专题19 验证性实验研究（解析版）.docx

1、 1 / 9 素养提升素养提升微微突破突破 19 验证性实验研究验证性实验研究 树立实事求是的科学态度 实验研究 实验研究是每年高考的必考考点，源于教材而不限于教材，对实验原理、实验数据处理、实验仪器使 用都是常考热点。 【2019 江苏卷】某兴趣小组用如图 1 所示的装置验证动能定理 （1）有两种工作频率均为 50 Hz 的打点计时器供实验选用： A电磁打点计时器 B电火花打点计时器 为使纸带在运动时受到的阻力较小，应选择 （选填“A”或“B”） ； （图 1） （2）保持长木板水平，将纸带固定在小车后端，纸带穿过打点计时器的限位孔实验中，为消除摩擦 力的影响， 在砝码盘中慢慢加入沙子， 直

2、到小车开始运动 同学甲认为此时摩擦力的影响已得到消除 同 学乙认为还应从盘中取出适量沙子， 直至轻推小车观察到小车做匀速运动 看法正确的同学是 （选 填“甲”或“乙”）； （3）消除摩擦力的影响后，在砝码盘中加入砝码接通打点计时器电源，松开小车，小车运动；纸带 被打出一系列点， 其中的一段如图 2 所示。 图中纸带按实际尺寸画出， 纸带上 A 点的速度 vA= m/s； 2 / 9 （图2） （4） 测出小车的质量为 M， 再测出纸带上起点到 A 点的距离为 L 小车动能的变化量可用 Ek= 2 1 2 A Mv 算 出砝码盘中砝码的质量为 m，重力加速度为 g；实验中，小车的质量应 （选填“

3、远大于”“远小 于”或“接近”）砝码、砝码盘和沙子的总质量，小车所受合力做的功可用 W=mgL 算出，多次测量，若 W 与 Ek均基本相等则验证了动能定理。 【答案】 （1）B （2）乙 （3）0.31（0.300.33都算对） （4）远大于 【解析】 （1）为使纸带在运动时受到的阻力较小，应选电火花打点计时器即 B； （2）当小车开始运动时有小车与木板间的摩擦为最大静摩擦力，由于最大静摩擦力大于滑动摩 擦力，所以甲同学的看法错误，乙同学的看法正确； （3）由图可知，相邻两点间的距离约为 0.62 cm，打点时间间隔为 0.02 s，所以速度为 0.0062 m/s0.31m/s 0.02 s

4、 v t ； （4）对小车由牛顿第二定律有：TMa，对砝码盘由牛顿第二定律有：mg Tma ，联立解 得： 1 Mmgmg T m mM M ，当Mm时，有：T mg ，所以应满足：Mm。 【素养解读】本题通过验证动能定理的实验考查了打点计时器的选用、纸带处理及误差分析等，考查了考 生的实验能力。体现了科学探索素养中的证据、解释、交流等要素。 一、验证机械能守恒定律 【典例 1】 【2017 天津卷】如图所示，打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落， 利用此装置验证机械能守恒定律。 对于该实验，下列操作中对减小实验误差有利的是_。 A重物选用质量和密度较大的金属锤 B两限位

5、孔在同一竖直面内上下对正 3 / 9 C精确测量出重物的质量 D用手托稳重物，接通电源后，撒手释放重物 某实验小组利用上述装置将打点计时器接到 50 Hz 的交流电源上， 按正确操作得到了一条完整的纸带， 由于纸带较长，图中有部分未画出，如图所示。纸带上各点是打点计时器打出的计时点，其中 O 点为 纸带上打出的第一个点。重物下落高度应从纸带上计时点间的距离直接测出，利用下列测量值能完成 验证机械能守恒定律的选项有_。 AOA、AD 和 EG 的长度 BOC、BC 和 CD 的长度 CBD、CF 和 EG 的长度 DAC、BD 和 EG 的长度 【答案】AB BC 【解析】重物选用质量和密度较大

6、的金属锤，减小空气阻力，以减小误差，故 A 正确；两限位孔在同 一竖直面内上下对正，减小纸带和打点计时器之间的阻力，以减小误差，故 B 正确；验证机械能守恒 定律的原理是： 2 1 2 2 2 1 2 1 mvmvmgh， 重物质量可以消掉， 无需精确测量出重物的质量， 故 C 错误； 用手拉稳纸带，而不是托住重物，接通电源后，撒手释放纸带，故 D 错误。 由 EG 的长度长度可求出打 F 点的速度 vF，打 O 点的速度 v1=0，但求不出 OF 之间的距离 h，故 A 错 误；由 BC 和 CD 的长度长度可求出打 C 点的速度 vC，打 O 点的速度 v1=0，有 OC 之间的距离 h，

7、可以 用来验证机械能守恒定律，故 B 正确；由 BD 和 EG 的长度可分别求出打 C 点的速度 v1和打 F 点的速 度 v2，有 CF 之间的距离 h，可以来验证机械能守恒定律，故 C 正确；AC、BD 和 EG 的长度可分别求 出打 BCF 三点的速度， 但 BC、 CF、 BF 之间的距离都无法求出， 无法验证机械能守恒定律， 故 D 错误。 【素养解读】本题考查“验证机械能守恒定律”实验，减小实验误差和如何处理实验数据是两大高频考点。渗 透实验操作实事求是、认真严谨的科学态度。 4 / 9 二、验证力的平行四边形定则 【典例 2】【2018 天津卷】某研究小组做“验证力的平行四边形定

8、则”的实验，所有器材有：方木板一块， 白纸，量程为 5 N 的弹簧测力计两个，橡皮条（带两个较长的细绳套），刻度尺，图钉（若干个）。 具体操作前，同学们提出了如下关于实验操作的建议，其中正确的是_。 A橡皮条应和两绳套夹角的角平分线在一条直线上 B重复实验再次进行验证时，结点 O 的位置可以与前一次不同 C使用测力计时，施力方向应沿测力计轴线；读数时视线应正对测力计刻度 D用两个测力计互成角度拉橡皮条时的拉力必须都小于只用一个测力计时的拉力 该小组的同学用同一套器材做了四次实验，白纸上留下的标注信息有结点位置 O，力的标度、分力和 合力的大小及表示力的作用线的点，如下图所示。其中对于提高实验精

9、度最有利的是_。 【答案】BC B 【解析】为了使实验结果更具有普遍性，在实验过程中不应让橡皮条的拉力方向具有特殊的角度或 位置，A 错误；只有每一次实验时用一个力和用两个力拉的效果相同即可，即 O 点位置相同，不需要 每次实验的 O 点位置都相同，B 正确；使用测力计时，施力方向应沿测力计轴线；读数时，视线应正 对弹簧测力计的刻度，C 正确；合力可以大于任一个分力，也可以等于分力，还可以小于任一分力，D 错误； AD 实验中选取的力的标度过大，导致画力时，线段太短，不利于实验精确度；B 图和 C 图选用的标 度相同，但 C 中力太小，不利于作平行四边形，故 B 符合题意。 【素养解读】本题考

10、查“验证力的平行四边形定则”实验，实验中弹簧选取、结点位置、标度选取等都是需要 注意的地方。体现实验操作实事求是、认真严谨的科学态度。 5 / 9 1 【2019 陕西省西安市高三第三次质量检测】某实验小组用如图所示的装置验证动量守恒。 （1）对于该实验，下列说法正确的是_ A入射小球和被碰小球应该质量相同、半径相同 B要确保斜槽轨道光滑，其末端水平 C入射小球可以斜槽上不同位置释放，但必须由静止释放 D实验只需要直尺和天平两个测量工具即可 E在地面上要依次铺上复写纸、白纸，以确定小球的落点 F在调整斜槽末端水平时，将小球放在斜槽末端不同位置都能静止即可 G槽口必须悬挂一个重锤线，以便确定槽口

11、在地面的投影位置 H实验必须测出离地面的高度，以便求出小球做平抛运动的时间 I实验需要用游标卡尺测出小球直径，以便准确求出小球做平抛运动的时间 J图中标出小球落点MNP、 、是小球多次实验落点中最清晰的点 （2）未放被碰小球和放上被碰小球时入射小球前后两次的落地位置分别为图中的_、 _两点；若入射小球的质量为 1 m ，被碰小球的质量为 2 m ，则实验需要验证的表达式为 _。 2 【2019 福建省厦门外国语学校高三最后模拟】某物理研究小组利用图甲装置验证机械能守恒定律，在铁 架台上安装有一电磁铁 （固定不动） 和一光电门 （可上下移动） ， 电磁铁通电后将钢球吸住， 然后断电， 钢球自由下

12、落，并通过光电门，计时装置可测出钢球通过光电门的时间。 6 / 9 （1）用 10 分度的游标卡尺测量钢球的直径，示数如图乙所示，可知钢球的直径 D=_cm。 （2）多次改变光电门的位置，测量出光电门到电磁铁下端 O 的距离为 h（hD） ，并计算出小球经过 光电门时的速度 v，若空气阻力可以忽略不计，则下列关于 v2-h 的图象正确的是_ （3）钢球通过光电门的平均速度_（选填“大于”或“小于”）钢球球心通过光电门的瞬时速度。 3 【2019 辽宁省辽南协作体高三模拟】如图所示的实验装置可以用来验证力的平行四边形定则，带有滑轮 的方木板竖直放置，为了便于调节绳子拉力的方向，滑轮可以安放在木板

13、上的多个位置。 （1）请把下面的实验步骤补写完整 三段绳子各自悬挂一定数目的等质量钩码，调整滑轮在木板上的位置，使得系统静止不动 把一张画有等间距同心圆的厚纸紧贴木板放置在绳子与木板之间，使得圆心位于绳子结点 O 处，有足 够多等间距同心圆作为画图助手，这样做为的是方便作出力的图示.你认为本实验有必要测量钩码所受的 重力大小吗?答_（选填“有”或“没有”，不必说明理由） 记录_以及_。 三段绳子上的拉力 FA、FB、FC才可用钩码数量来表示，根据记录的数据作出力的图示 FA、FB、FC 以 FA、FB不为邻边， 画出平行四边形， 如果平行边形的对角线所表示的力与_ （选填 FA、FB、 FC）

14、近似相等，则在实验误差允许的范围内验证了力的平行四边形定则 （2）在图中 A、B、C 三段绳子上分别悬挂了 5、4、5 个钩码而静止不动，图中 OA、OB 两段绳子与竖 7 / 9 直方向的夹角分别为 、，如果本实验是成功的，那么 sin sin 应接近于_。 4 【2017 天津卷】如图所示，打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此 装置验证机械能守恒定律。 对于该实验，下列操作中对减小实验误差有利的是_。 A重物选用质量和密度较大的金属锤 B两限位孔在同一竖直面内上下对正 C精确测量出重物的质量 D用手托稳重物，接通电源后，撒手释放重物 某实验小组利用上述装置将打

15、点计时器接到 50 Hz 的交流电源上， 按正确操作得到了一条完整的纸带， 由于纸带较长，图中有部分未画出，如图所示。纸带上各点是打点计时器打出的计时点，其中 O 点为纸 带上打出的第一个点。重物下落高度应从纸带上计时点间的距离直接测出，利用下列测量值能完成验证 机械能守恒定律的选项有_。 AOA、AD 和 EG 的长度 BOC、BC 和 CD 的长度 CBD、CF 和 EG 的长度 DAC、BD 和 EG 的长度 8 / 9 1 （1）DFG （2）P M 112 m OPm OMm ON 【解析】 （1）入射小球质量大于被碰小球质量相同、两球半径相同，A 错误；入射小球以同一速度碰 撞被碰

16、小球，然后做平抛运动，BC 错误；在地面上要依次铺上白纸、复写纸，以确定小球的落点，E 错误；小球落地时间相同，等式两边可以约去，不需测量，HI 错误；图中标出小球落点 M、N、P 是小 球多次实验落点的平均值，J 错误。 （2）入射小球前后两次的落地位置分别为图中的 P、M 两点；若入射小球的质量为 1 m ，被碰小球的质 量为 2 m ，则实验需要验证的表达式为 112 m OPm OMm ON 。 2 （1）0.96 （2）B （3）小于 【解析】 （1）游标卡尺的主尺读数为：0.9 cm，游标尺上第 6 个刻度和主尺上某一刻度对齐，游标读数 为 0.1 6 mm=0.6 mm，所以最终

17、读数为：0.96 cm； （2）利用小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度，故： D v t 9 / 9 根据机械能守恒的表达式有： 2 1 2 mghmv，那么关于 v2-h 的图象应该是一条过原点的倾斜直线，故 B 正确； （3）根据匀变速直线运动的规律得钢球通过光电门的平均速度等于这个过程中中间时刻速度，所以钢 球通过光电门的平均速度小于钢球球心通过光电门的瞬时速度。 3 （1）没有 三段绳子悬挂的钩码个数 三段绳子的方向 FC （2） 4 5 【解析】 （1）实验中钩码都是相同的，一个钩码受到的重力为一个单位力，只要计钩码的个数即可， 故没有必要测量钩码的重力。 该实验采用等效法，需要

18、记录三段绳子上挂的钩码数，以及三段绳子的方向； 以 FA、FB为邻边，画出平行四边形，如果 FA、FB所夹的对角线与 FC，近似共线等长，说明 FA、F B 所夹的对角线表示的力即为 FA、FB的合力，即验证了力的平行四边形定则。 （2）作图几个力的关系如图所示： 根据正弦定理有： sinsin BA FF ，且5,4 AB Fmg Fmg，解得： sin4 sin5 B A F F 。 4AB BC 【解析】重物选用质量和密度较大的金属锤，减小空气阻力，以减小误差，故 A 正确；两限位孔在同一 竖直面内上下对正，减小纸带和打点计时器之间的阻力，以减小误差，故 B 正确；验证机械能守恒定律 的

19、原理是： 2 1 2 2 2 1 2 1 mvmvmgh，重物质量可以消掉，无需精确测量出重物的质量，故 C 错误；用手 拉稳纸带，而不是托住重物，接通电源后，撒手释放纸带，故 D 错误。 由 EG 的长度长度可求出打 F 点的速度 vF， 打 O 点的速度 v1=0， 但求不出 OF 之间的距离 h， 故 A 错误； 由 BC 和 CD 的长度长度可求出打 C 点的速度 vC，打 O 点的速度 v1=0，有 OC 之间的距离 h，可以用来 验证机械能守恒定律，故 B 正确；由 BD 和 EG 的长度可分别求出打 C 点的速度 v1和打 F 点的速度 v2， 有 CF 之间的距离 h，可以来验证机械能守恒定律，故 C 正确；AC、BD 和 EG 的长度可分别求出打 BCF 三点的速度，但 BC、CF、BF 之间的距离都无法求出，无法验证机械能守恒定律，故 D 错误。