《新思维·高中总复习·物理（配提升版）》 课件 专题七　实验

专题七

实验第十九讲

电学实验考情分析知识梳理真题演练分值占比实验题通常占理综物理部分的15%~20%。例如,2023年全国甲卷实验题占18分,乙卷占17分。考查内容1.重点模块:力学和电学是考查的核心内容。力学常考牛顿第二定律、平抛运动、验证机械能守恒定律等;电学则侧重伏安法测电阻、测定电源电动势和内阻等实验。2.补充内容:光学中的折射率测量,近代物理中的光电效应等实验也会作为补充考查内容。命题特点1.基础与创新结合:既考查教材中的基础实验,如游标卡尺、螺旋测微器的读数、纸带类实验数据处理等,又注重创新,常以“数字化实验”“新器材应用”为背景,改变实验条件或增加限制,考查知识迁移能力。2.原理深度考查:从单纯考查“记忆实验步骤”转向“理解实验原理”,要求学生能深入理解实验原理,并据此进行实验设计、误差分析等。3.数据处理升级:从“简单计算”转向“图像分析”,如要求学生对数据进行线性化处理,通过图像斜率、截距等获取物理量。能力要求1.操作技能:要求学生掌握实验器材的正确使用方法,如打点计时器、多用电表等的操作。2.数据处理:能运用逐差法、图像法等对实验数据进行处理,分析数据得出结论。3.误差分析:能够识别实验中的误差来源,分析误差对结果的影响,并提出改进措施。4.设计能力:具备根据给定的实验目的和条件,设计合理实验方案的能力,包括选择器材、确定步骤、控制变量等。考点一

电表改装

多用电表的原理及使用问题类型电路图原理把电流表改装为电压表串联大电阻分压,U=Ig(R+Rg)类型电路图原理扩大电流表的量程把电流表改装成欧姆表类型电路图原理用多用电表测量电学中的物理量Ⅰ.使用前要机械调零Ⅱ.电流都是从红表笔流入,从黑表笔流出Ⅲ.测电阻时注意①测电阻必须把待测电阻隔离②牢记两个调零过程,切记换挡需进行欧姆调零③合理选择量程,使指针尽可能指在中值附近④读数时应乘相应的倍率⑤欧姆表的表盘刻度不均匀,一般不估读

题型一

某实验小组欲制作一个两挡位(“×1”“×10”)的欧姆表,使用的实验器材如下:A.电流表G(满偏电流Ig=1mA,内阻Rg=180Ω);B.定值电阻R0=2Ω;C.定值电阻R1=18Ω;D.滑动变阻器R2(最大阻值为1000Ω);E.电源(电动势为9V);F.单刀双掷开关S;G.红、黑表笔及导线若干。其内部结构如图所示,回答下列问题。(1)图中A接

(选填“红”或“黑”)表笔;

(2)将单刀双掷开关S与1接通时,欧姆表的挡位为

(选填“×1”或“×10”);

(3)现用该欧姆表测量一未知电阻Rx,选用“×10”挡位并欧姆调零后,将电阻Rx接在A、B之间,发现电流表几乎满偏,断开电路并将“×10”挡位换成“×1”挡位,再次欧姆调零时,滑动变阻器R2的滑片

(选填“向上”或“向下”)移动,使电流表满偏,再次将电阻Rx接在A、B之间,稳定后电流表G的指针对准刻度盘上的0.6mA处,则未知电阻Rx=

Ω。

【答案】(1)黑

(2)×10

(3)向下

60

【例2】某同学为了测量一个量程为3V的电压表V0的内阻,进行了如下实验。(1)他将多用电表选择开关调至欧姆挡“×100”,对其进行欧姆调零,然后用欧姆表的红表笔接电压表的

(选填“正”或“负”)接线柱,黑表笔接电压表另一个接线柱,对电压表的内阻进行测量。表盘显示如图所示,可测得电压表的内阻为

Ω;

(2)为较准确地测定电压表V0的内阻,除待测电压表外,另准备有如下器材:A.电压表V1(量程3V,内阻r1约为2000Ω)B.电压表V2(量程6V,内阻r2约为5000Ω)C.定值电阻R1(阻值R1=300Ω)D.定值电阻R2(阻值R2=2000Ω)E.滑动变阻器R(阻值0~100Ω)F.电源E(电动势E=6V,内阻r约为2Ω)G.开关S、导线若干①同学根据以上器材现设计了如图甲、乙两种电路,你认为应选择

电路较为合理;

②在合理的电路中,电压表V选

,定值电阻R0选

(填仪器前的字母序号);

③若定值电阻R0的阻值为R,待测电压表V0的读数为U0,电压表V的读数为U,则待测电压表的内阻计算公式为RV=

(用题中测得的物理量字母表示)。

(1)常规电阻测量方法考点二

以测电阻为核心的实验伏安法测电阻导体电阻率的测量(2)测量电阻创新方案对比替代法单刀双掷开关分别与1、2相接,调节电阻箱R1,保证电流表两次读数相等,则R1的读数即等于待测电阻的阻值半偏法

测量电流表内阻闭合S1,断开S2,调节R1使G表满偏;再闭合S2,只调节R2,使G表半偏(R1≫R2),则R2=R测,R测<R真

测量电压表内阻使R2=0,闭合S,调节R1使V表满偏;只调节R2使V表半偏(RV≫R1),则R2=R测,R测>R真电桥法【例3】精密仪器中常用到金属膜电阻,它是通过金属电镀工艺将金属层溅射到绝缘陶瓷基底的表面形成的。如图甲所示,某金属膜电阻长度为L,金属膜厚度为h。实验室提供的器材有:干电池2节,电压表V(量程0~3V,内阻约3kΩ),电流表(0~5mA,内阻约为50Ω),滑动变阻器(最大阻值10Ω),开关S,导线若干。某同学用图乙所示电路测量该金属膜电阻的电阻率,请回答以下问题。

【解析】(1)分压式接法滑片置于用电器电压最小的位置,目的是保护用电器。闭合S前,应将滑动变阻器的滑片置于a端,从而使闭合开关之后分压部分电路电压从零开始变化。故填a。(2)根据螺旋测微器规则,如图丙所示,固定刻度为3.5

mm,可动刻度为20.0×0.01

mm,得陶瓷管直径D为D=3.5

mm+20.0×0.01

mm=3.700

mm。

【例4】学习小组组装一台体重测量仪,进行如下操作。(1)应变片为体重测量仪的核心元件,当对台秤施加压力时,应变片形状改变,其阻值增大。为测量应变片在无形变时的阻值,实验室提供了如下实验器材:A.电源(恒压输出12V)B.电流表(量程0~60mA,内阻为10Ω)

C.电压表(量程0~3V/15V,内阻约3kΩ/15kΩ)D.滑动变阻器(最大阻值为10Ω)E.待测应变片Rx(阻值几百欧)F.开关S、导线若干请完善实验步骤。①为得到多组数据并使测量结果尽量精准,请在图1中用笔画线代替导线连接成完整电路。②闭合开关S,调节滑动变阻器,记下电压表和电流表的示数。某次测量中电压表指针如图2所示,读数为

V。

③正确操作后,对多组数据进行处理,得到应变片的阻值为300Ω。(2)查阅相关资料得知体重测量仪的原理如图3所示,现进行组装和校准。其中R1为滑动变阻器,R4为上述应变片,定值电阻R2、R3阻值分别为1000Ω、500Ω。当台秤受到压力时,测量电路将电阻增加量转化为电压UCD信息,再转换成体重输出。已知压力与应变片电阻增加量的关系为F=kΔR,k=300N/Ω。①适当调节R1,使UCD=0,这时输出体重值为零,则滑动变阻器接入电路的阻值为

Ω。

②该应变片阻值增加量ΔR的变化范围为0~6Ω,该体重仪的最大测量值为

N。

③使用中,由于故障导致R2阻值增大,此时体重的测量结果与真实值比较

(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。

【答案】(1)如图所示

9.5(9.4~9.6)

(2)①600

②1800

③偏大【解析】(1)实验要求多组数据并使测量结果尽量精准,要测量多组数据,需采用分压式电路,又因为电流表内阻已知,故电流表内接可以有效消除系统误差,使测量结果尽量精确,故电路连接为分压式电路和电流表内接,电路图如图所示。(2)因为电源电压12

V,故电压表需要选择量程15

V的,这样量程下的电压表最小刻度为0.5

V,只需要估读到本位即可,所以读数为9.4~9.6

V之间。(3)要使UCD=0,则需要满足R1∶R4=R2∶R3,代入数据滑动变阻器R1=600

Ω。(4)压力与应变片电阻增加量的关系为F=kΔR,将电阻变化量ΔR=6

Ω代入公式即可得F=1

800

N。(5)由于故障导致R2阻值增大,会导致D点电势降低,UCD变大,从而导致体重测量值偏大。电源电动势和内阻的测量方法考点三

测量电源的电动势和内阻类实验问题方法伏安法伏阻法安阻法原理E=U+IrE=IR+Ir电路图方法伏安法伏阻法安阻法关系式U=E-Ir关系式图像

纵轴截距:E斜率大小:r误差分析

(1)该小组同学设计了甲、乙两个电路图,为使测量结果尽量准确,应该选择

(选填“甲”或“乙”)电路图。用该电路图测得的电动势比真实值

(选填“偏大”或“偏小”)。

【例6】某同学制作“橘子电池”后,设计了图(a)电路测量其电动势E和内阻r。电压传感器可视为理想电压表。(1)根据图(a)完成图(b)实物连线。

(3)若仅提供如下规格的电表:A.电压表V1(量程3V,内阻约为3kΩ);B.电压表V2(量程15V,内阻约为10kΩ);C.电流表A1(量程0.6A,内阻约为0.5Ω);D.微安表A2(量程300μA,内阻约为100Ω)。为了较为准确地测出“橘子电池”的电动势和内阻,下列电路中最合适的是

。

【答案】(1)(2)11

323.5

1.00

3.33

(3)D【解析】(1)根据电路图连接实物图如图所示。

(3)两选项中电路图采用的是伏阻法,测量得到的电源的内阻实际是电压表内阻与电源内阻的并联的等效电阻,因“橘子电池”的内阻与电压表内阻相差不多,故测量得到的电源的内阻相对误差较大,而“橘子电池”的电动势约为1

V,电压表的量程均太大,故AB错误;两电路图采用的是安阻法,测量得到的电源的内阻实际是电流表内阻与电源内阻的串联的等效电阻,因“橘子电池”的内阻远大于电流表A1和微安表A2的内阻,故测量得到的电源的内阻相对误差较小,并且此方法测量电源的电动势无系统误差,由(2)的结果可知电路的最大电流约为300

μA,故选用微安表A2进行测量误差较小,故C错误,D正确。故选D。考点四

电容器充放电、电磁感应、变压器及结合传感器的电学实验问题1.电容器充、放电实验原理装置图操作要领

1.电容器的充电过程开关S接1时,电源给电容器充电,电容器带电荷量、电压逐渐增大,电流逐渐减小,最后电流为零,如图甲所示2.电容器的放电过程开关S接2时,电容器负极板上负电荷与正极板上正电荷中和,两极板的电荷量逐渐减小,电流逐渐减小,最后电压也逐渐减为零,如图乙所示【例7】小明将电源、电阻箱、电容器、电流表、数字电压表以及开关组装成图1所示的电路进行实验,观察电容器充电过程。实验仪器如下:电源(电压为4.5V,内阻不计);电容器(额定电压为16V);电流表(量程为0~500μA,内阻500Ω);数字电压表(量程为0~10V);电阻箱(阻值0~9999Ω)。

(1)电路连接完毕后如图2所示,为保证电表使用安全,在开关闭合前必须要完成的实验步骤是

。

(2)将开关S闭合,观察到某时刻电流表示数如图3所示,其读数为

μA。

(3)记录开关闭合后电流随时间变化的图线如图4所示,小明数出曲线下围成的格子数有225格,则电容C的大小为

μF。

(4)由于数字式电压表内阻并不是无穷大,考虑到此因素的影响,(3)问中电容的测量结果与真实值相比是

(选填“偏大”“偏小”或“相等”),请简要说明理由。

(5)开关闭合过程中,分别记录电流表和数字电压表的读数I和U,利用数据绘制I-U关系如图5所示,由图像可得出电阻箱接入电路的阻值为

Ω。

【答案】(1)将电阻箱阻值调至较大值(或最大值)

(2)175

(3)2500

(4)偏大

由于电压表的分流,实际充电电流小于电流表上记录的数值,因此电量计算偏大,电容测量结果偏大。(5)9

500

2.电磁感应实验原理装置图操作要领(1)确定电流计指针偏转方向与电流流向的关系判断的方法是:用一节干电池与电流表及线圈串联,瞬间接触,记录指针偏转方向和电流方向(2)利用图甲研究开关闭合、断开、滑动变阻器滑动触头移动时电流计指针偏转方向(3)利用图乙研究条形磁铁N极向下(或S极向下)插入、抽出时电流计指针偏转方向【例8】某小组在“探究影响感应电流方向的因素”实验中,采用了甲、乙两个方案。(1)方案甲进行了a、b、c、d四种操作,结论的得出运用了

。

A.归纳推理

B.演绎推理C.理想模型(2)将方案乙中电路补充完整。(3)完成方案乙中电路后,开关闭合的瞬间,灵敏电流计的指针向右偏转。闭合开关稳定后,下列操作仍能使指针向右偏转的是

;

A.触头P向左滑动

B.触头P向右滑动C.将线圈A拔出(4)为确切判断线圈中的感应电流方向,小组成员除实验前先确定线圈导线的绕向外,还进行了图丙所示的操作,其目的是

,所用电阻R的取值比较合理的是

。

A.5Ω

B.50Ω

C.500Ω

D.5kΩ【答案】(1)A

(2)见解析

(3)B(4)查明灵敏电流计指针偏转方向与流入电流方向的关系

D【解析】(1)对多组实验结果进行对比,并总结规律,属于归纳推理。故选A。(2)根据实验要求,实验电路连接如图所示(3)闭合开关时灵敏电流计的指针右偏,说明穿过线圈B的磁通量增加时,灵敏电流计的指针右偏,若滑动触头向左滑动或线圈A拔出的过程,均使穿过线圈B的磁通量减少,则灵敏电流计的指针向左偏转,AC错误;滑动触头向右滑动时,滑动变阻器接入电路的电阻变小,流过线圈A的电流变大,线圈A产生的磁场增强,穿过线圈B的磁通量增加,则灵敏电流计的指针右偏,B正确。故选B。(4)图丙所示接入电阻R并用已知方向的小电流通入线圈,是为了“预先标定电流方向与指针偏转方向的对应关系”;由于灵敏电流计的量程很小(通常为毫安级)蓄电池的电压在5

V左右,为了避免损坏灵敏电流计,定值电阻的阻值选5

kΩ较好。故选D。3.变压器实验原理装置图操作要领(1)按照原理装置图安装实验仪器,其中多用电表选择交流电压挡(2)测量原、副线圈的电压,并记录原、副线圈的匝数(3)把测得的原、副线圈的电压和匝数记录到表中,分析电压与匝数之间的关系(4)注意事项Ⅰ.在改变学生电源电压(交流)、线圈匝数前均要先断开开关,再进行操作Ⅱ.为了人身安全,学生电源的电压不能超过12V,不能用手接触裸露的导线和接线柱Ⅲ.为了多用电表的安全,使用交流电压挡测电压时,先用最大量程挡试测,大致确定被测电压后再选用适当的挡位进行测量【例9】某兴趣小组用如图所示的可拆变压器进行“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验。(1)该实验中变压器原线圈接线柱接入学生电源应该选择

(选填“A”或“B”)接法。

(2)实验开始前,小艺同学没有使用铁芯组装变压器,而是直接将一个线圈接入电源,另外一个线圈接电压表,保持电源输入电压、两个线圈接入的匝数不变,逐渐将两个线圈相互靠近的过程中,观察到电压表的读数

(选填“变大”或“变小”或“不变”)。

(3)在正确组装变压器后,甲、乙、丙三位同学分别利用控制变量法探究副线圈的电压U2与原线圈电压U1、原线圈的匝数n1、副线圈的匝数n2的关系,将实验数据绘制成甲、乙、丙三幅图像,

(选填“甲”或“乙”或“丙”)同学的实验结果有误。

(4)小琳同学在某次实验中选择厂家标注匝数nA=200匝的线圈A作为原线圈,厂家标注匝数nB=100匝的线圈B作为副线圈,分别接入不同输入电压U1,测得对应的输出电压U2得到实验数据如表所示。分析下列可能的原因,你认为正确的有

。

A.原、副线圈的电压的频率不相等B.变压器线圈中有电流通过时会发热C.铁芯在交变磁场的作用下会发热D.穿过副线圈的磁通量大于原圈的磁通量【答案】(1)B

(2)变大

(3)乙

(4)BC实验次数nA/匝nB/匝U1/VU2/V12001008.24.022001006.12.932001004.01.9

(4)由表中数据可知,原副线圈的匝数比小于原、副线圈中的电压之比,即有电能的损失。变压器不会改变电压的频率,故A错误;根据电流的热效应可知,当有电流通过线圈时,线圈会发热,从而造成电能的损失,俗称铜损,故B正确;铁芯在交变磁场中会产生涡流,而根据电流的热效应可知铁芯会发热,从而造成电能的损失,俗称铁损,故C正确;因为铁芯对磁场的约束不严密,因此,穿过副线圈的磁通量一定小于原线圈的磁通量,即磁通量有损失,俗称磁损,故D错误。故选BC。4.

传感器相关电学实验【例10】如图甲所示为苹果自动分拣装置的示意图,该装置把大小不同的苹果,按一定质量标准自动分拣为大苹果和小苹果。该装置的托盘秤压在一个以O1为转动轴的杠杆上,杠杆末端压在压力传感器R上,R的阻值随压力变化的曲线如图乙所示。调节托盘秤压在杠杆上的位置,使质量等于分拣标准(0.15kg)的大苹果经过托盘秤时,杠杆对R的压力为1N。调节可调电阻R0,可改变R、R0两端的电压比,使质量等于分拣标准的大苹果通过托盘秤时,R0两端的电压恰好能使放大电路中的电磁铁吸动分拣开关的衔铁,此电压叫作放大电路的激励电压。该放大电路中包含保持电路,能够确保大苹果在衔铁上运动时电磁铁始终保持吸动状态。(1)当大苹果通过托盘秤时,R所受的压力较大,电阻

(选填“较大”或“较小”)。

(2)自动分拣装置正常工作时,大苹果通过

(填“通道A”或“通道B”)。

(3)若电源电动势为5V,内阻不计,放大电路的激励电压为2V。①为使该装置达到上述分拣目的,R0的阻值等于

kΩ(结果保留两位有效数字)。

②某同学想在托盘秤压在杠杆上的位置不变的情况下,利用一块电压表测出每个苹果的质量,电压表的示数随苹果质量的增大而增大,则电压表应该并联在电阻

(选填“R”“R0”或“电源”)两端。

③若要提高分拣标准到0.33kg,仅将R0的阻值调为

kΩ即可实现(结果保留两位有效数字)(提示:托盘秤压在杠杆上的位置不变的情况下,压力传感器受到的压力与苹果的质量成正比)。

【答案】(1)较小

(2)通道B(3)①20

②R0

③16

【例11】(2025·广东模拟预测)某实验小组想利用热敏电阻制作一个简易的温控报警器,当温度达到或超过60°C时,报警器会发出警报。具体操作如下:(1)测量热敏电阻在60°C时的阻值。已知该热敏电阻的阻值随着温度的升高而降低。有以下实验器材和实验电路图可供选择。A.电源E(电动势为15V,内阻不计)B.电流表A(量程为0.6A,内阻约5Ω)C.电压表V(量程为15V,内阻约4000Ω)D.滑动变阻器R1(最大电阻为10Ω,额定电流为3.0A)E.滑动变阻器R2(最大电阻为500Ω,额定电流为1.0A)F.热敏电阻RL(60°C时阻值在20~30Ω之间)G.电阻箱(0~999.9Ω)。①为了更准确测定阻值,滑动变阻器应选择

(填仪器符号),电路图应选择

(选填“甲”或“乙”)。

②利用加热装置对热敏电阻加热至60°C,保持温度不变,滑动滑动变阻器的滑片,得到电压表和电流表的多组数据,并画出了I-U图像,由图像可得RL=

Ω(结果保留三位有效数字)。

(2)调试报警器。①按照图丁连接器材,已知报警器报警最低电流为0.02A,功率极小,电源为可调电源,内阻不计,调试时输出电压为3V。②在常温下,闭合开关S1,开关S2接通b,再将电阻箱的阻值调为

Ω,然后滑动变阻器从c向d滑动,直至报警器发出警报,再将开关S2接通a,报警器调试完成。此步骤有三种滑动变阻器可供选择,应选择

(选填“R3”“R4”或“R5”,R3的最大阻值为50Ω,R4的最大阻值为100Ω,R5的最大阻值为200Ω,三者的额定电流都为1.0A)。

(3)实验中发现达到60°C时,报警器仍没发出警报,在排除仪器故障的前提下,为了保证准确发出警报,在调试中可采取哪些措施(请列举一条)

。

【答案】(1)①R1

乙

②25.0

(2)25.0

R5(3)调小滑动变阻器阻值或增大电源输出电压

考点五

电学创新拓展类问题1.对实验目的(原理)的创新考查在高考的电学实验中,并不仅仅测量电阻的阻值或测定电源的电动势和内阻,有时可能会测定二极管的导电特性、电容器的充、放电规律等。处理此类问题时,首先要掌握被测实验器材的电学特性,其次要熟练把握控制电路、测量电路的特点。【例12】小明同学想探究多用电表欧姆调零电阻阻值的最大调节范围,他进行了以下实验操作:(1)小明首先调节旋钮

(选填“A”“B”或“C”)使指针指到图乙中a位置;

(2)将电阻箱的阻值调到最大,并按图甲连接好电路,此时电阻箱接线柱P的电势比Q

(选填“高”或“低”);

(3)将旋钮C拨到电阻“×1”挡,并将旋钮B顺时针旋转到底(此时欧姆调零电阻的阻值最小),然后调节电阻箱的阻值,直至表盘指针指到电流满偏刻度值处,读出此时电阻箱的阻值为R1;继续调节电阻箱的阻值,直至表盘指针指到图乙中的b处,读出此时电阻箱的阻值为R2;则此时该多用电表电阻“×1”挡的总内阻为

(用R1和R2表示);

2.对实验器材的创新考查在测量电表的内阻时,要把电表当作能读数的电阻,充分利用待测电表自身的测量功能,即电流表可测定通过自身的电流,电压表可测定自身两端的电压,不需要其他的电表来测量。【例13】某兴趣学习小组根据所学的电学原理,利用相同的器材,自制了以下不同的电子秤。实验器材有:A.直流电源(电动势为E=3.0V,内阻为r=0.5Ω);B.理想电压表V(量程为3.0V):限流电阻R0=9.5Ω;C.竖直固定的滑动变阻器R(总长l=10.0cm,总阻值R=20.0Ω);D.电阻可忽略不计的弹簧,下端固定于水平地面,上端固定秤盘且与滑动变阻器R的滑动端连接,滑片接触良好且无摩擦(弹簧劲度系数k=103N/m);E.开关S以及导线若干。(重力加速度g取10m/s2,不计摩擦和其他阻力)实验步骤如下。①两种电子秤,托盘中未放被测物前,滑片恰好置于滑动变阻器的最上端,电压表的示数均为零。②两种电子秤,在弹簧的弹性限度内,在托盘中轻轻放入被测物,待托盘静止平衡后,当滑动变阻器的滑片恰好处于下端b处,此时均为电子秤的最大称重。请回答下列问题(所有计算结果保留一位小数)。(1)两种电子秤,当滑动变阻器的滑片恰好置于最下端时,电压表的示数均为

V;该电子秤的最大可测质量均为

kg。

(2)当电压表的指针刚好指在表盘刻度的正中间时,如左图所示的第一套方案电子秤测得质量为m1=

kg。如右图所示的第二套方案电子秤测得质量为m2=

kg。

(3)第

(选填“一”或“二”)套方案更为合理,因为电压表读数U与物体质量m呈线性关系,电压表改装的电子秤刻度

(选填“是”或“不是”)均匀的。

【答案】(1)2.0

10.0

(2)7.5

5

(3)一

是

3.对数据处理的创新考查在实验中,数据处理的常用方法有公式法、列表法、图像法、逐差法等,恰当的数据处理方法可以提高实验的准确程度、减少测量误差、节约解题时间。

A.干电池(电动势约为1.5V,内阻不计)B.定值电阻R1(阻值为1kΩ)C.定值电阻R2(阻值为800Ω)D.滑动变阻器RP1(阻值范围0~40Ω)E.滑动变阻器RP2(阻值范围0~4kΩ)F.电流计G(量程0~200μA,内阻约500Ω)G.电阻箱R(最大阻值为9999.9Ω)H.摄氏温度计I.沸水和冷水各一杯J.开关两个及导线若干请回答下列问题。(1)滑动变阻器应选用

(选填“RP1”或“RP2”),开关S1闭合前,滑动变阻器的滑片移到

(选填“a”或“b”)端。

(2)闭合开关S1,将滑动变阻器调到合适的阻值,再调节电阻箱的阻值,当电阻箱的示数为360.0Ω时,此时发现闭合开关S2前、后电流计G的示数没有变化,则电流计G的内阻为

Ω。

(3)利用上述电流计G及电路测量该金属的电阻R0和α值的步骤如下:①断开开关S1、S2,将R2取下换成该金属电阻,并置于沸水中;

1.(2023·广东卷)某兴趣小组设计了测量盐水电导率的实验。所用器材有:电源E(电动势恒定,内阻可忽略);毫安表mA(量程15mA,内阻可忽略);电阻R1(阻值500Ω)、R2(阻值500Ω)、R3(阻值600Ω)和R4(阻值200Ω);开关S1和S2;装有耐腐蚀电极板和温度计的有机玻璃样品池;导线若干。请完成下列实验操作和计算。(1)电路连接图(a)为实验原理图.在图(b)的实物图中,已正确连接了部分电路,只有R4一端的导线还未连接,该导线应接到R3的

(选填“左”或“右”)端接线柱。

(2)盐水电导率和温度的测量①测量并记录样品池内壁的长宽高。在样品池中注满待测盐水。②闭合开关S1,

开关S2,毫安表的示数为10.0mA,记录此时毫安表的示数;计算得到流过样品池的电流I1为

mA

③

开关S2,毫安表的示数为15.0mA,记录此时毫安表的示数。计算得到流过样品池的电流I2为

mA。

右断开40.0闭合60.0④断开开关S1,测量并记录盐水的温度。(3)根据上述数据,计算得到样品池两电极板间待测盐水的电阻为

Ω,进而可求得该温度时待测盐水的电导率。

100

2.(2024·广东卷)某科技小组模仿太阳能发电中的太阳光自动跟踪系统,制作光源跟踪演示装置,实现太阳能电池板方向的调整,使电池板正对光源。图甲是光照方向检测电路。所用器材有:电源E(电动势3V)、电压表(V1)和(V2)(量程均有3V和15V,内阻均可视为无穷大)、滑动变阻器R、两个相同的光敏电阻RG1和RG2、开关S、手电筒、导线若干。图乙是实物图。图中电池板上垂直安装有半透明隔板,隔板两侧装有光敏电阻,电池板固定在电动机转轴上。控制单元与检测电路的连接未画出。控制单元对光照方向检测电路无影响。请完成下列实验操作和判断。(1)电路连接。图乙中已正确连接了部分电路,请完成虚线框中滑动变阻器R、电源E、开关S和电压表V间的实物图连线。见解析图(2)光敏电阻阻值与光照强度关系测试。①将图甲中R的(2)光敏电阻阻值与光照强度关系测试。①将图甲中R的滑片置于

端。用手电筒的光斜照射到RG1和RG2,使RG1表面的光照强度比RG2表面的小。

②闭合S,将R的滑片缓慢滑到某一位置。V1的示数如图丙所示,读数U1为

V,U2的示数为1.17V。由此可知,表面光照强度较小的光敏电阻的阻值

(选填“较大”或“较小”)。

③断开S。b1.60较大(3)光源跟踪测试。①将手电筒的光从电池板上方斜照射到RG1和RG2。②闭合S,并启动控制单元,控制单元检测并比较两光敏电阻的电压,控制电动机转动。此时两电压表的示数U1<U2,图乙中的电动机带动电池板

(选填“逆时针”或“顺时针”)转动,直至

时停止转动,电池板正对手电筒发出的光。

逆时针U1=U2【详解】(1)电路连线如图所示。(2)①为了保证电路的安全,实验开始前要使光敏电阻两端电压尽可能小,则R的滑片需置于b端。②电压表U1量程为3V,最小刻度为0.1V,则读数为1.60V;电压表U1比电压表U2的示数大,说明RG1>RG2,由此可知表面光照强度较小的光敏电阻的阻值较大。(3)电压表的示数U1<U2,说明RG1表面的光照强度比RG2表面的大,因此电动机带动电池板逆时针转动,直至U1=U2时停止转动,电池板正对手电筒发出的光。3.(2023·湖南卷)某探究小组利用半导体薄膜压力传感器等元件设计了一个测量微小压力的装置,其电路如图(a)所示,R1、R2、R3为电阻箱,RF为半导体薄膜压力传感器,C、D间连接电压传感器(内阻无穷大)(1)先用欧姆表“×100”挡粗测RF的阻值,示数如图b所示,对应的读数是

Ω;

(2)适当调节R1、R2、R3,使电压传感器示数为0,此时RF的阻值为

(用R1、R2、R3表示);

(3)依次将0.5g的标准砝码加载到压力传感器上(压力传感器上所受压力大小等于砝码重力大小),读出电压传感器示数U,所测数据如下表所示:实验次数123456砝码质量m/g0.00.51.01.52.02.5电压U/mV0571151682202801000

根据表中数据在图(c)上描点,绘制U-m关系图线:见解析图(4)完成前面三步的实验工作后,该测量微小压力的装置即可投入使用。在半导体薄膜压力传感器上施加微小压力F0,电压传感器示数为200mV,则F0大小是

N(重力加速度g取9.8m/s2,结果保留2位有效数字);

(5)若在步骤(4)中换用非理想毫伏表测量C、D间电压,在半导体薄膜压力传感器上施加微小压力F1,此时非理想毫伏表读数为200mV,则F1

(填“>”“=”或“<”)F0。

1.7×10-2>

4.(2022·广东卷)弹性导电绳逐步成为智能控制系统中部分传感器的敏感元件,某同学测量弹性导电绳的电阻与拉伸后绳长之间的关系,实验过程如下。(1)装置安装和电路连接:如图(a)所示,导电绳的一端固定,另一端作为拉伸端,两端分别用带有金属夹A、B的导线接入如图(b)所示的电路中。(2)导电绳拉伸后的长度L及其电阻Rx的测量。①将导电绳拉伸后,用刻度尺测量并记录A、B间的距离,即为导电绳拉伸后的长度L。②将滑动变阻器R的滑片滑到最右端,断开开关S2,闭合开关S1,调节R,使电压表和电流表的指针偏转到合适位置,记录两表的示数U和I1。③闭合S2,电压表的示数

(选填“变大”或“变小”)。调节R使电压表的示数仍为U,记录电流表的示数I2,则此时导电绳的电阻Rx=

(用I1、I2和U表示)。

④断开S1,增大导电绳拉伸量,测量并记录A、B间的距离,重复步骤②和③。变小

(3)该电压表内阻对导电绳电阻的测量值

(选填“有”或“无”)影响。

(4)图(c)是根据部分实验数据描绘的Rx-L图线。将该导电绳两端固定在某种机械臂上,当机械臂弯曲后,测得导电绳的电阻Rx为1.33kΩ,则由图线可读出导电绳拉伸后的长度为

cm,即为机械臂弯曲后的长度。

无51.80

负极(2)研究光敏电阻在不同光照条件下的伏安特性①采用图3中的器材进行实验,部分实物连接已完成。要求闭合开关后电压表和电流表的读数从0开始。导线L1、L2和L3的另一端应分别连接滑动变阻器的

、

、

接线柱(以上三空选填接线柱标号“A”“B”“C”或“D”)。

A

A

D或C②图4为不同光照强度下得到的光敏电阻伏安特性曲线,图中曲线Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ对应光敏电阻受到的光照由弱到强。由图像可知,光敏电阻的阻值随其表面受到光照的增强而

(选填“增大”或“减小”)。

图4减小(3)组装光强报警器电路并测试其功能图5为利用光敏电阻、发光二极管、三极管(当b、e间电压达到一定程度后,三极管被导通)等元件设计的电路。组装好光强报警器后,在测试过程中发现,当照射到光敏电阻表面的光强达到报警值时,发光二极管并不发光,为使报警器正常工作,应

(选填“增大”或“减小”)可调电阻R1的阻值,直至发光二极管发光。

增大【详解】(1)根据欧姆表结构,使用时欧姆表黑表笔接内部电源正极,故当黑表笔接M端,电阻无穷大,说明二极管反向截止,即连接电源负极。(2)①题干要求电压表、电流表读数从零开始,所以滑动变阻器采用分压式接法连接电路,故L1、L2接滑动变阻器A接线柱,L3必须接在金属杆两端接线柱任意一个,即C或D。另若L1接金属杆两端接线柱任意一个,即C或D,L2接滑动变阻器A接线柱,L3接滑动变阻器B接线柱也符合题意。

6.(2023·福建卷)某同学用图(a)所示的电路观察矩形波频率对电容器充放电的影响。所用器材有:电源、电压传感器、电解电容器C(4.7μF,10V),定值电阻R(阻值2.0kΩ)、开关S、导线若干。(1)电解电容器有正、负电极的区别。根据图(a),将图(b)中的实物连线补充完整。见解析图(2)设置电源,让电源输出图(c)所示的矩形波,该矩形波的频率为

Hz。

40(3)闭合开关S,一段时间后,通过电压传感器可观测到电容器两端的电压UC随时间周期性变化,结果如图(d)所示,A、B为实验图线上的两个点。在B点时,电容器处于

(选填“充电”或“放电”)状态在

(选填“A”或“B”)点时,通过电阻R的电流更大。

充电B(4)保持矩形波的峰值电压不变,调节其频率,测得不同频率下电容器两端的电压随时间变化的情况,并在坐标纸上作出电容器上最大电压Um与频率f关系图像,如图(e)所示。当f=45Hz时电容器所带电荷量的最大值Qm=

C(结果保留两位有效数字)。

(5)根据实验结果可知,电容器在充放电过程中,其所带的最大电荷量在频率较低时基本不变,而后随着频率的增大逐渐减小。

1.8×10-5【详解】(1)根据电路图连接实物图,如图所示。

专题七

实验第二十讲

力学实验知识梳理真题演练考点一

纸带类和光电门类实验实验装置图实验操作数据处理

探究小车速度随时间变化的规律1.细绳与长木板平行2.释放前小车应靠近打点计时器3.先接通电源,再释放小车,打点结束先切断电源,再取下纸带4.钩码质量适当1.判断物体是否做匀变速直线运动2.利用一段时间内的平均速度求中间时刻的瞬时速度3.利用逐差法求平均加速度4.作速度—时间图像,通过图像的斜率求加速度实验装置图实验操作数据处理探究加速度与物体受力、物体质量的关系1.补偿阻力,垫高长木板一端使小车能匀速下滑2.在补偿阻力时,不要把悬挂槽码的细绳系在小车上,实验过程中不用重复补偿阻力3.实验必须保证的条件:小车质量m≫槽码质量m'4.释放前小车要靠近打点计时器,应先接通电源,后释放小车实验装置图实验操作数据处理验证机械能守恒定律实验装置图实验操作数据处理验证动量守恒定律1.开始前调节导轨水平2.用天平测出两滑块的质量3.用光电门测量碰前和碰后的速度【例1】用图甲所示装置可以完成多个力学实验,小车的质量为M。(1)做探究小车加速度与所受合外力关系实验时,关于实验要求,下列说法错误的是

。

A.将长木板没有定滑轮的一端适当垫高,平衡摩擦力B.调节定滑轮的高度,使牵引小车的细绳与长木板平行C.开始时小车靠近打点计时器,先接通电源再释放小车D.使砂桶和砂的质量远小于小车的质量(2)保证小车质量一定,多次改变砂桶中砂的质量进行实验,某次实验打出的纸带如图乙所示,计数点间的距离在图中已标出,打相邻两个计数点的时间间隔为T,则该次实验小车的加速度大小a=

。

【例2】某同学用碰撞验证动量守恒,实验装置如图所示。利用天平称量两个滑块的质量分别为滑块1质量m1,滑块2质量m2,垫起木板的一端使滑块可以在木板上匀速运动,在滑块2上装有撞针和橡皮泥,现在将滑块1装上纸带并穿过打点计时器限位孔,实验时接通电源,让滑块1以一定的速度撞上滑块2并粘在一起,在滑块撞上挡板前用手按住滑块并关闭电源。(1)实验中改变滑块质量重复实验

(选填“需要”“不需要”)重新平衡摩擦。

(2)实验中得到一条纸带如图所示,用刻度尺测量出各段距离,根据碰撞前后情况可知应用

段计算滑块碰前的速度。

(3)若实验满足表达式

(用m1、m2、s1、s2、s3、s4表示),则动量守恒。

【例3】利用打点计时器研究匀变速直线运动的规律,实验装置如图1所示。(1)按照图1安装好器材,下列实验步骤正确的操作顺序为

(填各实验步骤前的字母)。

A.释放小车B.接通打点计时器的电源C.调整滑轮位置,使细线与木板平行(2)实验中打出的一条纸带如图2所示,A、B、C为依次选取的三个计数点(相邻计数点间有4个点未画出),可以判断纸带的

(选填“左端”或“右端”)与小车相连。

(3)图2中相邻计数点间的时间间隔为T,则打B点时小车的速度v=

。

(4)某同学用打点计时器来研究圆周运动。如图3所示,将纸带的一端固定在圆盘边缘处的M点,另一端穿过打点计时器。实验时圆盘从静止开始转动,选取部分纸带如图4所示。相邻计数点间的时间间隔为0.10s,圆盘半径R=0.10m。则这部分纸带通过打点计时器的加速度大小为

m/s2;打点计时器打B点时圆盘上M点的向心加速度大小为

m/s2。(结果均保留两位有效数字)

【例4】某学习小组设计了图甲的装置来验证机械能守恒定律。钩码A、B通过一绕过光滑定滑轮的轻质细绳相连接,轻质挡光片固定于钩码A上,钩码A、B的质量均为m1。初始时,挡光片中心线与光电门发光孔之间的高度差为h,现将另一质量为m2的小钩码C轻轻挂在B上,系统由静止开始运动,测得光电门的挡光时间为Δt。

考点二

弹簧类、橡皮绳类及其他力学实验问题实验装置图实验操作数据处理探究弹簧弹力与形变量的关系1.应在弹簧自然下垂时,测量弹簧原长l02.水平放置时测原长,根据实验数据画出的图线不过原点的原因是弹簧自身有重力1.作出弹力F随弹簧伸长量x变化的图线,斜率表示弹簧的劲度系数2.超过弹簧的弹性限度,图线会发生弯曲实验装置图实验操作数据处理探究两个互成角度的力的合成规律1.正确使用弹簧测力计2.在同一次实验中,橡皮条结点的位置一定要相同3.细绳套应适当长一些,互成角度地拉橡皮条时,夹角大小应适当1.按力的图示作平行四边形2.求合力大小实验装置图实验操作数据处理探究平抛运动的特点1.保证斜槽末端水平2.每次让小球从倾斜轨道的同一位置由静止释放3.坐标原点应是小球出槽口时球心在纸板上的投影点实验装置图实验操作数据处理探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系1.弹力大小关系可以通过标尺上刻度读出,该读数显示了向心力大小关系2.采用了控制变量法,探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系作出Fn-ω2、Fn-r、Fn-m的图像,分析向心力与角速度、半径、质量之间的关系实验装置图实验操作数据处理用单摆测量重力加速度的大小【例5】某同学研究弹簧的劲度系数,做了如下实验:①如图甲所示,竖直悬挂的弹簧的悬点固定,在其旁边竖直固定一刻度尺,弹簧上端和刻度尺的零刻线水平对齐。将距离弹簧上端三分之一长度处和弹簧的下端位置分别标记为A和B,记下标记A、B水平对齐刻度尺的示数分别为LA0、LB0;②如图乙所示,准备5个质量均为120g的钩码:第一次弹簧下端挂一个钩码,稳定后,记下标记A、B水平对齐刻度尺的示数分别为LA1、LB1;第二次弹簧下端挂两个钩码,稳定后,记下标记A、B水平对齐刻度尺的示数分别为LA2、LB2;依此类推,弹簧下端分别挂上三个、四个、五个钩码,稳定后记下标记A、B水平对齐刻度尺的相应示数;③数据记录如下表,当地重力加速度g取10m/s2。钩码数量012345LA/cmLA0=3.0LA1=3.5LA2=4.0LA3=4.5LA4=5.0LA5=5.5LB/cmLB0=9.0LB1=10.5LB2=12.0LB3=13.5LB4=15.0LB5=16.5

【例6】为了探究并验证两个互成角度的力的合成规律,两位同学分别设计了如下方案。(1)李红同学找到三条相同的橡皮筋(遵循胡克定律)和若干小重物,还有刻度尺、三角板、铅笔、细绳、白纸、钉子等。实验方案:先将三条橡皮筋的一端连接成结点O,将其中两条橡皮筋的另一端分别挂在竖直墙上的两个钉子a、b上,然后将第三条橡皮筋的另一端通过细绳悬挂小重物,如图甲所示。①本实验中,下列说法正确的是

。

A.Oa与Ob的夹角必须为30°、60°或90°,不能为其他角度B.测量每条橡皮筋的原长C.测量悬挂小重物后每条橡皮筋的长度D.记录悬挂小重物后每条橡皮筋的方向②探究结论:两个互成角度的力的合成遵循平行四边形定则。(2)王华同学为了验证李红同学的实验结论,设计了如下实验方案:A.用天平测得一个小物块的质量;B.如图乙所示,两根固定的竖直杆间距为d,用长为L的不可伸长的轻绳穿过光滑轻质滑轮,滑轮下端连接小物块,轻绳两端分别固定在杆上M、N两点,在轻绳的左端连接力传感器,力传感器的重力忽略不计。C.改变并记录小物块的质量m,记录力传感器对应的示数F,得到多组数据,已知重力加速度为g。

【解析】(1)探究两个互成角度的力的合成规律,要利用同一个作用点,分别作出三个力的图示,以挂在两个钉子a、b上的两条橡皮筋的拉力的图示作出平行四边形,用两个力所夹对角线的长度和方向与第三条橡皮筋的拉力的图示对比分析,找出其规律。故完成本实验必需的操作有:不挂小重物时测量每条橡皮筋的原长,悬挂小重物后记录结点O的位置,因为三条相同的橡皮筋都遵循胡克定律,故不需要测量每条橡皮筋的弹力大小,而是测量悬挂小重物后每条橡皮筋的长度,并且记录每条橡皮筋的方向,本实验要验证的是一个普遍规律,因此Oa与Ob的角度不必为30°、60°或90°,可以是其他角度,故A错误,BCD正确。故选BCD。

【例7】某同学做“探究平抛运动的规律”实验,小球从斜槽上某处由静止释放。图1(1)用频闪照相记录下平抛小球在不同时刻的位置,则下列做法正确的是

(填选项前的字母)。

A.选择体积小、质量大的小球B.斜槽必须光滑C.先抛出小球,再打开频闪仪D.斜槽末端必须水平

【例8】某小组用图(a)装置探究“向心力大小与半径、周期的关系”,通过紧固螺钉(图中未画出)可在竖直方向调整水平横梁位置,位移传感器、力传感器均固定在横梁上,两传感器和光电门都与计算机相连;小球放在一端有挡光片的水平横槽上,细绳一端p连接小球,另一端q绕过转向轮后连接力传感器,力传感器可测量细绳拉力,位移传感器可测量横梁与底座之间的距离。小球和细绳所受摩擦力可忽略,细绳q端与直流电机转轴在同一竖直线上。光电门未被挡光时输出低电压,被挡光时输出高电压。实验步骤如下:(1)如图(b)所示,用螺旋测微器测量小球直径d=

mm,若测得直流电机转轴到小球之间绳长为L,则小球做圆周运动的半径r=

(用d、L表示)。

(2)探究向心力大小与半径的关系:启动直流电机,横槽带动小球做匀速圆周运动,保持

不变,记录力传感器读数F0,位移传感器读数H0,小球做圆周运动半径r0。降低横梁高度,当位移传感器读数为H1时,小球做圆周运动半径r1=

(用r0、H0、H1表示),待电机转动稳定后再次记录力传感器读数F1,重复多次实验得到多组数据,通过计算机拟合F-r图像,可得线性图像。

【例9】在用单摆测重力加速度的实验中。(1)如图1所示,可在单摆悬点处安装力传感器,也可在摆球的平衡位置处安装光电门。甲同学利用力传感器,获得传感器读取的力与时间的关系图像,如图2所示,则单摆的周期为

s(结果保留三位有效数字)。乙同学利用光电门,从小钢球第1次遮光开始计时,记下第n次遮光的时刻t,则单摆的周期为T=

。

(2)丙同学发现小钢球已变形,为减小测量误差,他改变摆线长度l,测出对应的周期T,作出相应的l-T2关系图线,如图3所示。由此算出图线的斜率k和截距b,则重力加速度g=

,小钢球重心到摆线下端的高度差h=

。(结果均用k、b表示)

1.力学实验题的创新主要体现在对课本实验的改编、拓展或延伸,核心原理:(1)以基本的力学模型为载体,依托运动学规律和动力学定律设计实验;(2)将实验的基本方法——控制变量法,处理数据的基本方法——图像法、逐差法,融入实验的综合分析之中。考点三

力学创新拓展类问题2.力学创新实验的解法①根据题目情境,提取相应的力学模型,明确实验的理论依据和实验目的,设计实验方案;②进行实验,记录数据,应用原理公式或图像法处理实验数据,结合物体实际受力情况和理论受力情况对结果进行误差分析。3.题型一:实验器材的等效与替换(1)特点:实验装置、器材变化,但实验原理、方法等不变。(2)创新形式:①用气垫导轨代替长木板,应调整导轨水平,不必平衡摩擦力;②用光电门、频闪相机代替打点计时器。③用电子秤、力传感器或已知质量的钩码等代替弹簧测力计。4.题型二:实验结论的拓展与延伸(1)特点:实验的装置、器材等不变,但实验目的变了。利用所测数据,求另一物理量或验证另一个物理规律。(2)创新形式:①由测定加速度延伸为测定动摩擦因数,通过研究纸带、频闪照片或光电装置得出物体的加速度,再利用牛顿第二定律求出物体所受的阻力或小车与木板间的动摩擦因数;②由测定加速度延伸为测定交变电流的频率。5.题型三:实验情景的设计与创新(1)特点:用学过的物理规律和实验方法设计或解答新情景实验。(2)创新形式①利用平抛运动探究功与速度变化的关系;②利用钢球摆动验证机械能守恒定律;③利用凹形桥模拟器测小车过桥最低点的速度;④利用能量守恒定律测动摩擦因数;⑤利用运动公式解决新情境实验。【例10】把直尺改装成“竖直加速度测量仪”,实验步骤如下,请完成相关实验内容。(1)弹簧的上端固定在铁架台上,在弹簧的旁边沿弹簧长度方向竖直固定一直尺,弹簧上端与直尺的0刻度线对齐。弹簧下端不挂钢球时,指针在直尺上指示的刻度如图甲所示,以此记作弹簧的原长x0=

m。

(2)弹簧下端挂上钢球,静止时指针在直尺上指示的刻度如图乙所示。若重力加速度g取10m/s2,钢球质量为0.25kg,且弹簧发生的是弹性形变,则该弹簧的劲度系数k=

N/m结果(保留三位有效数字)。

(3)取竖直向上为正方向,写出钢球竖直加速度a(单位:m/s2)随弹簧长度x(单位:m)变化的函数关系式:a=

;将直尺不同刻度对应的加速度标在直尺上,就可用此装置测量竖直方向的加速度。

【答案】(1)0.200

(2)12.5

(3)50x-20

【例11】如图甲所示为桶装水电动抽水器,某兴趣小组利用平抛运动规律测量该抽水器的流量Q(单位时间流出水的体积)。(1)如图乙所示,为了方便测量取下不锈钢出水管,用游标卡尺测量其外径D,读数为

mm。

(2)重新安装出水管如图甲所示,为了使水能够沿水平方向流出,下列哪种方法更合理

。

A.用力把出水管前端掰至水平B.转动出水管至出水口水平C.调整水桶的倾斜角度使出水口水平

【例12】某同学用如图(a)所示的装置验证机械能守恒定律。用细线把钢制的圆柱挂在架子上,架子下部固定一个小电动机,电动机轴上装一支软笔。电动机转动时,软笔尖每转一周就在钢柱表面画上一条痕迹(时间间隔为T)。如图(b)所示,在钢柱上从痕迹O开始选取5条连续的痕迹A、B、C、D、E,测得它们到痕迹O的距离分别为hA、hB、hC、hD、hE。已知当地重力加速度为g。

【例13】某学习小组设计了图甲所示装置来探究物体质量一定时加速度与合外力的关系。主要实验步骤如下。(1)如图甲所示,装置中光电门1、2之间的距离为h。开始时,左右两侧挂有两个质量都等于50g的小桶,两小桶内都装有5个质量都等于10g的铁片;左侧小桶A上固定着一质量不计的挡光片,用游标卡尺测量挡光片的宽度,如图乙所示,挡光片宽度d=

mm。

(2)从左侧小桶取出1个铁片放入右桶中,接着释放小桶,小桶A上的挡光片依次经过光电门1和2,记录挡光片遮光时间。重复上述过程,将左侧小桶放入右侧小桶中的铁片总数量记为n。(3)某次实验时,测得挡光片遮光时间分别为Δt1、Δt2,则可求得小桶A的加速度a=

(用d、Δt1、Δt2、h表示);

(4)利用所得数据作出a-n图像,如图丙所示。从图像可以得出,当物体质量一定时,物体加速度与其所受的合外力成正比。(5)利用a-n图像可求得当地重力加速度g=

m/s2(结果保留三位有效数字)。

1.(2024·浙江卷)如图1所示是“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置。(1)该实验中同时研究三个物理量间关系是很困难的,因此我们采用的研究方法是

。

A.放大法

B.控制变量法C.补偿法B

(2)该实验过程中操作正确的是

。

A.补偿阻力时小车未连接纸带B.先接通打点计时器电源,后释放小车C.调节滑轮高度使细绳与水平桌面平行B

(3)在小车质量

(选填“远大于”或“远小于”)槽码质量时,可以认为细绳拉力近似等于槽码的重力。上述做法引起的误差为

(选填“偶然误差”或“系统误差”)。为减小此误差,下列可行的方案是

。

A.用气垫导轨代替普通导轨,滑块代替小车B.在小车上加装遮光条,用光电计时系统代替打点计时器C.在小车与细绳之间加装力传感器,测出小车所受拉力大小远大于系统误差C

图2A【详解】(1)该实验中同时研究三个物理量间关系是很困难的,因此我们可以控制其中一个物理量不变,研究另外两个物理量之间的关系,即采用了控制变量法。故选B。(2)A.补偿阻力时小车需要连接纸带,一方面是需要连同纸带所受的阻力一并平衡,另外一方面是通过纸带上的点间距判断小车是否在长木板上做匀速直线运动,故A错误;B.由于小车速度较快,且运动距离有限,打出的纸带长度也有限,为了能在长度有限的纸带上尽可能多地获取间距适当的数据点,实验时应先接通打点计时器电源,后释放小车,故B正确;C.为使小车所受拉力与速度同向,应调节滑轮高度使细绳与长木板平行,故C错误。故选B。

2.(2023·福建卷)某小组用图(a)所示的实验装置探究斜面倾角是否对动摩擦因数产生影响。所用器材有:绒布木板、滑块、挡光片、米尺、游标卡尺、光电门、倾角调节仪等。实验过程如下:(1)将绒布平铺并固定在木板上,然后将光电门A、B固定在木板上。用米尺测量A、B间距离L。(2)用游标卡尺测量挡光片宽度d,示数如图(b)所示。该挡光片宽度d=

mm。

(3)调节并记录木板与水平面的夹角θ,让装有挡光片的滑块从木板顶端下滑。记录挡光片依次经过光电门A和B的挡光时间ΔtA和ΔtB,求得挡光片经过光电门时滑块的速度大小vA和vB。某次测得ΔtA=5.25×10-3s,则vA=

m/s(结果保留三位有效数字)。

5.251.00(4)推导滑块与绒布间动摩擦因数μ的表达式,可得μ=

(用L、vA、vB、θ和重力加速度大小g表示),利用所得实验数据计算出μ值。

(5)改变θ进行多次实验,获得与θ对应的μ,并在坐标纸上作出μ-θ关系图像,如图(c)所示。

斜面倾角对动摩擦因数没有影响

(6)根据上述实验,在误差允许范围内,可以得到的结论为

。

3.(2022·浙江卷)(1)①“探究小车速度随时间变化的规律”的实验装置如图1所示,长木板水平放置,细绳与长木板平行。图2是打出纸带的一部分,以计数点O为位移测量起点和计时起点,则打计数点B时小车位移大小为

cm。由图