（山东专用）2020届高考物理一轮复习 专题十四 实验与探究教师用书（PDF，含解析）

专题十四实验与探究真题多维细目表真题涉分考点力学实验电学实验题型难度设题情境思想方法试题结构素养要素２０１９课标Ⅰ，２２５测加速度填空中物块运动逐差法３空递进问题、证据２０１９课标Ⅰ，２３１０电表改装填空难电表改装比较法４问递进证据、解释２０１９课标Ⅱ，２２５测动摩擦因数填空中物块运动逐差法２问递进问题、证据２０１９课标Ⅱ，２３１０研究二极管填空难电路图像探究法２问递进证据、解释２０１９课标Ⅲ，２２５测重力加速度填空中小球下落逐差法３问递进问题、证据２０１９课标Ⅲ，２３１０电表改装填空难欧姆表探究法３问递进问题、证据２０１８课标Ⅰ，２２５测弹簧劲度系数填空易弹簧伸长物理建模２空递进问题、证据２０１８课标Ⅰ，２３１０测热敏电阻的温度特性填空中热敏电阻、电路等效替代４问并列问题、证据２０１８课标Ⅱ，２２６电表的改装填空易组装电表等效替代２问递进问题、证据２０１８课标Ⅱ，２３９测动摩擦因数填空中木块与木板图像法４问递进问题、证据２０１８课标Ⅲ，２２６测反应时间填空中木尺下落平均值法３问递进问题、证据２０１８课标Ⅲ，２３９测量电阻电路填空中某待测电阻平均值法３问递进证据、解释２０１７课标Ⅰ，２２５测速度、加速度填空中小车运动逐差法２问递进问题、证据２０１７课标Ⅰ，２３１０研究小灯泡的伏安特性填空中伏安特性曲线、电路图像法３问递进证据、解释２０１７课标Ⅱ，２２６斜面物体运动分析填空易斜面与滑块图像法２问递进问题、证据２０１７课标Ⅱ，２３９测电表内阻填空中微安表、电路比值法３问并列证据、解释２０１７课标Ⅲ，２２６验证力的平行四边形定则填空易橡皮筋与测力计等效替代２问并列问题、证据２０１７课标Ⅲ，２３９多用电表原理填空选择中简易多用电表估读法４问并列问题、证据２０１６课标Ⅰ，２２／２３５／１０测速度、加速度设计报警系统电路重物下落／报警器热敏电阻逐差法／等效替代２问递进／３问递进问题、证据２０１６课标Ⅱ，２２／２３６／９探究弹性势能测量电表内阻填空／选择中弹簧、物块／电压表、电路比较法／比例法２问并列／４问递进问题、证据２０１６课标Ⅲ，２２／２３５／１０探究加速度与力的关系设计电路实验填空选择易／难两根金属导轨、电路／滑块运动运动建模／图像法２问递进／４问并列问题、证据２０１５山东理综，２２８研究滑动变阻器消耗功率填空中恒流源、电路图像法３问并列证据、解释２０１４山东理综，２１８测动摩擦因数和最大速度填空中滑块、木板作图法３问递进问题、证据２０１４山东理综，２２１０测铜导线电阻填空中测定一捆铜导线长度伏安法４问递进问题、证据总计卷均分１４．７１１３题／１４卷１４题／１４卷填空中／难占比１３．３８％考频常见考法命题规律与趋势０１考查内容本专题以力学实验和电学实验分类进行考查。１．力学实验：①基本测量仪器的使用；②以纸带或光电门为主线的探究性实验。２．电学实验：①电表的改装和读数；②多用电表的原理和使用；③以伏安法为代表的电阻的几种测量方法；④以伏安法为代表的电源电动势和内阻的测量。０２命题趋势１．力学实验考查形式为多知识点覆盖和组合、定性分析和定量计算相结合，对探究能力有较高要求。２．电学实验以实验原理、电路设计、数据处理和误差分析等知识能力的考查为主。０３命题特点从近几年高考试题来看１．力学实验以纸带法求运动物体的速度和加速度为依据，可以确定牛顿第二定律、动能定理的探究和验证机械能守恒定律。２．电学实验以电表改装、电阻测量为主线，进行实验原理、电路设计、数据处理和误析分析的考查。３．数据处理中图像的思想方法尤为突出。０４难度及赋分１．力学实验难度适中，分值多为６分，有时为５分。２．电学实验难度偏难，分值多为９分，有时为１０分０５核心素养考查科学探究中的证据、解释、交流等要素，以及科学推理、科学态度等物理学科素养。１２２　　５年高考３年模拟Ｂ版（教师用书）对应学生用书起始页码Ｐ２１３考点一力学实验　　一、研究匀变速直线运动实验原理１．由纸带判断物体做匀变速直线运动的方法如图所示，０、１、２、…为时间间隔相等的各计数点，ｘ１、ｘ２、ｘ３、…为相邻两计数点间的距离，若Δｘ＝ｘ２－ｘ１＝ｘ３－ｘ２＝ｘ４－ｘ３＝Ｃ（常量），即若两连续相等的时间间隔内的位移之差为恒量，则与纸带相连的物体的运动为匀变速直线运动。２．由纸带求物体运动加速度的方法（１）用“逐差法”求加速度即根据ｘ４－ｘ１＝ｘ５－ｘ２＝ｘ６－ｘ３＝３ａＴ２（Ｔ为相邻两计数点间的时间间隔）求出ａ１＝ｘ４－ｘ１３Ｔ２、ａ２＝ｘ５－ｘ２３Ｔ２、ａ３＝ｘ６－ｘ３３Ｔ２，再算出平均值即ａ＝ｘ４＋ｘ５＋ｘ６－ｘ１－ｘ２－ｘ３９Ｔ２（２）用图像法求加速度即先根据ｖｎ＝ｘｎ＋ｘｎ＋１２Ｔ求出所选的各计数点对应的瞬时速度，后作出ｖ－ｔ图像，图线的斜率即物体运动的加速度。实验步骤１．按图把一端附有滑轮的长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，连接好电路。２．把细绳的一端固定在小车上，跨过滑轮后在另一端挂上适量的钩码，让纸带穿过打点计时器的限位孔后一端固定在小车上，用手拉住小车。３．先接通电源，后放开小车，让小车运动，这样打点计时器就在纸带上打下一系列点，取下纸带，更换新纸带，至少重复３次。４．选打点清晰的纸带进行研究，舍去开头比较密集的点，确定好计数始点，每隔４个计时点取一个计数点，使时间间隔为Ｔ＝０．１ｓ。５．用毫米刻度尺量出各计数点之间的距离ｘ１、ｘ２、ｘ３、…、ｘｎ。用逐差法计算加速度的值，最后求其平均值。（计算出各计数点对应的瞬时速度，作出ｖ－ｔ图像，求得直线的斜率即小车运动的加速度）注意事项１．细绳尽可能与木板平行，以确保细绳对小车的拉力不变；２．开始释放小车时，小车应尽量靠近打点计时器；３．小车的加速度应适当大一些，以能在纸带长约５０ｃｍ的范围内清楚地取７～８个计数点为宜；４．要防止钩码落地撞坏以及小车跟定滑轮相撞，应采取一些防范措施；５．要区别计时器打出的点与人为选取的计数点（一般把计时器打出的５个点作为１个计数点），选取的计数点不少于６个；６．不要分段测量各段位移，应尽可能地一次测量完毕（可先统一量出到计数起点０之间的距离）。读数时估读到毫米的下一位。二、探究弹力与弹簧伸长的关系实验原理弹簧受力会发生形变，形变的大小与受到的外力有关。沿着弹簧的方向拉弹簧，当形变稳定时，弹簧产生的弹力与使它发生形变的拉力在数值上是相等的。用悬挂法测量弹簧的弹力运用的正是弹簧的弹力与挂在弹簧下面的钩码的重力相等。弹簧的长度可以用刻度尺直接测出，伸长量可以由拉长后的长度减去弹簧原来的长度进行计算。数据可以由列表、图像两种办法进行处理。实验步骤１．把弹簧悬吊在铁架台上，让弹簧自然下垂，在弹簧不挂钩码时测量弹簧的原长Ｌ０。２．将已知质量的钩码挂在弹簧的下端，在平衡时测量弹簧的总长并计算钩码的重力，填写在记录表格里。然后改变所挂钩码的质量，重复前面的实验过程多次。１２３４５６７８Ｆ／ＮＬ／ｃｍΔｌ／ｃｍ　　３．根据所测数据，在已经准备好的坐标纸上描点。以力为纵坐标，以弹簧的长度为横坐标。４．按照图中各点的分布与走向，尝试作出一条平滑曲线（包括直线）。　　５．作图得到的是如图甲所示的图像。尽管是直线，但是图像为一次函数，但不够简洁，即不是刚好反映函数间的正比关系。处理的办法是将坐标轴平移，就可以得到一个从原点出发的函数图像（图乙）。这个平移的意义正是弹簧的长度之差，与所要考虑的伸长多少相关。平移后将横坐标由弹簧的长度改为弹簧的伸长量。６．以弹簧的伸长量为自变量，写出实验得到的曲线所代表的函数即弹力与弹簧伸长量的关系。７．当函数表达式中出现常数时，试解释这个常数的物理意义。８．运用表中的数据计算验证所得的函数关系。􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋专题十四　实验与探究１２３　　注意事项１．悬吊弹簧时要让它自然下垂，别忘了测量弹簧的原长Ｌ０。２．每改变一次拉力的大小就要做一次测量记录。为了探究弹力和弹簧伸长量的关系，要尽可能多测几组数据，以便在坐标纸上能描出更多的点。３．实验时拉力不要太大（即钩码不能过多），以免弹簧被过分拉伸，超出它的弹性限度。要注意观察，适可而止。４．在坐标纸上尝试描画一条平滑曲线（包括直线）时，要顺着各点的走向来描，描出的点不一定正好在曲线上，但要注意使曲线两侧的点数大致相同。５．写出曲线所代表的函数时，建议首先尝试用一次函数，如果不行再考虑其他函数。三、验证力的平行四边形定则实验原理结点受三个共点力作用处于平衡状态，则Ｆ１、Ｆ２的合力必与Ｆ３平衡，改用一个拉力Ｆ′使结点仍到Ｏ，则Ｆ′必与Ｆ１、Ｆ２的合力等效，与Ｆ３平衡，以Ｆ１、Ｆ２为邻边作平行四边形求出合力Ｆ，比较Ｆ′与Ｆ的大小和方向，以验证力合成时的平行四边形定则。实验步骤１．用图钉把白纸钉在放于水平桌面的方木板上。２．用图钉把橡皮条的一端固定在Ａ点，橡皮条的另一端拴上两个细绳套。３．用两只弹簧测力计分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条，将结点拉到某一位置，如图，记录两弹簧测力计的读数，用铅笔描下Ｏ点的位置及此时两条细绳套的方向（通过在两细绳正下方点两点来标记方向）。４．用铅笔和刻度尺从结点Ｏ沿两条细绳套方向画直线，按选定的标度作出这两只弹簧测力计的读数Ｆ１、Ｆ２的图示，并以Ｆ１和Ｆ２为邻边用刻度尺和三角板作平行四边形，过Ｏ点画出平行四边形的对角线，即合力Ｆ的图示。５．只用一只弹簧测力计钩住细绳套，把橡皮条的结点拉到同样的位置Ｏ，记下弹簧测力计的读数Ｆ′和细绳套的方向，用刻度尺从Ｏ点按选定的标度沿记录的方向作出这只弹簧测力计的拉力Ｆ′的图示。６．比较力Ｆ′与用平行四边形定则求出的合力Ｆ的大小和方向，得出结论。７．改变两个力的大小和夹角，重复实验两次。注意事项１．同一实验中的两只弹簧测力计的选取方法是：将两只弹簧测力计钩好后对拉，若两只弹簧测力计在对拉的过程中，读数相同，则可选，若不同，应另换，直至相同为止，使用时弹簧测力计与板面平行；２．在满足合力不超过弹簧测力计量程及橡皮条形变不超过弹性限度的条件下，应使拉力尽量大一些，以减小误差；３．画力的图示时，应该选定恰当的标度，尽量使图画得大一些，但也不要太大而画出纸外，要严格按力的图示要求和几何作图法作出合力；４．在同一次实验中，拉长的橡皮条的结点Ｏ位置一定要相同；５．由作图法得到的Ｆ与实际测量得到的Ｆ′不可能完全符合，但在误差允许范围内可认为Ｆ和Ｆ′符合。误差分析本实验误差的主要来源除弹簧测力计本身的误差外，还出现读数误差、作图误差，因此读数时眼睛一定要正视，要按有效数字正确读数和记录，两力的对边一定要平行。两个分力Ｆ１、Ｆ２间夹角θ越大，用平行四边形作图得出的合力Ｆ的误差ΔＦ也越大，所以实验中不要把θ取得太大。虽然如此，实验必有误差，我们要尽量规范操作减小误差，千万不要硬凑数据而使实验十全十美毫无误差，本实验允许的误差范围是：ΔＦ≤５％Ｆ，Ｆ′与Ｆ的夹角θ′≤７°，对于ΔＦ＝０，θ′＝０和ΔＦ＞５％Ｆ，θ′＞７°的情况都要分析原因。四、验证牛顿运动定律实验原理采用控制变量法。本实验中，研究的参量有Ｆ、ｍ、ａ，要探究它们的关系，可以控制参量ｍ一定，研究ａ与Ｆ的关系；控制参量Ｆ一定，研究ａ与ｍ的关系。实验步骤１．将一端附有滑轮的长木板放在水平桌面上，取两个质量相等的小车，放在光滑的水平长木板上，如图所示。２．在小车的前端各系上细绳，绳的另一端跨过定滑轮各挂一个砝码盘，在盘内分别放数目不等的砝码，而在两小车上放质量相等的砝码，使砝码盘和盘内砝码的总质量远小于小车和车上砝码的总质量，分别用天平测出两个砝码盘和盘内砝码的总质量Ｍ１和Ｍ２，把数值记录下来。此时，小车所受的水平拉力的大小Ｆ１和Ｆ２可以认为等于砝码盘和盘内砝码所受重力的大小。３．在小车的后端也分别系上细绳，用一个夹子夹住这两根细绳，以控制两辆小车，使它们同时开始运动和同时停止运动。４．打开夹子，让两辆小车同时从静止开始运动。小车走过