高考物理大二輪總復習 增分策略 專題七 第1講 力學實驗與創(chuàng)新課件.ppt

《高考物理大二輪總復習 增分策略 專題七 第1講 力學實驗與創(chuàng)新課件.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《高考物理大二輪總復習 增分策略 專題七 第1講 力學實驗與創(chuàng)新課件.ppt（80頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

專題七實驗技能與創(chuàng)新 高考對學生實驗的考查 主要有以下十一個實驗 研究勻變速直線運動 探究彈力和彈簧伸長的關系 驗證力的平行四邊形定則 驗證牛頓運動定律 探究動能定理 驗證機械能守恒定律 測定金屬的電阻率 同時練習使用螺旋測微器 描繪小電珠的伏安特性曲線 測定電源的電動勢和內阻 練習使用多用電表 傳感器的簡單使用 專題定位 高考除了對課本中原有的學生實驗進行考查外 還增加了對演示實驗的考查 利用學生所學過的知識 對實驗器材或實驗方法加以重組 來完成新的實驗設計 設計型實驗的考查將逐步取代對課本中原有的單純學生實驗的考查 1 熟知各種器材的特性 2 熟悉課本實驗 抓住實驗的靈魂 實驗原理 掌握數據處理的方法 熟知兩類誤差分析 應考策略 高考題型1探究彈力和彈簧伸長的關系 高考題型2驗證力的平行四邊形定則 高考題型3驗證牛頓運動定律 高考題型4探究動能定理 欄目索引 第1講力學實驗與創(chuàng)新 高考題型5驗證機械能守恒定律 高考題型6力學創(chuàng)新實驗 高考題型1探究彈力和彈簧伸長的關系 解題方略 實驗數據的處理方法 1 列表法將測得的實驗數據填入設計好的表格之中 可以分析兩物理量間的定性關系 2 圖象法根據記錄的實驗數據在平面直角坐標系內進行作圖 若是曲線應平滑 若是直線要讓盡量多的點過直線 或在直線兩側均勻分布 3 函數法往往是根據圖象得到物理量間的函數關系方程式 例1 2015 福建理綜 19 某同學做 探究彈力和彈簧伸長量的關系 的實驗 1 圖1甲是不掛鉤碼時彈簧下端指針所指的標尺刻度 其示數為7 73cm 圖乙是在彈簧下端懸掛鉤碼后指針所指的標尺刻度 此時彈簧的伸長量 l為 cm 圖1 解析由題圖乙知 讀數為14 66cm 所以彈簧伸長 14 66 7 73 cm 6 93cm 答案6 93 2 本實驗通過在彈簧下端懸掛鉤碼的方法來改變彈簧的彈力 關于此操作 下列選項中規(guī)范的做法是 填選項前的字母 A 逐一增掛鉤碼 記下每增加一只鉤碼后指針所指的標尺刻度和對應的鉤碼總重B 隨意增減鉤碼 記下增減鉤碼后指針所指的標尺刻度和對應的鉤碼總重 解析若隨意增減鉤碼 會作圖不方便 有可能會超出彈簧形變范圍 所以應逐一增掛鉤碼 選項A正確 答案A 3 圖丙是該同學描繪的彈簧的伸長量 l與彈力F的關系圖線 圖線的AB段明顯偏離直線OA 造成這種現象的主要原因是 解析由圖知AB段伸長量與彈力不成線性關系 是因為鉤碼重力超過彈簧的彈性限度 鉤碼重力超過彈簧的彈性限度 預測1一名同學利用圖2裝置做 測定彈簧的勁度系數 的實驗 圖2 1 以下是這位同學根據自己的設想擬定的實驗步驟 請按合理的操作順序將步驟的序號寫在橫線上 A 以彈簧長度l為橫坐標 以鉤碼質量m為縱坐標 標出各組數據 l m 對應的點 并用平滑的曲線連接起來 B 記下彈簧下端不掛鉤碼時 其下端A處指針在刻度尺上的刻度l0 C 將鐵架臺固定于桌子上 將彈簧的一端系于橫梁上 在彈簧附近豎直固定一把刻度尺 D 依次在彈簧下端掛上1個 2個 3個 鉤碼 待鉤碼靜止后 讀出彈簧下端指針指示的刻度記錄在表格內 然后取下鉤碼 E 由圖象找出m l間的函數關系 進一步寫出彈力與彈簧長度之間的關系式 重力加速度取g 10m s2 求出彈簧的勁度系數 解析本實驗中首先要正確安裝儀器 并記下彈簧自然伸長時的位置 然后再掛上鉤碼分別得出對應的長度 建立坐標系 作出對應的m l圖象即可 故答案為CBDAE 答案CBDAE 2 圖3為根據實驗測得數據標出的對應點 請作出鉤碼質量m與彈簧長度l之間的關系圖線 圖3 解析利用描點法作出圖象如圖所示 答案見解析圖 3 寫出彈簧彈力F和彈簧長度l之間關系的函數表達式 解析由圖象利用數學規(guī)律可知對應的函數關系為 F 12 5 l 0 15 F 12 5 l 0 15 4 此實驗得到的結論是 此彈簧的勁度系數k N m 計算結果保留三位有效數字 解析對比胡克定律F kx可知 勁度系數應為 k 12 5N m 12 5 5 如果將指針分別固定在圖中A點上方的B處和A點下方的C處 作出鉤碼質量m和指針刻度l的關系圖象 由圖象進一步得出的彈簧的勁度系數kB kC kB kC與k相比 可能是 請將正確答案的字母填在橫線處 A kB大于kB kB等于kC kC小于kD kC等于k 解析如果將指針固定在A點的上方B處 由于選用的彈簧變短 則彈簧的勁度系數變大 得出彈簧的勁度系數與k相比 要大于k 故A正確 如果將指針固定在A點的下方C處 彈簧的長度不變 故勁度系數不變 得出彈簧的勁度系數仍等于k 故D正確 故選A D 答案AD 高考題型2驗證力的平行四邊形定則 解題方略 1 本實驗考查的重點是 力作用效果的等效性 2 對實驗步驟中兩個分力和合力的大小和方向的確定也是考查的重點 例2一同學用電子秤 水壺 細線 墻釘和貼在墻上的白紙等物品 在家中驗證力的平行四邊形定則 1 如圖4 a 在電子秤的下端懸掛一裝滿水的水壺 記下水壺 時電子秤的示數F 解析要測量裝滿水的水壺的重力 則記下水壺靜止時電子秤的示數F 靜止 2 如圖 b 將三細線L1 L2 L3的一端打結 另一端分別拴在電子秤的掛鉤 墻釘A和水壺杯帶上 水平拉開細線L1 在白紙上記下結點O的位置 和電子秤的示數F1 解析要畫出平行四邊形 則需要記錄分力的大小和方向 所以在白紙上記下結點O的位置的同時也要記錄三根細線的方向以及電子秤的示數F1 三根細線的方向 3 如圖 c 將另一顆墻釘B釘在與O同一水平位置上 并將L1拴在其上 手握電子秤沿著 2 中L2的方向拉開細線L2 使 和三根細線的方向與 2 中重合 記錄電子秤的示數F2 解析已經記錄了一個分力的大小 還要記錄另一個分力的大小 則結點O點位置不能變化 力的方向也都不能變化 所以應使結點O的位置和三根細線的方向與 2 中重合 記錄電子秤的示數F2 結點O的位置 4 在白紙上按一定標度作出電子秤拉力F F1 F2的圖示 根據平行四邊形定則作出F1 F2的合力F 的圖示 若 則平行四邊形定則得到驗證 解析根據平行四邊形定則作出F1 F2的合力F 的圖示 若F和F 在誤差允許的范圍內重合 則平行四邊形定則得到驗證 F和F 在誤差允許的范圍內重合 預測2某同學找到一條遵循胡克定律的橡皮筋并利用如下實驗器材驗證平行四邊形定則 刻度尺 三角板 鉛筆 細繩 白紙 釘子 質量不同的小重物若干 豎直木板 實驗方案如下 將橡皮筋的兩端分別與兩條細繩相連 測出橡皮筋的原長 將橡皮筋一端細繩用釘子固定在豎直木板上的A點 在橡皮筋的中點O再用細繩系重物 自然下垂 如圖5甲所示 圖5 將橡皮筋的另一端細繩固定在豎直木板上的B點 如圖乙所示 1 為完成本實驗 下列還必須測量的物理量為 填選項前字母 A 小重物的質量B 細繩的長度C 圖甲中OA段橡皮筋的長度D 圖乙中OA和OB段橡皮筋的長度 解析測得橡皮筋的原長為2x0 圖甲中OA的長度為x1 對于圖甲則有F k x1 x0 mg 測得圖乙中OA OB段橡皮筋的長度分別為x2 x3 則F1 k x2 x0 F2 k x3 x0 故測量橡皮筋的原長和圖甲中OA段橡皮筋的長度以及圖乙中OA OB段橡皮筋的長度即可驗證平行四邊形定則 選項C D正確 答案CD 2 在完成本實驗的過程中 必須注意的事項是 填選項前字母 A 橡皮筋兩端連接的細繩長度必須相同B 圖乙中A B兩點必須等高C 圖乙中連接小重物的細繩必須在OA OB夾角的角平分線上D 記錄圖甲中O點的位置和OA的方向E 記錄圖乙中O點的位置和OA OB的方向 解析由 1 分析可知橡皮筋兩端連接的細繩長度不需相同 選項A錯誤 圖乙中A B兩點可以等高 也可以不等高 選項B錯誤 圖乙中連接小重物的細繩可以在OA OB夾角的角平分線上 也可以不在 選項C錯誤 圖甲中O點的位置和OA的方向不需要記錄 選項D錯誤 圖乙中O點的位置和OA OB的方向需要記錄 選項E正確 答案E 3 釘子位置固定 若利用現有器材 改變條件 可采用的方法是 解析更換質量大小不同的重物 可以多次實驗驗證平行四邊形定則 更換不同質量的重物 考試大綱 規(guī)定的六個力學實驗中有四個涉及打點計時器 研究勻變速直線運動 探究加速度與力 質量的關系 探究做功和物體速度變化的關系和驗證機械能守恒定律 這類實驗的關鍵是要掌握紙帶的分析處理方法 對于紙帶常有以下三大應用 1 由紙帶確定時間要區(qū)別打點計時器打出的點與人為選取的計數點之間的區(qū)別與聯 高考題型3驗證牛頓運動定律 解題方略 系 便于測量和計算 一般每五個點取一個計數點 這樣時間間隔為 t 0 02 5s 0 1s 2 求解瞬時速度利用做勻變速直線運動的物體在一段時間內的平均速度等于中間時刻的瞬時速度 如圖6所示 打n點時的瞬時速度 圖6 3 用 逐差法 求加速度如圖7所示 圖7 有些實驗用光電門代替打點計時器來完成瞬時速度和加速度的測量 具體做法如下 求瞬時速度 把遮光條 寬度為d 通過光電門的時間 t內的平均速度看做物體經過光電門的瞬時速度 即v 求加速度 若兩個光電門之間的距離為L 則利用速度與位移的關系可求加速度 即a 例3某同學采用如圖8甲所示的裝置驗證牛頓運動定律 用沙桶和沙的重力提供小車所受合力F 圖8 1 圖乙是實驗中獲取的一條紙帶的一部分 其中O A B C D是計數點 每相鄰兩計數點間還有4個點 圖中未標出 已知打點計時器使用的交流電源的頻率為50Hz 打B點時小車的速度大小為 m s 由紙帶求出小車的加速度的大小為 m s2 計算結果均保留2位有效數字 答案0 541 5 2 用增減沙子的方法改變拉力的大小與增減鉤碼的方法相比 它的優(yōu)點是 填序號 A 可以改變滑動摩擦力的大小B 可以更方便地獲取多組實驗數據C 可以比較精確地平衡摩擦力D 可以獲得更大的加速度以提高實驗精度解析緩慢加沙子 重力改變范圍大 可以更方便地獲取多組實驗數據 而鉤碼的質量是固定的 只能取一些固定的質量 故選B B 3 根據實驗中得到的數據描出如圖9所示的圖線 發(fā)現該圖線不過原點且圖線后半段偏離直線 產生這種結果的原因可能是 填序號 A 在平衡摩擦力時將木板右端墊得過高B 沒有平衡摩擦力或者在平衡摩擦力時將木板右端墊得過低C 圖線的后半段偏離直線 是因為沙和沙桶的質量一定大于小車的質量D 圖線的后半段偏離直線 是因為沙和沙桶的質量不再遠小于小車的質量 圖9 解析圖線不經過原點 當拉力為零時 加速度不為零 知平衡摩擦力過度 即長木板的末端抬得過高了 故A正確 B錯誤 隨著F的增大 即沙和沙桶質量的增大 不再滿足沙和沙桶的質量遠小于小車的質量 因此圖線后半段出現彎曲現象 故C錯誤 D正確 答案AD 預測3某同學利用如圖10所示裝置研究外力與加速度的關系 將力傳感器安裝在置于水平軌道的小車上 通過細繩繞過定滑輪懸掛鉤碼 小車與軌道及滑輪間的摩擦可忽略不計 開始實驗后 依次按照如下步驟操作 圖10 同時打開力傳感器和速度傳感器 釋放小車 關閉傳感器 根據F t v t圖象記錄下繩子拉力F和小車加速度a 重復上述步驟 1 某次釋放小車后得到的F t v t圖象如圖11所示 根據圖象 此次操作應記錄下的外力F大小為 N 對應的加速度a為 m s2 保留2位有效數字 圖11 答案0 791 8 2 利用上述器材和過程得到的多組數據作出小車的加速度a隨F變化的圖象 a F圖象 如圖12所示 若圖線斜率為k 則安裝了力傳感器的小車的質量為 圖12 高考題型4探究動能定理 在探究動能定理時 通常有定性分析和定量計算兩種考查方式 定性分析一般要求作出W v2圖象 也可以拓展為與W或v2相關的物理量間的關系圖象 如l v2等 定量計算時需要用W Fl計算合外力做的功 再利用計算出動能的變化量 比較即可 解題方略 例4某實驗小組要探究力對原來靜止的物體做功與物體獲得速度的關系 選取的實驗裝置如圖13所示 實驗主要步驟如下 圖13 1 實驗時為使橡皮筋對小車所做的功即為合外力對小車所做的功 在未連接橡皮筋時將木板的左端用小木塊墊起 使木板傾斜合適的角度 打開打點計時器 輕推小車 得到的紙帶應該是 填甲或乙 解析平衡摩擦力后 小車應做勻速運動 所以紙帶應該是圖乙 乙 2 使小車在一條橡皮筋的作用下彈出 沿木板滑行 這時橡皮筋對小車做的功為W 3 再用完全相同的2條 3條 橡皮筋作用于小車 并使每次釋放小車時橡皮筋的 橡皮筋對小車做的功分別為2W 3W 伸長量 或形變量 長度等 都相同 解析橡皮筋拉力是變力 采用倍增法增加功 使小車在一條橡皮筋的作用下由靜止彈出 這時橡皮筋對小車做的功為W 再用完全相同的2條 3條 橡皮筋作用于小車 每次由靜止釋放小車時橡皮筋的伸長量 或形變量 長度等 都相同 則橡皮筋對小車做的功分別為2W 3W 4 分析打點計時器打出的紙帶 分別求出小車每次獲得的最大速度v1 v2 v3 5 按科學實驗操作 作出W v圖象 則下列符合實際的圖象是 D 解析功與速度的平方相對應 所以圖象應為D 預測4某興趣小組準備探究 動能定理 實驗前組員們提出了以下幾種猜想 W v W v2 W 為了驗證猜想 他們設計了如圖14甲所示的實驗裝置 PQ為一塊傾斜放置的木板 在Q處固定一個速度傳感器 用來測量物體每次通過Q點的速度 在剛開始實驗時 小剛同學提出 不需要測出物體的質量 只要測出物體初始位置到速度傳感器的距離L和讀出速度傳感器的讀數v就行了 大家經過討論采納了小剛的建議 圖14 1 請你說明小剛建議的理由 做功和物體動能的表達式中都有質量m 可以簡化約去 2 讓物體分別從不同高度無初速度釋放 測出物體初始位置到速度傳感器的距離L1 L2 L3 L4 讀出物體每次通過Q點的速度v1 v2 v3 v4 并繪制了如圖乙所示的L v圖象 若為了更直觀地看出L和v的變化關系 他們下一步應該作出 解析采用表格方法記錄數據 合理繪制的L v圖象是曲線 不能得出結論W v 為了更直觀地看出L和v的變化關系 應該繪制L v2圖象 A 3 實驗中 木板與物體間摩擦力 選填 會 或 不會 影響探究的結果 解析重力和摩擦力的總功W也與距離L成正比 因此不會影響探究的結果 不會 高考題型5驗證機械能守恒定律 1 驗證機械能守恒定律的數據處理 解題方略 2 誤差分析教材中驗證機械能守恒定律的實驗是利用自由落體運動進行研究的 在重物和紙帶下落過程中要克服阻力做功 故動能的增加量一定略小于重力勢能的減少量 這是不可避免的 屬于系統誤差 而利用豎直上拋運動驗證機械能守恒定律 動能的減少量略大于重力勢能的增加量 所以在對誤差進行分析時 要根據實驗方法和條件合理分析 不能盲目套用公式或結論 例5利用如圖15所示實驗裝置探究重物下落過程中動能與重力勢能的轉化問題 實驗操作步驟如下 圖15 A 按實驗要求安裝好實驗裝置 B 使重物靠近打點計時器 接著先接通電源 后放開紙帶 打點計時器在紙帶上打下一系列的點 C 如圖16為一條符合實驗要求的紙帶 O點為打點計時器打下的第一個點 分別測出若干連續(xù)點A B C 與O點之間的距離h1 h2 h3 圖16 1 已知打點計時器的打點周期為T 重物質量為m 重力加速度為g 結合實驗中所測得的h1 h2 h3 可得紙帶從O點下落到B點的過程中 重物增加的動能為 減少的重力勢能為 2 取打下O點時重物的重力勢能為零 計算出該重物下落不同高度h時所對應的動能Ek和重力勢能Ep 建立坐標系 橫軸表示h 縱軸表示Ek和Ep 根據測得的數據在圖17中繪出圖線 和圖線 已求得圖線 斜率的絕對值為k1 圖線 的斜率的絕對值為k2 則可求出重物和紙帶下落過程中所受平均阻力與重物所受重力的比值為 用k1和k2表示 圖17 預測5利用氣墊導軌驗證機械能守恒定律 實驗裝置如圖18甲所示 水平桌面上固定一傾斜的氣墊導軌 導軌上A點處有一帶長方形遮光片的滑塊 其總質量為M 左端由跨過輕質光滑定滑輪的細繩與一質量為m的小球相連 遮光片兩條長邊與導軌垂直 導軌上B點有一光電門 可以測量遮光片經過光電門時的擋光時間t 用d表示A點到光電門B處的距離 b表示遮光片的寬度 將遮光片通過光電門的平均速度看做滑塊通過B點時的瞬時速度 實驗時滑塊在A處由靜止開始運動 甲 乙丙 圖18 1 用游標卡尺測量遮光片的寬度b 結果如圖乙所示 由此讀出b mm 解析寬度b的讀數為 3mm 17 0 05mm 3 85mm 3 85 2 滑塊通過B點的瞬時速度可表示為 3 某次實驗測得傾角 30 重力加速度用g表示 滑塊從A處到達B處時m和M組成的系統動能增加量可表示為 Ek 系統的重力勢能減少量可表示為 Ep 在實驗誤差允許的范圍內 若 Ek Ep 則可認為系統的機械能守恒 4 在上述實驗中 某同學改變A B間的距離 作出的v2 d圖象如圖丙所示 并測得M m 則重力加速度g m s2 9 6 高考題型6力學創(chuàng)新實驗 例6 2015 新課標全國 22 某物理小組的同學設計了一個粗測玩具小車通過凹形橋最低點時的速度的實驗 所用器材有 玩具小車 壓力式托盤秤 凹形橋模擬器 圓弧部分的半徑為R 0 20m 完成下列填空 1 將凹形橋模擬器靜置于托盤秤上 如圖19 a 所示 托盤秤的示數為1 00kg 2 將玩具小車靜置于凹形橋模擬器最低點時 托盤秤的示數如圖 b 所示 該示數為 kg 圖19 解析由題圖 b 可知托盤稱量程為10kg 指針所指的示數為1 40kg 1 40 3 將小車從凹形橋模擬器某一位置釋放 小車經過最低點后滑向另一側 此過程中托盤秤的最大示數為m 多次從同一位置釋放小車 記錄各次的m值如下表所示 4 根據以上數據 可求出小車經過凹形橋最低點時對橋的壓力為 N 小車通過最低點時的速度大小為 m s 重力加速度大小取9 8m s2 計算結果保留2位有效數字 解析由多次測出的m值 利用平均值可求m 1 81kg 而模擬器的重力為G m0g 9 8N 所以小車經過凹形橋最低點時對橋的壓力為FN mg m0g 7 9N 根據徑向合力提供向心力 即FN m車g 解得v 1 4m s 7 9 1 4 預測6如圖20甲所示 通過實驗測量正方體鐵塊與長木板間的動摩擦因數 在水平桌面上放一塊長木板 適當墊高木板的一端 讓鐵塊從木板的頂端a由靜止滑到底端b 鐵塊與b處的垂直長木板的光滑彈性擋板相碰后被反彈到c時速度變?yōu)榱?現用刻度尺量出長木板的長度L a c間的距離x 圖20 1 要完成實驗還需要用刻度尺測量出 根據測出的數據 若不考慮鐵塊的寬度和空氣阻力的影響 則鐵塊與長木板間的動摩擦因數可表示為 用測得的量的符號表示 解析根據動能定理 選取從靜止到停止過程 鐵塊開始運動時離桌面 的高度h 2 為了提高實驗的精度 需考慮鐵塊的寬度 圖乙是進一步實驗時用游標卡尺測量鐵塊寬度的示意圖 由圖可知鐵塊的寬度為 cm 解析游標卡尺的固定刻度讀數為31mm 3 1cm 游標讀數為0 05 8mm 0 40mm 0 040cm 所以最終讀數為3 1cm 0 040cm 3 140cm 3 140 3 以下能引起實驗誤差的是 填選項序號 A 鐵塊的質量B 當地的重力加速度C 鐵塊與擋板碰撞時有能量損失D 測量長度時的讀數誤差 解析實驗中誤差產生的原因有 鐵塊與擋板碰撞時有能量損失 及測量長度時的讀數誤差 而鐵塊的質量與當地的重力加速度 在等式兩邊約去 故C D正確 A B錯誤 CD