高考物理大二轮专题复习 专题七 第1课时 力学、光学实验与创新专题突破课件.ppt

专题七实验技能与创新 高考对学生实验的考查 主要有以下十四个实验 研究匀变速直线运动 探究弹力和弹簧伸长的关系 探究求合力的方法 探究加速度与力 质量的关系 探究功与速度变化的关系 验证机械能守恒定律 探究导体电阻与其影响因素的定量关系 测绘小灯泡的伏安特性曲线 测定电池的电动势和内阻 练习使用多用电表 探究单摆周期与摆长的关系 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 专题定位 高考除了对课本中原有的学生实验进行考查外 还增加了对演示实验的考查 利用学生所学过的知识 对实验器材或实验方法加以重组 来完成新的实验设计 设计型实验的考查将逐步取代对课本中原有的单纯学生实验的考查 专题定位 1 熟知各种器材的特性 2 熟悉课本实验 抓住实验的灵魂 实验原理 掌握数据处理的方法 熟知两类误差分析 应考策略 第1课时力学 光学实验与创新 栏目索引 热点实验例析 考向1探究弹力和弹簧伸长的关系 砝码时 各指针的位置记为x 测量结果及部分计算结果如下表所示 n为弹簧的圈数 取重力加速度为9 80m s2 已知实验所用弹簧总圈数为60 整个弹簧的自由长度为11 88cm 1 将表中数据补充完整 81 70 0122 2 以n为横坐标 为纵坐标 在图2给出的坐标纸上画出 n图像 图2 解析 n图像如图所示 3 图2中画出的直线可近似认为通过原点 若从实验中所用的弹簧截取圈数为n的一段弹簧 该弹簧的劲度系数k与其圈数n的关系的表达式为k n m 该弹簧的劲度系数k与其自由长度l0 单位为m 的关系表达式为k n m 解析根据图像可知 k与n的关系表达式为k n m k与l0的关系表达式为k n m 实验数据处理方法 1 列表法将测得的实验数据填入设计好的表格之中 可以分析两物理量间的定性关系 2 图象法根据记录的实验数据在直角坐标系内进行作图 若是曲线应平滑 若是直线要让尽量多的点过直线 或在直线两侧均匀分布 以题说法 3 函数法往往是根据图象得到物理量间的函数关系方程式 以题说法 针对训练1如图3为 测量弹簧劲度系数 的实验装置图 弹簧的上端固定在铁架台上 下端装有指针及挂钩 指针恰好指向一把竖直立起的毫米刻度尺 现在测得在挂钩上挂上一定数量钩码时指针在刻度尺上的读数如下表 图3 已知所有钩码的质量可认为相同且为m0 50g 当地重力加速度g 9 8m s2 请回答下列问题 1 请根据表格数据计算出弹簧的劲度系数k n m 结果保留两位有效数字 32 2 考虑到在没有挂钩码时弹簧自身有重量 测量的弹簧劲度系数k的值与真实值相比较 填 偏大 偏小 或 没有影响 没有影响 考向2探究求合力的方法 热点实验例析 解析作出的图示如图所示 答案见解析图 f合 4 6 4 9n都算对 2 仔细分析实验 小明怀疑实验中的橡皮筋被多次拉伸后弹性发生了变化 影响实验结果 他用弹簧测力计先后两次将橡皮筋拉伸到相同长度 发现读数不相同 于是进一步探究了拉伸过程对橡皮筋弹性的影响 实验装置如图5所示 将一张白纸固定在竖直放置的木板上 橡皮筋的上端固定于o点 下端n挂一重物 用与白纸平行的水平力缓慢地移动n 在白纸上记录下n的轨迹 重复上述过程 再次记录下n的轨迹 图5 两次实验记录的轨迹如图6所示 过o点作一条直线与轨迹交于a b两点 则实验中橡皮筋分别被拉伸到a和b时所受拉力fa fb的大小关系为 图6 解析重物受力情况如图所示 由于重力不变 两次实验时 橡皮筋拉力t的方向相同 故水平拉力f大小相等 即fa fb 答案fa fb 3 根据 2 中的实验 可以得出的实验结果有哪些 填写选项前的字母 a 橡皮筋的长度与受到的拉力成正比b 两次受到的拉力相同时 橡皮筋第2次的长度较长c 两次被拉伸到相同长度时 橡皮筋第2次受到的拉力较大d 两次受到的拉力相同时 拉力越大 橡皮筋两次的长度之差越大 bd 4 根据小明的上述实验探究 请对验证力的平行四边形定则实验提出两点注意事项 答案橡皮筋拉伸不宜过长 选用新橡皮筋 或 拉力不宜过大 选用弹性好的橡皮筋 换用弹性好的弹簧 1 本实验考查的重点是 力作用效果的等效性 2 对实验步骤中两个分力和合力的大小和方向的确定也是考查的重点 以题说法 针对训练2有同学利用如图7所示的装置来验证力的平行四边形定则 在竖直木板上铺有白纸 固定两个光滑的滑轮a和b 将绳子打一个结点o 每个钩码的质量相等 当系统达到平衡时 根据钩码的个数读出三根绳子的拉力ftoa ftob和ftoc 回答下列问题 图7 1 改变钩码个数 实验能完成的是 a 钩码的个数n1 n2 2 n3 4b 钩码的个数n1 n3 3 n2 4c 钩码的个数n1 n2 n3 4d 钩码的个数 n1 3 n2 4 n3 5 bcd 2 在拆下钩码和绳子前 应该做好三个方面的记录 答案标记结点o的位置钩码的个数n1 n2 n3oa ob oc三段绳子的方向 热点实验例析 考向3探究加速度与力 质量的关系 1 单选 下列说法正确的是 a 一端带有定滑轮的长木板必须保持水平b 实验时应先接通电源后释放小车c 实验中m2应远小于m1d 测力计的读数始终为 解析该实验要平衡摩擦力 故a错误 答案b 拉力可由测力计示数获得 故不要求重物质量远小于小车质量 故c错误 由于重物向下加速运动 由牛顿第二定律 m2g 2f m2a 解得 故d错误 故选b 2 如图9为某次实验得到的纸带 纸带上标出了所选的四个计数点之间的距离 相邻计数点间还有四个点没有画出 由此可求得小车的加速度的大小是 m s2 交流电的频率为50hz 结果保留二位有效数字 图9 解析根据匀变速直线运动的推论公式 x at2 有 a 0 50m s2 答案0 50 3 单选 实验时 某同学由于疏忽 遗漏了平衡摩擦力这一步骤 他测量得到的a f图象 可能是下列哪个选项中的图象 答案c 解析若没有平衡摩擦力 则当0 f ff时 a 0 也就是说当绳子上有拉力时小车的加速度还为0 所以该同学测得的a f图象可能是选项c中的图象 考试大纲 规定的力学实验中有四个涉及打点计时器 研究匀变速直线运动 探究加速度与力 质量的关系 探究功与速度变化的关系和验证机械能守恒定律 这类实验的关键是要掌握纸带的分析处理方法 对于纸带常有以下三大应用 以题说法 1 由纸带确定时间要区别打点计时器打出的点与人为选取的计数点之间的区别与联系 便于测量和计算 一般每五个点取一个计数点 这样时间间隔为 t 0 02 5s 0 1s 以题说法 2 求解瞬时速度利用做匀变速直线运动的物体在一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度 如图10所示 打n点时的瞬时速度vn 以题说法 图10 3 用 逐差法 求加速度如图11所示 a 以题说法 图11 有些实验用光电门代替打点计时器来完成瞬时速度和加速度的测量 具体做法如下 1 求瞬时速度 把遮光条 宽度为d 通过光电门的时间 t内的平均速度看做物体经过光电门的瞬时速度 即v 2 求加速度 若两个光电门之间的距离为l 则利用速度与位移的关系可求加速度 即a 以题说法 针对训练3某同学利用如图12甲所示装置来研究加速度与力的关系 他将光电门1和2分别固定在长木板的a b两处 换用不同的重物通过细线拉同一小车 小车质量约为200克 每次小车都从同一位置由静止释放 图12 平衡摩擦力 1 长木板右端垫一物块 其作用是用来 0 52 2 用游标卡尺测得遮光条的宽度为 cm 3 对于所挂重物的质量 以下取值有利于减小实验误差的是 填选项前字母 a 1克b 5克c 10克d 40克 bc 4 单选 现用该装置来探究功与速度变化的关系 关闭光电门2 测出多组重物的质量m和对应遮光条通过光电门1的时间 t 通过描点作出线性图象 应作出 图象 填选项前字母 d 热点实验例析 考向4探究功与速度变化的关系 若要完成该实验 必需的实验器材还有哪些 答案刻度尺 天平 包括砝码 单选 实验开始时 他先调节木板上定滑轮的高度 使牵引小车的细绳与木板平行 他这样做的目的是下列的哪个 填字母代号 a 避免小车在运动过程中发生抖动b 可使打点计时器在纸带上打出的点迹清晰c 可以保证小车最终能够实现匀速直线运动d 可在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的合力 d 答案可在小车上加适量砝码 或钩码 平衡摩擦力后 当他用多个钩码牵引小车时 发现小车运动过快 致使打出的纸带上点数较少 难以选到合适的点计算小车速度 在保证所挂钩码数目不变的条件下 请你利用本实验的器材提出一个解决办法 他将钩码重力做的功当作细绳拉力做的功 经多次实验发现拉力做功总是要比小车动能增量大一些 这一情况可能是下列哪些原因造成的 填字母代号 a 在接通电源的同时释放了小车b 小车释放时离打点计时器太近c 阻力未完全被小车重力沿木板方向的分力平衡掉d 钩码做匀加速运动 钩码重力大于细绳拉力 答案cd 解析当小车在运动过程中存在阻力时 拉力做正功和阻力做负功之和等于小车动能的增量 故拉力做功总是要比小车动能增量大一些 当钩码加速运动时 钩码重力大于细绳拉力 此同学将钩码重力做的功当作细绳拉力做的功 则拉力做功要比小车动能增量大 故只有c d正确 明确实验原理往往是解决实验问题的关键 该实验的一些操作和要求与探究力 加速度 质量之间关系的实验类似 可以进行知识与方法的迁移 学会利用所学知识 对实验器材或实验方法加以重组 完成新的实验设计 以题说法 针对训练4在探究动能定理的实验中 某实验小组组装了一套如图14所示的装置 拉力传感器固定在小车上 一端与细绳相连 用拉力传感器记录小车受到拉力的大小 穿过打点计时器的纸带与小车尾部相连接 打点计时器打点周期为t 实验的部分步骤如下 图14 1 平衡小车所受的阻力 不挂钩码 调整木板右端的高度 用手轻推小车 直到打点计时器在纸带上打出一系列 的点 间距相等 2 测量小车和拉力传感器的总质量m 按图组装好仪器 并连接好所需电路 将小车停在打点计时器附近 先接通拉力传感器和打点计时器的电源 然后 打出一条纸带 关闭电源 释放小车 3 在打出的纸带中选择一条比较理想的纸带如图15所示 在纸带上按打点先后顺序依次取o a b c d e等多个计数点 各个计数点到o点间的距离分别用ha hb hc hd he 表示 则小车和拉力传感器在计时器打下d点时的动能表达式为 若拉力传感器的读数为f 计时器打下a点到打下d点过程中 细绳拉力对小车所做功的表达式为 图15 解析d点的瞬时速度等于ce段的平均速度 即vd 故打下d点时的动能为ekd 拉力对小车做的功为w f hd ha 4 某同学以a点为起始点 以a点到各个计数点动能的增量 ek为纵坐标 以a点到各个计数点拉力对小车所做的功w为横坐标 得到一条过原点的倾角为45 的直线 由此可以得到的结论是 外力所做的功等于物体动能的变化量 热点实验例析 考向5验证机械能守恒定律 的宽度为d 3 8 10 3m的黑色磁带贴在透明直尺上 实验时 将直尺从一定高度由静止释放 并使其竖直通过光电门 某同学测得各段黑色磁带通过光电门的时间 ti与图中所示的高度差 hi 并将部分数据进行了处理 结果如下表所示 表格中m为直尺质量 取g 9 8m s2 1 从表格中数据可知 直尺上磁带通过光电门的瞬时速度是利用vi 求出的 请你简要分析该同学这样做的理由是 答案瞬时速度等于极短时间或极短位移内的平均速度 2 请将表格中的数据填写完整 从第5点到第1点间重力势能的减少量为 ep mg h5 m 9 8 0 41 4 02m 答案4 224 01m4 02m 3 通过实验得出的结论是 在误差允许的范围内 重力势能的减少量等于动能的增加量 4 单选 根据该实验 请你判断下列 ek h图象中正确的是 解析根据动能定理可知 mg h ek 故 ek h的图象是一条过原点的直线 故c正确 答案c 本实验数据处理的方法方法1 利用起点和第n点 验证方法2 任取较远两点a b 验证方法3 图象法 以题说法 针对训练5如图17甲所示的装置叫做阿特伍德机 是英国数学家和物理学家阿特伍德 g atwood1746 1807 创制的一种著名力学实验装置 用来研究匀变速直线运动的规律 某同学对该装置加以改进后用来验证机械能守恒定律 如图乙所示 图17 1 实验时 该同学进行了如下操作 将质量均为m a的含挡光片 b的含挂钩 的重物用绳连接后 跨放在定滑轮上 处于静止状态 测量出 填 a的上表面 a的下表面 或 挡光片中心 到光电门中心的竖直距离h 在b的下端挂上质量为m的物块c 让系统 重物a b以及物块c 中的物体由静止开始运动 光电门记录挡光片挡光的时间为 t 测出挡光片的宽度d 计算有关物理量 验证机械能守恒定律 2 如果系统 重物a b以及物块c 的机械能守恒 应满足的关系式为 已知重力加速度为g 解析 1 2 需要测量系统重力势能的变化量 则应该测量出挡光片中心到光电门中心的竖直距离 系统的末速度为 v 则系统重力势能的减少量 ep mgh 系统动能的增加量为 ek 2m m v2 2m m 若系统机械能守恒 则有 mgh 2m m 3 引起该实验系统误差的原因有 写一条即可 绳子有一定的质量 滑轮与绳子之间有摩擦 重物运动受到空气阻力等 4 验证实验结束后 该同学突发奇想 如果系统 重物a b以及物块c 的机械能守恒 不断增大物块c的质量m 重物b的加速度a也将不断增大 那么a与m之间有怎样的定量关系 a随m增大会趋于一个什么值 请你帮该同学解决 写出a与m之间的关系式 还要用到m和g a的值会趋于 解析根据牛顿第二定律得 系统所受的合力为mg 则系统加速度为 a 当m不断增大 则a趋于g 答案 重力加速度g 热点实验例析 考向6探究单摆的运动 用单摆测定重力加速度 低点时开始计时 测得之后漏斗第100次经过最低点共用时100秒 实验中 让滑块在钩码作用下拖动纸带做匀加速直线运动 同时单摆垂直于纸带运动方向做微小振幅摆动 漏斗漏出的液体在纸带上留下的痕迹记录了漏斗在不同时刻的位置 1 该单摆的周期是 s 2 2 图19是实验得到的有液体痕迹并进行了数据测量的纸带 根据纸带可求出滑块的加速度为 m s2 结果取两位有效数字 图19 解析由图可知时间间隔为半个周期t 1s 答案0 10 3 用该实验装置测量滑块加速度 对实验结果影响最大的因素是 解析漏斗重心变化导致单摆有效摆长变化 从而改变单摆周期 影响加速度的测量值 答案漏斗重心变化导致单摆有效摆长变化 从而改变单摆周期 影响加速度的测量值 针对训练6 1 两个同学分别利用清华大学和广东中山大学的物理实验室 各自在那里用先进的dis系统较准确地探究了 单摆的周期t与摆长l的关系 他们通过校园网交换实验数据 并由计算机绘制了t2 l图象 如图20所示 在中山大学的同学所测实验结果对应的图线是 选填a或b 图20 解析根据单摆的周期公式t 2 得 t2 l 所以t2 l图象的斜率k 重力加速度随纬度的升高而增大 g越大 斜率越小 广东中山大学的物理实验室纬度低 g值小 斜率大 故中山大学的同学所测实验结果对应的图线是a 答案a 2 单选 在清华大学做实验的同学还利用计算机绘制了a b两个摆球的振动图象 如图21所示 关于a b两个摆球的振动图象 下列说法正确的是 图21 a a b两个单摆的摆长相等b b摆的振幅比a摆小c a摆的机械能比b摆大d 在t 1s时有正向最大加速度的是a摆 解析由图知 两摆周期不同 故摆长不同 所以a错误 b摆的振幅比a摆大 故b错误 因不知摆球质量的大小 故不能确定机械能的大小 所以c错误 在t 1s时a摆在负的最大位移处 有正向最大加速度 b摆在平衡位置 所以d正确 答案d 热点实验例析 考向7测定玻璃的折射率 1 在图上画出所需的光路 解析连接p1 p2并与玻璃砖相交 得到入射光线 再连接p3 p4并与玻璃砖相交 得到射出玻璃砖的光线 连接这两个交点得到光线在玻璃砖内的折射光线 如图所示 答案见解析 2 为了测量出玻璃砖的折射率 需要测量的物理量有 要求在图上标出 解析作出经过入射点的切线和法线 标出入射角i和折射角r 如图所示 实验需要测出这两个角 答案入射角i和折射角r 3 测出的折射率n 针对训练7测定玻璃砖折射率的实验如图23所示 在把玻璃砖放在白纸上之前应在纸上先画好三条直线 它们分别是 最后按正确的要求插上大头针p3 p4 由p3 p4的位置决定了光线的 方向 从而确定了折射光线 的方向 图23 解析首先画出直线aa 代表玻璃砖的一个侧面 再画mm 表示法线 画ao表示入射光线 根据光沿直线传播的经验 利用大头针p3p4确定出射光线 也就确定了出射光线的出射点o 画出oo 为折射光线 答案aa mm aoo boo 热点实验例析 考向8用双缝干涉测光的波长 例8用双缝干涉测光的波长 实验装置如图24所示 已知单缝与双缝的距离l1 60mm 双缝与屏的距离l2 700mm 单缝宽d1 0 10mm 双缝间距d2 0 25mm 用测量头来测量光屏上干涉亮条纹中心的距离 测量头由分划板 目镜 手轮等构成 转动手轮 使分划板左右移动 让分划板的中心刻度对准屏上亮纹的中心 如图25所示 记下此时手轮的读数 转动测量头 使分划板中心刻线对准另一条亮纹的中心 记下此时手轮上的刻度 图24 图25 1 分划板的中心刻线分别对准第1条和第4条亮纹的中心时 手轮上的读数如图26所示 则对准第1条时读数x1 mm 对准第4条时读数x2 mm 相邻两条亮纹间的距离 x mm 图26 解析螺旋测微器读数首先固定刻度读出半毫米的整数倍 第一条即读为2mm 同时找到第19条刻度线与固定刻度对齐 估读一位即19 0 再乘以精确度0 01mm 最终结果为2mm 19 0 0 01mm 2 190mm 同理 第4条对应读数为7 5mm 36 8 0 01mm 7 868mm 第一条到第四条共有三个间距 答案2 1907 8681 893 2 计算波长的公式 求得的波长值是 nm 保留三位有效数字 解析双缝干涉相邻条纹间距 x 其中l是双缝到屏的距离 d是双缝间距 对照已知条件可得 x 可得波长 带入数据计算可得 676nm 676 针对训练8如图27所示 在 用双缝干涉测光的波长 实验中 光具座上放置的光学元件依次为 光源