1、栏目索引栏目索引专题十四实验与探究高考物理高考物理(新课标专用)栏目索引栏目索引A A组组 统一命题统一命题课标卷题组课标卷题组考点一力学实验考点一力学实验五年高考1.(2018课标,22,5分)如图(a),一弹簧上端固定在支架顶端,下端悬挂一托盘;一标尺由游标和主尺构成,主尺竖直固定在弹簧左边;托盘上方固定有一能与游标刻度线准确对齐的装置,简化为图中的指针。现要测量图(a)中弹簧的劲度系数。当托盘内没有砝码时,移动游标,使其零刻度线对准指针,此时标尺读数为1.950 cm;当托盘内放有质量为0.100 kg的砝码时,移动游标,再次使其零刻度线对准指针,标尺示数如图(b)所示,其读数为 cm。
2、当地的重力加速度大小为9.80 m/s2,此弹簧的劲度系数为 N/m(保留3位有效数字)。栏目索引栏目索引答案答案3.77553.7解析解析本题考查游标卡尺的读数方法和胡克定律。此标尺为二十分度的标尺,精确度为0.05 mm,读数=整毫米数(主尺)+n精确度,所以读数为37 mm+150.05 mm=37.75 mm=3.775 cm。当托盘中放入砝码稳定时,弹簧的伸长量x=3.775 cm-1.950 cm=1.825 cm。由平衡条件得F=mg,由胡克定律得F=kx,联立得k=53.7 N/m。栏目索引栏目索引2.(2018课标,23,9分)某同学用图(a)所示的装置测量木块与木板之间的动
3、摩擦因数。跨过光滑定滑轮的细线两端分别与木块和弹簧秤相连,滑轮和木块间的细线保持水平,在木块上方放置砝码。缓慢向左拉动水平放置的木板,当木块和砝码相对桌面静止且木板仍在继续滑动时,弹簧秤的示数即木块受到的滑动摩擦力的大小。某次实验所得数据在下表中给出,其中f4的值可从图(b)中弹簧秤的示数读出。图(a)栏目索引栏目索引砝码的质量m/kg0.050.100.150.200.25滑动摩擦力f/N2.152.362.55f42.93图(b)图(c)栏目索引栏目索引回答下列问题:(1)f4=N;(2)在图(c)的坐标纸上补齐未画出的数据点并绘出f-m图线;(3)f与m、木块质量M、木板与木块之间的动摩
4、擦因数及重力加速度大小g之间的关系式为f=,f-m图线(直线)的斜率的表达式为k=;(4)取g=9.80 m/s2,由绘出的f-m图线求得=。(保留2位有效数字)栏目索引栏目索引答案答案(1)2.75(2)如图所示(3)(M+m)g g(4)0.40栏目索引栏目索引解析解析本题考查物体的平衡、滑动摩擦力的计算及分析图像的能力。(1)由图可知弹簧秤的读数为2.75 N。(2)画图线时应使尽可能多的点落在线上,不在线上的点应均匀分布在线的两侧。(3)以木块和砝码为研究对象,整体水平方向受木板的滑动摩擦力和细线的拉力,f=(M+m)g,整理得f=mg+Mg,故f-m图线的斜率k=g。(4)由图知k=
5、3.9 N/kg,故=0.40。kg栏目索引栏目索引3.(2018课标,22,6分)甲、乙两同学通过下面的实验测量人的反应时间。实验步骤如下:(1)甲用两个手指轻轻捏住量程为L的木尺上端,让木尺自然下垂。乙把手放在尺的下端(位置恰好处于L刻度处,但未碰到尺),准备用手指夹住下落的尺。(2)甲在不通知乙的情况下,突然松手,尺子下落;乙看到尺子下落后快速用手指夹住尺子。若夹住尺子的位置刻度为L1,重力加速度大小为g,则乙的反应时间为 (用L、L1和g表示)。(3)已知当地的重力加速度大小为g=9.80 m/s2,L=30.0 cm,L1=10.4 cm。乙的反应时间为 s。(结果保留2位有效数字)
6、(4)写出一条能提高测量结果准确程度的建议:。答案答案(2)(3)0.20(4)多次测量取平均值;初始时乙的手指尽可能接近尺子12()LLg解析解析本题考查自由落体运动的应用。(2)(3)木尺做自由落体运动,由位移公式可得L-L1=gt2,解得t=s=0.20 s1212()LLg2(0.3000.104)9.80栏目索引栏目索引4.(2017课标,22,5分)某探究小组为了研究小车在桌面上的直线运动,用自制“滴水计时器”计量时间。实验前,将该计时器固定在小车旁,如图(a)所示。实验时,保持桌面水平,用手轻推一下小车。在小车运动过程中,滴水计时器等时间间隔地滴下小水滴,图(b)记录了桌面上连续
7、的6个水滴的位置。(已知滴水计时器每30 s内共滴下46个小水滴)图(a)图(b)栏目索引栏目索引(1)由图(b)可知,小车在桌面上是 (填“从右向左”或“从左向右”)运动的。(2)该小组同学根据图(b)的数据判断出小车做匀变速运动。小车运动到图(b)中A点位置时的速度大小为 m/s,加速度大小为 m/s2。(结果均保留2位有效数字)答案答案(1)从右向左 (2)0.190.037解析解析 本题考查研究匀变速直线运动。(1)由于小车获得速度后在摩擦力作用下减速运动,故相邻水滴间的距离逐渐减小,结合图(b)可知小车向左运动。(2)由题意知,30 s内滴下46滴水,共45个时间间隔,故相邻两滴水的
8、时间间隔T=s=s。由匀变速直线运动中平均速度等于中间时刻的瞬时速度可得vA=mm/s=0.19 m/s。由逐差法得小车运动的加速度为a=mm/s2=0.037 m/s2。3045231171332232(150 133)(117100)223方法技巧方法技巧 “纸带”的处理处理“纸带”时,对于匀变速直线运动,求某点的瞬时速度需利用=,求加速度时应利用x=aT2。当需要考虑减小偶然误差时,应采用逐差法求加速度。2tvv栏目索引栏目索引5.(2017课标,22,6分)某同学研究在固定斜面上运动物体的平均速度、瞬时速度和加速度之间的关系。使用的器材有:斜面、滑块、长度不同的矩形挡光片、光电计时器。
9、实验步骤如下:如图(a),将光电门固定在斜面下端附近;将一挡光片安装在滑块上,记下挡光片前端相对于斜面的位置,令滑块从斜面上方由静止开始下滑;当滑块上的挡光片经过光电门时,用光电计时器测得光线被挡光片遮住的时间t;用s表示挡光片沿运动方向的长度如图(b)所示,表示滑块在挡光片遮住光线的t时间内的平均速度大小,求出;vv栏目索引栏目索引将另一挡光片换到滑块上,使滑块上的挡光片前端与中位置相同,令滑块由静止开始下滑,重复步骤、;多次重复步骤;利用实验中得到的数据作出-t图,如图(c)所示。图(c)v栏目索引栏目索引完成下列填空:(1)用a表示滑块下滑的加速度大小,用vA表示挡光片前端到达光电门时滑
10、块的瞬时速度大小,则与vA、a和t的关系式为=。(2)由图(c)可求得,vA=cm/s,a=cm/s2。(结果保留3位有效数字)vv答案答案(1)vA+t(2)52.116.32a栏目索引栏目索引解析解析本题考查匀变速直线运动的基本规律、利用光电门测量平均速度的实验方法,考查学生的实验能力和数据处理能力。挡光片通过光电门的平均速度等于t时间段的中间时刻的速度由v=v0+at可知=vA+a即=vA+at,由图像的截距可知vA=52.12 cm/s52.1 cm/s其斜率k=a,故滑块的加速度a=2k=16.3 cm/s2 vv2tv1212审题指导审题指导 在本实验中,每次换不同挡光片时,题给条
11、件要求下滑前,挡光片前端相对于斜面的位置都相同,且滑块都由静止开始下滑,这表明每次下滑实验中挡光片开始遮光时滑块的瞬时速度都是相同的,都是vA。因此根据匀变速直线运动的规律,很容易可以写出=vA+a。v2t栏目索引栏目索引6.(2017课标,22,6分)某探究小组做“验证力的平行四边形定则”实验,将画有坐标轴(横轴为x轴,纵轴为y轴,最小刻度表示1 mm)的纸贴在水平桌面上,如图(a)所示。将橡皮筋的一端Q固定在y轴上的B点(位于图示部分之外),另一端P位于y轴上的A点时,橡皮筋处于原长。(1)用一只测力计将橡皮筋的P端沿y轴从A点拉至坐标原点O,此时拉力F的大小可由测力计读出。测力计的示数如
12、图(b)所示,F的大小为 N。(2)撤去(1)中的拉力,橡皮筋P端回到A点;现使用两个测力计同时拉橡皮筋,再次将P端拉至O点。此时观察到两个拉力分别沿图(a)中两条虚线所示的方向,由测力计的示数读出两个拉力的大小分别为F1=4.2 N和F2=5.6 N。()用5 mm长度的线段表示1 N的力,以O为作用点,在图(a)中画出力F1、F2的图示,然后按平行四边形定则画出它们的合力F合;栏目索引栏目索引 图(a)栏目索引栏目索引 图(b)()F合的大小为 N,F合与拉力F的夹角的正切值为 。若F合与拉力F的大小及方向的偏差均在实验所允许的误差范围之内,则该实验验证了力的平行四边形定则。栏目索引栏目索
13、引答案答案(1)4.0(2)()F1、F2和F合如图所示()4.00.05栏目索引栏目索引解析解析(1)测力计读数时需要进行估读,此测力计分度值为0.2 N,则F的大小为4.0 N。(2)()作力的图示时,要选好标度,再根据F1、F2的方向及大小作出相应两力的图示,图见答案。分别以F1、F2为邻边作平行四边形并作出F1、F2之间的对角线,即得F合。()表示F合的线段的长度为20.0 mm,根据标度算出F合大小为4.0 N。实际合力F的方向沿AO方向,对角线为F合方向,则两者夹角的正切值tan=0.05。1212FFFFAO长度在 所在直线上投影长度在所在直线上投影长度21 2020命题意图命题
14、意图 本题考查验证力的平行四边形定则实验。易错分析易错分析 测力计读数时要注意估读。栏目索引栏目索引7.(2016课标,22,5分)某同学用图(a)所示的实验装置验证机械能守恒定律,其中打点计时器的电源为交流电源,可以使用的频率有20 Hz、30 Hz和40 Hz。打出纸带的一部分如图(b)所示。图(a)图(b)栏目索引栏目索引该同学在实验中没有记录交流电的频率f,需要用实验数据和其他题给条件进行推算。(1)若从打出的纸带可判定重物匀加速下落,利用f和图(b)中给出的物理量可以写出:在打点计时器打出B点时,重物下落的速度大小为 ,打出C点时重物下落的速度大小为 ,重物下落的加速度大小为 。(2
15、)已测得s1=8.89 cm,s2=9.50 cm,s3=10.10 cm;当地重力加速度大小为9.80 m/s2,实验中重物受到的平均阻力大小约为其重力的1%。由此推算出f为 Hz。栏目索引栏目索引答案答案(1)(s1+s2)f (s2+s3)f (s3-s1)f2(2)40121212解析解析(1)匀变速直线运动中,某一段位移的平均速度等于中间时刻的瞬时速度:vB=(s1+s2)f,同理vC=(s2+s3)f,加速度a=(s3-s1)f2。(2)由牛顿第二定律可知:mg-0.01mg=maa=0.99g又由(1)问知:a=联立得f=40 Hz122ssT1212CBvvT12231()2s
16、sf解题指导解题指导 (1)考查通过处理纸带求瞬时速度和加速度的方法。(2)要求推算打点计时器所用电源的频率,问题新颖,但应注意到加速度表达式中,加速度与频率的相关性,只要知道加速度就可求出频率。由给出的受力情况,根据牛顿第二定律可求出加速度,再代入第(1)问中加速度的表达式求出频率。栏目索引栏目索引8.(2016课标,22,6分)某物理小组对轻弹簧的弹性势能进行探究,实验装置如图(a)所示:轻弹簧放置在光滑水平桌面上,弹簧左端固定,右端与一物块接触而不连接,纸带穿过打点计时器并与物块连接。向左推物块使弹簧压缩一段距离,由静止释放物块,通过测量和计算,可求得弹簧被压缩后的弹性势能。图(a)(1
17、)实验中涉及下列操作步骤:把纸带向左拉直松手释放物块栏目索引栏目索引接通打点计时器电源向左推物块使弹簧压缩,并测量弹簧压缩量上述步骤正确的操作顺序是 (填入代表步骤的序号)。(2)图(b)中M和L纸带是分别把弹簧压缩到不同位置后所得到的实际打点结果。打点计时器所用交流电的频率为50 Hz。由M纸带所给的数据,可求出在该纸带对应的实验中物块脱离弹簧时的速度为 m/s。比较两纸带可知,(填“M”或“L”)纸带对应的实验中弹簧被压缩后的弹性势能大。图(b)栏目索引栏目索引答案答案(1)(2)1.29 M解析解析(1)实验步骤中,一定要注意接通打点计时器电源之后再松手释放物块。若次序搞反,可能造成物块
18、已离开桌面但打点计时器还没有开始工作。(2)从纸带上看,最后两个数据2.58 cm、2.57 cm相差不大,表示物块已经脱离弹簧,所以速度v=10-2 m/s1.29 m/s,同理可计算出打下L纸带时物块脱离弹簧的速度要小一些。2.582.572 0.02审题指导审题指导通过打点计时器打下的纸带可分析物体的运动过程。本题中,从前面几个数据可以看出相等时间内的位移逐渐增大,表明此阶段物块在弹簧弹力作用下加速运动,从后面两个数据可以看出相等时间内的位移几乎不变,表明此阶段物块已经脱离了弹簧,近似做匀速直线运动。栏目索引栏目索引9.(2016课标,23,10分)某物理课外小组利用图(a)中的装置探究
19、物体加速度与其所受合外力之间的关系。图中,置于实验台上的长木板水平放置,其右端固定一轻滑轮;轻绳跨过滑轮,一端与放在木板上的小滑车相连,另一端可悬挂钩码。本实验中可用的钩码共有N=5个,每个质量均为0.010 kg。实验步骤如下:图(a)栏目索引栏目索引(1)将5个钩码全部放入小车中,在长木板左下方垫上适当厚度的小物块,使小车(和钩码)可以在木板上匀速下滑。(2)将n(依次取n=1,2,3,4,5)个钩码挂在轻绳右端,其余N-n个钩码仍留在小车内;用手按住小车并使轻绳与木板平行。释放小车,同时用传感器记录小车在时刻t相对于其起始位置的位移s,绘制s-t图象,经数据处理后可得到相应的加速度a。(
20、3)对应于不同的n的a值见下表。n=2时的s-t图象如图(b)所示;由图(b)求出此时小车的加速度(保留2位有效数字),将结果填入下表。n12345a/ms-20.20 0.580.781.00栏目索引栏目索引(4)利用表中的数据在图(c)中补齐数据点,并作出a-n图象。从图象可以看出:当物体质量一定时,物体的加速度与其所受的合外力成正比。图(b)栏目索引栏目索引 图(c)(5)利用a-n图象求得小车(空载)的质量为 kg(保留2位有效数字,重力加速度取g=9.8 ms-2)。(6)若以“保持木板水平”来代替步骤(1),下列说法正确的是 (填入正确选项前的标号)。A.a-n图线不再是直线B.a
21、-n图线仍是直线,但该直线不过原点C.a-n图线仍是直线,但该直线的斜率变大栏目索引栏目索引答案答案(3)0.39(2分。在0.370.49范围内都给分)(4)如图所示(3分)(5)0.45(3分。在0.430.47范围内都给分)(6)BC(2分。选对一个给1分,有选错的不给这2分)栏目索引栏目索引解析解析(3)由s=at2得:a=,在s-t图象中找一点坐标,代入公式即可求出a。(5)对小车和钩码组成的系统应用牛顿第二定律:nmg=(M+Nm)a,则a=,a-n图象的斜率k=,从而可解出M。(6)对于已平衡摩擦力的情况,对整体应用牛顿第二定律:nmg=(M+Nm)a,则a=n;对于木板水平的情
22、况,对整体应用牛顿第二定律:nmg-M+(N-n)mg=(M+Nm)a,整理得:a=n-g,比较可见,B、C均正确。1222stnmgMNm0.0980.05nM 0.0980.05M mgMNm(1)mgMNm解题指导解题指导利用图象处理实验数据是实验中最常用的方法,解决本题的基本对策是写出图象对应的函数,困难便迎刃而解。易错点拨易错点拨(3)(5)中的计算结果一定要按照有效数字的位数要求填写。画a-n图象时,所画直线要符合以下要求:让尽可能多的点落在直线上;不能落在直线上的点要均匀分布于直线的两侧;一定要利用直尺画线。栏目索引栏目索引10.(2015课标,22,6分,0.395)某同学用图
23、(a)所示的实验装置测量物块与斜面之间的动摩擦因数。已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz,物块下滑过程中所得到的纸带的一部分如图(b)所示,图中标出了五个连续点之间的距离。(1)物块下滑时的加速度a=m/s2,打C点时物块的速度v=m/s;(2)已知重力加速度大小为g,为求出动摩擦因数,还必须测量的物理量是 (填正确答案标号)。A.物块的质量B.斜面的高度C.斜面的倾角栏目索引栏目索引答案答案(1)3.25(2分)1.79(2分)(2)C(2分)解析解析(1)a=3.25 m/s2vC=1.79 m/s(2)因为a=(mg sin-mg cos)/m=g sin-g cos 所以=欲求出还
24、需知道斜面倾角,故选C项。2(2)CEACssT2BDsTsincosgag思路点拨思路点拨利用s=aT2求加速度,利用=求解打C点时物块的速度。对物块受力分析,在沿斜面方向由牛顿第二定律列式分析动摩擦因数。2tvvst栏目索引栏目索引11.(2015课标,22,6分,0.396)某物理小组的同学设计了一个粗测玩具小车通过凹形桥最低点时的速度的实验。所用器材有:玩具小车、压力式托盘秤、凹形桥模拟器(圆弧部分的半径为R=0.20 m)。栏目索引栏目索引完成下列填空:(1)将凹形桥模拟器静置于托盘秤上,如图(a)所示,托盘秤的示数为1.00 kg;(2)将玩具小车静置于凹形桥模拟器最低点时,托盘秤
25、的示数如图(b)所示,该示数为 kg;(3)将小车从凹形桥模拟器某一位置释放,小车经过最低点后滑向另一侧。此过程中托盘秤的最大示数为m;多次从同一位置释放小车,记录各次的m值如下表所示:序号12345m(kg)1.801.751.851.751.90(4)根据以上数据,可求出小车经过凹形桥最低点时对桥的压力为 N;小车通过最低点时的速度大小为 m/s。(重力加速度大小取9.80 m/s2,计算结果保留2位有效数字)栏目索引栏目索引答案答案(2)1.40(2分)(4)7.9(2分)1.4(2分)解析解析(2)示数为1.40 kg,注意估读。(4)小车经过凹形桥最低点时对桥的压力N=g-M桥g=(
26、1.81-1.00)9.80 N=7.9 N,小车通过最低点时受到的支持力N=N=7.9 N,小车质量m车=1.40 kg-1.00 kg=0.40 kg,由N-m车g=m车,解得v=1.4 m/s。m2vR思路点拨思路点拨秤的分度值为0.1 kg,读数时应估读到分度值的下一位。对桥的压力是玩具小车对桥施加的力,而秤的示数等于桥对秤的压力。栏目索引栏目索引12.(2014课标,22,6分,0.643)某同学利用图(a)所示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200 g,实验时选择了不可伸长的轻质细绳和轻定滑轮,小车
27、的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:图(a)栏目索引栏目索引 图(b)(1)根据该同学的结果,小车的加速度与钩码的质量成 (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 。(3)若利用本实验装置来验证“在小车质量不变的情况下,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mg作为小车受到的合外力,则实验中应采取的改进措施是 。钩码的质量应满足的条件是 。栏目索引栏目索引答案答案(1)非线性(2)存在摩擦力(3)调节轨道的倾斜度以平衡摩擦力远小于小车的质量解析解析(1)将图(b)中各点连线,得到的是一条曲线,故a与m的关系
28、是非线性的。(2)由图(b)可知,当钩码质量不为零时,在一定范围内小车加速度仍为零,即细绳对小车的拉力大于某一数值时小车才产生加速度,故可能的原因是存在摩擦力。(3)若将钩码所受重力作为小车所受合力,则应满足三个条件,一是摩擦力被平衡,二是绳平行于轨道平面,此二者可保证绳对车的拉力等于车所受合力,设绳的拉力为T,由mg-T=ma、T=Ma有T=g=,可见当mM时才有Tmg,故第三个条件为mM。mMMm1mgmM栏目索引栏目索引考点二电学实验考点二电学实验13.(2018课标,23,10分)某实验小组利用如图(a)所示的电路探究在25 80 范围内某热敏电阻的温度特性。所用器材有:置于温控室(图
29、中虚线区域)中的热敏电阻RT,其标称值(25 时的阻值)为900.0;电源E(6 V,内阻可忽略);电压表(量程150 mV);定值电阻R0(阻值20.0),滑动变阻器R1(最大阻值为1 000);电阻箱R2(阻值范围0999.9);单刀开关S1,单刀双掷开关S2。图(a)栏目索引栏目索引实验时,先按图(a)连接好电路,再将温控室的温度t升至80.0。将S2与1端接通,闭合S1,调节R1的滑片位置,使电压表读数为某一值U0;保持R1的滑片位置不变,将R2置于最大值,将S2与2端接通,调节R2,使电压表读数仍为U0;断开S1,记下此时R2的读数。逐步降低温控室的温度t,得到相应温度下R2的阻值,
30、直至温度降到25.0。实验得到的R2-t数据见下表。t/25.030.040.050.060.070.080.0R2/900.0680.0500.0390.0320.0270.0240.0栏目索引栏目索引回答下列问题:(1)在闭合S1前,图(a)中R1的滑片应移动到 (填“a”或“b”)端;(2)在图(b)的坐标纸上补齐数据表中所给数据点,并做出R2-t曲线;图(b)栏目索引栏目索引 图(c)(3)由图(b)可得到RT在25 80 范围内的温度特性。当t=44.0 时,可得RT=;(4)将RT握于手心,手心温度下R2的相应读数如图(c)所示,该读数为 ,则手心温度为 。栏目索引栏目索引答案答案
31、(1)b(2)如图所示 (3)450(4)620.033.0栏目索引栏目索引解析解析本题考查替代法测电阻、绘图能力及电阻箱的读数等。(1)滑动变阻器是限流式接法,S1闭合前,滑片应置于使滑动变阻器连入电路的阻值最大的位置,即b端。(2)由题给数据描完点后,观察这些点的分布规律,应画一条平滑曲线,让尽可能多的点落在线上,不在线上的点要均匀分布在线的两侧。(3)由R2-t图线知,当t=44.0 时,RT=450。(4)电阻箱的读数为(6100+210+01+00.1)=620.0,由R2-t图像知,当R2=620.0 时,t=33.0。栏目索引栏目索引14.(2018课标,22,6分)某同学组装一
32、个多用电表。可选用的器材有:微安表头(量程100 A,内阻 900);电阻箱R1(阻值范围0 999.9);电阻箱R2(阻值范围0 99 999.9);导线若干。要求利用所给器材先组装一个量程为1 mA的直流电流表,在此基础上再将它改装成量程为3 V的直流电压表。组装好的多用电表有电流1 mA和电压3 V两挡。回答下列问题:(1)在虚线框内画出电路图并标出R1和R2,其中*为公共接线柱,a和b分别是电流挡和电压挡的接线柱。(2)电阻箱的阻值应取R1=,R2=。(保留到个位)栏目索引栏目索引答案答案(1)如图所示(2)1002 910 解析解析本题考查电表的改装。将量程为100 A的微安表头改装
33、成量程为1 mA的直流电流表,应并联一个分流电阻,分流电阻的阻值为=100,选用R1;再串联一分压电阻可改装成量程为3 V的电压表,分压电阻的阻值为=2 910,选用R2。gggI RIIggUI RI433900 1010规律总结规律总结 电表改装的原理应用并联分流的规律改装电流表;应用串联分压的规律改装电压表。栏目索引栏目索引15.(2018课标,23,9分)一课外实验小组用如图所示的电路测量某待测电阻Rx的阻值,图中R0为标准定值电阻(R0=20.0);可视为理想电压表;S1为单刀开关,S2为单刀双掷开关;E为电源;R为滑动变阻器。采用如下步骤完成实验:(1)按照实验原理线路图(a),将
34、图(b)中实物连线;图(a)图(b)栏目索引栏目索引(2)将滑动变阻器滑动端置于适当的位置,闭合S1;(3)将开关S2掷于1端,改变滑动变阻器滑动端的位置,记下此时电压表的示数U1;然后将S2掷于2端,记下此时电压表的示数U2;(4)待测电阻阻值的表达式Rx=(用R0、U1、U2表示);(5)重复步骤(3),得到如下数据:12345U1/V0.250.300.360.400.44U2/V0.861.031.221.361.493.443.433.393.403.3921UU(6)利用上述5次测量所得的平均值,求得Rx=。(保留1位小数)21UU答案答案(1)图见解析(4)R0(6)48.221
35、1UU栏目索引栏目索引解析解析本题考查测量电阻的实验。(1)实物连线如图所示:(4)将开关S2掷于1端,可测得流经R0的电流为;将开关S2掷于2端,可测得流经R0和Rx的电流为。由于可视为理想电压表,对电路没有影响,则两种情况下,电流相等,即=,解得:Rx=R0。(6)根据所给数据,计算的平均值为3.41,则Rx=(3.41-1)20.0=48.2。10UR20 xURR10UR20 xURR211UU21UU栏目索引栏目索引审题指导审题指导 本题属于计算型实验题,结合题设条件,利用欧姆定律列方程求解;本题中还有一点也应注意,可视为理想电压表,其对电路无影响。栏目索引栏目索引16.(2017课
36、标,23,10分)某同学研究小灯泡的伏安特性。所使用的器材有:小灯泡L(额定电压3.8 V,额定电流0.32 A);电压表(量程3 V,内阻3 k);电流表(量程0.5 A,内阻0.5);固定电阻R0(阻值1 000);滑动变阻器R(阻值09.0);电源E(电动势5 V,内阻不计);开关S;导线若干。(1)实验要求能够实现在03.8 V的范围内对小灯泡的电压进行测量,画出实验电路原理图。(2)实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图(a)所示。图(a)栏目索引栏目索引 图(b)由实验曲线可知,随着电流的增加小灯泡的电阻 (填“增大”“不变”或“减小”),灯丝的电阻率 (填“增大”“不变”或“减小”)。
37、(3)用另一电源E0(电动势4 V,内阻1.00)和题给器材连接成图(b)所示的电路,调节滑动变阻器R的阻值,可以改变小灯泡的实际功率。闭合开关S,在R的变化范围内,小灯泡的最小功率为 W,最大功率为 W。(结果均保留2位小数)栏目索引栏目索引答案答案(1)实验电路原理图如图所示(2)增大增大(3)0.391.17栏目索引栏目索引解析解析本题考查电路设计及伏安特性曲线的应用。(1)先考虑测量电路,由于小灯泡的额定电压为3.8 V,而电压表的量程只有3 V,但其内阻已知,由给定器材规格可知,可串联固定电阻R0将其改装为量程4 V的电压表。因小灯泡的电阻较小,采用电流表外接法。再考虑控制电路,由于
38、实验中电压需从0开始变化,故控制电路需采用分压式。(2)由R=知I-U图线的斜率表示电阻的倒数,故随着电流的增加小灯泡电阻逐渐增大。再由R=可知,在L、S不变的情况下,R增大的原因只能是电阻率增大。(3)当R全部电阻接入电路时,通过灯泡的电流最小,灯泡实际消耗的功率最小。设此时灯泡两端电压为U、通过的电流为I,由闭合电路欧姆定律得E0=U+I(R+r),代入数据得I=0.4-0.1U,在灯泡的伏安特性曲线坐标系中作出I=0.4-0.1U的图线,两图线的交点坐标即为此时灯泡两端电压与通过灯泡的电流,有U=1.75 V、I=225 mA,故最小功率为Pmin=IU=0.39 W。当R接入电路中的阻
39、值等于0时,电路中电流最大、灯泡实际消耗的功率最大。同理可得Pmax=1.17 W。UILS栏目索引栏目索引方法技巧方法技巧 伏安特性曲线的应用当将伏安特性曲线已知的器件接入电路时,器件两端电压与通过器件的电流之间的关系既要受到伏安特性曲线的限制,又要受到闭合电路欧姆定律的限制,从数学角度说,器件两端电压与通过器件的电流是两方程组成的方程组的解,而从图线角度说,即为两图线交点的坐标,故在求解非线性元件的阻值、功率时,可通过作图解决。栏目索引栏目索引17.(2017课标,23,9分)某同学利用如图(a)所示的电路测量一微安表(量程为100 A,内阻大约为2 500)的内阻。可使用的器材有:两个滑
40、动变阻器R1、R2(其中一个阻值为20,另一个阻值为2 000);电阻箱Rz(最大阻值为99 999.9);电源E(电动势约为1.5 V);单刀开关S1和S2。C、D分别为两个滑动变阻器的滑片。图(a)图(b)栏目索引栏目索引(1)按原理图(a)将图(b)中的实物连线。(2)完成下列填空:R1的阻值为 (填“20”或“2 000”)。为了保护微安表,开始时将R1的滑片C滑到接近图(a)中滑动变阻器的 端(填“左”或“右”)对应的位置;将R2的滑片D置于中间位置附近。将电阻箱Rz的阻值置于2 500.0,接通S1。将R1的滑片置于适当位置,再反复调节R2的滑片D的位置。最终使得接通S2前后,微安
41、表的示数保持不变,这说明S2接通前B与D所在位置的电势 (填“相等”或“不相等”)。将电阻箱Rz和微安表位置对调,其他条件保持不变,发现将Rz的阻值置于2 601.0 时,在接通S2前后,微安表的示数也保持不变。待测微安表的内阻为 (结果保留到个位)。(3)写出一条提高测量微安表内阻精度的建议:。栏目索引栏目索引答案答案(1)如图所示(2)20左相等2 550(3)调节R1上的分压,尽可能使微安表接近满量程 栏目索引栏目索引解析解析本题考查实物图连线、电阻的测量、器材的选取,考查学生的实验能力。(2)R1为分压电阻,为了有效控制测量电路,故选20 的小电阻;为了保护微安表,开始R1的滑片C应滑
42、到左端,使微安表示数为零;当B与D的电势相等时,IDB=0,S2闭合前后电路的电阻不变,导致微安表的示数不变;设R2中电流为I1,Rz中电流为I2,当B=D时URz1=UR2左,URg=UR2右即I2Rz1=I1R2左,I2Rg=I1R2右得=当Rz与微安表对调时,有=故有=Rg=2 550 1gzRR22RR左右g2zRR22RR左右1gzRRg2zRR12zzRR2 5002 601栏目索引栏目索引解题关键解题关键 1.理解惠斯通电桥电路的原理。当G的示数为零时,=。12RR3xRR2.知道分压电路一定要选最大阻值较小的滑动变阻器。栏目索引栏目索引18.(2017课标,23,9分)图(a)
43、为某同学组装完成的简易多用电表的电路图。图中E是电池;R1、R2、R3、R4和R5是固定电阻,R6是可变电阻;表头的满偏电流为250 A,内阻为480。虚线方框内为换挡开关,A端和B端分别与两表笔相连。该多用电表有5个挡位,5个挡位为:直流电压1 V挡和5 V挡,直流电流1 mA挡和2.5 mA挡,欧姆100 挡。图(a)栏目索引栏目索引 图(b)(1)图(a)中的A端与 (填“红”或“黑”)色表笔相连接。(2)关于R6的使用,下列说法正确的是 (填正确答案标号)。A.在使用多用电表之前,调整R6使电表指针指在表盘左端电流“0”位置B.使用欧姆挡时,先将两表笔短接,调整R6使电表指针指在表盘右
44、端电阻“0”位置C.使用电流挡时,调整R6使电表指针尽可能指在表盘右端电流最大位置栏目索引栏目索引(3)根据题给条件可得R1+R2=,R4=。(4)某次测量时该多用电表指针位置如图(b)所示。若此时B端是与“1”相连的,则多用电表读数为 ;若此时B端是与“3”相连的,则读数为 ;若此时B端是与“5”相连的,则读数为 。(结果均保留3位有效数字)答案答案(1)黑(2)B(3)160880(4)1.47 mA1.10103 2.95 V栏目索引栏目索引解析解析(1)换挡开关接“3”时为欧姆挡,内部接有电源,电流从电源正极流出,经A端流出,经B端流入表内,回到电源负极,“红”进“黑”出,则A端应与黑
45、色表笔连接。(2)R6应是欧姆挡的欧姆调零电阻,故B选项正确。而在使用多用电表之前,要进行机械调零,使电表指针指在表盘左端电流“0”位置,故A选项错误。使用电流挡时不需要欧姆调零,故C选项错误。(3)当换挡开关接“2”时为直流电流1 mA挡,此时R1和R2串联后与表头并联,满偏时总电流为1 mA,则R1、R2中的电流为1 mA-Ig,电压为IgRg,则R1+R2=160;当换挡开关接4时为直流电压1 V挡,此时R1和R2串联后与表头并联,然后再与R4串联,满偏时总电压为1 V,则R4分压为1 V-IgRg=1 V-25010-6480 V=0.88 V,流过R4的电流为1 mA,则R4=880
46、。(4)若B端与“1”相连,则为直流电流2.5 mA挡,观察图(b)中下方刻度,共50个小格,则每小格表示0.05 mA,即分度值为0.05 mA,由估读法可得读数为1.47 mA。若B端与“3”连接,则为欧姆100 挡,指针指在上边欧姆表盘“11”位置,则可得读数为1.10ggg1mAI RI33250 104801250 10UI30.881 1015栏目索引栏目索引103。若B端与“5”连接,则为直流电压5 V挡,观察图(b)中下方刻度,共50个小格,则每小格表示0.1 V,即分度值为0.1 V,由估读法可得读数为2.95 V。110命题意图命题意图本题考查多用电表的原理以及电表的改装。
47、易错分析易错分析 多用电表的欧姆挡内部有电源,可据此判断A端与黑色表笔相连。多用电表内部电路图串、并联关系要明确。欧姆挡读数为指针示数乘以所选挡位倍率,电压挡、电流挡读数要注意分度值及估读问题。注意题目要求的保留几位有效数字。栏目索引栏目索引19.(2016课标,23,10分)现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统,要求当热敏电阻的温度达到或超过60 时,系统报警。提供的器材有:热敏电阻,报警器(内阻很小,流过的电流超过Ic时就会报警),电阻箱(最大阻值为999.9),直流电源(输出电压为U,内阻不计),滑动变阻器R1(最大阻值为1 000),滑动变阻器R2(最大阻值为2 000),单刀双掷开关
48、一个,导线若干。在室温下对系统进行调节。已知U约为18 V,Ic约为10 mA;流过报警器的电流超过20 mA时,报警器可能损坏;该热敏电阻的阻值随温度升高而减小,在60 时阻值为650.0。(1)完成待调节的报警系统原理电路图的连线。栏目索引栏目索引(2)电路中应选用滑动变阻器 (填“R1”或“R2”)。(3)按照下列步骤调节此报警系统:电路接通前,需将电阻箱调到一固定的阻值,根据实验要求,这一阻值为 ;滑动变阻器的滑片应置于 (填“a”或“b”)端附近,不能置于另一端的原因是 。将开关向 (填“c”或“d”)端闭合,缓慢移动滑动变阻器的滑片,直至 。(4)保持滑动变阻器滑片的位置不变,将开
49、关向另一端闭合,报警系统即可正常使用。栏目索引栏目索引答案答案(1)连线如图所示(2)R2(3)650.0 b接通电源后,流过报警器的电流会超过20 mA,报警器可能损坏c报警器开始报警栏目索引栏目索引解析解析(1)见答案。(2)由R=1 800 可知,滑动变阻器应选R2。(3)电阻箱的电阻值应调为热敏电阻在60 时的阻值,即650.0。滑动变阻器的滑片应置于b端,使开关接通后回路中电流最小,以保护报警器,即防止因过载而损坏报警器。应将开关向c端闭合,然后对系统进行调节。cUI31810 10解题指导解题指导从提供的单刀双掷开关可以看出,当开关与c接通时,应形成一个完整的电路,以便对系统进行调
50、节。当调节完成后,只要将开关与d接通,就可以用于报警。由报警电流推算回路中的总电阻值,便可大致确定滑动变阻器的最小阻值,从而确定选用哪一个变阻器。反思总结反思总结电学实验题千变万化,但电路的基本要素几乎是不变的,即实验电路总是由“控制电路”和“工作电路”组成。栏目索引栏目索引20.(2016课标,23,9分)某同学利用图(a)所示电路测量量程为2.5 V的电压表的内阻(内阻为数千欧姆),可供选择的器材有:电阻箱R(最大阻值99 999.9),滑动变阻器R1(最大阻值50),滑动变阻器R2(最大阻值5 k),直流电源E(电动势3 V),开关1个,导线若干。实验步骤如下:按电路原理图(a)连接线路
