2023年高考物理二輪復習教案：力學實驗與電學實驗（含解析）

專題11力學實驗與電學實驗

【要點提煉】

1.常用實驗儀器的讀數(shù)

(1)毫米刻度尺的讀數(shù)：精確到毫米，估讀一位。

(2)游標卡尺的讀數(shù)

游標尺

測量結(jié)果(游標尺上第n

刻度總每小格與精確

刻度個刻度線與主尺上的某

長度/1毫米的度/

格數(shù)刻度線對齊時)/mm

mm差值/mmmm

1090.10.1主尺上讀的毫米數(shù)+0.

20190.050.05主尺上讀的毫米數(shù)+0.05"

50490.020.02主尺上讀的毫米數(shù)+0.02〃

(3)螺旋測微器的讀數(shù)：測量值=固定刻度整毫米數(shù)+0.5mm(判斷半毫米刻度線是否露出)

+可動刻度讀數(shù)(含估讀)X0.01mmo

(4)電流表、電壓表和歐姆表的讀數(shù)

儀器量程選擇讀數(shù)

電流表若分度值為1、01、0.01,需

使指針指在超過滿偏刻度卜勺

要估讀到分度值的下一位；如

果分度值是或分別按;分

電壓表位置25,

度值或g分度值估讀

使指針指在表盤的中間位置附

歐姆表表盤讀數(shù)乘以相應擋位的倍率

近

注：游標卡尺、秒表、歐姆表不需要估讀。

2.速度、加速度的求解方法

gp=xn+xn+i,如圖所示：

"平均速度Vn

2T

法”求速度\n-1nzi+1)

)J------x?------+-----距+1-------->?<

口X5—X2后上/士

即n%4—,s=%6—%3，然后ug取平f4均.A.值，

“逐差法”即。，+"2+6,這樣可使所給數(shù)據(jù)全部得到利用，以

3

求加速度

提高準確度。若為奇數(shù)段，則去掉第一段轉(zhuǎn)化為偶數(shù)段

采用上述方法處理。

“圖象法”求即由“平均速度法”求出多個點的速度，畫出。1圖象，

加速度直線的斜率即表示加速度。

3.電學實驗器材的選擇

(1)電流表和電壓表的選擇

①根據(jù)電源的參數(shù)來選擇。

②根據(jù)電路中的最大電流(或者最大電壓)來選擇。

③根據(jù)用電器的額定電流(或者額定電壓)來選擇。

(2)滑動變阻器的選擇

①用分壓式接法時，應該選用最大阻值較小、額定電流較大的滑動變阻器。

②用限流式接法時，應該選用阻值和被測電阻接近的滑動變阻器。

4.電學實驗電路的選擇

(1)電流表內(nèi)、外接法的選擇

①若當＞掀添，則采用電流表內(nèi)接法，此時區(qū)測=5=R+RA＞&。

I測

②若Rx＜尿而,則采用電流表外接法，此時區(qū)測='=產(chǎn)＞＜幾。

I測Rx+Rv

（2）滑動變阻器限流式接法和分壓式接法的選擇

通?；瑒幼冏杵鲬x用限流式接法。但在下列三種情況中必須選用分壓式接法：

①若采用限流式接法，電路中的最小電流超過用電器的額定電流，則必須選用分壓式接

法。

②當用電器阻值遠大于滑動變阻器的最大阻值，且實驗要求的電壓變化范圍較大或要求

測量多組實驗數(shù)據(jù)時，必須選用分壓式接法。

③要求回路中某部分電路的電壓從零開始可連續(xù)變化時必須選用分壓式接法。

5.實驗創(chuàng)新

涉及實驗儀器和原理的創(chuàng)新、實驗方案和方法的創(chuàng)新等。

6.用好定值電阻

保護作用保護電表和電源

定值電阻測量作用充當電壓表或電流表

三作用

擴大作用擴大電表的量程

【高考考向1基礎實驗】

命題角度1測量型實驗

例1.（2022.北京高考真題）物理實驗一般都涉及實驗目的、實驗原理、實驗儀器、實驗方法、實驗操作、

數(shù)據(jù)分析等。

（1）用電壓表（內(nèi)阻約為3kQ）和電流表（內(nèi)阻約為0.1C）測量一個電阻的阻值（約為5。）。要求盡量

減小實驗誤差，應該選擇的測量電路是圖1中的（選填“甲"或‘‘乙"）。

-1~1------------1~r-vy

甲乙

圖1

（2）一多用電表表盤上的電阻刻度線正中間標有"15"字樣。用它測量約20k。電阻的阻值，下列實驗步

驟正確的操作順序為(填各實驗步驟前的字母)O

A.將選擇開關置于“xlk”位置

B.將選擇開關置于“OFF”位置

C.將兩表筆分別接觸待測電阻兩端，讀出其阻值后隨即斷開

D.將兩表筆直接接觸，調(diào)節(jié)歐姆調(diào)零旋鈕，使指針指向“0”

(3)圖2是“測量電源的電動勢和內(nèi)電阻"實驗的電路圖。某同學在實驗中，閉合開關后，發(fā)現(xiàn)無論怎

么移動滑動變阻器的滑片，電壓表有示數(shù)且不變，電流表始終沒有示數(shù)。為查找故障，在其他連接不變的

情況下，他將電壓表連接a位置的導線端分別試觸6、c、d三個位置，發(fā)現(xiàn)試觸6、c時，電壓表有示數(shù)；

試觸d時，電壓表沒有示數(shù)。若電路中僅有一處故障，則(選填選項前的字母)。

A.導線就斷路

B.滑動變阻器斷路

C.導線斷路

D.滑動變阻器短路

【答案】甲ADCBC

【詳解】(1)[1]因為待測電阻約為5。，而

=1?！?/p>

故為了減小誤差應該采用電流表的外接法，即選用甲圖；

(2)[2]測量過程中應該先選擇合適檔位，根據(jù)題意選擇“xlk”檔位，然后進行歐姆調(diào)零，再進行測量,

測量完成后要將開關置于“OFF”檔，故順序為ADCB。

(3)[3]閉合電鍵后，卻發(fā)現(xiàn)無論怎么移動滑動變阻器的滑片，電流表示數(shù)始終為零，可能是電路中出現(xiàn)

斷路，電壓表的示數(shù)不變化，說明電壓表串聯(lián)在電路中；當試觸6、c時依然是這個情況說明6、c段是正

常的，試觸”時，電壓表沒有示數(shù)說明在cd之間某處發(fā)生了斷路，故選C。

反思歸納,測量型實驗攻克策略

解決測量型實驗問題的關鍵是明確實驗儀器的使用方法，明確實驗原理、實驗方法，掌

握實驗的注意事項及處理實驗數(shù)據(jù)的方法，會分析誤差來源。

測量某個物理量可以用儀器直接讀出，比如長度可由游標卡尺或螺旋測微器直接讀取，

電流或電壓可以由多用電表直接測量讀取。讀數(shù)時要盡量精確，為此要遵循各類儀器的讀數(shù)

規(guī)則，特別注意有效數(shù)字的位數(shù)要按規(guī)則保留。

測量某個物理量也可以設計實驗方案間接測量計算得出，例如用打點計時器測勻變速直

線運動的加速度、用伏安法測電阻、測電源的電動勢和內(nèi)阻等。設計實驗方案要遵循所符合

的物理規(guī)律，原則是安全、可行、精確、方便，例如伏安法測電阻所涉及的電流表內(nèi)外接的

選擇、滑動變阻器接法的選擇等都要遵循該原則。

:拓展訓練】

1-1.(2022?山西?一模)回力車，施壓拖動后輪卷緊彈簧，放手后彈簧恢復，通過傳動系統(tǒng)驅(qū)動小車前進。

為探究彈簧卷緊后具有的彈性勢能，某同學用圖Q)所示的方式進行了實驗。在長木板的左端墊上小木

塊，微調(diào)木板的傾斜程度以補償阻力。拖動后輪卷緊彈簧，接通電源后釋放小車，讓小車沿木板開始運動,

得到的紙帶如圖(6)所示。0~9是從某點開始選取的計數(shù)點，相鄰兩點間還有四個點未標出，其間距如

圖所示。已知打點計時器使用交流電的頻率為50H乙測得小車的質(zhì)量為40.0g,完成下列填空：

長木板

圖(a)

0123456789S

?3.87?5.27?6.52?7.54*8.35?8.95?9.20?9.20?9.20?)

____________________________單位:cm(

圖(b)

(1)從圖示時刻開始，在彈簧逐漸釋放的過程中，小車做加速度(填“不變”“逐漸增大”“逐

漸減小”“先增大后減小”或“先減小后增大")的加速直線運動；

(2)在打下兩個相鄰計數(shù)點的過程中，彈簧恢復到初始狀態(tài)；

(3)不考慮傳動系統(tǒng)的阻力，可估算出彈簧卷緊時具有的彈性勢能為Jo(保留2位有效數(shù)字)

【答案】逐漸減小5、61.7X10-2

【詳解】(1)⑴根據(jù)Ax=a〃，可知道，相鄰點的距離增大，但相鄰段的差值越來越小，故加速度越來越

小，做加速度逐漸減小的加速直線運動

(2)[2]點6之后的相鄰兩點之間的距離一直是9.2cm,可知6點之后就已經(jīng)是勻速運動，可知，在6點

之前，即5、6點之間彈簧就已經(jīng)恢復了，物體就在做勻速運動。

(3)[3]最終的速度

x0.092?.

v=—=-------m/s=0.92m/s

t0.1

故動能

M=0.04x(0.92)2J=1.7x10-2J

在該過程中彈性勢能轉(zhuǎn)化為動能，故彈性勢能為1.7x10-2j。

1-2.(2022?重慶一中模擬預測)日常工作中，有時需要人們反應靈敏。對于戰(zhàn)士、駕駛員、運動員等更

是如此。從發(fā)現(xiàn)情況到采取行動所用的時間，叫人的反應時間。小吳和小李兩個同學利用一個直尺設計了

一個測量反應時間的簡單方法，步驟如下：

甲乙

(1)如圖甲所示，小吳用兩個手指輕輕捏住直尺的上端，讓直尺自然下垂。小李用一只手在直尺下方做

捏住直尺的準備，但手不能碰到直尺，記下這時手指的上邊緣在直尺上的位置P/,P在直尺上的刻度為

L7=20.00cmo

(2)小吳在不通知小李的情況下，突然松手，直尺下落。當小李看到直尺下落時，立即用手指捏住直尺,

記下這時手指的上邊緣在直尺上的位置尸2,在直尺上的刻度記為如圖乙所示，L2=cm。

(3)利用以上數(shù)據(jù)，可計算出小李的反應時間為s(已知當?shù)刂亓铀俣萭=9.8m/s2)。

(4)寫出一條能提高測量結(jié)果準確程度的建議：o

【答案】0.400.2多測幾次求平均值(或初始時小李的手指盡可能接近直尺)

【詳解】(2)[1]如圖可知，直尺的最小刻度為mm,讀數(shù)時，應估讀一位，因此

L2=4.0mm=0.40cm

(3)[2]直尺下落的高度

h=LX-L2=20.00cm-0.40cm=19.60cm

根據(jù)

,12

‘'=/g廣

可得反應時間為

t=0.2s

（4）[3]多測幾次求平均值（或初始時小李的手指盡可能接近直尺）

1-3.（2022?湖南?長沙市明德中學二模）如圖1所示是可用輕桿、小球和硬紙板等制作一個簡易加速度計,

粗略測量運動物體的加速度。在輕桿上端裝上轉(zhuǎn)軸，固定于豎直紙板上的。點，輕桿下端固定一小球，桿

可在豎直平面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動。將此裝置固定于運動物體上，當物體向右加速（減速）運動時，桿便向左（向

右）擺動。為了制作加速度計的刻度盤，某同學進行了如下操作：

甲

（1）為了測量當?shù)氐闹亓铀俣?，該同學讓重錘做自由落體運動，利用打點計時器打出的紙帶如圖2所

示，相鄰兩個計數(shù)點間的時間間隔為0.02s,根據(jù)該測得的重力加速度g=_________m/s2（保留三位有效

數(shù)字）。

（2）測量出當?shù)刂亓铀俣群?，還應測量的物理量是（填入所選物理量前的字母）；

A.小球的質(zhì)量機B.輕桿的長度工

C.小球的直徑dD.輕桿與豎直方向的夾角。

（3）寫出加速度與被測物理量之間的關系式（用被測物理量的字母表示）。

【答案】9.75Da=gtan。

【詳解】（1）[1]根據(jù)逐差法可得加速度為

_*CE-X.C

4T2

代入數(shù)據(jù)解得

XCE—貓0(12.527.05)xl0-2(705—314)x10-2

22

g=m/s=9.75m/s

AT24x0.022

(2)(3)[2][3]假設小球由于加減速發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，由牛頓的定律得

mgtan6=ma

解得

q=gtan6

可知，為了在表盤上標上對應的加速度，還需要測量輕桿與豎直方向的夾角，。故選D。

命題角度2驗證型實驗

例2.(2022?廣東?模擬預測)某同學想驗證豎直面內(nèi)物塊做圓周運動向心力變化的規(guī)律，使用某一豎直面

內(nèi)的圓周軌道，軌道圓心為。半徑尺=3m,分別在距離最低點/高度為0、鼠2鼠3力、4力、5力、64處

固定有壓力傳感器，其裝置如圖甲所示。

圖甲圖乙

(1)選擇比較光滑的豎直軌道，以保證小球在運動過程中機械能變化可以忽略；

(2)使一質(zhì)量為m的小球從/點以速度%開始沿內(nèi)軌道向右運動，記錄小球在各位置對軌道的壓力廠與

高度H的對應數(shù)值，并在尸-〃坐標系中描點連線得到如圖乙所示的圖象；

(3)若物塊在初始位置對軌道壓力大小為小則尸與X的函數(shù)關系可表示為(用ng、R、H、片、

廠表示)，若已知重力加速度g=10m/s2,則結(jié)合圖乙可知小球質(zhì)量加=kg,小球經(jīng)過最低點N時的

初速度%=m/s(可以用根式表示)。

【答案】F=F0-^H0.5V330

R

【詳解】(3)[1]設在任意高度X處小球的速度為匕，由動能定理有

?1212

-mgH=—mvt——mvQ

可得

mvf=mvQ—2mgH

在右側(cè)軌道上，設小球在，處和圓心的連線與0/的夾角為仇當HVR時，由牛頓運動定律有

F-mgcos0=~~~

八R—H

cos6=--------

R

在最低點有

F-mg=—^-

0K

可得

F=F。-"區(qū)H

0R

當R<H42R時該式仍成立；

[2]根據(jù)圖像可得，在/點，/=60N,在〃=6m處，F(xiàn)=30N,圖像斜率

k7=-5mN/m=---3-m---g-

R

可得

m=0.5kg

[3]在最低點由

F0~mg=^-

K

可得

Vo=~=V330m/s

Vm

1.驗證型實驗包括驗證力的平行四邊形定則、驗證牛頓第二定律、驗證機械能守恒定律、

驗證動量守恒定律等，考查內(nèi)容可涉及實驗原理、驗證方案的設計或改進、數(shù)據(jù)處理、誤差

分析等。驗證力的平行四邊形定則的數(shù)據(jù)處理是畫圖驗證，其余實驗大多通過測量驗證表達

式是否成立，只要在誤差允許的范圍內(nèi)與所驗證規(guī)律吻合即驗證成功。

2.驗證型實驗攻克策略

(1)明確實驗要驗證什么定律，正確理解該定律的內(nèi)容。

(2)根據(jù)已有的知識靈活運用實驗方法

例如，在驗證牛頓第二定律的實驗中，加速度的大小既可以用打點計時器測，也可以用

光電門傳感器測；拉力可以用鉤碼的重力代替，也可以用力傳感器測。應根據(jù)題目情景正確

選擇方法。

（3）要重視實驗的驗證條件

物理規(guī)律的成立必須滿足一定條件，驗證實驗中必須滿足這些條件才能使實驗順利進行。

如在驗證力的平行四邊形定則的實驗中，實驗的條件是“力的作用效果相同”，因此，在兩

個分力和一個力分別作用下，同一彈性繩的同一端點必須到達同一位置才能滿足實驗的驗證

條件。在驗證機械能守恒定律的實驗中，“只有重力做功”是實驗的驗證條件，而實驗中阻力

的存在是不可避免的，阻力做功過大時，實驗誤差大，實驗將失去意義，為此，實驗中要求

鐵架臺豎直、架穩(wěn)，且選用質(zhì)量大、體積小的重錘，使重力遠遠大于實驗中的阻力，阻力做

的功可以忽略不計，從而滿足了實驗的驗證條件。

:拓展訓練】

2.-1.（2022?湖北?恩施市第一中學模擬預測）某同學利用如圖1所示的裝置“驗證動量定理”，具體實驗

步驟如下：

圖1圖2

A.按照圖1所示安裝好實驗裝置，連接小車的細繩與長木板平行，掛上砂桶（含少量砂子）；

B.調(diào)節(jié)長木板的傾角，輕推小車后，使小車沿長木板向下運動，且通過兩個光電門的時間相等；

C.取下細繩和砂桶，測量砂子和桶的總質(zhì)量加，并記下；

D.保持長木板的傾角不變，不掛砂桶，將小車置于靠近滑輪的位置，由靜止釋放小車，記錄小車先后通

過光電門甲和乙時顯示的時間；

E.重新掛上細繩和砂桶，改變砂桶中砂子的質(zhì)量，重復B、C、D步驟。

⑴若砂桶和砂子的總質(zhì)量為如小車的質(zhì)量為"，重力加速度為g,則步驟D中小車加速下滑時所受合力

大小為o（忽略空氣阻力）

⑵如圖2所示，用游標卡尺測得小車上遮光片的寬度為mm。

⑶若遮光片的寬度為d,光電門甲、乙之間的距離為/,通過光電門甲和乙時顯示的時間分別為％、%則：

①小車通過光電門甲時的速度為V甲=

②小車下滑時合外力沖量的大小/=;（用題中給出的物理量及重力加速度g表示）

③驗證動量定理的表達式為O

d2mglt.t72mgltt

答案mg6.75-”、12

、口木，tx1化+幻d+?2)

【詳解】⑴[1]根據(jù)題述實驗步驟B可知，取下細繩和砂桶后，小車加速下滑時所受合力大小等于砂桶和砂

子的總重力mg。

⑵[2]根據(jù)游標卡尺讀數(shù)規(guī)則可知，遮光片的寬度為6mm+15x0.05mm=6.75mm。

⑶①[3]遮光片通過兩個光電門的速度分別為

d

y甲二一

d

“一己

②性由

/=g(v甲+V乙)f

解得

t_2lt{t2

d&+%2)

小車下滑時合外力沖量的大小為

/="爭"

d(h+t2)

③⑸小車動量改變量的大小為

甌=河“乙-叫）=—

秘2

驗證動量定理的表達式為

2mgit,2Md&-%)

"化+幻他

命題角度3探究型實驗

例3.（2022?安徽?巢湖市第一中學模擬預測）某實驗小組用如圖所示裝置探究力的合成與分解。木板上固

定一張畫有角度刻度線的白紙，調(diào)節(jié)木板豎直且零刻度線水平，輕質(zhì)彈簧測力計a和b通過細線連接系于

。點，其下端用細線掛一重物Q,使結(jié)點。靜止在角度刻度線的圓心位置。分別讀出彈簧測力計a和b的

示數(shù)，并在白紙上記錄O點的位置和細線的方向。

(1)圖中彈簧測力計a的示數(shù)為N；

(2)初始連接彈簧測力計a的細線與60。重合，連接彈簧測力計b的細線處于水平，現(xiàn)讓彈簧測力計a、

b均繞。點順時針緩慢轉(zhuǎn)動，保持結(jié)點在圓心。處、兩彈簧測力計間的夾角不變，直到連接彈簧測力計a

的細線方向水平為止，此過程中彈簧測力計a的示數(shù)一、彈簧測力計b的示數(shù)o(均選填“變

大”“不變”、“變小”、”先變大后變小”或“先變小后變大”)

【答案】5.78##5.79##5.80##5.81##5.82變小變大

【詳解】(1)⑴彈簧測力計a的分度值為0.1N,需要估讀至!|0.01N,所以示數(shù)為5.80N；

(2)[2][3]由題意，根據(jù)幾何關系可知，彈簧測力計a、b對。點的拉力尸八居以及重物Q對。點的拉力

G組成的矢量三角形內(nèi)接于圓內(nèi)，如圖所示

可知在彈簧測力計a、b均繞。點順時針緩慢轉(zhuǎn)動直到彈簧測力計a方向水平的過程中，彈簧測力計a的

示數(shù)變小，彈簧測力計b的示數(shù)會變大。

反思歸納

1.探究型實驗在教材和高考中占比都較高。這類題目能較好地考查學生的實驗探究能力、

常用物理思想方法等。經(jīng)常涉及的實驗有探究物體的加速度與力和質(zhì)量的關系、探究彈力和

彈簧伸長的關系、探究動能定理、傳感器的簡單使用等。

2.探究型實驗攻克策略

根據(jù)實驗目的，運用物理知識、實驗方法和技能，完成實驗的各個環(huán)節(jié)（實驗目的、對象、

原理、儀器選擇、實驗步驟、數(shù)據(jù)處理等），擬定實驗方案，分析實驗現(xiàn)象，并在此基礎上作

出適當評價。

:拓展訓練】

3.（2022.四川.鹽亭中學模擬預測）在“探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律”實驗中，將橡皮條的一端固

定在豎直放置的木板上，另一端系上兩根細繩OB,O為兩細繩與橡皮條的結(jié)點，細繩。/跨過C點

處釘在木板上的光滑的釘子，下端掛重力已知的鉤碼，細繩05用一個彈簧測力計鉤住，如圖所示，可以

通過改變鉤碼的個數(shù)和彈簧測力計的拉力調(diào)整橡皮條與兩細繩的結(jié)點。的位置。

木板固定點

（1）關于實驗中必須注意的以下幾項，其中正確的是O

A.只用彈簧測力計通過細繩拉橡皮條時結(jié)點。達到的位置，應與鉤碼、彈簧測力計同時拉時相同

B.在拉動彈簧時彈簧不可與外殼相碰或摩擦

c.兩個分力片、巴間的夾角e不宜過大，也不宜過小，兩個分力打、心的大小越大越好

D.拉橡皮條的細繩要適當長些，視線通過細繩垂直于紙面，在繩下的紙上用筆畫出兩個點的位置并使這

兩個點的距離盡量遠些

（2）圖中OC與橡皮條延長線的夾角為&,細繩與橡皮條延長線的夾角為夕，?+^<90°,下列操作

正確的是（）

A.減少鉤碼個數(shù)后，為使結(jié)點位置不變，應減小尸，同時增大彈簧測力計的拉力

B.減少鉤碼個數(shù)后，為使結(jié)點位置不變，應增大?，同時增大彈簧測力計的拉力

C.保持鉤碼個數(shù)不變，將釘子向右移動一些，為使結(jié)點位置不變，應增大尸，同時增大彈簧測力計的拉

力

D.保持鉤碼個數(shù)不變，將釘子向右移動一些，為使結(jié)點位置不變，應減小萬，同時減小彈簧測力計的拉

力

（3）在該實驗中，如果將0/與細繩也換成橡皮條，那么對實驗結(jié)果影響。（選填“有”或

“沒有”）

【答案】ABDAD##DA沒有

【詳解】（1）[1]A.為使力的作用效果相同，只用彈簧測力計通過細繩拉橡皮條時結(jié)點。達到的位置，應

與鉤碼、彈簧測力計同時拉時相同，故A正確；

B.在拉動彈簧時彈簧不可與外殼相碰或摩擦，以免增大誤差，故B正確；

C.兩個分力耳、鳥間的夾角6不宜過大，也不宜過小，兩個分力￡、G的大小也不宜過大或過小，適宜

即可，故C錯誤；

D.拉橡皮條的細繩要適當長些，視線通過細繩垂直于紙面，在繩下的紙上用筆畫出兩個點的位置并使這

兩個點的距離盡量遠些，這樣可以減少誤差，故D正確。

故選ABDo

（2）[2]AB.減少鉤碼個數(shù)，相當于減小一個分力的大小但方向不變，結(jié)點位置不變，相當于合力不變，

根據(jù)平行四邊形定則可知，此時應該減小"，同時增大彈簧測力計的拉力，故A正確，B錯誤；

CD.保持鉤碼個數(shù)不變，將釘子向右移動一些，結(jié)點位置不變，相當于一個分力的大小不變但方向與合力

方向的夾角變小，根據(jù)平行四邊形定則可知，此時應該減小月，同時減小彈簧測力計的拉力，故C錯誤，

D正確。

故選AD。

（3）[3]在該實驗中，如果將0/與08細繩也換成橡皮條，對結(jié)點的力沒有變化，對實驗結(jié)果沒有影響。

【高考考向2創(chuàng)新設計與拓展型實驗】

命題角度1實驗創(chuàng)新設計

例4.（2022?福建?上杭一中模擬預測）某小組同學用如圖1所示的DIS二維運動實驗系統(tǒng)研究單擺在運動

過程中機械能的轉(zhuǎn)化和守恒（忽略空氣阻力）。實驗時，使發(fā)射器（相當于擺球）偏離平衡位置后由靜止

釋放，使其在豎直平面內(nèi)擺動。系統(tǒng)每隔0.02s記錄一次發(fā)射器的位置，多次往復運動后，在計算機屏幕

上得到的發(fā)射器在豎直平面內(nèi)的運動軌跡如圖2所示。（當?shù)氐闹亓铀俣萭=9.8m/s2）

(1)在運動軌跡上選取適當區(qū)域后。點擊“計算數(shù)據(jù)”，系統(tǒng)即可計算出擺球在所選區(qū)域內(nèi)各點的重力

勢能、動能及總機械能，并繪出對應的圖線，如圖3所示。由圖3可知，此單擺的周期為so是

否可以根據(jù)單擺的周期公式計算此擺的擺長大小，如若能，請計算擺長大小：若不能請說明理由。

(2)圖3中的C點對應在圖2中圓弧軌跡AB上的某一點，該點在()

A.圓弧中點的左側(cè)B.圓弧4B中點的右側(cè)

C.圓弧AS的中點D.信息不夠，不能確定

【答案】112見解析

A

【詳解】(1)⑴由圖3可得，經(jīng)2.8s時間，擺球重力勢能從零增大到最大，動能從最大減小為零，可知

r=4x0.28s=1.12s

⑵由T=2噂可知,可以計算其擺長，代入數(shù)據(jù)得擺長為

9.8x1.12?

m?0.31m

4/

(2)[3]由圖可知，圖3中的C點動能和勢能相等，根據(jù)

[2

mgH=—mv+mgh=2mgh

即

h==H

2

根據(jù)幾何知識可知，該點在圓弧中點的左側(cè)O

故選Ao

反思歸納

實驗創(chuàng)新涉及實驗儀器和原理的創(chuàng)新、實驗方案和方法的創(chuàng)新，以考查考生的創(chuàng)新能力。

此類實驗題要用“已有的知識"''學過的實驗方法”“已會用的儀器”，通過知識遷移

和能力遷移，進行解答。

求解創(chuàng)新設計類實驗的基本思路

根據(jù)題目的要求

知給出的條件

回顧分組實驗或

演示實驗

尋找能夠遷移應用

的實驗原理、物理

知識，尋找有關的

物理規(guī)律，創(chuàng)設相關

的物理隔境

測量的

定實驗方7;二

確定實驗步藏二

實驗操作—3^

uzz*據(jù)處理二二

:拓展訓練：

4-1.

4-2.（2022?遼寧?高考真題）某同學利用如圖所示的裝置測量重力加速度，其中光柵板上交替排列著等寬

度的遮光帶和透光帶（寬度用”表示）。實驗時將光柵板置于光電傳感器上方某高度，令其自由下落穿過

光電傳感器。光電傳感器所連接的計算機可連續(xù)記錄遮光帶、透光帶通過光電傳感器的時間間隔加。

透光帶

(1)除圖中所用的實驗器材外，該實驗還需要(填“天平”或“刻度尺")；

(2)該同學測得遮光帶(透光帶)的寬度為4.50cm,記錄時間間隔的數(shù)據(jù)如表所示,

編號1遮光帶2遮光帶3遮光帶

加/卜10為73.0438.6730.00

根據(jù)上述實驗數(shù)據(jù)，可得編號為3的遮光帶通過光電傳感器的平均速度大小為匕=m/s（結(jié)果

保留兩位有效數(shù)字)；

(3)某相鄰遮光帶和透光帶先后通過光電傳感器的時間間隔為A%、A?2,則重力加速度g=(用

d、At2表示)；

(4)該同學發(fā)現(xiàn)所得實驗結(jié)果小于當?shù)氐闹亓铀俣?，請寫出一條可能的原因：

【答案】刻度尺";光柵板受到空氣阻力的作用

【詳解】(1)⑴該實驗測量重力加速度，不需要天平測質(zhì)量；需要用刻度尺測量遮光帶(透光帶)的寬度,

故需要刻度尺；

(2)[2]根據(jù)平均速度的計算公式可知

d4.5xl02m.,.

v-——=----：—=1.5m/s

Nt30x10%

(3)[3]根據(jù)勻變速直線運動平均速度等于中間時刻的速度，有

d

v.=一

d

v2=——

At2

+A.

3=/+g

2

可得

2d（A4-）

g（加ML）

(4)[4]光柵板的長度明顯，下落過程中受到空氣阻力的影響，所以豎直向下的加速度小于重力加速度。

命題角度2實驗的拓展與遷移

例5.(2022?全國?三模)某同學用如圖甲所示的裝置來測量一根細線能承受的最大拉力。把細線的兩端固

定在滑塊上，滑塊可在帶有刻度尺的軌道上滑動，線兩端的固定點的位置可以由滑塊上的標志線所對應的

刻度讀出。

|川1|1111|1111011|1川|111甲111|川甲111|11口川1|1111"11|1川|

甲

⑴把軌道調(diào)水平，固定左端滑塊，移動右滑塊，細線拉直時，左端滑塊位置讀數(shù)為30.00cm,右端滑塊

位置讀數(shù)為80.00cm,算出細線兩端之間的距離

(2)把右端滑塊移動到圖甲所示位置處，在細線中點掛上質(zhì)量為a=200g的鉤碼3個。

(3)緩慢移動右端滑塊,直到細線被拉斷,固定右端滑塊,如圖乙所示，則右端滑塊位置讀數(shù)為cm,

算出左右兩滑塊之間的距離心

(4)重力加速度為g,則計算細線能承受的最大拉力的表達式為o

(5)如果重力加速度g取9.8m/s：則被測細線能承受的最大拉力為No

3mgLQ

【答案】70,002岳149

【詳解】(3)[1]由圖乙可知，右側(cè)滑塊正對刻度尺刻度70位置，由于刻度尺最小刻度為1cm,根據(jù)刻度

尺讀數(shù)估讀要求，右端滑塊位置讀數(shù)為70.00cm；

(4)[2]設拉斷時細線與豎直方向上的夾角為c,拉線示意圖如下，根據(jù)幾何關系可得

2

3m

對鉤碼進行受力分析，在豎直方向上

2圖axCosc=3mg

解得

T3fflgZ0

maX-)"2〃

(5)[3]重力加速度g取9.8m/s：代入數(shù)據(jù)可得

反思歸納

實驗的拓展與遷移，是指利用已學物理知識和規(guī)律，提出新的實驗目的，如驗證動量定

理、測量動摩擦因數(shù)、電表的改裝與校準、測量彈簧的彈性勢能等。對于這種實驗情景，利

用已學知識并圍繞實驗目的解題，能達到理想的效果。并且應在充分理解和掌握基本實驗的

基礎上多做一些創(chuàng)新實驗題，拓寬眼界和思維。

測定動摩擦因數(shù)的實驗一般結(jié)合在“研究勻變速直線運動”“驗證牛頓第二定律”或

“探究動能定理”等實驗中考查。實驗的原理是：利用打點計時器等器材測出物體做勻變速

直線運動的加速度，再利用牛頓第二定律計算動摩擦因數(shù)，或者利用平衡條件、動能定理或

能量守恒定律等計算動摩擦因數(shù)，如下表所示：

實驗方法創(chuàng)新思維實驗原理

將研究運動物體轉(zhuǎn)化為研

利用/彈=6=〃/N求〃

究靜止物體

讓物塊先做加速運動，當減速運動中，利用逐差法

打點計時器物塊細線滑輪

~Fa=nH-l才

在重物重物掉到地面上之后物塊求加速度，利用/=g

做勻減速直線運動=ma進一步求〃

打點計時器將動摩擦因數(shù)的測量轉(zhuǎn)化利用a=gsin3-cos0

為角度和加速度的測量求〃（Q通過逐差法求解）

利用VB-VA=2as求力口速

辜光電門光電門將動摩擦因數(shù)的測量轉(zhuǎn)化

任我8組線齊手滑輪度，再利用動力學知識得

卜5rll占重物為加速度的測量

為?mg-(m+M)a

土」〃=

Mg

過程中，機械能守

恒；。一。過程中，物塊0

將動摩擦因數(shù)的測量轉(zhuǎn)化

做平拋運動；8-C過程

C為速度的測量，并營造多

中，只有摩擦力對物塊。

過程切入水平滑動情景

做功，利用%=-jumgL

=Eke-EkB,進一步求〃

:拓展訓練】

5-1.(2022.山東濱州.二模)某研究性學習小組設計實驗粗測小球在水平瓷磚上滾動時所受的阻力與重力

的比值。給小球一個初速度，用手機給運動小球錄像。為了比較準確的測量時間，播放時選擇倍速"0.25x",

表示播放時間是實際時間的四倍。圖甲是小球經(jīng)某一瓷磚邊緣第一次播放暫停時的時間顯示，其中“00：

11"是時間擴大為4倍后，錄像播放了:Hs,"01：07"是時間擴大為4倍后總的播放時間。從圖甲小球

暫停位置到小球停止，小球共垂直瓷磚邊緣沿直線運動了12塊整瓷磚和第13塊瓷磚部分長度，圖乙是小

球剛停下時的播放時間，圖丙是小球停下時的位置，刻度尺0刻度與第12、13塊瓷磚邊緣對齊。每塊瓷

磚長度為60cm,圖丁是圖丙部分放大，小球的運動可視做勻變速直線運動。

l?|叫"丫神叫"I

1617181920

?00:11/01:07?01:02/01:07

1屆血IlLllh油11而加曲」

圖甲圖乙圖丙圖丁

根據(jù)以上信息

(1)第一次暫停時刻對應的小球?qū)嶋H速度為m/s(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)；

(2)小球在水平瓷磚上滾動時所受的阻力與重力的比值為(用重力加速度g,小球滾動的距離L

小球滾動的時間/三個字母表示)；

(3)下列說法正確的是

A.小球直徑越大，測量位移時讀數(shù)誤差越小

B.視頻第一次暫停時刻不是小球剛開始運動的時刻，造成了實驗測量比值偏小

C.多錄幾次視頻，選擇小球接近做直線運動的進行測量

D.為了減小實驗誤差，應多測幾次，求平均值

【答案】1.2—CD

gt-

【詳解】(1)四由圖可知，小球從開始運動到第一次播放暫停經(jīng)過的實際時間為，s,運動的總的實際時

間為第s,則第一次暫停到最后停止運動用時間為

4

6211s”

t=—s—s—12.75s

44

從第一次暫停到最后停止運動經(jīng)過的位移為