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教材情境4 基于教材实验的“科学实验”命题：从近几年的高考物理实验题的设置来看，特别重视实验能
情境解读
力的培养和提高。因此要做好教材中规定的基本实验，充分理解和掌握实
验的内容，在此基础上，能利用已学知识、原理和方法在题设的条件和情
境下，按照题设的要求制定出实验方案、选择实验器材、安排实验步骤、
设计实验数据的处理方法及实验误差分析，逐渐提高实验迁移能力、解决
简单新颖情境实验的能力。【真题1】 （ 2024· 海南高考 14 题节选）为验证两个互成角度的力的合成
规律，某组同学用两个弹簧测力计、橡皮条、轻质小圆环、木板、刻度
尺、白纸、铅笔、细线和图钉等器材，按照如下实验步骤完成实验。（ ）用图钉将白纸固定在水平木板上；
Ⅰ
（ ）如图甲、乙所示，橡皮条的一端固定在木板上的 点，另一端连接轻
Ⅱ G
质小圆环，将两细线系在小圆环上，细线另一端系在弹簧测力计上，用两
个弹簧测力计共同拉动小圆环到某位置，并标记圆环的圆心位置为 点，
O
拉力 和 的方向分别过 和 点，大小分别为 ＝ . 、 ＝ .
F F P P F 3 60 N F 2 90
1 2 1 2 1 2
；改用一个弹簧测力计拉动小圆环，使其圆心到 点，在拉力 的方向上
N O F
标记 点，拉力的大小为 ＝ . ，请完成下列问题：
P F 5 60 N
3
①在图乙中按照给定的标度画出 、 和 的图示，然后按平行四边形定
F F F
1 2
则画出 、 的合力 。
F F F'
1 2
答案：①见解析图②比较 和 ，写出可能产生误差的两点原因： 没有做到弹簧测力计、细
F F'
线、橡皮条都与木板平行；读数时没有正视弹簧测力计 。
解析：①根据 、 与 的方向和大小作出的力的图示如下图所示。②由
F F F
1 2
图可知 与 不完全重合，该误差的原因可能是没有做到弹簧测力计、细
F F'
线、橡皮条都与木板平行；读数时没有正视弹簧测力计。衔接分析
本题来源于人教版必修第一册 ，实验“探究两个互成角度的力的
P73
合成规律”，考查教材原型实验的实验目的、实验原理、实验操作及产生
误差的原因。【真题2】 （ 2024· 广西高考 11 题）单摆可作为研究简谐运动的理想
模型。（ ）制作单摆时，在图甲、图乙两种单摆的悬挂方式中，选择图甲方式
1
的目的是要保持摆动中 摆长 不变；
解析： 选择图甲方式的目的是要保持摆球摆动中摆长不变。
（ ）用游标卡尺测量摆球直径，测得读数如图丙，则摆球直径
2
为 . ；
1 06 cm
解析： 摆球直径为 ＝ ＋ × . ＝ . ＝ .
d 10 mm 6 0 1 mm 10 6 mm 1 06
。
cm（ ）若将一个周期为 的单摆，从平衡位置拉开 °的角度释放，忽略空
3 T 5
气阻力，摆球的振动可看为简谐运动。当地重力加速度为 ，以释放
g
时刻作为计时起点，则摆球偏离平衡位置的位移 与时间 的关系
x t
°
＝
为 x cos t 。
2
sin5 2π
解析： 根据单摆的周期公式 ＝ 可得单摆的摆长为 ＝
2 T 2π L
4π
，从平衡位置拉开 °的角度处释放 ，可得振幅为 ＝ °，以
5 A Lsin 5
2
该位置为计时起点，根据简谐运动规律可得摆球偏离平衡位置的位
2
4π
°
移 与时间 的关系为 ＝ ＝ 。
x t x Acos ωt cos t
2
sin5 2π
2
4π 衔接分析
本题来源于人教版物理选择性必修第一册 ，实验：用单摆测量重
P51
力加速度，考查教材原型实验的实验原理及游标卡尺的读数。【真题3】 （ 2024· 北京高考 16 题）如图甲所
示，让两个小球在斜槽末端碰撞来验证动量守
恒定律。
（ ）关于本实验，下列做法正确的是 （填
1 AC
选项前的字母）。
. 实验前，调节装置，使斜槽末端水平
A
. 选用两个半径不同的小球进行实验
B
. 用质量大的小球碰撞质量小的小球
C解析： 实验要求小球从斜槽末端离开后做平抛运动，因此斜槽
末端需要水平， 正确；实验时需要选择半径相同的小球发生一维对
A
心碰撞， 错误；为使碰撞后质量为 的小球不反弹而从斜槽末端水
B m
1
平离开，需要用质量大的小球碰撞质量小的小球， 正确。
C（ ）图甲中 点是小球抛出点在地面上的垂直投影，首先，将质量为 的
2 O m
1
小球从斜槽上的 位置由静止释放，小球落到复写纸上，重复多次。
S
然后，把质量为 的被碰小球置于斜槽末端，再将质量为 的小球
m m
2 1
从 位置由静止释放，两球相碰，重复多次。分别确定平均落点，记
S
为 、 和 （ 为质量为 的小球单独滑落时的平均落点）。
M N P P m
1
.图乙为实验的落点记录，简要说明如何确定平均落点： ；
a
答案：见解析答案：见解析
.分别测出 点到平均落点的距离，记为 、 和 。在误差允
b O OP OM ON
＝ ＋
许范围内，若关系式 m ·OP m ·OM m ·ON 成立，即可验证碰
1 1 2
撞前后动量守恒。解析： .利用圆规画圆，尽可能用最小的圆将某位置所有的落
a
点圈在其中，这个圆的圆心位置即为平均落点； .小球从斜槽末端
b
飞出后均做平抛运动，下落高度相同，由 ＝ 可知下落时间相
h gt2
1
同，则由 ＝ 可知小球落地时的水平位移与离开斜槽末端的速度成
x vt
2
正比，又由动量守恒定律有 ＝ ＋ ，则有 ＝
m v m v m v m ·OP m ·OM
1 P 1 M 2 N 1 1
＋ ，故若关系式 ＝ ＋ 成立，即可验证碰撞
m ·ON m ·OP m ·OM m ·ON
2 1 1 2
前后动量守恒。（ ）受上述实验的启发，某同学设计了另一种验证动量
3
守恒定律的实验方案。如图丙所示，用两根不可伸
长的等长轻绳将两个半径相同、质量不等的匀质小
球悬挂于等高的 点和 点，两点间距等于小球的
O O'
直径。将质量较小的小球 向左拉起至 点由静止释放，在最低点 与
1 A B
静止于 点的小球 发生正碰。碰后小球 向左反弹至最高点 ，小球
C 2 1 A'
向右摆动至最高点 。测得小球 、 的质量分别为 和 ，弦长
2 D 1 2 m M AB
＝ 、 ＝ 、 ＝ 。
l A'B l CD l
1 2 3
＝－ ＋
推导说明， 、 、 、 、 满足 ml ml Ml 关系即可验证
m M l l l
1 2 3
1 2 3
碰撞前后动量守恒。答案：推导过程见解析
解析： 小球摆动过程几何关系如图，由勾股
定理可知 － ＝ －（ － ） ，解得 ＝ ，
l2 h2 l h 2 l2 2l h
0 0
2
0
则 ＝ ，可知 ∝ ，设小球在最低点时的速度大
h h l2
2
2 0
小为 ，则由动能定理有 ＝ ，解得 ＝
v mgh mv2 v2
1
，可知 ∝ ∝ ，规定水平向右为正方向，则小球碰撞过程由动
2gh v l
2
量守恒定律有 ＝－ ＋ ，变形得 ＝－ ＋ ，故若 、
mv mv Mv ml ml Ml m
ℎ1 2 3 1 2 3
、 、 、 满足 ＝－ ＋ 即可验证碰撞前后动量守恒。
M l l l ml ml Ml
1 2 3 1 2 3衔接分析
本题源于鲁科版物理选择性必修第一册 ，科学验证：动量守恒定
P18
律，主要考查教材原型实验的实验原理与设计、实验步骤、实验的拓展。【真题4】 （ 2024· 湖北高考 11 题）某同学利用激光测量半圆柱体玻璃砖
的折射率，具体步骤如下：①平铺白纸，用铅笔画两条互相垂直的直线 和 ，交点为 。将半圆
AA' BB' O
柱体玻璃砖的平直边紧贴 ，并使其圆心位于 点，画出玻璃砖的半圆弧
AA' O
轮廓线，如图 所示。
a
②将一细激光束沿 方向以某一入射角射入玻璃砖，记录折射光线与半圆
CO
弧的交点 。
M
③拿走玻璃砖，标记 光线与半圆弧的交点 。
CO P
④分别过 、 作 的垂线 、 ， 、 是垂足，并用米尺分别测量
M P BB' MM' PP' M' P'
、 的长度 和 。
MM' PP' x y
⑤改变入射角，重复步骤②③④，得到多组 和 的数据。根据这些数据作
x y
出 图像，如图 所示。
y-x b（ ）关于该实验，下列说法正确的是 （单选，填标号）。
1 B
. 入射角越小，误差越小
A
. 激光的平行度好，比用插针法测量更有利于减小误差
B
. 选择圆心 点作为入射点，是因为此处的折射现象最明显
C O
解析： 在本实验中，为了减小测量误差，入射角应适当大些，
因为入射角越大，折射角也越大，则入射角和折射角的测量误差都
会减小，从而使折射率的测量误差减小， 错误；与插针法相比，激
A
光的平行度好，能更准确地确定入射光线和折射光线，从而更有利
于减小实验误差， 正确，选择圆心 点作为入射点，是因为便于计
B O
算，并不是因为此处的折射现象最明显， 错误。
C（ ）根据 图像，可得玻璃砖的折射率为 . （ . ～ . 均可）
2 y-x 1 58 1 56 1 60
（保留三位有效数字）。
解析： 设入射角为 、折射角为 、半圆弧轮廓线半径（玻璃砖
α β
半径）为 ，则由几何关系可知 ＝ ＝ 、 ＝ ＝ ，根据
R sin α sin β
′ ′
折射定律可得玻璃砖的折射率 ＝ ＝ ，结 合题图 可 知 图像的
n b y-x
sin
sin
斜率为该玻璃砖的折射率，故该玻璃砖的折射率 ＝ ＝ . 。
n 1 58
45
28 5
.（ ）若描画的半圆弧轮廓线半径略大于玻璃砖的实际半径，则折射率的
3
测量结果 不变 （填“偏大”“偏小”或“不变”）。
解析： 由（ ）问分析可知折射率的表达式中没有半圆弧轮廓
2
线半径 ，所以轮廓线半径的测量误差对实验结果没有影响，即折射
R
率的测量结果不变。衔接分析
本题源于鲁科版物理选择性必修第一册 ，节练习第 题，考查利
P107 5
用激光测量玻璃的折射率。
