2011届高考物理二轮复习 第2讲 设计探究型实验（含实物连接）

用心 爱心 专心1 第一篇第一篇 专题知能突破专题知能突破 专题六专题六 学生实验学生实验 第第 2 2 讲讲 设计探究型实验 含实物连接 设计探究型实验 含实物连接 1 2010 南通模拟 物体在空中下落的过程中 重力做正功 物体 的动能越来越大 为了 探究重力做功和物体动能变化的定量 关 系 我们提供了如图 6 2 23 所示的实验装置 1 某同学根据所学的知识结合图 6 2 23 设计一个关于本实 验情景的命题 质量为 m 的小球在重力 mg 作用下从开始端自 由下落至光电门发生的 通过光电门时的 试探究重力做的功 与小球动能变化量 的定量关系 请在 空格处填写物理量的名称和对应符号 在 空格处 填写数学表达式 2 某同学根据上述命题进行如下操作并测出如下数据 用天平测定小球的质量为 0 50 kg 用游标卡尺测出小球的直径为 10 0 mm 用刻度尺测出电磁铁下端到光电门的距离为 80 80 cm 电磁铁先通电 让小球吸在开始端 电磁铁断电时 小球自由下落 在小球经过光电门时间内 计时装置记下小球经过光电门所用时间为 2 50 10 3 s 由此可算得小球经过光电门的速度为 m s 计算得出重力做的功为 J 小球动能变化量为 J 结果保留三位数 字 3 试根据 2 对本实验下结论 解析 1 本题的实验原理是重力做的功等于物体增加的动能 所以测量小球下落的位 图 6 2 23 用心 爱心 专心2 移 x 和下落位移 x 时所对应的速度 v 比较重力做的功 W mgx 和动能的增加量 Ek mv2的关系即可验证命题的正确性 1 2 2 小球经过光电门的速度可以用小球通过光电门这段很短时间内的平均速度来表示 v 4 0 m s W mgx 4 04 J Ek mv2 4 00 J d t 1 2 答案 1 位移 x 瞬时速度 v mgx mv2 2 4 1 2 4 04 4 00 3 在误差允许范围内 重力做的功与物体动能的变化量相等 2 在测定一节干电池的电动势和内电阻的实验中 备有下列器材 A 待测的干电池 电动势约为 1 5 V 内电阻小于 1 0 B 电流表 G 量程 0 3 mA 内阻 Rg1 10 C 电流表 A 量程 0 0 6 A 内阻 Rg2 0 1 D 滑动变阻器 R1 0 20 10 A E 滑动变阻器 R2 0 200 1 A F 定值电阻 R3 990 G 开关和导线若干 1 为方便且能较准确地进行测量 其中应选用的滑动变阻器是 填写器材前的 字母代号 2 请画出你利用本题提供的器材所设计的测量电池电动势和内阻 的电路图 3 如图 6 2 24 所示为该同学根据他所设计的实验数据绘出的 I1 I2图线 I1为电流表 G 的示数 I2为电流表 A 的示数 且 I2的数 值远大于 I1的数值 则由图线可得被测电池的电动势 E V 内阻 r 解析 1 R2的阻值太大 不方便调节 所以选用 R1 图 6 2 24 用心 爱心 专心3 2 将已知内阻的电流表 G 与定值电阻 R3串联 可改装成一个内阻为 1 k 量程为 3 V 的电压表 电路图如答案图所示 3 根据闭合电路和欧姆定律可得 E I1 R3 RG I2r 变形可得 I1 I2 图象在纵轴上截距为 1 5 mA 解之得 E 1 5 V 在 E R3 RG r R3 RG E R3 RG 图线上任取两点 读出其坐标 则直线的斜率等于两点纵坐标的差值除以横坐标的差值 解之可得 r 0 8 答案 1 R1 2 3 1 5 0 8 3 硅光电池是一种可将光能转换为电能的器件 某同学用图 6 2 25 所 示电路探究影响硅光电池的内阻的因素 图中 R0为已知阻值的定值 电 阻 电压表视为理想电压表 1 请根据图用笔画线代替导线将图 6 2 26 中的实验器材连接成实 验电路 图 6 2 26 2 实验 用一定强度的光照射硅光电池 调节滑动变阻器 记录两电 压表的读数 U1和 U2 作出 U1 U2图象如图 6 2 27 曲线 1 3 实验 减小实验 中光的强度 重复实验 得到图中的曲线 2 图 6 2 25 图 6 2 27 用心 爱心 专心4 4 根据实验过程及图象 你能得到的结论是 a 在光照强度一定的条件下 电池的内阻随电流的增大而 b 在通过相同的电流时 电池的内阻因光照强度的减弱而 答案 1 4 a 增大 b 增大 4 某实验小组设计了如图 6 2 28 a 所示的实验装置研究加速度和力的关系 图 6 2 28 1 在该实验中必须采用控制变量法 应保持 不变 用钩码所受的重力作为 用 DIS 测小车的加速度 通过改变钩码的数量 多次重复测量 可得小车运 动的加速度 a 和所受拉力 F 的关系图象 在轨道水平和倾斜的两种情况下分别做了实 验 得到了两条 a F 图线 如图 6 2 28 b 所示 2 图线 选填 或 是在轨道右侧抬高成为斜面情况下得到的 3 随着钩码的数量增大到一定程度时图 6 2 28 b 中的图线明显偏离直线 造成此误 差的主要原因是 A 小车与轨道之间存在摩擦 B 导轨保持了水平状态 C 所挂钩码的总质量太大 D 所用小车的质量太大 4 小车和位移传感器发射部分的总质量 m kg 滑块和轨道间的动摩擦因数 g 取 10 m s2 用心 爱心 专心5 解析 1 探究加速度与力和质量关系的实验方法是控制变量法 在探究加速度与力的 关系的实验中是保持小车的总质量不变 用钩码所受的重力作为小车所受的拉力 2 轨道水平时一定受到摩擦力 为未平衡摩擦力时的图线 所以 为轨道倾斜时的 图线 3 设钩码总质量为 m 小车质量为 m1 则小车实际加速度为 a 所以图线偏 mg m1 m 离直线的原因是所挂钩码的总质量太大 选项 C 正确 4 当木板水平时 由牛顿第二定律可知 a g 图线 与 a 轴的交点表示 g 所 F m 以动摩擦因数 0 2 图线与 F 轴的交点等于 mg 所以 m 0 5 kg 答案 1 小车的总质量 小车所受拉力 2 3 C 4 0 5 0 2 5 几个同学合作用如图 6 2 29 所示装置探究 弹力和弹簧伸长的关 系 他们先读出不挂砝码时弹簧下端指针所指的标尺刻度 图中标尺等分 刻度只是示意图 然后在弹簧下端挂上砝码 并逐个增加砝码 依次读 出 指针所指的标尺刻度 所得数据列表如下 弹簧弹力始终未超过弹性限度 重力加速度 g 9 8 m s2 砝码质量 m g 050100150200250 标尺刻度 x 10 2 m 6 008 0210 0013 1214 1015 92 1 根据所测数据 在图 6 2 30 所示的坐标纸上作出弹簧指针所指的标尺刻度 x 与砝 码质量 m 的关系曲线 2 根据作出的关系曲线 可以求得这种规格弹簧的劲度系数为 N m 结果保留 三位有效数字 3 从图 6 2 30 可看出 弹簧不挂砝码时 刻度尺的 0 刻度与弹簧的上端没有对齐 图 6 2 29 用心 爱心 专心6 这对准确测出劲度系数是否有影响 填 有影响 或 无影响 图 6 2 30 解析 1 根据表格中的数据 利用描点作图法作出图象 因 13 12 10 2 m 的点偏离直 线太远应舍去 2 根据第 1 问所得图象 结合胡克定律可知 求出图象的斜率的倒数 就是弹簧的劲度系数 k 做题时要注意单位的换算 3 求弹簧的劲度系数 m2 m1 g x2 x1 时 需要用到的是弹簧长度的差值 与刻度尺的 0 刻度和弹簧的上端有没有对齐无关 对实验结果没有影响 答案 1 如图所示 2 24 5 24 5 25 0 均可 3 无影响 6 徐老师要求同学们测出一待测电源的电动势及内阻 所给的实验器材有 待测电源 E 定值电阻 R1 阻值未知 电压表 V 量程为 3 0 V 内阻很大 电阻箱 R 0 99 99 单 刀单掷开关 S1 单刀双掷开关 S2 导线若干 图 6 2 31 1 珊珊连接了一个如图 6 2 31 所示的电路 她接下来的操作是 拨动电阻箱旋钮 使各旋钮盘的刻度处于如图 6 2 32 甲所示的位置后 将 S2接到 a 闭合 S1 记录下对应的电压表示数为 2 20 V 然后断开 S1 用心 爱心 专心7 保持电阻箱示数不变 将 S2切换到 b 闭合 S1 记录此时电压表的读数 电压表的示 数如图 6 2 32 乙所示 然后断开 S1 请你解答下列问题 图 6 2 32 图甲所示电阻箱的读数为 图乙所示的电压表读数为 V 由此可算 出定值电阻 R1的阻值为 计算结果保留三位有效数字 2 在完成上述操作后 珊珊继续以下的操作 将 S2切换到 a 多次调节电阻箱 闭合 S1 读出多组电阻箱的示数 R 和对应的电压表 示数 U 由测得的数据 绘出了如图丙所示的 图线 1 U 1 R 由此可求得电源电动势 E V 电源内阻 r 答案 1 20 00 2 80 5 45 2 2 9 0 26 7 某同学用如图 6 2 33 所示的电路测量未知电阻 Rx 通过调节变阻箱得到多组数据并 描点得到如图 6 2 34 所示的图象 R 为变阻箱的阻值 I 为电流表的示数 其中直线 a 为开关 S2断开时的图线 直线 b 为开关 S2闭合时的图线 已知实验所用电流表的内 阻可以忽略 则未知电阻 Rx 图 6 2 33 图 6 2 34 解析 开关 S2断开时可认为电源的内阻为 r Rx 用测电源内阻的方法可以测出 r Rx 的数值 开关 S2闭合时测得的内阻为电源的真实内阻 r 两次测量结果之差即为被测电 用心 爱心 专心8 阻 Rx 开关 S2断开时 由闭合电路欧姆定律 E I R Rx r 得 R Rx r 则图象 a 在纵轴上的截距为 Rx r 由图可读出 Rx r 10 0 E I 开关 S2闭合时 由 E I R r 得 R r 则图象 b 在纵轴上截距为 r 由图可读 E I 出 r 5 0 Rx 10 0 5 0 5 0 答案 5 0 8 2010 课标全国 23 用对温度敏感的半导体材料制成的某热敏电阻 RT 在给定温度范围内 其阻值随温度的变化是非线性的 某同学将 RT和 两 个适当的固定电阻 R1 R2连成图 6 2 35 虚线框内所示的电路 以使 该电路的等效电阻 RL的阻值随 RT所处环境温度的变化近似为线性的 且具有合适的阻值范围 为了验证这个设计 他采用伏安法测量在不同 温度下 RL的阻值 测量电路如图 6 2 35 所示 图中的电压表内阻很 大 RL的测量结果如表 1 所示 表 1 温度 t 30 040 050 060 070 080 090 0 RL阻值 54 351 548 344 741 437 934 7 回答下列问题 1 根据图 6 2 35 所示的电路 在图 6 2 36 所示的实物图上连线 图 6 2 35 用心 爱心 专心9 图 6 2 36 2 为了检验 RL与 t 之间近似为线性关系 在坐标纸上作 RL t 关系图线 如图 6 2 37 所示 图 6 2 37 3 在某一温度下 电路中的电流表 电压表的示数如图 6 2 38 6 2 39 所示 电 流表的读数为 电压表的读数为 此时等效电阻 RL的阻值为 热敏电阻所处环境的温度约为 图 6 2 38