（江苏专用）2020届高考物理一轮复习 专题十七 实验课件

专题十七实验高考物理(江苏省专用)A组自主命题·江苏卷题组考点一力学实验五年高考1.(2019江苏单科,10,8分)某兴趣小组用如图1所示的装置验证动能定理。图1(1)有两种工作频率均为50Hz的打点计时器供实验选用:A.电磁打点计时器B.电火花打点计时器为使纸带在运动时受到的阻力较小,应选择(选填“A”或“B”)。(2)保持长木板水平,将纸带固定在小车后端,纸带穿过打点计时器的限位孔。实验中,为消除摩擦力的影响,在砝码盘中慢慢加入沙子,直到小车开始运动。同学甲认为此时摩擦力的影响已得到消除。同学乙认为还应从盘中取出适量沙子,直至轻推小车观察到小车做匀速运动。看法正确的同学是(选填“甲”或“乙”)。(3)消除摩擦力的影响后,在砝码盘中加入砝码。接通打点计时器电源,松开小车,小车运动。纸带被打出一系列点,其中的一段如图2所示。图中纸带按1∶1.65的比例画出,纸带上A点的速度vA=m/s。 图2(4)测出小车的质量为M,再测出纸带上起点到A点的距离为L。小车动能的变化量可用ΔEk= M 算出。砝码盘中砝码的质量为m,重力加速度为g。实验中,小车的质量应(选填“远大于”“远小于”或“接近”)砝码、砝码盘和沙子的总质量,小车所受合力做的功可用W=mgL算出。多次测量,若W与ΔEk均基本相等则验证了动能定理。122Av答案(1)B(2)乙(3)0.31(0.30~0.33都算对)(4)远大于解析本题通过验证动能定理的实验考查了打点计时器的选用、纸带的处理及误差分析等,考查了学生的实验能力。体现了科学探究素养中的证据、解释、交流等要素。渗透了实验操作实事求是、认真严谨的科学态度。(1)因电磁打点计时器在工作时振针会产生打点阻力,故为使纸带在运动时受到的阻力较小,应使用电火花打点计时器,故选B。(2)当小车开始运动时,一方面小车从静止开始加速,要求拉力大于静摩擦力;另一方面,最大静摩擦力总是略大于滑动摩擦力。由此可知,此时砝码盘与沙子的总重力一定大于小车所受摩擦力,故乙同学看法正确。(3)在图中A点两侧对称位置各取一点,用刻度尺测出其间隔,利用匀变速直线运动中中间时刻的瞬时速度等于该过程的平均速度,可求得A点速度。由vA= ,代入测量数据,可得vA=0.31m/s。(4)本实验中要使砝码盘与沙子的总重力近似等于小车所受的合力,故需使小车质量远大于砝码盘和沙子的总质量。2xT关联知识设小车质量为M,砝码盘和沙子的总质量为m,平衡摩擦力后小车所受合力等于绳中拉力T,有T=Ma,对小车、砝码盘及沙子受力分析,有mg=(M+m)a,两式联立可得T= g= ·mg= mg,只有当M≫m时,才有T≈mg。MmMmMMm11mM2.(2018江苏单科,11,10分)某同学利用如图所示的实验装置来测量重力加速度g。细绳跨过固定在铁架台上的轻质滑轮,两端各悬挂一只质量为M的重锤。实验操作如下:①用米尺量出重锤1底端距地面的高度H;②在重锤1上加上质量为m的小钩码;③左手将重锤2压在地面上,保持系统静止。释放重锤2,同时右手开启秒表,在重锤1落地时停止计时,记录下落时间;④重复测量3次下落时间,取其平均值作为测量值t。 请回答下列问题:(1)步骤④可以减小对下落时间t测量的(选填“偶然”或“系统”)误差。(2)实验要求小钩码的质量m要比重锤的质量M小很多,主要是为了。A.使H测得更准确B.使重锤1下落的时间长一些C.使系统的总质量近似等于2MD.使细绳的拉力与小钩码的重力近似相等(3)滑轮的摩擦阻力会引起实验误差。现提供一些橡皮泥用于减小该误差,可以怎么做?(4)使用橡皮泥改进实验后,重新进行实验测量,并测出所用橡皮泥的质量为m0。用实验中的测量量和已知量表示g,得g=。答案(1)偶然(2)B(3)在重锤1上粘上橡皮泥,调整橡皮泥质量直至轻拉重锤1后松手,能观察到其匀速下落。(4) 022(2)MmmHmt解析本题考查利用牛顿第二定律和匀变速直线运动规律测重力加速度。(2)m相对M越小,系统的加速度越小,重锤1下落的时间就越长,测量时间的相对误差就越小,故选B。(3)在重锤1上粘上橡皮泥,轻拉重锤1后松手,若能匀速运动,就说明平衡了摩擦阻力。(4)系统匀加速下落的过程中有:H= at2 ①mg=(2M+m+m0)a ②解①②得:g= 。12022(2)MmmHmt疑难突破对于创新型的实验,弄清实验原理,一切问题就迎刃而解了。3.(2017江苏单科,10,8分)利用如图1所示的实验装置探究恒力做功与物体动能变化的关系。小车的质量为M=200.0g,钩码的质量为m=10.0g,打点计时器的电源为50Hz的交流电。图1(1)挂钩码前,为了消除摩擦力的影响,应调节木板右侧的高度,直至向左轻推小车观察到。(2)挂上钩码,按实验要求打出的一条纸带如图2所示。选择某一点为O,依次每隔4个计时点取一个计数点。用刻度尺量出相邻计数点间的距离Δx,记录在纸带上。计算打出各计数点时小车的速度v,其中打出计数点“1”时小车的速度v1=m/s。 图2(3)将钩码的重力视为小车受到的拉力,取g=9.80m/s2,利用W=mgΔx算出拉力对小车做的功W。利用Ek= Mv2算出小车动能,并求出动能的变化量ΔEk。计算结果见下表。12W/×10-3J2.452.923.353.814.26ΔEk/×10-3J2.312.733.123.614.00请根据表中的数据,在方格纸上作出ΔEk-W图像。 (4)实验结果表明,ΔEk总是略小于W。某同学猜想是由于小车所受拉力小于钩码重力造成的。用题中小车和钩码质量的数据可算出小车受到的实际拉力F=N。答案(1)小车做匀速运动(2)0.228(3)如图所示 (4)0.093解析本题考查恒力做功与动能变化的关系。(1)平衡摩擦力的方法是利用小车重力沿斜面向下的分力与摩擦力相平衡,故在此状态下小车获得速度后能匀速运动。(2)由题意知相邻计数点间时间间隔T=0.1s,由 = 得v1= = m/s=0.228m/s。(3)首先确定标度:为充分利用方格纸,依据给定数据范围及方格纸上格数多少,确定纵坐标、横坐标皆从2.0×10-3J开始,且每小格表示0.1×10-3J。然后描点、连线,图像见答案。(4)对钩码有mg-F=ma,对小车有F=Ma,联立可得:F= g= ×9.8N≈0.093N。v2tv122xxT2(2.062.50)1020.1MmMm0.2000.0100.2000.010方法指导作图法处理实验数据利用作图法处理实验数据的原则是使方格纸得到充分的利用,为此,坐标可以不从零开始。连线的原则是作出平滑的曲线或直线,使尽可能多的点落在所连出的图线上,不在线上的点,要使它们尽量对称地分布在线的两侧,显著偏离线的点要舍去。4.(2016江苏单科,11,10分)某同学用如图1所示的装置验证机械能守恒定律。一根细线系住钢球,悬挂在铁架台上,钢球静止于A点。光电门固定在A的正下方,在钢球底部竖直地粘住一片宽度为d的遮光条。将钢球拉至不同位置由静止释放,遮光条经过光电门的挡光时间t可由计时器测出,取v= 作为钢球经过A点时的速度。记录钢球每次下落的高度h和计时器示数t,计算并比较钢球在释放点和A点之间的势能变化大小ΔEp与动能变化大小ΔEk,就能验证机械能是否守恒。dt图1(1)用ΔEp=mgh计算钢球重力势能变化的大小,式中钢球下落高度h应测量释放时的钢球球心到之间的竖直距离。A.钢球在A点时的顶端B.钢球在A点时的球心C.钢球在A点时的底端(2)用ΔEk= mv2计算钢球动能变化的大小。用刻度尺测量遮光条宽度,示数如图2所示,其读数为cm。某次测量中,计时器的示数为0.0100s,则钢球的速度为v=m/s。12图2(3)下表为该同学的实验结果:他发现表中的ΔEp与ΔEk之间存在差异,认为这是由于空气阻力造成的。你是否同意他的观点?请说明理由。(4)请你提出一条减小上述差异的改进建议。ΔEp(×10-2J)4.8929.78614.6919.5929.38ΔEk(×10-2J)5.0410.115.120.029.8答案(1)B(2)1.50(1.49~1.51都算对)1.50(1.49~1.51都算对)(3)不同意,因为空气阻力会造成ΔEk小于ΔEp,但表中ΔEk大于ΔEp。(4)分别测出光电门和球心到悬点的长度L和l,计算ΔEk时,将v折算成钢球的速度v'= v。lL解析(1)要考虑钢球重力势能的改变量大小,需要测量钢球球心下降的高度h,因此要测量钢球在释放点和A点时球心之间的竖直距离,选项B正确。(2)刻度尺的读数为1.50cm,钢球的速度v= = m/s=1.50m/s。(3)由动能定理可知,mgh-Wf=ΔEk,即ΔEp-Wf=ΔEk,ΔEpΔEk,所以空气阻力会造成ΔEpΔEk,但表中为ΔEkΔEp,因此不同意他的观点。(4)钢球球心和遮光条都绕悬点做圆周运动,但运动半径不同,因此分别测出光电门和球心到悬点的长度L和l,遮光条在光电门处的速度v= ,则钢球的速度v‘= ·l,可以减小表中差异。dt21.50100.0100dtvL考查点本题考查对验证机械能守恒定律实验原理的理解、刻度尺的读数、实验数据的处理、误差分析和对实验方法的分析与改进,主要考查考生解决实验问题的基本素养,属于中等难度题。解题指导(1)钢球高度的改变应为钢球球心间的高度差,因此应测球心间的竖直距离。(3)因存在空气阻力,故重力势能的改变量应大于动能的改变量。(4)不同半径、同一圆心的圆周运动,其线速度不同,故应将遮光条在光电门处的速度折算成钢球球心处的速度。5.(2015江苏单科,11,10分)某同学探究小磁铁在铜管中下落时受电磁阻尼作用的运动规律。实验装置如图1所示,打点计时器的电源为50Hz的交流电。 图1(1)下列实验操作中,不正确的有。A.将铜管竖直地固定在限位孔的正下方B.纸带穿过限位孔,压在复写纸下面C.用手捏紧磁铁保持静止,然后轻轻地松开让磁铁下落D.在磁铁下落的同时接通打点计时器的电源(2)该同学按正确的步骤进行实验(记为“实验①”),将磁铁从管口处释放,打出一条纸带,取开始下落的一段,确定一合适的点为O点,每隔一个计时点取一个计数点,标为1,2,…,8。用刻度尺量出各计数点的相邻两计时点到O点的距离,记录在纸带上,如图2所示。 图2计算相邻计时点间的平均速度 ,粗略地表示各计数点的速度,抄入下表。请将表中的数据补充完整。v位置12345678 (cm/s)24.533.837.839.539.839.839.8v(3)分析上表的实验数据可知:在这段纸带记录的时间内,磁铁运动速度的变化情况是;磁铁受到阻尼作用的变化情况是。(4)该同学将装置中的铜管更换为相同尺寸的塑料管,重复上述实验操作(记为“实验②”),结果表明磁铁下落的运动规律与自由落体运动规律几乎相同。请问实验②是为了说明什么?对比实验①和②的结果可得到什么结论?答案(1)CD(2)39.0(3)逐渐增大到39.8cm/s逐渐增大到等于重力(4)为了说明磁铁在塑料管中几乎不受阻尼作用。磁铁在铜管中受到的阻尼作用主要是电磁阻尼作用。解析(1)本实验的目的是研究小磁铁在铜管中下落时受电磁阻尼作用的运动规律,故实验中必须保证小磁铁除受重力、磁力外不受其他力的作用,故铜管需竖直地固定在限位孔正下方以保证磁铁在下落过程中不与铜管摩擦与碰撞,A正确。纸带穿过限位孔可以保证纸带的正确方位,置于复写纸下面可以保证打点清晰,B正确。释放纸带前应手提纸带上端使纸带竖直,小磁铁静止,故C错误。释放小磁铁前应先接通打点计时器的电源,待其工作稳定后方可放开纸带,D错误。(2)由图2可得 = cm/s=39.0cm/s。(3)由表中数据可以看出,磁铁运动的速度在相等时间内的增量逐渐减小,最终保持39.8cm/s的速度不变,即磁铁运动中加速度逐渐减小,最终为零,则由mg-f=ma知阻尼作用逐渐增大直到等于重力。(4)见答案。4v5.604.0420.02学习指导平时的学习