热点02 转换法 （教师版含解析）-高考物理专练(新高考专用)

高考物理【热点·重点·难点】专练(新高考专用)热点02转换法【热点解读】物理学中对于不容易直接观察的现象或不易直接测量的物理量，通常用一些非常直观的现象去认识，或用易测量的物理量间接测量，这种研究问题的方法叫做转换法。爱因斯坦说过：“磁场在物理学家看来正如他坐的椅子一样实在。”磁场虽然看不见、摸不着，但可以通过对小磁针的作用来证明其存在。在物理学中还有其他一些现象也是这样，物体发生形变活运动状态发生变化可以证明此物体受到力的作用，如苹果落地、行星绕恒星运动可证明万有引力存在；运动的物体能对外做功可证明它具有能；扩散现象可证明分子在无规则运动；铅块实验可证明分子间引力的存在，液体固体难压缩可以证明分子斥力的存在；马德堡半球实验可证明大气压的存在；静电力指针的偏角度大小说明了电势差的变化量；奥斯特实验可证明电流周围有磁场等等。转换法是一种较高层次的思维方法，是对事物本质深刻认识的基础上才产生的一种飞跃，如变曲为直就是该方法的应用。转换法可分为参量转换法和能量转换法两种。1．参量转换法待测的物理量通常与其他的物理量之间存在某种特定的物理联系，利用这种联系，可实现各参量间的转换，达到测量的目的。参量转换的方法贯穿于整个物理实验之中。2．能量转换法能量转换测量法是某种形式的物理量，通过能量变化器，变成另一种形式物理量的测量方法。随着各种新型功能材料的不断涌现，如热敏、光敏、湿敏材料以及这些材料性能的不断提高，形形色色的敏感器件和传感器应运而生，为物理实验测量方法的改进提供了很好的条件。考虑到电学参量具有方便、快速的特点，电学易于生产，而且常常具有通用性，所以许多能量转换法都是使待测物理量通过各种传感器和敏感器件转换成电学参量来进行测量的。最常见的有光电转换、磁电转换、热电转换、力电转换等。在设计和安排实验时，当预先估计不能达到要求时，常常另辟蹊径，把一些不可能测量的物理量转换成可测量的物理量。合理地使用转换法是物理实验获得成功的一种必要手段，尤其是设计探究型实验，当某个物理量不容易直接测量或者不具备测量条件时，巧妙地使用转换法能够收到事半功倍的效果。【限时检测】(建议用时：30分钟)1．某物理兴趣小组利用图甲所示装置验证机械能守恒定律。光电门Q固定在电磁铁P的正下方，接通电磁铁，将小球吸在P处，断开电源，小球由静止开始下落，通过光电门Q时，光电计时器记录小球通过光电门Q的时间为3.00ms。用刻度尺测出P、Q两点间的高度差为59.70cm。(1)若用游标卡尺测量小球的直径d时，示数如图乙所示，则d=______mm。(2)小球经过Q时的速度大小v=______m/s。(结果保留三位有效数字)(3)若小球的质量为0.1kg，则在小球从P运动到Q的过程中，小球动能的增加量______J，重力势能的减少量______J，在实验误差允许范围内，，机械能守恒定律得到验证。(已知当地的重力加速度大小，结算保留三位有效数字)(4)小组同学想到另外一种验证机械能守恒定律的方法，调整Q的位置，测出P到Q的高度差h，算出小球经过Q时对应的速度大小v，以h为横轴、为纵轴，若图线为一直线，且其斜率接近于______，则机械能守恒定律得到验证。(重力加速度大小为g)【答案】10.203.400.5780.5852g【解析】(1)根据题图乙，小球的直径(2)小球经过Q时的速度大小(3)在小球从P运动到Q的过程中，小球动能的增加量重力势能的减少量(4)若小球下落过程动能的增加量与重力势能的减少量相等，则有可得此时图线为一直线，且其斜率为2g。2．某同学利用如图甲所示的实验装置来测定气垫导轨上滑决的加速度，滑块上安装有遮光条。(1)该同学利用10分度的游标卡尺测出滑块上安装的遮光条的宽度d，测量结果如图乙所示，则d=______cm；(2)与光电门配套的数字毫秒计测出了遮光条通过光电门1所用的时间Δt1=0.025s，通过光电门2所用的时间为Δt2=0.010s，则滑块通过光电门1时滑块的速度大小为v1=______m/s；(3)该同学利用刻度尺测出两光电门之间的距离为l=0.50m，则滑块的加速度大小为a=______m/s2。【答案】1.500.601.89【解析】(1)由游标卡尺的读数规则可知，遮光条的宽度=主尺刻度值(毫米)＋游标尺对齐格数×游标尺精度(毫米)，可读出遮光条的宽度为d=1.50cm.(2)滑块通过光电门1时的速度大小为v1=代入数据解得v1=0.60m/s.(3)由于两光电门之间的距离为l=0.50m，滑块通过光电门2时的速度大小为v2==1.5m/s故由v22－v12=2al可得a=1.89m/s23．某实验小组为了测量滑块与水平轨道间的动摩擦因数，设计如图(a)所示的实验装置，弹簧左侧固定在挡板A上，处于原长的弹簧右端位于C，弹簧与滑块接触但不拴接，滑块上安装了宽度为的遮光板，轨道处装有光电门。(1)实验的主要步骤如下：①用游标卡尺测量遮光片的宽度，如图(b)所示，_______cm；②将滑块向左压缩弹簧，由静止释放滑块，同时记录遮光片通过光电门的时间；③测量并记录光电门与滑块停止运动位置之间的距离；④改变弹簧压缩量，多次重复步骤②和③。(2)实验收集的数据并处理如下。序号123456时间0.040.050.060.080.100.12距离17.0110.887.574.262.731.88①实验小组根据表中数据在图中已描绘出五个点，请描绘出余下点并作出图像______。②根据所作图像，可得滑块与水平轨道间的动摩擦因数为_______，(g取10m/s2，结果保留两位有效数字)。【答案】1.650【解析】(1)因游标尺是20分度，则其精确度为(2)实验小组根据表中数据在图中已描绘出五个点，描绘出图像如下所示因摩擦阻力做功，导致动能，转化为内能，根据动能定理，则有即为因此图像的斜率那么4．如图所示，某实验小组的同学将足够长的木板固定在水平桌面上，带有宽度为d的遮光条的滑块，从光电门的右侧以某一初速度向左运动，经过一段时间后滑块静止在光电门的左侧某位置，改变滑块的初速度，重复以上操作步骤，重力加速度为g，就可以测量出滑块与木板之间的动摩擦因数。则：(1)为了完成测量，应该直接测量的物理有___________(选填选项前的字母)。A．滑块和遮光条的初速度B．滑块和遮光条的总质量MC．遮光条经过光电门的挡光时间D．滑块停止的位置与光电门间的距离(2)根据(1)题中直接测量的物理量，可得滑块与木板之间的动摩擦因数为___________。(3)如果将图中的长木板的左端适当垫高将光电门固定在长木板的底端，让带有遮光条的滑块在左侧适当位置由静止释放，与光电门之间的水平距离为L，滑块经过光电门的挡光时间为t；改变长木板的倾角，调整释放点的位置，保持释放点与光电门之间的水平距离L不变，如图所示。重复以上步骤，则：①释放位置距离水平桌面的高度为___________(用d、、、L和t表示)。②根据该实验多次操作得到的实验数据，作出实验图像。如果用横坐标表示释放点的位置高度h，为了使图像的是一条直线，那么纵坐标表示的是___________(均釆用国际单位)。如果仅将长木板换用其他材料的长板，其他条件均不改变，则图像的斜率将___________(选填“变大”、“变小”或“不变”)。【答案】CD不变【解析】(1)测量滑块与木板之间的动摩擦因数的原理为，解得则需要测量的物理量为滑块的滑行距离，还有滑动的速度，但是滑块的瞬时速度可以利用通过光电门的平均速度表示，所以应该直接测量的物理有遮光条经过光电门的挡光时间，滑块停止的位置与光电门间的距离。故选CD。(2)由平均速度表示瞬时速度则有滑块经过光电门的速度为滑块与木板之间的动摩擦因数为(3)①滑块下滑过程，根据牛顿第二定律有解得根据速度位移公式有且，联立解得②根据高度的表达式整理得由上式可知与是线性关系，所以如果用横坐标表示释放点的位置高度h，为了使图像的是一条直线，那么纵坐标表示的是。根据与图像中图像的斜率为，所以如果仅将长木板换用其他材料的长板，其他条件均不改变，则图像的斜率将不变。5．某学习小组做“探究功与速度变化的关系”的实验如图所示，图中小车是在一条橡皮筋作用下弹出的，沿木板滑行，橡皮筋对小车做的功记为W。当用2条、3条……完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次……实验时(每次实验中橡皮筋伸长的长度都保持一致)，每次实验中小车获得的速度根据打点计时器所打在纸带上的点进行计算。(1)除了图中已有的实验器材外，还需要导线、开关、刻度尺和______(填“交流”或“直流”)电源。(2)实验中，小车会受到摩擦力的作用，可以使木板适当倾斜来平衡摩擦力，则下面操作正确的是(________)A．放开小车，能够自由下滑即可B．放开小车，能够匀速下滑即可C．放开拖着纸带的小车，能够自由下滑即可D．放开拖着纸带的小车，能够匀速下滑即可(3)若木板水平放置，小车在两条橡皮筋作用下运动，当小车速度最大时，关于橡皮筋所处的状态与小车所在的位置，下列说法正确的是(________)A．橡皮筋处于原长状态B．橡皮筋仍处于伸长状态C．小车在两个铁钉的连线处D．小车已过两个铁钉的连线(4)在正确操作的情况下，打在纸带上的点并不都是均匀的，为了测量小车获得的速度，应选用纸带的___________部分进行测量(根据如图所示的纸带回答)。【答案】交流DBGJ【解析】(1)打点计时器使用的是交流电源，即交流电源。(2)平衡摩擦力时，应将纸带穿过打点计时器，放开拖着纸带的小车，小车能够匀速下滑即可。故选D。(3)放开小车后，小车做加速运动，当橡皮筋的拉力大小等于摩擦力大小时，小车的速度最大，此时橡皮筋仍处于伸长状态。故选B。(4)从纸带上看，纸带的段打点比较均匀，所以应选用纸带的段进行测量。6．(1)小潘同学用如图所示的实验装置，通过改变橡皮筋条数改变做功倍数来完成课本中功与速度变化关系的实验，该实验除了图甲中已有的器材外，下列选项中还必须用到的有_________。A．天平B．刻度尺C．学生电源D．弹簧测力计(2)小潘在完成上述功与速度变化的关系实验中_____(填“需要”或“不需要”)平衡小车受到的阻力。(3)小潘同学某次实验中得到如图乙所示的一段纸带(图中两计数点间有四个点未画出)，交流电的频率为50Hz，根据得到的纸带，D点位置刻度尺的读数为______，根据纸带的特点你认为小潘同学可能正在做下列哪个实验______。A．探究小车速度随时间变化规律B．探究功与速度变化的关系【答案】B需要5.92(5