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专题八物理实验部分专题定位本专题解决的是中学阶段必须掌握的实验．高考除了对教材中原有的学生实验进行考查外，还增加了对演示实验的考查，利用学生所学过的知识，对实验器材或实验方法加以重组，来完成新的实验设计．设计型实验将逐步取代对教材中原有的单纯学生实验的考查．现在的实验题类型由原来的电学实验转变为“一力一电”模式．高考对学生实验的考查，主要有以下十一个实验：①研究匀变速直线运动的规律；②探究弹力和弹簧伸长量的关系；③验证力的平行四边形定则；④验证牛顿第二定律；⑤探究做功和物体速度变化的关系；⑥探究平抛运动规律；⑦验证机械能守恒定律；⑧测定金属丝的电阻率(同时练习使用螺旋测微器)；⑨描绘小灯泡的伏安特性曲线；⑩测定电源的电动势和内阻；⑪练习使用多用电表．应考策略(1)强调基本技能，熟知各种器材的特性．读数类：游标卡尺、螺旋测微器、多用电表等；选器材类：例如选取什么量程的电表和滑动变阻器等．(2)重视实验原理，巧妙变换拓展．例如探究匀变速直线运动的变形和测量电阻的再造等．源于课本不拘泥于课本一直是高考命题理念所倡导的，所以熟悉课本实验、抓住实验的灵魂——原理，是我们复习的重中之重．(3)提倡分析讨论，讲究实验的品质．像近年高考中的数据处理，误差分析、改良方案，甚至开放性实验等与课标的一标多本思路是交汇的．(4)知识创新型实验．例如设计型、开放型、探讨型实验等都有不同程度的创新，比如利用所学知识设计出很多测量重力加速度的方案．其中，力学设计性实验在近年高考中有加强的趋势，应引起高度重视．第1课时力学实验热点实验例析一、基本仪器的使用例1如图1甲所示的螺旋测微器读数为________mm.图乙中游标卡尺(游标尺上有50个等分刻度)读数为________cm甲乙1.094图11.997(±0.001)以题说法1.游标卡尺在读数时先确定各尺的分度，把数据读成以毫米为单位的．先读主尺数据，再读游标尺数据，最后两数相加．2．游标卡尺读数时不需要估读．3．螺旋测微器读数时，要注意固定刻度上表示半毫米的刻度线是否已经露出，由可动刻度的0刻度线位置判定；要准确到0.01mm，估读到0.001mm，即结果若用mm做单位，则小数点后必须保留三位数字．预测演练1如图2甲所示游标卡尺读数为____mm，图乙中螺旋测微器读数为________mm.甲乙图29.2007.25二、验证性实验1．验证力的平行四边形定则例2在“验证力的平行四边形定则”实验中，情况如图3甲所示，其中A为固定橡皮筋的图钉，O为橡皮筋与细绳的结点，OB和OC为细绳．图乙是在白纸上根据实验结果画出的图．图3(1)如图3甲，当用两个弹簧秤同时拉橡皮筋时，必须记录下两弹簧秤读数，及__________________．(2)图乙中的F与F′中，____(填“F”或“F′”)一定与AO共线．答案(1)两细线的方向(或两力的方向)，O点的位置(2)F′误区提示本实验结果有明显偏差的原因很多，但归纳起来可分为两类：一类是在实验操作过程中产生的，如O点位置变动、弹簧测力计与木板平面不平行、弹簧测力计的使用和读数不正确(读数时要注意弹簧测力计零刻度的位置)等；另一类是在处理实验数据时产生的，如力的方向的标注、力的图示(平行四边形作图)的不准确等．所以一定要注意有可能产生这些偏差的原因．另外，用作图法来处理实验数据并得出结论时，规范作图至关重要，要养成规范作图的习惯．预测演练2在“验证力的平行四边形定则”的实验中(1)部分实验步骤如下，请完成有关内容：A．将一根橡皮筋的一端固定在贴有白纸的竖直平整木板上，另一端绑上两根细线．B．其中一根细线挂上5个质量相等的钩码，使橡皮筋拉伸，如图4甲所示，记录：______________、__________________、__________________.C．将步骤B中的钩码取下，分别在两根细线上挂上4个和3个质量相等的钩码，用两光滑硬棒B、C使两细线互成角度，如图乙所示，小心调整B、C的位置，使____________________________，记录_______________________．(2)如果“力的平行四边形定则”得到验证，那么图乙中sinβ∶sinα＝________.甲乙图4答案(1)B.钩码个数(或细线拉力)；橡皮筋与细线结点的位置O；细线的方向(说明：能反映细线方向的其它记录也可以)C．橡皮筋与细线结点的位置与步骤B中结点位置重合；钩码个数和对应的细线方向(2)342．验证机械能守恒定律例3(2010·课标全国卷·22)图5为验证机械能守恒定律的实验装置示意图．现有的器材为：带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重锤、天平．回答下列问题：(1)为完成此实验，除了所给的器材，还需要的器材有________．(填入正确选项前的字母)A．米尺B．秒表C．0～12V的直流电源D．0～12V的交流电源图5(2)实验中误差产生的原因有________．(写出两个原因)解析(1)需要米尺来测量两点之间的距离，电磁打点计时器需用交流电源，故选A、D.(2)①纸带与电磁打点计时器之间存在摩擦阻力；②测量两点之间距离时的读数有误差；③计算势能变化时，选取的两点距离过近；④交变电流频率不稳定．(选取两个原因即可)答案(1)AD(2)见解析预测演练3光电计时器结构如图6(a)所示，当有物体从M、N间通过时，光电计时器就可以显示物体的挡光时间，若知道物体的长度，就可知道物体通过光电门的速度．如图(b)，E、F为上下两个光电门，现要利用此装置探究机械能守恒定律．图6(1)读出图(c)中游标卡尺测量的物块A厚度为____cm.(2)让物块A从某一位置下落，通过测量并计算得出它通过光电门E和F的速度分别为v1和v2，已知当地重力加速度为g，若要探究物块在E、F之间运动的过程机械能是否守恒，还需测量的物理量为____________________________．若__________________和____________________在误差允许的范围内相等，则可说明物块的机械能守恒．(用物理量的字母符号表示)答案(1)1.21(2)E、F之间的距离L12m(v22－v12)mgL三、探究性实验1．探究弹力与弹簧伸长量的关系例4(2010·浙江卷·21Ⅰ)在“探究弹簧弹力大小与伸长量的关系”的实验中，甲、乙两位同学选用不同的橡皮绳代替弹簧．为测量橡皮绳的劲度系数，他们在橡皮绳下端依次逐个挂上钩码(每个钩码的质量均为m＝0.1kg，取g＝10m/s2)，并记录绳下端的坐标X加i，然后逐个拿下钩码，同样记录绳下端的坐标X减i，绳下端的坐标的平均值Xi＝(X加i－X减i)/2的数据如下表：(下标i表示挂在绳下端钩码个数)橡皮绳下端的坐标(Xi/mm)挂在橡皮绳下端的钩码个数甲乙1216.5216.52246.7232.03284.0246.54335.0264.25394.5281.36462.0301.0(1)同一橡皮绳的X加i________X减i(大于或小于)；(2)________同学的数据更符合实验要求(甲或乙)；(3)选择一组数据用作图法得出该橡皮绳的劲度系数k(N/m)；(4)为了更好地测量劲度系数，在选用钩码时需考虑的因素有哪些？解析(1)由甲、乙两同学的测量数据看，橡皮绳所受拉力接近或超过了其弹性限度，其恢复能力要差一些，而且拉伸越长恢复能力越差．故X加i小于X减i.(2)乙同学的数据更符合实验要求，每增加一个钩码橡皮绳形变量大致相同，而甲同学所用橡皮绳的形变量差别非常大，表明已超过了弹性限度．(3)以乙同学的数据作图象如图所示．(4)尽可能使橡皮绳的伸长在弹性限度内，同时有足够大的伸长量，以减小长度测量误差．答案(1)小于(2)乙(3)63N/m(57～70N/m之间都对)(4)见解析预测演练4小明同学在实验室探究弹力和弹簧伸长量的关系的探究过程是：【猜想与假设】弹力和弹簧伸长量成正比例关系．【设计与进行实验】(1)设计如图7所示的实验装置进行实验；(2)在弹簧下端挂上钩码，当分别悬挂10g、20g钩码时，记下指针所指的标尺刻度；(3)将实验数据记录在表格中.(4)整理器材，进行实验数据分析并得出结论．图7【交流与评估】小明同学将实验数据记录在下表中(重力加速度g＝9.8m/s2)钩码质量m/g01020标尺刻度x/10－2m6.008.0010.00他根据实验数据在坐标纸上用描点法画出x－m图像如图8所示，于是小明根据图像得出结论：弹簧弹力和弹簧伸长量不是正比例关系而是一次函数关系，自己先前的猜想是错误的．图8(1)请说明小明结论错误的原因：__________________________________________.(2)小明同学在这个实验【设计与进行实验】中的设计方案上还存在的不足之处是__________________答案(1)x－m图象的纵坐标不是弹簧伸长量．(2)以三组测量数据不能得出普遍性的物理规律，设计实验方案中应多测几组数据，并换用另外的弹簧多进行几次实验．2．探究小车加速度与外力、质量的关系例5(1)某同学设计了一个探究小车的加速度a与小车所受拉力F及质量m关系的实验，图9为实验装置简图．他想用钩码的重力表示小车受到的合外力，为了减小这种做法带来的实验误差，你认为下列哪两项说法是正确的()A．要平衡摩擦力B．实验时不需要平衡摩擦力C．钩码的重力要远小于小车的总重力D．实验进行时应先释放小车再接通电源(2)如图10所示是某次实验中得到的一条纸带，其中A、B、C、D、E是计数点，相邻计数点间的时间间隔为T，距离如图所示．则打C点时小车的速度为________________；若要验证合外力的功与动能变化间的关系，除位移、速度外，还要测出的两个物理量是________________．图9答案(1)AC(2)L3－L12T钩码的重力和小车的总质量图10预测演练5“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”的实验装置如图11甲所示．图11甲乙(1)在小车某次运动过程中，打出了一条纸带如图乙所示．打点计时器打点的时间间隔为0.02s，从比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，并量出了相邻计数点之间的距离．该小车的加速度a＝______m/s2.(结果保留三位有效数字)(2)一组同学先保持盘及盘中的砝码质量m一定，探究加速度与小车(包括车中砝码)质量M的关系，以下做法正确的是()A．平衡摩擦力时，应将盘及盘中的砝码用细绳通过定滑轮系在小车上B．每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力C．实验时，先放开小车，再接通打点计时器电源D．小车运动的加速度可根据m以及M，直接用公式a＝mgM求出(3)在保持小车及车中的砝码质量M一定，探究加速度与所受合外力的关系时．二位同学根据各自的实验数据分别作出的a－F图线如图12甲、乙所示，对这两图的分析正确的是()图12A．甲图图线不通过原点，可能是因为计算F时未计入砝码盘的重力B．甲图图线不通过原点，可能是因为没有平衡摩擦力C．乙图图线的弯曲部分，是因为小车的质量太大D．乙图图线的弯曲部分，是因为盘中的砝码总质量太大答案(1)1.66(或1.65)(2)B(3)AD3．探究功与物体速度变化的关系例6某学习小组的同学们探究“做功与物体速度变化的关系”，它们在实验室组装了一套如图13所示的装置，另外他们还找到打点计时器所用的学生电源一台、天平、刻度尺、导线、复写纸、纸带、砝码若干．图13实验步骤如下：①将长木板左端垫起，平衡小车与木板之间的摩擦力；②测量托盘及砝码的总质量m；③接通电源后静止释放小车，小车在细线拉动下带着纸带一起运动．图14是实验中打出的一条纸带图14(1)纸带的________(填“左端”或“右端”)与小车相连．(2)打点计时器所用交流电的频率为50Hz，在纸带上每5个点取一个计数点，用刻度尺量出相邻计数点之间的距离，打点1时小车的速度v1＝________m/s，打点3时小车的速度v3＝________m/s.(结果均保留两位有效数字)．(3)用天平测得托