（新课标）2020版高考物理二轮复习 专题八 第1讲 力学和光学实验课件

[做真题·明考向][研考向·提能力][建体系·记要点]目录ONTENTSC4[限时练·通高考]第1讲力学和光学实验专题八实验技能与创新[网络构建][要点熟记]1．系统误差：由于仪器本身不精密、实验方法粗略或实验原理不完善而产生的误差．系统误差总是同样偏大或偏小．系统误差可以通过更新仪器、完善原理和精确实验方法来减小．2．偶然误差：由各种偶然因素如测量、读数不准确、作图不规范造成的误差．偶然误差表现为重复做同一实验时总是时而偏大时而偏小．偶然误差可用多次测量取平均值或作图的方法来减小．3．有效数字：带有一位不可靠数字的近似数字叫有效数字．有效数字从左边第一个不为零的数字算起，如0.0125为三位有效数字，中学阶段一般取2位或3位有效数字．4．利用纸带求瞬时速度的方法在匀变速直线运动中，利用物体在一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求解．测出与第n点相邻的前、后两段相等时间T内的距离xn和xn＋1，由公式vn＝xn＋xn＋12T算出．5．利用纸带求加速度的方法(1)利用a＝ΔxT2求解：在已经判断出物体做匀变速直线运动的情况下可利用Δx＝xn＋1－xn＝aT2求加速度a.(2)利用v­t图象求解：画出v­t图象，图线的斜率为物体做匀变速直线运动的加速度．(3)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.6．单摆测重力加速度公式g＝4π2lT2(l为摆长，T为周期)．7．光的波长λ＝dlΔx(Δx为条纹间距，l为双缝到屏的距离，d为双缝间距)．[真题再做]1.(2018·高考全国卷Ⅰ，T22)如图(a)，一弹簧上端固定在支架顶端，下端悬挂一托盘；一标尺由游标和主尺构成，主尺竖直固定在弹簧左边；托盘上方固定有一能与游标刻度线准确对齐的装置，简化为图中的指针．现要测量图(a)中弹簧的劲度系数．当托盘内没有砝码时，移动游标，使其零刻度线对准指针，此时标尺读数为1.950cm；当托盘内放有质量为0.100kg的砝码时，移动游标，再次使其零刻度线对准指针，标尺示数如图(b)所示，其读数为________cm.当地的重力加速度大小为9.80m/s2，此弹簧的劲度系数为________N/m(保留3位有效数字)．解析：标尺的游标为20分度，精确度为0.05mm，游标的第15个刻度与主尺刻度对齐，则读数为37mm＋15×0.05mm＝37.75mm＝3.775cm.弹簧形变量x＝(3.775－1.950)cm＝1.825cm，砝码平衡时，mg＝kx，所以劲度系数k＝mgx＝0.100×9.801.825×10－2N/m≈53.7N/m.答案：3.77553.72.(2019·高考全国卷Ⅲ，T22)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：___________________________________________________________________________________________________.(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)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，让小球靠近米尺下落，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.答案：(1)A(2)将米尺竖直放置，使小球下落时尽量靠近米尺(3)9.73．(2019·高考全国卷Ⅱ，T22)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)．(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)．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＋x312T2＝76.39－31.83－20.9012×0.12×10－2m/s2≈1.97m/s2代入μ＝gsinθ－agcosθ，得μ≈0.35.答案：(1)gsinθ－agcosθ(2)0.354．(2018·高考全国卷Ⅱ，T23)某同学用图(a)所示的装置测量木块与木板之间的动摩擦因数．跨过光滑定滑轮的细线两端分别与木块和弹簧秤相连，滑轮和木块间的细线保持水平，在木块上方放置砝码．缓慢向左拉动水平放置的木板，当木块和砝码相对桌面静止且木板仍在继续滑动时，弹簧秤的示数即为木块受到的滑动摩擦力的大小．某次实验所得数据在下表中给出，其中ƒ4的值可从图(b)中弹簧秤的示数读出．砝码的质量m/kg0.050.100.150.200.25滑动摩擦力ƒ/N2.152.362.55ƒ42.93回答下列问题：(1)f4＝________N；(2)在图(c)的坐标纸上补齐未画出的数据点并绘出ƒ­m图线；(3)f与m、木块质量M、木板与木块之间的动摩擦因数μ及重力加速度大小g之间的关系式为f＝________，f­m图线(直线)的斜率的表达式为k＝________；(4)取g＝9.80m/s2，由绘出的f­m图线求得μ＝________.(保留2位有效数字)解析：(1)由图(b)可读出弹簧秤的示数f4＝2.75N.(3)摩擦力表达式f＝μ(M＋m)g，其斜率k＝μg.(4)图线的斜率k＝ΔfΔm＝2.93－2.150.25－0.05N/kg＝3.9N/kg，解得μ≈0.40.答案：(1)2.75(2)如图所示(3)μ(M＋m)gμg(4)0.40[考情分析]■命题特点与趋势——怎么考1．实验题的考查呈现由基础性向综合性递进的趋势．实验命题不避热点，注重陈题翻新(如2018年全国卷Ⅰ第22题、2019年全国卷Ⅲ第22题)，重点实验频繁考，其他实验“轮换”考，题目特点设置清晰，上手得分容易，但做好做全较难，能有效区分不同水平考生的能力．2．重在考查实验探究能力，而非实验本身．新任务，新情境，原理设计，方法选择，条件控制，数据处理的公式法、列表法、图象法、平均值法和逐差法反复涉及，其中图象法处理实验数据与结果规律性探索是高考的热点和亮点(如2018年全国卷Ⅱ第23题)．3．实验题反映科技进步，引领教育创新．频闪照相机或光电计时器替代打点计时器，气垫导轨替代长木板，数字化传感器直接测力或位移等，体现时代特征．■解题要领——怎么做1．熟知各种器材的特性，重视对基本仪器的读数、构造原理、重要实验方法，灵活运用图象与表格分析处理实验数据．2．熟悉课本上的实验，将教材中的学生实验和演示实验的实验原理、实验方法迁移到情景新颖的实验中去．考向一游标卡尺和螺旋测微器的读数游标卡尺(不估读)(1)读数：测量值＝主尺读数(mm)＋精度×游标尺上对齐刻线数值(mm)．(2)常用精确度：10分度游标，精度0.1mm；20分度游标，精度0.05mm；50分度游标，精度0.02mm螺旋测微器(需估读)测量值＝固定刻度＋可动刻度(带估读值)×0.01mm1．图中游标卡尺的读数为________mm，螺旋测微器的读数为________mm.解析：游标卡尺的读数为l＝52mm＋7×120mm＝52.35mm；螺旋测微器的读数为d＝1.5mm＋49.0×0.01mm＝1.990mm.答案：52.351.990(1.899～1.991均正确)2.(1)如图甲、乙、丙所示的三把游标卡尺，它们的游标尺分别为9mm长10等分、19mm长20等分、49mm长50等分，它们的读数依次为________mm、________mm、________mm.(2)用螺旋测微器测量金属丝的直径，图中所示的示数为________mm.解析：(1)甲图读数：整毫米数是17mm，不足1毫米数是2×0.1mm＝0.2mm，最后读数是17mm＋0.2mm＝17.2mm；乙图读数：整毫米数是23mm，不足1毫米数是7×0.05mm＝0.35mm，最后读数是23mm＋0.35mm＝23.35mm；丙图读数：整毫米数是10mm，不足1毫米数是19×0.02mm＝0.38mm，最后读数是10mm＋0.38mm＝10.38mm.(2)半毫米刻度线已经露出，固定刻度示数为6.5mm，由螺旋测微器的读数方法，可知金属丝的直径d＝6.5mm＋20.0×0.01mm＝6.700mm.答案：(1)17.223.3510.38(2)6.700(6.699～6.701均正确)易错警示游标卡尺和螺旋测微器读数时应注意的问题———————————————————————(1)10分度的游标卡尺，以mm为单位，小数点后只有1位.20分度和50分度的游标卡尺以mm为单位，小数点后有2位．(2)游标卡尺在读数时先读主尺数据，再读游标尺数据，最后两数相加．游标卡尺读数不估读．(3)不要把游标尺的边缘当成零刻线，从而把主尺的刻度读错(如第1题和第2题中游标卡尺的读数，看清“零”刻度线)．(4)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[如第2(2)题图]；要准确到0.01mm，估读到0.001mm，即结果若用mm为单位，则小数点后必须保留三位数字．考向二“纸带类”问题的处理1．常规计时仪器的测量方法计时仪器测量方法秒表秒表的读数方法：测量值(t)＝短针读数(t1)＋长针读数(t2)，无估读打点计时器(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2.两个关键点(1)区分计时点和计数点：计时点是指打点计时器在纸带上打下的点．计数点是指测量和计算时在纸带上所选取的点．要注意“每五个点取一个计数点”与“每隔四个点取一个计数点”的取点方法是一样的．(2)涉及打点计时器的实验均是先接通打点计时器的电源，待打点稳定后，再释放纸带．3．纸带的三大应用(1)判断物体运动性质．①若Δx＝0，则可判定物体在实验误差允许的范围内做匀速直线运动．②若Δx不为零且为定值，则可判定物体在实验误差允许范围内做匀变速直线运动．(2)求解瞬时速度．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，求打某一点的瞬时速度，只需在这一点的前后各取相同时间间隔T的两段位移xn和xn＋1，则打n点时的速度vn＝xn＋xn＋12T.(3)用“逐差法”求加速度．如图所示因为a1＝x4－x13T2，a2＝x5－x23T2，a3＝x6－x33T2所以a＝a1＋a2＋a33＝x4＋x5＋x6－x1＋x2＋x39T2.3．在做“研究匀变速直线运动”的实验时，某同学得到一条用打点计时器打下的纸带，如图所示，并在其上取了A、B、C、D、E、F、G共7个计数点，图中每相邻两个计数点间还有4个点没有画出，打点计时器接频率f＝50Hz的交流电源．(1)打下E点时纸带的速度vE＝________