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高考_专题十七 实验（试题word版）
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这是一份高考_专题十七 实验（试题word版），共29页。试卷主要包含了233 0，03 cm,ΔL2=6等内容，欢迎下载使用。
专题十七 实验
高频考点
考点一 力学实验
基础
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)。
答案 A 0.233 0.75
2.(2022河北,11,6分)某实验小组利用铁架台、弹簧、钩码、打点计时器、刻度尺等器材验证系统机械能守恒定律,实验装置如图1所示。弹簧的劲度系数为k ,原长为L0,钩码的质量为m。已知弹簧的弹性势能表达式为E=12kx2,其中k为弹簧的劲度系数,x为弹簧的形变量,当地的重力加速度大小为g。
(1)在弹性限度内将钩码缓慢下拉至某一位置,测得此时弹簧的长度为L。接通打点计时器电源。从静止释放钩码,弹簧收缩,得到了一条点迹清晰的纸带。钩码加速上升阶段的部分纸带如图2所示,纸带上相邻两点之间的时间间隔均为T(在误差允许范围内,认为释放钩码的同时打出A点)。从打出A点到打出F点时间内,弹簧的弹性势能减少量为 ,钩码的动能增加量为 ,钩码的重力势能增加量为 。
图1
图2
(2)利用计算机软件对实验数据进行处理,得到弹簧弹性势能减少量、钩码的机械能增加量分别与钩码上升高度h的关系,如图3所示。
图3
由图3可知,随着h增加,两条曲线在纵向的间隔逐渐变大,主要原因是
。
3.(2022全国甲,23,10分)利用图示的实验装置对碰撞过程进行研究。让质量为m1的滑块A与质量为m2的静止滑块B在水平气垫导轨上发生碰撞,碰撞时间极短,比较碰撞后A和B的速度大小v1和v2,进而分析碰撞过程是否为弹性碰撞。完成下列填空:
(1)调节导轨水平。
(2)测得两滑块的质量分别为0.510 kg和0.304 kg。要使碰撞后两滑块运动方向相反,应选取质量为 kg的滑块作为A。
(3)调节B的位置,使得A与B接触时,A的左端到左边挡板的距离s1与B的右端到右边挡板的距离s2相等。
(4)使A以一定的初速度沿气垫导轨运动,并与B碰撞,分别用传感器记录A和B从碰撞时刻开始到各自撞到挡板所用的时间t1和t2。
(5)将B放回到碰撞前的位置,改变A的初速度大小,重复步骤(4)。多次测量的结果如下表所示。
1
2
3
4
5
t1/s
0.49
0.67
1.01
1.22
1.39
t2/s
0.15
0.21
0.33
0.40
0.46
k=v1v2
0.31
k2
0.33
0.33
0.33
(6)表中的k2= (保留2位有效数字)。
(7)v1v2的平均值为 (保留2位有效数字)。
(8)理论研究表明,对本实验的碰撞过程,是否为弹性碰撞可由v1v2判断。若两滑块的碰撞为弹性碰撞,则v1v2的理论表达式为 (用m1和m2表示),本实验中其值为 (保留2位有效数字);若该值与(7)中结果间的差别在允许范围内,则可认为滑块A与滑块B在导轨上的碰撞为弹性碰撞。
答案 (2)0.304 (6)0.31 (7)0.32 (8)m2-m12m1 0.34
4.(2021广东,11,7分)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200 g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=6.03 cm,ΔL2=6.08 cm,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9.80 m/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
5.(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1.950 cm;当托盘内放有质量为0.100 kg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9.80 m/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
6.[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5 N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,如图所示。其中对于提高实验精度最有利的是 。
答案 ①BC ②B
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50 Hz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
8.(2021湖南,11,6分)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)。
9.(2022浙江1月选考,17,7分)在“研究平抛运动”实验中,以小钢球离开轨道末端时球心位置为坐标原点O,建立水平与竖直坐标轴。让小球从斜槽上离水平桌面高为h处静止释放,使其水平抛出,通过多次描点可绘出小球做平抛运动时球心的轨迹,如图1所示。在轨迹上取一点A,读取其坐标(x0,y0)。
图1
①下列说法正确的是 (单选)。
A.实验所用斜槽应尽量光滑
B.画轨迹时应把所有描出的点用平滑的曲线连接起来
C.求平抛运动初速度时应读取轨迹上离原点较远的点的数据
②根据题目所给信息,小球做平抛运动的初速度大小v0= (单选)。
A.2gℎ B.2gy0 C.x0g2ℎ D.x0g2y0
③在本实验中要求小球多次从斜槽上同一位置由静止释放的理由是 。
(2)“探究碰撞中的不变量”的实验装置如图2所示,阻力很小的滑轨上有两辆小车A、B,给小车A一定速度去碰撞静止的小车B,小车A、B碰撞前后的速度大小可由速度传感器测得。
图2
①实验应进行的操作有 (单选)。
A.测量滑轨的长度
B.测量小车的长度和高度
C.碰撞前将滑轨调成水平
②表是某次实验时测得的数据:
A的质
量/kg
B的质
量/kg
碰撞前A的速度
大小/ (m·s-1)
碰撞后A的速度
大小/(m·s-1)
碰撞后B的速度
大小/(m·s-1)
0.200
0.300
1.010
0.200
0.800
由表中数据可知,碰撞后小车A、B所构成系统的总动量大小是 kg·m/s(结果保留3位有效数字)。
10.(2021全国乙,22,5分)某同学利用图(a)所示装置研究平抛运动的规律。实验时该同学使用频闪仪和照相机对做平抛运动的小球进行拍摄,频闪仪每隔0.05 s发出一次闪光,某次拍摄后得到的照片如图(b)所示(图中未包括小球刚离开轨道的影像)。图中的背景是放在竖直平面内的带有方格的纸板,纸板与小球轨迹所在平面平行,其上每个方格的边长为5 cm。该同学在实验中测得的小球影像的高度差已经在图(b)中标出。
图(a) 图(b)
完成下列填空:(结果均保留2位有效数字)
(1)小球运动到图(b)中位置A时,其速度的水平分量大小为 m/s,竖直分量大小为 m/s;
(2)根据图(b)中数据可得,当地重力加速度的大小为 m/s2。
答案 (1)1.0 2.0 (2)9.7
11.(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=11.60 ms,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: 。
12.(2021江苏,11,15分)实验用气垫导轨装置验证动量定理,滑块M=200.0 g,槽码m=50.0 g。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=9.8 m/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
重难
13.[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:
甲
乙
图1
(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。
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
14.(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。
15.(2020课标Ⅰ,23,9分)某同学用如图所示的实验装置验证动量定理,所用器材包括:气垫导轨、滑块(上方安装有宽度为d的遮光片)、两个与计算机相连接的光电门、砝码盘和砝码等。
实验步骤如下:
(1)开动气泵,调节气垫导轨,轻推滑块,当滑块上的遮光片经过两个光电门的遮光时间 时,可认为气垫导轨水平;
(2)用天平测砝码与砝码盘的总质量m1、滑块(含遮光片)的质量m2;
(3)用细线跨过轻质定滑轮将滑块与砝码盘连接,并让细线水平拉动滑块;
(4)令滑块在砝码和砝码盘的拉动下从左边开始运动,和计算机连接的光电门能测量出遮光片经过A、B两处的光电门的遮光时间Δt1、Δt2及遮光片从A运动到B所用的时间t12;
(5)在遮光片随滑块从A运动到B的过程中,如果将砝码和砝码盘所受重力视为滑块所受拉力,拉力冲量的大小I= ,滑块动量改变量的大小Δp= ;(用题中给出的物理量及重力加速度g表示)
(6)某次测量得到的一组数据为:d=1.000 cm,m1=1.50×10-2 kg,m2=0.400 kg,Δt1=3.900×10-2 s,Δt2=1.270×10-2 s,t12=1.50 s,取g=9.80 m/s2。计算可得I= N·s,Δp= kg·m·s-1;(结果均保留3位有效数字)
(7)定义δ=I-ΔpI×100%,本次实验δ= %(保留1位有效数字)。
答案 (1)大约相等 (5)m1gt12 m2dΔt2-dΔt1
(6)0.221 0.212 (7)4
创新
16.(2022山东,13,6分)在天宫课堂中,我国航天员演示了利用牛顿第二定律测量物体质量的实验。受此启发,某同学利用气垫导轨、力传感器、无线加速度传感器、轻弹簧和待测物体等器材设计了测量物体质量的实验,如图甲所示。主要步骤如下:
①将力传感器固定在气垫导轨左端支架上,加速度传感器固定在滑块上;
②接通气源,放上滑块,调平气垫导轨;
图甲
③将弹簧左端连接力传感器,右端连接滑块。弹簧处于原长时滑块左端位于O点,A点到O点的距离为5.00 cm,拉动滑块使其左端处于A点,由静止释放并开始计时;
④计算机采集获取数据,得到滑块所受弹力F、加速度a随时间t变化的图像,部分图像如图乙所示。
图乙
图丙
回答以下问题(结果均保留两位有效数字):
(1)弹簧的劲度系数为 N/m。
(2)该同学从图乙中提取某些时刻F与a的数据,画出a-F图像如图丙中Ⅰ所示。由此可得滑块与加速度传感器的总质量为 kg。
(3)该同学在滑块上增加待测物体,重复上述实验步骤,在图丙中画出新的a-F图像Ⅱ,则待测物体的质量为 kg。
答案 (1)12 (2)0.20 (3)0.13
17.(2020山东,13,6分)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:
①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)。
甲
②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。
③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 5.6 m/s2。
④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,sin 37°=0.60,cos 37°=0.80)
乙
答案 (1)0.32或0.33 3.1 (2)9.4
18.(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10 cm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=8.0×102 kg/m3,小球体积V=5.0×10-10 m3、质量m=4.0×10-6 kg,结合h-t图像可得k= kg/s(浮力不能忽略,取重力加速度g=9.8 m/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
考点二 电学实验
基础
1.(2022全国甲,22,5分)某同学要测量微安表内阻,可利用的实验器材有:电源E (电动势1.5 V,内阻很小),电流表(量程10 mA,内阻约10 Ω),微安表(量程100 μA,内阻Rg待测,约1 kΩ),滑动变阻器R(最大阻值10 Ω),定值电阻R0(阻值10 Ω), 开关S,导线若干。
(1)将图中所示的器材符号连线,画出实验电路原理图;
(2)某次测量中,微安表的示数为90.0 μA,电流表的示数为9.00 mA,由此计算出微安表内阻Rg= Ω。
答案 (1)如图所示 (2)990
2.(2022山东,14,8分)某同学利用实验室现有器材,设计了一个测量电阻阻值的实验。实验器材:
干电池E(电动势1.5 V,内阻未知);
电流表A1(量程10 mA,内阻为90 Ω);
电流表A2(量程30 mA,内阻为30 Ω);
定值电阻R0(阻值为150 Ω);
滑动变阻器R(最大阻值为100 Ω);
待测电阻Rx;
开关S,导线若干。
测量电路如图所示。
(1)断开开关,连接电路,将滑动变阻器R的滑片调到阻值最大一端,将定值电阻R0接入电路;闭合开关,调节滑片位置,使电流表指针指在满刻度的12处。该同学选用的电流表为 (填“A1”或“A2”);若不考虑电池内阻,此时滑动变阻器接入电路的电阻值应为 Ω。
(2)断开开关,保持滑片的位置不变,用Rx替换R0,闭合开关后,电流表指针指在满刻度的35处,则Rx的测量值为 Ω。
(3)本实验中未考虑电池内阻,对Rx的测量值 (填“有”或“无”)影响。
答案 (1)A1 60 (2)100 (3)无
3.(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1 kΩ,电流表内阻为0.5 Ω。
图(a)
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(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
4.(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6 V,内阻约1 Ω),待测电阻Rx(阻值小于10 Ω),电压表(量程3 V,内阻约3 kΩ),电流表(量程0.6 A,内阻约1 Ω),滑动变阻器(最大阻值20 Ω),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1.2 Ω,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2.37 V,电流表的示数为0.33 A,则Rx= Ω(结果保留两位有效数字)。
答案 (1)b (2)c B (3)d 6.0
5.(2020浙江7月选考,18,7分)某同学分别用图1甲和图1乙的电路测量同一节干电池的电动势和内阻。
(1)在方框中画出图1乙的电路图;
甲
乙
图1
(2)某次测量时电流表和电压表的示数如图2所示,则电流I= A,电压U= V;
(3)实验得到如图3所示的两条直线,图中直线Ⅰ对应电路是图1 (选填“甲”或“乙”);
(4)该电池的电动势E= V(保留三位有效数字),内阻r= Ω(保留两位有效数字)。
图2
图3
答案 (1)如图所示
(2)0.39~0.41 1.29~1.31 (3)乙 (4)1.51~1.54 0.52~0.54
6.(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80.00 cm电阻丝的电阻率,该电阻丝的电阻值约为100~200 Ω,材料未知。实验过程如下:
(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。
图(a)
(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“×1 k”)。
(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。
图(b)
(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)1.34×10-4
重难
7.(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。
图1
(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。
(2)除电源(电动势3.0 V,内阻不计)、电压表(量程0~3 V,内阻约3 kΩ)、开关、导线若干外,还提供如下实验器材:
A.电流表(量程0~0.6 A,内阻约0.1 Ω)
B.电流表(量程0~3.0 A,内阻约0.02 Ω)
C.滑动变阻器(最大阻值10 Ω,额定电流2 A)
D.滑动变阻器(最大阻值1 kΩ,额定电流0.5 A)
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
8.(2022浙江1月选考,18,7分)小明同学根据图1的电路连接器材来“探究导体电阻与其影响因素的定量关系”。实验时多次改变合金丝甲接入电路的长度l、调节滑动变阻器的阻值,使电流表的读数I达到某一相同值时记录电压表的示数U,从而得到多个UI的值,作出UI-l图像,如图2中图线a所示。
图1
图2
图3
(1)在实验中使用的是 (选填“0~20 Ω”或“0~200 Ω”)的滑动变阻器。
(2)在某次测量时,电压表的指针位置如图3所示,则读数U= V。
(3)已知合金丝甲的横截面积为7.0×10-8 m2,则合金丝甲的电阻率为 Ω·m(结果保留2位有效数字)。
(4)图2中图线b是另一根长度相同、材料相同的合金丝乙与合金丝甲并联后采用同样的方法获得的UI-l图像,由图可知合金丝甲的横截面积 (选填“大于”“等于”或“小于”)合金丝乙的横截面积。
答案 (1)0~20 Ω (2)1.31~1.34 (3)0.96×10-6~1.0×10-6 (4)小于
9.(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)
10.(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= 。
答案 (1)连线如图所示 (2)C (3)AC (4)9979
11.(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)
答案 (1)5.00 变小 增大 B (2)2.8
12.(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1 Ω)。其中R为电阻箱,电流表的内电阻约为0.1 Ω,电压表的内电阻约为3 kΩ。
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”)。
13.(2021湖南,12,9分)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
14.(2021广东,12,9分)某小组研究热敏电阻阻值随温度的变化规律。根据实验需要已选用了规格和量程合适的器材。
(1)先用多用电表预判热敏电阻阻值随温度的变化趋势。选择适当倍率的欧姆挡,将两表笔 ,调节欧姆调零旋钮,使指针指向右边“0 Ω”处。测量时观察到热敏电阻温度越高,相同倍率下多用电表指针向右偏转角度越大,由此可判断热敏电阻阻值随温度的升高而 。
(2)再按图连接好电路进行测量。
①闭合开关S前,将滑动变阻器R1的滑片滑到 端(选填“a”或“b”)。
将温控室的温度设置为T,电阻箱R0调为某一阻值R01。闭合开关S,调节滑动变阻器R1,使电压表和电流表的指针偏转到某一位置。记录此时电压表和电流表的示数、T和R01。断开开关S。
再将电压表与热敏电阻C端间的导线改接到D端,闭合开关S。反复调节R0和R1,使电压表和电流表的示数与上述记录的示数相同。记录此时电阻箱的阻值R02。断开开关S。
②实验中记录的阻值R01 R02(选填“大于”、“小于”或“等于”)。此时热敏电阻阻值RT= 。
(3)改变温控室的温度,测量不同温度时的热敏电阻阻值,可以得到热敏电阻阻值随温度的变化规律。
答案 (1)短接 减小 (2)①b ②大于 R01-R02
创新
15.(2022湖南,12,9分)小梦同学自制了一个两挡位(“×1”“×10”)的欧姆表,其内部结构如图所示,R0为调零电阻(最大阻值为R0m),Rs、Rm、Rn为定值电阻(Rs+R0m
(1)短接①②,将单刀双掷开关S与m接通,电流计示数为Im;保持电阻R0滑片位置不变,将单刀双掷开关S与n接通,电流计示数变为In,则Im In(填“大于”或“小于”);
(2)将单刀双掷开关S与n接通,此时欧姆表的挡位为 (填“×1”或“×10”);
(3)若从“×1”挡位换成“×10”挡位,调整欧姆零点(欧姆零点在电流计满偏刻度处)时,调零电阻R0的滑片应该 调节(填“向上”或“向下”);
(4)在“×10”挡位调整欧姆零点后,在①②间接入阻值为100 Ω的定值电阻R1,稳定后电流计的指针偏转到满偏刻度的23;取走R1,在①②间接入待测电阻Rx,稳定后电流计的指针偏转到满偏刻度的13,则Rx= Ω。
答案 (1)大于 (2)×10 (3)向上 (4)400
16.(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0.6 A的电流表,一个电池组(电动势E不大于4.5 V,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=12.0 Ω,实验检测I0=0.182 A,得到数据如表:
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)
17.(2020课标Ⅲ,23,9分)已知一热敏电阻当温度从10 ℃升至60 ℃时阻值从几千欧姆降至几百欧姆,某同学利用伏安法测量其阻值随温度的变化关系。所用器材:电源E、开关S、滑动变阻器R(最大阻值为20 Ω)、电压表(可视为理想电表)和毫安表(内阻约为100 Ω)。
(1)在所给的器材符号之间画出连线,组成测量电路图。
(2)实验时,将热敏电阻置于温度控制室中,记录不同温度下电压表和毫安表的示数,计算出相应的热敏电阻阻值。若某次测量中电压表和毫安表的示数分别为5.5 V和3.0 mA,则此时热敏电阻的阻值为 kΩ(保留2位有效数字)。实验中得到的该热敏电阻阻值R随温度t变化的曲线如图(a)所示。
(3)将热敏电阻从温控室取出置于室温下,测得达到热平衡后热敏电阻的阻值为2.2 kΩ。由图(a)求得,此时室温为 ℃(保留3位有效数字)。
(4)利用实验中的热敏电阻可以制作温控报警器,其电路的一部分如图(b)所示。图中,E为直流电源(电动势为10 V,内阻可忽略);当图中的输出电压达到或超过6.0 V时,便触发报警器(图中未画出)报警。若要求开始报警时环境温度为50 ℃,则图中 (填“R1”或“R2”)应使用热敏电阻,另一固定电阻的阻值应为 kΩ(保留2位有效数字)。
答案 (1)连线如图 (2)1.8 (3)25.5 (4)R1 1.2
考点三 其他实验
基础
1.[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
2.[2021浙江6月选考,17(2)]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
3.(2019浙江4月选考,21,4分)在“探究电磁感应的产生条件”实验中,实验连线后如图1所示,感应线圈组的内外线圈的绕线方向如图2粗线所示。
(1)接通电源,闭合开关,G表指针会有大的偏转,几秒后G表指针停在中间不动。将滑动变阻器的触头迅速向右滑动时,G表指针 (“不动”、“右偏”、“左偏”、“不停振动”);迅速抽出铁芯时,G表指针 (“不动”、“右偏”、“左偏”、“不停振动”)。
(2)断开开关和电源,将铁芯重新插入内线圈中,把直流输出改为交流输出,其他均不变。接通电源,闭合开关,G表指针 。(“不动”、“右偏”、“左偏”、“不停振动”)
(3)仅用一根导线,如何判断G表内部线圈是否断了?
答案 (1)左偏 右偏 (2)不停振动 (3)短接G表前后各摇动G表一次,比较指针变化,如果指针有明显偏转,则线圈未断;没有明显偏转,则内部线圈断路。
重难
4.[2015北京理综,21(2)]用单摆测定重力加速度的实验装置如图1所示。
图1
①组装单摆时,应在下列器材中选用 (选填选项前的字母)。
A.长度为1 m左右的细线 B.长度为30 cm左右的细线
C.直径为1.8 cm的塑料球 D.直径为1.8 cm的铁球
②测出悬点O到小球球心的距离(摆长)L及单摆完成n次全振动所用的时间t,则重力加速度g= (用L、n、t表示)。
③下表是某同学记录的3组实验数据,并做了部分计算处理。
组次
1
2
3
摆长L/cm
80.00
90.00
100.00
50次全振动时间t/s
90.0
95.5
100.5
振动周期T/s
1.80
1.91
重力加速度g/(m·s-2)
9.74
9.73
请计算出第3组实验中的T= s,g= m/s2。
④用多组实验数据作出T2-L图像,也可以求出重力加速度g。已知三位同学作出的T2-L图线的示意图如图2中的a、b、c所示,其中a和b平行,b和c都过原点,图线b对应的g值最接近当地重力加速度的值。则相对于图线b,下列分析正确的是 (选填选项前的字母)。
图2
A.出现图线a的原因可能是误将悬点到小球下端的距离记为摆长L
B.出现图线c的原因可能是误将49次全振动记为50次
C.图线c对应的g值小于图线b对应的g值
⑤某同学在家里测重力加速度。他找到细线和铁锁,制成一个单摆,如图3所示。由于家里只有一根量程为30 cm的刻度尺,于是他在细线上的A点做了一个标记,使得悬点O到A点间的细线长度小于刻度尺量程。保持该标记以下的细线长度不变,通过改变O、A间细线长度以改变摆长。实验中,当O、A间细线的长度分别为l1、l2时,测得相应单摆的周期为T1、T2。由此可得重力加速度g= (用l1、l2、T1、T2表示)。
图3
答案 ①AD ②4π2n2Lt2 ③2.01 9.76 ④B ⑤4π2(l1-l2)T12-T22
创新
5.(2018浙江4月选考,21,4分)(1)细丝和单缝有相似的衍射图样。在相同条件下,小明用激光束分别垂直照射两种不同直径的细丝Ⅰ和细丝Ⅱ,在光屏上形成的衍射图样如图1中a和b所示。已知细丝Ⅰ的直径为0.605 mm,现用螺旋测微器测量细丝Ⅱ的直径,如图2所示,细丝Ⅱ的直径为 mm。图1中的 (填“a”或“b”)是细丝Ⅱ的衍射图样。
图1 图2
(2)小明在做“用双缝干涉测量光的波长”实验时,尝试用单缝和平面镜做类似实验。单缝和平面镜的放置如图3所示,白炽灯发出的光经滤光片成为波长为λ的单色光照射单缝,能在光屏上观察到明暗相间的干涉条纹。小明测得单缝与镜面延长线的距离为h、与光屏的距离为D,则条纹间距Δx= 。随后小明撤去平面镜,在单缝下方A处放置同样的另一单缝,形成双缝结构,则在光屏上 (填“能”或“不能”)观察到干涉条纹。
图3
答案 (1)0.999 a (2)Dλ2ℎ 不能
专题十七 实验
高频考点
考点一 力学实验
基础
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)。
答案 A 0.233 0.75
2.(2022河北,11,6分)某实验小组利用铁架台、弹簧、钩码、打点计时器、刻度尺等器材验证系统机械能守恒定律,实验装置如图1所示。弹簧的劲度系数为k ,原长为L0,钩码的质量为m。已知弹簧的弹性势能表达式为E=12kx2,其中k为弹簧的劲度系数,x为弹簧的形变量,当地的重力加速度大小为g。
(1)在弹性限度内将钩码缓慢下拉至某一位置,测得此时弹簧的长度为L。接通打点计时器电源。从静止释放钩码,弹簧收缩,得到了一条点迹清晰的纸带。钩码加速上升阶段的部分纸带如图2所示,纸带上相邻两点之间的时间间隔均为T(在误差允许范围内,认为释放钩码的同时打出A点)。从打出A点到打出F点时间内,弹簧的弹性势能减少量为 ,钩码的动能增加量为 ,钩码的重力势能增加量为 。
图1
图2
(2)利用计算机软件对实验数据进行处理,得到弹簧弹性势能减少量、钩码的机械能增加量分别与钩码上升高度h的关系,如图3所示。
图3
由图3可知,随着h增加,两条曲线在纵向的间隔逐渐变大,主要原因是
。
3.(2022全国甲,23,10分)利用图示的实验装置对碰撞过程进行研究。让质量为m1的滑块A与质量为m2的静止滑块B在水平气垫导轨上发生碰撞,碰撞时间极短,比较碰撞后A和B的速度大小v1和v2,进而分析碰撞过程是否为弹性碰撞。完成下列填空:
(1)调节导轨水平。
(2)测得两滑块的质量分别为0.510 kg和0.304 kg。要使碰撞后两滑块运动方向相反,应选取质量为 kg的滑块作为A。
(3)调节B的位置,使得A与B接触时,A的左端到左边挡板的距离s1与B的右端到右边挡板的距离s2相等。
(4)使A以一定的初速度沿气垫导轨运动,并与B碰撞,分别用传感器记录A和B从碰撞时刻开始到各自撞到挡板所用的时间t1和t2。
(5)将B放回到碰撞前的位置,改变A的初速度大小,重复步骤(4)。多次测量的结果如下表所示。
1
2
3
4
5
t1/s
0.49
0.67
1.01
1.22
1.39
t2/s
0.15
0.21
0.33
0.40
0.46
k=v1v2
0.31
k2
0.33
0.33
0.33
(6)表中的k2= (保留2位有效数字)。
(7)v1v2的平均值为 (保留2位有效数字)。
(8)理论研究表明,对本实验的碰撞过程,是否为弹性碰撞可由v1v2判断。若两滑块的碰撞为弹性碰撞,则v1v2的理论表达式为 (用m1和m2表示),本实验中其值为 (保留2位有效数字);若该值与(7)中结果间的差别在允许范围内,则可认为滑块A与滑块B在导轨上的碰撞为弹性碰撞。
答案 (2)0.304 (6)0.31 (7)0.32 (8)m2-m12m1 0.34
4.(2021广东,11,7分)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200 g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=6.03 cm,ΔL2=6.08 cm,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9.80 m/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
5.(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1.950 cm;当托盘内放有质量为0.100 kg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9.80 m/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
6.[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5 N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,如图所示。其中对于提高实验精度最有利的是 。
答案 ①BC ②B
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50 Hz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
8.(2021湖南,11,6分)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)。
9.(2022浙江1月选考,17,7分)在“研究平抛运动”实验中,以小钢球离开轨道末端时球心位置为坐标原点O,建立水平与竖直坐标轴。让小球从斜槽上离水平桌面高为h处静止释放,使其水平抛出,通过多次描点可绘出小球做平抛运动时球心的轨迹,如图1所示。在轨迹上取一点A,读取其坐标(x0,y0)。
图1
①下列说法正确的是 (单选)。
A.实验所用斜槽应尽量光滑
B.画轨迹时应把所有描出的点用平滑的曲线连接起来
C.求平抛运动初速度时应读取轨迹上离原点较远的点的数据
②根据题目所给信息,小球做平抛运动的初速度大小v0= (单选)。
A.2gℎ B.2gy0 C.x0g2ℎ D.x0g2y0
③在本实验中要求小球多次从斜槽上同一位置由静止释放的理由是 。
(2)“探究碰撞中的不变量”的实验装置如图2所示,阻力很小的滑轨上有两辆小车A、B,给小车A一定速度去碰撞静止的小车B,小车A、B碰撞前后的速度大小可由速度传感器测得。
图2
①实验应进行的操作有 (单选)。
A.测量滑轨的长度
B.测量小车的长度和高度
C.碰撞前将滑轨调成水平
②表是某次实验时测得的数据:
A的质
量/kg
B的质
量/kg
碰撞前A的速度
大小/ (m·s-1)
碰撞后A的速度
大小/(m·s-1)
碰撞后B的速度
大小/(m·s-1)
0.200
0.300
1.010
0.200
0.800
由表中数据可知,碰撞后小车A、B所构成系统的总动量大小是 kg·m/s(结果保留3位有效数字)。
10.(2021全国乙,22,5分)某同学利用图(a)所示装置研究平抛运动的规律。实验时该同学使用频闪仪和照相机对做平抛运动的小球进行拍摄,频闪仪每隔0.05 s发出一次闪光,某次拍摄后得到的照片如图(b)所示(图中未包括小球刚离开轨道的影像)。图中的背景是放在竖直平面内的带有方格的纸板,纸板与小球轨迹所在平面平行,其上每个方格的边长为5 cm。该同学在实验中测得的小球影像的高度差已经在图(b)中标出。
图(a) 图(b)
完成下列填空:(结果均保留2位有效数字)
(1)小球运动到图(b)中位置A时,其速度的水平分量大小为 m/s,竖直分量大小为 m/s;
(2)根据图(b)中数据可得,当地重力加速度的大小为 m/s2。
答案 (1)1.0 2.0 (2)9.7
11.(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=11.60 ms,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: 。
12.(2021江苏,11,15分)实验用气垫导轨装置验证动量定理,滑块M=200.0 g,槽码m=50.0 g。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=9.8 m/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
重难
13.[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:
甲
乙
图1
(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。
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
14.(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。
15.(2020课标Ⅰ,23,9分)某同学用如图所示的实验装置验证动量定理,所用器材包括:气垫导轨、滑块(上方安装有宽度为d的遮光片)、两个与计算机相连接的光电门、砝码盘和砝码等。
实验步骤如下:
(1)开动气泵,调节气垫导轨,轻推滑块,当滑块上的遮光片经过两个光电门的遮光时间 时,可认为气垫导轨水平;
(2)用天平测砝码与砝码盘的总质量m1、滑块(含遮光片)的质量m2;
(3)用细线跨过轻质定滑轮将滑块与砝码盘连接,并让细线水平拉动滑块;
(4)令滑块在砝码和砝码盘的拉动下从左边开始运动,和计算机连接的光电门能测量出遮光片经过A、B两处的光电门的遮光时间Δt1、Δt2及遮光片从A运动到B所用的时间t12;
(5)在遮光片随滑块从A运动到B的过程中,如果将砝码和砝码盘所受重力视为滑块所受拉力,拉力冲量的大小I= ,滑块动量改变量的大小Δp= ;(用题中给出的物理量及重力加速度g表示)
(6)某次测量得到的一组数据为:d=1.000 cm,m1=1.50×10-2 kg,m2=0.400 kg,Δt1=3.900×10-2 s,Δt2=1.270×10-2 s,t12=1.50 s,取g=9.80 m/s2。计算可得I= N·s,Δp= kg·m·s-1;(结果均保留3位有效数字)
(7)定义δ=I-ΔpI×100%,本次实验δ= %(保留1位有效数字)。
答案 (1)大约相等 (5)m1gt12 m2dΔt2-dΔt1
(6)0.221 0.212 (7)4
创新
16.(2022山东,13,6分)在天宫课堂中,我国航天员演示了利用牛顿第二定律测量物体质量的实验。受此启发,某同学利用气垫导轨、力传感器、无线加速度传感器、轻弹簧和待测物体等器材设计了测量物体质量的实验,如图甲所示。主要步骤如下:
①将力传感器固定在气垫导轨左端支架上,加速度传感器固定在滑块上;
②接通气源,放上滑块,调平气垫导轨;
图甲
③将弹簧左端连接力传感器,右端连接滑块。弹簧处于原长时滑块左端位于O点,A点到O点的距离为5.00 cm,拉动滑块使其左端处于A点,由静止释放并开始计时;
④计算机采集获取数据,得到滑块所受弹力F、加速度a随时间t变化的图像,部分图像如图乙所示。
图乙
图丙
回答以下问题(结果均保留两位有效数字):
(1)弹簧的劲度系数为 N/m。
(2)该同学从图乙中提取某些时刻F与a的数据,画出a-F图像如图丙中Ⅰ所示。由此可得滑块与加速度传感器的总质量为 kg。
(3)该同学在滑块上增加待测物体,重复上述实验步骤,在图丙中画出新的a-F图像Ⅱ,则待测物体的质量为 kg。
答案 (1)12 (2)0.20 (3)0.13
17.(2020山东,13,6分)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:
①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)。
甲
②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。
③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 5.6 m/s2。
④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,sin 37°=0.60,cos 37°=0.80)
乙
答案 (1)0.32或0.33 3.1 (2)9.4
18.(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10 cm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=8.0×102 kg/m3,小球体积V=5.0×10-10 m3、质量m=4.0×10-6 kg,结合h-t图像可得k= kg/s(浮力不能忽略,取重力加速度g=9.8 m/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
考点二 电学实验
基础
1.(2022全国甲,22,5分)某同学要测量微安表内阻,可利用的实验器材有:电源E (电动势1.5 V,内阻很小),电流表(量程10 mA,内阻约10 Ω),微安表(量程100 μA,内阻Rg待测,约1 kΩ),滑动变阻器R(最大阻值10 Ω),定值电阻R0(阻值10 Ω), 开关S,导线若干。
(1)将图中所示的器材符号连线,画出实验电路原理图;
(2)某次测量中,微安表的示数为90.0 μA,电流表的示数为9.00 mA,由此计算出微安表内阻Rg= Ω。
答案 (1)如图所示 (2)990
2.(2022山东,14,8分)某同学利用实验室现有器材,设计了一个测量电阻阻值的实验。实验器材:
干电池E(电动势1.5 V,内阻未知);
电流表A1(量程10 mA,内阻为90 Ω);
电流表A2(量程30 mA,内阻为30 Ω);
定值电阻R0(阻值为150 Ω);
滑动变阻器R(最大阻值为100 Ω);
待测电阻Rx;
开关S,导线若干。
测量电路如图所示。
(1)断开开关,连接电路,将滑动变阻器R的滑片调到阻值最大一端,将定值电阻R0接入电路;闭合开关,调节滑片位置,使电流表指针指在满刻度的12处。该同学选用的电流表为 (填“A1”或“A2”);若不考虑电池内阻,此时滑动变阻器接入电路的电阻值应为 Ω。
(2)断开开关,保持滑片的位置不变,用Rx替换R0,闭合开关后,电流表指针指在满刻度的35处,则Rx的测量值为 Ω。
(3)本实验中未考虑电池内阻,对Rx的测量值 (填“有”或“无”)影响。
答案 (1)A1 60 (2)100 (3)无
3.(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1 kΩ,电流表内阻为0.5 Ω。
图(a)
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(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
4.(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6 V,内阻约1 Ω),待测电阻Rx(阻值小于10 Ω),电压表(量程3 V,内阻约3 kΩ),电流表(量程0.6 A,内阻约1 Ω),滑动变阻器(最大阻值20 Ω),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1.2 Ω,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2.37 V,电流表的示数为0.33 A,则Rx= Ω(结果保留两位有效数字)。
答案 (1)b (2)c B (3)d 6.0
5.(2020浙江7月选考,18,7分)某同学分别用图1甲和图1乙的电路测量同一节干电池的电动势和内阻。
(1)在方框中画出图1乙的电路图;
甲
乙
图1
(2)某次测量时电流表和电压表的示数如图2所示,则电流I= A,电压U= V;
(3)实验得到如图3所示的两条直线,图中直线Ⅰ对应电路是图1 (选填“甲”或“乙”);
(4)该电池的电动势E= V(保留三位有效数字),内阻r= Ω(保留两位有效数字)。
图2
图3
答案 (1)如图所示
(2)0.39~0.41 1.29~1.31 (3)乙 (4)1.51~1.54 0.52~0.54
6.(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80.00 cm电阻丝的电阻率,该电阻丝的电阻值约为100~200 Ω,材料未知。实验过程如下:
(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。
图(a)
(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“×1 k”)。
(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。
图(b)
(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)1.34×10-4
重难
7.(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。
图1
(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。
(2)除电源(电动势3.0 V,内阻不计)、电压表(量程0~3 V,内阻约3 kΩ)、开关、导线若干外,还提供如下实验器材:
A.电流表(量程0~0.6 A,内阻约0.1 Ω)
B.电流表(量程0~3.0 A,内阻约0.02 Ω)
C.滑动变阻器(最大阻值10 Ω,额定电流2 A)
D.滑动变阻器(最大阻值1 kΩ,额定电流0.5 A)
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
8.(2022浙江1月选考,18,7分)小明同学根据图1的电路连接器材来“探究导体电阻与其影响因素的定量关系”。实验时多次改变合金丝甲接入电路的长度l、调节滑动变阻器的阻值,使电流表的读数I达到某一相同值时记录电压表的示数U,从而得到多个UI的值,作出UI-l图像,如图2中图线a所示。
图1
图2
图3
(1)在实验中使用的是 (选填“0~20 Ω”或“0~200 Ω”)的滑动变阻器。
(2)在某次测量时,电压表的指针位置如图3所示,则读数U= V。
(3)已知合金丝甲的横截面积为7.0×10-8 m2,则合金丝甲的电阻率为 Ω·m(结果保留2位有效数字)。
(4)图2中图线b是另一根长度相同、材料相同的合金丝乙与合金丝甲并联后采用同样的方法获得的UI-l图像,由图可知合金丝甲的横截面积 (选填“大于”“等于”或“小于”)合金丝乙的横截面积。
答案 (1)0~20 Ω (2)1.31~1.34 (3)0.96×10-6~1.0×10-6 (4)小于
9.(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)
10.(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= 。
答案 (1)连线如图所示 (2)C (3)AC (4)9979
11.(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)
答案 (1)5.00 变小 增大 B (2)2.8
12.(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1 Ω)。其中R为电阻箱,电流表的内电阻约为0.1 Ω,电压表的内电阻约为3 kΩ。
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”)。
13.(2021湖南,12,9分)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
14.(2021广东,12,9分)某小组研究热敏电阻阻值随温度的变化规律。根据实验需要已选用了规格和量程合适的器材。
(1)先用多用电表预判热敏电阻阻值随温度的变化趋势。选择适当倍率的欧姆挡,将两表笔 ,调节欧姆调零旋钮,使指针指向右边“0 Ω”处。测量时观察到热敏电阻温度越高,相同倍率下多用电表指针向右偏转角度越大,由此可判断热敏电阻阻值随温度的升高而 。
(2)再按图连接好电路进行测量。
①闭合开关S前,将滑动变阻器R1的滑片滑到 端(选填“a”或“b”)。
将温控室的温度设置为T,电阻箱R0调为某一阻值R01。闭合开关S,调节滑动变阻器R1,使电压表和电流表的指针偏转到某一位置。记录此时电压表和电流表的示数、T和R01。断开开关S。
再将电压表与热敏电阻C端间的导线改接到D端,闭合开关S。反复调节R0和R1,使电压表和电流表的示数与上述记录的示数相同。记录此时电阻箱的阻值R02。断开开关S。
②实验中记录的阻值R01 R02(选填“大于”、“小于”或“等于”)。此时热敏电阻阻值RT= 。
(3)改变温控室的温度,测量不同温度时的热敏电阻阻值,可以得到热敏电阻阻值随温度的变化规律。
答案 (1)短接 减小 (2)①b ②大于 R01-R02
创新
15.(2022湖南,12,9分)小梦同学自制了一个两挡位(“×1”“×10”)的欧姆表,其内部结构如图所示,R0为调零电阻(最大阻值为R0m),Rs、Rm、Rn为定值电阻(Rs+R0m
(1)短接①②,将单刀双掷开关S与m接通,电流计示数为Im;保持电阻R0滑片位置不变,将单刀双掷开关S与n接通,电流计示数变为In,则Im In(填“大于”或“小于”);
(2)将单刀双掷开关S与n接通,此时欧姆表的挡位为 (填“×1”或“×10”);
(3)若从“×1”挡位换成“×10”挡位,调整欧姆零点(欧姆零点在电流计满偏刻度处)时,调零电阻R0的滑片应该 调节(填“向上”或“向下”);
(4)在“×10”挡位调整欧姆零点后,在①②间接入阻值为100 Ω的定值电阻R1,稳定后电流计的指针偏转到满偏刻度的23;取走R1,在①②间接入待测电阻Rx,稳定后电流计的指针偏转到满偏刻度的13,则Rx= Ω。
答案 (1)大于 (2)×10 (3)向上 (4)400
16.(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0.6 A的电流表,一个电池组(电动势E不大于4.5 V,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=12.0 Ω,实验检测I0=0.182 A,得到数据如表:
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)
17.(2020课标Ⅲ,23,9分)已知一热敏电阻当温度从10 ℃升至60 ℃时阻值从几千欧姆降至几百欧姆,某同学利用伏安法测量其阻值随温度的变化关系。所用器材:电源E、开关S、滑动变阻器R(最大阻值为20 Ω)、电压表(可视为理想电表)和毫安表(内阻约为100 Ω)。
(1)在所给的器材符号之间画出连线,组成测量电路图。
(2)实验时,将热敏电阻置于温度控制室中,记录不同温度下电压表和毫安表的示数,计算出相应的热敏电阻阻值。若某次测量中电压表和毫安表的示数分别为5.5 V和3.0 mA,则此时热敏电阻的阻值为 kΩ(保留2位有效数字)。实验中得到的该热敏电阻阻值R随温度t变化的曲线如图(a)所示。
(3)将热敏电阻从温控室取出置于室温下,测得达到热平衡后热敏电阻的阻值为2.2 kΩ。由图(a)求得,此时室温为 ℃(保留3位有效数字)。
(4)利用实验中的热敏电阻可以制作温控报警器,其电路的一部分如图(b)所示。图中,E为直流电源(电动势为10 V,内阻可忽略);当图中的输出电压达到或超过6.0 V时,便触发报警器(图中未画出)报警。若要求开始报警时环境温度为50 ℃,则图中 (填“R1”或“R2”)应使用热敏电阻,另一固定电阻的阻值应为 kΩ(保留2位有效数字)。
答案 (1)连线如图 (2)1.8 (3)25.5 (4)R1 1.2
考点三 其他实验
基础
1.[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
2.[2021浙江6月选考,17(2)]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
3.(2019浙江4月选考,21,4分)在“探究电磁感应的产生条件”实验中,实验连线后如图1所示,感应线圈组的内外线圈的绕线方向如图2粗线所示。
(1)接通电源,闭合开关,G表指针会有大的偏转,几秒后G表指针停在中间不动。将滑动变阻器的触头迅速向右滑动时,G表指针 (“不动”、“右偏”、“左偏”、“不停振动”);迅速抽出铁芯时,G表指针 (“不动”、“右偏”、“左偏”、“不停振动”)。
(2)断开开关和电源,将铁芯重新插入内线圈中,把直流输出改为交流输出,其他均不变。接通电源,闭合开关,G表指针 。(“不动”、“右偏”、“左偏”、“不停振动”)
(3)仅用一根导线,如何判断G表内部线圈是否断了?
答案 (1)左偏 右偏 (2)不停振动 (3)短接G表前后各摇动G表一次,比较指针变化,如果指针有明显偏转,则线圈未断;没有明显偏转,则内部线圈断路。
重难
4.[2015北京理综,21(2)]用单摆测定重力加速度的实验装置如图1所示。
图1
①组装单摆时,应在下列器材中选用 (选填选项前的字母)。
A.长度为1 m左右的细线 B.长度为30 cm左右的细线
C.直径为1.8 cm的塑料球 D.直径为1.8 cm的铁球
②测出悬点O到小球球心的距离(摆长)L及单摆完成n次全振动所用的时间t,则重力加速度g= (用L、n、t表示)。
③下表是某同学记录的3组实验数据,并做了部分计算处理。
组次
1
2
3
摆长L/cm
80.00
90.00
100.00
50次全振动时间t/s
90.0
95.5
100.5
振动周期T/s
1.80
1.91
重力加速度g/(m·s-2)
9.74
9.73
请计算出第3组实验中的T= s,g= m/s2。
④用多组实验数据作出T2-L图像,也可以求出重力加速度g。已知三位同学作出的T2-L图线的示意图如图2中的a、b、c所示,其中a和b平行,b和c都过原点,图线b对应的g值最接近当地重力加速度的值。则相对于图线b,下列分析正确的是 (选填选项前的字母)。
图2
A.出现图线a的原因可能是误将悬点到小球下端的距离记为摆长L
B.出现图线c的原因可能是误将49次全振动记为50次
C.图线c对应的g值小于图线b对应的g值
⑤某同学在家里测重力加速度。他找到细线和铁锁,制成一个单摆,如图3所示。由于家里只有一根量程为30 cm的刻度尺,于是他在细线上的A点做了一个标记,使得悬点O到A点间的细线长度小于刻度尺量程。保持该标记以下的细线长度不变,通过改变O、A间细线长度以改变摆长。实验中,当O、A间细线的长度分别为l1、l2时,测得相应单摆的周期为T1、T2。由此可得重力加速度g= (用l1、l2、T1、T2表示)。
图3
答案 ①AD ②4π2n2Lt2 ③2.01 9.76 ④B ⑤4π2(l1-l2)T12-T22
创新
5.(2018浙江4月选考,21,4分)(1)细丝和单缝有相似的衍射图样。在相同条件下,小明用激光束分别垂直照射两种不同直径的细丝Ⅰ和细丝Ⅱ,在光屏上形成的衍射图样如图1中a和b所示。已知细丝Ⅰ的直径为0.605 mm,现用螺旋测微器测量细丝Ⅱ的直径,如图2所示,细丝Ⅱ的直径为 mm。图1中的 (填“a”或“b”)是细丝Ⅱ的衍射图样。
图1 图2
(2)小明在做“用双缝干涉测量光的波长”实验时,尝试用单缝和平面镜做类似实验。单缝和平面镜的放置如图3所示,白炽灯发出的光经滤光片成为波长为λ的单色光照射单缝,能在光屏上观察到明暗相间的干涉条纹。小明测得单缝与镜面延长线的距离为h、与光屏的距离为D,则条纹间距Δx= 。随后小明撤去平面镜,在单缝下方A处放置同样的另一单缝,形成双缝结构,则在光屏上 (填“能”或“不能”)观察到干涉条纹。
图3
答案 (1)0.999 a (2)Dλ2ℎ 不能
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