2022届高考物理二轮复习 热点03 放大法

这是一份2022届高考物理二轮复习 热点03 放大法，共12页。试卷主要包含了机械放大，电磁方面，光学方面，；导线若干等内容，欢迎下载使用。
在测量中有时由于被测量很小，甚至无法被实验者或仪器直接感觉和反应，如果直接用给定的某种仪器进行测量会造成很大的误差，此时可以借助一些方法将待测量进行放大后在进行测量。我们把提高测量精度、使物理量的数值变大、作用时间延长、作用空间扩展的方法叫做放大法。根据实验的性质和放大对象的不同，放大所使用的物理方法也各异，按物理学内容，放大法分类如下：
1．机械放大
机械放大是使物理量在测量过程中得到放大的一种最直观的放大方法，它是一种空间放大法。具体表现在下列实验中：
（1）游标放大和螺旋放大，如图所示
测量长度时，普通的刻度尺又是已经不能满足实验对精度的要求，这时需要用到游标卡尺和螺旋测微器。两者对精度的放大原理 虽有所不同，但都是利用了长度量之间的几何关系来进行放大的。
（2）累积放大
在物理实验中，受测量仪器的精度或人的反应时间限制，单次测量的误差很大或者无法测量出待测量的有用信息，此时，在被测物理量能够简单重叠的条件下，可将这些物理量累积放大若干倍后再进行测量，以减小测量误差、提高测量精度，称为累积放大法。
在“探究单摆的周期与摆长的关系”实验中，测量单摆的周期时就用到了累积放大法。
2．电磁方面
电信号的放大是物理实验中最常用的技术之一，包括电压放大、电流放大、功率放大等，例如普通使用的三极管就是对微小电流进行放大，示波器中也包含了电压放大电路。
对于理想变压器有成立，因此，适当选择N1、N2，即可达到放大电压或电流的目的。
3．光学方面
（1）光学装置放大
被测物通过光学装置放大视角形成放大像，便于观察判别，从而提高测量精度的方法称为光学装置放大法，例如放大镜、显微镜、望远镜等，投影器放大也属于光学装置放大法。
（2）光杠杆放大
光杠杆放大法是测量微小长度和微小角度变化时，使用光学装置将待测微小物理量进行间接放大的方法。
（建议用时：25分钟）
1．如图甲所示为验证动量守恒的实验装置，气垫导轨置于水平桌面上，G1和G2为两个光电门，A、B均为弹性滑块，质量分别为mA、mB，且mA大于mB，两遮光片沿运动方向的宽度均为d，实验过程如下：
①调节气垫导轨成水平状态；
②轻推滑块A，测得A通过光电门G1的遮光时间为t1；
③A与B相碰后，B和A先后经过光电门G2的遮光时间分别为t2和t3。
回答下列问题：
（1）用螺旋测微器测得遮光片的宽度如图乙所示，读数为________ mm；
（2）实验中使用气垫导轨的目的是__________；
（3）利用所测物理量的符号表示动量守恒定律成立的式子为：__________________。
【答案】 1.196mm 既能保证两个滑块的碰撞时一维的，又能减小滑块和导轨之间的摩擦力，从而达到减小实验误差的目的
【解析】
（1）螺旋测微器的固定刻度读数为1mm， 可动刻度读数为
则读数为
（2） 实验中使用气垫导轨，既能保证两个滑块的碰撞时一维的，又能减小滑块和导轨之间的摩擦力，从而达到减小实验误差的目的。
（3）碰后A的速度为
碰后B的速度为
碰撞前的总动量为
碰撞后的总动量为
则动量守恒的表达式为
整理得
2．某学习小组用如图甲所示装置测量当地的重力加速度。本实验所用器材有∶铁架台、电源、电磁铁光电门、数字计时器、小球和刻度尺。实验中将铁架台竖直放置，上端固定电磁铁M，在电磁铁下方适当位置固定两个位置可调节的光电门A、B，A、B均与数字计时器N相连，小球与光电门A、B在同一竖直线上。
（1）实验前先用游标卡尺测量小球的直径，测量结果如图乙所示，则小球的直径为d=________cm。
（2）接通电磁铁M的开关，吸住小球；测出两光电门的高度差h；断开M的开关，小球自由下落，数字计时器记录小球经过光电门A、B的时间分别为t1、t2，则可求得重力加速度g=________。（用测得的物理量符号表示）
（3）若实验中发现光电门A出现故障，不能使用，则用剩余器材____（填“能"或“不能"）正确测得重力加速度。
【答案】 1.090 能
【解析】
（1）小球的直径为
d=10mm+18×0.05mm=10.90mm=1.090cm
（2）小球通过光电门A、B的速度分别为
，
根据运动学公式，有
联立解得
（3）能，测出电磁铁吸引住小球时，小球下端到光电门的距离H，记录小球通过B光电门的时间t，则通过光电门B的速度为
根据运动学公式
联立解得
3．某同学欲测量一阻值大约为10Ω，粗细均匀的金属线的电阻率。实验桌上除游标卡尺、螺旋测微器、导线和开关外，还有以下器材可供选择：
A．电源E（电动势为6.0V）
B．电压表V（量程6V，内阻约为8kΩ）
C．电流表（量程0.6A，内阻约为0.2Ω）
D．电流表（量程3A，内阻约为0.05Ω）；
E．滑动变阻器（最大阻值5Ω，额定电流2A）
（1）用游标卡尺测得该材料的长度如图甲所示，读数______cm；用螺旋测微器测得该材料的直径如图乙所示，读数______mm；
（2）测量金属线的电阻时，为了便于调节，测量的尽可能准确，实验中所用电流表应选用______（填所选仪器前的字母符号），选择合适的实验器材，在图丙方框内把实验原理图补充完成，把器材符号标在电路图上；（______）
（3）设测得金属线的电阻为R，长度为L，直径为D，求得金属线的电阻率为______（用R、L、D三个物理量表述）。
【答案】 5.235 2.149（2.148~2.150均可） C
【解析】
（1）游标卡尺的固定刻度读数为52mm，游标读数为
所以最终读数等于固定尺加上游标尺的读数之和为
螺旋测微器的固定刻度读数为2mm，可动刻度读数为
所以最终读数等于固定尺加上可动尺的读数之和为
（2.148~2152均可）
（2）待测电阻的最大电流
因此选择。
滑动变阻器阻值较小，用分压式接法，待测电阻远小于电压表内阻，属于小电阻，电流表采用外接法，电路图如图所示
（3）根据电阻定律
解得
4．（1）某同学组装一个多用电表。可用的器材有：微安表头（量程100，内阻900）；电阻箱（阻值范围0~999.9）；电阻箱（阻值范围0~99999.9）；导线若干。
要求利用所给器材先组装一个量程为1mA的直流电流表，在此基础上再将它改装成量程为3V的直流电压表。组装好的多用电表有电流1mA和电压3V两挡。
回答下列问题：
①在虚线框内画出电路图并标出和，其中*为公共接线柱，a和b分别是电流挡和电压挡的接线柱。（______）
②电阻箱的阻值_____；_____（保留到个位）
（2）小明利用实验室提供的器材测量某种电阻丝材料的电阻率，所用电阻丝的电阻约为20。他首先把电阻丝拉直后将其两端固定在刻度尺两端的接线柱a和b上，在电阻丝上夹上一个与接线柱c相连的小金属夹，沿电阻丝移动金属夹，可改变其与电阻丝接触点P的位置，从而改变接入电路中电阻丝的长度。可供选择的器材还有：
电池组E（电动势为3.0V，内阻约l）；
电流表（量程0~100mA，内阻约5）；
电流表（量程0~0.6A，内阻约0.2）；
电阻箱R（0~999.9）；
开关、导线若干。
小明的实验操作步骤如下：
A．用螺旋测微器在电阻丝上三个不同的位置分别测量电阻丝的直径；
B．根据所提供的实验器材，设计并连接好如图甲所示的实验电路；
C．调节电阻箱使其接入电路中的电阻值较大，闭合开关；
D．将金属夹夹在电阻丝上某位置，调整电阻箱接入电路中的电阻值，使电流表满偏，记录电阻箱的电阻值R和接入电路的电阻丝长度L；
E．改变金属夹与电阻丝接触点的位置，调整电阻箱接入电路中的阻值，使电流表再次满偏。重复多次，记录每一次电阻箱的电阻值R和接入电路的电阻丝长度L。
F.断开开关。
①小明某次用螺旋测微器测量电阻丝直径时其示数如图乙所示，则这次测量中该电阻丝直径的测阻值__________mm；
②实验中电流表应选择__________（选填“”或“”）；
③小明用记录的多组电阻箱的电阻值R和对应的接入电路中电阻丝长度L的数据，绘出了如图丙所示的R-L关系图线，图线在R轴的截距为，在L轴的截距为，再结合测出的电阻丝直径d，可求出这种电阻丝材料的电阻率__________（用给定的物理量符号和已知常数表示）。
④若在本实验中的操作、读数及计算均正确无误，那么由于电流表内阻的存在，对电阻率的测量结果是否会产生影响？若有影响，请说明测量结果将偏大还是偏小还是不产生影响。（不要求分析的过程，只回答出分析结果即可）
答：__________
【答案】 100 2910 0.728~0.732 不产生影响
【解析】
（1）①改装为电流表则需要并联一个小电阻，改装为电压表则需要串联上一个大电阻，则改装后电路图如图所示
②根据串并联规律有
代入数据可得
，
联立解得
，
（2）①螺旋测微器的读数为：固定刻度的读数+可动刻度的读数分度值=0.5mm+（0.728~0.732）。
②由欧姆定律可知
所以实验中电流表应选择。
③由于电流表的读数保持不变，则电路的总电阻保持不变，则
，
整理可得
由图像可知
解得
④若在本实验中的操作、读数及计算均正确无误，那么由于电流表内阻的存在，对电阻率的测量结果不产生影响，因为验实原理与电流表的内阻无关，所以不会产生影响。
5．在飞行器仪表上使用的电阻器和电位器，要求具有电阻温度系数低，电阻率大，耐磨等性能。实验小组测量一个由新材料制成的圆柱体的电阻率的实验，其操作如下：
（1）用20分度的游标卡尺测量其长度如图1所示，可知其长度为________；用螺旋测微器测出其直径如图2所示，则________。
（2）此圆柱体电阻约为，欲测量这种材料的电阻率，现提供以下实验器材
A．电流表（量程，内阻）；
B．电流表（量程，内阻约为）；
C．电压表（量程，内阻约为）；
D．滑动变阻器（，额定电流）；
E．定值电阻；
F．直流电源（电动势为，内阻很小）
G．开关一只，导线若干。
根据提供的滑动变阻器的阻值，实验中供电电路应该选择______（“分压式供电”，“限流式供电”），为了尽可能精确测量圆柱体的阻值，在所给的方框中设计出实验电路图3，并标明所选择器材的物理符号。（_______）
（3）此圆柱体长度为直径，若采用以上电路设计进行测量电阻率______（写出表达式）（若实验中用到电流表、电流表、电压表，其读数可分别用字母、、来表示）。
【答案】 分压式供电
【解析】
（1） 长度为
直径为
（2）由于实验提供的滑动变阻器阻值较小，为了方便调节电路，让电表有较大的变化范围，应选择分压式供电。
电压表量程太大，有较大的测量误差，应选择定值电阻与电流表串联，改装成量程为5V的电压表，因为改装后电表的内阻确定，所以应选择电流表外接，以消除电流表的内阻引起的系统误差。所以电路为
（3）电阻为
根据电阻定律得
6．在“测定金属的电阻率”的实验中，某同学进行了如下操作：
（1）用毫米刻度尺测量接入电路中的金属丝的有效长度l，再用螺旋测微器测量金属丝的直径D。某次测量结果如图1所示，则这次测量的读数D=___________mm。
（2）为了合理选择实验方案和器材，首先使用欧姆表（1挡）粗测拟接入电路的金属丝的阻值R。欧姆调零后，将表笔分别与金属丝两端连接。某次测量结果如图2所示，则这次测量的读数R=___________Ω。
（3）使用电流表和电压表准确测量金属丝的阻值。为了安全、准确、方便地完成实验，除电源（电动势为4V，内阻很小）、待测电阻丝、导线、开关外，电压表应选用___________，电流表应选用___________，滑动变阻器应选用___________（选填器材前的字母）。
（4）若采用图3所示的电路测量金属丝的电阻，电压表的左端应与电路中的___________点相连（选填“a”或“b”）。若某次测量中，电压表和电流表读数分别为U和I，请用上述直接测量的物理量（D、l、U、I）写出电阻率ρ的计算式：ρ=___________。
（5）若采用图4的电路测量电阻率，图中的电流表内阻跟R0接近。闭合开关S，多次移动滑片P的位置改变电路中接入金属丝的有效长度，分别记录每次电流表的示数I和接入电路中金属丝的有效长度L。根据实验中所测的数据，作出的下列图像合理的是___________。
A． B．
C． D．
【答案】 0.517±0.02 3 A C E b BC
【解析】
（1）螺旋测微器的读数为：固定刻度读数+可动刻度读数分度值=0.5mm+。
（2）欧姆表读数为：表盘刻度倍率=3=。
（3）由于电源电动势为4V，内阻很小，所以电压表选择电压表V2（量程3V，内阻约3kΩ），则选A。
待测电阻约3，电路的总电流最大值约1A左右，所以电流表采用电流表A1（量程600mA，内阻约1Ω）则选C。
电路中电阻较小，滑动变阻器采用限流式接法，为了方便调节，采用滑动变阻器R1（总阻值10Ω，额定电流2A），所以选E。
（4）根据大内小外规律可知采用伏安法外接法来测量电路，所以电压表的左端应与电路中的b点相连。
电阻率为
（5）根据闭合电路欧姆定律有
整理可得
则有
， ，
所以BC正确；AD错误；
故选BC。A．电压表V2（量程3V，内阻约3kΩ）
B．电压表V1（量程15V，内阻约15kΩ）
C．电流表A1（量程600mA，内阻约1Ω）
D．电流表A2（量程3A，内阻约0.02Ω）
E.滑动变阻器R1（总阻值10Ω，额定电流2A）
F.滑动变阻器R2（总阻值100Ω，额定电流2A）