创新03 实验器材的改进-【实验攻略】备战2024年高考物理实验创新

创新03 实验器材的改进 根据实验目的，结合实验原理，测量相应的物理量，可以使用不同的实验器材，如力的测量可以弹簧秤也可以利用力的传感器，再如速度的测量可以利用打点计时器与纸带，也可以利用光电门和挡光片与光电计时器等等。由于实验器材的改进，测量物理量的方法不断创新，相应的数据处理方法也不断改进。 如：验证机械能守恒定律： 1. 实验装置如图所示，利用打点计时器记录重物自由下落的运动过程。 物体的质量可以用天平测出；纸带上某两点的距离等于物体下落的高度差。进而得到物体下落过程中重力势能的变化；物体的瞬时速度可以从纸带上测出，其根据是“物体某段时间中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度”，进而得到物体在各点的动能；比较重物在某两点间动能的变化与重力势能的变化，验证机械能是否守恒。 2. 实验装置如图所示，利用气垫导轨和数字计时器记录物体沿光滑斜面下滑的运动过程。 把气垫导轨调成倾斜状态，滑块沿倾斜的气垫导轨下滑时，重力势能减小，动能增大。测量滑块和遮光条的质量，用光电门测量滑块的瞬时速度。测量滑块下降的高度Δh和初、末速度v1、v2就可以验证机械能是否守恒。 例1. （2023·福建莆田期中试卷）在“验证机械能守恒定律”的实验中： （1）某同学选用电磁打点计时器，则应按________（选填“甲”“乙”或“丙”）图中的方法连接电源。 （2）释放纸带前，正确的操作方式是________。 A．B． C．D． （3）本实验中，下列说法正确的是________。 A．可选用木质重物作为研究对象 B．重物的质量可以不测 C．安装打点计时器时，应使两个限位孔处于同一整直线上 D．可以根据v=gt来计算重物在t时刻的瞬时速度 （4）该同学在实验中打出的一条纸带，根据纸带算出打下各点时重物的速度v，量出各点到O点的距离s，那么以v2为纵坐标、以s为横坐标画出的图像应是一条直线且斜率等于________则可以说明重物下落过程的机械能守恒。（当地的重力加速度为g，本小题用题中所给的物理量表示） 例2.（2023·天津·统考高考真题）利用气垫导轨和光电门验证机械能守恒的实验 实验装置如图，已经测得：    a．遮光片长度d b．释放滑块时滑快上遮光片小车到光电门长度l c．钩码质量m1，滑块与遮光片质量m2 接通气源，释放钩码。则 （1）已知滑块上遮光片通过光电门时间Δt，滑块通过光电门时的速度为 ； （2）在滑块从释放到滑块上遮光片经过光电门这一过程中，系统重力势能减少量为 ，动能增加量为 ； （3）改变l，做多组实验，做出如图以l为横坐标。以为纵坐标的图像，若机械能守恒成立，则图像斜率为 。    力学实验中，力的测量可以使用力传感器，速度、加速度的测量也可能直接使用相应的传感器。为了减小平衡摩擦力的步骤，使用气垫导轨代替长木板；电学实验中，有时候会将电表换为传感器，如电流传感器等，或者通过电表的改装，将电流计改装为电流表、电压表，以实现电流、电压的测量。 1.（安徽江南十校24届期中考试）某实验小组用下图甲所示装置验证机械能守恒定律。图甲中一细绳跨过悬挂的轻质定滑轮，两端系有质量分别为m1、m2的小球A和B（m1>m2），令两小球静止，细绳拉紧，将米尺靠近小球A竖直放置并固定，初始时小球A与零刻度线齐平，记为O点。由静止释放小球，用数码相机拍摄记录小球运动过程的视频，然后解析视频记录的图像，得到了小球A每隔ΔT时间的位置分帧照片，通过米尺得到其具体刻度值。 某次实验中该小组获得了如图乙的局部分帧照片，小球像的位置依次标为M、N、P、Q，各位置距离小球A初始位置O点的间距依次记为S1、S2、S3和S4，当地重力加速度大小为g，那么小球A从O点运动至P点过程中，系统动能的增加量ΔEk=________，系统重力势能的减少量ΔEp=________（均用题中涉及的物理量符号表示）。实验中发现，ΔEk略小于ΔEp，除实验中的偶然误差外，写出一条可能产生这一结果的原因：________。 2. （2024·广东佛山·统考一模）某研究性学习小组利用光电门传感器、天平、刻度尺研究单摆的周期与摆球质量、摆长之间的关系。实验装置如图甲所示，实验时，将小球拉起一定角度后释放（小于5°），利用光电门测出小球摆动的周期。 （1）该实验采用的实验方法为 （选填“控制变量法”或“理想实验法”）； （2）如果实验组用该装置分别在北京和顺德两地进行探究“单摆的周期T与摆长L的关系”的实验，然后将实验数据绘制成图像，如图乙所示，则在顺德测得的实验结果对应的图线是 （选填“A”或“B”）； （3）某次实验中，小组成员小明想用该装置测当地重力加速度，已知绳长为L，小球直径为d，摆