熱點02 轉(zhuǎn)換法 -2021年高考物理【熱點·重點·難點】（新高考版）（解析版）

2021年高考物理【熱點?重點?難點】專練（新高考專用）

熱點02轉(zhuǎn)換法

【熱點解讀】

物理學(xué)中對于不容易直接觀察的現(xiàn)象或不易直接測量的物理量，通常用一些非常直觀的現(xiàn)象

去認(rèn)識，或用易測量的物理量間接測量，這種研究問題的方法叫做轉(zhuǎn)換法。

愛因斯坦說過：“磁場在物理學(xué)家看來正如他坐的椅子一樣實在?！艌鲭m然看不見、摸不著,

但可以通過對小磁針的作用來證明其存在。在物理學(xué)中還有其他一些現(xiàn)象也是這樣，物體發(fā)生形變

活運動狀態(tài)發(fā)生變化可以證明此物體受到力的作用，如蘋果落地、行星繞恒星運動可證明萬有引力

存在；運動的物體能對外做功可證明它具有能；擴散現(xiàn)象可證明分子在無規(guī)則運動；鉛塊實驗可證

明分子間引力的存在，液體固體難壓縮可以證明分子斥力的存在；馬德堡半球?qū)嶒灴勺C明大氣壓的

存在；靜電力指針的偏角度大小說明了電勢差的變化量；奧斯特實驗可證明電流周圍有磁場等等。

轉(zhuǎn)換法是一種較高層次的思維方法，是對事物本質(zhì)深刻認(rèn)識的基礎(chǔ)上才產(chǎn)生的一種飛躍，如

變曲為直就是該方法的應(yīng)用。轉(zhuǎn)換法可分為參量轉(zhuǎn)換法和能量轉(zhuǎn)換法兩種.

1.參量轉(zhuǎn)換法

待測的物理量通常與其他的物理量之間存在某種特定的物理聯(lián)系，利用這種聯(lián)系，可實現(xiàn)各

參量間的轉(zhuǎn)換，達(dá)到測量的目的。參量轉(zhuǎn)換的方法貫穿于整個物理實驗之中。

2.能量轉(zhuǎn)換法

能量轉(zhuǎn)換測量法是某種形式的物理量，通過能量變化器，變成另一種形式物理量的測量方法。

隨著各種新型功能材料的不斷涌現(xiàn)，如熱敏、光敏、濕敏材料以及這些材料性能的不斷提高，形形

色色的敏感器件和傳感器應(yīng)運而生，為物理實驗測量方法的改進(jìn)提供了很好的條件。考慮到電學(xué)參

量具有方便、快速的特點，電學(xué)易于生產(chǎn)，而且常常具有通用性，所以許多能量轉(zhuǎn)換法都是使待測

物理量通過各種傳感器和敏感器件轉(zhuǎn)換成電學(xué)參量來進(jìn)行測量的。最常見的有光電轉(zhuǎn)換、磁電轉(zhuǎn)換、

熱電轉(zhuǎn)換、力電轉(zhuǎn)換等。

在設(shè)計和安排實驗時，當(dāng)預(yù)先估計不能達(dá)到要求時，常常另辟蹊徑，把一些不可能測量的物

理量轉(zhuǎn)換成可測量的物理量。合理地使用轉(zhuǎn)換法是物理實驗獲得成功的一種必要手段，尤其是設(shè)計

探究型實驗，當(dāng)某個物理量不容易直接測量或者不具備測量條件時，巧妙地使用轉(zhuǎn)換法能夠收到事

半功倍的效果。

【限時檢測】（建議用時：3（）分鐘）

1.某物理興趣小組利用圖甲所示裝置驗證機械能守恒定律。光電門。固定在電磁鐵P的正下方，

接通電磁鐵，將小球吸在P處，斷開電源，小球由靜止開始下落，通過光電門。時，光電計時器記

錄小球通過光電門。的時間為3.00ms。用刻度尺測出P、。兩點間的高度差為59.70cm。

123主尺cm4

—111111111

db\;iioi

?

甲乙

(1)若用游標(biāo)卡尺測量小球的直徑d時，示數(shù)如圖乙所示，則1=mm。

⑵小球經(jīng)過。時的速度大小v=in/So(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)

(3)若小球的質(zhì)量為0.1kg,則在小球從P運動到。的過程中，小球動能的增加量△紇=J,重

力勢能的減少量△紇,=J，在實驗誤差允許范圍內(nèi)，機械能守恒定律得到驗證。

(已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣却笮=9.8m/s2,結(jié)算保留三位有效數(shù)字)

(4)小組同學(xué)想到另外一種驗證機械能守恒定律的方法，調(diào)整。的位置，測出尸到。的高度差/?,算

出小球經(jīng)過。時對應(yīng)的速度大小v,以〃為橫軸、/為縱軸，若――。圖線為一直線，且其斜率接

近于,則機械能守恒定律得到驗證。(重力加速度大小為g)

【答案】10.203.400.5780.5852g

【解析】

(1)根據(jù)題圖乙，小球的直徑

d=10mm+犯嗎x4=10.20mm

20

(2)小球經(jīng)過。時的速度大小

10.20x10-3

m/s=3.40m/s

v=3.00x10-3

(3)在小球從P運動到。的過程中，小球動能的增加量

A￡=-/nv2-0=0.578J

k2

重力勢能的減少量

△與,=mg〃=().585J

(4)若小球下落過程動能的增加量與重力勢能的減少量相等，則有

—mv2=mgh

可得此時v2-h圖線為一直線，且其斜率為2g。

2.某同學(xué)利用如圖甲所示的實驗裝置來測定氣墊導(dǎo)軌上滑決的加速度，滑塊上安裝有遮光條。

⑴該同學(xué)利用10分度的游標(biāo)卡尺測出滑塊上安裝的遮光條的寬度d,測量結(jié)果如圖乙所示，則

d-cm；

(2)與光電門配套的數(shù)字毫秒計測出了遮光條通過光電門1所用的時間An=0.025s,通過光電門2所

用的時間為△f2=0.010s,則滑塊通過光電門1時滑塊的速度大小為以=m/s；

(3)該同學(xué)利用刻度尺測出兩光電門之間的距離為/=0.50m,則滑塊的加速度大小為m/s2o

【答案】1.500.601.89

【解析】

(1)由游標(biāo)卡尺的讀數(shù)規(guī)則可知，遮光條的寬度=主尺刻度值(毫米)+游標(biāo)尺對齊格數(shù)x游標(biāo)尺精度(毫

米)，可讀出遮光條的寬度為"=1.50cm.

(2)滑塊通過光電門1時的速度大小為

代入數(shù)據(jù)解得

vi=0.60m/s.

⑶由于兩光電門之間的距離為/=0.50m,滑塊通過光電門2時的速度大小為

d

V2="—=1.5m/s

故由

V22—vi2=2a/

可得

a=1.89m/s2

3.某實驗小組為了測量滑塊與水平軌道間的動摩擦因數(shù)，設(shè)計如圖(a)所示的實驗裝置，彈簧左

側(cè)固定在擋板A上，處于原長的彈簧右端位于C,彈簧與滑塊接觸但不拴接，滑塊上安裝了寬度為d

的遮光板，軌道B處裝有光電門。

光電門

D

（i）實驗的主要步驟如下：

①用游標(biāo)卡尺測量遮光片的寬度4,如圖（b）所示，d=cm；

②將滑塊向左壓縮彈簧，由靜止釋放滑塊，同時記錄遮光片通過光電門的時間f；

③測量并記錄光電門與滑塊停止運動位置之間的距離x；

④改變彈簧壓縮量，多次重復(fù)步驟②和③。

（2）實驗收集的數(shù)據(jù)并處理如下。

序號123456

時間〃S0.040.050.060.080.100.12

距離

17.0110.887.574.262.731.88

x/cm

①實驗小組根據(jù)表中數(shù)據(jù)在y-x圖中已描繪出五個點，請描繪出余下點并作出——X圖像。

②根據(jù)所作圖像，可得滑塊與水平軌道間的動摩擦因數(shù)為，（g取10m/s2,結(jié)果保留兩位有

效數(shù)字）。

v2/(m2/s2)

【答案】1.650

0.048-0.052

【解析】

（1）因游標(biāo)尺是20分度，則其精確度為0.05mm

d—16mm+10x0.05mm=16.50mm=1.650cm

（2）實驗小組根據(jù)表中數(shù)據(jù)在一一x圖中已描繪出五個點，描繪出圖像如下所示

因摩擦阻力做功，導(dǎo)致動能，轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，根據(jù)動能定理，則有

八12

0-—mv~--/jmgx

即為

v2=2/.igx

因此，-X圖像的斜率

,0.18,

K=-------=1

0.18

那么

4.如圖所示，某實驗小組的同學(xué)將足夠長的木板固定在水平桌面上，帶有寬度為"的遮光條的滑塊,

從光電門的右側(cè)以某一初速度向左運動，經(jīng)過一段時間后滑塊靜止在光電門的左側(cè)某位置，改變滑

塊的初速度，重復(fù)以上操作步驟，重力加速度為g,就可以測量出滑塊與木板之間的動摩擦因數(shù)。

則：

光暫遮光條

I

（1）為了完成測量，應(yīng)該直接測量的物理有（選填選項前的字母）。

A.滑塊和遮光條的初速度%B.滑塊和遮光條的總質(zhì)量M

C.遮光條經(jīng)過光電門的擋光時間辦D.滑塊停止的位置與光電門間的距離/

（2）根據(jù)（1）題中直接測量的物理量，可得滑塊與木板之間的動摩擦因數(shù)為。

（3）如果將圖中的長木板的左端適當(dāng)墊高將光電門固定在長木板的底端，讓帶有遮光條的滑塊在左側(cè)

適當(dāng)位置由靜止釋放，與光電門之間的水平距離為L,滑塊經(jīng)過光電門的擋光時間為f;改變長木板

的傾角，調(diào)整釋放點的位置，保持釋放點與光電門之間的水平距離心不變，如圖所示。重復(fù)以上步

驟，則:

M----------------------L--------------------->1

①釋放位置距離水平桌面的高度為人=（用以/、%、Z,和，表示）.

②根據(jù)該實驗多次操作得到的實驗數(shù)據(jù)，作出實驗圖像。如果用橫坐標(biāo)表示釋放點的位置高度h,

為了使圖像的是一條直線，那么縱坐標(biāo)表示的是（均采用國際單位）。如果僅將長木板

換用其他材料的長板，其他條件均不改變，則圖像的斜率將（選填“變大”、“變小”或“不

變。

【答案】CD—~7+斗不變

2gx（J（）2g（廠工0，0Jt

【解析】

(1)測量滑塊與木板之間的動摩擦因數(shù)的原理為

P>ng=ma,=2ax

解得

V2

2xg

則需要測量的物理量為滑塊的滑行距離，還有滑動的速度，但是滑塊的瞬時速度可以利用通過光電

門的平均速度表示，所以應(yīng)該直接測量的物理有遮光條經(jīng)過光電門的擋光時間小，滑塊停止的位置

與光電門間的距離與。

故選CDo

(2)由平均速度表示瞬時速度則有滑塊經(jīng)過光電門的速度為

d

v=一

滑塊與木板之間的動摩擦因數(shù)為

d2

2g?

(3)①滑塊下滑過程，根據(jù)牛頓第二定律有

mgsin0-]nmgcos0=ma

解得a=gsin9-"gcos，

根據(jù)速度位移公式有

2

--h--—v

sin02a

且

Cl八>

v=y,htan0=L

聯(lián)立解得

2222

,Vrd1dLd(1L}

2g2gt2gxoto2g(rxota)

②根據(jù)高度的表達(dá)式

,d21d2L

h=—.-Z-+-------

2gt2gxot^

整理得

L孫，

「4巾

由上式可知4?與人是線性關(guān)系，所以如果用橫坐標(biāo)表示釋放點的位置高度爪為了使圖像的是一條

直線，那么縱坐標(biāo)表示的是J。

根據(jù)4與人圖像中圖像的斜率為空，所以如果僅將長木板換用其他材料的長板，其他條件均不改

Vd-

變，則圖像的斜率將不變。

5.某學(xué)習(xí)小組做“探究功與速度變化的關(guān)系”的實驗如圖所示，圖中小車是在一條橡皮筋作用下彈出

的，沿木板滑行，橡皮筋對小車做的功記為卬。當(dāng)用2條、3條……完全相同的橡皮筋并在一起進(jìn)

行第2次、第3次……實驗時(每次實驗中橡皮筋伸長的長度都保持一致)，每次實驗中小車獲得的

速度根據(jù)打點計時器所打在紙帶上的點進(jìn)行計算。

(1)除了圖中已有的實驗器材外，還需要導(dǎo)線、開關(guān)、刻度尺和(填“交流”或"直流”)電源。

⑵實驗中，小車會受到摩擦力的作用，可以使木板適當(dāng)傾斜來平衡摩擦力，則下面操作正確的是

()

A.放開小車，能夠自由下滑即可

B.放開小車，能夠勻速下滑即可

C.放開拖著紙帶的小車，能夠自由下滑即可

D.放開拖著紙帶的小車，能夠勻速下滑即可

(3)若木板水平放置，小車在兩條橡皮筋作用下運動，當(dāng)小車速度最大時，關(guān)于橡皮筋所處的狀態(tài)與

小車所在的位置，下列說法正確的是()

A.橡皮筋處于原長狀態(tài)

B.橡皮筋仍處于伸長狀態(tài)

C.小車在兩個鐵釘?shù)倪B線處

D.小車已過兩個鐵釘?shù)倪B線

(4)在正確操作的情況下，打在紙帶上的點并不都是均勻的，為了測量小車獲得的速度，應(yīng)選用紙帶

的部分進(jìn)行測量(根據(jù)如圖所示的紙帶回答)。

CDEF_GH/

V...........????/

【答案】交流DBG/

【解析】

(1)打點計時器使用的是交流電源，即交流電源。

(2)平衡摩擦力時，應(yīng)將紙帶穿過打點計時器，放開拖著紙帶的小車，小車能夠勻速下滑即可。故選

Do

(3)放開小車后，小車做加速運動，當(dāng)橡皮筋的拉力大小等于摩擦力大小時，小車的速度最大，此時

橡皮筋仍處于伸長狀態(tài)。

故選Bo

(4)從紙帶上看，紙帶的GJ段打點比較均勻，所以應(yīng)選用紙帶的G/段進(jìn)行測量。

6.(1)小潘同學(xué)用如圖所示的實驗裝置，通過改變橡皮筋條數(shù)改變做功倍數(shù)來完成課本中功與速度變

化關(guān)系的實驗，該實驗除了圖中中已有的器材外，下列選項中還必須用到的有。

電火花計時密

A.天平B.刻度尺C.學(xué)生電源D