2020高考物理二轮复习 600分冲刺 专题五 实验技能与创新 第13讲 力学实验与创新课件

专题整合突破,第一部分,专题五实验技能与创新,第13讲力学实验与创新,体系认知感悟真题,1(2019全国卷，22)某小组利用打点计时器对物块沿倾斜的长木板加速下滑时的运动进行探究。物块拖动纸带下滑，打出的纸带一部分如图所示。已知打点计时器所用交流电的频率为50hz，纸带上标出的每两个相邻点之间还有4个打出的点未画出。在a、b、c、d、e五个点中，打点计时器最先打出的是_点。在打出c点时物块的速度大小为_m/s(保留3位有效数字)；物块下滑的加速度大小为_m/s2(保留2位有效数字)。,a,0.233,0.75,2.(2019全国卷，22)如图(a)，某同学设计了测量铁块与木板间动摩擦因数的实验。所用器材有：铁架台、长木板、铁块、米尺、电磁打点计时器、频率50hz的交流电源、纸带等。回答下列问题：,(2)某次实验时，调整木板与水平面的夹角使30。接通电源，开启打点计时器，释放铁块，铁块从静止开始沿木板滑下。多次重复后选择点迹清晰的一条纸带，如图(b)所示。图中的点为计数点(每两个相邻的计数点间还有4个点未画出)。重力加速度为9.80m/s2，可以计算出铁块与木板间的动摩擦因数为_(结果保留2位小数)。,0.35,图(b),3(2019全国卷，22)甲乙两位同学设计了利用数码相机的连拍功能测重力加速度的实验。实验中，甲同学负责释放金属小球，乙同学负责在小球自由下落的时候拍照。已知相机每间隔0.1s拍1幅照片。(1)若要从拍得的照片中获取必要的信息，在此实验中还必须使用的器材是_。(填正确答案标号)a米尺b秒表c光电门d天平(2)简述你选择的器材在本实验中的使用方法。答：_。,a,将米尺竖直放置，,使小球下落时尽量靠近米尺,(3)实验中两同学由连续3幅照片上小球的位置a、b和c得到ab24.5cm、ac58.7cm，则该地的重力加速度大小为g_m/s2。(保留2位有效数字),9.7,4(2019北京卷，21)用如图甲所示装置研究平抛运动。将白纸和复写纸对齐重叠并固定在竖直的硬板上。钢球沿斜槽轨道pq滑下后从q点飞出，落在水平挡板mn上。由于挡板靠近硬板一侧较低，钢球落在挡板上时，钢球侧面会在白纸上挤压出一个痕迹点。移动挡板，重新释放钢球，如此重复，白纸上将留下一系列痕迹点。,(1)下列实验条件必须满足的有_。a斜槽轨道光滑b斜槽轨道末段水平c挡板高度等间距变化d每次从斜槽上相同的位置无初速度释放钢球(2)为定量研究，建立以水平方向为x轴、竖直方向为y轴的坐标系a取平抛运动的起始点为坐标原点，将钢球静置于q点，钢球的_(选填“最上端”“最下端”或者“球心”)对应白纸上的位置即为原点；在确定y轴时_(选填“需要”或者“不需要”)y轴与重垂线平行。,bd,球心,需要,大于,图乙,(3)为了得到平抛物体的运动轨迹，同学们还提出了以下三种方案，其中可行的是_。a从细管水平喷出稳定的细水柱，拍摄照片，即可得到平抛运动轨迹b用频闪照相在同一底片上记录平抛小球在不同时刻的位置，平滑连接各位置，即可得到平抛运动轨迹c将铅笔垂直于竖直的白纸板放置，笔尖紧靠白纸板，铅笔以一定初速度水平抛出，将会在白纸上留下笔尖的平抛运动轨迹,ab,(4)伽利略曾研究过平抛运动，他推断：从同一炮台水平发射的炮弹，如果不受空气阻力，不论它们能射多远，在空中飞行的时间都一样。这实际上揭示了平抛物体_。a在水平方向上做匀速直线运动b在竖直方向上做自由落体运动c在下落过程中机械能守恒(5)牛顿设想，把物体从高山上水平抛出，速度一次比一次大，落地点就一次比一次远，如果速度足够大，物体就不再落回地面，它将绕地球运动，成为人造地球卫星。同样是受地球引力，随着抛出速度增大，物体会从做平抛运动逐渐变为做圆周运动，请分析原因。,b,答案见解析。解析(1)实验中没必要要求斜槽轨道光滑，因为本实验是研究平抛运动，只需要每次实验都能保证小球做相同的平抛运动，即每次实验都要保证小球初速度水平且相同，因此选项a错误，选项b、d正确。挡板高度可以不等间距变化，故选项c错误。(2)a.因为钢球侧面在白纸上挤压出的痕迹点与球心等高，故将钢球静置于q点，钢球的球心对应白纸上的位置即为坐标原点(平抛运动的起始点)；在确定y轴时需要y轴与重垂线平行。,(4)从同一炮台水平发射的炮弹，如果不受空气阻力，可认为做平抛运动，平抛运动的时间由高度决定，因此不论它们能射多远，在空中飞行的时间都一样。这实际上揭示了平抛物体在竖直方向上做自由落体运动，故选项b正确。(5)物体初速度较小时，运动范围很小，引力可以看作恒力重力，做平抛运动，例如上面(4)中的从同一炮台水平发射的炮弹做平抛运动；随着物体初速度增大，运动范围变大，引力不能再看作恒力；当物体初速度达到第一宇宙速度时，做圆周运动而成为地球卫星。,b,(2)保持长木板水平，将纸带固定在小车后端，纸带穿过打点计时器的限位孔。实验中为消除摩擦力的影响，在砝码盘中慢慢加入沙子，直到小车开始运动。同学甲认为此时摩擦力的影响已得到消除。同学乙认为还应从盘中取出适量沙子，直至轻推小车观察到小车做匀速运动。看法正确的同学是_(选填“甲”或“乙”)。(3)消除摩擦力的影响后，在砝码盘中加入砝码。接通打点计时器电源，松开小车，小车运动。纸带被打出一系列点，其中的一段如图乙所示。图中纸带按实际尺寸画出，纸带上a点的速度va_m/s。,乙,图乙,0.31(0.300.33都算对),远大于,解析(1)电磁打点计时器打点计时时振针与纸带之间的摩擦较大；电火花打点计时器是电磁脉冲产生的电火花在纸带上打点，纸带所受阻力较小，故选b项。(2)由于刚开始运动，拉力克服最大静摩擦力，而最大静摩擦力略大于滑动摩擦力，故平衡摩擦力的两种说法中，乙同学正确。(3)取与a点相邻的两点。用毫米刻度尺测出两点之间的距离，如图所示。,聚焦热点备考通关,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。,纸带类试验,核心知识,【典例1】(2019湖南模拟)如图甲所示，是研究小车做匀变速直线运动规律的实验装置，打点计时器所接的交流电源的频率为f50hz。,典例探究,问答下列问题：(1)实验中，必要的措施是_。a细线必须与长木板平行b小车必须具有一定的初速度c小车质量远大于钩码质量d必须平衡小车与长木板间的摩擦力(2)如图乙所示，a、b、c、d、e、f、g是刚打好的纸带上7个连续的点。从图乙中可读得s6_cm，计算f点对应的瞬时速度的表达式为vf_。,a,6.00,0.500.02,“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和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。,1(2019山东省烟台市模拟)实验小组用图甲所示的装置既可以探究加速度与合力的关系，又可以测量当地的重力加速度。装置中的物块下端连接纸带，砂桶中可放置砂子以便改变物块所受到力的大小，物块向上运动的加速度a可由打点计时器和纸带测出，现保持物块质量不变，逐渐增大砂桶和砂的总质量进行多次实验，得到多组a、f值(f为力传感器的示数大小等于悬挂滑轮绳子的拉力)，不计滑轮的重力。,类题演练,(1)某同学根据实验数据画出了af关系图线如图乙所示，则由该图象可求得物块的质量m_kg，当地重力加速度g_m/s2(结果均保留两位有效数字)。,0.20,10,(2)改变砂桶和砂的总质量m使物块获得不同大小的加速度a，则实验得到的加速度a的值可能是_(选填选项前的字母)。a12.0m/s2b10.0m/s2c6.5m/s2d8.2m/s2,cd,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。,弹簧、橡皮条类试题,核心知识,【典例2】(2019江西九江模拟)某同学在探究弹簧的性质的实验中，他在弹簧下端挂上钩码，并托住钩码，使弹簧处于原长状态，稳定后，由静止释放钩码，记下弹簧的最大伸长量x1和钩码最终静止时弹簧的伸长量x2。换用不同重力g的钩码，重复上述操作，并记录有关数据。回答下列问题：(1)该同学以g为纵坐标，以_(填“x1”或“x2”)为横坐标，得到的图象为一条过原点的直线，且该直线的斜率等于弹簧的劲度系数；(2)若弹簧下端所挂钩码的重力为g0时，弹簧的最大伸长量为x0，根据机械能守恒，弹簧的伸长量为x0时，弹性势能ep0_；,x2,典例探究,g0 x0,(3)该同学通过理论分析可以得出：弹簧的最大伸长量x1总等于钩码最终静止时弹簧伸长量x2的_倍，实验数据也证明了这个结论的正确性。解析(1)由静止释放钩码，钩码先向下加速运动，弹力等于重力时速度最大，后做减速运动，弹簧伸长最大时，弹力大于重力，弹簧最终静止时弹力fkx2g，故应该以g为纵坐标，以x2为横坐标，得到的图象为一条过原点的直线，且该直线的斜率等于弹簧的劲度系数；,2,2(2018天津，9(2)某研究小组做“验证力的平行四边形定则”实验，所用器材有：方木板一块，白纸，量程为5n的弹簧测力计两个，橡皮条(带两个较长的细绳套)，刻度尺，图钉(若干个)。具体操作前，同学们提出了如下关于实验操作的建议，其中正确的有_。a橡皮条应和两绳套夹角的角平分线在一条直线上b重复实验再次进行验证时，结点o的位置可以与前一次不同c使用测力计时，施力方向应沿测力计轴线；读数时视线应正对测力计刻度d用两个测力计互成角度拉橡皮条时的拉力必须都小于只用一个测力计的拉力,类题演练,bc,该小组的同学用同一套器材做了四次实验，白纸上留下的标注信息有结点位置o、力的标度、分力和合力的大小及表示力的作用线的点，如下图所示。其中对于提高实验精度最有利的是_b_。,解析a错：两绳套拉力的合力不一定沿角平分线。b对：同一次实验，用一绳套拉橡皮条和用两绳套拉橡皮条结点o的位置相同，不同次实验结点o的位置可以不同。c对：为减小摩擦和误差，施力方向沿测力计轴线，读数时视线正对测力计刻度。d错：合力可以比分力大，也可以比分力小。为了提高实验精度，测力计读数应尽可能大一些，标注细线方向的两点离结点应尽可能远一些，标度应尽可能小一些。故选b。,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。,验证动量守恒定律,核心知识,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3】(2019湖北模拟)某同学用图示装置研究弹性正碰，实验中使用半径相等的弹性小球1和2，且小球1的质量大于小球2的质量，实验主要步骤如下：安装好实验装置，做好测量前的准备。第一步：先将木板竖直固定于斜槽前端边缘处的c点，且板面与纸面垂直，在木板上记下置于c点小球的位置o，然后将木板向右平移适当的距离，并固定。第二步：不放小球2，让小球1从斜槽上a点由静止滚下，并撞在木板上，重复多次，用尽可能小的圆把小球的所有落点圈在里面，其圆心就是小球落点的平均位置。,典例探究,小球1与小球2碰撞后小球1落点的,小球2落点,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。,力学创新类试验,核心知识,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。,【典例4】(2019湖南长沙模拟)用图甲所示的实验装置探究“动能定理”。某学习小组在气垫导轨上安装了一个光电门b，滑块上固定一遮光条。细线一端连着滑块，另一端绕过气垫导轨左端的定滑轮与力电传感器相连，传感器下方悬挂钩码，每次滑块都从a处由静止释放。,典例探究,(1)某同学用游标卡尺测量遮光条的宽度d，如图乙所示，则d_mm。(2)下列实验要求中不必要的一项