（江苏专用）2020高考物理二轮复习 第一部分 专题六 物理实验 第二讲 力学创新实验课件

第二讲力学创新实验12课前自测诊断课堂重点攻坚考点一实验情景的设计与创新释疑3大考点最近几年的考题在试题情景的设计上进行了较多的创新，不过其考查的实验原理和实验处理方法仍然不变，因此，对于创新型实验的处理，最根本的方法是要把其从新情景中分离出来，找出与常规实验的相通之处，然后运用熟悉的实验原理和数据处理方法进行解答。需要考生在常规实验的基础上学会灵活变通。掌握实验情景设计与创新的“道具”1．利用打点计时器、光电门或其他计时工具，结合运动学规律测出滑块加速度，再利用牛顿第二定律得到重力加速度或动摩擦因数，是常见的实验思想。如诊断卷第1题，利用定滑轮、重锤、钩码等非常巧妙的测出了重力加速度。2．气垫导轨、频闪相机等也是实验设计的常用“道具”，如诊断卷第2、3、5题。[题点全练]1．(2019·苏北三市一模)某同学用图甲所示的装置来探究小车加速度与力、质量的关系。(1)用游标卡尺测量遮光条的宽度如图乙所示，其读数为________cm。(2)为了使细线对小车的拉力等于小车受到的合力，应________。A．平衡摩擦力B．调节细线与长木板平行C．使砝码及砝码盘的总质量远小于小车的质量D．使砝码及砝码盘的总质量远大于小车的质量(3)该同学完成相关操作后将小车由静止释放，读出遮光条通过光电门A、B的时间分别为t1、t2，测出遮光条的宽度为d，A、B之间的距离为x，则小车的加速度a＝________(用给定的物理量字母表示)。(4)若保持砝码和砝码盘的总质量m不变，改变小车质量M，则作出1a­M的图像为________。解析：(1)由题图乙所示游标卡尺可知，主尺示数为10mm，游标尺示数为7×0.05mm＝0.35mm，则游标卡尺读数为：d＝10mm＋0.35mm＝10.35mm＝1.035cm；(2)为了使细线对小车的拉力就等于小车受到的合外力，则首先要做的重要步骤是平衡摩擦力，同时要使调节细线与长木板平行，故选项A、B正确，C、D错误；(3)滑块经过光电门A时的瞬时速度的表达式v1＝dt1滑块经过光电门B时的瞬时速度的表达式v2＝dt2根据v22－v12＝2ax，则：a＝dt22－dt122x；(4)设绳的拉力为T，对m分析可知：mg－T＝ma对M分析可知：T＝Ma联立整理可以得到：1a＝1mg·M＋1g，即1a­M为一次函数关系图像，故选项C正确，选项A、B、D错误。答案：(1)1.035(2)AB(3)dt22－dt122x(4)C2．(2019·江苏七市三模)用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律。气垫导轨上A处安装了一个光电门，滑块上固定一遮光条，滑块用绕过气垫导轨左端定滑轮的细线与钩码相连，每次滑块都从同一位置由静止释放，释放时遮光条位于气垫导轨上B位置的上方。(1)某同学用游标卡尺测量遮光条的宽度d，如图乙所示，则d＝________mm。(2)实验中，接通气源，滑块静止释放后，由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间为t，测得滑块质量为M，钩码质量为m，A、B间的距离为L。在实验误差允许范围内，钩码减小的重力势能mgL与____________(用直接测量的物理量符号表示)相等，则机械能守恒。(3)下列不必要的一项实验要求是________(请填写选项前对应的字母)。A．滑块必须由静止释放B．应使滑块的质量远大于钩码的质量C．已知当地重力加速度D．应使细线与气垫导轨平行(4)分析实验数据后发现，系统增加的动能明显大于钩码减小的重力势能，原因是______________________________。解析：(1)由题图乙知第14条刻度线与主尺对齐，d＝2mm＋14×0.05mm＝2.70mm。(2)滑块和钩码的速度为v＝dt，增加的动能为：ΔEk＝12(m＋M)v2＝12(m＋M)dt2＝m＋Md22t2，当减少的重力势能与增加的动能相等时，机械能守恒，即mgL＝m＋Md22t2。(3)因为只有一个光电门只能测出末速度，所以要求初速度必须为零，即滑块必须由静止释放，故A必要；因为是验证机械能是否守恒，所以不要求滑块的质量远大于钩码的质量，故B不必要；由(2)可知在计算公式中含有重力加速度，故C必要；应将气垫导轨调节水平，保持细线方向与气垫导轨平行，这样拉力才等于合力，故D必要。(4)系统增加的动能明显大于钩码减小的重力势能，原因是气垫导轨右端偏高。答案：(1)2.70(2)m＋Md22t2(3)B(4)气垫导轨右端偏高考点二实验器材的等效与替换实验器材的等效与替换是实验考题的主要创新设计思路之一。从近几年的高考命题来看，主要有以下几个方向：(1)用气垫导轨代替长木板，用光电门、频闪相机代替打点计时器；(2)用电子秤或已知质量的钩码等代替弹簧测力计。需要考生学会迁移应用。熟悉实验器材的等效与替换“套路”1．实验器材替换，解决问题的思维方式不变，如诊断卷第4题，用电子秤代替弹簧测力计，测出水壶的重力及F1和F2的合力大小。(b)、(c)图中的两次测量，分别测出F1和F2，且必须保证结点位置不变(作用效果相同)。2．气垫导轨代替长木板时，应调整导轨水平，不必平衡摩擦力。3．拉力传感器的示数即为细线对滑块的拉力，与钩码质量大小无关。[题点全练]1．某活动小组利用图甲装置验证机械能守恒定律。钢球自由下落过程中，先后通过光电门A、B，计时装置测出钢球通过A、B的时间分别为tA、tB。用钢球通过光电门的平均速度表示钢球球心通过光电门的瞬时速度。测出两光电门间的距离为h，钢球直径为D，当地的重力加速度为g。(1)用20分度的游标卡尺测量钢球的直径D，读数如图乙所示，则D＝________cm。(2)要验证机械能守恒，需要比较________。A．D21tA2－1tB2与gh是否相等B．D21tA2－1tB2与2gh是否相等C．D21tB2－1tA2与gh是否相等D．D21tB2－1tA2与2gh是否相等(3)实际上，钢球通过光电门的平均速度______(填“＞”或“＜”)钢球球心通过光电门的瞬时速度，由此产生的误差______(填“能”或“不能”)通过增加实验次数减小。解析：(1)根据游标卡尺的读数规则知读数为0.8cm＋0.05mm×10＝0.850cm。(2)由题意知钢球通过光电门的平均速度等于瞬时速度，即v＝Dt，由机械能守恒定律知mgh＝12mD2·1tB2－1tA2，所以只要比较D21tB2－1tA2与2gh是否相等即可，D正确。(3)由匀变速直线运动规律知钢球通过光电门的平均速度等于此过程中中间时刻的瞬时速度，钢球通过光电门的平均速度小于钢球球心通过光电门的瞬时速度；由此产生的误差不能通过增加实验次数来减小。答案：(1)0.850(2)D(3)＜不能2．某学习小组利用如图所示的装置验证动能定理。(1)将气垫导轨调至水平，安装好实验器材，从图中读出两光电门中心之间的距离s＝________cm；(2)测量挡光条的宽度d，记录挡光条通过光电门1和2所用的时间Δt1和Δt2，并从拉力传感器中读出滑块受到的拉力F，为了完成实验，还需要直接测量的一个物理量是_________；(3)该实验是否需要满足砝码盘和砝码总质量远小于滑块、挡光条和拉力传感器的总质量？________(填“是”或“否”)解析：(1)光电门1处刻度尺读数为：20.0cm，光电门2处刻度尺读数为：70.0cm，故两光电门中心之间的距离s＝70.0cm－20.0cm＝50.0cm；(2)由于光电门的宽度d很小，所以我们用很短时间内的平均速度代替瞬时速度。滑块通过光电门1速度为：v1＝dΔt1滑块通过光电门2速度为：v2＝dΔt2根据功能关系需要验证的关系式为：Fs＝12Mv22－12Mv12＝12MdΔt22－12MdΔt12，可见还需要测量出M，即滑块、挡光条和拉力传感器的总质量；(3)该实验中由于已经用传感器测出绳子拉力大小，不是将砝码和砝码盘的重力作为滑块的拉力，故不需要满足砝码和砝码盘的总质量远小于滑块、挡光条和拉力传感器的总质量。答案：(1)50.0(2)滑块、挡光条和拉力传感器的总质量M(3)否考点三实验结论的拓展与延伸通过研究纸带、频闪照片或光电装置得出物体的加速度，再利用牛顿第二定律求出物体所受的阻力或滑块与木板间的动摩擦因数，这是对实验结论的拓展与延伸。从近几年的高考命题看，这是实验创新的一个热点。建议对本考点重点攻坚。把脉实验结论的拓展与延伸“方向”对基本实验或规律进行拓展与延伸，可以是对本实验数据处理的变化与创新，如诊断卷第6题，研究了s­1t2图像；也可以是对实验结论或目的的变化与创新，还可以是对物理规律的拓展与延伸，如诊断卷第7题，利用平抛运动规律测定当地的重力加速度。[题点全练]1．(2019·南通一模)某实验小组利用如图甲所示装置探究恒力做功与物体动能变化的关系，质量为m的钩码通过跨过滑轮的细线牵引质量为M的小车，使它在长木板上运动，图乙为打点计时器在纸带上记录的运动情况。(1)下列做法中正确的有________。A．调节滑轮的高度，使牵引小车的细绳与长木板保持平行B．在平衡摩擦力时，不需要连接纸带C．小车从靠近打点计时器处释放(2)接通电源，释放小车，打点计时器在纸带上打出一系列点，将打出的第一个点标为O，在纸带上依次取A、B、C……若干个计数点，测得A、B、C……各点到O点的距离分别为x1、x2、x3、…，已知相邻计数点间的时间间隔均为T。实验中，钩码质量远小于小车质量，可认为小车受到的拉力大小等于mg，在打O点到打B点的过程中，拉力对小车做的功W＝________，打B点时小车的动能Ek＝________。(3)小明同学实验操作正确，但打出的纸带起始点不清晰，他挑选了一个清晰的点标为O1，以小车速度的二次方v2为纵坐标，计数点到O1点的距离x为横坐标，利用实验数据作出v2­x图像，该图像纵截距的物理意义是________________。(4)小虎同学在实验过程中没有保证钩码质量远小于小车质量，他利用实验数据作出的v2­W图像________(选填“会”或“不会”)弯曲。解析：(1)调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行，否则拉力不会等于合力，故A正确；该实验的功单指恒力做的功，故必须平衡小车受到的摩擦力，运动过程中纸带也要受到阻力，所以平衡摩擦力时，小车后面的纸带必须连好，故B错误；为了有效使用纸带，小车靠近打点计时器处释放，故C正确。故选A、C。(2)根据题意知，小车受到的拉力大小等于mg，从O点到B点的位移为x2，则拉力对小车做的功W＝mgx2，根据匀变速直线运动的推论可知，B点的速度等于A点到C点的平均速度，则有：vB＝x3－x12T，故动能为EkB＝12MvB2＝Mx3－x128T2；(3)根据v2­x图像可知，当x＝0时该图像有纵截距，其物理意义是打O1点时速度的二次方；(4)根据动能定理得：W＝12Mv2－0＝12Mv2，变形得：v2＝2MW，故v2­W图像的斜率为k＝2M，是不变的，故小虎同学在实验过程中没有保证钩码质量远小于小车质量，该图像不会弯曲。答案：(1)AC(2)mgx2Mx3－x128T2(3)打O1点时速度的二次方(4)不会2．如图甲所示是某同学探究加速度与力的关系的实验装置。他在气垫导轨上安装了一个光电门B，滑块上固定一遮光条，滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连，传感器下方悬挂钩码，每次滑块及遮光条都从位置A处由静止释放。(1)该同学用游标卡尺测量遮光条的宽度d，如图乙所示，则d＝__________mm。(2)实验时，将滑块从A位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门B的时间t，若要得到滑块的加速度，还需要测量的物理量是________________。(3)改变钩码质量，读出对应的力传感器的示数F和遮光条通过光电门的时间t，该同学已经将实验中的数据描入了图丙所示F­1t2坐标