Ⅳ－2 創(chuàng)新為魂-高考創(chuàng)新考法遷移悟通

創(chuàng)新為魂——高考創(chuàng)新考法遷移悟通Ⅳ－201020304目錄創(chuàng)新點(diǎn)(一)實(shí)驗(yàn)原理的創(chuàng)新創(chuàng)新點(diǎn)(二)實(shí)驗(yàn)器材的等效替換創(chuàng)新點(diǎn)(三)數(shù)據(jù)處理的創(chuàng)新創(chuàng)新點(diǎn)(四)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡膭?chuàng)新05專題跟蹤檢測01創(chuàng)新點(diǎn)(一)

實(shí)驗(yàn)原理的創(chuàng)新[例1]

(2023·浙江八校調(diào)研)小明同學(xué)在學(xué)習(xí)機(jī)械能守恒定律時(shí)，老師講到“做平拋運(yùn)動(dòng)的物體機(jī)械能守恒”，小明對此感到懷疑，決定親手做一做，來驗(yàn)證老師的結(jié)論是否正確。于是他找來了研究自由落體運(yùn)動(dòng)時(shí)用到的頻閃相機(jī)，通過頻閃照相的方法得到了小球運(yùn)動(dòng)的幾個(gè)位置A、B、C、D、E，如圖所示。已知頻閃相機(jī)的頻率為10Hz，O點(diǎn)為平拋運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)，以O(shè)為坐標(biāo)原點(diǎn)，沿水平和豎直方向建立直角坐標(biāo)系，經(jīng)測量得到幾個(gè)位置的坐標(biāo)列表如下，已知小球的質(zhì)量為0.2kg，重力加速度g取9.8m/s2。請你幫助小明對測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析(結(jié)果均保留三位有效數(shù)字)。

ABCDEx/cmx0x0＋25.00x0＋50.00x0＋75.00x0＋100.00y/cm122.50176.40240.10315.60396.90(1)該小球做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度大小為______m/s；(2)從O點(diǎn)到D點(diǎn)，小球動(dòng)能的增加量為________J，重力勢能的減少量為________J；(3)通過對測量結(jié)果進(jìn)行分析可以得出，表中x0＝__________cm；(4)小明想換一種方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，測出O點(diǎn)到每一個(gè)點(diǎn)的高度d，每個(gè)點(diǎn)的豎直速度vy，以d為橫坐標(biāo)、vy2為縱坐標(biāo)建立坐標(biāo)系，作出vy2－d圖像。若所有操作均正確，則在誤差允許的范圍內(nèi)，vy2－d圖線的斜率為k，可以得出重力加速度大小為____________。聯(lián)立并代入表中數(shù)據(jù)可得，小球動(dòng)能的增加量為ΔEk≈6.15J重力勢能的減少量為ΔEp＝mgyOD≈6.19J。02創(chuàng)新點(diǎn)(二)

實(shí)驗(yàn)器材的等效替換[例2]

(2023·遼寧高考)某同學(xué)為了驗(yàn)證對心碰撞過程中的動(dòng)量守恒定律，設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)：用紙板搭建如圖所示的滑道，使硬幣可以平滑地從斜面滑到水平面上，其中OA為水平段。選擇相同材質(zhì)的一元硬幣和一角硬幣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。測量硬幣的質(zhì)量，得到一元和一角硬幣的質(zhì)量分別為m1和m2(m1>m2)。將硬幣甲放置在斜面某一位置，標(biāo)記此位置為B。由靜止釋放甲，當(dāng)甲停在水平面上某處時(shí)，測量甲從O點(diǎn)到停止處的滑行距離OP。將硬幣乙放置在O處，左側(cè)與O點(diǎn)重合，將甲放置于B點(diǎn)由靜止釋放。當(dāng)兩枚硬幣發(fā)生碰撞后，分別測量甲、乙從O點(diǎn)到停止處的滑行距離OM和ON。保持釋放位置不變，重復(fù)實(shí)驗(yàn)若干次，得到OP、OM、ON的平均值分別為s0、s1、s2。(4)由于存在某種系統(tǒng)或偶然誤差，計(jì)算得到碰撞前后甲動(dòng)量變化量大小與乙動(dòng)量變化量大小的比值不是1，寫出一條產(chǎn)生這種誤差可能的原因：_______________________________________________________。[創(chuàng)新分析]用硬幣代替滑塊進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，體現(xiàn)了命題來自于生活、回歸于生活的命題理念。[解析]

(1)根據(jù)題意可知，甲與乙碰撞后沒有反彈，可知甲的質(zhì)量大于乙的質(zhì)量，甲選用的是一元硬幣。(4)產(chǎn)生這種誤差可能的原因有：①可能兩個(gè)硬幣厚度不同，兩硬幣重心連線與水平面不平行；②兩硬幣碰撞內(nèi)力不遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于外力，動(dòng)量守恒只是近似滿足，即如果摩擦力非常大，動(dòng)量守恒只是近似滿足。03創(chuàng)新點(diǎn)(三)

數(shù)據(jù)處理的創(chuàng)新[例3]某實(shí)驗(yàn)小組利用如圖(a)所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律。實(shí)驗(yàn)的主要步驟如下：①用游標(biāo)卡尺測量小球A、B的直徑d，其示數(shù)如圖(b)所示，用天平測量小球A、B的質(zhì)量分別為m1、m2；②用兩條細(xì)線分別將球A、B懸掛于同一水平高度，自然下垂時(shí)兩球恰好相切，球心位于同一水平線上；③將球A向左拉起，使其懸線與豎直方向的夾角為α?xí)r由靜止釋放，與球B碰撞后，測得球A向左擺到最高點(diǎn)時(shí)其懸線與豎直方向的夾角為θ1，球B向右擺到最高點(diǎn)時(shí)其懸線與豎直方向的夾角為θ2?；卮鹣铝袉栴}：(1)小球的直徑d＝________cm；(2)為保證球A碰撞后向左擺動(dòng)，則A、B兩球質(zhì)量應(yīng)滿足m1________m2(填“>”“<”或“＝”)；[創(chuàng)新分析](1)根據(jù)小球擺動(dòng)過程中機(jī)械能守恒，確定小球碰撞前后的速度大小。(2)因入射小球A與B碰后反向彈回，所以驗(yàn)證動(dòng)量守恒時(shí)注意正方向的選取。

[解析]

(1)小球直徑d＝2.2cm＋0×0.1mm＝2.20cm。(2)由于碰后A向左運(yùn)動(dòng)，根據(jù)動(dòng)量守恒知識(shí)可知，應(yīng)滿足m1<m2。04創(chuàng)新點(diǎn)(四)

實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡膭?chuàng)新[例4]

(2022·廣東高考)某實(shí)驗(yàn)小組為測量小球從某一高度釋放，與某種橡膠材料碰撞導(dǎo)致的機(jī)械能損失，設(shè)計(jì)了如圖(a)所示的裝置，實(shí)驗(yàn)過程如下：(1)讓小球從某一高度由靜止釋放，與水平放置的橡膠材料碰撞后豎直反彈。調(diào)節(jié)光電門位置，使小球從光電門正上方釋放后，在下落和反彈過程中均可通過光電門。(2)用螺旋測微器測量小球的直徑，示數(shù)如圖(b)所示，小球直徑d＝__________mm。(3)測量時(shí)，應(yīng)__________(選填“A”或“B”，其中A為“先釋放小球，后接通數(shù)字計(jì)時(shí)器”，B為“先接通數(shù)字計(jì)時(shí)器，后釋放小球”)。記錄小球第一次和第二次通過光電門的遮光時(shí)間t1和t2。(4)計(jì)算小球通過光電門的速度，已知小球的質(zhì)量為m，可得小球與橡膠材料碰撞導(dǎo)致的機(jī)械能損失ΔE＝______________(用字母m、d、t1和t2表示)。(5)若適當(dāng)調(diào)高光電門的高度，將會(huì)__________(選填“增大”或“減小”)因空氣阻力引起的測量誤差。[創(chuàng)新分析](1)測量小球從某一高度釋放，與某種橡膠材料碰撞導(dǎo)致的機(jī)械能損失。(2)通過光電門記錄小球第一次和第二次通過光電門的遮光時(shí)間t1和t2，進(jìn)而求機(jī)械能損失。

[解析]

(2)小球直徑d＝7.5mm＋38.4×0.01mm＝7.884mm。(3)實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先接通數(shù)字計(jì)時(shí)器，后釋放小球。如果先釋放小球，后接通數(shù)字計(jì)時(shí)器，可能會(huì)出現(xiàn)小球穿過光電門時(shí)，數(shù)字計(jì)時(shí)器還未工作的情形。(5)若適當(dāng)調(diào)高光電門的高度，則光電門與橡膠材料之間的距離增大，小球在二者之間的運(yùn)動(dòng)時(shí)間增長，克服空氣阻力做的功增多，引起的測量誤差也就增大。05專題跟蹤檢測1．(2023·浙江十校聯(lián)盟聯(lián)考)某同學(xué)采用如圖1所示的裝置進(jìn)行“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)。(1)除了圖1裝置中的器材之外，還必須從圖2中選取實(shí)驗(yàn)器材，其編號(hào)是__________；(2)圖1中該同學(xué)將要釋放紙帶，其操作不當(dāng)之處是_________________________；(3)實(shí)驗(yàn)中打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接50Hz交流電，并且每隔4個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，計(jì)算打下計(jì)數(shù)點(diǎn)7時(shí)紙帶速度的大小為__________m/s(保留3位有效數(shù)字)。解析：(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器可以記錄時(shí)間，不需要秒表，需要用刻度尺測量紙帶上點(diǎn)的距離，不需要螺旋測微器和游標(biāo)卡尺，故選③。(2)操作不當(dāng)之處是，釋放時(shí)重物離打點(diǎn)計(jì)時(shí)器太遠(yuǎn)。(3)計(jì)數(shù)點(diǎn)周期T＝5×0.02s＝0.1s答案：(1)③

(2)釋放時(shí)重物離打點(diǎn)計(jì)時(shí)器太遠(yuǎn)(3)0.293(0.290～0.295均可)2．(2023·浙江嘉興二模)(1)在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)中，采用重錘自由下落的實(shí)驗(yàn)方案，經(jīng)正確操作獲得一條紙帶如圖1所示。實(shí)驗(yàn)所用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源頻率為50Hz，重錘質(zhì)量m＝0.30kg，當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭＝9.79m/s2，則打A點(diǎn)時(shí)紙帶速度為___________m/s，A點(diǎn)到B點(diǎn)過程中重力勢能變化量為___________J。(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)(2)某同學(xué)用如圖2所示的裝置做“探究碰撞中的不變量”實(shí)驗(yàn)。①關(guān)于滑塊A、B的碰撞，下列說法正確的是(

)A．兩個(gè)滑塊碰撞前必須有一個(gè)靜止B．兩個(gè)滑塊碰撞后必須粘合在一起C．兩個(gè)滑塊碰撞后可粘合在一起，也可分開D．兩滑塊可以從整體靜止到相互彈開②實(shí)驗(yàn)中測得滑塊A的質(zhì)量為222.0g，滑塊B的質(zhì)量為216.0g，用50分度游標(biāo)卡尺測量遮光條A的寬度，其讀數(shù)如圖3所示，則讀數(shù)為________cm；滑塊A從左向右通過光電門1后與靜止的滑塊B碰撞，碰后粘合成一體通過光電門2，遮光條A先后通過光電門1、2所對應(yīng)的計(jì)時(shí)器讀數(shù)分別如圖4、圖5所示(圖中數(shù)值的單位是ms)，則碰后滑塊A、B的總動(dòng)量為________kg·m/s(計(jì)算結(jié)果保留2位小數(shù))。(2)①在探究碰撞過程中的不變量時(shí)，對兩個(gè)物體碰撞前后的速度沒有要求，可以都是運(yùn)動(dòng)的，也可以其中一個(gè)是靜止的，還可以兩滑塊從原來靜止到相互分開；同時(shí)對碰撞后的速度也沒有要求，可以碰后粘在一起，也可以碰撞后分開。故選C、D。②用50分度游標(biāo)卡尺測量遮光條A的寬度，其讀數(shù)為d＝5mm＋5×0.02mm＝5.10mm＝0.510cm。答案：(1)0.50(0.49～0.51均可)

0.29(2)①CD

②0.510

0.123．(2023·寧波高三模擬)利用如圖甲裝置做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)。(1)為驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒，需要比較重物下落過程中任意兩點(diǎn)間的______。A．動(dòng)能變化量與勢能變化量B．速度變化量和勢能變化量C．速度變化量和高度變化量(2)除帶夾子的重物、紙帶、鐵架臺(tái)(含鐵夾)、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、導(dǎo)線及開關(guān)外，在下列器材中，還必須使用的兩種器材是________。A．交流電源B．刻度尺C．天平(含砝碼)(3)實(shí)驗(yàn)中，先接通電源，再釋放重物，得到如圖乙所示的一條紙帶。在紙帶上選取三個(gè)連續(xù)打出的點(diǎn)A、B、C，測得它們到起始點(diǎn)O的距離分別為hA、hB、hC。已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的周期為T。設(shè)重物的質(zhì)量為m，從打O點(diǎn)到打B點(diǎn)的過程中，重物的重力勢能減少量ΔEp＝_________，動(dòng)能增加量ΔEk＝_________。(5)某同學(xué)想用下述方法研究機(jī)械能是否守恒：在紙帶上選取多個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，測量它們到計(jì)數(shù)起始點(diǎn)O的距離h，計(jì)算對應(yīng)計(jì)數(shù)點(diǎn)的重物速度v，描繪v2－h(huán)圖像，下列判斷正確的是________。A．若圖像是一條過原點(diǎn)的直線，則重物下落過程中機(jī)械能一定守恒B．若圖像是一條過原點(diǎn)的直線，則重物下落過程中機(jī)械能可能不守恒C．若圖像是一條不經(jīng)過原點(diǎn)的直線，則重物下落過程中機(jī)械能一定不守恒解析：(1)為驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒，需要比較重物下落過程中任意兩點(diǎn)間動(dòng)能的增加量和重力勢能的減小量是否相等，故選A。(2)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用交流電源；實(shí)驗(yàn)中需要測量點(diǎn)跡間的距離，從而得出瞬時(shí)速度和下降的高度，所以需要刻度尺；實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證動(dòng)能的增加量和重力勢能的減小量是否相等，質(zhì)量可以約去，不需要測量質(zhì)量，則不需要天平。故選A、B。4．如圖所示，用“碰撞實(shí)驗(yàn)器”可以探究碰撞中的不變量。實(shí)驗(yàn)時(shí)先讓質(zhì)量為m1的入射小球從斜槽軌道上某一固定位置S由靜止開始滾下，從軌道末端O點(diǎn)水平拋出，落到與軌道O點(diǎn)連接的傾角為θ的斜面上，再把質(zhì)量為m2的被碰小球放在斜槽軌道末端，讓入射小球仍從位置S由靜止?jié)L下，與被碰小球碰撞后，分別與斜面第一次碰撞留下各自的落點(diǎn)痕跡。M、P、N為三個(gè)落點(diǎn)的位置。(不考慮小球在斜面上的多次碰撞)(1)實(shí)驗(yàn)中，直接測定小球碰撞前后的速度是不容易的。但是，可以通過僅測量________，間接地解決這個(gè)問題。A．小球開始釋放高度hB．斜面的傾角θC．O點(diǎn)與各落點(diǎn)的距離(2)以下提供的測量工具中，本實(shí)驗(yàn)必須使用的是________。(多選)A．刻度尺

B．天平

C．量角器 D．秒表(3)關(guān)于本實(shí)驗(yàn)，下列說法正確的是________。A．斜槽軌道必須光滑，且入射小球每次釋放的初位置相同B．斜槽軌道末端必須水平C．為保證入射球碰后沿原方向運(yùn)動(dòng)，應(yīng)滿足入射球的質(zhì)量m1等于被碰球的質(zhì)量m2②若碰撞是彈性碰撞，以上物理量還滿足的表達(dá)式為_________。(2)實(shí)驗(yàn)中必須要測量落點(diǎn)到O點(diǎn)的距離，需要測量小球的質(zhì)量，故選A、B。(3)斜槽軌道沒必要必須光滑，只要到達(dá)底端的速度相同即可，且入射小球每次釋放的初位置相同，以保證到達(dá)底端的速度相同，故A錯(cuò)誤；斜槽軌道末端必須水平，以保證小球做平拋運(yùn)動(dòng)，故B正確；為保證入射球碰后沿原方向運(yùn)動(dòng)，應(yīng)滿足入射球的質(zhì)量m1大于被碰球的質(zhì)量m2，且體積相同，故C錯(cuò)誤。答案：(1)C

(2)AB

(3)B

(4)①B

②m1·OP＝m1·OM＋m2·ON5．(2023·嘉興高三調(diào)研)某同學(xué)打算在家中利用能找到的器材來研究動(dòng)量定理，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如圖1，將小球在固定刻度尺的旁邊由靜止釋放，用手機(jī)連拍功能拍攝小球自由下落的過程，圖2為利用圖片得到各時(shí)刻小球的位置與小球初始位置的距離，分別為h1、h2、h3、h4，手機(jī)連拍頻率為f，查閱得知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，小球質(zhì)量為m。(1)小球在位置2時(shí)的瞬時(shí)速度為____________(用題中所給物理量符號(hào)表示)；(2)關(guān)于實(shí)驗(yàn)裝置和操作，以下說法正確的是______；A．刻度尺應(yīng)固定在豎直平面內(nèi)B．選擇材質(zhì)密度小的小球C．選擇材質(zhì)密度大的小球D．鉛垂線的作用是檢驗(yàn)小球是否沿豎直方向下落(3)取小球在位置2～4的過程研究，則驗(yàn)證動(dòng)量定理的表達(dá)式為______________________(用題中所給物理量符號(hào)表示)；(4)若實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)小球所受重力的沖量大于動(dòng)量的增加量，造成此問題的原因可能是_________________________________________________________________________________________________。(2)刻度尺固定在豎直平面內(nèi)測量才精確，A正確；密度大的小球相較密度小的小球受到的空氣阻力的影響更小，測量誤差更小，B錯(cuò)誤，C正確；鉛垂線的作用是為了保持刻度尺是豎直狀態(tài)，小球做自由落體運(yùn)動(dòng)，必沿豎直方向下落，D錯(cuò)誤。(4)小球