2019届二轮复习微专题7实验创新与设计课件（41张）

2019届二轮复习微专题7实验创新与设计课件（41张）

实验创新与设计 [ 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． [ 示例 1] 　 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 Δ E p 与动能变化大小 Δ E k ，就能验证机械能是否守恒． (1) 用 Δ E p ＝ 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 (3) 下表为该同学的实验结果： 他发现表中的 Δ E p 与 Δ E k 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． Δ E p ( × 10 － 2 J) 4.892 9.786 14.69 19.59 29.38 Δ E k ( × 10 － 2 J) 5.04 10.1 15.1 20.0 29.8 [ 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 v 2 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 ” ) ． 答案： (1) 变大　 (2)0.25 　 (3) 不变 二、电学创新实验 1 ． 实验的创新与设计是电学实验中常考的一类问题，这类实验有两个特点 (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) 重视电学实验的实验方法．问题的设置常结合科技、生产、生活的实际．因此，理解实验原理及掌握实验方法是解决电学实验的关键． 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． (1) 按原理图 (a) 将图 (b) 中的实物连线． (2) 完成下列填空： ① R 1 的阻值为 ________Ω( 选填 “ 20” 或 “ 2 000”) ． ② 为了保护微安表，开始时将 R 1 的滑片 C 滑到接近图 (a) 中滑动变阻器的 ________ 端 ( 选填 “ 左 ” 或 “ 右 ” ) 对应的位置；将 R 2 的滑片 D 置于中间位置附近． ③ 将电阻箱 R z 的阻值置于 2 500.0 Ω ，接通 S 1 . 将 R 1 的滑片置于适当位置，再反复调节 R 2 的滑片 D 的位置．最终使得接通 S 2 前后，微安表的示数保持不变，这说明 S 2 接通前 B 与 D 所在位置的电势 ________( 选填 “ 相等 ” 或 “ 不相等 ” ) ． ④ 将电阻箱 R z 和微安表位置对调，其他条件保持不变，发现将 R z 的阻值置于 2 601.0 Ω 时，在接通 S 2 前后，微安表的示数也保持不变．待测微安表的内阻为 ________Ω( 结果保留到个位 ) ． (3) 写出一条提高测量微安表内阻精度的建议： ____________ ____________________________________________________ ___________________________________________________. [ 解析 ] 　 (1) 实物连线如图所示． [ 答案 ] 　 (1) 图见解析　 (2) ① 20 　 ② 左　 ③ 相等　 ④ 2 550 　 (3) 调节 R 1 上的分压，尽可能使微安表接近满量程 [ 点评 ] 　本实验的创新点有两处： (1) 实验目的创新：由测电表的内阻代替常规实验中测电阻率、一般电阻和电源内阻． (2) 实验操作的创新：用控制变量法和等效法代替常规实验中的伏安法． [ 应用提升练 ] 2 ．测定电流表内阻的实验中备用的器材如下： A ．电流表 ( 量程 0 ～ 100 μA ，内阻 R g 约为几百欧 ) B ．标准电压表 ( 量程 0 ～ 5 V) C ．电阻箱 ( 阻值范围 0 ～ 999.9 Ω) D ．电阻箱 ( 阻值范围 0 ～ 99 999.9 Ω) E ．电源 ( 电动势 2 V ，内阻不为零 ) F ．电源 ( 电动势 6 V ，内阻不为零 ) G ．滑动变阻器 ( 阻值范围 0 ～ 50 Ω ，额定电流 1.5 A) ，开关和导线若干 (1) 采用如图甲所示的电路测定电流表的内阻，且要求较高的测量精度，那么从以上备用的器材中，电阻箱 R 1 应选用 ________ ，电阻箱 R 2 应选用 ________ ，电源 E 应选用 ________ ． ( 填写字母代号 ) (2) 实验时要进行的步骤有： A ．闭合开关 S 1 ； B ．闭合开关 S 2 ； C ．将电阻箱 R 1 的阻值调至最大； D ．调节电阻箱 R 1 的阻值，使电流表指针偏转到满偏刻度； E ．调节电阻箱 R 2 的阻值，使电流表指针偏转到满偏刻度的一半； F ．记下电阻箱 R 2 的阻值 R ′ . 把以上步骤的字母代号按实验的合理顺序填写在下面横线上的空白处： ① ________ ； ② ________ ； ③ ________ ； ④ _________ ； ⑤ ________ ； ⑥ ________. (3) 如果在步骤 F 中 R 2 的阻值为 600 Ω ，则图甲中电流表内阻 R g 的测量值为 ________ Ω. (4) 如果要将 (3) 中的电流表改装成量程为 0 ～ 5 V 的电压表，则改装的方法是与电流表 ________ 联一个阻值为 ________ Ω 的电阻． (5) 图乙所示器材中，一部分是将电流表改装为电压表所需的，其余是为了把改装成的电压表跟标准电压表进行核对所需的 ( 要求对 0 ～ 5 V 的所有刻度都能在实验中进行核对 ) ．试在图乙的实物图中画出连线． 解析： (1) 开关 S 2 打开与闭合，近似认为干路中电流不变，必须有 R 1 ≫ R g . 故实验器材选择应满足： ① 电源电动势尽可能大； ② R 1 尽可能大．所以 R 1 选用大量程的电阻箱 D ， R 2 选用量程和电流表内阻相近的电阻箱 C ，电源选用电动势较大的 F. (2) 根据半偏法测电阻原理，操作步骤为：按电路图连接好电路；将电阻箱 R 1 的阻值调到最大；闭合开关 S 1 ；调节电阻箱 R 1 的阻值，使电流表指针偏转到满偏刻度；闭合开关 S 2 ；调节电阻箱 R 2 的阻值，使电流表指针偏转到满偏刻度的一半；记下电阻箱 R 2 的阻值．故实验步骤的合理顺序是 CADBEF. (5) 校对电压表时，电压表的电压应从零开始变化，故滑动变阻器应采用分压式接法，标准电压表与改装后的电压表应并联，实物图连线如图所示． 答案： (1)D 　 C 　 F (2) ① C 　 ② A 　 ③ D 　 ④ B 　 ⑤ E 　 ⑥ F (3)600 (4) 串　 49 400 (5) 图见解析 3 ．某些固体材料受到外力后除了产生形变，其电阻率也要发生变化，这种由于外力的作用而使材料电阻率发生变化的现象称为 “ 压阻效应 ”． 现用如图甲所示的电路研究某长薄板电阻 R x 的压阻效应，已知 R x 的阻值变化范围为几欧到几十欧，实验室中有下列器材： A ．电源 E (3 V ，内阻约为 1 Ω) B ．电流表 A 1 (0 ～ 0.6 A ，内阻 r 1 ＝ 5 Ω) C ．电流表 A 2 (0 ～ 0.6 A ，内阻 r 2 约为 1 Ω) D ．开关 S ，定值电阻 R 0 (1) 为了比较准确地测量电阻 R x 的阻值，请完成虚线框内电路图的设计． (2) 在电阻 R x 上加一个竖直向下的力 F ( 设竖直向下为正方向 ) ，闭合开关 S ，记下电表读数，电流表 A 1 读数为 I 1 ，电流表 A 2 读数为 I 2 ，得 R x ＝ ________( 用字母表示 ) ． (3) 改变力 F 的大小，得到不同的 R x 值．然后让力反向从下向上挤压电阻，并改变力的大小，得到不同的 R x 值，最后绘成图象如图乙所示，除观察到电阻 R x 的阻值随压力 F 增大而均匀减小外，还可得到的结论是 __________________________. 当 F 竖直向下时可得 R x 与其所受压力 F 的数值关系是 R x ＝ ________. (3) 由题图乙所示图象可知，该图象具有对称性，当正、反向压力大小相等时，对应的电阻阻值相等；由图象可知，电阻与压力是一次函数关系，设关系式为 R x ＝ R 0 ＋ kF ，由图象可知 R 0 ＝ 16 Ω ，把 R x ＝ 14 Ω ， F ＝ 1 N 代入关系式解得 k ＝－ 2 ，则数值关系式为 R x ＝ 16 － 2 F .