2022新高考二轮复习 专题六 素养提升8 实验创新与设计 课件（53张）

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一、力学创新实验1．力学创新实验的三种类型(1)实验器材的等效与替换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)情境的设计与变换：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。
(1)用游标卡尺测量垫块厚度h，示数如图(b)所示，h＝________cm；(2)接通气泵，将滑块轻放在气垫导轨上，调节导轨至水平；(3)在右支点下放一垫块，改变气垫导轨的倾斜角度；(4)在气垫导轨合适位置释放滑块，记录垫块个数n和滑块对应的加速度a；[解析]　(1)垫块的厚度为h＝10 mm＋2×0.1 mm＝10.2 mm＝1.02 cm。[答案]　(1)1.02　
(5)在右支点下增加垫块个数(垫块完全相同)，重复步骤(4)，记录数据如下表：根据表中数据在图(c)上描点，绘制图线。如果表中缺少的第4组数据是正确的，其应该是________m/s2(保留三位有效数字)。
[答案]　 (5)图见解析　0.343
[创新点评]　本题的创新点在于实验情景及实验仪器的拓展延伸，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。体现了科学思维中模型建构、科学推理、科学探究等素养要素。
[应用提升练]1．实验小组用图甲所示的装置既可以探究加速度与合力的关系，又可以测量当地的重力加速度。装置中的物块下端连接纸带，沙桶中可放置沙子以便改变物块所受到力的大小，物块向上运动的加速度a可由打点计时器和纸带测出，现保持物块质量不变，逐渐增大沙桶和沙的总质量进行多次实验，得到多组a、F值(F为力传感器的示数，大小等于悬挂滑轮绳子的拉力)，不计滑轮的重力。
(1)某同学根据实验数据画出了a ­F关系图线如图乙所示，则由该图象可求得物块的质量m＝______ kg，当地重力加速度g＝________ m/s2。(结果均保留两位有效数字)
答案：(1)0.20　10　
(2)改变沙桶和沙的总质量M使物块获得不同大小的加速度a，则实验得到的加速度a的值可能是______(选填选项前的字母)。A．12.0 m/s2　　　　　　　B．10.0 m/s2C．6.5 m/s2 D．8.2 m/s2
2．甲、乙两个同学分别用两种方法验证力的平行四边形定则。(1)甲同学将木板固定在竖直墙上，木板上用图钉固定了白纸，在木板等高处钉两个钉子。把三根相同的橡皮筋的一端系在一起(结点O)，另一端分别系一个细绳套(绳套长度相同)，将任意两根橡皮筋上的绳套分别套在两钉子上，将重物挂在剩下的一个绳套上，如图(a)所示。若结点O上方的两根橡皮筋之间的夹角为74°，伸长量相同，都是Δx，则当结点O下方的橡皮筋伸长量为________时，即验证了力的平行四边形定则；若重物质量为m，则橡皮筋的劲度系数k＝________。(已知橡皮筋的伸长量与所受拉力成正比，cs 37°＝0.8)
(2)乙同学采用如图(b)所示的器材和方法可以验证力的平行四边形定则。在圆形桌子透明桌面上平铺一张白纸，在桌子边缘安装三个光滑的滑轮，其中，滑轮P1固定在桌子边，滑轮P2、P3可沿桌边移动。在三根轻绳下挂上一定数量的钩码，并使三根轻绳的结点O静止；在白纸上描下O点的位置和三根绳子的方向，以O点为起点，作出三个拉力的图示；OP1、OP2、OP3三根绳子的拉力分别用F1、F2、F3表示，以F2、F3两个力为邻边作平行四边形，作出以O点为起点的平行四边形的对
角线，量出对角线的长度。要验证力的平行四边形定则，则以下关于以F2、F3两个力为邻边作出的平行四边形夹在F2、F3两图示之间的对角线的长度L1和F1的图示的长度L2及它们的方向，说法可能正确的是________。A．L1一定等于L2，方向一定相同B．L1一定等于L2，方向一定相反C．L1稍小于L2，方向一定相同D．L1稍大于L2，方向几乎相反
解析：(2)由于实验操作存在误差，所以L1不一定等于L2，方向也不一定在一条直线上，选项D正确。答案： (2)D
3．某同学为研究橡皮筋伸长与所受拉力的关系，做了如下实验：
4．某同学设计了验证动量守恒定律的实验。所用器材：固定有光电门的长木板、数字计时器、一端带有遮光片的滑块A(总质量为M)、粘有橡皮泥的滑块B(总质量为m)等。将长木板水平放置，遮光片宽度为d(d很小)，重力加速度为g，用相应的已知物理量符号回答下列问题：
(1)如图(a)所示，使A具有某一初速度，记录下遮光片经过光电门的时间t和A停止滑动时遮光片与光电门的距离L，则A经过光电门时的速度可表示为v＝________，A与木板间的动摩擦因数μ＝________；
(2)如图(b)所示，仍使A具有某一初速度，并与静止在正前方的B发生碰撞(碰撞时间极短)，撞后粘在一起继续滑行。该同学记录了遮光片经过光电门的时间t0，A、B撞前B左端距光电门的距离s1以及A、B撞后它们一起滑行的距离s2。若A 、B材料相同，它们与木板间的动摩擦因数用字母μ表示，如需验证A、B系统碰撞时满足动量守恒定律，只需验证________________________成立即可。
二、电学创新实验1．实验创新的两种类型(1)基于教材中的电学实验，着重考查实验原理的改进、实验步骤及误差分析。(2)重视电学实验方法的迁移。问题的设置常结合科技、生产、生活的实际。
2．解决电学设计型实验常用的三种方法(1)转换法：将不易测量的物理量转换成可以(或易于)测量的物理量进行测量，然后再反求待测物理量的值，这种方法叫转换测量法(简称转换法)。如在测量金属丝电阻率的实验中，虽然无法直接测量电阻率，但可通过测量金属丝的长度和直径，并将金属丝接入电路测出其电阻，然后再计算出它的电阻率。
(2)替代法：用一个标准的已知量替代被测量，通过调整标准量，使整个测量系统恢复到替代前的状态，则被测量等于标准量。(3)控制变量法：研究一个物理量与其他几个物理量的关系时，要使其中的一个或几个物理量不变，分别研究这个物理量与其他各物理量的关系，然后再归纳总结，如探究电阻的决定因素实验。
[答案]　(1)5.00　变小　增大　B　
[答案]　(2)2.8
[创新点评]　本实验考查运用闭合电路欧姆定律计算电压，并且分析了硅二极管两端的电压与温度的关系，考查学生的实验能力，体现了科学探究核心素养，又体现了创新思维和创新意识的价值观念。
(1)按电路图连接好实验器材； (2)将滑动变阻器滑片P滑到a端，单刀双掷开关S掷于c端，调节滑片P使电流表满偏，并在以后的操作中保持滑片P位置不动，设此时电路总电阻为R，断开电路；(3)容器中倒入适量开水，观察标准温度计，每当标准温度计示数下降5 ℃，就将开关S置于d端，并记录此时的温度t和对应的电流表的示数I，然后断开开关，请根据温度表的设计原理和电路图，写出电流与温度的关系式I＝________(用题目中给定的符号表示)；
6．(2021·湖南卷)某实验小组需测定电池的电动势和内阻，器材有：一节待测电池、一个单刀双掷开关、一个定值电阻(阻值为R0)、一个电流表(内阻为RA)、一根均匀电阻丝(电阻丝总阻值大于R0，并配有可在电阻丝上移动的金属夹)、导线若干。由于缺少刻度尺，无法测量电阻丝长度，但发现桌上有一个圆形时钟表盘。某同学提出将电阻丝绕在该表盘上，利用圆心角来表示接入电路的电阻丝长度。主要实验步骤如下：
(1)将器材如图(a)连接；(2)开关闭合前，金属夹应夹在电阻丝的________端(选填“a”或“b”)；
(3)改变金属夹的位置，闭合开关，记录每次接入电路的电阻丝对应的圆心角θ和电流表示数I，得到多组数据；(4)整理数据并在坐标纸上描点绘图，所得图象如图(b)所示，图线斜率为k，与纵轴截距为d，设单位角度对应电阻丝的阻值为r0，该电池电动势和内阻可表示为E＝________，r＝________；(用R0、RA、k、d、r0表示)
(5)为进一步确定结果，还需要测量单位角度对应电阻丝的阻值r0。利用现有器材设计实验，在图(c)方框中画出实验电路图(电阻丝用滑动变阻器符号表示)；(6)利用测出的r0，可得该电池的电动势和内阻。
解析：(5)实验器材中有定值电阻R0和单刀双掷开关，考虑使用等效法测量电阻丝电阻，电路图如图所示。原理的简单说明：①将开关置于R0位置，读出电流表示数I0；②将开关置于电阻丝处，调节电阻丝的角度，直到电流表示数为I0，读出此时角度θ ；③此时θr0＝R0，即可求得r0的数值。
答案： (5)图见解析
7．某同学利用如图所示的电路可以测量多个物理量。实验室提供的器材有：两个相同的待测电源(内阻r≈1 Ω)，电阻箱R1(最大阻值为999.9 Ω)，电阻箱R2(最大阻值为999.9 Ω)，电压表V(内阻约为2 kΩ)，电流表A(内阻约为2 Ω)，灵敏电流计G，两个开关S1、S2。主要实验步骤如下：
①按图连接好电路，调节电阻箱R1和R2至最大，闭合开关S1和S2，再反复调节R1和R2，使电流计G的示数为0，读出电流表A、电压表V、电阻箱R1、电阻箱R2的示数分别为I1、U1、r1、r2；②反复调节电阻箱R1和R2(与①中的电阻值不同)，使电流计G的示数为0，读出电流表A、电压表V的示数分别为I2、U2。
回答下列问题：(1)电流计G的示数为0时，电路中A和B两点的电势φA和φB的关系为____；解析：由本电路的连接特点可知左、右两个电源间的路端电压相等，干路电流相同。根据部分电路欧姆定律可分别求解电压表与电流表的内阻；在不同状态下采集数据，根据闭合电路欧姆定律列式求解电源的电动势E和内阻r。(1)电流计G的示数为0时，由欧姆定律知，G的电压为零，说明A、B两点的电势相等。
答案：(1)φA＝φB