届高三物理复习专题十实验技能与创新第1课时力学实验与创新讲义.docx
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届高三物理复习专题十实验技能与创新第1课时力学实验与创新讲义
专题十实验技能与创新
专题定位
高考对学生实验的考查,主要有以下十九个实验:
①长度的测量;②研究匀变速直线运动;③探究弹力和弹簧伸长的关系;④验证力的平行四边形定则;⑤验证动量守恒定律;⑥研究平抛物体的运动;⑦验证机械能守恒定律;⑧用单摆测定重力加速度;⑨用油膜法估测分子的大小;⑩用描迹法画出电场中平面上的等势线;⑪测定金属的电阻率(同时练习使用螺旋测微器);⑫描绘小电珠的伏安特性曲线;⑬把电流表改装为电压表;⑭测定电源的电动势和内阻;⑮用多用电表探索黑箱内的电学元件;⑯练习使用示波器;⑰传感器的简单应用;⑱测定玻璃的折射率;⑲用双缝干涉测光的波长.
高考除了对课本中原有的学生实验进行考查外,还增加了对演示实验的考查,利用学生所学过的知识,对实验器材或实验方法加以重组,来完成新的实验设计.设计型实验将逐步取代对课本中原有的单纯学生实验的考查.
应考策略
1.熟知各种器材的特性.2.熟悉课本实验,抓住实验的灵魂——实验原理,掌握数据处理的方法,熟知两类误差分析.
第1课时 力学实验与创新
一、游标卡尺和螺旋测微器的读数
例1
用游标卡尺测得某样品的长度如图1甲所示,其读数L=________mm;用螺旋测微器测得该样品的外边长a如图乙所示,其读数a=________mm.
图1
解析 根据游标卡尺的读数方法,读数为20mm+3×0.05mm=20.15mm.根据螺旋测微器的读数方法,读数为1.5mm+23.0×0.01mm=1.730mm.
答案 20.15 1.730
以题说法
1.游标卡尺的读数方法:
由主尺读出整毫米数l0,从游标尺上读出与主尺上某一刻度对齐的格数n,则测量值(mm)=(l0+n×精确度)mm.注意:
(1)游标卡尺的精确度一般为游标尺上总刻度数的倒数.
(2)游标卡尺不需要估读.
2.螺旋测微器的读数方法:
测量值(mm)=固定刻度指示的毫米数(注意半毫米刻度线是否露出)+可动刻度上与固定刻度基线所对的刻度值(注意刻度值要估读一位)×0.01mm.
(1)用螺旋测微器测量一小球的直径,结果
如图2甲所示,则小球的直径d=________mm.
图2
(2)知识的迁移能力是非常重要的,应用螺旋测微器的原理,解决下面的问题:
在一些用来测量角度的仪器上,有一个可转动的圆盘,圆盘的边缘标有角度刻度.为了较准确地测量出圆盘转动的角度,在圆盘外侧有一个固定不动的游标,上面共有10个分度,对应的总角度为9度.如图乙中画出了游标和圆盘的一部分.读出此时圆盘的零刻度线相对于游标零刻度线转过的角度为________度.
答案
(1)10.975
(2)20.6
解析
(1)螺旋测微器主尺读数为10.5mm,可动刻度一共50个格,代表0.5mm,每个格表示0.01mm,第47.5个格与固定刻度基线对齐,因此可动刻度的读数为0.475mm,故螺旋测微器的读数为10.975mm.
(2)主尺部分的读数为20度,游标尺一共10个格,每个格代表0.1度,第6个格对齐,故游标尺的读数为0.6度,因此一共是20.6度.
二、验证力的平行四边形定则
例2
图3甲是“验证力的平行四边形定则”的实验装置,请完成实验操作与记录:
(1)将弹簧测力计A挂于固定点P,下端用细线ac挂一重物G,如图中虚线所示,记录:
测力计A的读数F0.
(2)用弹簧测力计B的挂钩拉另一细线的b端,该细线的另一端系在细线ac上的O点处,手持测力计B保持水平方向缓慢向左拉,到达如图所示位置,记录:
O点的位置、________、___
_____、________、________和细线Oc的方向.
(3)某同学已作出FA、FB和合力理论值F′的图示,请在图乙中作出合力实验值F的图示,比较F′和F的大小和方向,可以得出结论:
互成角度的________遵循平行四边形定则.
图3
答案
(2)测力计A的读数 测力计B的读数 细线Oa的方向 细线Ob的方向 (3)以表示FA、FB的线段为邻边作平行四边形,其对角线所表示的力就是合力实验值的大小和方向,如图所示 两个力(或两个共点力)的合成
以题说法
1.本实验考查的重点是“力作用效果的等效性”.
2.对实验步骤中两个分力和合力的大小和方向的确定也是考查的重点.
某同学找到一条遵循胡克定律的橡皮筋来验证力的平行四边形定则,设计了如下实验:
图4
(1)将橡皮筋的两端分别与两条细线相连,测出橡皮筋的原长;
(2)将橡皮筋一端细线用钉子固定在竖直板上M点,在橡皮筋的中点O再用细线系重物,自然下垂,如图4甲所示.
(3)将橡皮筋另一端细线固定在竖直板上的N点,如图乙所示.
为完成实验,下述操作中需要的是________.
A.橡皮筋两端连接的细线长度必须相同
B.要测量图甲中橡皮筋Oa的长度和图乙中橡皮筋Oa、Ob的长度
C.M、N两点必须在同一高度处
D.要记录图甲中O点的位置及过O点的竖直方向
E.要记录图乙中结点O的位置、过结点O的竖直方向及橡皮筋Oa、Ob的方向
答案 BE
解析 橡皮筋两端连接的细线长度不需要必须相同,M、N两点可以不在同一高度处,不需要记录题图甲中O点的位置及过O点的竖直方向.由于已经测出橡皮筋的原长,只需要测量题图甲中橡皮筋Oa的长度和题图乙中橡皮筋Oa、Ob的长度,需要记录题图乙中结点O的位置、过结点O的竖直方向及橡皮筋Oa、Ob的方向.操作中需要的是B、E.
三、探究弹力和弹簧伸长的关系
例3
通过“探究弹力和弹簧伸长的关系”实验,我们知道在弹性限度内,弹簧弹力F的大小与弹簧的伸长(或压缩)量x成正比,并且不同的弹簧,其劲度系数不同.已知一根原长为L0、劲度系数为k1的长弹簧A,现把它截成长为
L0和
L0的B、C两段,设B段的劲度系数为k2,C段的劲度系数为k3,关于k1、k2、k3的大小关系,同学们做出了如下猜想:
甲同学:
既然是同一根弹簧截成的两段,所以k1=k2=k3
乙同学:
弹簧越短劲度系数越大,所以k1 丙同学: 弹簧越长劲度系数越大,所以k1>k2>k3 (1)为了验证猜想,可以通过实验来完成,实验所需的器材除铁架台外,还需要的器材有________. (2)简要实验步骤如下,请完成相应填空. A.将弹簧A悬挂在铁架台上,用刻度尺测量弹簧A的长度L0; B.在弹簧A的下端挂上钩码,记下钩码的个数(如n个)并用刻度尺测量弹簧的长度L1; C.由F=mg计算弹簧的弹力;由x=L1-L0计算出弹簧的伸长量.由k= 计算弹簧的劲度系数; D.改变________,重复实验步骤B、C,并求出弹簧A的劲度系数k1的平均值; E.按要求将弹簧A剪断成B、C两段,重复实验步骤A、B、C、D.分别求出弹簧B、C的劲度系数k2、k3的平均值.比较k1、k2、k3得到结论. (3)图5是实验得到的图线.根据图线得出弹簧的劲度系数与弹簧长度有怎样的关系? 图5 答案 (1)刻度尺、已知质量且质量相等的钩码 (2)钩码的个数 (3)同一根弹簧上截下的几段,越短的段,劲度系数越大(或同一根弹簧上截下的几段,越长的段,劲度系数越小 ) 四、以打点计时器或光电门为工具的力学实验 例4 某学习小组在“研究匀变速直线运动”的实验中,用如图6所示的气垫导轨装置来测小车的 加速度,由导轨标尺 可以测出两个光电门之间的距离L,窄遮光板的宽度为d,窄遮光板依次通过两个光电门的时间分别为t1、t2. 图6 (1)通过两个光电门的瞬时速度分别为v1=________,v2=________.在计算瞬时速度时应用的物理方法是________________.(填“极限法”“微元法”或“控制变量法”). (2)则滑块的加速度可以表示为a=________(用题中所给物理量表示). (3)该学习小组在测出滑块的加速度后,经分析讨论,由于滑块在气垫导轨上运动时空气阻力很小,可用上述实验装置来验证机械能守恒定律,为此还需测量的物理量是________和________,机械能守恒的表达式为________________(用题中所给物理量和测量的物理量表示). 解析 (1)小车通过两个光电门的瞬时速度等于小车通过光电门这段时间内的平均速度,故瞬时速度分别为 和 .时间取的越短,瞬时速度越接近平均速度,故采用了极限法; (2)根据运动学公式2aL=v -v ,代入可求得加速度a= ( - );(3)要验证机械能守恒就要看沙桶重力势能的减少量和系统动能的增加量是否相等,因此需要测量沙桶的质量m和滑块的质量M,机械能守恒定律的表达式为mgL= (M+m)d2( - ). 答案 (1) 极限法 (2) ( - ) (3)沙桶的质量m 滑块的质量M mgL= (M+m)d2( - ) 以题说法 在《考试大纲》规定的力学实验中有二个涉及打点计时器: 研究匀变速直线运动和验证机械能守恒定律.在创新实验中也经常涉及打点计时器.这类实验的关键是要掌握纸带的分析处理方法,对于纸带常见有以下三大应用. 1.由纸带确定时间 要区 别打点计时器打出的点与人为选取的计数点之间的区别与联系,便于测量和计算,一般每五个点取一个计数点,这样时间间隔为Δt=0.02×5s=0.1s. 2.求解瞬时速度 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7所示,打n点时的速度vn= 图7 3.用“逐差法”求加速度 如图8所示,a= 图8 有些实验用光电门代替打点计时器来完成瞬时速度和加速度的测量,具体做法如下: (1)求瞬时速度: 把遮光条(宽度为d)通过光电门的时间Δt内的平均速度看做物体经过光电门的瞬时速度,即v= . (2)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= . (·四川·8 (2))如图9所示,某组同学借用“探究a与F、m之间的定量关系”的相关实验思想、原理及操作,进行“研究合外力做功和动能变化的关系”的实验: 图9 ①为达到平衡阻力的目的,取下细绳及托盘,通过调整垫片的位置,改变长木板倾斜程度,根据打出的纸带判断小车是否做________运动. ②连接细绳及托盘,放入砝码,通过实验得到图10所示的纸带.纸带上O为小车运动起始时刻所打的点,选取时间间隔为0.1s的相邻计数点A、B、C、D、E、F、G.实验时小车所受拉力为0.2N,小车的质量为0.2kg. 图10 请计算小车所受合外力做的功W和小车动能的变化ΔEk.补填表中空格(结果保留至小数点后第四位). O—B O—C O—D O—E O—F W/J 0.0432 0.0572 0.0734 0.0915 ΔEk/J 0.0430 0.0570 0.0734 0.0907 分析上述数据可知: 在实验误差允许的范围内W=ΔEk.与理论推导结果一致. ③实验前已测得托盘质量为7.7×10-3kg,实验时该组同学放入托盘中的砝码质量应为________kg(g取9.8m/s2,结果保留至小数点后第三位). 答案 ①匀速直线 ②0.1115 0.1105 ③0.015 解析 ②W=FxOF=0.2×55.75×10-2J=0.1115J vF= m/s=1.051m/s ΔEk= mv = ×0.2×1.0512J=0.1105J ③设放入砝码质量为m,则 (m+7.7×10-3kg)g-0.2N=(m+7.7×10-3kg)a① 对小车: a=
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- 届高三 物理 复习 专题 实验 技能 创新 课时 力学 讲义