1、第3讲其他实验 考点1探究电磁感应的产生条件、探究感应电流的方向例1下图为研究电磁感应现象的实验装置,部分导线已连接。(1)用笔画线代替导线将图中未完成的电路连接好。(2)在闭合电键时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下,那么合上电键后可能出现的情况是:将原线圈迅速插入副线圈时,灵敏电流计指针将(填“向右偏”“向左偏”或“不偏转”)。实验一:探究电磁感应的产生条件(1)实验目的:探究电磁感应的产生条件。(2)实验原理:穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时,闭合导体回路中就有感应电流产生。(3)实验器材:蹄形磁铁、导线棒、导线若干、灵敏电流表、大线圈、小线圈、滑动变阻器、开关、直流电源。(4)实验电路
2、与步骤:探究导体棒在磁场中运动是否产生电流实验装置实验操作实验现象导体棒静止无电流导体棒平行磁感线运动无电流导体棒切割磁感线运动有电流探究磁铁在线圈中运动是否产生电流实验装置实验操作实验现象(有无电流)实验操作实验现象(有无电流)N极插入线圈有S极插入线圈有N极停在线圈中无S极停在线圈中无N极从线圈中抽出有S极从线圈中抽出有模仿法拉第的实验实验装置实验操作实验现象(线圈B中有无电流)开关闭合瞬间有开关断开瞬间有开关闭合后,滑动变阻器的滑片不动无开关闭合后,迅速移动滑动变阻器的滑片有实验二:探究感应电流方向的规律(1)实验目的:探究感应电流方向的规律。(2)实验原理:感应电流的磁场方向阻碍原磁场
3、磁通量的变化。(3)实验器材:条形磁铁、灵敏电流表、线圈、干电池、定值电阻、开关、导线若干。(4)实验步骤:确定线圈导线绕向,仔细观察实验用线圈导线的绕向,用白线把绕向标识好,如图1所示。用干电池确定电流表的指针偏转方向与电流方向的关系,电路图如图2所示。探究影响感应电流方向的因素。如图所示连接电路,并将磁铁向线圈插入或从线圈中拔出,分析感应电流的方向与哪些因素有关。(5)实验现象记录表格:项目甲图乙图丙图丁图原磁场方向向下向上向下向上磁通量变化情况增大增大减小减小感应电流方向逆时针(俯视)顺时针(俯视)顺时针(俯视)逆时针(俯视)感应电流的磁场方向向上向下向下向上随堂练1 某实验小组用如图所
4、示的实验装置完成“探究楞次定律”的实验,实验记录如下表:磁铁放置情况磁铁运动情况电表指针偏转情况N极朝下插入线圈向左偏转S极朝下向左偏转N极朝下从线圈中抽出插入线圈向右偏转该同学实验记录中有三处忘记记录了,请你补充完整:;。考点2探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系例2 (2019瑞安中学月考)(1)在“探究电磁感应的产生条件”的实验中,小明同学做实验时有如下未完成的电路连接图请你帮他完成,图中a号导线应该接,b号导线应该接。(均填“A接线柱”或“B接线柱”)正确连线后小明做了各种操作尝试,当闭合开关的瞬间电流计指针向右偏转,如下情形电流计指针向左偏转的是()A.断开开关的瞬间B.闭合开关待电
5、路稳定后C.闭合开关将滑动变阻器滑片向右滑动时D.闭合开关拔出线圈中的铁芯过程中(2)在“探究变压器的电压与匝数的关系”的实验中,实验室备有下列可供选器材,在实验中不必用到的实验器材有。小明同学在正确操作此实验后得到了下表的数据:原线圈的匝数n1(匝)100200400800副线圈的匝数n2(匝)800400200100原线圈两端的电压U1(V)0.964.97.915.8副线圈两端的电压U2(V)7.99.83.81.94请根据实验中的数据得出实验结论。(1)实验装置图:(2)实验目的:探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系。(3)实验器材:可拆变压器、多用电表、学生交流电源、导线若干。(4)
6、实验步骤:按图所示实验电路连接实验器材;保持原线圈的匝数不变,增加或减少副线圈的匝数,测量副线圈两端的电压;保持副线圈的匝数不变,增加或减少原线圈的匝数,测量副线圈两端的电压;将数据填入表格,分析实验数据,得出实验结论。原线圈匝数n1副线圈匝数n2原线圈两端电压U1/V副线圈两端电压U2/V10050100100200100(5)注意事项:(1)输入电压不超过12 V。(2)手不能接触裸露的导线、接线柱。(3)电压表先用最大量程试测,然后再选用适当低挡位进行测量。(6)实验结论:在各种损耗可以忽略的情况下,原、副线圈的电压之比等于原、副线圈的匝数之比,即=。随堂练2 (2019杭州高二检测)某
7、同学选用匝数可调的可拆变压器来“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验,变压器原线圈两端所接的电源应是电压为12 V的低压(选填“交流电源”或“直流电源”)。先保持原线圈的匝数不变,增加副线圈的匝数,观察到副线圈两端的电压;然后再保持副线圈的匝数不变,增加原线圈的匝数,观察到副线圈两端的电压(填“增大”“减小”或“不变”)。上述探究副线圈两端的电压与匝数的关系中采用的实验方法是(填“控制变量法”“转换法”或“类比法”)。考点3探究单摆周期与摆长的关系例3 某同学利用单摆测量重力加速度。(1)(多选)为了使测量误差尽量小,下列说法正确的是。A.组装单摆须选用密度和直径都较小的摆球B.组装单摆
8、须选用轻且不易伸长的细线C.实验时须使摆球在同一竖直面内摆动D.摆长一定的情况下,摆的振幅尽量大(2)如图所示,在物理支架的竖直立柱上固定有摆长约为1 m的单摆,实验时,由于仅有量程为20 cm、精度为1 mm的钢板刻度尺,于是他先使摆球自然下垂,在竖直立柱上与摆球最下端处于同一水平面的位置做一标记点,测出单摆的周期T1;然后保持悬点位置不变,设法将摆长缩短一些,再次使摆球自然下垂,用同样方法在竖直立柱上做另一标记点,并测出单摆周期T2;最后用钢板刻度尺量出竖直立柱上两标记点之间的距离L。用上述测量结果,写出重力加速度的表达式g=。探究单摆周期与摆长的关系(1)实验装置图:(2)实验目的:探究
9、单摆的周期与摆长的关系。(3)实验原理:当偏角很小时,单摆做简谐运动,其运动周期为T=2,它与偏角的大小及摆球的质量无关,由此得到g=。因此,只要测出摆长l和振动周期T,就可以求出当地的重力加速度g的值。(4)实验器材:带有铁夹的铁架台、中心有小孔的金属小球、不易伸长的细线(约1 m)、停表、毫米刻度尺和游标卡尺。(5)实验步骤:让细线的一端穿过金属小球的小孔,然后打一个比小孔大一些的线结,做成单摆。把细线的上端用铁夹固定在铁架台上,把铁架台放在实验桌边,使铁夹伸到桌面以外,让摆球自然下垂,在单摆平衡位置处作上标记,如实验装置图所示。用毫米刻度尺量出摆线长度l,用游标卡尺测出摆球的直径,即得出
10、金属小球半径r,计算出摆长l=l+r。把单摆从平衡位置处拉开一个很小的角度(不超过5),然后放开金属小球,让金属小球摆动,待摆动平稳后测出单摆完成3050次全振动所用的时间t,计算出金属小球完成一次全振动所用时间,这个时间就是单摆的振动周期,即T= (N为全振动的次数),反复测3次,再算出周期的平均值=。根据单摆周期公式T=2计算当地的重力加速度g=。改变摆长,重做几次实验,计算出每次实验的重力加速度值,求出它们的平均值,该平均值即为当地的重力加速度值。将测得的重力加速度值与当地的重力加速度值相比较,分析产生误差的可能原因。(6)数据处理:处理数据有两种方法:公式法:测出30次或50次全振动的
11、时间t,利用T=求出周期;不改变摆长,反复测量三次,算出三次测得的周期的平均值,然后代入公式g=求重力加速度。图象法:由单摆周期公式不难推出l=T2,因此,分别测出一系列摆长l对应的周期T,作lT2的图象,图象应是一条通过原点的直线,求出图线的斜率k=,即可利用g=42k求得重力加速度值,如图所示。(7)注意事项:构成单摆的条件:细线的质量要小、弹性要小,选用体积小、密度大的小球,摆角不超过5。要使摆球在同一竖直面内摆动,不能形成圆锥摆,方法是将摆球拉到一定位置后由静止释放。测周期的方法:a.要从摆球过平衡位置时开始计时。因为此处速度大、计时误差小,而最高点速度小、计时误差大。b.要测多次全振
12、动的时间来计算周期。如在摆球过平衡位置时开始计时,且在数“零”的同时按下停表,以后每当摆球从同一方向通过平衡位置时计数1次。本实验可以采用图象法来处理数据。即用纵轴表示摆长l,用横轴表示T2,将实验所得数据在坐标平面上标出,应该得到一条倾斜直线,直线的斜率k=。这是在众多的实验中经常采用的科学处理数据的重要办法。(8)误差分析:系统误差的主要来源:悬点不固定,球、线不符合要求,振动是圆锥摆而不是在同一竖直平面内的振动等。偶然误差主要来自时间的测量,因此,要从摆球通过平衡位置时开始计时,不能多计或漏计振动次数。随堂练3 如图甲所示,某学习小组在实验室做“探究周期与摆长的关系”的实验。(1)若用秒
13、表测出单摆完成n次全振动所用的时间t,请写出周期的表达式T=。(2)若利用拉力传感器记录拉力随时间变化的关系,由图乙可知,该单摆的周期T= s。(3)在多次改变摆线长度测量后,根据实验数据,利用计算机作出周期与摆线长度的关系(T2L)图线,并根据图线拟合得到方程T2=kL+b,由此可以知当地的重力加速度g=,摆球半径r=(用k,b,表示)。考点4测定玻璃的折射率例4 在用插针法做“测定玻璃砖折射率”的实验中,某同学先在白纸上画出一直线并让待测玻璃砖一界面ab与线重合放置,再进行插针观察,如图所示。梯形abcd是其主截面的边界线,而A、B、C、D为该同学在某次实验时插入的4枚大头针的位置情况。(
14、1)请在图中完成测量玻璃砖折射率的有关光路图,并标出入射角和折射角。(2)用和写出计算折射率的公式n= 。(3)若所画的cd线比实际界面向外平移了一些,则测得的折射率将(填“偏小”“不变”或“偏大”)。(1)实验装置图:(2)实验目的:测定玻璃的折射率。(3)实验原理:用插针法确定光路,找出跟入射光线相对应的折射光线;用量角器测出入射角1和折射角2;根据折射定律计算出玻璃的折射率n=。(4)实验器材:白纸、图钉、大头针、刻度尺、铅笔、量角器、平木板、长方形玻璃砖。(5)实验步骤:把白纸用图钉钉在木板上。在白纸上画出一条直线aa作为界面,画一条线段AO作为入射光线,并过O点画出界面aa的法线NN
15、,如装置图。把长方形的玻璃砖放在白纸上,使它的一个边跟aa对齐,并画出玻璃砖的另一个边bb。在AO线段上竖直插上两枚大头针P1和P2。在玻璃砖的bb一侧竖直插上大头针P3,用眼睛观察,调整视线,要使P3能同时挡住P1和P2的像。同样地在玻璃砖的bb一侧再竖直插上大头针P4,使P4能挡住P3本身和P1和P2的像。记下P3和P4的位置,移去玻璃砖和大头针,过P3和P4引直线OB与bb交于O点,连接O与O,OO就是玻璃砖内的折射光线的方向,入射角1=AON,折射角2=OON。分别求出入射角为30、45、60时的折射角,查出入射角和折射角的正弦值,把数据记在表格里。算出不同入射角时的值,比较一下,看它
16、们是否接近一个常数,求出几次实验中所测的平均值,这就是所测玻璃的折射率。(6)数据处理:计算法:用量角器测量入射角1和折射角2,算出不同入射角时的折射率,并取平均值。也可用单位圆的方法:以入射点O为圆心,以适当长度R为半径画圆,交入射光线OA于E点,交折射光线OO于E点,过E作NN的垂线EH,过E作NN的垂线EH。如图甲所示,sin 1=,sin 2=,OE=OE=R,则n=,只要用刻度尺量出EH、EH的长度就可以求出n。(2)作sin 1sin 2图象:改变不同的入射角1,测出不同的折射角2,作sin 1sin 2图象,由n=可知图象应为直线,如图乙所示,其斜率就是玻璃的折射率。(7)注意事
17、项:玻璃砖要适当厚些。入射角最好在15到75之间。大头针的间距应适当大些。大头针要插得竖直。不能把玻璃砖当直尺使用。手只能触摸玻璃砖的毛玻璃面。随堂练4 在“测定玻璃的折射率”实验时。(1)下列做法正确的是。A.入射角越大,误差越小B.在白纸上放好玻璃砖后,用铅笔贴着光学面画出界面C.实验时既可用量角器,也可用圆规和直尺等工具进行测量D.判断像与针是否在同一直线时,应该观察大头针的头部(2)小明同学在插针时玻璃砖的位置如图所示。根据插针与纸上已画的界面确定入射点与出射点,依据上述操作所测得的折射率(填“偏大”“偏小”或“不变”)。考点5用双缝干涉测量光的波长(同时练习使用测量头)例5 (201
18、9金华模拟)用图甲所示的实验装置,做“双缝干涉测光的波长”实验:(1)某同学通过测量头的目镜观察单色光的干涉图样时,发现里面的两条纹与分划板中心刻线未对齐,如图乙所示,若要使两者对齐,该同学应如何调节。A.仅左右转动透镜B.仅旋转单缝C.仅旋转双缝 D.仅旋转测量头(2)在实验中,双缝间距d=0.5 mm,双缝与光屏间距离L=0.5 m,用某种单色光照射双缝得到干涉图像如图丙,分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数如图丁,则图丁中A位置的游标卡尺读数为mm,单色光的波长为m。(结果保留2位有效数字)。(1)实验装置图:(2)实验目的观察双缝干涉现象。会利用双缝干涉测定光的波长。(3)实验原理:如
19、下图所示,光源发出的光,经过滤光片后变成单色光,单色光通过单缝S,这时单缝S相当于一单色光源,光波同时到达双缝S1和S2,S1、S2双缝相当于两个步调完全一致的单色光源,通过S1、S2后的单色光在屏上相遇并叠加。当路程差P1S2-P1S1=2k(k=0,1,2)时,在P1点叠加时得到明条纹;当路程差P2S2-P2S1= (2k+1) (k=0,1,2)时,在P2点叠加时得到暗条纹。相邻两条明条纹间距为x,与入射光波长及双缝S1和S2间距d有关,其关系式为x=,只要测出l、d、x,根据这一关系就可求出光波的波长。(4)实验器材:双缝干涉仪、刻度尺、测量头。(5)实验步骤实验装置,从左至右依次为光
20、源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、屏,让它们等高地固定在光具座上。取下滤光片和单缝,在光具座上只装上光源和遮光筒(不带双缝),调节光源亮度,使它发出的一束光能沿着遮光筒的轴线把屏照亮。放好单缝和双缝,其间距约为510 cm,要使缝互相平行,中心大致位于遮光筒的轴线上,这时在屏上就会看到白色的干涉条纹。在单缝与光源之间放上滤光片,观察单色光的干涉条纹。放上滤光片,测出n条干涉条纹间的距离a,求出相邻两条干涉条纹间的距离x=,用刻度尺测出双缝到屏的距离l。根据已知的双缝间的距离d和实验所得的数据,代入公式=,求出单色光的波长。换用不同的滤光片,观察干涉条纹间距离的变化,并求出相应的波长。(6)注意事
21、项:单缝与双缝相互平行。单缝、双缝的中心应位于遮光筒的轴线上。测n条亮纹之间的距离a时,分划板的中心刻线应在条纹的中心。随堂练5 用某种单色光做双缝干涉实验时,已知双缝间距离d=0.20 mm,双缝到毛玻璃屏间的距离为L=75.0 cm,如图甲所示,实验时先转动如图乙所示的测量头上的手轮,使与卡尺游标相连的分划线对准如图丙所示的第1条明条纹,此时卡尺的主尺和游标的位置如图戊所示,则游标尺上的读数x1=mm,然后再转动手轮,使与卡尺游标相连的分划线向右边移动,直到对准第5条明条纹,如图丁所示,此时卡尺的主尺和游标的位置如图己所示,则游标卡尺上的读数x2= mm,由以上已知数据和测量数据,则该单色
22、光的波长是mm。考点6探究碰撞中的不变量例6 某同学用如图甲所示装置通过半径相同的A、B两球的碰撞来验证动量守恒定律。实验时先使A球从斜槽上某一固定位置C由静止开始滚下,落到位于水平地面的记录纸上,留下痕迹。重复上述操作10次,得到10个落点痕迹。再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方,让A球仍从位置C由静止开始滚下,和B球碰撞后,A、B球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹。重复这种操作10次,得到了如图乙所示的三个落地点。(1)请你叙述用什么方法找出落地点的平均位置? 。并在图中读出OP=。(2)已知mAmB=21,碰撞过程中动量守恒,则由图可以判断出R是球的落地点,P是球的落地点。(3)用题中
23、的字母写出动量守恒定律的表达式。(1)实验装置图:(2)实验目的:探究碰撞中的不变量,并在探究过程中进一步体验探究的过程和方法。(3)实验原理:在一维碰撞中,测出物体的质量和碰撞前后的速度,探究碰撞中的不变量。质量较大的A球从斜槽上滚下,与放在斜槽前边小支柱上另一质量较小的B球发生碰撞,碰撞后各自做平抛运动。由于两球下落的高度相同,故它们的运动时间相等,则小球飞出时的水平速度在数值上就可用它飞行的水平距离代替。因此,只要测出两小球的质量m1、m2和不放被碰小球时入射小球在空中飞行的水平距离s1,以及入射小球与被碰小球碰撞后在空中飞行的水平距离s1和s2,进而探究碰撞中的不变量。(4)实验器材:
24、斜槽,重垂线,大小相等而质量不等的小球两个,白纸,复写纸,刻度尺,圆规,三角板,天平,游标卡尺。(5)实验步骤:测质量与直径:用天平测出两个小球的质量m1、m2(m1m2),用游标卡尺测出小球直径D,并选定质量大的小球为入射小球。安装:按实验装置图安装好实验装置,将斜槽固定在桌边,并使斜槽末端水平,调节小支柱的高度,使入射小球与被碰小球在同一高度。铺纸:在水平地面上铺上白纸,且在白纸上铺放复写纸,记下重垂线所指位置O。放球找点:不放被碰小球,让入射小球从斜槽上某固定高度处自由落下,重复10次,用尽可能小的圆把所有的小球落点圈在里面,圆心P就是入射小球不碰时的落点。碰撞找点:把被碰小球放在小支柱
25、上,让入射小球从斜槽上某处自由滚下,重复10次。用步骤(4)方法,将碰后两球的落点位置M、N标出,如图所示。探究:连结ON,且取OO=2r(r为小球半径)。测量线段OP,OM,ON的长度,用m1OP与m1OM+m2ON比较,从而探究结论。(6)注意事项:实验中必须保持斜槽末端切线水平。小球每次必须从同一高度无初速度滑下,并且要高度适当,使其以适当的水平速度运动,从而减小误差。入射球应选质量大的,被碰球应选质量小的。测两球各段水平距离时,要明确各自球心的对应点。如果装置没有小支柱,如下图,验证表达式为m1OP=m1OM+m2ON。(7)误差分析:难以做到准确正碰。斜槽末端若不水平,得不到准确的平
26、抛运动。O、P、M、N各点定位不准确,测量和作图有偏差。随堂练6 某同学设计如图甲所示的装置,通过半径相同的A、B两球的碰撞来探究碰撞过程中的不变量,图中PQ是斜槽,QR为水平槽,实验时先使A球从斜槽上某一固定位置G由静止开始滚下,落到位于水平地面的记录纸上,留下痕迹。重复上述操作10次,得到10个落点痕迹,再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方,让A球仍从位置G由静止开始滚下,和B球碰撞后,A、B球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹,重复这种操作10次。图中O点是水平槽末端R在记录纸上的垂直投影点,B球落点痕迹如图乙所示,其中米尺水平放置,且平行于G、R、O所在的平面,米尺的零点与O点对齐。(1)碰撞后B球的水平射程是 cm。(2)在以下的选项中,本次实验必须进行的测量是。A.水平槽上未放B球时,A球落点位置到O点的距离B.A球与B球碰撞后,A、B两球落点位置到O点的距离C.A、B两球的质量D.G点相对于水平槽面的高度(3)若本实验中测量出未放B球时A球落点位置到O点的距离为xA,碰撞后A,B两球落点位置到O点的距离分别为xA、xB,A、B两球的质量分别为mA、mB,已知A、B两球半径均为r,则通过式子即可验证A、B两球碰撞中的不变量。