專題十四物理的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

1、物理實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)【問題磁場 】1、對教材的演示實(shí)驗(yàn)進(jìn)行變形改造和更新，是高考試題創(chuàng)新設(shè)計(jì)的一種方式，請你通過解答以下兩個(gè)問題細(xì)心體會?！締栴} 1】如圖 1 所示，在研究平拋運(yùn)動(dòng)時(shí)，小球A 沿軌道滑下，離開軌道末端（末端水平）時(shí)撞開輕質(zhì)接觸式開頭S，被電磁鐵吸住的小球B 同時(shí)自由下落。改變整個(gè)裝置的高度H做同樣的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)位于同一高度的A 、B 兩球總是同時(shí)落地。該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說明了什么？【問題 2】劈尖干涉是一種薄膜干涉，其裝置如圖 2(a)所示。將一塊平板玻璃之上，在一端夾入兩張紙片，從而在兩玻璃表面之間形成一個(gè)劈形空氣薄膜。當(dāng)光垂直入射后，從上往下看到的干涉條紋如圖 2(b)所示，干涉條紋有

2、如下特點(diǎn)：任意一條明條紋或暗名紋所在位置下面的薄膜厚度相等；任意相鄰明條紋或暗條紋所對應(yīng)的薄膜厚度差恒定?，F(xiàn)若在圖 (a) 裝置中抽去一張紙片，則當(dāng)光垂直入射到新的劈形空氣薄膜后， 從上往下觀察到的干涉條紋將如何變化？為什么？2、教材中的許多實(shí)驗(yàn)，在得出數(shù)據(jù)后處理的方法并不唯一，因此可對老實(shí)驗(yàn)處理數(shù)據(jù)的方法以及提問的角度進(jìn)行更新改造后考查。請解答以下兩個(gè)問題并認(rèn)真體會?！締栴}1】在利用單擺測重力加速度的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)原理是單擺做簡諧運(yùn)動(dòng)的周期T= 2l 。所以只要測得多組單擺的擺長l 和振動(dòng)周期T，作出 T 2-lg圖象，就可以求出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?。理論上，T2-l 圖象應(yīng)是一條通過坐標(biāo)原點(diǎn)的直

3、線， 而某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中作出的圖象卻是如圖3 所示，其周期測量沒有錯(cuò)誤，則圖線不過原點(diǎn)的最主要原因是_ 。由圖象求出的重力加速度值g=_ （保留三位有效數(shù)字） ?！締栴} 2】用伏安法測量電阻阻值R。圖 4 中的 6 個(gè)點(diǎn)表示測得的6 組電流 I。電壓 U的值，試寫出根據(jù)此圖求R 值的步驟： _。求出的電阻值R=_ 。（保留三位有效數(shù)字）3、高考中的不少實(shí)驗(yàn)題考查的內(nèi)容屬游離于教材的新實(shí)驗(yàn)，但用過的儀器，采取的實(shí)驗(yàn)方法皆滲透于教材之中。請解答以下兩個(gè)問題并認(rèn)真體會?！締栴}】要測量一塊多用電表直流10mA 擋的內(nèi)阻 RA（約為 40 ），除此多用電表外，1還有下列器材：直流電源一個(gè)（電動(dòng)勢E 約為

4、1.5V ，內(nèi)阻可忽略不計(jì)） ，電阻一個(gè)（阻值R 約為 150，電鍵一個(gè)，導(dǎo)線若干。要求：寫出實(shí)驗(yàn)步驟；給出 RA 的表達(dá)式。4、同一物理實(shí)驗(yàn)可有不同的設(shè)計(jì)思想和實(shí)驗(yàn)方案，但殊途同歸，為了減小系統(tǒng)誤差和偶然誤差，人們不斷地改進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，以臻逐步完善。請解答以下兩個(gè)問題后仔細(xì)體會?！締栴} 1】假期中，小芳和一些同學(xué)乘坐火車外出旅游，當(dāng)火車在一段平面軌道上勻加速行駛時(shí)，小芳對其他同學(xué)說： “我們能否用身邊的器材測出火車的加速度？”許多同學(xué)參與了測量工作，小芳和小張的測量過程如下：小芳用塑料繩把一串鑰匙吊在行李架上，使懸點(diǎn)正好在小桌邊緣的正上方，她測出塑料繩的懸點(diǎn)到鑰匙的距離為L 及鑰匙偏離桌子

5、邊緣的水平距離為d 后說：“我已能算出火車的加速度了！ ”坐在窗邊的小張不動(dòng)聲色，時(shí)而抬頭看看窗外每隔100m的路標(biāo)，時(shí)而看看自己的手表，在別人還在忙碌之際，小張宣告：“我已經(jīng)測出火車的加速度了！ ”小張看到第一根路標(biāo)到看到第二根路標(biāo)的時(shí)間間隔為t 1s，看到第一根路標(biāo)到看到第三根路標(biāo)的時(shí)間間隔為t2 s。請根據(jù)小芳和小張的測量情況，分別求出他們測得的火車加速度的計(jì)算式?！締栴} 2】在電學(xué)實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常需要測量某負(fù)載的電阻，測電阻的方法有多種，現(xiàn)在有一只標(biāo)有“220V 100W ”的燈泡，它正常工作時(shí)的電阻為_ 。若用多用電表中歐姆擋來測量這只燈泡的電阻，則測出的電阻應(yīng)_燈泡正常工作時(shí)的電阻（填“

6、大于”“等于” 或“小于”）。這是因?yàn)?_ 。用伏安法測燈泡的電阻時(shí)，由于電表不是理想電表，必然存在誤差?，F(xiàn)有下列器材A 、 220V 交流電源 B、單刀雙擲開關(guān)一只C、電阻箱一只（ 0999，額定電流 1A ）D、交流電流表一只（ 00.6A ） E、導(dǎo)線若干請用上述器材設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，能較為準(zhǔn)確地測定燈泡工作時(shí)的電阻值。（ I ）在方框中畫出電路原理圖。（ II ）簡要寫出實(shí)驗(yàn)步驟。_2V（電程【案例探究 】1、實(shí)驗(yàn)原理的理解與創(chuàng)新案例【案例 1】實(shí)驗(yàn)室內(nèi)有一電壓表mV，量程為 150mV ，內(nèi)阻約為150 ?，F(xiàn)要將其改成量程為10mA 的電流表，并進(jìn)行校準(zhǔn)。為此，實(shí)驗(yàn)室提供如下器材：干電池

7、E（電動(dòng)勢為 1.5V ），電阻箱 R，滑線變阻器 R，電流表 A ( 有 1.5mA 、 15mA 與 150mA 三個(gè)量程)及開關(guān) K 。(a)對電表改裝時(shí)必須知道電壓表的內(nèi)阻?？捎萌鐖D所示的電路測量電壓表mV的內(nèi)阻。在既不損壞儀器又能使精確度盡可能高的條件下，電路中的電流表A 應(yīng)選用的量程是 _。若合上 K ，調(diào)節(jié)滑線變阻器后測得電壓表的讀數(shù)為150mV ，電流表A 的讀數(shù)為 1.05mA ，則電壓表的內(nèi)阻Rmv 為 _。（取三位有效數(shù)字）(b) 在對改裝成的電流表進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)，把作為標(biāo)準(zhǔn)電流表，畫出對改裝成的電流表進(jìn)行校準(zhǔn)的電路原理圖（滑線變阻器作限流使用）A，圖中各元件要用題中給出符號

8、或字母標(biāo)注。圖中電阻箱的取值是_ （取三位有效數(shù)字） ，電流表A應(yīng)選用的量程是 _ 。2、實(shí)驗(yàn)條件的調(diào)控與實(shí)驗(yàn)儀器的更新設(shè)計(jì)案例【案例 2】圖中給出的器材為：電源 E（電動(dòng)勢為 12V ），木板 N（板上從下往上依次疊放白紙、復(fù)寫紙、導(dǎo)電紙各一張） ，兩個(gè)金屬條 A 、 B（平行放置在導(dǎo)電紙上， 與導(dǎo)電紙接觸良好， 用作電極），滑線變阻器 R（其總阻值小于兩平行電極間導(dǎo)電紙的電阻），直流電壓表為 6V ，內(nèi)阻很大，其負(fù)接線柱與B 極相連，正接線柱與探針P 相連），開關(guān) K ?，F(xiàn)要用圖中儀器描繪兩行平金屬條AB 間電場中的等勢線。 AB 間的電壓要求取為6V 。在圖中連線，畫成實(shí)驗(yàn)電路原理圖。下

9、面是主要的實(shí)驗(yàn)操作步驟，將所缺的內(nèi)容填寫在橫線上。a. 接好實(shí)驗(yàn)電路。b. _ 。c. 合上 K ，并將探針 P 與 A 相接觸。d. _ 。e. 用探針壓印的方法把A 、B 的位置標(biāo)記在白紙上。畫一線段連接AB 兩極，在連線上選取間距大致相等的5 個(gè)點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)，用探針把它們的位置壓印在白紙上。f. 將探針與某一基準(zhǔn)點(diǎn)接觸，_，這一點(diǎn)是此基準(zhǔn)點(diǎn)的等勢點(diǎn)，用探針把這一點(diǎn)的位置也壓印在白紙上。用相同的方法找出此基準(zhǔn)點(diǎn)的其他等勢點(diǎn)。g. 重復(fù)步驟 f ，找出其他4 個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)的等勢點(diǎn)。取出白紙畫出各條等勢線。33、實(shí)驗(yàn)方法的變通與創(chuàng)新設(shè)計(jì)案例【案例 3】用以下器材測量一待測電阻Rx 的阻值（ 900

10、1000）；電源 E1 具有一定內(nèi)阻，電動(dòng)勢約為 9.0V ； 電壓表 V1 ，量程為 1.5V ，內(nèi)阻 r1=750 ；電壓表 V 2，量程為 5V ，內(nèi)阻 r2=2500 ； 滑動(dòng)變阻器 R，最大阻值為 100；單刀單擲開關(guān) S，導(dǎo)線若干。測量中要求電壓表的讀數(shù)不小于其量程的1 ，試畫出測量電阻Rx 的一種實(shí)驗(yàn)電路3原理圖（原理圖中的元件要用題圖中相應(yīng)的英文字母標(biāo)注）。根據(jù)你所畫的電路原理圖在題給的實(shí)物圖上畫出連線.若電壓表 V 1 的讀數(shù) U 1 表示，電壓表V2 的讀數(shù)用 U 2表示，則由已知量和測得量表示Rx 的公式為 Rx=_。4、實(shí)驗(yàn)思維的創(chuàng)新設(shè)計(jì)案例【案例 4】如圖 18 所示

11、淡一實(shí)驗(yàn)小車中利用光電脈沖測量車速和行程的裝置的示意圖，A 為光源， B 為光電接收器，A 、 B 均固定在車身上，C 為小車的車輪，D 為與 C 同軸相連的齒輪。車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，A 發(fā)出的光束通過旋轉(zhuǎn)齒輪上齒的間隙后變成脈沖光信號，被B接收并轉(zhuǎn)換成電信號，由電子電路記錄和顯示。若實(shí)驗(yàn)顯示單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)為n，累計(jì)脈沖數(shù)為N，則要測出小車的速度和行程還必須測量的物理量或數(shù)據(jù)是_；小車速度的表達(dá)式為v=_ ，行程的表達(dá)式為s=_。5、研究與探究性實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)案例【案例 5】某同學(xué)對黑箱（見圖19）中一個(gè)電學(xué)元件的伏安特性進(jìn)行研究，通過正確測量，他發(fā)現(xiàn)該元件兩端的電壓U ab（U ab=ab）與流

12、過它的電流I 之間的變化關(guān)系有如下規(guī)律當(dāng) 15V Uab 0V時(shí)， I 近似為零，當(dāng)Uab 0時(shí)， uab 和 I 的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見下表：編號1234567Uab/V0.0000.2450.4800.6500.7050.7250.745I/mA0.000.150.250.601.704.257.50在圖中畫出uab0 時(shí)該元件的伏安特性曲線。 （可用鉛筆作圖）根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)事實(shí)，該元件具有的特性是_。4若將此黑箱接入圖電路中，并在該電路的 cd 兩端輸入如圖（甲）所示的方波電壓信號ucd，請?jiān)趫D（乙）中定性畫出負(fù)載電阻 RL 上的電壓信號uef 的波形。誘思啟導(dǎo)： 在坐標(biāo)系中描點(diǎn)后，作直線還是平滑的

13、曲線？ab 時(shí)導(dǎo)通，ab 時(shí)截止，說明該元件有何特性？從作出的圖線中你發(fā)現(xiàn)什么規(guī)律？如何根據(jù)元件的特點(diǎn)作出電壓信號uef 的波形？解題思路： 描點(diǎn)作平滑的曲線從而探索相關(guān)規(guī)律。根據(jù)Uab 0， I 0 可知該元件具有單向?qū)щ娦?。分析作出的圖象可知，當(dāng) U 0.7V 時(shí)，元件電阻很小，可看作理想導(dǎo)線，故負(fù)載兩端的正向電壓等于電源電壓，反向電壓為零，于是定性作出電壓信號波形。正確答案： 如圖 20 所示。單向?qū)щ娦匀鐖D 21 所示評點(diǎn)與探究： 本題在教材探索性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，考查綜合運(yùn)用已學(xué)知識及分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、知識遷移等各種能力。物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以圖表的形式提供醒目的信息，通過這些信息，作出圖象，更能直

14、觀地發(fā)現(xiàn)隱含的變化規(guī)律。5【創(chuàng)新訓(xùn)練 】1、有一個(gè)同學(xué)用如下方法測定動(dòng)摩擦因數(shù)：用同種材料做成如圖1所使得 AB、 BD 平面，其中 AB為一斜面，其高為h、長為 L1，BD 是一足夠長的水平面，兩面在B點(diǎn)以小弧形光滑連接。現(xiàn)讓質(zhì)量為m的小物塊從 A點(diǎn)由靜止開始下滑，到達(dá)B點(diǎn)后順利進(jìn)入水平面，最后滑到 C點(diǎn)而停止，并測出 BC=L 2，小物塊與兩個(gè)平面的動(dòng)摩擦因數(shù)相同，由以上數(shù)據(jù)可以求出物體與平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)=。AhBCD2、如圖所示， P 是一根表面均勻地鍍有很薄的發(fā)熱電阻膜的長陶瓷管（其長度L 為50 cm 左右，直徑 D 為 10 cm 左右），鍍膜材料的電阻率 已知，管的兩端有導(dǎo)電箍

15、MN .現(xiàn)給米尺，電壓表V，電流表A ，電源E，滑動(dòng)變阻器R，電鍵 S 和若干導(dǎo)線 .請?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)測定膜層厚度d 的實(shí)驗(yàn)方案 .(1)實(shí)驗(yàn)中應(yīng)測定的物理量是_.(2)在虛線框內(nèi)用符號畫出測量電路圖.(3)計(jì)算膜層厚度的公式是 _.3、有一只電壓表量程已知，內(nèi)阻為 RV，另有一電池（電動(dòng)勢未知，但不超過電壓表的量程，內(nèi)阻可忽略） .請用這只電壓表和電池，再用一個(gè)電鍵和一些連接用的導(dǎo)線，設(shè)計(jì)測量某一高值電阻Rx 的實(shí)驗(yàn)方法 .（已知 Rx 的值與RV 相差不大）(1)在虛線框中畫出電路圖 .(2)簡要寫出測量步驟和需記錄的數(shù)據(jù)，導(dǎo)出高值電阻Rx 的計(jì)算式 .4、實(shí)驗(yàn)室有一個(gè)可拆變壓器，請?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)

16、方案，估測出變壓器原、副線圈的匝數(shù)，所給實(shí)驗(yàn)器材有：一個(gè)可拆變壓器、交流電壓表、直流電源、滑線變阻器，小磁針、200 V 交流電源 、電鍵各一個(gè)、銅漆包線（規(guī)格與變壓器原線圈所用漆包線相同）及導(dǎo)線若干 .5、給你下列器材：待測電壓表(量程為 3 V，內(nèi)阻 RV 約幾千歐 )，電阻箱、滑線變阻器、蓄電池、電鍵、導(dǎo)線若干.請?jiān)O(shè)計(jì)測定電壓表內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)方案.66、某同學(xué)用自來水龍頭做測重力加速度的實(shí)驗(yàn)，他把金屬盤放在水龍頭正下方m處，調(diào)節(jié)開關(guān)，使一滴水剛落在盤中時(shí)，另一滴水剛好從龍頭處開始下落，這兩滴水之間沒有其他水滴 .從某一滴水落入盤中時(shí)開始計(jì)時(shí)，并計(jì)數(shù)為 1，共測 3 分鐘，剛好 400 滴水落

17、入盤中 .(1)寫出此同學(xué)用水滴測重力加速度的實(shí)驗(yàn)原理.(2)計(jì)算其實(shí)驗(yàn)測得的重力加速度值.7、某電壓表的內(nèi)阻在 20 k 50 k 之間，現(xiàn)要測量其內(nèi)阻， 實(shí)驗(yàn)室提供下列可選用器材：待測電壓表 V(量程 3 V) ，電流表 A (量程 200 A) ，電流表 A2(量程 5 mA) ，電流表 A3(量程 0.6 )，滑動(dòng)變阻器 R(最大阻值 1 k )，電源 E(電動(dòng)勢 4 V) ，電鍵 S.(1)所提供的電流表中，應(yīng)選用 _( 填寫字母代號 ).(2) 為了盡量減小誤差，要求測量多組數(shù)據(jù)，試在圖38-4 中畫出符合要求的實(shí)驗(yàn)電路圖 (其中電源和電鍵及其連線已畫出).8、從下表中選出適當(dāng)?shù)膶?shí)

18、驗(yàn)器材，設(shè)計(jì)一電路來測量電流表A的內(nèi)阻 r，要求方法簡捷，有盡可能高的測量精度，并能測得多組數(shù)據(jù).器材 (代號 )規(guī)格電流表 ()量程 10 m，內(nèi)阻 r 待測 ( 約 40 )電流表 ()量程 500 A ，內(nèi)阻 750 電壓表 (V)量程 10 V，內(nèi)阻 10 k電阻 (R)阻值約 100 ，作保護(hù)電阻用滑動(dòng)變阻器 (R)總阻值約 50電池 (E)電動(dòng)勢 .V ，內(nèi)阻很小電鍵 (K)導(dǎo)線若干(1)在虛線方框中畫出電路圖，標(biāo)明所用器材的代號.(2)若選測量數(shù)據(jù)中的一組來計(jì)算r ，則所用的表達(dá)式為 _，式中各符號的意義是： _.79、當(dāng)物體從高空下落時(shí)，空氣阻力會隨物體的速度增大而增大，因此經(jīng)過下落一段距離后將勻速下落， 這個(gè)速度稱為此物體下落的終極速度。 研究發(fā)現(xiàn)， 在相同環(huán)境條件下，球形物體的終極速度僅與球的半徑和質(zhì)量有關(guān)。下表