（课标通用）2020高考物理二轮复习 专题6 物理实验 微专题5 科学探究篇 创新实验课件

科学探究篇创新实验1．特点(1)以基本的力学实验模型为载体，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．题型一核心素养微2．常见的两种创新方式(1)实验仪器的创新与改进①光电计时器：比较精确的测量物体运动的瞬时速度，取代传统实验中的纸带法．②气垫导轨：可以减少接触面的摩擦阻力，取代传统实验中利用倾斜长木板平衡摩擦力的方法，不需要再平衡摩擦力．③力传感器：精确的测力工具，取代弹簧测力计的使用，可以详细的描述力的变化情况，减小误差．(2)实验情景的创新①利用打点计时器或光电门结合运动学规律求出滑块加速度，再利用牛顿第二定律得到动摩擦因数，是常见的实验情景的创新．例如用如图甲所示装置测物块与长木板间的动摩擦因数．②如图乙所示的装置，利用小球由静止向下摆动的过程验证机械能守恒定律是实验情景的创新．③如图丙所示的装置，利用凹形桥模拟器和托盘秤测量玩具小车到达凹形桥最低点的速度，是实验情景的创新．3．创新实验题的解法(1)根据题目情境，提取相应的力学实验模型，明确实验的理论依据和实验目的，设计实验方案．(2)进行实验，记录数据．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误差分析．【典例1】(2018·全国卷Ⅱ)某同学用如图甲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表中给出，其中f4的值可从图乙中弹簧秤的示数读出.甲砝码的质量m/kg0.050.100.150.200.25滑动摩擦力f/N2.152.362.55f42.93回答下列问题：(1)f4＝________N.(2)在图丙的坐标纸上补齐未画出的数据点并绘出fm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＝________，f-m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＝______.(保留两位有效数字)解析(1)对弹簧秤进行读数得2.75N.(2)在图象上添加(0.05kg,2.15N)、(0.20kg,2.75N)这两个点，画一条直线，使尽可能多的点落在这条直线上，不在直线上的点大致均匀分布在直线两侧．(3)由实验原理可得f＝μ(M＋m)g，fm图线的斜率为k＝μg.(4)根据图象求出k＝3.9N/kg，代入数据μ＝0.40.答案(1)2.75(2)如图所示(3)μ(M＋m)gμg(4)0.40【跟踪训练1】(2019·全国卷Ⅲ)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.(保留两位有效数字)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，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)9.7【跟踪训练2】(2018·全国卷Ⅲ)甲、乙两同学通过下面的实验测量人的反应时间．实验步骤如下：(1)甲用两个手指轻轻捏住量程为L的木尺上端，让木尺自然下垂．乙把手放在尺的下端(位置恰好处于L刻度，但未碰到尺)，准备用手指夹住下落的尺．(2)甲在不通知乙的情况下，突然松手，尺子下落；乙看到尺子下落后快速用手指夹住尺子．若夹住尺子的位置刻度为L1，重力加速度大小为g，则乙的反应时间为________(用L、L1和g表示)．(3)已知当地的重力加速度大小为g＝9.80m/s2，L＝30.0cm，L1＝10.4cm.乙的反应时间为________s．(结果保留两位有效数字)(4)写出一条能提高测量结果准确程度的建议：______________________________________.解析(2)根据自由落体运动的规律，得L－L1＝12gt2，解得t＝2L－L1g.(3)将g＝9.80m/s2，L＝30.0cm＝0.300m，L1＝10.4cm＝0.104m，代入t＝2L－L1g得t＝0.20s.(4)建议：多次测量取平均值，或初始时乙的手指尽可能接近尺子．答案(2)2L－L1g(3)0.20(4)多次测量取平均值(或初始时乙的手指尽可能接近尺子)【跟踪训练3】(2019·北京卷)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“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“不需要”)y轴与重锤线平行．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“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)．(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(4)伽利略曾研究过平抛运动，他推断：从同一炮台水平发射炮弹，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．解析(1)本实验中要保证小球飞出斜槽末端时的速度为水平，即小球做平抛运动，且每次飞出时的速度应相同，所以只要每次将小球从斜槽上同一位置由静止释放即可，选项B、D正确．(2)a.平抛运动的起始点应为钢球静置于Q点时，钢球的球心对应纸上的位置，由于平抛运动在竖直方向做自由落体运动，所以在确定y轴时需要y轴与重锤线平行．b．由初速度为零的匀加速直线运动规律即在相等时间间隔内所通过的位移之比为1∶3∶5∶7∶……可知，由于A点不是抛出点，所以y1y213；设AB、BC间所用的时间为T，竖直方向有y2－y1＝gT2，水平方向有x＝v0T，联立解得v0＝xgy2－y1.(3)从细管水平喷出稳定的细水柱，相当于水具有相同的水平初速度从同一点抛出，水柱形状即为水做平抛运动的轨迹，故此方案可行，选项A正确；用频闪照相在同一底片上记录小球不同时刻的位置即平抛运动的轨迹上的点，平滑连接在一起即为平抛运动轨迹，故此方案可行，选项B正确；将铅笔垂直于竖直的白板放平，以一定初速度水平抛出，笔尖与白纸间有摩擦阻力的作用，所以铅笔做的不是平抛运动，故此方案不可行，选项C错误．(4)若不受空气阻力，从同一炮台水平发射的炮弹均做平抛运动，落地时间一样，由于炮弹水平位移不同，但是距离地面的高度相同，说明落地时间只取决于落地高度，从而揭示了炮弹在竖直方向上做的是自由落体运动，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；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，物体将做圆周运动而成为地球卫星．答案(1)BD(2)a.球心需要b．大于xgy2－y1(3)AB(4)B(5)见解析1．实验的创新与设计是电学实验中常考的一类问题，这类实验有两个特点(1)基于教材中的电学实验，着重考查实验原理的改进，实验步骤及误差分析．(2)重视电学实验的实验方法．问题的设置常结合科技、生产、生活的实际．因此，理解实验原理及掌握实验方法是解决电学实验问题的关键．题型二电学创新实验2．解决电学设计型实验常用的三种方法(1)转换法：将不易测量的物理量转换成可以(或易于)测量的物理量进行测量，然后再反求待测物理量的值，这种方法叫转换测量法(简称转换法)．如在测量金属丝电阻率的实验中，虽然无法直接测量电阻率，但可通过测量金属丝的长度和直径，并将金属丝接入电路测出其电阻，然后再计算出它的电阻率．(2)替代法：用一个标准的已知量替代被测量，通过调整标准量，使整个测量系统恢复到替代前的状态，则被测量等于标准量．(3)控制变量法：研究一个物理量与其他几个物理量的关系时，要使其中的一个或几个物理量不变，分别研究这个物理量与其他各物理量的关系，然后再归纳总结，如探究电阻的决定因素实验．【典例2】(2018·全国卷Ⅰ)某实验小组利用如图甲所示的电路探究在25℃～80℃范围内某热敏电阻的温度特性．所用器材有：置于温控室(图中虚线区域)中的热敏电阻RT，其标称值(25℃时的阻值)为900.0Ω；电源E(6V，内阻可忽略)；电压表V(量程150mV)；定值电阻R0(阻值20.0Ω)，滑动变阻器R1(最大阻值为1000Ω)；电阻箱R2(阻值范围0～999.9Ω)；单刀开关S1，单刀双掷开关S2.实验时，先按图甲连接好电路，再将温控室的温度t升至80.0℃.将S2与1端接通，闭合S1，调节R1的滑片位置，使电压表读数为某一值U0；保持R1的滑片位置不变，将R2置于最大值，将S2与2端接通，调节R2，使电压表读数仍为U0；断开S1，记下此时R2的读数．逐步降低温控室的温度t，得到相应温度下R2的阻值，直至温度降到25.0℃.实验得到的R2t数据见下表.甲t/℃25.030.040.050.060.070.080.0R2/Ω900.0680.0500.0390.0320.0270.0240.0回答下列问题：(1)在闭合S1前，图甲中R1的滑片应移动到________(选填“a”或“b”)端．(2)在图乙的坐标纸上补齐数据表中所给数据点，并作出R2t曲线．(3)由图乙可得到RT在25℃～80℃范围内的温度特性．当t＝44.0℃时，可得RT＝________Ω.(4)将RT握于手心，手心温度下R2的相应读数如图丙所示，该读数为______Ω，则手心温度为______℃.解析(1)题图甲的电路滑动变阻器采用限流接法，在闭合S1前