2025 選考專題高考 物理 （川陜青寧蒙新晉豫）第三部分物理實(shí)驗(yàn)力學(xué)實(shí)驗(yàn) 含答案

2025選考專題高考物理（川陜青寧蒙新晉豫）第三部分物理實(shí)驗(yàn)第三部分物理實(shí)驗(yàn)第14講力學(xué)實(shí)驗(yàn)【網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建】【關(guān)鍵能力】掌握力學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn),熟悉新課標(biāo)新增實(shí)驗(yàn).通過填空、畫圖、問答等方式加以考查,在備考中要立足教材基本實(shí)驗(yàn),弄透各種實(shí)驗(yàn)儀器的使用方法、實(shí)驗(yàn)步驟、數(shù)據(jù)處理、誤差分析等基本實(shí)驗(yàn)理論和實(shí)驗(yàn)技能.在掌握基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)上突出創(chuàng)新和變通,近幾年高考中實(shí)驗(yàn)的考查更靈活,從研究對象、測量工具、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)器材、處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)方法等方面改變常規(guī)實(shí)驗(yàn),創(chuàng)設(shè)新實(shí)驗(yàn)情景.題型1以“測速度”為核心的實(shí)驗(yàn)測量物體速度常用的4種方法方法主要器材操作相關(guān)實(shí)驗(yàn)紙帶法交流電源、打點(diǎn)計時器、刻度尺測出計數(shù)點(diǎn)間距,由打出某點(diǎn)前后兩點(diǎn)時間內(nèi)的平均速度替代打出該點(diǎn)時的速度測量做直線運(yùn)動物體的瞬時速度,探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系,驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律,驗(yàn)證動量守恒定律等光電門法光電門、螺旋測微器或游標(biāo)卡尺測出遮光條的寬度及遮光時間,由遮光時間內(nèi)的平均速度代替物體經(jīng)過光電門時的速度平拋法豎直平面內(nèi)末端水平的傾斜或弧形軌道、刻度尺測出物體離開軌道末端后平拋運(yùn)動的高度與射程,由平拋運(yùn)動規(guī)律計算初速度驗(yàn)證動量守恒定律等彈簧、刻度尺、天平探究彈性勢能等圓周法豎直平面內(nèi)的圓弧軌道、力傳感器、天平等力傳感器測出物體經(jīng)過軌道最低點(diǎn)時對軌道的壓力,由牛頓運(yùn)動定律計算物體經(jīng)過最低點(diǎn)時的速度驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律等反過來由機(jī)械能守恒定律或動能定理計算最低點(diǎn)的速度探究向心力等【題組演練】1.[2024·福建廈門模擬]完成以下關(guān)于“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)相關(guān)問題.(1)下列是實(shí)驗(yàn)時釋放紙帶前瞬間的狀態(tài)圖,重物和手的位置合理的是.

ABCD(2)某同學(xué)按照正確的實(shí)驗(yàn)步驟操作后,選出一條紙帶如圖所示,其中O點(diǎn)為打點(diǎn)計時器打下的第一個點(diǎn),A、B、C為紙帶上連續(xù)的三個點(diǎn)跡,與O點(diǎn)距離如圖所示,已知打點(diǎn)計時器的頻率為50Hz,重物的質(zhì)量為200g,當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹?.8m/s2,在OB段運(yùn)動過程中,重物重力勢能的減少量ΔEp=J,重物的動能增加量ΔEk=J(結(jié)果均保留三位有效數(shù)字).

2.[2024·新課標(biāo)卷]某同學(xué)用如圖所示的裝置驗(yàn)證動量守恒定律.將斜槽軌道固定在水平桌面上,軌道末段水平,右側(cè)端點(diǎn)在水平木板上的垂直投影為O,木板上疊放著白紙和復(fù)寫紙.實(shí)驗(yàn)時先將小球a從斜槽軌道上Q處由靜止釋放,a從軌道右端水平飛出后落在木板上;重復(fù)多次,測出落點(diǎn)的平均位置P與O點(diǎn)的距離xP.將與a半徑相等的小球b置于軌道右側(cè)端點(diǎn),再將小球a從Q處由靜止釋放,兩球碰撞后均落在木板上;重復(fù)多次,分別測出a、b兩球落點(diǎn)的平均位置M、N與O點(diǎn)的距離xM、xN.完成下列填空:(1)記a、b兩球的質(zhì)量分別為ma、mb,實(shí)驗(yàn)中須滿足條件ma(選填“>”或“<”)mb.

(2)如果測得的xP、xM、xN、ma和mb在實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi)滿足關(guān)系式,則驗(yàn)證了兩小球在碰撞中滿足動量守恒定律.實(shí)驗(yàn)中,用小球落點(diǎn)與O點(diǎn)的距離來代替小球水平飛出時的速度,依據(jù)是

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3.[2024·甘肅卷]用圖甲所示實(shí)驗(yàn)裝置探究外力一定時加速度與質(zhì)量的關(guān)系.(1)以下操作正確的是.

A.使小車質(zhì)量遠(yuǎn)小于槽碼質(zhì)量B.調(diào)整墊塊位置以補(bǔ)償阻力C.補(bǔ)償阻力時移去打點(diǎn)計時器和紙帶D.釋放小車后立即打開打點(diǎn)計時器(2)保持槽碼質(zhì)量不變,改變小車上砝碼的質(zhì)量,得到一系列打點(diǎn)紙帶.其中一條紙帶的計數(shù)點(diǎn)如圖乙所示,相鄰兩點(diǎn)之間的距離分別為S1,S2,…,S8,時間間隔均為T.下列加速度算式中,最優(yōu)的是.

A.a=17S8-S7T2+S7-S6TB.a=16S8-S62T2+S7-C.a=15S8-S53T2+SD.a=14S8-S44T2(3)以小車和砝碼的總質(zhì)量M為橫坐標(biāo),加速度的倒數(shù)1a為縱坐標(biāo),甲、乙兩組同學(xué)分別得到的1a-M由圖可知,在所受外力一定的條件下,a與M成(選填“正比”或“反比”);甲組所用的(選填“小車”“砝碼”或“槽碼”)質(zhì)量比乙組的更大.

題型2其他力學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)裝置圖實(shí)驗(yàn)操作數(shù)據(jù)處理探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系1.應(yīng)在彈簧自然下垂時,測量彈簧原長l02.水平放置時測原長,圖線不過原點(diǎn)的原因是彈簧自身有重力1.作出彈力F隨彈簧伸長量x變化的圖線,斜率表示彈簧的勁度系數(shù)2.超過彈簧的彈性限度,圖線會發(fā)生彎曲探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律1.正確使用彈簧測力計2.同一次實(shí)驗(yàn)中,橡皮條結(jié)點(diǎn)的位置一定要相同3.細(xì)繩套應(yīng)適當(dāng)長一些,互成角度地拉橡皮條時,夾角合適1.按力的圖示作平行四邊形2.求合力大小探究平拋運(yùn)動的特點(diǎn)1.保證斜槽末端水平,斜槽粗糙對實(shí)驗(yàn)沒有影響2.每次讓小球從斜槽上的同一位置由靜止釋放3.坐標(biāo)原點(diǎn)應(yīng)是小球出槽口時球心在紙板上的投影點(diǎn)1.用代入法或圖像法判斷運(yùn)動軌跡是不是拋物線2.由公式x=v0t和y=12gt2,求初速度v0=x探究向心力大小與半徑、角速度、質(zhì)量的關(guān)系1.彈力大小可以通過標(biāo)尺上刻度讀出,該讀數(shù)顯示了向心力大小2.采用了控制變量法探究向心力大小與半徑、角速度、質(zhì)量的關(guān)系作出F-ω2、F-r、F-m的圖像,分析向心力與角速度、半徑、質(zhì)量之間的關(guān)系用單擺測量重力加速度的大小1.單擺必須在同一平面內(nèi)振動,且擺角小于5°2.擺長l為懸點(diǎn)到重心的距離3.從最低點(diǎn)計時4.用T=tn1.利用公式g=4π22.作l-T2的圖像,可利用斜率求重力加速度【題組演練】1.[2024·江蘇徐州模擬]某同學(xué)利用如圖甲所示的裝置測量一彈簧的勁度系數(shù),他將彈簧上端固定在鐵架上,彈簧下端固定有指示箭頭,靠近彈簧豎直固定有刻度尺.彈簧不掛鉤碼時,指示箭頭指示刻度為10.00cm,掛上一個鉤碼后,靜止時指示刻度如圖乙所示.接著每次增加一個鉤碼記錄靜止時指示刻度如表所示,已知每個鉤碼質(zhì)量為50g,當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭取9.80m/s2.鉤碼個數(shù)n/個012345指示刻度L/cm10.0019.9825.0530.1035.11(1)圖乙中箭頭指示的刻度示數(shù)為cm;

(2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),在圖丙補(bǔ)齊數(shù)據(jù)點(diǎn)并作出n-L圖像,由圖像可知該彈簧的勁度系數(shù)為N/m(計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字).

2.[2024·湖北孝感模擬]如圖甲所示為向心力演示儀,某同學(xué)探究小球做圓周運(yùn)動所需向心力的大小F與質(zhì)量m、角速度ω和半徑r之間的關(guān)系.長槽的A、B處和短槽的C處分別到各自轉(zhuǎn)軸中心距離之比為1∶2∶1,該同學(xué)設(shè)計了如圖乙所示的三種組合方式,變速塔輪自上而下每層左右半徑之比分別為1∶1、2∶1和3∶1.(1)本實(shí)驗(yàn)的目的是探究向心力的大小F與小球質(zhì)量m、角速度ω和半徑r之間的關(guān)系,下列實(shí)驗(yàn)中與本實(shí)驗(yàn)采用的實(shí)驗(yàn)方法相同的是;

A.探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律B.探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系(2)在某次實(shí)驗(yàn)中,探究向心力的大小與半徑的關(guān)系,則需要將傳動皮帶調(diào)至第層塔輪(選填“一”“二”或“三”);

(3)按(2)中正確選擇后,兩次以不同的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動手柄,左、右測力筒露出等分標(biāo)記如圖丙所示.則向心力大小F與球做圓周運(yùn)動半徑r的關(guān)系是;

丙A.F與r2成反比B.F與r2成正比C.F與r成反比 D.F與r成正比(4)在另一次實(shí)驗(yàn)中,把兩個質(zhì)量相等的鋼球放在A、C位置,傳動皮帶位于第二層,轉(zhuǎn)動手柄,當(dāng)塔輪勻速轉(zhuǎn)動時,左右兩標(biāo)尺露出的格子數(shù)之比約為.

A.2∶1 B.8∶1C.1∶2 D.1∶43.[2024·廣西卷]單擺可作為研究簡諧運(yùn)動的理想模型.(1)制作單擺時,在圖甲、圖乙兩種單擺的懸掛方式中,選擇圖甲方式的目的是要保持?jǐn)[動中不變;

(2)用游標(biāo)卡尺測量擺球直徑,測得讀數(shù)如圖丙,則擺球直徑為cm;

(3)若將一個周期為T的單擺,從平衡位置拉開5°的角度釋放,忽略空氣阻力,擺球的振動可看為簡諧運(yùn)動.當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間,以釋放時刻作為計時起點(diǎn),則擺球偏離平衡位置的位移x與時間t的關(guān)系為.

4.[2024·海南卷]為驗(yàn)證兩個互成角度的力的合成規(guī)律,某組同學(xué)用兩個彈簧測力計、橡皮條、輕質(zhì)小圓環(huán)、木板、刻度尺、白紙、鉛筆、細(xì)線和圖釘?shù)绕鞑?按照如下實(shí)驗(yàn)步驟完成實(shí)驗(yàn):a.用圖釘將白紙固定在水平木板上;b.如圖甲、乙所示,橡皮條的一端固定在木板上的G點(diǎn),另一端連接輕質(zhì)小圓環(huán),將兩細(xì)線系在小圓環(huán)上,細(xì)線另一端系在彈簧測力計上,用兩個彈簧測力計共同拉動小圓環(huán)到某位置,并標(biāo)記圓環(huán)的圓心位置為O點(diǎn),拉力F1和F2的方向分別過P1和P2點(diǎn),大小分別為F1=3.60N、F2=2.90N;撤去拉力F1和F2,改用一個彈簧測力計拉動小圓環(huán),使其圓心到O點(diǎn),在拉力F的方向上標(biāo)記P3點(diǎn),拉力的大小為F=5.60N.請完成下列問題:(1)在圖乙中按照給定的標(biāo)度畫出F1、F2和F的圖示,然后按平行四邊形定則畫出F1、F2的合力F'.(2)比較F和F',寫出可能產(chǎn)生誤差的兩點(diǎn)原因.

題型3創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)1.力學(xué)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)(1)以基本的力學(xué)模型為載體,依托運(yùn)動學(xué)規(guī)律和牛頓運(yùn)動定律設(shè)計實(shí)驗(yàn).(2)將實(shí)驗(yàn)的基本方法——控制變量法,處理數(shù)據(jù)的基本方法——圖像法、逐差法融入實(shí)驗(yàn)的綜合分析之中.2.創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)題的解法(1)根據(jù)題目情境,提取相應(yīng)的力學(xué)模型,明確實(shí)驗(yàn)的理論依據(jù)和實(shí)驗(yàn)?zāi)康?設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案.(2)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),記錄數(shù)據(jù),應(yīng)用原理公式或圖像法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),結(jié)合物體實(shí)際受力情況和理論受力情況對結(jié)果進(jìn)行誤差分析.實(shí)驗(yàn)器材的等效與替換1.用氣墊導(dǎo)軌代替長木板,應(yīng)調(diào)整導(dǎo)軌水平,不必平衡摩擦力.2.用光電門、頻閃相機(jī)代替打點(diǎn)計時器.3.用力傳感器或已知質(zhì)量的鉤碼等代替彈簧測力計.例1[2024·江西卷]某小組探究物體加速度與其所受合外力的關(guān)系.實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示,水平軌道上安裝兩個光電門,小車上固定一遮光片,細(xì)線一端與小車連接,另一端跨過定滑輪掛上鉤碼.(1)實(shí)驗(yàn)前調(diào)節(jié)軌道右端滑輪高度,使細(xì)線與軌道平行,再適當(dāng)墊高軌道左端以平衡小車所受摩擦力.(2)小車的質(zhì)量為M1=320g.利用光電門系統(tǒng)測出不同鉤碼質(zhì)量m時小車加速度a.鉤碼所受重力記為F,作出a-F圖像,如圖2中圖線甲所示.(3)由圖線甲可知,F較小時,a與F成正比;F較大時,a與F不成正比.為了進(jìn)一步探究,將小車的質(zhì)量增加至M2=470g,重復(fù)步驟(2)的測量過程,作出a-F像,如圖2中圖線乙所示.(4)與圖線甲相比,圖線乙的線性區(qū)間,非線性區(qū)間.再將小車的質(zhì)量增加至M3=720g,重復(fù)步驟(2)的測量過程,記錄鉤碼所受重力F與小車加速度a,如下表所示(表中第9~14組數(shù)據(jù)未列出).

序號12345鉤碼所受重力F/(9.8N)0.0200.0400.0600.0800.100小車加速度a/(m·s-2)0.260.550.821.081.36序號6789~1415鉤碼所受重力F/(9.8N)0.1200.1400.160…0.300小車加速度a/(m·s-2)1.671.952.20…3.92(5)請在圖2中補(bǔ)充描出第6至8三個數(shù)據(jù)點(diǎn),并補(bǔ)充完成圖線丙.(6)根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果猜想和推斷:小車的質(zhì)量時,a與F成正比.結(jié)合所學(xué)知識對上述推斷進(jìn)行解釋:

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實(shí)驗(yàn)方法的拓展與延伸1.由牛頓第二定律延伸為簡諧運(yùn)動知識;2.用氣墊導(dǎo)軌、光電計時器代替長木板和打點(diǎn)計時器;3.設(shè)計新的動力學(xué)方法測量物體質(zhì)量.例2[2024·湖南卷]在太空,物體完全失重,用天平無法測量質(zhì)量.如圖甲所示,某同學(xué)設(shè)計了一個動力學(xué)方法測量物體質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)方案,主要實(shí)驗(yàn)儀器包括:氣墊導(dǎo)軌、滑塊、輕彈簧、標(biāo)準(zhǔn)砝碼、光電計時器和待測物體,主要步驟如下:(1)調(diào)平氣墊導(dǎo)軌,將彈簧左端連接氣墊導(dǎo)軌左端,右端連接滑塊;(2)將滑塊拉至離平衡位置20cm處由靜止釋放,滑塊第1次經(jīng)過平衡位置處開始計時,第21次經(jīng)過平衡位置時停止計時,由此測得彈簧振子的振動周期T;(3)將質(zhì)量為m的砝碼固定在滑塊上,重復(fù)步驟(2);(4)依次增加砝碼質(zhì)量m,測出對應(yīng)的周期T,實(shí)驗(yàn)周期如下表所示,在圖乙中繪制T2-m關(guān)系圖線;m/kgT/sT2/s20.0000.6320.3990.0500.7750.6010.1000.8930.7970.1501.0011.0020.2001.1051.2210.2501.1751.381(5)由T2-m圖像可知,彈簧振子振動周期的平方與砝碼質(zhì)量的關(guān)系是(選填“線性的”或“非線性的”);

(6)取下砝碼后,將待測物體固定在滑塊上,測量周期并得到T2=0.880s2,則待測物體質(zhì)量是kg(保留3位有效數(shù)字);

(7)若換一個質(zhì)量較小的滑塊重做上述實(shí)驗(yàn),所得T2-m圖線與原圖線相比將沿縱軸(選填“正方向”“負(fù)方向”或“不”)移動.

實(shí)驗(yàn)方案的創(chuàng)新與設(shè)計1.對于創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的處理,首先找出與常規(guī)實(shí)驗(yàn)的相通之處;2.對新方案進(jìn)行分析,找出其中的原理;3.然后運(yùn)用熟悉的實(shí)驗(yàn)原理和數(shù)據(jù)處理方法進(jìn)行解答.例3[2024·北京卷]如圖甲所示,讓兩個小球在斜槽末端碰撞來驗(yàn)證動量守恒定律.(1)關(guān)于本實(shí)驗(yàn),下列做法正確的是(填選項(xiàng)前的字母).

A.實(shí)驗(yàn)前,調(diào)節(jié)裝置,使斜槽末端水平B.選用兩個半徑不同的小球進(jìn)行實(shí)驗(yàn)C.用質(zhì)量大的小球碰撞質(zhì)量小的小球(2)圖甲中O點(diǎn)是小球拋出點(diǎn)在地面上的垂直投影,首先,將質(zhì)量為m1的小球從斜槽上的S位置由靜止釋放,小球落到復(fù)寫紙上,重復(fù)多次.然后,把質(zhì)量為m2的被碰小球置于斜槽末端,再將質(zhì)量為m1的小球從S位置由靜止釋放兩球相碰,重復(fù)多次.分別確定平均落點(diǎn),記為M、N和P(P為m1單獨(dú)滑落時的平均落點(diǎn)).①圖乙為實(shí)驗(yàn)的落點(diǎn)記錄,簡要說明如何確定平均落點(diǎn):

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②分別測出O點(diǎn)到平均落點(diǎn)的距離,記為OP、OM和ON.在誤差允許范圍內(nèi),若關(guān)系式成立,即可驗(yàn)證碰撞前后動量守恒.

(3)受上述實(shí)驗(yàn)的啟發(fā),某同學(xué)設(shè)計了另一種驗(yàn)證動量守恒定律的實(shí)驗(yàn)方案.如圖丙所示,用兩根不可伸長的等長輕繩將兩個半徑相同、質(zhì)量不等的勻質(zhì)小球懸掛于等高的O點(diǎn)和O'點(diǎn),兩點(diǎn)間距等于小球的直徑.將質(zhì)量較小的小球1向左拉起至A點(diǎn)由靜止釋放,在最低點(diǎn)B與靜止于C點(diǎn)的小球2發(fā)生正碰.碰后小球1向左反彈至最高點(diǎn)A',小球2向右擺動至最高點(diǎn)D.測得小球1和2的質(zhì)量分別為m和M,弦長AB=l1、A'B=l2、CD=l3.推導(dǎo)說明,m、M、l1、l2、l3滿足什么關(guān)系即可驗(yàn)證碰撞前后動量守恒.第三部分物理實(shí)驗(yàn)第14講力學(xué)實(shí)驗(yàn)題型1【題組演練】1.(1)C(2)0.3760.369[解析](1)為了減小實(shí)驗(yàn)誤差和充分利用紙帶,釋放前必須保持提起的紙帶處于豎直位置,并且使重物靠近打點(diǎn)計時器,故選C.(2)由圖可知,OB段的長度為h=19.20cm=0.192m,故重力勢能的減少量為ΔEp=mgh=0.2×9.8×0.192J≈0.376J,打點(diǎn)計時器的打點(diǎn)周期為T=1f=0.02s,勻變速直線運(yùn)動中,中間時刻的瞬時速度等于該過程的平均速度,所以B點(diǎn)的瞬時速度為vB=xAC2T=23.23-15.552×0.02×10-2m/s=1.92m/s,重物的動能增加量ΔEk=12mvB2=2.(1)>(2)maxP=maxM+mbxN小球飛出后做平拋運(yùn)動,由于下落高度一定,故下落時間一定,而小球在水平方向上做勻速直線運(yùn)動,所以小球水平飛出時的速度與平拋運(yùn)動的水平位移成正比[解析](1)為了保證小球碰撞為對心正碰,且碰后不反彈,要求兩球半徑相同且ma>mb.(2)如果碰撞過程中系統(tǒng)動量守恒,則滿足關(guān)系式mav0=mava+mbvb,上式兩邊同時乘下落時間t,有mav0t=mavat+mbvbt,可得maxP=maxM+mbxN.小球飛出后做平拋運(yùn)動,由于下落高度一定,故下落時間一定,而小球在水平方向上做勻速直線運(yùn)動,所以小球水平飛出時的速度與平拋運(yùn)動的水平位移成正比,可以用小球落點(diǎn)與O點(diǎn)的距離來代替小球水平飛出時的速度,從而驗(yàn)證動量守恒定律.3.(1)B(2)D(3)反比槽碼[解析](1)為了使小車所受的合外力大小近似等于槽碼的總重力,故應(yīng)使小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于槽碼質(zhì)量,故A錯誤;為了保證小車所受細(xì)線拉力等于小車所受合力,則需要調(diào)整墊塊位置以補(bǔ)償阻力,也要保持細(xì)線和長木板平行,故B正確;補(bǔ)償阻力時不能移去打點(diǎn)計時器和紙帶,需要通過紙帶上點(diǎn)跡是否均勻來判斷小車是否做勻速運(yùn)動,故C錯誤;根據(jù)操作要求,應(yīng)先打開打點(diǎn)計時器再釋放小車,故D錯誤.(2)根據(jù)逐差法可知S5-S1=4a1T2,S6-S2=4a2T2,S7-S3=4a3T2,S8-S4=4a4T2,聯(lián)立可得小車加速度表達(dá)式為a=14S8-S44T2+S7-S3(3)根據(jù)圖像可知1a與M成正比,故在所受外力一定的條件下,a與M成反比;設(shè)槽碼的質(zhì)量為m,則由牛頓第二定律得mg=(m+M)a,化簡可得1a=1mg·M+1g,故斜率越小,槽碼的質(zhì)量m題型2【題組演練】1.(1)15.00(2)如圖所示9.8[解析](1)刻度尺的分度值為0.1cm,讀數(shù)為15.00cm.(2)根據(jù)胡克定律,該彈簧勁度系數(shù)為k=ΔFΔL=5×50×10-3×92.(1)B(2)一(3)D(4)D[解析](1)本實(shí)驗(yàn)的目的是探究向心力的大小F與小球質(zhì)量m、角速度ω和半徑r之間的關(guān)系,采用的實(shí)驗(yàn)方法是控制變量法,探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律,采用的實(shí)驗(yàn)方法是等效替代法,故A錯誤;探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系,采用的實(shí)驗(yàn)方法是控制變量法,故B正確.(2)在某次實(shí)驗(yàn)中,探究向心力的大小與半徑的關(guān)系時,應(yīng)保持兩小球質(zhì)量m、角速度ω相同,則需要將傳動皮帶調(diào)至第一層塔輪.(3)角速度為ω1、ω2時,左、右測力筒露出的格子數(shù)之比均為2∶1,左右兩標(biāo)尺露出的格子數(shù)之比表示向心力的比值,且B處、C處分別到各自轉(zhuǎn)軸中心距離之比為2∶1,可知F與r成正比,故選D.(4)在另一次實(shí)驗(yàn)中,把兩個質(zhì)量相等的鋼球放在A、C位置,則m、r相同,傳動皮帶位于第二層,角速度之比為ωA∶ωC=R2∶2R2=1∶2,根據(jù)向心力公式F=mω2r,當(dāng)塔輪勻速轉(zhuǎn)動時,左右兩標(biāo)尺露出的格子數(shù)之比表示向心力的比值,左右兩標(biāo)尺露出的格子數(shù)之比nA∶nC=FA∶FC=ωA2∶ωC2=1∶3.(1)擺長(2)1.06(3)x=gT2sin5[解析](1)選擇圖甲方式的目的是要保持?jǐn)[動中擺長不變.(2)擺球直徑為d=1.0cm+6×0.1mm=1.06cm.(3)根據(jù)單擺的周期公式T=2πLg可得單擺的擺長為L=gT24π2,從平衡位置拉開5°的角度處釋放,可得振幅為A=Lsin5°,以該位置為計時起點(diǎn),根據(jù)簡諧運(yùn)動規(guī)律可得擺球偏離平衡位置的位移x與時間t的關(guān)系為x=Acosωt4.(1)如圖所示(2)①沒有做到彈簧測力計、細(xì)線、橡皮條都與木板平行;②讀數(shù)時沒有正視彈簧測力計[解析](1)按照給定的標(biāo)度畫出F1、F2和F的圖示,然后按平行四邊形定則畫出F1、F2的合力F',如圖所示.(2)F和F'不完全重合的誤差可能是:①沒有做到彈簧測力量計、細(xì)線、橡皮條都與木板平行;②讀數(shù)時沒有正視彈簧測力計.題型3例1(4)較大較小(5)如圖所示(6)遠(yuǎn)大于鉤碼的質(zhì)量對鉤碼根據(jù)牛頓第二定律有F-FT=ma,對小車根據(jù)牛頓第二定律有FT=Ma,聯(lián)立解得F=(M+m)a,變形得a=1M+mF,當(dāng)m?M時,可認(rèn)為m+M≈M,則a=1MF,即[解析](4)根據(jù)題圖2分析可知,與圖線甲相比,圖線乙的線性區(qū)間較大,非線性區(qū)間較小.(5)在坐標(biāo)系中進(jìn)行描點(diǎn),結(jié)合其他點(diǎn)用平滑的直線連接各點(diǎn),使盡可能多的點(diǎn)在線上,不在線上的點(diǎn)均勻地分布在線的兩側(cè).作出圖線丙如圖所示.例2(4)如圖所示(5)線性的(6)0.120(7)負(fù)方向[解析](4)根據(jù)表中數(shù)據(jù)描點(diǎn),各點(diǎn)幾乎在一條直線上,作出T2-m關(guān)系圖線如圖所示.(5)圖線是一條傾斜的直線,說明彈簧振子振動周期的平方與砝碼質(zhì)量為線性關(guān)系.(6)在圖線上尋找T2=0.880s2的點(diǎn),對應(yīng)橫坐標(biāo)為m=0.120kg.(7)換一個質(zhì)量較小的滑塊重做上述實(shí)驗(yàn),則滑塊和砝碼的總質(zhì)量比原來的小,要得到相同的周期,應(yīng)放質(zhì)量更大的砝碼,即同一縱坐標(biāo)對應(yīng)的橫坐標(biāo)偏右,相當(dāng)于同一橫坐標(biāo)對應(yīng)的縱坐標(biāo)偏下,則所得圖線與原圖線相比下移,即沿縱軸負(fù)方向移動.例3(1)AC(2)①用圓規(guī)畫圓,盡可能用最小的圓把各個落點(diǎn)圈住,這個圓的圓心位置代表平均落點(diǎn)②m1OP=m1OM+m2ON(3)見解析[解析](1)實(shí)驗(yàn)中若使小球碰撞前、后的水平位移與其碰撞前、后速度成正比,需要確保小球做平拋運(yùn)動,即實(shí)驗(yàn)前,調(diào)節(jié)裝置,使斜槽末端水平,故A正確;為使兩小球發(fā)生的碰撞為對心正碰,兩小球半徑需相同,故B錯誤;為使碰后入射小球與被碰小球同時飛出,需要用質(zhì)量大的小球碰撞質(zhì)量小的小球,故C正確.(2)用圓規(guī)畫圓,盡可能用最小的圓把各個落點(diǎn)圈住,這個圓的圓心位置代表平均落點(diǎn);碰撞前、后小球均做平拋運(yùn)動,由h=12gt2可知,小球的運(yùn)動時間相同,所以水平位移與平拋初速度成正比,所以若m1OP=m1OM+m2ON成立,即可驗(yàn)證碰撞前后動量守恒(3)設(shè)輕繩長為L,小球從偏角θ處靜止擺下,擺到最低點(diǎn)時的速度為v,小球經(jīng)過圓弧對應(yīng)的弦長為l,則由動能定理有mgL(1-cosθ)=12mv由數(shù)學(xué)知識可知sinθ2=聯(lián)立兩式解得v=lg若兩小球碰撞過程中動量守恒,則有mv1=-mv2+Mv3又有v1=l1gL,v2=l2gL,v3=l整理可得ml1=-ml2+Ml3第15講電學(xué)實(shí)驗(yàn)【網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建】【關(guān)鍵能力】掌握基礎(chǔ)電學(xué)實(shí)驗(yàn),電學(xué)實(shí)驗(yàn)大都是以閉合或部分電路歐姆定律等基本電學(xué)理論為核心,主要掌握電表改裝、多用電表、各種方法測電阻值、伏安法測電動勢和內(nèi)阻等基于教材的實(shí)驗(yàn).高考對電學(xué)基本實(shí)驗(yàn)的考查側(cè)重于電路設(shè)計、數(shù)據(jù)處理、誤差分析等,并且向著拓展實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的方向發(fā)展,也可能會涉及磁場、電磁感應(yīng)等方面的知識,也會和傳感器等知識相結(jié)合,考查形式靈活多變.題型1以“測電阻”為核心的實(shí)驗(yàn)電阻測量首先要根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)器材的不同而靈活選用伏安法及其變式、等效替代法、半偏法、電橋平衡法等測量電路,從供電方式上又可分為限流電路和分壓電路.伏安法及其變式“伏安法”有電壓表、電流表且電表量程恰當(dāng)時選擇“伏安法”“安安法”電壓表不能用或沒有電壓表的情形下,若知道電流表內(nèi)阻,可以將電流表當(dāng)作電壓表使用,即選擇“安安法”“伏伏法”電流表不能用或沒有電流表的情況下,若知道電壓表內(nèi)阻,可以將電壓表當(dāng)作電流表使用,即選擇“伏伏法”“伏安加R法”在運(yùn)用伏安法測電阻時,由于電壓表或電流表的量程太小或太大,為了滿足安全、精確的要求,加保護(hù)電阻的方法就應(yīng)運(yùn)而生,“伏安加R法”又叫“加保護(hù)電阻法”例1[2023·遼寧卷]導(dǎo)電漆是將金屬粉末添加于特定樹脂原料中制作而成的能導(dǎo)電的噴涂油漆.現(xiàn)有一根用導(dǎo)電漆制成的截面為正方形的細(xì)長樣品(固態(tài)),某同學(xué)欲測量其電阻率,設(shè)計了如圖甲所示的電路圖,實(shí)驗(yàn)步驟如下:a.測得樣品截面的邊長a=0.20cm;b.將平行排列的四根金屬探針甲、乙、丙、丁與樣品接觸,其中甲、乙、丁位置固定,丙可在乙、丁間左右移動;c.將丙調(diào)節(jié)至某位置,測量丙和某探針之間的距離L;d.閉合開關(guān)S,調(diào)節(jié)電阻箱R的阻值,使電流表示數(shù)I=0.40A,讀出相應(yīng)的電壓表示數(shù)U,斷開開關(guān)S;e.改變丙的位置,重復(fù)步驟c、d,測量多組L和U,作出U-L圖像如圖乙所示,得到直線的斜率k.回答下列問題:(1)L是丙到(填“甲”“乙”或“丁”)的距離;

(2)寫出電阻率的表達(dá)式ρ=(用k、a、I表示);

(3)根據(jù)圖像計算出該樣品的電阻率ρ=Ω·m(保留兩位有效數(shù)字).

例2[2023·全國乙卷]一學(xué)生小組測量某金屬絲(阻值約十幾歐姆)的電阻率.現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)器材:螺旋測微器、米尺、電源E、電壓表(內(nèi)阻非常大)、定值電阻R0(阻值10.0Ω).滑動變阻器R、待測金屬絲、單刀雙擲開關(guān)K、開關(guān)S、導(dǎo)線若干.圖甲是學(xué)生設(shè)計的實(shí)驗(yàn)電路原理圖.完成下列填空:(1)實(shí)驗(yàn)時,先將滑動變阻器R接入電路的電阻調(diào)至最大,閉合S.(2)將K與1端相連,適當(dāng)減小滑動變阻器R接入電路的電阻.此時電壓表讀數(shù)記為U1,然后將K與2端相連,此時電壓表讀數(shù)記為U2.由此得到流過待測金屬絲的電流I=,金屬絲的電阻r=.(結(jié)果均用R0、U1、U2表示)

(3)繼續(xù)微調(diào)R,重復(fù)(2)的測量過程,得到多組測量數(shù)據(jù),如下表所示:U1(mV)0.570.710.851.141.43U2(mV)0.971.211.451.942.43(4)利用上述數(shù)據(jù),得到金屬絲的電阻r=14.2Ω.(5)用米尺測得金屬絲長度L=50.00cm.用螺旋測微器測量金屬絲不同位置的直徑.某次測量的示數(shù)如圖乙所示,該讀數(shù)為d=mm.多次測量后,得到直徑的平均值恰與d相等.

(6)由以上數(shù)據(jù)可得,待測金屬絲所用材料的電阻率ρ=×10-7Ω·m.(保留2位有效數(shù)字)

等效替代法電流等效替代法電壓等效替代法或或?qū)嶒?yàn)原理:測量某電阻(或電流表、電壓表的內(nèi)阻)時,用電阻箱替換待測電阻,若二者對電路所起的作用相同(如分流或分壓相等),則待測電阻(或電流表、電壓表的內(nèi)阻)的阻值與電阻箱接入電路的阻值相等.以左一為例:電源輸出電壓不變,將S2閉合到2,調(diào)節(jié)電阻箱,示數(shù)為R1,使電流表的示數(shù)與S2閉合到1時的示數(shù)相等,則Rx=R1例3[2024·云南昆明模擬]如圖甲所示,某同學(xué)發(fā)現(xiàn)將一塊滿偏電流為50μA的小量程電流表改裝成0~1mA、0~10mA兩個量程的電流表,需用R1=4.22Ω和R2=37.89Ω的電阻.(1)由上述數(shù)據(jù),可計算出小量程電流表的內(nèi)阻為Ω(計算結(jié)果保留3位有效數(shù)字).

(2)該同學(xué)為驗(yàn)證計算結(jié)果,設(shè)計了如圖乙所示的電路,測量小量程電流表的內(nèi)阻.A是標(biāo)準(zhǔn)電流表,R和R0分別是滑動變阻器和電阻箱,S是單刀單擲開關(guān),S1是單刀雙擲開關(guān),E是電源.完成下列填空:①將S1撥向接點(diǎn)1,接通S,調(diào)節(jié)滑動變阻器R,使小量程電流表指針偏轉(zhuǎn)到適當(dāng)位置,記下此時的讀數(shù)I;

②然后將S2撥向接點(diǎn)2,保持①步驟中滑動變阻器R滑片的位置不變,調(diào)節(jié)電阻箱R0,使標(biāo)準(zhǔn)電流表的讀數(shù),記下此時R0的讀數(shù);

③多次重復(fù)上述過程,計算R0讀數(shù)的,即為待測小量程電流表的內(nèi)阻,在誤差允許的范圍內(nèi),發(fā)現(xiàn)小量程電流表的內(nèi)阻無誤;

④小量程電流表的內(nèi)阻R0的阻值的測量值與真實(shí)值可能不相等,若不考慮偶然誤差的因素,則可能的原因是.

半偏法測電表內(nèi)阻1.利用半偏法測電流表內(nèi)阻,如圖甲所示,電阻箱和電流表并聯(lián),然后與大電阻滑動變阻器串聯(lián),R測<R真.2.利用半偏法測電壓表內(nèi)阻,如圖乙所示,電阻箱和電壓表串聯(lián),然后與小電阻滑動變阻器并聯(lián),R測>R真.例4[2024·四川綿陽模擬]用如圖甲所示的電路圖測量毫安表G的內(nèi)阻,并改裝成量程更大的電流表.已知G量程是0~3mA,內(nèi)阻約為100Ω.電阻箱R0的最大阻值為9999.9Ω,電源E的電動勢約為6V,內(nèi)阻忽略不計.供選用的滑動變阻器有:甲,最大阻值為1kΩ;乙,最大阻值為3kΩ.完成以下實(shí)驗(yàn),并回答問題:(1)為完成實(shí)驗(yàn),滑動變阻器R1應(yīng)該選用(選填“甲”或“乙”).

(2)測量毫安表G的內(nèi)阻.正確連接電路后,進(jìn)行如下操作:①斷開S1和S2,將R1接入電路的電阻調(diào)到最大值;②閉合S1,調(diào)節(jié)(選填“R1”或“R0”)使G滿偏;

③閉合S2,調(diào)節(jié)(選填“R1”或“R0”)使G半偏,記錄其此時接入電路的阻值為R測;

④根據(jù)測量原理,可認(rèn)為毫安表G的內(nèi)阻Rg等于R測.R測與G內(nèi)阻真實(shí)值相比(選填“偏大”“偏小”或“相等”).

(3)將毫安表G改裝成量程為0~30mA的電流表.根據(jù)測得的毫安表G的內(nèi)阻R測,計算與毫安表G并聯(lián)的定值電阻R的阻值.完成改裝后,按照圖乙所示電路進(jìn)行校準(zhǔn),當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)毫安表的示數(shù)為16.0mA時,毫安表G指針位置如圖丙所示,說明改裝電表量程不是0~30mA,這是毫安表G的內(nèi)阻測量不準(zhǔn)確造成的.要讓改裝電表量程為0~30mA,不必重新測量G的內(nèi)阻,只需要將定值電阻R換成一個阻值為kR的電阻,其中k=.

電橋平衡法在電阻的測量方法中,有一種很獨(dú)特的測量方法,那就是電橋法.其測量電路如圖所示,實(shí)驗(yàn)中調(diào)節(jié)電阻箱R3,當(dāng)A、B兩點(diǎn)的電勢相等時,R1和R3兩端的電壓相等,設(shè)為U1.同時R2和Rx兩端的電壓也相等,設(shè)為U2.根據(jù)歐姆定律有U1R1=U2R2,U1R3=U2Rx.由以上兩式解得R1×R例5[2023·湖南卷]某探究小組利用半導(dǎo)體薄膜壓力傳感器等元件設(shè)計了一個測量微小壓力的裝置,其電路如圖甲所示,R1、R2、R3為電阻箱,RF為半導(dǎo)體薄膜壓力傳感器,C、D間連接電壓傳感器(內(nèi)阻無窮大).(1)先用歐姆表“×100”擋粗測RF的阻值,示數(shù)如圖乙所示,對應(yīng)的讀數(shù)是Ω;

(2)適當(dāng)調(diào)節(jié)R1、R2、R3,使電壓傳感器示數(shù)為0,此時,RF的阻值為(用R1、R2、R3表示);

(3)依次將0.5g的標(biāo)準(zhǔn)砝碼加載到壓力傳感器上(壓力傳感器上所受壓力大小等于砝碼重力大小),讀出電壓傳感器示數(shù)U,所測數(shù)據(jù)如下表所示:次數(shù)123456砝碼質(zhì)量m/g0.00.51.01.52.02.5電壓U/mV057115168220280根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖丙上描點(diǎn),繪制U-m關(guān)系圖線;(4)完成前面三步的實(shí)驗(yàn)工作后,該測量微小壓力的裝置即可投入使用.在半導(dǎo)體薄膜壓力傳感器上施加微小壓力F0,電壓傳感器示數(shù)為200mV,則F0大小是N(重力加速度取9.8m/s2,保留2位有效數(shù)字);

(5)若在步驟(4)中換用非理想毫伏表測量C、D間電壓,在半導(dǎo)體薄膜壓力傳感器上施加微小壓力F1,此時非理想毫伏表讀數(shù)為200mV,則F1F0(填“>”“=”或“<”).

題型2以閉合電路歐姆定律為核心的實(shí)驗(yàn)用多用電表測量電學(xué)中的物理量1.原理:閉合電路歐姆定律,I=ERx+R內(nèi)(其中R內(nèi)=Rg+R+r,2.中值電阻R中=Rg+R+r3.紅、黑表筆短接,歐姆調(diào)零,Ig=E4.電流方向:“紅進(jìn)黑出”測量電源的電動勢和內(nèi)電阻伏安法1.原理:U=E-Ir2.誤差來源:電壓表的分流3.誤差分析:E測<E真,r測<r真r伏安法1.原理:U=E-Ir2.誤差來源:電流表的分壓3.誤差分析:E測=E真,r測>r真(r測=r真+RA)伏阻法1.原理:E=U+UR2.關(guān)系式:1U=rE·1(續(xù)表)測量電源的電動勢和內(nèi)電阻伏阻法3.誤差分析:E測<E真,r測<r真r測=RV·安阻法1.原理:E=IR+Ir2.關(guān)系式:1I=1E·R+rE或R=E·3.誤差分析:E測=E真,r測>r真(r測=r真+RA)【題組演練】1.[2024·遼寧卷]某探究小組要測量電池的電動勢和內(nèi)阻.可利用的器材有:電壓表、電阻絲、定值電阻(阻值為R0)、金屬夾、刻度尺、開關(guān)S、導(dǎo)線若干.他們設(shè)計了如圖所示的實(shí)驗(yàn)電路原理圖.(1)實(shí)驗(yàn)步驟如下:①將電阻絲拉直固定,按照圖甲連接電路,金屬夾置于電阻絲的(選填“A”或“B”)端;

②閉合開關(guān)S,快速滑動金屬夾至適當(dāng)位置并記錄電壓表示數(shù)U,斷開開關(guān)S,記錄金屬夾與B端的距離L;③多次重復(fù)步驟②,根據(jù)記錄的若干組U、L的值,作出圖丙中圖線Ⅰ;④按照圖乙將定值電阻接入電路,多次重復(fù)步驟②,再根據(jù)記錄的若干組U、L的值,作出圖丙中圖線Ⅱ.(2)由圖線得出縱軸截距為b,則待測電池的電動勢E=.

(3)由圖線求得Ⅰ、Ⅱ的斜率分別為k1、k2,若k2k1=n,則待測電池的內(nèi)阻r=(用n和R2.[2024·廣西南寧模擬]學(xué)校物理課外學(xué)習(xí)小組要測一節(jié)干電池的電動勢(約1.5V)和內(nèi)阻(小于1Ω),選用的實(shí)驗(yàn)器材如下:A.電流表A(量程0~0.6A,內(nèi)阻約為0.1Ω);B.微安表G(量程0~400μA,內(nèi)阻為100Ω);C.滑動變阻器R'(0~20Ω);D.電阻箱R(0~9999.9Ω);E.定值電阻R1(阻值為2.50Ω);F.定值電阻R2(阻值為10.00Ω);G.開關(guān)、導(dǎo)線若干.(1)給定的兩個定值電阻,你認(rèn)為選用(選填“R1”或“R2”)最合適;

(2)將微安表G改裝為量程0~2V的電壓表,該小組應(yīng)將電阻箱調(diào)到阻值為.

(3)根據(jù)選用的實(shí)驗(yàn)器材,請在虛線框內(nèi)完善實(shí)驗(yàn)電路.(4)該小組根據(jù)記錄的數(shù)據(jù),作出微安表G的示數(shù)I1隨電流表A的示數(shù)I2變化的圖像如圖乙所示,則該節(jié)干電池的電動勢E=V,內(nèi)阻r=Ω.(均保留3位有效數(shù)字)

3.[2024·新課標(biāo)卷]學(xué)生實(shí)驗(yàn)小組要測量量程為0~3V的電壓表V的內(nèi)阻RV.可選用的器材有:多用電表,電源E(電動勢為5V),電壓表V1(量程為0~5V,內(nèi)阻約3kΩ),定值電阻R0(阻值為800Ω),滑動變阻器R1(最大阻值為50Ω),滑動變阻器R2(最大阻值為5kΩ),開關(guān)S,導(dǎo)線若干.完成下列填空:(1)利用多用電表粗測待測電壓表的內(nèi)阻.首先應(yīng)(把下列實(shí)驗(yàn)步驟前的字母按正確操作順序排列).

A.將紅、黑表筆短接B.調(diào)節(jié)歐姆調(diào)零旋鈕,使指針指向零歐姆C.將多用電表選擇開關(guān)置于歐姆擋“×10”位置再將多用電表的紅、黑表筆分別與待測電壓表的(選填“正極、負(fù)極”或“負(fù)極、正極”)相連,歐姆表的指針位置如圖甲中虛線Ⅰ所示.為了減少測量誤差,應(yīng)將選擇開關(guān)旋轉(zhuǎn)到歐姆擋(選填“×1”“×100”或“×1k”)位置,重新調(diào)節(jié)后,測量得到指針位置如圖甲中實(shí)線Ⅱ所示,則粗測得到的該電壓表內(nèi)阻為kΩ(結(jié)果保留1位小數(shù)).

(2)為了提高測量精度,他們設(shè)計了如圖乙所示的電路,其中滑動變阻器應(yīng)選(選填“R1”或“R2”),閉合開關(guān)S前,滑動變阻器的滑片應(yīng)置于(選填“a”或“b”)端.

(3)閉合開關(guān)S,滑動變阻器滑片滑到某一位置時,電壓表V1、待測電壓表的示數(shù)分別為U1、U,則待測電壓表內(nèi)阻RV=(選用U1、U和R0表示).

(4)測量得到U1=4.20V,U=2.78V,則待測電壓表內(nèi)阻RV=kΩ(結(jié)果保留3位有效數(shù)字).

題型3其他電學(xué)實(shí)驗(yàn)1.探究影響感應(yīng)電流方向的因素利用甲圖判斷電流方向與靈敏電流計中指針偏轉(zhuǎn)方向的關(guān)系;利用乙圖結(jié)合控制變量法,依次探究開關(guān)通斷、滑動變阻器的滑片的移動、線圈A從線圈B中插入與拔出等因素對感應(yīng)電流方向的影響.2.探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系原線圈通過電流時,鐵芯中產(chǎn)生磁場,由于交變電流的大小和方向都在不斷變化,鐵芯中的磁場也在不斷地變化,變化的磁場在副線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,副線圈中就存在交變電壓.本實(shí)驗(yàn)通過改變原、副線圈的匝數(shù),探究原、副線圈的電壓與匝數(shù)的關(guān)系.3.觀察電容器的充、放電現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)電路如圖所示.當(dāng)開關(guān)撥到位置“1”時,電源E對電容器充電;當(dāng)開關(guān)撥到位置“2”時,電容器放電.在充電和放電過程中,利用電流計觀察電路的電流大小和方向的變化,利用電壓表觀察電容器兩極板間電壓的變化,進(jìn)而判斷電容器兩極板儲存電荷量的變化.【題組演練】1.[2024·江西南昌模擬]如圖所示為“探究電磁感應(yīng)產(chǎn)生條件及其規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)裝置.(1)將圖中所缺的導(dǎo)線補(bǔ)接完整.(2)如果在閉合開關(guān)時發(fā)現(xiàn)靈敏電流表的指針向右偏了一下,那么合上開關(guān)后可能出現(xiàn)的情況有:①將原線圈迅速插入副線圈時,靈敏電流表指針將(選填“左偏”“右偏”或“不偏轉(zhuǎn)”).

②原線圈插入副線圈后,將滑動變阻器滑片迅速向左滑動時,靈敏電流表指針將(選填“左偏”“右偏”或“不偏轉(zhuǎn)”).

③在做“探究電磁感應(yīng)現(xiàn)象”實(shí)驗(yàn)時,如果副線圈兩端不接任何元件,則副線圈電路中將.

A.因電路不閉合,無電磁感應(yīng)現(xiàn)象B.有電磁感應(yīng)現(xiàn)象,但無感應(yīng)電流,只有感應(yīng)電動勢C.不能用楞次定律判斷感應(yīng)電動勢的方向D.可以用楞次定律判斷感應(yīng)電動勢的方向2.[2024·海南卷]用如圖甲所示的電路觀察電容器的充放電現(xiàn)象,實(shí)驗(yàn)器材有電源E、電容器C、電壓表、電流表、電流傳感器、計算機(jī)、定值電阻R、單刀雙擲開關(guān)S1、開關(guān)S2、導(dǎo)線若干.(1)閉合開關(guān)S2,將S1接1,電壓表示數(shù)增大,最后穩(wěn)定在12.3V.在此過程中,電流表的示數(shù).(填選項(xiàng)標(biāo)號)

A.一直穩(wěn)定在某一數(shù)值B.先增大,后逐漸減小為零C.先增大,后穩(wěn)定在某一非零數(shù)值(2)先后斷開開關(guān)S2、S1,將電流表更換成電流傳感器,再將S1接2,此時通過定值電阻R的電流方向?yàn)?選填“a→b”或“b→a”),通過傳感器將電流信息傳入計算機(jī),畫出電流隨時間變化的I-t圖像,如圖乙,t=2s時I=1.10mA,圖中M、N區(qū)域面積比為8∶7,可求出R=kΩ(保留2位有效數(shù)字).

3.[2023·重慶卷]一興趣小組擬研究某變壓器的輸入和輸出電壓之比,以及交流電頻率對輸出電壓的影響.圖甲為實(shí)驗(yàn)電路圖,其中L1和L2為變壓器的原、副線圈,S1和S2為開關(guān),P為滑動變阻器RP的滑片,R為電阻箱,E為正弦式交流電源(能輸出電壓峰值不變、頻率可調(diào)的交流電).(1)閉合S1,用多用電表交流電壓擋測量線圈L1兩端的電壓.滑片P向右滑動后,與滑動前相比,電表的示數(shù)(選填“變大”“不變”或“變小”).

(2)保持S2斷開狀態(tài),調(diào)整E輸出的交流電頻率為50Hz,滑動滑片P,用多用電表交流電壓擋測得線圈L1兩端的電壓為2500mV時,用示波器測得線圈L2兩端電壓u隨時間t的變化曲線如圖乙所示,則線圈L1兩端與L2兩端的電壓比值為(保留3位有效數(shù)字).

(3)閉合S2,滑動P到某一位置并保持不變.分別在E輸出的交流電頻率為50Hz、1000Hz的條件下,改變R的阻值,用多用電表交流電壓擋測量線圈L2兩端的電壓U,得到U-R關(guān)系曲線如圖丙所示.用一個阻值恒為20Ω的負(fù)載R0替換電阻箱R,由圖可知,當(dāng)頻率為1000Hz時,R0兩端的電壓為mV;當(dāng)頻率為50Hz時,為保持R0兩端的電壓不變,需要將R0與一個阻值為Ω的電阻串聯(lián).(均保留3位有效數(shù)字)

題型4創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)1.電學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)主要包括實(shí)驗(yàn)方案的創(chuàng)新、實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新、數(shù)據(jù)處理方案的創(chuàng)新、實(shí)驗(yàn)原理的遷移應(yīng)用等,解決這類題主要抓住兩點(diǎn):(1)選擇合適的實(shí)驗(yàn)原理;(2)設(shè)計合理的電路.2.傳感器類實(shí)驗(yàn)也是電學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的出題方向之一.【題組演練】1.[2024·湖南卷]某實(shí)驗(yàn)小組要探究一金屬絲的阻值隨氣壓變化的規(guī)律,搭建了如圖甲所示的裝置.電阻測量原理如圖乙所示,E是電源,V為電壓表,A為電流表.(1)保持玻璃管內(nèi)壓強(qiáng)為1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓,電流表示數(shù)為100mA,電壓表量程為0~3V,表盤如圖丙所示,示數(shù)為V,此時金屬絲阻值的測量值R為Ω(保留3位有效數(shù)字);

(2)打開抽氣泵,降低玻璃管內(nèi)氣壓p,保持電流I不變,讀出電壓表示數(shù)U,計算出對應(yīng)的金屬絲阻值;(3)根據(jù)測量數(shù)據(jù)繪制R-p關(guān)系圖線,如圖丁所示;(4)如果玻璃管內(nèi)氣壓為0.5個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓,保持電流為100mA,電壓表指針應(yīng)該在圖丙指針位置的(選填“左”或“右”)側(cè);

(5)若電壓表是非理想電壓表,則金屬絲電阻的測量值(選填“大于”“小于”或“等于”)真實(shí)值.

2.[2024·全國甲卷]電阻型氧氣傳感器的阻值會隨所處環(huán)境中的氧氣含量發(fā)生變化.在保持流過傳感器的電流(即工作電流)恒定的條件下,通過測量不同氧氣含量下傳感器兩端的電壓,建立電壓與氧氣含量之間的對應(yīng)關(guān)系,這一過程稱為定標(biāo).一同學(xué)用圖甲所示電路對他制作的一個氧氣傳感器定標(biāo).實(shí)驗(yàn)器材有:裝在氣室內(nèi)的氧氣傳感器(工作電流1mA)、毫安表(內(nèi)阻可忽略)、電壓表、電源、滑動變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線若干、5個氣瓶(氧氣含量分別為1%、5%、10%、15%、20%).(1)將圖甲中的實(shí)驗(yàn)器材間的連線補(bǔ)充完整,使其能對傳感器定標(biāo);(2)連接好實(shí)驗(yàn)器材,把氧氣含量為1%的氣瓶接到氣體入口;(3)把滑動變阻器的滑片滑到端(選填“a”或“b”),閉合開關(guān);

(4)緩慢調(diào)整滑動變阻器的滑片位置,使毫安表的示數(shù)為1mA,記錄電壓表的示數(shù)U;(5)斷開開關(guān),更換氣瓶,重復(fù)步驟(3)和(4);(6)獲得的氧氣含量分別為1%、5%、10%和15%的數(shù)據(jù)已標(biāo)在圖乙中;氧氣含量為20%時電壓表的示數(shù)如圖丙,該示數(shù)為V(結(jié)果保留2位小數(shù)).

現(xiàn)測量一瓶待測氧氣含量的氣體,將氣瓶接到氣體入口,調(diào)整滑動變阻器滑片位置使毫安表的示數(shù)為1mA,此時電壓表的示數(shù)為1.50V,則此瓶氣體的氧氣含量為%(結(jié)果保留整數(shù)).

第15講電學(xué)實(shí)驗(yàn)題型1例1(1)乙(2)ka2I(3)6.5×[解析](1)由圖像可知電壓表測得的電壓U與距離L成正比,由于電壓表測量的是乙、丙之間的電壓,則L是丙到乙的距離.(2)根據(jù)電阻定律有R=ρLa2,再根據(jù)歐姆定律有R=UI,聯(lián)立有U=ρIa2L,U-L圖像的斜率k=ρIa(3)根據(jù)圖像可知k=6.5V/m,則根據(jù)(2)代入數(shù)據(jù)有ρ=6.5×10-5Ω·m.例2(2)U2-U1R(5)0.150(6)5.0[解析](2)電壓表(內(nèi)阻非常大),可視為理想電壓表,不考慮電壓表的分流作用.K與1端相連,此時電壓表測量的是金屬絲兩端的電壓U1,K與2端相連,電壓表測量的是金屬絲和定值電阻二者的電壓U2,因此I=U2-U1R0,(5)讀數(shù)為d=0+15.0×0.01mm=0.150mm.(6)由r=ρLS可得,待測金屬絲所用材料的電阻率ρ=S·rL=πd22L·r=π×0.1502×10-32例3(1)800(2)①標(biāo)準(zhǔn)電流表A②仍為I(或“不變”)③平均值④見解析[解析](1)根據(jù)電流表改裝原理IgRgR1+R2+Ig=I,I=1mA,(2)①根據(jù)題意,記下此時標(biāo)準(zhǔn)電流表A的讀數(shù);②本實(shí)驗(yàn)采用等效替代的思想,通過電阻箱等效替代待測電流表的阻值,使標(biāo)準(zhǔn)電流表A讀數(shù)不變;③為降低測量的偶然誤差,需多次重復(fù)上述過程,計算R0讀數(shù)的平均值;④由于電阻箱R0的阻值不連續(xù),可能導(dǎo)致電阻箱R0的阻值與小量程電流表的內(nèi)阻的阻值并不完全相等.例4(1)乙(2)②R1③R0④偏小(3)29[解析](1)根據(jù)半偏法測量電表電阻的原理可知,當(dāng)S2閉合后,干路電流恒定,由閉合電路歐姆定律可知I=ER1+R并,需要保證R1?R并,才能盡量減小R(2)②根據(jù)半偏法測量電表的電阻實(shí)驗(yàn)步驟可知,先閉合S1后,應(yīng)調(diào)節(jié)R1使毫安表滿偏;③保持S1閉合,再閉合S2后,調(diào)節(jié)R0使毫安表半偏;④當(dāng)閉合S2后,R0并入電路,電路中的總電阻減小,干路電流增大,當(dāng)毫安表的電流等于Ig2時,通過R0的電流大于Ig2,所以R0<R(3)當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)毫安表的示數(shù)為16.0mA時,由圖丙可知改裝表的示數(shù)為15.0mA,則當(dāng)改裝表滿偏時,對應(yīng)的實(shí)際電流為32.0mA,即把毫安表改裝后的量程為0~32mA,量程擴(kuò)大了323倍,則并聯(lián)電阻為R=Rg323-1=329Rg,若把毫安表改裝成0~30mA的電流表,則量程擴(kuò)大了10倍,則并聯(lián)的電阻為R'=110-1Rg,由題意可知,例5(1)1000(2)R1R3(4)1.7×10-2(5)>[解析](1)歐姆表讀數(shù)為10×100Ω=1000Ω.(2)當(dāng)電壓傳感器讀數(shù)為零時,C、D兩點(diǎn)電勢相等,即UCB=UDB,即UABR1+RFRF=UABR2(3)繪出U-m圖像如圖.(4)由圖像可知,當(dāng)電壓傳感器的讀數(shù)為200mV時,所放物體質(zhì)量為1.78g,則F0=mg=1.78×10-3×9.8N=1.7×10-2N.(5)可將CD以外的電路等效為新的電源,C、D兩點(diǎn)電壓看作路端電壓,換用非理想電壓傳感器后當(dāng)讀數(shù)為200mV時,實(shí)際C、D間斷路(接理想電壓傳感器)時的電壓大于200mV,則此時壓力傳感器的讀數(shù)F1>F0.題型2【題組演練】1.(1)A(2)1b(3)[解析](1)為了保護(hù)電路,避免通過電源的電流過大,閉合開關(guān)前,金屬夾應(yīng)置于使電阻絲接入電路的阻值最大處,即應(yīng)該置于A端.(2)對于圖甲電路,根據(jù)閉合電路歐姆定律有U=E-Ir,設(shè)金屬絲的電阻率為ρ,橫截面積為S,根據(jù)歐姆定律和電阻定律有I=UR,R=ρLS,聯(lián)立可得U=E-USρLr,整理可得1U=1E+SrEρ·1L,對于圖乙電路,根據(jù)閉合電路歐姆定律有U=E-I(r+R0),根據(jù)歐姆定律和電阻定律有I=UR,R=ρLS,聯(lián)立并整理可得1U=1E+S(r(3)由題意可知k1=SrEρ,k2=S(r+R0)Eρ,又k2.(1)R1(2)4900.0Ω(3)如圖所示(4)1.440.500[解析](1)若選用定值電阻R2,當(dāng)滑動變阻器的阻值調(diào)到零時,此時干路中的最大電流Imax=1.51+10.00A≈0.14A,而電流表A量程為0~0.6A,指針最大偏角未超過滿刻度的13,讀數(shù)誤差較大,不能正常測量;若選用定值電阻R1,當(dāng)滑動變阻器的阻值調(diào)到零時,此時干路中的最大電流為Imax=1.51+2.50A≈0.4A,(2)根據(jù)電阻串聯(lián)規(guī)律,將微安表G改裝為量程0~2V的電壓表,則有2V=Ig(R+Rg),可得電阻箱調(diào)到的阻值為R=4900.0Ω.(3)由于電源內(nèi)阻較小,為了減小實(shí)驗(yàn)誤差,電流表應(yīng)選擇相對于電源外接法,根據(jù)選用的實(shí)驗(yàn)器材,完善實(shí)驗(yàn)電路如圖所示.(4)根據(jù)閉合電路歐姆定律有E=I1(R+Rg)+I2(r+R1),整理得I1=ER+Rg-r+R1R+RgI2,結(jié)合圖像可知ER+Rg=288×10-6A,r+R1R+3.(1)CAB負(fù)極、正極×1001.6(2)R1a(3)UR0U1[解析](1)利用多用電表粗測待測電壓表的內(nèi)阻時,首先應(yīng)選擇歐姆擋,即將多用電表選擇開關(guān)置于歐姆擋“×10”位置,接著將紅、黑表筆短接,再進(jìn)行歐姆調(diào)零,即調(diào)節(jié)歐姆調(diào)零旋鈕,使指針指向零歐姆,故操作順序?yàn)镃AB.由多用電表使用時電流“紅進(jìn)黑出”的規(guī)則可知,多用電表內(nèi)電源正極與黑表筆相連,故應(yīng)將多用電表的紅、黑表筆分別與待測電壓表的負(fù)極、正極相連.讀數(shù)時歐姆表的指針位置如圖甲中虛線Ⅰ所示,指針偏轉(zhuǎn)角度較小,說明倍率選擇過小,為了減少測量誤差,應(yīng)將選擇開關(guān)旋轉(zhuǎn)到歐姆擋倍率較大處,而根據(jù)指針?biāo)笖?shù)據(jù)可知內(nèi)阻粗測值約為150×10Ω=1.5×103Ω,為使指針指在表盤刻度中間位置附近,選擇“×1k”倍率又過大,應(yīng)選擇歐姆擋“×100”的位置.測量得到指針位置如圖甲中實(shí)線Ⅱ所示,則粗測得到的該電壓表內(nèi)阻為R=16.0×100Ω=1.6kΩ.(2)由電路圖可知,滑動變阻器采用的是分壓式接法,為了方便調(diào)節(jié),應(yīng)選最大阻值較小的滑動變阻器即R1.為保護(hù)電路,測量電路部分電壓應(yīng)從零開始慢慢增大,所以閉合開關(guān)S前,滑動變阻器的滑片應(yīng)置于a端.(3)通過待測電壓表的電流與通過定值電阻的電流相同,為I=U1-UR0,根據(jù)歐姆定律得待測電壓表內(nèi)阻為RV(4)測量得到U1=4.20V,U=2.78V,代入待測電壓表內(nèi)阻的表達(dá)式RV=UR0U1-U,可得待測電壓表內(nèi)阻RV題型3【題組演練】1.(1)如圖所示(2)①右偏②左偏③BD[解析](1)電路連接如圖所示.(2)①閉合開關(guān)時發(fā)現(xiàn)靈敏電流表的指針向右偏了一下,說明穿過原線圈的磁通量增大時,電流表指針向右偏,將原線圈迅速插入副線圈時,穿過原線圈的磁通量增大,所以指針右偏;②將滑動變阻器滑片迅速向左滑動時,電路電流減小,穿過原線圈的磁通量減小,指針左偏;③感應(yīng)電流的產(chǎn)生需要有閉合回路,感應(yīng)電動勢的產(chǎn)生不需要,且可以通過楞次定律判斷方向,故選B、D.2.(1)B(2)a→b5.2[解析](1)電容器充電過程中,當(dāng)電路剛接通后,電流表示數(shù)從0增大至某一最大值,后隨著電容器的不斷充電,電路中的充電電流在減小,當(dāng)充電結(jié)束電路穩(wěn)定后,此時電路相當(dāng)于斷路,電流為0,故選B.(2)根據(jù)電路圖可知充電結(jié)束后電容器上極板帶正電,將S1接2,電容器放電,此時通過定值電阻R的電流方向?yàn)閍→b;t=2s時,I=1.10mA,可知此時電容器兩端的電壓為U2=IR,電容器開始放電前兩端電壓為12.3V,根據(jù)I-t圖像與橫軸圍成的面積表示放電荷量可得,0~2s的放電荷量為Q1=ΔU·C=(12.3-1.10×10-3·R)C,2s后到放電結(jié)束放電荷量為Q2=ΔU'·C=1.10×10-3·RC,根據(jù)題意Q1Q2=87,解得R≈5.3.(1)變大(2)12.6(3)27012.0(11.5~12.5均可)[解析](1)閉合S1,滑動變阻器RP是分壓接法,滑片P向右滑動后,線圈L1兩端的電壓增大,因此與滑動前相比,電表的示數(shù)變大.(2)由u-t圖像可得,線圈L2兩端電壓有效值為U2=Um2=2802mV,則線圈L1兩端與L2兩端的電壓比值為U1U2(3)在U-R圖中連接點(diǎn)(20Ω,270mV)與坐標(biāo)原點(diǎn),得到的是一條等流線,如圖所示,圖線與頻率為50Hz的圖線交點(diǎn)的橫坐標(biāo)就是總阻值,減去20Ω即為所求,所以R'=(32.0-20)Ω=12.0Ω.題型4【題組演練】1.(1)1.23(1.21~1.25均可)12.3(12.1~12.5均可)(4)右(5)小于[解析](1)電壓表量程為0~3V,分度值為0.1V,則電壓表讀數(shù)需估讀一位,為1.23V,此時金屬絲的測量值R=UI=12.3Ω(4)由題圖丁可知,氣壓越小則電阻越大,如果玻璃管內(nèi)氣壓為0.5個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓,則氣壓變小,金屬絲阻值變大,由于保持電流為100mA,所以根據(jù)U=IR,可知電壓表示數(shù)應(yīng)變大,電壓表的指針位置應(yīng)該在題圖丙中指針位置的右側(cè).(5)若電壓表是非理想電壓表,則電壓表會分流,I測=I真+URV,I測>I真,即I測偏大,根據(jù)R測=UI測可知,R測偏小,即R測2.(1)如圖所示(3)a(6)1.4017[解析](1)為了保持流過傳感器的電流恒定,電阻型氧氣傳感器兩端的電壓調(diào)節(jié)范圍較大,所以滑動變阻器采用分壓式接法,由于毫安表內(nèi)阻可忽略,所以電流表采用內(nèi)接法.(3)為了保護(hù)電路,閉合開關(guān)前,需要電阻型氧氣傳感器兩端的電壓為零,故滑動變阻器的滑片滑到a端口.(6)由圖可知,電壓表的分度值為0.1V,需要估讀到分度值下一位,其讀數(shù)為1.40V;當(dāng)瓶氣體的氧氣含量為20%時,電壓為1.40V,在圖乙中描出該點(diǎn),用平滑的曲線將各點(diǎn)連接起來,如圖所示,可知電壓表的示數(shù)為1.50V時,此瓶氣體的氧氣含量為17%.第15講電學(xué)實(shí)驗(yàn)【網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建】【關(guān)鍵能力】掌握基礎(chǔ)電學(xué)實(shí)驗(yàn),電學(xué)實(shí)驗(yàn)大都是以閉合或部分電路歐姆定律等基本電學(xué)理論為核心,主要掌握電表改裝、多用電表、各種方法測電阻值、伏安法測電動勢和內(nèi)阻等基于教材的實(shí)驗(yàn).高考對電學(xué)基本實(shí)驗(yàn)的考查側(cè)重于電路設(shè)計、數(shù)據(jù)處理、誤差分析等,并且向著拓展實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的方向發(fā)展,也可能會涉及磁場、電磁感應(yīng)等方面的知識,也會和傳感器等知識相結(jié)合,考查形式靈活多變.題型1以“測電阻”為核心的實(shí)驗(yàn)電阻測量首先要根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)器材的不同而靈活選用伏安法及其變式、等效替代法、半偏法、電橋平衡法等測量電路,從供電方式上又可分為限流電路和分壓電路.伏安法及其變式“伏安法”有電壓表、電流表且電表量程恰當(dāng)時選擇“伏安法”“安安法”電壓表不能用或沒有電壓表的情形下,若知道電流表內(nèi)阻,可以將電流表當(dāng)作電壓表使用,即選擇“安安法”“伏伏法”電流表不能用或沒有電流表的情況下,若知道電壓表內(nèi)阻,可以將電壓表當(dāng)作電流表使用,即選擇“伏伏法”“伏安加R法”在運(yùn)用伏安法測電阻時,由于電壓表或電流表的量程太小或太大,為了滿足安全、精確的要求,加保護(hù)電阻的方法就應(yīng)運(yùn)而生,“伏安加R法”又叫“加保護(hù)電阻法”例1[2023·遼寧卷]導(dǎo)電漆是將金屬粉末添加于特定樹脂原料中制作而成的能導(dǎo)電的噴涂油漆.現(xiàn)有一根用導(dǎo)電漆制成的截面為正方形的細(xì)長樣品(固態(tài)),某同學(xué)欲測量其電阻率,設(shè)計了如圖甲所示的電路圖,實(shí)驗(yàn)步驟如下:a.測得樣品截面的邊長a=0.20cm;b.將平行排列的四根金屬探針甲、乙、丙、丁與樣品接觸,其中甲、乙、丁位置固定,丙可在乙、丁間左右移動;c.將丙調(diào)節(jié)至某位置,測量丙和某探針之間的距離L;d.閉合開關(guān)S,調(diào)節(jié)電阻箱R的阻值,使電流表示數(shù)I=0.40A,讀出相應(yīng)的電壓表示數(shù)U,斷開開關(guān)S;e.改變丙的位置,重復(fù)步驟c、d,測量多組L和U,作出U-L圖像如圖乙所示,得到直線的斜率k.回答下列問題:(1)L是丙到(填“甲”“乙”或“丁”)的距離;

(2)寫出電阻率的表達(dá)式ρ=(用k、a、I表示);

(3)根據(jù)圖像計算出該樣品的電阻率ρ=Ω·m(保留兩位有效數(shù)字).

例2[2023·全國乙卷]一學(xué)生小組測量某金屬絲(阻值約十幾歐姆)的電阻率.現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)器材:螺旋測微器、米尺、電源E、電壓表(內(nèi)阻非常大)、定值電阻R0(阻值10.0Ω).滑動變阻器R、待測金屬絲、單刀雙擲開關(guān)K、開關(guān)S、導(dǎo)線若干.圖甲是學(xué)生設(shè)計的實(shí)驗(yàn)電路原理圖.完成下列填空:(1)實(shí)驗(yàn)時,先將滑動變阻器R接入電路的電阻調(diào)至最大,閉合S.(2)將K與1端相連,適當(dāng)減小滑動變阻器R接入電路的電阻.此時電壓表讀數(shù)記為U1,然后將K與2端相連,此時電壓表讀數(shù)記為U2.由此得到流過待測金屬絲的電流I=,金屬絲的電阻r=.(結(jié)果均用R0、U1、U2表示)

(3)繼續(xù)微調(diào)R,重復(fù)(2)的測量過程,得到多組測量數(shù)據(jù),如下表所示:U1(mV)0.570.710.851.141.43U2(mV)0.971.211.451.942.43(4)利用上述數(shù)據(jù),得到金屬絲的電阻r=14.2Ω.(5)用米尺測得金屬絲長度L=50.00cm.用螺旋測微器測量金屬絲不同位置的直徑.某次測量的示數(shù)如圖乙所示,該讀數(shù)為d=mm.多次測量后,得到直徑的平均值恰與d相等.

(6)由以上數(shù)據(jù)可得,待測金屬絲所用材料的電阻率ρ=×10-7Ω·m.(保留2位有效數(shù)字)

等效替代法電流等效替代法電壓等效替代法或或?qū)嶒?yàn)原理:測量某電阻(或電流表、電壓表的內(nèi)阻)時,用電阻箱替換待測電阻,若二者對電路所起的作用相同(如分流或分壓相等),則待測電阻(或電流表、電壓表的內(nèi)阻)的阻值與電阻箱接入電路的阻值相等.以左一為例:電源輸出電壓不變,將S2閉合到2,調(diào)節(jié)電阻箱,示數(shù)為R1,使電流表的示數(shù)與S2閉合到1時的示數(shù)相等,則Rx=R1例3[2024·云南昆明模擬]如圖甲所示,某同學(xué)發(fā)現(xiàn)將一塊滿偏電流為50μA的小量程電流表改裝成0~1mA、0~10mA兩個量程的電流表,需用R1=4.22Ω和R2=37.89Ω的電阻.(1)由上述數(shù)據(jù),可計算出小量程電流表的內(nèi)阻為Ω(計算結(jié)果保留3位有效數(shù)字).

(2)該同學(xué)為驗(yàn)證計算結(jié)果,設(shè)計了如圖乙所示的電路,測量小量程電流表的內(nèi)阻.A是標(biāo)準(zhǔn)電流表,R和R0分別是滑動變阻器和電阻箱,S是單刀單擲開關(guān),S1是單刀雙擲開關(guān),E是電源.完成下列填空:①將S1撥向接點(diǎn)1,接通S,調(diào)節(jié)滑動變阻器R,使小量程電流表指針偏轉(zhuǎn)到適當(dāng)位置,記下此時的讀數(shù)I;

②然后將S2撥向接點(diǎn)2,保持①步驟中滑動變阻器R滑片的位置不變,調(diào)節(jié)電阻箱R0,使標(biāo)準(zhǔn)電流表的讀數(shù),記下此時R0的讀數(shù);

③多次重復(fù)上述過程,計算R0讀數(shù)的,即為待測小量程電流表的內(nèi)阻,在誤差允許的范圍內(nèi),發(fā)現(xiàn)小量程電流表的內(nèi)阻無誤;

④小量程電流表的內(nèi)阻R0的阻值的測量值與真實(shí)值可能不相等,若不考慮偶然誤差的因素,則可能的原因是.

半偏法測電表內(nèi)阻1.利用半偏法測電流表內(nèi)阻,如圖甲所示,電阻箱和電流表并聯(lián),然后與大電阻滑動變阻器串聯(lián),R測<R真.2.利用半偏法測電壓表內(nèi)阻,如圖乙所示,電阻箱和電壓表串聯(lián),然后與小電阻滑動變阻器并聯(lián),R測>R真.例4[2024·四川綿陽模擬]用如圖甲所示的電路圖測量毫安表G的內(nèi)阻,并改裝成量程更大的電流表.已知G量程是0~3mA,內(nèi)阻約為100Ω.電阻箱R0的最大阻值為9999.9Ω,電源E的電動勢約為6V,內(nèi)阻忽略不計.供選用的滑動變阻器有:甲,最大阻值為1kΩ;乙,最大阻值為3kΩ.完成以下實(shí)驗(yàn),并回答問題:(1)為完成實(shí)驗(yàn),滑動變阻器R1應(yīng)該選用(選填“甲”或“乙”).

(2)測量毫安表G的內(nèi)阻.正確連接電路后,進(jìn)行如下操作:①斷開S1和S2,將R1接入電路的電阻調(diào)到最大值;②閉合S1,調(diào)節(jié)(選填“R1”或“R0”)使G滿偏;

③閉合S2,調(diào)節(jié)(選填“R1”或“R0”)使G半偏,記錄其此時接入電路的阻值為R測;

④根據(jù)測量原理,可認(rèn)為毫安表G的內(nèi)阻Rg等于R測.R測與G內(nèi)阻真實(shí)值相比(選填“偏大”“偏小”或“相等”).

(3)將毫安表G改裝成量程為0~30mA的電流表.根據(jù)測得的毫安表G的內(nèi)阻R測,計算與毫安表G并聯(lián)的定值電阻R的阻值.完成改裝后,按照圖乙所示電路進(jìn)行校準(zhǔn),當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)毫安表的示數(shù)為16.0mA時,毫安表G指針位置如圖丙所示,說明改裝電表量程不是0~30mA,這是毫安表G的內(nèi)阻測量不準(zhǔn)確造成的.要讓改裝電表量程為0~30mA,不必重新測量G的內(nèi)阻,只需要將定值電阻R換成一個阻值為kR的電阻,其中k=.

電橋平衡法在電阻的測量方法中,有一種很獨(dú)特的測量方法,那就是電橋法.其測量電路如圖所示,實(shí)驗(yàn)中調(diào)節(jié)電阻箱R3,當(dāng)A、B兩點(diǎn)的電勢相等時,R1和R3兩端的電壓相等,設(shè)為U1.同時R2和Rx兩端的電壓也相等,設(shè)為U2.根據(jù)歐姆定律有U1R1=U2R2,U1R3=U2Rx.由以上兩式解得R1×R例5[2023·湖南卷]某探究小組利用半導(dǎo)體薄膜壓力傳感器等元件設(shè)計了一個測量微小壓力的裝置,其電路如圖甲所示,R1、R2、R3為電阻箱,RF為半導(dǎo)體薄膜壓力傳感器,C、D間連接電壓傳感器(內(nèi)阻無窮大).(1)先用歐姆表“×100”擋粗測RF的阻值,示數(shù)如圖乙所示,對應(yīng)的讀數(shù)是Ω;

(2)適當(dāng)調(diào)節(jié)R1、R2、R3,使電壓傳感器示數(shù)為0,此時,RF的阻值為(用R1、R2、R3表示);

(3)依次將0.5g的標(biāo)準(zhǔn)砝碼加載到壓力傳感器上(壓力傳感器上所受壓力大小等于砝碼重力大小),讀出電壓傳感器示數(shù)U,所測數(shù)據(jù)如下表所示:次數(shù)123456砝碼質(zhì)量m/g0.00.51.01.52.02.5電壓U/mV057115168220280根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖丙上描點(diǎn),繪制U-m關(guān)系圖線;(4)完成前面三步的實(shí)驗(yàn)工作后,該測量微小壓力的裝置即可投入使用.在半導(dǎo)體薄膜壓力傳感器上施加微小壓力F0,電壓傳感器示數(shù)為200mV,則F0大小是N(重力加速度取9.8m/s2,保留2位有效數(shù)字);

(5)若在步驟(4)中換用非理想毫伏表測量C、D間電壓,在半導(dǎo)體薄膜壓力傳感器上施加微小壓力F1,此時非理想毫伏表讀數(shù)為200mV,則F1F0(填“>”“=”或“<”).

題型2以閉合電路歐姆定律為核心的實(shí)驗(yàn)用多用電表測量電學(xué)中的物理量1.原理:閉合電路歐姆定律,I=ERx+R內(nèi)(其中R內(nèi)=Rg+R+r,2.中值電阻R中=Rg+R+r3.紅、黑表筆短接,歐姆調(diào)零,Ig=E4.電流方向:“紅進(jìn)黑出”測量電源的電動勢和內(nèi)電阻伏安法1.原理:U=E-Ir2.誤差來源:電壓表的分流3.誤差分析:E測<E真,r測<r真r伏安法1.原理:U=E-Ir2.誤差來源:電流表的分壓3.誤差分析:E測=E真,r測>r真(r測=r真+RA)伏阻法1.原理:E=U+UR2.關(guān)系式:1U=rE·1(續(xù)表)測量電源的電動勢和內(nèi)電阻伏阻法3.誤差分析:E測<E真,r測<r真r測=RV·安阻法1.原理:E=IR+Ir2.關(guān)系式:1I=1E·R+rE或R=E·3.誤差分析:E測=E真,r測>r真(r測=r真+RA)【題組演練】1.[2024·遼寧卷]某探究小組要測量電池的電動勢和內(nèi)阻.可利用的器材有:電壓表、電阻絲、定值電阻(阻值為R0)、金屬夾、刻度尺、開關(guān)S、導(dǎo)線若干.他們設(shè)計了如圖所示的實(shí)驗(yàn)電路原理圖.(1)實(shí)驗(yàn)步驟如下:①將電阻絲拉直固定,按照圖甲連接電路,金屬夾置于電阻絲的(選填“A”或“B”)端;

②閉合開關(guān)S,快速滑動金屬夾至適當(dāng)位置并記錄電壓表示數(shù)U,斷開開關(guān)S,記錄金屬夾與B端的距離L;③多次重復(fù)步驟②,根據(jù)記錄的若干組U、L的值,作出圖丙中圖線Ⅰ;④按照圖乙將定值電阻接入電路,多次重復(fù)步驟②,再根據(jù)記錄的若干組U、L的值,作出圖丙中圖線Ⅱ.(2)由圖線得出縱軸截距為b,則待測電池的電動勢E=.

(3)由圖線求得Ⅰ、Ⅱ的斜率分別為k1、k2,若k2k1=n,則待測電池的內(nèi)阻r=(用n和R2.[2024·廣西南寧模擬]學(xué)校物理課外學(xué)習(xí)小組要測一節(jié)干電池的電動勢(約1.5V)和內(nèi)阻(小于1Ω),選用的實(shí)驗(yàn)器材如下:A.電流表A(量程0~0.6A,內(nèi)阻約為0.1Ω);B.微安表G(量程0~400μA,內(nèi)阻為100Ω);C.滑動變阻器R'(0~20Ω);D.電阻箱R(0~9999.9Ω);E.定值電阻R1(阻值為2.50Ω);F.定值電阻R2(阻值為10.00Ω);G.開關(guān)、導(dǎo)線若干.(1)給定的兩個定值電阻,你認(rèn)為選用(選填“R1”或“R2”)最合適;

(2)將微安表G改裝為量程0~2V的電壓表,該小組應(yīng)將電阻箱調(diào)到阻值為.

(3)根據(jù)選用的實(shí)驗(yàn)器材,請在虛線框內(nèi)完善實(shí)驗(yàn)電路.(4)該小組根據(jù)記錄的數(shù)據(jù),作出微安表G的示數(shù)I1隨電流表A的示數(shù)I2變化的圖像如圖乙所示,則該節(jié)干電池的電動勢E=V,內(nèi)阻r=Ω.(均保留3位有效數(shù)字)

3.[2024·新課標(biāo)卷]學(xué)生實(shí)驗(yàn)小組要測量量程為0~3V的電壓表V的內(nèi)阻RV.可選用的器材有:多用電表,電源E(電動勢為5V),電壓表V1(量程為0~5V,內(nèi)阻約3kΩ),定值電阻R0(阻值為800Ω),滑動變阻器R1(最大阻值為50Ω),滑動變阻器R2(最大阻值為5kΩ),開關(guān)S,導(dǎo)線若干.完成下列填空:(1)利用多用電表粗測待測電壓表的內(nèi)阻.首先應(yīng)(把下列實(shí)驗(yàn)步驟前的字母按正確操作順序排列).

A.將紅、黑表筆短接B.調(diào)節(jié)歐姆調(diào)零旋鈕,使指針指向零歐姆C.將多用電表選擇開關(guān)置于歐姆擋“×10”位置再將多用電表的紅、黑表筆分別與待測電壓表的(選填“正極、負(fù)極”或“負(fù)極、正極”)相連,歐姆表的指針位置如圖甲中虛線Ⅰ所示.為了減少測量誤差,應(yīng)將選擇開關(guān)旋轉(zhuǎn)到歐姆擋(選填“×1”“×100”或“×1k”)位置,重新調(diào)節(jié)后,測量得到指針位置如圖甲中實(shí)線Ⅱ所示,則粗測得到的該電壓表內(nèi)阻為kΩ(結(jié)果保留1位小