题型专题07　创新实验题

题型专题(七)创新实验题考点透析开放、创新实验题主要考查学生设计和操作实验的能力,对学生动手和语言表述能力的要求较高。创新实验常以新材料为背景,主要考查物理方法(控制变量法、转换法)的应用、开放性填空、数据分析和处理、现象解释及根据现象总结规律等,对学生能力要求较高。强化训练1.学习了液体压强的知识后,小明想利用生活中的矿泉水瓶来探究液体压强与深度的关系,请你帮他设计实验并写出实验步骤、现象和结论。实验步骤:

。

实验现象:

。

实验结论:

。

若在矿泉水瓶的相同高度扎数个孔,是为了探究

。

2.小明与同学们利用最大刻度值标有2.5mL的一次性注射器等器材,对大气压的值进行测量。其实验步骤如下:a.先让注射器吸入少量水,然后将活塞推至注射器底端,当注射器的小孔充满水后,再用橡皮帽封住注射器的小孔。b.用细绳拴住注射器活塞的颈部,使绳另一端与弹簧测力计的挂钩相连,然后水平向右慢慢地拉动注射器筒,如图T7-1所示。当注射器中的活塞刚开始滑动时,记下弹簧测力计的示数为7.5N。图T7-1c.测出注射器全部刻度的长度为4cm。d.根据测量数据,算出大气压的值。(1)实验所用的器材为:注射器、弹簧测力计、细绳、橡皮帽、水和。

(2)此注射器活塞的横截面积是cm2。根据实验数据计算出大气压强是Pa。

(3)小明发现,同学们在做此实验时测得的大气压值误差很大,对此小明与同学们找出了下列可能的原因:①橡皮帽封住的注射器小孔中有残余气体;②活塞与注射器筒壁间有摩擦;③弹簧测力计的示数没有读准;④活塞与注射器筒壁不完全密封。上述原因一定会使测量值小于真实值的是。

A.①③ B.①④C.②③ D.②④(4)小红对小明所做实验进行改进,在完成a、b步骤,活塞回到注射器底端后,添加了“取下封住注射器小孔的橡皮帽,再次水平向右慢慢匀速拉动注射器筒,记下弹簧测力计的示数为1.2N”这一实验步骤,小红这样做的理由是

。

3.小明利用易拉罐做了几个物理小实验:(1)如图T7-2甲所示,在易拉罐中注入少量的水,用酒精灯对易拉罐加热,待罐口出现白雾时,将罐口堵住,撤去酒精灯,让易拉罐冷却,观察到易拉罐变瘪了,这一现象说明了的存在。

图T7-2(2)如图乙所示,用易拉罐制作一个简易针孔照相机,在易拉罐底部中央戳一个小孔,将易拉罐的顶部剪去后,蒙上一层半透明的塑料薄膜,用它观察窗外景物时,在塑料薄膜上能看到窗外景物(选填“倒立”或“正立”)的像,像形成的原理是光的。

(3)如图丙所示,将两个易拉罐瓶放置在水平桌面上,为了能让两易拉罐间距离增大,可用吸管按图中箭头(选填“A”或“B”)所示的方向吹气。

(4)如图丁所示,用与塑料薄膜摩擦过的塑料管靠近易拉罐,易拉罐(选填“可能”或“不可能”)被吸引。

4.实验表明:密度大于液体的固体球浸没在液体中,开始时是竖直加速下沉,但随着下沉速度变大,其所受的阻力也变大,到一定深度后开始匀速下沉。如表是某兴趣小组在探究“固体球在水中竖直匀速下沉时的速度与固体球的半径、密度的关系”时得到的数据记录。(g取10N/kg)次序固体球的半径r/(10-3m)固体球的密度ρ/[103(kg·m-3)]固体球匀速下沉的速度v/(m·s-1)10.52.00.5521.02.02.2031.52.04.9540.53.01.1051.03.04.4060.54.01.6571.04.06.60(1)固体球浸没在水中竖直匀速下沉时受到的力(选填“是”或“不是”)平衡力;若固体球的体积为0.1cm3、密度为2.0×103kg/m3,则此球质量m=g,浸没在水中竖直匀速下降时所受到的浮力F浮=N,阻力f=N。

(2)由第1、2、3三组数据可知:密度相同的固体球浸没在水中匀速下沉时的速度与固体球成正比。

(3)从表格分析,若固体球的半径为1.5×10-3m,密度为3.0×103kg/m3,则其浸没在水中匀速下沉的速度是m/s。

5.小明在玩“水枪”玩具时,发现“水枪”水平放置,如果推动活塞的速度越快、水枪离地面的高度越高,水就会射得越远,据此,他提出了如下猜想:在空中水平抛出的物体,落地的水平距离与抛出的初速度及抛出点离地面的高度有关。为验证猜想,小明找来了如图T7-3所示装置进行实验。图T7-3(1)让小球从斜槽上自由滚下,是为了使小球到达水平槽时具有一定的;小球从斜槽滚下时,重力势能(选填“增大”“减小”或“不变”)。

(2)保持不变,分别让同一小球从斜槽上A、B、C位置由静止自由滚下,分别测出小球落地的水平距离sA、sB、sC,发现sA>sB>sC,这表明:空中水平抛出的物体,落地的水平距离与有关。

(3)逐步降低抛出点离地面的高度,分别记为h1、h2、h3,每次都让同一小球从斜槽上A位置由静止自由滚下,分别测出小球落地的水平距离s1、s2、s3,发现s1>s2>s3。这表明:空中水平抛出的物体,落地的水平距离与有关。

(4)若在水平槽上铺上毛巾,使抛出点离地面的高度为h3,让同一小球从斜槽上A处由静止自由滚下,测出小球落地的水平距离为s4。根据上述实验的结果,应该有s4(选填“>”“<”或“=”)s3。

6.[2017·江西]端午假日,小华随父母体验了一次快乐的乡村游,见到如图T7-4所示的一个老式风扇车,颇感兴趣,摇手摇杆产生的风为什么能将从漏斗中漏下的谷粒与空壳分开呢?小华到家便进行了以下探究:图T7-4[自制器材](1)利用废旧塑料板制成条形漏斗,废旧塑料杯切去杯底并在杯壁裁出缺口;仿照老式风扇车,组装成如图T7-5甲所示的装置。图T7-5(2)选用质量的砂砾模拟谷粒和空壳。

(3)裁剪快餐盒盖用于收集砂砾。[进行实验](1)把快餐盒盖放在水平桌面上,将上述装置侧壁缺口朝下放在盒盖上方。(2)取一小风扇正对进风口,再开启风扇并将砂砾倒入漏斗。(3)待砂砾漏完,关闭风扇。(4)观察盒盖上的砂砾,比较。

[收集证据]实验结果如图乙所示,并记录在下表中。砂砾质量大较大小砂砾水平运动的距离近较近远[分析论证](1)由实验结果可知,在相同风速的作用下,质量较大的砂砾不容易被风吹远,其运动状态(选填“容易”或“不容易”)发生改变,即惯性较(选填“大”或“小”)。

(2)由此也可以说明惯性的大小与物体的

有关。[交流评估]为了使实验结论更科学,可以更换不同的物体或改变风速重复上述实验。[拓展应用](1)如果使用风扇车来分离谷粒和空壳,则在图T7-4中(选填“A”或“B”)口可以收集到饱满的谷粒。

(2)如图丙所示,在无风的情况下,农场工人用铁锹将混合谷物斜向上抛洒出去,饱满的谷粒将落在离工人更(选填“近”或“远”)处,从而将谷粒与空壳分离。

7.小林在物理活动课上用橡皮筋(粗细不同)、图钉、宽木片、纸盒等器材制作“四弦琴”,如图T7-6所示。调节后就可以用该“四弦琴”演奏简单的“乐曲”。图T7-6(1)图甲可以探究声音的音调与琴弦的关系。

(2)小林在图乙中依次用相同力度拨动木片左侧的“琴弦”,探究音调与琴弦长度的关系。是否合理:,原因:。

(3)我国京族特有的单一琴弦的乐器独弦琴,主要是通过改变琴弦的,奏出委婉如歌的曲调。

8.小华在电视节目里看到,在气温低于0℃的寒冷冬季,为保障交通安全,交警在积雪的路面上撒盐,路面的冰雪就会熔化;在没撒盐的道路上,汽车反复碾压也会使积雪熔化,她对上述积雪熔化的原因作出如下猜想:A.加盐可能使冰雪在低于0℃时熔化;B.汽车碾压增大了压强,冰雪就可能在低于0℃时熔化;C.汽车碾压使冰层变薄了,冰雪就可能在低于0℃时熔化。为验证她的猜想,同学们用冰块模拟冰雪进行了如下探究:(1)在气温较低时,将冰块放入易拉罐中并加入适量的盐,用筷子搅拌大约半分钟,观察到有些冰块已经熔化,用温度计测量罐中冰水混合物的温度,温度计示数低于0℃,证明猜想A是(选填“正确”或“错误”)的;同时观察到罐底出现了白霜,这是发生了(填物态变化名称)现象。

(2)如图T7-7所示,在气温低于0℃的室外用窄长凳支起甲、乙、丙三块冰块,甲和乙的厚度相等并大于丙的厚度,把完全相同的三根细钢丝分别挂在冰块上,钢丝下分别挂上体积相同的实心铁块和泡沫块,过一段时间后,甲、丙上的钢丝都陷入冰块中相同的深度,乙上的钢丝未明显陷入冰块。通过对比甲、乙中钢丝陷入冰块的情况可知:甲中钢丝下的冰受到的压强(选填“增大”“减小”或“不变”),使冰发生了熔化,此时冰的熔点(选填“高于”“低于”或“等于”)0℃,说明猜想B是(选填“正确”或“错误”)的,比较甲和丙则可说明猜想是错误的。

图T7-79.图T7-8甲是中间镂空的玻璃砖形成的空气凸透镜,当一束平行光射向空气凸透镜时,出射光线是会聚还是发散?请你进行以下探究:图T7-8(1)图乙是中间镂空的玻璃砖形成的空气棱镜,请在图乙中画出光线O1O2从空气进入玻璃后折射光线O2T的大致位置。(2)对比分析图甲、乙,可以猜想:图乙中空气凸透镜对光线有作用。

(3)将空气凸透镜正对着太阳光,用白纸当在另一侧来回移动,通过在白纸上能否观察到很小、很亮的,说明(2)中的猜想是否正确,这是通过的方法验证猜想。

10.小文在探究光的折射规律时,将光从空气斜射入玻璃中,其实验过程如下:①将半圆形玻璃砖放在标有角度的圆盘上,如图T7-9甲所示;图T7-9②将一束激光从空气射向玻璃砖圆心O处,激光在O处发生反射和折射,记录入射角和折射角;③逐渐增大入射角,重复步骤②,记录数据如下表。实验次数123入射角i30°45°60°玻璃中的折射角r17°24°30°sin1.721.731.73(1)分析表格中的数据,可以得出结论:

;

②

。

(2)物理学中把光从真空(空气中近似)射入某种介质发生折射时,入射角i的正弦与折射角r的正弦的比值,叫这种介质的折射率,用字母n表示。请写出折射率公式:。

(3)如图乙所示,光从玻璃斜射向空气,折射角(选填“大于”“等于”或“小于”)入射角,当入射角增大到一定程度时,折射光会完全消失,这就是光的全反射现象。光导纤维就是根据这一原理将光从纤维的一端“导”到另一端的。请在图丙中画出光射入光导纤维内芯后的大致光路图。

11.如图T7-10甲所示是小宇自制的几种水果电池的一种,可以让LED灯发光。(1)为了确定水果电池的正负极,他可以选用下列实验仪器进行判断。(填字母)

A.小灯泡B.电压表C.电阻(2)在水果中插入不同金属制成的极板,并保持两块极板间的距离、极板与水果的接触面积不变(如图乙所示),测量两块极板之间的电压,结果如下表所示。图T7-10极板材料水果种类两极板间的电压/V铁-锌铁-铜铜-锌苹果0.550.600.95梨0.400.500.90菠萝0.500.551.00橙子0.750.781.05①“水果电池”实现的是能转化为电能。

②根据表中数据及相关条件可知:“水果电池”电压与和有关。

(3)若该小组的同学选用一只橙子并用铜片和锌片做极板,研究水果电池的电压跟极板与水果的接触面积之间的关系时,应控制不变。

(4)小宇学习了野外生火的知识,做了如图丙所示的点火实验,用铁丝把两种材料的钉子两两一组缠在一起,留下头尾两颗钉子接上电线,柠檬电池就完成了。把准备好的钢丝绒拿出来,上面铺上一些碎纸片,然后用柠檬电池两条电线去接触钢丝绒,通电后观察到钢丝绒上面的纸片很快开始燃烧。①多插几组钉子相当于多几节电池联,效果会比较明显。

②通电后的钢丝绒会使纸片着火是因为电流的效应。

③在选择柠檬电池的两极材料时,最好选择上表中的一组极板材料制成的钉子。

(5)关于影响水果电池电压大小的因素,你还可以研究的问题是

。(写出一个即可)

12.探究篮球反弹性能的强弱与哪些因素有关。[猜想与假设]猜想一:可能与篮球的材质有关;猜想二:可能与篮球的有关。

[制订计划与设计实验]在探究猜想一时,我们只选择材质不同、其他因素都相同的篮球,设计了以下实验方案。方案一:其他条件都相同,用力向下拍不同的篮球,观察比较它们反弹后的高度。方案二:其他条件都相同,将不同的篮球从同一高度自由下落,观察比较它们反弹后的高度。方案三:其他条件都相同,使不同的篮球反弹到相同的高度,观察比较它们所需自由下落高度。[评估与交流](1)按照方案一探究,其不足之处是

。

(2)按照方案二探究,篮球反弹后的高度越高,反弹性能就越;像这种用反弹的高度来表示篮球反弹性能强弱的方法,在物理学上将这种研究方法称之为。

(3)按照方案三探究,篮球所需自由下落的高度越高,反弹性能就越。

[拓展应用]类比于机械效率,我们可以用篮球反弹后的机械能与反弹前的机械能的来描述篮球反弹性能的强弱,其值越大,则反弹性能就越。

13.如图T7-11所示为一仿制的发电机,装有手摇柄(未画出)的转轴垂直穿过金属圆盘中心,圆盘放在蹄形磁铁之间,圆盘的轴心和能在圆盘的边缘滑动接触的滑片通过金属导线与电流表相连。金属圆盘可以看成是由无数根长度等于圆盘半径的导线组成的,圆盘在磁极间不断转动,每根导线都在做切割磁感线的运动,从而产生持续电流。当以某一转速匀速转动金属圆盘时,电流表有一定的示数。根据上述材料,请回答下列问题:图T7-11(1)换用的磁铁,其他条件不变,发现电流表示数增大,说明电流大小跟有关。

(2)换用一个半径大一些的金属圆盘,其他条件不变,发现电流表示数增大,说明感应电流大小也跟有关。

(3)当圆盘转速增大,其他条件不变时,发现电流表示数也增大,说明感应电流大小还跟有关。

14.小宇同学参加了学校的研究性学习小组,探究了“研究磁性强弱是否与温度有关”的课题,他做的实验如下:将一条形磁铁的一端固定在铁架台上,另一端吸着一些小铁钉,用酒精灯给磁铁加热,如图T7-12甲所示。图T7-12(1)经过一段时间后,当磁铁被烧红时,发现铁钉纷纷落下。从小宇的实验可得出的初步结论是。

(2)根据这一结论,他大胆设计了一个温度报警器,如图乙所示,图中的弹簧开关材质应该选用(选填“铜”“铁”“铝”)。

(3)请简述该温度报警器的工作原理

。

(4)后来小宇发现磁铁被加热温度不太高的情况下,温度降低后该装置可以重复使用,而加热温度较高时,即使温度降低后该装置也是一直处于报警状态,可能原因是。

(5)同组的小明同学却认为小宇设计的温度报警器没有图丙所示的这种设计好。请你比较两种温度报警器,指出小宇设计中的不足之处:。

参考答案1.实验步骤:在矿泉水瓶的侧壁不同高度扎3个孔,向瓶内装满水,观察小孔喷出水的距离实验现象:小孔与液面间的距离越大,喷出水的距离越远实验结论:液体内部压强随深度的增加而增大同一深度,液体向各个方向的压强关系2.(1)刻度尺(2)0.6251.2×105(3)B(4)由二力平衡原理测量出摩擦力的大小,减小实验误差,提高实验准确性[解析](2)由题可知,注射器容积V=2.5mL=2.5cm3,注射器全部刻度的长度L=4cm,因为注射器为圆柱体,故注射器活塞的横截面积为S=VL=2.5cm34cm=0.625cm2。实验时,把活塞推至注射器筒底端是为了排出注射器中的空气,弹簧测力计的示数F=7.5N,即大气对活塞的压力,故实验测得的大气压强p=FS=7.5N0.625×10-4m2=1.2×105Pa。(3)橡皮帽封住的注射器小孔中有残余气体和活塞与注射器筒壁不完全密封,都会使注射器筒内有空气,从而导致拉力变小,在面积不变的情况下,测得的大气压会偏小;没有读准弹簧测力计的示数可能会导致测量值小于真实值,也可能会导致测量值大于真实值;活塞与注射器壁间有摩擦会导致测量值大于真实值。故选B。(4)活塞回到注射器底端3.(1)大气压(2)倒立直线传播(3)B(4)可能4.(1)是0.20.0010.001(2)半径的平方(3)9.9[解析](1)固体球在水中竖直匀速下沉时处于平衡状态,所受的力是平衡力。球的质量m=ρV=2.0g/cm3×0.1cm3=0.2g;小球受的浮力F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.1×10-6m3=0.001N。当小球匀速下降时,受竖直向下的重力、竖直向上的浮力和阻力作用,所以F浮+f=G,则f=G-F浮=mg-F浮=0.2×10-3kg×10N/kg-0.001N=0.001N。(2)分析1、2、3组数据可知固体球下沉的速度与球半径的平方的比值是一个定值,为2.2×106(m·s)-1。(3)密度为3.0×103kg/m3的固体球下沉的速度与球半径的平方的比值是一个定值,为4.4×106(m·s)-1,故半径为1.5×10-3m、密度为3.0×103kg/m3的固体球在水中匀速下沉的速度v'=(1.5×10-3m)2×4.4×106(m·s)-1=9.9m/s。5.(1)初速度减小(2)抛出点离地面的高度抛出的初速度(3)抛出点离地面的高度(4)<[解析](1)实验中,让小球从斜槽上自由滚下,是为了使小球到达水平槽时具有一定的初速度;小球从斜槽滚下时高度降低,质量不变,所以重力势能减小。(4)若在水平槽上铺上毛巾,由于毛巾的表面较粗糙,摩擦力大,小球抛出时刻