高考物理复习专题五实验技能与创新第13讲力学实验与创新市赛课公开课一等奖省名师获奖课件

专题整合突破专题五试验技能与创新1/74关键点解读备考对策1.试验基本能力：重点考查游标卡尺、螺旋测微器；多用电表等读数、结构、原理、主要试验方法、试验器材选择、电路实物连线和利用图象与表格分析处理试验数据、试验结论、误差分析及电学试验中故障分析等。2．设计与创新能力：要求考生将教材中试验原理、试验方法迁移到新背景中，以完成新试验要求设计性试验，将逐步取代对原教材中试验考查。3．试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、电阻箱等读数，电表量程、滑动变阻器及试验电路选取等。2．“源于书本，不拘泥于书本”一直是高考试验题命题理念，所以熟悉书本试验，抓住试验灵魂——原理，是我们复习重中之重，3．知识创新型试验。比如设计型、开放型、探讨型试验等都有不一样程度创新，比如利用所学知识设计出很多测量重力加速度试验方案。其中，力学设计性试验在近年高考中有加强趋势，应引发高度重视。2/74第13讲力学试验与创新3/741微网构建2高考真题3热点聚焦4复习练案4/74微网构建5/746/74高考真题7/741．(·全国Ⅰ，22)如图(a)，一弹簧上端固定在支架顶端，下端悬挂一托盘；一标尺由游标和主尺组成，主尺竖直固定在弹簧左边；托盘上方固定有一能与游标刻度线准确对齐装置，简化为图中指针。现要测量图(a)中弹簧劲度系数。当托盘内没有砝码时，移动游标，使其零刻度线对准指针，此时标尺读数为1.950cm；当托盘内放有质量为0.100kg砝码时，移动游标，再次使其零刻度线对准指针，标尺示数如图(b)所表示，其读数为__________cm。当地重力加速度大小为9.80m/s2，此弹簧劲度系数为________N/m(保留3位有效数字)。3.775

53.7

8/749/742．(·全国Ⅱ，23)某同学用图(a)所表示装置测量木块与木板之间动摩擦因数。跨过光滑定滑轮细线两端分别与木块和弹簧秤相连，滑轮和木块间细线保持水平，在木块上方放置砝码。迟缓向左拉动水平放置木板，当木块和砝码相对桌面静止且木板仍在继续滑动时，弹簧秤示数即为木块受到滑动摩擦力大小。某次试验所得数据在下表中给出，其中f4值可从图(b)中弹簧秤示数读出。砝码质量m/kg0.050.100.150.200.25滑动摩擦力f/N2.152.362.55f42.9310/74图(a)

图(b)

图(c)

11/74回答以下问题：(1)f4＝___________N；(2)在图(c)坐标纸上补齐未画出数据点并绘出f－m图线；答案：2.75

12/74(3)f与m、木块质量M、木板与木块之间动摩擦因数μ及重力加速度大小g之间关系式为f＝____________________，f－m图线(直线)斜率表示式为k＝__________；(4)取g＝9.80m/s2，由绘出f－m图线求得μ＝___________。(保留2位有效数字)μ(M＋m)g

μg

0.40

13/74[解析]

(1)由图b可读出弹簧秤示数f4＝2.75N。(2)f－m图线如图所表示。14/740.20

屡次测量取平均值；初始时乙手指尽可能靠近尺子15/7416/744．(·北京，21)用图1所表示试验装置研究小车速度随时间改变规律。图1

17/7418/74d．以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系，在坐标纸上描点，如图3所表示。图3

19/74结合上述试验步骤，请你完成以下任务：(1)在以下仪器和器材中，还需要使用有________和________(填选项前字母)。A．电压适当50Hz交流电源B．电压可调直流电源C．刻度尺D．秒表E．天平(含砝码)A

C

20/74(2)在图3中已标出计数点A、B、D、E对应坐标点，请在该图中标出计数点C对应坐标点，并画出v－t图象。答案：21/74小车速度随时间均匀改变加速度越小越好相关22/74(5)早在16世纪末，伽利略就猜测落体运动速度应该是均匀改变。当初只能靠滴水计时，为此他设计了如图4所表示“斜面试验”，重复做了上百次，验证了他猜测。请你结合匀变速直线运动知识，分析说明怎样利用伽利略“斜面试验”检验小球速度是随时间均匀改变。_________________________________________________________________________________________________________________________________________________图4

假如小球初速度为0，其速度v∝t，那么它经过位移x∝t2。所以，只要测量小球经过不一样位移所用时间，就能够检验小球速度是否随时间均匀改变。23/74[解析]

(1)打点计时器使用是交流电源，故选A，不选B；相邻打点间时间是已知，故不选D；计数点间距离需要用刻度尺测量，故选C；因为不需要知道小车和重物质量，故不需要天平(含砝码)，故不选E。(2)连线时要让尽可能多点在一条直线上。(3)能够依据v

－t图象是倾斜直线(斜率一定)，即小车速度随时间均匀改变，判断出小车做匀变速直线运动；v

－t图象斜率表示加速度。24/7425/745．(·天津，9(2))某研究小组做“验证力平行四边形定则”试验，所用器材有：方木板一块，白纸，量程为5N弹簧测力计两个，橡皮条(带两个较长细绳套)，刻度尺，图钉(若干个)。①详细操作前，同学们提出了以下关于试验操作提议，其中正确有__________。A．橡皮条应和两绳套夹角角平分线在一条直线上B．重复试验再次进行验证时，结点O位置能够与前一次不一样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拉力必须都小于只用一个测力计拉力BC

26/74②该小组同学用同一套器材做了四次试验，白纸上留下标注信息有结点位置O、力标度、分力和协力大小及表示力作用线点，以下列图所表示。其中对于提升试验精度最有利是________。B

27/74[解析]

①A错：两绳套拉力协力不一定沿角平分线。B对：同一次试验，用一绳套拉橡皮条和用两绳套拉橡皮条结点O位置相同，不一样次试验结点O位置能够不一样。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：协力能够比分力大，也能够比分力小。②为了提升试验精度，测力计读数应尽可能大一些，标注细线方向两点离结点应尽可能远一些，标度应尽可能小一些。故选B。28/746．(·江苏，11)某同学利用如图所表示试验装置来测量重力加速度g。细绳跨过固定在铁架台上轻质滑轮，两端各悬挂一只质量为M重锤。试验操作以下：①用米尺量出重锤1底端距地面高度H；②在重锤1上加上质量为m小钩码；③左手将重锤2压在地面上，保持系统静止。释放重锤2，同时右手开启秒表，在重锤1落地时停顿计时，统计下落时间；④重复测量3次下落时间，取其平均值作为测量值t。29/74请回答以下问题：(1)步骤④能够减小对下落时间t测量__________(选填“偶然”或“系统”)误差。(2)试验要求小钩码质量m要比重锤质量M小很多，主要是为了________。A．使H测得更准确B．使重锤1下落时间长一些C．使系统总质量近似等于2MD．使细绳拉力与小钩码重力近似相等偶然B

30/74(3)滑轮摩擦阻力会引发试验误差。现提供一些橡皮泥用于减小该误差，能够怎么做？__________________________________________________________________________在重锤1上粘上橡皮泥，调整橡皮泥质量直至轻拉重锤1能观察到其匀速下落。

31/7432/7433/74热点聚焦34/74计时仪器测量方法1．打点计时器(1)t＝nT(n表示打点时间间隔个数，T表示打点周期)(2)打点频率(周期)与所接交流电频率(周期)相同2．光电计时器光电计时器能自动统计挡光时间，显示在读数窗口。3．频闪摄影机计时用相等时间间隔获取图象信息方法记下物体在不一样时刻位置。热点一纸带类试验35/7436/7437/7438/74

(·吉林省试验中学高三下学期模拟)试验小组采取如图甲所表示试验装置测量木块与木板间动摩擦因数μ，提供器材有：带定滑轮长木板，有凹槽木块，质量为20g钩码若干，打点计时器，电源，纸带，细线等。试验中将部分钩码悬挂在细线下，剩下钩码放在木块凹槽中，保持长木板水平，利用打出纸带测量木块加速度。典例139/74(1)正确进行试验操作，得到一条纸带，从某个清楚打点开始，依次标注0、1、2、3、4、5、6，分别测出位置0到位置3、位置6间距离，如图乙所表示。已知打点周期T＝0.02s，则木块加速度a＝_________m/s2。(2)将木块凹槽中钩码逐一添加到细线下端，改变悬挂钩码总质量m，测得对应加速度a，作出a－m图象如图丙所表示。已知当地重力加速度g＝9.8m/s2，则木块与木板间动摩擦因数μ＝__________________________。(保留两位有效数字)(3)试验中____________(选填“需要”或“不需要”)满足悬挂钩码总质量远小于木块和槽中钩码总质量。3.33

0.34(0.32～0.36均可)

不需要40/7441/74方法总结“长木板、小车、纸带、打点计时器”试验装置中细节及注意事项(1)在验证牛顿运动定律，探究动能定理试验中，都需要平衡摩擦力。平衡摩擦力方法是将小车放在木板上，把木板不带滑轮一端垫高，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情况下恰能匀速下滑。(判断其匀速下滑依据是：纸带上点间距是一样)(2)在测定动摩擦因数试验中，木板必须水平，细线必须与长木板平行，这么才能使压力等于木块重力，细线对木块拉力沿水平方向。(3)小车在长木板上做匀加速直线运动时，绳上拉力并不等于悬挂物重力，只有当M车≫m挂时，绳上力近似等于悬挂物重力。假如绳上连接着力传感器或测力器，则可直接读出绳上拉力，不需要M车≫m挂。42/74〔类题演练1〕(·山西省孝义市高三下学期一模理综)利用图甲装置探究“恒力做功与物体动能改变”关系。小车质量为M，钩码质量为m，且不满足m<<M。打点计时器电源是频率为f交流电。43/74(1)试验中，把长木板右端垫高，在不挂钩码且________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它阻力影响。(填选项前字母)A．计时器不打点 B．计时器打点B

44/74(2)图乙是正确操作后得到一条纸带。纸带上各点是打出计时点，其中O点为打出第一个点。小车发生位移从纸带上计时点间距离能够直接测出，利用以下测最值和题中已知条件能简单、准确完成试验一项是______。(填选项前字母)A．OA、AD和EG长度 B．BD、CF和EG长度C．OE、DE和EF长度 D．AC、EG和BF长度C45/74[解析]

(1)平衡摩擦力方法是：把木板一端垫高，让小车滑下，当小车匀速运动时，就意味着摩擦力抵消了，此时应该让打点计时器打点，因为打点计时器也会有摩擦力，故选B；(2)依据某段时间内平均速度等于中间时刻瞬时速度，结合动能与重力势能表示式进行分析。当知道OA、AD和EG长度时，只有求得F点与BC中点瞬时速度，从而确定二者动能改变，却无法求解重力做功，故A不符合；当知道BD、CF和EG长度时，可分别求得C点和F点瞬时速度，从而求得C到F点动能改变，因知道CF间距，则可求得重力做功，但不是最简单方法，故B不符合；当知道OE、DE和EF长度，依据DE和EF长度，可求得E点瞬时速度，从而求得O点到E点动能改变，再由OE确定重力做功，因O点速度为0，故只需要测E点速度即可，故这种方法更简单，故C符合；46/7447/741．探究弹力和弹簧伸长量关系操作关键(1)试验中不能挂过多钩码，预防弹簧超出弹性程度。(2)画图象时，不要连成“折线”，而应尽可能让坐标点落在直线上或均匀分布在直线两侧。2．验证力平行四边形定则操作关键(1)每次拉伸结点位置O必须保持不变。(2)记下每次各力大小和方向。(3)画力图示时应选择适当标度。热点二弹簧、橡皮条类试验48/74

(·安徽省蚌埠市高三第三次教学质量检测)某小组利用橡皮筋(弹力满足胡克定律)验证力平行四边形定则，如图甲所表示，把贴有白纸木板放在水平桌面上，他们将完全相同三根橡皮筋一端都固定在结点O处，另一端分别系上细线，仍确保橡皮筋原长相同，测得原长L0＝4.40cm。沿平行于纸面方向分别经过细线将三根橡皮筋拉至某一长度(在弹性程度内)，保持状态不变，如图乙所表示，统计此时结点位置和三个橡皮筋另一端位置，量出三个端点到结点O距离分别为L1＝9.40cm、L2＝8.40cm、L3＝7.40cm。若三根橡皮筋产生弹力分别为F1、F2、F3，图中已作出F1图示。典例249/74(1)请依据F1大小百分比分别作出F2和F3图示，并依据平行四边形定则画出F2和F3协力F合；(2)请在图中画出与F2和F3共同作用效果相同力F图示。若F合与F大小及方向偏差均在试验所允许误差范围之内，则该试验验证了力平行四边形定则。50/74答案：51/74[解析]依据题意得出三个橡皮条形变量分别为Δx1＝(9.40－4.40)cm＝5.00cm，Δx2＝(8.40－4.40)cm＝4.00cm，Δx3＝(7.40－4.40)cm＝3.00cm，则橡皮条弹力与形变量成正比，按百分比作出平衡时F2和F3图示及两个力协力图示，共同效果作用力F图示，如图52/74〔类题演练2〕(·宁夏银川二中高三下学期模拟三试题)某试验小组研究木块与某粗糙木板间动摩擦因数，步骤以下：(1)如图甲，在该木板上放置一木块，木块与一水平弹簧左端相连，弹簧右端连接在位置固定传感器上。传感器与木板未接触。传感器能够测出弹簧拉力F和对应木块位移大小x，数据(F，x)能够经过电脑实时同时保留并自动画出F－x图象。53/74(2)调整装置使F、x均为0，然后迟缓向左拉动木板，得到多组数据(F，x)，木块与木板相对滑动后，控制木板马上静止，整个过程弹簧一直在弹性程度内。电脑中得到如图乙F－x图象。其中Fm、xm为统计数据F、x中最大值。己知木块质量为m，重力加速度取g，滑动摩擦力等于最大静摩擦力。用图象中取得数据和己知量表示以下物理量。①整个过程中弹簧弹性势能最大值为______________；②摩擦力对木块所做功为____________；③木块与粗糙木板间动摩擦因数为____________．54/7455/74一、注意事项1．前提条件：碰撞两物体应确保“水平”和“正碰”。2．方案提醒：(1)若利用气垫导轨进行试验，调整气垫导轨时，注意利用水平仪确保导轨水平。(2)若利用摆球进行试验，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)若利用长木板进行试验，可在长木板下垫一小木片用以平衡摩擦力。3．探究结论：寻找不变量必须在各种碰撞情况下都不改变。热点三验证动量守恒定律56/74二、误差分析1．系统误差：主要起源于装置本身(是否符合要求)。(1)碰撞是否为一维碰撞。(2)试验是否满足动量守恒条件，如气垫导轨是否水平，两球是否等大，长木板试验时是否平衡掉摩擦力。2．偶然误差：主要起源于质量m和速度v测量。3．改进办法：(1)设计方案时应确保碰撞为一维碰撞，且尽可能满足动量守恒条件。(2)采取屡次测量求平均值方法减小偶然误差。57/74

(·福建省莆田市高三下学期模拟)某同学用如图所表示装置做“验证动量守恒定律”试验，其中斜槽轨道末端切线水平，O点是轨道末端在统计纸上竖直投影点。试验主要步骤以下：典例3①让a球从斜槽轨道上某固定点处由静止开始运动，落在位于水平地面上统计纸上。重复这一操作10次，找出a球平均落地点位置P。②把一样大小b球静止放置在斜槽轨道末端，让a球仍从原固定点由静止释放，和b球相碰后，两球均落在统计纸上。重复这一操作10次，找出a、b球平均落地点位置M、N。58/74(1)本试验必须测量物理量有__________；A．小球a、b质量ma、mbB．斜槽轨道末端到水平地面高度HC．小球a、b离开斜槽轨道末端后平抛运动时间tD．统计纸上O点到P、M、N各点距离OP、OM、ONE．a球固定释放点到斜槽轨道末端高度差h(2)依据试验要求，ma________mb(填“大于”“小于”或“等于”)；(3)若两球碰撞前后动量守恒，其表示式可表示为______________________[用(1)中测量物理量表示]。AD

大于ma·OP＝ma·OM＋mb·ON

59/74[解析]

(1)小球在空中运动时间t相等，假如碰撞过程动量守恒，则有：mav0＝mavA＋mbvB，由图可知，只放小球a时，其落地点为P点，而两小球相碰时，a球落地点为M点，而B球落地点为N点；两边同时乘以时间t得：mav0t＝mavAt＋mbvBt，得：maOP＝maOM＋mbON，则本试验必须测量物理量有AD，故选：AD。(2)依据试验要求，入射球质量必须大于被碰球质量，预防入射球碰后反弹，则ma大于mb；(3)若两球碰撞前后动量守恒，其表示式可表示为：maOP＝maOM＋mbON。60/74〔类题演练3〕(·东北三省四市高三第二次联合模拟)气垫导轨是惯用一个试验仪器，它是利用气泵使带孔导轨与滑块之间形成气垫，使滑块悬浮在导轨上，滑块在导轨上运动可视为没有摩擦。我们能够用两个光电门以及滑块A和B来探究动量守恒定律，试验装置如图所表示，采取试验步骤以下：61/74a．用天平分别测出滑块A、B质量mA、mBb．调整气垫导轨，使导轨处于水平c．给B一个水平向左初速度，统计B经过光电门2挡光时间为tBd．B与静止在导轨上A发生碰撞后，A向左运动经过光电门1挡光时间为tA，B向右运动经过光电门2挡光时间为tB′(1)试验中测得滑块B上遮光条宽度为dB，还应测量物理量是___________________________。(2)利用上述测量试验数据，得出关系式_______________________成立，即可验证动量守恒定律。滑块A上遮光条宽度dA

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