1、专题十七 实验 1.(2022 全国乙,22,5 分)用雷达探测一高速飞行器的位置。从某时刻(t=0)开始的一段时间内,该飞行器可视为沿直线运动,每隔 1 s 测量一次其位置,坐标为 x,结果如下表所示:t/s0123456x/m0507 1 094 1 759 2 505 3 329 4 233回答下列问题:(1)根据表中数据可判断该飞行器在这段时间内近似做匀加速运动,判断的理由是:;(2)当 x=507 m 时,该飞行器速度的大小 v=m/s;(3)这段时间内该飞行器加速度的大小 a=m/s2(保留 2 位有效数字)。答案(1)在误差允许的范围内,相邻相等时间内的位移之差近似相等(2)54
2、7(3)79 解析(1)根据表中数据可以求得第 1 s 内、第 2 s 内、第 3 s 内、第 4 s 内、第 5 s内、第 6 s 内飞行器的位移分别为 x1=507 m、x2=587 m、x3=665 m、x4=746 m、x5=824 m、x6=904 m,在误差允许的范围内,相邻相等时间内的位移之差近似相等,即满足x=aT2,可判断该飞行器在这段时间内近似做匀加速运动。(2)对于匀加速直线运动,中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度,所以当x=507 m 时,该飞行器速度的大小 v=m/s=547 m/s。(3)根据逐差法可知这段时间内该飞行器加速度的大小 a=m/s279 m/s
3、2。2.(2022 湖南,11,6 分)小圆同学用橡皮筋、同种一元硬币、刻度尺、塑料袋、支架等,设计了如图(a)所示的实验装置,测量冰墩墩玩具的质量。主要实验步骤如下:(1)查找资料,得知每枚硬币的质量为 6.05 g;(2)将硬币以 5 枚为一组逐次加入塑料袋,测量每次稳定后橡皮筋的长度 l,记录数据如下表:序号12345硬币数量 n/枚510152025长度 l/cm10.51 12.02 13.54 15.05 16.56(3)根据表中数据在图(b)上描点,绘制图线;(4)取出全部硬币,把冰墩墩玩具放入塑料袋中,稳定后橡皮筋长度的示数如图(c)所示,此时橡皮筋的长度为 cm;(5)由上述
4、数据计算得冰墩墩玩具的质量为 g(计算结果保留 3 位有效数字)。答案(3)见解析(4)15.35(15.3415.36)(5)127 解析(3)根据表中数据描点连线如图所示;(4)根据刻度尺的读数规则,读出橡皮筋的长度为 15.35 cm-0.00 cm=15.35 cm;(5)由胡克定律 F=kx 可得 k=,本题中 F 可用 5 枚硬币的重力表示,则 x 指的是橡皮筋的伸长量,约为 1.51 cm,则 k=N/cm0.196 N/cm;设冰墩墩玩具的质量为 m,挂上冰墩墩后,橡皮筋长度为 15.35 cm,与表中第 4 组数据联立可得k=N/cm,解得 m127 g。3.(2022 湖南
5、,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+R0mRmRn),电流计的内阻为 RG(RsRG)。用此欧姆表测量一待测电阻的阻值,回答下列问题:(1)短接,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
6、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,在间接入阻值为 100 的定值电阻 R1,稳定后电流计的指针偏转到满偏刻度的 ;取走 R1,在间接入待测电阻 Rx,稳定后电流计的指针偏转到满偏刻度的 ,则 Rx=。答案(1)大于(2)10(3)向上(4)400 解析(1)短接,考虑到电源电动势不变,当保持电阻 R0滑片的位置不变时,由闭合电路欧姆定律可知 I=内 外,将 Rm或 Rn视为外电路的电阻,由于 RmIn。(2)当开关接 n 时,欧姆表内电阻较大,内电阻和待测电阻串联分压,则待测量的电阻阻值应较大,即此时应为“10”挡位。(
7、3)若滑片位置不变,当开关接到较大的电阻 Rn时,考虑串联电路分压关系,电流计不能满偏,若要使电流计满偏,则需要减小其所在支路的总电阻,故需向上调节调零电阻 R0的滑片。(4)设 I 总=kIg=总,当短接时,kIg=内;当接入 100 的电阻时,kIg=内 ;当接入 Rx时,kIg=内 ,联立解得 R 内=200,Rx=400。4.(2022 江苏,11,15 分)小明利用手机测量当地的重力加速度,实验场景如题图 1 所示,他将一根木条平放在楼梯台阶边缘,小球放置在木条上,打开手机的“声学秒表”软件,用钢尺水平击打木条使其转开后,小球下落撞击地面。手机接收到钢尺的击打声开始计时,接收到小球落
8、地的撞击声停止计时,记录下击打声与撞击声的时间间隔 t。多次测量不同台阶距离地面的高度 h 及对应的时间间隔 t。(1)现有以下材质的小球,实验中应当选用 。A.钢球 B.乒乓球 C.橡胶球(2)用分度值为 1 mm 的刻度尺测量某级台阶高度 h 的示数如题图 2 所示,则 h=cm。(3)作出 2h-t2图线,如题图 3 所示,则可得到重力加速度 g=m/s2。(4)在题图 1 中,将手机放在木条与地面间的中点附近进行测量。若将手机放在地面 A点,设声速为 v,考虑击打声的传播时间,则小球下落时间可表示为 t=(用 h、t和 v 表示)。(5)有同学认为,小明在实验中未考虑木条厚度,用图像法
9、计算的重力加速度 g 必然有偏差。请判断该观点是否正确,简要说明理由。答案(1)A(2)61.20(3)9.619.63(4)t+(5)见解析 解析(1)实验的原理为 h=gt2,当小球所受空气阻力远小于重力时才可不计阻力,小球的下落过程才可视为自由落体运动,故应选 A。(2)分度值为 1 mm 的刻度尺,读数时必须向后估读一位。(3)由 2h=gt2可知,图线的斜率等于重力加速度,故有:g=m/s29.62 m/s2。(4)声音从木条传播到地面的时间 t1=,且手机放在地面会导致记录的时间 t 偏小,故t=t+。(5)该观点不正确。设木条厚度为 d,则小球自由下落的实际高度 H=h+d,用图
10、像法计算的重力加速度 g=,而 H=h,故结果无偏差。5.(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);电流表 A2(量程 30 mA,内阻为 30);定值电阻 R0(阻值为 150);滑动变阻器 R(最大阻值为 100);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 处。该同学选用的电流表为 (填“A
11、1”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 。(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 处,则 Rx的测量值为 。(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 解析(1)回路中的电流 I =10 mA,即不可能使 A2半偏,故选用的电流表为 A1;当 A1半偏时,回路中的电流 I=5 mA,若不考虑电池内阻,有 I=,代入数据解得此时滑动变阻器接入电路的阻值 R=60。(2)电流表指针指在满刻度的 处,此时回路中的电流 I=6 mA,由 I=,解得
12、Rx=100。(3)若考虑电池内阻,则 I=,I=,其中 RA1+R+r 不变,故未考虑电池内阻,对 Rx的测量值无影响。6.(2022 重庆,11,6 分)某兴趣小组研究热敏电阻在通以恒定电流时,其阻值随温度的变化关系。实验电路如图所示,实验设定恒定电流为 50.0 A,主要实验器材有:恒压直流电源 E、加热器、测温仪、热敏电阻 RT、可变电阻 R1、电流表 A、电压表 V。(1)用加热器调节 RT的温度后,为使电流表的示数仍为 50.0 A,须调节 (选填一种给定的实验器材)。当 RT两端未连接电压表时,电流表示数为 50.0 A;连接电压表后,电流表示数显著增大,须将原电压表更换为内阻
13、(选填“远大于”“接近”“远小于”)RT阻值的电压表。(2)测得 RT两端的电压随温度的变化如图所示,由图可得温度从 35.0 变化到 40.0 的过程中,RT的阻值随温度的平均变化率是 k-1(保留 2 位有效数字)。答案(1)可变电阻 R1 远大于(2)1.2 解析(1)用加热器调节 RT的温度后,为使电流表的示数即电路中电流仍为 50.0 A,则电路中的总电阻应不变,故调节可变电阻 R1。连接电压表后,电流表示数显著增大,说明电压表的分流作用显著,而并联电路中电流与阻值成反比,故需将原电压表更换为内阻远大于 RT阻值的电压表。(2)由图可知,温度从 35.0 变化到 40.0 时,RT两
14、端电压由 1.55 V 变化到 1.25 V,由于电流恒为 50.0 A,故电阻值减小了 6.0 k,可知RT的阻值随温度的平均变化率是 1.2 k-1。7.(2022 湖北,12,7 分)某同学设计了一个用拉力传感器验证机械能守恒定律的实验。一根轻绳一端连接固定的拉力传感器,另一端连接小钢球,如图甲所示。拉起小钢球至某一位置由静止释放,使小钢球在竖直平面内摆动,记录钢球摆动过程中拉力传感器示数的最大值 Tmax和最小值 Tmin。改变小钢球的初始释放位置,重复上述过程。根据测量数据在直角坐标系中绘制的 Tmax-Tmin图像是一条直线,如图乙所示。(1)若小钢球摆动过程中机械能守恒,则图乙中
15、直线斜率的理论值为 。(2)由图乙得:直线的斜率为 ,小钢球的重力为 N。(结果均保留 2 位有效数字)(3)该实验系统误差的主要来源是 (单选,填正确答案标号)。A.小钢球摆动角度偏大 B.小钢球初始释放位置不同 C.小钢球摆动过程中有空气阻力 答案(1)-2(2)-2.1 0.59(3)C 解析(1)小球摆至最高点时有:Tmin=mg cos 小球摆至最低点时有:Tmax=mg+m 根据机械能守恒定律有:mgL(1-cos)=mv2 三式联立整理得:Tmax=3mg-2Tmin 故直线斜率的理论值为-2。(2)由 Tmax与 Tmin的函数式可知,图像的纵截距为 3mg=1.77 N,则
16、mg=0.59 N,在图线上取两点坐标求斜率:k=-2.1。(3)小钢球摆动过程克服空气阻力做功,使一部分机械能转化为内能,故选 C。8.(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=kx2,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
17、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 。(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。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 。答案 见解析 解析(1)打出 A 点时,弹簧的伸长量 xA=L-L0;打出 F 点时,弹簧的伸长量 xF=L-L0-h5,则从打出 A 点到打出 F 点的时间内,弹
18、簧弹性势能减少量为 Ep1=k -k =k(L-L0)2-k(L-L0-h5)2;打出 F 点时,钩码速度 vF=,动能增加量 Ek=m =m();重力势能增加量 Ep2=mgh5。(2)弹簧弹力逐渐减小,空气阻力、纸带与打点计时器间的摩擦阻力变得不可忽略,系统机械能持续减小。9.(2022 广东,11,7 分)某实验小组为测量小球从某一高度释放,与某种橡胶材料碰撞导致的机械能损失,设计了如图(a)所示的装置,实验过程如下:(1)让小球从某一高度由静止释放,与水平放置的橡胶材料碰撞后竖直反弹。调节光电门位置,使小球从光电门正上方释放后,在下落和反弹过程中均可通过光电门。(2)用螺旋测微器测量小
19、球的直径,示数如图(b)所示,小球直径 d=mm。(3)测量时,应 (选填“A”或“B”,其中 A 为“先释放小球,后接通数字计时器”,B 为“先接通数字计时器,后释放小球”)。记录小球第一次和第二次通过光电门的遮光时间 t1和 t2。(4)计算小球通过光电门的速度,已知小球的质量为 m,可得小球与橡胶材料碰撞导致的机械能损失 E=(用字母 m、d、t1和 t2表示)。(5)若适当调高光电门的高度,将会 (选填“增大”或“减小”)因空气阻力引起的测量误差。答案(2)7.885(3)B(4)md2()(5)增大 解析(2)螺旋测微器的读数为 7.5 mm+38.50.01 mm=7.885 mm
20、。(3)如果先释放小球,后接通数字计时器,由于高度较小,还没有启动数字计时器,小球已通过光电门,故应先接通数字计时器,再释放小球。(4)小球两次通过光电门的速度 v1=,v2=,由于光电门的高度一定,若不考虑空气阻力的影响,可认为小球与橡胶材料碰撞前后的机械能的损失量 E=m -m =m()-()=md2()。(5)由于存在空气阻力,适当调高光电门的高度后,不会影响小球碰撞过程中的机械能损失,但会增大小球两次通过光电门过程中空气阻力所做的功,当将小球两次通过光电门时减少的动能作为小球碰撞过程中损失的机械能时,会增大测量的系统误差。10.(2022 全国甲,22,5 分)某同学要测量微安表内阻,
21、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),微安表(量程 100 A,内阻 Rg待测,约 1 k),滑动变阻器 R(最大阻值 10),定值电阻 R0(阻值 10),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 A,电流表的示数为 9.00 mA,由此计算出微安表内阻 Rg=。答案(1)如图所示(2)990 解析 流过电阻 R0的电流 I0=I-Ig=9 mA-0.09 mA=8.91 mA,由欧姆定律可知,Rg=990。11.(2022 北京,15,8 分)物理实验
22、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。(1)用电压表(内阻约为 3 k)和电流表(内阻约为 0.1)测量一个电阻的阻值(约为 5)。要求尽量减小实验误差,应该选择的测量电路是图 1 中的 (选填“甲”或“乙”)。(2)一多用电表表盘上的电阻刻度线正中间标有“15”字样。用它测量约 20 k 电阻的阻值,下列实验步骤正确的操作顺序为 (填各实验步骤前的字母)。A.将选择开关置于“1 k”位置 B.将选择开关置于“OFF”位置 C.将两表笔分别接触待测电阻两端,读出其阻值后随即断开 D.将两表笔直接接触,调节欧姆调零旋钮,使指针指向“0”(3)图 2 是“测量电源
23、的电动势和内电阻”实验的电路图。某同学在实验中,闭合开关后,发现无论怎么移动滑动变阻器的滑片,电压表有示数且不变,电流表始终没有示数。为查找故障,在其他连接不变的情况下,他将电压表连接 a 位置的导线端分别试触 b、c、d 三个位置,发现试触 b、c 时,电压表有示数;试触 d 时,电压表没有示数。若电路中仅有一处故障,则 (选填选项前的字母)。A.导线 ab 断路 B.滑动变阻器断路 C.导线 cd 断路 D.滑动变阻器短路 答案(1)甲(2)ADCB(3)C 解析(1)测小电阻,选用电流表外接法测量误差小。(2)多用电表测电阻时,指针在表盘中间 处的测量较准确。由于 R 测20 k,故应选
24、用“1 k”挡位;测量前要先“欧姆调零”,故正确操作顺序为:ADCB。(3)闭合开关后,电压表有示数,且在分别试触 b、c 时,电压表均有示数,说明从 c 经过滑动变阻器到 a 的电路导通,试触 d 时电压表示数为零,说明 dc 段有断路。12.(2022 北京,16,10 分)某同学利用自由落体运动测量重力加速度,实验装置如图 1 所示,打点计时器接在频率为 50.0 Hz 的交流电源上。使重锤自由下落,打点计时器在随重锤下落的纸带上打下一系列点迹。挑出点迹清晰的一条纸带,依次标出计数点 1,2,8,相邻计数点之间还有 1 个计时点。分别测出相邻计数点之间的距离 x1,x2,x7,并求出打点
25、 2,3,7 时对应的重锤的速度。在坐标纸上建立 v-t 坐标系,根据重锤下落的速度作出 v-t 图线并求重力加速度。(1)图 2 为纸带的一部分,打点 3 时,重锤下落的速度 v3=m/s(结果保留 3 位有效数字)。(2)除点 3 外,其余各点速度对应的坐标点已在图 3 坐标系中标出,请在图中标出速度 v3对应的坐标点,并作出 v-t 图线。(3)根据图 3,实验测得的重力加速度 g=m/s2(结果保留 3 位有效数字)。(4)某同学居家学习期间,注意到一水龙头距地面较高,而且发现通过调节水龙头阀门可实现水滴逐滴下落,并能控制相邻水滴开始下落的时间间隔,还能听到水滴落地时发出的清脆声音。于
26、是他计划利用手机的秒表计时功能和刻度尺测量重力加速度。为准确测量,请写出需要测量的物理量及对应的测量方法。答案(1)1.15(2)如图所示 (3)9.75(4)需要测量的物理量:水滴下落的高度 h 和下落的时间 t。测量 h 的方法:用刻度尺测量水龙头出水口到地面的高度,多次测量取平均值。测量 t 的方法:调节水龙头阀门,使一滴水开始下落的同时,恰好听到前一滴水落地时发出的清脆声音。用手机测量 n 滴水下落的总时间 tn,则 t=。解析(1)由于交流电源频率 f=50.0 Hz,相邻计数点间还有一个计时点,则相邻计数点间时间间隔为 T=0.04 s,故 v3=cm/s=1.15 m/s(2)见
27、答案图(3)由 v-t 图线的斜率可得重力加速度为 g=m/s2=9.75 m/s2 13.(2022 浙江 1 月选考,17,7 分)(7 分)(1)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)。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 根据题目所给信息,小球做
28、平抛运动的初速度大小 v0=(单选)。A.B.C.x0 D.x0 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。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 表是某次实验时测得的数据:A 的质 量/kgB 的质 量/kg碰撞前 A 的 速度大小/(ms-1)碰撞后 A 的 速度大小/(ms-1)碰撞后 B 的 速度大小/(ms-1)0.2000
29、.3001.0100.2000.800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 kgm/s(结果保留 3 位有效数字)。答案(1)C D 见解析(2)C 0.200 解析(1)根据实验原理可知,实验中只要确保小球多次水平抛出时的速度相同即可,无须斜槽尽量光滑,A 错误;画轨迹时应注意描绘要求,即尽可能使平滑曲线通过所有点,不能通过所有点时应使点迹均匀分布在曲线两侧,个别误差较大的点可忽略,故 B 错误;为减小实验测量误差,应选用离原点较远的点读取数据,故 C 正确。由 y0=gt2得t=,故 v0=x0 ,D 正确。实验要求确保多次运动的轨迹相同,即小球水平抛出时的速度相同
30、,因此小球必须从斜槽上同一位置由静止释放。(2)根据动量守恒定律条件,滑轨阻力很小可忽略,因此为减小重力影响应调节滑轨水平;根据实验原理可知,无须测量滑轨的长度及小车的长度和高度,故 A、B 错误,C 正确。根据弹性碰撞规律可知,mAR 乙,由R=,因为甲、乙长度相同,材料相同,所以 S 甲S 乙,故选填小于。17.(2022 浙江 6 月选考,18,7 分)(1)探究滑动变阻器的分压特性,采用图 1 所示的电路,探究滑片 P 从 A 移到 B 的过程中,负载电阻 R 两端的电压变化。图 2 为实验器材部分连线图,还需要 (选填 af、bf、fd、fc、ce 或 cg)连线(多选)。图 3 所
31、示电压表的示数为 V。已知滑动变阻器的最大阻值 R0=10,额定电流 I=1.0 A。选择负载电阻 R=10,以R 两端电压 U 为纵轴,为横轴(x 为 AP 的长度,L 为 AB 的长度),得到 U-分压特性曲线为图 4 中的“”;当 R=100,分压特性曲线对应图 4 中的 (选填“”或“”);则滑动变阻器最大阻值的选择依据是 。(2)两个相同的电流表 G1和 G2如图 5 所示连接,晃动 G1表,当指针向左偏时,静止的 G2表的指针也向左偏,原因是 (多选)。A.两表都是“发电机”B.G1表是“发电机”,G2表是“电动机”C.G1表和 G2表之间存在互感现象 D.G1表产生的电流流入 G
32、2表,产生的安培力使 G2表指针偏转 答案(1)af、fd、ce 1.500.02 R0R(2)BD 解析(1)由电路图可知,滑动变阻器采用分压式接法,电压表并联接在电阻两端,由实物图可知电源电压为 3 V,故需连接 ce、fd、af 三条线。电压表 03 V 量程的分度值为 0.1 V,估读一位,读数为 1.50 V。滑片滑到 AB 段中点时,电阻箱阻值越大,电阻箱与滑动变阻器 AP 段的并联电阻越接近 RAP,根据串联分压规律,UAP=U,UAP与 成正比,故 R=100 时对应图线,选择滑动变阻器的依据是 R030 mA,则 L1可发光,A 错误,D 正确。当锅内温度高于 103 时,S
33、1与 S2均断开,此时 R1、L1串联后与 R 并联的总阻值为 56.6,再与 L2、R2串联,通过 L2的电流为 0.206 A=206 mA30 mA,L2可发光,而由并联电路电流分配规律可知通过 L1的电流约为 206 mA11.6 mA30 mA,故此时 L1熄灭,B 错误。在保温过程中,温度高于 80 时 S2断开停止加热,温度下降到低于 70 时 S2闭合又开始加热,故 C 正确。(2)使用多用电表测电阻时,首先是机械调零,然后选倍率挡,选挡后需欧姆调零,调零后再进行阻值测量,测量完毕后为了电表安全要进行 E 步骤。图 3 中电阻测量值约为 1 060,说明 L1断路损坏,测量的是
34、 R1与 R 串联的总阻值;图 4中电阻的测量值约为 10,说明 R1断路损坏,测量的是 L1的阻值。22.(2022 广东,12,9 分)弹性导电绳逐步成为智能控制系统中部分传感器的敏感元件。某同学测量弹性导电绳的电阻与拉伸后绳长之间的关系,实验过程如下:(1)装置安装和电路连接 如图(a)所示,导电绳的一端固定,另一端作为拉伸端,两端分别用带有金属夹 A、B 的导线接入如图(b)所示的电路中。(2)导电绳拉伸后的长度 L 及其电阻 Rx的测量 将导电绳拉伸后,用刻度尺测量并记录 A、B 间的距离,即为导电绳拉伸后的长度 L。将滑动变阻器 R 的滑片滑到最右端。断开开关 S2,闭合开关 S1
35、,调节 R,使电压表和电流表的指针偏转到合适位置。记录两表的示数 U 和 I1。闭合 S2,电压表的示数 (选填“变大”或“变小”)。调节 R 使电压表的示数仍为 U,记录电流表的示数 I2,则此时导电绳的电阻 Rx=(用 I1、I2和 U 表示)。断开 S1,增大导电绳拉伸量,测量并记录 A、B 间的距离,重复步骤和。(3)该电压表内阻对导电绳电阻的测量值 (选填“有”或“无”)影响。(4)图(c)是根据部分实验数据描绘的 Rx-L 图线。将该导电绳两端固定在某种机械臂上,当机械臂弯曲后,测得导电绳的电阻 Rx为 1.33 k,则由图线可读出导电绳拉伸后的长度为 cm,即为机械臂弯曲后的长度
36、。答案(2)变小 (3)无(4)51.80 解析(2)根据闭合电路欧姆定律,闭合 S2后,导电绳与定值电阻并联,电路中总电阻变小,电流变大,电压表的示数变小(提示:也可用串反并同法判断)。根据部分电路欧姆定律,闭合 S2 前,I1=定+,闭合 S2 后,I2=定+,联立解得导电绳的电阻 Rx=。(3)根据(2)的分析知,导电绳的电阻 Rx=,与电压表内阻无关。(4)由图线可得 Rx=1.33 k 时,导电绳拉伸后的长度为 51.80 cm。23.(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
37、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
38、复步骤(4)。多次测量的结果如表所示。12345t1/s0.490.671.011.221.39t2/s0.150.210.330.400.46k=0.31k20.330.330.33(6)表中的 k2=(保留 2 位有效数字)。(7)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 判断。若两滑块的碰撞为弹性碰撞,则 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(
39、8)0.34 解析(2)在一动一静的弹性碰撞中,质量小的滑块碰撞质量大的滑块才能反弹,故应选质量为 0.304 kg 的滑块作为 A。(6)滑块 A、B 碰后的速度 v1=、v2=,因 s1=s2,故有 =,则 k2=0.31。(7)的平均值 =0.32。(8)设滑块 A 碰前的速度为 v0,若为弹性碰撞,则有:联立得:v1=v0,v2=则 =0.34。24.(2018 北京理综,21,18 分)用图 1 所示的实验装置研究小车速度随时间变化的规律。图 1 主要实验步骤如下:a.安装好实验器材,接通电源后,让拖着纸带的小车沿长木板运动,重复几次。b.选出一条点迹清晰的纸带,找一个合适的点当做计
40、时起点 O(t=0),然后每隔相同的时间间隔 T 选取一个计数点,如图 2 中 A、B、C、D、E、F所示。图 2 c.通过测量、计算可以得到在打 A、B、C、D、E点时小车的速度,分别记作 v1、v2、v3、v4、v5 d.以速度 v 为纵轴、时间 t 为横轴建立直角坐标系,在坐标纸上描点,如图 3 所示。图 3 结合上述实验步骤,请你完成下列任务:(1)在下列仪器和器材中,还需要使用的有 和 (填选项前的字母)。A.电压合适的 50 Hz 交流电源 B.电压可调的直流电源 C.刻度尺 D.秒表 E.天平(含砝码)(2)在图 3 中已标出计数点 A、B、D、E 对应的坐标点,请在该图中标出计
41、数点 C 对应的坐标点,并画出 v-t 图像。(3)观察 v-t 图像,可以判断小车做匀变速直线运动,其依据是 。v-t 图像斜率的物理意义是 。(4)描绘 v-t 图像前,还不知道小车是否做匀变速直线运动。用平均速度 表示各计数点的瞬时速度,从理论上讲,对 t 的要求是 (选填“越小越好”或“与大小无关”);从实验的角度看,选取的 x 大小与速度测量的误差 (选填“有关”或“无关”)。(5)早在 16 世纪末,伽利略就猜想落体运动的速度应该是均匀变化的。当时只能靠滴水计时,为此他设计了如图 4 所示的“斜面实验”,反复做了上百次,验证了他的猜想。请你结合匀变速直线运动的知识,分析说明如何利用
42、伽利略“斜面实验”检验小球的速度是随时间均匀变化的。图 4 答案(1)A C(2)如图所示 (3)小车的速度随时间均匀变化 加速度(4)越小越好 有关(5)如果小球的初速度为 0,其速度 vt,那么它通过的位移 xt2。因此,只要测量小球通过不同位移所用的时间,就可以检验小球的速度是否随时间均匀变化。解析 本题考查研究匀变速直线运动规律的实验。(1)打点计时器所用电源为 50 Hz 的交流电源,测量各计数点间距离需用刻度尺。(2)图见答案。(3)因为小车的速度随时间均匀变化,所以小车做匀加速直线运动。由匀加速直线运动中速度 v=v0+at,可知 v-t 图像斜率的物理意义是加速度。(4)=,若
43、用 表示瞬时速度,t 越小越好,而选取的 x 大小会影响速度测量值与真实值的偏差大小。(5)设 v0=0,v=at,而 x=at2,故可通过位移随时间的变化情况,判断速度随时间的变化情况。解题关键 实验原理的认识(1)图像法是实验中常用的方法,要学会通过图像分析问题。(2)测量量的转换是实验中的常用手段,当某一个物理量不易测量时,可通过该量与其他量的关系式,转换成其他可测量的物理量。如将速度的测量转换成位移的测量。25.(2017 课标,22,5 分)某探究小组为了研究小车在桌面上的直线运动,用自制“滴水计时器”计量时间。实验前,将该计时器固定在小车旁,如图(a)所示。实验时,保持桌面水平,用
44、手轻推一下小车。在小车运动过程中,滴水计时器等时间间隔地滴下小水滴,图(b)记录了桌面上连续的 6 个水滴的位置。(已知滴水计时器每 30 s 内共滴下 46 个小水滴)图(a)图(b)(1)由图(b)可知,小车在桌面上是 (填“从右向左”或“从左向右”)运动的。(2)该小组同学根据图(b)的数据判断出小车做匀变速运动。小车运动到图(b)中 A 点位置时的速度大小为 m/s,加速度大小为 m/s2。(结果均保留 2 位有效数字)答案(1)从右向左(2)0.19 0.037 解析(1)由于小车获得速度后在摩擦力作用下减速运动,故相邻水滴间的距离逐渐减小,结合图(b)可知小车向左运动。(2)由题意
45、知,30 s 内滴下 46 滴水,共 45 个时间间隔,故相邻两滴水的时间间隔 T=s=s。由匀变速直线运动中平均速度等于中间时刻的瞬时速度可得 vA=mm/s=0.19 m/s。由逐差法得小车运动的加速度为a=-()mm/s2=0.037 m/s2。26.(2017 课标,22,6 分)某同学研究在固定斜面上运动物体的平均速度、瞬时速度和加速度之间的关系。使用的器材有:斜面、滑块、长度不同的矩形挡光片、光电计时器。实验步骤如下:如图(a),将光电门固定在斜面下端附近;将一挡光片安装在滑块上,记下挡光片前端相对于斜面的位置,令滑块从斜面上方由静止开始下滑;当滑块上的挡光片经过光电门时,用光电计
46、时器测得光线被挡光片遮住的时间 t;用 s 表示挡光片沿运动方向的长度如图(b)所示,表示滑块在挡光片遮住光线的t 时间内的平均速度大小,求出;将另一挡光片换到滑块上,使滑块上的挡光片前端与中位置相同,令滑块由静止开始下滑,重复步骤、;多次重复步骤;利用实验中得到的数据作出-t 图,如图(c)所示。图(c)完成下列填空:(1)用 a 表示滑块下滑的加速度大小,用 vA 表示挡光片前端到达光电门时滑块的瞬时速度大小,则 与 vA、a 和 t 的关系式为=。(2)由图(c)可求得,vA=cm/s,a=cm/s2。(结果保留 3 位有效数字)答案(1)vA+t(2)52.1 16.3 解析 挡光片通
47、过光电门的平均速度 等于 t 时间段的中间时刻的速度 由 v=v0+at 可知=vA+a 即=vA+at,由图像的截距可知 vA=52.12 cm/s52.1 cm/s 其斜率 k=a,故滑块的加速度 a=2k=16.3 cm/s2 27.(2019 课标,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
48、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)答案 (1)A(2)将米尺竖直放置,使小球下落时尽量靠近米尺(3)9.7 解析 本题考查了匀变速直线运动中数据的处理与加速度的计算,考查了学生的实验能力,体现了科学思维中模型建构、科学推理等素养要素,渗透了科技进步的价值观念。(1)运动时间可由相机拍照的时间间隔来确定,不需要秒表与光电门。本实验中不需要测量小球的质量,故不需要天平。但需测量小球下落的距离,故需要米尺。(2)由于不知照相机的放大
49、倍数,故不能通过测量小球在照片上下落的距离来获得小球的实际下落距离,所以只能将米尺与小球的运动拍摄在同一张照片中。因小球做自由落体运动,故米尺只能竖直放置。(3)由 x=gT2 得当地的重力加速度的大小为 g=-m/s2=9.7 m/s2。方法诠释 纸带问题及类纸带问题中求物体运动的加速度,当只有两个连续数据时,可利用 x=aT2 求解;当只有两个不连续的数据时,可利用 xm-xn=(m-n)aT2 计算;当给定多个连续数据时,则需采用逐差法计算。28.(2014 大纲全国,22,6 分)现用频闪照相方法来研究物块的变速运动。在一小物块沿斜面向下运动的过程中,用频闪相机拍摄的不同时刻物块的位置
50、如图所示。拍摄时频闪频率是 10 Hz;通过斜面上固定的刻度尺读取的 5 个连续影像间的距离依次为 x1、x2、x3、x4。已知斜面顶端的高度 h 和斜面的长度 s。数据如下表所示。重力加速度大小g=9.80 m/s2。单位:cm x1 x2 x3 x4 h s 10.76 15.05 19.34 23.65 48.00 80.00 根据表中数据,完成下列填空:(1)物块的加速度 a=m/s2(保留 3 位有效数字)。(2)因为 ,可知斜面是粗糙的。答案(1)4.30(4 分,填“4.29”或“4.31”同样给分)(2)物块加速度小于 g =5.88 m/s2(或:物块加速度小于物块沿光滑斜面
51、下滑的加速度)(2分)解析(1)a=-=4.30 m/s2(2)见答案。解题指导 运用逐差法求出加速度 a。归纳总结 频闪照片和纸带打点的共同特点是想办法留下物体在相等时间内通过的位移,从而可以研究物体的运动情况,根据 x=aT2 求 a,根据平均速度和中点时刻速度的关系求瞬时速度。29.(2013 广东理综,13,18 分)(18 分)(1)研究小车匀变速直线运动的实验装置如图 16(a)所示,其中斜面倾角 可调。打点计时器的工作频率为 50 Hz。纸带上计数点的间距如图 16(b)所示,其中每相邻两点之间还有 4 个记录点未画出。图 16(a)图 16(b)(1)部分实验步骤如下:A.测量
52、完毕,关闭电源,取出纸带。B.接通电源,待打点计时器工作稳定后放开小车。C.将小车停靠在打点计时器附近,小车尾部与纸带相连。D.把打点计时器固定在平板上,让纸带穿过限位孔。上述实验步骤的正确顺序是:(用字母填写)。(2)图(b)中标出的相邻两计数点的时间间隔 T=s。(3)计数点 5 对应的瞬时速度大小计算式为 v5=。(4)为了充分利用记录数据,减小误差,小车加速度大小的计算式应为 a=。答案(1)DCBA(2)0.1(3)(4)-解析(1)按常规实验步骤排序即可,先安装再操作后整理。(2)因相邻两计数点间有 4个点没有画出,所以其间有 5 个 0.02 s,共计 0.1 s。(3)由 =可
53、知,v5=。由x=aT2,结合逐差法可得 a=-。30.(2018 课标,22,6 分)甲、乙两同学通过下面的实验测量人的反应时间。实验步骤如下:(1)甲用两个手指轻轻捏住量程为 L 的木尺上端,让木尺自然下垂。乙把手放在尺的下端(位置恰好处于 L 刻度处,但未碰到尺),准备用手指夹住下落的尺。(2)甲在不通知乙的情况下,突然松手,尺子下落;乙看到尺子下落后快速用手指夹住尺子。若夹住尺子的位置刻度为 L1,重力加速度大小为 g,则乙的反应时间为 (用 L、L1和 g 表示)。(3)已知当地的重力加速度大小为 g=9.80 m/s2,L=30.0 cm,L1=10.4 cm。乙的反应时间为 s。
54、(结果保留 2 位有效数字)(4)写出一条能提高测量结果准确程度的建议:。答案(2)-(3)0.20(4)多次测量取平均值;初始时乙的手指尽可能接近尺子 解析 本题考查自由落体运动的应用。(2)(3)木尺做自由落体运动,由位移公式可得 L-L1=gt2,解得t=-=-s=0.20 s 31.(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:用米尺量出重锤 1 底端距地面的高度 H;在重锤 1 上加上质量为 m 的小钩码;左手将重锤 2 压在地面上,保持系统静止。释放重锤 2,
55、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;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
56、 g=。答案(1)偶然(2)B(3)在重锤 1 上粘上橡皮泥,调整橡皮泥质量直至轻拉重锤 1 后松手,能观察到其匀速下落。(4)解析 本题考查利用牛顿第二定律和匀变速直线运动规律测重力加速度。(2)m 相对 M 越小,系统的加速度越小,重锤 1 下落的时间就越长,测量时间的相对误差就越小,故选 B。(3)在重锤 1 上粘上橡皮泥,轻拉重锤 1 后松手,若能匀速运动,就说明平衡了摩擦阻力。(4)系统匀加速下落的过程中有:H=at2 mg=(2M+m+m0)a 解得:g=。疑难突破 对于创新型的实验,弄清实验原理,一切问题就迎刃而解了。32.2015 重庆理综,6(1)同学们利用如图所示方法估测反
57、应时间。首先,甲同学捏住直尺上端,使直尺保持竖直状态,直尺零刻度线位于乙同学的两指之间。当乙看见甲放开直尺时,立即用手指捏直尺,若捏住位置的刻度读数为 x,则乙同学的反应时间为 (重力加速度为 g)。基于上述原理,某同学用直尺制作测量反应时间的工具,若测量范围为 00.4 s,则所用直尺的长度至少为 cm(g 取 10 m/s2);若以相等时间间隔在该直尺的另一面标记出表示反应时间的刻度线,则每个时间间隔在直尺上对应的长度是 的(选填“相等”或“不相等”)。答案 80 不相等 解析 由 x=gt2 得乙同学的反应时间为 t=。当 t=0.4 s 时,x=100.42 m=0.8 m=80 cm
58、。因为 x=gt2,即 x 与 t 不是成线性关系,故对应相同的时间间隔发生的位移不相等。33.2015 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。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。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 。答案 靠近 接通电源 释放纸带(b)纸带与限位孔间的摩擦 解析
59、 重物靠近打点计时器下端,可在纸带上打下更多的点,提高纸带利用率。为了能在纸带上打下尽可能多的点,且避免因打点计时器在接通电源后工作状态不稳而引起的误差,要求先接通电源,待计时器工作稳定后再释放纸带。比较图(b)与(c)可知,图(b)中重物做匀加速运动,而图(c)中重物先加速后减速,故应选用(b)。由 ma=mg-f 知 a=g-,测得 a ;根据 y2-y1=gt2 得 t=-,而 v0=,得 v0=x -。(3)水由细管管口水平喷出后,可以看成水做平抛运动,故此法可得到平抛运动轨迹,A 项正确;平抛小球频闪照片取圆心点做的记录点与实验中的痕迹点一致,故 B 项正确;铅笔做平抛运动时,因为没
60、有水平压力作用,笔尖不会在白纸上留下平抛运动轨迹,故 C 项错误。(4)因为平抛运动可分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的匀加速直线运动,由运动的独立性原理可知平抛物体的飞行时间 t=由下落高度决定,所以伽利略的推断揭示了平抛物体在竖直方向上做自由落体运动,故 B 项正确,A、C 项错误。(5)物体初速度较小时,运动范围很小,引力可以看做恒力重力,物体做平抛运动;随着物体初速度增大,运动范围变大,引力不能再看做恒力;当物体初速度达到第一宇宙速度时,它就围绕地球做圆周运动而成为地球卫星。试题分析 题目梯度明显,层次清晰,突出了学科特点,体现了学科思想。40.(2015 课标,22,6 分,0
61、.369)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)
62、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)答案(2)1.40(2 分)(4)7.9(2 分)1.4(2 分)解析(2)示数为 1.40 kg,注意估读。(4)小车经过凹形桥最低点时对桥的压力 N=g-M 桥 g=(1.81-1.00)9.80 N=7.9 N,小车通过最低点时受到的支持力 N=N=7.9 N,小车质量 m 车=1.40 kg-1.00 kg=0.40 kg,由 N-m 车 g=m 车 ,解得 v=1.4 m/s。41.(2017 江苏单科,10,8 分)利
63、用如图甲所示的实验装置探究恒力做功与物体动能变化的关系。小车的质量为 M=200.0 g,钩码的质量为 m=10.0 g,打点计时器的电源为 50 Hz 的交流电。图甲(1)挂钩码前,为了消除摩擦力的影响,应调节木板右侧的高度,直至向左轻推小车观察到 。(2)挂上钩码,按实验要求打出的一条纸带如图乙所示。选择某一点为 O,依次每隔 4 个计时点取一个计数点。用刻度尺量出相邻计数点间的距离 x,记录在纸带上。计算打出各计数点时小车的速度 v,其中打出计数点“1”时小车的速度 v1=m/s。图乙(3)将钩码的重力视为小车受到的拉力,取 g=9.80 m/s2,利用 W=mg x 算出拉力对小车做的
64、功 W。利用 Ek=Mv2 算出小车动能,并求出动能的变化量 Ek。计算结果见下表。W/10-3 J 2.45 2.92 3.35 3.81 4.26 Ek/10-3 J 2.31 2.73 3.12 3.61 4.00 请根据表中的数据,在方格纸上作出 Ek-W 图像。(4)实验结果表明,Ek 总是略小于 W。某同学猜想是由于小车所受拉力小于钩码重力造成的。用题中小车和钩码质量的数据可算出小车受到的实际拉力 F=N。答案(1)小车做匀速运动(2)0.228(3)如图所示 (4)0.093 解析 本题考查恒力做功与动能变化的关系。(1)平衡摩擦力的方法是利用小车重力沿斜面向下的分力与摩擦力相平
65、衡,故在此状态下小车获得速度后能匀速运动。(2)由题意知相邻计数点间时间间隔 T=0.1 s,由=得 v1=-m/s=0.228 m/s。(3)首先确定标度:为充分利用方格纸,依据给定数据范围及方格纸上格数多少,确定纵坐标、横坐标皆从 2.010-3 J 开始,且每小格表示 0.110-3 J。然后描点、连线,图像见答案。(4)对钩码有 mg-F=ma,对小车有 F=Ma,联立可得:F=g=9.8 N0.093 N。方法指导 作图法处理实验数据 利用作图法处理实验数据的原则是使方格纸得到充分的利用,为此,坐标可以不从零开始。连线的原则是作出平滑的曲线或直线,使尽可能多的点落在所连出的图线上,不
66、在线上的点,要使它们尽量对称地分布在线的两侧,显著偏离线的点要舍去。42.2014 天津理综,9(2)某同学把附有滑轮的长木板平放在实验桌上,将细绳一端拴在小车上,另一端绕过定滑轮,挂上适当的钩码,使小车在钩码的牵引下运动,以此定量探究绳拉力做功与小车动能变化的关系。此外还准备了打点计时器及配套的电源、导线、复写纸、纸带、小木块等。组装的实验装置如图所示。若要完成该实验,必需的实验器材还有哪些。实验开始时,他先调节木板上定滑轮的高度,使牵引小车的细绳与木板平行。他这样做的目的是下列的哪个 (填字母代号)。A.避免小车在运动过程中发生抖动 B.可使打点计时器在纸带上打出的点迹清晰 C.可以保证小
67、车最终能够实现匀速直线运动 D.可在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的合力 平衡摩擦力后,当他用多个钩码牵引小车时,发现小车运动过快,致使打出的纸带上点数较少,难以选到合适的点计算小车速度。在保证所挂钩码数目不变的条件下,请你利用本实验的器材提出一个解决办法:。他将钩码重力做的功当做细绳拉力做的功,经多次实验发现拉力做功总是要比小车动能增量大一些。这一情况可能是下列哪些原因造成的 (填字母代号)。A.在接通电源的同时释放了小车 B.小车释放时离打点计时器太近 C.阻力未完全被小车重力沿木板方向的分力平衡掉 D.钩码做匀加速运动,钩码重力大于细绳拉力 答案 刻度尺、天平(包括砝码)D 可在小车上
68、加适量的砝码(或钩码)CD 解析 计算小车的动能变化需用天平测质量;在计算小车通过的位移、小车的瞬时速度时都需用刻度尺测距离。只有绳与板面平行时,才能保证小车运动中与板面间的压力不变,才能保证小车所受摩擦力不变,才能保证平衡摩擦力后绳的拉力等于小车所受合力,故 D 正确。要增加纸带上所打下点的数目,只有减小小车运动的加速度。在所挂钩码数目不变的情况下只有增大小车的质量,即在车上增加砝码或钩码。当将钩码重力作为小车所受合力时,需满足几个条件:一是摩擦力被平衡,二是绳与板面平行,此二者可保证绳对车的拉力等于车所受合力,但车加速运动时钩码加速下降,钩码重力大于绳上拉力,则只有当钩码质量远小于小车质量
69、时二者才近似相等,故此情况可能是由 C、D 原因造成的。43.2013 四川理综,8(2),11 分如图 1 所示,某组同学借用“探究 a 与 F、m 之间的定量关系”的相关实验思想、原理及操作,进行“研究合外力做功和动能变化的关系”的实验:图 1 图 2 为达到平衡阻力的目的,取下细绳及托盘,通过调整垫片的位置,改变长木板倾斜程度,根据打出的纸带判断小车是否做 运动。连接细绳及托盘,放入砝码,通过实验得到图 2 所示的纸带。纸带上 O 为小车运动起始时刻所打的点,选取时间间隔为 0.1 s 的相邻计数点 A、B、C、D、E、F、G。实验时小车所受拉力为 0.2 N,小车的质量为 0.2 kg
70、。请计算小车所受合外力做的功 W 和小车动能的变化 Ek,补填表中空格(结果保留至小数点后第四位)。OB OC OD OE OF W/J 0.043 2 0.057 2 0.073 4 0.091 5 Ek/J 0.043 0 0.057 0 0.073 4 0.090 7 分析上述数据可知:在实验误差允许的范围内 W=Ek,与理论推导结果一致。实验前已测得托盘质量为 7.710-3 kg,实验时该组同学放入托盘中的砝码质量应为 kg(g 取 9.8 m/s2,结果保留至小数点后第三位)。答案 匀速直线(或匀速)0.111 5 0.110 5 0.015 解析 取下细绳与托盘后,当摩擦力恰好被
71、平衡时,小车与纸带所受合力为零,获得初速度后应做匀速直线运动。由题图 2 可知 =55.75 cm,再结合 vt/2=可得打下计数点 F 时的瞬时速度vF=-=1.051 m/s,故 W=F =0.111 5 J,Ek=M 0.110 5 J。根据牛顿第二定律有:对小车 F=Ma,得 a=1.0 m/s2;对托盘及砝码(m+m0)g-F=(m+m0)a,故有 m=-m0=-kg-7.710-3 kg=0.015 kg。44.2017 天津理综,9(2)如图所示,打点计时器固定在铁架台上,使重物带动纸带从静止开始自由下落,利用此装置验证机械能守恒定律。对于该实验,下列操作中对减小实验误差有利的是
72、 。A.重物选用质量和密度较大的金属锤 B.两限位孔在同一竖直面内上下对正 C.精确测量出重物的质量 D.用手托稳重物,接通电源后,撤手释放重物 某实验小组利用上述装置将打点计时器接到 50 Hz 的交流电源上,按正确操作得到了一条完整的纸带,由于纸带较长,图中有部分未画出,如图所示。纸带上各点是打点计时器打出的计时点,其中 O 点为纸带上打出的第一个点。重物下落高度应从纸带上计时点间的距离直接测出,利用下列测量值能完成验证机械能守恒定律的选项有 。A.OA、AD 和 EG 的长度 B.OC、BC 和 CD 的长度 C.BD、CF 和 EG 的长度 D.AC、BD 和 EG 的长度 答案 AB
73、 BC 解析 本题考查“验证机械能守恒定律”实验。选用质量大的金属锤,可保证下落过程中纸带竖直不松弛;金属锤密度大,体积就小,下落过程中所受阻力小;上下限位孔对正,可减小摩擦;本实验中要验证 mv2=mgh,即验证v2=2gh,不用测量重物的质量;实验时用手抓紧纸带上端,接通电源,打点计时器工作稳定后,再松手释放纸带,不用用手托住重物。本实验中,需要测某点的瞬时速度和从起始点到该点的距离,或者两点的速度及其间距,符合要求的选项有 B、C。试题评析 如何减小实验误差和如何处理数据是实验题目的两大高频考点,考生在平时实验中,要充分思考这方面问题的处理办法,做到心中有数,在考试中就可游刃有余。45.
74、(2016 课标,22,5 分)某同学用图(a)所示的实验装置验证机械能守恒定律,其中打点计时器的电源为交流电源,可以使用的频率有 20 Hz、30 Hz 和 40 Hz。打出纸带的一部分如图(b)所示。图(a)图(b)该同学在实验中没有记录交流电的频率 f,需要用实验数据和其他题给条件进行推算。(1)若从打出的纸带可判定重物匀加速下落,利用 f 和图(b)中给出的物理量可以写出:在打点计时器打出 B 点时,重物下落的速度大小为 ,打出 C 点时重物下落的速度大小为 ,重物下落的加速度大小为 。(2)已测得 s1=8.89 cm,s2=9.50 cm,s3=10.10 cm;当地重力加速度大小
75、为 9.80 m/s2,实验中重物受到的平均阻力大小约为其重力的 1%。由此推算出 f 为 Hz。答案(1)(s1+s2)f (s2+s3)f (s3-s1)f2(2)40 解析(1)匀变速直线运动中,某一段位移的平均速度等于中间时刻的瞬时速度:vB=(s1+s2)f,同理 vC=(s2+s3)f,加速度 a=-=(s3-s1)f2。(2)由牛顿第二定律可知:mg-0.01mg=ma a=0.99g 又由(1)问知:a=-联立得 f=40 Hz 46.2016 北京理综,21(2)利用图 1 装置做“验证机械能守恒定律”实验。图 1 为验证机械能是否守恒,需要比较重物下落过程中任意两点间的 。
76、A.动能变化量与势能变化量 B.速度变化量与势能变化量 C.速度变化量与高度变化量 除带夹子的重物、纸带、铁架台(含铁夹)、电磁打点计时器、导线及开关外,在下列器材中,还必须使用的两种器材是 。A.交流电源 B.刻度尺 C.天平(含砝码)实验中,先接通电源,再释放重物,得到图 2 所示的一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的点 A、B、C,测得它们到起始点 O 的距离分别为 hA、hB、hC。已知当地重力加速度为 g,打点计时器打点的周期为 T。设重物的质量为 m。从打 O 点到打 B 点的过程中,重物的重力势能变化量 Ep=,动能变化量Ek=。图 2 大多数学生的实验结果显示,重力势能的减少量
77、大于动能的增加量,原因是 。A.利用公式 v=gt 计算重物速度 B.利用公式 v=计算重物速度 C.存在空气阻力和摩擦阻力的影响 D.没有采用多次实验取平均值的方法 某同学想用下述方法研究机械能是否守恒:在纸带上选取多个计数点,测量它们到起始点 O 的距离 h,计算对应计数点的重物速度 v,描绘 v2-h 图像,并做如下判断:若图像是一条过原点的直线,则重物下落过程中机械能守恒。请你分析论证该同学的判断依据是否正确。答案 A AB-mghB m(-)C 见解析 解析 重物的机械能指它的动能和重力势能,所以机械能是否守恒要看动能和重力势能变化量是否相等,所以选 A 项。因为电磁打点计时器用 6
78、 V 以下交流电源,所以 A项器材需要;实验中需要用刻度尺测纸带上点间距离,所以 B 项器材需要;因为动能变化、重力势能变化都是对同一重物而言的,所以不需要测它的质量,故 C 项不需要。从打 O点到打 B 点的过程中重物的重力势能在减少,所以 Ep=-mghB,再由 =得打 B 点时重物的速度为 vB=-,故动能变化量为 Ek=m -0=m(-)。因为做实验时存在空气阻力和纸带与打点计时器间的摩擦阻力,故重物下落过程不是自由落体运动,所以|Ep|Ek,所以 C 项正确。该同学的判断依据不正确。在重物下落 h 的过程中,若阻力 f 恒定,根据 mgh-fh=mv2-0v2=2(-)h 可知,v2
79、-h 图像就是过原点的一条直线。要想通过 v2-h 图像的方法验证机械能是否守恒,还必须看图像的斜率是否接近 2g。47.(2016 课标,22,6 分)某物理小组对轻弹簧的弹性势能进行探究,实验装置如图(a)所示:轻弹簧放置在光滑水平桌面上,弹簧左端固定,右端与一物块接触而不连接,纸带穿过打点计时器并与物块连接。向左推物块使弹簧压缩一段距离,由静止释放物块,通过测量和计算,可求得弹簧被压缩后的弹性势能。图(a)(1)实验中涉及下列操作步骤:把纸带向左拉直 松手释放物块 接通打点计时器电源 向左推物块使弹簧压缩,并测量弹簧压缩量 上述步骤正确的操作顺序是 (填入代表步骤的序号)。(2)图(b)
80、中 M 和 L 纸带是分别把弹簧压缩到不同位置后所得到的实际打点结果。打点计时器所用交流电的频率为 50 Hz。由 M 纸带所给的数据,可求出在该纸带对应的实验中物块脱离弹簧时的速度为 m/s。比较两纸带可知,(填“M”或“L”)纸带对应的实验中弹簧被压缩后的弹性势能大。图(b)答案(1)(2)1.29 M 解析(1)实验步骤中,一定要注意接通打点计时器电源之后再松手释放物块。若次序搞反,可能造成物块已离开桌面但打点计时器还没有开始工作。(2)从纸带上看,最后两个数据 2.58 cm、2.57 cm 相差不大,表示物块已经脱离弹簧,所以速度 v=10-2 m/s1.29 m/s,同理可计算出打
81、下 L 纸带时物块脱离弹簧的速度要小一些。审题指导 通过打点计时器打下的纸带可分析物体的运动过程。本题中,从前面几个数据可以看出相等时间内的位移逐渐增大,表明此阶段物块在弹簧弹力作用下加速运动,从后面两个数据可以看出相等时间内的位移几乎不变,表明此阶段物块已经脱离了弹簧,近似做匀速直线运动。评析 本题考查打点计时器的相关实验,与探究弹簧弹性势能相结合,不落俗套。48.(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
82、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=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Ep 与动能变化大小 Ek,就能验证机械能是否守恒。图 1(1)用 Ep=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 Ek=mv2 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
83、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:Ep(10-2 J)4.892 9.786 14.69 19.59 29.38 Ek(10-2 J)5.04 10.1 15.1 20.0 29.8 他发现表中的 Ep 与 Ek 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。答案(1)B(2)1.50(1.491.51 都算对)1.50(1.491.51 都算对)(3)不同意,因为空气阻力会造成 Ek 小于 Ep,但表中 Ek 大于 Ep。(4)分别测出光电门和球心到悬点的长度 L 和 l,计算 Ek
84、时,将 v 折算成钢球的速度v=v。解析(1)要考虑钢球重力势能的改变量大小,需要测量钢球球心下降的高度 h,因此要测量钢球在释放点和 A 点时球心之间的竖直距离,选项 B 正确。(2)刻度尺的读数为 1.50 cm,钢球的速度 v=-m/s=1.50 m/s。(3)由动能定理可知,mgh-Wf=Ek,即 Ep-Wf=Ek,EpEk,所以空气阻力会造成EpEk,但表中为 EkEp,因此不同意他的观点。(4)钢球球心和遮光条都绕悬点做圆周运动,但运动半径不同,因此分别测出光电门和球心到悬点的长度 L 和 l,遮光条在光电门处的速度 v=,则钢球的速度 v=l,可以减小表中差异。考查点 本题考查对
85、验证机械能守恒定律实验原理的理解、刻度尺的读数、实验数据的处理、误差分析和对实验方法的分析与改进,主要考查考生解决实验问题的基本素养,属于中等难度题。解题指导(1)钢球高度的改变应为钢球球心间的高度差,因此应测球心间的竖直距离。(3)因存在空气阻力,故重力势能的改变量应大于动能的改变量。(4)不同半径、同一圆心的圆周运动,其线速度不同,故应将遮光条在光电门处的速度折算成钢球球心处的速度。49.2016 四川理综,8,6 分用如图所示的装置测量弹簧的弹性势能。将弹簧放置在水平气垫导轨上,左端固定,右端在 O 点;在 O 点右侧的 B、C 位置各安装一个光电门,计时器(图中未画出)与两个光电门相连
86、。先用米尺测得 B、C 两点间距离 s,再用带有遮光片的滑块压缩弹簧到某位置 A,静止释放,计时器显示遮光片从 B 到 C 所用的时间 t,用米尺测量 A、O 之间的距离 x。(1)计算滑块离开弹簧时速度大小的表达式是 。(2)为求出弹簧的弹性势能,还需要测量 。A.弹簧原长 B.当地重力加速度 C.滑块(含遮光片)的质量(3)增大 A、O 之间的距离 x,计时器显示时间 t 将 。A.增大 B.减小 C.不变 答案(1)(2)C(3)B 解析(1)滑块离开弹簧后做匀速运动,则速度的大小为 。(2)弹簧的弹性势能完全转化成滑块的动能,即 Ep 弹=mv2,故除了测量速度外,还要测量滑块(含遮光
87、片)的质量。(3)增大 x,弹簧弹性势能增大,滑块离开弹簧后的速度增大,故从 B 到 C 所用的时间减小。50.2014 广东理综,34(2),10 分某同学根据机械能守恒定律,设计实验探究弹簧的弹性势能与压缩量的关系。如图(a),将轻质弹簧下端固定于铁架台,在上端的托盘中依次增加砝码,测得相应的弹簧长度,部分数据如下表,由数据算得劲度系数 k=N/m。(g 取 9.8 m/s2)砝码质量(g)50 100 150 弹簧长度(cm)8.62 7.63 6.66 取下弹簧,将其一端固定于气垫导轨左侧,如图(b)所示;调整导轨,当滑块自由滑动时,通过两个光电门的速度大小 。用滑块压缩弹簧,记录弹簧
88、的压缩量 x;释放滑块,记录滑块脱离弹簧后的速度 v,释放滑块过程中,弹簧的弹性势能转化为 。重复中的操作,得到 v 与 x 的关系如图(c)。由图可知,v 与 x 成 关系,由上述实验可得结论:对同一根弹簧,弹性势能与弹簧的 成正比。答案 49.550.5 相等 滑块的动能 正比 压缩量的二次方(每空 2 分)解析 由 f=kx 得 f=kx,代入表中数据可得出 k 值。滑块滑行过程中无摩擦阻力,自由滑动时导轨已调整到水平状态,故滑块此时匀速运动。当不考虑空气阻力、摩擦等因素且导轨又调到水平状态时,释放滑块的过程中只涉及弹性势能与滑块的动能,即能量只在这两种形式的能量之间转化。v-x 图线是
89、过原点的直线,故 vx。因Ep=Ek=mv2v2x2,故 Epx2。51.(2014 山东理综,21,8 分)某实验小组利用弹簧秤和刻度尺,测量滑块在木板上运动的最大速度。实验步骤:用弹簧秤测量橡皮泥和滑块的总重力,记作 G;将装有橡皮泥的滑块放在水平木板上,通过水平细绳和固定弹簧秤相连,如图甲所示。在 A 端向右拉动木板,待弹簧秤示数稳定后,将读数记作 F;图甲 改变滑块上橡皮泥的质量,重复步骤;实验数据如下表所示:G/N 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 F/N 0.59 0.83 0.99 1.22 1.37 1.61 如图乙所示,将木板固定在水平桌面上,滑块置
90、于木板上左端 C 处,细绳跨过定滑轮分别与滑块和重物 P 连接,保持滑块静止,测量重物 P 离地面的高度 h;图乙 滑块由静止释放后开始运动并最终停在木板上的 D 点(未与滑轮碰撞),测量 C、D 间的距离 s。完成下列作图和填空:(1)根据表中数据在给定坐标纸上作出 F-G 图线。(2)由图线求得滑块和木板间的动摩擦因数=(保留 2 位有效数字)。(3)滑块最大速度的大小 v=(用 h、s、和重力加速度 g 表示)。答案(1)如图所示 (2)0.40(0.38、0.39、0.41、0.42 均正确)(3)-解析(1)见答案。(2)因弹簧秤示数稳定后滑块静止,由题意知此时滑动摩擦力 f=F,又
91、因滑块与板间压力N=G,故由 f=N 得 F=G,即 F-G 图线的斜率即为,由图线可得=k=0.40。(3)最大速度为 v,从 P 下降 h 高度到滑块运动到 D 点的过程中由动能定理得 0-mv2=-mg(s-h),故有 v=-。52.(2013 课标,22,8 分,0.567)某同学利用下述装置对轻质弹簧的弹性势能进行探究:一轻质弹簧放置在光滑水平桌面上,弹簧左端固定,右端与一小球接触而不固连;弹簧处于原长时,小球恰好在桌面边缘,如图(a)所示。向左推小球,使弹簧压缩一段距离后由静止释放;小球离开桌面后落到水平地面。通过测量和计算,可求得弹簧被压缩后的弹性势能。图(a)回答下列问题:(1
92、)本实验中可认为,弹簧被压缩后的弹性势能 Ep 与小球抛出时的动能 Ek 相等。已知重力加速度大小为 g。为求得 Ek,至少需要测量下列物理量中的 (填正确答案标号)。A.小球的质量 m B.小球抛出点到落地点的水平距离 s C.桌面到地面的高度 h D.弹簧的压缩量 x E.弹簧原长 l0(2)用所选取的测量量和已知量表示 Ek,得 Ek=。(3)图(b)中的直线是实验测量得到的 s-x 图线。从理论上可推出,如果 h 不变,m 增加,s-x 图线的斜率会 (填“增大”、“减小”或“不变”);如果 m 不变,h 增加,s-x 图线的斜率会 (填“增大”、“减小”或“不变”)。由图(b)中给出
93、的直线关系和 Ek 的表达式可知,Ep 与 x 的 次方成正比。图(b)答案(1)ABC(3 分。选对但不全的给 1 分,有选错的,不给这 3 分)(2)(2 分)(3)减小 增大 2(3 分。每空 1 分)解析 弹簧被压缩后的弹性势能等于小球抛出时的动能,即 Ep=Ek=m 。小球离开桌面后做平抛运动,由平抛运动规律,水平位移 s=v0t,竖直高度 h=gt2,得 v0=s ,动能Ek=m =,因此 A、B、C 正确。弹簧的弹性势能 Ep=,由理论推导可知Ep=k(x)2 即 k(x)2=,s=x,因此当 h 不变时,m 增加,其斜率减小,当 m 不变时,h 增加其斜率增大,由图线知 sx,
94、由 Ek 表达式知 Eks2,则由 Ep=Ek 知 Ep(x)2,即Ep 与 x 的二次方成正比。考查点 探究弹簧的弹性势能 解题关键 利用平抛运动规律得出 Ek 的表达式。利用 Ep=k(x)2 导出 s-x 图线的函数关系式。53.2013 重庆理综,6(1),6 分我国舰载飞机在“辽宁舰”上成功着舰后,某课外活动小组对舰载飞机利用阻拦索着舰的力学问题很感兴趣。他们找来了木板、钢球、铁钉、橡皮条以及墨水,制作了如图所示的装置,准备定量研究钢球在橡皮条阻拦下前进的距离与被阻拦前速率的关系。要达到实验目的,需直接测量的物理量是钢球由静止释放时的 和在橡皮条阻拦下前进的距离,还必须增加的一种实验
95、器材是 。忽略钢球所受的摩擦力和空气阻力,重力加速度已知,根据 定律(定理),可得到钢球被阻拦前的速率。答案 高度(距水平木板的高度)(2 分)刻度尺(2 分)机械能守恒(动能)(2 分)解析 忽略了摩擦力和空气阻力,钢球在沿斜面下滑过程中机械能守恒:mgh=mv2,可得 v=,因 g 是已知的,故若测量钢球被阻拦前的速率即运动到水平木板上时的速率,需测量钢球释放时的高度 h。而测量钢球下降的高度及在橡皮条阻拦下前进的距离,都需要测量工具刻度尺。54.2014 课标,35(2),10 分现利用图(a)所示的装置验证动量守恒定律。在图(a)中,气垫导轨上有 A、B 两个滑块,滑块 A 右侧带有一
96、弹簧片,左侧与打点计时器(图中未画出)的纸带相连;滑块 B 左侧也带有一弹簧片,上面固定一遮光片,光电计时器(未完全画出)可以记录遮光片通过光电门的时间。图(a)实验测得滑块 A 的质量 m1=0.310 kg,滑块 B 的质量 m2=0.108 kg,遮光片的宽度d=1.00 cm;打点计时器所用交流电的频率 f=50.0 Hz。将光电门固定在滑块 B 的右侧,启动打点计时器,给滑块 A 一向右的初速度,使它与 B 相碰。碰后光电计时器显示的时间为 tB=3.500 ms,碰撞前后打出的纸带如图(b)所示。图(b)若实验允许的相对误差绝对值(|碰撞前后总动量之差碰前总动量|100%)最大为
97、5%,本实验是否在误差范围内验证了动量守恒定律?写出运算过程。答案 见解析 解析 按定义,滑块运动的瞬时速度大小 v 为 v=式中 s 为滑块在很短时间 t 内经过的路程。设纸带上打出相邻两点的时间间隔为 tA,则 tA=0.02 s tA 可视为很短。设 A 在碰撞前、后瞬时速度大小分别为 v0、v1。将式和图给实验数据代入式得 v0=2.00 m/s v1=0.970 m/s 设 B 在碰撞后的速度大小为 v2,由式有 v2=代入题给实验数据得 v2=2.86 m/s 设两滑块在碰撞前、后的总动量分别为 p 和 p,则 p=m1v0 p=m1v1+m2v2 两滑块在碰撞前后总动量相对误差的
98、绝对值为 p=|-|100%联立式并代入有关数据,得 p=1.7%=30,所以应选用电流表内接法。为了减小偶然误差可测量多组电流和电压值,计算电阻的平均值。或测量多组电流和电压值,用图像法求电阻值。考查点 本题考查了考生使用实验仪器,观察、分析实验现象,对实验方案和结论进行分析、评价等内容。属于中等难度题。学习指导 本题考查考生做实验的真实能力,真正做过实验的考生容易得分,而靠记忆、纸笔练习的考生不易得分。这就告诉我们,平时不仅仅要重视实验原理的理解和实验方案的优化,更要动手进行具体实验的操作,从中学会仪器的使用方法和体会操作过程中的方法技巧及其注意事项,分析处理实验中得到的数据,这样才能真正
99、培养实验的操作技能和实验探究能力。58.2014 福建理综,19(1),6 分某同学测定一金属杆的长度和直径,示数如图甲、乙所示,则该金属杆的长度和直径分别为 cm 和 mm。答案 60.10 4.20 解析 刻度尺的分度值为 1 mm,要估读到 0.1 mm。游标卡尺读数=4 mm+100.02 mm=4.20 mm。59.2013 山东理综,21(1)图甲为一游标卡尺的结构示意图,当测量一钢笔帽的内径时,应该用游标卡尺的 (填“A”“B”或“C”)进行测量;示数如图乙所示,该钢笔帽的内径为 mm。答案 A 11.30(11.25 或 11.35)解析 测量内径时应该用游标卡尺上的内测量爪
100、A。游标卡尺的读数=主尺上的读数+游标尺上的读数。本题主尺上读数为 11 mm,游标尺上读数为 60.05 mm=0.30 mm,故读数为 11.30 mm。60.(2012 课标,22,5 分)某同学利用螺旋测微器测量一金属板的厚度。该螺旋测微器校零时的示数如图(a)所示,测量金属板厚度时的示数如图(b)所示。图(a)所示读数为 mm,图(b)所示读数为 mm,所测金属板的厚度为 mm。答案 0.010(0.009 或 0.011 也对)6.870(6.869 或 6.871 也对)6.860(6.8586.862)解析 依据螺旋测微器读数的基本原理,0.5 毫米以上的值在固定刻度上读出,而
101、在可动刻度上要估读到千分之一毫米,则图(a)读数为 0.010 mm,图(b)读数为 6.870 mm。评析 本题考查螺旋测微器的读数原理及系统误差的处理方法,模型常见,但要求考生细心、慎重。加上对系统误差的处理近几年在高考中较少出现,故本题为难度中等、区分度中等的题目。考生应对这类题给予关注。61.(2019 江苏单科,11,10 分)某同学测量一段长度已知的电阻丝的电阻率。实验操作如下:(1)螺旋测微器如图 1 所示。在测量电阻丝直径时,先将电阻丝轻轻地夹在测砧与测微螺杆之间,再旋动 (选填“A”“B”或“C”),直到听见“喀喀”的声音,以保证压力适当,同时防止螺旋测微器的损坏。图 1(2
102、)选择电阻丝的 (选填“同一”或“不同”)位置进行多次测量,取其平均值作为电阻丝的直径。(3)图 2 甲图中 Rx 为待测电阻丝。请用笔画线代替导线,将滑动变阻器接入图 2 乙图实物电路中的正确位置。图 2 甲 图 2 乙(4)为测量 Rx,利用图 2 甲图所示的电路,调节滑动变阻器测得 5 组电压 U1 和电流 I1 的值,作出的 U1-I1 关系图像如图 3 所示。接着,将电压表改接在 a、b 两端,测得 5 组电压 U2和电流 I2 的值,数据见下表:U2/V 0.50 1.02 1.54 2.05 2.55 I2/mA 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 请根据表中的数
103、据,在方格纸上作出 U2-I2 图像。图 3(5)由此,可求得电阻丝的 Rx=。根据电阻定律可得到电阻丝的电阻率。答案(1)C(2)不同(3)见图甲(4)见图乙(5)23.5(23.0 24.0 都算对)图甲 图乙 解析 本题通过测电阻丝电阻率的实验考查了基本仪器的使用、电路实物图连接及数据的处理等问题,考查了学生的实验操作、数据处理等能力,体现了科学探究中问题、证据、解释等素养要素,渗透了创新的价值观念。(1)为防止测砧与测微螺杆对电阻丝产生的压力过大,应该旋动微调旋钮 C。(2)为防止电阻丝的粗细不均匀造成对其直径测量的误差,要求在电阻丝上不同位置测量后取其平均值。(3)实物图连接见答案。
104、(4)将表格中数据先在方格纸上描点,再用平滑的直线连接,图见答案。(5)在题图甲电路中 U1=I1(Rx+RA+R0),当电压表改接在 a、b 两端时 U2=I2(RA+R0),可见 U1-I1 图线的斜率 k1=Rx+RA+R0,U2-I2 图线的斜率 k2=RA+R0,故由两图线的斜率可得被测电阻的阻值 Rx=k1-k223.5。62.2018 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 k),除了 Rx、开关 S、导线外,还有下列器材供选用:A.电压表(量程 01 V,内阻约 10 k)B.电压表(量程 010 V,内阻约 100 k)C.电流表(量程 01
105、mA,内阻约 30)D.电流表(量程 00.6 A,内阻约 0.05)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 010,额定电流 2 A)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)画出测量 Rx 阻值的实验电路图。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 。答案 B C F 如图所示 大于 电压表的读数大于待测电阻两端实际电压(其他正确表述也可)解析 本题考查伏安法测电
106、阻。由于 Rx 的阻值约为 10 k,若选用 1.5 V 电源,电路中电流非常小,不利于实验,故电源选用 12 V 的,即 F,则电压表应选 B;电路电流最大值约为 1 mA,故电流表应选 C。因 Rx ,属于大电阻,故电流表采用内接法,而滑动变阻器 R0 的阻值远小于 Rx,则滑动变阻器 R0 采用分压式接法,如答案图所示。由于电压表的读数为电阻 Rx 和电流表内阻的分压和,而电流表的读数是流过 Rx 的实际电流,故待测电阻测量值会大于其真实值。63.(2014 课标,22,6 分,0.622)在伏安法测电阻的实验中,待测电阻 Rx约为 200,电压表的内阻约为 2 k,电流表的内阻约为 1
107、0,测量电路中电流表的连接方式如图(a)或图(b)所示,结果由公式 Rx=计算得出,式中 U 与 I 分别为电压表和电流表的示数。若将图(a)和图(b)中电路测得的电阻值分别记为 Rx1 和 Rx2,则 (填“Rx1”或“Rx2”)更接近待测电阻的真实值,且测量值 Rx1 (填“大于”、“等于”或“小于”)真实值,测量值 Rx2 (填“大于”、“等于”或“小于”)真实值。答案 Rx1 大于 小于 解析 =20,=10,因此 Rx属于大电阻,用电流表内接法时测量值更接近真实值,即 Rx1更接近真实值;因 Rx1=Rx+RA,故 Rx1Rx,Rx2=R 并(即 Rx 与 RV 的并联值),故 Rx
108、2Rx。考查点 伏安法测电阻 解题关键 理解内接法误差的来源是电流表的分压。理解外接法误差的来源是电压表的分流。温馨提示 利用伏安法测电阻时,当 Rx 时选用内接法。64.2014 天津理综,9(3),6 分现要测量一个未知电阻 Rx 的阻值,除 Rx 外可用的器材有:多用电表(仅可使用欧姆挡);一个电池组 E(电动势 6 V);一个滑动变阻器 R(020,额定电流 1 A);两个相同的电流表 G(内阻 Rg=1 000,满偏电流 Ig=100 A);两个标准电阻(R1=29 000,R2=0.1);一个电键 S、导线若干。为了设计电路,先用多用电表的欧姆挡粗测未知电阻,采用“10”挡,调零后
109、测量该电阻,发现指针偏转非常大,最后几乎紧挨满偏刻度停下来,下列判断和做法正确的是 (填字母代号)。A.这个电阻阻值很小,估计只有几欧姆 B.这个电阻阻值很大,估计有几千欧姆 C.如需进一步测量可换“1”挡,调零后测量 D.如需进一步测量可换“1k”挡,调零后测量 根据粗测的判断,设计一个测量电路,要求测量尽量准确并使电路能耗较小,画出实验电路图,并将各元件字母代码标在该元件的符号旁。答案 AC 如图所示 解析 欧姆挡的零刻线在右侧,指针偏转越大时阻值越小,故 A 正确。要使指针指在中间刻度线附近,由“阻值=读数倍率”可知所选倍率应减小以增大读数,故 C 正确。由电路能耗较小的要求可知控制电路
110、应采用限流式。因器材中只有两个内阻已知的电流表,故可考虑改装:由题给数据可知电流表 G 与 R1 可改装为一个量程为 3 V 的电压表。电流表 G 与 R2 可改装为一个量程为 1 A 的电流表。改装后的内阻分别为 RV=30 000 与 RA=0.1,而被测电阻的阻值约为几欧,属于小电阻,故测量电路应采用外接法,电路图见答案。65.(2016 课标,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),滑动变阻器R1(最大阻值 50),滑动变阻器 R2(最大阻值 5 k),直流电源 E(电
111、动势 3 V),开关 1 个,导线若干。实验步骤如下:按电路原理图(a)连接线路;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;调节滑动变阻器,使电压表满偏;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)实验步骤中记录的电阻箱阻值为 630.0,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 (结果保留到个位)。(4)如果此电压表是由一个表头
112、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 A B.250 A C.500 A D.1 mA 答案(1)R1(2)如图所示(3)2 520(4)D 解析(1)在保证电路安全的前提下,分压式电路中的滑动变阻器应选用总阻值小的。(2)见答案图。(3)电压表示数为 2.00 V,说明电阻箱分压为 0.5 V,可知 RV=4R=4630.0=2 520。(4)I 满=满 =1 mA。疑难突破(1)电压表满偏电压为 2.5 V,步骤中电压表示数为 2.00 V,说明电阻箱仅分压 0.5 V。(2)电压表的满刻度电流与表头一致,故 I 满=满 。66.(2015 课标,2
113、3,9 分)电压表满偏时通过该表的电流是半偏时通过该表电流的两倍。某同学利用这一事实测量电压表的内阻(半偏法),实验室提供的器材如下:待测电压表(量程 3 V,内阻约为 3 000),电阻箱 R0(最大阻值为 99 999.9),滑动变阻器 R1(最大阻值 100,额定电流 2 A),电源 E(电动势 6 V,内阻不计),开关 2 个,导线若干。(1)虚线框内为该同学设计的测量电压表内阻的电路图的一部分,将电路图补充完整。(2)根据设计的电路,写出实验步骤:。(3)将这种方法测出的电压表内阻记为 RV,与电压表内阻的真实值 RV 相比,RV RV(填“”、“=”或“(1 分)断开 S2,调节电
114、阻箱使电压表成半偏状态,电压表所在支路总电阻增大,分得的电压也增大;此时 R0 两端的电压大于电压表的半偏电压,故 RVRV(1 分,其他合理说法同样给分)解析(1)由于 R1 的总阻值远小于测量电路总电阻,故控制电路采用分压式接法,电路图见答案。(2)(3)见答案。评析 试题考查了恒压半偏法测电压表内阻的原理、步骤及实验的系统误差,试题难度较小,考查点基础,在一定程度上考查了考生的分析、推理能力。67.2014 四川理综,8(2),11 分如图是测量阻值约几十欧的未知电阻 Rx 的原理图,图中R0 是保护电阻(10),R1 是电阻箱(099.9),R 是滑动变阻器,A1 和 A2 是电流表,
115、E 是电源(电动势 10 V,内阻很小)。在保证安全和满足要求的情况下,使测量范围尽可能大。实验具体步骤如下:()连接好电路,将滑动变阻器 R 调到最大;()闭合 S,从最大值开始调节电阻箱 R1,先调 R1 为适当值,再调节滑动变阻器 R,使 A1 示数 I1=0.15 A,记下此时电阻箱的阻值 R1 和 A2 的示数 I2;()重复步骤(),再测量 6 组 R1 和 I2 值;()将实验测得的 7 组数据在坐标纸上描点。根据实验回答以下问题:现有四只供选用的电流表:A.电流表(03 mA,内阻为 2.0)B.电流表(03 mA,内阻未知)C.电流表(00.3 A,内阻为 5.0)D.电流表
116、(00.3 A,内阻未知)A1 应选用 ,A2 应选用 。测得一组 R1 和 I2 值后,调整电阻箱 R1,使其阻值变小,要使 A1 示数 I1=0.15 A,应让滑动变阻器 R 接入电路的阻值 (选填“不变”、“变大”或“变小”)。在坐标纸上画出 R1 与 I2 的关系图。根据以上实验得出 Rx=。答案 D C 变大 关系图线如图 31 解析 由电路图可知 I1(R0+R1+RA1)=I2(Rx+RA2),即 R1=I2-(R0+RA1),在 I1=0.15 A 保持不变时 R1-I2 图线是一条直线,当由其斜率 k=求 Rx 时 RA2 必须是已知的。因两支路的阻值在同一数量级,则两支路中
117、电流亦必在同一数量级,再结合 I1=0.15 A,可知 A1 只能选用 D,A2 只能选用 C。要保持 I1=0.15 A 不变,当 R1 阻值减小时需减小并联支路两端的电压,则 A2 示数减小,即总电流减小,而并联支路总电阻变小,则需增大滑动变阻器接入电路中的阻值。图见答案。由图线可求得斜率 k=240/A。结合k=得 Rx=kI1-RA2=31。68.(2013 广东理综,34(2),10 分)图(a)是测量电阻 RX 的原理图。学生电源输出电压可调,电流表量程选 0.6 A(内阻不计),标有长度刻度的均匀电阻丝 ab 的总长为 30.0 cm。图 17(a)图 17(b)图 17(c)根
118、据原理图连接图 17(b)的实物图。断开 S2,合上 S1;调节电源输出电压为 3.0 V 时,单位长度电阻丝的电压 u=V/cm。记录此时电流表 A1 的示数。保持 S1 闭合,合上 S2;滑动 c 点改变 ac 的长度 L,同时调节电源输出电压,使电流表 A1的示数与步骤记录的值相同,记录长度 L 和 A2 的示数 I。测量 6 组 L 和 I 值,测量数据已在图 17(c)中标出。写出 RX 与 L、I、u 的关系式 RX=;根据图 17(c)用作图法算出 RX=。答案 见解析图 0.1 6.0 解析 如图 u=0.1 V/cm。RX=,则 L=I,由图线斜率知 =,故 RX=0.1 =
119、6.0。69.(2011 全国,22,5 分)为了测量一微安表头 A 的内阻,某同学设计了如图所示的电路。图中,A0 是标准电流表,R0 和 RN 分别是滑动变阻器和电阻箱,S 和 S1 分别是单刀双掷开关和单刀开关,E 是电池。完成下列实验步骤中的填空:(1)将 S 拨向接点 1,接通 S1,调节 ,使待测表头指针偏转到适当位置,记下此时 的读数 I;(2)然后将 S 拨向接点 2,调节 ,使 ,记下此时 RN 的读数;(3)多次重复上述过程,计算 RN 读数的 ,此即待测微安表头内阻的测量值。答案(1)R0 标准电流表(或 A0)(2)RN 标准电流表(或 A0)的读数仍为 I(3)平均值
120、 解析 本题方法为替代法。当 S 接 1 与接 2 时通过电路的电流 I 相同,可知待测A 的内阻阻值与 RN 的阻值相同。70.2016 天津理综,9(3)某同学想要描绘标有“3.8 V,0.3 A”字样小灯泡 L 的伏安特性曲线,要求测量数据尽量精确、绘制曲线完整。可供该同学选用的器材除开关、导线外,还有:电压表 V1(量程 03 V,内阻等于 3 k)电压表 V2(量程 015 V,内阻等于 15 k)电流表 A1(量程 0200 mA,内阻等于 10)电流表 A2(量程 03 A,内阻等于 0.1)滑动变阻器 R1(010,额定电流 2 A)滑动变阻器 R2(01 k,额定电流 0.5
121、 A)定值电阻 R3(阻值等于 1)定值电阻 R4(阻值等于 10)定值电阻 R5(阻值等于 1 k)电源 E(E=6 V,内阻不计)请画出实验电路图,并将各元件字母代码标在该元件的符号旁。该同学描绘出的 I-U 图像应是下图中的 。答案 如图所示 B 解析 首先考虑测量电路:由于小灯泡的规格为“3.8 V,0.3 A”,可知电表 V2、A2 量程太大而不能选用;电表 V1、A1 则需要改装才能获得小灯泡完整的伏安特性曲线。A1与 R4 并联可得量程为 00.4 A 的电流表,V1 与 R5 串联可得量程为 04 V 的电压表,因小灯泡电阻值较小,测量电路应采用电流表外接的方式。再考虑控制电路
122、:首先由调节的方便性可知滑动变阻器应选用 R1,再由“绘制曲线完整”可知测量电压与电流应从零开始变化,故连接方法应选用分压式接法。在 I-U 图像中,图线上某点与原点连线的斜率表示该状态下电阻的倒数。由于小灯泡灯丝的阻值是随温度升高而增大的,故只有 B 正确。71.2015 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 k)、电流表(内阻约为 1)、定值电阻等。图甲 使用多用电表粗测元件 X 的电阻。选择“1”欧姆挡测量,示数如图甲(a)所示,读数为 。据此应选择图甲中的 填“(b)”或“(c)”电路进行实验。连接所选电路
123、,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。图乙(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)图乙 该小组还借助 X 和 Y 中的线性元件和阻值 R=21 的定值电阻,测量待测电池的电动势 E 和内阻 r,电路如图乙(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。利用图乙(a)可算得 E=V,r=(结果均保留两位有效数字,视电压表为理想电压表)。答案 10.0(b)增大 Y 3.2
124、0.50 解析 测量值=读数倍率,故测量结果为 10.01=10.0,因 RX=10.0 ,RX 属于小电阻,故测量电路应采用电流表外接法。滑片 P 向右滑动时测量电路两端的电压增大,故电流表的示数也增大。非线性元件的 U-I 图线是曲线。由图乙(a)可知 U1=3.00 V 时 I1=0.30 A,U2=1.00 V 时 I2=0.10 A,根据闭合电路欧姆定律有 E=3.00 V+0.30 Ar,E=1.00 V+0.10 A(r+21),解得 E=3.15 V3.2 V,r=0.50。72.2013 天津理综,9(3)要测绘一个标有“3 V 0.6 W”小灯泡的伏安特性曲线,灯泡两端的电
125、压需要由零逐渐增加到 3 V,并便于操作。已选用的器材有:电池组(电动势为 4.5 V,内阻约 1);电流表(量程为 0250 mA,内阻约 5);电压表(量程为 03 V,内阻约 3 k);电键一个、导线若干。实验中所用的滑动变阻器应选下列中的 (填字母代号)。A.滑动变阻器(最大阻值 20,额定电流 1 A)B.滑动变阻器(最大阻值 1 750,额定电流 0.3 A)实验的电路图应选用下列的图 (填字母代号)。实验得到小灯泡的伏安特性曲线如图所示。如果将这个小灯泡接到电动势为 1.5 V,内阻为 5 的电源两端,小灯泡消耗的功率是 W。答案 A B 0.1 解析 测绘小灯泡的伏安特性曲线,
126、要求能较大范围测量数据,所以控制电路部分应用分压式接法,滑动变阻器应用最大阻值小额定电流大的 A。灯泡的电阻 R=15,额定电流 I=0.2 A,由 R=15 m1 解析(1)(3)通过改变细沙的质量及线框中的电流调整系统的平衡状态,没通电前线框 M 和 m1 存在关系:Mg=m1g,通有电流 I 时有:Mg+F=m2g,得 B=-。因为只需改变电流,则电路连接为串联。因为需要用沙子的质量变化量,则应两次测量沙子的质量。由于安培力 F=BIL,故应测量 I 及底边长 L。(4)根据题图中给出的电流方向及左手定则,当磁感应强度方向垂直纸面向外时,安培力方向向下,与线框重力方向一致,为了再次平衡,应向托盘加沙子,即 m2m1。
