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高考专区 ：专题十七实验.习题WORD版
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这是一份高考专区 ：专题十七实验.习题WORD版，共56页。试卷主要包含了233 0，775 53，80m/s2)等内容，欢迎下载使用。
专题十七 实验
基础篇 固本夯基
考点一 力学实验
1.(2019课标Ⅰ,22,5分)某小组利用打点计时器对物块沿倾斜的长木板加速下滑时的运动进行探究。物块拖动纸带下滑,打出的纸带一部分如图所示。已知打点计时器所用交流电的频率为50Hz,纸带上标出的每两个相邻点之间还有4个打出的点未画出。在A、B、C、D、E五个点中,打点计时器最先打出的是 点。在打出C点时物块的速度大小为 m/s(保留3位有效数字);物块下滑的加速度大小为 m/s2(保留2位有效数字)。
答案 A 0.233 0.75
2. (2018课标Ⅰ,22,5分)如图(a),一弹簧上端固定在支架顶端,下端悬挂一托盘;一标尺由游标和主尺构成,主尺竖直固定在弹簧左边;托盘上方固定有一能与游标刻度线准确对齐的装置,简化为图中的指针。现要测量图(a)中弹簧的劲度系数。当托盘内没有砝码时,移动游标,使其零刻度线对准指针,此时标尺读数为1.950cm;当托盘内放有质量为0.100kg的砝码时,移动游标,再次使其零刻度线对准指针,标尺示数如图(b)所示,其读数为 cm。当地的重力加速度大小为9.80m/s2,此弹簧的劲度系数为 N/m(保留3位有效数字)。
答案 3.775 53.7
3.(2022届湖北九师联盟联考,11)在“探究加速度与力、质量的关系”实验中,某实验小组利用如图甲所示的装置进行实验,平衡摩擦力后,放开砂桶,小车加速运动,处理纸带得到小车运动的加速度a;保持砂和砂桶总质量不变,增加小车质量M,重复实验多次,得到多组数据。
(1)除了电磁打点计时器、小车、砂和砂桶、细线、带有定滑轮的长木板、垫木、导线及开关外,在下列器材中必须使用的有 。
A.220V、50Hz的交流电源
B.刻度尺
C.8V的低压交流电源
D.天平(附砝码)
E.秒表
(2)以下实验操作正确的是 。
A.调整长木板上滑轮的高度使细线与长木板平行
B.在调整长木板的倾斜度平衡摩擦力时,应当将穿过打点计时器的纸带连在小车上
C.在调整长木板的倾斜度平衡摩擦力时,应当将砂和砂桶通过细线挂在小车上
D.若增大小车质量,则需要重新平衡摩擦力
(3)在满足小车质量远大于砂和砂桶总质量后,该组同学利用实验数据,画出的a-1M的关系图线如图乙所示。从图像中可以推算出,作用在小车上的恒力F= N。(保留两位有效数字)
答案 (1)BCD (2)AB (3)5.0
4.(2022届河北省级联考,12)Tracker软件是一种广泛使用的视频分析软件。某学生利用Tracker软件对一维碰撞的实验视频进行分析,视频中m1=15g的小球碰撞原来静止的m2=10g的小球,由视频分析可得它们在碰撞前后的x-t图像如图所示。
(1)由图可知,入射小球碰撞前的m1v1是 kg·m/s,入射小球碰撞后的m1v1'是 kg·m/s,被碰小球碰撞后的m2v2'是 kg·m/s,由此得出结论: 。
(2)碰撞的恢复系数的定义为e=v2'-v1'v2-v1,其中v1和v2分别是碰撞前两物体的速度,v1'和v2'分别是碰撞后两物体的速度,弹性碰撞的恢复系数e=1,非弹性碰撞的恢复系数e<1,该实验碰撞的恢复系数e= ,可判断该视频中的碰撞属于 (填“弹性碰撞”或“非弹性碰撞”)。
答案 (1)0.015 0.0075 0.0075 两小球碰撞前后的总动量相等(或碰撞中两小球动量守恒) (2)0.25 非弹性碰撞
5.(2022届湖北部分重点中学联考,11)某同学利用图中所示的DIS向心力实验器来探究圆周运动向心力的影响因素。实验时,砝码随旋臂一起做圆周运动,其受到的向心力可通过牵引杆由力传感器测得,旋臂另一端的挡光杆每经过光电门一次,通过力传感器和光电门就同时获得一组向心力F和挡光时间Δt,换算生成ω。保持砝码的质量和转动半径不变,改变其转速得到多组F、ω的数据后,作出了F-ω2图线如图乙所示。牵引杆的质量和一切摩擦可忽略。
(1)该同学采用的主要实验方法为 。
A.等效替代法
B.控制变量法
C.理想化模型法
(2)实验中,某次挡光杆经过光电门时的挡光时间为Δt,已知挡光杆到转轴的距离为d,挡光杆的挡光宽度为Δs,则可得挡光杆转动角速度ω的表达式为 。
(3)根据图乙,得到的实验结论是: 。
答案 (1)B (2)ω=ΔsdΔt (3)在m、r一定的情况下,向心力大小与角速度的平方成正比
6.(2021全国甲,22,5分)为测量小铜块与瓷砖表面间的动摩擦因数,一同学将贴有标尺的瓷砖的一端放在水平桌面上,形成一倾角为α的斜面(已知sinα=0.34,cosα=0.94),小铜块可在斜面上加速下滑,如图所示。该同学用手机拍摄小铜块的下滑过程,然后解析视频记录的图像,获得5个连续相等时间间隔(每个时间间隔ΔT=0.20s)内小铜块沿斜面下滑的距离si(i=1,2,3,4,5),如下表所示。
s1
s2
s3
s4
s5
5.87cm
7.58cm
9.31cm
11.02cm
12.74cm
由表中数据可得,小铜块沿斜面下滑的加速度大小为 m/s2,小铜块与瓷砖表面间的动摩擦因数为 。(结果均保留2位有效数字,重力加速度大小取9.80m/s2)
答案 0.43 0.32
7.(2021江苏,11,15分)实验用气垫导轨装置验证动量定理,滑块M=200.0g,槽码m=50.0g。遮光条通过时间为Δt1和Δt2,以及两次通过光电门的时间Δt。
(1)游标卡尺测量遮光条宽度如图所示,其宽度d= mm。
(2)打开气泵,待气流稳定后调节气垫导轨,直至看到导轨上的滑块能在短时间内保持静止,其目的是 。
(3)多次改变光电门2的位置进行测量,得到Δt和Δv的数据如表:
Δt/s
0.721
0.790
0.854
0.913
0.968
Δv/(m·s-1)
1.38
1.52
1.64
1.75
1.86
请根据表中数据,在方格纸上作出Δv和Δt图线。
(4)查得当地的重力加速度g=9.8m/s2,根据动量定理,Δv-Δt图线斜率的理论值是 m/s2。
(5)实验结果发现,Δv-Δt图线斜率的实验值总小于理论值,产生这一误差的两个可能原因是 。
A.选用的槽码质量偏小
B.细线与气垫导轨不完全平行
C.每次释放滑块的位置不同
D.实验中Δt的测量值偏大
答案 (1)10.20 (2)调节导轨水平
(3)如图所示 (4)1.96 (5)BD
8.(2021湖北,12,7分)某同学假期在家里进行了重力加速度测量实验。如图(a)所示,将一根米尺竖直固定,在米尺零刻度处由静止释放实心小钢球,小球下落途经某位置时,使用相机对其进行拍照,相机曝光时间为1500s,由于小球的运动,它在照片上留下了一条模糊的径迹。根据照片中米尺刻度读出小球所在位置到释放点的距离H,小球在曝光时间内移动的距离Δl,计算出小球通过该位置时的速度大小v,进而得出重力加速度大小g。实验数据如表:
图(a)
图(b)
次数
1
2
3
4
5
Δl/cm
0.85
0.86
0.82
0.83
0.85
v/(m·s-1)
4.25
4.10
4.15
4.25
H/m
0.9181
0.9423
0.8530
0.8860
0.9231
(1)测量该小球直径时,游标卡尺示数如图(b)所示,小球直径为 mm。
(2)在第2次实验中,小球下落H=0.9423m时的速度大小v= m/s(保留3位有效数字);第3次实验测得的当地重力加速度大小g= m/s2(保留3位有效数字)。
(3)可以减小本实验重力加速度大小测量误差的措施有 。
A.适当减小相机的曝光时间
B.让小球在真空管中自由下落
C.用质量相等的实心铝球代替实心钢球
答案 (1)15.75 (2)4.30 9.85 (3)AB
9.(2021海南,15,10分)为了验证物体沿光滑斜面下滑的过程中机械能守恒,某学习小组用如图所示的气垫导轨装置(包括导轨、气源、光电门、滑块、遮光条、数字毫秒计)进行实验。此外可使用的实验器材还有:天平、游标卡尺、刻度尺。
(1)某同学设计了如下的实验步骤,其中不必要的步骤是 ;
①在导轨上选择两个适当的位置A、B安装光电门Ⅰ、Ⅱ,并连接数字毫秒计;
②用天平测量滑块和遮光条的总质量m;
③用游标卡尺测量遮光条的宽度d;
④通过导轨上的标尺测出A、B之间的距离l;
⑤调整好气垫导轨的倾斜状态;
⑥将滑块从光电门Ⅰ左侧某处,由静止开始释放,从数字毫秒计读出滑块通过光电门Ⅰ、Ⅱ的时间Δt1、Δt2;
⑦用刻度尺分别测量A、B点到水平桌面的高度h1、h2;
改变气垫导轨倾斜程度,重复步骤⑤⑥⑦,完成多次测量。
(2)用游标卡尺测量遮光条的宽度d时,游标卡尺的示数如图所示,则d= mm;某次实验中,测得Δt1=11.60ms,则滑块通过光电门Ⅰ的瞬时速度v1= m/s(保留3位有效数字);
(3)在误差允许范围内,若h1-h2= (用上述必要的实验步骤直接测量的物理量符号表示,已知重力加速度为g),则认为滑块下滑过程中机械能守恒;
(4)写出两点产生误差的主要原因:
。
答案 (1)②④ (2)5.00 0.431 (3)d22g1Δt22-1Δt12
(4)下滑过程中存在空气阻力;遮光条太宽,平均速度代替瞬时速度误差大;测量高度时读数有误差(任写两点,言之有理即可)
10.(2021福建,12,6分)某实验小组利用图(a)所示的实验装置探究空气阻力与速度的关系,实验过程如下:
图(a)
图(b)
(1)首先将未安装薄板的小车置于带有定滑轮的木板上,然后将纸带穿过打点计时器与小车相连。
(2)用垫块将木板一端垫高,调整垫块位置,平衡小车所受摩擦力及其他阻力。若某次调整过程中打出的纸带如图(b)所示(纸带上的点由左至右依次打出),则垫块应该 (填“往左移”“往右移”或“固定不动”)。
(3)在细绳一端挂上钩码,另一端通过定滑轮系在小车前端。
(4)把小车靠近打点计时器,接通电源,将小车由静止释放,小车拖动纸带下滑,打出的纸带一部分如图(c)所示。已知打点计时器所用交流电的频率为50Hz,纸带上标出的每两个相邻计数点之间还有4个打出的点未画出。打出F点时小车的速度大小为 m/s(结果保留2位小数)。
图(c)
图(d)
(5)保持小车和钩码的质量不变,在小车上安装一薄板。实验近似得到的某时刻起小车v-t图像如图(d)所示,由图像可知小车加速度大小 (填“逐渐变大”“逐渐变小”或“保持不变”)。据此可以得到的实验结论是 。
答案 (2)往右移 (4)0.15 (5)逐渐变小 空气阻力随速度增大而增大
考点二 电学实验
1.(2015海南单科,11)某同学利用游标卡尺和螺旋测微器分别测量一圆柱体工件的直径和高度,测量结果如图(a)和(b)所示。该工件的直径为 cm,高度为 mm。
图(a) 图(b)
答案 1.220 6.860
2.(2021福建,11,6分)某实验小组使用多用电表和螺旋测微器测量一长度为80.00cm电阻丝的电阻率,该电阻丝的电阻值约为100~200Ω,材料未知。实验过程如下:
图(a)
图(b)
(1)用螺旋测微器测量该电阻丝的直径,示数如图(a)所示。该电阻丝的直径为 mm。
(2)对多用电表进行机械调零。
(3)将多用电表的选择开关旋至 倍率的电阻挡(填“×1”“×10”“×100”或“×1k”)。
(4)将黑、红表笔短接,调节欧姆调零旋钮,使指针指在电阻挡零刻度线。
(5)将黑、红表笔并接在待测电阻丝两端,多用电表的示数如图(b)所示。该电阻丝的电阻值为 Ω。
(6)测量完成之后,将表笔从插孔拔出,并将选择开关旋到“OFF”位置。
(7)实验测得的该电阻丝电阻率为 Ω·m(结果保留3位有效数字)。
答案 (1)1.414 (3)×10 (5)160 (7)3.14×10-4
3.(2022届河北省级联考,11)某同学想要精确测量如图甲所示的玩具小车上的太阳能电池的电动势和内阻。他借助测电源电动势和内阻的方法得到该电池在某一光照条件下的U-I图像如图乙所示。
(1)分析该曲线可知,该电池板作为电源时的电动势约为 V,其内阻随输出电流的增大而 (填“增大”“不变”或“减小”)。
(2)若把该电池板与阻值为1Ω的定值电阻连接构成一个闭合电路,在该光照条件下,该定值电阻的功率是 W。 (结果保留3位有效数字)
答案 (1)2.80(2.79~2.81均可) 增大
(2)3.24(3.20~3.28均可)
4.(2021浙江6月选考,18,7分)小李在实验室测量一电阻Rx的阻值。
(1)因电表内阻未知,用如图1所示的电路来判定电流表该内接还是外接。正确连线后,合上开关S,将滑动变阻器的滑片P移至合适位置。单刀双掷开关K掷到1,电压表的读数U1=1.65V,电流表的示数如图2所示,其读数I1= A;将K掷到2,电压表和电流表的读数分别为U2=1.75V,I2=0.33A。由此可知应采用电流表 (填“内”或“外”)接法。
图1 图2
图3
(2)完成上述实验后,小李进一步尝试用其他方法进行实验:
①器材与连线如图3所示,请在虚线框中画出对应的电路图;
②先将单刀双掷开关掷到左边,记录电流表读数,再将单刀双掷开关掷到右边,调节电阻箱的阻值,使电流表的读数与前一次尽量相同,电阻箱的示数如图3所示,则待测电阻Rx= Ω。此方法, (填“有”或“无”)明显的实验误差,其理由是 。
答案 (1)0.33~0.34 外
(2)①如图所示 ②5 有 电阻箱的最小分度与待测电阻比较接近(或其他合理解释)
5.(2020海南统考)某实验小组研究两个未知元件X和Y的伏安特性,使用的器材包括电压表(内阻约为3kΩ)、电流表(内阻约为1Ω)、定值电阻等。
图1
①使用多用电表粗测元件X的电阻。选择“×1”欧姆挡测量,示数如图1(a)所示,读数为 Ω。据此应选择图1中的 [填“(b)”或“(c)”]电路进行实验。
②连接所选电路,闭合S;滑动变阻器的滑片P从左向右滑动,电流表的示数逐渐 (填“增大”或“减小”);依次记录电流及相应的电压;将元件X换成元件Y,重复实验。
③图2(a)是根据实验数据作出的U-I图线,由图可判断元件 (填“X”或“Y”)是非线性元件。
(a) (b)
图2
④该小组还借助X和Y中的线性元件和阻值R=21Ω的定值电阻,测量待测电池的电动势E和内阻r,电路如图2(b)所示,闭合S1和S2,电压表读数为3.00V;断开S2,读数为1.00V。利用图2(a)可算得E= V,r= Ω(结果均保留两位有效数字,视电压表为理想电压表)。
答案 ①10 (b) ②增大 ③Y ④3.2 0.50
6.(2020课标Ⅰ,22,6分)某同学用伏安法测量一阻值为几十欧姆的电阻Rx,所用电压表的内阻为1kΩ,电流表内阻为0.5Ω。该同学采用两种测量方案,一种是将电压表跨接在图(a)所示电路的O、P两点之间,另一种是跨接在O、Q两点之间。测量得到如图(b)所示的两条U-I图线,其中U与I分别为电压表和电流表的示数。
回答下列问题:
(1)图(b)中标记为Ⅱ的图线是采用电压表跨接在 (填“O、P”或“O、Q”)两点的方案测量得到的。
图(a)
图(b)
(2)根据所用实验器材和图(b)可判断,由图线 (填“Ⅰ”或“Ⅱ”)得到的结果更接近待测电阻的真实值,结果为 Ω(保留1位小数)。
(3)考虑到实验中电表内阻的影响,需对(2)中得到的结果进行修正,修正后待测电阻的阻值为 Ω(保留1位小数)。
答案 (1)O、P (2)Ⅰ 50.5 (3)50.0
7.(2021山东,14,8分)热敏电阻是传感器中经常使用的元件,某学习小组要探究一热敏电阻的阻值随温度变化的规律。可供选择的器材有:
待测热敏电阻RT(实验温度范围内,阻值几百欧到几千欧);
电源E(电动势1.5V,内阻r约为0.5Ω);
电阻箱R(阻值范围0~9999.99Ω);
滑动变阻器R1(最大阻值20Ω);
滑动变阻器R2(最大阻值2000Ω);
微安表(量程100μA,内阻等于2500Ω);
开关两个,温控装置一套,导线若干。
甲
同学们设计了如图甲所示的测量电路,主要实验步骤如下:
①按图示连接电路;
②闭合S1、S2,调节滑动变阻器滑片P的位置,使微安表指针满偏;
③保持滑动变阻器滑片P位置不变,断开S2,调节电阻箱,使微安表指针半偏;
④记录此时的温度和电阻箱的阻值。
回答下列问题:
(1)为了更准确地测量热敏电阻的阻值,滑动变阻器应选用 (填“R1”或“R2”)。
(2)请用笔画线代替导线,将实物图(不含温控装置)连接成完整电路。
(3)某温度下微安表半偏时,电阻箱的读数为6000.00Ω,该温度下热敏电阻的测量值为 Ω(结果保留到个位),该测量值 (填“大于”或“小于”)真实值。
(4)多次实验后,学习小组绘制了如图乙所示的图像。由图像可知,该热敏电阻的阻值随温度的升高逐渐 (填“增大”或“减小”)。
乙
答案 (1)R1 (2)如图所示 (3)3500 大于 (4)减小
8.(2021湖北,13,9分)小明同学打算估测5个相同规格电阻的阻值。现有一个量程为0.6A的电流表,一个电池组(电动势E不大于4.5V,内阻r未知),一个阻值为R0的定值电阻,一个阻值为R1的定值电阻(用作保护电阻),开关S和导线若干。他设计了如图(a)所示的电路,实验步骤如下:
第一步:把5个待测电阻分别单独接入A、B之间,发现电流表的示数基本一致,据此他认为5个电阻的阻值相等,均设为R。
第二步:取下待测电阻,在A、B之间接入定值电阻R0,记下电流表的示数I0。
第三步:取下定值电阻R0,将n个(n=1,2,3,4,5)待测电阻串联后接入A、B之间,记下串联待测电阻的个数n与电流表对应示数In。
请完成如下计算和判断:
(1)根据上述第二步,1I0与R1、R0、E、r的关系式是1I0= 。
(2)定义Y=1I0-1In,则Y与n、R、R0、E的关系是Y= 。
(3)已知R0=12.0Ω,实验检测I0=0.182A,得到数据如下表:
n
1
2
3
4
5
In/A
0.334
0.286
0.250
0.224
0.200
Y/A-1
2.500
1.998
1.495
1.030
0.495
根据上述数据作出Y-n图像,如图(b)所示,可得R= Ω(保留2位有效数字),同时可得E= V(保留2位有效数字)。
(4)本实验中电流表的内阻对表中Y的测量值 影响(选填“有”或“无”)。
图(a)
图(b)
答案 (1)R1+R0+rE (2)R0-nRE (3)2.0 4.0 (4)无
9.(2021河北,11,6分)某同学研究小灯泡的伏安特性,实验室提供的器材有:小灯泡(6.3V,0.15A),直流电源(9V)、滑动变阻器、量程合适的电压表和电流表,开关和导线若干,设计的电路如图1所示。
(1)按照图1,完成图2中的实物连线。
图1
图2
(2)按照图1连线后,闭合开关,小灯泡闪亮一下后熄灭,观察发现灯丝被烧断,原因可能是 (单项选择,填正确答案标号)。
A.电流表短路
B.滑动变阻器的滑片接触不良
C.滑动变阻器滑片的初始位置在b端
(3)更换小灯泡后,该同学正确完成了实验操作,将实验数据描点作图,得到I-U图像,其中一部分如图3所示。根据图像计算出P点对应状态下小灯泡的电阻为 Ω(保留三位有效数字)。
图3
答案 (1)如图所示 (2)C (3)27.0
10.(2021辽宁,12,8分)某同学将一量程为250μA的微安表改装成量程为1.5V的电压表。先将电阻箱R1与该微安表串联进行改装,然后选用合适的电源E、滑动变阻器R2、定值电阻R3、开关S和标准电压表对改装后的电表进行检测,设计电路如图所示。
(1)微安表铭牌标示内阻为0.8kΩ,据此计算R1的阻值应为 kΩ。按照电路图连接电路,并将R1调为该阻值。
(2)开关闭合前,R2的滑片应移动到 端。
(3)开关闭合后,调节R2的滑片位置,微安表有示数,但变化不显著,故障原因可能是 。(填选项前的字母)
A.1、2间断路
B.3、4间断路
C.3、5间短路
(4)排除故障后,调节R2的滑片位置,当标准电压表的示数为0.60V时,微安表的示数为98μA,此时需要 (填“增大”或“减小”)R1的阻值,以使改装电表的量程达到预期值。
答案 (1)5.2 (2)左(或2) (3)A (4)减小
11.(2021海南,14,10分)在伏安法测电阻的实验中,提供以下实验器材:电源E(电动势约6V,内阻约1Ω),待测电阻Rx(阻值小于10Ω),电压表(量程3V,内阻约3kΩ),电流表(量程0.6A,内阻约1Ω),滑动变阻器(最大阻值20Ω),单刀开关S1,单刀双掷开关S2,导线若干。某同学利用上述实验器材设计如图所示的测量电路。
回答下列问题:
(1)闭合开关S1前,滑动变阻器的滑片P应滑到 (填“a”或“b”)端;
(2)实验时,为使待测电阻的测量值更接近真实值,应将S2拨向 (填“c”或“d”);在上述操作正确的情况下,引起实验误差的主要原因是 (填正确选项前的标号);
A.电流表分压
B.电压表分流
C.电源内阻分压
(3)实验时,若已知电流表的内阻为1.2Ω,在此情况下,为使待测电阻的测量值更接近真实值,应将S2拨向 (填“c”或“d”);读得电压表的示数为2.37V,电流表的示数为0.33A,则Rx= Ω(结果保留两位有效数字)。
答案 (1)b (2)c B (3)d 6.0
综合篇 知能转换
拓展一 力学实验综合
1.(2020江苏单科,11,10分)疫情期间“停课不停学”,小明同学在家自主开展实验探究。用手机拍摄物体自由下落的视频,得到分帧图片,利用图片中小球的位置来测量当地的重力加速度,实验装置如图1所示。
图1
(1)家中有乒乓球、小塑料球和小钢球,其中最适合用作实验中下落物体的是 。
(2)下列主要操作步骤的正确顺序是 。(填写各步骤前的序号)
①把刻度尺竖直固定在墙上
②捏住小球,从刻度尺旁静止释放
③手机固定在三脚架上,调整好手机镜头的位置
④打开手机摄像功能,开始摄像
(3)停止摄像,从视频中截取三帧图片,图片中的小球和刻度如图2所示。已知所截取的图片相邻两帧之间的时间间隔为16s,刻度尺的分度值是1mm,由此测得重力加速度为 m/s2。
图2
(4)在某次实验中,小明释放小球时手稍有晃动,视频显示小球下落时偏离了竖直方向。从该视频中截取图片, (选填“仍能”或“不能”)用(3)问中的方法测出重力加速度。
答案 (1)小钢球 (2)①③④② (3)9.6(9.5~9.7都算对) (4)仍能
2.(2018课标Ⅱ,23,9分)某同学用图(a)所示的装置测量木块与木板之间的动摩擦因数。跨过光滑定滑轮的细线两端分别与木块和弹簧秤相连,滑轮和木块间的细线保持水平,在木块上方放置砝码。缓慢向左拉动水平放置的木板,当木块和砝码相对桌面静止且木板仍在继续滑动时,弹簧秤的示数即木块受到的滑动摩擦力的大小。某次实验所得数据在表中给出,其中f4的值可从图(b)中弹簧秤的示数读出。
图(a)
图(b)
砝码的质量m/kg
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
滑动摩擦力f/N
2.15
2.36
2.55
f4
2.93
图(c)
回答下列问题:
(1)f4= N;
(2)在图(c)的坐标纸上补齐未画出的数据点并绘出f-m图线;
(3)f与m、木块质量M、木板与木块之间的动摩擦因数μ及重力加速度大小g之间的关系式为f= ,f-m图线(直线)的斜率的表达式为k= ;
(4)取g=9.80m/s2,由绘出的f-m图线求得μ= 。(保留2位有效数字)
答案 (1)2.75 (2)如图所示 (3)μ(M+m)g μg (4)0.40
3.[2018天津理综,9(2)]某研究小组做“验证力的平行四边形定则”实验,所用器材有:方木板一块,白纸,量程为5N的弹簧测力计两个,橡皮条(带两个较长的细绳套),刻度尺,图钉(若干个)。
①具体操作前,同学们提出了如下关于实验操作的建议,其中正确的有 。
A.橡皮条应和两绳套夹角的角平分线在一条直线上
B.重复实验再次进行验证时,结点O的位置可以与前一次不同
C.使用测力计时,施力方向应沿测力计轴线;读数时视线应正对测力计刻度
D.用两个测力计互成角度拉橡皮条时的拉力必须都小于只用一个测力计时的拉力
②该小组的同学用同一套器材做了四次实验,白纸上留下的标注信息有结点位置O、力的标度、分力和合力的大小及表示力的作用线的点,如下图所示。其中对于提高实验精度最有利的是 。
答案 ①BC ②B
4.[2020浙江7月选考,17(1),3分]做“探究加速度与力、质量的关系”实验时,图1甲是教材中的实验方案;图1乙是拓展方案,其实验操作步骤如下:
(i)挂上托盘和砝码,改变木板的倾角,使质量为M的小车拖着纸带沿木板匀速下滑;
(ii)取下托盘和砝码,测出其总质量为m,让小车沿木板下滑,测出加速度a;
(iii)改变砝码质量和木板倾角,多次测量,通过作图可得到a-F的关系。
图1
①实验获得如图2所示的纸带,计数点a、b、c、d、e、f间均有四个点未画出,则在打d点时小车的速度大小vd= m/s(保留两位有效数字);
图2
②需要满足条件M≫m的方案是 (选填“甲”、“乙”或“甲和乙”);在作a-F图像时,把mg作为F值的是 (选填“甲”、“乙”或“甲和乙”)。
答案 ①0.18~0.19 ②甲 甲和乙
5.[2020天津,9(1)]某实验小组利用图1所示装置测定平抛运动的初速度。把白纸和复写纸叠放一起固定在竖直木板上,在桌面上固定一个斜面,斜面的底边ab与桌子边缘及木板均平行。每次改变木板和桌边之间的距离,让钢球从斜面顶端同一位置滚下,通过碰撞复写纸,在白纸上记录钢球的落点。
图1
①为了正确完成实验,以下做法必要的是 。
A.实验时应保持桌面水平
B.每次应使钢球从静止开始释放
C.使斜面的底边ab与桌边重合
D.选择对钢球摩擦力尽可能小的斜面
图2
②实验小组每次将木板向远离桌子的方向移动0.2m,在白纸上记录了钢球的4个落点,相邻两点之间的距离依次为15.0cm、25.0cm、35.0cm,示意如图2。重力加速度g=10m/s2,钢球平抛的初速度为 m/s。
③图1装置中,木板上悬挂一条铅垂线,其作用是 。
答案 ①AB ②2 ③方便将木板调整到竖直平面
6.(2021福建厦门双十中学月考)某同学将力传感器固定在小车上,然后把绳的一端固定在传感器上,用来测量绳对小车的拉力,探究在小车及传感器总质量不变时加速度跟它们所受拉力的关系,根据所测数据在坐标系中作出了如图乙所示的a-F图像。
甲
乙
(1)图线不过坐标原点的原因是 ;
(2)如图丙为某次实验得到的纸带中两段计数点间的距离,相邻计数点时间间隔为T,由此可求得小车的加速度大小为 ;
丙
(3)由图乙图像可求出小车和传感器的总质量为 kg;
(4)本实验中若仍用砂和桶的重力表示绳子的拉力(小车及传感器的总质量始终远大于砂和桶的总质量),从理论上分析,该实验图线的斜率将 (选填“变大”或“变小”)。
答案 (1)没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足
(2)s2-s12T2 (3)1 (4)变小
7.(2021北京,15,8分)物理实验一般都涉及实验目的、实验原理、实验仪器、实验方法、实验操作、数据分析等。例如:
(1)实验仪器。用游标卡尺测某金属管的内径,示数如图1所示。则该金属管的内径为 mm。
图1
(2)数据分析。打点计时器在随物体做匀变速直线运动的纸带上打点,其中一部分如图2所示,B、C、D为纸带上标出的连续3个计数点,相邻计数点之间还有4个计时点没有标出。打点计时器接在频率为50Hz的交流电源上。则打C点时,纸带运动的速度vC= m/s(结果保留小数点后两位)。
图2
(3)实验原理。图3为“探究加速度与力的关系”的实验装置示意图。认为桶和砂所受的重力等于使小车做匀加速直线运动的合力。实验中平衡了摩擦力后,要求桶和砂的总质量m比小车质量M小得多。请分析说明这个要求的理由。
图3
答案 (1)31.4 (2)0.44 (3)见解析
解析 (3)设绳的拉力为F,小车运动的加速度为a。对桶和砂有mg-F=ma,对小车有F=Ma,得F=MM+mmg,小车受到的合力为绳的拉力,即F合=MM+mmg=11+mMmg,可见,只有桶和砂的总质量m比小车质量M小得多时,才能认为桶和砂所受的重力等于使小车做匀加速直线运动的合力。
8.(2021辽宁,11,6分)某同学阅读教材中的“科学漫步”栏目,对“流体的阻力(f)跟物体相对于流体的速度(v)有关”这一说法产生了兴趣,通过查阅资料得知:对于球形物体,二者间存在定量关系f=kv,k为比例系数。该同学为探究这一关系利用如图(a)所示装置测量k。具体操作如下:在柱状玻璃容器中注入某透明液体,将小球在液面处由静止释放,当小球运动到0刻度线处开始计时,每下落10cm记录一次时间,得到多组下落高度h与时间t的数据,作出h-t图像如图(b)中实线所示。
图（a）
图(b)
(1)由h-t图像可知,从计时开始小球近似做 运动。
(2)已知液体密度ρ=8.0×102kg/m3,小球体积V=5.0×10-10m3、质量m=4.0×10-6kg,结合h-t图像可得k= kg/s(浮力不能忽略,取重力加速度g=9.8m/s2)。
(3)若再用一个体积相同、密度较大的球,重复上述实验,所得h-t图像也是一条直线,则该直线可能是图(b)中的 虚线。
答案 (1)匀速直线 (2)5.292×10-4 (3)①
9.(2022届新高考联考,11)某实验小组的同学想探究“合力做功与速度变化的关系”,他们借用“探究加速度与力、质量的关系”的实验器材进行实验,并且对实验装置进行了改进。
(1)用游标卡尺测出遮光条的宽度d=5.68mm,则主尺的第 条刻线与游标尺的第 条刻线对齐。
(2)按如图所示组装实验装置,实验时将小车从A点由静止释放,记录小车释放点A到光电门B的距离s和遮光条通过光电门B的遮光时间t,得到小车通过光电门B时的速度v= (用题中给出的字母表示)。
(3)保持光电门B的位置不变,改变小车释放点A到光电门B的距离,进行多次实验。
(4)实验小组的同学想通过描点作出线性图像来直观地反映“合力做功与速度变化的关系”,他们所作的图像应该是 (填正确选项前的字母)。
A.s-t图像 B.s-t2图像
C.s-1t图像 D.s-1t2图像
(5)下列有关本探究实验的说法正确的是 (填正确选项前的字母)。
A.增大A、B间距可以减小实验误差
B.减小重物的质量可以减小实验误差
C.减小遮光条的宽度可以减小实验误差
D.实验前必须平衡小车和木板间的摩擦力
E.每次实验时都必须保证小车由静止释放
答案 (1)39 34 (2)dt (4)D (5)ACE
10.[2022届T8联考(2),12]某实验小组采用如图所示的装置“探究外力做功与物体速度变化关系”,小车在橡皮筋的作用下弹出后,沿木板滑行。
(1)实验中木板需要倾斜一定的角度,这样做的目的是 。
A.使释放小车后,小车能匀加速下滑
B.增大小车下滑的加速度
C.可使得橡皮筋对小车做的功等于合力对小车做的功
(2)实验中先后用1条、2条、3条……橡皮筋合并起来挂在小车的前端进行多次实验,每次都要把小车拉到同一位置再释放。把第一次只挂1条橡皮筋时橡皮筋对小车做的功记为W1,第二次挂2条橡皮筋时橡皮筋对小车做的功记为2W1……,橡皮筋对小车做功而使小车获得的速度可由打点计时器打出的纸带测出,将多次测量的数据绘制成W-v2图像。小组中三位同学分别完成了实验,并绘制了W-v2图像,画出的图像分别为图中的①、②、③三条图线,其中实验操作正确的情况下,得到的图像是 (选填①、②、③)。
(3)造成(2)中图像里实验结果不正确的原因可能是 。
A.打点计时器所使用的交流电频率发生波动
B.未正确平衡摩擦力
C.某次用刻度尺测量两计数点间距时,不小心看错了
答案 (1)C (2)② (3)B
拓展二 电学实验综合
1.[2019天津理综,9(3)]现测定长金属丝的电阻率。
①某次用螺旋测微器测量金属丝直径的结果如图所示,其读数是 mm。
②利用下列器材设计一个电路,尽量准确地测量一段金属丝的电阻。这段金属丝的电阻Rx约为100Ω,画出实验电路图,并标明器材代号。
电源E(电动势10V,内阻约为10Ω)
电流表A1(量程0~250mA,内阻R1=5Ω)
电流表A2(量程0~300mA,内阻约为5Ω)
滑动变阻器R(最大阻值10Ω,额定电流2A)
开关S及导线若干
③某同学设计方案正确,测量得到电流表A1的读数为I1,电流表A2的读数为I2,则这段金属丝电阻的计算式Rx= 。从设计原理看,其测量值与真实值相比 (填“偏大”、“偏小”或“相等”)。
答案 ①0.200(0.196~0.204均可) ②如图所示 ③I1R1I2-I1 相等
2.(2020江苏单科,10,8分)某同学描绘一种电子元件的I-U关系图像,采用的实验电路图如图1所示,为电压表,为电流表,E为电源(电动势约6V),R为滑动变阻器(最大阻值20Ω),R0为定值电阻,S为开关。
(1)请用笔画线代替导线,将图2所示的实物电路连接完整。
图1
图2
(2)调节滑动变阻器,记录电压表和电流表的示数如下表:
电压U/V
0.000
0.250
0.500
0.650
0.700
0.725
0.750
电流I/mA
0.00
0.10
0.25
0.60
1.70
4.30
7.50
请根据表中的数据,在方格纸上作出该元件的I-U图线。
图3
(3)根据作出的I-U图线可知,该元件是 (选填“线性”或“非线性”)元件。
(4)在上述测量中,如果用导线代替电路中的定值电阻R0,会导致的两个后果是 。
A.电压和电流的测量误差增大
B.可能因电流过大烧坏待测元件
C.滑动变阻器允许的调节范围变小
D.待测元件两端电压的可调节范围变小
答案 (1)如图所示
(2)如图所示
(3)非线性 (4)BC
3.[2020天津,9(2)]某实验小组选用以下器材测定电池组的电动势和内阻,要求测量结果尽量准确。
电压表(量程0~3V,内阻约为3kΩ)
电流表(量程0~0.6A,内阻约为1Ω)
滑动变阻器(0~20Ω,额定电流1A)
待测电池组(电动势约为3V,内阻约为1Ω)
开关、导线若干
①该小组连接的实物电路如图所示,经仔细检查,发现电路中有一条导线连接不当,这条导线对应的编号是 。
②改正这条导线的连接后开始实验,闭合开关前,滑动变阻器的滑片P应置于滑动变阻器的 端。(填“a”或者“b”)
③实验中发现调节滑动变阻器时,电流表读数变化明显但电压表读数变化不明显。为了解决这个问题,在电池组负极和开关之间串联一个阻值为5Ω的电阻,之后该小组得到了几组电压表读数U和对应的电流表读数I,并作出U-I图像,如图所示。根据图像可知,电池组的电动势为 V,内阻为 Ω。(结果均保留两位有效数字)
答案 ①5 ②a ③2.9 0.80
4.(2021全国乙,23,10分)一实验小组利用图(a)所示的电路测量一电池的电动势E(约1.5V)和内阻r(小于2Ω)。图中电压表量程为1V,内阻RV=380.0Ω;定值电阻R0=20.0Ω;电阻箱R,最大阻值为999.9Ω;S为开关。按电路图连接电路。完成下列填空:
图(a)
(1)为保护电压表,闭合开关前,电阻箱接入电路的电阻值可以选 Ω(填“5.0”或“15.0”);
(2)闭合开关,多次调节电阻箱,记录下阻值R和电压表的相应读数U;
(3)根据图(a)所示电路,用R、R0、RV、E和r表示1U,得1U= ;
(4)利用测量数据,作 1U-R图线,如图(b)所示;
图(b)
(5)通过图(b)可得E= V(保留2位小数),r= Ω(保留1位小数);
(6)若将图(a)中的电压表当成理想电表,得到的电源电动势为E',由此产生的误差为E'-EE×100%= %。
答案 (1)15.0 (3)R0+RVR0RVER+1E1+R0+RVR0RVr (5)1.54 0.7 (6)5
5.(2020北京,16,9分)用图1所示的甲、乙两种方法测量某电源的电动势和内电阻(约为1Ω)。其中R为电阻箱,电流表的内电阻约为0.1Ω,电压表的内电阻约为3kΩ。
图1
(1)利用图1中甲图实验电路测电源的电动势E和内电阻r,所测量的实际是图2中虚线框所示“等效电源”的电动势E'和内电阻r'。若电流表内电阻用RA表示,请你用E、r和RA表示出E'、r',并简要说明理由。
图2
(2)某同学利用图像分析甲、乙两种方法中由电表内电阻引起的实验误差。在图3中,实线是根据实验数据(图甲:U=IR,图乙:I=UR)描点作图得到的U-I图像;虚线是该电源的路端电压U随电流I变化的U-I图像(没有电表内电阻影响的理想情况)。
图3
在图3中,对应图甲电路分析的U-I图像是: ;对应图乙电路分析的U-I图像是: 。
(3)综合上述分析,为了减小由电表内电阻引起的实验误差,本实验应选择图1中的 (填“甲”或“乙”)。
答案 (1)见解析 (2)C A (3)乙
解析 (1)如果不考虑电表内电阻的影响,则
E'=I1R1+I1r'E'=I2R2+I2r'
考虑电表内电阻的影响,则真实情况是
E=I1R1+I1(r+RA)E=I2R2+I2(r+RA)
综上解得E'=E,r'=r+RA
6.(2019课标Ⅲ,23,10分)某同学欲将内阻为98.5Ω、量程为100μA的电流表改装成欧姆表并进行刻度和校准,要求改装后欧姆表的15kΩ刻度正好对应电流表表盘的50μA刻度,可选用的器材还有:定值电阻R0(阻值14kΩ),滑动变阻器R1(最大阻值1500Ω),滑动变阻器R2(最大阻值500Ω),电阻箱(0~99999.9Ω),干电池(E=1.5V,r=1.5Ω),红、黑表笔和导线若干。
(1)欧姆表设计
将图(a)中的实物连线组成欧姆表。欧姆表改装好后,滑动变阻器R接入电路的电阻应为 Ω;滑动变阻器选 (填“R1”或“R2”)。
图(a)
(2)刻度欧姆表表盘
通过计算,对整个表盘进行电阻刻度,如图(b)所示。表盘上a、b处的电流刻度分别为25和75,则a、b处的电阻刻度分别为 、 。
图(b)
(3)校准
红、黑表笔短接,调节滑动变阻器,使欧姆表指针指向 kΩ处;将红、黑表笔与电阻箱连接,记录多组电阻箱接入电路的电阻值及欧姆表上对应的测量值,完成校准数据测量。若校准某刻度时,电阻箱旋钮位置如图(c)所示,则电阻箱接入的阻值为 Ω。
图(c)
答案 (1)连线如图 900 R1
(2)45 5 (3)0 35000.0
7.(2021全国甲,23,10分)某同学用图(a)所示电路探究小灯泡的伏安特性,所用器材有:小灯泡(额定电压2.5V,额定电流0.3A)、电压表(量程300mV,内阻300Ω)、电流表(量程300mA,内阻0.27Ω)、定值电阻R0、滑动变阻器R1(阻值0~20Ω)、电阻箱R2(最大阻值9999.9Ω)、电源E(电动势6V,内阻不计)、开关S、导线若干。完成下列填空:
(1)有3个阻值分别为10Ω、20Ω、30Ω的定值电阻可供选择,为了描绘小灯泡电流在0~300mA的U-I曲线,R0应选取阻值为 Ω的定值电阻;
(2)闭合开关前,滑动变阻器的滑片应置于变阻器的 (填“a”或“b”)端;
(3)在流过电流表的电流较小时,将电阻箱R2的阻值置零,改变滑动变阻器滑片的位置,读取电压表和电流表的示数U、I,结果如图(b)所示。当流过电流表的电流为10mA时,小灯泡的电阻为 Ω(保留1位有效数字);
(4)为使得电压表满量程时对应于小灯泡两端的电压为3V,该同学经计算知,应将R2的阻值调整为 Ω。然后调节滑动变阻器R1,测得数据如下表所示:
U/mV
24.0
46.0
76.0
110.0
128.0
152.0
184.0
216.0
250.0
I/mA
140.0
160.0
180.0
200.0
220.0
240.0
260.0
280.0
300.0
(5)由图(b)和上表可知,随流过小灯泡电流的增加,其灯丝的电阻 (填“增大”“减小”或“不变”);
(6)该同学观测到小灯泡刚开始发光时流过电流表的电流为160mA,可得此时小灯泡电功率P1= W(保留2位有效数字);当流过电流表的电流为300mA时,小灯泡的电功率为P2,则P2/P1= (保留至整数)。
答案 (1)10 (2)a (3)0.7 (4)2700.0 (5)增大 (6)0.074 10
8.(2021北京,16,10分)在“测量金属丝的电阻率”实验中,某同学用电流表和电压表测量一金属丝的电阻。
(1)该同学先用欧姆表“×1”挡粗测该金属丝的电阻,示数如图1所示,对应的读数是 Ω。
图1
(2)除电源(电动势3.0V,内阻不计)、电压表(量程0~3V,内阻约3kΩ)、开关、导线若干外,还提供如下实验器材:
A.电流表(量程0~0.6A,内阻约0.1Ω)
B.电流表(量程0~3.0A,内阻约0.02Ω)
C.滑动变阻器(最大阻值10Ω,额定电流2A)
D.滑动变阻器(最大阻值1kΩ,额定电流0.5A)
为了调节方便、测量准确,实验中电流表应选用 ,滑动变阻器应选用 。(选填实验器材前对应的字母)
(3)该同学测量金属丝两端的电压U和通过金属丝的电流I,得到多组数据,并在坐标图上标出,如图2所示。请作出该金属丝的U-I图线,根据图线得出该金属丝电阻R= Ω(结果保留小数点后两位)。
图2
(4)用电流传感器测量通过定值电阻的电流,电流随时间变化的图线如图3所示。将定值电阻替换为小灯泡,电流随时间变化的图线如图4所示,请分析说明小灯泡的电流为什么随时间呈现这样的变化。
图3 图4
答案 (1)6 (2)A C (3)如图所示 5.80 (4)见解析
解析 (4)刚闭合开关时,灯丝温度较低,电阻较小,电流较大;随着灯丝温度升高,电阻逐渐增大,电流逐渐减小;当灯丝发热与散热平衡时,温度不变,电阻不变,电流保持不变。
9.(2022届新高考联考,12)探究小组学习了欧姆表的工作原理和使用方法后,进行了相关实验探究。他们先用实验室提供的多用电表测量了电阻,又选择有关器材进行了欧姆表改装探究。试回答下列问题:
(1)探究小组两次测量电阻的示意图如图甲所示,①和②分别表示两次测量时选择开关和指针相对应的位置,则选择开关在位置①时被测电阻的阻值为 Ω,选择开关在位置②时被测电阻的阻值为 Ω。
(2)探究小组设计了图乙所示的电路进行欧姆表改装探究,他们选择的电流表量程为0~0.6A、内阻为0.1Ω,滑动变阻器R的阻值范围足够大,电源E1的电动势为1.5V、内阻为0.4Ω。单刀双掷开关S接1时为“×1”倍率,在该倍率下欧姆表调零时,滑动变阻器接入电路的阻值为 Ω;探究小组用改装好的欧姆表“×1”倍率对三个电阻进行测量,经过正确的操作步骤后,图丙中A、B、C指针分别为测量三个电阻时对应的位置,则它们对应的阻值分别为 Ω、 Ω和 Ω。由此可知欧姆表表盘的刻度是 (填“均匀的”或“非均匀的”)。
(3)探究小组设计单刀双掷开关接2时为“×10”倍率,则此时欧姆表的内阻为 Ω,电源E2的电动势应为 V。
答案 (1)16 2.8×104 (2)2 12.5 2.5 0.5 非均匀的 (3)25 15
10.[2022届T8联考(1),12]某学习小组想要较精确地测定某废旧锂电池的电动势和内阻,有如下器材供选择。
A.待测电源(电动势约为9V,内阻约为1Ω)
B.电压表V1(量程0~7.5V,内阻约3kΩ)
C.电压表V2(量程0~7.5V,内阻r2=10kΩ)
D.电流表A(量程0~10mA,内阻未知)
E.滑动变阻器R1(最大阻值20Ω)
F.滑动变阻器R2(最大阻值2kΩ)
G.定值电阻R=5Ω
H.导线、开关若干
(1)该小组除选择器材A、C、G、H外,还应从上列剩余器材中选择 (填所选器材前面的字母)以最优方案完成本次实验。
(2)请在方框中画出你所设计的实验电路图的最优方案,并在图上标注你所选的仪器仪表的符号。
(3)按设计的方案连接好电路进行实验,记录的数据用对应的物理量符号表示(如电压表V1、V2、电流表A的示数、定值电阻阻值分别用U1、U2、I、R表示等),若用U2作为纵坐标轴,另一个仪表测得的物理量作为横坐标轴,得到图像与横坐标轴的交点为a,与U2轴的交点为b。则待测电源内阻r= ,电源电动势为E= (结果用字母a、b、R表示,计算中忽略电压表V2的分流)。
答案 (1)BE (2)见解析 (3)a-bb·R a
解析 (2)电路设计如图,电压表V2内阻已知,且大于电压表V1的内阻,理论上电压表V2与电阻R并联可改装为一个电流表使用。
11.[2022届T8联考(2),13]力敏电阻被广泛应用于汽车电子、医疗设备以及工业机器人等领域,现有一型号为FSR408的力敏电阻(视为纯电阻),它的电阻值随着表面所受压力的增大而减小,已知其工作电压为4V,作用力范围为0.2~20N,电阻阻值在一百多欧到几千欧之间变化;小明同学计划测定该力敏电阻在受到0.2N和20N压力时的具体阻值,实验器材见下表:
类型
名称(参数)
电压表
V1(量程3V,内阻为2kΩ);V2(量程15V,内阻为15kΩ)
电流表
A1(量程3mA,内阻为12Ω);A2(量程0.6A,内阻为0.1Ω)
滑动变阻器
R1(最大阻值为10Ω,额定电流3A);R2(最大阻值为1kΩ,额定电流0.5A)
定值电阻
R3(阻值为1Ω);R4(阻值为20Ω);R5(阻值为2kΩ)
电源
E(电动势为6V,内阻不计)
小明同学设计如下实验电路:
(1)a应选取 ,b应选取 ;
(2)在某个测量环节中,小明给FSR408施加0.2N压力的时候,开关S2需要处于 (填“断开”或“闭合”)状态;
(3)在给FSR408施加0.2N压力时,若电压表读数为“2.00V”,电流表读数为“2.00mA”,对应的阻值为 Ω;
(4)在给FSR408施加20N压力时,若电压表读数为“2.00V”,电流表读数为“2.00mA”,对应的阻值为 Ω。
答案 (1)R1 V1 (2)断开 (3)4000 (4)160
拓展三 其他实验综合
1.[2019课标Ⅲ,33(1),5分]用油膜法估算分子大小的实验中,首先需将纯油酸稀释成一定浓度的油酸酒精溶液,稀释的目的是 。实验中为了测量出一滴已知浓度的油酸酒精溶液中纯油酸的体积,可以 。为得到油酸分子的直径,还需测量的物理量是 。
答案 使油酸在浅盘的水面上容易形成一块单分子层油膜 把油酸酒精溶液一滴一滴地滴入小量筒中,测出1mL油酸酒精溶液的滴数,得到一滴溶液中纯油酸的体积 单分子层油膜的面积
2.[2019天津理综,9(2)]某小组做测定玻璃的折射率实验,所用器材有:玻璃砖,大头针,刻度尺,圆规,笔,白纸。
①下列哪些措施能够提高实验准确程度 。
A.选用两光学表面间距大的玻璃砖
B.选用两光学表面平行的玻璃砖
C.选用粗的大头针完成实验
D.插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些
②该小组用同一套器材完成了四次实验,记录的玻璃砖界线和四枚大头针扎下的孔洞如下图所示,其中实验操作正确的是 。
③该小组选取了操作正确的实验记录,在白纸上画出光线的径迹,以入射点O为圆心作圆,与入射光线、折射光线分别交于A、B点,再过A、B点作法线NN'的垂线,垂足分别为C、D点,如图所示,则玻璃的折射率n= 。(用图中线段的字母表示)
答案 ①AD ②D ③ACBD
3.[2019课标Ⅱ,34(2),10分]某同学利用图示装置测量某种单色光的波长。实验时,接通电源使光源正常发光;调整光路,使得从目镜中可以观察到干涉条纹。回答下列问题:
(ⅰ)若想增加从目镜中观察到的条纹个数,该同学可 ;
A.将单缝向双缝靠近
B.将屏向靠近双缝的方向移动
C.将屏向远离双缝的方向移动
D.使用间距更小的双缝
(ⅱ)若双缝的间距为d,屏与双缝间的距离为l,测得第1条暗条纹到第n条暗条纹之间的距离为Δx,则单色光的波长λ= ;
(ⅲ)某次测量时,选用的双缝的间距为0.300mm,测得屏与双缝间的距离为1.20m,第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56mm。则所测单色光的波长为 nm(结果保留3位有效数字)。
答案 (ⅰ)B (ⅱ)Δx·d(n-1)l (ⅲ)630
4.(2021浙江6月选考,17,7分)如图所示是“用双缝干涉测量光的波长”实验的装置。实验中
①观察到较模糊的干涉条纹,要使条纹变得清晰,值得尝试的是 (单选)。
A.旋转测量头
B.增大单缝与双缝间的距离
C.调节拨杆使单缝与双缝平行
②要增大观察到的条纹间距,正确的做法是 (单选)。
A.减小单缝与光源间的距离
B.减小单缝与双缝间的距离
C.增大透镜与单缝间的距离
D.增大双缝与测量头间的距离
答案 ①C ②D
创新篇 守正出奇
创新点 创新情境下的探究性实验
1.(2021广东,11,7分情境创新)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。采用逐差法计算弹簧压缩量,进而计算其劲度系数。
n
1
2
3
4
5
6
Ln/cm
8.04
10.03
12.05
14.07
16.11
18.09
(1)利用ΔLi=Li+3-Li(i=1,2,3)计算弹簧的压缩量:ΔL1=6.03cm,ΔL2=6.08cm,ΔL3= cm,压缩量的平均值ΔL=ΔL1+ΔL2+ΔL33= cm;
(2)上述ΔL是管中增加 个钢球时产生的弹簧平均压缩量;
(3)忽略摩擦,重力加速度g取9.80m/s2,该弹簧的劲度系数为 N/m(结果保留3位有效数字)。
答案 (1)6.04 6.05 (2)3 (3)48.6
2.(2018江苏单科,11,10分情境创新)某同学利用如图所示的实验装置来测量重力加速度g。细绳跨过固定在铁架台上的轻质滑轮,两端各悬挂一只质量为M的重锤。实验操作如下:
①用米尺量出重锤1底端距地面的高度H;
②在重锤1上加上质量为m的小钩码;
③左手将重锤2压在地面上,保持系统静止。释放重锤2,同时右手开启秒表,在重锤1落地时停止计时,记录下落时间;
④重复测量3次下落时间,取其平均值作为测量值t。
请回答下列问题:
(1)步骤④可以减小对下落时间t测量的 (选填“偶然”或“系统”)误差。
(2)实验要求小钩码的质量m要比重锤的质量M小很多,主要是为了 。
A.使H测得更准确
B.使重锤1下落的时间长一些
C.使系统的总质量近似等于2M
D.使细绳的拉力与小钩码的重力近似相等
(3)滑轮的摩擦阻力会引起实验误差。现提供一些橡皮泥用于减小该误差,可以怎么做?
(4)使用橡皮泥改进实验后,重新进行实验测量,并测出所用橡皮泥的质量为m0。用实验中的测量量和已知量表示g,得g= 。
答案 (1)偶然 (2)B
(3)在重锤1上粘上橡皮泥,调整橡皮泥质量直至轻拉重锤1后松手,能观察到其匀速下落。
(4)2(2M+m+m0)Hmt2
3.(2020山东,13,6分材料创新)2020年5月,我国进行了珠穆朗玛峰的高度测量,其中一种方法是通过使用重力仪测量重力加速度,进而间接测量海拔高度。某同学受此启发就地取材设计了如下实验,测量当地重力加速度的大小。实验步骤如下:
甲
(ⅰ)如图甲所示,选择合适高度的垫块,使木板的倾角为53°,在其上表面固定一与小物块下滑路径平行的刻度尺(图中未画出)。
(ⅱ)调整手机使其摄像头正对木板表面,开启视频录像功能。将小物块从木板顶端释放,用手机记录下小物块沿木板向下做加速直线运动的情况。然后通过录像的回放,选择小物块运动路径上合适的一点作为测量参考点,得到小物块相对于该点的运动距离L与运动时间t的数据。
(ⅲ)该同学选取部分实验数据,画出了2Lt-t图像,利用图像数据得到小物块下滑的加速度大小为 5.6m/s2。
(ⅳ)再次调节垫块,改变木板的倾角,重复实验。
回答以下问题:
(1)当木板的倾角为37°时,所绘图像如图乙所示。由图像可得,物块过测量参考点时速度的大小为 m/s;选取图线上位于坐标纸网格交叉点上的A、B两点,利用A、B两点数据得到小物块下滑加速度的大小为 m/s2。(结果均保留2位有效数字)
(2)根据上述数据,进一步分析得到当地的重力加速度大小为 m/s2。(结果保留2位有效数字,sin37°=0.60,cos37°=0.80)
乙
答案 (1)0.32或0.33 3.1 (2)9.4
4.(2020课标Ⅱ,22,5分情境创新)一细绳跨过悬挂的定滑轮,两端分别系有小球A和B,如图所示。一实验小组用此装置测量小球B运动的加速度。
令两小球静止,细绳拉紧,然后释放小球,测得小球B释放时的高度h0=0.590m,下降一段距离后的高度h=0.100m;由h0下降至h所用的时间T=0.730s。由此求得小球B加速度的大小为a= m/s2(保留3位有效数字)。
从实验室提供的数据得知,小球A、B的质量分别为100.0g和150.0g,当地重力加速度大小为g=9.80m/s2。根据牛顿第二定律计算可得小球B加速度的大小为a'= m/s2(保留3位有效数字)。
可以看出,a'与a有明显差异,除实验中的偶然误差外,写出一条可能产生这一结果的原因: 。
答案 1.84 1.96 滑轮的轴不光滑或滑轮有质量
5.(2021湖南,11,6分情境创新)某实验小组利用图(a)所示装置探究加速度与物体所受合外力的关系。主要实验步骤如下:
图(a)
图(b)
(1)用游标卡尺测量垫块厚度h,示数如图(b)所示,h= cm;
(2)接通气泵,将滑块轻放在气垫导轨上,调节导轨至水平;
(3)在右支点下放一垫块,改变气垫导轨的倾斜角度;
(4)在气垫导轨合适位置释放滑块,记录垫块个数n和滑块对应的加速度a;
(5)在右支点下增加垫块个数(垫块完全相同),重复步骤(4),记录数据如下表:
n
1
2
3
4
5
6
a/(m·s-2)
0.087
0.180
0.260
0.425
0.519
根据表中数据在图(c)上描点,绘制图线。
图(c)
如果表中缺少的第4组数据是正确的,其应该是 m/s2(保留三位有效数字)。
答案 (1)1.02 (5)如图所示 0.343
6.[2022届T8联考(1),11情境创新]某实验小组利用如图(a)所示实验装置及数字化信息系统探究动能定理。轨道两端固定有位移传感器和力传感器,光电门固定在A点。已知重力加速度为g。实验过程如下:
图(a)
图(b)
(1)用天平测得滑块(包括遮光条)的质量为m,用游标卡尺测得遮光条的宽度为d。
(2)先测动摩擦因数。不安装弹簧,给滑块一初速度,让滑块沿轨道从A的左端向右运动,遮光条通过光电门时计时器记录的时间为Δt1,测出滑块停止的位置与A点的距离为x0,则滑块与轨道间动摩擦因数μ= (用题中所给已知或已测的物理量表示)。
(3)将弹簧端连接力传感器,另一端连接滑块,将滑块拉到O点由静止释放,从释放滑块到遮光条通过光电门的过程中,传感器显示出弹簧弹力F随滑块位移x的变化情况如图(b)所示,F0、FA分别表示滑块在O点、A点时弹簧弹力的大小,xA表示O到A的位移大小,遮光条通过光电门时记录的时间为Δt2,则此过程中合外力做的功W合= ,动能改变量ΔEk= (用题中所给已知或已测的物理量表示)。
(4)改变滑块释放点O的位置,重复步骤(3),多次测量,研究合外力做的功W合与动能改变量ΔEk的关系,即探究动能定理。
答案 (2)d22gx0(Δt1)2 (3)F0+FA2xA-d2mxA2x0(Δt1)2 md22(Δt2)2
7.(2021湖南,12,9分情境创新)某实验小组需测定电池的电动势和内阻,器材有:一节待测电池、一个单刀双掷开关、一个定值电阻(阻值为R0)、一个电流表(内阻为RA)、一根均匀电阻丝(电阻丝总阻值大于R0,并配有可在电阻丝上移动的金属夹)、导线若干。由于缺少刻度尺,无法测量电阻丝长度,但发现桌上有一个圆形时钟表盘。某同学提出将电阻丝绕在该表盘上,利用圆心角来表示接入电路的电阻丝长度。主要实验步骤如下:
(1)将器材如图(a)连接;
图(a)
图(b)
图(c)
(2)开关闭合前,金属夹应夹在电阻丝的 端(填“a”或“b”);
(3)改变金属夹的位置,闭合开关,记录每次接入电路的电阻丝对应的圆心角θ和电流表示数I,得到多组数据;
(4)整理数据并在坐标纸上描点绘图,所得图像如图(b)所示,图线斜率为k,与纵轴截距为d,设单位角度对应电阻丝的阻值为r0,该电池电动势和内阻可表示为E= ,r= ;(用R0、RA、k、d、r0表示)
(5)为进一步确定结果,还需要测量单位角度对应电阻丝的阻值r0。利用现有器材设计实验,在图(c)方框中画出实验电路图(电阻丝用滑动变阻器符号表示);
(6)利用测出的r0,可得该电池的电动势和内阻。
答案 (2)b (4)r0k dr0k-(R0+RA)
(5)如图所示
8.(2019课标Ⅱ,23,10分情境创新)某小组利用图(a)所示的电路,研究硅二极管在恒定电流条件下的正向电压U与温度t的关系,图中和为理想电压表;R为滑动变阻器,R0为定值电阻(阻值100Ω);S为开关,E为电源。实验中二极管置于控温炉内,控温炉内的温度t由温度计(图中未画出)测出。图(b)是该小组在恒定电流为50.0μA时得到的某硅二极管U-t关系曲线。回答下列问题:
图(a)
(1)实验中,为保证流过二极管的电流为50.0μA,应调节滑动变阻器R,使电压表的示数为U1= mV;根据图(b)可知,当控温炉内的温度t升高时,硅二极管正向电阻 (填“变大”或“变小”),电压表示数 (填“增大”或“减小”),此时应将R的滑片向 (填“A”或“B”)端移动,以使示数仍为U1。
(2)由图(b)可以看出U与t成线性关系。硅二极管可以作为测温传感器,该硅二极管的测温灵敏度为ΔUΔt= ×10-3V/℃(保留2位有效数字)。
图(b)
答案 (1)5.00 变小 增大 B (2)2.8
9.(2021天津,9,12分情境创新)(1)某实验小组利用手机的录像功能拍下小球在斜面上做匀加速直线运动的过程。为便于记录小球各个时刻在斜面上的位置,将录像中时间间隔为T的连续7幅画面合成到同一张图中,示意如图。依次测得小球各相邻位置间的距离为x1、x2、x3、x4、x5、x6。
①写出小球在位置1的速度表达式 。
②要求充分利用测量数据,写出小球运动过程中的加速度表达式 。
③在测量小球相邻位置间距时由于实验者读数产生的误差是 误差。(填“偶然”或“系统”)
(2)随着智能手机的广泛应用,充电宝成为手机及时充电的一种重要选择。充电宝可以视为与电池一样的直流电源。一充电宝的电动势约为5V,内阻很小,最大放电电流为2A,某实验小组测定它的电动势和内阻。他们剥开充电宝连接线的外绝缘层,里面有四根导线,红导线为充电宝的正极,黑导线为充电宝的负极,其余两根导线空置不用,另有滑动变阻器R用于改变电路中的电流,定值电阻R0=3Ω,两只数字多用电表M、N,两表均为理想电表,并与开关S连成如图所示电路。
①图中测量电流的电表是 ,测量电压的电表是 。(均填写字母M或N)
②调节滑动变阻器,测得多组I、U数据,记录如下表,其中只有一个数据记录有误,审视记录的数据,可以发现表中第 次的记录数据有误。(填测量次数的序号)
次数
1
2
3
4
5
6
7
电流I/A
0.299
0.477
0.684
0.877
1.065
1.281
1.516
电压U/V
4.970
4.952
4.932
4.942
4.894
4.872
4.848
③电路中接入R0可以达到下列哪个效果。 (填选项前的字母)
A.使测电流的电表读数变化明显
B.为了更准确地测量充电宝内阻
C.避免使充电宝的放电电流过大
D.减小测量电压的电表分流作用
答案 (1)①x1+x22T ②(x4+x5+x6)-(x1+x2+x3)9T2
③偶然 (2)①N M ②4 ③C
10.(2021山东,13,6分情境创新)某乒乓球爱好者,利用手机研究乒乓球与球台碰撞过程中能量损失的情况。实验步骤如下:
①固定好手机,打开录音功能;
②从一定高度由静止释放乒乓球;
③手机记录下乒乓球与台面碰撞的声音,其随时间(单位:s)的变化图像如图所示。
根据声音图像记录的碰撞次序及相应碰撞时刻,如下表所示。
碰撞次序
1
2
3
4
5
6
7
碰撞时刻(s)
1.12
1.58
2.00
2.40
2.78
3.14
3.47
根据实验数据,回答下列问题:
(1)利用碰撞时间间隔,计算出第3次碰撞后乒乓球的弹起高度为 m(保留2位有效数字,当地重力加速度g=9.80m/s2)。
(2)设碰撞后弹起瞬间与该次碰撞前瞬时速度大小的比值为k,则每次碰撞损失的动能为碰撞前动能的 倍(用k表示),第3次碰撞过程中k= (保留2位有效数字)。
(3)由于存在空气阻力,第(1)问中计算的弹起高度 (填“高于”或“低于”)实际弹起高度。
答案 (1)0.20 (2)1-k2 0.95 (3)高于
11.(2022届湖北部分重点中学联考,12情境创新)现要组装一个酒精测试仪,它利用的是一种二氧化锡半导体型酒精气体传感器,此传感器的电阻Rx随酒精气体浓度的变化而变化,规律如图甲所示,目前国际公认的酒驾标准是“0.2mg/mL≤酒精气体浓度<0.8mg/mL”,醉驾标准是“酒精气体浓度≥0.8mg/mL”,提供的器材有:
A.二氧化锡半导体型酒精传感器Rx
B.直流电源(电动势为4V,内阻不计)
C.电压表(量程为3V,内阻非常大,作为浓度表使用)
D.电阻箱(最大阻值为999.9Ω)
E.定值电阻R1(阻值为10Ω)
F.定值电阻R2(阻值为50Ω)
G.单刀双掷开关一个,导线若干
(1)图乙是酒精测试仪电路图,请在图丙中完成实物连线。
(2)电路中R应选用定值电阻 (填R1或R2)。
(3)为便于识别,按照下列步骤调节此测试仪:
①电路接通前,先将电阻箱调为30.0Ω,然后开关向 (填“c”或“d”)端闭合,将电压表此时指针对应的刻度线标记为 mg/mL;
②逐步减小电阻箱的阻值,电压表的示数不断变大,按照甲图数据将电压表上“电压”刻度线标为“酒精浓度”;
③将开关向另一端闭合,测试仪即可正常使用。
(4)某同学将调适好的酒精测试仪靠近酒精瓶口,发现电压表指针满偏,则测量的酒精浓度 (填“有”或“没有”)达到醉驾标准。
答案 (1)如图所示 (2)R1 (3)c 0.2 (4)有
专题十七 实验
基础篇 固本夯基
考点一 力学实验
1.(2019课标Ⅰ,22,5分)某小组利用打点计时器对物块沿倾斜的长木板加速下滑时的运动进行探究。物块拖动纸带下滑,打出的纸带一部分如图所示。已知打点计时器所用交流电的频率为50Hz,纸带上标出的每两个相邻点之间还有4个打出的点未画出。在A、B、C、D、E五个点中,打点计时器最先打出的是 点。在打出C点时物块的速度大小为 m/s(保留3位有效数字);物块下滑的加速度大小为 m/s2(保留2位有效数字)。
答案 A 0.233 0.75
2. (2018课标Ⅰ,22,5分)如图(a),一弹簧上端固定在支架顶端,下端悬挂一托盘;一标尺由游标和主尺构成,主尺竖直固定在弹簧左边;托盘上方固定有一能与游标刻度线准确对齐的装置,简化为图中的指针。现要测量图(a)中弹簧的劲度系数。当托盘内没有砝码时,移动游标,使其零刻度线对准指针,此时标尺读数为1.950cm;当托盘内放有质量为0.100kg的砝码时,移动游标,再次使其零刻度线对准指针,标尺示数如图(b)所示,其读数为 cm。当地的重力加速度大小为9.80m/s2,此弹簧的劲度系数为 N/m(保留3位有效数字)。
答案 3.775 53.7
3.(2022届湖北九师联盟联考,11)在“探究加速度与力、质量的关系”实验中,某实验小组利用如图甲所示的装置进行实验,平衡摩擦力后,放开砂桶,小车加速运动,处理纸带得到小车运动的加速度a;保持砂和砂桶总质量不变,增加小车质量M,重复实验多次,得到多组数据。
(1)除了电磁打点计时器、小车、砂和砂桶、细线、带有定滑轮的长木板、垫木、导线及开关外,在下列器材中必须使用的有 。
A.220V、50Hz的交流电源
B.刻度尺
C.8V的低压交流电源
D.天平(附砝码)
E.秒表
(2)以下实验操作正确的是 。
A.调整长木板上滑轮的高度使细线与长木板平行
B.在调整长木板的倾斜度平衡摩擦力时,应当将穿过打点计时器的纸带连在小车上
C.在调整长木板的倾斜度平衡摩擦力时,应当将砂和砂桶通过细线挂在小车上
D.若增大小车质量,则需要重新平衡摩擦力
(3)在满足小车质量远大于砂和砂桶总质量后,该组同学利用实验数据,画出的a-1M的关系图线如图乙所示。从图像中可以推算出,作用在小车上的恒力F= N。(保留两位有效数字)
答案 (1)BCD (2)AB (3)5.0
4.(2022届河北省级联考,12)Tracker软件是一种广泛使用的视频分析软件。某学生利用Tracker软件对一维碰撞的实验视频进行分析,视频中m1=15g的小球碰撞原来静止的m2=10g的小球,由视频分析可得它们在碰撞前后的x-t图像如图所示。
(1)由图可知,入射小球碰撞前的m1v1是 kg·m/s,入射小球碰撞后的m1v1'是 kg·m/s,被碰小球碰撞后的m2v2'是 kg·m/s,由此得出结论: 。
(2)碰撞的恢复系数的定义为e=v2'-v1'v2-v1,其中v1和v2分别是碰撞前两物体的速度,v1'和v2'分别是碰撞后两物体的速度,弹性碰撞的恢复系数e=1,非弹性碰撞的恢复系数e<1,该实验碰撞的恢复系数e= ,可判断该视频中的碰撞属于 (填“弹性碰撞”或“非弹性碰撞”)。
答案 (1)0.015 0.0075 0.0075 两小球碰撞前后的总动量相等(或碰撞中两小球动量守恒) (2)0.25 非弹性碰撞
5.(2022届湖北部分重点中学联考,11)某同学利用图中所示的DIS向心力实验器来探究圆周运动向心力的影响因素。实验时,砝码随旋臂一起做圆周运动,其受到的向心力可通过牵引杆由力传感器测得,旋臂另一端的挡光杆每经过光电门一次,通过力传感器和光电门就同时获得一组向心力F和挡光时间Δt,换算生成ω。保持砝码的质量和转动半径不变,改变其转速得到多组F、ω的数据后,作出了F-ω2图线如图乙所示。牵引杆的质量和一切摩擦可忽略。
(1)该同学采用的主要实验方法为 。
A.等效替代法
B.控制变量法
C.理想化模型法
(2)实验中,某次挡光杆经过光电门时的挡光时间为Δt,已知挡光杆到转轴的距离为d,挡光杆的挡光宽度为Δs,则可得挡光杆转动角速度ω的表达式为 。
(3)根据图乙,得到的实验结论是: 。
答案 (1)B (2)ω=ΔsdΔt (3)在m、r一定的情况下,向心力大小与角速度的平方成正比
6.(2021全国甲,22,5分)为测量小铜块与瓷砖表面间的动摩擦因数,一同学将贴有标尺的瓷砖的一端放在水平桌面上,形成一倾角为α的斜面(已知sinα=0.34,cosα=0.94),小铜块可在斜面上加速下滑,如图所示。该同学用手机拍摄小铜块的下滑过程,然后解析视频记录的图像,获得5个连续相等时间间隔(每个时间间隔ΔT=0.20s)内小铜块沿斜面下滑的距离si(i=1,2,3,4,5),如下表所示。
s1
s2
s3
s4
s5
5.87cm
7.58cm
9.31cm
11.02cm
12.74cm
由表中数据可得,小铜块沿斜面下滑的加速度大小为 m/s2,小铜块与瓷砖表面间的动摩擦因数为 。(结果均保留2位有效数字,重力加速度大小取9.80m/s2)
答案 0.43 0.32
7.(2021江苏,11,15分)实验用气垫导轨装置验证动量定理,滑块M=200.0g,槽码m=50.0g。遮光条通过时间为Δt1和Δt2,以及两次通过光电门的时间Δt。
(1)游标卡尺测量遮光条宽度如图所示,其宽度d= mm。
(2)打开气泵,待气流稳定后调节气垫导轨,直至看到导轨上的滑块能在短时间内保持静止,其目的是 。
(3)多次改变光电门2的位置进行测量,得到Δt和Δv的数据如表:
Δt/s
0.721
0.790
0.854
0.913
0.968
Δv/(m·s-1)
1.38
1.52
1.64
1.75
1.86
请根据表中数据,在方格纸上作出Δv和Δt图线。
(4)查得当地的重力加速度g=9.8m/s2,根据动量定理,Δv-Δt图线斜率的理论值是 m/s2。
(5)实验结果发现,Δv-Δt图线斜率的实验值总小于理论值,产生这一误差的两个可能原因是 。
A.选用的槽码质量偏小
B.细线与气垫导轨不完全平行
C.每次释放滑块的位置不同
D.实验中Δt的测量值偏大
答案 (1)10.20 (2)调节导轨水平
(3)如图所示 (4)1.96 (5)BD
8.(2021湖北,12,7分)某同学假期在家里进行了重力加速度测量实验。如图(a)所示,将一根米尺竖直固定,在米尺零刻度处由静止释放实心小钢球,小球下落途经某位置时,使用相机对其进行拍照,相机曝光时间为1500s,由于小球的运动,它在照片上留下了一条模糊的径迹。根据照片中米尺刻度读出小球所在位置到释放点的距离H,小球在曝光时间内移动的距离Δl,计算出小球通过该位置时的速度大小v,进而得出重力加速度大小g。实验数据如表:
图(a)
图(b)
次数
1
2
3
4
5
Δl/cm
0.85
0.86
0.82
0.83
0.85
v/(m·s-1)
4.25
4.10
4.15
4.25
H/m
0.9181
0.9423
0.8530
0.8860
0.9231
(1)测量该小球直径时,游标卡尺示数如图(b)所示,小球直径为 mm。
(2)在第2次实验中,小球下落H=0.9423m时的速度大小v= m/s(保留3位有效数字);第3次实验测得的当地重力加速度大小g= m/s2(保留3位有效数字)。
(3)可以减小本实验重力加速度大小测量误差的措施有 。
A.适当减小相机的曝光时间
B.让小球在真空管中自由下落
C.用质量相等的实心铝球代替实心钢球
答案 (1)15.75 (2)4.30 9.85 (3)AB
9.(2021海南,15,10分)为了验证物体沿光滑斜面下滑的过程中机械能守恒,某学习小组用如图所示的气垫导轨装置(包括导轨、气源、光电门、滑块、遮光条、数字毫秒计)进行实验。此外可使用的实验器材还有:天平、游标卡尺、刻度尺。
(1)某同学设计了如下的实验步骤,其中不必要的步骤是 ;
①在导轨上选择两个适当的位置A、B安装光电门Ⅰ、Ⅱ,并连接数字毫秒计;
②用天平测量滑块和遮光条的总质量m;
③用游标卡尺测量遮光条的宽度d;
④通过导轨上的标尺测出A、B之间的距离l;
⑤调整好气垫导轨的倾斜状态;
⑥将滑块从光电门Ⅰ左侧某处,由静止开始释放,从数字毫秒计读出滑块通过光电门Ⅰ、Ⅱ的时间Δt1、Δt2;
⑦用刻度尺分别测量A、B点到水平桌面的高度h1、h2;
改变气垫导轨倾斜程度,重复步骤⑤⑥⑦,完成多次测量。
(2)用游标卡尺测量遮光条的宽度d时,游标卡尺的示数如图所示,则d= mm;某次实验中,测得Δt1=11.60ms,则滑块通过光电门Ⅰ的瞬时速度v1= m/s(保留3位有效数字);
(3)在误差允许范围内,若h1-h2= (用上述必要的实验步骤直接测量的物理量符号表示,已知重力加速度为g),则认为滑块下滑过程中机械能守恒;
(4)写出两点产生误差的主要原因:
。
答案 (1)②④ (2)5.00 0.431 (3)d22g1Δt22-1Δt12
(4)下滑过程中存在空气阻力;遮光条太宽,平均速度代替瞬时速度误差大;测量高度时读数有误差(任写两点,言之有理即可)
10.(2021福建,12,6分)某实验小组利用图(a)所示的实验装置探究空气阻力与速度的关系,实验过程如下:
图(a)
图(b)
(1)首先将未安装薄板的小车置于带有定滑轮的木板上,然后将纸带穿过打点计时器与小车相连。
(2)用垫块将木板一端垫高,调整垫块位置,平衡小车所受摩擦力及其他阻力。若某次调整过程中打出的纸带如图(b)所示(纸带上的点由左至右依次打出),则垫块应该 (填“往左移”“往右移”或“固定不动”)。
(3)在细绳一端挂上钩码,另一端通过定滑轮系在小车前端。
(4)把小车靠近打点计时器,接通电源,将小车由静止释放,小车拖动纸带下滑,打出的纸带一部分如图(c)所示。已知打点计时器所用交流电的频率为50Hz,纸带上标出的每两个相邻计数点之间还有4个打出的点未画出。打出F点时小车的速度大小为 m/s(结果保留2位小数)。
图(c)
图(d)
(5)保持小车和钩码的质量不变,在小车上安装一薄板。实验近似得到的某时刻起小车v-t图像如图(d)所示,由图像可知小车加速度大小 (填“逐渐变大”“逐渐变小”或“保持不变”)。据此可以得到的实验结论是 。
答案 (2)往右移 (4)0.15 (5)逐渐变小 空气阻力随速度增大而增大
考点二 电学实验
1.(2015海南单科,11)某同学利用游标卡尺和螺旋测微器分别测量一圆柱体工件的直径和高度,测量结果如图(a)和(b)所示。该工件的直径为 cm,高度为 mm。
图(a) 图(b)
答案 1.220 6.860
2.(2021福建,11,6分)某实验小组使用多用电表和螺旋测微器测量一长度为80.00cm电阻丝的电阻率,该电阻丝的电阻值约为100~200Ω,材料未知。实验过程如下:
图(a)
图(b)
(1)用螺旋测微器测量该电阻丝的直径,示数如图(a)所示。该电阻丝的直径为 mm。
(2)对多用电表进行机械调零。
(3)将多用电表的选择开关旋至 倍率的电阻挡(填“×1”“×10”“×100”或“×1k”)。
(4)将黑、红表笔短接,调节欧姆调零旋钮,使指针指在电阻挡零刻度线。
(5)将黑、红表笔并接在待测电阻丝两端,多用电表的示数如图(b)所示。该电阻丝的电阻值为 Ω。
(6)测量完成之后,将表笔从插孔拔出,并将选择开关旋到“OFF”位置。
(7)实验测得的该电阻丝电阻率为 Ω·m(结果保留3位有效数字)。
答案 (1)1.414 (3)×10 (5)160 (7)3.14×10-4
3.(2022届河北省级联考,11)某同学想要精确测量如图甲所示的玩具小车上的太阳能电池的电动势和内阻。他借助测电源电动势和内阻的方法得到该电池在某一光照条件下的U-I图像如图乙所示。
(1)分析该曲线可知,该电池板作为电源时的电动势约为 V,其内阻随输出电流的增大而 (填“增大”“不变”或“减小”)。
(2)若把该电池板与阻值为1Ω的定值电阻连接构成一个闭合电路,在该光照条件下,该定值电阻的功率是 W。 (结果保留3位有效数字)
答案 (1)2.80(2.79~2.81均可) 增大
(2)3.24(3.20~3.28均可)
4.(2021浙江6月选考,18,7分)小李在实验室测量一电阻Rx的阻值。
(1)因电表内阻未知,用如图1所示的电路来判定电流表该内接还是外接。正确连线后,合上开关S,将滑动变阻器的滑片P移至合适位置。单刀双掷开关K掷到1,电压表的读数U1=1.65V,电流表的示数如图2所示,其读数I1= A;将K掷到2,电压表和电流表的读数分别为U2=1.75V,I2=0.33A。由此可知应采用电流表 (填“内”或“外”)接法。
图1 图2
图3
(2)完成上述实验后,小李进一步尝试用其他方法进行实验:
①器材与连线如图3所示,请在虚线框中画出对应的电路图;
②先将单刀双掷开关掷到左边,记录电流表读数,再将单刀双掷开关掷到右边,调节电阻箱的阻值,使电流表的读数与前一次尽量相同,电阻箱的示数如图3所示,则待测电阻Rx= Ω。此方法, (填“有”或“无”)明显的实验误差,其理由是 。
答案 (1)0.33~0.34 外
(2)①如图所示 ②5 有 电阻箱的最小分度与待测电阻比较接近(或其他合理解释)
5.(2020海南统考)某实验小组研究两个未知元件X和Y的伏安特性,使用的器材包括电压表(内阻约为3kΩ)、电流表(内阻约为1Ω)、定值电阻等。
图1
①使用多用电表粗测元件X的电阻。选择“×1”欧姆挡测量,示数如图1(a)所示,读数为 Ω。据此应选择图1中的 [填“(b)”或“(c)”]电路进行实验。
②连接所选电路,闭合S;滑动变阻器的滑片P从左向右滑动,电流表的示数逐渐 (填“增大”或“减小”);依次记录电流及相应的电压;将元件X换成元件Y,重复实验。
③图2(a)是根据实验数据作出的U-I图线,由图可判断元件 (填“X”或“Y”)是非线性元件。
(a) (b)
图2
④该小组还借助X和Y中的线性元件和阻值R=21Ω的定值电阻,测量待测电池的电动势E和内阻r,电路如图2(b)所示,闭合S1和S2,电压表读数为3.00V;断开S2,读数为1.00V。利用图2(a)可算得E= V,r= Ω(结果均保留两位有效数字,视电压表为理想电压表)。
答案 ①10 (b) ②增大 ③Y ④3.2 0.50
6.(2020课标Ⅰ,22,6分)某同学用伏安法测量一阻值为几十欧姆的电阻Rx,所用电压表的内阻为1kΩ,电流表内阻为0.5Ω。该同学采用两种测量方案,一种是将电压表跨接在图(a)所示电路的O、P两点之间,另一种是跨接在O、Q两点之间。测量得到如图(b)所示的两条U-I图线,其中U与I分别为电压表和电流表的示数。
回答下列问题:
(1)图(b)中标记为Ⅱ的图线是采用电压表跨接在 (填“O、P”或“O、Q”)两点的方案测量得到的。
图(a)
图(b)
(2)根据所用实验器材和图(b)可判断,由图线 (填“Ⅰ”或“Ⅱ”)得到的结果更接近待测电阻的真实值,结果为 Ω(保留1位小数)。
(3)考虑到实验中电表内阻的影响,需对(2)中得到的结果进行修正,修正后待测电阻的阻值为 Ω(保留1位小数)。
答案 (1)O、P (2)Ⅰ 50.5 (3)50.0
7.(2021山东,14,8分)热敏电阻是传感器中经常使用的元件,某学习小组要探究一热敏电阻的阻值随温度变化的规律。可供选择的器材有:
待测热敏电阻RT(实验温度范围内,阻值几百欧到几千欧);
电源E(电动势1.5V,内阻r约为0.5Ω);
电阻箱R(阻值范围0~9999.99Ω);
滑动变阻器R1(最大阻值20Ω);
滑动变阻器R2(最大阻值2000Ω);
微安表(量程100μA,内阻等于2500Ω);
开关两个,温控装置一套,导线若干。
甲
同学们设计了如图甲所示的测量电路,主要实验步骤如下:
①按图示连接电路;
②闭合S1、S2,调节滑动变阻器滑片P的位置,使微安表指针满偏;
③保持滑动变阻器滑片P位置不变,断开S2,调节电阻箱,使微安表指针半偏;
④记录此时的温度和电阻箱的阻值。
回答下列问题:
(1)为了更准确地测量热敏电阻的阻值,滑动变阻器应选用 (填“R1”或“R2”)。
(2)请用笔画线代替导线,将实物图(不含温控装置)连接成完整电路。
(3)某温度下微安表半偏时,电阻箱的读数为6000.00Ω,该温度下热敏电阻的测量值为 Ω(结果保留到个位),该测量值 (填“大于”或“小于”)真实值。
(4)多次实验后,学习小组绘制了如图乙所示的图像。由图像可知,该热敏电阻的阻值随温度的升高逐渐 (填“增大”或“减小”)。
乙
答案 (1)R1 (2)如图所示 (3)3500 大于 (4)减小
8.(2021湖北,13,9分)小明同学打算估测5个相同规格电阻的阻值。现有一个量程为0.6A的电流表,一个电池组(电动势E不大于4.5V,内阻r未知),一个阻值为R0的定值电阻,一个阻值为R1的定值电阻(用作保护电阻),开关S和导线若干。他设计了如图(a)所示的电路,实验步骤如下:
第一步:把5个待测电阻分别单独接入A、B之间,发现电流表的示数基本一致,据此他认为5个电阻的阻值相等,均设为R。
第二步:取下待测电阻,在A、B之间接入定值电阻R0,记下电流表的示数I0。
第三步:取下定值电阻R0,将n个(n=1,2,3,4,5)待测电阻串联后接入A、B之间,记下串联待测电阻的个数n与电流表对应示数In。
请完成如下计算和判断:
(1)根据上述第二步,1I0与R1、R0、E、r的关系式是1I0= 。
(2)定义Y=1I0-1In,则Y与n、R、R0、E的关系是Y= 。
(3)已知R0=12.0Ω,实验检测I0=0.182A,得到数据如下表:
n
1
2
3
4
5
In/A
0.334
0.286
0.250
0.224
0.200
Y/A-1
2.500
1.998
1.495
1.030
0.495
根据上述数据作出Y-n图像,如图(b)所示,可得R= Ω(保留2位有效数字),同时可得E= V(保留2位有效数字)。
(4)本实验中电流表的内阻对表中Y的测量值 影响(选填“有”或“无”)。
图(a)
图(b)
答案 (1)R1+R0+rE (2)R0-nRE (3)2.0 4.0 (4)无
9.(2021河北,11,6分)某同学研究小灯泡的伏安特性,实验室提供的器材有:小灯泡(6.3V,0.15A),直流电源(9V)、滑动变阻器、量程合适的电压表和电流表,开关和导线若干,设计的电路如图1所示。
(1)按照图1,完成图2中的实物连线。
图1
图2
(2)按照图1连线后,闭合开关,小灯泡闪亮一下后熄灭,观察发现灯丝被烧断,原因可能是 (单项选择,填正确答案标号)。
A.电流表短路
B.滑动变阻器的滑片接触不良
C.滑动变阻器滑片的初始位置在b端
(3)更换小灯泡后,该同学正确完成了实验操作,将实验数据描点作图,得到I-U图像,其中一部分如图3所示。根据图像计算出P点对应状态下小灯泡的电阻为 Ω(保留三位有效数字)。
图3
答案 (1)如图所示 (2)C (3)27.0
10.(2021辽宁,12,8分)某同学将一量程为250μA的微安表改装成量程为1.5V的电压表。先将电阻箱R1与该微安表串联进行改装,然后选用合适的电源E、滑动变阻器R2、定值电阻R3、开关S和标准电压表对改装后的电表进行检测,设计电路如图所示。
(1)微安表铭牌标示内阻为0.8kΩ,据此计算R1的阻值应为 kΩ。按照电路图连接电路,并将R1调为该阻值。
(2)开关闭合前,R2的滑片应移动到 端。
(3)开关闭合后,调节R2的滑片位置,微安表有示数,但变化不显著,故障原因可能是 。(填选项前的字母)
A.1、2间断路
B.3、4间断路
C.3、5间短路
(4)排除故障后,调节R2的滑片位置,当标准电压表的示数为0.60V时,微安表的示数为98μA,此时需要 (填“增大”或“减小”)R1的阻值,以使改装电表的量程达到预期值。
答案 (1)5.2 (2)左(或2) (3)A (4)减小
11.(2021海南,14,10分)在伏安法测电阻的实验中,提供以下实验器材:电源E(电动势约6V,内阻约1Ω),待测电阻Rx(阻值小于10Ω),电压表(量程3V,内阻约3kΩ),电流表(量程0.6A,内阻约1Ω),滑动变阻器(最大阻值20Ω),单刀开关S1,单刀双掷开关S2,导线若干。某同学利用上述实验器材设计如图所示的测量电路。
回答下列问题:
(1)闭合开关S1前,滑动变阻器的滑片P应滑到 (填“a”或“b”)端;
(2)实验时,为使待测电阻的测量值更接近真实值,应将S2拨向 (填“c”或“d”);在上述操作正确的情况下,引起实验误差的主要原因是 (填正确选项前的标号);
A.电流表分压
B.电压表分流
C.电源内阻分压
(3)实验时,若已知电流表的内阻为1.2Ω,在此情况下,为使待测电阻的测量值更接近真实值,应将S2拨向 (填“c”或“d”);读得电压表的示数为2.37V,电流表的示数为0.33A,则Rx= Ω(结果保留两位有效数字)。
答案 (1)b (2)c B (3)d 6.0
综合篇 知能转换
拓展一 力学实验综合
1.(2020江苏单科,11,10分)疫情期间“停课不停学”,小明同学在家自主开展实验探究。用手机拍摄物体自由下落的视频,得到分帧图片,利用图片中小球的位置来测量当地的重力加速度,实验装置如图1所示。
图1
(1)家中有乒乓球、小塑料球和小钢球,其中最适合用作实验中下落物体的是 。
(2)下列主要操作步骤的正确顺序是 。(填写各步骤前的序号)
①把刻度尺竖直固定在墙上
②捏住小球,从刻度尺旁静止释放
③手机固定在三脚架上,调整好手机镜头的位置
④打开手机摄像功能,开始摄像
(3)停止摄像,从视频中截取三帧图片,图片中的小球和刻度如图2所示。已知所截取的图片相邻两帧之间的时间间隔为16s,刻度尺的分度值是1mm,由此测得重力加速度为 m/s2。
图2
(4)在某次实验中,小明释放小球时手稍有晃动,视频显示小球下落时偏离了竖直方向。从该视频中截取图片, (选填“仍能”或“不能”)用(3)问中的方法测出重力加速度。
答案 (1)小钢球 (2)①③④② (3)9.6(9.5~9.7都算对) (4)仍能
2.(2018课标Ⅱ,23,9分)某同学用图(a)所示的装置测量木块与木板之间的动摩擦因数。跨过光滑定滑轮的细线两端分别与木块和弹簧秤相连,滑轮和木块间的细线保持水平,在木块上方放置砝码。缓慢向左拉动水平放置的木板,当木块和砝码相对桌面静止且木板仍在继续滑动时,弹簧秤的示数即木块受到的滑动摩擦力的大小。某次实验所得数据在表中给出,其中f4的值可从图(b)中弹簧秤的示数读出。
图(a)
图(b)
砝码的质量m/kg
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
滑动摩擦力f/N
2.15
2.36
2.55
f4
2.93
图(c)
回答下列问题:
(1)f4= N;
(2)在图(c)的坐标纸上补齐未画出的数据点并绘出f-m图线;
(3)f与m、木块质量M、木板与木块之间的动摩擦因数μ及重力加速度大小g之间的关系式为f= ,f-m图线(直线)的斜率的表达式为k= ;
(4)取g=9.80m/s2,由绘出的f-m图线求得μ= 。(保留2位有效数字)
答案 (1)2.75 (2)如图所示 (3)μ(M+m)g μg (4)0.40
3.[2018天津理综,9(2)]某研究小组做“验证力的平行四边形定则”实验,所用器材有:方木板一块,白纸,量程为5N的弹簧测力计两个,橡皮条(带两个较长的细绳套),刻度尺,图钉(若干个)。
①具体操作前,同学们提出了如下关于实验操作的建议,其中正确的有 。
A.橡皮条应和两绳套夹角的角平分线在一条直线上
B.重复实验再次进行验证时,结点O的位置可以与前一次不同
C.使用测力计时,施力方向应沿测力计轴线;读数时视线应正对测力计刻度
D.用两个测力计互成角度拉橡皮条时的拉力必须都小于只用一个测力计时的拉力
②该小组的同学用同一套器材做了四次实验,白纸上留下的标注信息有结点位置O、力的标度、分力和合力的大小及表示力的作用线的点,如下图所示。其中对于提高实验精度最有利的是 。
答案 ①BC ②B
4.[2020浙江7月选考,17(1),3分]做“探究加速度与力、质量的关系”实验时,图1甲是教材中的实验方案;图1乙是拓展方案,其实验操作步骤如下:
(i)挂上托盘和砝码,改变木板的倾角,使质量为M的小车拖着纸带沿木板匀速下滑;
(ii)取下托盘和砝码,测出其总质量为m,让小车沿木板下滑,测出加速度a;
(iii)改变砝码质量和木板倾角,多次测量,通过作图可得到a-F的关系。
图1
①实验获得如图2所示的纸带,计数点a、b、c、d、e、f间均有四个点未画出,则在打d点时小车的速度大小vd= m/s(保留两位有效数字);
图2
②需要满足条件M≫m的方案是 (选填“甲”、“乙”或“甲和乙”);在作a-F图像时,把mg作为F值的是 (选填“甲”、“乙”或“甲和乙”)。
答案 ①0.18~0.19 ②甲 甲和乙
5.[2020天津,9(1)]某实验小组利用图1所示装置测定平抛运动的初速度。把白纸和复写纸叠放一起固定在竖直木板上,在桌面上固定一个斜面,斜面的底边ab与桌子边缘及木板均平行。每次改变木板和桌边之间的距离,让钢球从斜面顶端同一位置滚下,通过碰撞复写纸,在白纸上记录钢球的落点。
图1
①为了正确完成实验,以下做法必要的是 。
A.实验时应保持桌面水平
B.每次应使钢球从静止开始释放
C.使斜面的底边ab与桌边重合
D.选择对钢球摩擦力尽可能小的斜面
图2
②实验小组每次将木板向远离桌子的方向移动0.2m,在白纸上记录了钢球的4个落点,相邻两点之间的距离依次为15.0cm、25.0cm、35.0cm,示意如图2。重力加速度g=10m/s2,钢球平抛的初速度为 m/s。
③图1装置中,木板上悬挂一条铅垂线,其作用是 。
答案 ①AB ②2 ③方便将木板调整到竖直平面
6.(2021福建厦门双十中学月考)某同学将力传感器固定在小车上,然后把绳的一端固定在传感器上,用来测量绳对小车的拉力,探究在小车及传感器总质量不变时加速度跟它们所受拉力的关系,根据所测数据在坐标系中作出了如图乙所示的a-F图像。
甲
乙
(1)图线不过坐标原点的原因是 ;
(2)如图丙为某次实验得到的纸带中两段计数点间的距离,相邻计数点时间间隔为T,由此可求得小车的加速度大小为 ;
丙
(3)由图乙图像可求出小车和传感器的总质量为 kg;
(4)本实验中若仍用砂和桶的重力表示绳子的拉力(小车及传感器的总质量始终远大于砂和桶的总质量),从理论上分析,该实验图线的斜率将 (选填“变大”或“变小”)。
答案 (1)没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足
(2)s2-s12T2 (3)1 (4)变小
7.(2021北京,15,8分)物理实验一般都涉及实验目的、实验原理、实验仪器、实验方法、实验操作、数据分析等。例如:
(1)实验仪器。用游标卡尺测某金属管的内径,示数如图1所示。则该金属管的内径为 mm。
图1
(2)数据分析。打点计时器在随物体做匀变速直线运动的纸带上打点,其中一部分如图2所示,B、C、D为纸带上标出的连续3个计数点,相邻计数点之间还有4个计时点没有标出。打点计时器接在频率为50Hz的交流电源上。则打C点时,纸带运动的速度vC= m/s(结果保留小数点后两位)。
图2
(3)实验原理。图3为“探究加速度与力的关系”的实验装置示意图。认为桶和砂所受的重力等于使小车做匀加速直线运动的合力。实验中平衡了摩擦力后,要求桶和砂的总质量m比小车质量M小得多。请分析说明这个要求的理由。
图3
答案 (1)31.4 (2)0.44 (3)见解析
解析 (3)设绳的拉力为F,小车运动的加速度为a。对桶和砂有mg-F=ma,对小车有F=Ma,得F=MM+mmg,小车受到的合力为绳的拉力,即F合=MM+mmg=11+mMmg,可见,只有桶和砂的总质量m比小车质量M小得多时,才能认为桶和砂所受的重力等于使小车做匀加速直线运动的合力。
8.(2021辽宁,11,6分)某同学阅读教材中的“科学漫步”栏目,对“流体的阻力(f)跟物体相对于流体的速度(v)有关”这一说法产生了兴趣,通过查阅资料得知:对于球形物体,二者间存在定量关系f=kv,k为比例系数。该同学为探究这一关系利用如图(a)所示装置测量k。具体操作如下:在柱状玻璃容器中注入某透明液体,将小球在液面处由静止释放,当小球运动到0刻度线处开始计时,每下落10cm记录一次时间,得到多组下落高度h与时间t的数据,作出h-t图像如图(b)中实线所示。
图（a）
图(b)
(1)由h-t图像可知,从计时开始小球近似做 运动。
(2)已知液体密度ρ=8.0×102kg/m3,小球体积V=5.0×10-10m3、质量m=4.0×10-6kg,结合h-t图像可得k= kg/s(浮力不能忽略,取重力加速度g=9.8m/s2)。
(3)若再用一个体积相同、密度较大的球,重复上述实验,所得h-t图像也是一条直线,则该直线可能是图(b)中的 虚线。
答案 (1)匀速直线 (2)5.292×10-4 (3)①
9.(2022届新高考联考,11)某实验小组的同学想探究“合力做功与速度变化的关系”,他们借用“探究加速度与力、质量的关系”的实验器材进行实验,并且对实验装置进行了改进。
(1)用游标卡尺测出遮光条的宽度d=5.68mm,则主尺的第 条刻线与游标尺的第 条刻线对齐。
(2)按如图所示组装实验装置,实验时将小车从A点由静止释放,记录小车释放点A到光电门B的距离s和遮光条通过光电门B的遮光时间t,得到小车通过光电门B时的速度v= (用题中给出的字母表示)。
(3)保持光电门B的位置不变,改变小车释放点A到光电门B的距离,进行多次实验。
(4)实验小组的同学想通过描点作出线性图像来直观地反映“合力做功与速度变化的关系”,他们所作的图像应该是 (填正确选项前的字母)。
A.s-t图像 B.s-t2图像
C.s-1t图像 D.s-1t2图像
(5)下列有关本探究实验的说法正确的是 (填正确选项前的字母)。
A.增大A、B间距可以减小实验误差
B.减小重物的质量可以减小实验误差
C.减小遮光条的宽度可以减小实验误差
D.实验前必须平衡小车和木板间的摩擦力
E.每次实验时都必须保证小车由静止释放
答案 (1)39 34 (2)dt (4)D (5)ACE
10.[2022届T8联考(2),12]某实验小组采用如图所示的装置“探究外力做功与物体速度变化关系”,小车在橡皮筋的作用下弹出后,沿木板滑行。
(1)实验中木板需要倾斜一定的角度,这样做的目的是 。
A.使释放小车后,小车能匀加速下滑
B.增大小车下滑的加速度
C.可使得橡皮筋对小车做的功等于合力对小车做的功
(2)实验中先后用1条、2条、3条……橡皮筋合并起来挂在小车的前端进行多次实验,每次都要把小车拉到同一位置再释放。把第一次只挂1条橡皮筋时橡皮筋对小车做的功记为W1,第二次挂2条橡皮筋时橡皮筋对小车做的功记为2W1……,橡皮筋对小车做功而使小车获得的速度可由打点计时器打出的纸带测出,将多次测量的数据绘制成W-v2图像。小组中三位同学分别完成了实验,并绘制了W-v2图像,画出的图像分别为图中的①、②、③三条图线,其中实验操作正确的情况下,得到的图像是 (选填①、②、③)。
(3)造成(2)中图像里实验结果不正确的原因可能是 。
A.打点计时器所使用的交流电频率发生波动
B.未正确平衡摩擦力
C.某次用刻度尺测量两计数点间距时,不小心看错了
答案 (1)C (2)② (3)B
拓展二 电学实验综合
1.[2019天津理综,9(3)]现测定长金属丝的电阻率。
①某次用螺旋测微器测量金属丝直径的结果如图所示,其读数是 mm。
②利用下列器材设计一个电路,尽量准确地测量一段金属丝的电阻。这段金属丝的电阻Rx约为100Ω,画出实验电路图,并标明器材代号。
电源E(电动势10V,内阻约为10Ω)
电流表A1(量程0~250mA,内阻R1=5Ω)
电流表A2(量程0~300mA,内阻约为5Ω)
滑动变阻器R(最大阻值10Ω,额定电流2A)
开关S及导线若干
③某同学设计方案正确,测量得到电流表A1的读数为I1,电流表A2的读数为I2,则这段金属丝电阻的计算式Rx= 。从设计原理看,其测量值与真实值相比 (填“偏大”、“偏小”或“相等”)。
答案 ①0.200(0.196~0.204均可) ②如图所示 ③I1R1I2-I1 相等
2.(2020江苏单科,10,8分)某同学描绘一种电子元件的I-U关系图像,采用的实验电路图如图1所示,为电压表,为电流表,E为电源(电动势约6V),R为滑动变阻器(最大阻值20Ω),R0为定值电阻,S为开关。
(1)请用笔画线代替导线,将图2所示的实物电路连接完整。
图1
图2
(2)调节滑动变阻器,记录电压表和电流表的示数如下表:
电压U/V
0.000
0.250
0.500
0.650
0.700
0.725
0.750
电流I/mA
0.00
0.10
0.25
0.60
1.70
4.30
7.50
请根据表中的数据,在方格纸上作出该元件的I-U图线。
图3
(3)根据作出的I-U图线可知,该元件是 (选填“线性”或“非线性”)元件。
(4)在上述测量中,如果用导线代替电路中的定值电阻R0,会导致的两个后果是 。
A.电压和电流的测量误差增大
B.可能因电流过大烧坏待测元件
C.滑动变阻器允许的调节范围变小
D.待测元件两端电压的可调节范围变小
答案 (1)如图所示
(2)如图所示
(3)非线性 (4)BC
3.[2020天津,9(2)]某实验小组选用以下器材测定电池组的电动势和内阻,要求测量结果尽量准确。
电压表(量程0~3V,内阻约为3kΩ)
电流表(量程0~0.6A,内阻约为1Ω)
滑动变阻器(0~20Ω,额定电流1A)
待测电池组(电动势约为3V,内阻约为1Ω)
开关、导线若干
①该小组连接的实物电路如图所示,经仔细检查,发现电路中有一条导线连接不当,这条导线对应的编号是 。
②改正这条导线的连接后开始实验,闭合开关前,滑动变阻器的滑片P应置于滑动变阻器的 端。(填“a”或者“b”)
③实验中发现调节滑动变阻器时,电流表读数变化明显但电压表读数变化不明显。为了解决这个问题,在电池组负极和开关之间串联一个阻值为5Ω的电阻,之后该小组得到了几组电压表读数U和对应的电流表读数I,并作出U-I图像,如图所示。根据图像可知,电池组的电动势为 V,内阻为 Ω。(结果均保留两位有效数字)
答案 ①5 ②a ③2.9 0.80
4.(2021全国乙,23,10分)一实验小组利用图(a)所示的电路测量一电池的电动势E(约1.5V)和内阻r(小于2Ω)。图中电压表量程为1V,内阻RV=380.0Ω;定值电阻R0=20.0Ω;电阻箱R,最大阻值为999.9Ω;S为开关。按电路图连接电路。完成下列填空:
图(a)
(1)为保护电压表,闭合开关前,电阻箱接入电路的电阻值可以选 Ω(填“5.0”或“15.0”);
(2)闭合开关,多次调节电阻箱,记录下阻值R和电压表的相应读数U;
(3)根据图(a)所示电路,用R、R0、RV、E和r表示1U,得1U= ;
(4)利用测量数据,作 1U-R图线,如图(b)所示;
图(b)
(5)通过图(b)可得E= V(保留2位小数),r= Ω(保留1位小数);
(6)若将图(a)中的电压表当成理想电表,得到的电源电动势为E',由此产生的误差为E'-EE×100%= %。
答案 (1)15.0 (3)R0+RVR0RVER+1E1+R0+RVR0RVr (5)1.54 0.7 (6)5
5.(2020北京,16,9分)用图1所示的甲、乙两种方法测量某电源的电动势和内电阻(约为1Ω)。其中R为电阻箱,电流表的内电阻约为0.1Ω,电压表的内电阻约为3kΩ。
图1
(1)利用图1中甲图实验电路测电源的电动势E和内电阻r,所测量的实际是图2中虚线框所示“等效电源”的电动势E'和内电阻r'。若电流表内电阻用RA表示,请你用E、r和RA表示出E'、r',并简要说明理由。
图2
(2)某同学利用图像分析甲、乙两种方法中由电表内电阻引起的实验误差。在图3中,实线是根据实验数据(图甲:U=IR,图乙:I=UR)描点作图得到的U-I图像;虚线是该电源的路端电压U随电流I变化的U-I图像(没有电表内电阻影响的理想情况)。
图3
在图3中,对应图甲电路分析的U-I图像是: ;对应图乙电路分析的U-I图像是: 。
(3)综合上述分析,为了减小由电表内电阻引起的实验误差,本实验应选择图1中的 (填“甲”或“乙”)。
答案 (1)见解析 (2)C A (3)乙
解析 (1)如果不考虑电表内电阻的影响,则
E'=I1R1+I1r'E'=I2R2+I2r'
考虑电表内电阻的影响,则真实情况是
E=I1R1+I1(r+RA)E=I2R2+I2(r+RA)
综上解得E'=E,r'=r+RA
6.(2019课标Ⅲ,23,10分)某同学欲将内阻为98.5Ω、量程为100μA的电流表改装成欧姆表并进行刻度和校准,要求改装后欧姆表的15kΩ刻度正好对应电流表表盘的50μA刻度,可选用的器材还有:定值电阻R0(阻值14kΩ),滑动变阻器R1(最大阻值1500Ω),滑动变阻器R2(最大阻值500Ω),电阻箱(0~99999.9Ω),干电池(E=1.5V,r=1.5Ω),红、黑表笔和导线若干。
(1)欧姆表设计
将图(a)中的实物连线组成欧姆表。欧姆表改装好后,滑动变阻器R接入电路的电阻应为 Ω;滑动变阻器选 (填“R1”或“R2”)。
图(a)
(2)刻度欧姆表表盘
通过计算,对整个表盘进行电阻刻度,如图(b)所示。表盘上a、b处的电流刻度分别为25和75,则a、b处的电阻刻度分别为 、 。
图(b)
(3)校准
红、黑表笔短接,调节滑动变阻器,使欧姆表指针指向 kΩ处;将红、黑表笔与电阻箱连接,记录多组电阻箱接入电路的电阻值及欧姆表上对应的测量值,完成校准数据测量。若校准某刻度时,电阻箱旋钮位置如图(c)所示,则电阻箱接入的阻值为 Ω。
图(c)
答案 (1)连线如图 900 R1
(2)45 5 (3)0 35000.0
7.(2021全国甲,23,10分)某同学用图(a)所示电路探究小灯泡的伏安特性,所用器材有:小灯泡(额定电压2.5V,额定电流0.3A)、电压表(量程300mV,内阻300Ω)、电流表(量程300mA,内阻0.27Ω)、定值电阻R0、滑动变阻器R1(阻值0~20Ω)、电阻箱R2(最大阻值9999.9Ω)、电源E(电动势6V,内阻不计)、开关S、导线若干。完成下列填空:
(1)有3个阻值分别为10Ω、20Ω、30Ω的定值电阻可供选择,为了描绘小灯泡电流在0~300mA的U-I曲线,R0应选取阻值为 Ω的定值电阻;
(2)闭合开关前,滑动变阻器的滑片应置于变阻器的 (填“a”或“b”)端;
(3)在流过电流表的电流较小时,将电阻箱R2的阻值置零,改变滑动变阻器滑片的位置,读取电压表和电流表的示数U、I,结果如图(b)所示。当流过电流表的电流为10mA时,小灯泡的电阻为 Ω(保留1位有效数字);
(4)为使得电压表满量程时对应于小灯泡两端的电压为3V,该同学经计算知,应将R2的阻值调整为 Ω。然后调节滑动变阻器R1,测得数据如下表所示:
U/mV
24.0
46.0
76.0
110.0
128.0
152.0
184.0
216.0
250.0
I/mA
140.0
160.0
180.0
200.0
220.0
240.0
260.0
280.0
300.0
(5)由图(b)和上表可知,随流过小灯泡电流的增加,其灯丝的电阻 (填“增大”“减小”或“不变”);
(6)该同学观测到小灯泡刚开始发光时流过电流表的电流为160mA,可得此时小灯泡电功率P1= W(保留2位有效数字);当流过电流表的电流为300mA时,小灯泡的电功率为P2,则P2/P1= (保留至整数)。
答案 (1)10 (2)a (3)0.7 (4)2700.0 (5)增大 (6)0.074 10
8.(2021北京,16,10分)在“测量金属丝的电阻率”实验中,某同学用电流表和电压表测量一金属丝的电阻。
(1)该同学先用欧姆表“×1”挡粗测该金属丝的电阻,示数如图1所示,对应的读数是 Ω。
图1
(2)除电源(电动势3.0V,内阻不计)、电压表(量程0~3V,内阻约3kΩ)、开关、导线若干外,还提供如下实验器材:
A.电流表(量程0~0.6A,内阻约0.1Ω)
B.电流表(量程0~3.0A,内阻约0.02Ω)
C.滑动变阻器(最大阻值10Ω,额定电流2A)
D.滑动变阻器(最大阻值1kΩ,额定电流0.5A)
为了调节方便、测量准确,实验中电流表应选用 ,滑动变阻器应选用 。(选填实验器材前对应的字母)
(3)该同学测量金属丝两端的电压U和通过金属丝的电流I,得到多组数据,并在坐标图上标出,如图2所示。请作出该金属丝的U-I图线,根据图线得出该金属丝电阻R= Ω(结果保留小数点后两位)。
图2
(4)用电流传感器测量通过定值电阻的电流,电流随时间变化的图线如图3所示。将定值电阻替换为小灯泡,电流随时间变化的图线如图4所示,请分析说明小灯泡的电流为什么随时间呈现这样的变化。
图3 图4
答案 (1)6 (2)A C (3)如图所示 5.80 (4)见解析
解析 (4)刚闭合开关时,灯丝温度较低,电阻较小,电流较大;随着灯丝温度升高,电阻逐渐增大,电流逐渐减小;当灯丝发热与散热平衡时,温度不变,电阻不变,电流保持不变。
9.(2022届新高考联考,12)探究小组学习了欧姆表的工作原理和使用方法后,进行了相关实验探究。他们先用实验室提供的多用电表测量了电阻,又选择有关器材进行了欧姆表改装探究。试回答下列问题:
(1)探究小组两次测量电阻的示意图如图甲所示,①和②分别表示两次测量时选择开关和指针相对应的位置,则选择开关在位置①时被测电阻的阻值为 Ω,选择开关在位置②时被测电阻的阻值为 Ω。
(2)探究小组设计了图乙所示的电路进行欧姆表改装探究,他们选择的电流表量程为0~0.6A、内阻为0.1Ω,滑动变阻器R的阻值范围足够大,电源E1的电动势为1.5V、内阻为0.4Ω。单刀双掷开关S接1时为“×1”倍率,在该倍率下欧姆表调零时,滑动变阻器接入电路的阻值为 Ω;探究小组用改装好的欧姆表“×1”倍率对三个电阻进行测量,经过正确的操作步骤后,图丙中A、B、C指针分别为测量三个电阻时对应的位置,则它们对应的阻值分别为 Ω、 Ω和 Ω。由此可知欧姆表表盘的刻度是 (填“均匀的”或“非均匀的”)。
(3)探究小组设计单刀双掷开关接2时为“×10”倍率,则此时欧姆表的内阻为 Ω,电源E2的电动势应为 V。
答案 (1)16 2.8×104 (2)2 12.5 2.5 0.5 非均匀的 (3)25 15
10.[2022届T8联考(1),12]某学习小组想要较精确地测定某废旧锂电池的电动势和内阻,有如下器材供选择。
A.待测电源(电动势约为9V,内阻约为1Ω)
B.电压表V1(量程0~7.5V,内阻约3kΩ)
C.电压表V2(量程0~7.5V,内阻r2=10kΩ)
D.电流表A(量程0~10mA,内阻未知)
E.滑动变阻器R1(最大阻值20Ω)
F.滑动变阻器R2(最大阻值2kΩ)
G.定值电阻R=5Ω
H.导线、开关若干
(1)该小组除选择器材A、C、G、H外,还应从上列剩余器材中选择 (填所选器材前面的字母)以最优方案完成本次实验。
(2)请在方框中画出你所设计的实验电路图的最优方案,并在图上标注你所选的仪器仪表的符号。
(3)按设计的方案连接好电路进行实验,记录的数据用对应的物理量符号表示(如电压表V1、V2、电流表A的示数、定值电阻阻值分别用U1、U2、I、R表示等),若用U2作为纵坐标轴,另一个仪表测得的物理量作为横坐标轴,得到图像与横坐标轴的交点为a,与U2轴的交点为b。则待测电源内阻r= ,电源电动势为E= (结果用字母a、b、R表示,计算中忽略电压表V2的分流)。
答案 (1)BE (2)见解析 (3)a-bb·R a
解析 (2)电路设计如图,电压表V2内阻已知,且大于电压表V1的内阻,理论上电压表V2与电阻R并联可改装为一个电流表使用。
11.[2022届T8联考(2),13]力敏电阻被广泛应用于汽车电子、医疗设备以及工业机器人等领域,现有一型号为FSR408的力敏电阻(视为纯电阻),它的电阻值随着表面所受压力的增大而减小,已知其工作电压为4V,作用力范围为0.2~20N,电阻阻值在一百多欧到几千欧之间变化;小明同学计划测定该力敏电阻在受到0.2N和20N压力时的具体阻值,实验器材见下表:
类型
名称(参数)
电压表
V1(量程3V,内阻为2kΩ);V2(量程15V,内阻为15kΩ)
电流表
A1(量程3mA,内阻为12Ω);A2(量程0.6A,内阻为0.1Ω)
滑动变阻器
R1(最大阻值为10Ω,额定电流3A);R2(最大阻值为1kΩ,额定电流0.5A)
定值电阻
R3(阻值为1Ω);R4(阻值为20Ω);R5(阻值为2kΩ)
电源
E(电动势为6V,内阻不计)
小明同学设计如下实验电路:
(1)a应选取 ,b应选取 ;
(2)在某个测量环节中,小明给FSR408施加0.2N压力的时候,开关S2需要处于 (填“断开”或“闭合”)状态;
(3)在给FSR408施加0.2N压力时,若电压表读数为“2.00V”,电流表读数为“2.00mA”,对应的阻值为 Ω;
(4)在给FSR408施加20N压力时,若电压表读数为“2.00V”,电流表读数为“2.00mA”,对应的阻值为 Ω。
答案 (1)R1 V1 (2)断开 (3)4000 (4)160
拓展三 其他实验综合
1.[2019课标Ⅲ,33(1),5分]用油膜法估算分子大小的实验中,首先需将纯油酸稀释成一定浓度的油酸酒精溶液,稀释的目的是 。实验中为了测量出一滴已知浓度的油酸酒精溶液中纯油酸的体积,可以 。为得到油酸分子的直径,还需测量的物理量是 。
答案 使油酸在浅盘的水面上容易形成一块单分子层油膜 把油酸酒精溶液一滴一滴地滴入小量筒中,测出1mL油酸酒精溶液的滴数,得到一滴溶液中纯油酸的体积 单分子层油膜的面积
2.[2019天津理综,9(2)]某小组做测定玻璃的折射率实验,所用器材有:玻璃砖,大头针,刻度尺,圆规,笔,白纸。
①下列哪些措施能够提高实验准确程度 。
A.选用两光学表面间距大的玻璃砖
B.选用两光学表面平行的玻璃砖
C.选用粗的大头针完成实验
D.插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些
②该小组用同一套器材完成了四次实验,记录的玻璃砖界线和四枚大头针扎下的孔洞如下图所示,其中实验操作正确的是 。
③该小组选取了操作正确的实验记录,在白纸上画出光线的径迹,以入射点O为圆心作圆,与入射光线、折射光线分别交于A、B点,再过A、B点作法线NN'的垂线,垂足分别为C、D点,如图所示,则玻璃的折射率n= 。(用图中线段的字母表示)
答案 ①AD ②D ③ACBD
3.[2019课标Ⅱ,34(2),10分]某同学利用图示装置测量某种单色光的波长。实验时,接通电源使光源正常发光;调整光路,使得从目镜中可以观察到干涉条纹。回答下列问题:
(ⅰ)若想增加从目镜中观察到的条纹个数,该同学可 ;
A.将单缝向双缝靠近
B.将屏向靠近双缝的方向移动
C.将屏向远离双缝的方向移动
D.使用间距更小的双缝
(ⅱ)若双缝的间距为d,屏与双缝间的距离为l,测得第1条暗条纹到第n条暗条纹之间的距离为Δx,则单色光的波长λ= ;
(ⅲ)某次测量时,选用的双缝的间距为0.300mm,测得屏与双缝间的距离为1.20m,第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56mm。则所测单色光的波长为 nm(结果保留3位有效数字)。
答案 (ⅰ)B (ⅱ)Δx·d(n-1)l (ⅲ)630
4.(2021浙江6月选考,17,7分)如图所示是“用双缝干涉测量光的波长”实验的装置。实验中
①观察到较模糊的干涉条纹,要使条纹变得清晰,值得尝试的是 (单选)。
A.旋转测量头
B.增大单缝与双缝间的距离
C.调节拨杆使单缝与双缝平行
②要增大观察到的条纹间距,正确的做法是 (单选)。
A.减小单缝与光源间的距离
B.减小单缝与双缝间的距离
C.增大透镜与单缝间的距离
D.增大双缝与测量头间的距离
答案 ①C ②D
创新篇 守正出奇
创新点 创新情境下的探究性实验
1.(2021广东,11,7分情境创新)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。采用逐差法计算弹簧压缩量,进而计算其劲度系数。
n
1
2
3
4
5
6
Ln/cm
8.04
10.03
12.05
14.07
16.11
18.09
(1)利用ΔLi=Li+3-Li(i=1,2,3)计算弹簧的压缩量:ΔL1=6.03cm,ΔL2=6.08cm,ΔL3= cm,压缩量的平均值ΔL=ΔL1+ΔL2+ΔL33= cm;
(2)上述ΔL是管中增加 个钢球时产生的弹簧平均压缩量;
(3)忽略摩擦,重力加速度g取9.80m/s2,该弹簧的劲度系数为 N/m(结果保留3位有效数字)。
答案 (1)6.04 6.05 (2)3 (3)48.6
2.(2018江苏单科,11,10分情境创新)某同学利用如图所示的实验装置来测量重力加速度g。细绳跨过固定在铁架台上的轻质滑轮,两端各悬挂一只质量为M的重锤。实验操作如下:
①用米尺量出重锤1底端距地面的高度H;
②在重锤1上加上质量为m的小钩码;
③左手将重锤2压在地面上,保持系统静止。释放重锤2,同时右手开启秒表,在重锤1落地时停止计时,记录下落时间;
④重复测量3次下落时间,取其平均值作为测量值t。
请回答下列问题:
(1)步骤④可以减小对下落时间t测量的 (选填“偶然”或“系统”)误差。
(2)实验要求小钩码的质量m要比重锤的质量M小很多,主要是为了 。
A.使H测得更准确
B.使重锤1下落的时间长一些
C.使系统的总质量近似等于2M
D.使细绳的拉力与小钩码的重力近似相等
(3)滑轮的摩擦阻力会引起实验误差。现提供一些橡皮泥用于减小该误差,可以怎么做?
(4)使用橡皮泥改进实验后,重新进行实验测量,并测出所用橡皮泥的质量为m0。用实验中的测量量和已知量表示g,得g= 。
答案 (1)偶然 (2)B
(3)在重锤1上粘上橡皮泥,调整橡皮泥质量直至轻拉重锤1后松手,能观察到其匀速下落。
(4)2(2M+m+m0)Hmt2
3.(2020山东,13,6分材料创新)2020年5月,我国进行了珠穆朗玛峰的高度测量,其中一种方法是通过使用重力仪测量重力加速度,进而间接测量海拔高度。某同学受此启发就地取材设计了如下实验,测量当地重力加速度的大小。实验步骤如下:
甲
(ⅰ)如图甲所示,选择合适高度的垫块,使木板的倾角为53°,在其上表面固定一与小物块下滑路径平行的刻度尺(图中未画出)。
(ⅱ)调整手机使其摄像头正对木板表面,开启视频录像功能。将小物块从木板顶端释放,用手机记录下小物块沿木板向下做加速直线运动的情况。然后通过录像的回放,选择小物块运动路径上合适的一点作为测量参考点,得到小物块相对于该点的运动距离L与运动时间t的数据。
(ⅲ)该同学选取部分实验数据,画出了2Lt-t图像,利用图像数据得到小物块下滑的加速度大小为 5.6m/s2。
(ⅳ)再次调节垫块,改变木板的倾角,重复实验。
回答以下问题:
(1)当木板的倾角为37°时,所绘图像如图乙所示。由图像可得,物块过测量参考点时速度的大小为 m/s;选取图线上位于坐标纸网格交叉点上的A、B两点,利用A、B两点数据得到小物块下滑加速度的大小为 m/s2。(结果均保留2位有效数字)
(2)根据上述数据,进一步分析得到当地的重力加速度大小为 m/s2。(结果保留2位有效数字,sin37°=0.60,cos37°=0.80)
乙
答案 (1)0.32或0.33 3.1 (2)9.4
4.(2020课标Ⅱ,22,5分情境创新)一细绳跨过悬挂的定滑轮,两端分别系有小球A和B,如图所示。一实验小组用此装置测量小球B运动的加速度。
令两小球静止,细绳拉紧,然后释放小球,测得小球B释放时的高度h0=0.590m,下降一段距离后的高度h=0.100m;由h0下降至h所用的时间T=0.730s。由此求得小球B加速度的大小为a= m/s2(保留3位有效数字)。
从实验室提供的数据得知,小球A、B的质量分别为100.0g和150.0g,当地重力加速度大小为g=9.80m/s2。根据牛顿第二定律计算可得小球B加速度的大小为a'= m/s2(保留3位有效数字)。
可以看出,a'与a有明显差异,除实验中的偶然误差外,写出一条可能产生这一结果的原因: 。
答案 1.84 1.96 滑轮的轴不光滑或滑轮有质量
5.(2021湖南,11,6分情境创新)某实验小组利用图(a)所示装置探究加速度与物体所受合外力的关系。主要实验步骤如下:
图(a)
图(b)
(1)用游标卡尺测量垫块厚度h,示数如图(b)所示,h= cm;
(2)接通气泵,将滑块轻放在气垫导轨上,调节导轨至水平;
(3)在右支点下放一垫块,改变气垫导轨的倾斜角度;
(4)在气垫导轨合适位置释放滑块,记录垫块个数n和滑块对应的加速度a;
(5)在右支点下增加垫块个数(垫块完全相同),重复步骤(4),记录数据如下表:
n
1
2
3
4
5
6
a/(m·s-2)
0.087
0.180
0.260
0.425
0.519
根据表中数据在图(c)上描点,绘制图线。
图(c)
如果表中缺少的第4组数据是正确的,其应该是 m/s2(保留三位有效数字)。
答案 (1)1.02 (5)如图所示 0.343
6.[2022届T8联考(1),11情境创新]某实验小组利用如图(a)所示实验装置及数字化信息系统探究动能定理。轨道两端固定有位移传感器和力传感器,光电门固定在A点。已知重力加速度为g。实验过程如下:
图(a)
图(b)
(1)用天平测得滑块(包括遮光条)的质量为m,用游标卡尺测得遮光条的宽度为d。
(2)先测动摩擦因数。不安装弹簧,给滑块一初速度,让滑块沿轨道从A的左端向右运动,遮光条通过光电门时计时器记录的时间为Δt1,测出滑块停止的位置与A点的距离为x0,则滑块与轨道间动摩擦因数μ= (用题中所给已知或已测的物理量表示)。
(3)将弹簧端连接力传感器,另一端连接滑块,将滑块拉到O点由静止释放,从释放滑块到遮光条通过光电门的过程中,传感器显示出弹簧弹力F随滑块位移x的变化情况如图(b)所示,F0、FA分别表示滑块在O点、A点时弹簧弹力的大小,xA表示O到A的位移大小,遮光条通过光电门时记录的时间为Δt2,则此过程中合外力做的功W合= ,动能改变量ΔEk= (用题中所给已知或已测的物理量表示)。
(4)改变滑块释放点O的位置,重复步骤(3),多次测量,研究合外力做的功W合与动能改变量ΔEk的关系,即探究动能定理。
答案 (2)d22gx0(Δt1)2 (3)F0+FA2xA-d2mxA2x0(Δt1)2 md22(Δt2)2
7.(2021湖南,12,9分情境创新)某实验小组需测定电池的电动势和内阻,器材有:一节待测电池、一个单刀双掷开关、一个定值电阻(阻值为R0)、一个电流表(内阻为RA)、一根均匀电阻丝(电阻丝总阻值大于R0,并配有可在电阻丝上移动的金属夹)、导线若干。由于缺少刻度尺,无法测量电阻丝长度,但发现桌上有一个圆形时钟表盘。某同学提出将电阻丝绕在该表盘上,利用圆心角来表示接入电路的电阻丝长度。主要实验步骤如下:
(1)将器材如图(a)连接;
图(a)
图(b)
图(c)
(2)开关闭合前,金属夹应夹在电阻丝的 端(填“a”或“b”);
(3)改变金属夹的位置,闭合开关,记录每次接入电路的电阻丝对应的圆心角θ和电流表示数I,得到多组数据;
(4)整理数据并在坐标纸上描点绘图,所得图像如图(b)所示,图线斜率为k,与纵轴截距为d,设单位角度对应电阻丝的阻值为r0,该电池电动势和内阻可表示为E= ,r= ;(用R0、RA、k、d、r0表示)
(5)为进一步确定结果,还需要测量单位角度对应电阻丝的阻值r0。利用现有器材设计实验,在图(c)方框中画出实验电路图(电阻丝用滑动变阻器符号表示);
(6)利用测出的r0,可得该电池的电动势和内阻。
答案 (2)b (4)r0k dr0k-(R0+RA)
(5)如图所示
8.(2019课标Ⅱ,23,10分情境创新)某小组利用图(a)所示的电路,研究硅二极管在恒定电流条件下的正向电压U与温度t的关系,图中和为理想电压表;R为滑动变阻器,R0为定值电阻(阻值100Ω);S为开关,E为电源。实验中二极管置于控温炉内,控温炉内的温度t由温度计(图中未画出)测出。图(b)是该小组在恒定电流为50.0μA时得到的某硅二极管U-t关系曲线。回答下列问题:
图(a)
(1)实验中,为保证流过二极管的电流为50.0μA,应调节滑动变阻器R,使电压表的示数为U1= mV;根据图(b)可知,当控温炉内的温度t升高时,硅二极管正向电阻 (填“变大”或“变小”),电压表示数 (填“增大”或“减小”),此时应将R的滑片向 (填“A”或“B”)端移动,以使示数仍为U1。
(2)由图(b)可以看出U与t成线性关系。硅二极管可以作为测温传感器,该硅二极管的测温灵敏度为ΔUΔt= ×10-3V/℃(保留2位有效数字)。
图(b)
答案 (1)5.00 变小 增大 B (2)2.8
9.(2021天津,9,12分情境创新)(1)某实验小组利用手机的录像功能拍下小球在斜面上做匀加速直线运动的过程。为便于记录小球各个时刻在斜面上的位置,将录像中时间间隔为T的连续7幅画面合成到同一张图中,示意如图。依次测得小球各相邻位置间的距离为x1、x2、x3、x4、x5、x6。
①写出小球在位置1的速度表达式 。
②要求充分利用测量数据,写出小球运动过程中的加速度表达式 。
③在测量小球相邻位置间距时由于实验者读数产生的误差是 误差。(填“偶然”或“系统”)
(2)随着智能手机的广泛应用,充电宝成为手机及时充电的一种重要选择。充电宝可以视为与电池一样的直流电源。一充电宝的电动势约为5V,内阻很小,最大放电电流为2A,某实验小组测定它的电动势和内阻。他们剥开充电宝连接线的外绝缘层,里面有四根导线,红导线为充电宝的正极,黑导线为充电宝的负极,其余两根导线空置不用,另有滑动变阻器R用于改变电路中的电流,定值电阻R0=3Ω,两只数字多用电表M、N,两表均为理想电表,并与开关S连成如图所示电路。
①图中测量电流的电表是 ,测量电压的电表是 。(均填写字母M或N)
②调节滑动变阻器,测得多组I、U数据,记录如下表,其中只有一个数据记录有误,审视记录的数据,可以发现表中第 次的记录数据有误。(填测量次数的序号)
次数
1
2
3
4
5
6
7
电流I/A
0.299
0.477
0.684
0.877
1.065
1.281
1.516
电压U/V
4.970
4.952
4.932
4.942
4.894
4.872
4.848
③电路中接入R0可以达到下列哪个效果。 (填选项前的字母)
A.使测电流的电表读数变化明显
B.为了更准确地测量充电宝内阻
C.避免使充电宝的放电电流过大
D.减小测量电压的电表分流作用
答案 (1)①x1+x22T ②(x4+x5+x6)-(x1+x2+x3)9T2
③偶然 (2)①N M ②4 ③C
10.(2021山东,13,6分情境创新)某乒乓球爱好者,利用手机研究乒乓球与球台碰撞过程中能量损失的情况。实验步骤如下:
①固定好手机,打开录音功能;
②从一定高度由静止释放乒乓球;
③手机记录下乒乓球与台面碰撞的声音,其随时间(单位:s)的变化图像如图所示。
根据声音图像记录的碰撞次序及相应碰撞时刻,如下表所示。
碰撞次序
1
2
3
4
5
6
7
碰撞时刻(s)
1.12
1.58
2.00
2.40
2.78
3.14
3.47
根据实验数据,回答下列问题:
(1)利用碰撞时间间隔,计算出第3次碰撞后乒乓球的弹起高度为 m(保留2位有效数字,当地重力加速度g=9.80m/s2)。
(2)设碰撞后弹起瞬间与该次碰撞前瞬时速度大小的比值为k,则每次碰撞损失的动能为碰撞前动能的 倍(用k表示),第3次碰撞过程中k= (保留2位有效数字)。
(3)由于存在空气阻力,第(1)问中计算的弹起高度 (填“高于”或“低于”)实际弹起高度。
答案 (1)0.20 (2)1-k2 0.95 (3)高于
11.(2022届湖北部分重点中学联考,12情境创新)现要组装一个酒精测试仪,它利用的是一种二氧化锡半导体型酒精气体传感器,此传感器的电阻Rx随酒精气体浓度的变化而变化,规律如图甲所示,目前国际公认的酒驾标准是“0.2mg/mL≤酒精气体浓度<0.8mg/mL”,醉驾标准是“酒精气体浓度≥0.8mg/mL”,提供的器材有:
A.二氧化锡半导体型酒精传感器Rx
B.直流电源(电动势为4V,内阻不计)
C.电压表(量程为3V,内阻非常大,作为浓度表使用)
D.电阻箱(最大阻值为999.9Ω)
E.定值电阻R1(阻值为10Ω)
F.定值电阻R2(阻值为50Ω)
G.单刀双掷开关一个,导线若干
(1)图乙是酒精测试仪电路图,请在图丙中完成实物连线。
(2)电路中R应选用定值电阻 (填R1或R2)。
(3)为便于识别,按照下列步骤调节此测试仪:
①电路接通前,先将电阻箱调为30.0Ω,然后开关向 (填“c”或“d”)端闭合,将电压表此时指针对应的刻度线标记为 mg/mL;
②逐步减小电阻箱的阻值,电压表的示数不断变大,按照甲图数据将电压表上“电压”刻度线标为“酒精浓度”;
③将开关向另一端闭合,测试仪即可正常使用。
(4)某同学将调适好的酒精测试仪靠近酒精瓶口,发现电压表指针满偏,则测量的酒精浓度 (填“有”或“没有”)达到醉驾标准。
答案 (1)如图所示 (2)R1 (3)c 0.2 (4)有
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