1、阶段训练(五)物理实验(时间:45分钟满分:100分)1.(18分)(2018天津卷)某研究小组做验证力的平行四边形定则的实验,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
2、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,如下图所示。其中对于提高实验精度最有利的是。答案:(1)BC(2)B解析:(1)做验证力的平行四边形定则实验时,橡皮条和两绳套夹角的角平分线没有必要在一条直线上,选项A错误;在同一次实验中要保持橡皮条结点O在同一位置,但为了寻找普遍规律重复实验(或不同实验小组实验)时,结点O的位置可以不同,选项B正确;由弹簧测力计的使用规则可知选项C正确;合力与分力的大小关系不确定,实验中没有必要使两个测力计拉橡皮条时拉力小于只用一个测力计时的拉力,选项D错误。(2)A、D图中选择的力的标度太大,不方便作图,并且A图中表示力的作用线的
3、点离结点O太近,不利于确定力的方向,选项A、D错误;C图中实验时弹簧测力计的示数太小,作图误差较大,不利于总结实验结论,选项C错误。故只有选项B最符合题意。2.(20分)用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律。实验所用的电源为学生电源,输出电压为6 V的交流和直流两种电流。重锤从高处由静止开始落下,重锤上拖着的纸带通过打点计时器打出一系列的点,对纸带上的点迹进行测量,已知重力加速度为g,即可验证机械能守恒定律。甲(1)下面列举了该实验的几个操作步骤:A.按照图示的装置安装器件B.将打点计时器接到电源的直流输出端上C.用天平测量出重锤的质量D.先释放纸带,然后接通电源开关打出一条纸带E.测量打
4、出的纸带上某些点之间的距离F.根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能在误差范围内是否等于增加的动能其中没有必要或操作不恰当的步骤是(填写选项对应的字母)。(2)如图乙所示是实验中得到的一条纸带,将起始点记为O,并在离O点较远的任意点依次选取6个连续的点,分别记为A、B、C、D、E、F,量出与O点的距离分别为h1、h2、h3、h4、h5、h6,使用交变电流的周期为T,设重锤质量为m,则在打E点时重锤的动能为,在打O点和E点这段时间内的重力势能的减少量为。乙(3)在本实验中发现,重锤减少的重力势能总是(选填“大于”或“小于”)重锤增加的动能,主要是因为在重锤下落过程中存在着阻力的作用,为了
5、测定阻力大小,可算出第(2)问中纸带各点对应的速度,分别记为v1至v6,并作vn2-hn图像,如图丙所示,直线斜率为k,则可测出阻力大小为。丙答案:(1)BCD(2)m(h6-h4)28T2mgh5(3)大于mg-k2解析:(1)没有必要或操作不恰当的步骤是BCD。B项应将打点计时器接到电源的交流输出端上;C项没有必要用天平测量出重锤的质量;D应为先接通电源,再释放纸带,打出一条纸带。(2)打E点的速度为vE=h6-h42T,动能Ek=12mh6-h42T2=m(h6-h4)28T2;重力势能减少量Ep=mgh5。(3)因为在重锤下落过程中存在着阻力的作用,重锤减少的重力势能总是大于重锤增加的
6、动能;即Ffhn=mghn-12mvn2,解之得Ff=mg-mvn22hn=mg-vn22hn=mg-k2。3.(16分)(2019广州凯里模拟)图中矩形框内存在一沿水平方向且与金属棒垂直的匀强磁场,金属棒放在电子秤上。现通过测量通电导线在磁场中所受的安培力,来测量磁场的磁感应强度大小并判定其方向。(1)在图中画线完成实验电路图的连接,要求接通电源后电流由a流向b。(2)完成下列主要实验步骤中的填空:按图接线;保持开关S断开,读出电子秤示数m0;闭合开关S,调节R的阻值使电流大小适当,此时电子秤仍有读数,读出并记录、(填物理量名称及符号);用刻度尺测量(填物理量名称及符号)。(3)用测量的物理
7、量和重力加速度g表示磁感应强度的大小,可以得到B=。(4)判断磁感应强度方向的方法是:若,则磁感应强度方向垂直金属棒向外;反之,磁感应强度方向垂直金属棒向里。答案:(1)如图所示(2)电流表的示数I此时电子秤的示数m1金属棒的长度l(3)|m0-m1|Ilg(4)m1m0解析:(2)根据安培力公式F=BIl并结合平衡知识可知,需要记录和测量的物理量有电流表的示数I、电子秤的示数m1和金属棒的长度l。(3)开关断开时,电子秤称出金属棒质量m0;开关闭合后,若磁感应强度的方向垂直于金属棒向里,则所受安培力向下,有m0g+BIl=m1g,所以B=m1-m0Ilg;若磁感应强度的方向垂直于金属棒向外,
8、则安培力向上,有m0g-BIl=m1g,得到B=m0-m1Ilg;所以磁感应强度的大小B=|m0-m1|Ilg。(4)由第(3)题分析可知,当m1m0时磁感应强度方向垂直金属棒向外。4.(23分)为了测量某电池的电动势E(约为3 V)和内阻r,可供选择的器材如下:A.电流表G1(02 mA,内阻为100 )B.电流表G2(01 mA,内阻未知)C.电阻箱R1(099.9 )D.电阻箱R2(09 999.9 )E.滑动变阻器R3(010 1 A)F.滑动变阻器R4(01 000 10 mA)G.定值电阻R0(800 0.1 A)H.待测电池I.导线、开关若干(1)采用如图甲所示的电路,测定电流表
9、G2的内阻,得到电流表G1的示数I1、电流表G2的示数I2如下表所示:I1/mA0.400.811.201.592.00I2/mA0.200.400.600.801.00根据测量数据,请在图乙坐标中描点作出I1-I2图线,由图线可得出电流表G2的内阻等于。(2)某同学在现有器材的条件下,要测量该电池的电动势和内阻,采用了图丙的电路,若把电流表G2改装成量程为03 V的电压表,则电阻箱该调到。把电流表G1改装成量程为00.5 A的电流表,则电阻箱该调到(结果保留两位有效数字)。(3)以G2示数I2为纵坐标,G1示数I1为横坐标,作出I2-I1图像如图丁所示,结合图像可得出电源的电动势为V,电源的
10、内阻为。(结果均保留两位有效数字)答案:(1)如解析图所示200(2)2 8000.40(3)2.78.6解析:(1)描点作出I1-I2图线如图所示,从表格中的数据看,I1与I2成正比。图线为过原点的直线,电流表G2和电流表G1并联,电流之比就是内阻的反比。如图,I1I2=2,电流表G1的内阻是100,所以电流表G2的内阻等于200。(2)因为电流表G2量程为01mA,内阻为200,把它改装成03V的电压表时,电流表上的电压为0.2V,故串联的电阻上的电压为2.8V,电阻箱该调到电阻的大小为R2=2800。若将G1改装成00.5A的电流表,则R1=210-31000.5-210-3=0.40。
11、(3)根据闭合电路欧姆定律应有:E=I2(r2+R2)+I1r1+I1r1R1+I1r,整理可得:I2=Er2+R2-I1(r1+r1rR1+r)r2+R2,结合图像斜率和截距的概念应有:Er2+R2=0.910-3,E=2.7V,r1+r1rR1+rr2+R2=34,r=8.6。5.(23分)(2019全国卷)某同学欲将内阻为98.5 、量程为100 A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 k刻度正好对应电流表表盘的50 A刻度。可选用的器材还有:定值电阻R0(阻值14 k),滑动变阻器R1(最大阻值1 500 ),滑动变阻器R2(最大阻值500 ),电阻箱(099
12、999.9 ),干电池(E=1.5 V,r=1.5 ),红、黑表笔和导线若干。甲(1)欧姆表设计将图甲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;滑动变阻器选(选填“R1”或“R2”)。(2)刻度欧姆表表盘通过计算,对整个表盘进行电阻刻度,如图乙所示。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、。乙(3)校准红、黑表笔短接,调节滑动变阻器,使欧姆表指针指向 k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丙所示,则电阻箱接入的阻值为。丙答案:(1)连线如图所示900R1(2)455(3)035 000.0解析:(1)把图中各元件串联起来,注意电流从红表笔进,从黑表笔出。15k为中值电阻,也是欧姆表内阻,R-R0-r-Rg=15000-14000-1.5-98.5=900,R1最大值为1500,能提供900的电阻,故选R1。(2)R+Rx1=EI1,R=15k,I1=25A,解得Rx1=45000=45k,所以a处的刻度标为45。R+Rx2=EI2,I2=75A,解得Rx2=5000=5k,所以b处的刻度标为5。(3)欧姆表欧姆调零时调到0k;读数就是箭头指的数乘以倍数,然后再加起来,求得和为35000.0。
