2020版高考物理二轮复习 第二部分 高考题型研究 2-3 力学实验创新命题点课件

第二部分高考题型研究02实验题型研究第3讲力学实验创新命题点近几年高考实验追求创新变化的命题态势持续不变，而且这些创新型问题都能在教材中找到原型，下面以3个常考的创新点为例，选摘经典问题结合教材内容感悟高考命题的变化及对策．创新点一测定重力加速度重力加速度的测定是力学实验的创新热点，可有以下几种常见方案.利用落体测重力加速度(忽略阻力)运动组合物体系统匀速圆周运动计时，Δx＝gT2(也可以测量转速)12(m1＋m2)v2＝(m2－m1)gh打点计时器计时，利用逐差法测定g，也可以利用图象法求g光电门计时，原理为v2－v02＝2gx(也可以利用频闪照片)滴水法计时，原理为h＝gt22，可以利用图象求g再创新：可以验证牛顿运动定律、动能定理、机械能守恒定律【例1】(2019年贵阳高三模拟)某同学用如图2—3—1甲所示装置测量重力加速度g，所用交流电频率为50Hz，在所选纸带上取某点为0号计数点，然后每3个点取一个计数点，所测量数据及其标记符号如图2—3—1乙所示．该同学用两种方法处理数据(T为相邻两计数点的时间间隔)：图2—3—1方法A：由g1＝x2－x1T2，g2＝x3－x2T2，…，g5＝x6－x5T2，取平均值g＝8.667m/s2；方法B：由g1＝x4－x13T2，g2＝x5－x23T2，g3＝x6－x33T2，取平均值g＝8.673m/s2.从数据处理方法看，选择方法_________(选填“A”或“B”)更合理，方法A中对实验结果起作用的数据有________(选填x1、x2、x3、x4、x5、x6)；本实验误差的主要来源有________(写出两条)．【解析】在方法A中，根据数学知识可知，g＝g1＋g2＋g3＋g4＋g55＝x6－x15T2，只有x1、x6起作用；方法B：g＝g1＋g2＋g33＝（x4＋x5＋x6）－（x1＋x2＋x3）9T2，因此六组数据都起作用，故方法B数据应用充分，更合理一些．这样可以减少实验的偶然误差．本实验误差的主要来源有：空气阻力，振针的阻力，限位孔的阻力，复写纸的阻力，交流电频率波动，长度测量，数据处理方法等．【答案】Bx1、x6空气阻力，振针的阻力，限位孔的阻力，复写纸的阻力，交流电频率波动，长度测量，数据处理方法等【例2】(2019年济宁模拟)一个有一定厚度的圆盘，可以绕通过中心且垂直于盘面的水平轴转动，圆盘加速转动时，角速度的增加量Δω与对应时间Δt的比值定义为角加速度β(即β＝ΔωΔt)．我们用电磁打点计时器、刻度尺、游标卡尺、纸带(厚度不计)、复写纸来完成下述实验．(打点计时器所接交流电的频率为50Hz，A、B、C、D、…为计数点，相邻两计数点间有四个点未画出)图2—3—2实验步骤如下：①如图2—3—2甲所示，将打点计时器固定在桌面上，将纸带的一端穿过打点计时器的限位孔，然后固定在圆盘的侧面，当圆盘转动时，纸带可以卷在圆盘侧面上；②接通电源打点计时器开始打点，启动控制装置使圆盘匀加速转动(即角加速度恒定)；③经过一段时间，停止转动和打点，取下纸带，进行测量．请回答下列问题：(1)由图2—3—2乙可知，圆盘的直径为________cm.(2)由图2—3—2丙可知，打下计数点D时，圆盘转动的角速度大小为________rad/s.(结果保留三位有效数字)(3)圆盘转动的角加速度大小为________rad/s2.(结果保留三位有效数字)【解析】(1)由题图乙可知游标尺的分度为0.05mm，主尺上为6.0cm，游标尺上的第0个刻度线和主尺对齐，所以读数为6.0cm＋0.05×0mm＝6.000cm，即可得该圆盘的直径d＝6.000cm.(2)由题意知，纸带上每两点的时间间隔T＝0.10s，打下计数点D时，纸带运动速度大小为：vD＝xCE2T＝（14.64－5.64）×10－22×0.1m/s＝0.45m/s此时圆盘转动的角速度为ωD＝vDr＝v0d2＝0.453×10－2rad/s＝15.0rad/s.(3)纸带运动的加速度大小为a＝（xDE－xBC）＋（xCD－xAB）4T2，设角加速度为β，则β＝ΔωΔt＝ΔvrΔt＝ar，代入数据解得：β＝28.0rad/s2.【答案】(1)6.000(2)15.0(3)28.0创新点二测定动摩擦因数测定动摩擦因数实验一般结合在“研究匀变速直线运动”“验证牛顿运动定律”或“探究动能定理”等实验中考查．实验的原理是：利用打点计时器等器材测出物体做匀变速运动的加速度，再利用牛顿第二定律计算动摩擦因数，或者利用平衡条件、动能定理或能量守恒定律等计算动摩擦因数．实验方法创新思维实验原理将研究运动物体转化为研究静止物体利用F弹＝Ff＝μFN求μ让物块先做加速运动，当重物掉到地面上之后物块做匀减速直线运动减速运动中，利用逐差法求加速度，利用F＝μmg＝ma进一步求μ将动摩擦因数的测量转化为斜面倾角的测量，测出斜面长L，斜面顶点距地面高度h，则sinθ＝hL，cosθ＝L2－h2L利用a＝gsinθ－μgcosθ求μ(a通过逐差法求解)将动摩擦因数的测量转化为加速度的测量利用vB2－vA2＝2as和动力学知识得到μ＝mg－（m＋M）aMg将动摩擦因数转化为速度测量，并营造多过程切入水平滑动情景A→B过程中，机械能守恒；C→D过程中，物块Q做平抛运动；B→C过程中，对物块Q只有摩擦力做功，利用Wf＝EkC－EkB，进一步求μ【例1】(2019年武汉模拟)某同学用如图甲所示的实验装置测量木块与木板之间的动摩擦因数μ.将木块从倾角为θ的木板上由静止释放，与位移传感器连接的计算机描绘出了木块相对传感器的位置随时间变化的规律，如图乙中的曲线②所示．图中木块的位置从x1到x2、从x2到x3的运动时间均为T.图2—3—3(1)根据图乙可得，木块经过位置x2时的速度v2＝________，木块运动的加速度a＝________．(2)现测得T＝0.1s，x1＝4cm，x2＝9cm，x3＝16cm，θ＝37°，可求得木块与木板之间的动摩擦因数μ＝________(sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，重力加速度g取10m/s2，结果保留一位有效数字)．(3)若只增大木板的倾角，则木块相对传感器的位置随时间变化的规律可能是图乙中的曲线________．(选填图线序号①、②或③)【解析】(1)由题意可知，木块沿木板向下做匀加速直线运动，由于从x1到x2、从x2到x3的运动时间均为T，x2为从x1到x3运动的中间时刻，所以v2＝x3－x12T，由匀变速直线运动的规律可知，(x3－x2)－(x2－x1)＝aT2，解得a＝x3－2x2＋x1T2.(2)将数据代入a＝x3－2x2＋x1T2，解得a＝2m/s2由牛顿第二定律可知，a＝gsin37°－μgcos37°，解得μ＝0.5.(3)由牛顿第二定律可知，a＝gsinθ－μgcosθ，当θ增大时，加速度增大，由公式x＝12at2可知，曲线①正确．【答案】(1)x3－x12Tx3－2x2＋x1T2(2)0.5(3)①【例2】(2018年高考·课标全国卷Ⅱ)某同学用如图(a)所示的装置测量木块与木板之间的动摩擦因数．跨过光滑定滑轮的细线两端分别与木块和弹簧秤相连，滑轮和木块间的细线保持水平，在木块上方放置砝码．缓慢向左拉动水平放置的木板，当木块和砝码相对桌面静止且木板仍在继续滑动时，弹簧秤的示数即为木块受到的滑动摩擦力的大小．某次实验所得数据在下表中给出，其中f4的值可从图(b)中弹簧秤的示数读出．图2—3—4砝码的质量m/kg0.050.100.150.200.25滑动摩擦力f/N2.152.362.55f42.93回答下列问题：(1)f4＝________N；(2)在图(c)的坐标纸上补齐未画出的数据点并绘出f－m图线；(3)f与m、木块质量M、木板与木块之间的动摩擦因数μ及重力加速度大小g之间的关系式为f＝____________，f－m图线(直线)的斜率的表达式为k＝________；(4)取g＝9.80m/s2，由绘出的f－m图线求得μ＝________.(保留两位有效数字)【解析】(1)由题图(b)可读出弹簧秤的示数f4＝2.75N.(2)f－m图线如图2—3—5所示．图2—3—5(3)摩擦力表达式f＝μ(M＋m)g，其斜率k＝μg.(4)图线的斜率k＝ΔfΔm＝2.93－2.150.25－0.05N/kg＝3.9N/kg则μ＝kg＝3.9N/kg9.80N/kg≈0.40.【答案】(1)2.75(2)见解析图(3)μ(M＋m)gμg(4)0.40创新点三教材隐性实验的变相考查所谓教材隐性实验是指这些实验素材来自课本中的内容，如物理学史、思想方法、物理实验(做一做)、科技成果等，近几年，由这些内容改编的实验题逐渐进入命题者的视野．究其原因，如果仍然围绕着常考实验进行命题很难再考出新意．为避免押题，命题人将视野聚焦在这些常被师生忽视的隐性地带．这一新的命题趋势在备考中应引起格外重视．因此，我们在高考复习备考的最后阶段，重温课本、回归教材、读图思考、把握原理，让课本插图成为原型启发，显得越来越重要，下面列举几个教材中较为经典的插图(含电磁学).教材插图蕴含原理伽利略研究自由落体运动规律时设计了斜面实验，斜面起到了“冲淡”重力的作用，便于利用滴水计时记录铜球运动的时间．他通过斜面实验进行合理外推，得出自由落体是一种匀变速直线运动的结论伽利略创造性地把实验、假设和逻辑推理相结合的科学方法，有力地促进了人类科学认识的发展．此实验可以得到的最直接的结论：如果斜面光滑，小球由静止滚下后将沿另一斜面上升到与O点等高的位置将一单摆向左拉至水平标志线上，从静止释放，当摆球运动到最低点时，摆线碰到障碍物，摆球继续向右摆动．且能摆到右侧标志线等高处，这个实验说明了动能和势能可以相互转化，转化过程中机械能守恒；摆球经过最低点时，线速度不变，半径减小，摆线张力变大研究影响平行板电容器的电容与哪些因素有关，实验条件是平行板电容器带电荷量Q不变；静电计指针张角θ随电容器两板间电势差U的增大而增大，反之亦然；反推实验现象关于θ的变化，可通过结论C＝εrS4πkd与C＝QU进行分析密立根通过油滴实验准确地测定了电子的电荷量．若平行板电容器两板间电压为U，板的间距为d，质量为m的带电油滴在两板间静止时有mg＝qUd，则可求出油滴电荷量；减小极板间电压，油滴将向下加速运动；将下极板向下缓慢移动一小段距离，油滴将向下加速运动法拉第发明的圆盘发电机是人类历史上第一台发电机，它是利用电磁感应的原理制成的，是一台直流发电机．铜盘可看成由很多金属辐条组成．当铜盘匀速旋转时，辐条切割磁感线，产生大小与方向均不变的感应电动势，电路中形成恒定电流【例1】(2018年高考·课标全国卷Ⅲ)甲、乙两同学通过下面的实验测量人的反应时间．实验步骤如下：(1)甲用两个手指轻轻捏住量程为L的木尺上端，让木尺自然下垂．乙把手放在尺子的下端(位置恰好处于L刻度处，但未碰到尺子)，准备用手指夹住下落的尺子．(2)甲在不通知乙的情况下，突然松手，尺子下落；乙看到尺子下落后快速用手指夹住尺子．若夹住尺子的位置刻度为L1，重力加速度大小为g，则乙的反应时间为________(用L、L1和g表示)．(3)已知当地的重力加速度大小为g＝9.80m/s2，L＝30.0cm，L1＝10.4cm.乙的反应时间为________s．(结果保留2位有效数字)(4)写出一条能提高测量结果准确程度的建议：____________________________.【解析】(2)根据自由落体运动的规律，得L－L1＝12gt2，解得t＝2（L－L1）g.(3)将g＝9.80m/s2，L＝30.0cm＝0.300m，L1＝10.4cm＝0.104m，代入t＝2（L－L1）g，解得t＝0.20s.(4)建议：多次测量取平均值；初始时乙的手指尽可能接近尺子．【答案】(2)2（L－L1）g(3)0.20(4)多次测量取平均值；初始时乙的手指尽可能接近尺子【例2】某物理小组的同学设计了一个粗测玩具小车通过凹形桥最低点时的