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高中曲线运动教案

发表时间:2021-03-01

高考物理考前回扣教材-力与曲线运动。

一名优秀的教师在每次教学前有自己的事先计划,准备好一份优秀的教案往往是必不可少的。教案可以让学生更好的吸收课堂上所讲的知识点,帮助教师营造一个良好的教学氛围。那么如何写好我们的教案呢?以下是小编收集整理的“高考物理考前回扣教材-力与曲线运动”,相信您能找到对自己有用的内容。

力与曲线运动
考点要求重温
考点11运动的合成与分解(Ⅱ)
考点12抛体运动(Ⅱ)
考点13匀速圆周运动、角速度、线速度、向心加速度(Ⅰ)
考点14匀速圆周运动的向心力(Ⅱ)
考点15离心现象(Ⅰ)
考点16万有引力定律及其应用(Ⅱ)
考点17环绕速度(Ⅱ)
考点18第二宇宙速度和第三宇宙速度(Ⅰ)
考点19经典时空观和相对论时空观(Ⅰ)
要点方法回顾
1.怎样分析平抛运动问题?平抛运动有哪些规律?
答案(1)平抛运动问题的分析方法:分解为水平方向上的匀速直线运动和竖直方向上的自由落体运动.即运动的合成与分解.
(2)平抛运动的运动规律:

平抛运动水平分运动竖直分运动合运动
速度大小vx=v0vy=gtv=v2x+v2y

方向x轴正方向y轴正方向tanθ=gtv0

位移大小x=v0ty=12gt2
s=x2+y2jaB88.COM

方向x轴正方向y轴正方向tanφ=gt2v0

2.竖直平面内的圆周运动模型有哪些,各有什么特点?
答案(1)轻绳模型
如图所示,球过最高点的速度最小值vmin=rg,若v>rg,绳对球产生拉力.球紧贴圆形光滑内侧轨道的运动与此相似,球过最高点时速度最小值同样是vmin=rg,当v>rg时,轨道对球产生压力.
(2)轻杆模型
如图所示,球过最高点的速度最小值vmin=0,当0<v<rg时,FN随v增大而减小,FN为支持力;当v=rg时,FN=0;当v>rg时,FN随v增大而增大,FN为拉力.球在圆形光滑管道内的运动与此相似.
3.万有引力定律有哪些具体的应用?
答案(1)万有引力定律:F=Gm1m2r2,式中G为万有引力常量,G=6.67×10-11Nm2/kg2.
是由卡文迪许通过扭秤实验测得的.
(2)计算离地面高为h处的重力加速度g=GMR+h2.
(3)分析天体运动问题
把天体的运动看成是匀速圆周运动,其所需向心力由万有引力提供.
GMmr2=mv2r=mω2r=m(2πT)2r=m(2πf)2r
应用时可根据实际情况选用适当的公式进行分析或计算.
研究天体运动时,一般不考虑天体自转因素的影响,而认为物体在某天体表面的重力大小等于天体对物体的万有引力,即mg=GMmR2,整理得GM=gR2,此式常称为黄金代换公式.
(4)天体质量M、密度ρ的估算
测出卫星绕天体做匀速圆周运动的半径R和周期T,
由GMmR2=m4π2T2R得M=4π2R3GT2,ρ=MV=M43πR30=3πR3GT2R30(R0为天体的半径)
当卫星沿天体表面绕天体运行时,R=R0,则ρ=3πGT2.
4.卫星的运行及变轨遵循什么规律?
答案(1)卫星的绕行速度、角速度、周期与半径r的关系
①由GMmr2=mv2r得v=GMr,所以r越大,v越小.
②由GMmr2=mω2r,得ω=GMr3,所以r越大,ω越小.
③由GMmr2=m4π2T2r得T=4π2r3GM,所以r越大,T越大.
(2)卫星的变轨
阻力作用下渐变:卫星线速度v将增大,周期T将减小,向心加速度a将增大,动能Ek将增大,势能Ep将减小,该过程有部分机械能转化为内能(摩擦生热),因此卫星机械能E机将减小.
突变:要使卫星由较低的圆轨道进入较高的圆轨道,即增大轨道半径(增大轨道高度h),一定要给卫星增加能量.与在低轨道时比较,卫星在较高轨道上的动能Ek减小,势能Ep增大,机械能E机也增大.增加的机械能由化学能转化而来.
(3)同步卫星的四个“一定”
轨道平面一定轨道平面与赤道平面共面
周期一定与地球自转周期相同,即T=24h
高度一定由GMmR+h2=m4π2T2(R+h)得同步卫星离地面的高度h=
3GMT24π2-R≈3.6×107m

速率一定v=GMR+h≈3.1×103m/s

(4)双星问题
如图所示,设双星的两子星的质量分别为M1和M2,相距L,M1和M2的线速度分别为v1和v2,角速度分别为ω1和ω2,由几何关系得r1+r2=L.
由万有引力定律和牛顿第二定律得:
GM1M2L2=M1v21r1=M1r1ω21GM1M2L2=M2v22r2=M2r2ω22.

扩展阅读

高考物理考前回扣教材-电场与磁场


电场与磁场
考点要求重温
考点24物质的电结构、电荷守恒(Ⅰ)
考点25静电现象的解释(Ⅰ)
考点26点电荷(Ⅰ)
考点27库仑定律(Ⅱ)
考点28静电场(Ⅰ)
考点29电场强度、点电荷的场强(Ⅱ)
考点30电场线(Ⅰ)
考点31电势能、电势(Ⅰ)
考点32电势差(Ⅱ)
考点33匀强电场中电势差与电场强度的关系(Ⅱ)
考点34带电粒子在匀强电场中的运动(Ⅱ)
考点35示波管(Ⅰ)
考点36常见电容器,电容器的电压、电荷量和电容的关系(Ⅰ)
考点37磁场、磁感应强度、磁感线(Ⅰ)
考点38通电直导线和通电线圈周围磁场的方向(Ⅰ)
考点39安培力、安培力的方向(Ⅰ)
考点40匀强磁场中的安培力(Ⅱ)
考点41洛伦兹力、洛伦兹力的方向(Ⅰ)
考点42洛伦兹力公式(Ⅱ)
考点43带电粒子在匀强磁场中的运动(Ⅱ)
考点44质谱仪和回旋加速器(Ⅰ)
要点方法回顾
1.请回答库仑定律的内容、公式和适用条件分别是什么?
答案(1)内容:真空中两个静止的点电荷之间的相互作用力,与它们的电荷量的乘积成正比,跟它们的距离的二次方成反比,作用力的方向在它们的连线上.
(2)公式:F=kq1q2r2,式中的k=9.0×109Nm2/C2,叫静电力常量.
(3)适用条件:①点电荷;②真空中.
2.电场强度是描述电场力的性质的物理量,它有三个表达式:E=Fq,E=kQr2和E=Ud,这三个公式有何区别?如果空间某点存在多个电场,如何求该点的场强?电场的方向如何确定?
答案(1)区别
①电场强度的定义式E=Fq,适用于任何电场,E由场源电荷和点的位置决定,与F、q无关.
②真空中点电荷所形成的电场E=kQr2,其中Q为场源电荷,r为某点到场源电荷的距离.
③匀强电场中场强和电势差的关系式E=Ud,其中d为两点沿电场方向的距离.
(2)用叠加原理求该点的场强
若空间的电场是由几个“场源”共同激发的,则空间中某点的电场强度等于每个“场源”单独存在时所激发的电场在该点的场强的矢量和——叠加原理.
(3)电场方向是正电荷的受力方向、负电荷受力的反方向、电场线的切线方向、电势降低最快的方向.
3.比较电势高低的方法有哪些?
答案(1)顺着电场线方向,电势逐渐降低.
(2)越靠近正场源电荷处电势越高;越靠近负场源电荷处电势越低.
(3)根据电场力做功与电势能的变化比较
①移动正电荷,电场力做正功,电势能减少,电势降低;电场力做负功,电势能增加,电势升高.
②移动负电荷,电场力做正功,电势能减少,电势升高;电场力做负功,电势能增加,电势降低.
4.比较电势能大小最常用的方法是什么?
答案不管是正电荷还是负电荷,只要电场力对电荷做正功,该电荷的电势能就减少;只要电场力对电荷做负功,该电荷的电势能就增加.
5.电场力做功有什么特点?如何求解电场力的功?
答案(1)电场力做功的特点
电荷在电场中任意两点间移动时,它的电势能的变化量是确定的,因而电场力对移动电荷所做的功的值也是确定的,所以,电场力对移动电荷所做的功,与电荷移动的路径无关,仅与初、末位置的电势差有关,这与重力做功十分相似.
(2)电场力做功的计算及应用
①W=Flcosα,常用于匀强电场,即F=qE恒定.
②WAB=qUAB,适用于任何电场,q、UAB可带正负号运算,结果的正负可反映功的正负,也可带数值运算,但功的正负需结合移动电荷的正负以及A、B两点电势的高低另行判断.
③功能关系:电场力做功的过程就是电势能和其他形式的能相互转化的过程,如图,且W=-ΔE其他.
电势能E电????W>0W<0其他形式的能E其他
6.带电粒子在匀强电场中分别满足什么条件可以做加速直线运动和偏转运动?处理带电粒子在电场中运动的方法有哪些?
答案(1)加速——匀强电场中,带电粒子的受力方向与运动方向共线、同向.
处理方法:①牛顿运动定律和运动学方程相结合.
②功能观点:qU=12mv22-12mv21
(2)偏转——带电粒子以初速度v0垂直于电场线方向进入匀强电场.
处理方法:类似平抛运动的分析方法.
沿初速度方向的匀速直线运动:l=v0t
沿电场力方向的初速度为零的匀加速直线运动:
y=12at2=12qEm(lv0)2=qUl22mdv20
偏转角tanθ=vyv0=qUlmdv20
7.电容的两个表达式和平行板电容器的两类问题是什么?
答案(1)①电容:C=QU
②平行板电容器的电容决定式:C=εrS4πkd∝εrSd.
(2)平行板电容器的两类问题:
①电键K保持闭合,则电容器两端的电压恒定(等于电源电动势),这种情况下带电荷量Q=CU∝C,而C=εrS4πkd∝εrSd,E=Ud∝1d.
②充电后断开K,则电容器带电荷量Q恒定,这种情况下C∝εrSd,U∝dεrS,E∝1εrS.
8.磁场的基本性质是什么?安培定则和左手定则有何区别?
答案(1)磁场是一种物质,存在于磁体、电流和运动电荷周围,产生于电荷的运动,磁体、电流和运动电荷之间通过磁场而相互作用.
(2)两个定则:①安培定则:判断电流周围的磁场方向.
②左手定则:判断电流或运动电荷在磁场中的受力方向.
9.通电导线在磁场中一定受到力的作用吗?磁场对电流的力的作用有什么特点?
答案当通电导线放置方向与磁场平行时,磁场对通电导线无力的作用.除此以外,磁场对通电导线有力的作用.当I⊥B时,磁场对电流的作用为安培力F=BIL,其中L为导线的有效长度,安培力的方向用左手定则判断,且安培力垂直于B和I确定的平面.
10.带电粒子在磁场中的受力情况有何特点?洛伦兹力的大小与哪些物理量有关,它的方向如何判定?洛伦兹力为什么不做功?
答案(1)磁场只对运动电荷有力的作用,对静止电荷无力的作用.磁场对运动电荷的作用力叫洛伦兹力.
(2)洛伦兹力的大小和方向:其大小为F洛=qvBsinθ,注意:θ为v与B的夹角.F洛的方向仍由左手定则判定,但四指的指向应为正电荷运动的方向或负电荷运动方向的反方向.
(3)因为洛伦兹力的方向总是垂直于速度方向,所以洛伦兹力不做功.
11.分析带电粒子在磁场中的匀速圆周运动问题的基本思路和方法是怎样的?
答案(1)圆心的确定:因为洛伦兹力F洛指向圆心,根据F洛⊥v,画出粒子运动轨迹上任意两点的(一般是射入和射出磁场的两点)F洛的方向,沿两个洛伦兹力F洛的方向画其延长线,两延长线的交点即为圆心,或利用圆心位置必定在圆中任意一根弦的中垂线上,作出圆心位置.
(2)半径的确定和计算:利用平面几何关系,求出该圆的可能半径(或圆心角).
(3)粒子在磁场中运动时间的确定:利用回旋角α(即圆心角)与弦切角的关系,或者利用四边形内角和等于360°计算出圆心角α的大小,由公式t=α360°T可求出粒子在磁场中运动的时间.
(4)注意圆周运动中有关的对称规律:如从同一边界射入的粒子,从同一边界射出时,速度与边界的夹角相等;在圆形磁场区域内,沿径向射入粒子,必沿径向射出.
12.当带电粒子在电场中分别做匀变速直线运动,类平抛运动和一般曲线运动时,通常用什么方法来处理?
答案(1)当带电粒子在电场中做匀变速直线运动时,一般用力的观点来处理(即用牛顿运动定律结合运动学公式);
(2)当带电粒子在电场中做类平抛运动时,用运动的合成和分解的方法来处理;
(3)当带电粒子在电场中做一般曲线运动时,一般用动能定理或能量的观点来处理.
13.复合场通常指哪几种场?大体可以分为哪几种类型?处理带电粒子在复合场中运动问题的思路和方法是怎样的?
答案(1)复合场及其分类
复合场是指重力场、电场、磁场并存的场,在力学中常有四种组合形式:①电场与磁场的复合场;②磁场与重力场的复合场;③电场与重力场的复合场;④电场、磁场与重力场的复合场.
(2)带电粒子在复合场中运动问题的处理方法
①正确分析带电粒子的受力及运动特征是解决问题的前提.
②灵活选用力学规律是解决问题的关键
当带电粒子在复合场中做匀速直线运动时,应根据平衡条件列方程求解.
当带电粒子在复合场中做匀速圆周运动时,往往同时应用牛顿第二定律和平衡条件列方程联立求解.
当带电粒子在复合场中做非匀速曲线运动时,应选用动能定理或能量守恒定律列方程求解.
14.回旋加速器加速带电粒子时,是不是加速电压越大,粒子获得的动能越大,粒子回旋的时间越短?
答案设粒子的最大速度为vm,由qvB=mv2R知vm=qBRm,则粒子的最大动能Ekm=12mv2m=qBR22m.故对同种带电粒子,带电粒子获得的最大动能由磁感应强度B和D形盒的半径决定.
粒子每加速一次获得的动能ΔEk0=qU,带电粒子每回旋一周被加速两次,增加的动能ΔEk=2qU,则达到最大动能的回旋次数n=EkmΔEk=B2R2q4mU,若不考虑在电场中加速的时间,带电粒子在磁场中回旋的总时间t=nT=B2R2q4mU2πmqB=πBR22U,故对同种带电粒子,加速电压越大,粒子回旋的时间越短.

高考物理考前回扣教材-功与能


功与能
考点要求重温
考点20功和功率(Ⅱ)
考点21动能和动能定理(Ⅱ)
考点22重力做功与重力势能(Ⅱ)
考点23功能关系、机械能守恒定律及其应用(Ⅱ)
要点方法回顾
1.如何求解恒力的功、变力的功和合力的功?方法主要有哪些?
答案(1)恒力F做功:W=Flcosα.
两种理解:①力F与在力F的方向上通过的位移lcosα的乘积.②在位移l方向的分力Fcosα与位移l的乘积.
在恒力大小不确定时,也可以用动能定理求解.
(2)变力F做功的求解方法:
①若变力F是位移l的线性函数,则F=F1+F22,W=Flcosα.有时,也可以利用F-l图线下的面积求功.
②在曲线运动或往返运动时,滑动摩擦力、空气阻力的功等于力和路程(不是位移)的乘积,即W=-Ffl,式中l为物体运动的路程.
③变力F的功率P恒定,W=Pt.
④利用动能定理及功能关系等方法根据做功的效果求解,即W合=ΔEk或W=E.
(3)合力的功W合
W合=F合lcosα,F合是恒力.
W合=W1+W2+…+Wn,要注意各功的正负.
2.一对作用力与反作用力所做的功一定相等吗?
答案作用力与反作用力总是大小相等,方向相反,同时存在,同时消失,但它们分别作用在两个不同的物体上,而这两个物体各自发生的位移却是不确定的.所以作用力做功时,反作用力可能做功,也可能不做功,可能做正功,也可能做负功.
3.摩擦力做功有哪些特点?一对静摩擦力和一对滑动摩擦力的功有什么区别?它们都能把机械能转化为其他形式的能吗?
答案(1)摩擦力既可以做正功,也可以做负功,还可以不做功.
(2)一对静摩擦力的功的代数和总为零,静摩擦力起着传递机械能的作用,而没有机械能转化为其他形式的能.
(3)一对滑动摩擦力的功的代数和等于摩擦力与相对位移的乘积,其值为负值.W=-Ff滑l相对,且Ff滑l相对=ΔE损=Q,即机械能转化为内能.
4.什么是平均功率和瞬时功率,写出求解平均功率和瞬时功率的公式,并指明公式中各字母的含义.
答案(1)平均功率:平均功率应明确是哪一过程中的平均功率,其计算公式为P=Wt(一般公式).
P=Fvcosα(F为恒力,v为平均速度).
(2)瞬时功率:瞬时功率对应物体运动过程中的某一时刻,其计算公式为P=Fvcosα,其中α为该时刻F与v的夹角.
5.如何理解动能定理?应用动能定理解题的基本思路是怎样的?
答案(1)对动能定理的理解
①总功是指各力做功的代数和,但要特别注意各功的正负.
②正功表示该力作为动力对物体做功.负功表示该力作为阻力对物体做功.
③动能定理是标量式,所以不能说在哪个方向上运用动能定理.
(2)应用动能定理解题的基本思路
①明确研究对象和过程,找出初、末状态的速度情况.
②对物体进行受力分析,明确各个力的做功情况,包括大小、正负.
③有些力在运动过程中不是始终存在的,计算功时要注意它们各自对应的位移.
④如果运动过程包含几个物理过程,此时可以分段考虑,也可以视为一个整体列动能定理方程.
6.判断机械能是否守恒的方法有哪些?机械能守恒的常用表达式有哪些?
答案(1)机械能是否守恒的判断:①用做功来判断,看重力(或弹簧弹力)以外的其他力做功的代数和是否为零.②用能量转化来判断,看是否有机械能转化为其他形式的能.③对绳子突然绷紧、物体间碰撞等问题,机械能一般不守恒,除非题目中有特别说明或暗示.
(2)机械能守恒的常用表达式:①Ek1+Ep1=Ek2+Ep2.②ΔEk=-ΔEp.③ΔEA增=ΔEB减.
7.下表是几个重要的功能关系,请说明各种功所对应的能量变化,并填好下面的表格.
做功←――――――――――→功是能量转化的量度能量变化
↓↓
重力做功WG=mgh←――――――→WG=-ΔEp重力势能变化ΔEp
弹力做功WF←――――――→WF=-ΔEp弹性势能变化ΔEp
合力做功W合=W1+W2+W3+…←――――――→W合=ΔEk动能变化ΔEk
除弹力和重力之外其他力做功W总←――――――→W总=ΔE机械能变化ΔE
滑动摩擦力和介质阻力做功Wf←――――――→Wf=ΔE内系统内能变化ΔE内
电场力做功WAB=qUAB←――――――→WAB=-ΔEp电势能变化ΔEp
电流做功W=IUt←――――――→W=ΔE电能变化ΔE=IUt
安培力做功←――――――→W安=-ΔE电电能转化为机械能:ΔE电=ΔE机
在电磁感应中克服安培力做功←――――――→W安=-ΔE电其他形式能转化为电能:ΔE其他=ΔE电

高考物理考前回扣教材-力学实验


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物理实验
考点要求重温
1.要求会正确使用的仪器主要有:刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器、天平、秒表、电火花计时器或电磁打点计时器、弹簧测力计、电流表、电压表、多用电表、滑动变阻器、电阻箱等.
2.要求认识误差问题在实验中的重要性,了解误差的概念,知道系统误差和偶然误差;知道用多次测量求平均值的方法减小偶然误差;能在某些实验中分析误差的主要来源;不要求计算误差.
3.要求知道有效数字的概念,会用有效数字表达直接测量的结果,间接测量的有效数字运算不作要求.
1力学实验
要点方法回顾
1.游标卡尺和螺旋测微器的读数
(1)游标卡尺
测量大于1mm的长度时,整的毫米数从主尺上读出,毫米以下的部分从游标尺上读出,即读数=主尺读数+游标尺读数,其中“游标尺读数”就是与主尺某刻度线对齐的游标刻度的序数乘以精确度.注意游标卡尺不估读.
(2)螺旋测微器
图1
螺旋测微器又叫千分尺,“千分”就是千分之一毫米,即0.001mm.螺旋测微器的读数应是0.5mm以上的部分从固定刻度上读,并且要看其“半mm”刻度线是否露出;0.5mm以下的部分从可动刻度上读,要估读一位,再把两部分读数相加即得测量值.如图1所示的读数应该是6.700mm.
2.研究匀变速直线运动
(1)纸带处理.从打点计时器重复打下的多条纸带中选点迹清楚的一条,舍掉开始比较密集的点迹,从便于测量的地方取一个起始点O,然后每5个点取一个计数点A、B、C、…(或者说每隔4个点取一个计数点),这样做的好处是相邻计数点间的时间间隔T=0.1s,便于计算.如图2所示,测出相邻计数点间的距离x1、x2、x3、…
图2
(2)利用x1、x2、x3、…可以计算相邻相等时间内的位移差x2-x1、x3-x2、x4-x3、…,如果它们在允许的误差范围内相等,则可以判定被测物体的运动是匀变速直线运动.
(3)利用纸带可以求被测物体在任一计数点对应时刻的瞬时速度v.如vB=x2+x32T.
(4)利用纸带求被测物体的加速度a.具体来说又有两种方法:
①“逐差法”:从纸带上得到6个相邻相等时间内的位移,则a=x4+x5+x6-x1+x2+x39T2.
②利用v-t图象求a:求出A、B、C、D、E、F各点的瞬时速度,画出如图3所示的v-t图线,图线的斜率就等于加速度a.
图3
(5)注意事项
①细绳尽可能与木板平行,以确保细绳对小车的拉力不变;
②开始释放小车时,小车应尽量靠近打点计时器;
③小车的加速度应适当大一些,以能在纸带长约50cm的范围内清楚地取7~8个计数点为宜;
④正确区别打点计时器打出的点与人为选取的计数点(一般把打点计时器打出的每5个点作为1个计数点),选取的计数点不少于6个;
⑤最好不要分段测量各段位移,应尽可能地一次测量完毕.读数时估读到毫米的下一位.
3.探究弹力和弹簧伸长量的关系
(1)原理:弹簧受到拉力会伸长,平衡时弹簧产生的弹力和外力大小相等,这样弹力的大小可以通过测定外力而得出(可以用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力).弹簧的伸长量可用直尺测出.多测几组数据,用列表或作图的方法探究出弹力和弹簧伸长量的关系.
(2)注意事项
①悬吊弹簧时让它自然下垂,另外要记住测量弹簧的原长;
②每改变一次拉力的大小就需要做一次测量记录.为了探究弹力和弹簧伸长量的关系,要尽可能地多测几组数据,以便在坐标纸上能描出更多的点;
③实验时拉力不要太大,以免弹簧被过分拉伸,超出它的弹性限度;
④在坐标纸上尝试描画一条平滑曲线时,要顺着各点的走向来描,描出的点不一定正好在曲线上,但要注意使描出的点大致分布在曲线两侧.
4.验证力的平行四边形定则
(1)原理:如图4所示,两只弹簧测力计a、b成角度拉橡皮条AB和一只弹簧测力计c拉橡皮条AB的效果相同,这个效果就是指橡皮条的形变量(大小和方向)相同(两次必须把橡皮条拉至同一位置).
图4
(2)注意问题
①在同一实验中的两只弹簧测力计的选取方法:将两只弹簧测力计钩好对拉,若两只弹簧测力计在拉的过程中读数相同,则可选,否则不可选;
②在满足合力不超过弹簧测力计量程及橡皮条形变不超过弹性限度的条件下,应使拉力尽量大一些,以减少误差;
③画力的图示时,应该选定恰当的标度,尽量使图画得大一些,同时严格按照力的图示要求和几何作图法作出合力;
④在同一次实验中,橡皮条拉长的节点位置O一定相同;
⑤本实验误差的主要来源除了弹簧测力计外,还可能来自读数误差、作图误差,因此读数时眼睛一定要正视,按有效数字正确读数和记录,作图时须保证两力的对边一定要平行.
5.探究加速度与力、质量的关系
(1)了解该实验的系统误差的来源.
①用砂和砂桶的总重量代替小车受到的拉力.由牛顿第二定律可知,由于砂和砂桶也在做匀加速运动,因此砂和砂桶的总重量肯定大于小车受到的实际拉力.可以推导出结论:只有在小车的总质量M远大于砂和砂桶的总质量m时,才能使该系统误差足够小.
②没有考虑摩擦阻力的作用.应该用平衡摩擦力的方法来消除这个系统误差.
(2)为研究a、F、m三者的关系,要利用“控制变量法”,分别研究a与F、a与m的关系.
(3)用图象法验证a∝F、a∝1m(后者必须用a-1m图象,不能用a-m图象).
6.探究功与速度变化的关系
(1)作用在物体上的力越大,相同时间内在力的方向上发生的位移就越大,力对物体做的功就越多.力越大产生的加速度也就越大,物体通过较大的位移后获得的速度也就越大.所以力对物体做的功与速度是正相关性关系,可能与速度的一次方、二次方、三次方等成正比.
如图5所示,小车在一条橡皮筋的作用下弹出,沿木板滑行.当我们用2条、3条、…同样的橡皮筋进行第2次、第3次、…实验时,每次实验中橡皮筋拉伸的长度都保持一致,那么,第2次、第3次、…实验中橡皮筋对小车做的功就是第一次的2倍、3倍、…如果把第一次实验时橡皮筋做的功记为W,以后各次做的功就是2W、3W、…
图5
橡皮筋做功而使小车获得的速度可以由纸带和打点计时器测出,进行若干次测量,就得到若干次功和速度的数据.
(2)按图组装好实验器材,由于小车在运动中会受到阻力,平衡阻力的方法是将木板固定有打点计时器的一端垫起适当的高度,使小车缓慢匀速下滑.
(3)在处理数据时,应先对测量数据进行估计,大致判断两个量可能的关系,然后以W为纵坐标,v2(或v、v3、v)为横坐标作图.
7.验证机械能守恒定律
本实验要求验证自由下落过程中机械能守恒,如图6所示的纸带的左端是用夹子夹重物的一端.
图6
(1)原理:用刻度尺量出从0点到1、2、3、4、5各点的距离h1、h2、h3、h4、h5,利用“匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于该段位移内的平均速度”,算出2、3、4各点对应的瞬时速度v2、v3、v4,验证与2、3、4各点对应的重力势能减少量mgh和动能增加量12mv2是否相等.
(2)注意事项
①实验中打点计时器的安装,重物与纸带限位孔必须在同一竖直线上,以减小摩擦阻力;
②实验时必须先接通电源,让打点计时器正常工作后才能松开纸带让重物下落;
③要多做几次实验,选点迹清晰,且第一、二两点间距离接近2mm的纸带进行测量;
④测量下落高度时,必须从起始点算起.为了减小测量值h的相对误差,选取的各个计数点要离起始点远些,纸带也不宜过长,有效长度可在60~80cm;
⑤因不需要知道动能的具体数值,因此不需要测出重物的质量m;
⑥由于摩擦和空气阻力的影响,mgh总是稍大于12mv2.

高考物理考前回扣教材-电学实验


电学实验
要点方法回顾
1.多用电表
(1)正确使用
①电流的流向:由于使用多用电表时不管测量项目是什么,电流都要从电表的“+”插孔(红表笔)流入,从“-”插孔(黑表笔)流出,所以使用欧姆挡时,多用电表内部电池的正极接的是黑表笔,负极接的是红表笔.
②要区分开“机械零点”与“欧姆零点”:“机械零点”在表盘刻度左侧“0”位置,调整的是表盘下边中间的定位螺丝;“欧姆零点”在表盘刻度的右侧电阻刻度“0”位置,调整的是欧姆挡的调零旋钮.
③选倍率:测量前应根据估计的阻值选用适当的挡位.由于欧姆挡刻度的非线性,使用欧姆挡测电阻时,表头指针偏转过大或过小都有较大误差,通常只使用表盘中间一段刻度范围(14R中~4R中)为测量的有效范围,譬如,J0411型多用电表欧姆挡中的R中=15Ω,当待测电阻约为2kΩ时,则应选用×100挡.
(2)注意问题
①在使用前,应观察指针是否指向电流表的零刻度线,若有偏差,应用螺丝刀调节多用电表中间的定位螺丝,使指针指在电流表的零刻度;
②测电阻时,待测电阻须与其他元件和电源断开,不能用手接触表笔的金属杆;
③合理选择欧姆挡的量程,测量时使指针尽量指在表盘中央位置附近;
④换用欧姆挡的另一量程时,一定要重新进行欧姆调零,才能进行测量;
⑤读数时,应将表针示数乘以选择开关所指的倍率;
⑥测量完毕时,要把表笔从测试孔中拔出,选择开关应置于交流电压最高挡或“OFF”挡,若长时间不用时,应把电池取出.
2.测定金属的电阻率
(1)实验原理
用毫米刻度尺测一段金属丝的长度l,用螺旋测微器测金属丝的直径d,用伏安法金属丝的电阻R,根据电阻定律R=ρlS可求金属丝的电阻率ρ=πd24lR.
(2)电流表的内、外接法
在伏安法测电阻的实验中,若RVRx>RxRA,选用电流表外接电路;若RVRx<RxRA,选用电流表内接电路.
(3)控制电路的选择
如果滑动变阻器的额定电流够用,在下列三种情况下必须采用分压式接法(如图7所示).
图7
①用电器的电压或电流要求从零开始连续可调.
②要求用电器的电压或电流变化范围大,但滑动变阻器的阻值小.
③采用限流接法时电路中的最小电流仍超过用电器的额定电流.
在安全(I滑额够大,仪表不超量程,用电器上的电流、电压不超额定值,电源不过载)、有效(调节范围够用)的前提下,若Rx<R0,原则上两种电路均可采用,但考虑省电、电路结构简单,可优先采用限流接法(如图8所示);而若RxR0,则只能采用分压电路.
图8
(4)注意事项
①本实验中待测金属丝的电阻值较小,为了减小实验的系统误差,必须采用电流表外接法;
②实验连线时,应先从电源的正极出发,依次将电源、开关、电流表、待测金属丝、滑动变阻器连成主线路,然后再把电压表并联在待测金属丝的两端;
③闭合开关之前,一定要使滑动变阻器的滑片处在有效电阻值最大的位置;
④在用伏安法测电阻时,通过待测金属丝的电流I的值不宜过大,通电时间不宜过长,以免金属丝的温度过高,造成其电阻率在实验过程中增大;
⑤求Rx的平均值可用两种方法:第一种是算出各次的测量值,再取平均值;第二种是用U-I图线的斜率来求出.若采用图象法,在描点时要尽量使点间的距离拉大一些,连线时要让各点均匀分布在直线两侧,个别明显偏离直线较远的点不予考虑.
3.描绘小灯泡的伏安特性曲线
(1)实验原理
①定值电阻的伏安特性曲线是直线,而小灯泡灯丝的电阻随温度的升高而增大,故其伏安特性曲线为曲线.
②用电流表测出流过小灯泡的电流,用电压表测出小灯泡两端的电压,测出多组(U、I)值后,在U-I坐标系中描出对应点,用一条平滑的曲线将这些点连接起来,就得到小灯泡的伏安特性曲线.
(2)电路设计(如图9所示).
图9
①实验中,小灯泡两端的电压要求从零开始变化,滑动变阻器应采用分压式接法.
②实验中,被测小灯泡电阻一般很小(几欧或十几欧),电路采用电流表外接法.
(3)注意事项
①本实验需作出U-I图线,要求测出一组包括零在内的电压值、电流值,因此滑动变阻器要采用分压式接法;
②因被测小灯泡电阻较小,因此实验电路必须采用电流表外接法;
③开关闭合后,调节滑动变阻器滑片的位置,使小灯泡的电压逐渐增大,可在电压表读数每增加一个定值时,读取一次电流值;调节滑片时应注意电压表的示数不能超过小灯泡的额定电压;
④在坐标纸上建立坐标系,横、纵坐标所取的分度比例应该适当,尽量使测量数据画出的图线占满坐标纸.连线一定要用平滑的曲线,而不能画成折线.
4.测定电池的电动势和内阻
(1)由闭合电路欧姆定律:E=U+Ir,只要测出两组U、I值,就可以列方程求出E和r.
由于电池的内阻一般很小,为减小测量误差,常采用图10甲所示的电路,而不用图乙所示电路.
图10
(2)仪器及电路的选择
①电压表量程:根据测量电池的电动势的值选取,如测两节干电池,电压表应选0~3V量程.
②电流表量程,因要求流过电源的电流不宜过大,一般选0~0.6A量程.
③滑动变阻器的选取:阻值一般为10~20Ω.
(3)数据处理
图11
改变R的值,测出多组U、I值,作出U-I图线,如图11所示,图线与U轴交点的纵坐标即为电池电动势,图线斜率的绝对值即为电池内阻.
由于电池的内阻很小,即使电流有较大的变化,路端电压变化也很小,为充分利用图象空间,电压轴数据常从某一不为零的数开始,但U-I图象在U轴上的截距和图线斜率的意义不变.
(4)注意事项
①为了使电池的路端电压变化明显,电池的电阻宜稍大一些;
②电池在大电流放电时极化现象较严重,电动势E会明显下降,内阻r会明显增大,故长时间放电电流不宜超过0.3A,短时间放电电流不宜超过0.5A,因此实验中不要将I调得过大,读电表时要快,每次读完后应立即断电;
③测出不少于6组I、U数据,且变化范围要大,用方程组求解,分别求出E、r值再求平均值;
④画出U-I图象,要使较多的点落在这条直线上或使各点均匀分布在直线的两侧,个别偏离直线太远的点可不予考虑;
⑤计算内阻要在直线上任取两个相距较远的点,用r=|ΔU||ΔI|算出电池的内阻r.