专题05 力学实验和电学实验（2大考点）（教师版）

专题04力学实验和电学实验力学实验一、实验题1．（2025·安徽·一模）某实验小组想验证向心力公式表达式，实验装置如图1所示，一个半圆形光滑轨道，右侧所标记的刻度为该点与圆心连线和竖直方向的夹角，圆弧轨道最低点固定一个力传感器，小球达到该处时可显示小球在该处对轨道的压力大小，小球质量为m，重力加速度为g。实验步骤如下：①将小球在右侧轨道某处由静止释放，记录该处的角度；②小球到达轨道最低点时，记录力传感器的示数；③改变小球释放的位置、重复以上操作，记录多组、的数值；④以为纵坐标，cos为横坐标，作出的图像，如图2所示。回答以下问题：(1)若该图像斜率的绝对值，纵截距，则可验证在最低点的向心力表达式。(2)某同学认为小球运动时的轨道半径为圆轨道半径与小球半径的差值，即小球球心到轨道圆心的距离才为圆周运动的半径，因此图像斜率绝对值k的测量值与真实值相比（填“偏大”“偏小”或“相等”）。【答案】(1)23(2)相等【详解】（1）[1][2]小球从出发点到达最低点，由动能定理可得小球在最低点，由牛顿第二定律可得联立可得整理可得即的图像斜率的绝对值，纵截距，则可验证在最低点的向心力表达式。（2）通过上述方程发现，表达式与轨道半径无关系，故图像斜率绝对值k的测量值与真实值相比相等。2．（2025·安徽·一模）小明同学预习“实验：探究平抛运动的特点”这一内容时，在家里就地取材设计了实验。如图（1）所示，在高度为的水平桌面上用长木板做成一个斜面，使小球从斜面上某一位置滚下，滚过桌边后小球做平抛运动。当地重力加速度为。(1)关于本实验，下列说法正确的是。A．实验时应保持桌面水平B．应使用体积小、质量大的小球C．必须保证长木板与桌面的材料相同(2)为了记录小球的落点痕迹，小明依次将白纸和复写纸固定在竖直墙上，再把桌子搬到墙壁附近。从斜面上某处无初速度释放小球，使其飞离桌面时的速度与墙壁垂直，小球与墙壁碰撞后在白纸上留下落点痕迹。改变桌子与墙壁的距离（每次沿垂直于墙壁方向移动），重复实验，白纸上将留下一系列落点痕迹，挑选有4个连续落点痕迹的白纸，如图（2）所示。根据测量的数据，可得小球离开桌面时的速度大小为，打到B点时的速度大小为。（结果均保留1位小数）【答案】(1)AB(2)1.01.4【详解】（1）A．为保证小球做平抛运动，初速度沿水平方向，则应保持桌面水平，故A正确；B．为减小阻力对小球的影响，应使用体积小、质量大的小球，故B正确；C．实验中不需要保证长木板与桌面的材料相同，故C错误。故选AB。（2）[1]由竖直方向上是自由落体运动，根据解得点迹间的时间间隔为则小球离开桌面的速度大小[2]打到B点时的竖直方向速度分量大小为则打到B点时的速度大小为3．（2025·安徽马鞍山·一模）某物理实验小组探究加速度与质量的关系，实验装置如图甲所示，小车内装有数个砝码，通过跨过滑轮的细绳连接一个装有重物的托盘，实验步骤如下：①挂上托盘和重物，改变木板的倾角，使小车拖着纸带沿木板匀速下滑；②取下托盘和重物，让小车沿木板下滑，测出小车和车中砝码的总质量M及加速度a：③保持托盘和重物的质量不变，在小车中依次减少砝码的个数，重复步骤①和②，记录多组数据，作出的图像；④最后总结出加速度与质量的关系。请回答以下问题：(1)该实验方案（选填“需要”或“不需要”）满足托盘和重物的总质量远小于小车及砝码的总质量。(2)图乙为某次实验中得到的纸带，A、B、C、D、E为选取的计数点，相邻两计数点间有四个点未画出，打点计时器的频率为50Hz，则小车的加速度为m/s2。（结果保留3位有效数字）(3)实验中作出小车的的图像如图丙所示，已知图像的斜率为k，重力加速度大小为g，则托盘和重物的总质量m=。【答案】(1)不需要(2)1.72(3)【详解】（1）挂上托盘和重物，改变木板的倾角，使小车拖着纸带沿木板匀速下滑，有取下托盘和重物，让小车沿木板下滑，根据牛顿第二定律有联立可得同理，保持托盘和重物的质量不变，在小车中依次减少砝码的个数，仍然有由此可知，实验中mg等于小车合力的大小，则不需要满足托盘和重物的总质量远小于小车及砝码的总质量。（2）打点计时器的频率为50Hz，且相邻两计数点间有四个点未画出，所以相邻两计数点间的时间间隔为所以小车运动的加速度大小为（3）根据以上分析可知所以则4．（2025·安徽淮北·一模）某同学发现在验证动量守恒定律的现有实验中，都是验证碰撞前与碰撞后系统的动量是否守恒。该同学提出质疑：碰撞作用过程中系统动量是否守恒？于是从实验室找来DIS传感器组件验证两小车碰撞过程中动量是否守恒。如图所示，无线速度传感器实时记录了两小车碰撞过程中速度与时间的关系图像。(1)由图像可知该碰撞为碰撞（选填“弹性”、“非弹性”或“完全非弹性”）。(2)已知a车的质量为，b车的质量为，取碰撞过程中任意两个时刻、，由图可知时刻，，此时两车的总动量为，时刻，，此时两车的总动量为（计算结果保留三位有效数字）。(3)本实验得出的结论：。【答案】(1)完全非弹性(2)(3)在误差范围内，两车碰撞过程中动量守恒【详解】（1）由图像可知碰后两物体有共同的速度，可知该碰撞为完全非弹性。（2）[1]碰撞过程中时刻两车的总动量为[2]碰撞过程中时刻两车的总动量为（3）本实验得出的结论：在误差范围内，两车碰撞过程中动量守恒5．（2025·安徽黄山·一模）我国天宫实验室中曾进行过“应用动力学方法测质量”的实验。某兴趣小组受到启发，设计了在太空完全失重环境下（忽略空气阻力）测小球质量并验证弹性碰撞的实验方案：（1）装置如图，在环绕地球运转的空间站中的桌面上固定一个支架，支架上端通过力传感器O连接一根轻绳，轻绳末端系一个直径为d的小球a；（2）保持轻绳拉直，给小球a一个初速度，小球a在与桌面垂直的平面内做匀速圆周运动，支架上端O与小球球心的距离为L。当小球a运动至最高点时，该处的光电门M可记录下小球a通过该位置的遮光时间，记为，并同时记下力传感器显示的读数F。根据以上测量数据，可得小球a的质量（用“L，F，，d”表示）；（3）更换大小相同的小球b，重复以上操作，可测得小球b的质量；（4）在小球a匀速圆周运动的过程中，将小球b放置在桌面右侧的固定支架上，支架在小球a运动的平面内。当小球a运动至最低点时剪断轻绳，为保证小球a与小球b能发生正碰，小球b放置的高度与小球a运动至最低点的高度相比，应（选填“等高”“稍高一些”或“稍低一些”）；（5）小球a与b碰后，依次通过右侧的光电门N，光电门记录下小球a的遮光时间为、小球b的遮光时间为，若测得，则当测出时，即可验证小球a、b的碰撞为弹性碰撞。【答案】等高4【详解】[1]由牛顿第二定律有又有解得小球a的质量为[2]该实验是在太空完全失重环境下进行，当小球a运动至最低点时剪断轻绳，由于惯性小球a将沿着圆周最低点切线方向做匀速直线运动，所以要使小球a与小球b能发生正碰，小球b放置的高度与小球a运动至最低点的高度等高。[3]经过光电门时小球a的速度为小球a的速度为则若小球a、b的碰撞为弹性碰撞，应满足若测得，则由以上各式解得电学实验一、实验题1．（2025·安徽·一模）某物理兴趣小组要测量绕制滑动变阻器的电阻丝的电阻率，已知紧密贴合单层绕制的电阻丝共120匝，如图甲所示，具体步骤如下：(1)同学A用游标卡尺测量金属筒的直径，如图乙所示，读数为mm；使用螺旋测微器测量电阻丝的直径，如图丙所示，读数为mm。(2)同学B使用如图丁所示的电路测量滑动变阻器的最大阻值Rx，把待测滑动变阻器的阻值调至最大处，闭合开关S，调节电阻箱R0的阻值，读出多组电流表的示数I以及对应的R0数值，作出如图戊所示的图像，忽略电源及电流表的内阻，由图像分析可得滑动变阻器的最大阻值Rx为Ω，使用的电源电动势为V。(3)根据以上实验数据可得绕制滑动变阻器的电阻丝的电阻率约为Ω•m（结果保留三位有效数字）。【答案】(1)(2)(3)【详解】（1）[1]游标卡尺的读数为[2]螺旋测微器的读数（2）[1][2]根据闭合电路的欧姆定律则有变形可得由戊图可得，解得，（3）由题可知，金属丝的总长度（金属丝的直径相对于金属圆筒的直径较小，计算时可以忽略），金属丝的横截面积，根据电阻定律代入数据解得2．（2025·安徽·一模）某同学想测量某未知电阻的阻值：(1)用多用表的欧姆挡先粗测电阻的阻值，他选择的倍率为“×1k”，测量时指针如图所示，则待测电阻的阻值为。(2)该同学想精确测量该未知电阻的阻值，要求电表示数可以从0开始调节，设计如下实验。实验器材：A．电压表（量程0~1V，内阻为）B．电压表（量程0~3V，内阻约）C．电流表A（量程0~0.6A，内阻约5）D．滑动变阻器（最大阻值为）E．滑动变阻器（最大阻值为）F．电源E（电动势约3V，内阻不计）G．开关S，导线若干完成下列填空：①滑动变阻器选（填写器材前的选项序号）。②在方框中画出设计的实验电路，并标注所选器材的符号。③由实验电路得到未知电阻阻值的表达式为（用已知量和所选电表测得的物理量的字母表示，电表，、A的示数可用、，I表示）。【答案】(1)11/11.0(2)D【详解】（1）选择的倍率为“×1k”，根据题图可知待测电阻的阻值为（2）[1]要求电表示数可以从0开始调节，故滑动变阻器采用分压法，选最大阻值较小的滑动变阻器更便于测量，故滑动变阻器选D；[2]计算流过待测电阻的最大电流而电流表量程为0.6A，相差很大，故电流表不能使用，该题选择利用两块电压表进行测电阻，实验电路图如图所示[3]待测电阻两端的电压为，流过的电流为，故的阻值为3．（2025·安徽·一模）某兴趣小组利用半封闭可调内阻电池研究闭合电路的规律，其实物图和工作的电路图如图（1）、图（2）所示。图（2）中M为电池的正极，N为电池的负极、b为一组实验探针，与正负极非常接近但不与其接触，a、b与数字电压表连接，用于测量内电压数字电压表并联在电阻箱两端，用于测量路端电压数字电流表A接在干路中，用于测量干路电流I。(1)注射器抽气或充气使中间液面升降，从而改变电池的内阻，充气后，液面填“升高”或“下降”，电池内阻将填“变大”或“变小”(2)保持内电路不变，调节电阻箱的阻值，记录两电压表示数和、电流表示数I、电阻箱阻值，数据如表所示。由数据可得，电池电动势；序号U外/VU内/VI/AR外/Ω12.0500.0000.000∞21.9370.1010.0306331.9100.1200.0365241.8790.1450.0444151.8200.1860.05730(3)根据数据，作出图像和图像，如图（3）、图（4）所示。图像斜率的绝对值为、图像的斜率为，可得填“>”“=”或“<”，在操作和读数均无误的情况下，得到上述结果的原因可能是。回答一个即可【答案】(1)下降变大(2)(3)>内阻偏小、电表不理想【详解】（1）[1][2]由电阻定律知，充气后中心液面下降致横截面积变小，故电阻变大。（2）电源电动势等于电源未接入电路即外电路电阻无穷大时电源两端电压，则电池电动势（3）[1]由图像可知[2]图像斜率的绝对值等于电源内阻，图像的斜率即电源内阻，理论值应相等，但电源内阻应是电源两级间电解液的阻值，两探针只是非常靠近两极，导致测量的内阻偏小；数字电压表测量电阻箱电压，该值小于真实路端电压值，是由导线电阻和接触电阻所致。4．（2025·安徽马鞍山·一模）某物理兴趣小组做测定圆柱形导体电阻率的实验。(1)先用刻度尺测出圆柱形导体的长度，再用螺旋测微器测量圆柱形导体的直径如图甲所示，其读数为mm；(2)实验小组用多用电表测量出该导体的阻值约为50Ω，为了更精确地测量其阻值，他们找来如下器材：A．电源E（电动势约3V，内阻约为0.5Ω）B．电流表A1（量程0~10mA，内阻r1=10Ω）C．电流表A2（量程0~60mA，内阻r2约为2.0Ω）D．滑动变阻器R0（最大阻值10Ω）E．定值电阻R1（阻值R1=30Ω）F．定值电阻R2（阻值R2=290Ω）G．开关S，导线若干①依据上述实验器材，设计图乙所示的电路测量圆柱形电阻Rx的阻值，开关S闭合前，滑片P应置于滑动变阻器的端（选填“a”或“b”）；②依据图乙的电路图，该导体阻值Rx=（用电流表A1的示数I1、电流表A2的示数I2、电流表A1的内阻r1、与电流表A1串联的定值电阻用R表示）；③图乙中，与电流表A1串联的定值电阻R应选（选填“R1”或“R2”）；(3)不考虑偶然误差的情况下，用该方法测量的圆柱形导体电阻率ρ测ρ真（选填“大于”“等于”或“小于”）。【答案】(1)4.650/4.648/4.649/4.651/4.652(2)aR2(3)等于【详解】（1）螺旋测微器的读数为固定刻度与可动刻度之和，所以（2）[1]开关S闭合前，应将待测电路短路，即滑片P应置于滑动变阻器的a端；[2]根据欧姆定律可得[3]改装电压表时，应将电流表与较大电阻串联，即定值电阻选择R2，此时量程为（3）不考虑偶然误差的情况下，由于电压表分流可知，所以用该方法测量的圆柱形导体电阻率的测量值等于真实值。5．（2025·安徽黄山·一模）力敏电阻是一种将机械力转换为电信号的特殊原件，它的工作原理是利用半导体材料的电阻随所受压力大小改变而改变，主要用于各种张力计、转矩计、加速度计、半