Ⅳ－2 創(chuàng)新為魂-高考創(chuàng)新考法遷移悟通

創(chuàng)新為魂——高考創(chuàng)新考法遷移悟通Ⅳ－201020304目錄創(chuàng)新點(diǎn)(一)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡膭?chuàng)新創(chuàng)新點(diǎn)(二)實(shí)驗(yàn)原理的創(chuàng)新創(chuàng)新點(diǎn)(三)實(shí)驗(yàn)器材的等效替換創(chuàng)新點(diǎn)(四)實(shí)驗(yàn)操作的創(chuàng)新05創(chuàng)新點(diǎn)(五)數(shù)據(jù)處理的創(chuàng)新06專題跟蹤檢測01創(chuàng)新點(diǎn)(一)

實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡膭?chuàng)新[例1]

(2023·湖北高考)某同學(xué)利用測質(zhì)量的小型家用電子秤，設(shè)計(jì)了測量木塊和木板間動摩擦因數(shù)μ的實(shí)驗(yàn)。如圖(a)所示，木板和木塊A放在水平桌面上，電子秤放在水平地面上，木塊A和放在電子秤上的重物B通過跨過定滑輪的輕繩相連。調(diào)節(jié)滑輪，使其與木塊A間的輕繩水平，與重物B間的輕繩豎直。在木塊A上放置n(n＝0,1,2,3,4,5)個砝碼(電子秤稱得每個砝碼的質(zhì)量m0為20.0g)，向左拉動木板的同時(shí)，記錄電子秤的對應(yīng)示數(shù)m。(1)實(shí)驗(yàn)中，拉動木板時(shí)__________(填“必須”或“不必”)保持勻速。(2)用mA和mB分別表示木塊A和重物B的質(zhì)量，則m和mA、mB、m0、μ、n所滿足的關(guān)系式為m＝__________。(3)根據(jù)測量數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上繪制出m－n圖像，如圖(b)所示，可得木塊A和木板間的動摩擦因數(shù)μ＝________(保留2位有效數(shù)字)。[創(chuàng)新分析]本實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新點(diǎn)在于利用平衡條件測量動摩擦因數(shù)：(1)當(dāng)木塊和砝碼相對桌面靜止時(shí)，無論木板向左勻速還是加速運(yùn)動，電子秤的示數(shù)均恒定不變。(2)利用m－n圖線的斜率恒定、大小可求，進(jìn)而求出μ的大小。

[解析]

(1)木塊與木板間的滑動摩擦力與兩者之間的相對速度無關(guān)，則實(shí)驗(yàn)中拉動木板時(shí)不必保持勻速。(2)對木塊、砝碼以及重物B分析可知μ(mA＋nm0)g＋mg＝mBg，解得m＝mB－μ(mA＋nm0)。[答案]

(1)不必(2)mB－μ(mA＋nm0)

(3)0.4002創(chuàng)新點(diǎn)(二)

實(shí)驗(yàn)原理的創(chuàng)新[例2]用如下的器材和方法可以探究“兩個互成角度的力的合成規(guī)律”。在圓形桌子透明桌面上平鋪一張白紙，在桌子邊緣安裝三個光滑的滑輪，其中，滑輪P1固定在桌邊，滑輪P2、P3可沿桌邊移動。第一次實(shí)驗(yàn)中，步驟如下：A．在三根輕繩下掛上一定數(shù)量的鉤碼，并使結(jié)點(diǎn)O靜止；B．在白紙上描下O點(diǎn)的位置和三根繩子的方向，以O(shè)點(diǎn)為起點(diǎn)，作出三個拉力的圖示；C．以繩OP2、OP3上的兩個力為鄰邊作平行四邊形，作出O點(diǎn)為起點(diǎn)的平行四邊形的對角線，量出對角線的長度；D．檢驗(yàn)對角線的長度和繩OP1上的拉力的圖示的長度是否一樣，方向是否在一條直線上。(1)這次實(shí)驗(yàn)中，若一根繩掛的鉤碼質(zhì)量為m，另一根繩掛的鉤碼質(zhì)量為2m，則第三根繩掛的鉤碼質(zhì)量一定大于_____且小于________。(2)第二次實(shí)驗(yàn)時(shí)，改變滑輪P2、P3的位置和相應(yīng)繩上鉤碼的數(shù)量，使結(jié)點(diǎn)平衡，繩的結(jié)點(diǎn)________(選填“必須”或“不必”)與第一次實(shí)驗(yàn)中白紙上描下的O點(diǎn)重合。實(shí)驗(yàn)中，若桌面不水平________(選填“會”或“不會”)影響實(shí)驗(yàn)的結(jié)論。[創(chuàng)新分析](1)通過滑輪改變了力的方向，力的大小為鉤碼重力。(2)繩OP1上的拉力為理論值，以繩OP2、OP3上拉力為鄰邊作平行四邊形，則對角線為合力的測量值，通過比較兩力的大小、方向，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

[解析]

(1)實(shí)驗(yàn)中任意兩輕繩不共線，若一根繩掛的質(zhì)量為m，另一根繩掛的質(zhì)量為2m，則兩繩子的拉力分別為：mg、2mg，兩繩子拉力的合力F的范圍是：|2mg－mg|<F<mg＋2mg，即：mg<F<3mg，三力的合力為零，則第三根繩掛的質(zhì)量一定大于m且小于3m。(2)本實(shí)驗(yàn)不是“先用一根繩拉，然后用兩根繩去拉，使一根繩拉的作用效果與兩根繩拉的作用效果相同”，而是“三根繩都直接拉O點(diǎn)”，所以O(shè)點(diǎn)的位置可以改變，若桌面不水平，也不會影響實(shí)驗(yàn)結(jié)論。[答案]

(1)m

3m

(2)不必不會03創(chuàng)新點(diǎn)(三)

實(shí)驗(yàn)器材的等效替換[例3]

某實(shí)驗(yàn)小組利用圖(a)所示裝置探究加速度與物體所受合外力的關(guān)系。主要實(shí)驗(yàn)步驟如下：(1)用游標(biāo)卡尺測量墊塊厚度h，示數(shù)如圖(b)所示，h＝________cm；(2)接通氣泵，將滑塊輕放在氣墊導(dǎo)軌上，調(diào)節(jié)導(dǎo)軌至水平；(3)在右支點(diǎn)下放一墊塊，改變氣墊導(dǎo)軌的傾斜角度；(4)在氣墊導(dǎo)軌合適位置釋放滑塊，記錄墊塊個數(shù)n和滑塊對應(yīng)的加速度a；(5)在右支點(diǎn)下增加墊塊個數(shù)(墊塊完全相同)，重復(fù)步驟(4)，記錄數(shù)據(jù)如下表：n123456a/(m·s－2)0.0870.1800.260

0.4250.519根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖(c)上描點(diǎn)，繪制圖線。如果表中缺少的第4組數(shù)據(jù)是正確的，其應(yīng)該是________m/s2(保留三位有效數(shù)字)。[創(chuàng)新分析](1)利用氣墊導(dǎo)軌替換一端帶滑輪的長木板。(2)利用加速度記錄器替換光電門，直接獲取滑塊的加速度大小。[解析]

(1)墊塊的厚度為h＝1cm＋2×0.1mm＝1.02cm。(5)繪制圖線如圖所示：[答案]

(1)1.02

(5)見解析圖0.34304創(chuàng)新點(diǎn)(四)

實(shí)驗(yàn)操作的創(chuàng)新[例4]為驗(yàn)證力的平行四邊形定則，某同學(xué)準(zhǔn)備了以下器材：支架，彈簧，直尺，量角器，坐標(biāo)紙，細(xì)線，定滑輪(位置可調(diào))兩個，鉤碼若干。支架帶有游標(biāo)尺和主尺，游標(biāo)尺(帶可滑動的指針)固定在底座上，主尺可升降，如圖1所示。實(shí)驗(yàn)步驟如下：(1)儀器調(diào)零。如圖1，將已測量好的勁度系數(shù)k為5.00N/m的彈簧懸掛在支架上，在彈簧掛鉤上用細(xì)線懸掛小鉤碼作為鉛垂線，調(diào)節(jié)支架豎直。調(diào)整主尺高度，使主尺與游標(biāo)尺的零刻度對齊?；瑒又羔?，對齊掛鉤上的O點(diǎn)，固定指針。(2)搭建的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖2。鉤碼組mA＝40g，鉤碼組mB＝30g，調(diào)整定滑輪位置和支架的主尺高度，使彈簧豎直且讓掛鉤上O點(diǎn)重新對準(zhǔn)指針。實(shí)驗(yàn)中保持定滑輪、彈簧和鉛垂線共面。此時(shí)測得α＝36.9°，β＝53.1°，由圖3可讀出游標(biāo)卡尺示數(shù)為________cm，由此計(jì)算出彈簧拉力的增加量F＝________N。當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭為9.80m/s2。(3)請將第(2)步中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用力的圖示的方法在圖框中做出，用平行四邊形定則做出合力F′。(4)依次改變兩鉤碼質(zhì)量，重復(fù)以上步驟，比較F′和F的大小和方向，得出結(jié)論。實(shí)驗(yàn)中鉛垂線上小鉤碼的重力對實(shí)驗(yàn)結(jié)果_______(填寫“有”或“無”)影響。[創(chuàng)新分析](1)利用游標(biāo)卡尺測量彈簧長度，從而確定彈簧彈力的增加量。(2)利用量角器測量兩分力與豎直方向的夾角，從而確定兩分力的具體方向。(3)根據(jù)題意可知OA繩產(chǎn)生的拉力為FOA＝mAg＝40×10－3×9.8N＝0.392N，OB繩產(chǎn)生的拉力為FOB＝mBg＝30×10－3×9.8N＝0.294N，合力F′如圖所示。(4)在求解合力的過程中，求解的是彈簧彈力的變化量，所以小鉤碼的重力對實(shí)驗(yàn)結(jié)果無影響。[答案]

(2)9.78

0.489

(3)見解析圖(4)無05創(chuàng)新點(diǎn)(五)

數(shù)據(jù)處理的創(chuàng)新[例5]

某同學(xué)利用如圖(a)所示的裝置測量滑塊與長金屬板之間的動摩擦因數(shù)和當(dāng)?shù)刂亓铀俣?。金屬板固定于水平?shí)驗(yàn)臺上，一輕繩跨過輕滑輪，左端與放在金屬板上的滑塊(滑塊上固定有寬度為d＝2.000cm的遮光條)相連，另一端可懸掛鉤碼，本實(shí)驗(yàn)中可用的鉤碼共有N＝6個，每個質(zhì)量均為m0＝0.010kg。實(shí)驗(yàn)步驟如下：①在金屬板上適當(dāng)?shù)奈恢霉潭ü怆婇TA和B，兩光電門通過數(shù)據(jù)采集器與計(jì)算機(jī)相連。②用電子秤稱量出滑塊和遮光條的總質(zhì)量為M＝0.150kg。③將n(依次取n＝1,2,3,4,5,6)個鉤碼掛在輕繩右端，其余N－n個鉤碼固定在滑塊上。用手按住滑塊，并使輕繩與金屬板平行，接通光電門，釋放滑塊。計(jì)算機(jī)自動記錄。ⅰ.遮光條通過光電門A的時(shí)間Δt1ⅱ.遮光條通過光電門B的時(shí)間Δt2ⅲ.遮光條的后端從離開光電門A到離開光電門B的時(shí)間Δt12④經(jīng)數(shù)據(jù)處理后，可得到與n對應(yīng)的加速度a并記錄。(2)利用記錄的數(shù)據(jù)擬合得到a－n圖像，如圖(b)所示，該直線在橫軸上的截距為p、縱軸上的截距為q。用已知量和測得的物理量表示滑塊與長金屬板之間動摩擦因數(shù)的測量值μ＝________，重力加速度的測量值g＝________(結(jié)果用字母表示)。[創(chuàng)新分析](1)滑塊上鉤碼和細(xì)繩上懸掛的鉤碼總數(shù)一定。(2)作出滑塊的加速度a與細(xì)繩上懸掛鉤碼的個數(shù)n的關(guān)系圖線，再結(jié)合牛頓第二定律確定動摩擦因數(shù)和當(dāng)?shù)刂亓铀俣?。?若考慮到遮光條通過光電門時(shí)速度的變化，則遮光條通過兩個光電門中間的時(shí)間間隔比Δt12測量值大，所以加速度的測量值比真實(shí)值大。06專題跟蹤檢測1．做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)時(shí)，圖1甲是教材中的實(shí)驗(yàn)方案；圖1乙是拓展方案，其實(shí)驗(yàn)操作步驟如下：(ⅰ)掛上托盤和砝碼，改變木板的傾角，使質(zhì)量為M的小車拖著紙帶沿木板勻速下滑；(ⅱ)取下托盤和砝碼，測出其總質(zhì)量為m，讓小車沿木板下滑，測出加速度a；(ⅲ)改變砝碼質(zhì)量和木板傾角，多次測量，通過作圖可得到a－F的關(guān)系。(1)實(shí)驗(yàn)獲得如圖2所示的紙帶，計(jì)數(shù)點(diǎn)a、b、c、d、e、f間均有四個點(diǎn)未畫出，則在打d點(diǎn)時(shí)小車的速度大小vd＝________m/s(保留兩位有效數(shù)字)；(2)需要滿足條件M

m的方案是________(選填“甲”“乙”或“甲和乙”)；在作a－F圖像時(shí)，把mg作為F值的是________(選填“甲”“乙”或“甲和乙”)。(2)在題圖甲中把托盤和砝碼的重力視為小車受到的拉力，需要滿足條件M

m；在題圖乙中掛上托盤和砝碼，使小車勻速向下運(yùn)動，受力平衡，去掉托盤和砝碼，小車所受的合外力F等于托盤和砝碼的重力mg。所以需要滿足條件M

m的方案是甲。在作a－F圖像時(shí)，把mg作為F值的是甲和乙。答案：(1)0.19(0.18或0.19)

(2)甲甲和乙2．如圖甲所示為“測量電動機(jī)轉(zhuǎn)動角速度”的實(shí)驗(yàn)裝置，圓形卡紙固定在電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上，在電動機(jī)的帶動下勻速轉(zhuǎn)動。在圓形卡紙的旁邊安裝一個改裝過的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)頻率為50Hz。下面是該實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)步驟：Ⅰ.按實(shí)驗(yàn)要求安裝器材；Ⅱ.啟動電動機(jī)，使圓形卡紙轉(zhuǎn)動起來；Ⅲ.轉(zhuǎn)動穩(wěn)定后，接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，在卡紙邊緣打點(diǎn)；Ⅳ.斷開打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和電動機(jī)電源；Ⅴ.根據(jù)卡紙上留下的部分痕跡，測出某兩點(diǎn)間的圓心角，如圖乙所示，計(jì)算出電動機(jī)的角速度。(1)實(shí)驗(yàn)中使用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，學(xué)生電源應(yīng)采用圖中的________(填“A”或“B”)接法。(2)若測得圖乙中θ＝120°，則電動機(jī)轉(zhuǎn)動的角速度ω＝________rad/s。3．在“研究平拋運(yùn)動”實(shí)驗(yàn)中，以小鋼球離開軌道末端時(shí)球心位置為坐標(biāo)原點(diǎn)O，建立水平與豎直坐標(biāo)軸。讓小球從斜槽上離水平桌面高為h處靜止釋放，使其水平拋出，通過多次描點(diǎn)可繪出小球做平拋運(yùn)動時(shí)球心的軌跡，如圖所示。在軌跡上取一點(diǎn)A，讀取其坐標(biāo)(x0，y0)。(1)下列說法正確的是________(單選)。A．實(shí)驗(yàn)所用斜槽應(yīng)盡量光滑B．畫軌跡時(shí)應(yīng)把所有描出的點(diǎn)用平滑的曲線連接起來C．求平拋運(yùn)動初速度時(shí)應(yīng)讀取軌跡上離原點(diǎn)較遠(yuǎn)的點(diǎn)的數(shù)據(jù)解析：(1)只要保證小球每次從同一位置靜止釋放，到達(dá)斜槽末端的速度大小都相同，與實(shí)驗(yàn)所用斜槽是否光滑無關(guān)，A錯誤；畫軌跡時(shí)應(yīng)舍去誤差較大的點(diǎn)，把誤差小的點(diǎn)用平滑的曲線連接起來，B錯誤；求平拋運(yùn)動初速度時(shí)應(yīng)讀取軌跡上離原點(diǎn)較遠(yuǎn)的點(diǎn)的數(shù)據(jù)，便于減小讀數(shù)產(chǎn)生的偶然誤差，C正確。答案：(1)C

(2)D

(3)確保多次運(yùn)動的軌跡相同4．(2022·山東等級考)在天宮課堂中，我國航天員演示了利用牛頓第二定律測量物體質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)。受此啟發(fā)，某同學(xué)利用氣墊導(dǎo)軌、力傳感器、無線加速度傳感器、輕彈簧和待測物體等器材設(shè)計(jì)了測量物體質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)，如圖甲所示。主要步驟如下：①將力傳感器固定在氣墊導(dǎo)軌左端支架上，加速度傳感器固定在滑塊上；②接通氣源，放上滑塊，調(diào)平氣墊導(dǎo)軌；③將彈簧左端連接力傳感器，右端連接滑塊。彈簧處于原長時(shí)滑塊左端位于O點(diǎn)。A點(diǎn)到O點(diǎn)的距離為5.00cm，拉動滑塊使其左端處于A點(diǎn)，由靜止釋放并開始計(jì)時(shí)；④計(jì)算機(jī)采集獲取數(shù)據(jù)，得到滑塊所受彈力F、加速度a隨時(shí)間t變化的圖像，部分圖像如圖乙所示?；卮鹨韵聠栴}(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)：(1)彈簧的勁度系數(shù)為________N/m。(2)該同學(xué)從圖乙中提取某些時(shí)刻F與a的數(shù)據(jù)，畫出a

－F圖像如圖丙中Ⅰ所示，由此可得滑塊與加速度傳感器的總質(zhì)量為________kg。(3)該同學(xué)在滑塊上增加待測物體，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟，在圖丙中畫出新的a

－F圖像Ⅱ，則待測物體的質(zhì)量為________kg。答案：(1)12

(2)0.20

(3)0.135．(2023·溫州高三檢測)(1)①“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，長木板水平放置，細(xì)繩與長木板平行。圖2是打出紙帶的一部分，以計(jì)數(shù)點(diǎn)O為位移測量起點(diǎn)和計(jì)時(shí)起點(diǎn)，則打計(jì)數(shù)點(diǎn)B時(shí)小車位移大小為________cm。由圖3中小車運(yùn)動的數(shù)據(jù)點(diǎn)，求得加速度為______m/s2(保留兩位有效數(shù)字)。②利用圖1裝置“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)，需調(diào)整的是________(多選)。A．換成質(zhì)量更小的車B．調(diào)整長木板的傾斜程度C．把鉤碼更換成砝碼盤和砝碼D．改變連接小車的細(xì)繩與長木板的夾角(2)“探究求合力的方法”的實(shí)驗(yàn)裝置如圖4所示，在該實(shí)驗(yàn)中，①下列說法正確的是________(單選)；A．拉著細(xì)繩套的兩只彈簧秤，穩(wěn)定后讀數(shù)應(yīng)相同B．在已記錄結(jié)點(diǎn)位置的情況下，確定一個拉力的方向需要再選擇相距較遠(yuǎn)的兩點(diǎn)C．測量時(shí)彈簧秤外殼與木板之間不能存在