拉力F的大小可由测力计读出。测力计的示数如图(b)所示，F的大小为 _N。4.0 4.0 (2)撤去(1)中的拉力，橡皮筋P端回到A点；现使用两个测力计同时拉橡皮筋，再次将P端拉至O点，此时观察到两个拉力分别沿图(a)中两条虚线所示的方向，由测力计的示数读出两个拉力的大小分别为F14.2 N和F25.6 N。 ()用5 mm长度的线段表示1 N的力，以O点为作用点，在图(a)中画出力F1、F2的图示，然后按平形四边形定则画出它们的合力F合； ()F合的大小为_N，F合与拉力F的夹角的正切值为_。若F合与拉力F的大小及方向的偏差均在实验所允许的误差范围之内，则该实验验证了力的平行四边形定则。 解析(1)由测力计的读数规则可知，读数为4.0 N。(2)()利用平行四边形定则作图；()由图可知F合4.0 N，从F合的顶点向x轴和y轴分别作垂线，顶点的横坐标对应长度为1 mm，顶点的纵坐标长度为20 mm，则可得出F合与拉力F的夹角的正切值为0.05。 4.0 4.0 0.05 0.05 (1)打点计时器使用的电源是_(选填选项前的字母)。 A直流电源B交流电源 B B (2)实验中，需要平衡摩擦力和其它阻力，正确操作方法是_(选填选项前的字母)。 A把长木板右端垫高 B改变小车的质量 在不挂重物且_(选填选项前的字母)的情况下，轻推一下小车。若小车拖着纸带做匀速运动，表明已经消除了摩擦力和其他阻力的影响。 A计时器不打点 B计时器打点 A A B B (3)接通电源，释放小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，将打下的第一个点标为O。在纸带上依次取A、B、C若干个计数点，已知相邻计数点间的时间间隔为T。测得A、B、C各点到O点的距离为x1、x2、x3，如图2所示。 实验中，重物质量远小于小车质量，可认为小车所受的拉力大小为mg。从打O点打B点的过程中，拉力对小车做的功W_，打B点时小车的速度v_。 mgxmgx2 2 (4)以v2为纵坐标，W为横坐标，利用实验数据做如图3所示的v2W图象。由此图象可得v2随W变化的表达式为_。根据功与能的关系，动能的表达式中可能包含v2这个因子；分析实验结果的单位关系，与图线斜率有关的物理量应是_。v2 2kWkW，k k(4.5(4.55.0)m5.0)m2 2s s2 2J J1 1 质量质量 (5)假设已经完全消除了摩擦力和其他阻力的影响，若重物质量不满足远小于小车质量的条件，则从理论上分析，图4中正确反映v2W关系的是_。 A A 对于该实验，下列操作中对减小实验误差有利的是_。 A重物选用质量和密度较大的金属锤 B两限位孔在同一竖直面内上下对正 C精确测量出重物的质量 D用手托稳重物，接通电源后，撒手释放重物 AB AB 某实验小组利用上述装置将打点计时器接到50 Hz的交流电源上，按正确操作得到了一条完整的纸带，由于纸带较长，图中有部分未画出，如图所示。纸带上各点是打点计时器打出的计时点，其中O点为纸带上打出的第一个点。重物下落高度应从纸带上计时点间的距离直接测出，利用下列测量值能完成验证机械能守恒定律的选项有_。 AOA、AD和EG的长度 BOC、BC和CD的长度 CBD、CF和EG的长度 CAC、BD和EG的长度 BC BC (1)挂钩码前，为了消除摩擦力的影响，应调节木板右侧的高度，直至向左轻推小车观察到_。 小车做匀速运动小车做匀速运动 (2)挂上钩码，按实验要求打出的一条纸带如图2所示。选择某一点为O，依次每隔4个计时点取一个计数点。用刻度尺量出相邻计数点间的距离x，记录在纸带上。计算打出各计数点时小车的速度v，其中打出计数点“1”时小车的速度v1_m/s。0.228 0.228 W/103J2.452.923.353.814.26Ek/103J2.312.733.123.614.00 请根据表中的数据，在方格纸上作出EkW图象。 (4)实验结果表明，Ek总是略小于W。某同学猜想是由于小车所受拉力小于钩码重力造成的。用题中小车和钩码质量的数据可算出小车受到的实际拉力F_N。0.093 0.093 热点聚焦热点聚焦 1毫米刻度尺的读数：精确到毫米，估读一位。 2游标卡尺的读数热点一基本仪器的原理与读数游标尺精确度(mm)测量结果(游标尺上第n条刻度线与主尺上的某刻度线对齐时)(mm)刻度格数刻度总长度(mm)每小格与1 mm差(mm)1090.10.1主尺上读的毫米数0.1n主尺上读的毫米数0.05n 3.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(含估读值)0.01 mm。 4弹簧秤的读数 若最小分度为0.1 N，须估读。即结果以N为单位，小数点后保留两位。解析游标卡尺的主尺读数为10 mm，游标尺上第10个刻度和主尺上某一刻度对齐，所以游标读数为100.05 mm0.50 mm，所以最终读数为：10 mm0.50 mm10.50 mm；螺旋测微器的固定刻度为3 mm，可动刻度为20.00.01 mm0.200 mm，所以最终读数为3 mm0.200 mm3.200 mm。典例典例1 1 10.50 10.50 3.200(3.198 3.200(3.1983.202) 3.202) 游标卡尺、螺旋测微器读数的三点注意 1游标卡尺在读数时先确定各尺的分度，把数据转换成以毫米为单位的数据，先读主尺数据，再读游标尺数据，最后两数相加。 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。 3游标卡尺读数时不需要估读，而螺旋测微器读数时需要估读。方法总结 它的准确度是_mm； 用它测量某物体的厚度，示数如图所示，正确的读数是_cm。 (2)用螺旋测微器测量某金属丝直径，其示数如图所示，由图可知该金属丝直径为_mm；0.05 0.05 0.030 0.030 4.6984.6984.700 4.700 解析(1)新式游标卡尺的测量原理和传统的游标卡尺相同，新式游标卡尺其游标尺上20个分度只有39 mm，比主尺上的40个分度短1 mm，它的测量精确度是：0.05 mm，用它测得物体厚度为30 mm0.05 mm630.30 mm3.030 cm (2)游标卡尺读数为4.5 mm20.00.01 mm4.700 mm 计时仪器的测量方法 1打点计时器 (1)tnT(n表示打点的时间间隔的个数，T表示打点周期) (2)打点频率(周期)与所接交流电的频率(周期)相同 2.光电计时器 光电计时器能自动记录挡光时间，显示在读数窗口。 3.频闪照相机计时 用相等时间间隔获取图象信息的方法记下物体在不同时刻的位置。热点二纸带类试验典例典例2 2 (1)根据以上数据可得小车运动的加速度表达式为a_。 D D (3)该同学接下来探究在质量不变的情况下，加速度与合外力的关系。他平衡摩擦力后，每次都将小车中的砝码取出一个放在砝码盘中，用天平测得砝码盘及盘中砝码的总质量m，并通过打点计时器打出的纸带求出加速度。得到多组数据后，绘出如图丙aF图象，发现图象是一条过坐标原点的倾斜直线。图象中直线的斜率表示_(用本实验中可测量的量表示)。 (4)该同学在这个探究实验中采用的物理学思想方法为_ A理想化模型法B控制变量法 C极限法 D比值法。 B B “长木板、小车、纸带、打点计时器”实验装置中的细节及注意事项 (1)在验证牛顿运动定律，探究动能定理的实验中，都需要平衡摩擦力。平衡摩擦力的方法是将小车放在木板上，把木板不带滑轮的一端垫高，在小车后面接一条纸带，穿过打点计时器，让小车在没有牵引力的情况下恰能匀速下滑。(判断其匀速下滑的依据是：纸带上的点间距是一样的) (2)在测定动摩擦因数的实验中，木板必须水平，细线必须与长木板平行，这样才能使压力等于木块的重力，细线对木块的拉力沿水平方向。 (3)小车在长木板上做匀加速直线运动时，绳上的拉力并不等于悬挂物的重力，只有当M车m挂时，绳上的力近似等于悬挂物的重力。如果绳上连接着力传感器或测力器，则可直接读出绳上的拉力，不需要M车m挂。方法总结 (1)小车的加速度大小为_m/s2； (2)根据纸带上所给出的数据，可求出电源的频率为_Hz； (3)打纸带上C点时小车的瞬时速度大小为_m/s。 2 2 40401 1 (1)为了消除运动过程中所受摩擦的影响，调整时应将木板_(选填“左”或“右”)端适当垫高以平衡摩擦力。 (2)实验中，某同学打出一段纸带如图乙所示，相邻两计时点距离依次为：AB3.50 cm、BC3.80 cm、CDDEEFFGGH4.00 cm，则匀速运动的速度v_m/s。左左 2 2 D D 1探究弹力和弹簧伸长量的关系的操作关键 (1)实验中不能挂过多的钩码，防止弹簧超过弹性限度。 (2)画图象时，不要连成“折线”，而应尽量让坐标点落在直线上或均匀分布在直线两侧。 2验证力的平行四边形定则的操作关键 (1)每次拉伸结点位置O必须保持不变。 (2)记下每次各力的大小和方向。 (3)画力的图示时应选择适当的标度。热点三弹簧类试验典例典例3 3 (3)重物挂在头发丝上，两手缓慢沿刻度尺水平移动，直至头发丝恰好被拉断；从刻度尺上读出两手指尖之间的距离d30.00 cm(取重力加速度g10m/s2，挂钩光滑且质量不计) 由以上数据可知所用刻度尺最小刻度为_；头发丝的最大拉力表达式T_(用以上物理量符合表示)；利用所测数据可获得最大拉力为_N(保留三位有效数字)，在正常范围。1.88 1.88 0.1 cm 0.1 cm , , (1)在国际单位制中，杨氏模量Y的单位应该是_ AN Bm CN/m DPa D D (2)有一段横截面是圆形的橡皮筋，应用如图所示的实验装置可以测量出它的杨氏模量Y的值。首先利用刻度尺测得橡皮筋的长度L20.00 cm，利用测量工具a测得橡皮筋未受到拉力时的直径D4.000 mm，那么测量工具a应该是_。 螺旋测微器螺旋测微器 (3)做出橡皮筋受到的拉力F与伸长量x的图像，由图象可求得该橡皮筋的劲度系数k_N/m。 (4)这种橡皮筋的Y值等于_(Y的数值保留一位有效数字)312.5 312.5 5 510106 6 Pa Pa 一、注意事项 1前提条件：碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”。 2方案提醒： (1)若利用气垫导轨进行实验，调整气垫导轨时，注意利用水平仪确保导轨水平。 (2)若利用摆球进行实验，两小球静放时球心应在同一水平线上，且刚好接触，摆线竖直，将小球拉起后，两条摆线应在同一竖直面内。 (3)若利用长木板进行实验，可在长木板下垫一小木片用以平衡摩擦力。 3探究结论：寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不改变。 热点四验证动量守恒定律 二、误差分析 1系统误差：主要来源于装置本身(是否符合要求)。 (1)碰撞是否为一维碰撞。 (2)实验是否满足动量守恒的条件，如气垫导轨是否水平，两球是否等大，长木板实验时是否平衡掉摩擦力。 2偶然误差：主要来源于质量m和速度v的测量。 3改进措施： (1)设计方案时应保证碰撞为一维碰撞，且尽量满足动量守恒的条件。 (2)采取多次测量求平均值的方法减小偶然误差。典例典例4 4 (1)为使两球碰撞是一维碰撞，所选两球的直径关系为：A球直径_ (选填“大于”、“小于”或“等于”)B球直径。 等于等于 AB( AB(不全或选错不得分不全或选错不得分) ) mAmAOFOFmAmAOEOEmBmBOJOJ 用天平测出两个小球的质量分别为m1和m2； 安装实验装置，将斜槽AB固定在桌边，使槽的末端切线水平，再将一斜面BC连接在斜槽末端； 先不放小球m2，让小球m1从斜槽顶端A处由静止释放，标记小球在斜面上的落点位置P； 将小球m2放在斜槽末端B处，仍让小球m1从斜槽顶端A处由静止释放，两球发生碰撞，分别标记小球m1、m2在斜面上的落点位置； 用毫米刻度尺测出各落点位置到斜槽末端B的距离。图中M、P、N点是实验过程中记下的小球在斜面上的三个落点位置，从M、P、N到B点的距离分别为SM、SP、SN。依据上述实验步骤，请回答下面问题： (1)两小球的质量m1、m2应满足m1_m2(填写“”、“”或“ M M N N 解析(1)为了防止入射球碰后反弹，一定要保证入射球的质量大于被碰球的质量； (2)小球m1和小球m2相撞后，小球m2的速度增大，小球m1的速度减小，都做平抛运动，所以碰撞后m1球的落地点是M点，m2球的落地点是N点；m m1 1S SM Mm m2 2S SN N m m1 1S SP P 1实验器材的等效与替换，主要有3个方面的创新： (1)用电子秤或已知质量的钩码替代弹簧秤；(2)气垫导轨替代长木板；(3)用光电门、闪光照相机替代打点计时器。 2实验结论的拓展与延伸： 主要通过一些实验装置得出物体的加速度，再利用牛顿第二定律求出物体所受阻力或小车与木板间的动摩擦因数。热点五力学创新型试验的分析技巧 3情景的设计与创新： 近几年在试题情景的设计上进行了较多的创新，不过考查的实验原理和实验处理方法仍然不变，因此只要把最根本的方法从新情景中分离出来，找出与常规实验相同之处就可以。保持平板倾角不变，去掉沙和沙桶，小车即在平板上沿斜面向下做匀加速直线运动，通过纸带测量其加速度a；典例典例5 5 保持小车质量M不变，多次改变沙和沙桶的总质量m，每次重复两步操作，得到小车加速度与合力的关系； 多次改变小车的质量，进行适当的操作，得到小车加速度和质量的关系。 (1)在上述实验操作过程中，以下说法正确的是 _。 A可以用电池盒给打点计时器供电 B应在小车开始运动后再接通打点计时器的电源 C要保持细绳与平板平行 D应让小车从靠近定滑轮处开始运动CDCD (2)在操作中若打了一条如下图所示的纸带，已知纸带左端为连接小车处，则应将平板的倾角适当_(选填“增大”或“减小”)些； (3)在操作中，小车所受的合力大小等于_(用题中所给定的字母以及重力加速度g表示)； (4)在本实验中_(选填“需要”或“不需要”)满足沙和沙桶的质量远小于小车的总质量；在操作中，每次改变小车质量后，_(选填“需要”或“不需要”)重新调节平板的倾角。减小减小 mg mg 不需要不需要 需要需要 解析(1)打点计时器必须要用交流电源供电，故不可以用电池盒给打点计时器供电。选项A错误；应接通打点计时器的电源后再让小车开始运动，选项B错误；要保持细绳与平板平行，选项C正确；应让小车从靠近定滑轮处开始运动，选项D正确；故选CD。(2)由纸带可看出，小车做加速运动，说明木板倾角过大，故应该减小木板倾角；(3)在操作中，因开始时小车拖着沙和沙桶运动，故去掉沙桶后，小车受的合力大小等于沙和沙桶的重力mg；(4)在本实验中，因小车加速下滑时不带沙和沙桶，故不需要满足沙和沙桶的质量远小于小车的总质量；因平衡摩擦力时要调节沙和沙桶的重力，故在操作中，每次改变小车质量后，需要重新调节平板的倾角。 (1)用10分度的游标卡尺测量钢球的直径，示数如图乙所示，可知钢球的直径d_cm。 (2)多次改变光电门的位置，测量出光电门到电磁铁下端O的距离为h(hd)，并计算出小球经过光电门时的速度v，若画出v2h的图象是线性图线，则本实验最可能得到的线性图是_。0.96 0.96 A A (3)钢球通过光电门的平均速度_(选填“大于”或“小于”)钢球球心通过光电门的瞬时速度，由此产生的误差_(选填“能”或“不能”)通过增加实验次数减小。 (4)若实验中得到v2与h成线性关系，能否说明钢球在下落过程中机械能守恒？_。 解析(1)游标卡尺的主尺读数为：0.9 cm，游标尺上第6个刻度和主尺上某一刻度对齐，游标读数为0.16 mm0.6 mm，所以最终读数为：0.96 cm。 小于小于 不能不能 不能，可能存在空气阻力做功而消耗部分机械能不能，可能存在空气阻力做功而消耗部分机械能