2020高三物理三轮冲刺：实验题技巧练(二)

实验题技巧练(二)

22．某物理兴趣小组的同学为了探究“合外力做功与物体动能改变的关系”，自行设计了如下的实验方案，实验装置如图1甲、乙所示．

图1

第一步：用天平称出实验装置中滑块和重锤的质量分别为M、m.

第二步：把木板一端垫起，将滑块通过跨过定滑轮的轻绳与重锤相连，重锤下连一纸带，纸带穿过打点计时器．调整木板倾角，直到轻推滑块，滑块沿木板向下匀速运动，如图甲所示．

第三步：保持木板倾角不变，取下细绳和重锤，将打点计时器安装在木板靠近定滑轮处，将滑块与纸带相连，使纸带穿过打点计时器，如图乙所示．

第四步：接通电源释放滑块，使之从静止开始沿斜面加速下滑．兴趣小组的同学从多次实验中挑选出一条点迹清晰的纸带，如图丙所示．

第五步：用刻度尺依次量出各计数点A、B、C、D、E、F与起始点O的距离分别为x1、x2、x3、x4、x5、x6.其中打下计数点O时，滑块的速度为零，相邻计数点的时间间隔为T.

依据以上实验步骤，用实验提供的数据以及实验测量的量填空：

(1)根据纸带求打点计时器打E点时滑块的速度vE＝________.

(2)从计数点O开始到计数点E的过程中，合外力对滑块做功的表达式WOE＝________(当地的重力加速度为g)．测得此过程中合外力对滑块做的功WOE以及滑块在E点的速度vE，就可以得出合外力做功与物体动能改变的关系．

(3)该实验小组的同学又利用图丙数据求出滑块在运动x1、x2、x3、x4、x5的过程中的末速度vA、vB、vC、vD、vE(即A、B、C、D、E各点的瞬时速度)，进行了反复验证．之后，实验小组的同学以x为横轴，以v2为纵轴建立平面直角坐标系，作出v2－x图象，发现它是一条过坐标原点的倾斜直线，则直线斜率为k＝________.

答案　(1)　(2)mgx5　(3)

23．某同学设计如图2(a)所示电路来测量未知电阻Rx的阻值和电源电动势E.

图2

实验器材有：电源(内阻不计)，待测电阻Rx(约为5 Ω)，电压表V(量程为3 V，内阻约为1 kΩ)，电流表A(量程为0.6 A，内阻约为2 Ω)，电阻R0(阻值3.2 Ω)，电阻箱R(0～99.9 Ω)，单刀单掷开关S1，单刀双掷开关S2，导线若干．

(1)根据图(a)所示电路图用笔画线代替导线在图(b)中完成实物电路的连接；

(2)闭合开关S1，将S2拨至1位置，调节电阻箱测得电压表和电流表的示数分别为2.97 V和0.45 A；再将S2拨至2位置，调节电阻箱测得电压表和电流表的示数分别为2.70 V和0.54 A．由上述数据可测算出待测电阻Rx＝________ Ω(结果保留两位有效数字)；

(3)拆去电压表，闭合开关S1，保持开关S2与2的连接不变，多次调节电阻箱记下电流表示数I和相应电阻箱的阻值R，以为纵坐标，R为横坐标作了－R图线，如图(c)所示，根据图线求得电源电动势E＝________ V．实验中随着电阻箱阻值的改变，电阻箱消耗的功率P会发生变化，当电阻箱阻值R＝________ Ω时电阻箱消耗的功率最大．(结果均保留两位有效数字)

答案　(1)见解析图　(2)4.8　(3)5.0　5.0

解析　(1)实物电路连线如图；

(2)当开关S1闭合，S2拨至1位置时，由欧姆定律可得U1＝I1(RA＋Rx)，当S2拨至2位置时，由欧姆定律可得U2＝I2(RA＋R0)，联立解得RA＝1.8 Ω，Rx＝4.8 Ω；

(3)由闭合电路欧姆定律可得：E＝I(RA＋R0＋R)，变形得＝R＋，可由斜率求得E＝5.0 V，或由截距及RA＝1.8 Ω求得E＝5.0 V；

电阻箱消耗的功率P＝I2R＝R＝，当R＝RA＋R0＝5.0 Ω时，电阻箱消耗的功率最大．