2022届高三物理二轮复习卷：实验题专题练习（二）

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一、实验探究题
1．为了探究“受到空气阻力时，小车速度随时间变化的规律”，小项同学采用了如图甲所示的实验装置。实验时，平衡小车与木板之间的摩擦力后，在小车上安装一薄板，以增大空气的阻力。
（1）往砝码盘中加入一小砝码，在释放小车 （选填“之前”或“之后”）接通打点计时器的电源，在纸带上打出一系列的点；
（2）某次实验打下的纸带如下图乙，请读出C点对应的刻度为 cm，已知打点计时器的频率为50Hz，打点计时器在打C点时小车的瞬时速度vC= m/s；
（3）在某次实验中，得出各计数点的时间t与速度v的数据如下表，请根据表格中的实验数据，在图丙中完成小车的v−t图像；
（4）通过对画出的v−t图象分析可得出的实验结论：小车及薄板所受的空气阻力随速度的增大而 （选填“增大”、“减小”或“不变”）。
2．（2021高三上·东莞月考）某同学设计出如图甲所示的实验装置来“验证机械能守恒定律”，让小球从A点自由下落，下落过程中经过正下方的光电门B时，光电计时器记录下小球通过光电门时间t，当地重力加速度为g。
（1）先用游标卡尺测量钢球的直径，读数如图乙所示，钢球直径为d＝ cm；
（2）为了验证机械能守恒定律，该实验还需要测量下列哪个物理量__________（填选项）
A．小球的质量m
B．AB之间的距离H
C．小球从A到B的时间T
（3）小球通过光电门时的瞬时速度v= （用题中所给的物理量表示）。
（4）该同学在实验中发现，小球减少的重力势能总是略大于增加的动能，可能的原因是 。
3．（2021高三上·泰安期中）某兴趣小组测量一缓冲装置中弹簧的劲度系数，缓冲装置如下图所示，固定在斜面上的透明有机玻璃管与水平面夹角为30°，弹簧固定在有机玻璃管底端。实验过程如下：先沿管轴线方向固定一毫米刻度尺，再将单个质量为200g的钢球（直径略小于玻璃管内径）逐个从管口滑进，每滑进一个钢球，待弹簧静止，记录管内钢球的个数n和弹簧上端对应的刻度尺示数 Ln ，数据如下表所示。实验过程中弹簧始终处于弹性限度内。采用逐差法计算每个小球对应的弹簧压缩量，进而计算弹簧劲度系数。
（1）利用 ΔLi=Li−Li+3(i=1,2,3) 计算弹簧的压缩量： ΔL1=9.04cm ， ΔL2=9.08cm ， ΔL3= cm，滑进每个钢球对应压缩量的平均值为 cm；（结果保留2位小数）
（2）若不计摩擦，重力加速度g取 9.80m/s2 ，该弹簧的劲度系数为 Nm 。（结果保留2位小数）
4．（2021高三上·化州月考）在“测定金属的电阻率”实验中，所用测位仪器均已校准。待测金属丝接入电路部分的长度约为50cm。
（1）用螺旋测微器测量金属丝的直径，其中某一次测盘结果如图所示，其读数应为 mm。
（2）用伏安法测金属丝的电阻Rx，实验所用器材为：电池组（电动势3V，内阻约1Ω）、电流表（内阻约0.1Ω）、电压表（内阻约3kΩ）、滑动变阻器R（0～20Ω，额定电流2A）、开关、导线若干。某小组同学利用以上器材正确连接好电路，进行实验测量，为使电压从零开始连续调节，他们测量Rx时应采用图中的 （选填“甲”或“乙”）电路。
（3）图是测量Rx的实验器材实物图，图中已连接了部分导线，滑动变阻器的滑片P置于滑动变阻器的一端。请根据（2）所选的电路图，补充完成图中实物间的连线。
（4）小组的同学应用（3）中的电路图，进行测量，记录数据，并在U、I坐标系中标出了与测量数据对应的8个坐标点，如图所示，请在图中根据测量数据的坐标点描绘U-I图线 ，由图线得到金属丝的阻值Rx＝ Ω。（保留2位有效数字）
（5）根据以上数据可以估算出金属丝电阻率约为_______。（填字母）
A．1×10−2Ω⋅mB．1×10−3Ω⋅m
C．1×10−6Ω⋅mD．1×10−8Ω⋅m
5．（2021高三上·广东月考）某同学要测量阻值约为 2kΩ 的电阻 Rx ，实验室有下列器材：
电压表V1（量程为 0~3V ，内阻 r1=3kΩ ）；
电压表V2（量程为 0~5V ，内阻 r2=5kΩ ）；
滑动变阻器R（最大阻值为 20Ω ）；
电源E（电动势为6V，内阻很小，可忽略不计）；
开关和导线若干
（1）请用笔画线代替导线，将图甲中的实验电路补充完整。
（2）调节滑动变阻器，读取多组电压表V1、V2的示数 U1 、 U2 ，以 U2 为纵坐标、 U1 为横坐标，在坐标纸上作出 U2−U1 的关系图像，如图乙所示。当电压表V1的示数为3V时，通过电阻 Rx 的电流大小为 A。（采用科学记数法，结果保留三位有效数字）
（3）依据图像数据可以得出 Rx 的阻值为 Ω。（采用科学记数法，结果保留三位有效数字）
（4）若电压表 V1 的实际电阻大于3kΩ，则电阻 Rx 的测量值 （选填“大于”、“小于”或“等于”）真实值。
6．（2021高三上·常州期中）“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，小灯泡的额定电压为2.5V，额定功率为0.5W，实验中除导线和开关外，还有以下器材可供选择：
A．直流电源3V（内阻不计）
B．直流电流表0～300mA（内阻约为5Ω）
C．直流电流表0～3A（内阻约为0.025Ω）
D．直流电压表0～3V（内阻约为3.0kΩ）
E．滑动变阻器100Ω，0.5A
F．滑动变阻器10Ω，2A
实验要求小灯泡两端的电压从零开始变化并能进行多次测量。
（1）实验中电流表应选用 ，滑动变阻器应选用 （均填写仪器前的字母）；
（2）根据所提供器材，在线框中画出实验电路图；
（3）如图甲是此实验的器材实物图，图中已连接了部分导线。请根据在上问中所画的电路图，补充完成图中实物间的连线；
（4）开关S闭合之前，图甲中滑动变阻器的滑片应该置于 。（选填“左端”“右端”或“正中间”）；
（5）由于电路故障，电压表和电流表均有读数，但调节滑动变阻器，它们的读数不能为零。其故障的原因是 和 之间的导线发生断路（填图甲中导线两端的编号）；
（6）实验得到小灯泡的伏安特性曲线如图2所示，图中所描绘不是直线，某同学分析实验结论时对出现曲线的原因给出以下理由，其中正确的是_____
A．实验时操作错误，从而使读数错误。
B．小灯泡灯丝电阻不是恒值，随温度升高会发生变化
C．电路中的连接点有接触不良的现象
D．改描I﹣U曲线可能变为直线
（7）根据实验数据，画出小灯泡I﹣U图线如图所示。由此可知，当电压为0.75V时，小灯泡的灯丝电阻是 Ω。（计算结果保留三位有效数字）
答案解析部分
1．【答案】（1）之前
（2）1.60；0.60
（3）
（4）增大
【考点】研究匀变速直线运动
【解析】【解答】（1）往砝码盘中加入一小砝码，在释放小车之前接通打点计时器的电源，在纸带上打出一系列的点。
（2）毫米刻度尺应估读到0.1mm，C点对应的刻度为1.60cm。
A点与零刻度对齐，E点读数为4.80cm，匀变速直线运动中间时刻速度等于整段的平均速度，故打点计时器在打C点时小车的瞬时速度为vC=0.0484×0.02m/s=0.60m/s
（3）把各点数据标在坐标中，用平滑曲线连接各点，得到小车的v−t图像如图所示
（4）v−t图像的斜率表示加速度，由图可知，小车的加速度逐渐减小，对小车由牛顿第二定律可得F−f=Ma
小车受到的拉力恒定，故小车及薄板所受的空气阻力随速度的增大而增大。
【分析】（1）实验应该接通电源后释放小车；
（2）利用刻度尺的分度值可以读出对应的读数；利用平均速度公式可以求出瞬时速度的大小；
（3）利用表格数据进行描点连线；
（4）利用图像斜率可以判别加速度的变化，利用加速度的变化可以判别其阻力的大小变化。
2．【答案】（1）1.575
（2）B
（3）dt
（4）小球在下落过程中受到空气阻力
【考点】验证机械能守恒定律
【解析】【解答】（1）20分度的游标卡尺精确度为0.05mm，故钢球的直径为 d=15mm+15×0.05mm=15.75mm=1.575cm
（2）钢球经过B点的速度为 v=dt
钢球下落过程据机械能守恒定律可得 mgH=12mv2=12m(dt)2
故要验证机械能守恒定律，还需要测量AB之间的距离H。
故答案为：B。
（3）小球通过光电门时的瞬时速度为 v=dt
（4）小球减少的重力势能总是略大于增加的动能，可能的原因是小球在下落过程中受到空气阻力。
【分析】(1)游标卡尺读数由主尺读数加游标尺的的读数；
（2）机械能守恒的验证原理是重力势能增加的减少量等于动量的增加量；
（3）由于小球的直径很小，通过光电门的时间很小，所以可以将小球平均速度看做瞬时速度；
（4）小球在运动过程中运动受空气阻力的影响。
3．【答案】（1）9.06；9.06
（2）32.45
【考点】探究弹力和弹簧伸长的关系
【解析】【解答】（1）由题意可得 ΔL3=L6−L3=(15.07−6.01)cm=9.06cm
压缩量的平均值为 ΔL=ΔL1+ΔL2+ΔL33=9.06cm
（2）该弹簧的劲度系数为 k=Fx=3mgsin30∘ΔL=0.6×9.80×≈32.45N/m
【分析】(1)结合题意求解L3，然后求解平均值以减小误差。
（2）根据胡克定律，求解劲度系数。
4．【答案】（1）0.397
（2）甲
（3）
（4）；4.5
（5）C
【考点】测定金属的电阻率
【解析】【解答】（1）螺旋测微器的读数0mm+39.7×0.01mm= 0.397mm
（2）由题知，为使电压从零开始连续调节，所以测量Rx时应采用图中的甲电路；
（3）根据电路图连接的实物图，如图所示
（4）描绘出的U-I图线，如图所示
由图像可知，电阻 Rx=ΔUΔI=4.5Ω
（5）根据 R=ρLS=ρLπd24
变形得 ρ=πd2R4L
代入数据解得 ρ=1×10−6Ω⋅m
故答案为：C。
【分析】（1）利用螺旋测微器的可动刻度和固定刻度可以读出对应的读数；
（2）利用电压从0开始测量则滑动变阻器使用分压式接法；
（3）利用电路图进行实物图连线；
（4）利用坐标点进行连线；利用欧姆定律可以求出待测电阻的大小；
（4）利用电阻定律可以求出电阻率的表达式。
5．【答案】（1）
（2）1.00×10−3
（3）1.90×103
（4）小于
【考点】电阻的测量
【解析】【解答】（1）由于电压表 V1 的内阻与 Rx 的阻值之和与电压表 V2 的内阻接近，所以将电压表 V1 与 Rx 串联后再与电压表 V2 并联，由于滑动变阻器的阻值比待测电阻小很多，所以用分压接法，电路如图所示
（2）当电压表 V1 的示数为3V时，通过电阻 Rx 的电流为 I=U1r1=1.00×10−3A
（3）当电压表 V1 的示数为3V时，由题中图像可知 U2=4.90V
据实验电路图分析可得 U2=Rx+r1r1U1
其中 r1=3kΩ ，解得 Rx=1.90×103Ω
（4）若电压表 V1 的实际电阻大于 3kΩ ，则电阻 Rx 的测量值比真实值小。
【分析】(1)根据电流图，以电流为导向，一个回路一个回路的连接完成；
（2）电阻Rx与电压表V1串联，电流相等，电压表的电流用电压表所示电压比内阻；
（3）根据电路原理写出物理关系式，然后根据图像将其转成函数关系式，就可以分析清楚出想要的物理；
（4）根据实验原理就可以分析出问题误差情况。
6．【答案】（1）B；F
（2）
（3）
（4）左端
（5）5；13
（6）B
（7）6.00（5.70~6.05）
【考点】描绘小电珠的伏安特性曲线
【解析】【解答】（1）小灯泡的额定电流为 I=PU= ，故答案为：电流表B；滑动变阻器选择较小的，便于操作，故答案为：滑动变阻器F；
（2）电流表内阻和小灯泡的内阻相接近，故采用电流表外接法，要求小灯泡两端的电压从零开始，所以采用滑动变阻器的分压接法，电路图如图所示：
（3）根据电路图连接实物电路图，实物电路图如图所示：
（4）为了保护小灯泡不被烧坏，应使得小灯泡两端的电压为零，所以滑动变阻器的滑片应置于最左端；
（5）调节滑动变阻器，两个电表的读数不能为零。其故障的原因是滑动变阻器接成了限流形式，即5和13之间的导线发生断路；
（6）图线出现曲线的原因是由于小灯泡灯丝电阻不是恒值，随温度升高会发生变化，故答案为：B.
（7）由图乙所示图象可知，当小灯泡两端的电压为0.75V时，小灯泡中的电流为0.125A，所以根据欧姆定律可得此时小灯泡的电阻为： R=UI=Ω
【分析】（1）利用额定功率的表达式可以求出灯泡的额定电流，进而判别电流表的选择；滑动变阻器使用小阻值；
（2）电流表使用外接法；其滑动变阻器使用分压式接法；
（3）利用电路图完成实物图连接；
（4）为了保护灯泡不被烧坏其滑动变阻器的滑片应该置于最左端；
（5）当两个电表读数都不能等于0则是滑动变阻器使用了限流式接法；
（6）图像出现弯曲是由于灯丝电阻随温度升高发生了变化；
（7）利用欧姆定律可以求出灯泡的电阻大小。时间t/s
0
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
速度v⋅s−1
0.12
0.19
0.23
0.26
0.28
0.29
n
1
2
3
4
5
6
Ln/cm
21.09
18.11
15.07
12.05
9.03
6.01