2025年高考物理二轮专题复习课件 23 第一阶段 专题六 微专题7 力学和电学创新拓展类实验

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考向1　力学创新拓展类实验问题及解题思路(1)力学实验题的创新主要体现在对教材实验的改编、拓展或延伸，核心原理为：①以基本的力学模型为载体，依托运动学规律和动力学定律设计实验。②将实验的基本方法控制变量法，处理数据的基本方法图像法、逐差法，融入到实验的综合分析之中。
(2)力学创新实验的解法为：①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。②进行实验，记录数据，应用原理公式或图像法处理实验数据，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。
(3)题型一：实验器材的等效与替换①特点：实验装置、器材变化，但实验原理、方法等不变。②创新形式：Ⅰ、用气垫导轨代替长木板：应调整导轨水平，不必平衡阻力。Ⅱ、用光电门、频闪相机代替打点计时器。Ⅲ、用电子秤、力传感器或已知质量的钩码等代替弹簧测力计。
(4)题型二：实验结论的拓展与延伸①特点：实验的装置、器材等不变，但实验目的变了。利用所测数据，求另一物理量或验证另一个物理规律。②创新形式：Ⅰ、由测量加速度延伸为测量动摩擦因数，通过研究纸带、频闪照片或光电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的阻力或小车与木板间的动摩擦因数。Ⅱ、由测量加速度延伸为测量交流电的频率。
(5)题型三：实验情境的设计与创新①特点：用学过的物理规律和实验方法设计或解答新情境实验。②创新形式：Ⅰ、利用平抛运动探究功与速度变化的关系。Ⅱ、利用钢球摆动验证机械能守恒定律。Ⅲ、利用凹形桥模拟器测小车过桥最低点的速度。Ⅳ、利用能量守恒定律测动摩擦因数。Ⅴ、利用运动公式解决新情境实验。
[典例1]　(2024·湖南卷)在太空，物体完全失重，无法用天平测量质量。如图(a)，某同学设计了一个动力学方法测量物体质量的实验方案，主要实验仪器包括：气垫导轨、滑块、轻弹簧、标准砝码、光电计时器和待测物体，主要步骤如下：
(1)调平气垫导轨，将弹簧左端连接气垫导轨左端，右端连接滑块；(2)将滑块拉至离平衡位置20 cm处由静止释放，滑块第1次经过平衡位置处开始计时，第21次经过平衡位置时停止计时，由此测得弹簧振子的振动周期T；(3)将质量为m的砝码固定在滑块上，重复步骤(2)；
(4)依次增加砝码质量m，测出对应的周期T，实验数据如下表所示，在图(b)中绘制T 2-m关系图线；
(5)由T2-m图像可知，弹簧振子振动周期的平方与砝码质量的关系是________(选填“线性的”或“非线性的”)；(6)取下砝码后，将待测物体固定在滑块上，测量周期并得到T2＝0.880 s2，则待测物体质量是________kg(保留三位有效数字)；(7)若换一个质量较小的滑块重做上述实验，所得T2-m图线与原图线相比将沿纵轴________(选填“正方向”“负方向”或“不”)移动。
[解析]　(4)将题表中的数据在题图(b)中进行描点，然后用直线拟合，使尽可能多的点在直线上，不在直线上的点均匀分布在直线两侧，偏离直线较远的点舍去，如图所示。
(5)由于T2-m图像为一条直线，则弹簧振子振动周期的平方与砝码质量的关系是线性的。(6)根据(4)中图像可知T2＝0.880 s2时，m＝0.120 kg。(7)当m＝0时，T2为滑块对应的弹簧振子振动周期的平方，由(4)中图像可知物体的质量越大，对应的弹簧振子的振动周期越大，所以质量较小的滑块对应的弹簧振子的振动周期较小，故换一个质量较小的滑块重做实验，所得T2-m图线与原图线相比将沿纵轴负方向移动。
考向2　电学创新拓展类实验问题及解题思路1．电学实验常见创新角度(1)对实验原理的创新考查：在高考的电学实验中，并不仅仅测量电阻的阻值或测量电源的电动势和内阻，有时可能会探究二极管的导电特性、电容器的充、放电规律等。处理此类问题时，首先要掌握被测实验器材的电学特性，其次要熟练把握控制电路、测量电路的特点。
(2)对实验器材的创新考查：在测量电表的内阻时，要把电表当作能读数的电阻，充分利用待测电表自身的测量功能，即电流表可测量通过自身的电流，电压表可测量自身两端的电压，不需要其他的电表来测量。(3)对数据处理的创新考查：在实验中，数据处理的常用方法有公式法、列表法、图像法、逐差法等，恰当的数据处理方法可以提高实验的准确程度、减少测量误差、节约解题时间。
2．求解电学创新型实验的基本思路(1)找原型：根据题意找出题中实验在教材中的实验原型，并能准确、完整地重现出来。(2)找差别：将题中所提供的实验器材与原型中的器材进行对比，找出不同点，这往往是解题的“金钥匙”。(3)定方案：通过与原实验的对比来确定需要测量的物理量，进而确定实验设计方案与实验步骤。
[典例2]　(2024·广东茂名统考一模)国家政策规定：驾驶人血液中酒精浓度在0.2～0.8 mg/mL范围内为酒驾，达到0.8 mg/mL或以上为醉驾。某兴趣小组同学想组装一个酒精浓度测试仪，其中用到一种酒精传感器的电阻Rx随酒精浓度的变化规律如图(a)所示。酒精浓度测试仪的调试电路如图(b)所示。提供的器材有：A．酒精传感器RxB．直流电源(电动势为8 V，内阻不计)C．电压表(量程为0～6 V，内阻非常大)D．电阻箱(最大阻值为999.9 Ω)E．定值电阻R(阻值为10.0 Ω)F．单刀双掷开关一个，导线若干
(1)按下列步骤进行调试：①电路接通前，先将电阻箱调为40.0 Ω，然后开关向________(选填“a”或“b”)端闭合，将电压表此时指针对应的刻度线标记为________ mg/mL(保留两位有效数字)；②逐步减小电阻箱的阻值，电压表的示数不断________(选填“变大”或“变小”)，按照图(a)数据将电压表上“电压”刻度线标为对应的“酒精浓度”；③将开关向另一端闭合，测试仪即可正常使用。
(2)将调试好的酒精浓度测试仪进行酒精浓度测量，当电压表读数为1.6 V，则测量的酒精浓度______(选填“有”或“没有”)达到醉驾标准。(3)使用一段时间后，由于电源的电动势略微变小，内阻变大，导致酒精浓度的测量结果________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
【教师备选资源】(高考新动向·源于教材讨论与交流)(2024·湖南常德12月模拟预测)电子体温计如图(a)所示，正在逐渐替代水银温度计。电子体温计中常用的测温元件是热敏电阻。某物理兴趣小组制作一简易电子体温计，其原理图如图(b)所示。
(1)兴趣小组测出某种热敏电阻的I-U图像如图(c)所示，那么他们选用的应该是图________(选填“甲”或“乙”)电路；
(2)现将上述测量的两个相同的热敏电阻和定值电阻、恒压电源组成如图(d)所示的电路，电源电动势为6 V，内阻不计，定值电阻R0＝200 Ω， 热敏电阻消耗的电功率为__________ W(结果保留3位有效数字)；
(3)热敏电阻的阻值随温度的变化如图(e)所示，在设计的如图(b)所示的电路中，已知电源电动势为5.0 V(内阻不计)，电路中二极管为红色发光二极管，红色发光二极管的启动(导通)电压为3.0 V，即发光二极管两端电压U≥3.0 V时点亮，同时电铃发声，红色发光二极管启动后对电路电阻的影响不计。实验要求当热敏电阻的温度高于38.5 ℃时红灯亮且铃响发出警报，其中电阻________(选填“R1”或“R2”)为定值电阻，其阻值应调为________ Ω(结果保留2位有效数字)。
[解析]　(1)由题图(c)可知电压从0开始变化，所以应选滑动变阻器分压式接法，则选用题图乙的电路图。(2)设热敏电阻两端电压为U，通过热敏电阻的电流为I，根据闭合电路欧姆定律有E＝2U＋IR0，代入数据得U＝3－100I(V)，作出图线如图所示，图线交点表示此时热敏电阻的电压为2.4 V、电流为 6.0 mA，故电功率为P＝UI＝1.44×10-2 W。
1．某同学设计了实验验证力的平行四边形定则，实验步骤如下：①用天平测得物块A的质量为m；②如图甲两根竖直杆相距为D，用长为L的不可伸长的轻绳，穿过光滑的轻质动滑轮，动滑轮下端连接物体A，轻绳两端分别固定在杆上P、Q两点，在轻绳的左端连接力传感器，力传感器所受重力忽略不计。改变物块A的质量m，记录力传感器的示数F，重力加速度为g。
(1)要验证力的平行四边形定则，力传感器的示数F与物块A的质量m满足关系式_________________(用题中给出的物理量表示)。(2)轻绳的Q端沿杆向上移动到Q′，力传感器的示数________(选填“变大”“变小”或“不变”)。
(3)某同学改变物块A的质量，作F-m的图像，如图乙，图像的斜率为k，但是他忘记了记录间距D的大小，可否利用图乙和已知物理量求出D？并说明原因：_________________(L，k，g已知)。
[解析]　(1)如图所示，设定滑轮处为O点，PO段绳子长度为l1，QO段绳子长度为l2，PO和QO与竖直方向的夹角为θ。
2．(2024·四川南充12月检测)在“验证动量守恒定律”的实验中，某同学用如图所示的装置进行了如下的操作：
①先调整斜槽轨道，使其末端的切线水平，在一块平木板表面先后钉上白纸和复写纸，并将该木板竖直立于靠近槽口处，使小球a从斜槽轨道上固定点处由静止释放，撞到木板并在白纸上留下痕迹O；②将木板向右平移适当的距离，再使小球a从原固定点由静止释放，撞在木板上并在白纸上留下痕迹B；
③保证木板的位置不变，把半径相同的小球b静止放在斜槽轨道水平段的最右端，让小球a仍从原固定点由静止释放，和小球b相碰后，两球撞在木板上并在白纸上留下痕迹A和C；④用刻度尺测量白纸上O点到A、B、C三点的距离分别为y1、y2和y3。
(1)两小球的质量关系ma________(选填“>”“