2020高考物理浙江专用版大二轮讲义:专题七 实验题题型强化 第16讲 Word版含解析.pdf
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1、第 1 页 共 23 页 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.3.利用所学过的知识,对实验器材或实验方法加以重组, 完成新的实验设计 第第 16 讲 力学和光学实验讲 力学和光学实验 1纸带的三大应用 (1)利用逐差法求解平均加速度(如图) a1,a2,a3a x4x1 3T2 x5x2 3T2 x6x3 3T2 a1a2a3 3 (2)利用平均速度求瞬时速度:vn1x nxn1 2T (3)利用速度时间图象求加速度 2光电门的应用 (1)求瞬时速度:把遮光条(宽度为 d)通过光电门的时间 t 内的平均速度看做遮光
2、条经过光电 门的瞬时速度,即 v. d t 第 2 页 共 23 页 (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 . v22v12 2L 3实验的技巧 (1)要根据实验原理来判断是否需要平衡摩擦力,知道正确平衡摩擦力的方法 (2)要清楚钩码(或沙桶)与小车之间的质量关系,并且要清楚在仪器创新或实验原理创新的情 形下,该条件是否需要调整 (3)要知道实验数据、图象的处理方法和运用数学知识解题的技巧 例 1 (2019新高考研究联盟二次联考)如图甲所示,某同学用力传感器探究在小车及传感器 总质量不变时加速度跟它们所受拉力的关系 (1)实验中使用的电火花计
3、时器,应接_电源 A交流 46 V B交流 220 V (2)该同学将实验器材如图甲所示连接后,沙桶的质量_(填“需要”或“不需要”)远 小于小车及传感器总质量,实验时如将细线拉力当成小车及传感器的合外力,则_(填 “需要”或“不需要”)先平衡摩擦力 (3)先接通电源, 小车由静止释放, 获得的一条纸带如图乙, 每打 5 个点取一个计数点, x13.62 cm,x45.12 cm,由图中数据可求得:2、3 两点的距离(即 x3)约为_cm.(结果保留三 位有效数字) (4)在实验中,甲、乙两位同学根据实验数据画出如图丙所示的小车的加速度 a 和小车所受拉 力 F 的图象分别为图中的直线和直线,
4、下面给出了关于形成这种情况原因的四种解释, 第 3 页 共 23 页 其中可能正确的是_(多选) A实验前甲同学没有平衡摩擦力 B甲同学在平衡摩擦力时把长木板的右端抬得过高了 C实验前乙同学没有平衡摩擦力 D乙同学在平衡摩擦力时,把长木板的右端抬得过高了 答案 (1)B (2)不需要 需要 (3)4.62 (4)BC 解析 (1)电火花计时器,需接 220 V 交流电源 (2)实验时如将细线拉力当成小车及传感器的合外力,不需要沙桶的质量远小于小车及传感器 的总质量,但必须平衡摩擦力,否则细线的拉力不是合力 (3)相邻 0.1 s 内位移差 x0.50 cm,又 x4x3x x4x1 3 故 x
5、3x4x5.12 cm0.50 cm4.62 cm. (4)图线表明 F0 时 a0,说明平衡摩擦力过度,即长木板的末端抬得太高了; 图线表明 a0 时 F0,说明没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足 拓展训练 1 (2017全国卷22)某探究小组为了研究小车在桌面上的直线运动,用自制“滴 水计时器”计量时间实验前,将该计时器固定在小车旁,如图(a)所示实验时,保持桌面 水平,用手轻推一下小车在小车运动过程中,滴水计时器等时间间隔地滴下小水滴,图(b) 记录了桌面上连续 6 个水滴的位置(已知滴水计时器每 30 s 内共滴下 46 个小水滴) 第 4 页 共 23 页 (1)由图(b)可知,小车在桌
6、面上是_(填“从右向左”或“从左向右”)运动的 (2)该小组同学根据图(b)的数据判断出小车做匀变速运动 小车运动到图(b)中 A 点位置时的速 度大小为_ m/s,加速度大小为_ m/s2.(结果均保留两位有效数字) 答案 (1)从右向左 (2)0.19 0.038 解析 (1)小车在阻力的作用下,做减速运动,由题图(b)知,从右向左相邻水滴间的距离逐渐 减小,所以小车在桌面上是从右向左运动 (2)已知滴水计时器每 30 s 内共滴下 46 个小水滴, 所以相邻两水滴间的时间间隔为 T s 30 45 s,所以 A 点位置的速度为 vA m/s0.19 m/s.根据逐差法可求加速度 a 2
7、3 0.1170.133 2 2 3 ,解得 a0.038 m/s2,故加速度的大小为 0.038 m/s2. x 5x4x2x1 6T2 拓展训练 2 (2019山东临沂市质检)某同学用如图所示装置验证机械能守恒定律时,所用交 流电源的频率为 50 Hz, 得到如图甲所示的纸带 选取纸带上打出的连续五个点 A、 B、 C、 D、 E, 如图乙, 测出 A 点距起点 O 的距离为 h019.00 cm, 点 A、 C 间的距离为 h18.36 cm, 点 C、 E 间的距离为 h29.88 cm,g 取 9.8 m/s2,测得重物的质量为 m1 kg. 第 5 页 共 23 页 (1)下列做法
8、正确的有_ A图中两限位孔必须在同一竖直线上 B实验前,手应提住纸带上端,使纸带竖直 C实验时,先放开纸带,再接通打点计时器的电源 D数据处理时,应选择纸带上距离较近的两点作为初、末位置 (2)选取 O、C 两点为初、末位置验证机械能守恒定律,重物减少的重力势能是_ J,打 下 C 点时重物的速度大小是_ m/s.(结果保留三位有效数字) (3)根据纸带算出打下各点时重物的速度 v,量出下落距离 h,则以为纵坐标、以 h 为横坐标 v2 2 画出的图象应是下面的_ 答案 (1)AB (2)2.68 2.28 (3)C 解析 (1)题图甲中两限位孔必须在同一直线上,故 A 正确;实验前,手应提住
9、纸带上端,并 使纸带竖直,减小纸带与打点计时器限位孔之间的摩擦,故 B 正确;开始记录时,应先给打 点计时器通电打点,然后再释放重物,让它带着纸带一同落下,如果先放开纸带让重物下落, 再接通打点计时器的电源,由于重物运动较快,不利于数据的采集和处理,会对实验产生较 大的误差,故 C 错误;数据处理时,应选择纸带上距离较远的两点作为初、末位置,以减小 测量的误差,故 D 错误 (2)重物减少的重力势能为:Epmghmg(h0h1)1 kg9.8 m/s2(19.008.36) 102 m2.68 J, 第 6 页 共 23 页 打下 C 点时重物的速度大小 vC2.28 m/s. h1h2 4T
10、 (3)在验证机械能守恒定律的实验中,有: mv2mgh,则有: v2gh,g 是常数,所以图线 1 2 1 2 为过原点的倾斜直线,故 C 图正确 1模型介绍 力学实验中用到弹簧或橡皮条的实验有探究求合力的方法、 探究做功与小车速度变化的关系 2探究求合力的方法 (1)实验原理 使一个力的作用效果跟两个力的共同作用效果相同 (2)操作关键 每次拉伸时结点位置 O 必须保持不变; 记下每次各力的大小和方向; 画力的图示时应选择适当的标度 例 2 (2019台州 3 月一模)如图甲,是“探究功与速度变化的关系”的部分实验装置图则 (1)先使小车不连接橡皮筋,发现小车在木板上加速下滑,那么,应把垫
11、块_(“左移” 或“右移”); 第 7 页 共 23 页 (2)图乙是正确平衡摩擦力后在实验中得到的一条纸带,那么,在 A、B、C 三个计数点中应测 量_点的速度才符合实验要求; (3)关于该实验的注意事项,下列说法正确的是_; A每根橡皮筋的规格必须相同 B打点计时器接通电源的同时必须释放小车 C每次实验,小车必须从同一位置由静止释放 D改变橡皮筋的条数后,必须重新平衡摩擦力 (4)以橡皮筋对小车做的功 W 为纵坐标,小车获得速度的平方 v2为横坐标,得到如图丙所示 的关系图根据你所学的知识,图象斜率的物理意义是_ 答案 (1)左移 (2)C (3)AC (4)小车质量的一半 拓展训练 3
12、(2019河南省九师联盟质检)某同学在做“验证平行四边形定则”的实验中,遇 到了以下问题请帮助该同学解答 (1)物理学中有很多物理方法,本实验采用的是_ A类比实验法 B等效替代法 C控制变量法 D极限法 (2)在做实验之前,该同学发现有一只弹簧测力计如图甲所示,则在使用前应该对弹簧测力计 _ 第 8 页 共 23 页 (3)如图乙所示的四个力中,力_(填图中字母)是由一只弹簧测力计直接拉橡皮筋测得 的 (4)该同学已经作出了两个分力的力的图示,如图丙所示,方格中每边的长度表示 0.5 N,请帮 助该同学用作图法作出合力 F 的图示,并求出合力的大小为_N(结果保留两位有效 数字) 答案 (1
13、)B (2)校零 (3)F (4)如图所示 35 解析 (1)“验证平行四边形定则”的实验中采用的是等效替代法,故选 B. (2)在使用前应该对弹簧测力计进行校零 (3)由一只弹簧测力计直接拉橡皮筋时,力的方向与 OA 重合,可知题图乙所示的四个力中, 力 F是由一只弹簧测力计直接拉橡皮筋测得的 (4)合力 F 的图示如图;由图可知合力的大小为 3.5 N. 第 9 页 共 23 页 1创新型实验的特点 (1)以基本的力学模型为载体,依托运动学规律和力学定律设计实验 (2)将实验的基本方法控制变量法,处理数据的基本方法图象法、逐差法,融入到实 验的综合分析之中 2创新型实验的处理 (1)根据题
14、目情景,抽象出相应的力学模型、运动过程,根据相应规律列出关系式,从而明确 实验的理论依据 (2)应用原理公式或图象法处理实验数据,结合物体实际受力情况和理论受力情况对结果进行 分析 例 3 (2019山东济南市上学期期末)空间站中不能利用天平测量质量,为此某同学为空间站 设计了如图(a)所示的实验装置,用来测量小球质量图中弹簧固定在挡板上,光滑轨道 B 处 装有光电门,可以测量出小球经过光电门的时间该同学设计的主要实验步骤如下: 用游标卡尺测量小球的直径 d 将弹簧左端固定在挡板上 小球与弹簧接触并压缩弹簧,记录压缩量 x 由静止释放小球,测量小球离开弹簧后经过光电门的时间 t 改变弹簧的压缩
15、量,重复步骤、多次 分析数据,得出小球的质量 第 10 页 共 23 页 已知弹簧弹性势能 Ep kx2, k 为劲度系数, x 为形变量 该同学使用了一个已知劲度系数为 k0 1 2 的弹簧进行了上述实验,请回答下列问题 (1)步骤中游标卡尺示数情况如图(b)所示,小球的直径 d_cm; (2)某一次步骤中测得小球通过光电门的时间 t 为 5.00 ms,则此次小球离开弹簧的速度 v _m/s; (3)根据实验步骤中测得的物理量,则可得小球的质量 m_.(用实验步骤、中 测得的物理量表示) 答案 (1)1.14 (2)2.28 (3)k 0x2t2 d2 解析 (1)小球的直径为:11 mm
16、40.1 mm11.4 mm1.14 cm. (2)由于小球离开弹簧后做匀速直线运动, 小球经过光电门时的速度与离开弹簧时的速度相等, 故小球离开弹簧时的速度为 v 2.28 m/s; d t 1.14 102 m 5.00 103 s (3)由能量守恒定律可知:Ep k0x2 mv2,解得:m. 1 2 1 2 k0x2t2 d2 拓展训练 4 (2019余姚市 4 月选考)某同学“探究钩码加速度与合外力的关系”的实验装置 如图所示,一端带有定滑轮的长木板固定在桌面上,用轻绳绕过定滑轮及光滑的动滑轮将滑 块与弹簧测力计相连实验中保持钩码的质量不变,在滑块上增加砝码进行多次测量,每一 次滑块均
17、从同一位置 P 由静止释放,在钩码带动下滑块向右运动,此过程中,记录弹簧测力 计的示数 F 和光电门的遮光时间 t, 用弹簧测力计测得钩码受到的重力为 G, 用刻度尺测得 P 与光电门间的距离为 s,用螺旋测微器测得滑块上窄片的宽度为 d. 第 11 页 共 23 页 (1)实验中_(选填“需要”或“不需要”)平衡滑块受到的滑动摩擦力 (2)钩码的加速度大小 a_(用含有 d、t、s 的表达式表示) (3)根据实验数据绘出的下列图象中最符合本实验实际情况的是_ 答案 (1)不需要 (2) (3)A d2 4st2 拓展训练 5 (2019四川宜宾市第二次诊断)某实验小组利用如图甲所示器材测量滑
18、块与木板 之间的动摩擦因数 实验步骤: 用弹簧测力计测量橡皮泥和滑块的总重力,记作 G; 将装有橡皮泥的滑块放在水平木板上,通过水平细绳和固定弹簧测力计相连,如图所 示在 A 端向右水平拉动木板,待弹簧测力计示数稳定后,将读数记作 F; 改变滑块上橡皮泥的质量,重复步骤; 第 12 页 共 23 页 实验数据如下表所示: 次数 力 123456 G/N1.502.002.503.003.504.00 F/N0.590.830.991.221.371.61 (1)根据表中数据在图乙给定的坐标纸上作出 FG 图线 (2)由图线求得滑块和木板间的动摩擦因数 _(保留两位有效数字) (3)在 A 端向
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