2011高考物理金牌复习专题05演示实验和设计实验01

第一部分演示实验思想方法提炼感悟·渗透·应用思想方法提炼一、概述演示实验在中学物理教学中占有举足轻重的地位，它通过教师讲述新课引入实验启迪发问，总结归纳，引导学生观察、思考、分析、综合问题，去接受新的知识，发现规律；同时又通过形象的物理演示实验过程，进一步激发学生学习物理的兴趣，培养学生敏锐的观察能力，对培养学生的创新意识及科学探究的能力起到了很好的作用.思想方法提炼基于这样，从1993年起全国高考物理试题的一个新特点：增强了演示实验的考查，其中1993年考查了干涉法检查平面的实验，1994年考查砂摆绘制简谐振动的图像，1995年考查光电效应，1996年考查电容器的电容取决于哪些因素，1998年考查LC振荡电路并融入图像法处理数据，题目新颖，考查全面.思想方法提炼高中物理演示实验有106个，在复习时应注意以下几点：1.重视物理学史中具有重要地位的实验，如：紫外线照射锌板、杨氏双缝干涉实验、光的衍射中的泊松亮斑、质子和中子的发现实验、α粒子散射实验等等.让学生充分了解其内容及其对物理学发展的意义.思想方法提炼2.注意把握实验中的关键要素，实验的内容、步骤虽然很多，但关键要素一般只有少数几点.抓住了关键要素，才可能确保实验成功.3.要加强对演示实验的再分析.总之，要解答好物理实验问题，必须做到：①明确目的；②弄懂原理；③掌握正确的实验操作方法；④加强独立思考、独立设计、实验操作的训练.感悟·渗透·应用【例1】(1998年上海高考题)如图5-1是观察水面波衍射的实验装置，AC和BD是两块挡板，AB是一个孔，O是波源，图中已画出波源所在区域波的传播情况，每两条相邻波纹(图中曲线)之间距离表示一个波长，图5-1感悟·渗透·应用则波经过孔之后的传播情况，下列描述中正确的是(ABC)A.此时能明显观察到波的衍射现象B.挡板前后波纹间距离相等C.如果将孔AB扩大，有可能观察不到明显的衍射现象D.如果孔的大小不变，使波源频率增大，能更明显观察到衍射现象感悟·渗透·应用【解析】本题考查发生明显衍射的条件，观察知道孔的尺寸与波长差不多，能明显观察到波的衍射现象.因波的传播速度不变，频率不变，故波长不变，即挡板前后波纹间距相等.若频率增大，由=v/f知波长变小，衍射现象变得更不明显了.若将孔AB扩大，且孔的尺寸远大于波长则可能观察不到明显的衍射现象.【答案】ABC感悟·渗透·应用【例2】(1997年上海高考题)如图5-2所示，一静电计与锌板相连，在A处用一紫外灯照射锌板，关灯后，指针保持一定偏角.图5-2感悟·渗透·应用①现用一带负电的金属小球与锌板接触，则静电计指针偏角将减小(填增大，减小或不变).②使静电计指针回到0，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，静电计指针无偏转.那么，若改用强度更大的红外线灯照射锌板，可观察到静电计指针无(填有或无)偏转.感悟·渗透·应用【解析】当用紫外灯照射锌板时，由于光电效应，有一部分电子从锌板表面飞了出去，从而锌板带正电.由于静电计与锌板相连，指针上的部分自由电子转移到锌板，因此指针也带正电.关灯后，指针保持一定偏角.若用一带负电的金属小球与锌板接触.由于电中和静电计指针偏角变小.感悟·渗透·应用若用黄光照射锌板，静电计指针无偏转，说明黄光的频率低于极限频率不发生光电效应.而红外线的频率更低，不管强度多大都不能发生光电效应，因此静电电计指针无偏转.【答案】减小，无感悟·渗透·应用【例3】(1997年全国高考题)在卢瑟福的α粒子散射实验中，有少数α粒子发生大角度偏转，其原因是(A)A.原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上B.正电荷在原子中是均匀分布的C.原子中存在着带负电的电子D.原子只能处于一系列不连续的能量状态中感悟·渗透·应用【解析】原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上，α粒子穿过原子时，如果离核较远，受到的库仑斥力就很小，运动方向也就改变很小.只有当α粒子与核十分接近时，才会受到很大的库仑斥力，发生大角度的偏转.由于原子核很小，α粒子十分接近它的机会很少，所以绝大多数α粒子基本上仍按直线方向前进，只有极少数发生大角度的偏转.【答案】A感悟·渗透·应用【说明】α粒子散射实验是多年高考的热点.要注意α粒子散射实验的装置和结果，并能用卢瑟福的原子的核式结构学说解释实验结果.该实验说明了原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核上，它是建立原子核式结构学说的基础.该实验还能得到原子核及原子直径的数量级.感悟·渗透·应用【例4】某同学把卡尺间的窄缝调节到0.5mm去观察某一线光源，看到了彩色条纹.他把缝的宽度增加到0.8mm，再观察同一光源，看到的现象是彩色条纹变窄但亮度增大.若他把缝的宽度减小到0.2mm，则看到的现象是彩色条纹变宽但亮度减弱.这说明在衍射现象中，衍射图样条纹的宽度及亮度与单缝宽度有关，当其变窄时，衍射现象更为明显.感悟·渗透·应用【解析】当窄缝宽度变窄时，它和光波的波长越接近，衍射现象越明显，同时通过窄缝的光能越少，到达光屏上的宽度越宽，亮度就越弱.感悟·渗透·应用【解题回顾】正确解答此类问题的关键在于实验时仔细观察和对现象的认真分析，也就是说，要掌握相关的物理规律，不光知其然，还应当知其所以然.感悟·渗透·应用【例5】在如图5-3所示的杨氏双缝干涉实验中，已知SS1=SS2，且S1、S2到光屏上P点的路程差d=1.5×10-6m.当S为=0.6m的单色光源时，在P点处将形成暗条纹；当S为=0.5m的单色光源时，在P点处将形成亮条纹.图5-3感悟·渗透·应用【解析】一般地讲，若两相干光源的振动同相，则在离开两相干光源路程之差为光波波长的整数倍处会出现亮条纹，路程之差为光半波长的奇数倍处会出现暗条纹，若两相干源的振动反相，则出现明暗条纹的情况刚好相反.由于SS1=SS2，所以S1、S2处的光振动同相.当=0.6m时，d/=2.5，则P点处两分振动反相，形成暗条纹；当=0.5m时，d/=3，则P点处两分振动同相，形成亮条纹.【答案】暗；亮感悟·渗透·应用【解题回顾】1801年，英国物理学家托马斯·杨在实验室里成功地解决了相干光源问题.观察到了光的干涉现象.杨氏实验的装置有三部分：单孔(缝)屏——获得点(线)光源；双孔(缝)屏——获得相干光源；像屏——得到干涉条纹.杨氏实验证实了光具有波的特征.进一步的实验证明，在狭缝间的距离和狭缝与屏的距离都不变的条件下，干涉条纹的间距跟光波的波长成正比.感悟·渗透·应用【例6】研究平行板电容器的电容跟两极板的正对面积S、两极板间距离d以及板间的电介质之间的关系.如图5-4所示平行板电容器充电后，保持电容器所带的电量Q不变，改变S或d，或插入电介质，分别为甲、乙、丙图所示，则静电计指针的偏角变化为增大、增大、减小(填“增大”或“减小”或“不变”).图5-4感悟·渗透·应用【解析】本实验是定性研究平行板电容器电容C与两极板间的距离d、两板的正对面积S以及极板间的电介质之间的关系.本实验三个图均保持电容器的电量不变，由静电计显示的电势差的变化可知电容器电容的变化.如甲图中：Q和d不变，S减小、电势差U增大，由C=Q/U得C减小，乙图中：S不变，d越小，电势差U减小，由C=Q/U得C增大.丙图中：Q、S、d均不变，在极板间插入电介质，电势差U减小，由C=Q/U得C增大.在上述三种情况下，由C=Q/U及U的变化分析清楚C的变化是很关键的.