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单击此处编辑母版文本样式,返回导航,专题五第,13,讲力学实验与创新,物理,物理,大二轮复习,1/93,专题整合突破,专题五试验技能与创新,2/93,关键点解读,备考对策,1.试验基本能力：重点考查游标卡尺、螺旋测微器；多用电表等读数、结构、原理、主要试验方法、试验器材选择、电路实物连线和利用图象与表格分析处理试验数据、试验结论、误差分析及电学试验中故障分析等。,2.设计与创新能力：要求考生将教材中试验原理、试验方法迁移到新背景中，以完成新试验要求设计性试验，将逐步取代对原教材中试验考查。,3.试验题类型近年高考通常为“一力一电”模式。,1.重点关注游标卡尺、螺旋测微器、多用电表、电阻箱等读数，电表量程、滑动变阻器及试验电路选取等。,2.“源于书本，不拘泥于书本”一直是高考试验题命题理念，所以熟悉书本试验，抓住试验灵魂原理，是我们复习重中之重，,3.知识创新型试验。比如设计型、开放型、探讨型试验等都有不一样程度创新，比如利用所学知识设计出很多测量重力加速度试验方案。其中，力学设计性试验在近年高考中有加强趋势，应引发高度重视。,3/93,第,13,讲力学试验与创新,4/93,1,微网构建,2,高考真题,3,热点聚焦,4,复习练案,5/93,微网构建,6/93,7/93,高考真题,8/93,9/93,(1),由图,(b),可知，小车在桌面上是,_(,填,“,从右向左,”,或,“,从左向右,”,),运动。,(2),该小组同学依据图,(b),数据判断出小车做匀变速运动。小车运动到图,(b),中,A,点位置时速度大小为,_m,/s,，加速度大小为,_,m/,s,2,。,(,结果均保留,2,为有效数字,),从右向左,0.19,0.037,10/93,11/93,12/93,试验步骤以下：,如图,(,a,),，将光电门固定在斜面下端附近：将一挡光片安装在滑块上，记下挡光片前端相对于斜面位置，令滑块从斜面上方由静止开始下滑；,13/93,14/93,52.1,16.3,15/93,16/93,(1),用一只测力计将橡皮筋,P,端沿,y,轴从,A,点拉至坐标原点,O,，此时拉力,F,大小可由测力计读出。测力计示数如图,(b),所表示，,F,大小为,_N,。,4.0,17/93,(2),撤去,(1),中拉力，橡皮筋,P,端回到,A,点；现使用两个测力计同时拉橡皮筋，再次将,P,端拉至,O,点，此时观察到两个拉力分别沿图,(a),中两条虚线所表示方向，由测力计示数读出两个拉力大小分别为,F,1,4.2 N,和,F,2,5.6 N,。,(,),用,5 mm,长度线段表示,1 N,力，以,O,点为作用点，在图,(a),中画出力,F,1,、,F,2,图示，然后按平形四边形定则画出它们协力,F,合,；,18/93,(,),F,合,大小为,_N,，,F,合,与拉力,F,夹角正切值为,_,。若,F,合,与拉力,F,大小及方向偏差均在试验所允许误差范围之内，则该试验验证了力平行四边形定则。,解析,(1),由测力计读数规则可知，读数为,4.0 N,。,(2)(,),利用平行四边形定则作图；,(,),由图可知,F,合,4.0 N,，从,F,合,顶点向,x,轴和,y,轴分别作垂线，顶点横坐标对应长度为,1 mm,，顶点纵坐标长度为,20 mm,，则可得出,F,合,与拉力,F,夹角正切值为,0.05,。,4.0,0.05,19/93,(1),打点计时器使用电源是,_(,选填选项前字母,),。,A,直流电源,B,交流电源,B,20/93,(2),试验中，需要平衡摩擦力和其它阻力，正确操作方法是,_(,选填选项前字母,),。,A,把长木板右端垫高,B,改变小车质量,在不挂重物且,_(,选填选项前字母,),情况下，轻推一下小车。若小车拖着纸带做匀速运动，表明已经消除了摩擦力和其它阻力影响。,A,计时器不打点,B,计时器打点,A,B,21/93,(3),接通电源，释放小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，将打下第一个点标为,O,。在纸带上依次取,A,、,B,、,C,若干个计数点，已知相邻计数点间时间间隔为,T,。测得,A,、,B,、,C,各点到,O,点距离为,x,1,、,x,2,、,x,3,，如图,2,所表示。,试验中，重物质量远小于小车质量，可认为小车所受拉力大小为,m,g,。从打,O,点打,B,点过程中，拉力对小车做功,W,_,，打,B,点时小车速度,v,_,。,mgx,2,22/93,(4),以,v,2,为纵坐标，,W,为横坐标，利用试验数据做如图,3,所表示,v,2,W,图象。由此图象可得,v,2,随,W,改变表示式为,_,。依据功与能关系，动能表示式中可能包含,v,2,这个因子；分析试验结果单位关系，与图线斜率相关物理量应是,_,。,v,2,kW,，,k,(4.5,5.0)m,2,s,2,J,1,质量,23/93,(5),假设已经完全消除了摩擦力和其它阻力影响，若重物质量不满足远小于小车质量条件，则从理论上分析，图,4,中正确反应,v,2,W,关系是,_,。,A,24/93,25/93,26/93,对于该试验，以下操作中对减小试验误差有利是,_,。,A,重物选取质量和密度较大金属锤,B,两限位孔在同一竖直面内上下对正,C,准确测量出重物质量,D,用手托稳重物，接通电源后，撒手释放重物,AB,27/93,某试验小组利用上述装置将打点计时器接到,50 Hz,交流电源上，按正确操作得到了一条完整纸带，因为纸带较长，图中有部分未画出，如图所表示。纸带上各点是打点计时器打出计时点，其中,O,点为纸带上打出第一个点。重物下落高度应从纸带上计时点间距离直接测出，利用以下测量值能完成验证机械能守恒定律选项有,_,。,A,OA,、,AD,和,EG,长度,B,OC,、,BC,和,CD,长度,C,BD,、,CF,和,EG,长度,C,AC,、,BD,和,EG,长度,BC,28/93,29/93,(1),挂钩码前，为了消除摩擦力影响，应调整木板右侧高度，直至向左轻推小车观察到,_,。,小车做匀速运动,30/93,(2),挂上钩码，按试验要求打出一条纸带如图,2,所表示。选择某一点为,O,，依次每隔,4,个计时点取一个计数点。用刻度尺量出相邻计数点间距离,x,，统计在纸带上。计算打出各计数点时小车速度,v,，其中打出计数点,“,1,”,时小车速度,v,1,_m/s,。,0.228,31/93,W,/,10,3,J,2.45,2.92,3.35,3.81,4.26,E,k,/,10,3,J,2.31,2.73,3.12,3.61,4.00,32/93,请依据表中数据，在方格纸上作出,E,k,W,图象。,33/93,(4),试验结果表明，,E,k,总是略小于,W,。某同学猜测是因为小车所受拉力小于钩码重力造成。用题中小车和钩码质量数据可算出小车受到实际拉力,F,_N,。,0.093,34/93,热点聚焦,35/93,1,毫米刻度尺读数：准确到毫米，估读一位。,2,游标卡尺读数,热点一基本仪器原理与读数,游标尺,准确度(mm),测量结果(游标尺上第n条刻度线与主尺上某刻度线对齐时)(mm),刻度格数,刻度总长度,(mm),每小格与,1 mm,差,(mm),10,9,0.1,0.1,主尺上读毫米数0.1n,20,19,0.05,0.05,主尺上读毫米数0.05n,50,49,0.02,0.02,主尺上读毫米数0.02n,36/93,3.,螺旋测微器读数,测量值：固定刻度整毫米数半毫米数可动刻度读数,(,含估读值,),0.01 mm,。,4,弹簧秤读数,若最小分度为,0.1 N,，须估读。即结果以,N,为单位，小数点后保留两位。,37/93,解析,游标卡尺主尺读数为,10 mm,，游标尺上第,10,个刻度和主尺上某一刻度对齐，所以游标读数为,10,0.05 mm,0.50 mm,，所以最终读数为：,10 mm,0.50 mm,10.50 mm,；螺旋测微器固定刻度为,3 mm,，可动刻度为,20.0,0.01 mm,0.200 mm,，所以最终读数为,3 mm,0.200 mm,3.200 mm,。,典例,1,10.50,3.200(3.198,3.202),38/93,游标卡尺、螺旋测微器读数三点注意,1,游标卡尺在读数时先确定各尺分度，把数据转换成以毫米为单位数据，先读主尺数据，再读游标尺数据，最终两数相加。,2,螺旋测微器在读数时注意区分整刻度线与半毫米刻度线，注意判断半毫米刻度线是否露出。,3,游标卡尺读数时不需要估读，而螺旋测微器读数时需要估读。,方法总结,39/93,40/93,它准确度是,_mm,；,用它测量某物体厚度，示数如图所表示，正确读数是,_cm,。,(2),用螺旋测微器测量某金属丝直径，其示数如图所表示，由图可知该金属丝直径为,_mm,；,0.05,0.030,4.698,4.700,41/93,解析,(1),新式游标卡尺测量原理和传统游标卡尺相同，新式游标卡尺其游标尺上,20,个分度只有,39 mm,，比主尺上,40,个分度短,1 mm,，它测量准确度是：,0.05 mm,，用它测得物体厚度为,30 mm,0.05 mm,6,30.30 mm,3.030 cm,(2),游标卡尺读数为,4.5 mm,20.0,0.01 mm,4.700 mm,42/93,计时仪器测量方法,1,打点计时器,(1),t,nT,(,n,表示打点时间间隔个数，,T,表示打点周期,),(2),打点频率,(,周期,),与所接交流电频率,(,周期,),相同,2.,光电计时器,光电计时器能自动统计挡光时间，显示在读数窗口。,3.,频闪摄影机计时,用相等时间间隔获取图象信息方法记下物体在不一样时刻位置。,热点二纸带类试验,43/93,44/93,45/93,46/93,47/93,典例,2,48/93,(1),依据以上数据可得小车运动加速度表示式为,a,_,。,49/93,D,50/93,(3),该同学接下来探究在质量不变情况下，加速度与合外力关系。他平衡摩擦力后，每次都将小车中砝码取出一个放在砝码盘中，用天平测得砝码盘及盘中砝码总质量,m,，并经过打点计时器打出纸带求出加速度。得到多组数据后，绘出如图丙,a,F,图象，发觉图象是一条过坐标原点倾斜直线。图象中直线斜率表示,_(,用本试验中可测量量表示,),。,(4),该同学在这个探究试验中采取物理学思想方法为,_,A,理想化模型法,B,控制变量法,C,极限法,D,比值法。,B,51/93,52/93,53/93,54/93,“,长木板、小车、纸带、打点计时器,”,试验装置中细节及注意事项,(1),在验证牛顿运动定律，探究动能定理试验中，都需要平衡摩擦力。平衡摩擦力方法是将小车放在木板上，把木板不带滑轮一端垫高，在小车后面接一条纸带，穿过打点计时器，让小车在没有牵引力情况下恰能匀速下滑。,(,判断其匀速下滑依据是：纸带上点间距是一样,),(2),在测定动摩擦因数试验中，木板必须水平，细线必须与长木板平行，这么才能使压力等于木块重力，细线对木块拉力沿水平方向。,(3),小车在长木板上做匀加速直线运动时，绳上拉力并不等于悬挂物重力，只有当,M,车,m,挂,时，绳上力近似等于悬挂物重力。假如绳上连接着力传感器或测力器，则可直接读出绳上拉力，不需要,M,车,m,挂,。,方法总结,55/93,56/93,(1),小车加速度大小为,_m/s,2,；,(2),依据纸带上所给出数据，可求出电源频率为,_Hz,；,(3),打纸带上,C,点时小车瞬时速度大小为,_m/s,。,2,40,1,57/93,58/93,59/93,60/93,(1),为了消除运动过程中所受摩擦影响，调整时应将木板,_(,选填,“,左,”,或,“,右,”,),端适当垫高以平衡摩擦力。,(2),试验中，某同学打出一段纸带如图乙所表示，相邻两计时点距离依次为：,AB,3.50 cm,、,BC,3.80 cm,、,CD,DE,EF,FG,GH,4.00 cm,，则匀速运动速度,v,_m/s,。,左,2,D,61/93,62/93,1,探究弹力和弹簧伸长量关系操作关键,(1),试验中不能挂过多钩码，预防弹簧超出弹性程度。,(2),画图象时，不要连成,“,折线,”,，而应尽可能让坐标点落在直线上或均匀分布在直线两侧。,2,验证力平行四边形定则操作关键,(1),每次拉伸结点位置,O,必须保持不变。,(2),记下每次各力大小和方向。,(3),画力图示时应选择适当标度。,热点三弹簧类试验,63/93,典例,3,64/93,(3),重物挂在头发丝上，两手迟缓沿刻度尺水平移动，直至头发丝恰好被拉断；从刻度尺上读出两手指尖之间距离,d,30.00 cm(,取重力加速度,g,10m/s,2,，挂钩光滑且质量不计,),由以上数据可知所用刻度尺最小刻度为,_,；头发丝最大拉力表示式,T,_(,用以上物理量符合表示,),；利用所测数据可取得最大拉力为,_N(,保留三位有效数字,),，在正常范围。,1.88,0.1 cm,65/93,66/93,(1),在国际单位制中，杨氏模量,Y,单位应该是,_,A,N,B,m,C,N/m D,Pa,D,67/93,(2),有一段横截面是圆形橡皮筋，应用如图所表示试验装置能够测量出它杨氏模量,Y,值。首先利用刻度尺测得橡皮筋长度,L,20.00 cm,，利用测量工具,a,测得橡皮筋未受到拉力时直径,D,4.000 mm,，那么测量工具,a,应该是,_,。,螺旋测微器,68/93,(3),做出橡皮筋受到拉力,F,与伸长量,x,图像，由图象可求得该橡皮筋劲度系数,k,_N/m,。,(4),这种橡皮筋,Y,值等于,_(,Y,数值保留一位有效数字,),312.5,510,6,Pa,69/93,70/93,71/93,一、注意事项,1,前提条件：碰撞两物体应确保,“,水平,”,和,“,正碰,”,。,2,方案提醒：,(1),若利用气垫导轨进行试验，调整气垫导轨时，注意利用水平仪确保导轨水平。,(2),若利用摆球进行试验，两小球静放时球心应在同一水平线上，且刚好接触，摆线竖直，将小球拉起后，两条摆线应在同一竖直面内。,(3),若利用长木板进行试验，可在长木板下垫一小木片用以平衡摩擦力。,3,探究结论：寻找不变量必须在各种碰撞情况下都不改变。,热点四验证动量守恒定律,72/93,二、误差分析,1,系统误差：主要起源于装置本身,(,是否符合要求,),。,(1),碰撞是否为一维碰撞。,(2),试验是否满足动量守恒条件，如气垫导轨是否水平，两球是否等大，长木板试验时是否平衡掉摩擦力。,2,偶然误差：主要起源于质量,m,和速度,v,测量。,3,改进办法：,(1),设计方案时应确保碰撞为一维碰撞，且尽可能满足动量守恒条件。,(2),采取屡次测量求平均值方法减小偶然误差。,73/93,典例,4,74/93,(1),为使两球碰撞是一维碰撞，所选两球直径关系为：,A,球直径,_(,选填,“,大于,”,、,“,小于,”,或,“,等于,”,),B,球直径。,等于,75/93,AB(,不全或选错不得分,),mA,OF,mA,OE,mB,OJ,76/93,77/93,用天平测出两个小球质量分别为,m,1,和,m,2,；,安装试验装置，将斜槽,AB,固定在桌边，使槽末端切线水平，再将一斜面,BC,连接在斜槽末端；,先不放小球,m,2,，让小球,m,1,从斜槽顶端,A,处由静止释放，标识小球在斜面上落点位置,P,；,78/93,将小球,m,2,放在斜槽末端,B,处，仍让小球,m,1,从斜槽顶端,A,处由静止释放，两球发生碰撞，分别标识小球,m,1,、,m,2,在斜面上落点位置；,用毫米刻度尺测出各落点位置到斜槽末端,B,距离。图中,M,、,P,、,N,点是试验过程中记下小球在斜面上三个落点位置，从,M,、,P,、,N,到,B,点距离分别为,S,M,、,S,P,、,S,N,。依据上述试验步骤，请回答下面问题：,(1),两小球质量,m,1,、,m,2,应满足,m,1,_,m,2,(,填写“,”,、“”或“,M,N,79/93,解析,(1),为了预防入射球碰后反弹，一定要确保入射球质量大于被碰球质量；,(2),小球,m,1,和小球,m,2,相撞后，小球,m,2,速度增大，小球,m,1,速度减小，都做平抛运动，所以碰撞后,m,1,球落地点是,M,点，,m,2,球落地点是,N,点；,m,1,S,M,m,2,S,N,m,1,S,P,80/93,81/93,82/93,1,试验器材等效与替换，主要有,3,个方面创新：,(1),用电子秤或已知质量钩码替换弹簧秤；,(2),气垫导轨替换长木板；,(3),用光电门、闪光摄影机替换打点计时器。,2,试验结论拓展与延伸：,主要经过一些试验装置得出物体加速度，再利用牛顿第二定律求出物体所受阻力或小车与木板间动摩擦因数。,热点五力学创新型试验分析技巧,83/93,3,情景设计与创新：,近几年在试题情景设计上进行了较多创新，不过考查试验原理和试验处理方法依然不变，所以只要把最根本方法从新情景中分离出来，找出与常规试验相同之处就能够。,84/93,保持平板倾角,不变，去掉沙和沙桶，小车即在平板上沿斜面向下做匀加速直线运动，经过纸带测量其加速度,a,；,典例,5,85/93,保持小车质量,M,不变，屡次改变沙和沙桶总质量,m,，每次重复,两步操作，得到小车加速度与协力关系；,屡次改变小车质量，进行适当操作，得到小车加速度和质量关系。,(1),在上述试验操作过程中，以下说法正确是,_,。,A,能够用电池盒给打点计时器供电,B,应在小车开始运动后再接通打点计时器电源,C,要保持细绳与平板平行,D,应让小车从靠近定滑轮处开始运动,CD,86/93,(2),在操作,中若打了一条以下列图所表示纸带，已知纸带左端为连接小车处，则应将平板倾角适当,_(,选填,“,增大,”,或,“,减小,”,),些；,(3),在操作中，小车所受协力大小等于,_(,用题中所给定字母以及重力加速度,g,表示,),；,(4),在本试验中,_(,选填,“,需要,”,或,“,不需要,”,),满足沙和沙桶质量远小于小车总质量；在操作中，每次改变小车质量后，,_(,选填,“,需要,”,或,“,不需要,”,),重新调整平板倾角。,减小,mg,不需要,需要,87/93,解析,(1),打点计时器必须要用交流电源供电，故不能够用电池盒给打点计时器供电。选项,A,错误；应接通打点计时器电源后再让小车开始运动，选项,B,错误；要保持细绳与平板平行，选项,C,正确；应让小车从靠近定滑轮处开始运动，选项,D,正确；故选,CD,。,(2),由纸带可看出，小车做加速运动，说明木板倾角过大，故应该减小木板倾角；,(3),在操作,中，因开始时小车拖着沙和沙桶运动，故去掉沙桶后，小车受协力大小等于沙和沙桶重力,mg,；,(4),在本试验中，因小车加速下滑时不带沙和沙桶，故不需要满足沙和沙桶质量远小于小车总质量；因平衡摩擦力时要调整沙和沙桶重力，故在操作,中，每次改变小车质量后，需要重新调整平板倾角。,88/93,89/93,(1),用,10,分度游标卡尺测量钢球直径，示数如图乙所表示，可知钢球直径,d,_cm,。,(2),屡次改变光电门位置，测量出光电门到电磁铁下端,O,距离为,h,(,h,d,),，并计算出小球经过光电门时速度,v,，若画出,v,2,h,图象是线性图线，则本试验最可能得到线性图是,_,。,0.96,A,90/93,(3),钢球经过光电门平均速度,_(,选填,“,大于,”,或,“,小于,”,),钢球球心经过光电门瞬时速度，由此产生误差,_(,选填,“,能,”,或,“,不能,”,),经过增加试验次数减小。,(4),若试验中得到,v,2,与,h,成线性关系，能否说明钢球在下落过程中机械能守恒？,_,。,解析,(1),游标卡尺主尺读数为：,0.9 cm,，游标尺上第,6,个刻度和主尺上某一刻度对齐，游标读数为,0.16 mm,0.6 mm,，所以最终读数为：,0.96 cm,。,小于,不能,不能，可能存在空气阻力做功而消耗部分机械能,91/93,92/93,93/93,
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