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专题十四实验与探究,高考物理(课标专用),考点二力学实验1.(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=9.80m/s2,L=30.0cm,L1=10.4cm。乙的反应时间为s。(结果保留2位有效数字)(4)写出一条能提高测量结果准确程度的建议:。,五年高考,A组统一命题课标卷题组,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,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=0.20s,2.(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1.950cm;当托盘内放有质量为0.100kg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。当地的重力加速度大小为9.80m/s2,此弹簧的劲度系数为N/m(保留3位有效数字)。,答案3.77553.7,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0.05mm,读数=整毫米数(主尺)+n精确度,所以读数为37mm+150.05mm=37.75mm=3.775cm。当托盘中放入砝码稳定时,弹簧的伸长量x=3.775cm-1.950cm=1.825cm。由平衡条件得F=mg,由胡克定律得F=kx,联立得k=53.7N/m。,3.(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),图(b),图(c),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=9.80m/s2,由绘出的f-m图线求得=。(保留2位有效数字),答案(1)2.75(2)如图所示(3)(M+m)gg(4)0.40,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2.75N。(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=3.9N/kg,故=0.40。,4.(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1mm)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=4.2N和F2=5.6N。()用5mm长度的线段表示1N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;,图(a),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。,答案(1)4.0(2)()F1、F2和F合如图所示()4.00.05,解析(1)测力计读数时需要进行估读,此测力计分度值为0.2N,则F的大小为4.0N。(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对角线,即得F合。()表示F合的线段的长度为20.0mm,根据标度算出F合大小为4.0N。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。,命题意图本题考查验证力的平行四边形定则实验。,易错分析测力计读数时要注意估读。,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。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;,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),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),答案(1)vA+t(2)52.116.3,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=52.12cm/s52.1cm/s其斜率k=a,故滑块的加速度a=2k=16.3cm/s2,审题指导在本实验中,每次换不同挡光片时,题给条件要求下滑前,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。,6.(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)记录了桌面上连续的6个水滴的位置。(已知滴水计时器每30s内共滴下46个小水滴)图(a)图(b),(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(1)从右向左(2)0.190.037,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,30s内滴下46滴水,共45个时间间隔,故相邻两滴水的时间间隔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=0.19m/s。由逐差法得小车运动的加速度为a=mm/s2=0.037m/s2。,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。,7.(2016课标,23,10分)某物理课外小组利用图(a)中的装置探究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0.010kg。实验步骤如下:图(a)(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图像,经数据处理后可得到相应的加速度a。(3)对应于不同的n的a值见下表。n=2时的s-t图像如图(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。,(4)利用表中的数据在图(c)中补齐数据点,并作出a-n图像。从图像可以看出: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),图(c),(5)利用a-n图像求得小车(空载)的质量为kg(保留2位有效数字,重力加速度取g=9.8ms-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-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,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),解析(3)由s=at2得:a=,在s-t图像中找一点坐标,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图像的斜率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。,解题指导利用图像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像对应的函数,困难便迎刃而解。,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图像时,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。,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)实验中涉及下列操作步骤:把纸带向左拉直松手释放物块,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50Hz。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),答案(1)(2)1.29M,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2.58cm、2.57cm相差不大,表示物块已经脱离弹簧,所以速度v=10-2m/s1.29m/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。,考查点利用纸带求速度、设计实验,思路分析当纸带上点间的距离相差不大时,表示物块已经脱离弹簧。,易错警示先接通打点计时器电源,然后再释放物块。,9.(2015课标,22,6分,0.395)某同学用图(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50Hz,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,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)因为a=(mgsin-mgcos)/m=gsin-gcos所以=欲求出还需知道斜面倾角,故选C项。,解题关键利用x=aT2求加速度。利用=,求某一位置的速度。,10.(2015课标,22,6分,0.369)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=0.20m)。,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1.00kg;(2)将玩具小车静置于凹形桥模拟器最低点时,托盘秤的示数如图(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:,(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9.80m/s2,计算结果保留2位有效数字),答案(2)1.40(2分)(4)7.9(2分)1.4(2分),解析(2)示数为1.40kg,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=(1.81-1.00)9.80N=7.9N,小车通过最低点时受到的支持力N=N=7.9N,小车质量m车=1.40kg-1.00kg=0.40kg,由N-m车g=m车,解得v=1.4m/s。,思路分析小车在桥的最低点时竖直方向上所受的合外力提供向心力。,易错警示应根据题目表格中m值求平均值,=,减小偶然误差。,11.(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200g,实验时选择了不可伸长的轻质细绳和轻定滑轮,小车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),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。,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(1)将图(b)中各点连线,得到的是一条曲线,故a与m的关系是非线性的。(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,即钩码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。,解题关键理解平衡摩擦力的目的。了解将钩码所受重力mg的大小作为小车所受合力的条件。,温馨提示本题应用数字化信息系统代替打点计时器,直接得出加速度a,更方便。,12.(2014课标,23,9分,0.31)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。,图(a),(1)将表中数据补充完整:,。(2)以n为横坐标,1/k为纵坐标,在图(b)给出的坐标系中画出1/k-n图像。图(b)(3)图(b)中画出的直线可近似认为通过原点。若从实验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与其圈数n的关系的表达式为k=N/m;该弹簧的劲度系数k与其自,由长度l0(单位为m)的关系的表达式为k=N/m。,答案(1)81.70.0122(2分。每空1分)(2)-n图像如图所示(3分)(3)(2分。在之间均同样给分)(2分。在之间均同样给分),解析(1)由胡克定律有k=N/m=81.7N/m,故有=0.0122m/N。(2)作图过程略,图见答案。(3)因-n图线是一条过原点的直线,由图可得图线的斜率约为5.7110-4m/N,故有=5.7110-4n,即k=N/m,由题意可知弹簧的圈数n与原长l0的关系为n=l0,故k=(N/m)。,考查点探究弹簧的劲度系数k与其长度的关系,解题关键本题利用的主要公式是F=kx。利用-n图像,导出k与n的关系,再利用n与原长l0的关系,导出k与l0的关系表达式。,13.(2014大纲全国,22,6分)现用频闪照相方法来研究物块的变速运动。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。数据如下表所示。重力加速度大小g=9.80m/s2。,单位:cm,根据表中数据,完成下列填空:(1)物块的加速度a=m/s2(保留3位有效数字)。(2)因为,可知斜面是粗糙的。,答案(1)4.30(4分,填“4.29”或“4.31”同样给分)(2)物块加速度小于g=5.88m/s2(或:物块加速度小于物块沿光滑斜面下滑的加速度)(2分),解析(1)a=4.30m/s2(2)见答案。,解题指导运用逐差法求出加速度a。,归纳总结频闪照片和纸带打点的共同特点是想办法留下物体在相等时间内通过的位移,从而可以研究物体的运动情况,根据x=aT2求a,根据平均速度和中点时刻速度的关系求瞬时速度。,考点三电学实验14.(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);电压表可视为理想电压表;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),将图(b)中实物连线;图(a)图(b),(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:(6)利用上述5次测量所得的平均值,求得Rx=。(保留1位小数),答案(1)图见解析(4)R0(6)48.2,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。,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,电压表可视为理想电压表,其对电路无影响。,15.(2018课标,23,10分)某实验小组利用如图(a)所示的电路探究在2580范围内某热敏电阻的温度特性。所用器材有:置于温控室(图中虚线区域)中的热敏电阻RT,其标称值(25时的阻值)为900.0;电源E(6V,内阻可忽略);电压表(量程150mV);定值电阻R0(阻值20.0),滑动变阻器R1(最大阻值为1000);电阻箱R2(阻值范围0999.9);单刀开关S1,单刀双掷开关S2。图(a)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,直至温度降到25.0。实验得到的R2-t数据见下表。,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),图(c)(3)由图(b)可得到RT在2580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。,答案(1)b(2)如图所示(3)450(4)620.033.0,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。,16.(2018课标,22,6分)某同学组装一个多用电表。可选用的器材有:微安表头(量程100A,内阻900);电阻箱R1(阻值范围0999.9);电阻箱R2(阻值范围099999.9);导线若干。要求利用所给器材先组装一个量程为1mA的直流电流表,在此基础上再将它改装成量程为3V的直流电压表。组装好的多用电表有电流1mA和电压3V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),答案(1)如图所示(2)1002910,解析本题考查电表的改装。将量程为100A的微安表头改装成量程为1mA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3V的电压表,分压电阻的阻值为=2910,选用R2。,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。,17.(2017课标,23,9分)图(a)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250A,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1V挡和5V挡,直流电流1mA挡和2.5mA挡,欧姆100挡。图(a),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(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(1)黑(2)B(3)160880(4)1.47mA1.101032.95V,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1mA挡,此时R1和R2串联后与表头并联,满偏时总电流为1mA,则R1、R2中的电流为1mA-Ig,电压为IgRg,则R1+R2=160;当换挡开关接4时为直流电压1V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1V,则R4分压为1V-IgRg=1V-25010-6480V=0.88V,流过R4的电流为1mA,则R4=880。,(4)若B端与“1”相连,则为直流电流2.5mA挡,观察图(b)中下方刻度,共50个小格,则每小格表示0.05mA,即分度值为0.05mA,由估读法可得读数为1.47mA。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1.10103。若B端与“5”连接,则为直流电压5V挡,观察图(b)中下方刻度,共50个小格,则每小格表示0.1V,即分度值为0.1V,由估读法可得读数为2.95V。,命题意图本题考查多用电表的原理以及电表的改装。,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。,18.(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100A,内阻大约为2500)的内阻。可使用的器材有:两个滑动变阻器R1、R2(其中一个阻值为20,另一个阻值为2000);电阻箱Rz(最大阻值为99999.9);电源E(电动势约为1.5V);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),(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“2000”)。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2500.0,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2601.0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:。,答案(1)如图所示(2)20左相等2550(3)调节R1上的分压,尽可能使微安表接近满量程,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=2550,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,=。,2.知道分压电路一定要选最大阻值较小的滑动变阻器。,19.(2017课标,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3.8V,额定电流0.32A);电压表(量程3V,内阻3k);电流表(量程0.5A,内阻0.5);固定电阻R0(阻值1000);滑动变阻器R(阻值09.0);电源E(电动势5V,内阻不计);开关S;导线若干。(1)实验要求能够实现在03.8V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),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”)。(3)用另一电源E0(电动势4V,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),答案(1)实验电路原理图如图所示(2)增大增大(3)0.391.17,解析(1)先考虑测量电路,由于小灯泡的额定电压为3.8V,而电压表的量程只有3V,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4V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=1.75V、I=225mA,故最小功率为Pmin=IU=0.39W。当R接入电路中的阻值等于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=1.17W。,20.(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1000),滑动变阻器R2(最大阻值为2000),单刀双掷开关一个,导线若干。在室温下对系统进行调节。已知U约为18V,Ic约为10mA;流过报警器的电流超过20mA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。,(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,将开关向另一端闭合,报警系统即可正常使用。,答案(1)连线如图所示(2)R2(3)650.0b接通电源后,流过报警器的电流会超过20mA,报警器可能损坏c报警器开始报警,解析(1)见答案。(2)由R=1800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。,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。,21.(2016课标,22,5分)某同学用图中所给器材进行与安培力有关的实验。两根金属导轨ab和a1b1固定在同一水平面内且相互平行,足够大的电磁铁(未画出)的N极位于两导轨的正上方,S极位于两导轨的正下方,一金属棒置于导轨上且与两导轨垂直。(1)在图中画出连线,完成实验电路。要求滑动变阻器以限流方式接入电路,且在开关闭合后,金属棒沿箭头所示的方向移动。,(2)(多选)为使金属棒在离开导轨时具有更大的速度,有人提出以下建议:A.适当增加两导轨间的距离B.换一根更长的金属棒C.适当增大金属棒中的电流其中正确的是(填入正确选项前的标号)。,答案(1)如图所示(2分)(2)AC(3分。选对一个给2分,选对两个给3分,有选错的不给这3分),解析(1)根据左手定则得金属棒中电流为从a流向a1。要求滑动变阻器以限流方式接入电路中,故滑动变阻器接线柱上下各用一个。(2)为使金属棒在离开导轨时具有更大的速度,应使它所受安培力F=BIL增大,所以适当增加两导轨间的距离时有效长度L增大,F变大,A项正确;只换更长的金属棒时有效长度L不变,B项错;增大电流,F也增大,C项正确。,考查点电路连接问题、设计实验,思路分析将金属棒与电源及其他器材组成闭合回路,利用左手定则判定电流的方向,确定电源与电流表正负接线柱的连接方式。,22.(2015课标,23,9分,0.299)图(a)为某同学改装和校准毫安表的电路图,其中虚线框内是毫安表的改装电路。图(a),图(b),(1)已知毫安表表头的内阻为100,满偏电流为1mA;R1和R2为阻值固定的电阻。若使用a和b两个接线柱,电表量程为3mA;若使用a和c两个接线柱,电表量程为10mA。由题给条件和数据,可以求出R1=,R2=。(2)现用一量程为3mA、内阻为150的标准电流表对改装电表的3mA挡进行校准,校准时需选取的刻度为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0mA。电池的电动势为1.5V,内阻忽略不计;定值电阻R0有两种规格,阻值分别为300和1000;滑动变阻器R有两种规格,最大阻值分别为750和3000。则R0应选用阻值为的电阻,R应选用最大阻值为的滑动变阻器。(3)若电阻R1和R2中有一个因损坏而阻值变为无穷大,利用图(b)的电路可以判断出损坏的电阻。图(b)中的R为保护电阻,虚线框内未画出的电路即为图(a)虚线框内的电路。则图中的d点应和接线柱(填“b”或“c”)相连。判断依据是:。,答案(1)1535(4分,每空2分)(2)3003000(2分,每空1分)(3)c(1分)闭合开关时,若电表指针偏转,则损坏的电阻是R1;若电表指针不动,则损坏的电阻是R2(2分),解析(1)由并联电路各支路两端电压相等有:使用a和b两个接线柱时1mA100=(3-1)mA(R1+R2);使用a和c两个接线柱时1mA(100+R2)=(10-1)mAR1,联立可得R1=15,R2=35。(2)由题意知校准时电路中电流的范围为0.5mAI3.0mA,则由闭合电路欧姆定律知电路中总电阻R总=满足500R总3000,而两电表的总电阻RA=150+=183,故R0+R应满足317R0+R2817,可知R0只能选用300的,R只能选用3000的。(3)在图(b)电路中,当d接c时,若R1损坏则毫安表仍接入电路而有示数,若R2损坏则毫安表不接入电路而无示数,故可由毫安表有无示数来判断损坏的电阻;当d接b时,无论R1还是R2损坏,对毫安表示数的影响相同,从而不能进行判定。,考查点电表改装与校准,解题关键电表量程是指当毫安表满偏时,通过并联电路的总电流。利用并联电路特点,求出R1、R2。利用校准时,电路中电流的范围求出电路总电阻范围,判断出R0及R所选阻值。,23.(2015课标,23,9分,0.262)电压表满偏时通过该表的电流是半偏时通过该表电流的两倍。某同学利用这一事实测量电压表的内阻(半偏法),实验室提供的器材如下:待测电压表(量程3V,内阻约为3000),电阻箱R0(最大阻值为99999.9),滑动变阻器R1(最大阻值100,额定电流2A),电源E(电动势6V,内阻不计),开关2个,导线若干。(1)虚线框内为该同学设计的测量电压表内阻的电路图的一部分,将电路图补充完整。(2)根据设计的电路,写出实验步骤:。,(3)将这种方法测出的电压表内阻记为RV,与电压表内阻的真实值RV相比,RVRV(填“”、“=”或“(1分)断开S2,调节电阻箱使电压表成半偏状态,电压表所在支路总电阻增大,分得的电压也增大;此时R0两端的电压大于电压表的半偏电压,故RVRV(1分,其他合理说法同样给分),解析(1)由于R1的总阻值远小于测量电路总电阻,故控制电路采用分压式接法,电路图见答案。(2)(3)见答案。,考查点半偏法测电压表内阻,解题关键首先判定控制电路为分压接法。理解当滑动变阻器滑片不动时,电压表所在支路分得的电压基本不变。,知识拓展在保证安全的基础上,R1的阻值越小,实验越精确,调节越方便。,24.(2014课标,23,9分,0.467)利用如图(a)所示电路,可以测量电源的电动势和内阻,所用的实验器材有:图(a)待测电源,电阻箱R(最大阻值999.9),电阻R0(阻值为3.0),电阻R1(阻值为3.0),电流表(量程为200mA,内阻为RA=6.0),开关S。实验步骤如下:将电阻箱阻值调到最大,闭合开关S;多次调节电阻箱,记下电流表的示数I和电阻箱相应的阻值R;,以为纵坐标,R为横坐标,作-R图线(用直线拟合);求出直线的斜率k和在纵轴上的截距b。回答下列问题:(1)分别用E和r表示电源的电动势和内阻,则与R的关系式为。(2)实验得到的部分数据如下表所示,其中电阻R=3.0时电流表的示数如图(b)所示,读出数据,完成下表。答:,。,图(b),图(c),(3)在图(c)中将所缺数据点补充完整并作图,根据图线求得斜率k=A-1-1,截距b=A-1。(4)根据图线求得电源电动势E=V,内阻r=。,答案(1)=R+RA+(r+R0)或=R+(5.0+r)(2)0.1109.09(3)图见解析1.0(在0.961.04之间均对)6.0(在5.96.1之间均对)(4)3.0(在2.73.3之间均对)1.0(在0.61.4之间均对),解析(1)由闭合电路欧姆定律有E=IRA+(I+)(R+R0+r),整理得=R+RA+(r+R0),代入数据得=R+(5.0+r)。(2)由题图知该电流表的分度值为2mA,读数为110mA,考虑到表格内各组数据的单位及有效数字位数,故结果应为0.110A。=9.09A-1。(3)描点作图如图所示,由图线可得k=A-1-1=1.0A-1-1,b=6.0A-1。(4)由=R+(5.0+r)可知k=,b=(5.0+r),将k=1.0A-1-1、b=6.0A-1代入可得E=3.0V,r=1.0。,考查点测量电源的电动势和内阻的实验,解题关键知道测电源电动势与内阻的实验原理是闭合电路欧姆定律。利用闭合电路欧姆定律推出与R的关系。,易错警示在完成表格时,注意表格内各组数据的单位及有效数字的位数。,25.(2014课标,22,6分,0.622)在伏安法测电阻的实验中,待测电阻Rx约为200,电压表的内阻约为2k,电流表的内阻约为10,测量电路中电流表的连接方式如图(a)或图(b)所示,结果由公式Rx=计算得出,式中U与I分别为电压表和电流表的示数。若将图(a)和图(b)中电路测得的电阻值分别记为Rx1和Rx2,则(填“Rx1”或“Rx2”)更接近待测电阻的真实值,且测量值Rx1(填“大于”、“等于”或“小于”)真实值,测量值Rx2(填“大于”、“等于”或“小于”)真实值。,答案Rx1大于小于,解析=20,=10,因此Rx属于大电阻,用电流表内接法时测量值更接近真实值,即Rx1更接近真实值;因Rx1=Rx+RA,故Rx1Rx,Rx2=R并(即Rx与RV的并联值),故Rx2Ek,所以空气阻力会造成EpEk,但表中为EkEp,因此不同意他的观点。(4)钢球球心和遮光条都绕悬点做圆周运动,但运动半径不同,因此分别测出光电门和球心到悬点的长度L和l,遮光条在光电门处的速度v=,则钢球的速度v=l,可以减小表中差异。,解题指导(1)钢球高度的改变应为钢球球心间的高度差,因此应测球心间的竖直距离。(3)由于存在空气阻力,因此重力势能的改变量应大于动能的改变量。(4)不同半径,同一圆心的圆周运动,其线速度不同,故应将遮光条在光电门处的速度折算成钢球球心处的速度。,11.2015广东理综,34(1),8分某同学使用打点计时器测量当地的重力加速度。请完成以下主要实验步骤:按图(a)安装实验器材并连接电源;竖直提起系有重物的纸带,使重物(填“靠近”或“远离”)计时器下端;,使重物自由下落;关闭电源,取出纸带;换新纸带重复实验。图(b)和(c)是实验获得的两条纸带,应选取填“(b)”或“(c)”来计算重力加速度。在实验操作和数据处理都正确的情况下,得到的结果仍小于当地重力加速度,主要原因是空气阻力和。,答案靠近接通电源释放纸带(b)纸带与限位孔间的摩擦,解析重物靠近打点计时器下端,可在纸带上打下更多的点,提高纸带利用率。为了能在纸带上打下尽可能多的点,且避免因打点计时器在接通电源后工作状态不稳而引起的误差,要求先接通电源,待计时器工作稳定后再释放纸带。比较图(b)与(c)可知,图(b)中重物做匀加速运动,而图(c)中重物先加速后减速,故应选用(b)。由ma=mg-f知a=g-,测得a,属于大电阻,故电流表采用内接法,而滑动变阻器R0的阻值小于Rx,则滑动变阻器R0采用分压式接法,如答案图所示。由于电压表的读数为电阻Rx和电流表内阻的分压和,而电流表的读数是流过Rx的实际电流,故待测电阻测量值会大于其真实值。,知识拓展若滑动变阻器的阻值小于被测电阻值,为减小误差,滑动变阻器采用分压式接法。,16.(2018江苏单科,10,8分)一同学测量某干电池的电动势和内阻。(1)如图所示是该同学正准备接入最后一根导线(图中虚线所示)时的实验电路。请指出图中在器材操作上存在的两个不妥之处。(2)实验测得的电阻箱阻值R和电流表示数I,以及计算的数据见下表:,根据表中数据,在方格纸上作出R-关系图像。由图像可计算出该干电池的电动势为V;内阻为。(3)为了得到更准确的测量结果,在测出上述数据后,该同学将一只量程为100mV的电压表并联在电流表的两端。调节电阻箱,当电流表的示数为0.33A时,电压表的指针位置如图所示,则该干电池的电动势应为V;内阻应为。,答案(1)开关未断开;电阻箱阻值为零。(2)如图所示1.4(1.301.44都算对)1.2(1.01.4都算对)(3)1.4结果与(2)问第一个空格一致1.0结果比(2)问第二个空格小0.2,解析本题考查测量干电池的电动势和内阻。(1)在连接电路过程中,要求开关处于断开状态;在闭合开关前,要求电阻箱接入电路的电阻最大。(2)依照表中数据,描点连线,如答案图所示。由闭合电路欧姆定律可得I=,整理可得R=E-r,与图像对应,则E=1.4V,r=1.2。(3)由题图可知电压表的读数为66mV,由欧姆定律可得电流表的内阻r=U/I=0.2,则由闭合电路欧姆定律可得I=,整理可得R=E-(r+r),与图像对应,则E=1.4V,r=1.0。,思路分析本题是在课本实验基础上拓展出来的计算型实验题,需要利用闭合电路欧姆定律列方程求解。,17.(2017江苏单科,11,10分)某同学通过实验制作一个简易的温控装置,实验原理电路图如图1所示,继电器与热敏电阻Rt、滑动变阻器R串联接在电源E两端,当继电器的电流超过15mA时,衔铁被吸合,加热器停止加热,实现温控。继电器的电阻约20,热敏电阻的阻值Rt与温度t的关系如下表所示。,(1)提供的实验器材有:电源E1(3V,内阻不计)、电源E2(6V,内阻不计)、滑动变阻器R1(0200)、滑动变阻器R2(0500)、热敏电阻Rt、继电器、电阻箱(0999.9)、开关S、导线若干。为使该装置实现对3080之间任一温度的控制,电源E应选用(选填“E1”或“E2”),滑动变阻器R应选用(选填“R1”或“R2”)。,图1,图2,(2)实验发现电路不工作。某同学为排查电路故障,用多用电表测量各接点间的电压,则应将如图2所示的选择开关旋至(选填“A”、“B”、“C”或“D”)。(3)合上开关S,用调节好的多用电表进行排查。在图1中,若只有b、c间断路,则应发现表笔接,入a、b时指针(选填“偏转”或“不偏转”),接入a、c时指针(选填“偏转”或“不偏转”)。(4)排除故障后,欲使衔铁在热敏电阻为50时被吸合,下列操作步骤的正确顺序是。(填写各步骤前的序号)将热敏电阻接入电路观察到继电器的衔铁被吸合断开开关,将电阻箱从电路中移除合上开关,调节滑动变阻器的阻值断开开关,用电阻箱替换热敏电阻,将阻值调至108.1,答案(1)E2R2(2)C(3)不偏转偏转(4),解析本题考查器材选择,故障检测,实验操作。(1)因通过继电器的电流超过15mA时加热器停止加热,为使该装置实现对3080之间任一温度的控制,要求电路在3080之间的任一温度下的电流能通过调节达到15mA。当控制到30时,电路的最小阻值为Rmin=199.5+20=219.5,要使电流达到15mA,则所需电源电动势至少为Emin=IRmin=3.29V,故电源只能选用电动势为6V的E2。为使温度控制在80,则在6V电源下电路中的电流能达到15mA,故此时滑动变阻器接入电路中的阻值为R=-(Rt+R继)=-49.1-20=330.9,故滑动变阻器应选用R2。(2)由于是用多用电表测直流电压,且电源电动势为6V,故应选择直流电压10V挡。(3)若只有b、c间断路,电路中无电流,a、b间电压为0,a、c间电压等于电源电压,故表笔接入a、b时指针不偏转,接入a、c时指针偏转,且示数等于电源电动势。(4)欲使衔铁在50时被吸合,则要求温度达到50时电路中电流达到15mA,而此时热敏电阻的阻值为108.1。为确定滑动变阻器应接入电路中的阻值,先将电阻箱调到108.1并替代热敏电阻接入电路,调节滑动变阻器使衔铁恰好被吸合,然后再保持滑动变阻器滑片位置不动,将热
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