创新04 实验方案改进-【实验攻略】备战2024年高考物理实验创新

创新04 实验方案改进 为了达到实验目的，根据不同的实验器材，可以设计不同的实验方案。如电池电动势和内阻的测量，教材中利用电流表、电压表、滑动变阻器等测量电源的电动势和内阻，电路图如图3.1或如图3.2所示，利用滑动变阻器改变电路中的电流和电压，通过电压表测量电源的路端电压，利用电流表测量电路中的电流，测量多组U、I，作出U-I图象，根据U=E-Ir，可知，该图线的斜率的绝对值为电源的内阻，该图线的纵截距表示电源的电动势。 再如验证机械能守恒定律。教材中提供物体做自由落体运动及沿光滑斜面下滑这两种方案。 研究自由下落物体的机械能的实验装置如图3.3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Δh，这样就能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用“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”从纸带测出，从而得到它在各点的动能。比较重物在某两点间动能的变化与重力势能的变化，就能验证机械能是否守恒。 研究沿斜面下滑物体的机械能实验装置如图3.4.实验操作时，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·浙江·统考高考真题）在“测量干电池的电动势和内阻”实验中   （1）部分连线如图1所示，导线a端应连接到 （选填“A”、“B”、“C”或“D”）接线柱上。正确连接后，某次测量中电压表指针位置如图2所示，其示数为 V。 （2）测得的7组数据已标在如图3所示坐标系上，用作图法求干电池的电动势 V和内阻 Ω。（计算结果均保留两位小数） 例2.（2024·广西贵港·统考模拟预测）为了验证机械能守恒定律，物理实验小组设计利用自由落体运动验证机械能守恒定律，打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落。 （1）本实验中，不同学生在实验操作过程中出现如图所示的四种情况，其中操作正确的是 。 （2）实验中，按照正确的操作得到如图所示的一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的点、、，测得它们到起始点（纸带上第一个点）的距离分别为、、。已知当地重力加速度为，打点计时器打点的周期为。设重物的质量为，从打点到打点的过程中，重物的重力势能减少量 ，动能变化量 。    （3）重力势能变化量绝对值小于动能变化量，可能的原因是 。 A．纸带受到阻力较大        B．先接通电源后释放纸带 C．先释放纸带后接通电源    D．阻力与重力之比很小 （4）实验小组改进了实验方案，如图甲所示，他们利用光电门和数字传感设备组成集成框架，框架水平部分安装了电磁铁，将小铁球吸住。断电后，小铁球立即静止释放，小铁球经过光电门时，与光电门连接的数字计时器读出小球通过的时间，并算出此时小球的速度，多次改变光电门的位置，得到多组、的数据，做出的图像如图乙所示。已知重力加速度为，若小球的直径为d，小球通过光电门的速度与时间的关系为 ；若图乙中直线的斜率 ，则可验证小铁球在下落过程中机械能守恒。    为了达到用一个实验目的，可以采取不同的实验方案。比如为了测量电源的电动势与内阻，除了使用滑动变阻器、电流表、电压表以外，还可以使用电压表和电阻箱（电路图如3.5）、电流表和电阻箱（电路图如图3.6）、或者其他实验方案来测量电源的电动势和内阻。 再如验证机械能守恒定律，可以利用光电门研究做圆周运动的物体的机械能（某种实验装置如3.7）也可以利用传感器研究两个物体组成的系统在运动过程中的机械能（某种实验装置如3.8）. 例3.利用如图(a)所示电路，可以测量电源的电动势和内阻，所用的实验器材有： 待测电源，电阻箱R(最大阻值999.9 Ω)，电阻R0(阻值为3.0 Ω)，电阻R1(阻值为3.0 Ω)，电流表(量程为200 mA，内阻为RA＝6.0 Ω)，开关S. 实验步骤如下： ①将电阻箱阻值调到最大，闭合开关S； ②多次调节电阻箱，记下电流表的示数I和电阻箱相应的阻值R； ③以为纵坐标，R为横坐标，作－R图线(用直线拟合)； ④求出直线的斜率k和在纵轴上的截距b. 回答下列问题： (1)分别用E和r表示电源的电动势和内阻，则与R的关系式为________________． (2)实验得到的部分数据如下表所示，其中电阻R＝3.0 Ω时，电流表的示数如图(b)所示，读出数据，完成下表．答：①________，②________. R/Ω