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2021年高考一轮复习题组训练 物理（湖南省专用）专题十四 实验
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专题十四 实验
【高考题组】
A组 基础题组
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50 Hz,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)。
2.(2019课标Ⅱ,22,5分)如图(a),某同学设计了测量铁块与木板间动摩擦因数的实验。所用器材有:铁架台、长木板、铁块、米尺、电磁打点计时器、频率50 Hz的交流电源、纸带等。回答下列问题:
图(a)
(1)铁块与木板间动摩擦因数μ= (用木板与水平面的夹角θ、重力加速度g和铁块下滑的加速度a表示)。
(2)某次实验时,调整木板与水平面的夹角使θ=30°。接通电源,开启打点计时器,释放铁块,铁块从静止开始沿木板滑下。多次重复后选择点迹清晰的一条纸带,如图(b)所示。图中的点为计数点(每两个相邻的计数点间还有4个点未画出)。重力加速度为9.80 m/s2。可以计算出铁块与木板间的动摩擦因数为 (结果保留2位小数)。
图(b)
3.(2019课标Ⅲ,22,5分)甲乙两位同学设计了利用数码相机的连拍功能测重力加速度的实验。实验中,甲同学负责释放金属小球,乙同学负责在小球自由下落的时候拍照。已知相机每间隔0.1 s拍1幅照片。
(1)若要从拍得的照片中获取必要的信息,在此实验中还必须使用的器材是 。(填正确答案标号)
A.米尺 B.秒表 C.光电门 D.天平
(2)简述你选择的器材在本实验中的使用方法。
答: 。
(3)实验中两同学由连续3幅照片上小球的位置a、b和c得到ab=24.5 cm、ac=58.7 cm,则该地的重力加速度大小为g= m/s2。(保留2位有效数字)
4.(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下表中给出,其中f4的值可从图(b)中弹簧秤的示数读出。
图(a)
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(b)
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=9.80 m/s2,由绘出的f-m图线求得μ= 。(保留2位有效数字)
5.(2018课标Ⅲ,23,9分)一课外实验小组用如图所示的电路测量某待测电阻Rx的阻值,图中R0为标准定值电阻(R0=20.0 Ω);可视为理想电压表;S1为单刀开关,S2为单刀双掷开关;E为电源;R为滑动变阻器。采用如下步骤完成实验:
(1)按照实验原理线路图(a),将图(b)中实物连线;
图(a)
图(b)
(2)将滑动变阻器滑动端置于适当的位置,闭合S1;
(3)将开关S2掷于1端,改变滑动变阻器滑动端的位置,记下此时电压表的示数U1;然后将S2掷于2端,记下此时电压表的示数U2;
(4)待测电阻阻值的表达式Rx= (用R0、U1、U2表示);
(5)重复步骤(3),得到如下数据:
1
2
3
4
5
U1/V
0.25
0.30
0.36
0.40
0.44
U2/V
0.86
1.03
1.22
1.36
1.49
U2U1
3.44
3.43
3.39
3.40
3.39
(6)利用上述5次测量所得U2U1的平均值,求得Rx= Ω。(保留1位小数)
6.[2018天津理综,9(3)]某同学用伏安法测定待测电阻Rx的阻值(约为10 kΩ),除了Rx、开关S、导线外,还有下列器材供选用:
A.电压表(量程0~1 V,内阻约10 kΩ)
B.电压表(量程0~10 V,内阻约100 kΩ)
C.电流表(量程0~1 mA,内阻约30 Ω)
D.电流表(量程0~0.6 A,内阻约0.05 Ω)
E.电源(电动势1.5 V,额定电流0.5 A,内阻不计)
F.电源(电动势12 V,额定电流2 A,内阻不计)
G.滑动变阻器R0(阻值范围0~10 Ω,额定电流2 A)
①为使测量尽量准确,电压表选用 ,电流表选用 ,电源选用 。(均填器材的字母代号)
②画出测量Rx阻值的实验电路图。
③该同学选择器材、连接电路和操作均正确,从实验原理上看,待测电阻测量值会 其真实值(填“大于”、“小于”或“等于”),原因是 。
7.[2015福建理综,19(2),12分]某学习小组探究一小电珠在不同电压下的电功率大小,实验器材如图甲所示,现已完成部分导线的连接。
丙
①实验要求滑动变阻器的滑片从左到右移动过程中,电流表的示数从零开始逐渐增大,请按此要求用笔画线代替导线在图甲实物接线图中完成余下导线的连接;
②某次测量,电流表指针偏转如图乙所示,则电流表的示数为 A;
③该小组描绘出的伏安特性曲线如图丙所示,根据图线判断,将 只相同的小电珠并联后,直接与电动势为3 V、内阻为1 Ω的电源组成闭合回路,可使小电珠的总功率最大,其总功率的值约为 W(保留两位小数)。
B组 综合题组
1.[2015广东理综,34(1),8分]某同学使用打点计时器测量当地的重力加速度。
①请完成以下主要实验步骤:按图(a)安装实验器材并连接电源;竖直提起系有重物的纸带,使重物 (填“靠近”或“远离”)计时器下端; , ,使重物自由下落;关闭电源,取出纸带;换新纸带重复实验。
②图(b)和(c)是实验获得的两条纸带,应选取 [填“(b)”或“(c)”]来计算重力加速度。在实验操作和数据处理都正确的情况下,得到的结果仍小于当地重力加速度,主要原因是空气阻力和 。
2.(2015课标Ⅰ,22,6分)某物理小组的同学设计了一个粗测玩具小车通过凹形桥最低点时的速度的实验。所用器材有:玩具小车、压力式托盘秤、凹形桥模拟器(圆弧部分的半径为R=0.20 m)。
完成下列填空:
(1)将凹形桥模拟器静置于托盘秤上,如图(a)所示,托盘秤的示数为1.00 kg;
(2)将玩具小车静置于凹形桥模拟器最低点时,托盘秤的示数如图(b)所示,该示数为 kg;
(3)将小车从凹形桥模拟器某一位置释放,小车经过最低点后滑向另一侧。此过程中托盘秤的最大示数为m;多次从同一位置释放小车,记录各次的m值如下表所示:
序号
1
2
3
4
5
m(kg)
1.80
1.75
1.85
1.75
1.90
(4)根据以上数据,可求出小车经过凹形桥最低点时对桥的压力为 N;小车通过最低点时的速度大小为 m/s。(重力加速度大小取9.80 m/s2,计算结果保留2位有效数字)
3.(2016课标Ⅱ,23,9分)某同学利用图(a)所示电路测量量程为2.5 V的电压表的内阻(内阻为数千欧姆),可供选择的器材有:电阻箱R(最大阻值99 999.9 Ω),滑动变阻器R1(最大阻值50 Ω),滑动变阻器R2(最大阻值5 kΩ),直流电源E(电动势3 V),开关1个,导线若干。
实验步骤如下:
①按电路原理图(a)连接线路;
②将电阻箱阻值调节为0,将滑动变阻器的滑片移到与图(a)中最左端所对应的位置,闭合开关S;
③调节滑动变阻器,使电压表满偏;
④保持滑动变阻器滑片的位置不变,调节电阻箱阻值,使电压表的示数为2.00 V,记下电阻箱的阻值。
图(a)
回答下列问题:
(1)实验中应选择滑动变阻器 (填“R1”或“R2”)。
(2)根据图(a)所示电路将图(b)中实物图连线。
图(b)
(3)实验步骤④中记录的电阻箱阻值为630.0 Ω,若认为调节电阻箱时滑动变阻器上的分压不变,计算可得电压表的内阻为 Ω(结果保留到个位)。
(4)如果此电压表是由一个表头和电阻串联构成的,可推断该表头的满刻度电流为 (填正确答案标号)。
A.100 μA B.250 μA
C.500 μA D.1 mA
4.(2018课标Ⅰ,23,10分)某实验小组利用如图(a)所示的电路探究在25 ℃~80 ℃范围内某热敏电阻的温度特性。所用器材有:置于温控室(图中虚线区域)中的热敏电阻RT,其标称值(25 ℃时的阻值)为900.0 Ω;电源E(6 V,内阻可忽略);电压表(量程150 mV);定值电阻R0(阻值20.0 Ω),滑动变阻器R1(最大阻值为1 000 Ω);电阻箱R2(阻值范围0~999.9 Ω);单刀开关S1,单刀双掷开关S2。
图(a)
实验时,先按图(a)连接好电路,再将温控室的温度t升至80.0 ℃。将S2与1端接通,闭合S1,调节R1的滑片位置,使电压表读数为某一值U0;保持R1的滑片位置不变,将R2置于最大值,将S2与2端接通,调节R2,使电压表读数仍为U0;断开S1,记下此时R2的读数。逐步降低温控室的温度t,得到相应温度下R2的阻值,直至温度降到25.0 ℃。实验得到的R2-t数据见下表。
t/℃
25.0
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
80.0
R2/Ω
900.0
680.0
500.0
390.0
320.0
270.0
240.0
回答下列问题:
(1)在闭合S1前,图(a)中R1的滑片应移动到 (填“a”或“b”)端;
(2)在图(b)的坐标纸上补齐数据表中所给数据点,并做出R2-t曲线;
图(b)
图(c)
(3)由图(b)可得到RT在25~80 ℃范围内的温度特性。当t=44.0 ℃时,可得RT= Ω;
(4)将RT握于手心,手心温度下R2的相应读数如图(c)所示,该读数为 Ω,则手心温度为 ℃。
5.(2019课标Ⅰ,23,10分)某同学要将一量程为250 μA的微安表改装为量程为20 mA的电流表。该同学测得微安表内阻为1 200 Ω,经计算后将一阻值为R的电阻与该微安表连接,进行改装。然后利用一标准毫安表,根据图(a)所示电路对改装后的电表进行检测(虚线框内是改装后的电表)。
图(a)
图(b)
(1)根据图(a)和题给条件,将图(b)中的实物连线。
(2)当标准毫安表的示数为16.0 mA时,微安表的指针位置如图(c)所示。由此可以推测出所改装的电表量程不是预期值,而是 。(填正确答案标号)
图(c)
A.18 mA B.21 mA C.25 mA D.28 mA
(3)产生上述问题的原因可能是 。(填正确答案标号)
A.微安表内阻测量错误,实际内阻大于1 200 Ω
B.微安表内阻测量错误,实际内阻小于1 200 Ω
C.R值计算错误,接入的电阻偏小
D.R值计算错误,接入的电阻偏大
(4)要达到预期目的,无论测得的内阻值是否正确,都不必重新测量,只需要将阻值为R的电阻换为一个阻值为kR的电阻即可,其中k= 。
6.(2019课标Ⅱ,23,10分)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100 Ω);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50.0 μA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50.0 μA,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= ×10-3 V/℃(保留2位有效数字)。
图(b)
7.(2019课标Ⅲ,23,10分)某同学欲将内阻为98.5 Ω、量程为100 μA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15 kΩ刻度正好对应电流表表盘的50 μA刻度,可选用的器材还有:定值电阻R0(阻值14 kΩ),滑动变阻器R1(最大阻值1 500 Ω),滑动变阻器R2(最大阻值500 Ω),电阻箱(0~99999.9 Ω),干电池(E=1.5 V,r=1.5 Ω),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)
8.[2015广东理综,34(2),10分]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3 kΩ)、电流表(内阻约为1 Ω)、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=21 Ω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3.00 V;断开S2,读数为1.00 V。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)。
9.(2018江苏单科,10,8分)一同学测量某干电池的电动势和内阻。
(1)如图所示是该同学正准备接入最后一根导线(图中虚线所示)时的实验电路。请指出图中在器材操作上存在的两个不妥之处。
(2)实验测得的电阻箱阻值R和电流表示数I,以及计算的1I数据见下表:
R/Ω
8.0
7.0
6.0
5.0
4.0
I/A
0.15
0.17
0.19
0.22
0.26
1I/A-1
6.7
6.0
5.3
4.5
3.8
根据表中数据,在方格纸上作出R-1I关系图像。
由图像可计算出该干电池的电动势为 V;内阻为 Ω。
(3)为了得到更准确的测量结果,在测出上述数据后,该同学将一只量程为100 mV的电压表并联在电流表的两端。调节电阻箱,当电流表的示数为0.33 A时,电压表的指针位置如图所示,则该干电池的电动势应为 V;内阻应为 Ω。
C组 提高题组
1.(2016江苏单科,11,10分)某同学用如图1所示的装置验证机械能守恒定律。一根细线系住钢球,悬挂在铁架台上,钢球静止于A点。光电门固定在A的正下方,在钢球底部竖直地粘住一片宽度为d的遮光条。将钢球拉至不同位置由静止释放,遮光条经过光电门的挡光时间t可由计时器测出,取v=dt作为钢球经过A点时的速度。记录钢球每次下落的高度h和计时器示数t,计算并比较钢球在释放点和A点之间的势能变化大小ΔEp与动能变化大小ΔEk,就能验证机械能是否守恒。
图1
(1)用ΔEp=mgh计算钢球重力势能变化的大小,式中钢球下落高度h应测量释放时的钢球球心到 之间的竖直距离。
A.钢球在A点时的顶端
B.钢球在A点时的球心
C.钢球在A点时的底端
(2)用ΔEk=12mv2计算钢球动能变化的大小。用刻度尺测量遮光条宽度,示数如图2所示,其读数为 cm。某次测量中,计时器的示数为0.010 0 s,则钢球的速度为v= m/s。
图2
(3)下表为该同学的实验结果:
ΔEp(×10-2 J)
4.892
9.786
14.69
19.59
29.38
ΔEk(×10-2 J)
5.04
10.1
15.1
20.0
29.8
他发现表中的ΔEp与ΔEk之间存在差异,认为这是由于空气阻力造成的。你是否同意他的观点?请说明理由。
(4)请你提出一条减小上述差异的改进建议。
2.(2018江苏单科,11,10分)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= 。
3.[2017天津理综,9(3)]某探究性学习小组利用如图所示的电路测量电池的电动势和内阻。其中电流表A1的内阻r1=1.0 kΩ,电阻R1=9.0 kΩ,为了方便读数和作图,给电池串联一个R0=3.0 Ω的电阻。
①按图示电路进行连接后,发现aa'、bb'和cc'三条导线中,混进了一条内部断开的导线。为了确定哪一条导线内部是断开的,将电键S闭合,用多用电表的电压挡先测量a、b'间电压,读数不为零,再测量a、a'间电压,若读数不为零,则一定是 导线断开;若读数为零,则一定是 导线断开。
②排除故障后,该小组顺利完成实验。通过多次改变滑动变阻器触头位置,得到电流表A1和A2的多组I1、I2数据,作出图像如图。由I1-I2图像得到电池的电动势E= V,内阻r= Ω。
4.(2015课标Ⅰ,23,9分)图(a)为某同学改装和校准毫安表的电路图,其中虚线框内是毫安表的改装电路。
图(a)
图(b)
(1) 已知毫安表表头的内阻为100 Ω,满偏电流为1 mA;R1和R2为阻值固定的电阻。若使用a和b两个接线柱,电表量程为3 mA;若使用a 和c两个接线柱,电表量程为10 mA。由题给条件和数据,可以求出R1=
Ω,R2= Ω。
(2)现用一量程为3 mA、内阻为150 Ω的标准电流表对改装电表的3 mA挡进行校准,校准时需选取的刻度为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 mA。电池的电动势为1.5 V,内阻忽略不计;定值电阻R0有两种规格,阻值分别为300 Ω和1 000 Ω;滑动变阻器R有两种规格,最大阻值分别为750 Ω和3 000 Ω。则R0应选用阻值为 Ω的电阻,R应选用最大阻值为 Ω的滑动变阻器。
(3)若电阻R1和R2中有一个因损坏而阻值变为无穷大,利用图(b)的电路可以判断出损坏的电阻。图(b)中的R'为保护电阻,虚线框内未画出的电路即图(a)虚线框内的电路。则图中的d点应和接线柱 (填“b”或“c”)相连。判断依据是: 。
5.(2019北京理综,21,18分)用如图1所示装置研究平抛运动。将白纸和复写纸对齐重叠并固定在竖直的硬板上,钢球沿斜槽轨道PQ滑下后从Q点飞出,落在水平挡板MN上,由于挡板靠近硬板一侧较低,钢球落在挡板上时,钢球侧面会在白纸上挤压出一个痕迹点。移动挡板,重新释放钢球。如此重复,白纸上将留下一系列痕迹点。
图1
(1)下列实验条件必须满足的有 。
A.斜槽轨道光滑
B.斜槽轨道末段水平
C.挡板高度等间距变化
D.每次从斜槽上相同的位置无初速度释放钢球
(2)为定量研究,建立以水平方向为x轴、竖直方向为y轴的坐标系。
图2
a.取平抛运动的起始点为坐标原点,将钢球静置于Q点,钢球的 (选填“最上端”、“最下端”或者“球心”)对应白纸上的位置即为原点;在确定y轴时 (选填“需要”或者“不需要”)y轴与重垂线平行。
b.若遗漏记录平抛轨迹的起始点,也可按下述方法处理数据:如图2所示,在轨迹上取A、B、C三点,AB和BC的水平间距相等且均为x,测得AB和BC的竖直间距分别是y1和y2,则y1y2 13(选填“大于”、“等于”或者“小于”)。可求得钢球平抛的初速度大小为 (已知当地重力加速度为g,结果用上述字母表示)。
(3)为了得到平抛物体的运动轨迹,同学们还提出了以下三种方案。其中可行的是 。
A.从细管水平喷出稳定的细水柱,拍摄照片,即可得到平抛运动轨迹
B.用频闪照相在同一底片上记录平抛小球在不同时刻的位置,平滑连接各位置,即可得到平抛运动轨迹
C.将铅笔垂直于竖直的白纸板放置,笔尖紧靠白纸板,铅笔以一定初速度水平抛出,将会在白纸上留下笔尖的平抛运动轨迹
(4)伽利略曾研究过平抛运动,他推断:从同一炮台水平发射的炮弹,如果不受空气阻力,不论它们能射多远,在空中飞行的时间都一样。这实际上揭示了平抛物体 。
A.在水平方向上做匀速直线运动
B.在竖直方向上做自由落体运动
C.在下落过程中机械能守恒
(5)牛顿设想,把物体从高山上水平抛出,速度一次比一次大,落地点就一次比一次远。如果速度足够大,物体就不再落回地面,它将绕地球运动,成为人造地球卫星。
同样是受地球引力,随着抛出速度增大,物体会从做平抛运动逐渐变为做圆周运动,请分析原因。
6.(2016课标Ⅰ,23,10分)现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统,要求当热敏电阻的温度达到或超过60 ℃时,系统报警。提供的器材有:热敏电阻,报警器(内阻很小,流过的电流超过Ic时就会报警),电阻箱(最大阻值为999.9 Ω),直流电源(输出电压为U,内阻不计),滑动变阻器R1(最大阻值为1 000 Ω),滑动变阻器R2(最大阻值为2 000 Ω),单刀双掷开关一个,导线若干。
在室温下对系统进行调节。已知U约为18 V,Ic约为10 mA;流过报警器的电流超过20 mA时,报警器可能损坏;该热敏电阻的阻值随温度升高而减小,在60 ℃时阻值为650.0 Ω。
(1)完成待调节的报警系统原理电路图的连线。
(2)电路中应选用滑动变阻器 (填“R1”或“R2”)。
(3)按照下列步骤调节此报警系统:
①电路接通前,需将电阻箱调到一固定的阻值,根据实验要求,这一阻值为 Ω;滑动变阻器的滑片应置于 (填“a”或“b”)端附近,不能置于另一端的原因是 。
②将开关向 (填“c”或“d”)端闭合,缓慢移动滑动变阻器的滑片,直至 。
(4)保持滑动变阻器滑片的位置不变,将开关向另一端闭合,报警系统即可正常使用。
【限时模拟训练】
时间:40分钟 分值:40分
非选择题(共40分)
1.(2020届湖南岳阳一中月考三,14)(4分)某同学利用如图甲装置探究弹簧的弹性势能Ep。与弹簧伸长量Δx之间的关系。实验步骤如下:
甲
乙
(1)用游标卡尺测量遮光条宽度d,如图乙所示,测量值d= mm。
(2)按图甲竖直悬挂好轻质弹簧,将轻质遮光条水平固定在弹簧下端;在立柱上固定一指针,标示出弹簧不挂重锤时遮光条下边缘的位置,并测出此时弹簧长度x0。
(3)测量出重锤质量m,用轻质细线在弹簧下方挂上重锤,测量出平衡时弹簧的长度x1,并按甲图所示将光电门组的中心线调至与遮光条下边缘同一高度,已知当地重力加速度为g,则此弹簧的劲度系数k= 。
(4)用手缓慢地将重锤向上托起,直至遮光条恰好回到弹簧原长标记指针的等高处(保持细线竖直),迅速释放重锤使其无初速度下落,光电门组记下遮光条经过的时间Δt,则此时重锤下落的速度为 ,弹簧此时的弹性势能为 (均用题目所给字母符号表示)。
(5)换上不同质量的重锤,重复步骤3、4,计算出相关结果,并验证弹性势能Ep与弹簧伸长量Δx 之间的关系。
2.(2020届衡阳八中月考二,14)(10分)为了探究物体质量一定时加速度与力的关系,甲、乙同学设计了如图所示的实验装置,其中M为带滑轮的小车的质量,m为沙和沙桶的总质量,m0为滑轮的质量,力传感器可测出轻绳中的拉力大小。
(1)实验时,一定要进行的操作是( )
A.用天平测出沙和沙桶的总质量
B.将带滑轮的长木板右端垫高,以平衡摩擦力
C.为减小误差,实验中一定要保证沙和沙桶的总质量m远小于带滑轮小车的总质量M
D.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)甲同学在实验中得到如图所示的一条纸带(两计数点间还有四个点没有画出),已知打点计时器采用的是频率为50 Hz的交流电,根据纸带可求出打“3”计数点时小车的速度大小为v= m/s,小车的加速度大小为 m/s2(结果保留三位有效数字)。
(3)甲同学以力传感器的示数F为横坐标,加速度a为纵坐标,画出的a-F图像是一条直线,如图甲所示。图线与横坐标的夹角为θ,求得图线的斜率为k,则小车的质量为( )
A.2k-m0 B.1tanθ-m0
C.1tanθ D.2k
(4)乙同学根据测量数据作出如图乙所示的a-F图线,该同学做实验时存在的问题是 。
3.(2020届长郡中学月考二,13)(4分)我们可以用图a所示装置探究合外力做功与动能改变的关系,将光电门固定在水平轨道的B点,平衡摩擦力后,用小桶通过细线拉小车,小车上安装遮光条并放有若干钩码。现将小车上的钩码逐次移至小桶中,并使小车每次都从同一位置A点由静止释放。
图a
图b
(1)用游标卡尺测出遮光条的宽度,记录光电门的示数,从而算出小车通过B点的速度。其中游标卡尺测量情况如图b所示,则d= cm。
(2)测小桶质量,以小桶和桶内钩码质量之和m为横坐标,小车经过B点时相应的速度平方为纵坐标,作出的v2-m图像应该为下图中的 。
4.(2018雅礼中学、河南实验中学联考,23)(5分)某同学要测量如图甲所示金属圆环材料的电阻率,已知圆环的半径为r。
(1)他先用螺旋测微器测量圆环材料圆形横截面的直径d如图乙所示,则d= mm。
(2)他再用如图丙所示的电路测量该圆环的电阻,图中圆环接入电路的两点恰好位于一条直径上,电压表的量程为5 V。开关S闭合,电压表右端接到a点时电压表示数为4.5 V,电流表示数为1.8 mA,接到b点时电压表示数为4.6 V,电流表示数为1.6 mA。为了减小电阻的测量误差,他应该把电压表的右端接在 进行实验(填“a”或“b”);则圆环接入电路的两点间的电阻值为 Ω,此值 (填“偏大”偏小”或“准确”)。
(3)实验中发现电流表损坏,他又找到另外一个量程为0~2 V,内阻为R1的电压表V1替代电流表完成了实验,实验中电压表V和V1的示数分别为U和U1,改变滑片位置测得多组U、U1数据,他作出的U-U1图像为一条直线,如图丁所示,测得该直线的斜率为k。则金属圆环材料的电阻率的表达式为 。(用r、d、k、R1表示)
5.(2019湖南湖北八市十二校联考一,14)(5分)有一个小灯泡L上标有“4.0 V 0.7 A”的字样,现要求测定小灯泡在不同电压下的功率P,并作出功率P与其两端电压的平方U2的关系图,可供选择的器材如下:
A.小灯泡L,规格“4.0 V 0.7 A”
B.电流表A1(0~3 A,内阻约0.1 Ω)
C.电流表A2(0~0.6 A,内阻r2=0.2 Ω)
D.电压表V1(0~3 V,内阻9 kΩ)
E.电压表V2(0~15 V,内阻约为30 kΩ)
F.标准电阻R1=1 Ω
G.标准电阻R2=3 kΩ
H.滑动变阻器R(0~10 Ω)
I.学生电源(E=6 V,内阻不计)
J.开关S及导线若干
(1)甲同学设计了如图甲所示电路,当电压表读数为2.40 V时,电流表示数如图乙所示为 A,此时L的电阻为 Ω
(2)学习小组同学经讨论认为要想更准确地描绘出L完整的P-U2曲线,需要重新设计电路,请你在甲同学的基础上利用所提供器材,在图丙所示的虚线框内补画出实验电路图,并在图上标明所选器材代号;若电压表读数为2.70 V,电流表读数为0.50 A,则灯泡L消耗的功率P= W。
甲
乙
丙
6.(2019长郡中学等四校5月联考,23)(6分)实验室中有热敏电阻Rt、电炉丝、电磁继电器、电源E(3.6 V,内阻不计)、电阻箱R0(0~999.9 Ω)、开关S和导线若干,某同学设计了如图甲所示的温控电路,当通过电磁继电器线圈的电流达到20 mA时,衔铁被吸合,电炉丝停止加热;当通过继电器线圈的电流降到18 mA时,衔铁与继电器分开,电炉丝通电加热,图乙为热敏电阻Rt的阻值与温度t的关系。
图甲
图乙
该同学主要实验过程如下,完成下列填空。
(1)用多用电表的欧姆“×1 Ω”挡测继电器线圈的电阻时,主要步骤如下:
A.将选择开关旋至“×1 Ω”挡,短接两表笔,调节欧姆调零旋钮,使指针指在欧姆挡“0”刻度
B.调节多用电表的指针定位螺丝,使指针指在直流电流“0”刻度
C.将多用电表的选择开关旋至“OFF”
D.将两表笔直接连到图甲中的1、4两点,读出欧姆表的示数即继电器线圈的电阻值
以上步骤中存在错误的一项是 。改正后正确的步骤顺序为 。(填步骤前的字母)
(2)已知继电器线圈的电阻为25.0 Ω。该同学将电阻箱的阻值调为75.0 Ω,则该温控器的温度控制范围在 之间;若要提高控制的温度,则需要将电阻箱的阻值 (选填“调大”或“调小”)。
(3)正确设计电路后闭合S,发现电炉丝发热,Rt温度一直升高但继电器并不吸合。将多用电表选择开关旋至直流电压“×10 V”挡,将表笔分别接到图甲中1、2、3、4各点进行故障排查(仅一处故障),现象如表,则可知 。
表笔位置
1、2
3、2
3、4
4、1
电表示数
3.60 V
3.60 V
0
0
A.开关S断路
B.电阻箱断路
C.热敏电阻Rt短路
D.电磁继电器线圈短路
7.(2019湘赣十四联考一,14)(8分)用实验测一电池的内阻r和电流表内阻rA。已知电池的电动势约6 V,电池内阻和电流表内阻阻值都为数十欧,可选用的实验器材有:
待测电流表A(量程0~100 mA);
电压表V1(量程0~6 V,内阻约20 kΩ);
电压表V2(量程0~15 V,内阻约25 kΩ);
滑动变阻器R1(阻值0~5 Ω);
滑动变阻器R2(阻值0~300 Ω);
单刀单掷开关S1,单刀双掷开关S2,导线若干条。
某同学的实验过程如下:
Ⅰ.设计如图甲所示的电路图,正确连接电路。
Ⅱ.将R的阻值调到最大,开关S2接通a,闭合开关S1,逐次调小R的阻值,测出多组U和I的值,并记录,以U为纵轴,I为横轴,得到如图乙所示的图线。
图甲
图乙
Ⅲ.将开关S2接通b,重复Ⅱ的步骤,得到另一条U-I图线,图线与横轴I的交点坐标为(I0,0),与纵轴U的交点坐标为(0,U0)。
回答下列问题:(1)电压表应选用 ,滑动变阻器应选用 ;
(2)由图乙的图线得电池内阻r= Ω;(保留两位有效数字)
(3)用I0、U0和r表示待测电阻的关系式rA= ,代入数值可得rA;
(4)由第(2)问中测得的电池内阻与真实值的关系是r真 r测(填“大于”“小于”或“等于”),原因是 (填“电压表分流”或“电流表分压”)。
【高考题组】
A组 基础题组
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50 Hz,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)。
2.(2019课标Ⅱ,22,5分)如图(a),某同学设计了测量铁块与木板间动摩擦因数的实验。所用器材有:铁架台、长木板、铁块、米尺、电磁打点计时器、频率50 Hz的交流电源、纸带等。回答下列问题:
图(a)
(1)铁块与木板间动摩擦因数μ= (用木板与水平面的夹角θ、重力加速度g和铁块下滑的加速度a表示)。
(2)某次实验时,调整木板与水平面的夹角使θ=30°。接通电源,开启打点计时器,释放铁块,铁块从静止开始沿木板滑下。多次重复后选择点迹清晰的一条纸带,如图(b)所示。图中的点为计数点(每两个相邻的计数点间还有4个点未画出)。重力加速度为9.80 m/s2。可以计算出铁块与木板间的动摩擦因数为 (结果保留2位小数)。
图(b)
3.(2019课标Ⅲ,22,5分)甲乙两位同学设计了利用数码相机的连拍功能测重力加速度的实验。实验中,甲同学负责释放金属小球,乙同学负责在小球自由下落的时候拍照。已知相机每间隔0.1 s拍1幅照片。
(1)若要从拍得的照片中获取必要的信息,在此实验中还必须使用的器材是 。(填正确答案标号)
A.米尺 B.秒表 C.光电门 D.天平
(2)简述你选择的器材在本实验中的使用方法。
答: 。
(3)实验中两同学由连续3幅照片上小球的位置a、b和c得到ab=24.5 cm、ac=58.7 cm,则该地的重力加速度大小为g= m/s2。(保留2位有效数字)
4.(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下表中给出,其中f4的值可从图(b)中弹簧秤的示数读出。
图(a)
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(b)
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=9.80 m/s2,由绘出的f-m图线求得μ= 。(保留2位有效数字)
5.(2018课标Ⅲ,23,9分)一课外实验小组用如图所示的电路测量某待测电阻Rx的阻值,图中R0为标准定值电阻(R0=20.0 Ω);可视为理想电压表;S1为单刀开关,S2为单刀双掷开关;E为电源;R为滑动变阻器。采用如下步骤完成实验:
(1)按照实验原理线路图(a),将图(b)中实物连线;
图(a)
图(b)
(2)将滑动变阻器滑动端置于适当的位置,闭合S1;
(3)将开关S2掷于1端,改变滑动变阻器滑动端的位置,记下此时电压表的示数U1;然后将S2掷于2端,记下此时电压表的示数U2;
(4)待测电阻阻值的表达式Rx= (用R0、U1、U2表示);
(5)重复步骤(3),得到如下数据:
1
2
3
4
5
U1/V
0.25
0.30
0.36
0.40
0.44
U2/V
0.86
1.03
1.22
1.36
1.49
U2U1
3.44
3.43
3.39
3.40
3.39
(6)利用上述5次测量所得U2U1的平均值,求得Rx= Ω。(保留1位小数)
6.[2018天津理综,9(3)]某同学用伏安法测定待测电阻Rx的阻值(约为10 kΩ),除了Rx、开关S、导线外,还有下列器材供选用:
A.电压表(量程0~1 V,内阻约10 kΩ)
B.电压表(量程0~10 V,内阻约100 kΩ)
C.电流表(量程0~1 mA,内阻约30 Ω)
D.电流表(量程0~0.6 A,内阻约0.05 Ω)
E.电源(电动势1.5 V,额定电流0.5 A,内阻不计)
F.电源(电动势12 V,额定电流2 A,内阻不计)
G.滑动变阻器R0(阻值范围0~10 Ω,额定电流2 A)
①为使测量尽量准确,电压表选用 ,电流表选用 ,电源选用 。(均填器材的字母代号)
②画出测量Rx阻值的实验电路图。
③该同学选择器材、连接电路和操作均正确,从实验原理上看,待测电阻测量值会 其真实值(填“大于”、“小于”或“等于”),原因是 。
7.[2015福建理综,19(2),12分]某学习小组探究一小电珠在不同电压下的电功率大小,实验器材如图甲所示,现已完成部分导线的连接。
丙
①实验要求滑动变阻器的滑片从左到右移动过程中,电流表的示数从零开始逐渐增大,请按此要求用笔画线代替导线在图甲实物接线图中完成余下导线的连接;
②某次测量,电流表指针偏转如图乙所示,则电流表的示数为 A;
③该小组描绘出的伏安特性曲线如图丙所示,根据图线判断,将 只相同的小电珠并联后,直接与电动势为3 V、内阻为1 Ω的电源组成闭合回路,可使小电珠的总功率最大,其总功率的值约为 W(保留两位小数)。
B组 综合题组
1.[2015广东理综,34(1),8分]某同学使用打点计时器测量当地的重力加速度。
①请完成以下主要实验步骤:按图(a)安装实验器材并连接电源;竖直提起系有重物的纸带,使重物 (填“靠近”或“远离”)计时器下端; , ,使重物自由下落;关闭电源,取出纸带;换新纸带重复实验。
②图(b)和(c)是实验获得的两条纸带,应选取 [填“(b)”或“(c)”]来计算重力加速度。在实验操作和数据处理都正确的情况下,得到的结果仍小于当地重力加速度,主要原因是空气阻力和 。
2.(2015课标Ⅰ,22,6分)某物理小组的同学设计了一个粗测玩具小车通过凹形桥最低点时的速度的实验。所用器材有:玩具小车、压力式托盘秤、凹形桥模拟器(圆弧部分的半径为R=0.20 m)。
完成下列填空:
(1)将凹形桥模拟器静置于托盘秤上,如图(a)所示,托盘秤的示数为1.00 kg;
(2)将玩具小车静置于凹形桥模拟器最低点时,托盘秤的示数如图(b)所示,该示数为 kg;
(3)将小车从凹形桥模拟器某一位置释放,小车经过最低点后滑向另一侧。此过程中托盘秤的最大示数为m;多次从同一位置释放小车,记录各次的m值如下表所示:
序号
1
2
3
4
5
m(kg)
1.80
1.75
1.85
1.75
1.90
(4)根据以上数据,可求出小车经过凹形桥最低点时对桥的压力为 N;小车通过最低点时的速度大小为 m/s。(重力加速度大小取9.80 m/s2,计算结果保留2位有效数字)
3.(2016课标Ⅱ,23,9分)某同学利用图(a)所示电路测量量程为2.5 V的电压表的内阻(内阻为数千欧姆),可供选择的器材有:电阻箱R(最大阻值99 999.9 Ω),滑动变阻器R1(最大阻值50 Ω),滑动变阻器R2(最大阻值5 kΩ),直流电源E(电动势3 V),开关1个,导线若干。
实验步骤如下:
①按电路原理图(a)连接线路;
②将电阻箱阻值调节为0,将滑动变阻器的滑片移到与图(a)中最左端所对应的位置,闭合开关S;
③调节滑动变阻器,使电压表满偏;
④保持滑动变阻器滑片的位置不变,调节电阻箱阻值,使电压表的示数为2.00 V,记下电阻箱的阻值。
图(a)
回答下列问题:
(1)实验中应选择滑动变阻器 (填“R1”或“R2”)。
(2)根据图(a)所示电路将图(b)中实物图连线。
图(b)
(3)实验步骤④中记录的电阻箱阻值为630.0 Ω,若认为调节电阻箱时滑动变阻器上的分压不变,计算可得电压表的内阻为 Ω(结果保留到个位)。
(4)如果此电压表是由一个表头和电阻串联构成的,可推断该表头的满刻度电流为 (填正确答案标号)。
A.100 μA B.250 μA
C.500 μA D.1 mA
4.(2018课标Ⅰ,23,10分)某实验小组利用如图(a)所示的电路探究在25 ℃~80 ℃范围内某热敏电阻的温度特性。所用器材有:置于温控室(图中虚线区域)中的热敏电阻RT,其标称值(25 ℃时的阻值)为900.0 Ω;电源E(6 V,内阻可忽略);电压表(量程150 mV);定值电阻R0(阻值20.0 Ω),滑动变阻器R1(最大阻值为1 000 Ω);电阻箱R2(阻值范围0~999.9 Ω);单刀开关S1,单刀双掷开关S2。
图(a)
实验时,先按图(a)连接好电路,再将温控室的温度t升至80.0 ℃。将S2与1端接通,闭合S1,调节R1的滑片位置,使电压表读数为某一值U0;保持R1的滑片位置不变,将R2置于最大值,将S2与2端接通,调节R2,使电压表读数仍为U0;断开S1,记下此时R2的读数。逐步降低温控室的温度t,得到相应温度下R2的阻值,直至温度降到25.0 ℃。实验得到的R2-t数据见下表。
t/℃
25.0
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
80.0
R2/Ω
900.0
680.0
500.0
390.0
320.0
270.0
240.0
回答下列问题:
(1)在闭合S1前,图(a)中R1的滑片应移动到 (填“a”或“b”)端;
(2)在图(b)的坐标纸上补齐数据表中所给数据点,并做出R2-t曲线;
图(b)
图(c)
(3)由图(b)可得到RT在25~80 ℃范围内的温度特性。当t=44.0 ℃时,可得RT= Ω;
(4)将RT握于手心,手心温度下R2的相应读数如图(c)所示,该读数为 Ω,则手心温度为 ℃。
5.(2019课标Ⅰ,23,10分)某同学要将一量程为250 μA的微安表改装为量程为20 mA的电流表。该同学测得微安表内阻为1 200 Ω,经计算后将一阻值为R的电阻与该微安表连接,进行改装。然后利用一标准毫安表,根据图(a)所示电路对改装后的电表进行检测(虚线框内是改装后的电表)。
图(a)
图(b)
(1)根据图(a)和题给条件,将图(b)中的实物连线。
(2)当标准毫安表的示数为16.0 mA时,微安表的指针位置如图(c)所示。由此可以推测出所改装的电表量程不是预期值,而是 。(填正确答案标号)
图(c)
A.18 mA B.21 mA C.25 mA D.28 mA
(3)产生上述问题的原因可能是 。(填正确答案标号)
A.微安表内阻测量错误,实际内阻大于1 200 Ω
B.微安表内阻测量错误,实际内阻小于1 200 Ω
C.R值计算错误,接入的电阻偏小
D.R值计算错误,接入的电阻偏大
(4)要达到预期目的,无论测得的内阻值是否正确,都不必重新测量,只需要将阻值为R的电阻换为一个阻值为kR的电阻即可,其中k= 。
6.(2019课标Ⅱ,23,10分)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100 Ω);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50.0 μA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50.0 μA,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= ×10-3 V/℃(保留2位有效数字)。
图(b)
7.(2019课标Ⅲ,23,10分)某同学欲将内阻为98.5 Ω、量程为100 μA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15 kΩ刻度正好对应电流表表盘的50 μA刻度,可选用的器材还有:定值电阻R0(阻值14 kΩ),滑动变阻器R1(最大阻值1 500 Ω),滑动变阻器R2(最大阻值500 Ω),电阻箱(0~99999.9 Ω),干电池(E=1.5 V,r=1.5 Ω),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)
8.[2015广东理综,34(2),10分]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3 kΩ)、电流表(内阻约为1 Ω)、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=21 Ω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3.00 V;断开S2,读数为1.00 V。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)。
9.(2018江苏单科,10,8分)一同学测量某干电池的电动势和内阻。
(1)如图所示是该同学正准备接入最后一根导线(图中虚线所示)时的实验电路。请指出图中在器材操作上存在的两个不妥之处。
(2)实验测得的电阻箱阻值R和电流表示数I,以及计算的1I数据见下表:
R/Ω
8.0
7.0
6.0
5.0
4.0
I/A
0.15
0.17
0.19
0.22
0.26
1I/A-1
6.7
6.0
5.3
4.5
3.8
根据表中数据,在方格纸上作出R-1I关系图像。
由图像可计算出该干电池的电动势为 V;内阻为 Ω。
(3)为了得到更准确的测量结果,在测出上述数据后,该同学将一只量程为100 mV的电压表并联在电流表的两端。调节电阻箱,当电流表的示数为0.33 A时,电压表的指针位置如图所示,则该干电池的电动势应为 V;内阻应为 Ω。
C组 提高题组
1.(2016江苏单科,11,10分)某同学用如图1所示的装置验证机械能守恒定律。一根细线系住钢球,悬挂在铁架台上,钢球静止于A点。光电门固定在A的正下方,在钢球底部竖直地粘住一片宽度为d的遮光条。将钢球拉至不同位置由静止释放,遮光条经过光电门的挡光时间t可由计时器测出,取v=dt作为钢球经过A点时的速度。记录钢球每次下落的高度h和计时器示数t,计算并比较钢球在释放点和A点之间的势能变化大小ΔEp与动能变化大小ΔEk,就能验证机械能是否守恒。
图1
(1)用ΔEp=mgh计算钢球重力势能变化的大小,式中钢球下落高度h应测量释放时的钢球球心到 之间的竖直距离。
A.钢球在A点时的顶端
B.钢球在A点时的球心
C.钢球在A点时的底端
(2)用ΔEk=12mv2计算钢球动能变化的大小。用刻度尺测量遮光条宽度,示数如图2所示,其读数为 cm。某次测量中,计时器的示数为0.010 0 s,则钢球的速度为v= m/s。
图2
(3)下表为该同学的实验结果:
ΔEp(×10-2 J)
4.892
9.786
14.69
19.59
29.38
ΔEk(×10-2 J)
5.04
10.1
15.1
20.0
29.8
他发现表中的ΔEp与ΔEk之间存在差异,认为这是由于空气阻力造成的。你是否同意他的观点?请说明理由。
(4)请你提出一条减小上述差异的改进建议。
2.(2018江苏单科,11,10分)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= 。
3.[2017天津理综,9(3)]某探究性学习小组利用如图所示的电路测量电池的电动势和内阻。其中电流表A1的内阻r1=1.0 kΩ,电阻R1=9.0 kΩ,为了方便读数和作图,给电池串联一个R0=3.0 Ω的电阻。
①按图示电路进行连接后,发现aa'、bb'和cc'三条导线中,混进了一条内部断开的导线。为了确定哪一条导线内部是断开的,将电键S闭合,用多用电表的电压挡先测量a、b'间电压,读数不为零,再测量a、a'间电压,若读数不为零,则一定是 导线断开;若读数为零,则一定是 导线断开。
②排除故障后,该小组顺利完成实验。通过多次改变滑动变阻器触头位置,得到电流表A1和A2的多组I1、I2数据,作出图像如图。由I1-I2图像得到电池的电动势E= V,内阻r= Ω。
4.(2015课标Ⅰ,23,9分)图(a)为某同学改装和校准毫安表的电路图,其中虚线框内是毫安表的改装电路。
图(a)
图(b)
(1) 已知毫安表表头的内阻为100 Ω,满偏电流为1 mA;R1和R2为阻值固定的电阻。若使用a和b两个接线柱,电表量程为3 mA;若使用a 和c两个接线柱,电表量程为10 mA。由题给条件和数据,可以求出R1=
Ω,R2= Ω。
(2)现用一量程为3 mA、内阻为150 Ω的标准电流表对改装电表的3 mA挡进行校准,校准时需选取的刻度为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 mA。电池的电动势为1.5 V,内阻忽略不计;定值电阻R0有两种规格,阻值分别为300 Ω和1 000 Ω;滑动变阻器R有两种规格,最大阻值分别为750 Ω和3 000 Ω。则R0应选用阻值为 Ω的电阻,R应选用最大阻值为 Ω的滑动变阻器。
(3)若电阻R1和R2中有一个因损坏而阻值变为无穷大,利用图(b)的电路可以判断出损坏的电阻。图(b)中的R'为保护电阻,虚线框内未画出的电路即图(a)虚线框内的电路。则图中的d点应和接线柱 (填“b”或“c”)相连。判断依据是: 。
5.(2019北京理综,21,18分)用如图1所示装置研究平抛运动。将白纸和复写纸对齐重叠并固定在竖直的硬板上,钢球沿斜槽轨道PQ滑下后从Q点飞出,落在水平挡板MN上,由于挡板靠近硬板一侧较低,钢球落在挡板上时,钢球侧面会在白纸上挤压出一个痕迹点。移动挡板,重新释放钢球。如此重复,白纸上将留下一系列痕迹点。
图1
(1)下列实验条件必须满足的有 。
A.斜槽轨道光滑
B.斜槽轨道末段水平
C.挡板高度等间距变化
D.每次从斜槽上相同的位置无初速度释放钢球
(2)为定量研究,建立以水平方向为x轴、竖直方向为y轴的坐标系。
图2
a.取平抛运动的起始点为坐标原点,将钢球静置于Q点,钢球的 (选填“最上端”、“最下端”或者“球心”)对应白纸上的位置即为原点;在确定y轴时 (选填“需要”或者“不需要”)y轴与重垂线平行。
b.若遗漏记录平抛轨迹的起始点,也可按下述方法处理数据:如图2所示,在轨迹上取A、B、C三点,AB和BC的水平间距相等且均为x,测得AB和BC的竖直间距分别是y1和y2,则y1y2 13(选填“大于”、“等于”或者“小于”)。可求得钢球平抛的初速度大小为 (已知当地重力加速度为g,结果用上述字母表示)。
(3)为了得到平抛物体的运动轨迹,同学们还提出了以下三种方案。其中可行的是 。
A.从细管水平喷出稳定的细水柱,拍摄照片,即可得到平抛运动轨迹
B.用频闪照相在同一底片上记录平抛小球在不同时刻的位置,平滑连接各位置,即可得到平抛运动轨迹
C.将铅笔垂直于竖直的白纸板放置,笔尖紧靠白纸板,铅笔以一定初速度水平抛出,将会在白纸上留下笔尖的平抛运动轨迹
(4)伽利略曾研究过平抛运动,他推断:从同一炮台水平发射的炮弹,如果不受空气阻力,不论它们能射多远,在空中飞行的时间都一样。这实际上揭示了平抛物体 。
A.在水平方向上做匀速直线运动
B.在竖直方向上做自由落体运动
C.在下落过程中机械能守恒
(5)牛顿设想,把物体从高山上水平抛出,速度一次比一次大,落地点就一次比一次远。如果速度足够大,物体就不再落回地面,它将绕地球运动,成为人造地球卫星。
同样是受地球引力,随着抛出速度增大,物体会从做平抛运动逐渐变为做圆周运动,请分析原因。
6.(2016课标Ⅰ,23,10分)现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统,要求当热敏电阻的温度达到或超过60 ℃时,系统报警。提供的器材有:热敏电阻,报警器(内阻很小,流过的电流超过Ic时就会报警),电阻箱(最大阻值为999.9 Ω),直流电源(输出电压为U,内阻不计),滑动变阻器R1(最大阻值为1 000 Ω),滑动变阻器R2(最大阻值为2 000 Ω),单刀双掷开关一个,导线若干。
在室温下对系统进行调节。已知U约为18 V,Ic约为10 mA;流过报警器的电流超过20 mA时,报警器可能损坏;该热敏电阻的阻值随温度升高而减小,在60 ℃时阻值为650.0 Ω。
(1)完成待调节的报警系统原理电路图的连线。
(2)电路中应选用滑动变阻器 (填“R1”或“R2”)。
(3)按照下列步骤调节此报警系统:
①电路接通前,需将电阻箱调到一固定的阻值,根据实验要求,这一阻值为 Ω;滑动变阻器的滑片应置于 (填“a”或“b”)端附近,不能置于另一端的原因是 。
②将开关向 (填“c”或“d”)端闭合,缓慢移动滑动变阻器的滑片,直至 。
(4)保持滑动变阻器滑片的位置不变,将开关向另一端闭合,报警系统即可正常使用。
【限时模拟训练】
时间:40分钟 分值:40分
非选择题(共40分)
1.(2020届湖南岳阳一中月考三,14)(4分)某同学利用如图甲装置探究弹簧的弹性势能Ep。与弹簧伸长量Δx之间的关系。实验步骤如下:
甲
乙
(1)用游标卡尺测量遮光条宽度d,如图乙所示,测量值d= mm。
(2)按图甲竖直悬挂好轻质弹簧,将轻质遮光条水平固定在弹簧下端;在立柱上固定一指针,标示出弹簧不挂重锤时遮光条下边缘的位置,并测出此时弹簧长度x0。
(3)测量出重锤质量m,用轻质细线在弹簧下方挂上重锤,测量出平衡时弹簧的长度x1,并按甲图所示将光电门组的中心线调至与遮光条下边缘同一高度,已知当地重力加速度为g,则此弹簧的劲度系数k= 。
(4)用手缓慢地将重锤向上托起,直至遮光条恰好回到弹簧原长标记指针的等高处(保持细线竖直),迅速释放重锤使其无初速度下落,光电门组记下遮光条经过的时间Δt,则此时重锤下落的速度为 ,弹簧此时的弹性势能为 (均用题目所给字母符号表示)。
(5)换上不同质量的重锤,重复步骤3、4,计算出相关结果,并验证弹性势能Ep与弹簧伸长量Δx 之间的关系。
2.(2020届衡阳八中月考二,14)(10分)为了探究物体质量一定时加速度与力的关系,甲、乙同学设计了如图所示的实验装置,其中M为带滑轮的小车的质量,m为沙和沙桶的总质量,m0为滑轮的质量,力传感器可测出轻绳中的拉力大小。
(1)实验时,一定要进行的操作是( )
A.用天平测出沙和沙桶的总质量
B.将带滑轮的长木板右端垫高,以平衡摩擦力
C.为减小误差,实验中一定要保证沙和沙桶的总质量m远小于带滑轮小车的总质量M
D.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)甲同学在实验中得到如图所示的一条纸带(两计数点间还有四个点没有画出),已知打点计时器采用的是频率为50 Hz的交流电,根据纸带可求出打“3”计数点时小车的速度大小为v= m/s,小车的加速度大小为 m/s2(结果保留三位有效数字)。
(3)甲同学以力传感器的示数F为横坐标,加速度a为纵坐标,画出的a-F图像是一条直线,如图甲所示。图线与横坐标的夹角为θ,求得图线的斜率为k,则小车的质量为( )
A.2k-m0 B.1tanθ-m0
C.1tanθ D.2k
(4)乙同学根据测量数据作出如图乙所示的a-F图线,该同学做实验时存在的问题是 。
3.(2020届长郡中学月考二,13)(4分)我们可以用图a所示装置探究合外力做功与动能改变的关系,将光电门固定在水平轨道的B点,平衡摩擦力后,用小桶通过细线拉小车,小车上安装遮光条并放有若干钩码。现将小车上的钩码逐次移至小桶中,并使小车每次都从同一位置A点由静止释放。
图a
图b
(1)用游标卡尺测出遮光条的宽度,记录光电门的示数,从而算出小车通过B点的速度。其中游标卡尺测量情况如图b所示,则d= cm。
(2)测小桶质量,以小桶和桶内钩码质量之和m为横坐标,小车经过B点时相应的速度平方为纵坐标,作出的v2-m图像应该为下图中的 。
4.(2018雅礼中学、河南实验中学联考,23)(5分)某同学要测量如图甲所示金属圆环材料的电阻率,已知圆环的半径为r。
(1)他先用螺旋测微器测量圆环材料圆形横截面的直径d如图乙所示,则d= mm。
(2)他再用如图丙所示的电路测量该圆环的电阻,图中圆环接入电路的两点恰好位于一条直径上,电压表的量程为5 V。开关S闭合,电压表右端接到a点时电压表示数为4.5 V,电流表示数为1.8 mA,接到b点时电压表示数为4.6 V,电流表示数为1.6 mA。为了减小电阻的测量误差,他应该把电压表的右端接在 进行实验(填“a”或“b”);则圆环接入电路的两点间的电阻值为 Ω,此值 (填“偏大”偏小”或“准确”)。
(3)实验中发现电流表损坏,他又找到另外一个量程为0~2 V,内阻为R1的电压表V1替代电流表完成了实验,实验中电压表V和V1的示数分别为U和U1,改变滑片位置测得多组U、U1数据,他作出的U-U1图像为一条直线,如图丁所示,测得该直线的斜率为k。则金属圆环材料的电阻率的表达式为 。(用r、d、k、R1表示)
5.(2019湖南湖北八市十二校联考一,14)(5分)有一个小灯泡L上标有“4.0 V 0.7 A”的字样,现要求测定小灯泡在不同电压下的功率P,并作出功率P与其两端电压的平方U2的关系图,可供选择的器材如下:
A.小灯泡L,规格“4.0 V 0.7 A”
B.电流表A1(0~3 A,内阻约0.1 Ω)
C.电流表A2(0~0.6 A,内阻r2=0.2 Ω)
D.电压表V1(0~3 V,内阻9 kΩ)
E.电压表V2(0~15 V,内阻约为30 kΩ)
F.标准电阻R1=1 Ω
G.标准电阻R2=3 kΩ
H.滑动变阻器R(0~10 Ω)
I.学生电源(E=6 V,内阻不计)
J.开关S及导线若干
(1)甲同学设计了如图甲所示电路,当电压表读数为2.40 V时,电流表示数如图乙所示为 A,此时L的电阻为 Ω
(2)学习小组同学经讨论认为要想更准确地描绘出L完整的P-U2曲线,需要重新设计电路,请你在甲同学的基础上利用所提供器材,在图丙所示的虚线框内补画出实验电路图,并在图上标明所选器材代号;若电压表读数为2.70 V,电流表读数为0.50 A,则灯泡L消耗的功率P= W。
甲
乙
丙
6.(2019长郡中学等四校5月联考,23)(6分)实验室中有热敏电阻Rt、电炉丝、电磁继电器、电源E(3.6 V,内阻不计)、电阻箱R0(0~999.9 Ω)、开关S和导线若干,某同学设计了如图甲所示的温控电路,当通过电磁继电器线圈的电流达到20 mA时,衔铁被吸合,电炉丝停止加热;当通过继电器线圈的电流降到18 mA时,衔铁与继电器分开,电炉丝通电加热,图乙为热敏电阻Rt的阻值与温度t的关系。
图甲
图乙
该同学主要实验过程如下,完成下列填空。
(1)用多用电表的欧姆“×1 Ω”挡测继电器线圈的电阻时,主要步骤如下:
A.将选择开关旋至“×1 Ω”挡,短接两表笔,调节欧姆调零旋钮,使指针指在欧姆挡“0”刻度
B.调节多用电表的指针定位螺丝,使指针指在直流电流“0”刻度
C.将多用电表的选择开关旋至“OFF”
D.将两表笔直接连到图甲中的1、4两点,读出欧姆表的示数即继电器线圈的电阻值
以上步骤中存在错误的一项是 。改正后正确的步骤顺序为 。(填步骤前的字母)
(2)已知继电器线圈的电阻为25.0 Ω。该同学将电阻箱的阻值调为75.0 Ω,则该温控器的温度控制范围在 之间;若要提高控制的温度,则需要将电阻箱的阻值 (选填“调大”或“调小”)。
(3)正确设计电路后闭合S,发现电炉丝发热,Rt温度一直升高但继电器并不吸合。将多用电表选择开关旋至直流电压“×10 V”挡,将表笔分别接到图甲中1、2、3、4各点进行故障排查(仅一处故障),现象如表,则可知 。
表笔位置
1、2
3、2
3、4
4、1
电表示数
3.60 V
3.60 V
0
0
A.开关S断路
B.电阻箱断路
C.热敏电阻Rt短路
D.电磁继电器线圈短路
7.(2019湘赣十四联考一,14)(8分)用实验测一电池的内阻r和电流表内阻rA。已知电池的电动势约6 V,电池内阻和电流表内阻阻值都为数十欧,可选用的实验器材有:
待测电流表A(量程0~100 mA);
电压表V1(量程0~6 V,内阻约20 kΩ);
电压表V2(量程0~15 V,内阻约25 kΩ);
滑动变阻器R1(阻值0~5 Ω);
滑动变阻器R2(阻值0~300 Ω);
单刀单掷开关S1,单刀双掷开关S2,导线若干条。
某同学的实验过程如下:
Ⅰ.设计如图甲所示的电路图,正确连接电路。
Ⅱ.将R的阻值调到最大,开关S2接通a,闭合开关S1,逐次调小R的阻值,测出多组U和I的值,并记录,以U为纵轴,I为横轴,得到如图乙所示的图线。
图甲
图乙
Ⅲ.将开关S2接通b,重复Ⅱ的步骤,得到另一条U-I图线,图线与横轴I的交点坐标为(I0,0),与纵轴U的交点坐标为(0,U0)。
回答下列问题:(1)电压表应选用 ,滑动变阻器应选用 ;
(2)由图乙的图线得电池内阻r= Ω;(保留两位有效数字)
(3)用I0、U0和r表示待测电阻的关系式rA= ,代入数值可得rA;
(4)由第(2)问中测得的电池内阻与真实值的关系是r真 r测(填“大于”“小于”或“等于”),原因是 (填“电压表分流”或“电流表分压”)。
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