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2021年高考一轮复习考点集训 物理(湖南省专用)专题十四 实验
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专题十四 实验
【考情点睛】
课标解读
考情分析
备考指导
考点
内 容
力学实验
1.通过实验,探究匀变速直线运动的特点。
2.通过实验,认识自由落体运动规律。
3.通过实验,了解胡克定律。
4.通过实验,了解力的合成与分解,知道矢量和标量。
5.通过实验,探究物体运动的加速度与物体受力、物体质量的关系。
6.通过实验,验证机械能守恒定律。
7.通过实验,探究并认识平抛运动的规律。
8.通过理论推导和实验,理解动量定理和动量守恒定律,能用其解释生产生活中的有关现象。
从近几年高考试题来看,热点常考实验如下:
力学实验:
①基本测量仪器的使用;②以纸带或光电门为主线的探究性实验。
电学实验:
①电表的改装和读数;②多用电表的原理和使用;③以伏安法为代表的电阻的几种测量方法;④以伏安法为代表的电源电动势和内阻的测量。
本专题的复习重点为:
1.力学实验以纸带法求运动物体的速度和加
速度为依据,可以验证牛顿第二定律、动能定理和机械能守恒定律。
2.电学实验以电表改装、电阻测量为主线,进行实验原理、电路设计、数据处理和误差分析的考查。
3.数据处理中图像的思想方法尤为突出
电学实验
1.通过实验,探究并了解金属导体的电阻与材料、长度和横截面积的定量关系。会测量并计算金属丝的电阻率。
2.会测量电源的电动势和内阻。
3. 分别描绘电炉丝、小灯泡、半导体二极管的I-U特性曲线,对比它们导电性能的特点。
【基础训练】
考点一 力学实验
1.在“研究匀变速直线运动”的实验中,某同学选出了一条清晰的纸带,并取其中的A、B、C、D、E、F、G七个点进行研究,这七个点和刻度尺标度的对照情况如图所示。(打点计时器的频率为50 Hz)
(1)由图可以知道,A、B两点的时间间隔是 s,A点到D点的距离是 cm,D点到G点的距离是 cm;(小数点后保留2位)
(2)通过测量不难发现,(xBC-xAB)与(xCD-xBC)、(xDE-xCD)、…基本相等。这表明,在实验误差允许的范围之内,拖动纸带的小车做的是 运动;
(3)经过合理的数据处理后,可以求得加速度a= m/s2 ;(小数点后保留3位)
(4)还可求出打B点时小车的瞬时速度vB= m/s。(小数点后保留3位)
2.如图甲所示,用铁架台、弹簧和多个质量均为m的钩码探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系。
甲
乙
(1)为完成实验,还需要的实验器材有: 。
(2)实验中需要测量的物理量有: 。
(3)图乙是弹簧弹力F与弹簧伸长量x的F-x图线,由此可求出弹簧的劲度系数为 N/m。图线不过原点是由于 。
(4)为完成该实验,设计实验步骤如下:
A.以弹簧伸长量为横坐标,以弹力为纵坐标,描出各组(x,F)对应的点,并用平滑的曲线连接起来;
B.记下弹簧不挂钩码时其下端在刻度尺上的刻度l0;
C.将铁架台固定于桌子上,并将弹簧的一端系于横梁上,在弹簧附近竖直固定一把刻度尺;
D.依次在弹簧下端挂上1个、2个、3个、4个、……钩码,并分别记下钩码静止时弹簧下端所对应的刻度,并记录在表格内,然后取下钩码;
E.以弹簧伸长量为自变量,写出弹力与伸长量的关系式。首先尝试写成一次函数,如果不行,则考虑二次函数;
F.解释函数表达式中常数的物理意义;
G.整理仪器。
请将以上步骤按操作的先后顺序排列出来: 。
3.某同学做“验证力的平行四边形定则”的实验情况如图甲所示,其中A为固定橡皮条的图钉,O为橡皮条与细绳的结点,OB和OC为细绳。图乙是在白纸上根据实验结果画出的图。
甲
乙
(1)如果没有操作失误,图乙中的F与F'两力中,方向一定沿AO方向的是 。
(2)本实验采用的科学方法是 。
A.理想实验法
B.等效替代法
C.控制变量法
D.建立物理模型法
(3)实验时,主要的步骤是:
A.在桌上放一块方木板,在方木板上铺一张白纸,用图钉把白纸钉在方木板上;
B.用图钉把橡皮条的一端固定在板上的A点,在橡皮条的另一端拴上两条细绳,细绳的另一端系着绳套;
C.用两个弹簧测力计分别钩住绳套,互成角度地拉橡皮条,使橡皮条伸长,结点到达某一位置O。记录下O点的位置,读出两个弹簧测力计的示数;
D.按选好的标度,用铅笔和刻度尺作出两个弹簧测力计的拉力F1和F2的图示,并用平行四边形定则求出合力F;
E.只用一个弹簧测力计,通过细绳套拉橡皮条使其伸长,读出弹簧测力计的示数,记下细绳的方向,按同一标度作出这个力F'的图示;
F.比较F'和F的大小和方向,看它们是否相同,得出结论。
上述步骤中:①有重要遗漏的步骤的标号是 和 ;
②遗漏的内容分别是 和 。
4.某实验小组利用如图1所示的装置探究加速度与力、质量的关系。
(1)下列做法正确的是 (选填字母代号)。
A.调节滑轮的高度,使牵引木块的细绳与长木板保持平行
B.在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时,将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上
C.实验时,先放开木块再接通打点计时器的电源
D.通过增减木块上的砝码改变质量时,不需要重新调节木板倾斜度
(2)为使砝码桶及桶内砝码的总重力在数值上近似等于木块运动时受到的拉力,应满足的条件是砝码桶及桶内砝码的总质量 (选填“远大于”“远小于”或“近似等于”)木块和木块上砝码的总质量。
(3)甲、乙两同学在同一实验室,各取一套图1所示的装置放在水平桌面上,木块上均不放砝码,在没有平衡摩擦力的情况下,研究加速度a与拉力F的关系,分别得到图2中甲、乙两条直线。设甲、乙用的木块质量分别为m甲、m乙,甲、乙用的木块与木板间的动摩擦因数分别为μ甲、μ乙,由图可知,m甲 m乙,
μ甲 μ乙。(均选填“大于”“小于”或“等于”)
图1
图2
5.利用如图甲所示的实验装置探究合力做功与动能变化的关系。
(1)为了消除打点计时器和木板对小车阻力的影响,需要平衡阻力。关于该操作环节,下列四种装置图中正确的是 。
甲
(2)甲组同学正确平衡了阻力,选取的砝码和盘的总质量m远小于小车的质量M,取砝码和盘所受的总重力值作为绳子的拉力值,按正确操作得到如图乙所示的一条纸带。在纸带上选取三个连续计时点A、B、C,测得它们到静止释放的起始点O的距离分别为sA、sB、sC,打点计时器的工作周期为T,已知当地重力加速度为g,从O到B的运动过程中,拉力对小车做功W= ,小车动能变化量ΔEk= 。
乙
6.如图甲所示是用“落体法”验证机械能守恒定律的实验装置。(g取9.80 m/s2)
甲
(1) 选出一条清晰的纸带如图乙所示,其中O点为打点计时器打下的第一个点,A、B、C为三个计数点,打点计时器通以频率为50 Hz的交变电流。用分度值为1 mm的刻度尺测得OA=12.41 cm,OB=18.90 cm ,OC=
27.06 cm,在计数点A和B、B和C之间还各有一个点,重锤的质量为1.00 kg。甲同学根据以上数据算出:当打点计时器打到B点时重锤的重力势能比开始下落时减少了 J;此时重锤的速度vB= m/s,此时重锤的动能比开始下落时增加了 J。(结果均保留三位有效数字)
乙
丙
(2)某同学利用他自己实验时打出的纸带,测量出了各计数点到打点计时器打下的第一个点的距离h,算出了各计数点对应的速度v,然后以h为横轴、以12v2为纵轴作出了如图丙所示的图线,图线的斜率近似等于 。
A.19.6 B.9.8 C.4.90
图线未过原点O的原因是 。
7.如图,用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律,即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。
(1)实验中,直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的,但是可以通过仅测量 (填选项前的序号),可以间接地解决这个问题。
A.小球开始释放的高度h近似
B.小球抛出点距地面的高度H
C.小球做平抛运动的水平位移
(2)用天平测量两个小球A、B的质量分别为m1、m2.图中O点是小球抛出点在水平地面上的垂直投影,实验时,先让A多次从斜轨上S位置静止释放;然后把被碰小球B静置于轨道水平部分的右侧末端,再将A小球从斜轨上S位置静止释放,与B小球相撞,并重复多次,分别找到小球的平均落点M、P、N,并测量出平均水平位移OM、OP、ON。
(3)若两球相碰前后的动量守恒,其表达式可表示为 [用(2)中测量的量表示];若碰撞是弹性碰撞,那么还应该满足的表达式为 [用(2)中测量的量表示]。
考点二 电学实验
8.有一个小灯泡上标有“4 V 2 W”的字样,现在要用伏安法描绘这个灯泡的I-U图线。有下列器材供选用:
A.电压表(0~5 V,内阻10 kΩ)
B.电压表(0~10 V,内阻20 kΩ)
C.电流表(0~0.3 A,内阻1 Ω)
D.电流表(0~0.6 A,内阻0.4 Ω)
E.滑动变阻器(5 Ω,1 A)
F.滑动变阻器(500 Ω,0.2 A)
(1)实验中电压表应选用 ,电流表应选用 。(用序号字母表示)
(2)为使实验误差尽量减小,要求电压从零开始变化且多取几组数据,滑动变阻器应选用 。(用序号字母表示)
(3)请在虚线框内画出满足实验要求的电路示意图,并把实物图中所示的实验器材用实线连接成相应的实物电路图。
(3)小灯泡内阻R=U2P=8 Ω,电压表内阻远大于小灯泡内阻,应采用电流表外接法,故电路图和实物连接图分别如图甲、乙所示。
甲
乙
9.为了测量一节干电池的电动势和内阻,某同学采用了伏安法,现备有下列器材:
A.被测干电池一节
B.电流表1:量程0~0.6 A,内阻r=0.3 Ω
C.电流表2:量程0~0.6 A,内阻约为0.1 Ω
D.电压表1:量程0~3 V,内阻未知
E.电压表2:量程0~15 V,内阻未知
F.滑动变阻器1:0~10 Ω,2 A
G.滑动变阻器2:0~100 Ω,1 A
H.开关、导线若干
在用伏安法测电池电动势和内阻的实验中,由于电流表和电压表内阻的影响,测量结果存在系统误差;在现有器材的条件下,要尽可能准确地测量电池的电动势和内阻。
(1)在上述器材中请选择适当的器材: (填写选项前的字母);
(2)实验电路图应选择图中的 (填“甲”或“乙”);
甲 乙 丙
(3)根据实验中电流表和电压表的示数得到了如图丙所示的U-I图像,则干电池的电动势E= V,内电阻r= Ω。
10.在物理课外活动中,刘聪同学制作了一个简单的多用电表,如图甲为电表的电路图。已知选用的电流表内阻Rg=10 Ω、满偏电流Ig=10 mA,当选择开关接3时为量程为0~250 V的电压表。该多用电表表盘如图乙所示,下排刻度均匀,C为上排刻度线的中间刻度,由于粗心,上排刻度线对应数据没有标出。
甲
乙
(1)若指针在图乙所示位置,选择开关接1时其读数为 mA;选择开关接3时其读数为 V。
(2)为了测该多用电表欧姆挡的电阻和表内电源的电动势,刘聪同学在实验室找到了一个电阻箱,设计了如下实验:
①将选择开关接2,红、黑表笔短接,调节R1的阻值使电表指针满偏;
②将电表红、黑表笔与电阻箱相连,调节电阻箱使电表指针指C处,此时电阻箱的示数如图,则C处刻度应为 Ω;
③计算得到多用电表内电源的电动势为 V。(保留两位有效数字)
(3)调零后将多用电表红、黑表笔与某一待测电阻相连,若指针指在图乙所示位置,则待测电阻的阻值
为 Ω。(结果保留两位有效数字)
【综合训练】
拓展一 基本力学实验
1.(2018长郡中学月考五,13,5分)长郡中学的小林同学探究弹力与弹簧伸长量的关系。
(1)将弹簧悬挂在铁架台上,将刻度尺固定在弹簧一侧。弹簧轴线和刻度尺都应在 (选填“水平”或“竖直”)方向。
(2)在正确操作的情况下,某同学选了甲、乙两根规格不同的弹簧进行测试,根据测得的数据绘出如图所示的图像。则甲、乙两根弹簧的劲度系数分别为 N/m和 N/m;两个图像的上端都呈曲线的原因是 ,若要制作一个精确程度较高的弹簧测力计,应选弹簧 。
2.(2020届衡阳八中模拟检测,22,6分)某兴趣小组用如图甲所示的实验装置来测物块与斜面间的动摩擦因数。PQ为一块倾斜放置的木板,在斜面底端Q处固定有一个光电门,光电门与数字计时器相连(图中未画)。每次实验时将一物块(其上固定有宽度为d的遮光条)从不同高度h处由静止释放,但始终保持斜面底边长L=0.500 m不变。(设物块与斜面间的动摩擦因数处处相同)
甲
乙
丙
(1)用20分度游标卡尺测得物块上的遮光条宽度d如乙图所示,则d= cm;
(2)该小组根据实验数据,计算得到物块经过光电门的速度v,并作出了如图丙所示的v2-h图像,其图像与横轴的交点为0.25 m,由此可知物块与斜面间的动摩擦因数μ= ;
(3)若更换动摩擦因数更小的斜面,重复上述实验得到v2-h图像,其图像的斜率将 (填“增大”“减小”或“不变”)。
3.(2020届长郡中学周考二,14,8分)如图甲所示,某同学用力传感器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。
甲
乙
丙
(1)实验中使用的电火花计时器,应接 电源。
A.交流4~6 V B.交流220 V
(2)该同学将实验器材按如图甲所示连接后,沙桶的质量 (填“需要”、“不需要”)远小于小车及力传感器的总质量,实验时如将细线拉力当作小车及传感器的合外力,则 (填“需要”,“不需要”)先平衡摩擦力。
(3)先接通电源,小车由静止释放,获得的一条纸带如图乙,每打5个点取一个计数点,x1=3.62 cm,x4=
5.12 cm,由图中数据可求得:2、3两点的距离(即x3)约为 cm。(结果保留三位有效数字)
(4)在实验中,甲、乙两位同学根据实验数据画出如图丙所示的小车的加速度a和小车所受拉力F的图像分别为图中的直线Ⅰ和直线Ⅱ,下面给出了关于形成这种情况的四种解释,其中可能正确的是 (多选)。
A.实验前甲同学没有平衡摩擦力
B.甲同学在平衡摩擦力时把长木板的右端垫得过高了
C.实验前乙同学没有平衡摩擦力
D.乙同学在平衡摩擦力时,把长木板的右端垫得过高了
4.(2019湖南师大附中模拟三,22,8分)某课外活动小组利用竖直上抛运动验证机械能守恒定律。
甲
乙
(1)某同学用20分度游标卡尺测量小球的直径,读数如图甲所示,小球直径为 cm。图乙所示弹射装置将小球竖直向上抛出,先后通过光电门A、B。计时装置测出小球通过A、B的时间分别为2.55 ms和5.15 ms,由此可知小球通过光电门A、B时的速度分别为vA、vB,其中vA= m/s。
(2)用刻度尺测出光电门A、B间的距离h,已知当地的重力加速度为g,只需比较 (用题目中涉及的物理量符号表示)是否相等,就可以验证机械能是否守恒。
(3)通过多次实验发现,小球通过光电门 A的时间越短,(2)中要验证的两数值差越大,试分析实验中产生误差的主要原因是 。
(3)小球上升过程中受到空气阻力的作用,速度越大,所受阻力越大
5.(2019长郡中学调研三,13,5分)为了探究做功与速度变化的关系,长郡中学高三物理兴趣小组设计了用斜面、光电门、带遮光条的木块等器材的实验进行探究,实验装置如图甲所示。
将足够长的光滑木板倾斜放置,木块从木板上端某一位置沿木板由静止向下滑动,用光电门测量木块通过光电门时的速度,用刻度尺测量木块的初始位置到光电门的距离。
甲
乙
(1)关于本实验,下列操作或说法中正确的是( )
A.遮光条的宽度应尽量小些
B.遮光条的宽度应尽量大些
C.为了减小实验误差,木板的倾角应尽量小些
D.为了减小实验误差,木板的倾角应适当大一些
(2)用螺旋测微器测量遮光条的宽度,如图乙所示,螺旋测微器的示数为 mm。
(3)若木块通过光电门时的速度为v,木块的初始位置到光电门的距离为x,为了得到线性关系图像,则需要作出的图像是 。
A.v-x图像 B.v2-x图像
C.v-1x 图像 D.v2-1x 图像
6.(2019湖南师大附中考前演练六,22,5分)几个同学在课余闲聊时说起了滑旱冰的物理学知识,于是大家想要粗略验证动量守恒定律,设计好方案后按下列步骤进行(假定他们穿的旱冰鞋的材质相同)。
a.在宽阔水平的水泥场地上选取某个基准点为原点,分别向相反方向画射线,选取一定长度为标度画上刻度;
b.两个同学穿好旱冰鞋分别站立在一个原点上对推,旁边同学用智能手机跟拍视频;
c.改变对推人数,比如一方有两个同学相互抱住,另一方只有一个同学,旁边同学拍下运动场景;
d.选取同学的运动轨迹基本沿着射线的视频,分析视频得到一些相关数据。
请回答:
(1)要完成实验目的,选出下列你认为需要用到的数据( )
A.本地重力加速度g
B.对推双方的质量m1、m2
C.对推双方滑行的标度数目n1、n2
D.对推过程的时间
E.旱冰鞋与地面之间的动摩擦因数μ
(2)用选出的物理量写出验证动量守恒的表达式 。
(3)写出可能影响验证的某一个因素 。
拓展二 电学实验基本器材的原理及使用
7.(2019长郡中学月考四,14,9分)图(a)为某同学测量一节干电池的电动势和内阻的电路图。
(a)
(1)虚线框内是用毫安表改装成电流表的电路。已知毫安表表头的内阻为10 Ω,满偏电流为100 mA,电阻R1=2.5 Ω,由此可知,改装后电流表的量程为 A。
(2)实验步骤如下,请完成相应的填空。
①将滑动变阻器R的滑片移到 端(选填“A”或“B”),闭合开关S;
②多次调节滑动变阻器的滑片,记下电压表的示数U和毫安表的示数I;某次测量时毫安表的示数如图(b)所示,其读数为 mA;
(b)
(c)
③以U为纵坐标,I为横坐标,作U-I图线,如图(c)所示;
④根据图线求得电源的电动势E= V,内阻r= Ω。(结果均保留到小数点后两位)
8.(2018湖南三湘名校教育联盟联考三,23,10分)某同学练习使用多用电表,图甲为该电表的电路示意图。
甲
乙
(1)若用多用电表测未知大小的电流,图甲开关S应接 (填图甲中的数字);
(2)多用电表的表盘如图乙所示(部分刻度未画出),现用多用电表判断二极管的极性。进行欧姆调零时,应使多用电表的指针指向表盘 (填“左侧”或“右侧”)的“0”刻度处;实验时将二极管接在两表笔之间,多用电表示数如图乙中的指针a所示,然后将二极管两极对调,多用电表示数如图乙中的指针b所示,则此时与多用电表红表笔接触的是二极管的 (填“正极”或“负极”);
(3)使图甲中的S接3,把多用电表接在一电压表两端,若电压表的读数为1 V,多用电表的读数为1.0×104 Ω。已知此时多用电表内电路总电阻为1.5×104 Ω,则多用电表内电源的电动势为E= V(保留两位有效数字)。
拓展三 测量电阻和描绘小灯泡的伏安特性曲线
9.(2018湖南六校联考,23,9分)某学习小组进行精确测量电阻Rx的阻值的实验,有下列器材供选用:
A.待测电阻Rx(约300 Ω)
B.电压表V(3 V,内阻约3 kΩ)
C.电流表A1(10 mA,内阻约10 Ω)
D.电流表A2(20 mA,内阻约5 Ω)
E.滑动变阻器R1(0~20 Ω,额定电流2 A)
F.滑动变阻器R2(0~2 000 Ω,额定电流0.5 A)
G.直流电源E(3 V,内阻约1 Ω)
H.开关、导线若干
(1)甲同学根据以上器材设计成用伏安法测量电阻的电路,并能满足Rx两端电压能从0开始变化进行多次测量。则电流表应选择 (填“A1”或“A2”):滑动变阻器应选择 (填“R1”或“R2”);并请在虚线框中帮甲同学完成实验原理电路图。
(2)乙同学经过反复思考,利用所给器材设计出了如图所示的测量电路,具体操作如下:
①按图连接好实验电路,闭合开关S1前调节滑动变阻器R1、R2的滑片至适当位置;
②闭合开关S1,断开开关S2,调节滑动变阻器R1、R2的滑片,使电流表A1的示数恰好为电流表A2的示数的一半;
③闭合开关S2并保持滑动变阻器R2的滑片位置不变,读出电压表V和电流表A1的示数,分别记为U、I;
④待测电阻的阻值Rx= ;
比较甲、乙两同学测量电阻Rx的方法,你认为哪种方法更有利于减小系统误差?
答: 同学(填“甲”或“乙”)。
10.(2019衡阳二模,23,10分)某研究性学习小组的同学欲做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验。已知所用小灯泡的额定电压和额定功率分别为2.5 V、1.2 W,实验使用的直流电源的电动势为3.0 V、内阻忽略不计,实验可供选择的器材规格如下:
a.电流表A1(量程0~0.6 A,内阻约5 Ω)
b.电流表A2(量程0~3 A,内阻约0.1 Ω)
c.电压表V1(量程0~3 V,内阻约3 kΩ)
d.电压表V2(量程0~15 V,内阻约200 Ω)
e.滑动变阻器R1(阻值0~10 Ω,额定电流1 A)
f.滑动变阻器R2(阻值0~500 Ω,额定电流500 mA)
请回答下列问题:
(1)为了完成实验且尽可能减小实验误差,电流表应选择 ,电压表应选择 、滑动变阻器应选择 (填写实验器材前的序号)。
(2)根据所选的实验器材,请设计合理的电路原理图来完成该实验。
(3)该研究性学习小组的同学用设计好的电路测得了该小灯泡两端的电压U和通过该小灯泡的电流I,由欧姆定律计算得到的小灯泡的电阻值 (选填“大于”“等于”或“小于”)真实值。
(4)该研究性学习小组的同学通过设计好的电路得到了多组实验数据,并根据得到的多组数据在坐标系中描点画图,如图所示,该图线向下弯曲,其原因是 。
(5)如果取两个这样的小灯泡并联以后再与一阻值为2.0 Ω的定值电阻串联,并接在电动势为3.0 V、内阻忽略不计的直流电源两端,则每个小灯泡消耗的实际功率应为 W(结果保留两位小数)。
11.(2019湖南重点高中11月联考,12,9分)某同学要测一个由均匀新材料制成的圆柱体的电阻率ρ,步骤如下:
甲
乙
丙
(1)用游标卡尺测量其长度如图甲所示,可知其长度为 mm。
(2)用螺旋测微器测量其直径如图乙所示,可知其直径为 mm。
(3)选用多用电表的电阻“×1”挡,按正确的操作步骤测此圆柱体的电阻,表盘的示数如图丙所示,则该圆柱体的阻值约为 Ω。
(4)为更精确地测量其电阻,可供选择的器材如下,
电流表A1(量程0~300 mA,内阻约为2 Ω)
电流表A2(量程0~150 mA,内阻约为10 Ω)
电压表V1(量程0~1 V,内阻r0=1 000 Ω)
电压表V2(量程0~15 V,内阻约为15 kΩ)
定值电阻R0=3 000 Ω
滑动变阻器R1(最大阻值为5 Ω)
滑动变阻器R2(最大阻值为1 000 Ω)
电源E(电动势约为4 V,内阻r约为1 Ω)
开关,导线若干
为了使测量尽量准确,测量时电表读数不得小于其量程的13,电压表应选 ,电流表应选 ,滑动变阻器应选 (填器材代号),并在方框内画出实验电路图。
拓展四 测电源的电动势和内阻
12.(2019湖南长郡中学等四校暑假联考,23,10分)长郡中学小晟同学通过实验测定一特殊电源的电动势(约3 V)和内电阻(约900 Ω),实验室提供如下实验器材:
电压表V(量程为3 V,内阻约1 500 Ω)
电流表A(量程为3 mA,内阻约20 Ω)
滑动变阻器(最大阻值为2 000 Ω)
开关和导线若干
(1)小晟同学设计了如图1所示的甲、乙两种实验原理图,为减小实验误差,实验原理图应选 (填“甲”或“乙”);
甲
乙
图1
(2)根据所选实验原理图,用笔画线代替导线将图2所示实物图连接成完整电路;
图2
图3
(3)小晟同学通过上述实验记录了6组数据,并画出U-I图线如图3所示,由图像可知电源电动势的测量值为 V,电源内电阻的测量值为 Ω(结果保留整数);
(4)仅考虑到电表内阻的影响,不考虑偶然误差的影响。电源电动势的测量值 真实值,电源内阻的测量值 真实值(填“大于”“等于”或“小于”)。
甲
乙
丙
(1)该同学按图甲所示电路连接进行实验操作。请在虚线框内补全与图甲对应的电路图。
(2)测电流表A的内阻:
闭合开关K,将开关S与C接通,通过调节电阻箱R1和滑动变阻器R2,读取电流表A的示数为0.20 A、电流表A1的示数为0.60 A,电阻箱R1的示数为0.10 Ω,则电流表A的内阻RA= Ω。
(3)测电池的电动势和内阻:
断开开关K,调节电阻箱R1,将开关S接 (填“C”或“D”),记录电阻箱R1的阻值和电流表A的示数:断开开关K,开关S所接位置不变,多次调节电阻箱R1重新实验,并记录多组电阻箱的的阻值R和电流表A的示数I。
(4)数据处理:
图乙是由实验数据给出的1I-R图像,由此求出干电池的电动势E= V、内阻r= Ω。(计算结果保留二位有效数字)
(5)如果电流表A的电阻未知,本实验 (填“能”或“不能”)测出该电池的电动势。
【专题训练】
小专题一 测速度与加速度的方法
(2019湖南百所重点名校联考,22,6分)阿特武德机是早期测量重力加速度的装置,由英国数学家、物理学家阿特武德于1784年制成。某同学根据其原理设计出测量当地重力加速度的装置如图所示,一根不可伸长的轻绳绕过光滑的轻质定滑轮,两端分别连接正方体物块A和物块B(A、B的质量分别为m1和m2,且m1
(2)为了计算A、B的加速度大小,还需要测量的物理量有 。
A.两个光电门的间距 B.物块B的边长
C.物块A的初始高度 D.轻绳的长度
(3)某次实验中测得物块A和物块B的质量分别为m1、m2:,测算出A、B的加速度大小为a,可以得到g= (用m1、m2、a表示)
小专题二 测量电阻的特殊方法
(2019雅礼中学月考二,14,8分)某实验小组的同学利用图甲所示的电路探究并联电路中各点电势的关系,已知R1=10 Ω,R2=20 Ω,R3=30 Ω,R4=40 Ω,电源的电动势为E=10 V,内阻不计,且电源负极端接地。
(1)由此可得a、b两点间电势差为Uab= V。
甲
乙
丙
(2)该实验小组同学又设计了图乙的电路来测量电阻Rx的阻值,其中R为电阻箱,为灵敏电流计,请按图乙的实验原理图完成图丙中实物电路的连线。
(3)实验时,先调节电阻箱,使电阻箱的阻值为R1,闭合开关,反复调节滑动变阻器滑片的位置,使通过灵敏电流计的电流为零;断开开关,保持滑动变阻器的滑片所处位置不变,交换电阻箱与待测电阻的位置。闭合开关,然后反复调节电阻箱,使灵敏电流计的示数再次为零,记下此时电阻箱的阻值为R2;则待测电阻的阻值为Rx= 。(用题中已知量的字母表示)
【考情点睛】
课标解读
考情分析
备考指导
考点
内 容
力学实验
1.通过实验,探究匀变速直线运动的特点。
2.通过实验,认识自由落体运动规律。
3.通过实验,了解胡克定律。
4.通过实验,了解力的合成与分解,知道矢量和标量。
5.通过实验,探究物体运动的加速度与物体受力、物体质量的关系。
6.通过实验,验证机械能守恒定律。
7.通过实验,探究并认识平抛运动的规律。
8.通过理论推导和实验,理解动量定理和动量守恒定律,能用其解释生产生活中的有关现象。
从近几年高考试题来看,热点常考实验如下:
力学实验:
①基本测量仪器的使用;②以纸带或光电门为主线的探究性实验。
电学实验:
①电表的改装和读数;②多用电表的原理和使用;③以伏安法为代表的电阻的几种测量方法;④以伏安法为代表的电源电动势和内阻的测量。
本专题的复习重点为:
1.力学实验以纸带法求运动物体的速度和加
速度为依据,可以验证牛顿第二定律、动能定理和机械能守恒定律。
2.电学实验以电表改装、电阻测量为主线,进行实验原理、电路设计、数据处理和误差分析的考查。
3.数据处理中图像的思想方法尤为突出
电学实验
1.通过实验,探究并了解金属导体的电阻与材料、长度和横截面积的定量关系。会测量并计算金属丝的电阻率。
2.会测量电源的电动势和内阻。
3. 分别描绘电炉丝、小灯泡、半导体二极管的I-U特性曲线,对比它们导电性能的特点。
【基础训练】
考点一 力学实验
1.在“研究匀变速直线运动”的实验中,某同学选出了一条清晰的纸带,并取其中的A、B、C、D、E、F、G七个点进行研究,这七个点和刻度尺标度的对照情况如图所示。(打点计时器的频率为50 Hz)
(1)由图可以知道,A、B两点的时间间隔是 s,A点到D点的距离是 cm,D点到G点的距离是 cm;(小数点后保留2位)
(2)通过测量不难发现,(xBC-xAB)与(xCD-xBC)、(xDE-xCD)、…基本相等。这表明,在实验误差允许的范围之内,拖动纸带的小车做的是 运动;
(3)经过合理的数据处理后,可以求得加速度a= m/s2 ;(小数点后保留3位)
(4)还可求出打B点时小车的瞬时速度vB= m/s。(小数点后保留3位)
2.如图甲所示,用铁架台、弹簧和多个质量均为m的钩码探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系。
甲
乙
(1)为完成实验,还需要的实验器材有: 。
(2)实验中需要测量的物理量有: 。
(3)图乙是弹簧弹力F与弹簧伸长量x的F-x图线,由此可求出弹簧的劲度系数为 N/m。图线不过原点是由于 。
(4)为完成该实验,设计实验步骤如下:
A.以弹簧伸长量为横坐标,以弹力为纵坐标,描出各组(x,F)对应的点,并用平滑的曲线连接起来;
B.记下弹簧不挂钩码时其下端在刻度尺上的刻度l0;
C.将铁架台固定于桌子上,并将弹簧的一端系于横梁上,在弹簧附近竖直固定一把刻度尺;
D.依次在弹簧下端挂上1个、2个、3个、4个、……钩码,并分别记下钩码静止时弹簧下端所对应的刻度,并记录在表格内,然后取下钩码;
E.以弹簧伸长量为自变量,写出弹力与伸长量的关系式。首先尝试写成一次函数,如果不行,则考虑二次函数;
F.解释函数表达式中常数的物理意义;
G.整理仪器。
请将以上步骤按操作的先后顺序排列出来: 。
3.某同学做“验证力的平行四边形定则”的实验情况如图甲所示,其中A为固定橡皮条的图钉,O为橡皮条与细绳的结点,OB和OC为细绳。图乙是在白纸上根据实验结果画出的图。
甲
乙
(1)如果没有操作失误,图乙中的F与F'两力中,方向一定沿AO方向的是 。
(2)本实验采用的科学方法是 。
A.理想实验法
B.等效替代法
C.控制变量法
D.建立物理模型法
(3)实验时,主要的步骤是:
A.在桌上放一块方木板,在方木板上铺一张白纸,用图钉把白纸钉在方木板上;
B.用图钉把橡皮条的一端固定在板上的A点,在橡皮条的另一端拴上两条细绳,细绳的另一端系着绳套;
C.用两个弹簧测力计分别钩住绳套,互成角度地拉橡皮条,使橡皮条伸长,结点到达某一位置O。记录下O点的位置,读出两个弹簧测力计的示数;
D.按选好的标度,用铅笔和刻度尺作出两个弹簧测力计的拉力F1和F2的图示,并用平行四边形定则求出合力F;
E.只用一个弹簧测力计,通过细绳套拉橡皮条使其伸长,读出弹簧测力计的示数,记下细绳的方向,按同一标度作出这个力F'的图示;
F.比较F'和F的大小和方向,看它们是否相同,得出结论。
上述步骤中:①有重要遗漏的步骤的标号是 和 ;
②遗漏的内容分别是 和 。
4.某实验小组利用如图1所示的装置探究加速度与力、质量的关系。
(1)下列做法正确的是 (选填字母代号)。
A.调节滑轮的高度,使牵引木块的细绳与长木板保持平行
B.在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时,将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上
C.实验时,先放开木块再接通打点计时器的电源
D.通过增减木块上的砝码改变质量时,不需要重新调节木板倾斜度
(2)为使砝码桶及桶内砝码的总重力在数值上近似等于木块运动时受到的拉力,应满足的条件是砝码桶及桶内砝码的总质量 (选填“远大于”“远小于”或“近似等于”)木块和木块上砝码的总质量。
(3)甲、乙两同学在同一实验室,各取一套图1所示的装置放在水平桌面上,木块上均不放砝码,在没有平衡摩擦力的情况下,研究加速度a与拉力F的关系,分别得到图2中甲、乙两条直线。设甲、乙用的木块质量分别为m甲、m乙,甲、乙用的木块与木板间的动摩擦因数分别为μ甲、μ乙,由图可知,m甲 m乙,
μ甲 μ乙。(均选填“大于”“小于”或“等于”)
图1
图2
5.利用如图甲所示的实验装置探究合力做功与动能变化的关系。
(1)为了消除打点计时器和木板对小车阻力的影响,需要平衡阻力。关于该操作环节,下列四种装置图中正确的是 。
甲
(2)甲组同学正确平衡了阻力,选取的砝码和盘的总质量m远小于小车的质量M,取砝码和盘所受的总重力值作为绳子的拉力值,按正确操作得到如图乙所示的一条纸带。在纸带上选取三个连续计时点A、B、C,测得它们到静止释放的起始点O的距离分别为sA、sB、sC,打点计时器的工作周期为T,已知当地重力加速度为g,从O到B的运动过程中,拉力对小车做功W= ,小车动能变化量ΔEk= 。
乙
6.如图甲所示是用“落体法”验证机械能守恒定律的实验装置。(g取9.80 m/s2)
甲
(1) 选出一条清晰的纸带如图乙所示,其中O点为打点计时器打下的第一个点,A、B、C为三个计数点,打点计时器通以频率为50 Hz的交变电流。用分度值为1 mm的刻度尺测得OA=12.41 cm,OB=18.90 cm ,OC=
27.06 cm,在计数点A和B、B和C之间还各有一个点,重锤的质量为1.00 kg。甲同学根据以上数据算出:当打点计时器打到B点时重锤的重力势能比开始下落时减少了 J;此时重锤的速度vB= m/s,此时重锤的动能比开始下落时增加了 J。(结果均保留三位有效数字)
乙
丙
(2)某同学利用他自己实验时打出的纸带,测量出了各计数点到打点计时器打下的第一个点的距离h,算出了各计数点对应的速度v,然后以h为横轴、以12v2为纵轴作出了如图丙所示的图线,图线的斜率近似等于 。
A.19.6 B.9.8 C.4.90
图线未过原点O的原因是 。
7.如图,用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律,即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。
(1)实验中,直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的,但是可以通过仅测量 (填选项前的序号),可以间接地解决这个问题。
A.小球开始释放的高度h近似
B.小球抛出点距地面的高度H
C.小球做平抛运动的水平位移
(2)用天平测量两个小球A、B的质量分别为m1、m2.图中O点是小球抛出点在水平地面上的垂直投影,实验时,先让A多次从斜轨上S位置静止释放;然后把被碰小球B静置于轨道水平部分的右侧末端,再将A小球从斜轨上S位置静止释放,与B小球相撞,并重复多次,分别找到小球的平均落点M、P、N,并测量出平均水平位移OM、OP、ON。
(3)若两球相碰前后的动量守恒,其表达式可表示为 [用(2)中测量的量表示];若碰撞是弹性碰撞,那么还应该满足的表达式为 [用(2)中测量的量表示]。
考点二 电学实验
8.有一个小灯泡上标有“4 V 2 W”的字样,现在要用伏安法描绘这个灯泡的I-U图线。有下列器材供选用:
A.电压表(0~5 V,内阻10 kΩ)
B.电压表(0~10 V,内阻20 kΩ)
C.电流表(0~0.3 A,内阻1 Ω)
D.电流表(0~0.6 A,内阻0.4 Ω)
E.滑动变阻器(5 Ω,1 A)
F.滑动变阻器(500 Ω,0.2 A)
(1)实验中电压表应选用 ,电流表应选用 。(用序号字母表示)
(2)为使实验误差尽量减小,要求电压从零开始变化且多取几组数据,滑动变阻器应选用 。(用序号字母表示)
(3)请在虚线框内画出满足实验要求的电路示意图,并把实物图中所示的实验器材用实线连接成相应的实物电路图。
(3)小灯泡内阻R=U2P=8 Ω,电压表内阻远大于小灯泡内阻,应采用电流表外接法,故电路图和实物连接图分别如图甲、乙所示。
甲
乙
9.为了测量一节干电池的电动势和内阻,某同学采用了伏安法,现备有下列器材:
A.被测干电池一节
B.电流表1:量程0~0.6 A,内阻r=0.3 Ω
C.电流表2:量程0~0.6 A,内阻约为0.1 Ω
D.电压表1:量程0~3 V,内阻未知
E.电压表2:量程0~15 V,内阻未知
F.滑动变阻器1:0~10 Ω,2 A
G.滑动变阻器2:0~100 Ω,1 A
H.开关、导线若干
在用伏安法测电池电动势和内阻的实验中,由于电流表和电压表内阻的影响,测量结果存在系统误差;在现有器材的条件下,要尽可能准确地测量电池的电动势和内阻。
(1)在上述器材中请选择适当的器材: (填写选项前的字母);
(2)实验电路图应选择图中的 (填“甲”或“乙”);
甲 乙 丙
(3)根据实验中电流表和电压表的示数得到了如图丙所示的U-I图像,则干电池的电动势E= V,内电阻r= Ω。
10.在物理课外活动中,刘聪同学制作了一个简单的多用电表,如图甲为电表的电路图。已知选用的电流表内阻Rg=10 Ω、满偏电流Ig=10 mA,当选择开关接3时为量程为0~250 V的电压表。该多用电表表盘如图乙所示,下排刻度均匀,C为上排刻度线的中间刻度,由于粗心,上排刻度线对应数据没有标出。
甲
乙
(1)若指针在图乙所示位置,选择开关接1时其读数为 mA;选择开关接3时其读数为 V。
(2)为了测该多用电表欧姆挡的电阻和表内电源的电动势,刘聪同学在实验室找到了一个电阻箱,设计了如下实验:
①将选择开关接2,红、黑表笔短接,调节R1的阻值使电表指针满偏;
②将电表红、黑表笔与电阻箱相连,调节电阻箱使电表指针指C处,此时电阻箱的示数如图,则C处刻度应为 Ω;
③计算得到多用电表内电源的电动势为 V。(保留两位有效数字)
(3)调零后将多用电表红、黑表笔与某一待测电阻相连,若指针指在图乙所示位置,则待测电阻的阻值
为 Ω。(结果保留两位有效数字)
【综合训练】
拓展一 基本力学实验
1.(2018长郡中学月考五,13,5分)长郡中学的小林同学探究弹力与弹簧伸长量的关系。
(1)将弹簧悬挂在铁架台上,将刻度尺固定在弹簧一侧。弹簧轴线和刻度尺都应在 (选填“水平”或“竖直”)方向。
(2)在正确操作的情况下,某同学选了甲、乙两根规格不同的弹簧进行测试,根据测得的数据绘出如图所示的图像。则甲、乙两根弹簧的劲度系数分别为 N/m和 N/m;两个图像的上端都呈曲线的原因是 ,若要制作一个精确程度较高的弹簧测力计,应选弹簧 。
2.(2020届衡阳八中模拟检测,22,6分)某兴趣小组用如图甲所示的实验装置来测物块与斜面间的动摩擦因数。PQ为一块倾斜放置的木板,在斜面底端Q处固定有一个光电门,光电门与数字计时器相连(图中未画)。每次实验时将一物块(其上固定有宽度为d的遮光条)从不同高度h处由静止释放,但始终保持斜面底边长L=0.500 m不变。(设物块与斜面间的动摩擦因数处处相同)
甲
乙
丙
(1)用20分度游标卡尺测得物块上的遮光条宽度d如乙图所示,则d= cm;
(2)该小组根据实验数据,计算得到物块经过光电门的速度v,并作出了如图丙所示的v2-h图像,其图像与横轴的交点为0.25 m,由此可知物块与斜面间的动摩擦因数μ= ;
(3)若更换动摩擦因数更小的斜面,重复上述实验得到v2-h图像,其图像的斜率将 (填“增大”“减小”或“不变”)。
3.(2020届长郡中学周考二,14,8分)如图甲所示,某同学用力传感器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。
甲
乙
丙
(1)实验中使用的电火花计时器,应接 电源。
A.交流4~6 V B.交流220 V
(2)该同学将实验器材按如图甲所示连接后,沙桶的质量 (填“需要”、“不需要”)远小于小车及力传感器的总质量,实验时如将细线拉力当作小车及传感器的合外力,则 (填“需要”,“不需要”)先平衡摩擦力。
(3)先接通电源,小车由静止释放,获得的一条纸带如图乙,每打5个点取一个计数点,x1=3.62 cm,x4=
5.12 cm,由图中数据可求得:2、3两点的距离(即x3)约为 cm。(结果保留三位有效数字)
(4)在实验中,甲、乙两位同学根据实验数据画出如图丙所示的小车的加速度a和小车所受拉力F的图像分别为图中的直线Ⅰ和直线Ⅱ,下面给出了关于形成这种情况的四种解释,其中可能正确的是 (多选)。
A.实验前甲同学没有平衡摩擦力
B.甲同学在平衡摩擦力时把长木板的右端垫得过高了
C.实验前乙同学没有平衡摩擦力
D.乙同学在平衡摩擦力时,把长木板的右端垫得过高了
4.(2019湖南师大附中模拟三,22,8分)某课外活动小组利用竖直上抛运动验证机械能守恒定律。
甲
乙
(1)某同学用20分度游标卡尺测量小球的直径,读数如图甲所示,小球直径为 cm。图乙所示弹射装置将小球竖直向上抛出,先后通过光电门A、B。计时装置测出小球通过A、B的时间分别为2.55 ms和5.15 ms,由此可知小球通过光电门A、B时的速度分别为vA、vB,其中vA= m/s。
(2)用刻度尺测出光电门A、B间的距离h,已知当地的重力加速度为g,只需比较 (用题目中涉及的物理量符号表示)是否相等,就可以验证机械能是否守恒。
(3)通过多次实验发现,小球通过光电门 A的时间越短,(2)中要验证的两数值差越大,试分析实验中产生误差的主要原因是 。
(3)小球上升过程中受到空气阻力的作用,速度越大,所受阻力越大
5.(2019长郡中学调研三,13,5分)为了探究做功与速度变化的关系,长郡中学高三物理兴趣小组设计了用斜面、光电门、带遮光条的木块等器材的实验进行探究,实验装置如图甲所示。
将足够长的光滑木板倾斜放置,木块从木板上端某一位置沿木板由静止向下滑动,用光电门测量木块通过光电门时的速度,用刻度尺测量木块的初始位置到光电门的距离。
甲
乙
(1)关于本实验,下列操作或说法中正确的是( )
A.遮光条的宽度应尽量小些
B.遮光条的宽度应尽量大些
C.为了减小实验误差,木板的倾角应尽量小些
D.为了减小实验误差,木板的倾角应适当大一些
(2)用螺旋测微器测量遮光条的宽度,如图乙所示,螺旋测微器的示数为 mm。
(3)若木块通过光电门时的速度为v,木块的初始位置到光电门的距离为x,为了得到线性关系图像,则需要作出的图像是 。
A.v-x图像 B.v2-x图像
C.v-1x 图像 D.v2-1x 图像
6.(2019湖南师大附中考前演练六,22,5分)几个同学在课余闲聊时说起了滑旱冰的物理学知识,于是大家想要粗略验证动量守恒定律,设计好方案后按下列步骤进行(假定他们穿的旱冰鞋的材质相同)。
a.在宽阔水平的水泥场地上选取某个基准点为原点,分别向相反方向画射线,选取一定长度为标度画上刻度;
b.两个同学穿好旱冰鞋分别站立在一个原点上对推,旁边同学用智能手机跟拍视频;
c.改变对推人数,比如一方有两个同学相互抱住,另一方只有一个同学,旁边同学拍下运动场景;
d.选取同学的运动轨迹基本沿着射线的视频,分析视频得到一些相关数据。
请回答:
(1)要完成实验目的,选出下列你认为需要用到的数据( )
A.本地重力加速度g
B.对推双方的质量m1、m2
C.对推双方滑行的标度数目n1、n2
D.对推过程的时间
E.旱冰鞋与地面之间的动摩擦因数μ
(2)用选出的物理量写出验证动量守恒的表达式 。
(3)写出可能影响验证的某一个因素 。
拓展二 电学实验基本器材的原理及使用
7.(2019长郡中学月考四,14,9分)图(a)为某同学测量一节干电池的电动势和内阻的电路图。
(a)
(1)虚线框内是用毫安表改装成电流表的电路。已知毫安表表头的内阻为10 Ω,满偏电流为100 mA,电阻R1=2.5 Ω,由此可知,改装后电流表的量程为 A。
(2)实验步骤如下,请完成相应的填空。
①将滑动变阻器R的滑片移到 端(选填“A”或“B”),闭合开关S;
②多次调节滑动变阻器的滑片,记下电压表的示数U和毫安表的示数I;某次测量时毫安表的示数如图(b)所示,其读数为 mA;
(b)
(c)
③以U为纵坐标,I为横坐标,作U-I图线,如图(c)所示;
④根据图线求得电源的电动势E= V,内阻r= Ω。(结果均保留到小数点后两位)
8.(2018湖南三湘名校教育联盟联考三,23,10分)某同学练习使用多用电表,图甲为该电表的电路示意图。
甲
乙
(1)若用多用电表测未知大小的电流,图甲开关S应接 (填图甲中的数字);
(2)多用电表的表盘如图乙所示(部分刻度未画出),现用多用电表判断二极管的极性。进行欧姆调零时,应使多用电表的指针指向表盘 (填“左侧”或“右侧”)的“0”刻度处;实验时将二极管接在两表笔之间,多用电表示数如图乙中的指针a所示,然后将二极管两极对调,多用电表示数如图乙中的指针b所示,则此时与多用电表红表笔接触的是二极管的 (填“正极”或“负极”);
(3)使图甲中的S接3,把多用电表接在一电压表两端,若电压表的读数为1 V,多用电表的读数为1.0×104 Ω。已知此时多用电表内电路总电阻为1.5×104 Ω,则多用电表内电源的电动势为E= V(保留两位有效数字)。
拓展三 测量电阻和描绘小灯泡的伏安特性曲线
9.(2018湖南六校联考,23,9分)某学习小组进行精确测量电阻Rx的阻值的实验,有下列器材供选用:
A.待测电阻Rx(约300 Ω)
B.电压表V(3 V,内阻约3 kΩ)
C.电流表A1(10 mA,内阻约10 Ω)
D.电流表A2(20 mA,内阻约5 Ω)
E.滑动变阻器R1(0~20 Ω,额定电流2 A)
F.滑动变阻器R2(0~2 000 Ω,额定电流0.5 A)
G.直流电源E(3 V,内阻约1 Ω)
H.开关、导线若干
(1)甲同学根据以上器材设计成用伏安法测量电阻的电路,并能满足Rx两端电压能从0开始变化进行多次测量。则电流表应选择 (填“A1”或“A2”):滑动变阻器应选择 (填“R1”或“R2”);并请在虚线框中帮甲同学完成实验原理电路图。
(2)乙同学经过反复思考,利用所给器材设计出了如图所示的测量电路,具体操作如下:
①按图连接好实验电路,闭合开关S1前调节滑动变阻器R1、R2的滑片至适当位置;
②闭合开关S1,断开开关S2,调节滑动变阻器R1、R2的滑片,使电流表A1的示数恰好为电流表A2的示数的一半;
③闭合开关S2并保持滑动变阻器R2的滑片位置不变,读出电压表V和电流表A1的示数,分别记为U、I;
④待测电阻的阻值Rx= ;
比较甲、乙两同学测量电阻Rx的方法,你认为哪种方法更有利于减小系统误差?
答: 同学(填“甲”或“乙”)。
10.(2019衡阳二模,23,10分)某研究性学习小组的同学欲做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验。已知所用小灯泡的额定电压和额定功率分别为2.5 V、1.2 W,实验使用的直流电源的电动势为3.0 V、内阻忽略不计,实验可供选择的器材规格如下:
a.电流表A1(量程0~0.6 A,内阻约5 Ω)
b.电流表A2(量程0~3 A,内阻约0.1 Ω)
c.电压表V1(量程0~3 V,内阻约3 kΩ)
d.电压表V2(量程0~15 V,内阻约200 Ω)
e.滑动变阻器R1(阻值0~10 Ω,额定电流1 A)
f.滑动变阻器R2(阻值0~500 Ω,额定电流500 mA)
请回答下列问题:
(1)为了完成实验且尽可能减小实验误差,电流表应选择 ,电压表应选择 、滑动变阻器应选择 (填写实验器材前的序号)。
(2)根据所选的实验器材,请设计合理的电路原理图来完成该实验。
(3)该研究性学习小组的同学用设计好的电路测得了该小灯泡两端的电压U和通过该小灯泡的电流I,由欧姆定律计算得到的小灯泡的电阻值 (选填“大于”“等于”或“小于”)真实值。
(4)该研究性学习小组的同学通过设计好的电路得到了多组实验数据,并根据得到的多组数据在坐标系中描点画图,如图所示,该图线向下弯曲,其原因是 。
(5)如果取两个这样的小灯泡并联以后再与一阻值为2.0 Ω的定值电阻串联,并接在电动势为3.0 V、内阻忽略不计的直流电源两端,则每个小灯泡消耗的实际功率应为 W(结果保留两位小数)。
11.(2019湖南重点高中11月联考,12,9分)某同学要测一个由均匀新材料制成的圆柱体的电阻率ρ,步骤如下:
甲
乙
丙
(1)用游标卡尺测量其长度如图甲所示,可知其长度为 mm。
(2)用螺旋测微器测量其直径如图乙所示,可知其直径为 mm。
(3)选用多用电表的电阻“×1”挡,按正确的操作步骤测此圆柱体的电阻,表盘的示数如图丙所示,则该圆柱体的阻值约为 Ω。
(4)为更精确地测量其电阻,可供选择的器材如下,
电流表A1(量程0~300 mA,内阻约为2 Ω)
电流表A2(量程0~150 mA,内阻约为10 Ω)
电压表V1(量程0~1 V,内阻r0=1 000 Ω)
电压表V2(量程0~15 V,内阻约为15 kΩ)
定值电阻R0=3 000 Ω
滑动变阻器R1(最大阻值为5 Ω)
滑动变阻器R2(最大阻值为1 000 Ω)
电源E(电动势约为4 V,内阻r约为1 Ω)
开关,导线若干
为了使测量尽量准确,测量时电表读数不得小于其量程的13,电压表应选 ,电流表应选 ,滑动变阻器应选 (填器材代号),并在方框内画出实验电路图。
拓展四 测电源的电动势和内阻
12.(2019湖南长郡中学等四校暑假联考,23,10分)长郡中学小晟同学通过实验测定一特殊电源的电动势(约3 V)和内电阻(约900 Ω),实验室提供如下实验器材:
电压表V(量程为3 V,内阻约1 500 Ω)
电流表A(量程为3 mA,内阻约20 Ω)
滑动变阻器(最大阻值为2 000 Ω)
开关和导线若干
(1)小晟同学设计了如图1所示的甲、乙两种实验原理图,为减小实验误差,实验原理图应选 (填“甲”或“乙”);
甲
乙
图1
(2)根据所选实验原理图,用笔画线代替导线将图2所示实物图连接成完整电路;
图2
图3
(3)小晟同学通过上述实验记录了6组数据,并画出U-I图线如图3所示,由图像可知电源电动势的测量值为 V,电源内电阻的测量值为 Ω(结果保留整数);
(4)仅考虑到电表内阻的影响,不考虑偶然误差的影响。电源电动势的测量值 真实值,电源内阻的测量值 真实值(填“大于”“等于”或“小于”)。
甲
乙
丙
(1)该同学按图甲所示电路连接进行实验操作。请在虚线框内补全与图甲对应的电路图。
(2)测电流表A的内阻:
闭合开关K,将开关S与C接通,通过调节电阻箱R1和滑动变阻器R2,读取电流表A的示数为0.20 A、电流表A1的示数为0.60 A,电阻箱R1的示数为0.10 Ω,则电流表A的内阻RA= Ω。
(3)测电池的电动势和内阻:
断开开关K,调节电阻箱R1,将开关S接 (填“C”或“D”),记录电阻箱R1的阻值和电流表A的示数:断开开关K,开关S所接位置不变,多次调节电阻箱R1重新实验,并记录多组电阻箱的的阻值R和电流表A的示数I。
(4)数据处理:
图乙是由实验数据给出的1I-R图像,由此求出干电池的电动势E= V、内阻r= Ω。(计算结果保留二位有效数字)
(5)如果电流表A的电阻未知,本实验 (填“能”或“不能”)测出该电池的电动势。
【专题训练】
小专题一 测速度与加速度的方法
(2019湖南百所重点名校联考,22,6分)阿特武德机是早期测量重力加速度的装置,由英国数学家、物理学家阿特武德于1784年制成。某同学根据其原理设计出测量当地重力加速度的装置如图所示,一根不可伸长的轻绳绕过光滑的轻质定滑轮,两端分别连接正方体物块A和物块B(A、B的质量分别为m1和m2,且m1
(2)为了计算A、B的加速度大小,还需要测量的物理量有 。
A.两个光电门的间距 B.物块B的边长
C.物块A的初始高度 D.轻绳的长度
(3)某次实验中测得物块A和物块B的质量分别为m1、m2:,测算出A、B的加速度大小为a,可以得到g= (用m1、m2、a表示)
小专题二 测量电阻的特殊方法
(2019雅礼中学月考二,14,8分)某实验小组的同学利用图甲所示的电路探究并联电路中各点电势的关系,已知R1=10 Ω,R2=20 Ω,R3=30 Ω,R4=40 Ω,电源的电动势为E=10 V,内阻不计,且电源负极端接地。
(1)由此可得a、b两点间电势差为Uab= V。
甲
乙
丙
(2)该实验小组同学又设计了图乙的电路来测量电阻Rx的阻值,其中R为电阻箱,为灵敏电流计,请按图乙的实验原理图完成图丙中实物电路的连线。
(3)实验时,先调节电阻箱,使电阻箱的阻值为R1,闭合开关,反复调节滑动变阻器滑片的位置,使通过灵敏电流计的电流为零;断开开关,保持滑动变阻器的滑片所处位置不变,交换电阻箱与待测电阻的位置。闭合开关,然后反复调节电阻箱,使灵敏电流计的示数再次为零,记下此时电阻箱的阻值为R2;则待测电阻的阻值为Rx= 。(用题中已知量的字母表示)
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