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(共19张PPT)
考向3　创新类实验
研透真题·破题有方
(2020·山东等级考)2020年5月,我国进行了珠穆朗玛峰的高度测量,其中一种方法是通过使用重力仪测量重力加速度,进而间接测量海拔高度。某同学受此启发就地取材设计了如下实验,测量当地重力加速度的大小。实验步骤如下:
①如图甲所示,选择合适高度的垫块,使木板的倾角为53°,在其上表面固定一与小物块下滑路径平行的刻度尺(图中未画出)。
②调整手机使其摄像头正对木板表面,开启视频录像功能。将小物块从木板顶端释放,用手机记录下小物块沿木板向下做加速直线运动的情况。然后通过录像的回放,选择小物块运动路径上合适的一点作为测量参考点,得到小物块相对于该点的运动距离L与运动时间t的数据。
③该同学选取部分实验数据,画出了
-t图象,利用图象数据得到小物块下滑
的加速度大小为5.6
m/s2。
④再次调节垫块,改变木板的倾角,重复实验。
回答以下问题:
(1)当木板的倾角为37°时,所绘图象如图乙所示。由图象可得,物块过测量参考点时速度的大小为　　　　
m/s;选取图线上位于坐标纸网格交叉点上的A、B两点,利用A、B两点数据得到小物块下滑加速度的大小为　　　　m/s2。(结果均保留2位有效数字)?
(2)根据上述数据,进一步分析得到当地的重力加速度大小为　　　　　　m/s2。(结果保留2位有效数字,sin37°=0.60,cos37°=0.80)?
【解析】(1)根据L=v0t+
at2可得
=2v0+at,则由
-t图象可知2v0
=65×10-2
m/s,则v0=0.33
m/s,
a=k=
=3.1
m/s2
(2)由牛顿第二定律可知mgsinθ-μmgcosθ=ma,即a=gsinθ-μgcosθ。
当θ=53°时,a=5.6
m/s2,即gsin53°-μgcos53°=5.6
m/s2①,当θ=37°时,a=3.1
m/s2,即gsin37°-μgcos37°=3.1
m/s2②,联立①②解得g=9.4
m/s2。
答案:(1)0.32或0.33　3.1　(2)9.4
【真题解码】
(1)审题破题眼:
(2)命题陷阱点:
陷阱1:不能将
-t图象与位移公式L=v0t+
at2联系起来
物理中的图象问题一定跟物理规律相联系,实验过程测量的量是位移和时间,图
象的横纵坐标中也包含位移和时间,自然应该想到位移公式。
陷阱2:不能运用两次数据准确计算重力加速度
实验目的是测量重力加速度,而实验数据处理的结果却是加速度,显然需要通过
牛顿第二定律用重力加速度表示出加速度。
必备知能·融会贯通
【核心必备】
力学创新实验的特点
1.以基本的力学模型为载体,依托运动学规律和动力学定律设计实验。
2.将实验的基本方法——控制变量法,处理数据的基本方法——图象法、逐差法,融入实验的综合分析之中。
【考场秘技】力学创新实验题的解法
1.根据题目情景,提取相应的力学模型,明确实验的理论依据和实验目的,设计实验方案。
2.应用原理公式或图象法处理实验数据,结合物体实际受力情况和理论受力情况对结果进行误差分析。
1.(探究动能定理)某物理兴趣小组在“探究功与速度变化关系”的实验中采用的实验装置如图甲所示。
多维猜押·制霸考场
(1)用游标卡尺测量遮光条的宽度,测量结果如图乙所示,游标卡尺主尺的最小刻度为1
mm,则由该图可得遮光条的宽度d=　　　　　cm。?
(2)将气垫导轨接通气源,通过调平螺丝调整气垫导轨使之水平;并把实验所需的器材都安装无误。将橡皮条挂在滑块的挂钩上,向后拉伸一定的距离,并做好标记,以保证每次拉伸的距离均相同。现测得挂一根橡皮条时,滑块弹离橡皮条后,经过光电门的时间为t,则滑块最后做匀速运动的速度表达式为
v=　　　　　　　(用对应物理量的字母表示)。?
(3)保持橡皮条的拉伸距离不变,逐根增加橡皮条的数目,记录每次遮光条经过光电门的时间,并计算出对应的速度,则在操作正确的情况下,作出的W-v2图象应为　　　　　　　(选填“过坐标原点的一条倾斜直线”或“过坐标原点的一条抛物线”)。?
1.【解析】(1)游标卡尺的读数等于9
mm+0.05×15
mm=9.75
mm=0.975
cm。
(2)滑块经过光电门时,挡住光的时间极短,故可用平均速度代替滑块经过光电
门位置的瞬时速度,故v=
。
(3)根据动能定理可知,合外力做的功应等于滑块动能的变化量,有W=
mv2-0,
所以画出的W-v2图象应是过坐标原点的一条倾斜直线。
答案:(1)0.975　(2)
(3)过坐标原点的一条倾斜直线
2.(测质量问题)空间站中不能利用天平测量物体质量,为此某同学为空间站设计了如图(a)所示的实验装置,用来测量小球质量。图中弹簧固定在挡板上,光滑水平轨道B处装有光电门,可以测量出小球经过光电门的时间。该同学设计的主要实验步骤如下:
①用游标卡尺测量小球的直径d;
②将弹簧左端固定在挡板上;
③小球与弹簧接触并压缩弹簧,记录压缩量x;
④由静止释放小球,测量小球离开弹簧后经过光电门的时间t;
⑤改变弹簧的压缩量,重复步骤③、④多次;
⑥分析数据,得出小球的质量。
已知弹簧弹性势能Ep=
kx2,k为劲度系数,x为形变量。该同学使用了一个已知
劲度系数为k0的弹簧进行了上述实验,请回答下列问题。
(1)步骤①中游标卡尺示数情况如图(b)所示,小球的直径d=　　　　　cm。?
(2)某一次步骤④中测得小球通过光电门的时间t为5.00
ms,则此次小球离开弹
簧的速度v=　　　　　m/s。?
(3)根据实验步骤中测得的物理量,则可得小球的质量m=　　　　　。(用实验
步骤①、③、④中测得的物理量表示)?
【解析】(1)小球的直径为:11
mm+4×0.1
mm=11.4
mm=1.14
cm。
(2)由于小球离开弹簧后做匀速直线运动,小球经过光电门时的速度与离开弹簧
时的速度相等,
故小球离开弹簧时的速度为
v=
=2.28
m/s;
(3)由能量守恒定律可知:
Ep=
k0x2=
mv2,
解得:m=
答案:(1)1.14　(2)2.28　(3)专题十四　力学、热学实验
考向3　创新类实验
　(2020·山东等级考)2020年5月,我国进行了珠穆朗玛峰的高度测量,其中一种方法是通过使用重力仪测量重力加速度,进而间接测量海拔高度。某同学受此启发就地取材设计了如下实验,测量当地重力加速度的大小。实验步骤如下:
①如图甲所示,选择合适高度的垫块,使木板的倾角为53°,在其上表面固定一与小物块下滑路径平行的刻度尺(图中未画出)。
②调整手机使其摄像头正对木板表面,开启视频录像功能。将小物块从木板顶端释放,用手机记录下小物块沿木板向下做加速直线运动的情况。然后通过录像的回放,选择小物块运动路径上合适的一点作为测量参考点,得到小物块相对于该点的运动距离L与运动时间t的数据。
③该同学选取部分实验数据,画出了-t图象,利用图象数据得到小物块下滑的加速度大小为5.6
m/s2。
④再次调节垫块,改变木板的倾角,重复实验。
回答以下问题:
(1)当木板的倾角为37°时,所绘图象如图乙所示。由图象可得,物块过测量参考点时速度的大小为　　　　
m/s;选取图线上位于坐标纸网格交叉点上的A、B两点,利用A、B两点数据得到小物块下滑加速度的大小为　　　　m/s2。(结果均保留2位有效数字)?
(2)根据上述数据,进一步分析得到当地的重力加速度大小为　　　　　　m/s2。(结果保留2位有效数字,sin37°=0.60,cos37°=0.80)?
(1)审题破题眼:
(2)命题陷阱点:
陷阱1:不能将-t图象与位移公式L=v0t+at2联系起来
物理中的图象问题一定跟物理规律相联系,实验过程测量的量是位移和时间,图象的横纵坐标中也包含位移和时间,自然应该想到位移公式。
陷阱2:不能运用两次数据准确计算重力加速度
实验目的是测量重力加速度,而实验数据处理的结果却是加速度,显然需要通过牛顿第二定律用重力加速度表示出加速度。
力学创新实验的特点
1.以基本的力学模型为载体,依托运动学规律和动力学定律设计实验。
2.将实验的基本方法——控制变量法,处理数据的基本方法——图象法、逐差法,融入实验的综合分析之中。
力学创新实验题的解法
1.根据题目情景,提取相应的力学模型,明确实验的理论依据和实验目的,设计实验方案。
2.应用原理公式或图象法处理实验数据,结合物体实际受力情况和理论受力情况对结果进行误差分析。
1.(探究动能定理)某物理兴趣小组在“探究功与速度变化关系”的实验中采用的实验装置如图甲所示。
(1)用游标卡尺测量遮光条的宽度,测量结果如图乙所示,游标卡尺主尺的最小刻度为1
mm,则由该图可得遮光条的宽度d=　　　　　cm。?
(2)将气垫导轨接通气源,通过调平螺丝调整气垫导轨使之水平;并把实验所需的器材都安装无误。将橡皮条挂在滑块的挂钩上,向后拉伸一定的距离,并做好标记,以保证每次拉伸的距离均相同。现测得挂一根橡皮条时,滑块弹离橡皮条后,经过光电门的时间为t,则滑块最后做匀速运动的速度表达式为v=　　　　　　　(用对应物理量的字母表示)。?
(3)保持橡皮条的拉伸距离不变,逐根增加橡皮条的数目,记录每次遮光条经过光电门的时间,并计算出对应的速度,则在操作正确的情况下,作出的W-v2图象应为　　　　　　　(选填“过坐标原点的一条倾斜直线”或“过坐标原点的一条抛物线”)。?
2.(测质量问题)空间站中不能利用天平测量物体质量,为此某同学为空间站设计了如图(a)所示的实验装置,用来测量小球质量。图中弹簧固定在挡板上,光滑水平轨道B处装有光电门,可以测量出小球经过光电门的时间。该同学设计的主要实验步骤如下:
①用游标卡尺测量小球的直径d;
②将弹簧左端固定在挡板上;
③小球与弹簧接触并压缩弹簧,记录压缩量x;
④由静止释放小球,测量小球离开弹簧后经过光电门的时间t;
⑤改变弹簧的压缩量,重复步骤③、④多次;
⑥分析数据,得出小球的质量。
已知弹簧弹性势能Ep=kx2,k为劲度系数,x为形变量。该同学使用了一个已知劲度系数为k0的弹簧进行了上述实验,请回答下列问题。
(1)步骤①中游标卡尺示数情况如图(b)所示,小球的直径d=　　　　　cm。?
(2)某一次步骤④中测得小球通过光电门的时间t为5.00
ms,则此次小球离开弹簧的速度v=　　　　　m/s。?
(3)根据实验步骤中测得的物理量,则可得小球的质量m=　　　　　。(用实验步骤①、③、④中测得的物理量表示)?
专题十四　力学、热学实验
考向3
///研透真题·破题有方///
　【解析】(1)根据L=v0t+at2可得=2v0+at,则由-t图象可知2v0=65×10-2
m/s,则v0=0.33
m/s,
a=k=
m/s2=3.1
m/s2
(2)由牛顿第二定律可知mgsinθ-μmgcosθ=ma,即a=gsinθ-μgcosθ。当θ=53°时,a=5.6
m/s2,即gsin53°-μgcos53°=5.6
m/s2①,当θ=37°时,a=3.1
m/s2,即gsin37°-μgcos37°=3.1
m/s2②,联立①②解得g=9.4
m/s2。
答案:(1)0.32或0.33　3.1　(2)9.4
///多维猜押·制霸考场///
1.【解析】(1)游标卡尺的读数等于9
mm+0.05×15
mm=9.75
mm=0.975
cm。
(2)滑块经过光电门时,挡住光的时间极短,故可用平均速度代替滑块经过光电门位置的瞬时速度,故v=。
(3)根据动能定理可知,合外力做的功应等于滑块动能的变化量,有W=mv2-0,所以画出的W-v2图象应是过坐标原点的一条倾斜直线。
答案:(1)0.975　(2)
(3)过坐标原点的一条倾斜直线
2.【解析】(1)小球的直径为:11
mm+4×0.1
mm=11.4
mm=1.14
cm。
(2)由于小球离开弹簧后做匀速直线运动,小球经过光电门时的速度与离开弹簧时的速度相等,
故小球离开弹簧时的速度为
v===2.28
m/s;
(3)由能量守恒定律可知:
Ep=k0x2=mv2,
解得:m=。
答案:(1)1.14　(2)2.28　(3)

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