高考物理二轮复习 备课资料 专题八 物理实验 第1讲 力学实验与创新课件

专题八 物理实验 定位 五年考情分析 2017年2016年2015年2014年2013年 卷 T22 测测定匀变变 速直线线运 动动的加速度 用验证验证 机械能守恒 定律的装置求瞬时时 速度、 加速度、 频频率 向心力的 研究 验证验证 牛 顿顿第二 定律 测测量物块块与 水平桌面之 间间的动动摩擦 因数 T23 描绘绘小灯泡 的伏安特性 曲线线 热热敏电电阻控制电电路 的设计设计 、器材的选选 择择及过过程分析 把电电流表 改装为电为电 压压表 测测定电电 源的电电 动势动势 和 内阻 测测量多用电电 表内电电池的 电动势电动势 和内 部电电路的总总 电电阻 卷 T22测测定匀变变速 直线线运动动的 加速度、平 均速度 探究弹弹簧的弹弹 性势势能 测测定匀变变速运 动动的速度、加 速度,物块块与 斜面间间的动动摩 擦因数 伏安法测测 电电阻 探究弹弹簧的 弹弹性势势能 T23测测微安表的 内阻 电压电压 表内阻的 测测量 半偏法测电测电 压压表内阻 探究弹弹簧 的劲劲度系 数k与其长长 度的关系 多用电电表的 原理和使用 卷 T22验证验证 力的平 行四边边形定 则则 探究影响安培 力大小的因素 T23用多用电电表 测电测电 阻 探究加速度与 合外力的关系 专题 定位 本专题专题 是物理实验实验 ,实验实验 包含力学实验实验 和电电学实验实验 两部分,每年必 考;实验实验 以填空题题形式出现现,一力一电电,一小一大的组组合形式基本固 定.通过对过对 近五年高考命题题分析可以看出,力学主要考查纸带类问查纸带类问 题题、弹弹簧类问题类问题 和以牛顿顿第二定律为为基础础的力学创创新型实验实验 ,2017 年开始动动量守恒定律实验实验 成为为力学必考实验实验 之一;电电学主要考查查以 测电测电 阻(电电表的内阻)为为核心的实验实验 、以多用电电表的使用为为核心的 实验实验 、以测电测电 源电动势电动势 和内阻为为核心的实验实验 . 应考 建议 2018年复习备习备 考过过程中,仍从两方面引起重视视:(1)高考实验题实验题 命题题 仍是“源于教材,不拘泥于教材”的理念,所以熟悉教材实验实验 、抓住 实验实验 灵魂原理,是复习习的重中之重;(2)重视创视创 新型实验实验 ,例如设设 计计型、开放型、探讨讨型实验实验 等都有不同程度的创创新,比如由单纯单纯 的 求加速度转转化为为求动动摩擦因数,设计设计 多种求重力加速度的方法,多种 方法求电电阻,都要引起高度重视视. 第1讲 力学实验与创新 突 破 实 战 热点考向一 纸带类问题 【核心提炼】 1.打点计时器系列五个实验 力学实验中用到打点计时器的实验有5个,分别是用打点计时器测速度,探究小 车速度随时间变化的规律,探究加速度与力、质量的关系,探究做功与速度变 化的关系及验证机械能守恒定律. 突破 热点考向聚焦 2.纸带数据的处理方法 3.平衡摩擦力的两个实验及方法 探究加速度与力、质量的关系及探究做功与速度变化的关系两个实验均需平 衡摩擦力,平衡摩擦力的方法是垫高有打点计时器的一端,给小车一个初速度, 小车能匀速下滑. 4.三个关键点 (1)区分计时点和计数点:计时点是指打点计时器在纸带上打下的点.计数点是 指测量和计算时在纸带上所选取的点.要注意“每五个点取一个计数点”与“ 每隔四个点取一个计数点”的取点方法是一样的. (2)涉及打点计时器的实验均是先接通电源.打点稳定后,再释放纸带. (3)实验数据处理可借助图像,充分利用图像斜率、截距等的物理意义. 【典例1】 (2017广东珠海模拟)某同学利用图(甲)所示的实验装置,探究小 车在均匀长木板上的运动规律. (1)在小车做匀加速直线运动时打出一条纸带,已知打点计时器所用电源的频 率为50 Hz,图(乙)中所示的是每打5个点所取的计数点,x1=3.62 cm,x4=5.12 cm,由图中数据可求得:小车的加速度为 m/s2,第3个计数点与第2个计数 点的距离(即x2)约为 cm. 答案:(1)0.50 4.12 (2)若用该实验装置“探究与F,M之间的关系”,要用钩码(质量用m表示)的重力 表示小车所受的细线拉力,需满足 ,满足此条件做实验时,得到一系列加 速度a与合外力F的对应数据,画出a-F关系图像,如图(丙)所示,若不计滑轮摩 擦及纸带阻力的影响,由图像可知,实验操作中不当之处为 ; 小车的质量M= kg;如果实验时,在小车和钩码之间接一个不计质量的微型 力传感器用来测量拉力F,如图(丙)所示,从理论上分析,该实验图线的斜率将 (填“变大”“变小”或“不变”). 答案:(2)Mm 没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足 1 变大 (3)为了验证动能定理,在用钩码的重力表示小车所受合外力的条件下,在图( 乙)中1,3两点间对小车用实验验证动能定理的表达式为 .(用题中所涉及数据的字母表示,两个计数点间的时间间隔用T表示) 【预测练习1】 (2017河北保定模拟)在用打点计时器验证机械能守恒定律 的实验中,使质量为m=1.00 kg的重物自由下落,打点计时器在纸带上打出一 系列的点,选取一条符合实验要求的纸带如图所示.O为第一个点,A,B,C为从 合适位置开始选取连续点中的三个点.已知打点计时器每隔0.02 s打一个点, 当地的重力加速度g取9.80 m/s2.则: (1)根据图上所得的数据,应取图中O点到 点来验证机械能守恒定律. (2)从O点到(1)问中所取的点,重物重力势能的减少量Ep= J,动能增加 量Ek= J(结果保留3位有效数字). 答案:(1)B (2)1.88 (3)若测出纸带上所有各点到O点之间的距离,根据纸带算出各点的速度v及物体 下落的高度h.则以 为纵轴,以h为横轴画出的图像是下图中的 . 答案:(3)A 热点考向二 橡皮条、弹簧类问题 【核心提炼】 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)画图像时,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. 【典例2】 (2017全国卷,22)某探究小组做“验证力的平行四边形定则”实 验,将画有坐标轴(横轴为x轴,纵轴为y轴,最小刻度表示1 mm)的纸贴在水平 桌面上,如图(a)所示.将橡皮筋的一端Q固定在y轴上的B点(位于图示部分之 外),另一端P位于y轴上的A点时,橡皮筋处于原长. (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. 解析:(1)由图可知,F的大小为4.0 N. 答案:(1)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F1=4.2 N和F2=5.6 N. 用5 mm长度的线段表示1 N的力,以O为作用点,在图(a)中画出力F1,F2的图示,然后按 平行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. 答案:(2)见解析 4.0 0.05 【预测练习2】 (2017河北石家庄质检)在“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的 实验中 (1)以下说法正确的是 . A.弹簧被拉伸时,不能超出它的弹性限度 B.用悬挂砝码的方法给弹簧施加拉力,应保证弹簧位于竖直位置且处于平衡状态 C.用直尺测得弹簧的长度即为弹簧的伸长量 D.用几个不同的弹簧,分别测出几组拉力与伸长量,得出拉力与伸长量之比相等 解析:(1)弹簧被拉伸时,不能超出它的弹性限度,否则弹簧会损坏,故A正确.用 悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力,要保证弹簧位于竖直位置,使钩码的重力等 于弹簧的弹力,要待钩码平衡时再读数,故B正确.弹簧的长度不等于弹簧的伸 长量,故C错误.拉力与伸长量之比是劲度系数,由弹簧决定,同一弹簧的劲度系 数是不变的,不同的弹簧的劲度系数不同,故D错误. (2)若某同学采用的实验装置如图(甲)所示,所用的每个钩码的重力相当于对 弹簧提供了向右恒定的拉力.实验时先测出不挂钩码时弹簧的自然长度,再将 5个钩码逐个挂在绳子的下端,每次测出相应的弹簧总长度. 有一个同学通过以上实验测量后把6组数据描点在图(乙)中,请作出F-L 图线. 由此图线可得出该弹簧的原长L0= cm,劲度系数k= N/m. (结果均保留2位有效数字) 解析:(2)作出F-L图线,如图所示; 答案:(2)见解析图 5.0 20 (3)若某同学把弹簧平放在桌面上使其自然伸长,用直尺测出弹簧的原长L0, 再把弹簧竖直悬挂起来,挂上钩码后测出弹簧伸长后的长度L,把L-L0作为弹 簧的伸长量x,这样操作,由于弹簧自身重力的影响,最后画出的图线可能是 . 解析:(3)当竖直悬挂时,由于自身重力的影响弹簧会有一段伸长量L1,但 此时所挂重物的重力为0(F=0),结合弹簧弹力的特点可得,F=k(L-L0- L1)=k(L-L0)-kL1=kx-kL1,其图像只可能是C图. 答案:(3)C 热点考向三 力学创新实验 【核心提炼】 1.力学创新实验的几个特点 (1)实验器材的等效与替换,主要有3个方面的创新:用电子秤或已知质量的 钩码替代弹簧测力计;气垫导轨替代长木板;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. (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. 2.创新实验的易错点 (1)实验原理不清楚,找不出解题的突破口. (2)对实验结论的拓展与延伸,不知从何处入手. (3)不能从新情景中把实验方法分离出来. 3.创新实验题的解法 (1)以基本的力学模型为载体,依托运动学规律和力学定律设计实验; (2)将实验的基本方法控制变量法,处理数据的基本方法图像法,逐 差法,融入实验的综合分析之中; (3)根据题目情境,提取相应的力学模型,明确实验的理论依据和实验目的,设 计实验方案; (4)进行实验,记录数据,应用原理公式或图像法处理实验数据,结合物体实际 受力情况和理论受力情况对结果进行误差分析. 【典例3】 (2016全国卷,23)某物理课外小组利用图(甲)中的装置探究物 体加速度与其所受合外力之间的关系.图中,置于实验台上的长木板水平放置 ,其右端固定一轻滑轮;轻绳跨过滑轮,一端与放在木板上的小滑车相连,另一 端可悬挂钩码.本实验中可用的钩码共有N=5个,每个质量均为0.010kg.实验 步骤如下: (1)将5个钩码全部放入小车中,在长木板左下方垫上适当厚度的小物块,使小 车(和钩码)可以在木板上匀速下滑. (2)将n(依次取n=1,2,3,4,5)个钩码挂在轻绳右端,其余N-n个钩码仍留在小 车内;用手按住小车并使轻绳与木板平行.释放小车,同时用传感器记录小车 在时刻t相对于其起始位置的位移s,绘制s-t图像,经数据处理后可得到相应 的加速度a. (3)对应于不同的n的a值见下表.n=2时的s-t图像如图(乙)所示,由图(乙)求 出此时小车的加速度(保留2位有效数字),将结果填入下表. n12345 a/(ms-2)0.200.580.781.00 答案:(3)0.39 (4)利用表中的数据在图(丙)中补齐数据点,并作出a-n图像.从图像可以看出: 当物体质量一定时,物体的加速度与其所受的合外力成正比. 解析:(4)在题图(丙)中描出数据点(2,0.39),(3,0.58)(5,1.00)并过各数 据点作出a-n图像,如图所示. 答案:(4)a-n图像见解析 答案:(5)0.44 (5)利用a-n图像求得小车(空载)的质量为 kg(保留2位有效数字,重 力加速度取g=9.8 ms-2). 答案:(6)BC (6)若以“保持木板水平”来代替步骤(1),下列说法正确的是 (填入 正确选项前的标号). A.a-n图线不再是直线 B.a-n图线仍是直线,但该直线不过原点 C.a-n图线仍是直线,但该直线的斜率变大 【预测练习3】 (2017福建宁德模拟)某物理小组对轻弹簧的弹性势能进行探 究,实验装置如图(甲)所示,轻弹簧左端固定,右端与一物块接触而不连接,纸 带穿过打点计时器并与物块连接.向左推物块使弹簧压缩一段距离,由静止释 放物块,通过测量和计算,可求得弹簧被压缩后的弹性势能步骤如下: A.用天平测量出物块的质量m,按图(甲)所示安装好实验装置; B.向左推物块使弹簧压缩,并测量弹簧压缩量x; C.把纸带向左拉直,接通打点计时器电源; D.松手释放物块. (1)图(乙)是物块脱离弹簧后打点计时器所打出的纸带,每相邻两个计数点之 间有4个点未画出.相邻计数点间的距离如图(乙)所示.打点计时器电源的频率 为50 Hz,物块做匀减速直线运动的加速度大小a= m/s-2,若重力加速度 为g,则物块与桌面间的动摩擦因数的表达式为= ,这样代入数据得到 的结果比动摩擦因数的真实值 (选填“偏大”或“偏小”). (2)若物块脱离弹簧时的速度为v,则弹簧被压缩时具有的弹性势能大小是 .(用m,g,v,x和动摩擦因数表示) 实战 高考真题演练 1.测匀变速直线运动的速度和加速度(2017全国卷,22)某探究小组为了 研究小车在桌面上的直线运动,用自制“滴水计时器”计量时间.实验前,将该计 时器固定在小车旁,如图(a)所示.实验时,保持桌面水平,用手轻推一下小车. 在小车运动过程中,滴水计时器等时间间隔地滴下小水滴,图(b)记录了桌面上 连续的6个水滴的位置.(已知滴水计时器每30 s内共滴下46个小水滴) 解析:(1)小车在水平桌面上做减速运动,相邻两个水滴之间的距离越来越 小,由图(b)可知,小车在桌面上是从右向左运动的. 答案:(1)从右向左 (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位有效数字) 答案:(2)0.19 0.037 2.用验证机械能守恒的装置测速度、加速度和频率(2016全国卷,22)某 同学用图(a)所示的实验装置验证机械能守恒定律,其中打点计时器的电源为 交流电源,可以使用的频率有20 Hz、30 Hz和40 Hz.打出纸带的一部分如图 (b)所示. 该同学在实验中没有记录交流电的频率f,需要