高考物理一輪復習課件專題十七實驗與探究 (含解析)

考點一力學實驗A組

自主命題·天津卷題組五年高考1.[2018天津理綜,9(2)]某研究小組做“驗證力的平行四邊形定則”實驗,所用器材有:方木板

一塊,白紙,量程為5N的彈簧測力計兩個,橡皮條(帶兩個較長的細繩套),刻度尺,圖釘(若干個)。①具體操作前,同學們提出了如下關于實驗操作的建議,其中正確的有

。A.橡皮條應和兩繩套夾角的角平分線在一條直線上B.重復實驗再次進行驗證時,結點O的位置可以與前一次不同C.使用測力計時,施力方向應沿測力計軸線;讀數(shù)時視線應正對測力計刻度D.用兩個測力計互成角度拉橡皮條時的拉力必須都小于只用一個測力計時的拉力②該小組的同學用同一套器材做了四次實驗,白紙上留下的標注信息有結點位置O、力的標

度、分力和合力的大小及表示力的作用線的點,如下圖所示。其中對于提高實驗精度最有利

的是

。

答案①BC②B解析本題考查“驗證力的平行四邊形定則”實驗。①橡皮條的彈力方向不需要在兩繩套夾角的角平分線上,選項A錯誤;重復實驗,結點O的位置

與上次實驗無關,可以不同,選項B正確;使用測力計時,為避免彈簧與外殼的摩擦,要求施力方

向應沿測力計軸線方向,讀數(shù)時視線應正對測力計刻度,選項C正確;拉力小于彈簧測力計的量

程即可,選項D錯誤。②“驗證力的平行四邊形定則”實驗中,在不超測力計量程的前提下,拉力應盡量大些;確定拉

力方向時,所描點應與O點的距離大些;兩繩套夾角不能過大或過小;作圖示時,所選標度越小,

精度越高。綜上所述,應選B。知識拓展在“驗證力的平行四邊形定則”實驗中,選取合適的標度,按比例作平行四邊形,求

F1和F2的合力,而力F方向應與橡皮條方向共線。2.[2017天津理綜,9(2)]如圖所示,打點計時器固定在鐵架臺上,使重物帶動紙帶從靜止開始自

由下落,利用此裝置驗證機械能守恒定律。

①對于該實驗,下列操作中對減小實驗誤差有利的是

。A.重物選用質(zhì)量和密度較大的金屬錘B.兩限位孔在同一豎直面內(nèi)上下對正C.精確測量出重物的質(zhì)量D.用手托穩(wěn)重物,接通電源后,撤手釋放重物②某實驗小組利用上述裝置將打點計時器接到50Hz的交流電源上,按正確操作得到了一條完

整的紙帶,由于紙帶較長,圖中有部分未畫出,如圖所示。紙帶上各點是打點計時器打出的計時

點,其中O點為紙帶上打出的第一個點。重物下落高度應從紙帶上計時點間的距離直接測出,

利用下列測量值能完成驗證機械能守恒定律的選項有

。A.OA、AD和EG的長度

B.OC、BC和CD的長度C.BD、CF和EG的長度

D.AC、BD和EG的長度答案

①AB②BC解析①選用質(zhì)量和密度較大的金屬錘、限位孔在同一豎直面內(nèi)對正都可以降低摩擦力對

實驗結果造成的誤差,所以A、B正確;動能與重力勢能表達式中都含有質(zhì)量m,可以約去,故不

需要測量出質(zhì)量m的具體數(shù)值,C錯誤;重物下落之前應該用手拉住紙帶上端而不是用手托住

重物,D錯誤。②測出BC和CD的長度就可以計算出打下C點時的速度vC,再測出OC的長度,就可驗證mghCF=

m

是否成立,所以B正確;測出BD、EG的長度可以計算出打下C、F兩點時的速度vC和vF,再測出CF的長度,就可驗證mghCF=

m

-

m

是否成立,所以C正確。3.[2016天津理綜,9(2)]某同學利用圖示裝置研究小車的勻變速直線運動。

①實驗中,必要的措施是

。A.細線必須與長木板平行B.先接通電源再釋放小車C.小車的質(zhì)量遠大于鉤碼的質(zhì)量D.平衡小車與長木板間的摩擦力②他實驗時將打點計時器接到頻率為50Hz的交流電源上,得到一條紙帶,打出的部分計數(shù)點

如圖所示(每相鄰兩個計數(shù)點間還有4個點,圖中未畫出)。s1=3.59cm,s2=4.41cm,s3=5.19cm,s4=

5.97cm,s5=6.78cm,s6=7.64cm。則小車的加速度a=

m/s2(要求充分利用測量的數(shù)據(jù)),

打點計時器在打B點時小車的速度vB=

m/s。(結果均保留兩位有效數(shù)字)

答案①AB②0.800.40解析①若細線與長木板不平行,隨著小車逐漸靠近滑輪,細線與水平方向的夾角增大,小車所

受合力隨之變化,因此小車的加速度發(fā)生變化,即小車不做勻變速直線運動,故細線必須與長木

板平行,A選項必要。先接通電源,待打點計時器穩(wěn)定工作后再釋放小車,點跡按勻變速運動規(guī)

律顯現(xiàn)在紙帶上;若先釋放小車再接通電源,則開始階段點跡不規(guī)律,誤差較大,故B項必要。該

實驗研究小車的勻變速直線運動,與小車所受到的合力及合力大小的計算無關,故C、D項不

必要。②交流電的頻率為f=50Hz,相鄰兩計數(shù)點間的時間間隔t=0.1s,由逐差法可求小車的加速度。a=

=0.80m/s2vB=

=

m/s=0.40m/s4.[2015天津理綜,9(2)]某同學利用單擺測量重力加速度。①為了使測量誤差盡量小,下列說法正確的是

。A.組裝單擺須選用密度和直徑都較小的擺球B.組裝單擺須選用輕且不易伸長的細線C.實驗時須使擺球在同一豎直面內(nèi)擺動D.擺長一定的情況下,擺的振幅盡量大②如圖所示,在物理支架的豎直立柱上固定有擺長約1m的單擺。實驗時,由于僅有量程為20

cm、精度為1mm的鋼板刻度尺,于是他先使擺球自然下垂,在豎直立柱上與擺球最下端處于

同一水平面的位置做一標記點,測出單擺的周期T1;然后保持懸點位置不變,設法將擺長縮短一

些,再次使擺球自然下垂,用同樣方法在豎直立柱上做另一標記點,并測出單擺的周期T2;最后

用鋼板刻度尺量出豎直立柱上兩標記點之間的距離ΔL。用上述測量結果,寫出重力加速度的

表達式g=

。

答案①BC②

解析①應選用密度較大且直徑較小的擺球,A錯。在擺動中要盡力保證擺長不變,故應選用

不易伸長的細線,B對。擺動中要避免單擺成為圓錐擺,擺球要在同一豎直面內(nèi)擺動,C對。擺

動中擺角要控制在5°以內(nèi),所以D錯。②設兩次擺動時單擺的擺長分別為L1和L2,則T1=2π

,T2=2π

,則ΔL=

(

-

),因此,g=

。5.[2014天津理綜,9(2),8分]某同學把附有滑輪的長木板平放在實驗桌上,將細繩一端拴在小車

上,另一端繞過定滑輪,掛上適當?shù)你^碼,使小車在鉤碼的牽引下運動,以此定量探究繩拉力做

功與小車動能變化的關系。此外還準備了打點計時器及配套的電源、導線、復寫紙、紙

帶、小木塊等。組裝的實驗裝置如圖所示。

①若要完成該實驗,必需的實驗器材還有哪些

。②實驗開始時,他先調(diào)節(jié)木板上定滑輪的高度,使牽引小車的細繩與木板平行。他這樣做的目

的是下列的哪個

(填字母代號)。A.避免小車在運動過程中發(fā)生抖動B.可使打點計時器在紙帶上打出的點跡清晰C.可以保證小車最終能夠?qū)崿F(xiàn)勻速直線運動D.可在平衡摩擦力后使細繩拉力等于小車受的合力③平衡摩擦力后,當他用多個鉤碼牽引小車時,發(fā)現(xiàn)小車運動過快,致使打出的紙帶上點數(shù)較

少,難以選到合適的點計算小車速度。在保證所掛鉤碼數(shù)目不變的條件下,請你利用本實驗的

器材提出一個解決辦法:

。④他將鉤碼重力做的功當做細繩拉力做的功,經(jīng)多次實驗發(fā)現(xiàn)拉力做功總是要比小車動能增

量大一些。這一情況可能是下列哪些原因造成的

(填字母代號)。A.在接通電源的同時釋放了小車B.小車釋放時離打點計時器太近C.阻力未完全被小車重力沿木板方向的分力平衡掉D.鉤碼做勻加速運動,鉤碼重力大于細繩拉力答案①刻度尺、天平(包括砝碼)②D③可在小車上加適量的砝碼(或鉤碼)④CD解析①計算小車的動能變化需用天平測質(zhì)量;在計算小車通過的位移、小車的瞬時速度時

都需用刻度尺測距離。②只有繩與板面平行時,才能保證小車運動中與板面間的壓力不變,才

能保證小車所受摩擦力不變,才能保證平衡摩擦力后繩的拉力等于小車所受合力,故D正確。

③要增加紙帶上所打下點的數(shù)目,只有減小小車運動的加速度。在所掛鉤碼數(shù)目不變的情況

下只有增大小車的質(zhì)量,即在車上增加砝碼或鉤碼。④當將鉤碼重力作為小車所受合力時,需

滿足幾個條件:一是摩擦力被平衡,二是繩與板面平行,此二者可保證繩對車的拉力等于車所受

合力,但車加速運動時鉤碼加速下降,鉤碼重力大于繩上拉力,則只有當鉤碼質(zhì)量遠小于小車質(zhì)

量時二者才近似相等,故此情況可能是由C、D原因造成的。6.[2013天津理綜,9(2),6分]某實驗小組利用圖示的裝置探究加速度與力、質(zhì)量的關系。

①下列做法正確的是

(填字母代號)A.調(diào)節(jié)滑輪的高度,使牽引木塊的細繩與長木板保持平行B.在調(diào)節(jié)木板傾斜度平衡木塊受到的滑動摩擦力時,將裝有砝碼的砝碼桶通過定滑輪拴在木

塊上C.實驗時,先放開木塊再接通打點計時器的電源D.通過增減木塊上的砝碼改變質(zhì)量時,不需要重新調(diào)節(jié)木板傾斜度②為使砝碼桶及桶內(nèi)砝碼的總重力在數(shù)值上近似等于木塊運動時受到的拉力,應滿足的條件

是砝碼桶及桶內(nèi)砝碼的總質(zhì)量

木塊和木塊上砝碼的總質(zhì)量。(填“遠大于”、“遠

小于”或“近似等于”)③甲、乙兩同學在同一實驗室,各取一套圖示的裝置放在水平桌面上,木塊上均不放砝碼,在沒

有平衡摩擦力的情況下,研究加速度a與拉力F的關系,分別得到圖中甲、乙兩條直線。設甲、

乙用的木塊質(zhì)量分別為m甲、m乙,甲、乙用的木塊與木板間的動摩擦因數(shù)分別為μ甲、μ乙,由圖

可知,m甲

m乙,μ甲

μ乙。(填“大于”、“小于”或“等于”)

答案①AD②遠小于③小于大于解析①平衡木塊受到的滑動摩擦力時應連好紙帶,以保證木塊受到的合外力為繩子拉力T,

同時砝碼桶不能通過定滑輪拴在木塊上,B項錯誤。為保證小車在由靜止開始運動的同時打

點,應先接通電源再放開小車,所以C項錯誤。②設砝碼和桶的總質(zhì)量為m,木塊及上面砝碼的總質(zhì)量為M,由牛頓第二定律:對m有mg-T=ma,

對M有T=Ma?T=

·mg,可看出當m?M時T≈mg。③F=0時圖線與a軸交點為只有摩擦力作用時木塊的加速度值,μmg=ma?a=μg,由a甲>a乙,可知μ

甲>μ乙;a=0時的臨界拉力F為各自的最大靜摩擦力即滑動摩擦力,由題圖可知μ甲m甲g<μ乙m乙g,由μ

甲>μ乙,得出m甲<m乙。7.(2019課標Ⅰ,22,5分)某小組利用打點計時器對物塊沿傾斜的長木板加速下滑時的運動進行

探究。物塊拖動紙帶下滑,打出的紙帶一部分如圖所示。已知打點計時器所用交流電的頻率

為50Hz,紙帶上標出的每兩個相鄰點之間還有4個打出的點未畫出。在A、B、C、D、E五個

點中,打點計時器最先打出的是

點。在打出C點時物塊的速度大小為

m/s(保

留3位有效數(shù)字);物塊下滑的加速度大小為

m/s2(保留2位有效數(shù)字)。答案

A0.2330.75易錯點撥本題相鄰兩計數(shù)點之間還有4個打出的點未畫出,故T=5×0.02s=0.1s,不可用T=0.0

2s計算。解析本題考查利用打點計時器探究勻變速直線運動的速度和加速度的關系,以及考生處理

實驗數(shù)據(jù)的能力,體現(xiàn)了以科學態(tài)度進行科學探究的核心素養(yǎng)。物塊沿傾斜的木板加速下滑時,紙帶上打出的點逐漸變疏,故A點為先打出的點。vC=

=

m/s=0.233m/sa=

=

m/s2

≈0.75m/s2

8.(2019課標Ⅱ,22,5分)如圖(a),某同學設計了測量鐵塊與木板間動摩擦因數(shù)的實驗。所用器材

有:鐵架臺、長木板、鐵塊、米尺、電磁打點計時器、頻率50Hz的交流電源、紙帶等?；卮?/p>

下列問題:

圖(a)(1)鐵塊與木板間動摩擦因數(shù)μ=

(用木板與水平面的夾角θ、重力加速度g和鐵塊下滑

的加速度a表示)。(2)某次實驗時,調(diào)整木板與水平面的夾角使θ=30°。接通電源,開啟打點計時器,釋放鐵塊,鐵塊

從靜止開始沿木板滑下。多次重復后選擇點跡清晰的一條紙帶,如圖(b)所示。圖中的點為計數(shù)點(每兩個相鄰的計數(shù)點間還有4個點未畫出)。重力加速度為9.80m/s2。可以計算出鐵塊

與木板間的動摩擦因數(shù)為

(結果保留2位小數(shù))。

圖(b)答案(1)

(2)0.35解析本題考查牛頓第二定律及考生的實驗探究能力,體現(xiàn)了科學探究與科學推理的核心素

養(yǎng)。(1)對鐵塊,根據(jù)牛頓第二定律得mgsinθ-μmgcosθ=ma,解得μ=

。(2)利用逐差法可得a=

m/s2=1.97m/s2,由于θ=30°,g=9.80m/s2,則μ=0.35。解題關鍵1.利用牛頓第二定律列方程得出μ的表達式。2.認真讀題,注意g用9.80m/s2來計算,

而不能習慣性用10m/s2來計算。3.利用逐差法,精準計算加速度值。9.(2019課標Ⅲ,22,5分)甲乙兩位同學設計了利用數(shù)碼相機的連拍功能測重力加速度的實驗。

實驗中,甲同學負責釋放金屬小球,乙同學負責在小球自由下落的時候拍照。已知相機每間隔

0.1s拍1幅照片。(1)若要從拍得的照片中獲取必要的信息,在此實驗中還必須使用的器材是

。(填正確

答案標號)A.米尺

B.秒表

C.光電門

D.天平(2)簡述你選擇的器材在本實驗中的使用方法。答:

。(3)實驗中兩同學由連續(xù)3幅照片上小球的位置a、b和c得到ab=24.5cm、ac=58.7cm,則該地

的重力加速度大小為g=

m/s2。(保留2位有效數(shù)字)答案(1)A(2)將米尺豎直放置,使小球下落時盡量靠近米尺(3)9.7解析本題考查了勻變速直線運動中數(shù)據(jù)的處理與加速度的計算,考查了學生的實驗能力,體

現(xiàn)了科學思維中模型建構、科學推理等素養(yǎng)要素,滲透了科技進步的價值觀念。(1)運動時間可由相機拍照的時間間隔來確定,不需要秒表與光電門。本實驗中不需要測量小

球的質(zhì)量,故不需要天平。但需測量小球下落的距離,故需要米尺。(2)由于不知照相機的放大倍數(shù),故不能通過測量小球在照片上下落的距離來獲得小球的實際

下落距離,所以只能將米尺與小球的運動拍攝在同一張照片中。因小球做自由落體運動,故米

尺只能豎直放置。(3)由Δx=gT2得當?shù)氐闹亓铀俣鹊拇笮間=

=

m/s2=9.7m/s2。方法詮釋紙帶問題及類紙帶問題中求物體運動的加速度,當只有兩個連續(xù)數(shù)據(jù)時,可利用Δx

=aT2求解;當只有兩個不連續(xù)的數(shù)據(jù)時,可利用xm-xn=(m-n)aT2計算;而當給定多個連續(xù)數(shù)據(jù)時,則

需采用逐差法計算。10.(2018北京理綜,21,18分)用圖1所示的實驗裝置研究小車速度隨時間變化的規(guī)律。

圖1主要實驗步驟如下:a.安裝好實驗器材,接通電源后,讓拖著紙帶的小車沿長木板運動,重復幾次。b.選出一條點跡清晰的紙帶,找一個合適的點當作計時起點O(t=0),然后每隔相同的時間間隔T

選取一個計數(shù)點,如圖2中A、B、C、D、E、F……所示。

圖2c.通過測量、計算可以得到在打A、B、C、D、E……點時小車的速度,分別記作v1、v2、v3、v

4、v5……d.以速度v為縱軸、時間t為橫軸建立直角坐標系,在坐標紙上描點,如圖3所示。

圖3結合上述實驗步驟,請你完成下列任務:(1)在下列儀器和器材中,還需要使用的有

和

(填選項前的字母)。A.電壓合適的50Hz交流電源B.電壓可調(diào)的直流電源C.刻度尺D.秒表E.天平(含砝碼)(2)在圖3中已標出計數(shù)點A、B、D、E對應的坐標點,請在該圖中標出計數(shù)點C對應的坐標點,

并畫出v-t圖像。(3)觀察v-t圖像,可以判斷小車做勻變速直線運動,其依據(jù)是

。v-t圖

像斜率的物理意義是

。(4)描繪v-t圖像前,還不知道小車是否做勻變速直線運動。用平均速度

表示各計數(shù)點的瞬時速度,從理論上講,對Δt的要求是

(選填“越小越好”或“與大小無關”);從實驗的角

度看,選取的Δx大小與速度測量的誤差

(選填“有關”或“無關”)。(5)早在16世紀末,伽利略就猜想落體運動的速度應該是均勻變化的。當時只能靠滴水計時,為

此他設計了如圖4所示的“斜面實驗”,反復做了上百次,驗證了他的猜想。請你結合勻變速

直線運動的知識,分析說明如何利用伽利略“斜面實驗”檢驗小球的速度是隨時間均勻變化

的。

圖4答案(1)AC(2)如圖所示

(3)小車的速度隨時間均勻變化加速度(4)越小越好有關(5)如果小球的初速度為0,其速度v∝t,那么它通過的位移x∝t2。因此,只要測量小球通過不同

位移所用的時間,就可以檢驗小球的速度是否隨時間均勻變化。解析本題考查研究勻變速直線運動規(guī)律的實驗。(1)打點計時器所用電源為50Hz的交流電源,測量各計數(shù)點間距離需用刻度尺。(2)圖見答案。(3)因為小車的速度隨時間均勻變化,所以小車做勻加速直線運動。由勻加速直線運動中速度

v=v0+at,可知v-t圖像斜率的物理意義是加速度。(4)

=

,若用

表示瞬時速度,Δt越小越好,而選取的Δx大小會影響速度測量值與真實值的偏差大小。(5)設v0=0,v=at,而x=

at2,故可通過位移隨時間的變化情況,判斷速度隨時間的變化情況。解題關鍵實驗原理的認識(1)圖像法是實驗中常用的方法,要學會通過圖像分析問題。(2)測量量的轉(zhuǎn)換是實驗中的常用手段,當某一個物理量不易測量時,可通過該量與其他量的關

系式,轉(zhuǎn)換成其他可測量的物理量。如將速度的測量轉(zhuǎn)換成位移的測量。11.(2018課標Ⅰ,22,5分)如圖(a),一彈簧上端固定在支架頂端,下端懸掛一托盤;一標尺由游標和

主尺構成,主尺豎直固定在彈簧左邊;托盤上方固定有一能與游標刻度線準確對齊的裝置,簡化

為圖中的指針。

現(xiàn)要測量圖(a)中彈簧的勁度系數(shù)。當托盤內(nèi)沒有砝碼時,移動游標,使其零刻度線對準指針,

此時標尺讀數(shù)為1.950cm;當托盤內(nèi)放有質(zhì)量為0.100kg的砝碼時,移動游標,再次使其零刻度

線對準指針,標尺示數(shù)如圖(b)所示,其讀數(shù)為

cm。當?shù)氐闹亓铀俣却笮?.80m/s

2,此彈簧的勁度系數(shù)為

N/m(保留3位有效數(shù)字)。解析本題考查游標卡尺的讀數(shù)方法和胡克定律。此標尺為二十分度的標尺,精確度為0.05

mm,讀數(shù)=整毫米數(shù)(主尺)+n×精確度,所以讀數(shù)為37mm+15×0.05mm=37.75mm=3.775cm。當托盤中放入砝碼穩(wěn)定時,彈簧的伸長量Δx=3.775cm-1.950cm=1.825cm。由平衡條件得F=

mg,由胡克定律得F=k·Δx,聯(lián)立得k=53.7N/m。答案3.77553.712.(2017課標Ⅲ,22,6分)某探究小組做“驗證力的平行四邊形定則”實驗,將畫有坐標軸(橫軸

為x軸,縱軸為y軸,最小刻度表示1mm)的紙貼在水平桌面上,如圖(a)所示。將橡皮筋的一端Q

固定在y軸上的B點(位于圖示部分之外),另一端P位于y軸上的A點時,橡皮筋處于原長。(1)用一只測力計將橡皮筋的P端沿y軸從A點拉至坐標原點O,此時拉力F的大小可由測力計讀

出。測力計的示數(shù)如圖(b)所示,F的大小為

N。(2)撤去(1)中的拉力,橡皮筋P端回到A點;現(xiàn)使用兩個測力計同時拉橡皮筋,再次將P端拉至O

點。此時觀察到兩個拉力分別沿圖(a)中兩條虛線所示的方向,由測力計的示數(shù)讀出兩個拉力

的大小分別為F1=4.2N和F2=5.6N。(ⅰ)用5mm長度的線段表示1N的力,以O為作用點,在圖(a)中畫出力F1、F2的圖示,然后按平行

四邊形定則畫出它們的合力F合;圖(a)圖(b)(ⅱ)F合的大小為

N,F合與拉力F的夾角的正切值為

。若F合與拉力F的大小及方向的偏差均在實驗所允許的誤差范圍之內(nèi),則該實驗驗證了力的平

行四邊形定則。答案(1)4.0(2)(ⅰ)F1、F2和F合如圖所示

(ⅱ)4.00.05解析(1)測力計讀數(shù)時需要進行估讀,此測力計分度值為0.2N,則F的大小為4.0N。(2)(ⅰ)作力的圖示時,要選好標度,再根據(jù)F1、F2的方向及大小作出相應兩力的圖示,圖見答

案。分別以F1、F2為鄰邊作平行四邊形并作出F1、F2之間的對角線,即得F合。(ⅱ)表示F合的線段的長度為20.0mm,根據(jù)標度算出F合大小為4.0N。實際合力F的方向沿AO

方向,對角線為F合方向,則兩者夾角θ的正切值tanθ=

=

=0.05。命題意圖本題考查驗證力的平行四邊形定則實驗。易錯分析測力計讀數(shù)時要注意估讀。13.(2016課標Ⅰ,22,5分)某同學用圖(a)所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律,其中打點計時器

的電源為交流電源,可以使用的頻率有20Hz、30Hz和40Hz。打出紙帶的一部分如圖(b)所

示。

圖(a)圖(b)該同學在實驗中沒有記錄交流電的頻率f,需要用實驗數(shù)據(jù)和其他題給條件進行推算。(1)若從打出的紙帶可判定重物勻加速下落,利用f和圖(b)中給出的物理量可以寫出:在打點計

時器打出B點時,重物下落的速度大小為

,打出C點時重物下落的速度大小為

,重物下落的加速度大小為

。(2)已測得s1=8.89cm,s2=9.50cm,s3=10.10cm;當?shù)刂亓铀俣却笮?.80m/s2,實驗中重物受到

的平均阻力大小約為其重力的1%。由此推算出f為

Hz。答案(1)

(s1+s2)f

(s2+s3)f

(s3-s1)f2(2)40解析(1)勻變速直線運動中,某一段位移的平均速度等于中間時刻的瞬時速度:vB=

=

(s1+s2)f,同理vC=

(s2+s3)f,加速度a=

=

(s3-s1)f2。(2)由牛頓第二定律可知:mg-0.01mg=maa=0.99g

①又由(1)問知:a=

②①②聯(lián)立得f=40Hz解題技巧

(1)考查通過處理紙帶求瞬時速度和加速度的方法。(2)要求推算打點計時器所用

電源的頻率,問題新穎,但應注意到加速度表達式中,加速度與頻率的相關性,只要知道加速度

就可求出頻率。由給出的受力情況,根據(jù)牛頓第二定律可求出加速度,再代入第(1)問中加速度

的表達式求出頻率。14.[2016北京理綜,21(2),0.74]利用圖1裝置做“驗證機械能守恒定律”實驗。

圖1①為驗證機械能是否守恒,需要比較重物下落過程中任意兩點間的

。A.動能變化量與勢能變化量B.速度變化量與勢能變化量C.速度變化量與高度變化量②除帶夾子的重物、紙帶、鐵架臺(含鐵夾)、電磁打點計時器、導線及開關外,在下列器材

中,還必須使用的兩種器材是

。A.交流電源

B.刻度尺

C.天平(含砝碼)③實驗中,先接通電源,再釋放重物,得到圖2所示的一條紙帶。在紙帶上選取三個連續(xù)打出的

點A、B、C,測得它們到起始點O的距離分別為hA、hB、hC。已知當?shù)刂亓铀俣葹間,打點計時器打點的周期為T。設重物的質(zhì)量為m。從打O點到打B點

的過程中,重物的重力勢能變化量ΔEp=

,動能變化量ΔEk=

。

圖2④大多數(shù)學生的實驗結果顯示,重力勢能的減少量大于動能的增加量,原因是

。A.利用公式v=gt計算重物速度B.利用公式v=

計算重物速度C.存在空氣阻力和摩擦阻力的影響D.沒有采用多次實驗取平均值的方法⑤某同學想用下述方法研究機械能是否守恒:在紙帶上選取多個計數(shù)點,測量它們到起始點O

的距離h,計算對應計數(shù)點的重物速度v,描繪v2-h圖像,并做如下判斷:若圖像是一條過原點的直

線,則重物下落過程中機械能守恒。請你分析論證該同學的判斷依據(jù)是否正確。答案①A②AB③-mghB

m

④C⑤見解析解析①重物的機械能指它的動能和重力勢能,所以機械能是否守恒要看動能和重力勢能變

化量是否相等,所以選A項。②因為電磁打點計時器用6V以下交流電源,所以A項器材需要;實驗中需要用刻度尺測紙帶上

點間距離,所以B項器材需要;因為動能變化、重力勢能變化都是對同一重物而言的,所以不需

要測它的質(zhì)量,故C項不需要。③從打O點到打B點的過程中重物的重力勢能在減少,所以ΔEp=-mghB,再由

=

得打B點時重物的速度為vB=

,故動能變化量為ΔEk=

m

-0=

m

。④因為做實驗時存在空氣阻力和紙帶與打點計時器間的摩擦阻力,故重物下落過程不是自由

落體運動,所以|ΔEp|>ΔEk,所以C項正確。⑤該同學的判斷依據(jù)不正確。在重物下落h的過程中,若阻力f恒定,根據(jù)mgh-fh=

mv2-0?v2=2(g-

)h可知,v2-h圖像就是過原點的一條直線。要想通過v2-h圖像的方法驗證機械能是否守恒,還必須看圖像的斜率是否接近2g。解題指導用勻變速直線運動某段時間的中間時刻速度等于平均速度即

=

,求出瞬時速度,再求動能的變化量?？疾辄c驗證機械能守恒。15.[2015北京理綜,21(2)]用單擺測定重力加速度的實驗裝置如圖1所示。圖1①組裝單擺時,應在下列器材中選用

(選填選項前的字母)。A.長度為1m左右的細線B.長度為30cm左右的細線C.直徑為1.8cm的塑料球D.直徑為1.8cm的鐵球②測出懸點O到小球球心的距離(擺長)L及單擺完成n次全振動所用的時間t,則重力加速度g=

(用L、n、t表示)。③下表是某同學記錄的3組實驗數(shù)據(jù),并做了部分計算處理。組次123擺長L/cm80.0090.00100.0050次全振動時間t/s90.095.5100.5振動周期T/s1.801.91

重力加速度g/(m·s-2)9.749.73

請計算出第3組實驗中的T=

s,g=

m/s2。

圖2④用多組實驗數(shù)據(jù)作出T2-L圖像,也可以求出重力加速度g。已知三位同學作出的T2-L圖線的

示意圖如圖2中的a、b、c所示,其中a和b平行,b和c都過原點,圖線b對應的g值最接近當?shù)刂亓?/p>

加速度的值。則相對于圖線b,下列分析正確的是

(選填選項前的字母)。A.出現(xiàn)圖線a的原因可能是誤將懸點到小球下端的距離記為擺長LB.出現(xiàn)圖線c的原因可能是誤將49次全振動記為50次C.圖線c對應的g值小于圖線b對應的g值⑤某同學在家里測重力加速度。他找到細線和鐵鎖,制成一個單擺,如圖3所示。由于家里只

有一根量程為30cm的刻度尺,于是他在細線上的A點做了一個標記,使得懸點O到A點間的細線長度小于刻度尺量程。保持該標記以下的細線長度不變,通過改變O、A間細線長度以改變

擺長。實驗中,當O、A間細線的長度分別為l1、l2時,測得相應單擺的周期為T1、T2。由此可得

重力加速度g=

(用l1、l2、T1、T2表示)。

圖3答案①AD②

③2.019.76④B⑤

解析①用單擺測定重力加速度的實驗中,要求小球可看成質(zhì)點,因此擺線長度要遠大于球的

直徑,故選用長度為1m左右的細線;為減小空氣阻力的影響,擺球應選用質(zhì)量大體積小的,故選

用鐵球,選項A、D正確。②由單擺周期公式T=2π

及T=

可知g=

=

③由T=

可知T3=

s=2.01sg=

=

m/s2≈9.76m/s2④由T=2π

可得T2=

L,T2-L圖線應為過坐標原點的直線,圖線a和圖線b平行,且在T2一定時,圖線a對應的L小于圖線b對應的L,因此出現(xiàn)圖線a的原因可能是誤將懸點到小球上端的距

離記為擺長L,選項A錯;圖線c的斜率小于圖線b的斜率,由T2=

L及g=

可知圖線c對應的g值應大于圖線b對應的g值,B正確,C錯誤。⑤設標記以下的細線長度為l0則有

=

(l0+l1)

=

(l0+l2)聯(lián)立得g=

考查點用單擺測重力加速度。解題指導(1)單擺在擺角很小的條件下,才能近似為簡諧運動。組建單擺時,應選用擺線細而

長,擺球重而小的。(2)要注意t是完成n次全振動的總時間。(3)在用圖像處理數(shù)據(jù)時,要注意圖線的函數(shù)關系式。16.[2011北京理綜,21(2)]如圖1,用“碰撞實驗器”可以驗證動量守恒定律,即研究兩個小球在

軌道水平部分碰撞前后的動量關系。①實驗中,直接測定小球碰撞前后的速度是不容易的。但是,可以通過僅測量

(填選

項前的符號),間接地解決這個問題。A.小球開始釋放高度hB.小球拋出點距地面的高度HC.小球做平拋運動的射程②圖1中O點是小球拋出點在地面上的垂直投影。實驗時,先讓入射球m1多次從斜軌上S位置

靜止釋放,找到其平均落地點的位置P,測量平拋射程OP。圖1然后,把被碰小球m2靜置于軌道的水平部分,再將入射球m1從斜軌上S位置靜止釋放,與小球m2

相碰,并多次重復。接下來要完成的必要步驟是

。(填選項前的符號)A.用天平測量兩個小球的質(zhì)量m1、m2B.測量小球m1開始釋放高度hC.測量拋出點距地面的高度HD.分別找到m1、m2相碰后平均落地點的位置M、NE.測量平拋射程OM,ON③若兩球相碰前后的動量守恒,其表達式可表示為

(用②中測量的量表示);若碰撞是

彈性碰撞,那么還應滿足的表達式為

(用②中測量的量表示)。④經(jīng)測定,m1=45.0g,m2=7.5g,小球落地點的平均位置距O點的距離如圖2所示。碰撞前、后m1

的動量分別為p1與p1',則p1∶p1'=

∶11;若碰撞結束時m2的動量為p2',則p1'∶p2'=11∶

。

圖2實驗結果說明,碰撞前、后總動量的比值

為

。⑤有同學認為,在上述實驗中僅更換兩個小球的材質(zhì),其他條件不變,可以使被碰小球做平拋運

動的射程增大。請你用④中已知的數(shù)據(jù),分析和計算出被碰小球m2平拋運動射程ON的最大值

為

cm。答案①C②ADE或(DEA或DAE)③m1·OM+m2·ON=m1·OP

m1·OM2+m2·ON2=m1·OP2④142.91~1.01⑤76.8解析小球碰前和碰后的速度都用平拋運動來測定,即v=

。而由H=

gt2知,每次豎直高度相等,平拋時間相等。即m1

=m1

+m2

;則可得m1·OP=m1·OM+m2·ON。故只需測射程,因而選C;由表達式知:在OP已知時,需測量m1、m2、OM和ON。故必要步驟A、D、E若為彈性碰撞

同時滿足動能守恒。

m1

=

m1

+

m2

m1·OP2=m1·OM2+m2·ON2p1=m1·

p1'=m1·

故p1∶p1'=OP∶OM=44.80∶35.20=14∶11p2'=m2·

p1'∶p2'=

∶

=11∶2.9故

=

=1其他條件不變,使ON最大,則m1、m2發(fā)生彈性碰撞。則其動量和能量均守恒,可得v2=

,而v2=

,v0=

故ON=

·OP=

×44.80cm=76.8cm17.(2018課標Ⅲ,22,6分)甲、乙兩同學通過下面的實驗測量人的反應時間。實驗步驟如下:(1)甲用兩個手指輕輕捏住量程為L的木尺上端,讓木尺自然下垂。乙把手放在尺的下端(位置

恰好處于L刻度處,但未碰到尺),準備用手指夾住下落的尺。(2)甲在不通知乙的情況下,突然松手,尺子下落;乙看到尺子下落后快速用手指夾住尺子。若

夾住尺子的位置刻度為L1,重力加速度大小為g,則乙的反應時間為

(用L、L1和g表

示)。(3)已知當?shù)氐闹亓铀俣却笮間=9.80m/s2,L=30.0cm,L1=10.4cm。乙的反應時間為

s。(結果保留2位有效數(shù)字)(4)寫出一條能提高測量結果準確程度的建議:

。C組教師專用題組答案(2)

(3)0.20(4)多次測量取平均值;初始時乙的手指盡可能接近尺子解析本題考查自由落體運動的應用。(2)(3)木尺做自由落體運動,由位移公式可得L-L1=

gt2,解得t=

=

s=0.20s。18.(2018課標Ⅱ,23,9分)某同學用圖(a)所示的裝置測量木塊與木板之間的動摩擦因數(shù)?？邕^

光滑定滑輪的細線兩端分別與木塊和彈簧秤相連,滑輪和木塊間的細線保持水平,在木塊上方

放置砝碼。緩慢向左拉動水平放置的木板,當木塊和砝碼相對桌面靜止且木板仍在繼續(xù)滑動

時,彈簧秤的示數(shù)即木塊受到的滑動摩擦力的大小。某次實驗所得數(shù)據(jù)在下表中給出,其中f4

的值可從圖(b)中彈簧秤的示數(shù)讀出。圖(a)砝碼的質(zhì)量m/kg0.050.100.150.200.25滑動摩擦力f/N2.152.362.55f42.93圖(b)圖(c)回答下列問題:(1)f4=

N;(2)在圖(c)的坐標紙上補齊未畫出的數(shù)據(jù)點并繪出f-m圖線;(3)f與m、木塊質(zhì)量M、木板與木塊之間的動摩擦因數(shù)μ及重力加速度大小g之間的關系式為f

=

,f-m圖線(直線)的斜率的表達式為k=

;(4)取g=9.80m/s2,由繪出的f-m圖線求得μ=

。(保留2位有效數(shù)字)答案(1)2.75(2)如圖所示

(3)μ(M+m)g

μg(4)0.40解析本題考查物體的平衡、滑動摩擦力的計算及分析圖像的能力。(1)由圖可知彈簧秤的讀數(shù)為2.75N。(2)畫圖線時應使盡可能多的點落在線上,不在線上的點應均勻分布在線的兩側(cè)。(3)以木塊和砝碼為研究對象,整體水平方向受木板的滑動摩擦力和細線的拉力,f=μ(M+m)g,整

理得f=μmg+μMg,故f-m圖線的斜率k=μg。(4)由圖知k=3.9N/kg,故μ=

=0.40。19.(2017課標Ⅰ,22,5分)某探究小組為了研究小車在桌面上的直線運動,用自制“滴水計時

器”計量時間。實驗前,將該計時器固定在小車旁,如圖(a)所示。實驗時,保持桌面水平,用手

輕推一下小車。在小車運動過程中,滴水計時器等時間間隔地滴下小水滴,圖(b)記錄了桌面上

連續(xù)的6個水滴的位置。(已知滴水計時器每30s內(nèi)共滴下46個小水滴)

圖(a)

圖(b)(1)由圖(b)可知,小車在桌面上是

(填“從右向左”或“從左向右”)運動的。(2)該小組同學根據(jù)圖(b)的數(shù)據(jù)判斷出小車做勻變速運動。小車運動到圖(b)中A點位置時的

速度大小為

m/s,加速度大小為

m/s2。(結果均保留2位有效數(shù)字)答案(1)從右向左(2)0.190.037解析

本題考查研究勻變速直線運動。(1)由于小車獲得速度后在摩擦力作用下減速運動,故

相鄰水滴間的距離逐漸減小,結合圖(b)可知小車向左運動。(2)由題意知,30s內(nèi)滴下46滴水,共

45個時間間隔,故相鄰兩滴水的時間間隔T=

s=

s。由勻變速直線運動中平均速度等于中間時刻的瞬時速度可得vA=

mm/s=0.19m/s。由逐差法得小車運動的加速度為a=

mm/s2=0.037m/s2。方法技巧“紙帶”的處理處理“紙帶”時,對于勻變速直線運動,求某點的瞬時速度需利用

=

,求加速度時應利用Δx=aT2。當需要考慮減小偶然誤差時,應采用逐差法求加速度。20.(2017課標Ⅱ,22,6分)某同學研究在固定斜面上運動物體的平均速度、瞬時速度和加速度

之間的關系。使用的器材有:斜面、滑塊、長度不同的矩形擋光片、光電計時器。

實驗步驟如下:①如圖(a),將光電門固定在斜面下端附近;將一擋光片安裝在滑塊上,記下?lián)豕馄岸讼鄬τ?/p>

斜面的位置,令滑塊從斜面上方由靜止開始下滑;②當滑塊上的擋光片經(jīng)過光電門時,用光電計時器測得光線被擋光片遮住的時間Δt;③用Δs表示擋光片沿運動方向的長度[如圖(b)所示],

表示滑塊在擋光片遮住光線的Δt時間內(nèi)的平均速度大小,求出

;④將另一擋光片換到滑塊上,使滑塊上的擋光片前端與①中位置相同,令滑塊由靜止開始下滑,

重復步驟②、③;⑤多次重復步驟④;⑥利用實驗中得到的數(shù)據(jù)作出

-Δt圖,如圖(c)所示。

圖(c)完成下列填空:(1)用a表示滑塊下滑的加速度大小,用vA表示擋光片前端到達光電門時滑塊的瞬時速度大小,

則

與vA、a和Δt的關系式為

=

。(2)由圖(c)可求得,vA=

cm/s,a=

cm/s2。(結果保留3位有效數(shù)字)答案(1)vA+

Δt(2)52.116.3解析本題考查勻變速直線運動中平均速度、瞬時速度和加速度之間的關系。擋光片通過光電門的平均速度

等于Δt時間段的中間時刻的速度由v=v0+at可知

=vA+a

即

=vA+

a·Δt,由圖像的截距可知vA=52.12cm/s≈52.1cm/s其斜率k=

a,故物體的加速度a=2k=16.3cm/s2

21.(2016課標Ⅱ,22,6分)某物理小組對輕彈簧的彈性勢能進行探究,實驗裝置如圖(a)所示:輕彈

簧放置在光滑水平桌面上,彈簧左端固定,右端與一物塊接觸而不連接,紙帶穿過打點計時器并

與物塊連接。向左推物塊使彈簧壓縮一段距離,由靜止釋放物塊,通過測量和計算,可求得彈簧

被壓縮后的彈性勢能。

圖(a)(1)實驗中涉及下列操作步驟:①把紙帶向左拉直②松手釋放物塊③接通打點計時器電源④向左推物塊使彈簧壓縮,并測量彈簧壓縮量上述步驟正確的操作順序是

(填入代表步驟的序號)。(2)圖(b)中M和L紙帶是分別把彈簧壓縮到不同位置后所得到的實際打點結果。打點計時器所

用交流電的頻率為50Hz。由M紙帶所給的數(shù)據(jù),可求出在該紙帶對應的實驗中物塊脫離彈簧

時的速度為

m/s。比較兩紙帶可知,

(填“M”或“L”)紙帶對應的實驗中彈簧被

壓縮后的彈性勢能大。

圖(b)答案(1)④①③②(2)1.29

M解析(1)實驗步驟中,一定要注意接通打點計時器電源之后再松手釋放物塊。若次序搞反,可

能造成物塊已離開桌面但打點計時器還沒有開始工作。(2)從紙帶上看,最后兩個數(shù)據(jù)2.58cm、2.57cm相差不大,表示物塊已經(jīng)脫離彈簧,所以速度v=

×10-2m/s≈1.29m/s,同理可計算出打下L紙帶時物塊脫離彈簧的速度要小一些。審題指導通過打點計時器打下的紙帶可分析物體的運動過程。本題中,從前面幾個數(shù)據(jù)可

以看出相等時間內(nèi)的位移逐漸增大,表明此階段物塊在彈簧彈力作用下加速運動,從后面兩個

數(shù)據(jù)可以看出相等時間內(nèi)的位移幾乎不變,表明此階段物塊已經(jīng)脫離了彈簧,近似做勻速直線

運動。評析本題考查打點計時器的相關實驗,與探究彈簧彈性勢能相結合,不落俗套。22.(2015課標Ⅱ,22,6分,0.395)某同學用圖(a)所示的實驗裝置測量物塊與斜面之間的動摩擦因

數(shù)。已知打點計時器所用電源的頻率為50Hz,物塊下滑過程中所得到的紙帶的一部分如圖

(b)所示,圖中標出了五個連續(xù)點之間的距離。

(1)物塊下滑時的加速度a=

m/s2,打C點時物塊的速度v=

m/s;(2)已知重力加速度大小為g,為求出動摩擦因數(shù),還必須測量的物理量是

(填正確答案標

號)。A.物塊的質(zhì)量B.斜面的高度C.斜面的傾角答案(1)3.25(2分)1.79(2分)(2)C(2分)解析(1)a=

=3.25m/s2vC=

=1.79m/s(2)因為a=(mgsinθ-μmgcosθ)/m=gsinθ-μgcosθ所以μ=

欲求出μ還需知道斜面傾角,故選C項。23.(2015課標Ⅰ,22,6分,0.369)某物理小組的同學設計了一個粗測玩具小車通過凹形橋最低點

時的速度的實驗。所用器材有:玩具小車、壓力式托盤秤、凹形橋模擬器(圓弧部分的半徑為

R=0.20m)。

完成下列填空:(1)將凹形橋模擬器靜置于托盤秤上,如圖(a)所示,托盤秤的示數(shù)為1.00kg;(2)將玩具小車靜置于凹形橋模擬器最低點時,托盤秤的示數(shù)如圖(b)所示,該示數(shù)為

kg;(3)將小車從凹形橋模擬器某一位置釋放,小車經(jīng)過最低點后滑向另一側(cè)。此過程中托盤秤的

最大示數(shù)為m;多次從同一位置釋放小車,記錄各次的m值如下表所示:序號12345m(kg)1.801.751.851.751.90(4)根據(jù)以上數(shù)據(jù),可求出小車經(jīng)過凹形橋最低點時對橋的壓力為

N;小車通過最

低點時的速度大小為

m/s。(重力加速度大小取9.80m/s2,計算結果保留2位有效數(shù)字)答案(2)1.40(2分)(4)7.9(2分)1.4(2分)解析(2)示數(shù)為1.40kg,注意估讀。(4)小車經(jīng)過凹形橋最低點時對橋的壓力N=

g-M橋g=(1.81-1.00)×9.80N=7.9N,小車通過最低點時受到的支持力N'=N=7.9N,小車質(zhì)量m車=1.40kg-1.00kg=0.40kg,由N'-m車g=m車

,解得v=1.4m/s。24.(2016課標Ⅲ,23,10分)某物理課外小組利用圖(a)中的裝置探究物體加速度與其所受合外力

之間的關系。圖中,置于實驗臺上的長木板水平放置,其右端固定一輕滑輪;輕繩跨過滑輪,一

端與放在木板上的小滑車相連,另一端可懸掛鉤碼。本實驗中可用的鉤碼共有N=5個,每個質(zhì)

量均為0.010kg。實驗步驟如下:

圖(a)(1)將5個鉤碼全部放入小車中,在長木板左下方墊上適當厚度的小物塊,使小車(和鉤碼)可以

在木板上勻速下滑。(2)將n(依次取n=1,2,3,4,5)個鉤碼掛在輕繩右端,其余N-n個鉤碼仍留在小車內(nèi);用手按住小車并使輕繩與木板平行。釋放小車,同時用傳感器記錄小車在時刻t相對于其起始位置的位移s,

繪制s-t圖象,經(jīng)數(shù)據(jù)處理后可得到相應的加速度a。(3)對應于不同的n的a值見下表。n=2時的s-t圖象如圖(b)所示;由圖(b)求出此時小車的加速度

(保留2位有效數(shù)字),將結果填入下表。n12345a/m·s-20.20

0.580.781.00(4)利用表中的數(shù)據(jù)在圖(c)中補齊數(shù)據(jù)點,并作出a-n圖象。從圖象可以看出:當物體質(zhì)量

一定時,物體的加速度與其所受的合外力成正比。

圖(b)圖(a)

(5)利用a-n圖象求得小車(空載)的質(zhì)量為

kg(保留2位有效數(shù)字,重力加速度取g=9.8m·s-2)。(6)若以“保持木板水平”來代替步驟(1),下列說法正確的是

(填入正確選項前的標號)。A.a-n圖線不再是直線B.a-n圖線仍是直線,但該直線不過原點C.a-n圖線仍是直線,但該直線的斜率變大答案(3)0.39(2分。在0.37~0.49范圍內(nèi)都給分)(4)如圖所示(3分)

(5)0.45(3分。在0.43~0.47范圍內(nèi)都給分)(6)BC(2分。選對一個給1分,有選錯的不給這2分)解析(3)由s=

at2得:a=

,在s-t圖象中找一點坐標,代入公式即可求出a。(5)對小車和鉤碼組成的系統(tǒng)應用牛頓第二定律:nmg=(M+Nm)a,則a=

=

,a-n圖象的斜率k=

,從而可解出M。(6)對于已平衡摩擦力的情況,對整體應用牛頓第二定律:nmg=(M+Nm)a,則a=

n①;對于木板水平的情況,對整體應用牛頓第二定律:nmg-μ[M+(N-n)m]g=(M+Nm)a,整理得:a=

n-μg②,比較①②可見,B、C均正確。解題技巧利用圖象處理實驗數(shù)據(jù)是實驗中最常用的方法,解決本題的基本對策是寫出圖象

對應的函數(shù),困難便迎刃而解。易錯分析(3)(5)中的計算結果一定要按照有效數(shù)字的位數(shù)要求填寫。畫a-n圖象時,所畫直

線要符合以下要求:讓盡可能多的點落在直線上;不能落在直線上的點要均勻分布于直線的兩

側(cè);一定要利用直尺畫線?？键c二電學實驗A組

自主命題·天津卷題組1.[2019天津理綜,9(3)]現(xiàn)測定長金屬絲的電阻率。①某次用螺旋測微器測量金屬絲直徑的結果如圖所示,其讀數(shù)是

mm。

②利用下列器材設計一個電路,盡量準確地測量一段金屬絲的電阻。這段金屬絲的電阻Rx約

為100Ω,畫出實驗電路圖,并標明器材代號。電源E(電動勢10V,內(nèi)阻約為10Ω)電流表A1(量程0~250mA,內(nèi)阻R1=5Ω)電流表A2(量程0~300mA,內(nèi)阻約為5Ω)滑動變阻器R(最大阻值10Ω,額定電流2A)開關S及導線若干③某同學設計方案正確,測量得到電流表A1的讀數(shù)為I1,電流表A2的讀數(shù)為I2,則這段金屬絲電

阻的計算式Rx=

。從設計原理看,其測量值與真實值相比

(填“偏大”、

“偏小”或“相等”)。答案①0.200(0.196~0.204均可)②如圖③

相等

解析本題考查測定金屬絲電阻率的電路設計及對應的實驗原理、誤差分析,考查了學生的

實驗設計能力和綜合分析能力,體現(xiàn)了實驗探究中問題、證據(jù)、解釋的素養(yǎng)要素。①螺旋測微器的分度值為0.01mm,需要估讀一位,故讀數(shù)為0.200mm。②因為R的最大阻值比Rx小得多,所以滑動變阻器必須采用分壓式接法。因為電流表A1的內(nèi)阻

R1有確定值,所以可把A1與金屬絲并聯(lián),使A1起到電流表和電壓表的雙重作用。電路圖見答

案。③由電路圖可得Rx=

=

,本設計方案無系統(tǒng)誤差,故測量值等于真實值。溫馨提示當電流表內(nèi)阻為確定值時,電流表可起到雙重作用,當流過的電流為I時,其兩端電

壓U=IRA;同理,當電壓表內(nèi)阻為確定值時,電壓表也可起到雙重作用,當示數(shù)為U時,流過它的電

流I=

。2.[2018天津理綜,9(3)]某同學用伏安法測定待測電阻Rx的阻值(約為10kΩ),除了Rx、開關S、

導線外,還有下列器材供選用:A.電壓表(量程0~1V,內(nèi)阻約10kΩ)B.電壓表(量程0~10V,內(nèi)阻約100kΩ)C.電流表(量程0~1mA,內(nèi)阻約30Ω)D.電流表(量程0~0.6A,內(nèi)阻約0.05Ω)E.電源(電動勢1.5V,額定電流0.5A,內(nèi)阻不計)F.電源(電動勢12V,額定電流2A,內(nèi)阻不計)G.滑動變阻器R0(阻值范圍0~10Ω,額定電流2A)①為使測量盡量準確,電壓表選用

,電流表選用

,電源選用

。

(均填器材的字母代號)②畫出測量Rx阻值的實驗電路圖。③該同學選擇器材、連接電路和操作均正確,從實驗原理上看,待測電阻測量值會

其

真實值(填“大于”、“小于”或“等于”),原因是

。答案①B

C

F②如圖所示

③大于電壓表的讀數(shù)大于待測電阻兩端實際電壓(其他正確表述也可)解析本題考查伏安法測電阻。①由于Rx的阻值約為10kΩ,電壓表內(nèi)阻應遠大于10kΩ,故電壓表應選B;電路電流最大值約為1

mA,故電流表應選C;電源應選F。②因Rx>

,屬于大電阻,故電流表采用內(nèi)接法,而滑動變阻器R0的阻值小于Rx,則滑動變阻器R0采用分壓式接法,如答案圖所示。③由于電壓表的讀數(shù)為電阻Rx和電流表內(nèi)阻的分壓和,而電流表的讀數(shù)是流過Rx的實際電流,

故待測電阻測量值會大于其真實值。知識拓展若滑動變阻器的阻值小于被測電阻值,為減小誤差,滑動變阻器采用分壓式接法。3.[2017天津理綜,9(3)]某探究性學習小組利用如圖所示的電路測量電池的電動勢和內(nèi)阻。其

中電流表A1的內(nèi)阻r1=1.0kΩ,電阻R1=9.0kΩ,為了方便讀數(shù)和作圖,給電池串聯(lián)一個R0=3.0Ω的

電阻。①按圖示電路進行連接后,發(fā)現(xiàn)aa'、bb'和cc'三條導線中,混進了一條內(nèi)部斷開的導線。為了

確定哪一條導線內(nèi)部是斷開的,將電鍵S閉合,用多用電表的電壓擋先測量a、b'間電壓,讀數(shù)不

為零,再測量a、a'間電壓,若讀數(shù)不為零,則一定是

導線斷開;若讀數(shù)為零,則一定是

導線斷開。

②排除故障后,該小組順利完成實驗。通過多次改變滑動變阻器觸頭位置,得到電流表A1和A2

的多組I1、I2數(shù)據(jù),作出圖像如圖。由I1-I2圖像得到電池的電動勢E=

V,內(nèi)阻r=

Ω。答案①aa'

bb'②1.41(1.36~1.44均可)0.5(0.4~0.6均可)解析①用多用電表的電壓擋測Uab'≠0,說明兩表筆與電源兩極間為通路,問題出在a、b'之間

的含有電鍵的電路部分;若Uaa'≠0,說明aa'導線斷路,若Uaa'=0,說明導線bb'斷開。②由于I2?I1,故可將I2視為干路電流,則有I1(R1+r1)=E-I2(r+R0)則I1=

-

·I2,故從圖線的截距和斜率可求得E=1.41V,r=0.5Ω。解題指導①在用多用電表電壓擋排查電路故障時,讀數(shù)不為零,說明兩表筆與電源之間的線

路連通,讀數(shù)反映的是電源兩極電壓(在沒有其他支路連通時),斷點在多用電表兩表筆之間的

電路。②本實驗中,由于I1與I2的讀數(shù)數(shù)量級相差巨大,故可忽略I1,把I2視為干路電流。4.[2016天津理綜,9(3)]某同學想要描繪標有“3.8V,0.3A”字樣小燈泡L的伏安特性曲線,要

求測量數(shù)據(jù)盡量精確、繪制曲線完整?？晒┰撏瑢W選用的器材除開關、導線外,還有:電壓表V1(量程0~3V,內(nèi)阻等于3kΩ)電壓表V2(量程0~15V,內(nèi)阻等于15kΩ)電流表A1(量程0~200mA,內(nèi)阻等于10Ω)電流表A2(量程0~3A,內(nèi)阻等于0.1Ω)滑動變阻器R1(0~10Ω,額定電流2A)滑動變阻器R2(0~1kΩ,額定電流0.5A)定值電阻R3(阻值等于1Ω)定值電阻R4(阻值等于10Ω)定值電阻R5(阻值等于1kΩ)電源E(E=6V,內(nèi)阻不計)①請畫出實驗電路圖,并將各元件字母代碼標在該元件的符號旁。②該同學描繪出的I-U圖像應是下圖中的

。

答案①如圖所示②B

解析①首先考慮測量電路:由于小燈泡的規(guī)格為“3.8V,0.3A”,可知電表V2、A2量程太大

而不能選用;電表V1、A1則需要改裝才能獲得小燈泡完整的伏安特性曲線。A1與R4并聯(lián)可得

量程為0~0.4A的電流表,V1與R5串聯(lián)可得量程為0~4V的電壓表,因小燈泡電阻值較小,測量電

路應采用電流表外接的方式。再考慮控制電路:首先由調(diào)節(jié)的方便性可知滑動變阻器應選用

R1,再由“繪制曲線完整”可知測量電壓與電流應從零開始變化,故連接方法應選用分壓式接

法。②在I-U圖像中,圖線上某點與原點連線的斜率表示該狀態(tài)下電阻的倒數(shù)。由于小燈泡燈

絲的阻值是隨溫度升高而增大的,故只有B正確。解題指導本題以描繪伏安特性曲線為載體,考查了電表的改裝、器材選擇、電路設計等多

個知識點,綜合考查考生分析、處理問題的能力,難度中等。反思總結本題中雖然改裝后的電表內(nèi)阻都是已知的,原則上內(nèi)、外接法都可得到小燈泡兩

端的準確電壓與通過的準確電流,但需兼顧數(shù)據(jù)處理的方便性,故在電壓表內(nèi)阻遠大于小燈泡

電阻值時應采用電流表外接法。5.[2015天津理綜,9(3)]用電流表和電壓表測定由三節(jié)干電池串聯(lián)組成的電池組(電動勢約4.5

V,內(nèi)電阻約1Ω)的電動勢和內(nèi)電阻,除待測電池組、電鍵、導線外,還有下列器材供選用:A.電流表:量程0.6A,內(nèi)電阻約1ΩB.電流表:量程3A,內(nèi)電阻約0.2ΩC.電壓表:量程3V,內(nèi)電阻約30kΩD.電壓表:量程6V,內(nèi)電阻約60kΩE.滑動變阻器:0~1000Ω,額定電流0.5AF.滑動變阻器:0~20Ω,額定電流2A①為了使測量結果盡量準確,電流表應選用

,電壓表應選用

,滑動變阻器應選

用

(均填儀器的字母代號)。②如圖為正確選擇儀器后,連好的部分電路。為了使測量誤差盡可能小,還需在電路中用導線

將

和

相連、

和

相連、

和

相連(均填儀器

上接線柱的字母代號)。

③實驗時發(fā)現(xiàn)電流表壞了,于是不再使用電流表,剩余儀器中僅用電阻箱替換掉滑動變阻器,重

新連接電路,仍能完成實驗。實驗中讀出幾組電阻箱的阻值R和對應電壓表的示數(shù)U。用圖像

法處理采集到的數(shù)據(jù),為在直角坐標系中得到的函數(shù)圖像是一條直線,則可以

為縱坐

標,以

為橫坐標。答案①ADF②a

d

c

g

f

h③見解析解析①為了防止電源急劇放電時產(chǎn)生極化現(xiàn)象而引起電動勢的下降,一般在測電源電動勢

與內(nèi)電阻時,電源的放電電流控制在0.5A以內(nèi),故電流表應選用A;因三節(jié)干電池的總電動勢約

為4.5V,故選用量程是6V的電壓表D;總阻值為20Ω的滑動變阻器F可使電路中的最小電流約

為Imin=

=0.225A,而滑動變阻器E阻值太大,故滑動變阻器應選用F。②因電流表內(nèi)阻rA≈1Ω與電源內(nèi)阻大致相等且未知,故需采用電流表外接法,以避免電流表內(nèi)

阻引起的系統(tǒng)誤差,原理圖如圖,

故需將a與d、c與g、f與h相連。③用伏阻法測電源電動勢與內(nèi)電阻時,由閉合電路歐姆定律有E=U+

r,由此可得

=

+

·

(或

=

·

-

)、U=E-r·

(或

=

-

U)、

=

·R+

(或R=E·

-r),故可以得到

-

、U-

、

-R等勢線性圖線。評析本題通過測電源電動勢與內(nèi)電阻的實驗考查了器材選取、電路連接、數(shù)據(jù)處理等,試

題難度中等。6.[2014天津理綜,9(3),6分]現(xiàn)要測量一個未知電阻Rx的阻值,除Rx外可用的器材有:多