北京市18高考物理二輪復(fù)習(xí)專題12力實(shí)驗(yàn)案(含解析)

PAGEPAGE6。內(nèi)部文件，版權(quán)追溯內(nèi)部文件，版權(quán)追溯內(nèi)部文件，版權(quán)追溯內(nèi)部文件，版權(quán)追溯專題12力學(xué)實(shí)驗(yàn)考向預(yù)測考向預(yù)測高中物理《考試說明》中確定的力學(xué)實(shí)驗(yàn)有：研究勻變速直線運(yùn)動、探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系、驗(yàn)證力的平行四邊形定則、驗(yàn)證牛頓運(yùn)動定律、探究動能定理、驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。其中有四個實(shí)驗(yàn)與紙帶的處理有關(guān)，可見力學(xué)實(shí)驗(yàn)部分應(yīng)以紙帶的處理，打點(diǎn)計時器的應(yīng)用為核心來展開復(fù)習(xí)。近幾年力學(xué)實(shí)驗(yàn)中與紙帶處理相關(guān)的實(shí)驗(yàn)、力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)是高考的熱點(diǎn)內(nèi)容，以分組或演示實(shí)驗(yàn)為背景，考查對實(shí)驗(yàn)方法的領(lǐng)悟情況、靈活運(yùn)用學(xué)過的實(shí)驗(yàn)方法設(shè)計新的實(shí)驗(yàn)是高考實(shí)驗(yàn)題的新趨勢。要求考生掌握常規(guī)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理方法，能將課本中分組實(shí)驗(yàn)和演示實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方法遷移到新的背景中，深刻理解物理概念和規(guī)律，并能靈活運(yùn)用，要求考生有較強(qiáng)的創(chuàng)新能力。在復(fù)習(xí)過程中，應(yīng)以掌握常規(guī)實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方法、規(guī)范操作程序、數(shù)據(jù)處理方法等為本，同時從常規(guī)實(shí)驗(yàn)中，有意識的、積極的提取、積累一些有價值的方法。逐步過渡到靈活運(yùn)用學(xué)過的實(shí)驗(yàn)方法設(shè)計新的實(shí)驗(yàn)。高頻考點(diǎn)：螺旋測微器和游標(biāo)卡尺的讀數(shù)；力學(xué)基本實(shí)驗(yàn)；力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)?？键c(diǎn)一、基本儀器的讀數(shù)例某同學(xué)利用游標(biāo)卡尺和螺旋測微器分別測量一圓柱體工件的直徑和高度，測量結(jié)果如圖(a)和(b)所示。該工件的直徑為________cm，高度為________mm?！緦忣}立意】熟練掌握中學(xué)階段物理中常用測量工具的讀數(shù)方法?！窘忸}思路】圖(a)為20分度的游標(biāo)卡尺，其精度為0.05mm。主尺讀數(shù)為12mm，游標(biāo)尺上第4條刻線與主尺上的一條刻線對齊，故測量結(jié)果為12mm＋4×0.05mm＝12.20mm＝1.220cm。螺旋測微器的精度為0.01mm，由圖(b)知固定刻度讀數(shù)為6.5mm，可動刻度讀數(shù)為“36.0”，故工件的高度為6.5mm＋36.0×0.01mm＝6.860mm。【參考答案】1.2206.860【知識建構(gòu)】1．長度類測量儀器的讀數(shù)(1)毫米刻度尺的讀數(shù)：精確到毫米，估讀一位。(2)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)：游標(biāo)尺/mm精度/mm測量結(jié)果(游標(biāo)尺上第n個刻線與主尺上的某刻度線正對時)/mm刻度格數(shù)刻度總長度每小格與1毫米差1090.10.1主尺上讀的毫米數(shù)＋0.1n20190.050.05主尺上讀的毫米數(shù)＋0.05n50490.020.02主尺上讀的毫米數(shù)＋0.02n(3)螺旋測微器的讀數(shù)：測量值＝固定刻度整毫米數(shù)＋半毫米數(shù)＋可動刻度讀數(shù)(含估讀)×0.01mm。2．時間類測量儀器的讀數(shù)(1)打點(diǎn)計時器：每打兩個點(diǎn)的時間間隔為0.02s，一般每五個點(diǎn)取一個計數(shù)點(diǎn)，則時間間隔為Δt＝0.02×5s＝0.1s。(2)頻閃照相機(jī)：用等時間間隔獲取圖象信息的方法將物體在不同時刻的位置記錄下來，時間間隔Δt＝eq\f(1,f)(f為頻閃照相機(jī)的頻率)。(3)光電計時器：記錄遮光時間，時間間隔Δt＝eq\f(d,v)(d為遮光板寬度，v為平均速度)?！咀兪接?xùn)練】請按要求填寫：(1)某同學(xué)用游標(biāo)卡尺的________測得一玻璃杯的內(nèi)高，如圖甲所示，則其內(nèi)高為________cm；(2)又用螺旋測微器測得其玻璃厚度如圖乙所示，則厚度為________mm；(3)該同學(xué)用螺旋測微器又測得一小球直徑如圖丙所示，正確讀數(shù)后得小球直徑為1.731mm，則a＝__________，b＝________。(4)某同學(xué)測定一金屬桿的長度和直徑，示數(shù)如圖丁、戊所示，則該金屬桿的長度和直徑分別為__________cm和________mm。解析：(1)需測量的是玻璃杯的內(nèi)高即深度，所以要用游標(biāo)卡尺的深度尺測量，根據(jù)圖甲所示游標(biāo)卡尺主尺上的整毫米數(shù)為100mm，游標(biāo)尺的精確度為0.1mm，且第3條刻度線與主尺上的刻度線對齊，可知玻璃杯的內(nèi)高為100mm＋0.1mm×3＝100.3mm＝10.03cm。(2)螺旋測微器的讀數(shù)規(guī)則：測量值＝固定刻度讀數(shù)(注意半毫米刻度線是否露出)＋精確度(0.01mm)×可動刻度讀數(shù)(一定要估讀)，所以玻璃厚度為2.5mm＋0.01mm×26.0＝2.760mm。【變式訓(xùn)練】甲、乙兩同學(xué)在“探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系”時，安裝好實(shí)驗(yàn)裝置，讓刻度尺零刻度線與彈簧上端平齊，在彈簧下端掛1個鉤碼，靜止時彈簧長度為l1，如圖1所示，圖2是此時固定在彈簧掛鉤上的指針在刻度尺(最小分度是1mm)上位置的放大圖，在彈簧下端分別掛2個、3個、4個、5個相同鉤碼，靜止時彈簧長度分別是l2、l3、l4、l5。(1)由圖2知刻度尺的示數(shù)l1＝________cm，若已知每個鉤碼質(zhì)量是50g，掛2個鉤碼時，彈簧彈力F2＝______N(當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭＝10m/s2)。(2)甲同學(xué)以彈簧的長度l為橫坐標(biāo)，以鉤碼的重力G為縱坐標(biāo)建立了G-l圖象，如圖3所示，則由圖知彈簧的原長為________cm，該彈簧的勁度系數(shù)為________N/m。(3)乙同學(xué)先將彈簧平放在桌面上，測出了彈簧的原長l0，并以彈簧的伸長量x＝l－l0為橫坐標(biāo)，以鉤碼的重力G為縱坐標(biāo)作出了G-x圖象，如圖4所示，則圖線不過原點(diǎn)的原因是________________________________________________________________________。解析：(1)因刻度尺的最小分度為1mm，讀數(shù)時應(yīng)估讀到最小分度的eq\f(1,10)，所以刻度尺的讀數(shù)為11.50cm；掛2個鉤碼時，彈簧彈力等于此時鉤碼的重力，即F2＝2mg＝1.00N。(2)當(dāng)彈簧下端不掛鉤碼時，彈簧的長度即彈簧的原長，由題圖3知彈簧的原長為11.00cm，圖線的斜率表示彈簧的勁度系數(shù)，即k＝eq\f(ΔF,Δl)＝eq\f(ΔG,Δl)＝100N/m。(3)圖線不過原點(diǎn)的原因是彈簧自身有重力。答案：(1)11.501.00(2)11.00100(3)彈簧自身有重力考點(diǎn)四、力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)例(2017·榆林模擬)某同學(xué)利用圖示裝置，驗(yàn)證以下兩個規(guī)律：①兩物塊通過不可伸長的細(xì)繩相連接，沿繩分速度相等；②系統(tǒng)機(jī)械能守恒。P、Q、R是三個完全相同的物塊，P、Q用細(xì)繩連接，放在水平氣墊桌上，物塊R與輕質(zhì)滑輪連接，放在正中間，a、b、c代表三個光電門，調(diào)整三個光電門的位置，能實(shí)現(xiàn)同時遮光，整個裝置無初速度釋放。(1)為了能完成實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，除了記錄P、Q、R三個遮光片的遮光時間t1、t2、t3外，還必須測量的物理量有________。A．P、Q、R的質(zhì)量MB．兩個定滑輪的距離dC．R的遮光片到c的距離HD．遮光片的寬度x(2)根據(jù)裝置可以分析出P、Q的速度大小相等，需要驗(yàn)證的表達(dá)式為____________________。(3)若要驗(yàn)證物塊R與物塊P的沿繩分速度相等，則驗(yàn)證表達(dá)式為____________________。(4)若已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭，則驗(yàn)證系統(tǒng)機(jī)械能守恒的表達(dá)式為____________________?！緦忣}立意】遮光片很窄，可近似認(rèn)為遮光片通過光電門的平均速度等于遮光片通過光電門的瞬時速度，從而求出系統(tǒng)動能的增加量，根據(jù)R的遮光片到光電門c之間的距離H可以求出重力勢能的減少量。在比較動能的增加量和重力勢能的減少量時，由于可以約去M，只需驗(yàn)證gH＝eq\f(x2,2t32)＋eq\f(x2,2t22)＋eq\f(x2,2t12)是否成立?！窘忸}思路】(1)驗(yàn)證系統(tǒng)機(jī)械能守恒，需驗(yàn)證的表達(dá)式是MgH＝eq\f(1,2)MvP2＋eq\f(1,2)MvQ2＋eq\f(1,2)MvR2，可知質(zhì)量M可以約去，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果不會有影響，因此不需要測量P、Q、R的質(zhì)量M，A錯誤；根據(jù)驗(yàn)證的表達(dá)式可知，兩個定滑輪的距離d不需要測量，B錯誤；根據(jù)驗(yàn)證的表達(dá)式可知，需要測量R的遮光片到c的距離H，這樣才能計算出系統(tǒng)減少的重力勢能，C正確；根據(jù)驗(yàn)證的表達(dá)式可知，要測量P、Q、R三個物塊遮光片的速度，速度v＝eq\f(x,t)，因此需要測量遮光片的寬度x，D正確。(2)物塊P的速度vP＝eq\f(x,t1)，物塊Q的速度vQ＝eq\f(x,t2)，因此分析出P、Q的速度大小相等，即需要驗(yàn)證表達(dá)式t1＝t2。(3)物塊R的速度vR＝eq\f(x,t3)，要驗(yàn)證物塊R與物塊P的沿繩分速度相等，則需要驗(yàn)證表達(dá)式vR·eq\f(H,\r(H2＋\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,2)))2))＝vP，將vP、vR代入得eq\f(t3,t1)＝eq\f(2H,\r(4H2＋d2))。(4)整個系統(tǒng)減少的機(jī)械能是ΔE＝MgH，增加的機(jī)械能是ΔE′＝eq\f(1,2)Meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(x2,t12)＋\f(x2,t22)＋\f(x2,t32)))，要驗(yàn)證機(jī)械能守恒，則ΔE＝ΔE′，即驗(yàn)證表達(dá)式gH＝eq\f(x2,2t32)＋eq\f(x2,2t22)＋eq\f(x2,2t12)?！緟⒖即鸢浮?1)CD(2)t1＝t2(3)eq\f(t3,t1)＝eq\f(2H,\r(4H2＋d2))(4)gH＝eq\f(x2,2t32)＋eq\f(x2,2t22)＋eq\f(x2,2t12)【技能提升】1.力學(xué)創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)(1)以基本的力學(xué)模型為載體，依托運(yùn)動學(xué)規(guī)律和力學(xué)定律設(shè)計實(shí)驗(yàn)。(2)將實(shí)驗(yàn)的基本方法——控制變量法，處理數(shù)據(jù)的基本方法——圖象法、逐差法，融入到實(shí)驗(yàn)的綜合分析之中。2.創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)題的解法(1)根據(jù)題目情境，提取相應(yīng)的力學(xué)模型，明確實(shí)驗(yàn)的理論依據(jù)和實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案。(2)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，記錄數(shù)據(jù)，應(yīng)用原理公式或圖象法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合物體實(shí)際受力情況和理論受力情況對結(jié)果進(jìn)行誤差分析?！咀兪接?xùn)練】如圖甲所示，一位同學(xué)利用光電計時器等器材做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)。有一直徑為d、質(zhì)量為m的金屬小球由A處由靜止釋放，下落過程中能通過A處正下方、固定于B處的光電門，測得A、B間的距離為H(H?d)，光電計時器記錄下小球通過光電門的時間為t，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間。則：(1)如圖乙所示，用游標(biāo)卡尺測得小球的直徑d＝______mm。(2)小球經(jīng)過光電門B時的速度表達(dá)式為________。(3)多次改變高度H，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，作出eq\f(1,t2)隨H的變化圖象如圖丙所示，當(dāng)圖中已知量t0、H0和重力加速度g及小球的直徑d滿足以下表達(dá)式：________時，可判斷小球下落過程中機(jī)械能守恒。(4)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)動能增加量ΔEk總是稍小于重力勢能減少量ΔEp，增加下落高度后，則ΔEp－ΔEk將________(選填“增加”、“減小”或“不變”)。解析：(1)小球的直徑d＝7mm＋0.05mm×5＝7.25mm；(2)小球經(jīng)過光電門B時的速度表達(dá)式為v＝eq\f(d,t)；(3)若機(jī)械能守恒，則滿足mgH＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(1,2)meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,t)))2，整理可得：eq\f(1,t2)