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专题11 实验与探究(1)
考纲·题型解读
1.基本仪器(毫米刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器)的原理及读数.高考主要考查仪器的读数问题,其中游标卡尺、螺旋测微
器的读数问题,在历年的高考题中出现频率较高,另外像弹簧测力计、欧姆表的读数问题也时有涉及,应为本专题的复习重点.
凡涉及需要估读的仪器应当解决好:怎样估读、估读到哪一位数等问题.常以选择题、填空题形式考查.
2.力学部分的六个实验中,除实验二、三外,其他四个实验与纸带的处理有关.力学实验部分多以纸带的处理、打点计时器
的应用为核心进行考查.近几年力学实验中与纸带处理相关的实验、力学创新实验是高考的热点内容,以分组或演示实验为背
景,考查对实验方法的领悟情况.灵活运用学过的实验方法设计新的实验是高考实验题的新趋势,要求考生掌握常规实验的数
据处理方法,能将课本中分组实验和演示实验的实验原理、实验方法迁移到新的背景中,深刻理解物理概念和规律,并能灵活运
用,要求考生有较强的创新能力.
3.电学实验是高考实验考查的重点、热点内容,如测量仪器的读数问题、实验线路的连线问题、电表和其他用电器的选择问
题等,需要考生具备良好的动手实践能力.试题还注重实验数据的处理分析,如根据实验数据画出图线,根据图线分析得出结论.
“设计和完成实验的能力”是近几年高考物理实验题的命题趋向.完整设计一个实验,要经历多个环节,在实际考查中,一般不会
考查全部环节,而是只考查其中的几个环节,虽然考查方式不尽相同,但目前高考中几乎所有的设计型实验题都有一个共同点,
都以不同方式或多或少地对实验原理作一定的提示,在给出实验器材的前提下进行考查.
题源1 基本仪器的原理及读数 ②用零刻度线在端头的刻度尺测量时,为了防止因端
头磨损而产生误差,常选择刻度尺的某一刻度线为测量起
解题模型1.1 点,测量的长度等于被测物体的两个端点在刻度尺上的读
1.单位制 数之差.
(1) : . ③为了尽量减小偶然误差
,在测量一条直线上点的距
基本单位 所选定的基本物理量的单位
,
① , 离时 刻度尺的测量起点不动
,依次读出各点的刻度,通过
物理学中 共有七个物理量的单位被选定为基本单位.
② , 、 、 差值来表示两点之间的距离在中学物理中 常见的基本物理量有长度 质量 时 .
间、 、 游标卡尺电流 热力学温度、物质的量. 3.
( () ( )2) 构造 如图所示导出单位:根据物理公式中其他物理量和基本物 1
理量的关系,推导出的物理量的单位.
(3)单位制:基本单位和导出单位的总和叫做单位制.
从根本上说,所有的物理量都是由基本物理量构成的.
比如在力学范畴内,所有的力学量都是由长度、质量和时
间这三个基本物理量组成的,因此基本物理量的单位选定
也就决定了其他导出物理量的单位.
2.刻度尺(毫米刻度尺) (2)常见的游标尺按游标尺刻度的格数分成以下3种
(1)常用 于 测 量 的 刻 度 尺 有 钢 板 尺、钢 卷 尺、木 直 尺 游标尺(mm)
, 1mm, . 精度 测量结果
(游标尺上第 个格与主
等 最小分度值为 量程不等 测量时要估读到毫米的 n刻度 刻度总 每小格与 (mm)尺上的刻度线对齐时/mm)
下一位. 格数 长度 1mm差
10 9 0.1 0.1 主尺上读的毫米数+0.1n
20 19 0.05 0.05 主尺上读的毫米数+0.05n
(2)用刻度尺测量时需要注意:
50 49 0.02 0.02 主尺上读的毫米数+0.02n
①要使刻度尺的刻度线紧贴被测物体,眼睛应正对刻
度线读数,以避免视差. (3)游标卡尺读数的技巧
①一定要弄清所用卡尺的精度.
·167·
②读数时以 mm为单位来读,读出后再按要求化成其 (2)调节部分
他单位. ①表针的机械调零螺丝:它的作用是使指针指在左侧
③在读小数部分时,一定要认清游标尺上第几条刻度 的零刻线上,通常调整第一次后,就不要再轻易动它了.少
线与主尺上的刻度线对齐. 数情况发现使用前表针不在零刻线,要用螺丝刀轻轻调整.
④若用x 表示由主尺上读出整的毫米数,n 表示从游 ②选择开关:它的作用是选择测量项目和量程,它带
标尺上读出与主尺上某一刻度线对齐的游标的格数,则记 有箭头,箭头所指,表明该表的作用和量程.如图中选择开
录结果表示为:(x+n×精确度)mm. 关所指示的,表示该表调到欧姆挡,×1k量程,读数时应
4.螺旋测微器(千分尺) 将指针的指示数值扩大1000倍.
(1)构造(如图所示) ③欧姆表的调零旋钮:它实际上是一个可变电阻,它
的作用是:在多用表当作欧姆表使用时,将红、黑表笔直接
相接,调整指针使之指在欧姆表的零刻线,每次测量电阻
之前都需要用它进行调零.图示的右下侧是两只红、黑表笔
的插孔.
(3)注意事项
①由于使用多用电表时不管测量项目是什么,电流都
(2)原理:利用螺旋转动,将微小的直线位移化为角度 要从电表的“+”插孔(红表笔)流入,从“-”插孔(黑表笔)
变化,并在较大的圆周上对其进行显示.取螺纹的螺距为 流出.使用欧姆挡时,多用电表内部电池的正极接的是黑表
0.5mm,即测微螺杆旋转一周时前进或后退0.5mm,将螺 笔,负极接的是红表笔.测量直流电压和电流时,红表笔应
旋分成50等份,每一等份表示沿螺杆位移变化0.5mm/ 该接高电势,黑表笔接低电势.
50=0.01mm,即所谓的螺旋测微器最小分度是0.01mm. ②要区分开“机械零点”与“欧姆零点”.“机械零点”使
测量时要估读到千分位,故而得名“千分尺”. 指针在表盘刻度左侧“0”位置,调整的是表盘下边中间的
(3)读数方法 定位螺丝;“欧姆零点”使指针在表盘刻度的右侧电阻刻度
①以鼓轮边缘为准,在固定刻度上读出整毫米数和半 “0”位置,调整的是欧姆挡的调零旋钮.
毫米数. ③合理选择欧姆挡的量程,使指针尽量在表盘中间位
注意:读数时要特别注意一下固定刻度上的半毫米刻 置附近.
线是否已经露出. ④每变换一次挡位,都要重新进行欧姆调零.
②不足半毫米的部分由可动刻度盘读出,即看可动刻 ⑤由于欧姆表盘难以估读,测量结果只需取两位有效
度盘上的第几条刻线与固定刻度上的横线重合,从而读出 数字,读数时不要忘记乘上相应挡位的倍率.
可动刻度盘示数(注意估读一位). ⑥测量待测电阻的阻值时,待测电阻要跟其他元件和
③测量结果(以 mm为单位)表示为: 电源断开,否则不但影响测量结果,甚至可能会损坏电表.
测量长度(mm)=固定刻度示数(mm)+可动刻度示 ⑦多用电表使用完毕后,应将选择开关旋至“OFF”挡
数×精度(0.01mm). 或交流电压最高挡.若长期不用电表时还应把电池取出.
5.多用电表 ⑧用多用电表测黑箱时,一定要先用电压挡判断其内
(1)表盘 部有无电源,确认无电源后才能使用欧姆挡测量.
多用电表可以用来测量电流、电压、电阻等,并且每一
种测量都有几个量程,外形见图;上半部为表头,表盘上有 [ l真题1] (2023·安徽)根据单摆周期公式T=2π ,
电流、电压、电阻等多种量程的刻度;下半部为选择开关, g
它的四周刻有各种测量项目和量程.另外,还有欧姆表的调 可以通过实验测量当地的重力加速度.如图1所示,将细线的上
零旋钮、机械调零旋钮和测试笔的插孔. 端固定在铁架台上,下端系一小钢球,就做成了单摆.
(1)用游标卡尺测量小钢球直径,求数如图2所示,读数为
mm.
图1
·168·
游标卡尺测量遮光片的宽度d;用米尺测量两光电门之间的距
离s;
②调整轻滑轮,使细线水平;
③让物块从光电门A 的左侧由静止释放,用数字毫秒计分
别测出遮光片经过光电门 A 和光电门B 所用的时间 ΔtA 和
ΔtB,求出加速度a;
④多次重复步骤③,求a的平均值a;
⑤根据上述实验数据求出动摩擦因数μ.
回答下列问题:
图2
() , (1)测量d 时,某次游标卡尺(主尺的最小分度为 )的2 以下是实验过程中的一些做法 其中正确的有 . 1mm
示数如图()所示 其读数为
a.摆线要选择细些的、伸缩性小些的,并且尽可能长一些 b . cm.
()物 块 的 加 速 度 可 用 、、 和 表 示 为
b.摆球尽量选择质量大些、体积小些的 2 a d s ΔtA ΔtB a
c.为了使摆的周期大一些,以方便测量,开始时拉开摆球, = .
()动摩擦因数 可用 、 、和重力加速度 表示为
使摆线相距平衡位置有较大的角度 3 μ M m a g μ=
d.拉开摆球,使摆线偏离平衡位置大于5度,在释放摆球的 .
, ()如果细线没有调整到水平,由此引起的误差属于同时开始计时 当摆球回到开始位置时停止计时,此时间间隔Δt 4
(填“偶然误差”或“系统误差”)
即为单摆周期T .
, , , [解析] 遮光片经过光电门A 和光电门B 的速度分别为:e.拉开摆球 使摆线偏离平衡位置不大于5度 释放摆球
当摆球振动稳定后,从平衡位置开始计时,记下摆球做50次全 d , dv = v = .由v2 2 ,
1 d
A Δt B
可 得
Δt B-vA=2as a=
[( )2
A B 2s Δt -B
Δt
振动所用的时间Δt,则单摆周期t=50 (d )2]由牛 顿 第 二 定 律, ( ) ,解 得
[ ] , : Δt
. mg-μMg= M+m a μ=
A
解析 根据游标卡尺读数规则 游标卡尺的读数 18mm
+0.1×6mm=18.6mm;(2)abe, ; mg-(M+m)摆线要选择细些可减小阻力 a.由于实验方法不当(细线未调到水平)引起的误Mg
伸缩性小些的,保证摆长不变;摆线长一些,在合适的振幅下摆
差为系统误差
角小, .a正确.摆球尽量选择质量大些、体积小些的,可减小空气
阻力的影响, 1 d db正确.摆角超过10度则不符合简谐运动的条件, [答案] (1)0.960 (2) [( )2 ( )2]2s Δt - B ΔtA
精确度降低,c错误.单个周期测量误差较大,用测多次周期用时
mg-(M+m)a
求平均精确度更高,选项d错误e正确. (3) (M 4
)系统误差
g
[答案] (1)18.6 (2)abe [真题4] (2023·山东)图甲为一游标卡尺的结构示意图,
[真题2] (2023·福建)某同学测定一金属杆的长度和 当测量一钢笔帽的内径时,应该用游标卡尺的 (填“A”,
直径,示数如图甲、乙所示,则该金属杆的长度和直径分别为 “B”或“C”)进行测量;示数如图乙所示,该钢笔帽的内径为
cm和 mm. mm.
甲 乙
[答案] 60.10 4.20 图甲
[真题3] (2023·新课程标准Ⅰ)图(a)为测量物块与水平
桌面之间动摩擦因数的实验装置示意图.实验步骤如下:
图乙
[解析] 游标卡尺的 A,B,C处用途分 别 为 测 内 径,测 外
径,测深度,选 A.该钢笔帽的内径 为11mm+0.05×6mm=
图(a) 11.30mm.
[答案] A 11.30
[真题5] (2002·广东)用螺旋测微器(千分尺)测小球直
径时,示数如图所示.这时读出的数值是 ,单位是
.
图(b) [解析] 本题解答的关键是掌握螺旋测微器的原理和读数
①用天平测量物块和遮光片的总质量 M.重物的质量m;用 规则.从固定刻度部分可读出毫米数和半毫米数,读数为8mm
·169·
(半毫米刻度线未露出,无读数),再 [答案] (1)×1 7.3~7.7 (2)如图所示 (3)a(或左)
从转动刻度上读出小数部分:0.473 b(或右) (4)ab
mm,其中千分位为估读数,两部分读
数相加为8.473mm.
[答案] 8.473 mm
[真题6] (2023·广东)在“描
绘小电珠的伏安特性曲线”实验中,
所用器材有:小电珠(2.5V 0.6W),滑动变阻器,多用电表,电
流表,学生电源,开关,导线若干.
(1)粗测小电珠的电阻,应选择多用电表 倍率的电
阻挡(填“×1”、“×10”或“×100”);调零后,将表笔分别与小电
珠的两极连接,示数如图甲所示,结果为 Ω.
[真题7] (2021·天津)如图为一简单欧姆表原理示意图,
其中电流表的满偏电流Ig=300μA,内阻Rg=100Ω,可变电阻
R 的最大阻值为10kΩ,电池 的 电 动 势 E=1.5V,内 阻r=
0.5Ω,图中与接线柱 A 相连的表笔颜色应是 色.按正
甲 乙 确使用方法测量电阻Rx 的阻值时,指针指在刻度盘的正中央,
则Rx= kΩ.若该欧姆表使用一段时间后,电池电动势
变小、内阻变大,但此表仍能调零,按正确使用方法再测上述
Rx,其测量结果与原结果相比将 (填“变大”、“变小”或
“不变”).
[解析] 多 用 表 的 电 流 方 向 都
是红进黑出,所以与接线柱A 相连的
表笔颜色应该是红色.用电动势除以
满偏电流,可以得出中值电阻为R=
5kΩ.欧姆表的指针指到一半的刻度
时,外电阻为中值电阻也为5kΩ.电
动势减小,电流会变小,指针左偏,测
量结果变大.
丙 [答案] 红 5 变大
(2)实验中使用多用电表测量电压,请根据实验原理图乙完 题源2 力学实验
成实物图丙中的连线.
(3)开关闭合前,应将滑动变阻器的滑片P 置于 解题模型2.1
端.为使小电珠亮度增加,P 应由中点向 端滑动.
(4)下表为电压等间隔变化测得的数据.为了获得更准确的 实验一:研究匀变速直线运动
实验图象,必须在相邻数据点 间多测几组数据(填 1.练习使用打点计时器
“ab”、“bc”、“cd”、“de”或“ef”). 目的 2.掌握判断物体是否做匀变速直线运动的方法
3.能利用“逐差法”求加速度
数据点 a b c d e f
U/V 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50
I/A 0.000 0.122 0.156 0.185 0.216 0.244
2.52
[解析] (1)小电珠(2.5V,0.6W)对应的电阻为 Ω= 原理 如图所示,0、1、2…为时间间隔相等的各计数点,s1、s2、0.6 s3…为相邻两计数点间的距离,若Δs=s2-s1=s3-s2=
10.4Ω,所以选“×1”倍率的电阻挡.(2)电流表的电阻一般就是 s4-s3=C(常量),即若两连续相等的时间间隔里的位移
几欧,与电压表几千欧相比,小电珠的电阻算是小电阻,所以电 之差为恒量,则与纸带相连的物体的运动为匀变速直线
流表用外接,伏安特性曲线要求电压从0开始逐渐变大,所以滑 运动
动变阻器应采用分压接法.(3)从a 端开始,电压为0,向b 端移 打点计时器、纸带、一端附有定滑轮的长木板、小车、细绳、
动,对小电珠所加电压逐渐变大.(4)ab 之间电流增加了0.122 器材 钩码、刻度尺、交流电源
A,其他段电流增加了0.03A左右,所以需要在ab 之间将电流
分为0.030A,0.060A,0.090A,分别测出相应的电压值.
·170·
1.打点计时器 5.注意事项
(1)作用:计时仪器,每隔0.02s打一次点. (1)细绳尽可能与木板平行,以确保细绳对小车的拉
(2)工作条件: 力不变.
①电磁打点计时器:4V~6V的交流电源. (2)开始释放小车时,小车应尽量靠近打点计时器.
②电火花计时器:220V的交流电源. (3)小 车 的 加 速 度 应 适 当 大 一 些,以 能 在 纸 带 长 约
(3)纸带上各点的意义: 50cm的范围内清楚地取7~8个计数点为宜.
①表示和纸带相连的物体在不同时刻的位置. (4)要防止钩码落地撞坏以及小车跟定滑轮相撞.
②通过研究纸带上各点之间的间隔,可以判断物体的 (5)选取的计数点不少于6个.
运动情况. (6)不要分段测量各段位移,应尽可能地一次测量完
毕(可先统一量出到计数起点0之间的距离).读数时估读
到毫米的下一位.
注:如图所示,相邻两计数点间的距离分别为s 、s 、 [真题8] (2023·全国)现用频闪照相方法来研究物块的1 2
…、s6,两计数点间的时间间隔为T. 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
2.求物体速度的方法———平均速度法 摄的不同时刻物块的位置如图所示.拍摄时频闪频率是10Hz;
, 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如上图所示 根据v=vt 可求得:
2 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
s1+s2、 s2+s3、 s3+sv 41 = v2 = v3 = 、…、vn 表所示.重力加速度大小g=9.80m/s
2.
2T 2T 2T
sn+s= n+12T .
3.求物体加速度的方法(如上图所示)
(1)“逐差法”求加速度,即
s4-sa 1
s5-s2 s6-s3
1= ,3T2 a2= 3T2
,a3= 2 ,然 后 取 平 均3T
a1+a2+a3 (s4+s5+s6)-(s1+s2+s3) x1 x, 2
x3 x4 h s
值 即a= 3 = 9T2 10.76 15.05 19.34 23.65 48.00 80.00
这样使所给数据全部得到利用,以提高准确性.
(2)“图象法”求加速度,即由“平均速度法”求出多个 根据表中数据,完成下列填空:
点的速度,画出v t图象,直线的斜率即为加速度. (1)物块的加速度a= m/s
2(保留3位有效数字).
4.实验步骤 (2)因为 可知斜面是粗糙的.
(1)按图把一端附有滑轮的长木板平放在实验桌上, [答案] (1)4.29~4.31均正确 (2)
h
a轮的一端,连接好电路. 5.88m
/s2(或物块下滑加速度小于在光滑斜面下滑的加速度)
解题模型2.2
实验二:探究弹力和弹簧伸长的关系
1.探究弹力和弹簧伸长的定量关系
目的
2.学会利用列表法、图象法、函数法处理实验数据
利用悬挂法:
(2)把细绳的一端固定在小车上,跨过滑轮后在另一
1.弹簧弹力(F)等于下面悬挂的钩码的
端挂上适量的钩码,让纸带穿过打点计时器的限位孔后一
重力
端固定在小车上,用手拉住小车. 原理 2.弹簧伸长量(x)等于弹簧的现长(L)
(3)先接通电源,后放开小车,让小车运动,这样打点 减去原长(L0)
计时器就在纸带上打下一系列点,取下纸带,更换新纸带, 3.多测几组,找出F 与x 的关系
至少重复3次. 器材 弹簧、毫米刻度尺、铁架台、钩码若干、坐标尺
(4)选打点清晰的纸带进行研究,舍去开头比较密集
的点,确定好计数始点,每隔4个计时点取一个计数点,使 1.实验步骤
时间间隔为T=0.1s. (1)把弹簧悬吊在铁架台上,让弹簧自然下垂,在弹簧
(5)用毫 米 刻 度 尺 量 出 各 计 数 点 之 间 的 距 离s1、s2、 不挂钩码时测量弹簧的原长L0.
s3、…、sn.用逐差法计算加速度的值,最后求其平均值.(计 (2)将已知质量的钩码挂在弹簧的下端,在平衡时测
算出各计数点对应的瞬时速度,作出v t图象,求得直线 量弹簧的总长并计算钩码的重力,填写在记录表格里.然后
的斜率即为物体运动的加速度) 改变所挂钩码的质量,重复前面的实验过程多次.
·171·
x(cm) 2.64 5.26 7.81 10.30 12.93 15.41
钩码个数 0 1 2 3 … n 10 20 30 40 50 60
F(N) … k(N/m) 163 ① 56.0 43.6 33.8 28.8
L(cm) … 1/k(m/N)0.0061 ② 0.01790.02290.02960.0347
x=L-L0(cm) … (1)将表中数据补充完整:① ,② .
(2)以n为横坐标,1/k为纵坐标,在图(b)给出的坐标纸上
(3)根据所测数据,在已经准备好的坐标纸上描点.以 画出1/k-n图象.
力为纵坐标,以弹簧的长度为横坐标. (3)图(b)中画出的直线可以近似认为通过原点,若从试验
(4)按照图中各点的分布与走向,尝试作出一条平滑 中所用的弹簧截取圈数为n 的一段弹簧,该弹簧的劲度系数k
曲线(包括直线),技巧是所描的点不一定都在曲线上. 与其圈数n的关系表达式为k= N/m;该弹簧的劲度系
(5)作图得到的是如图甲所示的图象.尽管是直线,也 数k与其自由长度l0(单位为 m)的关系表达式为k=
就是一次函数,但不够简洁,即不是刚好反映函数间的正 N/m.
比关系.处理的办法是将坐标轴平移,就可以得到一个从原
点出发的函数图象(如图乙).这个平移的意义正是弹簧的
长度之差,与所要考虑的伸长多少相关.平移后将横坐标由
弹簧的长度改为弹簧的伸长量.
图(a)
(6)进而找到弹簧的伸长量为自变量,写出实验得到
的曲线所代表的函数即弹力与弹簧伸长量的关系.
(7)运用表中的数据计算验证所得的函数关系.
(8)当函数表达式中出现常数时,试解释这个常数的
物理意义.
2.注意事项
(1)所挂钩码不要过重,以免弹簧被过分拉伸,超出它
的弹性限度.要注意观察,适可而止.
(2)每次所挂钩码的质量差尽量大一些,从而使坐标
上描的点尽可能稀,这样作出的图线更精确.
(3)测弹簧长度时,一定要在弹簧竖直悬挂且处于平
衡状态时测量,以免增大误差. 图(b)
(4)描点画线时,所描的点不一定都落在一条曲线上, [ ] () mg 0.1×9.8解析 1k= / / ,Δx =2 (5.26-4.06)×10-2N m=81.7N m
但应注意一定要使各点均匀分布在曲线的两侧.
(5)
1 1
记录数据时要注意弹力与弹簧伸长量的对应关系 故
k=
/ /
81.7m N=0.0122m N
及单位. (2)如图所示
[真题9] (2023·新课程标准Ⅱ)某实验小组探究弹簧的
劲度系数k与其长度(圈数)的关系.实验装置如图(a)所示;一均
匀长弹簧竖直悬挂,7个指针P0、P1、P2、P3、P4、P5、P6分别固
定在弹簧上距悬点0、10、20、30、40、50、60圈处;通过旁边竖直
放置的刻度尺,可以读出指针的位置,P0指向0刻度.设弹簧下
端未挂重物时,各指针的位置记为x0;挂有质量为0.100kg的
砝码时,各指针的位置记为x.测量结果及部分计算结果如下表
所示(n为弹簧的圈数,取重力加速度为9.80m/s2).已知实验所
用弹簧总圈数为60,整个弹簧的自由长度为11.88cm.
P1 P2 P3 P4 P5 P6
x0(cm) 2.04 4.06 6.06 8.05 10.03 12.01
·172·
() :0.0347-0.0061 13 由图线可得其斜率为 =0.000572 [解析] (1)小球做平抛运动,由s=vt,h= gt2,联立解60-10 2
1 1.75×103
故直线满足
k=0.000572n
即k= (n N
/m) g得v=s .要测量小球速度,需要测量小球抛出点到落地点2h
( 1.67×10
3 1.83×103
在 ~ 之间均可) 的水平距离s,桌面到地面的高度h.为求得Ek,还需要测量小球n n
; 的质量 ,所以正确选项是由于60匝弹簧总长度为11.88cm 则n 匝弹簧的长度为l m ABC.0
2
n 60
满足 = (2)
1 mgs
小球抛出时的动能Ek= mv2=
l 11.88×10-2 2 4h
.
0
1.75×103 3.47 3.31 3.62 (3)由图知s与Δx 成正比.如果h 不变,m 增加,s—Δx 图
代入k= 得:n k=
(在
l l ~
之间均可)
0 0 l0 象斜率会减小.如果 m 不变,h 增加,s—Δx 图象斜率会增大.由
[答案] (1)①81.7 ②0.0122 (2)图见解析 2
实验绘出的图象可知, 1 mgs与 成正比,而
1.75×103 1.67×103 1.83×103 s Δx Ek=2mv
2= ,
(3)k= (N/m)(
4h
在
n n ~
之间均
n 所以弹簧被压缩后的弹性势能Ep 与Δx 的二次方成正比.
) 3.47( 3.31 3.62可 k= 在 ~ 之间均可) mgs2l0 l0 l0 [答案] (1)ABC (2) (3)减小 增大 二4h
[真题10] (2023·新课程标准Ⅱ)某同学利用下述装置对 [真题11] (2023·新课程标准)图中虚线框内存在一沿水
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
, , 平方向
、且与纸面垂直的匀强磁场.现通过测量通电导线在磁场
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
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
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 向.所用部分器材已在图中给出,其中D为位于纸面内的U形金
测量和计算,可求得弹簧被压缩后的弹性势能. 属框,其底边水平,两侧边竖直且等长;E 为直流电源;R 为电阻
箱; 为电流表;S为开关.此外还有细沙、天平、米尺和若干轻
质导线.
图(a)
回答下列问题:
(1)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
(1)在图中画线连接成实验电路图.
C. 桌面到地面的高度h (2)完成下列主要实验步骤中的填空.
D. 弹簧的压缩量Δx
①按图接线.
E. 弹簧原长l0 ②保持开关S断开,在托盘内加入适量细沙,使D处于平衡
(2)用所选取的测量量和已知量表示Ek,得Ek= . 状态;然后用天平称出细沙质量m1.
(3)图(b)中的直线是实验测量得到的s-Δx 图线.从理论 ③闭合开关S,调节R 的值使电流大小适当,在托盘内重新
上可推出,如果h不变,m 增加,s-Δx 图线的斜率会 加入适量细沙,使D ;然后读出 ,
(填“增大”、“减小”或“不变”);如果m 不变,h增加,s-Δx 图线 并用天平称出 .
的斜率会 (填“增大”、“减小”或“不变”).由图(b)中给出 ④用米尺测量 .
的直线关系和Ek 的表达式可知,Ep 与Δx 的 次方成 (3)用测得的物理量和重力加速度g 表示磁感应强度的大
正比. 小,可以得出B= .
(4)判定磁感应强度方向的方法是:若 ,磁感应强
度方向垂直纸面向外;反之,磁感应强度方向垂直纸面向里.
[解析] 测磁感应强度原理:开关断开时,线框的重力等于
砝码的重力,所以m0g=m1g,得 m0=m1;接通电源后,若磁感
应强度的方向垂直于纸面向里,则安培力向上,则有 m0g-BIl
(m -m )g
=m2g,所以B=
1 2 ;接通电源后,若磁感应强度的方向
Il
图(b) 垂直于纸面向外,则安培力向下,则有m0g+BIl=m2g,所以B=
(m2-m1)g;所以( m -m g
Il 3
) 1 2中磁感应强度的大小为B= Il .
·173·
[答案] (1)连线如图所示
1.实验步骤
(1)用图钉把白纸钉在放于水平桌面的方木板上.
(2)用图钉把橡皮条的一端固定在 A 点,橡皮条的另
一端拴上两个细绳套.
(3)用两只弹簧测力计分别钩住细绳套,互成角度地拉
橡皮条,将结点拉到某一位置,如图所示,记录两弹簧测力计
的读数,用铅笔描下O 点的位置及此时两个细绳套的方向.
(2)③重新处于平衡状态 电流表的示数I 此时细沙的质
|m -m|g
量m2 ④D的底边长度l (3)
2 1 ()
Il 4m2>m1
[真题12] (2023·浙江)在“探究弹力和弹簧伸长的关系”
时,某同学把两根弹簧如图1连接起来进行探究.
(4)用铅笔和刻度尺从结点 O 沿两条细绳方向 画 直
线,按选定的标度作出这两只弹簧测力计的读数F1、F2 的
图示,并以F1 和F2 为邻边用刻度尺和三角板作平行四边
形,过O 点画出平行四边形的对角线,即为合力F 的图示.
(5)只用一只弹簧测力计钩住细绳套,把橡皮条的结
点拉到同样的位置O,记下弹簧测力计读数F'和细绳的方
向,用刻度尺从O 点按选定的标度沿记录的方向作出这只
弹簧测力计的拉力F'的图示.
(6)比较力F'与用平行四边形定则求出的合力F 的大
小和方向,得出结论.
图1 图2 (7)改变两个力的大小和夹角,重复实验两次.
钩码数 1 2 3 4 2.注意事项
()
L 1 同一实验中的两只弹簧测力计的选取方法
:将两
A/cm 15.71 19.71 23.66 27.76
只弹簧测力计钩好后对拉,若两只弹簧测力计在拉的过程
LB/cm 29.96 35.76 41.51 47.36 中,读数相同,则可选;若不同,应另换,直至相同为止,使
表1 用时弹簧测力计与板面平行.
(1)某次测量如图2所示,指针示数为 cm. (2)在满足合力不超过弹簧测力计量程及橡皮条形变不
(2)在弹性限度内,将50g的钩码逐个挂在弹簧下端,得到 超过弹性限度的条件下,应使拉力尽量大一些,以减小误差.
指针A、B 的示数LA 和LB 如表1.用表1数据计算弹簧Ⅰ的劲度 (3)画力的图示时,应该选定恰当的标度,尽量使图画
系数为 N/m(重力加速度g=10m/s2).由表1数据
(填“能” “
,
或 不能”)计算出弹簧Ⅱ的劲度系数. 得大一些 要严格按力的图示要求和几何作图法作出合力.
[答案] (1)(15.95~16.05)cm(有效数字位数正确) (4)在同一次实验中,橡皮条拉长的结点O 位置一定
(2)(12.2~12.8) 能 要相同.
解题模型2.3 (5)由作图法得到的F 和实际测量得到的F'不可能完
全符合,但在误差允许范围内可认为F 和F'符合即可.
实验三:验证力的平行四边形定则
目的 验证力的平行四边形定则 [真题13] (2023·江苏)小明通过实验验证力的平行四边
形定则.
两个力 F1、F2 的作用效果和一个
力F'的作用效果,都是让同一根橡
皮筋伸 长 到 同 一 点,则 F'就 是F1
原理 和F2 的合力;作出力F'的图示,再
根据平行四边形定则作出力F1 和
F2 的合力F 的图示,比较F 和F'
的大小和方向,得出结论
方木板、白纸、弹簧测力计(两只)、橡皮条、细绳套(两个)、
器材
三角板、刻度尺、图钉(几个)
图1 图2
·174·
解题模型2.4
实验四:验证牛顿运动定律
1.掌握用控制变量法研究物理规律
目的 2.学会利用图象处理数据的方法
3.验证牛顿第二定律
本实验中,研究的参量有F、m、a
原理 1.控制m 一定,研究a 与F 的关系
图3
2.控制F 一定,研究a 与m 的关系
(1)实验记录纸如图1所示,O 点为橡皮筋被拉伸后伸长到
打点计时器、纸带、复写纸、小车、一端附有定滑轮的长木
的位置,两弹簧测力计共同作用时,拉力F1 和F2 的方向分别过
器材 板、小盘、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平、刻度尺、
P1和P2点;一个弹簧测力计拉橡皮筋时,拉力F3的方向过P3 砝码
点.三个力的大小分别为:F1=3.30N,F2=3.85N 和 F3=
1.实验步骤
4.25N.请根据图中给出的标度作图求出F1和F2的合力. (1)用天平测出小车和砝码的总质量 M,小盘和砝码
(2)仔细分析实验,小明怀疑实验中的橡皮筋被多次拉伸后 的总质量m,把数值记录下来.
弹性发生了变化,影响实验结果.他用弹簧测力计先后两次将橡 (2)按照下图把实验器材安装好,只是不把悬挂小盘
皮筋拉伸到相同长度,发现读数不相同,于是进一步探究了拉伸 的细绳系在车上,即不给小车加牵引力.
过程对橡皮筋弹性的影响.
实验装置如图2所示,将一张白纸固定在竖直放置的木板
上,橡皮筋的上端固定于O 点,下端 N 挂一重物.用与白纸平行
的水平力缓慢地移动 N,在白纸上记录下 N 的轨迹.重复上述
过程,再次记录下 N'的轨迹.
两次实验记录的轨迹如图3所示.过O 点作一条直线与轨
、 , ()平衡摩擦力:在长木板不带定滑轮的一端下面垫迹交于ab两点 则实验中橡皮筋分别被拉伸到a 和b 时所受 3
一块木板,反复移动木板的位置,直至小车在斜面上运动
拉力Fa,Fb的大小关系为 .
时可以保持匀速直线运动状态.这时,小车拖着纸带运动时
(3)根据(2)中的实验,可以得出的实验结果有哪些 (填写 受到的摩擦阻力恰好与小车所受的重力在斜面方向上的
选项前的字母) ( ) 分力平衡.
A. 橡皮筋的长度与受到的拉力成正比 (4)把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂小盘,先接通
B. 两次受到的拉力相同时,橡皮筋第2次的长度较长 电源再放开小车,打点计时器在纸带上打下一系列的点,
打完点后切断电源,取下纸带,在纸带上标上纸带号码
C. 两次被拉伸到相同长度时,橡皮筋第2次受到的拉力 .
(5)保持小车和砝码的质量不变,在小盘里放入适量
较大
的砝码,把小 盘 和 砝 码 的 总 质 量 m'记 录 下 来,重 复 步 骤
D. 两次受到的拉力相同时,拉力越大,橡皮筋两次的长度 (4),在小盘内再放入适量砝码,记录下小盘和砝码的总质
之差越大 量m″,再重复步骤(4).
(4)根据小明的上述实验探究,请对验证力的平行四边形定 (6)重复步骤(5)五次,得到五条纸带.
则实验提出两点注意事项. (7)在每条纸带上都选取一段比较理想的部分,标明
[ ] () , () 计数点
,测量计数点间的距离,算出每条纸带上的加速度
答案 1 如图 F合=4.6~4.9都算对 2Fa=Fb
的值.
(3)BD (4)橡皮筋拉伸不宜过长,选用新橡皮筋(或拉力不宜过 (8)用纵坐标表示加速度a,横坐标表示作用力F,作
大,选用弹性好的橡皮筋;换用弹性好的弹簧). 用力的大小F 等于小盘和砝码的总重力,根据实验结果在
坐标平面上画出相应的点,如果这些点是在一条过原点的
直线上,便证明了加速度与作用力成正比.(如图1)
图1 图2
·175·
(3)若利用本实验装置来验证“在小车质量不变的情况下,
(9)保持小盘和砝码的质量不变,在小车上加砝码,重 小车的加速度与作用力成正比”的结论,并直接以钩码所受重力
复上面的实验,用纵坐标表示加速度a,横坐标表示小车和 mg 作为小车受到的合外力,则实验中应采取的改进措施是
砝码总质量的倒数,根据实验结果在坐标平面上画出相应 ,钩码的质量应满足的条件是
的点.如果这些点是在一条过原点的直线上,就证明了加速 .
度与质量成反比.(如图2) [答案] (1)非线性 (2)摩擦力 (3)调节轨道的倾斜度
2.注意事项 以平衡摩擦力 远小于小车的质量
(1)在实验中,小车所受的摩擦力是造成系统误差的
一个重要因素.使长木板适当倾斜,利用小车重力沿斜面方 解题模型2.5
向的分力与摩擦力平衡. 实验五:探究动能定理
(2)判断小车是否做匀速直线运动,可以打一条纸带,
看上面各点间的距离是否均匀. 目的 探究外力对物体做功与物体动能变化的关系
(3)在本实验中,应该尽可能选取光滑的长木板进行
实验,以减小因摩擦力而造成的系统误差.
(4)安装器材时,要调整滑轮的高度,使拴小车的细绳
与斜面平行,且连接小车和砝码盘应在平衡摩擦力之后. 探究功与物体动能变化的关系,可通过改变力对物体做的
(5)
1
为使所作的a F 图象和a 图象趋于精确,每 功,测出力对物体做不同功时物体的速度,为简化实验可M 原理
将物体初速度设置为零,可用如图所示的装置进行实验,
个图都要求至少取5条以上的纸带.取一条纸带时,要同时
在纸带上记录相应的外力和小车质量的数据,并编号填表. 通过增加橡皮筋的条数使橡皮筋对小车做的功成倍增加,
(6)描点作图法,应使尽可能多的点落在直线上,其余 再通过打点 计 时 器 和 纸 带 来 测 量 每 次 实 验 后 小 车 的 末
的点均匀分布在直线的两侧,舍去个别误差较大的点. 速度
(7)改变小车的质量或拉力的大小时,改变量应尽可
能大一些,但应满足砝码盘和盘内砝码的总质量远小于小 橡皮筋、打点计时器、小车、纸带、复写纸、电源、导线、刻度器材
车和车上砝码的总质量.一般来说,砝码盘和盘内砝码的总 尺、木板、钉子
质量不超过小车和车上砝码总质量的10%.
1.实验步骤
[真题14] (2023·新课程标准Ⅰ)某同学利用图(a)所示 (1)按上图组装好实验器材,由于小车在运动中会受
实验装置及数字化信息系统获得了小车加速度a 与钩码的质量 到阻力,把木板略微倾斜,来平衡摩擦力.
m 的对应关系图.如图(b)所示.实验中小车(含发射器)的质量为 (2)先用一条橡皮筋做实验,用打点计时器和纸带测
200g,实验时选择了不可伸长的轻质细绳和轻定滑轮,小车的
出小车获得的速度 ,设此时橡皮筋对小车做的功为 ,
加速度由位移传感器及与之相连的计算机得到.回答下列问题: v1 W1
将这一组数据记入表格.
(3)用2条橡皮筋做实验,实验中橡皮筋拉伸的长度与
第一次相同:这样橡皮筋对小车做的功为 W2,测出小车获
得的速度v2,将数据记入表格.
(4)用3条、4条……橡皮筋做实验,用同样的方法测
图(a)
出功和速度,记入表格.
(5)分析数据,得出结论.
①测量小车的速度:实验获得如图所示的纸带,为探
究橡皮筋弹力做功和小车速度的关系,需要测量弹力做功
结束时小车的速度,即小车做匀速运动的速度,应在纸带
上测量的物理量是(用字母表示):A1、A2 间的距离x,小
x
图(b) 车速度的表达式是(用测量的物理量表示)v= (T 为打T
(1)根据该同学的结果,小车的加速度与钩码的质量成
点计时器的时间间隔).
(填“线性”或“非线性”)关系.
(2)由图(b)可知,a-m 图线不经过原点,可能的原因是存
在 .
·176·
②实验数据记录
橡皮筋 位移 时间 速度 速度平方
条数 x/m t/s v/m·s-1 v2/(m2·s-2)
1条
2条 (1)若要完成该实验,必须的实验器材还有
… .
(2)实验开始时,他先调节木板上定滑轮的高度,使牵引小
③实验 数 据 处 理 及 分 析:在 坐 标 纸 上 画 出 W v 和 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
W v2图线(“W”以一根橡皮筋做的功为单位). 代号) ( )
④实验结论:从图象可知功与物体速度变化的关系 W A. 避免小车在运动过程中发生抖动
∝v2. 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
(3)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太少,难以选到合适的点计算
小车的速度.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方法:
.
(4)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) ( )
2.注意事项 A. 在接通电源的同时释放了小车
(1)平衡摩擦力 B. 小车释放时离打点计时器太近
实验中的小车不可避免地要受到摩擦力的作用,摩擦 C. 阻力未完全被小车重力沿木板方向的分力平衡掉
力对小车做负功,我们研究的是橡皮筋做的功与物体速度 D. 钩码做匀加速运动,钩码重力大于细绳拉力
的关系,应设法排除摩擦力的影响,可采用将木板一端垫 [答案] (1)刻度尺、天平(包括砝码) (2)D (3)可在小
高的方法来实现.将木板一端垫高,使重力沿斜面方向的分 车上加适量的砝码(或钩码) (4)CD
力与摩擦力相平衡,就能消除摩擦力的影响.判断已平衡掉
解题模型2.6
摩擦力的方法是,轻推一下小车,观察小车不受其他力时
能在木板上做匀速运动. 实验六:验证机械能守恒定律
(2)我们用2条、3条……橡皮筋进行第2次、第3次…… 目的 验证机械能守恒定律
实验时,每次实验时橡皮筋伸长的长度都应保持一致. 自由落体法:
(3)实验数据处理时,以橡皮筋对小车做的功 W 为纵 1.在只有重力做功的自由落体(v0
坐标,小车获得的速度为横坐标,以第一次实验时做的功 =0)中,重 力 势 能 和 动 能 相 互 转
化,但总的机械能保持不变
W 为单位,作出W v 图象,分析这条图线,可以得知橡皮
2.如图所示,设n 是离抛出点O 较
筋对小车做的功W 与小车获得的速度v 的定量关系. 远的一个点,则从O→n:
(4)打点计时器打出的纸带上相邻各点的间距并不均 原理 减少的重力势能ΔEp=mg·hn
匀,应选间距均匀的那一段纸带来计算小车的速度,因为 增加的动能
1 hn+1-hn 2-1
这一段是橡皮筋对小车做功完毕时的情形. ΔEk=2m ( 2T )
3.在误差允许的范围内,若ΔEp 与
[真题15] (2023·天津)某同学把附有滑轮的长木板平放 ΔEk 相 等,则 验 证 了 机 械 能 守 恒
在实验桌面上,将细绳一端拴在小车上,另一端绕过定滑轮,挂 定律
上适当的钩码使小车在钩码的牵引下运动,以此定量研究绳拉
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 铁架台(含铁夹)、打点计时器、学生电源、纸带、复写纸、导
器材
套的电源、导线、复写纸、纸带、小木块等.组装的实验装置如图 线、刻度尺、重物(带纸带夹)
所示.
·177·
1.实验步骤 (7)因不需要知道动能的具体数值,因此不需要测出
(1)安装置:按图将检查、调整好的打点计时器竖直固 重物的质量m.
定在铁架台上,接好电路. 3.误差分析
(2)打纸带:将纸带的一端用 (1)实际上重物和纸带下落过程中要克服阻力(主要
夹子固 定 在 重 物 上,另 一 端 穿 过 是打点计时器的阻力)做功,故动能的增加量必定稍小于
打点计时器的限位孔用手提着纸 势能的减少量,这属于系统误差.
带使重物静止在靠近打点计时器 (2)由于测长度带来的误差属偶然误差,减少办法一
的地方.先接通电源,后松开纸带, 是测距离时都应从O 点量起,二是多测几次取平均值.
让重物带着纸带自由下落.
更换纸带重复做3次~5次实验. [真题16] (2023·上海)如图,研究平抛运动规律的实验
(3)选纸带: 装置放置在水平桌面上,利用光电门传感器和碰撞传感器可测得
应选点 迹 清 晰,且1、2两 点 小球的水平初速度和飞行时间,底板上的标尺可以测得水平位移.
间距离小于或接近2mm的纸带.
若1、2两点间的距离大于2mm,这是由于先释放纸带,后
接通电源造成的.这样,第1个点就不是运动的起始点了,
这样的纸带不能选.
(4)数据处理:在起始点标上0,在以后各点依次标上
1、2、3……用刻度尺测出其对应下落高度h1、h2、h3……
h
v n+1
-hn-1
利用公式 n= 计算出点1、点2、点3……2T
保持水平槽口距底板高度h=0.420m不变.改变小球在斜
的瞬时速度v1、v2、v3……
() 槽导轨上下滑的起始位置,测出小球做平抛运动的初速度v0、5 飞验证
1 行时间t和水平位移d,记录在表中.
方法一:利用起始点和第n 点计算.代入gh 2n 和 ,2vn (1)由表中数据可知,在h 一定时,小球水平位移d 与其初
1
如果在实验误差允许的条件下gh 2 速度v 成 关系,与 无关.n= vn,则机械能守恒 02
定律是正确的. v0(m/s) 0.741 1.034 1.318 1.584
方法二:任取两点计算. t(ms) 292.7 293.0 292.8 292.9
①任取两点A、B 测出hAB,算出ghAB.
(
1 1 dcm
) 21.7 30.3 38.6 46.4
②算出 v2 2B- vA 的值2 2 .
() 2h1 1 2 一位同学计算出小球飞行时间的理论值t理= =
③若在实验误差允许的条件下gh = v2- v2AB 2 B 2 A
, g
则机械能守恒定律是正确的. 2×0.420=289.8ms,发现理论值与测量值之差约为10 3ms.
经
方法三:图象法.从纸带上选取多个点,测量从第一点
到其余各点的下落高度h,并计算各点速度的平方v2,然 检查,实验及测量无误,其原因是 .
1 1 (3)另一位同学分析并纠正了上述偏差后,另做了这个实
后以 v2 为纵轴,以2 h
为横轴,根据实验数据绘出 v22 验,竟发现测量值t'依然大于自己得到的理论值t'理,但二者之
h 图线.若在误差允许的条件 下,图 线 是 一 条 过 原 点 的 直 差在3-7ms之间,且初速度越大,差值越小.对实验装置的安装
线,则机械能守恒定律是正确的. 进行检查,确认斜槽槽口与底座均水平,则导致 偏 差 的 原 因
2.注意事项
是
() , .1 实验中打点计时器的安装 两纸带限位孔必须在
, [解析] (1)由表中数据可知,在h 一定时,小球水平位移同一竖直线上 以减小摩擦阻力.
(2)纸带下挂的重物的重力要大些,体积要小. d 与其初速度v0 成正比关系,与h 无关.
(3)实验时必须先接通电源,让打点计时器正常工作 (2)g=10m/s2 为近似值,应该取值g=9.8m/s2,这样计
后才能松开纸带让重锤下落. 算出的t=292.8ms.
(4)纸带上端最好不要悬空提着,而要用手按在墙上, (3)导致偏差的原因是:水平槽口距底板高度h 较大,小球
这样可保证下落的初速度为零,并且纸带上打出的第一个 飞行时受到空气阻力作用
点是清晰的一个小点. [答案] (1)正比() , h
(2)g 取值10m/s2 偏大 (3)水平
5 选择纸带时 前两个点之间的距离应接近2mm.
() , , 槽口距底板高度h 较大,小球飞行时受到空气阻力作用6 测量 下 落 高 度 时 都 必 须 从 起 始 点 算 起 不 能 搞
错,为了减小测量h 值的相对误差,选取的各个计数点要 [真题17] (2023·广东)某同学根据机械能守恒定律,设
离起始点远些,纸带也不宜过长,有效长度可在60~80cm. 计实验探究弹簧的弹性势能与压缩量的关系.
(1)如图(A),将轻质弹簧下端固定于铁架台,在上端的托盘
·178·
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9.8m/s2)
砝码质量(g) 50 100 150
弹簧长度(cm) 8.62 7.63 6.66
(4)电路经检查无误后,闭合开关S,改变滑动变阻器
滑动片的位置,读出几组相应的电流表、电压表的示数I
和U 的值,记入记录表格内,断开开关S,求出电阻R 的平
均值.
(A) (C) (5)将测得R、L、d 的值,
RS
代入电阻率计算公式ρ=L
π·d2R
= 中,计算出金属丝的电阻率4L .
(6)改变L 的长度三次,重复步骤(2)~(5),计算电阻
率的平均值.
(B) (7)整理好实验器材,实验结束.
(2)取下弹簧,将其一端固定于气垫导轨左侧,如图(B)所示;调 2.注意事项
整导轨,使滑块自由滑动时,通过两个光电门的速度大小 . (1)本实验中被测金属导线的电阻值较小,为了减小
() , 实验的系统误差,必须采用电流表外接法;3 用滑块压缩弹簧 记录弹簧的压缩量x;释放滑块,记录
(2)实验 连 线 时,应 先 从 电 源 的 正 极 出 发,依 次 将 电
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
源、开关、电流表、待测金属丝、滑动变阻器连成主干线路,
化为 .
然后再把电压表并联在待测金属丝的两端;
(4)重复(3)中的操作,得到v 与x 的关系如图(C).由图可 (3)测量被测金属导线的有效长度,是指测量待测导
知,v与x 成 关系,由上述实验可得结论:对同一根弹 线接入电路的两个端点之间的长度,即电压表两并入点间
簧,弹性势能与弹簧的 成正比. 的部分待测导线长度,测量时应将导线拉直;
[答案] (1)50 (2)相等 (3)滑块的动能 (4)正比 压 (4)闭合开关S之前,一定要使滑动变阻器的滑动片
缩量的平方 处在有效电阻值最大的位置;
(5)在用伏安法测电阻时,通过待测导线的电流I 的
题源3 电学实验 值不宜过大(电流表用0~0.6A量程),通电时间不宜过
长,以免金属导线的温度过高,造成其电阻率在实验过程
解题模型3.1 中增大;
()
: 求 的平均值可用两种方法
:第一种是算出各次
实验七 测定金属的电阻率(同时练习使用螺旋测微器)
6 R
的测量值,再取平均值,第二种是用图象U I(图线)的斜
1.学会使用各种常用电学仪器,会正确读数 率来求出.若采用图象法,连线时要让各点均匀分布在直线
目的 2.学会使用螺旋测微器并掌握正确的读数方法
两侧,个别明显偏离较远的点可以不予考虑;
3.学会用伏安法测量电阻的阻值,从而测定金属丝的电阻率
(7)连接实物图时,所连的导线不要交叉,且要接到接
用毫米刻度尺测定一段金属丝导线的长度L,用螺旋测微
线柱上;
器测出导线的直径d,用伏安法测出导线的电阻R;由电
原理
· ()电流表与电压表的读数,注意有效数字的个数L , R S πd
2·U 8 .
阻定律R=ρ 得S ρ= L =4L·I
[真题18] (2023·安徽)(1)在测定一根粗细均匀合金丝
被测金属丝、米尺、螺旋测微器、电压表、电流表、直流电
器材 电阻率的实验中,利用螺旋测微器测定合金丝直径的过程如图所
源、开关、滑动变阻器和导线若干
示,校零时的读数为 mm,合金丝的直径为 mm.
1.实验步骤
(1)用螺 旋 测 微 器 在 导 线 的 三 个 不 同 位 置 上 各 测 一
次,取直径d 的平均值,然后计算出导线的横截面积S.
(2)将金属丝两端固定在接线柱上悬空挂直,用毫米
刻度尺测量接入电路的金属丝长度L(即有效长度),反复
测量三次,求出平均值L.
(3)依照下图中所示的电路图用导线把器材连好,并
把滑动变阻器的阻值调至最大. (2)为了精确测量合金丝的电阻Rx,设计出如图1所示的
实验电路图,按照该电路图完成图2中的实物电路连接.
·179·
(2)滑动变阻器采用分压接法.把滑动变阻器的滑动片
调至滑动变阻器的A 端,电路经检查无误后,闭合开关S.
(3)改变滑动变阻器滑动片的位置,读出几组相应的电
流表和电压表的示数I和U,记入记录表格内,断开开关S.
(4)在坐标纸上建立一个直角坐标系,纵轴表示电流
图1 I、横轴表示电压U,用平滑曲线将各数据点连接起来,便得
到伏安特性曲线.
图2 (5)拆去实验线路,整理好实验器材.
[解析] 校零时螺旋测微器读数:0mm+0.01mm×0.7= 2.注意事项
0.007mm;测量时螺旋测微器读数:0.5mm+0.01mm×14.7= (1)因本实验要作出I U 图线,要求测出一组包括零
0.647mm;合 金 丝 的 直 径 的 d=0.647 mm-0.007 mm=
在内的电压、电流值,因此,变阻器要采用分压接法.
0.640mm (2)本实验中,因被测小灯泡电阻较小,因此实验电路[答案] (1)00.07mm 06.40mm (2)实物电路连接如图.
必须采用电流表外接法.
(3)开关闭合后,调节变阻器滑片的位置,使灯泡的电
压逐渐增大,可在电压表读数每增加一个定值(如0.5V)
时,读取一次电流值;调节滑片时应注意使电压表的示数
不要超过小灯泡的额定电压.
(4)开关闭合前变阻器滑片移到图中的A 端.
(5)在坐标纸上建立坐标系,横、纵坐标所取的分度比
例应该适当,尽量使测量数据画出的图线占满坐标纸.连线
解题模型3.2 一定要用平滑的曲线,不能画成折线.
实验八:描述小灯泡的伏安特性曲线
[真题19] (2023·天津)要测绘一个标有“3V,0.6W”小
1.描述小灯泡的伏安特性曲线
目的 灯泡的伏安特性曲线,灯泡两端的电压需要由零逐渐增加到
2.分析伏安特性曲线的变化规律
3V,并便于操作.已选用的器材有:
1.用电流表测出流过小灯泡的电流,用电压表测出小灯泡 电池组(电动势为4.5V,内阻约1Ω);
两端的电压,测出多组(U,I)值,在U I 坐标系中描出各 电流表(量程为0~250mA.内阻约5Ω);
原理 对应点,用一条平滑曲线将这些点连接起来 电压表(量程为0~3V.内限约3kΩ);
2.电流表外接:因小灯泡电阻很小,故采用电流表外接法
电键一个、导线若干.
3.滑动变阻器采用分压式:使电压能从0开始连续变化
(1)实验中所用的滑动变阻器应选下列中的 (填字
小灯泡(“4V 0.7A”或“3.8V 0.3A”)、4V~6V学生
器材 母代号).
电源、滑动变阻器、电压表、电流表、开关、导线、坐标纸
A.滑动变阻器(最大阻值20Ω,额定电流1A)
1.实验步骤 B.滑动变阻器(最大阻值1750Ω,额定电流0.3A)
(1)适当选择电流表、电压表的量程,采用电流表的外 (2)实验的电路图应选用下列的图 (填字母代号).
接法,按图中所示的原理电路图连接好实验电路.
A B
·180·
(2)把变阻器的滑动片移到使阻值最大的一端.
(3)闭合开关,调节变阻器,使电流表有明显示数,记
录一组数据(I、U),用同样方法测量几组I、U 值,记录在自
己设计的表格中.
C D (4)打开开关,整理好器材.
(3)实验得到小灯泡的伏安特性曲线如图所示.如果将这个 (5)处理数据,用公式法和作图法两种方法求出电动
小灯泡接到电动势为1.5V,内阻为50Ω的电源两端,小灯泡消 势和内电阻的值.
耗的功率是 W.
用作图法来处理数据:即在坐标纸上以I 为横坐标,U
为纵坐标,用测出的几组I、U 值画出U I 图象,如图所
示.所得直线跟纵轴的交点即为电动势值,图线斜率的绝对
[解析] (1)实验中所用的滑动变阻器应该便于调节,选择 值即为内电阻r的值.
最大阻值小的A. 2.注意事项
(2)根据题目要求,灯泡两端的电压需要由零逐渐增加到 (1)为了使电池的路端电压变化明显,电池的内阻宜
3V,并便于操作,实验电路应为分压电路,电流表外接,实验的 大些(选用已使用过一段时间的干电池).
电路图应选用图B. (2)电池在大电流放电时极化现象较严重,电动势E
(3)由闭合电路欧姆定律,E=U+Ir,代入数据变化得:I= 会明显下降,内阻r 会明显增大,故长时间放电不宜超过
0.3-0.2U.在小灯泡的伏安特性曲线上画出电源的伏安特性曲
0.3A,短时间放电不宜超过0.5A,因此,实验中不要将I
线I=0.3-0.2U.二线的交点(1.0,0.10)为电路工作点,故P=
调得过大,读电表要快,每次读完后应立即断电.
UI=1.0×0.1W=0.1W. (3)测出不少于6组I、U 数据,且变化范围要大些,用
[答案] (1)A (2)B (3)0.1
方程组求解,要将测出的I、U 数据中,第1和第4为一组、
解题模型3.3 第2和第5为一组、第3和第6为一组,分别解出E、r值再
: 求平均值 实验九 测定电源的电动势和内阻 .
(4)画出U I图,要使较多的点落在这条直线上或使
1.掌握用电压表和电流表测定电源电动势和内阻的方法 各点均匀分布在直线的两侧.
目的 与原理
3.误差分析
2.学习掌握用U I图象处理数据的方法
(1)由于读数误差和电表线性不良引起误差.
如图所示,根据闭合电路 欧 (2)由于导线未焊接在电池的正负极上,因此接触不良造
姆定律U=E-Ir,可知,改 成电池内阻不稳定,单掷开关接触不良造成电池内阻增大.
变R 的阻值,从电压表和电 (3)用图象法求E 和r时,由于作图不准确造成的误差.
流表中读出几组U、I 值,且
4.测电源电动势、内电阻的其他方法
原理 变化范围要大些,然后在U
I图中描点作图,所得直线与 (1)用电阻箱和电流表测定
纵轴(U 轴)的交点即为电源 电路图如图所示.
电动势值;图线的斜率的 绝
对值即为内阻值
器材 电压表、电流表、滑动变阻器、电池、开关和导线
1.实验步骤
(1)电流表用0.6A量程,电压表用3V量程,按图连
接好电路.
·181·
原理:改变电阻箱的阻值,记录R 与I.
{E=I1(R1+r)应用 解出E、r.E=I2(R2+r)
为了准确,可多测几组数据,求平均值,也可以用图象
处理,误差为:E测=E,r测>r.
(2)用电阻箱和电压表测定
电路图如图所示.
图2
序号 1 2 3 4 5 6
电压U(V) 1.45 1.40 1.30 1.25 1.20 1.10
原理:改变电阻箱阻值,记录R 与U. 电流I(A) 0.0600.1200.2400.2600.3600.480
ì UE 1 =U1+Rr (4)根据(3)中所画图线可得出干电池的电动势E= 1
应用 í 解出E、r. V,内电阻r= Ω.
U E=U
2
2+Rr (5)实验中,随着滑动变阻器滑片的移动,电压表的示数U2
, , , 及干电池的输出功率P 都会发生变化.图3的各示意图中正确为了准确 可多测几组数据 求平均值 也可以用图象
反映P—U 关系的是 .
处理,误差为:E测=E,r测[真题20] (2023·北京)利用电流表和电压表测定一节干
电池的电动势和内电阻.要求尽量减小实验误差.
(1)应该选择的实验电路是图1中的 (填“甲”或“乙”).
A B
甲 C D
图3
[解析] 干电池内阻较小,应采用甲图;干电池电动势约为
15.V,应选用3V电压表;在安全的前提下,考虑实验的操作性选用
阻值较小的50Ω变阻器,图象上偏离过大的点应舍去,由图象纵轴
截距得E=14.9V,由斜率得r=0.82Ω,输出功率随U 增大先增大
乙 后减小,但由于电阻R 有限,故U 取最大时P 不能为0,选D.
图1
(2)现有电流表(0~0.6A)、开关和导线若干,以及以下器材:
A. 电压表(0~15V)
B. 电压表(0~3V)
C. 滑动变阻器(0~50Ω)
D. 滑动变阻器(0~500Ω)
实验中电压表应选用 ;滑动变阻器应选用 .
(选填相应器材前的字母)
(3)某位同学记录的6组数据如下表所示,其中5组数据的
对应点已经标在图2的坐标纸上,请标出余下一组数据的对应
点,并画出U-I图线.
·182·
[答案] (1)甲 (2)B C (3)见解析 (4)1.49 0.82
照度(
() lx
) 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
5D
解题模型3.4 电阻(kΩ) 75 40 28 23 20 18
实验十:传感器的简单使用 (1)根据表中数据,请作出阻值随照度变化的曲线,并说明
阻值随照度变化的特点.
1.了解传感器的工作过程,探究敏感元件的特性
目的 (2)如图所示,当1、2两端所加电压上升至2V时,控制开
2.能够简单使用传感器
关自动启动照明系统.请利用下列器材设计一个简单电路,给1、
传感器是将它感受到的物理量(如力、热、光、声等)转换成 2两端提供电压,要求当天色渐暗照度降低至1.0(lx)时启动照
便于测量的量(一般是电学量).其工作过程是通过对某一 明系统,在虚线框内完成电路原理图.(不考虑控制开关对所设
物理量敏感的元件将感受到的信号按一定规律转换成便于 计电路的影响)
原理 利用的信号.例如,光电传感器是利用光敏电阻将光信号转 提供的器材如下:
换成电信号,热电传感器是利用热敏电阻或金属热电阻将
温度信号转换成电信号,转换后的信号经过电子电路的处 光敏电阻RP(符号 ,阻值见上表);
理就可以达到方便检测、自动控制、遥控等各种目的了
直流电源E(电动势3V,内阻不计);
热敏电阻、光敏电阻、烧杯、温度计、热水、多用电表、小灯 定值电阻:R1=10kΩ,R2=20kΩ,R3=40kΩ(限选其中之
器材
泡、学生电源、开关、滑动变阻器、铁架台、导线若干 一并在图中标出);
开关S及导线若干.
1.实验步骤
(1)热敏电阻特性实验
①如图所示将热敏电阻连入电路,欧姆表置于“欧姆”
挡,观察热敏电阻的阻值.
[解析] (1)略
(2)电源电动势为3V,当光敏电阻为20kΩ时,分得电压
, R2Vu= P ·R E
,R1=10kΩ.
P+R1
②分几次向烧杯中倒入开水,逐渐改变水的温度,分 [答案] (1)光敏电阻的阻值随光照度变化的曲线如图所示.
别观察不同温度下热敏电阻的阻值. 特点:光敏电阻的阻值随光照度的增大非线性减小.
(2)光敏电阻特性实验
①按图所示将光敏电阻连入电路中,观察欧姆表的示数.
②用手挡住部分光线或上下移动手掌,观察光敏电阻
的阻值随光线路变化而变化的情况.
2.注意事项
(1)烧杯中倒入开水后,等温度稳定后再读数,同时记 (2)
下温度和电阻值.
(2)欧姆表每次换挡后都要重新调零.
(3)光照强度的变化要明显.
[真题21] (2021·山东)为了节能和环保,一些公共场所
使用光控开关控制照明系统.光控开关可采用光敏电阻来控制,
光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反
映光的强弱,光越强照度越大,照度单位为lx).某光敏电阻RP
在不同照度下的阻值如下表:
·183·
(★代表高考出现的频次)
A组
题源1 基本仪器的原理及读数(★★★★)
1.(2021·宁夏、辽宁)某同学用游标卡尺测量一圆柱体的
长度l,用螺旋测微器测量该圆柱体的直径d,示数如图所示.由
图可读出l= cm,d= mm. 图 1 图2
图 3 图4
挡光片的宽度用螺旋测微器测得,结果如图3所示.圆盘直
径用游标尺测得,结果如图4所示.由图可知:
(1)挡光片的宽度为 mm.
(2)圆盘的直径为 cm.
(3)若光电数字计时器所显示的时间为50.0ms,则圆盘转
动的角速度为 rad/s.(保留3位有效数字)
5.(2020·宁夏)如图为一正在测量中的多用电表表盘.
2.(2020·全国Ⅱ)某同学用螺旋测微器测量一铜丝的直
径,测微器的示数如图所示,该铜丝的直径为 mm.
3.(2021·福建)在通用技术课上,某小组在组装潜艇模型 (1)如果是用×10Ω挡测量电阻,则读数为 Ω.
时,需要一枚截面为外方内圆的小螺母,如图所示.现需要精确 (2)如果是用直流10mA挡测量电流,则读数为 mA.
测量小螺母的内径,可选用的仪器有: (3)如果是用直流5V挡测量电压,则读数为 V.
6.(2022·广东)如图是某同学在做匀变速直线运动实验中
获得的一条纸带.
A.50等分的游标卡尺;B.螺旋测微器. (1)已知打点计时器电源频率为50Hz,则纸带上打相邻两
(1)在所提供的仪器中应选用 . 点的时间间隔为 .
(2)在测量过程中,某同学在小螺母中空部分360°范围内选 (2)ABCD 是纸带上四个计数点,每两个相邻计数点间有四
取不同的位置进行多次测量取平均值的目的是 个点没有画出,从图中读出A、B 两点间距s= ;C 点对
. 应的速度是 (计算结果保留三位有效数字).
4.(2020·四川)一水平放置的圆盘绕过其圆心的竖直轴匀
速转动.盘边缘上固定一竖直的挡光片.盘转动时挡光片从一光电 题源2 力学实验(★★★★)
数字计时器的光电门的狭缝中经过,如图1所示.图2为光电数字 1.(2023·全国)图1为验证牛顿第二定律的实验装置示意
计时器的示意图.光源A 中射出的光可照到B 中接收器上.若A、 图.图中打点计时器的电源为50Hz的交流电源,打点的时间间隔
B 间的光路被遮断,显示器C 上可显示出光线被遮住的时间. 用Δt表示.在小车质量未知的情况下,某同学设计了一种方法用
·184·
来探究“在外力一定的条件下,物体的加速度与其质量间的关系”. .(已知当地的重力加速度为9.791m/s2)
A.61.0mm 65.8mm 70.7mm
B.41.2mm 45.1mm 53.0mm
C.49.6mm 53.5mm 57.3mm
D.60.5mm 61.0mm 60.6mm
3.(2023·天津)某实验小组利用图示的装置探究加速度与
力、质量的关系.
(1)下列做法正确的是 ( )
图1 A.调节滑轮的高度,使牵引木块的细绳与长木板保持平行
(1)完成下列实验步骤中的填空: B.在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时,将装
①平衡小车所受的阻力:小吊盘中不放物块,调整木板右端 有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上
的高度,用手轻拨小车,直到打点计时器打出一系列 C.实验时,先放开木块再接通打点计时器的电源
的点. D.通过增减木块上的砝码改变质量时,不需要重新调节木
②按住小车,在小吊盘中放入适当质量的物块,在小车中放 板倾斜度
入砝码. (2)为使砝码桶及桶内砝码的总重力在数值上近似等于木
③打开打点计时器电源,释放小车,获得带有点列的纸带, 块运动时受到的拉力,应满足的条件是砝码桶及桶内砝码的总
在纸带上标出小车中砝码的质量m. 质量 木块和木块上砝码的总质量(填“远大于”、“远小
④按住小车,改变小车中砝码的质量,重复步骤③. 于”或“近似于”).
⑤在每条纸带上清晰的部分,每5个间隔标注一个计数点.测量
相邻计数点的间距s1,s2,….求出与不同m 相对应的加速度a.
1
⑥以砝码的质量 m 为横坐标, 为纵坐标,在坐标纸上作A
1
出 -m 关系图线.若加速度与小车和砝码的总质量成反比,则A
1
与m 应成 (填“线性”或“非线性”)关系A .
(2)完成下列填空:
①本实验中,为了保证在改变小车中砝码的质量时,小车所
受的拉力近似不变,小吊盘和盘中物块的质量之和应满足的条
件是 .
②设纸带上三个相邻计数点的间距为s1、s2 和s3.a 可用 (3)甲、乙两同学在同一实验室,各取一套图示的装置放在
s1、s3 和Δt表示为a= .图2为用米尺测量某一纸带上 水平桌面上,木块上均不放砝码,在没有平衡摩擦力的情况下,
的s1、s3 的情况,由图可读出s1= mm,s3= 研究加速度a与拉力F 的关系,分别得到图中甲、乙两条直线.
mm.由此求得加速度的大小a= m/s2. 设甲、乙用的木块质量分别为 m甲、m乙,甲、乙用的木块与木板
间的动摩擦因数分别为μ甲,μ乙,由图可知,m甲 m乙,
μ甲 μ乙(填“大于”、“小于”或“等于”).
4.(2023·山东)某同学利用图甲所示的实验装置,探究物
图2 块在水平桌面上的运动规律.物块在重物的牵引下开始运动,重
③图3为所得实验图线的示意图.设图中直线的斜率为k, 物落地后,物块再运动一段距离停在桌面上(尚未到达滑轮处).
在纵轴上的截距为b,若牛顿定律成立,则小车受 到 的 拉 力 从纸带上便于测量的点开始,每5个点取1个计数点,相邻计数
为 ,小车的质量为 . 点间的距离如图乙所示.打点计时器电源的频率为50Hz.
图3
图甲
2.(2022·四川)有4条用打点计时器(所用交流电频率为
50Hz)打出的纸带A、B、C、D,其中一条是做“验证机械能守恒
定律”实验时打出的.为找出该纸带,某同学在每条纸带上取了
点迹清晰的、连续的4个点,用刻度尺测出相邻两个点间距离依
图乙
次为s1、s2、s3.请你根据下列s1、s2、s3 的测量结果确定该纸带为
·185·
(1)通过分析纸带数据,可判断物块在两相邻计数点 (2)图乙是实验中获得的一条纸带的一部分,选取O、A、B、
和 之间某时刻开始减速. C 计数点,已知打点计时器使用的交流电频率为50Hz.则打B 点
(2)计数点5对应的速度大小为 m/s,计数点6对应 时小车的瞬时速度大小为 m/s(保留三位有效数字).
的速度大小为 m/s.(保留三位有效数字)
(3)物块减速运动过程中加速度大小为a= m/s2, 题源3 电学实验(★★★★)
a
若用 来计算物块与桌面间的动摩擦因数(g 为重力加速度),则g 1.(2023·新课程标准Ⅱ)在伏安法测电阻的实验中,待测
计算结果比动摩擦因数的真实值 (填“偏大”或“偏小”). 电阻Rx约为200Ω,电压表V的内阻的为2kΩ,电流表A的内阻
5.(2023·广东)某同学探究弹力与弹簧伸长量的关系. 约为10Ω,测量电路中电流表的连接方式如图(a)或图(b)所示,
(1)将弹簧悬挂在铁架台上,将刻度尺固定在弹簧一侧,弹 U
簧轴线和刻度尺都应在 (填“水平”或“竖直”)方向. 结果由公式Rx= 计算得出,式中U 与I分别为电压表和电流I
(2)弹簧自然悬挂,待弹簧 时,长度记为L0,弹簧 表的示数.若将图(a)和图(b)中电路图测得的电阻值分别记为
下端挂上砝码盘时,长度记为Lx;在砝码盘中每次增加10g砝 Rx 和Rx ,则 (填“Rx ”或“R, x
”)更接近待测电阻的真
码 弹簧长度依次记为L1 至L6,数据如下表: 1 2 1 2
实值,且测量值Rx (填“大于”、“等于”或“小于”)真实1
代表
L L L L L 值,测量值 (填“大于”、“等于”或“小于”)真实值
符号 0 x 1 2 3
L4 L5 L6 Rx2 .
数值
( )25.35 27.35 29.35 31.30 33.4 35.35 37.40 39.30cm
图(a) 图(b)
表中有一个数值记录不规范,代表符号为 .由表可
2.(2023·广东)某同学设计的可调电源电路如图(a)所示,
知所用刻度尺的最小长度为 .
R0为保护电阻,P 为滑动变阻器的滑片,闭合电键S.(3)如图是该同学根据表中数据作的图,纵轴是砝码的质
量,横轴是弹簧长度与 (填“L0”或“L1”)的差值.
图(a) 图(b)
(1)用电压表测量 A、B 两端的电压:将电压表调零,选择
(4)由图可知弹簧的劲度系数为 N/m;通过图和表 0~3V档,示数如图(b),电压值为 V.
可知砝码盘的质量为 g(结果保留两位有效数字,重力 (2)在接通外电路之前,为了保证外电路的安全,滑片P 应
加速度取9.8m/s2). 先置于 端.
6.(2023·福建)在“探究恒力做功与动能改变的关系”实验 (3)要使输出电压U 变大,滑片P 应向 滑动.
中(装置如图甲): (4)若电源电路中不接入R0,则在使用过程中,存在
的风险.(填“断路”或“短路”)
3.(2023·浙江)小明对2B铅笔芯的导电性能感兴趣,于是
用伏安法测量其电阻值.
甲
乙
(1)下列说法哪一项是正确的 .(填选项前字母)
A.平衡摩擦力时必须将钩码通过细线挂在小车上
图1
B.为减小系统误差,应使钩码质量远大于小车质量
C.实验时,应使小车靠近打点计时器由静止释放
·186·
待测电源,电阻箱R(最大阻值999.9Ω),电阻R0(阻值为
3.0Ω),电阻R1(阻值为3Ω),电流表 A(量程为200mA,内阻
RA=6.0Ω),开关S.
实验步骤如下:
①将电阻箱阻值调到最大,闭合开关S;
②多次调解电阻箱,记下电流表的示数I 和电阻箱对应的
阻值R;
1
③以 为纵坐标,
1
R 为横坐标,作 -R 图线(用直线拟合);I I
图2 ④求出直线的斜率k和纵轴上的截距b.
(1)图1是部分连接好的实物电路图,请用电流表外接法完 回答下列问题:
成接线并在图1中画出. (1)
1
分别用E 和r表示电源的电动势和内阻,则 与I R
的
(2)小明用电流表内接法和外接法分别测量了一段2B铅笔
关系式为 .
芯的伏安特性,并将得到的电流、电压数据描到U-I图上,如图
(2)实验得到的部分数据如下表所示,其中电阻R=3.0Ω时
2所示.在图中,由电流表外接法得到的数据点是用 (填
电流表示数如图 所示,读出数据完成下表答: ,
“O”或“X”)
b ①=
表示的.
() ②= .3 请你选择一组数据点,在图2上用作图法作图,并求出
这段铅笔芯的电阻为 Ω. R/Ω 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0
4.(2023·重庆)某照明电路出现故障,其电路如图1所示,
I/A 0.143 0.125 ① 0.100 0.091 0.084 0.077
该电路用标称值12V的蓄电池为电源,导线及其接触完好.维修
人员使用已调好的多用表直流50V挡检测故障.他将黑表笔接 I-1/A-1 6.99 8.00 ② 10.0 11.0 11.9 13.0
在c点,用红表笔分别探测电路的a、b点.
图1
图b
图2
(1)断开开关,红表笔接a 点时多用表指示如图2所示,读
数为 V,说明 正常(选填:蓄电池、保险丝、开
关、小灯).
(2)红表笔接b点,断开开关时,表针不偏转,闭合开关后,多
用表指示仍然和图2相同,可判断发生故障的器件是 .
(选填:蓄电池、保险丝、开关、小灯)
5.(2023·新课程标准Ⅰ)利用如图a所示电路,可测量电
源电动势与内阻,所用的实验器材有:
图c
(3)在图c的坐标系上将点补全并作图,根据图线求得k=
A-1·Ω-1,b= A-1.
(4)根据图线求得电源电动势 E= V,内阻r=
Ω.
6.(2023·天津)现要测量一个未知电阻Rx 的阻值,除Rx
图a 外可用的器材有:
·187·
多用电表(仅欧姆挡可用); (2)根据电路图完成实物图.
一个电池组E(电动势6V);
一个滑动变阻器(0~20Ω,额定电流1A);
两个相同的电流表G(内阻Rg=1000Ω,满偏电流Ig=100μA);
两个标准电阻(R1=29000Ω,R2=0.1Ω);
一个电键S、导线若干.
(1)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”档,调零后测量该电阻,发现指针偏转非常大,最后 (3)调节滑动变阻器,当电流表的示数为0.50A时,电压表
几乎紧挨满偏刻度停下来,下列判断和做法正确的是 ( )
示数如图乙所示,读数为 V.
A. 这个电阻阻值很小,估计只有几欧姆 (4)导线实际长度为 m.(保留两位有效数字)
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”档,调零后测量 B组
D. 如需进一步测量可换“×1k”档,调零后测量
() , , 题源1 基本仪器的原理及读数(2 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 1.在做“验证力的平行四边形定则”实验时,橡皮条的一端
在该元件的符号旁. 固定在木板上,用两个弹簧测力计把橡皮条的另一端拉到某一
确定的O 点,以下操作中错误的是 ( )
A.同一次实验过程中,O 点位置允许变动
B.实验中,弹簧测力计必须与木板平行,读数时视线要正对
弹簧测力计刻度
C.实验中,先将其中一个弹簧测力计沿某一方向拉到最大
量程,然后只需调节另一个弹簧测力计拉力的大小和方向,把橡
皮条另一端拉到O 点
D.实验中,把橡皮条的另一端拉到O 点时,两个弹簧测力
计之间夹角应取90°,以便于算出合力大小
7.(2023·山东)实验室购买了一捆标称长度为100m的铜 2.(2019·广东)实验室新进了一批低电阻的电磁螺线管,
, -8导线 某同学想通过实验测定其实际长度.该同学首先测得导线 已知螺线管使用的金属丝电阻率ρ=1.7×10 Ω·m,课外活动
截面积为1.0mm2,查得铜的电阻率为1.7×10-8Ω·m,再利用 小组的同学设计了一个实验来测算螺线管使用的金属丝长度,
图甲所示电路测出铜导线的电阻R ,从而确定导线的实际长度. 他们选择了多用电表、电流表、电压表、开关、滑动变阻器、螺旋x
测微器(千分尺)、导线和学生电源等.
(1)他们使用多用电表粗测金属丝的电阻,操作过程分以下
三个步骤:(请填写第
②
步操作)
①将红、黑表笔分别插入多用电表的“+”、“-”插孔;选择
电阻挡“×1”.
图甲 图乙 ② .
: ③把红黑表笔分别与螺线管金属丝的两端相接,多用电表可供使用的器材有
: 的示数如图甲所示电流表 量程0.6A,内阻约0.2Ω; .
电压表:量程3V,内阻约9kΩ;
滑动变阻器R1:最大阻值5Ω;
滑动变阻器R2:最大阻值20Ω;
定值电阻:R0=3Ω;
电源:电动势6V,内阻不计;
开关、导线若干.
回答下列问题:
(1)实验中滑动变阻器应选 (填“R1”或“R2”),闭
合开关S前应将滑片移置 端(填“a”或“b”). 甲
·188·
(2)根据多用电表示数,为了减少实验误差,并在实验中获
得较大的电压调节范围,应从图乙的A、B、C、D四个电路中选择
电路来测量金属丝电阻.
A B
C D
图2
图3
乙 (1)以下是实验过程中的一些做法,其中合理的有 .
(3)他们使用千分尺测量金属丝的直径,示数如图丙所示. a. 安装斜槽轨道,使其末端保持水平
金属丝的直径为 mm. b. 每次小球释放的初始位置可以任意选择
c. 每次小球应从同一高度由静止释放
d. 为描出小球的运动轨迹,描绘的点可以用折线连接
(2)实验得到平抛小球的运动轨迹,在轨迹上取一些点,以
平抛起点O 为坐标原点,测量它们的水平坐标x 和竖直坐标y,
图2中y-x2图象能说明平抛小球运动轨迹为抛物线的是
.
丙 (3)图3是某同学根据实验画出的平抛小球的运动轨迹,O
(4)根据多用电表测得的金属丝电阻值,可估算出绕制这个螺 为平抛的起点,在轨迹上任取三点A、B、C,测得A、B 两点竖直
线管所用金属丝的长度约为 m.(结果保留两位有效数字) 坐标y1为5.0cm、y2为45.0cm,A、B 两点水平间距 Δx 为
(5)他们正确连接电路,接通电源后,调节滑动变阻器,发现 40.0cm.则平抛小球的初速度v0为 m/s,若C 点的竖直
电流表始终无示数.请设计一种方案,利用多用电表检查电路故 坐标y3为60.0cm,则小球在C 点的速度vC 为 m/s(结
障并写出判断依据.(只需写出简要步骤) 果保留两位有效数字,g 取10m/s2).
2.(2023·四川)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:
题源2 力学实验(★★★★)
图1
1.(2023·安徽)图1是“研究平抛物体运动”的实验装置
图,通过描点画出平抛小球的运动轨迹.
图2
图1
·189·
(1)为达到平衡阻力的目的,取下细绳及托盘,通过调整垫 消失,因此,每个小球的实际下落时间与它的测量时间相差Δt,
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 这导致实验误差.为此,他分别取高度 H1 和 H2,测量n个小球
做 运动. 下落的总时间T1 和T2.他是否可以利用这两组数据消除Δt对
(2)连接细绳及托盘,放入砝码,通过实验得到图2所示的 实验结果的影响 请推导说明.
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
0.1s的相邻计数点A、B、C、D、E、F、G.实验时小车所受拉力为
0.2N,小车的质量为0.2kg.
请计算小车所受合外力做的功W 和小车动能的变化ΔEk,
补填表中空格(结果保留至小数点后第四位).
O—B O—C O—D O—E O—F
W/J 0.0432 0.0572 0.0734 0.0915
ΔEk/J 0.0430 0.0570 0.0734 0.0907
分析上述数据可知:在实验误差允许的范围内W=ΔEk,与
理论推导结果一致.
(3)实验前已测得托盘质量为7.7×10-3kg,实验时该组同
学放入托盘中的砝码质量应为 kg(g 取9.8m/s2,结果
保留至小数点后第三位). 4.(2023·全国)测量小物块Q 与平板P 之间的动摩擦因
3.(2023·江苏)某兴趣小组利用自由落体运动测定重力加 数的实验装置如图所示.AB 是半径足够大的、光滑的四分之一
速度,实验装置如图所示.倾斜的球槽中放有若干个小铁球,闭 圆弧轨道,与水平固定放置的P 板的上表面BC 在B 点相切,C
合开关K,电磁铁吸住第1个小球.手动敲击弹性金属片 M,M 点在水平地面的垂直投影为C'.重力加速度为g.实验步骤如下:
与触头瞬间分开,第1个小球开始下落,M 迅速恢复,电磁铁又
吸住第2个小球.当第1个小球撞击 M 时,M 与触头分开,第2
个小球开始下落…….这样,就可测出多个小球下落的总时间.
①用天平称出物块Q 的质量m;
②测量出轨道AB 的半径R、BC 的长度L 和CC'的高度h;
③将物块Q 在A 点由静止释放,在物块Q 落地处标记其落
地点D;
④重复步骤③,共做10次;
⑤将10个落地点用一个尽量小的圆围住,用米尺测量圆心
(1)在实验中,下列做法正确的有 . 到C'的距离s.
A.电路中的电源只能选用交流电源 (1)用实验中的测量量表示:
B.实验前应将 M 调整到电磁铁的正下方 (ⅰ)物块Q 到达B 点时的动能EkB= ;
C.用直尺测量电磁铁下端到 M 的竖直距离作为小球下落 (ⅱ)物块Q 到达C 点时的动能EkC= ;
的高度 (ⅲ)在物块Q 从B 运动到C 的过程中,物块Q 克服摩擦力
D.手动敲击 M 的同时按下秒表开始计时 做的功Wf= ;
(2)实验测得小球下落的高度 H=1.980m,10个小球下落 (ⅳ)物块Q 与平板P 之间的动摩擦因数μ= .
的总时间T=6.5s.可求出重力加速度g= m/s2.(结 (2)回答下列问题:
果保留两位有效数字) (ⅰ)实验步骤④⑤的目的是 .
(3)在不增加实验器材的情况下,请提出减小实验误差的两 (ⅱ)已知实验测得的μ 值比实际值偏大,其原因除了实验
个办法. 中测量量的误差之外,其他的可能是 .(写出一个可能
(4)某同学考虑到电磁铁在每次断电后需要时间Δt磁性才 的原因即可)
·190·
5.(2023·浙江)如图所示,装置甲中挂有小桶的细线绕过 阻值R1和A2示数I2.
定滑轮,固定在小车上;装置乙中橡皮筋的一端固定在导轨的左 ③重复步骤②,再测量6组R1和I2;
端,另一端系在小车上.一同学用装置甲和乙分别进行实验,经 ④将实验中得到的7组数据在坐标纸上描点.
正确操作获得两条纸带①和②,纸带上的a、b、c……均为打点计
时器打出的点.
根据实验回答以下问题:
纸带① (1)现有四只供选用的电流表:
A. 电流表(0~3mA,内阻为2.0Ω)
B. 电流表(0~3mA,内阻未知)
C. 电流表(0~0.3A,内阻为5.0Ω)
D. 电流表(0~0.3A,内阻未知)纸带②
A1应选用 ,A2应选用 .
(1)任选一条纸带读出b、c两点间的距离为 ; (2)测得一组R1和I2值后,调整电阻箱R1,使其阻值变小,
(2)任选一条纸带求出c、e两点间的平均速度大小为 要使A1示数I1=0.15A,应让滑动变阻器R 接入电路的阻值
,纸带①和②上c、e两点间的平均速度v① v②(填 (选填“不变”、“变大”或“变小”).
“大于”,“等于”或“小于”); (3)在坐标纸上画出R1与I2的关系图.
(3)图中 (填选项). (4)根据以上实验得出Rx= Ω.
A.两条纸带均为用装置甲实验所得 2.(2023·福建)某研究性学习小组利用伏安法测量某一电
B.两条纸带均为用装置乙实验所得 池组的电动势和内阻,实验原理如图甲所示,其中,虚线框内为
C.纸带①为用装置甲实验所得,纸带②为用装置乙实验 用灵敏电流计G改装后的电流表,V为理想电压表,E 为待测电
所得
阻,S为开关,R 为滑动变阻器,R0是标称值为4.0Ω的电阻.
D.纸带①为用装置乙实验所得,纸带②为用装置甲实验 (1)已知灵敏电流计G的满偏电流为Ig=100μA,内阻Rg
所得
=2.0kΩ,若要改装后的电流表满偏电流为200mA,应并联一
题源3 电学实验(★★★★) 只 Ω(保留一位小数)的定值电阻R1;
(2)根据图甲,用笔画线代替导线将图乙连接成完整电路;
1.(2023·四川)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(10Ω),R1是电阻箱(0~99.9
Ω),R 是滑动变阻器,A1和 A2是电流表,E 是电源(电动势100
V,内阻很小).
甲
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:
①连接好电路,将滑动变阻器R 调到最大;
②闭合S,从最大值开始调节电阻箱R1,先调R1为适当值, 乙
再调滑动变阻器R,使A1示数I1=0.15A,记下此时电阻箱的
·191·
(3)某次实验的数据如下表所示: 为减小测量误差,在实验中,电流表应选用 ,电压
测量次数 1 2 3 4 5 6 7 8 表应选用 (选填器材前的字母);实验电路应采用图1
中的 (选填“甲”或“乙”).
电压表
5.26 5.16 5.04 4.94 4.83 4.71 4.59 4.46
读数U/V
改装表
20 40 60 80 100 120 140 160
读数I/mA
该小组借鉴“研究匀变速直线运动”实验中的逐差法,计算
出电池组的内阻r= Ω(保留两位小数);为减小偶然误 甲 乙
差,逐差法在数据处理方面体现出的主要优点是 . 图1
(4)该小组在前面实验的基础上,为探究图甲电路中各元器 (2)图2是测最Rx 的实验器材实物图,图中已连接了部分
件的实际阻值对测量结果的影响,用一已知电动势和内阻的标 导线.请根据在(1)问中所选的电路图,补充完成图2中实物间的
准电池组,通过上述方法多次测量后发现:电动势的测量值与已 连线.
知值几乎相同,但内阻的测量值总是偏大.若测量过程无误,则
内阻测量值总是偏大的原因是 ( )
A. 电压表内阻的影响
B. 滑动变阻器的最大阻值偏小
C.R1的实际阻值比计算值偏小
D.R0的实际阻值比标称值偏大
3.(2023·新课 程 标 准Ⅱ)某同学用量程为1mA、内阻为
120Ω的表头按照图(a)所示电路改装成量程分别为1V和1A
图2
的多用电表.图中R1 和R2 为定值电阻,S为开关.回答下列问题: (3)接通开关,改变滑动变阻器滑片P 的位置,并记录对应
(1)根据图(a)所示的电路,在图(b)所示的实物图上连线.
的电流表示数I、电压表示数U.某次电表示数如图3所示,可得
该电阻的测量值Rx=U/I= Ω(保留两位有效数字).
图3
(4)若在(1)问中选用甲电路,产生误差的主要原因是
;若在(1)问中选用乙电路产生误差的主要原因是 .
( 图 a) 图(b) (选填选项前的字母)
(2)开关S闭合时,多用电表用于测量 (填“电流”、 A.电流表测量值小于流经Rx 的电流值
“电压”或“电阻”);开关S断开时,多用电表用于测量 B.电流表测量值大于流经Rx 的电流值
(填“电流”、“电压”或“电阻”). C.电压表测量值小于Rx 两端的电压值
(3)表笔A 应为 色(填“红”或“黑”). D.电压表测量值大于Rx 两端的电压值
(4)定值电阻的阻值R1= Ω,R2= Ω. (5)在不损坏电表的前提下,将滑动变阻器滑片P 从一端滑
(结果取3位有效数字) 向另一端,随滑片P 移动距离x 的增加,被测电阻Rx 两端的电
4.(2023·北京)某同学通过实验测定一个阻值约为5Ω的 压U 也随 之 增 加,下 列 反 映 U-x 关 系 的 示 意 图 中 正 确 的
电阻Rx 的阻值. 是 .
(1)现有电源(4V,内阻可不计),滑动变阻器(0~50Ω,额
定电流2A),开关和导线若干,以及下列电表:
A.电流表(0~3A,内阻约0.025Ω)
B.电流表(0~0.6A,内阻约0.125Ω)
C.电压表(0~3V,内阻约3kΩ) A B C
D.电压表(0~15V,内阻约15kΩ) 图4
·192·
5.(2023·上 海)为确定某电子元件的电气特性,做如下
测量.
(1)用多用表测量该元件的电阻,选用“×100”倍率的电阻
挡测量,发现多用表指针偏转过大,因此需选择 倍率的
电阻挡(填“×10”或“×1k”),并 再进行测量,多用表的
示数如图(a)所示,测量结果为 Ω.
图2
7.(2023·福建)硅光电池在无光照时不产生电能,可视为
一电子元件.某实验小组设计如图甲电路,给硅光电池加反向电
(a) 压(硅光电池负极接高电势点,正极接低电势点),探究其在无光
(2)将待测元件(额定电压9V)、蓄电池、滑动变阻器、电流 照时的反向伏安特性.图中电压表的 V1 量程选用3V,内阻为
表、多用表、电键及若干导线连接成电路如图(b)所示.添加连 6.0kΩ;电压表 V2 量程选用15V,内阻约为30kΩ;R0 为保护
线,使电路能测量该元件完整的伏安特性. 电阻;直流电源电动势E 约为12V,内阻不计.
本实验中使用多用表测电压,多用表的选择开关应调到 (1)根据图甲,用笔画线代替导线,将图乙连接成完整电路.
挡(填“直流电压10V”或“直流电压50V”).
(b)
6.(2023·江苏)为探究小灯泡的电功率P 和电压U 的关 甲 乙
系,小明测量小灯泡的电压U 和电流I,利用P=UI 得到电功
率.实验所使用的小灯泡规格为“3.0V,8W”,电源为12V的电
池,滑动变阻器的最大阻值为10Ω.
(1)准备使用的实物电路如图1所示.请将滑动变阻器接入 丙
电路的正确位置.(用笔画线代替导线) (2)用遮光罩罩住硅光电池,闭合开关S,调节变阻器R,读
(2)现有10Ω、20Ω和50Ω的定值电阻,电路中的电阻R1 出电压表V1、V2 的示教U1、U2.
应选 Ω的定值电阻. (ⅰ)某次测量时,电压表V1 示数如图丙,则U1=
(3)测量结束后,应先断开开关,拆除 两端的导线,
V.可算出通过硅光电池的反向电流大小为 mA(保留两
再拆除其他导线,最后整理好器材.
位小数).
(4)小明处理数据后将P、U2 描点在坐标纸上,并作出了一
(ⅱ)该小组测出大量数据,筛选出下表所示的9组U 、U
, , 1 2条直线 如图2所示 请指出图象中不恰当的地方.
数据,算出相应的硅光电池两端反向电压UX 和通过反向电流
IX(表中“-”表示反向),并在坐标纸上建立IX-UX 坐标系,标
出了与表中前5组UX、IX 数据对应的5个坐标点.请你标出余
下的4个坐标点,并绘出IX-UX 图线.
1 2 3 4 5 6 7 8 9
U1/V 0.00 0.00 0.06 0.12 0.24 0.42 0.72 1.14 1.74
U2/V 0.0 1.0 2.1 3.1 4.2 5.4 6.7 8.1 9.7
图1
Ux/V 0.0 -1.0 -2.0 -3.0 -4.0 -5.0 -6.0 -7.0 -8.0
Ix/mA0.00 0.00 -0.01 -0.02 -0.04 -0.07 -0.12 -0.19 -0.29
·193·
(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;
(ⅲ)由I -U 图线可知,硅光电池无光照下加反向电压 (2)然后将S拨向接点2,调节 ,使X X ,记下
时,IX 与UX 成 (填“线性”或“非线性”)关系. 此时RN 的读数;
8.实际电流表有内阻,可等效为理想电流表与电阻的串联. (3)多次重复上述过程,计算RN 读数的 ,此即为待
测量实际电流表G 内阻r 的电路如图所示. 测微安表头内阻的测量值1 1 .
供选择的仪器如下: 10.使用多用电表测量电阻时,多用电表内部的电路可以等
①待测电流表G(0~5mA,内阻约300Ω), 效为一个直流电源(一般为电池)、一个电阻和一表头相串联,两1
②电流表 G2(0~10mA,内阻约100Ω), 个表笔分别位于此串联电路的两端.现需要测量多用电表内电
③定值电阻R (300Ω),④定值电阻 R (10 池的电动势,给定的器材有:待测多用电表,量程为1 2 60mA的电
Ω),⑤滑动变阻器R (0~1000Ω),⑥滑动变 流表,电阻箱,导线若干.实验时,将多用电表调至×1挡,调好零3
阻器R (0~20Ω),⑦干电池(1.5V),⑧开关 点;电阻箱置于适当数值.完成下列填空:4
S及导线若干. (1)仪器连线如图甲所示(a 和b 是多用电表的两个表笔).
(1)定值电阻应选 ,滑动变阻器应选 .(在 若两电表均正常工作,则表笔a为 (填“红”或“黑”)色;
空格内填写序号)
(2)用曲线代替导线连接实物图.
甲
(2)若适当调节电阻箱后,如图甲中多用电表、电流表与电阻箱
的示数分别如图乙、丙、丁所示,则多用电表的读数为 Ω;电
流表读数为 mA;电阻箱的读数为 Ω;
(3)补全实验步骤:
①按电路图连接电路, ;
②闭合开关S,移动滑动触头至某一位置,记录G1,G2 的读
乙 丙
数I1,I2;
③ ;
④以I2 为纵坐标,I1 为横坐标,作出相应图线,如图所示.
(4)根据I2-I1 图线的斜率k 及定值电阻,写出待测电流
表内阻的表达式 .
9.为了测量一微安表头A的内阻,某同学设计了如图所示 丁
的电路.图中A0 是标准电流表,R 和R ()将图甲中多用电表的两表笔短接,此时流过多用电表的0 N 分别是滑动变阻器和 3
电阻箱,S和S1 分别是单刀双掷开关和单刀单掷开关,E 是电 电流为 mA;(保留3位有效数字)
池.完成下列实验步骤中的填空: (4)计算得到多用电表内电池的电动势为 V.(保留
3位有效数字)
·194·-2
专题11 实验与探究()
s
1 BD 2.00×10 /2T= 2×0.1 ms=0.100m/s.
十年高考母题原型训练 题源2 力学实验
A组 1.(1)①间隔均匀 ⑥线性 (2)①远小于小车
s -s
的质量 ② 3 150Δt2 24.2 47.2 1.15 ③1
/k b/k
题源1 基本仪器的原理及读数
【解析】 (1)①平衡好小车所受的阻力,小车做匀
1.2.25 6.860 【解析】 l=22 mm+5× 速运动,打点计时器打出的点间隔基本相等;⑥根据
0.1mm=22.5mm=2.25cm 1 M m
牛顿第二定律可知,F=(M+m)a,故 = + ,
d=6.5mm+36.0×0.01mm=6.860mm. a F F
2.1.880(1.878~1.882均正确) 【解析】 主尺 1则 与m 为一次函数关系,是线性关系.
读得1.5mm;可 动 刻 度 上 读 得38.0×0.01mm= a
(
; 2
)①为保证小车所受拉力近似不变,应满足小
0.380mm 两数相加可得1.880mm.
吊盘和盘中物块的质量之和远小于小车的质量.
3.(1)A (2)减小实验的偶然误差 【解析】
() s3-s1 s3-s11 螺旋测微器虽比游标卡尺更精确,但它无法测内 ②由Δs=aT2 可知,a=2(5Δt)2=
,由图
50Δt2
径,而游标卡尺的内测量爪可测内径,故选 A.(2)多 可读出s1=36.7mm-12.5mm=24.2mm,s3=
次测量取平均值的目的是为了减小实验的偶然误差. 120.0mm-72.8mm=47.2mm,换 算 后 代 入 上 式
4.(1)10.243 (2)24.220 (3)1.69 【解析】 d 中,得a=1.15m/s2.
=10.243mm,D=24.220cm,t=50.0ms, ③设小车质量为 M,由牛顿第二定律可得:F=
l d 2d
t时间内圆盘转过的弧度数θ= , 1 M m 1r =D =D (M+m)a,故 = + ,结合图象可知,a F F F =k
,
2
1,M b圆盘转动的角速度 故F= ,故k F =b M=bF=k .
θ 2d 2×10.243×10-3 2
ω= = = · -1 2.C 【解析】 由s3-s1=2aT ,其中T=0.02t Dt 24.22×10-2×50×10-3rad s ( ) -3
=1.69rad·s-1. s,
70.7-61 ×10
将 四 组 数 据 分 别 代 入 得:a1= 2×0.022
5.(1)60 (2)7.20 (3)3.60 【解析】 多用电 m/s2=12.1m/s2;
表用×10Ω挡测电阻,表面示数为6.0×10Ω=60Ω (53.0-41.2)×10-3
a = m/s22 2 =14.8m/s2;
(估读0) 2×0.02
( ) -3
多用电表用10mA挡测电流,表面示数为7.20 57.3-49.6 ×10a = m/s23 2 =9.625m/s2;2×0.02
mA(每小格0.2mA)(估读0) (60.6-60.5)×10-3 2 2
多用电表用5V挡测电压3.60V(每小格0.1V) a4= / /2×0.022 ms=0.125ms.
(估读0) 而验证机械能守恒定律实验中,由于空气阻力的
6.(1)0.02s (2)0.70cm(0.68~0.72cm即可) 影响,测得的物体下落的加速度比当地的重力加速度
0.100m/s 【解析】 本 题 主 要 考 查 刻 度 尺 的 读 略小,但一定很接近9.791m/s2,故选C正确.
数、利用打点计时器打下的纸带计算瞬时速度、有效 3.(1)AD (2)远小于 (3)小于 大于 【解
数字的要求等,意在考查考生使用仪器、记录、处理实 析】 (1)在利用图示的装置探究加速度与力、质量的
验数据的能力.毫米刻度尺的精确度为0.1mm,故 关系实验中,调节滑轮的高度,使牵引木块的细绳与
AB 间的距离为1.70cm-1.00cm=0.70cm,vC= 长木板保持平行,A正确.在调节木板倾斜度平衡木
·88·
块受到的滑动摩擦力时,应该去掉装有砝码的砝码 做功与动能改变的关系”实验中,平衡摩擦力时要去
桶,选项B错误.实验时,先接通打点计时器的电源再 掉细线另一端的钩码.为减小系统误差,应使钩码质
放开木块,选项C错误.通过增减木块上的砝码改变 量远小于小车质量,A,B错误.实验时,应使小车靠近
质量时,不需要重新调节木板倾斜度,选项D正确. 打点计时器由静止释放,选项C正确.
(2)为使砝码桶及桶内砝码的总重力在数值上近 (2)由匀变速运动规律知,B 点的瞬时速度等于
似等于木块运动时受到的拉力,应满足的条件是砝码
, 18.59-5.53AC 段 的 平 均 速 度 v= ×10-2 m/s
桶及桶内砝码的总质量远小于木块和木块上砝码的 2×0.10
总质量. =0.653m/s.
(3)在没有平衡摩擦力的情况下,研究加速度a 题源3 电学实验
与拉力F 的关系,由牛顿第二定律,F-μmg=ma,
【 】 ()
得到a=F/m-μg.由 图 知 m甲 小 于 m乙, 1.Rx1
大于 小于 解析 图 a 为 内 接μ甲 大
于μ . 法,图(b)为外接法,R
2
x>RVRA,用内接法较为精确,乙
4.(1)6 7(或7 6) (2)1.00 1.20 (3)2.00 内接法测量值偏大,外接法测量值偏小.
偏大 【解析】 (1)由Δs=aT2,相邻的相等的时 2.(1)1.30 (2)A (3)B 端 (4)断路 【解
间内通过的位移差值一定,如果一直做匀加速直线运 析】 (1)根据十分之一估读法,应该为1.30V;(2)接
动,s5,6-s4,5=aT2,s 26, , ,7-s5,6=aT ,可 得s6,7= 通电路前 应该使滑片置于A 端 用电器上的电压为
13.01cm,所以可判断出在6到7的某一个时刻已经 0,这样才能起到外电路的安全保证;(3)要增大外电
;() s2 5 v = 4
,5+s5,6 路电压,需要使滑片滑向B 端;(4)如果电路中不接
开始减速 计数点 的瞬时速度 5 2T = 入保护电阻,电流过大会烧断电路出现断路.
1.00m/s;计数点6的速度v6=v5+aT=1.20m/s; 3.(1)图略 (2)X (3)1.2 【解析】 外接法
(3)从计数点7到计数点11一直做匀减速直线运动, 测量值偏小,由图象斜率知X为外接,铅笔芯电阻较
s7,8+s8,9-s9,10-sa= 10
,11
由 逐 差 法 公 式
4T2 =2.00
小,外 接 法 更 精 确,取 X 点 连 线 求 斜 率,解 得 R
=1.2Ω.
m/s2;在物块运动过程中除了受桌面阻力以外还受到
4. (1)11.5(11.2~11.8 均 可) 蓄 电 池
a
计时器及其他的阻力作用,μmg+f=ma,μ= -g (2)小灯
f a 【解析】 多用表接a,c路端有电压说明蓄电池,如果用 计算动摩擦因数,比真实值偏大
m .g g 正常,多用表接b,c,有电压无电流,说明小灯泡烧坏.
5.(1)竖直 (2)静止 L3 40cm (3)L0 ()1 15+3r 3R5.1 = + (2)0.110 9.09
(4)4.9 10 【解析】 (1)刻度尺应与弹簧轴线平行 I E E
且处于竖直方向;(2)弹簧自然悬挂,待弹簧静止时, (3)图线如下 1 6 (4)3 1
长度记为L0;测弹簧长度的有效位数应为四位,因此
L3 的读数不规范,由 表 可 知,刻 度 尺 的 长 度 至 少 为
40cm;(3)图中纵轴是砝码的质量,横轴是弹簧长度
与弹簧原长即L0 的差值;(4)由图可知弹簧的劲度
mg 60×10-3×9.8
系数为k= /x = 12×10-2 N m=4.9N
/m;由
题可知,挂上砝码盘时x=2cm,由图可知,砝码盘的
质量为10g.
6.(1)C (2)0.653 【解析】 (1)在“探究恒力
·89·
6.(1)AC (2)如图 () l , 1 2, πRd
2
4 由R=ρS S=
则
4πd l= 4 =12m.ρ
(5)方法一:使用多用电表的电 压 挡 位,接 通 电
源,将滑动变阻器先滑到B 端,逐个测量各元件、导
线上的电压,若电压等于或接近电源电压,说明该元
件或导线断路.
7.(1)R2 a (2)如 图 (3)2.29~2.31 方法二:使用多用电表的电阻挡位,断开电路或
(4)93~95 拆下元件、导线,逐个测量各个元件、导线的电阻,若
电阻为无穷大,说明该元件或导线断路.
题源2 力学实验
1.(1)ac (2)C (3)2.0 4.0 【解析】 (1)
“研究平抛物体运动”的实验斜槽轨道末端保持水平
为了保证水平初速度.从同一高度由静止释放为了保
【解析】 用电动势除以各元件大概阻值,计算大 证每次抛出的水平初速度相同.a、c正确.
概的电流,为 保 安 全 需 选 择 阻 值 最 大 值 为20Ω的 1 2
R ,
()平抛物体运动规律:
实验开始前,滑动变阻器滑片应处于最大阻值, 2 x=v0t,y= 得:2 2gt
; ρL U , : SU即a 端 R=S =
知 电线长度
I L= I .
g
y= 2 22x ,y-x 图象是一条倾斜直线.C正确ρ 2v .0
B组 (3) 1由于y= gt2 2y得 ,则 、2 t= t1=0.1sg
题源1 基本仪器的原理及读数 Δxt2=0.3s,所以平抛小球的 初 速 度v0=t -t =2.02 1
1.ACD 【解析】 从橡皮条固定点到O 点的连 m/s.而vcy= 2gy3=23m/s,
线,是合力的作用线方向,如果O 点变动,那么合力
故C 点的速度v 2 2c= v0+vcy =4.0m/s.
的大小、方向都要变化,就不能验证力的平行四边形
2.(1)匀速直线 (2)0.1115 0.1105 (3)0.015
定则,即A选项错.C选项中,因一个弹簧测力计已拉
【解析】 平衡阻力后,小车应该做 匀 速 直 线 运
到最大量程,再通过另一个弹簧测力计拉橡皮条到O
动.在 O—F 过 程 中,小 车 所 受 合 外 力 做 的 功 W =
点时,第一个弹簧测力计可能超过最大量程,造成损
, , F
·OF=0.2×0.5575J=0.1115J.打F 点时速度v
坏 或读数不准 故C选项错.互成角度的两个力的合
, , 66.77-45.75成 是利用平行四边形定则进行合成 两个分力成任 = 2×0.1 ×10
-2m/s,小车动能的变化ΔEk=
意角度都适用,不必成90°,故D选项错. 1 2 1 (66.77-45.75mv = -2 22.(1)②将红、黑表笔短接,调整调零旋钮调零 )2 2 ×0.2× 2×0.1 ×10 J=
(2)D (3)0.260 (4)12 (5)见解析 0.1105J.根据实验时小车所受拉力为0.2N,小车的
【解析】 (1)②将红、黑表笔短接,调整调零旋钮 质量为0.2kg可知,小车质量不是远大于托盘和砝码
调零. MF
质量之和
() , .
由mg-F=ma,F=Ma 可得m=
2 由多用电表可知Rx=4Ω 故用安培表外接 Mg-F
法,又因要获得较大的电压调节范围,所以滑动变阻 =0.02273kg,即托盘和砝码质量之和为0.02273kg,
器必须采用分压接法.故选D. 该组 同 学 放 入 托 盘 中 的 砝 码 质 量 应 为 Δm =
(3)直径d=0.260mm(0.258~0.262mm均对). 0.02273kg-7.7×10-3kg=0.015kg.
·90·
3.(1)BD (2)9.4 (3)增加小球下落的高度; 【解析】 (1)选择纸带①读出b、c两点间的距离
多次重复实验,结果取平均值.(其他答案只要合理也 为2.10cm,选 择 纸 带②读 出b、c 两 点 间 的 距 离 为
可) 2.40cm.
1 T1 1 T2 (2)选择纸带①读出c、e两点间的距离为() ( )2 ( 4.52cm
,
4 由 H1= 和2g n -Δt H2=2g n - 4.52
)2 求出c、e 两 点 间 的 平 均 速 度 大 小 为Δt v=2×0.02×
2n2(
-2
H1- H 22) 10 m/s=1.13m/s.可得g= ( )2 ,因此可以消去T1-T2 选择纸带②读出c、e 两点间的距离为5.00cm.
Δt的影响. 5.00
求出c、e 两 点 间 的 平 均 速 度 大 小 为v= ×
【解析】 (1)电磁铁的磁性与是否交流电无关, 2×0.02
-2
可以使用直流电,A错误.实验前应将 M 调整到电磁 10 m/s=1.25m/s.
铁的正下方,选项B正确.小球直径的影响不应忽略, (3)分析纸带上的点距离可以看出,纸带①做匀
选项C错误.手动敲击 M 的同时,电磁铁断电,小球 加速运动,纸带②做加速度逐渐减小的加速运动最后
开始自由落体运动,按下秒表开始计时,选项D正确. 做匀速运动,所以纸带①为用装置甲实验所得.纸带
(2)由题意知,单个小球自由落体运动的时间为 ②为用装置乙实验所得,选项C正确.
1 2 2H0.65s.由 H= gt 可求出重力加速度2 g=t2 =9.4
题源3 电学实验
m/s2. 1.(1)D C (2)变大 (3)如图 (4)31
()( ) ( )mgs
2
( ) mgs
2
4. 1 ⅰ mgR ⅱ 4h ⅲ mgR- 4h
2
(ⅳ)
R s
L -4hL
(2)减小实验结果的误差 圆弧轨道存在摩擦
(或接缝B 处不平滑等)
【解析】 (1)由机械能守恒定律,物块Q 到达B
点时的动能EkB=mgR;由平抛运动规律,s=vt,h=
1 g
gt2,解得物块从C 点抛出时的速度2 v=s 2h.
物 【解析】 (1)根 据 电 源 电 动 势 和 各 元 件 大 概 阻
1 mgs2 值,确定电流表量程3A,根据实验原理,2 A 不需要知块到达C 1点时的动能EkC=2mv = 4h .
由动能定
道阻值,而A2需要知道阻值,所以A1选D,A2选C.
, mgs
2
理 物块Q 克服摩擦力做的功W =mgR- ;由 (2)R1变小,欲使I1不变,则 与f A1 R1在电路中4h
分压减小,滑动变阻器的分压需增大,所以要增大滑
Wf=μmgL 解得物块Q 与平板P 之间的动摩擦因数
动变阻器阻值.
R s2
μ=L -4hL. (4)由欧姆定律和并联电路电压相等:I1(R1+
(2)多次实验取平均值可以减小误差.实验测得 R0+r1)=I2(Rx+r2),化简得:
R +r
R1=
x 2·
I I2-1
的μ 值比实际值偏大,其原因除了实验中测量的误差
Rx+r2
之外,其他的可能是圆弧轨道存在摩擦、接缝B 处不 (R0+r1),故图象的斜率k= ,I Rx=kI1-r2.1
平滑等. 2.(1)1.0 (2)如图 (3)1.66 充分利用已测
5.(1)①2.10cm或②2.40cm (2)①1.13m/s 得数据 (4)CD
或②1.25m/s 小于 (3)C
·91·
【 】 IgR 解析 由Im=I
g
g+ ,算得 逐R R1=1.0Ω1 【解析】 根据电表偏转尽量大的原则,选择电压
差法可以充分利用数据,电源内阻 表C,电流表B,由于待测电阻Rx 的阻值较小,采用
U4-U8 U3-U7 U2-U6 U1-U5
+ + + 电流表外接的图甲.由图知电流表示数I=0.50A,电I8-I4 I7-I3 I6-I2 I5-Ir= 14 -R0 压 表 示 数U=2.60V,电 阻 的 测 量 值 Rx=U/I=
=1.66Ω. 5.2Ω.若在
(1)问中选用甲电路,产生误差的主要原
, , 因是电压表分流,电流表测量值大于流经 的电流由计算式知 R0偏小则r偏大 而R Rx1计算值比实
, 值;若在(1)问中选用乙电路产生误差的主要原因是际值大则导致电流表示数偏小 使r计算值偏大.
,
() () () 电流表分压 电压表测量值大于Rx 两端的电压值.3. 1 连线如图所示 2 电流 电压 3 黑
设滑动变阻器单位长度电阻为k,由闭合电路欧姆定
(4)1.00 880
, E E律I= ,r+R +(R-kx)U=IRx=x r+Rx+(R-kx)Rx.
由此可知,当x 增大时,U 非线性增大,当x 达到最
大值时,U 等于一个定值,所以反映U-x 关系的示
意图中正确的是C.
5.(1)×10 欧姆调零 70 (2)电路如图. 直
流电压10V
【解析】 (1)根据图(a)的电路图连线.
(2)开关S闭合时,电阻R1 与电流表并联,多用
电表用于测量电流.开关S断开时,电阻R2 与电流表
串联,多用电表用于测量电压. 【解析】 (1)用多用表测量该元件的电阻,选用
(3)根据电流表、电压表电流从电表正接线柱进, “×100”倍率的电阻挡测量,发现多用表指针偏转过
从电表负接线柱出,表笔A 出,表笔A 应为黑色,表 大,说明电阻较小,因此需选择×10倍率的电阻挡,
笔B 应为红色. 换挡后必须进行欧姆调零,测量结果为70Ω.
(4)开关S断 开 时,由 串 联 电 路 知 识,Ig(R2+ (2)要测量 该 元 件 完 整 的 伏 安 特 性,即 电 压 需
Rg)=U,解得R2=880Ω;开关S闭合时,由并联电 从0开始调节,必 须 连 接 成 分 压 电 路.本 实 验 中 使
路知 识,Ig(R2+Rg)=(I-Ig)R1,解 得 R1= 用多用表测电压,多用表的选择开关应调到直流电压
1.00Ω. 10V挡.
4.(1)B C 甲 (2)补充完成的实物间的连 6.(1)如图 (2)10 (3)电池 (4)图线不应画
线如图 (3)5.2 (4)B D (5)C 为直线;横坐标的标度不恰当.
·92·
8.(1)③ ⑥ (2)如下图
【解析】 探究小灯泡的电功率P 和电压U 的关
系,小灯泡的电压需从零开始调节,应该使用分压电 (3)①将滑动触头移到最左端(写最小也可,最大
路.电路中的电阻R1 为保护电阻,应选10Ω的定值 不可)
电阻.测量结束后,应先断开开关,拆除电池两端的导 ③多次移动滑动触头,记录相应的 G1,G2 读数
线,再拆除其他导线,最后整理好器材.由于小灯泡的 I1,I2
电阻随温度的升高而增大,小灯泡的电阻随电压的增 (4)r1=(k-1)R1
大而增大,P 随U2 变化关系不是直线,应该把横坐 【解析】 (1)根 据 实 验 原 理 图,待 测 电 阻r1=
标的标度取的大一些,图线为向下弯曲的,图线不应 (I2-I1)
画为直线. R,因为两电表的量程之差与待测电表的量I1
7.(1)连线如图. 程相当,所以与G1 并联的定值电阻的阻值与r1 差不
多,约为300Ω,故定值电阻选R1;因为原理图中为分
压接法,应 选 用 阻 值 较 小 的 变 阻 器,选 R4. (4)由
(I2-I1)r1= I R1= (I2I -1)R1 得r1=(k-1)R1.1 1
9.(1)R0 标准电流表(或 A0) (2)RN 标准
电流表(或A0)读数仍为I (3)平均值
【解析】 为了测量待测微安表的内阻,把该表看成
(2)(ⅰ)1.40 0.23 (ⅱ)绘出IX-UX 图线如
能显示通过其电流的电阻,标准表能读出电路中的电
图所示. (ⅲ)非线性
流,保证电路中的其余部分电阻不变,电路中的电流不
变,那么变阻箱RN 可以等效替代待测电表的内阻.
10.(1)黑 (2)14.0 53.0 4.6 (3)102
(4)1.54 【解析】 (1)对于多用电表欧姆挡,其电流
从黑表笔流出、从红表笔流入,而电流表则要求电流
从“+”接线柱流入,因此表笔a 为黑色.
(2)多用电表选用×1Ω挡,故多用电表读数为
14.0Ω,电流表量程为0~60mA,故读数为53.0mA,
【解析】 U1=1.4V,RV=6.0kΩ,由欧姆定律 电阻箱的读数为4.6Ω.
可知通过的电流为I=U1/RV=0.23A.根据表中数 (3)~(4)本题考查中值电阻,大家应熟练掌握多
据标出余下的4个坐标点,用描点法平滑曲线绘出 用电表内部构造.
IX-UX 图线如图所示.由IX-UX 图线可知,硅光电 多用电表的中值电阻为多用电表内阻,即15Ω,
池无光照下加反向电压时,IX 与UX 成非线性关系. 多用电表示数为电阻箱与电流表电阻之和为14Ω,
·93·
由闭合电路欧姆定律可得E=I(R+r)=53×(15+ 度,故选D.
14)×10-3V≈1.54V,多用电表的两表笔短接,则流 7.D 【解析】 本题考查考生对分子之间作用
E 53×(15+14) 力的理解.空气容易被压缩是说明空气分子之间的距
过多用电表的电流为I=r = 15 mA= 离很大,两铅块能被压合在一起,钢绳不易被拉断以及
102mA. 水不易被压缩都说明了分子间存在分子力,答案为D.
专题12 热 学 8.BC 【解析】 本题考查分子力做功与分子势
能的关系、功的正负的判断.意在考查考生对基本概
十年高考母题原型训练 念和基本规律的理解能力.对两分子组成的系统,分
子力做正功,分子势能减小;分子力做负功,分子势能
A组
增加.结合图象可知,分子距离由非常近到r1 时,Ep
题源1 分子动理论 减小,分子力做正功;当分子由r1 到r2 时,Ep 减小,
分子力做正功,故分子力为斥力,A错,B对,D错;分
1.AB 【解析】 气体的温度越高饱和气压越 子间距离由r2 继续增大时,分子势能增加,说明分子
大,A对;布朗运动和扩散现象都间接和直接地证明了 力做负功,即分子间表现为引力,故分子间距离为r2
分子永不停息的无规则运动,B对;分子间的引力和斥 时,分子间作用力为零,C项正确.
力都随着分子间的距离增大而减小,斥力减小的更快一
9.D 【解析】 水汽凝结成露珠,水由气态变成
, ; pV些 C错 由 =C 可知,在等压膨胀过程中,压强不变, 液态,分子间的距离在减小,分子间的引力和斥力都T
在增大,D项正确.
体积增大,温度升高,分子的平均动能增大,D错.
2.C 【解析】 温度是分子平均动能的标志,温 题源2 气 体
度升高分子热运动越剧烈,但不是每个分子的动能都
1.AC 【解析】 假定水银柱不动,升高相同的
增大,A错;分子间引力总是随着分子间的距离的减小
pA pA' pA'-pA pA
而增大,B错;物体的内能为分子动能和分子势能之和, 温度,对气体A:T =
得 = ,同理知
1 T2 T2-T1 T1
温度决定分子动能大小,分子势能大小与体积有关,C pB'-pB pB,又因 ,
对;改变物体内能的两种形式为做功和热传递,D . T -T =T pA>错 pB.pA'-pA>pB'-pB2 1 1
3.ACE 【解析】 由热力学第一定律 W+Q= 所以水银柱向上移动,水银柱上下液面差更大,所以
ΔU,知选项A正确,选项B错误;由热力学第二定律 ΔpA>ΔpB,因此A、C正确,D错误.因为水银不可压
知,C、D这些过程在借助于外界帮助的情况下是可以 缩,故ΔVA=ΔVB,B错误.
实现的,选项C正确、选项D错误;由自然界中一切 2.D 【解析】 气体分子虽然都在做无规则的
与热现象有关的过程都是不可逆的,选项E正确. 运动,但遵循统计规律,分子速率呈现“两头少,中间
4.BD 【解析】 布朗运动为固体小颗粒的无规 多”的规律,故正确选项为C.
则运动,A错;布朗运动由于液体分子从各个方向对 3.AD 【解析】 由热力学第一定律ΔU=W+
粒子撞击作用不平衡引起的,C错. Q 和热力学第二定律可得,AD正确;B选项中,气体
5.C 【解析】 气体能够充满密闭容器是因为 体积增大对外做功,但不能确定气体吸放热情况,因
气体分子在做热运动,而气体分子间的距离远大于 此不能确定内能变化,B错;C选项中气体吸收热量
10r0.相互作用力很弱,故气体分子可以自由运动,选 但不能确定做功情况,因此不能确定内能变化,C错.
项C正确,选项ABD错误. 4.A 【解析】 筒内气体不与外界发生热交换,
6.D 【解析】 由于铅柱较软,接触面平滑,压 而 M 下滑时气体体积变小,则外界对气体做功,根据
紧后,铅分子间的距离小到分子引力起主要作用的程 热力学第一定律W+Q=ΔU 可知,气体的内能增大,
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