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2016高考物理二轮复习 考前保温训练8 物理实验(含解析)


考前保温训练(八)
(限时 30 分钟)

物理实验

1.某同学用图甲所示装置进行“探究恒力做功与动能改变的关系”实验.平衡摩擦力 后,通过实验得到图乙所示的纸带.纸带上 O 为小车运动起始时刻所打的点,选取时间间隔 为 0.1 s 的相邻计数点 A、B、C、D、E、F.实验时小车的质量为 0.390 kg,小车受到细绳的 拉力

为 0.40 N.回答下列问题:(计算结果保留 3 位有效数字)



乙 (1)小车从 O 到 E,所受合力做的功 W=________J;动能变化量 Δ Ek=________J. (2)实验中该同学发现 W 略大于 Δ Ek,其主要原因是_________(写出一条即可). 答案:(1)0.188 度回答) 解析:(1)合力做的功 W=FxOE=0.4×46.90×10 1 1 动能的变化量 Δ Ek= mv2E-0= ×0.390× 2 2
-2

0.180 (2)小车受到空气阻力的作用(纸带阻力等,从系统误差的角

J=0.188 J

??57.00-37.80?×10-2?2 J-0=0.180 J. ? ? 2×0.1 ? ?
(2)虽然平衡了摩擦力,但是每次运动中空气或纸带的阻力做负功,所以 W 略大于 Δ Ek. 2.(1)用 20 分度的游标卡尺测量某工件的内径时,示数如图甲所示,由图可知其长度 为________cm;用螺旋测微器测量某圆柱体的直径时,示数如图乙所示,由图可知其直径为 ________mm.
-1-

(2)某同学采用如图丙所示的装置探究物体的加速度与所受合力的关系.用砂桶和砂的 重力充当小车所受合力 F;通过分析打点计时器打出的纸带,测量加速度 a.分别以合力 F 和 加速度 a 作为横轴和纵轴,建立坐标系.根据实验中得到的数据描出如图丁所示的点迹,结 果跟教材中的结论不完全一致.该同学列举产生这种结果的可能原因如下:

①在平衡摩擦力时将木板右端垫得过高; ②没有平衡摩擦力或者在平衡摩擦力时将木板右端垫得过低; ③砂桶和砂的质量过大,不满足砂桶和砂的质量远小于小车质量的实验条件; ④测量小车的质量或者加速度时的偶然误差过大. 通过进一步分析,你认为比较合理的原因可能是( A.①和④ C.①和③ 答案:(1)5.015 4.700 (2)C 解析:(1)游标卡尺读数 50 mm+0.05×3 mm=50.15 mm=5.015 cm. 螺旋测微器读数 4.5 mm+0.01×20.0 mm=4.700 mm. )

B.②和③ D.②和④

-2-

(2)由题图丁可知当 F=0 时,a≠0,则 Mgsin θ >f,说明 θ 角偏大,右端垫得过高; 图象的末端不是直线说明砂桶和砂的总质量 m0 和小车质量 M 不满足 m0? M 的关系,所以只有 C 选项正确. 3.已知电阻丝的电阻约为 10 Ω ,现备有下列器材供测量该电阻丝的电阻时选用,应选 用的器材有________(只填代号).画出用伏安法测上述电阻丝的电阻时的电路图.

A.量程是 0.6 A,内阻是 0.5 Ω 的电流表; B.量程是 3 A,内阻是 0.1 Ω 的电流表; C.量程是 3 V,内阻是 6 kΩ 的电压表; D.量程是 15 V,内阻是 30 kΩ 的电压表; E.阻值为 0~1 kΩ ,额定电流为 0.5 A 的滑动变阻器; F.阻值为 0~10 Ω ,额定电流为 2 A 的滑动变阻器; G.蓄电池(6 V); H.开关一个,导线若干.

答案:ACFGH 电路图如图所示 解析:①先选 H 和电源 G. ②选电流表 6 电源选定后可估算总电流,不连入滑动变阻器时干路电流最大值 Imax= A=0.6 A,因 10 此电流表选 A.若选 B 表,会有以下不足:首先 0.6 A 电流太小,指针偏转范围不足总刻度的 三分之一,读数时误差较大;其次电流表的满偏电流越大,分度值即精确度越低,故不选 B. ③选电压表 若选 C 表,量程 3 V,则流过 R 的电流要被控制在 0.3 A 以下,由上面所选 A 电流表的

-3-

量程知,此时其指针可偏转较大. 若选 D 表,电压表为 15 V 量程时,精确度太低,为实现电压表和电流表精确度的匹配, 应选 C 表而不选 D 表. ④选变阻器 由于上面所选的是量程为 3 V 的电压表,滑动变阻器用限流接法时,选 0~10 Ω 的变 阻器时阻值太小(电阻丝电压超过电压表量程),选用 0~1 000 Ω 的变阻器时阻值太大(调节 不方便),因此决定滑动变阻器采用分压电路的连接方式.由于电阻丝阻值约为 10 Ω ,为在 3 V、0.3 A 以下范围内调节滑动变阻器,读取几组测量值,滑动变阻器应选 0~10 Ω 的.不 选用 0~1 000 Ω 的滑动变阻器,一是因为其阻值太大,调压不灵敏;二是在满足要求的情 况下,应尽量选用小规格的器材. ⑤确定电流表的接法 由 Rx= 10 Ω ,RA=0.5 Ω ,RV=6 kΩ 分析可知,为减小 RA 分压带来的误差,应选用 电流表外接法. 选用实验器材一般应根据实验原理掌握“可行”“精确”和“方便”的原则.“可行” 是指选用的实验器材要能保持实验的正常进行;“精确”是指选用的实验器材要考虑尽可能 地减小实验误差(如电表的指针偏转要求较大);“方便”是指选用的实验器材要便于操作. 4.某同学为了测定一只电阻的阻值,采用了如下方法: (1)用多用电表粗测:多用电表电阻挡有 4 个倍率:分别为×1 k、×100、×10、×1, 该同学选择×100 倍率,用正确的操作步骤测量时,发现指针偏转角度太大(指针位置如图中 虚线所示).为了较准确地进行测量,请你补充完整下列依次应该进行的主要操作步骤:

a.___________________________________________________.
-4-

b.两表笔短接,调节欧姆调零旋钮,使指针指在 0 Ω 处. c .重新测 量并读数,若这时刻度盘上的指针位置如图中实线所示,测量结果 是 ________Ω . (2)为了尽量准确测该电阻,要求测量时,电表指针有较大偏转,测量多组数据.除被 测电阻外,还备有如下实验仪器,请选择仪器,设计实验电路. A.电压表 V(量程 50 V、内阻约为 25 kΩ ) B.电流表 A1(量程 500 mA、内电阻 r1=20 Ω ) C.电流表 A2(量程 100 mA、内电阻约 5 Ω ) D.定值电阻 R0(80 Ω ) E.滑动变阻器 R(0~10 Ω ) F.电源:电动势 E=6 V,内电阻较小 G.导线、开关若干 请在虚线框内画出能准确测量电阻 R 的电路图(要求在电路图上标出元件符号).请根据 设计的电路图写出 Rx 的测量值表达式 Rx=________.

答案:(1)a.换用×10 倍率的挡位 c.120 (2)电路图见解析

I1 (R0+r) I2-I1

解析:(1)由题知选择×100 倍率的电阻挡,正确操作时,发现多用电表的指针偏转角度 太大,由多用电表的电阻刻度特点可知,为了使读数准确,指针要摆到表盘中央附近,则要 把×100 倍率挡换成×10 倍率挡.由欧姆表盘的读数规则可知测量结果为 12.0×10 Ω =120 Ω. (2)已知电源电动势 E=6 V,而电压表 V 的量程为 50 V,相比较可得知,此电压表不可 选,误差太大;由电源电动势 E=6 V,被测阻值约 120 Ω ,可知:通过 Rx 的最大电流约为 I = =50 mA;此题要用伏安法测电阻,测量中表的指针要有较大角度偏转误差才会较小,同 时知 A1 的量程和内电阻,可将定值电阻 R0 与 A1 串联改装成一电压表测 Rx 两端的电压;滑动变 阻器 R=10 Ω 比被测电阻 Rx 小得多,则采取分压式接法,则电路图如图所示:

E Rx

-5-

由电路图可知,Rx 两端电压 Ux=I1(R0+r1)

Rx 中的电流 Ix=I2-I1
则 Rx= =

Ux I1 (R0+r1). Ix I2-I1

5.某小组利用图示实验装置来测定滑块与桌面之间的动摩擦因数, 其中, a 是滑块(可视 为质点),b 是可以固定于桌面的滑槽(滑槽末端与桌面相切).实验操作步骤如下:

A.将滑槽固定于水平桌面的右端,滑槽的末端与桌面的右端 M 对齐,让滑块 a 从滑槽 上最高点由静止滑下,落在水平地面上的 P 点,并测出桌面的高度 MO 为 h,OP 距离为 x0; B.将滑槽沿桌面向左移动一段距离,测出滑槽的末端 N 与桌面的右端 M 的距离为 L,让 滑块 a 再次从滑槽上最高点由静止滑下,落在水平地面上的 P′点,测出 OP′距离为 x;改变

L,重复上述步骤,分别记录实验数据.
不计空气阻力.请回答下列问题: (1)实验________(填“需要”或“不需要”)测量滑块的质量 m.

(2)根据实验记录的数据作出 x ?L 关系的图象如图所示,若图中纵截距为 x0,横截距为

2

2

L0,则可求出滑块 a 与桌面间的动摩擦因数的表达式是 μ =________.
(3)若更换不同材料的滑槽使滑块 a 与滑槽 b 间摩擦阻力减小,则滑块 a 与桌面间的动 摩擦因数的测量结果将________(填“偏大”、“偏小”或“不变”).

x2 0 答案:(1)不需要 (2) (3)不变 4hL0
解析:滑块 a 从滑槽上最高点由静止滑到 M 点时的速度为 v0,则根据平抛运动的知识可

-6-

1 2 得 x0=v0t,h= gt ,将滑槽左移一段距离 L 后,让滑块 a 再次从滑槽上最高点由静止滑下, 2 1 2 1 2 1 2 运动到 M 点的速度为 v,则有 x=vt,h= gt ,根据动能定理得-μ mgL= mv - mv0,联立各 2 2 2

x2 0 式可解得 x =x -4μ hL,由此式可知不需测量滑块的质量.再联系 x ?L 图象有 =4μ h,即 L0
2 2 0 2

μ = .若更换不同材料的滑槽使滑块 a 与滑槽 b 间摩擦阻力减小,滑块 a 与桌面间的动摩 4hL0 擦因数的测量结果将不变. 6.有些材料的电阻率随压力作用而变化,这种现象称为“压阻效应”,这种材料可以 制成压力传感器.现用如图甲所示的电路先研究某长薄板电阻 Rx 的压阻效应,然后将其改装 为传感器.已知 Rx 的阻值变化范围为几欧到十几欧,实验室中有下列器材:

x2 0

甲 A.电源 E(3 V,内阻不计) B.电流表 A1(3 mA,内阻 r1=10 Ω ) C.电流表 A2(300 mA,内阻 r2 约为 1 Ω ) D.电压表 V(15 V,内阻约 5 kΩ ) E.电阻箱 R1(最大阻值为 10 000 Ω ) F.定值电阻 R0=3 Ω G.开关 S 及若干导线 (1)为了比较准确地测量电阻 Rx,请完成图甲中虚线框内电路图的设计. (2)要测量电阻 Rx,在电阻 Rx 上加一个竖直向上的力 F(设竖直向下为正方向),闭合开 关 S 后,需要读取的数据为_______(用字母表示,并指明字母表示的测量量),求解电阻 Rx 的 表达式为 Rx=________(用所测物理量的字母表示). (3)根据实验测量结果,作出压阻元件的 Rx?F 图象,如图乙所示,将这种压阻元件与一

-7-

个电流表串联接入如图丙所示电路将电流表改装成测量压力的仪表.若定值电阻 R0=14 Ω , 电源和电流表内阻不计,电源电动势为 3 V,则应将电流表刻度为________A 处改为 0 N,将 电流表刻度为________A 处改为 4.5 N.



丙 答案:(1)如图所示

(2)电流表 A1 的示数 I1,电流表 A2 的示数 I2,电阻箱的示数 R1

I1?r1+R1? (3)0.1 I2-I1
-8-

0.143 解析:(1)由题图乙知,被测电阻 Rx 大小在 7~16 Ω 之间, 则电路中电流最大为 0.43 A, 电路中有保护电阻 R0,电流小于 0.3 A,电流表选 A2.电源电动势为 3 V,电压表量程太大, 不能准确测量,应将电流表 A1 与电阻箱串联,改装成量程为 3 V 的电压表,需要串联阻值为 990 Ω 的电阻,改装后电压表总内阻为 1 000 Ω ,被测量电阻为小电阻,电流表 A2 采用外接 法. (2)闭合开关后,需要读出电流表 A1 的示数 I1,电流表 A2 的示数 I2,电阻箱的示数 R1, 则电阻 Rx 的表达式为 Rx=

I1?r1+R1? . I2-I1

(3)压力为 0 N 时,压阻元件的电阻为 16 Ω ,由欧姆定律得电流为 0.1 A;当压力为 4.5 N 时,压阻元件的电阻为 7 Ω ,电流为 0.143 A.

-9-


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