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题型四　实验探究题
题型解读
河北中考实验探究题共三个题:1.考查设计性实验,主要是限定实验器材、设计实验方案、注重实验现象的分析以及实验结论的判断;2.考查力学实验,考查类型一般分为测量类实验、探究类实验、观察现象类实验;3.考查电学实验,考查的方向主要是实物图连接、滑动变阻器的调节作用、故障判断、器材选择、电表读数、实验数据分析和总结实验结论等,属于易得分题,但拓展部分往往难度偏大,涉及特殊测量方法、设计电路、利用欧姆定律进行分类计算等较复杂的问题。
要想做好实验探究题,首先要具备一定的基础知识,了解实验原理、注意事项等,并且在实验的基础上适度拓展,以达到举一反三的目的,最后注意在平时的学习中对实验的易错点、难点、重点等进行总结,进而提升实验题的解题能力。
类型一　设计性实验
某同学利用一个厚玻璃瓶、带孔的橡皮塞、细玻璃管组成如图所示的装置,来探究一些物理问题。
甲　装满水的玻璃瓶　乙　未装满水的玻璃瓶
(1)在图甲中,用手轻捏玻璃瓶,观察　　　　　　　　　　　　,就能知道厚玻璃瓶是否发生了　　　　。
(2)甲、乙两个装置分别可以制成一个较准确的测量仪器　　　　、　　　　(请写出名称)。
小明在做“探究液体沸点与气压关系”的实验。
(1)如图所示,将刚刚烧开的水倒入烧瓶内,密封瓶塞后将烧瓶倒置,欲探究液体沸点与气压的关系,则还需要什么器材:　 。
(2)接下来应如何操作:　 。
(3)观察到的现象:　 。
(4)探究的结论:　 。
学习了惯性的知识后,小明想利用一个支架、一个金属片和一个小球来证明物体具有惯性,请帮他完成实验。
器材安装:　 ;
操作方法:　 ;
观察到的现象:　 ;
列举一个生活中利用惯性的实例:　 　　　　　　　。
用水、空易拉罐、酒精灯、火柴、橡皮泥、带陶土网的铁架台等实验器材,设计实验证明大气压强的存在。
操作方法:

　 。
观察到的现象:　 。
实验结论:　 。
用一个空塑料药瓶、细线和橡皮膜制作一个装置,利用该装置和盛有足量水的大水槽证明液体内部向各个方向都有压强。
(1)装置的组装:
　 。
(2)操作方法:
　 。
(3)观察到的现象:　 。
(4)将该装置放入水中不同深度处,观察到的现象是
　 。
如图是一个中间绑有橡皮筋的圆柱形包装罐,请你利用机械能的知识,增加器材对下面的装置进行组装,使组装后该罐在水平地面滚出后,能自动滚回来。
(1)你需增加的器材是　 。
(2)你组装的具体办法是(可以在图中画出)
　 。
(3)该罐在水平地面滚出后,能自动滚回来的原因是　 。
(4)请你说出利用该装置自动爬坡(缓坡)的办法:　 。
利用身边寻常的小物品可以做很多有趣的物理实验。现有透明塑料瓶一个、塑料梳子一把、图钉一枚、白纸两张及足够的水。请选用以上一个或多个器材设计一个物理探究小实验。
(1)探究内容:　 。
(2)选用器材:　 。
(3)操作步骤:
　 。
(4)现象及结论:
　 。
类型二　光学实验
考向1　探究光的反射定律
(2024·福建)探究光的反射定律,实验装置如图1。让一束光贴着光屏射向平面镜的O点,改变入射光线多次实验,数据记录于表中。
图1 图2
序号 入射光线相对法线的位置 反射光线相对法线的位置 入射角i 反射角r
1 左 右 30° 30°
2 左 右 45° 45°
3 左 右 60° 60°
4 右 左 60° 60°
(1)能从不同方向观察到光的传播路径,是因为光在光屏上发生　　　　　反射。
(2)分析表中数据得出结论:
①反射光线、入射光线分别位于法线　　　　　;
②反射角　　　　　入射角。
(3)光热电站利用追日镜将太阳光反射到吸热塔用于发电。图2为上午某时刻的光路图,根据上述实验结论推断,随着太阳的运动,追日镜应沿　　　时针方向旋转,使反射光线射向吸热塔。
考向2　探究平面镜成像的特点
(2024·唐山路北区二模)探究“平面镜成像的特点”的实验装置如图所示。
(1)用玻璃板代替平面镜是为了便于确定　　　　。
(2)实验时点燃蜡烛A,透过玻璃板能观察到蜡烛A的像,所成的像是光射到玻璃板发生　　　　　　形成的;移动蜡烛B,使蜡烛B与A的像完全重合,目的是比较像与物的　　　　　关系。
(3)当蜡烛A远离玻璃板时,它在玻璃板中像的大小　　　　　。
考向3　探究凸透镜成像的规律
(2024·石家庄平山县一模)小明用凸透镜、蜡烛、光屏和光具座等器材,探究“凸透镜成像的规律”。
(1)为了便于从不同方向都能观察到光屏上的像,应选用较　　　　　(选填“光滑”或“粗糙”)的光屏。
(2)当蜡烛、凸透镜、光屏在如图所示的位置时,光屏上出现了等大、清晰的像(像未画出),则此凸透镜的焦距为　　　　　cm。
(3)保持凸透镜位置不动,在(2)实验基础上,小明想要在光屏上得到放大、清晰的烛焰像,他将蜡烛适当向右移动,使之位于　　　　(选填“焦点处”“1倍焦距与2倍焦距之间”或“1倍焦距内”),并将光屏适当向右移动,直到光屏上出现烛焰清晰的像,这与生活中的　　　　　(举出一例)应用的成像原理相同。
(2024·石家庄裕华区一模)如图所示,某同学用自制的水透镜来探究凸透镜成像规律,当向水透镜里注水时,水透镜的焦距将变小;当从水透镜抽水时,水透镜的焦距将变大。
甲
乙
丙
丁
(1)如图甲所示,一束平行于主光轴的光射向水透镜,在光屏上得到一个最小、最亮的光斑,则此时水透镜的焦距为　　　　cm。
(2)实验开始,要调整烛焰、水透镜、光屏三者的中心在　　　　　　。
(3)当他将蜡烛、水透镜、光屏调节到图乙所示位置时,烛焰恰好在光屏上成清晰的像(像未画出),此时的成像原理与　　　　　(选填“放大镜”“投影仪”或“照相机”)相同,若将蜡烛向右移动10 cm,保持水透镜的位置不变,则应将光屏向　　　　　(选填“左”或“右”)移动适当距离,使光屏上再次成清晰的像,此时所成的像跟原来的相比要　　　　　(选填“大”或“小”)一些。
(4)在图乙所示实验场景下,该同学把自己的眼镜给水透镜“戴上”(如图丙所示),当向水透镜中再注入适量的水后,他发现烛焰的像再次变得清晰,由此判断该同学戴的是　　　　　(选填“近视”或“远视”)眼镜。
(5)如图丁,图1为某同学的照片,图2是将图甲中的水透镜紧贴着照片,然后逐渐远离照片,透过透镜所能看照片的像,则在远离的过程中看到的顺序是　　　　　。
A.②③④① B.③②①④
C.②③①④ D.④①②③
类型三　热学实验
考向　探究水在沸腾前后温度变化的特点
(2024·衡水模拟)小明在实验室探究水沸腾时温度变化的特点。
甲　　乙
(1)在组装器材时,出现如图甲所示的情形,此时应对　　　　　(选填“A”或“B”)处进行调整。
(2)调整好装置后进行实验,从水温达到90 ℃开始,每隔1 min记录一次温度,直至水沸腾并持续加热一段时间。根据记录的数据,小明绘制了如图乙所示的图象。由图象可知此次实验中水的沸点是　　℃,为探究水沸腾的过程中是否需要吸热,应　　　　　,观察水是否继续沸腾。
(3)水沸腾时会产生大量的水蒸气,如果被这样的水蒸气烫伤往往比被开水烫伤更严重,这是因为　　　　　　　　　。
(2024·保定二模)在“观察水的沸腾”实验中:
甲　　　乙
丙　　　　　丁
(1)如图甲,安装实验装置时,陶土网的高度应该根据　　　　　　　　(选填“铁圈”“酒精灯的外焰”或“温度计的玻璃泡”)的高度适当调整。图中某时刻温度计的示数为　　　　℃。
(2)实验观察到水沸腾前的现象是如图中　　　　　(选填“乙”或“丙”)。
(3)如表中,水的沸点为　　　　　℃。
时间/min 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
温度/℃ 82 88 92 95 97 98 98 98 98 98
(4)为了缩短实验时间,可采取什么措施　　　　　　　　　　　　　　　　(只写出一种方法即可)。
(5)另一组同学对实验装置进行了适当改变,如图丁,将装有水的大容器放在铁架台的陶土网上,在一敞口的玻璃瓶A内装适量的水,使之固定在大容器的水中。将另一只同样的敞口空玻璃瓶B的瓶口朝下,也放在大容器的水中固定,且也有适量水进入玻璃瓶。然后对大容器进行加热,待大容器内的水沸腾后,会发现玻璃瓶A中的水　　　　沸腾,玻璃瓶B中的水　　　沸腾。(均选填“能”或“不能”)
类型四　力学实验
考向1　测量物体运动的速度
频闪拍摄是研究物体运动的方式之一。某科创小组用频闪拍摄的方法来测量小车运动的平均速度,如图所示,他们用相机每隔0.5 s曝光一次,拍摄了小车在斜面上下滑的频闪照片。请根据照片信息回答下列问题。
(1)本实验中刻度尺是测量　　　　的工具,刻度尺的分度值是　　　　cm。
(2)小车从A点到C点的路程 s AC=　　　cm,从 A点运动到C点所用时间t AC=　　　　s,小车在 AC段的平均速度v AC=　　　　cm/s。
(3)根据照片信息可判断小车做　　　　(选填“匀速”或“变速”)直线运动。
(4)小组同学经过进一步分析得出结论:小车在C点的动能　　　　(选填“大于”“等于”或“小于”)D点的动能。
考向2　测量物质的密度
(2024·邯郸邯山区一模)小芳利用天平、水和烧杯来测量一块不规则小石块的密度,请将她的实验步骤补充完整。
甲
乙
(1)调节天平横梁平衡时,发现指针指在分度盘中央刻度线的左侧,应该将天平的平衡螺母向
　　　　　调,使天平平衡。
(2)用天平测量小石块的质量,右盘中的砝码和标尺上的游码如图甲所示,则小石块的质量为
　　　　　g。
(3)如图乙所示:
a.往烧杯中加入适量的水,把小石块浸没,在水面到达的位置上做标记;
b.取出小石块,测得烧杯和水的总质量为153 g;
c.往烧杯中加水,直到标记处,再测出此时烧杯和水的总质量为178 g;
d.计算出小石块的体积为　　　　　cm3(ρ水=1.0 g/cm3)。
(4)用密度公式计算出小石块的密度为　　　　　kg/m3。
(5)该实验中测出小石块的密度值与其密度的真实值相比是　　　　　(选填“相等”“偏大”或“偏小”)的,造成这种结果的主要原因是:　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
(2024·河北模拟)小明想测量家里橙汁的密度,他做了如下实验:
甲　
　
乙　　丙
(1)把天平放在水平桌面上,将游码拨到标尺左端的零刻度线处,发现指针向左偏,此时他应向　　　　　(选填“左”或“右”)端调节平衡螺母,使指针指在分度盘的中线处。
(2)小明先测量烧杯质量为10 g,在测量橙汁和烧杯总质量时,在右盘中放上质量最小的砝码时,指针向右偏;取下它,指针向左偏,则他下一步的操作是　　　　　　　　　　　　　　;调节天平平衡后,砝码和游码的位置如图甲所示,示数为　　　　　g。
(3)将烧杯中的橙汁全部倒入量筒中,读出橙汁的体积为20 mL。
(4)计算橙汁的密度为　　　　　g/cm3。
(5)若采用上述方法,橙汁密度的测量结果将　　　(选填“偏大”“不变”或“偏小”)。
【拓展】小王告诉小明,不用量筒,只需添加一个完全相同的烧杯和适量的水,也可以完成该实验。实验步骤如下:
①用已调好的天平测出空烧杯的质量,记为m0;
②如图乙,在一个烧杯中倒入适量的水,用天平测出烧杯和水的总质量为m1;
③如图丙,在另一个相同的烧杯中倒入等体积的橙汁,用天平测出烧杯和橙汁的总质量为m2;
④橙汁的密度ρ橙汁=　　　　　(用m0、m1、m2、ρ水表示)。
(2024·河北模拟)小铭所在的兴趣小组对洗手液的密度进行了测量。
(1)实验前,将托盘天平放在　　　　　工作台上,游码移到标尺的零刻度线处,指针静止在如图甲所示位置,此时应将右端的平衡螺母向　　　　(选填“左”或“右”)调节,使天平平衡。
甲　　乙
丙　　丁
(2)将盛有适量洗手液的烧杯放在天平的左盘,天平重新平衡时,右盘所加砝码及游码位置如图乙所示,烧杯和洗手液的总质量为　　　　　g;将烧杯中的部分洗手液倒入量筒,测得烧杯和剩余洗手液的总质量为42.4 g;经过一段时间后,观察到量筒内的液面如图丙所示,则量筒内洗手液的体积为　　　　mL,这种洗手液的密度为　　　kg/m3。
(3)小红用弹簧测力计、烧杯、水(密度用ρ水表示)、金属块A以及不吸水的细线等器材也完成了测洗手液密度的实验,如图丁所示。请推导出洗手液密度的表达式ρ洗手液=　　　　(用F1、F2、F3、ρ水表示)。
(2024·张家口模拟)小明和小红测量酱油的密度:
甲　　乙　　丙
图1
图2
(1)将托盘天平放在水平桌面上,游码归零,指针静止时如图1甲所示,此时应将平衡螺母向　　　　　调节使天平横梁水平平衡。
(2)小明调节天平水平平衡后,进行以下操作:
①用天平测得烧杯的质量为87.4 g;
②将待测酱油倒入烧杯中,向右盘中加减砝码,并调节游码在标尺上的位置,横梁恢复水平平衡时砝码和游码的位置如图1乙所示;
③将烧杯中的酱油全部倒入量筒,量筒中液面达到的位置如图1丙所示。
为减小实验误差,正确的操作顺序为　　　(填数字序号),待测酱油的密度是　　　　kg/m3。
(3)小红在实验过程中不小心将量筒打碎,在原有器材的基础上增加一个小烧杯也测出了酱油的密度。实验过程如下:
①将小烧杯放到天平上,测出空小烧杯的质量为m0;
②如图2甲,向大烧杯中倒入适量的水,使小烧杯漂浮在水面上,用记号笔记下水面在小烧杯上对应的位置A;
③倒出大烧杯中的水并擦干净,向大烧杯中倒入适量的待测酱油,擦干小烧杯外面的水,使小烧杯漂浮在酱油面上(如图2乙),向小烧杯中倒水,直到酱油液面与　　　　　相平;
④取出小烧杯并擦干小烧杯外壁上的酱油,用天平测出小烧杯及水的总质量为m1;
⑤酱油密度的表达式为ρ酱油=　　　(用已知物理量符号表示,水的密度为ρ水);
⑥若在步骤④中,小烧杯外面的酱油未擦干净,会导致酱油密度的测量值　　　　(选填“偏大”或“偏小”)。
(2024·保定二模)小亮想测量一个小木块(不吸水)的密度,他利用天平、量筒、适量的水、细针等器材,经过思考,想出了如下的实验方法:
图1
图2
(1)首先把天平放在水平桌面上,然后将　　　　　移到称量标尺左端的零刻度线上,若发现指针的偏转情况如图1甲所示,应将天平的平衡螺母向　　　　　(选填“右”或“左”)调,直至指针尖对准分度盘的中央刻度线。
(2)小亮调节好天平后,按照以下步骤继续实验:
①将小木块放在天平左盘,天平平衡时右盘中所加砝码和游码的位置如图1乙所示,则小木块的质量为　　　　　g;
②将量筒中装适量的水,如图1丙,用细针缓慢地将小木块压入水中,使之浸没时,如图丁所示,则小木块的体积为　　　　　cm3;(已知ρ水=1.0×103 kg/m3)
③测出小木块的密度是　　　　　 g/cm3;
④实验中,小亮在将小木块放入量筒中时,由于不小心将小木块滑落进了水中,并溅出了一些水,则小亮的密度测量值将比实际值　　　　　(选填“偏大”或“偏小”)。
(3)小丽在实验时,利用原有的量筒、适量的水,又找来一大小合适的实心铁块和细线等,不用天平也测出了小木块的密度,如图2所示。她的测量步骤如下:
①在量筒中装入适量的水,并将铁块放入,静止时,读出体积V1;
②用细线(未画出)系住小木块和铁块,将小木块和铁块同时浸没在水中,读出水、铁块和小木块的总体积V2;
③剪断细线,待液面静止时,读出体积V3;
则小木块密度的表达式:ρ木=　　　　　(用测量的物理量符号表示,水的密度已知,用ρ水表示)。
考向3　探究阻力对物体运动的影响
(2024·保定竞秀区一模)在“探究阻力对物体运动的影响”的实验中,让同一小车每次从同一斜面顶端由静止自由滑下,分别滑到铺有毛巾、棉布和木板的水平面上,小车在水平面上运动一段距离后,停下来的位置如图所示。回答下列问题。
甲 乙
丙
(1)实验中用同一小车从同一斜面的同一高度由静止自由滑下,目的是使小车在水平面上开始运动时的初速度　　　　(选填“相同”或“不相同”)。
(2)小车在水平面上运动得越远,说明小车速度减小得越　　　　(选填“慢”或“快”)。分析实验证据,并进一步推测:运动的物体在没有受到力的作用时,将做　　　　　运动。
(3)在图甲中画出小车在斜面上所受重力的示意图(O点是小车的重心)。
考向4　探究二力平衡的条件
在“探究二力平衡的条件”实验中,老师的演示实验是在水平桌面上进行的,如图甲所示。
甲　乙
(1)实验中选择小车而不用木块的原因是减小　　　　对该实验的影响。
(2)实验中两个定滑轮的作用是　　　　　　　　　　。该实验有不足之处,坐在教室后排的同学不能完整观察到实验现象,老师对实验进行了改进,设计了如图乙所示的实验装置,借用力学演示板,将实验改成竖直方向进行。
(3)将小车换成质量很轻的卡片,其目的是排除　　　　　　　　对实验的影响。
(4)如图乙,将卡片上的两根线跨放在A、B两个定滑轮上,并在两根线端分别挂上钩码(每个钩码的质量相等),使作用在卡片上的两个拉力方向相反,且在一条直线上。当卡片平衡时,从钩码质量看,卡片两边所受拉力　　　　。
(5)实验中保持卡片两边所受拉力大小相等,用手将小卡片扭转一个角度,松手后,小卡片会发生　　　　,说明　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(6)卡片平衡时,用剪刀将卡片从中间剪开,观察随之发生的现象,由此得出二力平衡的又一个条件是　。
考向5　探究滑动摩擦力大小与哪些因素有关
(2024·承德一模)探究影响滑动摩擦力大小的因素,装置如图所示。
(1)如图甲所示,将木板放在水平桌面上,木块放在木板上,用弹簧测力计沿　　　　　方向拉木块做　　　　　运动,读出弹簧测力计示数F,根据　　　　知识可知,木块受到的摩擦力大小等于弹簧测力计的示数。
(2)再在木块上放上砝码,重复步骤(1)的实验,如图乙,此时弹簧测力计示数如图丁;该测力计的分度值为　　　　　　N,量程为　　　　　N;弹簧测力计挂钩对木块的拉力为　　　　　N,木块受到桌面的摩擦力为　　　　　N。
甲　　乙
丙　　丁
(3)将砝码取下,在木板上铺上毛巾,重复步骤(1)的实验,将实验数据填入下表中。
实验次数 表面材料 有无砝码 弹簧测力计示数F/N
1 木板 无 1.6
2 木板 有
3 毛巾 无 2.0
比较1、2两次数据,得到的结论是在接触面粗糙程度一定时,　　　　　越大,滑动摩擦力越大;比较1、3两次数据,当压力大小一定时,接触面越粗糙,滑动摩擦力越　　　　　。实验中还运用了　　　　　的实验方法。
(2024·邯郸邯山区一模)在“探究影响滑动摩擦力大小的因素”实验中,小明同学按如图所示的甲、乙、丙三种情况进行实验,其中A、B、C为同一木块,D为重物,甲和乙两图中木板接触面相同,丙图为较粗糙的木板表面。
甲 乙 丙
(1)实验中用弹簧测力计水平拉动木块做匀速直线运动,比较甲、乙两图,说明滑动摩擦力大小与　　　　　有关,比较　　　　　两图说明滑动摩擦力大小与接触面的粗糙程度有关。
(2)此实验很难保证木块做匀速直线运动,若甲图木块在匀速运动过程中,速度突然变大,滑动摩擦力将　　　　　(选填“变大”“变小”或“不变”)。
(3)实验后,小明在拔河比赛前为班级做了科学决策,使班级赢得比赛,他做出的科学决策是　　　　　(填字母)。
A.组队时,选质量小同时穿底部光滑的鞋的队员
B.组队时,选质量大同时穿底部粗糙的鞋的队员
考向6　探究影响压力作用效果的因素
(2024·秦皇岛模拟)小红利用小桌、海绵、砝码等器材做“探究影响压力作用效果的因素”实验。
甲 乙 丙 丁
(1)实验中,她是通过观察海绵的　　　　来比较压力作用效果的。
(2)比较　　　　　两图,可初步得到:受力面积相同时,压力越　　　　　,压力作用效果越明显。
(3)通过实验,小红发现坦克设计成履带的原因可用　　　　　两图实验所得结论解释。
(4)仅将丙图的海绵换成丁图的木板,则小桌对木板和海绵的压强　　　　(选填“相等”或“不相等”)。
(5)质量分布均匀的同一长方体用以下三种不同的方法切去一半(图戊),分别留下序号为①②③的三个半块保持原有位置静止。三个半块对桌面的压力　　　　　(选填“相等”或“不相等”),对桌面的压强最大的是　　　　　(选填“①”“②”或“③”)。
戊
考向7　探究液体压强与哪些因素有关
(2024·唐山路北区二模)图1是探究液体压强与哪些因素有关的实验。
图1
图2
(1)图1甲装置是研究液体压强的仪器。当探头上的橡皮膜受到压强时,U形管两侧的液面会产生　　　　　。
(2)比较图1乙、丙两次实验可知:同种液体内部压强随深度的增加而　　　　　;根据研究得出的结论,拦河坝应设计成　　　　(选填“下宽上窄”或“下窄上宽”)的形状。
(3)在图1丙、丁中,保持探头在水中的深度不变,改变探头的方向,观察U形管左右两侧液面的变化,得出结论:同种液体的同一深度处,　　　　　　　　　　　　　　。
(4)将探头放入盐水中,当探头向下移动到某一位置,发现U形管两侧的液面高度差与图1丙中液面高度差相同,则探头在盐水中的深度　　　　　(选填“大于”“小于”或“等于”)探头在水中的深度。
【拓展】如图2甲所示,将盛有液体的柱形容器置于水平面上,容器对桌面的压强为1 200 Pa,如图2乙所示,将铜块浸没在液体中时,容器对桌面的压强改变了160 Pa,将细线剪断,铜块沉于容器底部,容器对桌面的压强比乙图又改变了1 620 Pa,容器的底面积为100 cm2,则液体的密度为　　　　。(已知铜的密度为8.9×103 kg/m3,g取10 N/kg)
考向8　探究浮力大小与哪些因素有关
(2024·石家庄新华区模拟)如图是小明同学实验小组探究浮力大小与哪些因素有关的实验装置(在物体未浸入水中时,溢水杯中盛满水或酒精)。
A　B　C
D　E
(1)物体浸没在水中时所受的浮力为　　　　　N。
(2)由A、C、D可知,浮力与物体浸没的深度　　　　　(选填“有关”或“无关”)。
(3)由A、D、E可知,浮力与液体的密度　　　　　(选填“有关”或“无关”)。
实验结果表明,物体在液体中所受浮力大小,跟它浸在液体中的体积和液体的密度有关。在这个实验中小明还测量出B、C、D、E中排出液体的重力,发现浸在液体中的物体受到向上的浮力,浮力大小等于它排开液体所受的重力。
【拓展】小明在家中利用台秤、玻璃杯、水、玻璃缸、记号笔来测量盐水的密度。实验过程如下:
甲　　乙
①将玻璃杯放在台秤上,测出空玻璃杯的质量为m1;
②如图甲所示,向玻璃缸中倒入适量的水,使空玻璃杯漂浮在水面上,用记号笔记下水面在玻璃杯上对应的位置b,此时玻璃杯受到的浮力为　　　　　;
③倒出玻璃缸中的水并擦干净,向玻璃缸里倒入适量的待测盐水,擦干玻璃杯外面的水,使玻璃杯漂浮在盐水面上(如图乙所示)。向玻璃杯中倒水,直到盐水液面与　　　　　相平;
④取出玻璃杯并擦干外面的盐水,用台秤测出其总质量为m2;
⑤盐水密度的表达式为ρ盐水=　　　　(用字母表示,已知水的密度为ρ水)。
考向9　探究浮力的大小跟排开液体所受重力的关系
(2024·石家庄平山县一模)学习了浮力的相关知识后,小明所在的实验小组利用弹簧测力计、烧杯、小桶、石块、细线等器材,探究浮力大小与排开液体的重力的关系。
甲 乙
图1
图2
(1)实验操作步骤如图1甲所示,最合理的步骤顺序是　　　　　(用实验步骤对应的序号表示)。
(2)小明进行实验并把数据记录在表中,由表可知石块受到的浮力是　　　　N。小明根据表中数据归纳出了实验结论并准备结束实验,同组的小红认为实验还没有结束,理由是　　　　　　　　　　　　　　　。
实验步骤 ① ② ③ ④
弹簧测力计示数/N 1.8 0.5 1.6 0.3
(3)实验结束后,小明还想进一步探究“浮力大小是否与物体的密度有关”,可以取　　　　　(选填“质量”或“体积”)相同的铁块和铝块,使其浸没在同种液体中,比较浮力的大小。
(4)另一小组利用两个相同的弹簧测力计A和B、薄塑料袋(质量忽略不计)、饮料瓶和吸管组成的溢水杯对实验进行改进,装置如图1乙所示。向下移动横杆,使重物缓慢浸入盛满水的溢水杯中,观察到A的示数和B的示数都在变化,且A、B示数的变化量　　　　　(选填“相等”或“不相等”)。
(5)若该小组记录到重物在浸入水中前弹簧测力计A的示数为4.8 N,完全浸入水中后(未接触溢水杯底),弹簧测力计A的示数如图2所示,已知水的密度为1 g/cm3,g取10 N/kg,则该重物的密度为　　　　　kg/m3。
考向10　探究物体的动能跟哪些因素有关
如图是小明探究物体动能的大小与质量的关系的实验装置。将钢球从某一高度处由静止释放,钢球摆到竖直位置时,撞击水平木板上的木块,木块被撞出一段距离。实验数据如下表:
实验 次数 钢球质 量/g 钢球下摆高 度/cm 木块滑行距离/cm
1 20 20 25
2 40 20 49
3 60 20
(1)从表中数据可以知道,实验是通过观察　　　　　　　　　来判断钢球动能大小的。
(2)分析表中数据可以得出:在速度一定的情况下,物体的动能随其质量的增大而　　　　。
(3)查阅资料得知:①抛出去的篮球动能约为30 J;②行走的牛动能约为60 J;③飞行的步枪子弹动能约为5×103 J。分析数据可知:物体的　　　　(选填“质量”或“速度”)对物体的动能影响较大。
考向11　探究杠杆的平衡条件
(2024·唐山二模)小明在“探究杠杆平衡条件”的实验中所用的实验器材有:刻度均匀的杠杆、支架、弹簧测力计、刻度尺、细线和质量相同的钩码若干个。
　甲　　　　乙
丙　　丁
(1)实验前,杠杆静止在如图甲所示的位置,则此时杠杆处于　　　　　(选填“平衡”或“非平衡”)状态。
(2)将杠杆调成水平位置平衡后,如图乙所示,在A点挂3个钩码,则应在B点挂　　个钩码,可使杠杆在水平位置保持平衡。
(3)调整杠杆两侧钩码的数量,使杠杆在水平位置平衡,记录的实验数据如表所示:
实验 次数 动力 F1/N 动力臂 l1/cm 阻力 F2/N 阻力臂 l2/cm
1 1.0 15.0 1.5 10.0
2 1.0 20.0 1.0 20.0
3 3.0 10.0 2.0 15.0
根据实验数据小明得到如下结论:动力×支点到动力作用点的距离=阻力×支点到阻力作用点的距离。这个结论与杠杆的平衡条件不符,原因是实验过程中没有　　　　(填序号)。
①改变力的大小
②改变力的方向
③改变力的作用点
(4)小明用弹簧测力计替代钩码,在B点竖直向下拉,然后将弹簧测力计绕B点逆时针旋转至如图丙所示位置。在旋转过程中,要使杠杆仍然在水平位置平衡,则弹簧测力计的示数将逐渐　　　　　(选填“变大”“变小”或“不变”),请在图中画出旋转到该位置时F1的动力臂l1。
(5)如图丁所示,用手提起重物时,从生物学的视角,可认为桡骨在肱二头肌的牵引下绕着肘关节转动;从物理学的视角来看,此时的前臂相当于　　　　(选填“省力”“等臂”或“费力”)杠杆。
考向12　测量滑轮组的机械效率
(2024·河北模拟)小敏和同学们用如图甲所示的实验装置测量滑轮组的机械效率,相关数据记录在表中:
实验 序号 物重 G/N 物体上升的高度h/m 绳端拉力F/N 绳端移动的距离s/m 机械效 率η
1 4 0.10 1.8 0.3 74.1%
2 6 0.10 2.5 0.3 80%
3 6 0.15 2.5
(1)小敏在实验中,发现竖直向上　　　　拉动弹簧测力计时读数很不方便,她便在弹簧测力计静止时读数,同组的小明同学指出她这样测出的数据是错误的,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)第3次实验中,绳端移动的距离为　　m,滑轮组的机械效率是　　　　　。
(3)由1、2两次实验数据可得出结论:　　　　　　　　　　　　　。
(4)同组的小华增加了一个质量相同的滑轮,组成了图乙所示滑轮组来提升相同的重物,发现更省力,那么与小敏相比,小华的方法测出的机械效率将　　　　　(选填“变大”“变小”或“不变”)。
(5)在图乙实验操作的基础上,如图丙所示改变绳端拉力方向,弹簧测力计示数将　　　　　(选填“变大”“变小”或“不变”)。
甲　　乙　　丙
类型五　电磁学实验
考向1　探究串联电路和并联电路中电流、电压的特点
小桂和小林在做“探究并联电路中电流的规律”的实验。
甲　乙
丙
(1)他们按如图甲的电路图连接电路,在图乙的实物图中还差一根导线没有连接,请在图中用笔画线代替导线画出该根导线。
(2)在实验过程中,L2突然熄灭,L1亮度不变,电路可能出现的故障是L2　　　　路。
(3)排除故障后,用电流表测出通过L1、L2和干路的电流,记录如下表。第三次实验时电流表A1指针指在如图丙的位置,其读数应为　　　　A;小桂分析实验数据后得出结论:并联电路干路电流等于各支路电流之和,且各支路电流相等。小林认为小桂的结论可能不正确,为了验证这个结论是否正确,他们应该更换规格　　　　(选填“相同”或“不同”)的灯泡再次实验。
实验次数 1 2 3
电流表A1的示数/A 0.18 0.2
电流表A2的示数/A 0.18 0.2
电流表A的示数/A 0.36 0.4
(4)本实验要进行多次实验的目的是　　　　　 　　　　　。
考向2　探究影响导体电阻大小的因素
在探究影响导体电阻大小的因素时,小明作出了如下猜测:导体的电阻可能与:①导体的长度有关;②导体的横截面积有关;③导体的材料有关。实验室提供了4根电阻丝,其规格和材料如下表。
编号 材料 长度/m 横截面积/mm2 电流表示数/A
A 镍铬合金 0.25 1.0 0.3
B 镍铬合金 0.5 1.0 0.15
C 镍铬合金 0.25 2.0 0.6
D 锰铜合金 0.25 1.0 0.4
(1)实验中,电路如图所示,在M、N之间分别接上不同的导体,闭合开关,通过观察
　　　　　　　来比较电阻的大小,用到的这个研究方法是　　　　。
(2)为了验证上述猜想①,应选用编号为　　　　两根电阻丝分别接入电路进行实验。如果选用A、D两根电阻丝进行实验,是为了验证猜想　　　　(填序号)。
(3)如果选用A、C两根电阻丝分别接入电路中,电流表示数出现不同,可得出结论:当导体的材料和长度相同时,　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)若将电路中的电流表更换成小灯泡,可以通过观察　　　　　　判断电阻丝阻值的大小,但不足之处是　

　 。
考向3　探究电流与电压、电阻的关系
(2024·邯郸二模)探究电流与电阻的关系时,实验器材有:三节新的干电池、电流表、电压表、滑动变阻器(标有“20 Ω　2 A”字样)、定值电阻4个(5 Ω、10 Ω、15 Ω、20 Ω各一个)、开关一个、导线若干。小静等同学设计了如图甲所示的电路图。
甲　　乙
丙
(1)请用笔画线代替导线将图乙中的实物图连接完整,要求:滑片P向右移动时电流表示数变小。
(2)滑片P位于滑动变阻器阻值最大处,闭合开关,电流表有示数,电压表无示数,则电路故障原因可能是电阻R　　　　　。
(3)排除故障后,将定值电阻由5 Ω更换为10 Ω时,应向　　　　　(选填“左”或“右”)适当调节滑动变阻器的滑片P,使电压表示数保持3 V不变。
(4)图丙是根据实验数据画出的定值电阻的I-R图象,由此可得,当电压一定时,　　　　　　　　　　　　。
(5)探究完电流和电阻的关系后,除更换电源外,使用原有器材测量标有“0.4 A”字样的小灯泡正常发光时的电阻。正确连接电路后,规范操作,闭合开关,灯泡微弱发光,电压表的示数为1.2 V,电流表示数为0.24 A;继续实验,当滑动变阻器滑片滑到另一端点时,电流表的示数恰为0.4 A,电压表指针被卡未动,根据以上实验可知,小灯泡正常发光时的电阻为　　　　　。
【拓展】下列图象是同学们实验过程中所绘制的电流与电压、电阻以及功率与电阻阻值的关系图象,关于图象阴影部分的面积说法正确的是　　　　　。
A　　B　　C
A.A图中阴影部分的面积表示定值电阻某一时刻的电功率
B.B图中阴影部分的面积表示某时刻定值电阻两端的电压
C.C图中阴影部分的面积表示某时刻定值电阻两端的电压
考向4　用电流表和电压表测量电阻
(2024·河北模拟)小华用如图甲所示的电路测量未知电阻Rx的阻值(阻值约为10 Ω),电源电压为3 V。
甲　　乙
丙
(1)请用笔画线代替导线,帮小华将电路连接完整。要求:滑动变阻器的滑片向右滑动时,电流表的示数变小。(导线不允许交叉)
(2)电路连接完成后,闭合开关,发现电流表有示数,电压表无示数,出现此现象的原因可能是　　　　　　　　　　。(写出一种原因即可)
(3)排除故障后,闭合开关,移动滑动变阻器的滑片至某一位置,电压表示数为2.7 V,电流表示数如图乙是　　　　 A,则测得未知电阻Rx=　　　　　Ω。实验中通过移动滑片位置得到多组实验数据计算出Rx的平均值,这样做的目的是　　　　　。
【拓展】小华还想测量手边一个未知电阻的阻值,要求只用电流表而不用电压表,在老师的帮助下,他利用图丙的电路图巧妙地测出了未知电阻的阻值Rx,其中R0是已知定值电阻,请把实验步骤补充完整:
①断开开关S2、闭合开关S1,记录电流表的示数为I0;
②　　　　　　　　　　　　　　;
③未知电阻的表达式:Rx=　　　　　(用已知量和测量的物理量的符号表示)。
考向5　测量小灯泡正常发光时的阻值
(2024·石家庄一模)小明用如图甲所示电路测量小灯泡正常发光时的电阻。电源电压恒定不变,小灯泡的额定电压为2.5 V,滑动变阻器的规格为“20 Ω　2 A”,导线若干。
甲 乙 丙
(1)图甲中只有一根导线连接错误,请在这根导线上打“×”,并用笔重新画一根正确连接的导线。(连线不要交叉)
(2)改正图甲电路后,闭合开关前,滑动变阻器的滑片应位于　　　　　(选填“A”或“B”)端。
(3)闭合开关,移动滑动变阻器的滑片,多次测量并记录数据,如下表所示。当小灯泡正常发光时,电流表示数如图乙所示,则此时小灯泡的阻值为　　　　　Ω(保留一位小数)。
实验次数 1 2 3 4
电压U/V 1.0 1.5 2.5 2.8
电流I/A 0.20 0.22 1.40
电阻R/Ω
(4)同组小红指出数据表中有一组电流是错误的,请你写出错误数据并分析错误原因:　　　　　　　　　　　　　。
(5)改正错误数据后,小明计算发现每次小灯泡的阻值不相同,原因是　　　　　　　　　　　　　　。实际生活中,在闭合开关的瞬间白炽灯灯丝容易烧坏,是因为此时灯丝的电阻较　　　　　,灯泡实际电功率较大,灯丝容易熔断。
【拓展】老师告诉小明,有一种可以直接测量电阻的仪器——欧姆表,其原理如图丙所示:当AB间接有某待测电阻时,电流表指在某刻度处,由于待测电阻与电流表示数存在一一对应关系,只要将原来的电流刻度转换成对应的待测电阻刻度,指针就能够指示出被测电阻值。欧姆表的制作步骤如下(电源电压未知且不变,电源及电流表内阻均忽略不计):
①在A、B之间接入一根导线(该导线电阻可视为0),调节滑动变阻器R1,使电流表示数为0.6 A,并把电流表的“0.6 A”刻度线标为“0 Ω”。
②保持滑片位置不动,在A、B之间接一阻值为20 Ω电阻时,电流表示数为0.3 A,把电流表的“0.3 A”刻度线标为“20 Ω”。
③根据以上原理,在电流表示数为“0.1 A”刻度线处应标的电阻值是　　　Ω。
考向6　特殊方法测电阻
用如图甲所示的电路测量定值电阻Rx的阻值。
甲　乙
丙
(1)正确连接电路后,闭合开关之前,应将滑动变阻器的滑片P置于　　　　(选填“A”或“B”)端。
(2)实验时,闭合开关,发现电流表和电压表的示数都为0,用一根导线在图甲中先后连接接线柱G与F、F与E时,电压表和电流表的示数仍为0,连接接线柱E与D时,电压表和电流表指针明显偏转,则电路的故障是　　　　。
A.滑动变阻器断路
B.滑动变阻器短路
C.定值电阻Rx短路
D.定值电阻Rx断路
(3)排除故障后继续实验,当电压表的示数为2 V时,电流表的示数如图乙所示,则定值电阻Rx=　　　　Ω。
(4)如果没有电压表,电源电压未知,可以用最大阻值为R0的滑动变阻器和如图丙所示的电路,来测量电阻Rx的阻值。闭合开关后,滑动变阻器的滑片在最左端时,电流表的示数为I1;滑动变阻器的滑片在最右端时,电流表的示数为I2,则电阻Rx=　　　　(用题中所给物理量的符号表示)。
东东同学学习了电学知识以后,选用三节新的干电池作为电源,并设计了如下的电学实验。
甲　乙
丙　丁
(1)探究导体中电流与导体电阻的关系,选用的定值电阻的阻值分别是5 Ω、10 Ω、15 Ω、20 Ω。
①按照图甲所示的电路图,把图乙实物电路补充完整,当滑动变阻器的滑片向左滑动时,电流表的示数增大;
②闭合开关后,东东发现电流表没有示数,电压表有示数,电路中出现的故障可能是
　　　　　　;
③东东排除故障后,把5 Ω的电阻接入电路,闭合开关,适当调节滑片的位置,电流表的示数如图丙所示,其示数为　　　　A;
④断开开关S,把5 Ω的电阻换成10 Ω的电阻,再次闭合开关后,滑片应向　　　　(选填“左”或“右”)端移动;
⑤在此实验中,滑动变阻器接入电路的阻值范围是　　　　　。
(2)东东同学在电源电压未知,缺少电流表的情况下,设计了如图丁所示的电路图(R0阻值已知),来测量未知电阻Rx的阻值。
①闭合S、S1,断开S2,适当调节滑片的位置,电压表的示数为U1;
②闭合S、S2,断开S1,滑动变阻器的滑片的位置保持不变,电压表的示数为U2;
③未知电阻的阻值Rx=　　　　(用字母表示)。
考向7　测量小灯泡的电功率
小南想测量台灯里的小灯泡的电功率,设计了如图甲所示的实验图。其中电源电压为3 V,小灯泡额定电压为2.5 V。
甲　乙
丙
(1)请用笔画线代替导线,将图甲实物图连接完整。要求:滑动变阻器的滑片P向右移动时,电流表示数变大。
(2)连接完成后,闭合开关,发现电流表指针明显偏转,电压表指针几乎不动,则电路故障的原因可能是小灯泡　　　　(选填“短路”或“断路”)。
(3)排除故障后,移动滑片至某一位置,电压表示数如图乙所示,为　　　　V,要想测小灯泡的额定电功率,则应将滑片向　　　　(选填“左”或“右”)移,直至小灯泡正常发光。
(4)根据图丙的图象信息可知,小灯泡的额定功率是　　　　W。
(5)小南通过分析实验数据,发现小灯泡在不同亮度下其两端的电压与通过的电流的比值不同,主要原因是　。
【拓展】若小灯泡的额定功率P0与某次工作时的实际功率P1满足P0=4P1,则额定电压U0与实际电压U1的关系最有可能是　　　　(选填选项字母)。
A.U0=1.5U1　　　　　 B.U0=2U1
C.U0=3U1
(2024·石家庄二模)晓丹学习了电功率的知识后,在家中找来了一个标有额定电压为6 V的小灯泡,为了测定该小灯泡的额定功率,她在学校的实验室找到了相关器材,并进行了如下实验,已知电源电压恒为10 V。
甲　　乙
丙
(1)图甲是晓丹实验时连接的部分电路,请你用笔画线代替导线将电路连接完整。
(2)电路连接正确后,晓丹闭合开关,发现电流表无示数,电压表示数接近电源电压,则电路的故障可能是　　　　　。
(3)故障排除后,若滑动变阻器的滑片在某一位置时,电压表示数为4.5 V,为测量小灯泡的额定功率,则应将滑片向　　　　　(选填“左”或“右”)端移动。
(4)经过多次测量,晓丹根据测量的数据,绘制了小灯泡的I-U图象,如图乙所示,则该小灯泡的额定功率为　　　　W。
(5)晓丹通过实验发现灯丝电阻随温度的升高而变大。当灯泡的实际电流为额定电流一半时,其实际功率为P1,当实际电压为额定电压一半时,其实际功率为P2,则P1　　　　　(选填“大于”“等于”或“小于”)P2。
(6)另一名同学设计了如图丙所示电路,来测量额定电压为U额的小灯泡的额定功率。电源电压未知、电阻的阻值为R0,请你将实验步骤补充完整。
①只闭合开关S1,将滑动变阻器的滑片移至最左端,读出电压表V1的示数为U1;
②断开开关S1,将滑动变阻器滑片移至最右端后闭合开关S2,再次调节滑片,直到电压表V1的示数为　　　　,此时小灯泡正常发光,电压表V2的示数为U2;
③小灯泡额定功率的表达式是P额=　　　　　　(用字母R0、U额、U1、U2表示)。
(2024·石家庄桥西区模拟)小丽在“测量小灯泡的电功率”实验中,实验器材有:电压恒为3 V的电源一个,小灯泡(额定电压为2.5 V)、电压表、电流表、滑动变阻器、开关各一个,导线若干。
甲　　乙
丙　　丁
(1)图甲是小丽连接的实物电路,图中有一根导线连接错误,请你在连接错误的导线上画“×”,并补画出正确的连线。
(2)闭合开关前,滑动变阻器的滑片应该移动到　　　　　(选填“最左”或“最右”)端。
(3)正确连接电路后闭合开关,发现灯泡不亮,电流表无示数,电压表有示数,则电路故障可能是　　　　　。
A.灯泡短路
B.灯泡断路
C.滑动变阻器短路
D.滑动变阻器断路
(4)故障排除后,闭合开关,移动滑动变阻器的滑片,电流表指针如图乙所示,则此时通过小灯泡的电流是　　　A。
(5)小丽根据记录的多组I-U数据,画出了通过小灯泡的电流随其两端电压变化的关系图象(如图丙所示),则小灯泡的额定功率为　　　　　W。
(6)小华在没有电压表的情况下,用如图丁所示电路也测出了小灯泡的额定功率。其中,定值电阻的阻值为R0。实验操作如下:
①先断开开关S2,闭合开关S、S1,调节滑动变阻器滑片,使电流表的示数为　　　　;
②再保持滑动变阻器滑片的位置不变,断开开关S1,闭合S2,读出电流表示数为I。小灯泡的额定功率P额=　　　(用R0、U额、I表示)。
考向8　探究电流热效应的影响因素
图为探究电流产生的热量与哪些因素有关的实验装置。
(1)此装置是为了探究电流产生的热量与　　　　的关系。R3的阻值应为　　　　Ω才能符合实验要求。若通过R1的电流为1 A,则通过R3的电流大小为　　　　A。
(2)用U形管中的液面高度差反映电阻产生热量的多少,这一物理方法叫　　　　法。左侧U形管中液面高度差大于右侧U形管中液面高度差,说明　
　 。
【拓展】如果把R2也放进右侧的容器内,在相同时间内　　　　侧容器内产生的热量较多。
考向9　探究通电螺线管外部磁场的方向
(2024·石家庄一模)在“探究通电螺线管外部的磁场分布”实验过程中:
甲　　乙
(1)小明在嵌入螺线管的玻璃板上均匀撒满细铁屑,闭合开关,为更好地显示通电螺线管的磁场分布,他接下来的操作应该是:　　　　　　　　　　　。
(2)小明观察到细铁屑的排列如图甲所示,同时观察到小磁针发生偏转。由此可知,通电螺线管外部的磁场与　　　　磁体的磁场相似。
(3)小明把小磁针放到螺线管不同位置,闭合开关,小磁针的指向如图乙所示,由此可知,电源的右端为　　　　(选填“正”或“负”)极。
(4)在螺线管中插入软铁棒可制成电磁铁,下列设备中没有用到电磁铁的是　　　(填字母)。
A.电铃
B.电磁起重机
C.电炉
考向10　探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件
(2024·河北模拟)小组同学用如图所示的装置来探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件。
(1)实验中是通过观察　　　　　　　　　来判断电路中是否有感应电流的。
(2)保持磁铁不动,闭合开关后,进行了如下操作:
步骤一:导体水平向右运动,电流表指针发生偏转;
步骤二:导体水平向左运动,电流表指针发生偏转;
步骤三:导体竖直上下运动,电流表指针不发生偏转。
综合上述现象,可得出感应电流产生的条件是:闭合电路中　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)在进行交流评价时,某些同学提出实验操作过程中实验现象不是很明显,请你提出一条改进的措施　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。(从实验装置或操作过程方面说出一条即可)
(4)若将实验装置中的电流表换成电源,还可以进行的实验是　　　　　　　　　　　　　　　。
【详解答案】
题型训练
类型一
1.(1)细玻璃管内液面的变化　形变
(2)温度计　气压计
解析:(1)在图甲中,用手轻捏玻璃瓶,瓶子发生微小形变,瓶子的体积略微减小,细玻璃管内液面上升,所以通过观察细玻璃管内液面的变化,就能知道厚玻璃瓶是否发生了形变。(2)甲装置中装满了水,利用液体热胀冷缩的性质可制成温度计;乙装置中未装满水,瓶内水面上方的气压较大且不变,当外界大气压变化时,细玻璃管内水柱高度会发生变化,所以可制成气压计。
2.(1)一杯冷水　(2)向烧瓶底部浇冷水
(3)烧瓶中的水重新沸腾
(4)气压越低,沸点越低
解析:(1)该实验需要通过冷水改变气压,故需要一杯冷水。(2)(3)向烧瓶底部浇冷水,冷水使烧瓶中的水蒸气部分液化,瓶内气压变低,沸点降低,烧瓶中的水重新沸腾。(4)实验证明了沸点和气压有关,气压越低,沸点越低。
3.将金属片放在支架上,再把小球放在金属片上　快速将金属片弹出　金属片由于受力快速飞出,小球由于惯性仍保持原来的静止状态,又由于重力落到支架上　晒棉被时拍打上面的灰尘
4.在空易拉罐中加入少量水,将易拉罐放在带陶土网的铁架台上加热,待瓶口出现“白气”后取下,用橡皮泥封口,让易拉罐自然冷却　易拉罐变形内凹,变瘪了　证明了大气压强的存在
解析:在空易拉罐中加入少量水,将易拉罐放在带陶土网的铁架台上加热,待瓶口出现“白气”后取下,用橡皮泥封口,让易拉罐自然冷却。冷却后罐内气压减小,易拉罐在大气压的作用下变形内凹,变瘪了,从而证明了大气压强的存在。
5.(1)将橡皮膜蒙在药瓶口,用细线扎紧(2)将扎有橡皮膜的药瓶放入水槽中,让橡皮膜在同一深度朝向不同的方向
(3)橡皮膜都向瓶内凹
(4)橡皮膜所在水槽中的深度越深,橡皮膜往瓶内凹陷程度越大
6.(1)钩码　(2)把钩码放置在橡皮筋的中间　(3)弹性势能转化为动能
(4)在空中转动罐,使橡皮筋发生形变
解析:(1)实验中需要使橡皮筋发生形变,故需要一个钩码来固定橡皮筋。(2)把钩码放置在橡皮筋的中间,罐转动时,钩码不动,则橡皮筋会缠绕在一起发生弹性形变,如图所示。
(3)罐开始滚动的时候,具有动能,滚动的过程中,罐的动能转化为橡皮筋的弹性势能,当动能为0时,橡皮筋的弹性势能最大,罐开始向回滚动,在罐滚回来的过程中,橡皮筋的弹性势能减小,罐的动能增大,弹性势能转化为动能。(4)利用该装置自动爬坡时,应先使橡皮筋具有弹性势能,故方法是先在空中转动罐,使橡皮筋发生形变。
7.(1)带电物体能否吸引轻小物体　(2)白纸、塑料梳子　(3)取一张白纸,撕成细纸屑,将塑料梳子与干燥头发进行摩擦后,靠近细纸屑　(4)细纸屑被吸引,带电物体能吸引轻小物体
类型二
1.(1)漫　(2)①两侧　②等于　(3)逆
解析:(1)光屏上发生的是漫反射,便于显示光路。(2)分析表中数据得出结论:①反射光线、入射光线分别位于法线两侧;②反射角等于入射角。(3)随着太阳东升,则入射角减小,平面镜与水平面之间的夹角变大,即平面镜应沿逆时针方向适当转动才能继续使反射光线射向吸热塔。
2.(1)像的位置　(2)反射　大小
(3)不变
解析:(1)玻璃板有透光性,玻璃板既能成像,又能看清玻璃板后面的物体,便于确定像的位置。(2)实验时点燃蜡烛A,透过玻璃板能观察到蜡烛A的像,所成的像是光射到玻璃板发生反射形成的;移动蜡烛B,使蜡烛B与A的像完全重合,可知像与物的大小相等,目的是比较像与物的大小关系。(3)平面镜成的像与物的大小相等,当蜡烛A远离玻璃板时,它在玻璃板中像的大小不变。
3.(1)粗糙　(2)10.0　(3)1倍焦距与2倍焦距之间　投影仪
解析:(1)为了在不同方向都能观察到光屏上的像,应该发生漫反射,故应让光屏比较粗糙。(2)由题图可知,此时u=v=20.0 cm=2f,光屏上成倒立、等大的实像,故焦距f=10.0 cm。(3)要在光屏上得到放大、清晰的烛焰像,物距应该在1倍焦距与2倍焦距之间,故将蜡烛适当向右移动,使之位于1倍焦距与2倍焦距之间时,并将光屏适当向右移动,光屏上出现烛焰清晰的像;此时光屏上成倒立、放大的实像,与投影仪应用的成像原理相同。
4.(1)10.0　(2)同一高度上　(3)照相机
右　大　(4)近视　(5)B
解析:(1)平行于主光轴的光线经凸透镜折射后,会聚在主光轴上一点,这点是凸透镜的焦点,焦点到光心的距离是凸透镜的焦距,所以凸透镜的焦距f=20.0 cm-10.0 cm=10.0 cm。(2)为了使像成在光屏中央,应调节烛焰、水透镜和光屏三者中心在同一高度上。(3)根据图乙可知,物距大于像距,成倒立、缩小的实像,因此与照相机原理相同;凸透镜成实像时,物距越小,像距越大,像越大,因此当凸透镜的位置不变时,只向右移动蜡烛,要使光屏上再次出现清晰的像,需要向右移动光屏,此时像的大小比原来的像要大一些。(4)当向水透镜内注入一部分水后,透镜凸起程度变大,会聚能力增强,将像成在光屏的前面,为了使像正好成在光屏上,应使光线向后会聚,使所成的像相对于光屏后移,所以应在水透镜前放置一块凹透镜。由此判断该同学戴的是近视眼镜。(5)将水透镜紧贴着照片,说明物距小于1倍焦距,凸透镜成的虚像是正立、放大的,物体离凸透镜越近,像越接近物体的大小,也就是成的虚像越小,故先看到③,然后是②,当在1倍焦距内远离凸透镜的过程中,看到的像逐渐变大,当大于1倍焦距时,成倒立的像,即看到的为①,继续远离大于2倍焦距时,看到的是倒立、缩小的实像,即为④,故四个像的顺序为③②①④,故选B。
类型三
1.(1)A　(2)99　停止加热　(3)水蒸气液化放热
解析:(1)在组装器材过程中,要按照自下而上的顺序组装,图甲中温度计的玻璃泡接触了烧杯底部,应调整A。(2)从图象可以看出水在沸腾过程中保持99 ℃不变,所以沸点为99 ℃;为探究水沸腾的过程中是否需要吸热,应停止加热,观察水是否继续沸腾。(3)水蒸气在人的皮肤表面会发生液化现象,液化放热,所以将会导致皮肤烫伤比被开水烫伤更严重。
2.(1)酒精灯的外焰　96　(2)乙　(3)98
(4)减小水的质量　(5)不能　不能
解析:(1)在使用酒精灯时,需要用其外焰加热,所以要先根据酒精灯的外焰高度确定陶土网的位置;温度计的分度值是1 ℃,此时是零上,液柱上表面对准了90 ℃上面第6个小格处,示数为96 ℃。(2)沸腾前气泡在上升过程中,体积减小,直至消失,所以图乙是沸腾前的现象。(3)水从第5 min开始沸腾,不断吸收热量,温度保持不变;由表格数据可知,水在沸腾时,温度保持98 ℃不变,所以此时水的沸点是98 ℃。(4)从给水开始加热到水沸腾需要的时间比较长,为了节约能源适当缩短实验时间,根据Q=cmΔt知,可能是水的质量太大,可能是水的初温太低等等,为了缩短实验时间,可减小水的质量等。(5)A瓶中水从大容器的水中吸热,这样A瓶中的水温也能达到沸点,不过A瓶中的水一旦与大容器内的水温度相等,A瓶中的水就无法继续吸热,不能沸腾。虽然B瓶中水温同样可达到沸点,但B瓶上端封闭,瓶内气压大于标准大气压。因为液体沸点随液面上方气压的增大而升高,所以B瓶中水的沸点高于98 ℃,这样B瓶中水温达不到其沸点,不能沸腾。
类型四
1.(1)长度　1　(2)40.0　1　40.0
(3)变速　(4)小于
解析:(1)长度的测量工具是刻度尺,图示刻度尺10 cm又分为10个小刻度,故最小刻度值为1 cm,即分度值是1 cm。(2)相机每隔0.5 s曝光一次,由题图可知小车从 A点运动到C点所用时间t AC=1 s;小车从A点到C点的路程 s AC=40.0 cm;小车在AC段的平均速度v AC===40.0 cm/s。(3)由题图知BC段的路程比AB段的长,但时间相同,所以BC段的平均速度大于AB段的平均速度,因此小车做的是变速运动。(4)小车做加速运动,在C点的速度小于D点的速度,因此小车在C点的动能小于D点的动能。
2.(1)右　(2)62　(3)25　(4)2.48×103
(5)偏小　小石块取出时,小石块上沾有水,导致小石块的体积测量值偏大,根据ρ=得,小石块的密度测量值偏小
解析:(1)将天平放在水平台面上,把游码放在标尺左端的零刻度线处,指针指在分度盘中央刻度线的左侧,说明天平的右端上翘,平衡螺母向上翘的右端移动,直到横梁平衡。(2)小石块的质量m=50 g+10 g+2 g=62 g。(3)再次加入水的质量m水=m2-m1=178 g-153 g=25 g,再次加入水的体积V水===25 cm3,小石块的体积等于再次加入水的体积,小石块的体积V=V水=25 cm3。(4)小石块的密度ρ===2.48 g/cm3=2.48×103 kg/m3。(5)小石块取出时,小石块上沾有水,导致小石块的体积测量值偏大,根据ρ=得,小石块的密度测量值偏小。
3.(1)右　(2)向右调节游码　35.6
(4)1.28　(5)偏大　【拓展】ρ水
解析:(1)测量前,小明将天平放到水平桌面上,游码调到零刻度线处,指针偏向左边,说明右盘轻,应将平衡螺母向右调节。(2)在测量橙汁和烧杯总质量时,在右盘中放上质量最小的砝码时,指针向右偏;取下它,指针向左偏,则他下一步的操作是向右调节游码;橙汁和烧杯的总质量为20 g+10 g+5 g+0.6 g=35.6 g。(4)橙汁的质量m=35.6 g-10 g=25.6 g,橙汁的体积V=20 mL=20 cm3,橙汁的密度ρ===1.28 g/cm3。(5)由于橙汁倒入量筒后,烧杯中仍有橙汁残留,使橙汁的体积测量值偏小,由密度公式知,测得橙汁的密度偏大。【拓展】由题意知,烧杯中水的质量m水=m1-m0,由ρ=可求得,水的体积V=,用另一个相同的烧杯盛等体积的橙汁,则橙汁质量m橙汁=m2-m0,由于水的体积等于橙汁的体积,则橙汁的密度ρ=ρ水。
4.(1)水平　右　(2)72.4　30　1×103
(3)ρ水
解析:(1)用托盘天平测量物体质量时,把天平放置在水平工作台上;游码移到标尺左端的零刻度线处,发现指针静止时指在分度盘中央刻度线的左侧,要使天平平衡,应将平衡螺母向右调节。(2)由题图乙可知,烧杯和洗手液的总质量m1=50 g+20 g+2.4 g=72.4 g,根据题意,量筒里洗手液的质量m=m1-m2=72.4 g-42.4 g=30 g,由题图丙知,量筒中洗手液的体积V=30 mL=30 cm3,则洗手液的密度ρ===1 g/cm3=1×103 kg/m3。(3)已知金属块A的重力G=F1,浸没在水中时弹簧测力计的示数为F2,则金属块A浸没在水中受到的浮力F浮水=F1-F2,由F浮水=ρ水gV排水得, A的体积V=V排水=,金属块A浸没在洗手液中受到的浮力F浮洗手液=F1-F3,金属块A分别浸没在水和洗手液中,则金属块A排开洗手液的体积等于排开水的体积,即V排洗手液=V排水=,由F浮洗手液=ρ洗手液gV排洗手液得,洗手液的密度ρ洗手液=ρ水。
5.(1)右　(2)②③①　1.125×103
(3)③位置A　⑤　⑥偏大
解析:(1)静止时指针指向分度盘中央刻度线左侧,左偏右调,应将平衡螺母向右调节使天平横梁平衡。(2)若先测量空烧杯的质量,将烧杯中的酱油倒入量筒时,因烧杯内壁有酱油残留,会导致所测酱油的体积偏小,因此为减小误差,正确的操作顺序为②③①。将待测酱油倒入烧杯中,根据题图1乙可知烧杯和酱油的总质量为132.4 g,然后将烧杯中的酱油全部倒入量筒,根据题图1丙可知酱油的体积V=40 mL=40 cm3,再用天平测得此时烧杯的质量为87.4 g,则待测酱油的质量m=132.4 g-87.4 g=45 g,待测酱油的密度ρ酱油===1.125 g/cm3=1.125×103 kg/m3。(3)③⑤小烧杯在水中漂浮时,浮力等于重力,则m0g=ρ水gV排水,小烧杯在酱油中漂浮时m1g=ρ酱油gV排酱油,向小烧杯中倒水,直到酱油液面与A相平,两次液面均到达小烧杯同一位置A,则V排酱油=V排水,联立可得酱油的密度ρ酱油=。⑥若在步骤④中,小烧杯外面的酱油未擦干净,会导致测得的m1偏大,由酱油密度表达式可知,会导致酱油密度的测量值偏大。
6.(1)游码　左　(2)①18.6　②30
③0.62　④偏大　(3)ρ水
解析:(1)天平的调节和使用方法,天平先水平放置,游码移至零刻度线处,天平的调节原则是左偏右调,右偏左调,先快后慢;所以根据题图甲知指针右偏,应向左调节平衡螺母。(2)①根据天平的读数方法,m木=砝码质量+游码对应刻度值=10 g+5 g+3.6 g=18.6 g;②根据量筒的读数方法,视线与凹液面底部平行,水的体积V1=60 mL,小木块和水的总体积V2=90 mL,则小木块的体积V木=V2-V1=90 mL-60 mL=30 mL=30 cm3;③小木块的密度ρ木===0.62 g/cm3;④量筒中的水溅出,所测水和小木块的总体积偏小,可得小木块的体积测量值偏小,由ρ=可知,密度测量值偏大。(3)小木块的体积V=V2-V1,剪断细线,待液面静止时,读出体积V3;小木块排开水的体积V排=V3-V1,小木块漂浮在水面上,所以G=F浮=G排,所以ρ木gV=ρ水gV排,则ρ木==ρ水。
7.(1)相同　(2)慢　匀速直线　(3)如图所示:
解析:(1)每次均让小车从同一斜面的同一高度由静止滑下,是为了使小车每次在水平面上开始运动时的初速度相同。(2)由实验知物体表面越光滑,小车受到的阻力就越小,小车运动的距离就越远,这说明小车受到的阻力越小,速度减小得越慢。分析实验证据,并进一步推测:运动的物体在没有受到力的作用时,物体的运动状态不会改变,将做匀速直线运动。(3)小车在斜面上所受重力的方向竖直向下,作用点在小车的重心。
8.(1)摩擦力　(2)改变力的方向
(3)卡片自身重力　(4)相等
(5)转动　作用在同一条直线上的两个力才能实现二力平衡
(6)两个力作用在同一个物体上
解析:(1)小车与桌面间的摩擦为滚动摩擦,滚动摩擦远小于滑动摩擦,实验选取小车而不用木块是为了减小摩擦力对实验的影响。(2)小车受到的拉力是由钩码的重力产生的,重力的方向竖直向下,使用定滑轮可以改变钩码对物体的拉力的方向。(3)选择比较轻的卡片,是为了排除卡片自身重力对实验的影响。(4)保持两个拉力在同一条直线上,调整细线两端的钩码,当两端钩码的质量相等时,对小卡片的拉力相等,小卡片平衡。(5)当小卡片平衡时,将小卡片转过一定角度,小卡片两端的拉力就不在一条直线上,小卡片就会转动,说明作用在同一条直线上的两个力才能实现二力平衡。(6)当小卡片平衡时,用剪刀将小卡片从中间剪开,由于两个力不在同一物体上,所以两侧钩码落下,说明二力平衡的又一个条件是两个力作用在同一个物体上。
9.(1)水平　匀速直线　二力平衡
(2)0.2　0~5　2.4　2.4　(3)压力　大　控制变量
解析:(1)实验中要用弹簧测力计沿水平方向拉木块做匀速直线运动,读出弹簧测力计示数F,此时木块受到的摩擦力与拉力是一对平衡力,根据二力平衡知识可知,木块受到的摩擦力大小等于弹簧测力计的示数。(2)由题图丁得,弹簧测力计的分度值为0.2 N,从0开始测量,最大测量值为5 N,则量程为0~5 N,弹簧测力计挂钩对木块的拉力为2.4 N,木块受到桌面的摩擦力f=F=2.4 N。(3)比较1、2两次数据,得到的结论是在接触面粗糙程度一定时,有砝码时,压力越大,弹簧测力计示数越大,滑动摩擦力越大。比较1、3两次数据,当压力大小一定时,接触面越粗糙,弹簧测力计示数越大,滑动摩擦力越大。滑动摩擦力大小与压力大小、接触面粗糙程度有关,实验中运用了控制变量法。
10.(1)压力大小　甲、丙　(2)不变　(3)B
解析:(1)比较甲、乙两图实验可知:在接触面粗糙程度一定时,压力大小不同,摩擦力大小不同,说明滑动摩擦力大小与压力大小有关;甲、丙两图实验中,压力大小一定,接触面的粗糙程度不同,可比较甲、丙两图说明滑动摩擦力大小与接触面的粗糙程度有关。(2)由于压力大小和接触面的粗糙程度不变,即使运动速度增大,滑动摩擦力也不变。(3)根据压力越大,接触面越粗糙,摩擦力越大,组队时,应选质量大的同学,同时在比赛时队员应穿底部粗糙的鞋,故选B。
11.(1)凹陷程度　(2)甲、乙　大
(3)乙、丙　(4)相等　(5)相等　③
解析:(1)实验中,是通过观察海绵的凹陷程度来比较压力作用效果的,用到了转换法。(2)比较甲、乙两图可知,受力面积相同,而压力大小不同,故可初步得到:受力面积相同时,压力越大,压力作用效果越明显。(3)坦克设计成履带的原因是在压力大小一定时,通过增大受力面积来减小压力的作用效果,因此,可用 乙、丙两图实验所得结论解释。(4)仅将丙图的海绵换成丁图的木板,则小桌对海绵和木板的压力大小相同,受力面积也相同,则压强相等。(5)由题意知,用三种不同的方法切去一半后,所剩质量均为总质量的一半,则质量相等,对桌面的压力相等,图中③对桌面的受力面积最小,因此,对桌面的压强最大的是③。
12.(1)高度差　(2)增大　下宽上窄　(3)向各个方向的压强相等　(4)小于　【拓展】0.8×103 kg/m3
解析:(1)当将探头放在液体里时,由于液体内部存在压强,金属盒上的薄膜就会发生形变,U形管左右两侧液面就会产生高度差,高度差的大小反映了橡皮膜所受压强的大小,U形管两侧液面的高度差越大,液体内部的压强越大。(2)分析图1乙、丙的实验现象可以发现,两次实验中液体的种类相同而探头所处的深度不同,图1丙中U形管左右两侧液面高度差较大,这说明图丙中探头所受的压强较大,由此我们可以得出初步结论:在同种液体中,液体压强随着液体深度的增加而增大。所以为了保证坝体的安全,应做成下宽上窄的形状。(3)通过U形管左右两侧液面的高度差反映橡皮膜所受压强的大小,如图1丙、丁所示,保持探头在水中的深度不变,改变探头的方向,观察U形管左右两侧液面的高度差,发现高度差不变。这表明:同种液体、同一深度,液体向各个方向的压强相等。(4)液体内部压强与液体密度有关,盐水的密度大于水的密度,它们的压强大小相等,根据液体压强的计算公式,可知探头在盐水中的深度小于探头在水中的深度。【拓展】由p=可得,图2乙比甲中容器对桌面增加的压强Δp1=160 Pa,对桌面增加的压力ΔF1=Δp1S=160 Pa×100×10-4 m2=1.6 N。因水平面上物体的压力和自身的重力相等,且铜块受到的浮力和铜块对水的压力是一对相互作用力,所以,对桌面增加的压力ΔF1=G排,由阿基米德原理可知,铜块受到的浮力F浮=G排=1.6 N,将细线剪断,铜块沉到容器底部,图2丙比乙中容器对桌面增加的压强Δp2=1 620 Pa,对桌面增加的压力ΔF2=Δp2S=1 620 Pa×100×10-4 m2=16.2 N;图丙比图甲中容器对桌面增加的压力ΔF=ΔF1+ΔF2=1.6 N+16.2 N=17.8 N,则铜块的重力G铜=ΔF=17.8 N,由G=mg可得,铜块的质量m铜===1.78 kg,则ρ=可得,铜块的体积V铜===2×10-4 m3,因铜块浸没时排开液体的体积和自身的体积相等,所以,由F浮=ρ液gV排可得,液体的密度ρ液===0.8×103 kg/m3。
13.(1)1　(2)无关　(3)有关
【拓展】②m1g　③位置b　⑤ρ水
解析:(1)物体浸没在水中时所受的浮力为F浮=4 N-3 N=1 N。(2)由题图C、D可知,C、D中的液体都是水,液体的密度相同,物体排开液体的体积相同,深度不同,弹簧测力计的示数相同,物体受到的浮力相同,由此可知:物体在液体中所受浮力的大小跟物体浸没的深度无关。(3)题图D、E是探究物体所受的浮力大小与液体密度的关系,控制物体排开液体的体积相同,液体的密度不同,物体所受浮力大小不同,浮力与液体的密度有关。【拓展】②玻璃杯在水中漂浮,所受浮力F浮=G物=m1g;③⑤向玻璃杯中倒水,直到盐水液面与位置b相平,玻璃杯两次排开液体的体积相等,由阿基米德原理可得ρ水gV排=m1g,即V排=,玻璃杯在盐水中漂浮时,所受浮力F浮'=G物'=m2g,由阿基米德原理可得ρ盐水gV排=m2g,即ρ盐水=,联立可得,盐水的密度ρ盐水=ρ水。
14.(1)④①③②(或①④③②)　(2)0.2
只通过一组实验数据得出的结论具有偶然性　(3)体积　(4)相等
(5)4×103
解析:(1)实验时先测出空桶的重力,然后测出物体的重力,再将物体浸在溢水杯中,读出弹簧测力计的示数,根据F浮=G-F示求出受到的浮力,最后测出小桶和水的总重力,从而测出物体排开水的重力,因此合理的顺序为:④①③②。(2)由实验步骤①、③可知,物体浸在液体中时受到的浮力F浮=G-F示=F①-F③=1.8 N-1.6 N=0.2 N;由于只测了一组实验数据,这样得出的结论具有偶然性,所以为了寻找普遍规律,做完一次实验后,需要换用不同液体重新实验。(3)想进一步探究浮力大小是否与物体的密度有关,根据控制变量法,需要选用体积相同、密度不同的物体,使其浸没在同种液体中(保证了液体密度相同、排开液体的体积相同),比较浮力大小。(4)如题图1乙所示,向下移动水平横杆,使重物缓慢浸入盛满水的溢水杯中,重物排开水的体积变大,受到的浮力变大,由称重法F浮=G-F示可知弹簧测力计A的示数变小;重物排开水的体积越大时薄塑料袋内水的重力越大,即弹簧测力计B的示数越大,薄塑料袋的质量忽略不计时,由阿基米德原理可知,弹簧测力计A、B示数的变化量相等。(5)根据弹簧测力计的分度值读数可得重物完全浸入水中后(未接触溢水杯底),弹簧测力计A的示数为3.6 N,则重物浸没在水中时受到的浮力=G-F示=FA1-FA2=4.8 N-3.6 N=1.2 N;由F浮=ρ水gV排可得,重物排开水的体积V排===1.2×10-4 m3,重物的质量m==0.48 kg,因为重物浸没,所以V=V排=1.2×10-4 m3,则重物的密度ρ===4×103 kg/m3。
15.(1)木块滑行距离　(2)增大
(3)速度
解析:(1)实验中用到了转换法,即将钢球动能的大小转化为其对木块做功的多少来比较,即木块运动得越远,其对木块所做的功就越多,即具有的动能就越大;反之就越小,故通过观察木块滑行距离的大小来判断钢球的动能的大小。(2)从表中数据可知,钢球下摆的高度相同,撞击木块时的速度相同,钢球的质量越大,木块移动的距离越远,则钢球的动能越大。(3)子弹的质量最小,速度最大,动能最大,说明物体的速度对物体的动能影响较大。
16.(1)平衡　(2)4　(3)②　(4)变大　如图所示:
(5)费力
解析:(1)杠杆的位置如题图甲所示,此时杠杆处于静止状态时,处于平衡状态。(2)假设一个钩码重为G,杠杆一格长为L,根据杠杆的平衡条件:动力×动力臂=阻力×阻力臂,得出3G×4L=nG×3L,解得n=4,即在B点处挂4个钩码,杠杆在水平位置保持平衡。(3)“动力×支点到动力作用点的距离=阻力×支点到阻力作用点的距离”,是在杠杆在水平位置平衡且动力和阻力的方向都是竖直向下的条件下得出的,也就是实验过程中没有改变动力或阻力的方向,故②正确。(4)由图丙可知,弹簧测力计由竖直方向逐渐向右转动过程中,动力臂变短,而杠杆在水平位置始终保持平衡,由于阻力和阻力臂不变,根据杠杆平衡条件可知,测力计示数将变大;过支点作力F1作用线的垂线,即为力臂l1。(5)若把前臂看成杠杆,支点在肘关节的位置,肱二头肌对前臂的拉力为动力,重物对手的压力是阻力,当将重物举起时,结合图丙可知动力臂小于阻力臂,所以前臂相当于费力杠杆。
17.(1)匀速　没有考虑机械之间的摩擦,测出的拉力偏小　(2)0.45　80%
(3)同一滑轮组,提升的物体越重,机械效率越大　(4)变小　(5)变大
解析:(1)在实验过程中应竖直向上匀速拉动弹簧测力计,此时系统处于平衡状态,弹簧测力计示数等于拉力大小,若在弹簧测力计静止时读数,这时测出的数据是错误的,原因是没有考虑机械之间的摩擦,测出的拉力偏小。(2)由题图甲知,滑轮组由三段绳子承担物重,所以s3=3h3=3×0.15 m=0.45 m;η3=×100%=×100%=80%。(3)通过比较1、2两次实验数据知,滑轮组和提升物体的高度相同,物体的重力越大,机械效率越大,故得出结论:同一滑轮组,提升的物体越重,机械效率越大。(4)实验中动滑轮的个数越多,做的额外功越多,在有用功相同时,机械效率会变小。(5)在题图乙实验操作的基础上,如题图丙所示改变绳端拉力方向,拉力F向右倾斜,则拉力的力臂变小,拉力变大,弹簧测力计示数将变大。
类型五
1.(1)如图所示:
(2)断　(3)0.24　不同
(4)寻找普遍规律
解析:(1)根据实物图可知,该电路为并联电路,电流表A2与L2先串联,再并联在L1和电流表A1的两端。(2)由电路图知,灯泡L1和L2并联,在实验过程中,L2突然熄灭,L1亮度不变,所以电路可能出现的故障是L2断路,若L2短路,L1也会同时被短路,不会发光。(3)(4)由图丙知,电流表的量程为0~0.6 A,分度值为0.02 A,所以电流表的示数为0.24 A;为了寻找普遍规律,应该换用不同规格的灯泡多次实验;之所以得出并联电路中,干路电流等于各支路电流之和,且各支路的电流相等,是因为选用了两个规格相同的小灯泡,该结论不具有普遍性。
2.(1)电流表示数的大小　转换法
(2)A、B　③
(3)导体的电阻与横截面积有关
(4)小灯泡的亮度　如果所选电阻丝的阻值相差太小,灯泡的亮度变化不明显,因此不能根据灯泡亮度的变化来判断接入的电阻丝的阻值变化情况
解析:(1)实验中是通过观察电流表示数的大小间接比较导体电阻大小的,这种实验探究方法是转换法。(2)为了验证“导体电阻大小与导体的长度有关”,应控制导体的材料和横截面积不变,改变导体的长度,分析表格中数据可知,可将导体A、B分别接入电路中进行实验;选用A、D两根电阻丝分别接入电路中,根据表格中数据分析可知,A、D两根电阻丝的长度和横截面积相同,材料不同,由此可知探究的是③。(3)选用A、C两根电阻丝分别接入电路中,根据表格中数据分析可知,A、C两根电阻丝的材料和长度相同,横截面积不同,电流表的示数不同,由此可得出的结论是当导体的材料和长度相同时,导体的电阻与横截面积有关。(4)若将电流表换成小灯泡,可通过观察灯泡亮度来判断电阻的大小;不足之处是电源电压一定时,若所选电阻丝的阻值相差太小,灯泡的亮度变化不明显,因此不能根据灯泡亮度的变化来判断接入的电阻丝的阻值变化情况。
3.(1)如图所示:
(2)短路　 (3)右　(4)通过导体的电流与导体的电阻成反比　 (5)15 Ω　【拓展】 AB
解析:(1)电源电压不变,滑片P向右移动时电流表示数变小,说明滑动变阻器接入电路的阻值变大,故滑动变阻器选用左下接线柱与电阻R串联。(2)滑片P位于滑动变阻器阻值最大处,闭合开关,电流表有示数,说明电路是通路;电压表无示数,说明与电压表并联的电路短路或电压表短路或电压表断路,即电路故障原因可能是电阻R短路。(3)实验中,当把5 Ω的电阻换成10 Ω的电阻后,根据分压原理,电阻两端的电压变大,探究电流与电阻关系时要控制电压不变,根据串联电路电压的规律,要增大滑动变阻器两端的电压,由分压原理,要增大滑动变阻器接入电路的阻值,故应向右适当调节滑动变阻器的滑片P,使电压表示数保持不变。(4)由图象可知:在电压一定时,通过导体的电流与导体的电阻成反比。(5)由题意可知,当与灯泡串联的滑动变阻器阻值最大时,灯泡两端的电压为1.2 V,电路中的电流为0.24 A,则电源电压U=U滑+UL=0.24 A×20 Ω+1.2 V=6 V,当滑动变阻器接入电路的阻值为0时,灯泡两端电压等于电源电压为6 V,此时通过灯泡的电流为0.4 A,灯泡正常发光,则灯泡正常发光时的电阻R===15 Ω。【拓展】 A中阴影部分的面积表示的是电流与电压的乘积,是电功率,故A正确;B中阴影部分的面积表示的是电流与电阻的乘积,是电压,故B正确;C中阴影部分的面积表示的是电功率与电阻的乘积,由P=可知PR=U2,电功率与电阻的乘积不是电压,故C错误。故选AB。
4.(1)如图所示:
(2)电阻Rx短路(或电压表短路或电压表断路)　(3)0.3　9　减小误差　【拓展】②断开开关S1、闭合开关S2,记录电流表的示数为Ix　③R0
解析:(1)滑动变阻器的滑片向右滑动时,电流表的示数变小,说明滑动变阻器接入电路的阻值变大,故滑动变阻器选用左下接线柱与电阻Rx串联在电路中。(2)电路连接完成后,闭合开关,发现电流表有示数,说明电路是通路,电压表无示数,说明与电压表并联的电路短路或电压表短路或电压表断路,即出现此现象的原因可能是电阻Rx短路或电压表短路或电压表断路。(3)排除故障后,闭合开关,移动滑动变阻器的滑片至某一位置,电压表示数为2.7 V,电流表示数如题图乙,电流表选用小量程,分度值为0.02 A,其示数为0.3 A,则未知电阻Rx的阻值为Rx===9 Ω;实验中通过移动滑片位置得到多组实验数据计算出Rx的平均值,这样做的目的是减小误差。【拓展】实验步骤:①断开开关S2、闭合开关S1,记录电流表的示数为I0;②断开开关S1、闭合开关S2,记录电流表的示数为Ix;③在步骤①中,电路为只有R0的简单电路,电流表测电路中的电流,则电源电压U=I0R0;在步骤②中,电路为只有Rx的简单电路,电流表测电路中的电流,则电源电压U=IxRx;由于电源电压不变,则I0R0=IxRx,解得Rx=R0。
5.(1)如图所示:
(2)A　(3)9.6　(4)1.40 A,原因是看错了电流表选用的量程　(5)小灯泡的电阻随着温度的变化而变化　小　【拓展】100
解析:(1)用伏安法测量小灯泡正常发光时的电阻时,小灯泡、滑动变阻器和电流表串联,电压表并联在小灯泡两端。(2)闭合开关前,将滑动变阻器的滑片移至阻值最大处,即将滑片移至A端。(3)当小灯泡正常发光时,电流表示数如题图乙所示,电流表选用小量程,分度值为0.02 A,其示数为0.26 A,则此时小灯泡正常发光时的电阻为RL==≈9.6 Ω。(4)观察表格前3次数据可知,小灯泡两端的电压增大时,通过的电流也增大,但电流增大得不是很多,这是因为灯丝温度升高时灯丝的电阻也会增大,而第4次电流值突然增大为1.40 A,明显不符合电流的变化规律,再由实物图可知电流表选用小量程,其读数不可能是1.40 A,由此可知第4次的电流值错误,原因是看错了电流表选用的量程(或电流表选用小量程却按大量程读数了)。(5)每次小灯泡的阻值不相同,原因是小灯泡的电阻随着温度的变化而变化。因为开灯的瞬间灯丝的温度较低,电阻较小,家庭电路电压220 V不变时,通过的电流较大,所以开灯的瞬间很容易烧坏灯泡。【拓展】①在 A与B之间连接导线,调节滑动变阻器R1,使电流表示数为0.6 A,并把电流表的“0.6 A”刻度线标为“0 Ω”;②滑动变阻器R1滑片保持不动,在 A与B之间接一阻值为20 Ω电阻时,电流表示数为0.3 A,把电流表的“0.3 A”刻度线标为“20 Ω”,设电源电压是U,在 A与B之间连接导线,只有R1工作,调节滑动变阻器R1,使电流表示数为0.6 A,由欧姆定律得此时通过电路的电流为I1=,即0.6 A=①;保持滑动变阻器R1滑片位置不动,当在A与B之间接一阻值为20 Ω电阻时,R1与R串联,电流表示数为0.3 A,串联电路总电阻等于各部分电阻之和,根据欧姆定律可得此时通过电路的电流为I2=,即0.3 A=②,由①②解得U=12 V,R1=20 Ω,根据题意可知,电流表的量程为0~0.6 A,分度值为0.02 A,示数为0.1 A,当电流为0.1 A时,根据串联电路电阻规律结合欧姆定律可得,I3===0.1 A,解得R'=100 Ω。
6.(1)B　(2)A　(3)10
(4)
解析:(1)闭合开关之前,应将滑动变阻器的滑片P置于阻值最大处,即B端。(2)实验时,闭合开关,发现电流表和电压表的示数都为0,说明电路断路,用一根导线在图甲中先后连接接线柱G与F、F与E时,电压表和电流表的示数仍为0,说明此时电路仍为断路,连接接线柱E与D时,电压表和电流表指针明显偏转,说明此时电路为通路,导线与滑动变阻器并联接入电路,所以电路故障是滑动变阻器断路,故选A。(3)电流表选用小量程,分度值为0.02 A,其示数为0.2 A,定值电阻Rx的阻值为R==10 Ω。(4)闭合开关后,滑动变阻器的滑片在最左端时,滑动变阻器的全部电阻接入电路,两电阻串联,电流表测电路的电流,电流表的示数为I1;根据串联电路电阻的规律及欧姆定律可得电源电压U=I1(R0+Rx)①;滑动变阻器的滑片在最右端时,为待测电阻的简单电路,电流表的示数为I2,由欧姆定律可得电源电压U=I2Rx②;①②两式联立可得电阻Rx=。
7.(1)①如图所示:
②定值电阻断路(或电流表短路)
③0.4　④右　⑤6.25~25 Ω
(2)③R0
解析:(1)①滑动变阻器的滑片向左滑动时,电流表的示数增大,即滑动变阻器接入电路的电阻变小,故应将变阻器左下接线柱连入电路中;②闭合开关后,电流表没有示数,电压表有示数,电路中出现的故障可能是定值电阻断路(或电流表短路);③电流表选用小量程,分度值为0.02 A,其示数为0.4 A;④根据串联分压原理可知,将定值电阻由5 Ω换成10 Ω的电阻,电阻增大,其分得的电压增大;探究电流与电阻的关系实验中,应控制定值电阻两端电压不变,根据串联电路电压的规律可知,应增大滑动变阻器分得的电压,由U=IR可知,应增大滑动变阻器连入电路中的电阻,所以滑片应向右端移动;⑤当5 Ω的定值电阻接入电路时,最大电流为0.4 A,由串联电路电阻规律和欧姆定律,变阻器连入电路的最小电阻为R滑小=-R1=-5 Ω=6.25 Ω;当定值电阻的阻值为5 Ω时,电流表的示数为0.4 A,由图甲可知,变阻器与定值电阻串联,则定值电阻两端的电压Uv=0.4 A×5 Ω=2 V,根据串联电路的规律及分压原理可知,,即=,故R滑大=25 Ω;在此实验中,滑动变阻器接入电路的阻值范围是6.25~25 Ω。(2)在①中,电压表测待测电阻和定值电阻两端的总电压,在②中,电压表测定值电阻两端的电压,因滑片位置不变,根据串联电路电压的规律,待测电阻两端的电压为U1-U2,由分压原理可知,,未知电阻的阻值Rx=R0。
8.(1)如图所示:
(2)短路　(3)2.2　右　(4)0.5
(5)灯丝电阻随温度改变而改变
【拓展】C
解析:(1)实验中灯泡要与变阻器串联,电压表测量灯泡两端电压,灯泡额定电压为2.5 V,则电压表的量程选择0~3 V,电流表测量电路电流,滑动变阻器的滑片P向右移动时,电流表示数变大,则滑动变阻器接入电路的电阻变小,故变阻器的右下接线柱连入电路中。(2)连接完成后,闭合开关,发现电流表指针明显偏转,说明电路中有电流,不会出现断路现象,电压表指针几乎不动,则电路故障原因可能是小灯泡短路。(3)由图乙知,电压表的量程为0~3 V,分度值0.1 V,示数为2.2 V。要想测小灯泡的额定电功率,应增大灯泡两端的电压,根据串联电路的分压原理,应减小滑动变阻器两端的电压,则应减小滑动变阻器接入电路中的电阻,将滑片向右移,直至小灯泡正常发光。(4)由图丙知,小灯泡两端电压为2.5 V时,额定电流为0.2 A,小灯泡的额定功率是P=UI=2.5 V×0.2 A=0.5 W。(5)小南通过分析实验数据,发现小灯泡在不同亮度下其两端的电压与通过的电流的比值不同,主要原因是灯丝电阻随温度改变而改变。【拓展】若小灯泡的额定功率P0与某次工作时的实际功率P1满足P0=4P1,则灯泡的额定功率为P0时的电阻R0大于某次工作实际功率为P1时的电阻R1,由P=得,额定电压U0与实际电压U1的关系为=4×,则U0=2U1>2U1,故C符合题意,A、B不符合题意。故选C。
9.(1)如图所示:
(2)小灯泡断路　(3)左　(4)3.6
(5)小于　(6)U1-U额　U额×
解析:(1)小灯泡额定电压为6 V,电压表选择大量程与小灯泡并联;滑动变阻器一上一下接入电路。(2)电流表无示数,说明电路可能断路;电压表示数接近电源电压,说明电压表与电源连通,则与电压表并联的支路以外的电路是完好的,与电压表并联的小灯泡断路。(3)故障排除后,若滑动变阻器的滑片在某一位置时,电压表示数为4.5 V,小于小灯泡额定电压6 V,为测量小灯泡的额定功率,应增大小灯泡两端的电压,根据串联电路电压规律,应减小滑动变阻器两端的电压,根据分压原理,应减小滑动变阻器接入电路的阻值,故应将滑片向左端移动。(4)由题图乙可知,当灯泡两端电压为6 V时,通过灯泡的电流为0.6 A,则小灯泡额定功率为PL=ULIL=6 V×0.6 A=3.6 W。(5)由题图乙知,当小灯泡实际电流为额定电流一半时,即小灯泡的电流为0.3 A时,对应小灯泡的电压约为2 V,小灯泡的实际功率为P1=U1I1=2 V×0.3 A=0.6 W;当灯泡实际电压为额定电压一半时,即小灯泡的实际电压为3 V时,对应的电流约为0.4 A,小灯泡的实际功率为P2=U2I2=3 V×0.4 A=1.2 W,故P1小于P2。(6)①只闭合开关 S1,将滑动变阻器的滑片移至最左端,读出电压表V1的示数为U1;②断开开关S1,将滑动变阻器滑片移至最右端后闭合开关S2,再次调节滑片,直到电压表V1的示数为U1-U额,此时小灯泡正常发光,电压表V2的示数为U2;③在操作中①中电路为R0的简单电路,电压表V1测电源电压U1;在②中,小灯泡与滑动变阻器的最大电阻和R0串联,再次调节滑片,当小灯泡正常发光时,根据串联电路电压的规律,R0两端的电压为U1-U2,由欧姆定律,电路中的电流即小灯泡的额定电流为I=,小灯泡额定功率的表达式为P额=U额×。
10.(1)如图所示:
(2)最左　(3)B　(4)0.14
(5)0.625　(6)①　②U额×
解析:(1)原电路图中,电流表与灯泡并联,电压表串联在电路中是错误的,在“测量小灯泡的电功率”实验中,小灯泡、滑动变阻器和电流表串联,电压表并联在小灯泡两端。(2)为了保护电路,滑动变阻器的滑片应该移动到阻值最大处,即最左端。(3)正确连接电路后闭合开关,发现灯泡不亮,电流表无示数,说明电路可能断路,电压表有示数,说明电压表与电源连通,则与电压表并联的电路以外的电路是完好的,与电压表并联的电路断路了,即电路的故障可能是灯泡断路,故选B。(4)电路故障排除后,闭合开关,移动滑动变阻器的滑片,电流表指针如题图乙所示,电流表选用小量程,分度值为0.02 A,其示数为0.14 A。(5)由题图丙可知,当小灯泡两端的电压为2.5 V时,通过灯泡的电流为0.25 A,则小灯泡额定功率为P=UI=2.5 V×0.25 A=0.625 W。(6)①先断开开关S2,闭合开关S、S1,调节滑动变阻器,根据欧姆定律,使电流表的示数为;②再保持滑动变阻器滑片的位置不变,只断开开关S1、闭合S2,读出电流表示数为I,此时电流表测灯泡与定值电阻并联的电流,因电路的连接关系没有改变,各电阻的大小和通过的电流不变,小灯泡仍正常发光,根据并联电路电流的规律求出小灯泡的额定电流为I-;小灯泡额定功率的表达式为P额=U额×。
11.(1)电流　5　0.5　(2)转换　在电阻和通电时间相同时,电流越大,电阻产生的热量越多　【拓展】左
解析:(1)图中右侧两电阻并联后再与左侧电阻串联,根据并联和串联电路电流的规律,通过左侧容器中的电阻的电流大小大于通过右侧容器中的电阻的电流,而通电时间相同,为了保证变量唯一,即电阻相同,R3的阻值应为5 Ω,探究的是电流产生的热量与电流的关系;根据并联电路电压的规律和欧姆定律可知,通过右侧两电阻的电流相等,根据并联电路电流的规律,若通过R1的电流为1 A,则通过R3和R2的电流之和为1 A,故通过R3的电流大小为I=×1 A=0.5 A。(2)用U形管中的液面高度差反映电阻产生热量的多少,这一物理方法叫转换法;由图可知左侧U形管中液面高度差大于右侧U形管中液面高度差,根据转换法,左侧容器内电阻产生的热量大于右侧容器内电阻产生的热量,说明在电阻和通电时间相同时,电流越大,电阻产生的热量越多。【拓展】如果把R2也放进右侧的容器内,根据并联电阻的规律,右侧容器内的电阻R23小于R1,根据串联电路电流的规律,通过R23的电流与通过R1的电流相等,根据Q=I2Rt,相同时间内左侧容器内产生的热量较多。
12.(1)轻敲玻璃板　(2)条形　(3)正　(4)C
解析:(1)在嵌入螺线管的玻璃板上均匀撒满细铁屑,通电后需要轻敲玻璃板,这样做的目的是克服摩擦力的影响,使细铁屑可以自由移动。(2)根据图甲中的铁屑和小磁针的分布知,通电螺线管外部的磁场与条形磁体的磁场相似。(3)根据异名磁极相互吸引,螺线管的左侧为N极,根据安培定则知,电流从右侧流入,因而电源的右端为正极。(4)电铃的核心是电磁铁,应用了电磁铁,故A不符合题意;电磁起重机的主要部件是电磁铁,故B不符合题意;电炉是利用电流的热效应工作的,与电磁铁无关,故C符合题意。故选C。
13.(1)电流表的指针是否偏转　(2)部分导体在磁场中做切割磁感线运动　(3)换用磁性更强的磁铁(或换用量程更小的电流表、加快导体切割磁感线的速度)　(4)探究磁场对通电导体有力的作用
解析:(1)感应电流的有无是通过电流表的指针是否偏转来体现的,若电流表的指针发生偏转,就说明产生了感应电流。(2)步骤一和步骤二中,开关闭合,导体左右运动时,导体做切割磁感线运动,电流表指针偏转,这说明电路中有感应电流产生;步骤三中,导体竖直上下运动,导体没有做切割磁感线运动,电流表指针不发生偏转,电路中无电流;由此可得出,感应电流产生的条件:闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动。(3)电流表指针偏转不明显,是因为感应电流太弱,从装置上的改进方法:可以换用磁性更强的磁铁、换用量程更小的电流表;从操作角度改进:可以加快导体的移动速度,即使导体切割磁感线运动的速度更快。(4)当将电流表换成电源时,导体ab就成了通电导体,在磁场中会受到力的作用,可以探究磁场对通电导体有力的作用。

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