2011高三物理二轮复习 专题二十六物理实验设计模拟练习

用心 爱心 专心1 专题二十六专题二十六 物理实验设计物理实验设计 模拟练习 一 模拟练习 一 1 1 如图所示 两个质量各为 m1和 m2的小物块 A 和 B 分别系在一条跨过定滑轮的 软绳两端 已知m1 m2 现要利用此装置验证机械能守恒定律 1 若选定物块 A 从静止开始下落的过程进行测量 则需要测量的物理量有 在答题卡上对应区域填入选项前的编号 物块的质量m1 m2 物块 A 下落的距离及下落这段距离所用的时间 物块 B 上升的距离及上升这段距离所用的时间 绳子的长度 2 为提高实验结果的准确程度 某小组同学对此实验提出以下建议 绳的质量要轻 在 轻质绳 的前提下 绳子越长越好 尽量保证物块只沿竖直方向运动 不要摇晃 两个物块的质量之差要尽可能小 以上建议中确实对提高准确程度有作用的是 在答题卡上对应区域 填入选项前的编号 3 写出一条上面没有提到的提高实验结果准确程度有益的建议 一直流电压表 量程为 1 V 内阻为 1 000 现 将一阻值为 5000 7000 之间的固定电阻 R1与此电 压表串联 以扩大电压表的量程 为求得扩大后量程 的准确值 再给定一直流电源 电动势 E 为 6 7 V 内阻可忽略不计 一阻值 R2 2000 的固定电阻 两个单刀开关 S1 S2及若干线 1 为达到上述目的 将答题卡上对应的图连 成一个完整的实验电路图 2 连线完成以后 当 S1与 S2均闭合时 电压表的示数为 0 90 V 当 S1闭合 S2断 用心 爱心 专心2 开时 电压表的示数为 0 70 V 由此可以计算出改装后电压表的量程为 V 电源 电动势为 V 解析 1 或 2 3 例如 对同一高度进行多次测量取平均值 选取受力后相对伸长尽量 小的绳 等等 1 连线如图 2 7 6 3 2 2 1 某同学用螺旋测微器测量一铜丝的直径 测微器的示数如图所示 该铜丝的直 径为 mm 2 右图为一电学实验的实物连线图 该实验 可用来测量特测电阻Rx的阻值 约 500 图中两个 电压表量程相同 内阻都很大 实验步骤如下 用心 爱心 专心3 调节电阻箱 使它的阻值R0与待测电阻的阻值接近 将滑动变阻器的滑动头调到最 右端 合上开关 S 将滑动变阻器的滑动头向左端滑动 使两个电压表指针都具有明显偏转 记下两个电压表和的读数U1和U2 多次改变滑动变阻器滑动头的位置 记下和的多组读数U1和U2 求Rx的平均值 回答下列问题 根据实物连线图在虚线框内画出实验的电路原理图 其中电阻箱的符号 为 滑动变阻器的符号为 其余器材用通用的符号表示 不计电压表内阻的影响 用U1 U2和R0表示Rx的公式为 考虑电压表内阻的影响 且U1 U2 R0 的内阻r1 的内阻r2表示Rx 的公式 用心 爱心 专心4 答案 1 4 593 4 592 或 4 594 也同样给分 2 电路原理图如图所示 2 0 1 x U RR U 20 1 2 1 20120 1 4 x U R rr R U r RrU R r 分 解析 1 螺旋测微器固定刻度部分读数为 4 5mm 可动刻度部分读数为 0 093mm 所以所测铜丝直径为 4 593mm 2 不计电压表内阻 根据串联分压原理 有 0 1 20 2 1 R U U R R R U U x x 3 可考电压表内阻影响 则 R 与 R 的并联电阻与 R 与 的并联电阻串联分压 即 11 11 2 2 10 1 rR U rR U x 解得 1021021 2102 rRUrRrU rrRU Rx 3 3 如图所示 两个质量各为m1和m2的小物块A和B 分别系在一条跨过定滑轮的软绳 两端 已知m1 m2 现要利用此装置验证机械能守恒定律 1 若选定物块A从静止开始下落的过程中进行测 量 则需要测量的物理量有 物块的质量m1 m2 物块A下落的距离及下落这段距离所用的时 间 物块B下落的距离及下落这段距离所用的时间 绳子的长度 2 为提高实验结果的准确程度 某小组同学对此实验提出以下建议 绳的质量要轻 在 轻质绳 的前提下 绳子越长越好 用心 爱心 专心5 尽量保证物块只沿竖直方向运动 不要摇晃 两个物块的质量之差要尽可能小 以上建议中确实对提高准确程度有作用的是 3 写出一条上面没有提到的对提高实验结果准确程度有益的建议 答案 答案 1 或 2 3 例如 对同一高度进行多次测量取平均 值 选取受力后相对伸长尽量小的绳子 等等 解析 1 通过连结在一起的A B两物体验证机械能守恒定律 既验证系统的势能 变化与动能变化是否相等 A B连结在一起 A下降的距离一定等于B上升的距离 A B 的速度大小总是相等的 故不需要测量绳子的长度和B上升的距离及时间 2 如果绳子 质量不能忽略 则A B组成的系统势能将有一部分转化为绳子的动能 从而为验证机械能 守恒定律带来误差 若物块摇摆 则两物体的速度有差别 为计算系统的动能带来误差 绳子长度和两个物块质量差应相当 3 多次取平均值可减少测量误差 绳子伸长量尽量 小 可减少测量的高度的准确度 4 4 在 用单摆测重力加速度 的实验中 1 某同学的操作步骤为 a 取一根细线 下端系住直径为d的金属小球 上端固定在铁架台上 b 用米尺量得细线长度l c 在摆线偏离竖直方向 5 位置释放小球 d 用秒表记录小球完成n次全振动的总时间t 得到周期T t n e 用公式 2 2 4l g T 计算重力加速度 按上述方法得出的重力加速度值与实际值相比 选填 偏大 相同 或 偏 小 2 已知单摆在任意摆角 时的周期公式可近似为 2 0 1sin 2 TTa 式中 T0为摆角趋近于 0 时的周期 a为常数 为了用图像法验证该关系式 需要测量 的物理 量有 若某同学在实验中得到了如图所示的图线 则图像中的 横轴表示 用心 爱心 专心6 答案 1 偏小 2 T 或t n T 解析 单摆摆长为摆线长度与小球半径之和 因该同学将偏小的摆长代入公式计算 所得重力加速度的测量值偏小于实际值 为验证该关系式 需要测量单摆在任意摆角 时 的周期T 根据公式与图像的函数关系式可推导得到摆角 0 时横轴的截距为T0 5 某实验小组采用图所示的装置探究 动能定理 图中小车中可放置砝码 实验 中 小车碰到制动装置时 钩码尚未到达地面 打点针时器工作频率为 50 Hz 1 实验的部分步骤如下 在小车中放入砝码 把纸带穿过打点计时器 连在小车后端 用细线连接小车和钩 码 将小车停在打点计时器附近 小车拖动纸带 打点计时器 在纸带上打下一列点 改变钩码或小车中砝码的数量 更换纸带 重复 的操作 2 图是钩码质量为 0 03 kg 砝码质量为 0 02 kg 时得到的一条纸带 在纸带上选 择起始点 0 及 A B C D 和 E 五个计数点 可获得各计数点到 0 的距离 5 及对应时刻小车 的瞬时速度 v 请将 C 点的测量结果填在表 1 中的相应位置 3 在上车的运动过程中 对于钩码 砝码和小车组成的系统 做 用心 爱心 专心7 正功 做负功 4 实验小组根据实验数据绘出了图中的图线 其中 v2 v2 v20 根据图线可获得 的结论是 要验证 动能定理 还需要测量的物理量是摩擦力是 表 1 纸带的测量结果 测量点 S cmr m s 1 00 000 35 A1 510 40 B3 200 45 C D7 150 54 E9 410 60 答案 1 接通电源 释放小车 断开开关 2 5 06 0 49 3 钩砝的重力 小车受摩擦阻力 4 小车初末速度的平方差与位移成正比 小车的质量 模拟练习 二 模拟练习 二 用心 爱心 专心8 1 在竖直放置的立柱上端有一个电磁铁 通电时 小球被吸在电磁铁上 断电时 小球自由下落 计时装置开始计时 立柱上有可以移动的光电门 当小球经过光电门时 光电计时装置能测出小球从初始位置到这个光电门所 时间 t 再用刻度尺测出电磁铁到光 电门的距离 s 为了探究自由落体的位移 s 与下落时间 t 的关系 1 设计一个记录实验数据的表格 2 为了达到实验目的 你猜想位移 s 可能与 成正比 或可能与 成正比 根据你能猜想 为了达到实验目的 应如何处理实验数据 2 在 验证碰撞中动量守恒 实验中 利用的是图示的实验装置 所需验证的表达式为 m1 OM m1 ON m2 OP 但在实验器材中未给天平 有同学认为只需提供以下器材 打点计 时器 纸带 胶带 光滑定滑轮 低压交流电源 柔软细线等 按下图就能帮助完成 请你探 究一下他的实验是如何完成的 观察 次数 时刻 磅 秤 读数 N 1 t 1 449 2 t 450 用心 爱心 专心9 3 某学生想了解所居住高楼内电梯运行的大致规律 他 设计一个利用称体重的磅秤来进行测量和研究的方案 把磅秤平放在电梯的地板上 他站在磅秤上 请两位同 学协助他观察磅秤示数的变化情况 并记录电梯运行时不同时 刻磅秤的示数 将两位同学随机记录的 7 个数据列表 由于不知记录时 刻的先后 故表格数据按从小到大的次序排列 并相应标明 t1 t2 t7 记录时电梯作平稳运动 对实验数据进行分析研究 了解电梯的运行情况 并粗 略测定电梯的加速度 思考回答下列问题 1 在测量时该学生所受的重力将 填 变大 变小 不变 2 如果先记录到的是较小的示数 后记录到的是较大的示数 则记录时电梯相应的 运动可能是 A 先加速下降后减速下降 B 先减速下降后匀速下降 C 先匀速上升后减速上升 D 先减速上升后加速上升 3 如果电梯在运行过程中经历过匀加速 匀速和匀减速三个过程 而两位同学记录 的数据不知处于哪一运动阶段 则此电梯加速度的可能值为 A 1 0m s2 B 1 82m s2 C 2 22m s2 D 2 50m s2 4 由于每部电梯运行时加速度都是设定好的 如果要知道该高楼电梯的加速度 还需要测定的物理量是 4 在探究课上 赵明和李青两位同学分别设计了如甲 乙两图所示的电子秤 所用器材 相同 电源电动势为 E 内阻不计 可变电阻长为 L 电阻为 R 弹簧导电 劲度系数为 k 其电阻不计 连接甲图中的电压表的导线可自由伸缩 不测量时指针 P 均在 a 处 如图中虚线 2 3 t 3 450 4 t 4 549 5 t 5 550 6 t 6 551 7 t 7 551 用心 爱心 专心10 所示 使电压表的示数与所称的重力对应便成为电子秤 1 不称重时 甲 乙两图中的电压 表示数分别是多大 2 分别写出对应于甲 乙两种设计所称重力 G 与电压表的示数 u 以及 E k L 的关系式 3 比较甲 乙两个电路 哪一个比较好 为什么 4 设想两种设计的 电子秤测重力时可能出现的问题 只要提出问题 不必解答 5 在 用电压表和电流表测电池的电动势和内阻 的实验时 一般是不用新电池而用 旧电池进行实验 其原因是 旧电池的内阻较大 而新电池的内阻很小 实验时 电压表 的读数变化很小 从而影响测量值的精确性 如果要较为精确地测量一节新电池的内阻 可用以下给定的器材和一些导线来完成实验 1 用连线的方法将这些仪器连成电路 2 写出实验得出的新电池内阻 r 的表达式 并说明各字符的物理含义 6 右下图中的 P 是一根表面均匀地镀有 一层很薄的电阻膜的长陶瓷管 碳膜布满圆 柱体的侧面 其长度约为 50cm 管的外径约为 6cm 所用电阻膜材料的电阻率已知为 管的两端有导电箍 M N 该电阻的长度就是陶瓷管的长度 其截面积可看作等于膜的 厚度与圆周长的乘积 现有器材为 A 米尺 B 游标卡尺 C 螺旋测微器 D 电压表 E 电流表 F 电池组 G 滑动变阻器 H 电阻箱 I 电键和导线 请你设计一个测量该电阻膜 厚度 d 的实验方案 用心 爱心 专心11 所须选用的器材有 填器材前的字母即可 所须测量的物理量有 根据实验测得的以上数据计算电阻膜厚度 d 的数学表达式为 d 在左下图的方框中画出实验电路图 MN 间的电阻膜的电阻约几十 滑动变阻器 的总阻值为 50 并将右下图中的实物按电路图连接起来 有 根导线已经连好 不得改 动 M N P m A V 7 实验室有如下器材 电流表 A1 满偏电流约为 500 A 有刻度无刻度值 内阻约 600 电流表 A2 量程为 0 300 A 内电阻 RA2 1000 电流表 A3 量程为 0 1mA 内电阻 RA3 100 电压表 V 量程 0 15V 内阻 13k 定值电阻 R0 阻值 R0 1k 滑动变阻器 R 最大阻值为 5 额定电流 2A 电池 电动势 3V 内阻不计 电键 导线若干 要求设计一个电路能多测几组实验数据 比较精确地测出 A1表的内阻 rg和满偏电流 Ig 在方框内画出测量所使用的电路图 并注明各元件符号 应读取的物理量是 用这此物理量表示的 A1表的满偏电流表达式 Ig A1表的内阻表达式 用心 爱心 专心12 rg 8 某同学在资料上发现弹簧振子的周期公式为 k m T 2 弹簧的弹性势能公式为 2 2 1 kxEp 式中k为弹簧的劲度系数 m为振子的质量 x为弹簧的形变量 为了验证 弹簧的弹性势能公式 他设计了如图甲所示的实验 轻弹簧的一端固定在水平光滑木板一 端 另一端连接一个质量为M的滑块 滑块上竖直固定一个挡光条 每当挡光条挡住从光 源A发出的细光束时 传感器B因接收不到光线就产生一个电信号 输入电脑后经电脑自 动处理就能形成一个脉冲电压波形 开始时滑块静止在平衡位置恰好能挡住细光束 在木 板的另一端有一个弹簧枪 发射出质量为m 速度为v0的一个弹丸 弹丸击中木块后留在 木块中一起做简谐振动 系统在振动过程中 所具有的最大动能Ek 系统振动过程中 在电脑上所形成的脉冲电压波形如图乙所示 由图可知该系统的 振动周期大小为 T 如果再测出滑块振动的振幅为 A 周期设为 T 利用资料上提供的两个公式 结合实 验中给出的已知条件求出系统振动过程中弹簧的最大弹性势能为 Ep 通过本实验 根据机械能守恒 如发现Ek Ep 即验证了弹簧的弹性势能公式的正确 性 B A v0 甲 用心 爱心 专心13 模拟练习 三 模拟练习 三 1 答案 1 表格如下 2 分 位置123456 t s s m 2 t t2 每空 1 分 处理方法 尝试作出 s t 图 看是否是直线 若不是再作 出 s t2图 解析 1 本实验探究目的是寻求自由落体的位移 s 与下落时间 t 的关系 所以设计 表格必须具备这两项 同时应注意到实验的精确性 设计表格如下 位置123456 t s s m 2 为了达到实验目的 猜想位移 s 可能与 t 或 t2成正比 尝试作出 s t 图 看是否 是直线 若不是再作出 s t2图 u tT02T03T0 乙 O 用心 爱心 专心14 2 答案 利用纸带数据分析得 m1带动 m2的加速度 a 又由牛顿第二定律得 a 12 12 mm g mm 解得 1 2 mga mga 再由 m1 OM m1 ON m2 OP 得 m1 OM ON m2 OP 即验证表达式变为 g a OM ON g a OP 3 答案 1 不变 2 AD 3 ABC 4 某学生的质量 解析 1 无论是超重还是失重 物体的重力均不发生变化 2 磅秤示数变化 说明电梯不可能匀速运动 排除 BC 选项 因该学生体重与磅秤 示数大小关系不确定 使电梯有超重和失重两种可能 故选项 AD 正确 3 据 Nm ga 得 N m ag 取表中数据计算可判断 ABC 均可能 但 D 项 不可能 4 还需测定该学生的质量 4 答案 1 甲 0 乙 E 2 甲 G kL E 乙 G kL E U E 3 甲好 重力与电压表示数成正比 表的刻度均匀 4 重力太小读不出 重力太大超出量程 解析 从图上可以看出 随着重力的增加 弹簧就要缩短 带着指针下移 电路发生 变化 电压表读数也相应变化 从电压表的读数就可以知道重力的大小 甲图的电压表是测量 ap 电阻之间的电压 U1 U1 E x1 L G1 kx1 用心 爱心 专心15 乙图的电压表是测量 bp 电阻之间的电压 U2 U2 E L x2 L G2 kx2 2 新电池内阻的表达式是 0 12 21 R II UU r 式中 U1 U2 I1 I2分别是滑线变阻器阻值改变时电压表和电流表 对应的读数 R0是接入电路的电阻箱的阻值 此值直接从电阻箱上读出 一般为几殴姆 解析 由于新电池的内阻比较小 为了便于较准确的测量 需要给新电池串联一个已 知阻值的电阻 然后按照测量旧电池的方法来测量即可 在本实验中 已知阻值的电阻可 以用电阻箱来代替即可 6 答案 A B D E F G I MN 间距离 L 管的外径 D 电流 I 电压 U LI d DU 内接 分压 解析 根据设计原理 首先需测量膜的电阻 应选择器材是 D E F G I 其次 1 由电阻定律求解膜的厚度 d 就还需测出膜的长度和直径 要选择器材 A B 故本题所须 选用器材是 A B D E F G I 所须测量的物理量有 MN 间距离 L 管的外径 D 电流 I 电压 U 2 据欧姆定律 电阻定律和膜的截面积计算公式可列出三式 U I R L S R 和 3 SDd 联立求解得