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第16讲　电学实验
考情统计
考点考题统计 命题热点
基本仪器的 使用 和电表改装 2025·陕晋青宁卷·T12 1.电表改装及以测量电阻、电动势为核心的实验
2.测量电阻、电动势的迁移和创新性实验
2024·安徽卷·T12
2023·海南卷·T15
2022·海南卷·T15、2022·湖南卷·T12、2022·辽宁卷·T11
以测量电阻为核心 的电学实验 2025·广西卷·T11、2025·云南卷·T12、 2025·河北卷·T11(1)、2025·甘肃卷·T12、2025·安徽卷·T12、 2025·河南卷·T11、2025·湖南卷·T12、2025·四川卷·T12、 2025·浙江1月选考卷·T14-Ⅲ
2024·山东卷·T14、2024·新课标卷·T23、2024·江苏卷·T12、 2024·全国甲卷·T23
2023·北京卷·T15、2023·辽宁卷·T12、2023·广东卷·T12
以测量电源电动势 为核心的电学实验 2025·安徽卷·T12、2025·湖北卷·T11
2024·辽宁卷·T11、2024·甘肃卷·T12
2023·海南卷·T15
以探究电压、电流为 核心的实验 2025·黑吉辽内蒙古卷·T11、2025·全国卷·T10
2024·广西卷·T12、2024·浙江1月选考卷·T16-Ⅱ
2023·山东卷·T14、2023·新课标卷·T22
电学实验的 迁移和创新 2025·山东卷·T14、2025·广东卷·T12、2025·重庆卷·T12
2024·广东卷·T12、2024·湖南卷·T11、2024·江西卷·T12、2024·河北卷·T12、2024·浙江1月选考卷·T16-Ⅲ
2023·湖南卷·T12、2023·福建卷·T13、2023·江苏卷·T12
核心考点一　基本仪器的使用和电表改装
1.电流表、电压表、电阻表的使用
(1)电表极性:无论电流表、电压表还是电阻表,工作时电流一定从正极流入,负极流出,特别注意电阻表有内部电源,电表正极为内部电源负极。
(2)读数规则。
若分度值为1、0.1、0.01等需要估读到分度值的下一位,如果分度值不是1、0.1、0.01等,只需要读到分度值位即可。
2.电表改装的原理
(2025·河北石家庄阶段练习)如图甲所示为铜漆包线线圈,某同学想测量该线圈的匝数。该线圈的平均直径D=4.00 cm,已知铜导线的电阻率ρ=1.7×
10-8 Ω·m。
▼
典例1
(1)如图乙所示,用螺旋测微器测得铜漆包线的直径d=　　　　 mm。
0.200
【解析】 (1)用螺旋测微器测得铜漆包线的直径
d=0 mm+20.0×0.01 mm=0.200 mm。
(2)该同学首先用电阻表“×10”挡粗测该线圈的直流电阻,指针偏转如图丙所示,则测量值为　　　　 Ω。
48
【解析】 (2)该同学首先用电阻表“×10”挡粗测该线圈的直流电阻,由题图丙可知测量值为4.8×10 Ω=48 Ω。
(3)为精确地测量该线圈的直流电阻Rx,现提供以下器材供选择:
电流表A1(量程0~50 mA,内阻r1=20 Ω,示数用I1表示)
电流表A2(量程0~1 mA,内阻r2=1 kΩ,示数用I2表示)
定值电阻R1=14 kΩ
定值电阻R2=180 Ω
滑动变阻器R(最大阻值20 Ω)
蓄电池E(电动势12 V,内阻很小)
开关、导线若干。
①请选择合适器材在如图丁所示虚线框中补充完整实验电路图,并标上所选择仪器的代号。
【答案及解析】(3)①根据伏安法测电阻的原理,电压表可由电流表A2与电阻R1改装,其量程为U=Ig2(R1+r2)=15 V,由于电阻表粗测线圈电阻为48 Ω,若直接用电流表A1测电流,电路两端的电压不超过3.5 V,电压测量范围过小,误差较大,应将线圈与R2串联,电流表A1内阻已知,故电流表内接,电路如图所示。
②根据实验电路,线圈直流电阻的计算表达式为Rx=　　　　　 　　(用题中所给的字母表示)。
(4)该同学用上述实验测得该线圈直流电阻为51.0 Ω,则该线圈的匝数为
　　　　。
750
(2024·安徽卷,12)某实验小组要将电流表G(铭牌标示:Ig=500 μA,Rg=800 Ω)改装成量程为0~1 V和0~3 V的电压表,并用标准电压表对其进行校准。选用合适的电源、滑动变阻器、电阻箱、开关和标准电压表等实验器材,按图甲所示连接电路,其中虚线框内为改装电路。
▼
典例2
(1)开关S1闭合前,滑片P应移动到　　　　(选填“M”或“N”)端。
M
【解析】 (1)由题图甲可知,该滑动变阻器采用分压式接法,为了保证电路安全,在开关S1闭合前,滑片P应移到M端。
(2)根据要求和已知信息,电阻箱R1的阻值已调至1 200 Ω,则R2的阻值应调至
　　 　　Ω。
4 000
【解析】 (2)由题意可知,当开关S2接a时,电压表量程为0~3 V,根据欧姆定律有U2=Ig(Rg+R1+R2),R1=1 200 Ω,Rg=800 Ω,联立解得R2=4 000 Ω。
(3)当单刀双掷开关S2与a连接时,电流表G和标准电压表V的示数分别为I、
U,则电流表G的内阻可表示为　　　　 　　　。(结果用U、I、R1、R2表示)
(4)校准电表时,发现改装后电压表的读数始终比标准电压表的读数偏大,经排查发现电流表G内阻的真实值与铭牌标示值有偏差,则只要　　　　即可。(填正确答案标号)
A.增大电阻箱R1的阻值
B.减小电阻箱R2的阻值
C.将滑动变阻器的滑片P向M端滑动
A
【解析】 (4)校准电表时,发现改装后电压表的读数始终比标准电压表的读数偏大,可知电流表G内阻的真实值小于铭牌标示值,根据闭合电路的欧姆定律可知,可以增大两电阻箱的阻值。故选A。
0.86
(5)校准完成后,开关S2与b连接,电流表G的示数如图乙所示,此示数对应的改装电压表读数为　　　　V。(结果保留两位有效数字)
【解析】 (5)题图乙中电流表读数为430 μA,
根据欧姆定律有UV=IA(Rg+R1)=430×10-6×(800+1 200)V=0.86 V。
核心考点二　以测量电阻为核心的电学实验
1.仪器选择及电路设计的原则——安全、准确、方便
(1)电源的选择:一般根据待测电学元件的额定电流或额定电压选择符合需要的直流电源。
(2)电表的选择:一般根据电源的电动势或待测用电器的额定电压选择电压表;根据待测电流的最大值选择电流表;电表的指针摆动的幅度尽量要较大一些,一般应使指针能达到半偏。
2.电流表内接法与外接法的比较与选择
比较项目 电流表内接法 电流表外接法
电路
误差 原因 由于电流表内阻的分压作用,电压表测量值偏大 由于电压表内阻的分流作用,电流表测量值偏大
3.滑动变阻器的选择及接法判断
接法 判断 (1)“以小控大用分压,相差无几用限流”:
①当采用限流式接法时,一般选用最大阻值比待测电阻稍大或差不多的滑动变阻器;
②当采用分压式接法时,一般选用最大阻值较小、额定电流较大的滑动变
阻器。
(2)采用分压式接法的三种情况:
①要求电压从零开始变化;
②滑动变阻器阻值太小,不能起到限流的作用;
③需要获取有区分度的多组数据
(2025·安徽卷,12)某同学设计了一个具有两种挡位(“×1”挡和“×10”挡)的电阻表,其内部电路如图甲所示。电源为电池组(电动势E的标称值为3.0 V,内阻r未知),电流表G(表头)的满偏电流Ig=20 mA,内阻Rg=45 Ω,定值电阻R0=5 Ω,滑动变阻器R的最大阻值为200 Ω。设计后表盘如图乙所示,中间刻度值为“15”。
▼
典例3
(1)测量前,要进行欧姆调零:将滑动变阻器的阻值调至最大,闭合开关S1、S2,此时电阻表处于“×1”挡,将红表笔与黑表笔　　　　,调节滑动变阻器的阻值,使指针指向　　　　(选填“0”或“∞”)刻度位置。
短接
0
【解析】 (1)测量前,要进行欧姆调零。将滑动变阻器的阻值调至最大,闭合开关S1、S2,此时电阻表处于“×1”挡,将红表笔与黑表笔短接,调节滑动变阻器的阻值,使指针指向0刻度位置。
(2)用该电阻表对阻值为150 Ω的标准电阻进行试测,为减小测量误差,应选用电阻表的　　　　(选填“×1”或“×10”)挡。进行欧姆调零后,将电阻接在两表笔间,指针指向图乙中的虚线位置,则该电阻的测量值为　　　　 Ω。
×10
160
【解析】 (2)用该电阻表对阻值为150 Ω的标准电阻进行试测,为减小测量误差,应选用电阻表的×10挡;进行欧姆调零后,将电阻接在两表笔间,指针指向题图乙中的虚线位置,则该电阻的测量值为16×10 Ω=160 Ω。
(3)该同学猜想造成上述误差的原因是电源电动势的实际值与标称值不一致。为了测出电源电动势,该同学先将电阻箱以最大阻值(9 999 Ω)接在两表笔间,接着闭合S1、断开S2,将滑动变阻器的阻值调到零,再调节电阻箱的阻值。当电阻箱的阻值调为228 Ω时,指针指向“15”刻度位置(即电路中的电流为
10 mA);当电阻箱的阻值调为88 Ω时,指针指向“0”刻度位置(即电路中的电流为20 mA)。由测量数据计算出电源电动势为　　　　 V。(结果保留两位有效数字)
2.8
【解析】 (3)根据闭合电路欧姆定律E′=I1(r+Rg+R阻),E′=I2(r+Rg+R阻′),代入数据I1=10 mA,I2=20 mA,联立可得r=7 Ω,E′=2.8 V。
▼
典例4
(2025·四川卷,12)某学生实验小组要测量一段合金丝的电阻率。所用实验器材有:
待测合金丝样品(长度约1 m),
螺旋测微器,
学生电源E(电动势0.4 V,内阻未知),
米尺(量程0~100 cm),
滑动变阻器(最大阻值20 Ω),
电阻箱(阻值范围0~999.9 Ω),
电流表(量程0~30 mA,内阻较小),
开关S1、S2,
导线若干。
(1)将待测合金丝样品绷直固定于米尺上,将金属夹分别夹在样品20.00 cm和70.00 cm位置,用螺旋测微器测量两金属夹之间样品三个不同位置的横截面直径,读数分别为0.499 mm、0.498 mm和0.503 mm,则该样品横截面直径的平均值为　 mm。
0.500
(2)该小组采用限流电路,则图甲中电流表的“+”接线柱应与滑动变阻器的接线柱　　　　(选填“a”或“b”)相连。闭合开关前,滑动变阻器滑片应置于　　　　(选填“左”或“右”)端。
a
左
【解析】 (2)由于滑动变阻器采用限流式接法,应将其串联接在电路中,故采用“一上一下”原则,即电流表的“+”接线柱应与滑动变阻器的接线柱a相连。为了保护电路,闭合开关前,滑动变阻器滑片应位于最大阻值处,即最左端。
(3)断开S2、闭合S1,调节滑动变阻器使电流表指针恰好指到15.0 mA刻度处。断开S1、闭合S2,保持滑动变阻器滑片位置不变,旋转电阻箱旋钮,使电流表指针仍指到15.0 mA处,此时电阻箱面板如图乙所示,则该合金丝的电阻率为
　　 　　Ω·m(取π=3.14,结果保留两位有效数字)。
1.3×10-6
(4)为减小实验误差,可采用的做法有　　　　(多选)。
A.换用内阻更小的电源
B.换用内阻更小的电流表
C.换用阻值范围为0~99.99 Ω的电阻箱
D.多次测量该合金丝不同区间等长度样品的电阻率,再求平均值
CD
核心考点三　以测量电源电动势为核心的电学实验
1.对实验的两点说明
(1)任何一种实验方法,一定要紧扣闭合电路欧姆定律E=U+Ir,其中最关键的是看电路中如何测量出路端电压U和电路中的总电流I。
(2)利用图像得出电动势和内阻是常见的数据处理方法,对于不同的电路设计,在作图像时都要画出倾斜直线,即根据闭合电路欧姆定律,推导出不同测量方法得到的物理量间的一次函数关系,再利用图像中的斜率与截距求解。
2.测量电源的电动势和内阻的实验技巧
(1)在开关S闭合前,滑动变阻器的滑片应使滑动变阻器接入电路的阻值最大;要测出不少于6组I、U数据,且变化范围大些,用方程组求解时,1与4、2与5、3与6为一组,分别求出E、r的值再求平均值。
(2)为了使电池的路端电压变化明显,电池的内阻宜大些。
(3)画U-I图线时纵轴刻度可以不从零开始,此时图线和横轴交点不再是短路电流。
(4)实验中不要将I调得过大,不宜超过0.3 A。读表要快,读完立即断电。
(5)此实验还可以改用一个电阻箱和一个电流表或一个电阻箱和一个电压表来测量。
▼
典例5
(2025·河北张家口一模)在进行测定干电池电动势和内阻实验时,实验组三名同学各设计了一种实验方案,对应实验器材如下:
方案1
方案2
方案3
(1)如图甲所示为方案1的电路图及实验过程中某次测量时电流表指针的偏转情况,电流表示数为　　　　A。
0.30
【解析】 (1)电流表示数为0.30 A。
(2)请在图乙中将设计方案2的器材连接成实验电路。
【答案及解析】 (2)将设计方案2的器材连接成实验电路如图所示。
(4)实验后三名同学对实验误差进行分析讨论,认为由于电表内阻未知,三个方案均存在误差,这种误差属于　　　　(选填“偶然”或“系统”)误差,但方案　　　　(选填“1”“2”“3”“1和2”“1和3”或“2和3”)中电源电动势的测量值无偏差,内阻的测量值　　　　(选填“偏大”或“偏小”)。
系统
3
偏大
▼
典例6
(2025·陕西渭南阶段练习)某学习兴趣小组将铜片和锌片磨光后分别平行插入番茄和土豆制成果蔬电池进行实验探究。实验电路如图甲所示,实验中用到的电流传感器和电压传感器都可看成理想电表,经实验采集数据并正确分析计算后得到的电池参数见表中数据。
电池 电动势E/V 内阻r/Ω
番茄 0.695 9 291.81
土豆 0.754 9 559.59
(1)在进行实验时,应选用最大阻值为　　　的电阻箱。
A.99.99 Ω
B.999.9 Ω
C.9 999 Ω
B
【解析】 (1)根据题表中番茄和土豆的内阻数据,为了使实验中传感器示数变化明显,应选用最大电阻与电源内阻差不多的电阻箱,B正确。
(2)番茄电池把2 C的正电荷在电源内部从负极搬运到正极,非静电力所做的功为　　　　J(结果保留两位小数)。
1.39
【解析】 (2)番茄电池把2 C的正电荷在电源内部从负极搬运到正极,非静电力所做的功为W非=qE=2×0.695 9 J=1.39 J。
(3)对实验过程的表述,下列说法正确的是　　　(多选,填字母)。
A.连接电路时开关应该处于断开状态
B.电压传感器的读数就是电动势值
C.若电阻箱的阻值R不断增大,电压传感器的示数随阻值R变化呈线性变化
D.为了完成电动势和内阻的测量,图甲电路可以不用电流传感器,只用电压传感器和电阻箱就可以完成实验
AD
①
▼
典例7
(2025·安徽一模)某兴趣小组利用半封闭可调内阻电池研究闭合电路的规律,其工作的电路图如图甲所示。图中M为电池的正极,N为电池的负极;a、b为一组实验探针,与正负极非常接近但不与其接触,a、b与数字电压表V1连接,用于测量内电压U内;数字电压表V2并联在电阻箱两端,用于测量路端电压U外;数字电流表A接在干路中,用于测量干路电流I。
(1)注射器抽气或充气使中间液面升降,从而改变电池的内阻,充气后,液面
　　　　(选填“升高”或“下降”),电池内阻将　　　(选填“变大”或“变小”)。
下降
变大
(2)保持内电路不变,调节电阻箱的阻值,记录两电压表示数U外和U内、电流表示数I、电阻箱阻值R外,数据如下表所示。由数据可得,电池电动势E=　　 　　。
序号 U外/V U内/V I/A R外/Ω
1 2.050 0.000 0.000 ∞
2 1.937 0.101 0.030 63
3 1.910 0.120 0.036 52
4 1.879 0.145 0.044 41
5 1.820 0.186 0.057 30
2.050 V
【解析】 (2)电源电动势等于电源未接入电路(即外电路电阻无穷大)时电源两端电压,则电池电动势 E=2.050 V。
(3)根据数据,作出U外-I图像和U内-I图像,如图乙、图丙所示。U外-I图像斜率的绝对值为k1、U内-I图像的斜率为k2,可得k1　　 　　(选填“>”“<”或“=”)k2,在操作和读数均无误的情况下,得到上述结果的原因可能是
　　 　 　　(回答一个即可)。
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内阻偏小、电表不理想
核心考点四　以探究电压、电流为核心的实验
1.探究电器元件的伏安特性
(1)通过确定元件的电流(I)与电压(U)的关系,判断元件是否为线性或非线性。
(2)识别元件的关键参数(如电阻值及变化、导通电压、击穿电压等)。
(3)区分二极管导通阈值、动态电阻;分析稳压管反向击穿区的稳压特性;晶体管输入或输出特性曲线。
2.观察电容器的充、放电现象
(1)电容器的充电过程。
如图甲所示,当开关S接1时,电源对电容器进行充电,在充电开始时电流比较大,以后随着极板上电荷量的增多,电流逐渐减小,当电容器两极板间电压等于电源电压时电荷停止移动,电流I=0。
(2)电容器的放电过程。
如图乙所示,当开关S接2时,电容器放电,放电开始电流较大,随着两极板上的电荷量逐渐减小,电路中的电流逐渐减小,两极板间的电压也逐渐减小,最后减小到零。
3.探究影响感应电流方向的因素
利用图甲判断电流方向与灵敏电流表指针偏转方向的关系;利用图乙结合控制变量法,依次探究开关通断、滑动变阻器滑片的移动、线圈A从线圈B中插入与拔出等因素对感应电流方向的影响。
4.探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
原线圈通过电流时,铁芯中产生磁场,由于交变电流的大小和方向都在不断变化,铁芯中的磁场也在不断地变化,变化的磁场在副线圈中产生感应电动势,副线圈中就存在交流电压。本实验通过改变原、副线圈的匝数,探究原、副线圈的电压与匝数的关系。
(2025·黑吉辽内蒙古卷,11)在测量某非线性元件的伏安特性时,为研究电表内阻对测量结果的影响,某同学设计了如图a所示的电路,选择多用电表的直流电压挡测量电压。
▼
典例8
实验步骤如下:
①滑动变阻器滑片置于适当位置,闭合开关;
②表笔分别连a、b接点,调节滑片位置,记录电流表示数I和a、b间电压Uab;
③表笔分别连a、c接点,调节滑片位置,使电流表示数仍为I,记录a、c间电
压Uac;
④表笔分别连b、c接点,调节滑片位置,使电流表示数仍为I,记录b、c间电压Ubc,计算Uac-Ubc;
⑤改变电流,重复步骤②③④,断开开关。
作出I-Uab、I-Uac及I-(Uac-Ubc)曲线如图b所示。
回答下列问题。
(1)将多用电表的红、黑表笔插入正确的插孔,测量a、b间的电压时,红表笔应连　　　　(选填“a”或“b”)接点。
a
【解析】 (1)电流从红表笔流入,黑表笔流出,故测量a、b间的电压时,红表笔应连a接点。
(2)若多用电表选择开关旋转到直流电压挡“0.5 V”位置,电表示数如图c所示,此时电表读数为　　　　 V(结果保留三位小数)。
0.377
【解析】 (2)0.5 V的直流电压挡,分度值为0.01 V,由题图c可知此时电压表读数为0.377 V。
(3)图b中乙是　　　　(选填“I-Uab”或“I-Uac”)曲线。
I-Uac
(4)实验结果表明,当此元件阻值较小时,　 　　(选填“甲”或“乙”)曲线与I-(Uac-Ubc)曲线更接近。
甲
【解析】 (4)由题意可知,I- (Uac-Ubc)图像表示的是元件两端的电压和电流的关系,则实验结果表明,当此元件阻值较小时,甲曲线与I- (Uac-Ubc)曲线更接近。
(2025·云南丽江阶段检测)某实验小组做探究电容器性质的实验。
(1)如图甲所示,电容器铭牌上的标示“1 800 μF”指的是电容器的　　　　(填字母)。
A.电容值
B.最大电荷量
C.额定电压
D.工作电阻
▼
典例9
A
【解析】 (1)“1 800 μF”指的是电容器的电容值,B、C、D错误,A正确。
(2)首先观察电容器的充放电性质,实验电路图如图乙所示,其中G是指针在中央的灵敏电流表,所用到的实验器材如图丙所示,请用笔画线代替导线将实物图连接完整。
【答案及解析】 (2)根据电路图连接实物图,如图所示。
(3)用电流传感器代替图乙中的电流表,观察电容器的放电现象。已知为电容器充电的电源的电动势为10.0 V,测得电容器充满电后放电过程的I-t图像如图丁所示,若按“四舍五入(大于半格算一格,小于半格舍去)”数格法,电容器在全部放电过程中释放的电荷量约为　　 　　C(结果保留两位有效数字),根据以上数据估算电容器的电容值为　　 　　F(结果保留两位有效数字)。
1.7×10-2
1.7×10-3
(4)图乙中电容器先后两次充电的q-t图像如图戊所示,由图可知,电路中变化的物理量是　　　 　(选填“电源的电动势E”或“电路中电阻箱R的阻值”)。
电路中电阻箱R的阻值
某同学探究“影响感应电流方向的因素”。请回答以下问题:
(1)如图甲所示,导线在磁场中做切割磁感线运动,会产生感应电流。要想使电流表指针偏转方向发生改变,即感应电流方向发生改变,他进行了以下4种操作,其中可行的是　　　　。(多选,填字母)
A.只增大导线切割磁感线的速度大小
B.只增大磁场的磁感应强度
C.只改变导线切割磁感线的速度方向
D.只改变磁场的磁感应强度方向
▼
典例10
CD
【解析】 (1)根据右手定则可知,只增大导线切割磁感线的速度大小或者只增大磁场的磁感应强度时,感应电流方向不会发生变化,故A、B错误;根据右手定则可知,只改变导线切割磁感线的速度方向或者磁场的磁感应强度方向时,感应电流方向会发生变化,故C、D正确。
(2)如图乙所示,螺线管与灵敏电流表构成闭合电路。实验中,保持螺线管不动,条形磁铁插入或拔出螺线管,他发现电流表指针偏转方向也会有不同,则感应电流方向与下列因素有关的是　　　　。(填字母)
A.条形磁铁周围的磁场方向
B.条形磁铁的磁性强弱
C.条形磁铁运动的方向
D.条形磁铁运动的速度大小
C
【解析】 (2)实验中保持螺线管不动,条形磁铁插入或拔出螺线管,他发现电流表指针偏转方向也会有不同,说明感应电流方向与条形磁铁运动的方向有关,故C正确,A、B、D错误。
(3)他将实验装置改进,如图丙所示,用导线将螺线管A、滑动变阻器与开关、电池相连构成电路;螺线管B与灵敏电流表构成闭合电路;螺线管B套在螺线管A的外面。为了探究影响感应电流方向的因素,闭合开关后,以不同的速度移动滑动变阻器的滑片,观察电流表指针摆动情况。根据此实验操作,可以得出恰当的结论是　　　　。(多选,填字母)
A.螺线管A磁场方向的改变影响指针摆动方向
B.螺线管A磁性强弱的改变影响指针摆动方向
C.螺线管A磁性强弱变化的快慢影响指针摆动方向
D.螺线管A磁性强弱变化的快慢影响指针摆动幅度的大小
BD
【解析】 (3)以不同速度移动滑动变阻器的滑片可以改变螺线管A的磁性强弱及其强弱变化快慢,通过此操作可以判断出螺线管A的磁性变强或变弱会影响电流表指针摆动方向,磁性强弱变化快慢影响电流表指针摆动幅度的大小,故B、D正确,A、C错误。
(4)通过上述三个实验可知,影响闭合回路中感应电流方向的因素可能与
　　　　　　　　　　　　　　　　　　有关。
原磁场和穿过线圈的磁通量变化
【解析】 (4)通过上述三个实验可知,影响闭合回路中感应电流方向的因素可能与原磁场和穿过线圈的磁通量变化有关。
(2025·四川成都二模)某同学在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中,采用了如图所示的可拆式变压器进行研究,图中各接线柱对应的数字表示倍率为“×10”的匝数。
▼
典例11
(1)关于实验器材和实验过程,下列说法正确的有　　 　。(多选)
A.变压器的铁芯可以用整块金属
B.本实验采用了控制变量法
C.测量副线圈电压时应当用交流电压表
D.因为实验原线圈的输入电压较低,在通电情况下可用手接触裸露的接线柱
BC
【解析】 (1)为了降低涡流造成的损耗,变压器的铁芯是用相互绝缘的薄硅钢片叠合而成,A错误;由于实验是探究电压与匝数的关系,可使原线圈匝数和所加电压不变,改变副线圈匝数测量对应的电压,或者反之,即实验采用控制变量法,B正确;变压器的原线圈接低压交变电流,则副线圈一定产生交变电流,测量副线圈电压时应当用交流电压表,C正确;虽然实验所用电压较低,但是通电时不可用手接触裸露的导线、接线柱等,这样可减小实验误差,避免发生危险,D错误。
(2)若变压器是理想变压器,电源接变压器原线圈“0”“14”接线柱,副线圈接“0”“4”接线柱,当副线圈所接电表的示数为6.0 V,则原线圈的输入电压应为　　　。
A.21.0 V B.12.0 V
C.5.0 V D.3.0 V
A
(3)该同学组装变压器时忘记将铁芯闭合进行实验,当原、副线圈匝数比为8∶4,原线圈接16.0 V交流电压,则测量副线圈的交流电压表的实际读数可能是　　　。
A.0 V B.2.60 V
C.8.00 V D.9.65 V
B
核心考点五　电学实验的迁移和创新
1.电学创新实验及应对策略
(1)随着科学技术的进步,越来越多的新产品走入了人们的日常生活中,物理实验的新情境会丰富多彩,很多的新器材会充实我们的实验。其中电学实验会尤为明显,显示器材的应用、新产品的检测及性能的探究都会是今后实验命题的重要方面。
(2)对于新器材、新产品性能的探究问题,一方面平时要注意了解,另一方面抓住与物理有关的内容。解答新情境的题同时,一般不会脱离基本的物理规律,应据此明确基本的操作,推导出有关表达式,结合所得到的数表、图像等对问题作出正确的判断。
2.实验器材的迁移——传感器的应用
(2025·湖南卷,12)车辆运输中若存在超载现象,将带来安全隐患。由普通水泥和导电材料混合制成的导电水泥,可以用于监测道路超载问题。某小组对此进行探究。
(1)选择一块均匀的长方体导电水泥块样品,用多用电表粗测其电阻。将多用电表选择开关旋转到“×1k”挡,正确操作后,指针位置如图甲所示,则读数为
　　　 　 Ω。
▼
典例12
8 000
【解析】 (1)多用电表选择开关旋转到“×1k”挡,根据题图甲可知读数为
8 000 Ω。
(2)进一步提高实验精度,使用伏安法测量水泥块电阻,电源E电动势6 V,内阻可忽略,电压表量程0~6 V,内阻约10 kΩ,电流表量程0~600 μA,内阻约100 Ω。实验中要求滑动变阻器采用分压接法,在图乙中完成余下导线的连接。
(3)如图乙,测量水泥块的长为a,宽为b,高为c。用伏安法测得水泥块电阻为R,
则电阻率ρ=　　　　(用R、a、b、c表示)。
(4)测得不同压力F下的电阻R,算出对应的电阻率ρ,作出ρ-F图像如图丙所示。
(5)基于以上结论,设计压力报警系统,电路如图丁所示。报警器在两端电压大于或等于3 V时启动,R1为水泥块,R2为滑动变阻器,当R2的滑片处于某位置,
R1上压力大于或等于F0时,报警器启动。报警器应并联在　　　 　(选填“R1”或“R2”)两端。
R2
【解析】 (5)根据题图丙可知压力越大电阻率越小,即电阻R1越小,由闭合电路欧姆定律可知,回路中电流增加,R2两端电压增加,R1两端电压减小,而报警器在两端电压大于或等于3 V时启动,故应将报警器并联在R2两端。
(6)若电源E使用时间过长,电动势变小,R1上压力大于或等于F1时,报警器启动,则F1　　　　(选填“大于”“小于”或“等于”)F0。
大于
(2025·云南阶段练习)污水中有大量的正、负离子,某污水质量检测组在某化工厂的排污管末端安装了如图甲所示的流量计,用此装置测量污水的流速和等效电阻。测量管由绝缘材料制成,其直径为D,左右两端开口,匀强磁场方向竖直向上(未画出)、大小为B,在前后两个内侧面A、C上固定有竖直正对的金属板作为电极(未画出,电阻不计),金属板电极与开关S、电阻箱R和小量程电流表连接,管道内始终充满污
水,污水以恒定的速度自左向右通过。
▼
典例13
(1)先利用图乙中的电路测量小量程电流表G的内阻Rg,实验过程包含以下
步骤:
A.反复调节R1和R2,使G1的示数仍为I1,G的指针偏转到满刻度的一半,此时R2的读数为R0
B.合上开关S1
C.分别将R1和R2的阻值调至最大
D.合上开关S2
E.调节R1,使G的指针偏转到满刻度,记下此时G1的示数I1
①正确的操作步骤顺序是CB　　　　。
EDA
②测出电流表G的内阻为　　　　　。
R0
【解析】 (1)本实验是用半偏法测电流表内阻,为保护电路,闭合开关前应将滑动变阻器和电阻箱阻值调至最大,合上开关S1,调节R1,使待测电流表G满偏,记下此时G1的示数I1,I1就等于电流表G的满偏电流值;再合上开关S2,反复调节R1和R2,使G1的示数仍为I1,G的指针偏转到满刻度的一半,此时G、R2的电流之和等于I1,此时G、R2的电流相等,故Rg=R0,因此正确的操作顺序为CBEDA。
(2)用游标卡尺测量测量管的直径D,如图丙所示,读数D=　　　　　cm。
3.035
【解析】 (2)游标卡尺读数由主尺读数加游标尺读数,从主尺读出整毫米刻度,从游标尺读出对齐的刻度数再乘以游标卡尺的分度值,由题图丙得测量管直径为 D=30 mm+7×0.05 mm=30.35 mm=3.035 cm。
(3)图甲中与A处电极相连的是电流表G的　　 　　(选填“正”或“负”)接线柱。
负
【解析】 (3)由左手定则可得正、负离子分别往C、A处电极方向聚集,所以与A处电极相连的是电流表G的负接线柱。
(2025·湖南一模)随着技术创新和产业升级,我国新能源汽车强势崛起实现
“换道超车”,新能源汽车对温度控制有非常高的要求,控制温度时经常要用到热敏电阻。物理实验小组找到两个热敏电阻,一个是PTC热敏电阻,其电阻值随温度的升高而增大;另一个是NTC热敏电阻,其电阻值随温度的升高而减小。该实验小组想利用下列器材来探究这两个热敏电阻(常温下阻值约为10.0 Ω)的电学特性及作用。
▼
典例14
A.电源E(电动势12 V,内阻可忽略)
B.电流表A1(满偏电流10 mA,内阻r1=10 Ω)
C.电流表A2(量程0~1.0 A,内阻r2约为0.5 Ω)
D.滑动变阻器R1(最大阻值为10 Ω)
E.滑动变阻器R2(最大阻值为500 Ω)
F.定值电阻R3=990 Ω
G.单刀单掷开关、单刀双掷开关各一个、导线若干
(1)若要求热敏电阻两端的电压可以从零开始比较方便地进行调节,应选择接入电路中的滑动变阻器为　　　　　(填器材前的字母),请在图甲中将电路图补充完整。
D
【答案及解析】 (1)因为要求热敏电阻两端的电压从零开始逐渐增大,所以滑动变阻器采用分压接法,为了便于调节,应选用阻值较小的滑动变阻器D;完整电路图如图1所示。
(2)物理实验小组用I1表示电流表A1的示数,I2表示电流表A2的示数,通过实验画出两个热敏电阻接入电路时的I1-I2图线如图乙中a、b所示。若将图线b所代表的元件直接接在一个电动势E=10 V,内阻r=10 Ω的电源两端,则该元件的实际功率为　　　　 W。(结果保留两位有效数字)。
2.5
【解析】 (2)由测量电路可知,热敏电阻两端电压为U=I1(R3+r1)=1 000 I1,
热敏电阻中的电流为I=I2-I1≈I2,把I1-I2图像转换为U-I图像,当把热敏元件接入电动势E=10 V,内阻r=10 Ω的电源两端,作出电源的U-I图线,如图2所示,图像中电源的U-I图线与图线b的交点坐标的乘积为该元件的实际功率,则有P=UI=4.4×0.56 W=2.5 W。
(3)在汽车电路中常用热敏电阻与其他元件串联起来接入电路,用于防止其他元件两端的电压过大,从而保护电路和设备,你认为应该选用
　　　　(选填“PTC”或“NTC”)热敏电阻,请简述该热敏电阻防止电压过大的原因:
　 　。
PTC
在汽车电路中,当温度升高,PTC热敏电阻的阻值会增大,由串联分压可知,可以防止其他元件两端的电压过大,从而保护电路和设备
【解析】 (3)在汽车电路中,当温度升高,PTC热敏电阻的阻值会增大,由串联分压可知,可以防止其他元件两端的电压过大,从而保护电路和设备,所以应该选用PTC热敏电阻。
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专题八　
实验技能与创新
试做真题
1.(2025·重庆卷,11)弹簧是熄火保护装置中的一个元件,其劲度系数会影响装置的性能。小组设计了如图甲所示的实验装置测量弹簧的劲度系数,其中压力传感器水平放置,弹簧竖直放在传感器上,螺旋测微器竖直安装,测微螺杆正对弹簧。
(1)某次测量时,螺旋测微器的示数如图乙所示,此时读数为　　　　 mm。
7.415
【解析】 (1)根据螺旋测微器的读数法则有
7 mm+41.5×0.01 mm=7.415 mm。
(2)对测得的数据进行处理后得到弹簧弹力F与弹簧长度l的关系如图丙所示,由图可得弹簧的劲度系数为　　　　N/m,弹簧原长为　　　　mm(结果均保留三位有效数字)。
184
17.6
2.(2025·湖南卷,11)某同学通过观察小球在黏性液体中的运动,探究其动力学规律,步骤如下:
(1)用螺旋测微器测量小球直径D如图甲所示,D=　　 　　 mm。
2.207(2.206~2.208均可)
【解析】 (1)根据题图甲可知小球直径D=2 mm+20.7×0.01 mm=2.207 mm。
(2)在液面处由静止释放小球,同时使用频闪摄影仪记录小球下落过程中不同时刻的位置,频闪仪每隔0.5 s闪光一次。装置及所拍照片示意图如图乙所示(图中的数字是小球到液面的测量距离,单位是cm)。
0.010
(3)根据照片分析,小球在A、E两点间近似做匀速运动,速度大小v=
　　　　 m/s(结果保留两位有效数字)。
(4)小球在液体中运动时受到液体的黏滞阻力f=kDv(k为与液体有关的常量),已知小球密度为ρ,液体密度为ρ0,重力加速度大小为g,则k的表达式为k=
　　　　　　　(用题中给出的物理量表示)。
(5)为了进一步探究动力学规律,换成直径更小的同种材质小球,进行上述实验,匀速运动时的速度将　　　　(选填“增大”“减小”或“不变”)。
减小
【解析】 (5)根据(4)可知v ∝D2,所以换成直径更小的同种材质小球,速度将减小。
3.(2025·甘肃卷,11)某学习小组使用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律。把一个直径为d的小球用不可伸长的细线悬挂,光电门置于小球平衡位置处,其光线恰好通过小球球心,计时器与光电门相连。
将小球拉离平衡位置并记录其高度h,然后由静止释放(运动平面与光电门光线垂直),记录小球经过光电门的挡光时间Δt。改变h,测量多组数据。已知重力加速度为g,忽略阻力。
(2)实验中,用游标卡尺测得小球的直径d=20.48 mm。
①由结果可知,所用的是　　　　(选填“10”“20”或“50”)分度的游标卡尺;
50
【解析】 (2)①10分度、20分度、50分度的游标卡尺的分度值分别为0.1 mm、0.05 mm、0.02 mm,此游标卡尺测得小球直径d=20.48 mm,可以判断所用的是50分度的游标卡尺。
②小组设计了一把25分度的游标卡尺,未测量时的状态如图乙所示。如果用此游标卡尺测量该小球直径,则游标尺上第　　　　条刻度线与主尺上的刻度线对齐。
12
(1)实验中应将木板　　　 　　　　(选填“保持水平”或“一端垫高”)。
一端垫高
4.(2025·陕晋青宁卷,11)图1为探究加速度与力、质量关系的部分实验装置。
【解析】 (1)实验需平衡阻力,消除木板对小车的阻力的影响,应将木板一端垫高,使小车在无拉力时能做匀速直线运动。
(2)为探究加速度a与质量m的关系,某小组依据实验数据绘制的a-m图像如图2所示,很难直观看出图线是否为双曲线。如果采用作图法判断a与m是否成反比关系,以下选项可以直观判断的有　　　　。(多选,填正确答案标号)
m/kg a/(m·s-2)
0.25 0.618
0.33 0.482
0.40 0.403
0.50 0.317
1.00 0.152
AC
(3)为探究加速度与力的关系,在改变作用力时,甲同学将放置在实验桌上的槽码依次放在槽码盘上;乙同学将事先放置在小车上的槽码依次移到槽码盘上,在其他实验操作相同的情况下,　　　　(选填“甲”或“乙”)同学的方法可以更好地减小误差。
乙
5.(2025·福建卷,12)(1)为测糖水的折射率与浓度的关系,设计如下实验:将一束激光射入某一浓度的糖水中,测得数据如图甲,则糖水的折射率为
　 。
(2)在实验中,准备了5种浓度(分别为10%、20%、30%、40%、50%)的糖水,5种糖水的折射率与糖水浓度的数据如下表所示。在图乙中已描出了4种浓度的糖水对应的折射率,根据表格中的数据,在图乙中描点,并作出n-η图线。
n 1.32 1.34 1.35 1.38 1.42
η/% 10 20 30 40 50
糖水浓度每增加10%,折射率的增加值为　　　(结果保留两位有效数字)。
0.020
【答案及解析】(2)描点并作出n-η图线如图所示,寻找线性关系,由图可知,糖水浓度每增加10%,折射率的增加值为0.020。
6.(2025·河北卷,11)(1)某学习小组把热敏电阻置于带有温控的加热装置中,利用图1所示电路研究热敏电阻的温度特性。
①闭合开关S,观察到温度改变时电流表示数也随之改变。定量研究热敏电阻的阻值R随温度t变化的规律时,将电阻表两表笔分别接到热敏电阻a、b两端测量其阻值,这时开关S应　　　　(选填“断开”或“闭合”)。
断开
【解析】 (1)①用电阻表测量热敏电阻的阻值时应该让热敏电阻与电源断开,即开关S应该断开。
②按照正确方法测出不同温度下热敏电阻的阻值。电阻R1、R2与温度t的关系分别对应图2中曲线Ⅰ、Ⅱ。设计电路时,为防止用电器发生故障引起电流异常增大,导致个别电子元件温度过高而损坏,可串联一个热敏电阻抑制电流异常增大,起到过热保护作用。这种热敏电阻与电阻　　 　　(选填“R1”或“R2”)具有相同温度特性。
R1
【解析】 ②由题意可知要串联的热敏电阻的阻值应该随温度的升高而快速增大,从而抑制电路中电流的异常增大,由题图2可知热敏电阻R1在温度65 ℃左右电阻值变化较大,则为防止用电器发生故障引起电流异常增大,可串联一个与电阻R1具有相同温度特性的热敏电阻。
(2)某学习小组在倾斜的气垫导轨上验证机械能守恒定律,实验装置如图3所示,当地重力加速度为g。
①方案设计阶段,该小组同学对需要测量哪些物理量产生了不同意见。
甲同学:需测量滑块和遮光条的总质量、滑块通过两个光电门的速度、两个光电门间的竖直高度差。
乙同学:只需测量滑块通过两个光电门的速度、两个光电门间的竖直高度差。
丙同学:只需测量滑块通过两个光电门的速度、两个光电门间的距离。
你认为　　　　(选填“甲”“乙”或“丙”)同学的方案不可行。
丙
②如图3,光电门中光源与光敏管相对,光源发出的光使光敏管感光。当滑块经过时,遮光条把光遮住,计时器记录遮光时间,可计算出滑块的速度。实验中使用的遮光条宽度d1=10.0 mm,光电门宽度d2=20.0 mm。某次测量时,记录通过光电门A的遮光时间为25.0 ms,则滑块经过光电门A的速度大小为
　　　　m/s。
0.4
7.(2025·湖北卷,11)某实验小组为测量一节干电池的电动势E和内阻r,设计了如图甲所示电路,所用器材如下:干电池、智能手机、电流传感器、定值电阻R0、电阻箱、开关、导线等。按电路图连接电路,将智能手机与电流传感器通过蓝牙无线连接,闭合开关S,逐次改变电阻箱的阻值R,用智能手机记录对应的电流传感器测得的电流I。回答下列问题:
(1)R0在电路中起　　　　(选填“保护”或“分流”)作用。
保护
【解析】 (1)R0与电阻箱串联,可知R0在电路中起保护作用。
1.47
1.3
(4)电流传感器的电阻对本实验干电池内阻的测量结果　　　　(选填“有”或“无”)影响。
有
【解析】 (4)当电流传感器有内阻时,所测的电源内阻 r测=r真+r传,导致电源内阻测量值偏大,即电流传感器的电阻对本实验干电池内阻的测量结果有影响。
8.(2024·安徽卷,11)某实验小组做“测量玻璃的折射率”及拓展探究实验。
(1)为测量玻璃的折射率,按如图甲所示进行实验,以下表述正确的一项是
　　　　。(填正确答案标号)
A.用笔在白纸上沿着玻璃砖上边和下边分别画出直线a和a'
B.在玻璃砖一侧插上大头针P1、P2,眼睛在另一侧透过玻璃
砖看两个大头针,使P2把P1挡住,这样就可以确定入射光线和
入射点O1。在眼睛这一侧,插上大头针P3,使它把P1、P2都挡住,再插上大头针P4,使它把P1、P2、P3都挡住,这样就可以确定出射光线和出射点O2
C.实验时入射角θ1应尽量小一些,以减小实验误差
B
【解析】 (1)在白纸上画出一条直线a作为界面,把长方体玻璃砖放在白纸上,使它的一个长边与a对齐。用直尺或者三角板轻靠在玻璃砖的另一长边,按住直尺或三角板不动,将玻璃砖取下,画出直线a'代表玻璃砖的另一边,而不能用笔在白纸上沿着玻璃砖上边和下边分别画出直线a和a',故A错误;在玻璃砖一侧插上大头针P1、P2,眼睛在另一侧透过玻璃砖看两个大头针,使P2把P1挡住,这样就可以确定入射光线和入射点O1,在眼睛这一侧,插上大头针P3,使它把P1、P2都挡住,再插上大头针P4,使它把P1、P2、P3都挡住,这样就可以确定出射光线和出射点O2,故B正确;实验时入射角θ1应尽量大一些,但也不能太大(接近90°),以减小实验误差,故C错误。
(2)为探究介质折射率与光的频率的关系,分别用一束红光和一束绿光从同一点入射到空气与玻璃的分界面。保持相同的入射角,根据实验结果作出光路图,并标记红光和绿光,如图乙所示。此实验初步表明:对于同一种介质,折射率与光的频率有关。频率大,折射率　　　　(选填“大”或“小”)。
大
(3)为探究折射率与介质材料的关系,用同一束微光分别入射玻璃砖和某透明介质,如图丙、丁所示。保持相同的入射角α1,测得折射角分别为α2、α3
(α2<α3),则玻璃和该介质的折射率大小关系为n玻璃　　 　(选填“>”或“<”)
n介质。此实验初步表明:对于一定频率的光,折射率与介质材料有关。
>
第15讲　力学实验
考情统计
考点考题统计 命题热点
纸带、光电 门和 传感器类实验 2025·陕晋青宁卷·T11、2025·安徽卷·T11、 2025·河北卷·T11(2)、2025·河南卷·T12、 2025·湖北卷·T12、2025·山东卷·T13、 2025·浙江1月选考卷·T16-Ⅰ、2025·广西卷·T12 1.纸带类实验和小球类实验
2.弹簧模型、碰撞模型、单摆模型、抛体运动
模型
2024·广东卷·T11、2024·浙江6月选考卷·T16-Ⅰ
2023·全国甲卷·T23
“轻绳、橡皮条、 弹簧类”实验 2025·黑吉辽内蒙古卷·T12、2025·四川卷·T11、 2025·全国卷·T9、2025·重庆卷·T11
2024·湖北卷·T12
2023·全国乙卷·T22、2023·浙江6月选考卷·T16-Ⅰ
小球类实验 2025·江苏卷·T11
2024·广西卷·T11、2024·北京卷·T16、2024·新课标卷·T22
2023·浙江6月选考卷·T16-Ⅰ
2022·海南卷·T14、2022·湖北卷·T12、2022·广东卷·T11、2022·江苏卷·T11、2022·浙江1月选考卷·T17
力学实验拓展 2025·甘肃卷·T11、2025·广东卷·T11、2025·湖南卷·T11、2025·云南卷·T11
2024·湖南卷·T12、2024·江西卷·T11、2024·黑吉辽卷·T12、 2024·山东卷·T13
2023·福建卷·T12、2023·湖北卷·T11、2023·辽宁卷·T11
2022·山东卷·T13、2022·辽宁卷·T12
2021·湖南卷·T11、2021·河北卷·T12、2021·湖北卷·T12、 2021·江苏卷·T11、2021·海南卷·T15
核心考点一　纸带、光电门和传感器类实验
1.纸带类实验
(1)这类实验的两个关键点。
①区分纸带上的计时点和计数点:计时点是指打点计时器在纸带上打下的点。计数点是指测量和计算时在纸带上所选取的点。要注意“每五个点取一个计数点”与“每隔四个点取一个计数点”的取点方法是一样的。
②涉及打点计时器的实验均是先接通打点计时器的电源,待打点稳定后,再释放纸带。
(2)纸带上信息的利用。
①由纸带确定时间:要明白打点计时器打出的点与人为选取的计数点之间的区别与联系,若每五个点取一个计数点,电源频率为50 Hz,则计数点间的时间间隔Δt=0.02×5 s=0.10 s。
2.光电门、传感器的作用
(1)高精度测量。
通过光电门测量物体遮挡光束的时间,精度可达毫秒级,远高于传统秒表或刻度尺;通过传感器将物理量转化为电信号,避免人为读数误差。
(2)实时数据采集与动态分析,实现快速响应。
光电门能捕捉瞬时速度,传感器可实时记录动态过程。
(3)连续记录。
配合数据采集器,直接绘制物理量随时间变化的图表,直观分析规律。
(4)拓展实验可能性、测量微小量。
光电门测短时间,温度传感器测微小温差,同时使用多种传感器,分析多变量关系。
(5)数据可视化与信息化。
数据通过软件直接生成图表,便于学生观察趋势。利用软件拟合数据、计算斜率或面积,提升分析效率。
(6)激发学生兴趣与科学思维。
接触数字化工具,培养科技素养。通过实时数据变化引导学生自主发现规律。
(2025·河南卷,12)实验小组利用图1所示装置验证机械能守恒定律。可选用的器材有:交流电源(频率50 Hz)、铁架台、电子天平、重锤、打点计时器、纸带、刻度尺等。
▼
典例1
(1)下列所给实验步骤中,有4个是完成实验必需且正确的,把它们选择出来并按实验顺序排列:　　　　　　(填步骤前面的序号)。
①先接通电源,打点计时器开始打点,然后再释放纸带
②先释放纸带,然后再接通电源,打点计时器开始打点
③用电子天平称量重锤的质量
④将纸带下端固定在重锤上,穿过打点计时器的限位孔,用手捏住纸带上端
⑤在纸带上选取一段,用刻度尺测量该段内各点到起点的距离,记录分析数据
⑥关闭电源,取下纸带
④①⑥⑤
(2)图2所示是纸带上连续打出的五个点A、B、C、D、E到起点的距离。则打出B点时重锤下落的速度大小为　　　　 m/s(结果保留三位有效数字)。
1.79
(3)纸带上各点与起点间的距离即为重锤下落高度h,计算相应的重锤下落速度v,并绘制图3所示的v2-h关系图像。理论上,若机械能守恒,图中直线应
　　　　　(选填“通过”或“不通过”)原点且斜率为　　　　(用重力加速度大小g表示)。由图3得直线的斜率k=　　　　(结果保留三位有效数字)。
通过
2g
19.0
3.1
(2025·湖北卷,12)某同学利用如图甲所示的实验装置来测量重力加速度大小g。细绳跨过固定在铁架台上不可转动的小圆柱,两端各悬挂一个重锤。实验步骤如下:
▼
典例2
①用游标卡尺测量遮光片的宽度d。
②将遮光片固定在重锤1上,用天平测量重锤1和遮光片的总质量m、重锤2的质量M(M>m)。
③将光电门安装在铁架台上,将重锤1压在桌面上,保持系统静止,重锤2离地面足够高。用刻度尺测量遮光片中心到光电门的竖直距离H。
④启动光电门,释放重锤1,用毫秒计测出遮光片经过光电门所用时间t。
⑤根据上述数据求出重力加速度g。
⑥多次改变光电门高度,重复步骤,求出g的平均值。
回答下列问题。
(1)测量d时,游标卡尺的示数如图乙所示,可知 d=　　　　cm。
0.515
【解析】 (1)根据游标卡尺的读数规律,
该游标卡尺的读数为
5 mm+3×0.05 mm=5.15 mm=0.515 cm。　
(2)重锤1通过光电门时的速度大小为v=　　　　(用d、t表示)。若不计摩
擦,g与m、M、d、t、H的关系式为g=　　　　 　　　。
β 0.04 0.06 0.08 0.10
a/(m·s-2) 0.084 0.281 0.477 0.673
9.81
【解析】 (3)由于γ是只与圆柱表面动摩擦因数有关的常数,且有a=(β-γ)g=
gβ-gγ,取表格从左至右四组数据分别为a1、a2、a3、a4和对应的β1、β2、β3、β4,利用表格中的数据,根据逐差法有a4+a3-a2-a1=(β4+β3-β2-β1)g,代入数据可得重力加速度g=9.81 m/s2。
(2025·安徽卷,11)某实验小组通过实验探究加速度与力、质量的关系。
(1)利用图甲装置进行实验,要平衡小车受到的阻力。平衡阻力的方法是:调整轨道的倾斜度,使小车　　　　。(选填正确答案标号)
a.能在轨道上保持静止
b.受牵引时,能拖动纸带沿轨道做匀速运动
c.不受牵引时,能拖动纸带沿轨道做匀速运动
▼
典例3
c
【解析】 (1)平衡阻力的方法是调整轨道的倾斜度,使小车不受牵引时,能拖动纸带沿轨道做匀速运动。故c正确。
(2)利用图乙装置进行实验,箱体的水平底板上安装有力传感器和加速度传感器,将物体置于力传感器上,箱体沿竖直方向运动。利用传感器测得物体受到的支持力FN和物体的加速度a,并将数据实时传送到计算机。
①图丙是根据某次实验采集的数据生成的FN和a随时间t变化的散点图,以竖直向上为正方向。t=4 s时,物体处于　　　　(选填“超重”或“失重”)状态;以FN为横轴、a为纵轴,根据实验数据拟合得到的a-FN图像为图丁中的图线a。
失重
【解析】 (2)①根据题图丙可知,t=4 s时,加速度方向竖直向下,故处于失重状态。
②若将物体质量增大一倍,重新进行实验,其a-FN图像为图丁中的图线
　　　　(选填“b”“c”或“d”)。
d
核心考点二　“轻绳、橡皮条、弹簧类”实验
1.“四点注意”
(1)轻绳绕过定滑轮时,轻绳上的弹力大小处处相等。
(2)弹簧测力计读数时要先看量程和分度值,再根据指针所指的位置读出所测力的大小。如分度值为0.1 N,则要估读,即有两位小数,如分度值为 0.2 N,则小数点后只能有一位小数。
(3)橡皮条、弹簧的弹力大小与伸长量之间的关系满足胡克定律,处理实验数据时一般选用图像法。
(4)胡克定律描述的是在弹性限度内,橡皮条(弹簧)的弹力与形变量成正比,如果超出弹性限度,正比关系不再成立。
2.图像法的“五点要求”
(1)作图一定要用坐标纸,坐标纸的大小要根据有效数字的位数和结果的需要来定。
(2)要标明坐标轴名、单位,在坐标轴上每隔一定的间距按有效数字的位数标明数值。
(3)图上的连线不一定通过所有的数据点,应尽量使数据点均匀地分布在线的两侧。
(4)作图时常通过选取适当的坐标轴使图像线性化,即“变曲为直”。
(5)有些时候,为了使坐标纸有效使用范围增大,坐标原点可以不从“0”开始。
(2025·黑吉辽内蒙古卷,12)某兴趣小组设计了一个可以测量质量的装置。如图甲,细绳1、2和橡皮筋相连于一点,绳1上端固定在A点,绳2下端与水杯相连,橡皮筋的另一端与绳套相连。
为确定杯中物体质量m与橡皮筋长度x的关系,该小组逐次加入等质量的水,拉动绳套,使绳1每次与竖直方向夹角均为30°且橡皮筋与绳1垂直,待装置稳定后测量对应的橡皮筋长度。根据测得数据作出x-m关系图线,如图乙所示。
▼
典例4
回答下列问题。
(1)将一芒果放入此空杯,按上述操作测得x=11.60 cm,由图乙可知,该芒果的质量m0=　　　　 g(结果保留到个位)。若杯中放入芒果后,绳1与竖直方向夹角为30°但与橡皮筋不垂直,由图像读出的芒果质量与m0相比　　　　(选填“偏大”或“偏小”)。
106
偏大
【解析】 (1)操作测得x=11.60 cm,由题图乙的图像坐标可知,该芒果的质量为106 g;若杯中放入芒果后,绳1与竖直方向夹角为30°但与橡皮筋不垂直,根据共点力平衡作受力分析图如图,可知橡皮筋的拉力变大,导致橡皮筋的长度偏大,则根据图像读出的芒果质量与m0相比偏大。
(2)另一组同学利用同样方法得到的x-m图像在后半部分弯曲,下列原因可能的是　　　　。
A.水杯质量过小
B.绳套长度过大
C.橡皮筋伸长量过大,弹力与其伸长量不成正比
C
【解析】 (2)另一组同学利用同样方法得到的x-m图像在后半部分弯曲,可能是所测物体的质量过大,导致橡皮筋所受的弹力过大,伸长超过了弹性限度,从而使橡皮筋弹力与其伸长量不成正比,故选C。
(3)写出一条可以使上述装置测量质量范围增大的措施:
　。
减小细绳与竖直方向的夹角(或增加橡皮筋的条数)
【解析】 (3)根据共点力平衡条件可知,减小细绳与竖直方向的夹角或增加橡皮筋的条数都可以增大质量测量范围。
▼
典例5
(2025·四川卷,11)某学习小组利用生活中常见的物品开展“探究弹簧弹力与形变量的关系”实验。已知水的密度为1.0×103 kg/m3,当地重力加速度为
9.8 m/s2。实验过程如下:
(1)将两根细绳分别系在弹簧两端,将其平放在较光滑的水平桌面上,让其中一个系绳点与刻度尺零刻度线对齐,另一个系绳点对应的刻度如图甲所示,可得弹簧原长为　　　　cm。
13.14
【解析】 (1)由题图甲知,该刻度尺的分度值为0.1 cm,读数时应估读到分度值的下一位,故弹簧原长为13.14 cm。
(2)将弹簧一端细绳系到墙上挂钩上,另一端细绳跨过固定在桌面边缘的光滑金属杆后,系一个空的小桶。使弹簧和桌面上方的细绳均与桌面平行,如图乙所示。
(3)用带有刻度的杯子量取50 mL水,缓慢加到小桶里,待弹簧稳定后,测量两系绳点之间的弹簧长度并记录数据。按此步骤操作6次。
(4)以小桶中水的体积V为横坐标,弹簧伸长量x为纵坐标,根据实验数据拟合成如图丙所示直线,其斜率为200 m-2。由此可得该弹簧的劲度系数为
　　　　N/m(结果保留两位有效数字)。
49
(5)图丙中直线的截距为0.005 6 m,可得所用小桶质量为　　　　kg(结果保留两位有效数字)。
0.028
核心考点三　小球类实验
1.小球类常见实验
探究平抛运动的特点,探究向心力与质量、角速度和半径的关系,用单摆测量重力加速度和验证动量守恒定律等。
2.探究平抛运动的特点
常用实验方案之一是描迹法,实验装置如图所示。
实验的注意点:
(1)固定斜槽时斜槽末端的切线水平。
(2)固定木板时,木板处在竖直平面内且与小球运动轨迹所在的竖直平面平行,且用重垂线检查是否竖直。
(3)小球每次从斜槽上的同一位置由静止释放。
(4)要在斜槽上适当高度释放小球,使其运动轨迹尽量由木板左上角到达右下角。
3.探究向心力与质量、角速度和半径的关系
利用向心力演示器,通过控制变量法进行实验,如图所示,匀速转动手柄1,可以使变速塔轮2和3以及长槽4和短槽5随之匀速转动,槽内的小球也随着做匀速圆周运动。使小球做匀速圆周运动的向心力由横臂6的挡板对小球的压力提供。球对挡板的反作用力,通过横臂的杠杆作用使弹簧测力套筒7下降,从而露出标尺8。根据标尺8上露出的红白相间等分标记,可以粗略计算出两个小球所受向心力的比值。
4.验证动量守恒定律
方法 图文及说明
摆球 碰撞法
利用碰撞前、后的摆角大小求它们的速度
斜槽法
(1)小球离开斜槽碰撞后做平抛运动其速度大小与水平位移成正比。
(2)小球的落点由同一情况下的多次落点围成的最小圆的圆心确定
5.测量重力加速度
(2)数据处理的两种方法。
▼
典例6
(2025·贵州毕节三模)某学习小组设计了一个探究平抛运动特点的实验装置,在平抛点O的正前方放一粘有米尺的竖直玻璃板。将小球从O点正对玻璃板水平抛出,用光源照射小
球,玻璃板上会出现小球的投影。在玻璃板正右边安置一频闪相机,实验中在O点左侧用与初速度平行的光照射,如图甲所示,得到如图乙所示的照片;然后将一个点光源放在O点照射,重新实验,得到如图丁所示的照片。已知频闪相机的闪光周期为0.04 s,O点到玻璃板的距离d=2.0 m,两次实验小球抛出时的初速度相等。根据上述实验回答下列问题。
(1)由图乙的数据得,小球的加速度大小为　　 　　m/s2,表明小球在竖直方向上做初速度为零的匀加速直线运动。(结果保留三位有效数字)
9.69(9.68~9.70均可)
(2)由图丁可知,丙中小球在玻璃板上的影子做　　 　　(选填“匀速直线”或“匀加速直线”)运动,影子的速度大小为　　 　　m/s。
匀速直线运动
1.00(0.99~1.01均可)
(3)小球平抛的初速度大小为　　 　　m/s。(结果保留三位有效数字)
9.69(9.68~9.70均可)
▼
典例7
(2024·北京卷,16)如图甲所示,让两个小球在斜槽末端碰撞来验证动量守恒定律。
(1)关于本实验,下列做法正确的是　　　　(多选,填选项前的字母)。
A.实验前,调节装置,使斜槽末端水平
B.选用两个半径不同的小球进行实验
C.用质量大的小球碰撞质量小的小球
AC
【解析】 (1)实验中若使小球碰撞前后的水平位移与其碰撞前后速度成正比,需要确保小球做平抛运动,即实验前,调节装置,使斜槽末端水平,故A正确;为使两小球发生的碰撞为对心正碰,两小球半径需相同,故B错误;为使碰后入射小球与被碰小球同时飞出,需要用质量大的小球碰撞质量小的小球,故C正确。
(2)图甲中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影,首先,将质量为m1的小球从斜槽上的S位置由静止释放,小球落到复写纸上,重复多次。然后,把质量为m2的被碰小球置于斜槽末端,再将质量为m1的小球从S位置由静止释放,两球相碰,重复多次。分别确定平均落点,记为M、N和P(P为m1单独滑落时的平均落点)。
①图乙为实验的落点记录,简要说明如何确定平均落点:
　。
用圆规画圆,尽可能用最小的圆把各个落点圈住,这个圆的圆心位置代表
平均落点
【解析】 (2)①用圆规画圆,尽可能用最小的圆把各个落点圈住,这个圆的圆心位置代表平均落点。
②分别测出O点到平均落点的距离,记为OP、OM和ON。在误差允许范围内,若关系式　　 　　　　　　　　　　成立,即可验证碰撞前后动量守恒。
m1·OP=m1·OM+m2·ON
(3)受上述实验的启发,某同学设计了另一种验证动量守恒定律的实验方案。如图丙所示,用两根不可伸长的等长轻绳将两个半径相同、质量不等的匀质小球悬挂于等高的O点和O′点,两点间距等于小球的直径。将质量较小的小球1向左拉起至A点由静止释放,在最低点B与静止于C点的小球2发生正碰。碰后小球1向左反弹至最高点A′,小球2向右摆动至最高点D。测得小球1、2的质量分别为m和M,弦长AB=l1、A′B=l2、CD=l3。
推导说明,m、M、l1、l2、l3满足　　 　　　关系即可验证碰撞前后动量守恒。
ml1=-ml2+Ml3
▼
典例8
(2025·云南模拟)某同学通过如图甲所示的装置来验证机械能守恒定律。将拉力传感器固定在铁架台上,长度为L的细绳(不可伸长)一端连在拉力传感器上,另一端系住直径为d的摆球,图乙是与力传感器连接的计算机屏幕所显示的F-t图像。
(1)为提高实验的精确度,摆球应选用　　　。
A.塑料球 B.泡沫球
C.钢球 D.木球
C
【解析】 (1)为提高实验的精确度,应减小空气阻力的影响,则小球应选用密度大、体积较小的钢球。C正确。
(2)开始时,摆球静止于最低位置,此时拉力传感器示数为F0,重力加速度为
g,则摆球质量为　 。
(3)将摆球拉至细绳与竖直方向成一定角度由静止释放,让摆球在竖直平面内摆动,记下拉力传感器最小示数F1及最大示数F2,则摆球从静止摆到
最低点的过程,其动能的增加量为　　 　　　。(用题中字母表示)
(4)改变角度,重复步骤(3)操作,记录多组F2、F1数据,并作出F2-F1图像,如果摆球的机械能守恒,则下列图像合理的是　　　　。
C
(5)若实验中发现摆球向最低点运动中系统的动能增加量总是比重力势能减少量大,以下可能的影响因素有　　　。
A.摆球运动过程受到空气阻力的影响
B.细绳长度L比摆长偏小
D.释放时初速度不为零
C
【解析】(5)小球下摆过程中,由于空气阻力的影响,小球的机械能会减小,重力势能一部分克服空气阻力做功转化为内能,另一部分转化为小球的动能,导致系统的动能增加量总是比重力势能减少量小,A错误;此实验中,摆长的测量值对实验结论无影响,B错误;若释放时具有初速度,但误认为由静止开始,会导致到达最低点时速度偏大而造成动能增加量偏大,C正确。
核心考点四　力学实验拓展
1.力学实验创新方向
(1)实验结论的拓展与延伸。
①由测定加速度延伸为测定动摩擦因数。
通过研究纸带、频闪照片或光电装置得出物体的加速度,再利用牛顿第二定律求出物体所受的阻力或小车与木板间的动摩擦因数。
②由测定加速度延伸为测定交变电流的频率。
(2)探究思路和仪器的创新。
对于创新型实验,采取新颖的思路或者常见的身边仪器,可以起到快捷探究的效果,解决此类问题就是抓住事物的本质,分析问题,解决问题。
2.力学创新实验题的3个特点
(1)以基本的力学模型为载体,依托运动学规律和力学知识设计实验。
(2)将实验的基本方法——控制变量法,处理数据的基本方法——图像法、逐差法等融入实验的综合分析之中。
(3)在试题表现形式上,由单一、基本的形式向综合、开放的形式发展;在试题内容的变化上,主要有实验目的和实验原理的迁移,实验条件和实验方法的改变,实验器材和实验数据处理的变换,演变计算题为实验问题等。
3.创新实验题的解法
(1)根据题目情境,提取相应的力学模型,特别注意同一实验原理而不同实验目的的情况。例如以熟知的平抛运动实验为背景可以考查的实验有:研究抛体运动、动量守恒定律、动量定理、测定动摩擦因数等。
(2)明确实验的理论依据和实验目的,设计实验方案。
(3)进行实验,记录数据,应用原理公式或图像法处理实验数据。
(4)结合物体实际受力情况和理论受力情况对结果进行误差分析。
(2025·云南卷,11)某实验小组做了测量木质滑块与橡胶皮之间动摩擦因数μ的实验,所用器材如下:钉有橡胶皮的长木板、质量为250 g的木质滑块(含挂钩)、细线、定滑轮、弹簧测力计、慢速电机以及砝码若干。实验装置如图甲所示。
▼
典例9
实验步骤如下:
①将长木板放置在水平台面上,滑块平放在橡胶面上;
②调节定滑轮高度,使细线与长木板平行(此时定滑轮高度与挂钩高度一致);
③用电机缓慢拉动长木板,当长木板相对滑块匀速运动时,记录弹簧测力计的示数F;
④在滑块上分别放置50 g、100 g和150 g的砝码,重复步骤③;
⑤处理实验数据(重力加速度g取9.80 m/s2)。
实验数据如下表所示:
滑块和砝码的总质量M/g 弹簧测力计示数F/N 动摩擦因数μ
250 1.12 0.457
300 1.35 a
350 1.57 0.458
400 1.79 0.457
完成下列填空:
(1)表格中a处的数据为　　　　(结果保留三位有效数字)。
0.459
(2)其他条件不变时,在实验误差允许的范围内,滑动摩擦力的大小与接触面上压力的大小　　　　　,μ与接触面上压力的大小　　　 　(以上两空均选填“成正比”“成反比”或“无关”)。
成正比
无关
【解析】 (2)根据题表中数据分析可知其他条件不变时,在实验误差允许的范围内,滑动摩擦力的大小与接触面上压力的大小成正比,而μ与接触面上压力的大小无关。
(3)若在实验过程中未进行步骤②,实验装置如图乙所示,挂钩高于定滑轮,则μ的测量结果将　　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
偏大
(2025·四川成都二模)智能手机软件中的磁力计可显示磁感应强度大小随时间变化的关系,两同学用该软件设计实验测量单摆的周期及当地重力加速度。
(1)将摆线上端固定于铁架台,下端系在小球上,让手机内置磁敏元件位于小球静止位置的正下方,做成如图a所示的单摆。测出摆线长为L,将小球磁化后,由平衡位置拉开一个小角度静止释放,手机软件显示磁感应强度大小随时间的变化关系如图b所示。则该单摆的振动周期T为　　　(用字母t表示)。
▼
典例10
(2)改变摆线长L,重复实验操作,得到多组数据,画出周期二次方随摆线长的
变化图像(T2-L)如图c所示,图像斜率为k,则测得重力加速度g为　　　　(用字母k、π表示)。
(3)T2-L图像未过原点,g的测量值　　(选填“>”“<”或“=”)真实值。甲同学认为手机内也含有铁等金属,由于手机对小球的吸引,会使g的测量值　　　(选填“>”“<”或“=”)真实值。
=
>
(4)乙同学发现,振动较长时间后手机显示磁感应强度随时间呈图b变化趋势,忽略手机对小球的吸引,引起该情况最可能的原因是　　　　。
A.小球磁性减弱
B.小球振幅减小
C.小球由单摆运动变为圆锥摆运动
B
【解析】 (4)由磁感应强度随时间呈题图b变化趋势可知,磁感应强度的最大值保持不变,而最小值变大,说明小球的磁性强弱不变,而是最远点越来越靠近手机,其结果可能是小球振幅减小造成的。
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第17讲　
热学、光学实验
考情统计
考点考题统计 命题热点
用油膜法估测油酸分子的 大小 2025·广西卷·T8、2023·浙江6月选考卷· T16 1.探究气体等温变化的规律及注射器模型的应用
2.测量玻璃的折射率及平行玻璃砖模型的应用
探究气体等温变化的规律 2023·江苏卷·T9、2023·山东卷·T13
测量玻璃的折射率 2025·福建卷·T12
2024·湖北卷·T11、2024·安徽卷·T11、 2024·浙江6月选考卷·T16
2023·广东卷·T11、2023·海南卷·T14
用双缝干涉测量光的波长 2024·广东卷·T11、2024·河北卷·T11
2022·海南卷·T14
核心考点一　用油膜法估测油酸分子的大小
1.用油膜法估测油酸分子的大小
装置图
操作 要点 (1)取适量纯油酸配制油酸酒精溶液。
(2)用量筒测出体积Vn的溶液的滴数n。
(3)将爽身粉或细石膏粉均匀地撒在水面上,将一滴油酸酒精溶液滴在水面上。
(4)油膜形状稳定后,将玻璃板放在浅盘上描出油膜轮廓
2.理想化处理方法
(1)认为油酸薄膜是由单层的油酸分子紧密排列组成。
(2)在估测油酸分子大小的数量级时,把每个油酸分子简化为球体。
(3)认为油膜由油酸单分子组成,其厚度等于油酸分子的直径。
(2025·宁夏银川阶段练习)在“用油膜法估测油酸分子直径”的实验中,我们通过宏观量的测量间接计算微观量。
(1)完成本实验需要几点假设,以下假设与本实验无关的是　　　。
A.将油酸分子视为球形
B.油膜中分子沿直线排列
C.将油膜看成单分子层
D.油酸分子紧密排列无间隙
▼
典例1
B
【解析】 (1)该实验中的理想化假设是把在水面上尽可能扩散开的油膜视为单分子油膜;不需要考虑分子间隙,把形成油膜的分子看作紧密排列的球形分子;将油酸分子视为球体模型。故选B。
(2)某同学实验中先取一定量的无水酒精和油酸,制成一定浓度的油酸酒精溶液,测量并计算一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积后,接着又进行了下列操作:
A.将一滴油酸酒精溶液滴到水面上,在水面上自由地扩展为形状稳定的油酸薄膜
B.将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上计算油酸薄膜的面积
C.将玻璃板盖到浅水盘上,用彩笔将油酸薄膜的轮廓画在玻璃板上
D.向浅盘中倒入约2 cm深的水,将爽身粉均匀地撒在水面上
以上操作的合理顺序是　 　　(填字母)。
DACB
【解析】 (2)实验中先在浅盘中倒入约2 cm深的水,将爽身粉均匀地撒在水面上,然后将一滴油酸酒精溶液滴到水面上,在水面上自由地扩展为形状稳定的油酸薄膜,将玻璃板盖到浅水盘上,用彩笔将油酸薄膜的轮廓画在玻璃板上;将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上计算油酸薄膜的面积,故合理的顺序是DACB。
(3)另一同学在用油膜法估测分子直径的实验中,计算结果明显偏小,可能是由于　　　。
A.油酸未完全散开
B.计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格
C.求每滴体积时,1 mL的溶液的滴数少记了5滴
D.油酸酒精溶液久置,酒精挥发使溶液的浓度发生了变化
D
【解析】 (3)油酸未完全散开,测量面积偏小,则分子直径的计算结果偏大,
A不符合题意;计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格,测量面积偏
小,则分子直径的计算结果偏大,B不符合题意;求每滴体积时,1 mL的溶液的滴数少记了5滴,测量体积偏大,则分子直径的计算结果偏大,C不符合题意;油酸酒精溶液配制的时间较长,酒精挥发较多导致油酸浓度增大,因此油膜面积偏大,则测得的分子直径将偏小,D符合题意。
(4)在实验中,将1 mL的纯油酸配制成5 000 mL的油酸酒精溶液,用注射器测得1 mL溶液为80滴,再滴入1滴这样的溶液到准备好的浅盘中,描出的油膜轮廓如图所示,方格纸每格边长是0.5 cm,根据以上信息估测油酸分子的直径d=　　 　　 m。(结果保留一位有效数字)
7×10-10
核心考点二　探究气体等温变化的规律
1.探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系
装置图
2.实验注意事项
(1)为保持气体温度不变,实验过程中不要用手握住注射器有气体的部位;同时,改变体积的过程应缓慢,以免影响密闭气体的温度。
(2)为保证气体质量恒定和温度恒定,应在活塞与注射器壁间涂上润滑油,注射器内、外气体的压强差不宜过大。
(2024·江西九省联考)某小组探究气体在等温变化时压强随体积变化的规律。实验方案如下:在带刻度的注射器内密封一段掺入酒精蒸气的空气,然后将注射器与气体压强传感器连接管相连接。气体压强p由传感器测量,气体体积V等于注射器读数与连接管的容积(1 cm3)之和。
(1)实验时手不要握注射器筒,且应缓慢推动注射器活塞,其目的是
　 。
▼
典例2
减少传热和做功对气体温度的影响
【解析】 (1)实验时手不要握注射器筒,且应缓慢推动注射器活塞,其目的是减少传热和做功对气体温度的影响。
5 154.7 13.0 0.077
6 181.2 11.0 0.091
7 223.3 9.0 0.111
8 291.1 7.0 0.143
9 330.0 5.0 0.200
【答案及解析】(2)描点如图所示。
A.部分酒精蒸气进入气体压强传感器连接管
B.在测量第9个数据点时发现注射器筒壁出现模糊,部分酒精蒸气液化
成反比
B
(2025·云南昭通阶段检测)某实验小组利用如图甲所示的装置来探究一定质量的理想气体在温度保持不变的条件下气体压强与体积的关系。实验中气体的质量保持不变,气体的体积可从注射器的刻度尺直接读出,气体的压强由压强传感器精确测定。
▼
典例3
(1)关于该实验下列说法正确的是　　　。
A.推拉活塞时,动作要快,以免气体进入或漏出
B.要用手握住注射器主管以保持其稳定
C.在活塞与注射器壁间涂上润滑油主要是为了减小摩擦
D.注射器旁的刻度尺只要刻度分布均匀即可,可以不标注单位
D
【解析】 (1)实验中为了使气体能够做等温变化,改变气体体积应缓慢推拉活塞,如果快速推拉活塞,将会导致注射器内气体的温度发生变化,A错误;推拉活塞时不可用手握住注射器,否则会使气体温度发生变化,B错误;活塞上涂油主要是为了防止漏气,确保气体的质量不变,并不是为了减小摩擦,C错误;由于气体的体积V=Sh,注射器的横截面积不变,注射器旁的刻度尺如果刻度分布均匀,可以用气柱的长度来间接表示体积,可以不标注单位,故D
正确。
(2)为了探究气体在不同温度时发生等温变化是否遵循相同的规律,实验小组的同学分别进行了两次实验,得到的p-V图像如图乙所示,由图可知两次实验气体的温度大小关系为T1　　　(选填“>”“<”或“=”)T2。
>
(3)某同学想利用此装置来测定一颗形状不规则的小物体的体积,主要实验步骤:将不规则物体放入注射器内;注射器活塞推至适当位置,然后将注射器与压强传感器、数据采集器、计算机连接;多次移动活塞,记录注射器的体积刻度V以及压强传感器的读数p。
A
②若正确图像的延长线与横、纵轴的交点坐标值分别是a、b,已知传感器和注射器连接处的塑料管容积为V0(V物>V0),则小物体的体积为　　　　(用题中已知物理量的字母表示)。
b+V0
▼
典例4
(2025·河北卷,12)自动洗衣机水位检测的精度会影响洗净比和能效等级。某款洗衣机水位检测结构如图1所示。洗衣桶内水位升高时,集气室内气体压强增大,铁芯进入电感线圈的长度增加,从而改变线圈的自感系数。洗衣机智能电路通过测定LC振荡电路的频率来确定水位高度。
某兴趣小组在恒温环境中对此装置进行实验研究。
(1)研究集气室内气体压强与体积的关系。
①洗衣桶内水位H一定时,其内径D的大小　　　　(选填“会”或“不会”)影响集气室内气体压强的大小。
不会
【解析】 (1)①集气室内气体压强等于桶内水位高度H和集气室进水高度h的高度差产生的压强和大气压强之和,根据p=ρgh可知其内径D的大小不会影响集气室内气体压强的大小。
②测量集气室高度h0、集气室内径d。然后缓慢增加桶内水量,记录桶内水位高度H和集气室进水高度h,同时使用气压传感器测量集气室内气体压强p。H和h数据如下表所示。
H/cm h/cm
15.00 0.33
20.00 0.40
25.00 0.42
30.00 0.52
35.00 0.61
40.00 0.70
45.00 0.78
50.00 0.87
实验中使用同一把刻度尺对H和h进行测量,根据数据判断,测量　　　(选填“H”或“h”)产生的相对误差较小。
H
【解析】 ②由于实验中使用同一把刻度尺进行测量,分度值相同,根据数据分析,桶内水位高度H明显大于集气室内进水高度h,所以测量桶内水位高度H产生的相对误差较小。
该延长线不过原点的主要原因是与集气室相连的细管中的气体被忽略不计,导致集气室气体体积V相比于实际气体体积偏小
图3
乙
核心考点三　测量玻璃的折射率
1.测量玻璃的折射率
装置图
2.实验注意事项
(1)实验时,尽可能将大头针竖直插在纸上,同侧两针之间的距离要稍大些。
(2)入射角应适当大些,以减小测量角度的误差,但也不宜太大,若入射角太大,在玻璃砖的另一侧会看不清大头针的像。
(3)在实验过程中,玻璃砖与白纸的相对位置不能改变。
▼
典例5
(2025·四川达州一模)如图甲所示,用插针法测定玻璃砖折射率的实验。
(1)为取得较好的实验效果,下列操作正确的是　　　。(多选)
A.必须选用两透光界面平行的玻璃砖
B.选择的入射角应尽量小些
C.大头针应垂直地插在纸面上
D.大头针P1和P2及P3和P4之间的距离适当大些
CD
【解析】 (1)实验中需要确定入射光线、折射光线的入射角θ1和折射角θ2,玻璃砖的两透光界面是否平行不影响结果,A错误;入射角适当大些,折射角也会大些,折射现象较明显,角度的相对误差会减小,B错误;尽可能垂直地插放大头针在纸面上,并使其相邻的间距适当大些,易于计算角度的正弦值,C、D正确。
(2)下列做法导致测得的折射率偏大的是　　　。
A.为了避免笔尖触划玻璃砖的界面,画出的bb′比实际向外侧平移了一些,其他操作均正确无误,并仍以aa′和bb′为折射面画出了光路图
B.在实验中将玻璃砖界aa′和bb′的间距画得过窄,而其他操作均正确
C.准确画好玻璃砖界面aa′和bb′后,实验过程中不慎将玻璃砖向下平移了
一些
B
【解析】 (2)A中的操作情况如图1所示(实线表示正确的光路,虚线表示操作错误的光路),此时得到的折射光线的折射角偏大,则测得的折射率偏小,A不符合题意;B中的操作情况如图2所示(实线表示正确的光路,虚线表示操作错误的光路),此时得到的折射光线的折射角偏小,则测得的折射率偏大,B符合题意;准确画好玻璃砖界面aa′和bb′后,实验过程中不慎将玻璃砖向下平移了一些,入射角和折射角不变化,则测得的折射率准确,故C不符合题意。
(3)某同学认真正确操作后,根据测得的入射角和折射角的正弦值画出图线,如图乙所示,从图线可求得玻璃砖的折射率是　　　　。
1.5
▼
典例6
(2025·河北唐山阶段检测)某同学利用顶角为θ的直角三角形玻璃砖ABC做“测量玻璃砖折射率”实验,实验步骤如下:
①在木板上铺一张白纸,将三角形玻璃砖放在白纸上并描出玻璃砖的轮廓。
②在垂直于AB边方向上插上两枚大头针P1和P2,从BC一侧透过玻璃砖观察,在观察位置插第三枚大头针P3,使其挡住P1、P2两大头针的像,再插第四枚大头针P4,使它挡住P3和P1、P2的像,移去三角形玻璃砖和大头针,作出部分光路图如图所示。
(1)为了精确测量玻璃砖折射率,下列实验操作正确的是　　　　。
A.选用粗的大头针完成实验
B.插针时同侧两针距离应稍大些
C.实验中若看不清大头针的像,可小幅度移动玻璃砖
B
【解析】 (1)为了精确测量,应选用较细的大头针来完成实验,选用粗的大头针时,容易出现观察误差,故A错误;同侧两针之间的距离要稍大些,故B正确;实验过程中,玻璃砖与白纸的相对位置不能改变,C错误。
(2)将实验需要的光路图补充完整。
【答案及解析】 (2)根据光的折射规律作出光路图如图。
(3)该同学用量角器测量光线P3P4与BC边夹角为α,则玻璃砖的折射率n=
　　　　。
核心考点四　用双缝干涉测量光的波长
1.用双缝干涉实验测光的波长
装置图
操作 要点 (1)同轴安装,双缝和单缝的缝平行。
(2)观察白光和单色光的干涉条纹。
(3)测量条纹间距
2.实验注意事项
(1)不要直接测单个条纹间距Δx,要测几个条纹的间距,计算出Δx,这样可以减小误差。
(2)白光的干涉实验观察到的是彩色条纹,其中白色在中央,红色在最外边。
(3)白光用于观察光的干涉现象,单色光用于光的干涉问题的计算。
(多选)(2024·江西卷,9)某同学用普通光源进行双缝干涉测光的波长实验。下列说法正确的是(　 　)
[A] 光具座上依次摆放光源、透镜、滤光片、双缝、单缝、遮光筒、测量头等元件
[B] 透镜的作用是使光更集中
[C] 单缝的作用是获得线光源
[D] 双缝间距越小,测量头中观察到的条纹数目越多
▼
典例7
BC
(2025·福建龙岩质检)在“用双缝干涉测量光的波长”实验中,用图甲所示装置测量红光的波长。
(1)图甲中标示的器材P应为　　　　。
A.凸透镜 B.凹透镜
C.红色滤光片 D.红色毛玻璃片
C
▼
典例8
【解析】 (1)题图甲中标示的器材P应为红色滤光片,C正确,A、B、D错误。
(2)图乙为干涉图样,转动测量头上的手轮,使分划板中心刻线对准图乙所示的亮条纹A的中心,此时游标卡尺的示数如图丙所示,则游标卡尺的读数x1=
　　　　 mm。
0.4
【解析】 (2)游标卡尺为10分度游标卡尺,分度值为0.1 mm,则题图丙中游标卡尺的读数为x1=0+4×0.1 mm=0.4 mm。
(3)再转动手轮,使分划板中心刻线向右边移动,直到对准亮条纹B的中心,此时游标卡尺的示数如图丁所示,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。则红光的波长是　　　　nm。
720
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