（全国专用）2017版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）.doc

题型研究7 加试实验（二）考纲解读实验名称考试属性说明必考加试探究单摆周期与摆长的关系1.不要求对探究单摆周期与摆长的关系实验进行误差分析2不要求推导相邻两个明条纹或暗条纹中心间距的计算公式测定玻璃的折射率用双缝干涉测量光的波长(同时练习使用测量头)探究碰撞中的不变量探究单摆周期与摆长的关系1实验原理由单摆的周期公式t2，可得出gl，测出单摆的摆长l和振动周期t，就可求出当地的重力加速度g.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：计算法根据公式t2，g.将测得的几次周期t和摆长l代入公式g中算出重力加速度g的值，再算出g的平均值，即为当地的重力加速度的值方法二：图象法由单摆的周期公式t2可得lt2，因此以摆长l为纵轴，以t2为横轴作出的lt2图象是一条过原点的直线，如图2所示，求出图线的斜率k，即可求出g值g42k，k.图24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”)(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)(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.图3(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_.(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：_.答案(1)丁(2)ace(3)小球球心(4)(5)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)解析(1)由于重力加速度g是确定的，故丁同学理解正确(2)根据实验原理g，应测量l和t，故选a、c、e.(3)摆长是指悬点到球心的距离，不是摆线长(4)ntt.(5)由g知可能是l测量偏大，或t测量偏小变式训练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/m0.50.60.81.1周期t2/s22.02.43.24.4(1)利用上述数据，在图4的坐标系中描绘出lt2图象图4(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)答案(1)见解析图(2)1.059.86解析由t2得lt2，所以图象是过原点且斜率为的一条直线(1)lt2图象如图所示(2)t24.2 s2时，从图中可读出其摆长l1.05 m，将t2和l代入公式g，得g9.86 m/s2.测定玻璃的折射率1实验原理用插针法找出与入射光线ao对应的出射光线ob，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1aom，折射角2oon.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数据处理计算每次的折射率n，求出平均值.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)；(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”)的玻璃砖来测量答案(1)(2)大解析(1)光线由空气射入玻璃的入射角i901，折射角r902，由折射率的定义可得：n；(2)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变式训练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_(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”)答案(1)l1和l3(2)偏大解析(1)设圆形玻璃砖的半径是r，则入射角为iaob，sin i，折射角rcod，sin r，n，即需要测量l1和l3.(2)p3顺时针转过一小角度，相当于减小l3，折射率n将偏大用双缝干涉测量光的波长(同时练习使用测量头)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9答案d19.40420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x，可得420 nm.变式训练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.(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_答案(1)edb(2)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解析(1)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)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探究碰撞中的不变量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2实验器材斜槽、小球(两个)、天平、直尺、复写纸、白纸、圆规等图113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m1m1m2，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数据处理验证表达式：m1m1m25注意事项(1)斜槽末端的切线必须水平；(2)入射小球每次都必须从斜槽的同一高度由静止释放；(3)选质量较大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te记录纸上o点到a、b、c各点的距离、fa球的固定释放点到斜槽轨道末端水平部分间的高度差h(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(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答案(1)be(2)ac(3)mamamb解析(1)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，所以本实验也可以变换成验证mamamb是否成立，b、e正确(2)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(3)根据(1)的分析，判断两球碰撞过程中的动量是否守恒的依据是看ma和mamb在误差允许范围内是否相等变式训练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()am1m2，r1r2bm1m2，r1r2cm1m2，r1r2dm1m2，为了使两球发生正碰，两小球的半径要相同，即r1r2；故选c.(2)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，碰撞前入射小球的速度为：v1碰撞后入射小球的速度为：v2碰撞后被碰小球的速度为：v3.若m1v1m1v2m2v3，则表明通过该实验验证了两球碰撞过程中动量守恒，代入数据得：m1m1m2；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)由(2)中的分析可知，实验中需验证的表达式为：m1m1m2.1用单摆测定重力加速度的实验装置如图1所示图1(1)组装单摆时，应在下列器材中选用_(选填选项前的字母)a长度为1 m左右的细线b长度为30 cm左右的细线c直径为1.8 cm的塑料球d直径为1.8 cm的铁球(2)测出悬点o到小球球心的距离(摆长)l及单摆完成n次全振动所用的时间t，则重力加速度g_(用l、n、t表示)(3)下表是某同学记录的3组实验数据，并做了部分计算处理.组次123摆长l/cm80.0090.00100.0050次全振动时间t/s90.095.5100.5振动周期t/s1.801.91重力加速度g/(ms2)9.749.73请计算出第3组实验中的t_s，g_m/s2.答案(1)ad(2)(3)2.019.76解析(1)单摆模型需要满足的两个基本条件：摆线长远大于小球的直径；小球的密度越大越好所以应选a、d.(2)由t，t2得g(3)t s2.01 sg m/s29.76 m/s2.2(2016杭州模拟)某同学用实验的方法探究影响单摆周期的因素图2(1)他组装单摆时，在摆线上端的悬点处，用一块开有狭缝的橡皮夹牢摆线，再用铁架台的铁夹将橡皮夹紧，如图2甲所示这样做的目的是_(填选项前的字母代号)a保证摆动过程中摆长不变b可使周期测量得更加准确c需要改变摆长时便于调节d保证摆球在同一竖直平面内摆动(2)他组装好单摆后在摆球自然悬垂的情况下，用毫米刻度尺从悬点量到摆球的最低端的长度l0.999 0 m，再用游标卡尺测量摆球直径，结果如图乙所示，则该摆球的直径为_mm，单摆摆长为_m.(3)下列振动图象真实地描述了对摆长约为1 m的单摆进行周期测量的四种操作过程，图中横坐标原点表示计时开始，a、b、c、d均为30次全振动的图象，已知sin 50.087，sin 150.26，这四种操作过程合乎实验要求且误差最小的是_(填字母代号)答案(1)ac(2)12.00.993 0(3)a解析(1)在摆线上端的悬点处，用一块开有狭缝的橡皮夹牢摆线，再用铁架台的铁夹将橡皮夹紧，是为了防止运动过程中摆长发生变化，如果需要改变摆长来探究摆长与周期关系时，方便调节摆长，故a、c正确(2)游标卡尺示数为：d12 mm00.1 mm12.0 mm；单摆摆长为：lld0.999 0 m0.006 0 m0.993 0 m(3)当摆角小于等于5时，我们认为小球做单摆运动，所以振幅约为：10.087 m8.7 cm，当小球摆到最低点时开始计时，误差较小，测量周期时要让小球做3050次全振动，求平均值，所以a合乎实验要求且误差最小3用三棱镜做测定玻璃折射率的实验，先在白纸上放好三棱镜，在棱镜的一侧插入两枚大头针p1和p2，然后在棱镜的另一侧观察，调整视线使p1的像被p2的像挡住，接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针p3、p4，使p3挡住p1、p2的像，使p4挡住p3和p1、p2的像，在纸上标出的大头针位置和三棱镜轮廓如图3所示图3(1)在题图上画出所需的光路(2)为了测出棱镜玻璃的折射率，需要测量的量是_，_，在图上标出它们(3)计算折射率的公式是_答案见解析解析(1)如图所示，画出通过p1、p2的入射光线，交ac面于o，画出通过p3、p4的出射光线交ab面于o，则光线oo就是入射光线p1p2在三棱镜中的折射光线(2)在所画的图上注明入射角1和折射角2，并画出虚线部分，用量角器量出1和2(或用直尺测出线段ef、oe、gh、og的长度)(3)n(或因为sin 1，sin 2，则n)4某同学用大头针、三角板、量角器等器材测半圆形玻璃砖的折射率开始时玻璃砖的位置如图4中实线所示，使大头针p1、p2与圆心o在同一直线上，该直线垂直于玻璃砖的直径边，然后使玻璃砖绕圆心o缓慢转动，同时在玻璃砖直径边一侧观察p1、p2的像，且使p2的像挡住p1的像如此观察，当玻璃砖转到图中虚线位置时，上述现象恰好消失此时只需测量出_，即可计算出玻璃砖的折射率请用你的测量值表示出折射率_图4答案玻璃砖直径边绕o点转过的角度n解析由题意可知，当玻璃砖转过某一角度时，刚好发生全反射，在直径边一侧观察不到p1、p2的像，作出如图所示的光路图可知，当转过角度时有sin ，则n.5(2016宁波市联考)在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，某同学安装实验装置如图5甲所示，调试好后能观察到清晰的干涉条纹图5(1)根据实验装置知，、依次是_、_、_.(2)某次实验时，该同学调节分划板的位置，使分划板中心刻线对齐某亮纹的中心，如图乙所示，此时螺旋测微器的读数为_(3)转动手轮，使分划线向一侧移动到另一条亮纹的中心位置，再次从螺旋测微器上读数若实验测得4条亮纹中心间的距离为x0.960 mm，已知双缝间距为d1.5 mm，双缝到屏的距离为l1.00 m，则对应的光波波长_.答案(1)滤光片单缝双缝(2)1.180 mm(3)4.8107 m解析(1)该实验是让单色线光源通过双缝在光屏上形成干涉图样，所以光具座上放置的光学元件依次为光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、光屏(2)螺旋测微器的固定刻度读数为1 mm，可动刻度读数为0.0118.0 mm0.180 mm，所以最终读数为1.180 mm(3)x0.320 mm，根据x得，1.51030.320103 m4.8107 m.6“用双缝干涉测量光的波长”的实验装置如图6甲所示测量头由分划板、目镜、手轮等构成，已知双缝与屏的距离为l，双缝间距为d.图6(1)如图乙所示，移动测量头上的手轮，使分划板的中心刻线对准第1条亮纹的中心，记下此时手轮上螺旋测微器的读数x1.转动测量头，使分划板的中心刻线向右移动对准第4条亮纹的中心，此时手轮上螺旋测微器的读数x2如图丙所示，则读数x2_mm.(2)已知双缝与屏的距离为l，双缝间距为d.计算波长的公式_.(用题目中给出的字母表示)(3)对于某种单色光，为增加相邻亮纹间的距离，可采取_或_的方法答案(1)0.350(2)(3)减小双缝间距离增大双缝到屏的距离解析(1)图丙中固定刻度读数为0 mm，可动刻度读数为0.0135.0 mm0.350 mm，所以最终读数为：00.350 mm0.350 mm.(2)根据x得：.(3)根据x知，对于某种单色光，要增大双缝间距x，可以采用的办法是：减小双缝间距离或增大双缝到屏的距离7气垫导轨是一种常用的实验仪器它是利用气泵使带孔的导轨与滑块之间形成气垫，使滑块悬浮在导轨上，滑块在导轨上的运动可视为没有摩擦我们可以用带竖直挡板c和d的气垫导轨以及滑块a和b来验证动量守恒定律，实验装置如图7所示(弹簧的长度忽略不计)，实验步骤如下：图7a用天平分别测出滑块a、b的质量ma、mbb调整气垫导轨，使导轨处于水平c在a和b间放入一个被压缩的轻弹簧，由电动