2022届高三物理二轮复习卷：实验题专题练习（九）

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一、实验探究题
1．（2021高三上·徐州期中）某同学利用气垫导轨上滑块间的碰撞来验证动量守恒定律，滑块1上安装遮光片，光电计时器可以测出遮光片经过光电门的遮光时间，滑块质量可以通过天平测出，实验装置如题1图所示。
（1）游标卡尺测量遮光片宽度如题2图所示，其宽度d= cm.
（2）打开气泵，待气流稳定后，将滑块1轻轻从左侧推出，发现其经过光电门1的时间比光电门2的时间短，应该调高气垫导轨的 端（填“左”或“右”），直到通过两个光电门的时间相等，即轨道调节水平。
（3）在滑块上安装配套的粘扣。滑块2（未安装遮光片m2=120.3g）静止在导轨上，轻推滑块1（安装遮光片m1=174.5g），使其与滑块2碰撞，记录碰撞前滑块1经过光电门1的时间Δt1，以及碰撞后两滑块经过光电门2的时间Δt2.重复上述操作，多次测量得出多组数据如下表：
根据表中数据在方格纸上作出 1Δt2 - 1Δt1 图线 。若根据图线得到的斜率k1数值近似等于k2= .（用m1、m2表示）即可验证动量守恒定律。
（4）多次试验，发现k1总大于k2，产生这一误差的原因可能是________。
A．滑块2的质量测量值偏大B．滑块1的质量测量值偏大
C．滑块2未碰时有向右的初速度D．滑块2未碰时有向左的初速度
2．（2021高三上·广东月考）为了探究物体质量一定时加速度与力的关系，小王设计了如图甲所示的实验装置，其中小车（含滑轮）的质量为M，砂和砂桶的质量为m，力传感器可测出轻绳的拉力大小。
（1）实验时，下列操作不必要的是______。
A．将带滑轮的长木板右端垫高，以平衡摩擦力
B．调节长木板左端定滑轮的高度，使轻绳与长木板平行
C．为减小误差，实验中要保证砂和砂桶的质量m远小于小车（含滑轮）的质量M
D．使小车靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，打出一条纸带，同时记录力传感器的示数
（2）该同学在实验中得到如图乙所示的一条纸带（相邻两计数点间还有四个点没有画出），已知打点计时器的打点周期为0.02s，根据纸带可求出小车的加速度大小为 ms2 。（结果保留三位有效数字）
（3）该同学以力传感器的示数F为横坐标，以小车的加速度a为纵坐标，作出的 a-F 图像如图丙所示，图中 F0 、 a0 均为已知，则小车（含滑轮）的质量为 。
3．某实验小组利用如图甲所示的装置探究加速度和力、质量的关系．图中带滑轮的粗糙长木板放置于水平桌面上，两段轻绳始终与桌面平行，根据弹簧测力计可读出轻绳拉力的大小，滑轮的质量不计。
（1）实验时，下列操作必要且正确的是________。
A．用天平测出砂桶（含砂）的质量
B．将带滑轮的长木板右端适当垫高，以平衡摩擦力
C．为了减小误差，实验中要保证砂桶（含砂）的总质量远小于小车的质量
（2）某次实验中，得到如图乙所示的一条纸带，已知打点计时器所接交流电源的频率为 50Hz ，则此次实验中打点计时器打计数点2时小车运动的速度大小为 ms ，小车运动的加速度大小为 ms2 。（结果均保留两位有效数字）
（3）实验中，当弹簧测力计的示数为F时，小车的合力大小为 ；改变砂桶中砂的质量，多次实验，若操作无误，则根据得到的数据作出小车的加速度a与弹簧测力计示数F的关系图像应为 。
A． B． C．
4．（2021高三上·大庆月考）如图所示为小明同学用毫安表改装多用电表的原理图。已知毫安表表头内阻为60Ω，满偏电流为2mA，R1和R2为定值电阻。
（1）若将毫安表改装成4mA和40mA两个量程的电流表，当选择开关S1与b端相接，单刀双掷开关S2接“1”时，电流表的量程为4mA，则R1+R2= Ω，R1= Ω；
（2）图中将开关S2接“2”端时为欧姆表。根据图中电源情况可以判断表笔A应接 色（选填“红”或“黑”）表笔；若开关S1与a端相接时欧姆表为“×10”倍率挡，则开关S1与b端相接时应为 （选填“×1”或“×100”）倍率挡；
（3）图中作为欧姆表使用时，若电池用旧后电动势不变，电池内阻变大，欧姆调零后测电阻，这种情况对测量结果 （选填“有”或“没有”）影响。
5．（2021高三上·邢台月考）某同学利用如图甲所示的电路测量一电源的电动势和内阻，其中电压表V的内阻很大，电流表A的内阻为 2.5Ω 。
（1）请根据图甲，用笔画线代替导线，将图乙中实物间的连线补充完整。
（2）为保证电路安全，实验开始前，应使电阻箱的阻值 （选填“最大”或“最小”）
（3）改变电阻箱的阻值，记录多组电压表的示数 U 以及电流表对应的示数 I ，作出 U−I 图像，如图丙所示。则该电源的电动势为 V 、内阻为 Ω 。（结果均保留三位有效数字）
6．（2021高三上·河南月考）某同学利用图甲所示电路测定电源的电动势和内阻，所使用的器材有：待测干电池两节、电流表A（量程为0.6A，内阻RA）、电阻箱R（最大阻值为99.99Ω）、开关。按图甲所示电路图连接电路，然后闭合开关S，改变电阻箱R的阻值，并记录对应的电流表的示数I。多次调节电阻箱R重复实验，并记录多组电阻箱的阻值R和电流表A的示数I。由实验数据绘出 1I－R 图象如图乙所示。
（1）根据图甲，用R、RA、E、r表示 1I ，得 1I = ；
（2）若已知电流表A的内阻RA为0.5Ω，则电源的电动势E= V（结果保留三位有效数字）、内阻r= Ω（结果保留两位有效数字）。
答案解析部分
1．【答案】（1）2.850
（2）左
（3）；m1m1+m2
（4）A；C
【考点】验证动量守恒定律
【解析】【解答】(1)游标卡尺测量遮光片宽度读数为d= 2.8cm+10×0.05mm=28.50mm=2.850cm
(2)经过光电门1的时间比光电门2的时间短，说明滑块做减速运动，气垫导轨的左端低，应该调高气垫导轨的左端；
(3)
如果碰撞过程系统动量守恒，有 m1dΔt1=(m1+m2)dΔt2
整理，可得 1Δt21Δt1=m1m1+m2
所以根据图线得到的斜率k1数值近似等于k2= m1m1+m2 即可验证动量守恒定律；
(4)多次试验，发现k1总大于k2，产生这一误差的原因可能是：滑块2的质量测量值偏大或者滑块2未碰时有向右的初速度。
故答案为：AC。
【分析】（1）利用游标卡尺的结构可以读出对应的读数；
（2）利用经过光电门的时间可以判别其气垫导轨左端低所以应该调高左端；
（3）利用表格数据进行描点连线；利用动量守恒定律可以导出斜率的表达式；
（4）利用其k值的比较可以结合表达式可以判别k值偏大误差来源。
2．【答案】（1）C
（2）0.882
（3）2F0a0
【考点】验证牛顿运动定律（探究加速度与力、质量的关系）
【解析】【解答】（1）AB．本实验要求小车所受合外力等于轻绳的拉力，所以需要将带滑轮的长木板右端垫高，以平衡摩擦力，并且还要求轻绳拉力为恒力，所以需要调节长木板左端定滑轮的高度，使轻绳与长木板平行，AB必要；
C．本实验中轻绳中的拉力大小可以通过力传感器测出，不需要用砂和砂桶的重力来近似替代，进而不需要保证砂和砂桶的质量m远小于小车（含滑轮）的质量M，C不必要；
D．由于小车速度较快，且运动距离有限，打出的纸带长度也有限，为了能在长度有限的纸带上尽可能多地获取间距适当的数据点，实验时应使小车靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，打出一条纸带，同时记录力传感器的示数，D必要。
故答案为：C。
（2）根据逐差法可得小车的加速度大小为 a=x4+x5+x6−x1−x2−x39T2=(7.10+8.00+8.86−4.47−5.34−6.21)×10−29×0.12m/s2≈0.882m/s2 （3）由牛顿第二定律有 2F0=Ma0
解得 M=2F0a0
【分析】（1）本实验中若摩擦力被平衡后小车的合力是拉力传感器中的读数的两倍，不存在近似情况，所以不需要 砂和砂桶的质量m远小于小车（含滑轮）的质量M，所以实验中需要平衡摩擦力；
（2）利用逐差法就可以求出纸带加速度；
（3）利用图像分析结合牛顿第二定律分析就可以得出质量。
3．【答案】（1）B
（2）0.64；0.88
（3）2F；A
【考点】验证牛顿运动定律（探究加速度与力、质量的关系）
【解析】【解答】（1） AC．实验中，轻绳的拉力可由弹簧测力计测出，不需要用天平测出砂桶（含砂）的质量，因此不需要使砂桶（含砂）的质量远小于小车的质量，AC不符合题意；
B．实验中，根据弹簧测力计测出的拉力得到小车的合力，因此需要将木板的右端适当垫高，以平衡摩擦力，B符合题意。
故答案为：B。
（2）打点计时器打下相邻计数点的时间间隔为 T=5f=0.1s
打点计时器打计数点2时小车运动的速度大小 v=x1+x22T=(6.00+6.87)×10−22×0.1m/s=0.64m/s
小车运动的加速度大小 a=x3+x4−x1−x24T2=(7.75+8.64−6.00−6.87)×10−24×0.12m/s2=0.88m/s2
（3）由于本实验要平衡摩擦力，当弹簧测力计的示数为F时，小车的合力大小 F合=2F
设小车的质量为M，小车运动的加速度a与弹簧测力计的示数F的关系为 2F=Ma
可得 a=2FM
故 a−F 图像是过原点的直线，BC不符合题意，A符合题意。
故答案为：A。
【分析】（1）实验有弹簧测力计测量拉力的大小不需要测量砂桶的质量；实验有直接读出拉力的大小不需要满足质量要求；
（2）利用平均速度公式可以求出瞬时速度的大小；利用逐差法可以求出加速度的大小；
（3）当实验平衡摩擦力后，小车受到的合力等于拉力的两倍；利用牛顿第二定律可以判别图像加速度与力的关系。
4．【答案】（1）120；9
（2）黑；×100
（3）没有
【考点】多用电表的原理和使用
【解析】【解答】（1）当选择开关S1与b端相接，单刀双掷开关S2接“1”时，电流表的量程为I1=4mA，则有 I1=Ig+IgRgR1+R2
解得 R1+R2=120Ω
当选择开关S1与a端相接，单刀双掷开关S2接“1”时，电流表的量程为I2=40mA，则有 I2=Ig+Ig(Rg+R2)R1
解得 R1=9Ω
（2）多用电表中表笔电流应该为“红进黑出”， 表笔A与内置电源正极相连，则表笔A应接黑表笔。
开关S1与b端相接时，毫安表所在并联电路的电阻减小，测量相同待测电阻时，则该并联电路的分压减小，毫安表转动的角度减小，则此时为“×100”挡。
（3）电池内阻变大，能够正常欧姆调零，则欧姆表的内阻不产生系统误差，而电池的电动势不变，故对测量结果没有影响。
【分析】（1）根据电流表的量程以及串联电路的特点得出R1+R2和R1；
（2）根据并联电路的分压特点判断所选择的倍率；
（3）电池内阻变大，正常欧姆调零，表的内阻不产生系统误差，电动势不变，故无影响。
5．【答案】（1）
（2）最大
（3）5.90；7.50
【考点】测电源电动势和内阻
【解析】【解答】（1）根据原理图连接实物图如下图所示
（2）为保证电路安全，实验开始前，应使电阻箱的阻值最大；
（3）由电路图可知 U=E−I(r+RA)
则可知图像的纵截距为电源的电动势，因此 E=5.90V
图像斜率 k=RA+r=5.90−50.09Ω=10.0Ω
则 r=k−RA=10.0Ω−2.5Ω=7.50Ω
【分析】（1）利用电路图进行实物图连接；
（2）为了保护电路其电阻箱的阻值应该保持最大值；
（3）利用图像斜率和截距的大小可以求出电动势和内阻的大小。
6．【答案】（1）1ER+RA+rE
（2）2.96~3.04；0.55~0.61
【考点】测电源电动势和内阻
【解析】【解答】（1）由闭合电路欧姆定律，可得 E=I(R+RA+r)
得 1I=R+RA+rE=1ER+RA+rE
（2）由（1）可知， 1I−R 图线的斜率为 k=1E
与 1I 轴的截距为 b=RA+rE
根据题图乙可得曲线斜率约为0.334，即 E=3.00V （2.96~3.04都可）
同理 r=0.61Ω （0.55~0.61都可）
【分析】（1）利用闭合电路的欧姆定律可以求出电流倒数的表达式；
（2）利用图像斜率和截距结合表达式可以求出电动势和内阻的大小。∆t1（ms）
64.72
69.73
70.69
80.31
104.05
1Δt1 （×10-3s-1）
15.5
14.3
14.1
12.5
9.6
∆t2（ms）
121.02
125.02
138.15
185.19
1Δt2 （×10-3s-1）
9.2
8.3
8.0
7.2
5.4