专题整合突破第一部分专题五实验技能与创新[要点解读]1.实验基本能力:重点考查游标卡尺、螺旋测微器;多用电表等的读数、构造、原理、重要的实验方法、实验器材的选择、电路实物连线和运用图象与表格分析处理实验数据、实验结论、误差分析及电学实验中的故障分析等。2.设计与创新能力:要求考生将教材中的实验原理、实验方法迁移到新的背景中,以完成新的实验要求的设计性实验,将逐步取代对原教材中实验的考查。3.实验题类型近年高考通常为“一力一电”模式。[备考对策]1.重点关注游标卡尺、螺旋测微器、多用电表、电阻箱等的读数,电表量程、滑动变阻器及实验电路的选取等。2.“源于课本,不拘泥于课本”一直是高考实验题命题的理念,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.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实验方案。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13讲力学实验与创新1体系认知感悟真题2聚焦热点备考通关3复习练案课时跟踪体系认知感悟真题•1.(2019·全国卷Ⅰ,22)某小组利用打点计时器对物块沿倾斜的长木板加速下滑时的运动进行探究。物块拖动纸带下滑,打出的纸带一部分如图所示。已知打点计时器所用交流电的频率为50Hz,纸带上标出的每两个相邻点之间还有4个打出的点未画出。在A、B、C、D、E五个点中,打点计时器最先打出的是________点。在打出C点时物块的速度大小为________m/s(保留3位有效数字);物块下滑的加速度大小为________m/s2(保留2位有效数字)。A0.2330.75[解析]物块加速下滑,因此打点间距逐渐增大,故先打A点。C点的速度vC=xBD2T=4.65×10-22×0.1m/s≈0.233m/s由图知xAB=1.20cmxBC=xAC-xAB=1.95cmxCD=xAD-xAC=2.70cmxDE=xAE-xAD=3.45cm得Δx=xBC-xAB=xCD-xBC=xDE-xCD=aT2解得物块下滑的加速度a=0.75m/s2•2.(2019·全国卷Ⅱ,22)如图(a),某同学设计了测量铁块与木板间动摩擦因数的实验。所用器材有:铁架台、长木板、铁块、米尺、电磁打点计时器、频率50Hz的交流电源、纸带等。回答下列问题:(1)铁块与木板间动摩擦因数μ=________(用木板与水平面的夹角θ、重力加速度g和铁块下滑的加速度a表示)。gsinθ-agcosθ•(2)某次实验时,调整木板与水平面的夹角使θ=30°。接通电源,开启打点计时器,释放铁块,铁块从静止开始沿木板滑下。多次重复后选择点迹清晰的一条纸带,如图(b)所示。图中的点为计数点(每两个相邻的计数点间还有4个点未画出)。重力加速度为9.80m/s2,可以计算出铁块与木板间的动摩擦因数为________(结果保留2位小数)。0.35图(b)[解析](1)铁块受重力、木板弹力及摩擦力作用,由牛顿第二定律得:mgsinθ-μFN=ma且FN=mgcosθ解以上两式得μ=gsinθ-agcosθ。(2)由逐差法求铁块加速度:a=x5+x6+x7-x1+x2+x312T2=76.39-31.83-20.9012×0.12×10-2m/s2≈1.97m/s2代入μ=gsinθ-agcosθ,得μ≈0.35。•3.(2019·全国卷Ⅲ,22)甲乙两位同学设计了利用数码相机的连拍功能测重力加速度的实验。实验中,甲同学负责释放金属小球,乙同学负责在小球自由下落的时候拍照。已知相机每间隔0.1s拍1幅照片。•(1)若要从拍得的照片中获取必要的信息,在此实验中还必须使用的器材是________。(填正确答案标号)•A.米尺B.秒表•C.光电门D.天平•(2)简述你选择的器材在本实验中的使用方法。答:____________________________________________________。A将米尺竖直放置,使小球下落时尽量靠近米尺•(3)实验中两同学由连续3幅照片上小球的位置a、b和c得到ab=24.5cm、ac=58.7cm,则该地的重力加速度大小为g=________m/s2。(保留2位有效数字)9.7[解析](1)利用频闪照片测重力加速度时需要测量小球下落的距离,因此实验时必须使用米尺。(2)将米尺竖直放置,小球靠近米尺下落,从照片上直接读出小球下落的距离。(3)根据Δs=gT2得重力加速度大小g=bc-abT2=ac-ab-abT2=58.7-24.5-24.5×10-20.12m/s2=9.7m/s2。•4.(2019·北京卷,21)用如图甲所示装置研究平抛运动。将白纸和复写纸对齐重叠并固定在竖直的硬板上。钢球沿斜槽轨道PQ滑下后从Q点飞出,落在水平挡板MN上。由于挡板靠近硬板一侧较低,钢球落在挡板上时,钢球侧面会在白纸上挤压出一个痕迹点。移动挡板,重新释放钢球,如此重复,白纸上将留下一系列痕迹点。•(1)下列实验条件必须满足的有________。•A.斜槽轨道光滑•B.斜槽轨道末段水平•C.挡板高度等间距变化•D.每次从斜槽上相同的位置无初速度释放钢球•(2)为定量研究,建立以水平方向为x轴、竖直方向为y轴的坐标系•a.取平抛运动的起始点为坐标原点,将钢球静置于Q点,钢球的________(选填“最上端”“最下端”或者“球心”)对应白纸上的位置即为原点;在确定y轴时________(选填“需要”或者“不需要”)y轴与重垂线平行。BD球心需要b.若遗漏记录平抛轨迹的起始点,也可按下述方法处理数据:如图乙所示,在轨迹上取A、B、C三点,AB和BC的水平间距相等且均为x,测得AB和BC的竖直间距分别是y1和y2,则y1y2________13(选填“大于”“等于”或者“小于”)。可求得钢球平抛的初速度大小为________________(已知当地重力加速度为g,结果用上述字母表示)。大于xgy2-y1图乙•(3)为了得到平抛物体的运动轨迹,同学们还提出了以下三种方案,其中可行的是________。•A.从细管水平喷出稳定的细水柱,拍摄照片,即可得到平抛运动轨迹•B.用频闪照相在同一底片上记录平抛小球在不同时刻的位置,平滑连接各位置,即可得到平抛运动轨迹•C.将铅笔垂直于竖直的白纸板放置,笔尖紧靠白纸板,铅笔以一定初速度水平抛出,将会在白纸上留下笔尖的平抛运动轨迹AB•(4)伽利略曾研究过平抛运动,他推断:从同一炮台水平发射的炮弹,如果不受空气阻力,不论它们能射多远,在空中飞行的时间都一样。这实际上揭示了平抛物体________。•A.在水平方向上做匀速直线运动•B.在竖直方向上做自由落体运动•C.在下落过程中机械能守恒•(5)牛顿设想,把物体从高山上水平抛出,速度一次比一次大,落地点就一次比一次远,如果速度足够大,物体就不再落回地面,它将绕地球运动,成为人造地球卫星。•同样是受地球引力,随着抛出速度增大,物体会从做平抛运动逐渐变为做圆周运动,请分析原因。B•[答案]见解析。•[解析](1)实验中没必要要求斜槽轨道光滑,因为本实验是研究平抛运动,只需要每次实验都能保证小球做相同的平抛运动,即每次实验都要保证小球初速度水平且相同,因此选项A错误,选项B、D正确。挡板高度可以不等间距变化,故选项C错误。•(2)a.因为钢球侧面在白纸上挤压出的痕迹点与球心等高,故将钢球静置于Q点,钢球的球心对应白纸上的位置即为坐标原点(平抛运动的起始点);在确定y轴时需要y轴与重垂线平行。b.由于平抛运动的竖直分运动是自由落体运动,竖直方向上相邻相等时间内的位移之比为135…,故两相邻相等时间内的位移之比越来越大,因此y1y2大于13;由y2-y1=gT2,x=v0T,联立两式解得v0=xgy2-y1。(3)将铅笔垂直于竖直的白纸板放置,笔尖紧靠白纸板,铅笔以一定初速度水平抛出,由于铅笔笔尖与笔尾受力不同,铅笔将不能保持始终垂直于竖直的白纸板运动,而发生倾斜,所以不会在白纸上留下笔尖的平抛运动轨迹,故C错误。故选AB。•(4)从同一炮台水平发射的炮弹,如果不受空气阻力,可认为做平抛运动,平抛运动的时间由高度决定,因此不论它们能射多远,在空中飞行的时间都一样。这实际上揭示了平抛物体在竖直方向上做自由落体运动,故选项B正确。•(5)物体初速度较小时,运动范围很小,引力可以看作恒力——重力,做平抛运动,例如上面(4)中的从同一炮台水平发射的炮弹做平抛运动;随着物体初速度增大,运动范围变大,引力不能再看作恒力;当物体初速度达到第一宇宙速度时,做圆周运动而成为地球卫星。B5.(2019·江苏卷,10)某兴趣小组用如图甲所示的装置验证动能定理。图甲(1)有两种工作频率均为50Hz的打点计时器供实验选用:A.电磁打点计时器B.电火花打点计时器为使纸带在运动时受到的阻力较小,应选择________(选填“A”或“B”)。•(2)保持长木板水平,将纸带固定在小车后端,纸带穿过打点计时器的限位孔。实验中为消除摩擦力的影响,在砝码盘中慢慢加入沙子,直到小车开始运动。同学甲认为此时摩擦力的影响已得到消除。同学乙认为还应从盘中取出适量沙子,直至轻推小车观察到小车做匀速运动。看法正确的同学是________(选填“甲”或“乙”)。•(3)消除摩擦力的影响后,在砝码盘中加入砝码。接通打点计时器电源,松开小车,小车运动。纸带被打出一系列点,其中的一段如图乙所示。图中纸带按实际尺寸画出,纸带上A点的速度vA=_________________________m/s。乙图乙0.31(0.30~0.33都算对)(4)测出小车的质量为M,再测出纸带上起点到A点的距离为L。小车动能的变化量可用ΔEk=12Mv2A算出。砝码盘中砝码的质量为m,重力加速度为g。实验中,小车的质量应________(选填“远大于”“远小于”或“接近”)砝码、砝码盘和沙子的总质量,小车所受合力做的功可用W=mgL算出。多次测量,若W与ΔEk均基本相等则验证了动能定理。远大于•[解析](1)电磁打点计时器打点计时时振针与纸带之间的摩擦较大;电火花打点计时器是电磁脉冲产生的电火花在纸带上打点,纸带所受阻力较小,故选B项。•(2)由于刚开始运动,拉力克服最大静摩擦力,而最大静摩擦力略大于滑动摩擦力,故平衡摩擦力的两种说法中,乙同学正确。•(3)取与A点相邻的两点。•用毫米刻度尺测出两点之间的距离,如图所示。用平均速度表示A点的瞬时速度,vA=x2T=12.4×10-32×0.02m/s=0.31m/s(4)本实验要验证的表达式是mgL=12Mv2A,用砝码的重力表示拉力的前提是m≪M。聚焦热点备考通关•计时仪器的测量方法•1.打点计时器•(1)t=nT(n表示打点的时间间隔的个数,T表示打点周期)•(2)打点频率(周期)与所接交流电的频率(周期)相同•2.光电计时器•光电计时器能自动记录挡光时间,显示在读数窗口。•3.频闪照相机计时•用相等时间间隔获取图象信息的方法记下物体在不同时刻的位置。纸带类试验核心知识4.求瞬时速度和加速度的方法(1)求瞬时速度的方法①利用纸带求瞬时速度利用做匀变速运动的物体在一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度。如图所示,打n点时的速度vn=xn+xn+12T②利用光电门求瞬时速度把遮光条(宽度为d)通过光电门的时间Δt内的平均速度看作物体经过光电门的瞬时速度,即v=dΔt。(2)求加速度的方法①利用纸带求加速度a.如图甲所示,有连续的偶数段数据:a=x4+x5+x6-x1+x2+x33T2b.连续的奇数段数据,去掉最短的x1,如图所示a=x4+x5-x2+x32T2c.不连续的两段数据,如图所示a=xn+m-xnn+m-nT2=xn+m-xnmT2②利用光电门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=v22-v212L。•【典例1】(2019·湖南模拟)如图甲所示,是研究小车做匀变速直线运动规律的实验装