2026版高考物理二轮复习专题练 实验及创新

专题练实验及创新1.某研究小组为测量滑块和长木板之间的动摩擦因数，设计了如图甲所示的实验装置．长木板固定在水平桌面上，力传感器和光电门固定在竖直的支架上，轻绳悬挂的重物上固定一窄遮光条．实验时重物每次都从支架A处由静止释放，改变重物的质量，重复上述操作，记录多组遮光条通过光电门时的遮光时间Δt和力传感器示数F的数据．已知A、B之间的距离为L，重力加速度为g，不计轻绳、滑轮的质量及滑轮上的摩擦．甲(1)实验时，下列操作中必要的是C.A.用天平测出重物和遮光条的总质量为mB.将长木板不带滑轮的一端垫高以补偿阻力C.调整滑轮的位置，使绳子处于水平状态D.为减小实验误差，实验中一定要保证重物及遮光条的总质量远小于滑块的质量(2)测量遮光条宽度时，游标卡尺的示数如图乙所示，则遮光条的宽度d＝3.10mm.(3)某次实验时，光电门显示遮光时间为Δt＝0.024s，则遮光条通过光电门时的速度v＝0.13.(结果保留两位有效数字)(4)以F为纵坐标，eq\f(1,Δt2)为横坐标，作图如图丙所示，已知直线的斜率为k，截距为b，则滑块的质量M＝eq\f(8Lk,d2)，滑块与长木板之间的动摩擦因数为μ＝eq\f(bd2,4Lgk).(用b、d、k、g、L表示)【解析】(1)力传感器可直接测出滑块受到的绳子的拉力，不需要测量重物和遮光条的总质量m，故A错误；若补偿阻力，将无法测量滑块与长木板之间的动摩擦因数，故B错误；调整滑轮及力传感器的位置，使绳子处于水平状态，这样可以让绳子拉力和摩擦力处于同一条直线上，且滑块运动时拉力不变，便于测量，故C正确；通过力传感器可直接得出滑块受到的绳子的拉力，不需要保证重物质量远小于滑块及遮光片的总质量，故D错误．(2)遮光条的宽度d＝3mm＋2×0.05mm＝3.10mm.(3)遮光条通过光电门时的速度v＝eq\f(d,Δt)＝eq\f(3.10×10－3,0.024)m/s≈0.13m/s.(4)滑块的速度为v滑＝eq\f(1,2)v＝eq\f(d,2Δt)，滑块的位移为x滑＝eq\f(L,2)；对滑块，由动能定理得2F·eq\f(L,2)－μMg·eq\f(L,2)＝eq\f(1,2)Mveq\o\al(2,滑)，联立可得F＝eq\f(Md2,8L)·eq\f(1,Δt2)＋eq\f(1,2)μMg；可知F－eq\f(1,Δt2)图像的斜率为k＝eq\f(Md2,8L)，截距b＝eq\f(1,2)μMg，解得滑块的质量为M＝eq\f(8Lk,d2)，滑块与长木板之间的动摩擦因数μ＝eq\f(bd2,4Lgk).2.(2025·镇江质监)小明同学进行“灯泡电阻与通过电流的关系”的实验研究，设计的电路如图甲所示，实验器材选择如下：灯泡L(3.2V,0.24A)电源E(电动势4.0V，内阻不计)电流表A1(量程200mA，内阻r1＝10.0Ω)电流表A2(量程500mA，内阻r2＝1.0Ω)定值电阻R0(阻值R0＝10.0Ω)滑动变阻器R1(最大阻值10Ω)开关S和若干导线．(1)小明连接的电路如图乙所示，其中有一根导线连接错误，请在错误的连线上画“×”，并在图上作出正确的连接线．答案：见解析(2)在开关闭合之前，滑动变阻器的滑片应调整到最右(填“左”或“右”)端．(3)某次实验时，电流表A2的示数如图丙所示，其读数为231～239皆可mA.(4)在实验中，通过改变滑动变阻器的阻值，得到了多组数据，若A1表读数为I1，A2表读数为I2，则可求出灯丝阻值R＝eq\f(I1R0＋r1,I2－I1).(用题中所给物理量的字母表示)(5)小明用测量数据在灯泡电阻R与通过电流I的图像中描点，如图丁所示，小明猜想电阻与电流成线性关系，根据此猜想，由图像可知灯泡电压为0时灯泡的电阻为2.0Ω.【解析】(1)从电路图中可以看出电流表A2测量并联电路的电流，不测干路中的电流，所以错误的连线及改正的电路如图所示(2)在开关闭合之前，滑动变阻器的滑片应调整到使电流表中电流最小，避免损坏电流表，所以滑动变阻器的滑片应调整到最右端．(3)电流表A2的量程500mA，从图中可读出电流表的读数为235mA，由于最后一位是估读，所以读数在231～239mA之间即可．(4)根据电路图及欧姆定律，可得R＝eq\f(I1R0＋r1,I2－I1).(5)灯泡两端电压为0时，通过灯泡的电流也为0，从图中可以读出，电流为0时，电阻为2.0Ω.3.(2025·扬州高邮调研)某同学用如图甲所示的装置验证动能定理，用天平测出滑块(含遮光条)的质量M，钩码的质量m(m略小于M)，当地重力加速度为g.甲乙(1)用游标卡尺测量遮光条宽度如图乙所示，其宽度d＝5.45mm.(2)实验前需调节气垫导轨螺钉使之水平，下列做法中正确的是B.A.用刻度尺测量气垫导轨两端距桌面的高度，调节气垫导轨螺钉，使两高度相等B.接通气泵，待气流稳定后调节气垫导轨螺钉，使滑块能在短时间内保持静止C.接通气泵，挂上钩码，将滑块从气垫导轨上同一位置由静止释放，测出遮光条两次通过光电门的遮光时间t1、t2，调节气垫导轨螺钉，使t1＝t2(3)将滑块移到气垫导轨的右端，在绳上挂上钩码，用手挡住滑块(填“托住钩码”或“挡住滑块”)，测出遮光条中心到光电门中心的距离x.(4)将滑块由静止释放，记录遮光条通过光电门时的遮光时间t，则滑块(含遮光条)增加的动能为eq\f(1,2)Meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,t)))2(用字母表示)．(5)实验中多次改变滑块释放的位置，测得多组x和t的数据，作出的x－eq\f(1,t2)图像为一条倾斜直线；小明同学对滑块应用动能定理得mgx＝eq\f(1,2)Mv2，又v＝eq\f(d,t)，联立解得x＝eq\f(Md2,2mg)·eq\f(1,t2)，所以小明认为图线斜率k的理论值为k＝eq\f(Md2,2mg).你是否同意他的观点？请简要说明理由：不同意，因为m略小于M，绳中张力不等于mg.【解析】(1)由于游标尺是20分度，其精确度为0.05mm，根据游标卡尺的读法，可知遮光条的宽度d＝5mm＋9×0.05mm＝5.45mm.(2)用刻度尺测量气垫导轨两端距桌面的高度，调节气垫导轨螺钉，即使两高度相等，也无法保证整个导轨处于水平状态，A错误；接通气泵，待气流稳定后调节气垫导轨螺钉，使滑块能在短时间内保持静止，说明滑块所受合外力为0，可以认为气垫导轨处于水平，B正确；通气泵，挂上钩码，将滑块从气垫导轨上同一位置由静止释放，测出遮光条两次通过光电门的遮光时间t1、t2，调节气垫导轨螺钉，使t1＝t2，这种方法不能判定导轨自身是否水平，C错误．(3)用手挡住滑块既可使滑块处于稳定状态，又便于后续实验操作．(4)由题可知，滑块通过光电门的速度v＝eq\f(d,t)故滑块的动能增加了Ek＝eq\f(1,2)Mv2＝eq\f(1,2)Meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,t)))2.(5)对钩码，由牛顿第二定律得mg－F＝ma对滑块，由牛顿第二定律得F＝Ma联立解得F＝eq\f(Mmg,M＋m)对滑块应用动能定理Fx＝eq\f(1,2)Mv2解得k＝eq\f(M＋md2,2mg).4.(2025·南通四模)某同学用伏安法测电源的电动势和内阻，实验室提供的器材有：A.待测电源E(电动势约为6V，内阻约为2Ω)B.电压表V(量程为3V，内阻未知)C.电流表A(量程为3A，内阻为0.2Ω)D.滑动变阻器R(0～10Ω，3A)E.电阻箱R0(最大阻值9999Ω)F.开关和导线若干(1)为了将电压表量程改装成6V，需要先测量电压表的内阻，设计了如图甲所示电路，请根据图甲电路用笔画线代替导线将图乙的实物图连接完整．答案：见解析(2)正确连接电路后，闭合开关S前，图乙中滑动变阻器的滑片应先移到最左(填“左”或“右”)端，电阻箱的阻值调为0，闭合开关S，调节滑动变阻器使电压表满偏；保持滑动变阻器滑片的位置不变，当电阻箱阻值调节为如图丙所示时，电压表的示数U＝2.00V，则电阻箱的阻值为1500Ω，电压表内阻为3000Ω.(3)将电阻箱和电压表串联组装成量程为6V的电压表，表盘刻度未改变，将组装后的电压表接入如图丁所示的电路，测量电源的电动势E和内阻r，调节滑动变阻器，读出电压表V示数U和电流表A示数I，作出U－I图像如图戊所示，则电源的电动势为5.90V，内阻为1.95Ω.(结果均保留三位有效数字)(4)实验中，电动势的测量值偏小(填“偏大”或“偏小”)，理由是因实验中测得电压表内阻偏大，在改装电压表时串联的电阻偏大，电压表实际量程大于6V，示数小于真实值．.【解析】(1)连线如图所示(2)为保护电路，电压表示数从零开始调大，闭合开关S前，图乙中滑动变阻器的滑片应先移到最左端；如图丙所示，电阻箱的阻值为1500Ω；电压表分的电压是电阻箱两倍，电压表内阻是电阻箱两倍，为3000Ω.(3)