2019高考物理核心素养微提升（优课件+精讲义+提升练）：专题7 实验创新与设计 (共2份打包)

实验创新与设计 授课提示：对应学生用书第81页 [专题概述] 一、力学创新实验 1．力学创新实验的几个特点 (1)实验器材的等效与替换，主要有3个方面的创新： ①用电子秤或已知质量的钩码替代弹簧测力计； ②气垫导轨替代长木板； ③用光电门、闪光照相机替代打点计时器． (2)实验结论的拓展与延伸：主要通过一些实验装置得出物体的加速度，再利用牛顿第二定律求出物体所受阻力或小车与木板间的动摩擦因数． (3)情境的设计与创新：近几年在试题情境的设计上进行了较多的创新，不过考查的实验原理和实验处理方法仍然不变，因此只要把最根本的方法从新情境中分离出来，找出与常规实验相同之处就可以． 2．创新实验题的解法 (1)以基本的力学模型为载体，依托运动学规律和力学定律设计实验； (2)将实验的基本方法——控制变量法，处理数据的基本方法——图象法、逐差法，融入实验的综合分析之中； (3)根据题目情境，提取相应的力学模型，明确实验的理论依据和实验目的，设计实验方案； (4)进行实验，记录数据，应用原理公式或图象法处理实验数据，结合物体实际受力情况和理论受力情况对结果进行误差分析． 　某同学用如图甲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．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． (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，示数如图乙所示，其读数为______ cm.某次测量中，计时器的示数为0.010 0 s，则钢球的速度为v＝________ m/s. (3)下表为该同学的实验结果： ΔEp(×10－2J) 4.892 9.786 14.69 19.59 29.38 ΔEk(×10－2J) 5.04 10.1 15.1 20.0 29.8 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． [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1.50 cm，钢球的速度v＝＝ m/s＝1.50 m/s. (3)由动能定理可知，mgh－Wf＝ΔEk，即ΔEp－Wf＝ΔEk，ΔEp>ΔEk，所以空气阻力会造成ΔEp>ΔEk，但表中为ΔEk>ΔEp，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． [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. [点评]　本题的创新点有两处：(1)原理创新：利用小球摆动代替落体法．(2)实验器材创新：以光电门测速度代替利用纸带计算速度． [应用提升练] 1．某课外活动小组通过如图甲所示的实验装置测量动摩擦因数．将一木板用垫块垫高形成斜面，在木板底端B处固定一个光电门以测量滑块通过该处时的速度，实验时滑块由距地面h高的A处静止释放，测出滑块滑到B点的速度v.改变垫块的数量，从而改变木板的倾斜程度，但始终保持释放点A到B点的水平距离(即B、C间的距离)L＝0.8 m不变．重复实验，最后作出如图乙所示的h ­v2图象． (1)木板倾斜程度更大时，为了保证L不变，滑块下滑到底端B点的位移将________(选填“变大”“变小”或“不变”)； (2)滑块与木板间的动摩擦因数μ＝________； (3)若所用木板更粗糙些，重复上述实验步骤，得到的图象的斜率将______________(选填“变大”“变小”或“不变”)． 解析：(1)根据几何关系得出滑块下滑到底端B点的位移x＝，木板倾斜程度更大时，为了保证L＝0.8 m不变，滑块下滑到底端B点的位移将变大． (2)根据h ­v2图象得v＝0时h＝0.2 m，即此时滑块处于平衡状态，根据牛顿第二定律得 μ