2012年高考三轮总复习专题课件：专题13　力学实验（浙江专用）

(共88张PPT)
第六单元　物理实验
知识网络构建
第六单元 │ 知识网络构建
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考情分析预测
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高考物理试题中，实验是必考内容，且近年来越来越受到重视．高考实验题除了对教材原有学生实验进行考查外，还把考查内容延伸到演示实验中，甚至拓展到迁移类实验、应用性实验、设计性实验以及“研究性学习”类实验．要求学生利用所学知识，对实验仪器或实验方法重组，将教材中的学生实验和演示实验的实验原理、实验方法迁移到情景新颖的实验中去．高考物理实验题具有以下几个特点：
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1．重视对实验操作能力的考查．如实验步骤的排序、纠错；实验器材的选择，包括滑动变阻器、电阻箱、电表量程的选择；实物连线和运用图象与表格分析处理实验数据；实验结论的总结及误差分析；实验方案的改进创新等．
2．重视对基本仪器的读数、构造原理、重要实验方法及电学实验中的故障分析的考查，如游标卡尺、螺旋测微器、多用电表等的读数．
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3. 设计性实验是考查的热点．在近几年的各地高考中设计性的实验题比较多，此类实验能够综合考查考生创造性地应用已学知识、方法、原理，灵活处理陌生实验问题的能力，要求学生有较高的知识迁移能力、实验设计能力．
4．电学实验在高中阶段所占比例较大，是实验考查的重点，各地高考实验题中必有电学实验题．
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对物理实验的考查通常是以独立题型出现，在高考中实验试题的命题一般是一个力学实验和一个电学实验．一个以考查演示实验或基本实验的基础实验知识、基本实验技能为主；另一个一般以考纲要求的基本实验为载体进行必要的改进和创新，考查考生对基本实验的理解能力、迁移能力和创新能力．
预测2012年高考实验考题主要表现为以下几种形式：
1．一个力学实验题：以打点计时器为主要实验仪器，涉及位移、速度测量的基本力学实验，分值较少，难点不大，命题形式为填空题(或选择性填空)．
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2．一个电学实验题：以电流、电压的测量为基本测量的设计性电学实验，涉及实验电路和方法的设计、实验原理的迁移、实验器材的选择、电路实物连线及图象法处理实验数据等，分值较多，能力要求较高，命题形式可能为填空、选择性填空、电路图或实物连线、图象图表分析等．
近年高考纵览
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2011年 2010年 2009年
测量型力学实验 广东卷34 (1)，天津卷9 重庆卷22，上海卷27，广东卷34，安徽卷21.Ⅰ 天津卷9
验证型力学实验 江苏卷10，重庆卷22，浙江卷21，海南卷14 四川卷 22，安徽卷21(Ⅲ) 山东卷23(1)
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2011年 2010年 2009年
探究型力学实验 安徽卷21(1) (江苏卷.11)，福建卷.19，山东卷.23，浙江卷21.Ⅰ 广东卷15，江苏卷11，安徽卷21.Ⅲ
力学实验的创新与设计 全国课标卷23，山东卷23(1) 全国Ⅰ卷22，全国Ⅱ卷22
测量性电学实验 安徽卷21(2)，全国课标卷22，浙江卷22，北京卷21，江苏卷10 上海卷29，天津卷9，江苏卷10，福建卷19，广东卷34(2)，山东卷23(2)，全国卷Ⅰ23，全国卷Ⅱ23 海南卷14，江苏卷10，浙江卷22Ⅰ，安徽卷21Ⅱ
第六单元 │ 近年高考纵览
2011年 2010年 2009年
验证性电学实验 福建卷19(2) 全国新课标卷23 福建卷19(2)
探究性电学实验 广东卷34 (2), 重庆卷22 上海卷26，浙江卷21Ⅱ，安徽卷21Ⅱ等 广东卷16
电学实验的创新与设计 海南卷13，江苏卷6，东卷23(1) 四川卷22(1)，北京卷21 山东卷23(2)，宁夏卷23
专题十三 力学实验
专题十三　力学实验
主干知识整合
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一、力学实验备考要点
分类 名称 备考要点
测量性实验 研究匀变速直线运动 数据处理方法：(1)公式法：
　　　　Δx＝aT2
(2)图象法：v－t图象
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分类 名称 备考要点
验证性实验 验证机械能守恒定律 用自由落体运动进行实验，知道如何从纸带的数据中确定ΔEp和ΔEk
验证力的平行四边形定则 弹簧秤的使用注意事项及读数、力的图示、根据平行四边形定则求出合力
验证牛顿运动定律 注意控制变量法的应用、图象的处理以及实验的注意事项
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分类 名称 备考要点
研究性实验 探究弹力和弹簧伸长的关系 应在弹簧弹性限度内增加钩码个数；记录弹簧伸长以及所受拉力的数据，在坐标纸上描点，作出拟合曲线；写出与曲线对应的函数，解释函数中各量的物理意义
探究动能定理 注意平衡摩擦力，功的大小的确定以及物体速度的求解
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二、力学实验中的测量方法
待测量 测量方法 说明
长度 利用刻度尺 毫米刻度尺精度为1 mm，读数时应估读到0.1 mm
利用游标卡尺 ①读数方法：测量值＝主尺上指示的毫米数＋精度×游标尺对齐的格数
②精度：10分度的游标卡尺精度为0.1 mm,20分度的游标卡尺精度为0.05 mm,50分度游标卡尺精度为0.02 mm.游标卡尺不估读
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待测量 测量方法 说明
长度 利用螺旋测微器 ①读数方法：测量值＝固定刻度上指示的毫米数(注意半毫米刻线是否露出)＋精度×转动圆筒上与固定刻度中心刻线所对刻度值(注意刻度值要估读)
②精度：螺旋测微器精度为0.01 mm
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待测量 测量方法 说明
时间 利用秒表 ①秒表精度：秒表精度通常为0.1 s，秒表不估读
②秒表读数：内盘读数(注意是否超过半分钟)＋外盘读数
利用打点计时器 ①t＝nT(n表示打点的时间间隔的个数，T表示打点周期)
②打点周期与所接交流电周期相同
利用光电计时器 光电计时器能自动记录挡光时间，显示在读数窗口
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待测量 测量方法 说明
质量 利用天平 物体质量＝砝码总质量＋游码示数×游码最小分度
力 弹簧测力计 力的大小＝精度×指针指示的格数(注意估读)
速度 利用打点纸带 若纸带做匀变速直线运动，则打某点时的瞬时速度等于对应的平均速度
利用频闪照相 (利用等时间间隔照片信息记录物体在不同时刻的位置)同上
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三、实验数据的记录与处理
1. 系统误差和偶然误差
(1)系统误差的特点是测量值总是有规律地朝着某一方向偏离真实值(误差总是偏大或总是偏小)．系统误差的主要来源是仪器本身不够精确、实验原理与方法不够完善．
(2)偶然误差是由于偶然因素的影响，造成测量值无规则起伏，有时偏大、有时偏小．可用多次测量求平均值的方法减小偶然误差，平均值比某一次测得的数值更接近于真实值．
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2．有效数字：带有一位不准确数字的近似数字．
(1)凡是用测量仪器直接测量的结果，读数一般要求在读出仪器最小刻度所在位的数值(可靠数字)后，再向下估读一位(不可靠数字)，不受有效数字位数的限制；
(2)间接测量的有效数字运算不作要求，运算结果一般可用2～3位有效数字表示．
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3．仪器读数
(1)使用刻度尺、弹簧测力计、温度表、电流表、电压表等仪器时，凡是最小刻度是10分度的，要求读到最小刻度后再把最小刻度10等分估读一位(估读的这位是不可靠数字，却是有效数字的不可缺少的组成部分)．最小刻度是5(或2)分度的，则把最小刻度5(或2)等分估读一位．例如图6-13-1甲用毫米刻度尺测量物体长度为6.50 cm，图乙电压表用15 V量程时最小刻度为0.5 V，读作5.5 V＋0.2 V(5等分估度)＝5.7 V.
专题十三 │ 主干知识整合
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4．实验数据的处理
实验数据的处理方法有公式法、列表法、逐差法和图象法．测量性实验中用图象法处理数据可有效地减小实验误差，图象法比其他方法更适用于探究性实验，选取适当的自变量，通过画出图象可以找到或反映物理量之间的变化关系，且便于找出其中的规律，确定对应量的函数关系．画图象时应注意：(1)根据测量的要求选定坐标轴，一般以横轴为自变量，纵轴为因变量，坐标轴要标明所代表的物理量的名称及单位；(2)坐标轴标度的选择要合适，使测量数据能在坐标轴上得到准确的反映，在物理图象中，坐标原点可以是零也可以不是零．
要点热点探究
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　探究点一　测量性实验
测量性实验一般以某一原理或物理规律(公式)为依据，通过测量相关的物理量，从而实现测定某个(或某些)物理量或物理常数的实验目的．测量可分为直接测量和间接测量，高中物理实验涉及的测量性实验大多为间接测量实验，即通过直接测量和推导计算来间接得到待测量，联系直接测量量和待测量间的关系是该实验的实验原理．
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　　例1 [2011·课标全国卷] 利用图6-13-2所示的装置可测量滑块在斜面上运动的加速度．一斜面上安装有两个光电门，其中光电门乙固定在斜面上靠近底端处，光电门甲的位置可移动．当一带有遮光片的滑块自斜面上滑下时，与两个光电门都相连的计时器可以显示出遮光片从光电门甲至乙所用的时间t.改变光电门甲的位置进行多次测量，每次都使滑块从同一点由静止开始下滑，并用米尺测量甲、乙之间的距离x，记下相应的t值；所得数据如下表所示．
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专题十三 │ 要点热点探究
【解析】 (1)在匀变速直线运动中，中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度，故中间时刻瞬时速度为　　由v1＝　　＋　at，故　　　　　　　(或将加速度为a的匀加速运动看成反方向的加速度为－a的匀减速运动，则x＝　－at2＋v1t)
(2)由表中所给数据描点连线，注意描点时应使尽量多的点在直线上或分居在直线两侧，其图线如图所示．
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(3)由　　　　　　　　　　　图线的斜率k＝－　a，又图线过(0.20,1.81)、(0.80,1.20)两点，k＝　　　　　＝－1.0，故a＝2.0 m/s2.
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【点评】 本题是在教材学生实验研究匀变速直线运动的规律的基础上适度延伸和拓展命制的，属于间接测量性实验，考查考生对基本实验的理解和应用能力，属于最基本的实验能力要求，要求考生深刻理解基本实验原理，领悟其中渗透的实验思想、方法、理论，并能迁移应用．
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　　　　 [2011·安徽卷] 为了测量某一弹簧的劲度系数，将该弹簧竖直悬挂起来，在自由端挂上不同质量的砝码．实验测出了砝码质量m与弹簧长度l的相应数据，其对应点已在图6－13－4上标出．(g＝9.8 m/s2)
(1)作出m－l的关系图线；
(2)弹簧的劲度系数为________N/m.
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例1　变式题　(1)如图所示　(2)0.258
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　探究点二　验证性实验
验证性实验要求用实验的方法来验证科学家已归纳、总结和证明了的结论，通过实验过程的再现，加深对规律适用条件和结论的理解．解决验证性实验相关问题的关键是根据题目给定的实验条件、实验过程、实验情景领会命题意图，找出实验中应测定的物理量，明确在误差允许的范围内通过怎样的定量关系才能达到实验目的．
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例2 [2011·海南卷] 现要通过实验验证机械能守恒定律．实验装置如图6－13－5所示：水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨；导轨上A点处有一带长方形遮光片的滑块，其总质量为M，左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m的砝码相连；遮光片两条长边与导轨垂直；导轨上B点有一光电门，可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间t，用d表示A点到导轨底端C点的距离，h表示A与C的高度差，b表示遮光片的宽度，x表示A、B两点间的距离，将遮光片通过光电门的平均速度看作滑块通过B点时的瞬时速度．用g表示重力加速度．完成下列填空和作图：
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(2)多次改变光电门的位置，每次均令滑块自同一点(A点)下滑，测量相应的x与t值，结果如下表所示：
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【点评】 本题是验证机械能守恒定律实验的再设计，将传统实验方法中使用的打点计时器改为气垫导轨和光电计时装置，这需要学生从验证的机械能守恒定律出发，根据实验条件理解实验步骤，明确需要直接测量和间接计算哪些物理量，需要验证什么关系才能表示小车运动过程中的机械能守恒．
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　　　　 [2010·安徽卷] 利用如图6－13－7所示装置进行验证机械能守恒定律的实验时，需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度v0和下落高度h.某班同学利用实验得到的纸带，设计了以下四种测量方案．
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例2变式题　D　【解析】　选项A、B中用重力加速度g计算末速度，相当于已经承认该过程中机械能守恒，故选项A、B错误；高度h应该用刻度尺测出，故选项C错误、D正确．
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　探究点三　探究性实验
探究性实验旨在通过实验探索某种物理规律、研究某个物理问题．近年来探究性实验在高考实验中占的比例逐步增大，注重考查考生的科学探究能力和知识的形成过程．探究性实验要求学生将自己掌握的物理知识和实验技能创造性地应用到新的实验情境中，由题给条件自行选定实验原理，确定实验方案，选择合适的器材去研究物理现象，通过实验得到的数据信息分析各物理量中的内在联系，找出其中所包含的物理规律．
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例3　(1)将木板远离滑轮的一端适当垫高，平衡摩擦力
(2)C　选择最大速度，橡皮筋的弹性势能才完全释放，以保证拉力做功与橡皮筋的数目成正比
【解析】 (1) 本实验应满足橡皮筋对小车的拉力等于小车受到的合力，所以实验前应将木板远离滑轮的一端适当垫高，使小车在不受拉力时能沿木板匀速运动，以消除摩擦力对实验的影响．
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(2)本实验是探究橡皮筋拉力对小车做的功与小车速度变化的关系，应测量橡皮筋的拉力做功后橡皮筋的弹性势能完全释放完毕时小车的最大速度，选用小车匀速运动段(计数点间隔距离均匀的部分)计算小车经过C点时的速度，以保证拉力做功与橡皮筋的数目成正比．
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【点评】 “探究功与物体速度变化的关系”实验中，打点计时器打出的纸带应该先逐渐变疏后均匀不变，本实验给出的打点纸带有明显的误差，这是由于摩擦力没有被完全平衡造成的，解答时无需理会．
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　　　　某同学在竖直悬挂的弹簧下端加挂钩码，做实验研究弹力跟弹簧总长度的关系，下表是他的实验数据，实验时弹簧始终未超过弹性限度，弹簧的质量可以不计，取g＝10 m/s2.
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例3　变式题　(1)如图所示　(2)F＝30(L－0.06)N
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【解析】 (1)描点，作出F－L图象如图所示．
(2)根据图象计算斜率k＝30 N/m，得弹力F跟弹簧总长度L之间的关系为F＝30(L－0.06) N.
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　探究点四　实验创新与设计
创新和设计性实验要求学生运用学过的实验方法，自行设计一个新的实验方案．它要求学生自主设计实验原理，选择实验器材，安排实验步骤，设计实验数据处理的方法并分析实验误差．实验创新与设计主要考查学生是否理解实验原理，是否具有灵活运用实验知识的能力，是否具有在不同情况下迁移知识的能力，对能力的要求较高．
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1．设计性实验考查实验知识的综合应用，解决设计性实验问题的关键在于根据实验原理设计实验方案．实验原理是进行实验设计的根本依据和出发点，它决定实验过程的设置、应当测量哪些物理量、如何安排实验步骤等问题．
2．求解设计性实验的步骤
(1)从实验目的入手；
(2)根据问题的要求和条件，回顾课本实验原理，联想实验模型，适当迁移，确定实验原理和实验过程；
(3)根据实验器材和原理，设计具体的实验方案；
(4)设计实验记录表格，测量物理量，处理实验数据，进行误差分析．
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在保证正确性、安全性、准确性、可操作性的原则下，实验的设计一般依据以下步骤进行：
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例4　[2011·重庆卷] 某同学设计了如图6－13－11所示的装置，利用米尺、秒表、轻绳、轻滑轮、轨道、滑块、托盘和砝码等器材来测定滑块和轨道间的动摩擦因数μ.滑块和托盘上分别放有若干砝码，滑块质量为M，滑块上砝码总质量为m′，托盘和盘中砝码的总质量为m.实验中，滑块在水平轨道上从A到B做初速为零的匀加速直线运动，重力加速度g取10 m/s2.
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(1)为测量滑块的加速度a，须测出它在A、B间运动的________与________，计算a的运动学公式是________；
(2)根据牛顿运动定律得到a与m的关系为：
他想通过多次改变m，测出相应的a值，并利用上式来计算μ.若要求a是m的一次函数，必须使上式中的_______________保持不变，实验中应将从托盘中取出的砝码置于_______________；
(3)实验得到a与m的关系如图6－13－12所示，由此可知μ＝___________(取两位有效数字)．
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【点评】 实验创新的目的是使实验更具安全性、合理性、精确性．实验创新的途径主要表现在实验原理的创新、实验仪器的选用及其组装方式的创新等几个方面，本题的创新主要表现在实验原理上：为保证a是m的一次函数，只需要将托盘中的砝码取出置于滑块上即可，这样就避免了因多次称量质量引起的误差，同时也保证了实验数据处理时a－m图象是一条直线．
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例4变式题1　(1)不合适　应该绘制L－v2图象确定结论W∝v 2　(2)不会
【解析】 (1)用表格记录数据，简单、明确、合理．绘制的L－v图象是曲线，不能确认该图线为抛物线，因此不能得出结论W∝v 2.为了更直观地看出L和v2的变化关系，应该绘制L－v2图象．
(2)重力和摩擦力的总功也与距离成正比，因此不会影响探究的结果
专题十三 │ 要点热点探究
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(1)填入适当的公式或文字，完善以下实验步骤(不考虑摩擦力的影响)：
①让小车自斜面上方一固定点A1从静止开始下滑至斜面底端A2，记下所用的时间t；
②用米尺测出A1与A2之间的距离x，则小车的加速度a＝________；，
③用米尺测出A1相对于A2的高度h，设小车所受重力为mg，则小车所受合外力F＝________；
④改变________，重复上述测量；
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⑤以h为横坐标，　为纵坐标，根据实验数据作图．如能得到一条过原点的直线，则可以验证“当质量一定时，物体运动的加速度与它所受的合外力成正比”这一规律．
(2)在“验证牛顿运动定律”的实验中，实验装置如图6－13－15甲所示，有一位同学通过实验测量作出了图乙中的A图线．试分析：
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专题十三 │ 教师备用习题
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专题十三 │ 教师备用习题
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