专题十七 实验
力学实验
实验过关练
实验一 测量做直线运动物体的瞬时速度
1.[2023浙江1月选考,16Ⅰ(1)]在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验中,实验装置如图1所示。
①需要的实验操作有 (多选);
A.调节滑轮使细线与轨道平行
B.倾斜轨道以补偿阻力
C.小车靠近打点计时器静止释放
D.先接通电源再释放小车
②经正确操作后打出一条纸带,截取其中一段如图2所示。选取连续打出的点0、1、2、3、4为计数点,则计数点1的读数为 cm。已知打点计时器所用交流电源的频率为50 Hz,则打计数点2时小车的速度大小为 m/s(结果保留3位有效数字)。
答案 ①ACD ②2.70~2.80 1.45~1.50
2.(2023全国甲,23,10分)某同学利用如图(a)所示的实验装置探究物体做直线运动时平均速度与时间的关系。让小车左端和纸带相连,右端用细绳跨过定滑轮和钩码相连。钩码下落,带动小车运动,打点计时器打出纸带。某次实验得到的纸带和相关数据如图(b)所示。
(1)已知打出图(b)中相邻两个计数点的时间间隔均为0.1 s。以打出A点时小车的位置为初始位置,将打出B、C、D、E、F各点时小车的位移Δx填到表中,小车发生相应位移所用时间和平均速度分别为Δt和。表中ΔxAD= cm,= cm/s。
位移区间 AB AC AD AE AF
Δx(cm) 6.60 14.60 ΔxAD 34.90 47.30
(cm/s) 66.0 73.0 87.3 94.6
(2)根据表中数据,得到小车平均速度随时间Δt的变化关系,如图(c)所示。在图(c)中补全实验点。
(3)从实验结果可知,小车运动的 Δt图线可视为一条直线,此直线用方程=kΔt+b表示,其中k= cm/s2,b= cm/s。(结果均保留3位有效数字)
(4)根据(3)中的直线方程可以判定小车做匀加速直线运动,得到打出A点时小车的速度大小vA= ,小车的加速度大小a= 。(结果用字母k、b表示)
答案 (1)24.00 80.0 (2)如图所示
(3)71.5(70.0~73.0均得分) 59.0(58.2~59.8均得分) (4)b 2k
实验二 探究弹簧弹力与形变量的关系
3.(2021广东,11,7分)某兴趣小组测量一缓冲装置中弹簧的劲度系数。缓冲装置如图所示,固定在斜面上的透明有机玻璃管与水平面夹角为30°,弹簧固定在有机玻璃管底端。实验过程如下:先沿管轴线方向固定一毫米刻度尺,再将单个质量为200 g的钢球(直径略小于玻璃管内径)逐个从管口滑进,每滑进一个钢球,待弹簧静止,记录管内钢球的个数n和弹簧上端对应的刻度尺示数Ln,数据如表所示。实验过程中弹簧始终处于弹性限度内。采用逐差法计算弹簧压缩量,进而计算其劲度系数。
n 1 2 3 4 5 6
Ln/cm 8.04 10.03 12.05 14.07 16.11 18.09
(1)利用ΔLi=Li+3-Li(i=1,2,3)计算弹簧的压缩量:ΔL1=6.03 cm,ΔL2=6.08 cm,ΔL3= cm,压缩量的平均值== cm;
(2)上述是管中增加 个钢球时产生的弹簧平均压缩量;
(3)忽略摩擦,重力加速度g取9.80 m/s2,该弹簧的劲度系数为 N/m(结果保留3位有效数字)。
答案 (1)6.04 6.05 (2)3 (3)48.6
4.(2024届广东摸底联考,13)一根弹簧被截成相等的两段后,每段的劲度系数是否与被截断前相同 为了弄清楚这个问题,物理兴趣小组的同学设计了这样一个实验:如图甲所示,将弹簧的一端固定在水平桌面O点处的挡板上,弹簧处于原长状态,在弹簧的中间位置和另一端分别固定一个用于读数的指针a和b,然后用细线拴住弹簧右端并绕过光滑定滑轮,细线另一端拴有轻质挂钩。在弹簧下面放一刻度尺,使毫米刻度尺零刻度线与O点对齐,首先记录自然状态下两指针所指的刻度,然后在挂钩上依次悬挂1个、2个、3个……钩码,同时记录每次a、b两指针所指的刻度xa、xb并各自计算出其长度的变化量Δxa、Δxb,将数据填入下列表格,已知每个钩码的重力均为0.1 N。
钩码 个数 0 1 2 3 4 5 6
xa/ cm 12.68 13.69 14.68 15.69 16.67 17.68 18.66
Δxa/ cm 0 1.01 2.00 3.01 3.99 5.00 5.98
xb/ cm 25.35 27.35 29.36 31.35 33.35 35.34 37.35
Δxb/ cm 0 2.00 4.01 6.00 8.00 9.99 12.00
(1)以钩码重力为纵坐标,Δx为横坐标建立如图乙所示的坐标系,请根据表中数据,在图乙中分别描点并作出G Δxa、G Δxb两条图线。
(2)根据图像可知,Oa段弹簧的劲度系数k1= N/m,Ob段弹簧的劲度系数k2= N/m。(结果保留两位有效数字)
(3)由本实验可知,一根弹簧被截成相等的两段后,每段的劲度系数与没截断前相比将 (填“增大”“减小”或“不变”)。
答案 (1)作出图线如图所示。
(2)10 5.0 (3)增大
实验三 探究两个互成角度的力的合成规律
5.(2023全国乙,22,5分)在“验证力的平行四边形定则”的实验中使用的器材有:木板、白纸、两个标准弹簧测力计、橡皮条、轻质小圆环、刻度尺、铅笔、细线和图钉若干。完成下列实验步骤:
①用图钉将白纸固定在水平木板上。
②将橡皮条的一端固定在木板上,另一端系在轻质小圆环上。将两细线也系在小圆环上,它们的另一端均挂上测力计。用互成一定角度、方向平行于木板、大小适当的力拉动两个测力计,小圆环停止时由两个测力计的示数得到两拉力F1和F2的大小,并 。(多选,填正确答案标号)
A.用刻度尺量出橡皮条的长度
B.用刻度尺量出两细线的长度
C.用铅笔在白纸上标记出小圆环的位置
D.用铅笔在白纸上标记出两细线的方向
③撤掉一个测力计,用另一个测力计把小圆环拉到 ,由测力计的示数得到拉力F的大小,沿细线标记此时F的方向。
④选择合适标度,由步骤②的结果在白纸上根据力的平行四边形定则作F1和F2的合成图,得出合力F'的大小和方向;按同一标度在白纸上画出力F的图示。
⑤比较F'和F的 ,从而判断本次实验是否验证了力的平行四边形定则。
答案 ②CD ③同一位置 ⑤大小和方向
6.(2024届广东四校10月联考,11)“探究力的平行四边形定则”实验如图甲所示,其中A为固定橡皮筋的图钉,O为橡皮筋与细绳的结点,OB和OC为细绳。图乙所示是在白纸上根据实验结果画出的图。
(1)某次实验操作中,与细绳OC相连的弹簧测力计示数如图丙所示,则读数为 N。
(2)图乙中的F与F'两力中,方向和细绳AO方向相同的是 (选填“F”或“F'”)。
(3)关于该实验,下列说法正确的是 。
A.记录F1、F2和F'的方向时,应把笔紧贴细绳在白纸上画线
B.细绳OB、OC必须等长
C.本实验必须使用量角器量出F1与F2的夹角
D.作图时,两个弹簧测力计对应的力的标度必须相同
答案 (1)2.50 (2)F' (3)D
7.(2024届广东六校二联,11)小李同学设计了一个简单证明力的平行四边形定则的实验,他找来刻度尺、三角板、白纸、木板、三枚图钉和三根完全相同的橡皮筋(遵循胡克定律)来完成该实验。将三根橡皮筋的一端系在一起成为一个结点O,分别用三枚图钉A、B、C将三根橡皮筋拉长后的另外一端钉在铺有白纸的木板上,如图所示。
(1)下列选项中哪些是完成该实验需要进行的步骤 ( )
A.测量橡皮筋的劲度系数
B.测量橡皮筋的自然长度
C.在白纸上记录结点O的位置,标记为O点
D.在白纸上记录三枚图钉A、B、C的位置,分别标记为a、b、c点
(2)完成(1)问中需要的步骤后取下图钉和橡皮筋,用刻度尺在白纸上画出直线Oa、Ob、Oc,并测量 ,算出三根橡皮筋的伸长量,并按照伸长量的比例在O点作出三个力的图示,任意选两个力为邻边作平行四边形,证明其对角线 ,从而可证明“力的平行四边形定则”。
答案 (1)BCD (2)Oa、Ob、Oc的长度 与第三个力几乎等大反向
实验四 探究加速度与物体受力、物体质量的关系
8.(2020北京,15,9分)在“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”实验中,做如下探究:
(1)为猜想加速度与质量的关系,可利用图1所示装置进行对比实验。两小车放在水平板上,前端通过钩码牵引,后端各系一条细线,用板擦把两条细线按在桌上,使小车静止。抬起板擦,小车同时运动,一段时间后按下板擦,小车同时停下。对比两小车的位移,可知加速度与质量大致成反比。关于实验条件,下列正确的是: (选填选项前的字母)。
A.小车质量相同,钩码质量不同
B.小车质量不同,钩码质量相同
C.小车质量不同,钩码质量不同
(2)某同学为了定量验证(1)中得到的初步关系,设计实验并得到小车加速度a与质量M的7组实验数据,如表所示。在图2所示的坐标纸上已经描好了6组数据点,请将余下的一组数据描在坐标纸上,并作出a 图像。
次数 1 2 3 4 5 6 7
a/(m·s-2) 0.62 0.56 0.48 0.40 0.32 0.24 0.15
M/kg 0.25 0.29 0.33 0.40 0.50 0.71 1.00
(3)在探究加速度与力的关系实验之前,需要思考如何测“力”。请在图3中画出小车受力的示意图。为了简化“力”的测量,下列说法正确的是: (选填选项前的字母)。
A.使小车沿倾角合适的斜面运动,小车受力可等效为只受绳的拉力
B.若斜面倾角过大,小车所受合力将小于绳的拉力
C.无论小车运动的加速度多大,砂和桶的重力都等于绳的拉力
D.让小车的运动趋近于匀速运动,砂和桶的重力才近似等于绳的拉力
答案 (1)B (2)如图所示
(3)如图所示 AD
9.(2023届揭阳惠来一中模拟,11)图(a)装置可以研究物体质量一定时,其加速度与合力的关系。实验时,气垫导轨水平放置,右侧适当位置的上方固定光电门,调整定滑轮的高度,使滑块与滑轮间的细绳水平。
(1)测量前,力传感器 调零(选填“需要”或“不需要”)。
(2)在右侧吊篮中放入砝码,将滑块由静止释放,力传感器测得细绳中的拉力F,光电门测得宽度为d的挡光片的挡光时间Δt。保持滑块质量不变,逐渐增加吊篮中砝码的个数,再将滑块由静止释放,测得多组拉力F和对应的挡光时间Δt。建立图(b)所示的坐标系,若希望从图像方便而又准确地得出加速度与合力的关系,则每次滑块 (选填“必须”或“不必”)从相同位置释放,挡光片宽度 改变(选填“可以”或“不可以”)。
(3)某同学依据采集的数据绘出图(b)所示的图线,并得出图线的斜率k,从轨道标尺上读出滑块释放位置与光电门之间的距离x,则滑块与挡光片的总质量M= (用k、x、d表示)。
(4)为了提高实验的准确度,可以采取的措施有 。
A.选择宽度较小的挡光片
B.适当增大滑块释放位置与光电门之间的距离
C.增大滑块的质量
答案 (1)需要 (2)必须 不可以 (3) (4)AB
10.(2023届韶关综合测试,11)李华同学利用图甲所示的装置“探究加速度与物体质量的关系”,实验中通过拉力传感器将细线中拉力大小的信息传输给数据采集系统。
(1)在细线与木板调整平行和平衡摩擦力后,往砝码盘中放入适当的砝码,接通电源。释放小车,记录拉力传感器的读数为F,从纸带上获得数据求出加速度;在小车上添加砝码并改变砝码盘中砝码的质量,使拉力传感器的示数仍然为F;如此反复实验,可获得小车的总质量M(含拉力传感器和所添加砝码)和加速度a的多组实验数据,作出a M图像或a 图像,下列图像正确的是 (填正确答案标号)。
(2)图乙是李华同学在实验过程中打出的一条点迹清晰的纸带,打点计时器打点的频率为50 Hz,相邻两个计数点间还有四个点未画出。从图中所给的刻度尺上读出C、D两点间的距离s3= cm;该小车的加速度a= m/s2(计算结果保留2位有效数字)。
(3)在本实验中,砝码盘和砝码的总质量 (选填“一定要远大于”“可以大于”或“一定要远小于”)小车的总质量M。
答案 (1)D (2)1.10 0.20 (3)可以大于
实验五 探究平抛运动的特点
11.[2023浙江6月选考,16Ⅰ(1)]在“探究平抛运动的特点”实验中
①用图1装置进行探究,下列说法正确的是 。
A.只能探究平抛运动水平分运动的特点
B.需改变小锤击打的力度,多次重复实验
C.能同时探究平抛运动水平、竖直分运动的特点
②用图2装置进行实验,下列说法正确的是 。
A.斜槽轨道M必须光滑且其末端水平
B.上下调节挡板N时必须每次等间距移动
C.小钢球从斜槽M上同一位置静止滚下
③用图3装置进行实验,竖直挡板上附有复写纸和白纸,可以记下钢球撞击挡板时的点迹。实验时竖直挡板初始位置紧靠斜槽末端,钢球从斜槽上P点静止滚下,撞击挡板留下点迹0,将挡板依次水平向右移动x,重复实验,挡板上留下点迹1、2、3、4。以点迹0为坐标原点,竖直向下建立坐标轴y,各点迹坐标值分别为y1、y2、y3、y4。重力加速度为g,测得钢球直径为d,则钢球平抛初速度v0为 。
A. B.
C. D.
答案 ①B ②C ③D
12.(2023北京,16,10分)用频闪照相记录平抛小球在不同时刻的位置,探究平抛运动的特点。
(1)关于实验,下列做法正确的是 (选填选项前的字母)。
A.选择体积小、质量大的小球
B.借助重垂线确定竖直方向
C.先抛出小球,再打开频闪仪
D.水平抛出小球
(2)图1所示的实验中,A球沿水平方向抛出,同时B球自由落下,借助频闪仪拍摄上述运动过程。图2为某次实验的频闪照片。在误差允许范围内,根据任意时刻A、B两球的竖直高度相同,可判断A球竖直方向做 运动;根据 ,可判断A球水平方向做匀速直线运动。
(3)某同学使小球从高度为0.8 m的桌面水平飞出,用频闪照相拍摄小球的平抛运动(每秒频闪25次),最多可以得到小球在空中运动的 个位置。
(4)某同学实验时忘了标记重垂线方向。为解决此问题,他在频闪照片中,以某位置为坐标原点,沿任意两个相互垂直的方向作为x轴和y轴正方向,建立直角坐标系xOy,并测量出另外两个位置的坐标值(x1,y1)、(x2,y2),如图3所示。根据平抛运动规律,利用运动的合成与分解的方法,可得重垂线方向与y轴间夹角的正切值为 。
答案 (1)ABD (2)自由落体 相等时间内A球水平分位移相等 (3)11 (4)
13.(2023届湛江一模,11)某物理小组利用如图甲所示的装置探究平抛运动规律。在斜槽轨道的末端安装一个光电门,调节激光束与实验所用小钢球的球心等高,斜槽末端切线水平,又分别在该装置正上方A处和右侧正前方B处安装频闪摄像头进行拍摄,钢球从斜槽上的固定位置无初速度释放,通过光电门后抛出,测得钢球通过光电门的平均时间为2.10 ms,得到的频闪照片如图丙所示,O为抛出点,P为运动轨迹上某点,g取9.80 m/s2。
甲
乙
丙
(1)用50分度游标卡尺测得钢球直径如图乙所示,则钢球直径d= mm,由此可知钢球通过光电门的速度v= m/s(此空结果保留两位小数)。
(2)在图丙中,B处摄像头所拍摄的频闪照片为 (选填“a”或“b”)。
(3)测得图丙a中O、P距离为59.10 cm,b中O、P距离为44.10 cm,则钢球平抛的初速度大小v0= m/s(结果保留两位小数)。
(4)通过比较钢球通过光电门的速度v与由平抛运动规律解得的平抛初速度v0的关系,验证平抛运动的规律。
答案 (1)4.20 2.00 (2)b (3)1.97
实验六 探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系
14.[2023浙江1月选考,16Ⅰ(2)]“探究向心力大小的表达式”实验装置如图所示。
①采用的实验方法是 ;
A.控制变量法
B.等效法
C.模拟法
②在小球质量和转动半径相同的情况下,逐渐加速转动手柄到一定速度后保持匀速转动。此时左右标尺露出的红白相间等分标记的比值等于两小球的 之比(选填“线速度大小”、“角速度平方”或“周期平方”);在加速转动手柄过程中,左右标尺露出红白相间等分标记的比值 (选填“不变”、“变大”或“变小”)。
答案 ①A ②角速度平方 不变
15.(2024届广州越秀高中10月阶段考,11)某物理兴趣小组利用传感器进行“探究向心力大小F与半径r、角速度ω、质量m的关系”实验,实验装置如图甲所示,力传感器固定在竖直转轴上,水平直杆随竖直转轴一起转动,滑块与角速度传感器固定在一起,总质量为m,滑块套在水平直杆上,细线一端连接角速度传感器,另一端连接力传感器,细线拉力的大小可以通过力传感器测得,滑块转动的角速度通过角速度传感器测得。
(1)小组同学先让一个滑块做半径r为0.20 m的圆周运动。得到图乙中②图线。然后保持滑块质量不变,再将运动的半径r分别调整为0.14 m、0.16 m、0.18 m、0.22 m,在同一坐标系中又分别得到图乙中⑤④③①四条图线。请分析这五组图像不过坐标原点的原因: 。
(2)因图乙中图线不便于研究F与ω的关系,对②图线的数据进行处理,获得了F x图像,如图丙所示,该图像是一条直线,则图像横坐标x代表的是 。(用半径r、角速度ω、质量m中一个量表示)
(3)在对②图线的数据进行处理获得F x图像过程中所应用的物理思想与下面哪个或哪些实验是相同的 ( )
A.探究两个互成角度的力的合成规律
B.当物体受力不变,探究加速度与物体质量的关系
C.研究匀变速直线运动时,用v t图像求得物体运动的加速度
(4)对5条F ω图线进行比较分析,做F r图像,得到一条直线,则该直线的斜率为 (用半径r、角速度ω、质量m中的一个或几个量表示)。
答案 (1)滑块受到摩擦力的作用 (2)ω2 (3)B (4)mω2
实验七 验证机械能守恒定律
16.(2022广东,11,7分)某实验小组为测量小球从某一高度释放,与某种橡胶材料碰撞导致的机械能损失,设计了如图(a)所示的装置,实验过程如下:
(1)让小球从某一高度由静止释放,与水平放置的橡胶材料碰撞后竖直反弹。调节光电门位置,使小球从光电门正上方释放后,在下落和反弹过程中均可通过光电门。
(2)用螺旋测微器测量小球的直径,示数如图(b)所示,小球直径d= mm。
(3)测量时,应 (选填“A”或“B”,其中A为“先释放小球,后接通数字计时器”,B为“先接通数字计时器,后释放小球”)。记录小球第一次和第二次通过光电门的遮光时间t1和t2。
(4)计算小球通过光电门的速度,已知小球的质量为m,可得小球与橡胶材料碰撞导致的机械能损失ΔE= (用字母m、d、t1和t2表示)。
(5)若适当调高光电门的高度,将会 (选填“增大”或“减小”)因空气阻力引起的测量误差。
答案 (2)7.885 (3)B (4)md2 (5)增大
17.[2023天津,9(1)]某同学用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律,接通气垫导轨气源,释放托盘与砝码,并测得:
a.遮光片的宽度d;
b.遮光片到光电门的距离l;
c.遮光片通过光电门的时间Δt;
d.托盘与砝码的质量m1,小车与遮光片的质量m2。
①小车通过光电门时的速度v= ;
②小车从释放到经过光电门的过程,系统重力势能的减少量为 ,动能的增加量为 ;
③改变l,做多组实验,作出如图乙以l为横轴、以为纵轴的图像,若系统机械能守恒,则图像的斜率k= 。
答案 ① ②m1gl (m1+m2) ③
实验八 验证动量守恒定律
18.(2023辽宁,11,8分)某同学为了验证对心碰撞过程中的动量守恒定律,设计了如下实验:用纸板搭建如图所示的滑道,使硬币可以平滑地从斜面滑到水平面上,其中OA为水平段。选择相同材质的一元硬币和一角硬币进行实验。
测量硬币的质量,得到一元和一角硬币的质量分别为m1和m2(m1>m2)。将硬币甲放置在斜面上某一位置,标记此位置为B。由静止释放甲,当甲停在水平面上某处时,测量甲从O点到停止处的滑行距离OP。将硬币乙放置在O处,左侧与O点重合,将甲放置于B点由静止释放。当两枚硬币发生碰撞后,分别测量甲、乙从O点到停止处的滑行距离OM和ON。保持释放位置不变,重复实验若干次,得到OP、OM、ON的平均值分别为s0、s1、s2。
(1)在本实验中,甲选用的是 (填“一元”或“一角”)硬币;
(2)碰撞前,甲到O点时速度的大小可表示为 (设硬币与纸板间的动摩擦因数为μ,重力加速度为g);
(3)若甲、乙碰撞过程中动量守恒,则= (用m1和m2表示),然后通过测得的具体数据验证硬币对心碰撞过程中动量是否守恒;
(4)由于存在某种系统或偶然误差,计算得到碰撞前后甲动量变化量大小与乙动量变化量大小的比值不是1,写出一条产生这种误差可能的原因:
。
答案 (1)一元 (2) (3) (4)①非理想的“对心”碰撞造成系统误差;②位移或质量的测量造成偶然误差;③两硬币实际与纸板间的动摩擦因数不同造成系统误差。其他符合题意的原因均可得分。
19.(2022全国甲,23,10分)利用图示的实验装置对碰撞过程进行研究。让质量为m1的滑块A与质量为m2的静止滑块B在水平气垫导轨上发生碰撞,碰撞时间极短,比较碰撞后A和B的速度大小v1和v2,进而分析碰撞过程是否为弹性碰撞。完成下列填空:
(1)调节导轨水平。
(2)测得两滑块的质量分别为0.510 kg和0.304 kg。要使碰撞后两滑块运动方向相反,应选取质量为 kg的滑块作为A。
(3)调节B的位置,使得A与B接触时,A的左端到左边挡板的距离s1与B的右端到右边挡板的距离s2相等。
(4)使A以一定的初速度沿气垫导轨运动,并与B碰撞,分别用传感器记录A和B从碰撞时刻开始到各自撞到挡板所用的时间t1和t2。
(5)将B放回到碰撞前的位置,改变A的初速度大小,重复步骤(4)。多次测量的结果如表所示。
1 2 3 4 5
t1/s 0.49 0.67 1.01 1.22 1.39
t2/s 0.15 0.21 0.33 0.40 0.46
k= 0.31 k2 0.33 0.33 0.33
(6)表中的k2= (保留2位有效数字)。
(7)的平均值为 (保留2位有效数字)。
(8)理论研究表明,对本实验的碰撞过程,是否为弹性碰撞可由判断。若两滑块的碰撞为弹性碰撞,则的理论表达式为 (用m1和m2表示),本实验中其值为 (保留2位有效数字);若该值与(7)中结果间的差别在允许范围内,则可认为滑块A与滑块B在导轨上的碰撞为弹性碰撞。
答案 (2)0.304 (6)0.31 (7)0.32 (8) 0.34
20.(2023届广东高考预测,13)用如图甲所示的装置验证“动量守恒定律”。
实验步骤如下:
①用绳子将质量为mA和mB的小球A和B悬挂在天花板上,两绳长相等;
②在A、B两球之间放入少量炸药,引爆炸药,两球向反方向摆起,用量角器记录两球偏离竖直方向的最大角度分别为α、β;
③多次改变炸药的量,使得小球摆起的最大角度发生变化,记录多组α、β值,以1- cos α为纵轴,1- cos β为横轴,绘制(1- cos α) (1- cos β)图像,如图乙所示。
回答下列问题:
(1)若两球动量守恒,应满足的表达式为 (用mA、mB、α、β表示)。
(2)图乙中(1- cos α) (1- cos β)图线的斜率为k,则A、B两球的质量的比值为 。
(3)若本次实验存在一定的误差,请分析可能的原因: 。
答案 (1)mA=mB (2)
(3)实验存在误差,可能的原因有用量角器测量角度时测量不准确会带来误差;小球爆炸后运动过程中存在空气阻力,会影响角度的大小。
实验九 用单摆测量重力加速度的大小
21.(2023重庆,11,7分)某实验小组用单摆测量重力加速度。所用实验器材有摆球、长度可调的轻质摆线、刻度尺、50分度的游标卡尺、摄像装置等。
(1)用游标卡尺测量摆球直径d。当量爪并拢时,游标尺和主尺的零刻度线对齐。放置摆球后游标卡尺示数如图甲所示,则摆球的直径d为 mm。
(2)用摆线和摆球组成单摆,如图乙所示。当摆线长度l=990.1 mm时,记录并分析单摆的振动视频,得到单摆的振动周期T=2.00 s,由此算得重力加速度g为 m/s2(保留3位有效数字)。
(3)改变摆线长度l,记录并分析单摆的振动视频,得到相应的振动周期。他们发现,分别用l和l+作为摆长,这两种计算方法得到的重力加速度数值的差异大小Δg随摆线长度l的变化曲线如图丙所示。由图可知,该实验中,随着摆线长度l的增加,Δg的变化特点是 ,原因是 。
答案 (1)19.20 (2)9.86 (3)逐渐减小并趋于稳定 摆线长度越长,小球半径相对摆线的长度就越小,小球半径对重力加速度测量的影响就越小
22.(2023新课标,23,12分)一学生小组做“用单摆测量重力加速度的大小”实验。
(1)用实验室提供的螺旋测微器测量摆球直径。首先,调节螺旋测微器,拧动微调旋钮使测微螺杆和测砧相触时,发现固定刻度的横线与可动刻度上的零刻度线未对齐,如图(a)所示,该示数为 mm;螺旋测微器在夹有摆球时示数如图(b)所示,该示数为 mm,则摆球的直径为 mm。
(2)单摆实验的装置示意图如图(c)所示,其中角度盘需要固定在杆上的确定点O处,摆线在角度盘上所指的示数为摆角的大小。若将角度盘固定在O点上方,则摆线在角度盘上所指的示数为5°时,实际摆角 5°(填“大于”或“小于”)。
(3)某次实验所用单摆的摆线长度为81.50 cm,则摆长为 cm。实验中观测到从摆球第1次经过最低点到第61次经过最低点的时间间隔为54.60 s,则此单摆周期为 s,该小组测得的重力加速度大小为 m/s2。(结果均保留3位有效数字,π2取9.870)
答案 (1)0.007(0.006、0.008均正确) 20.035(20.034、20.036均正确) 20.028(20.026~20.030均正确) (2)大于
(3)82.5 1.82 9.83
电学实验
实验过关练
实验十 观察电容器的充、放电现象
1.(2023新课标,22,6分)在“观察电容器的充、放电现象”实验中,所用器材如下:电池、电容器、电阻箱、定值电阻、小灯泡、多用电表、电流表、秒表、单刀双掷开关以及导线若干。
(1)用多用电表的电压挡检测电池的电压。检测时,红表笔应该与电池的 (填“正极”或“负极”)接触。
(2)某同学设计的实验电路如图(a)所示。先将电阻箱的阻值调为R1,将单刀双掷开关S与“1”端相接,记录电流随时间的变化。电容器充电完成后,开关S再与“2”端相接,相接后小灯泡亮度变化情况可能是 。(填正确答案标号)
A.迅速变亮,然后亮度趋于稳定
B.亮度逐渐增大,然后趋于稳定
C.迅速变亮,然后亮度逐渐减小至熄灭
(3)将电阻箱的阻值调为R2(R2>R1),再次将开关S与“1”端相接,再次记录电流随时间的变化情况。两次得到的电流I随时间t变化如图(b)中曲线所示,其中实线是电阻箱阻值为 (填“R1”或“R2”)时的结果,曲线与坐标轴所围面积等于该次充电完成后电容器上的 (填“电压”或“电荷量”)。
答案 (1)正极 (2)C (3)R2 电荷量
2.(2023山东,14,8分)电容储能已经在电动汽车,风、光发电,脉冲电源等方面得到广泛应用。某同学设计图甲所示电路,探究不同电压下电容器的充、放电过程,器材如下:
电容器C(额定电压10 V,电容标识不清);
电源E(电动势12 V,内阻不计);
电阻箱R1(阻值0~99 999.9 Ω);
滑动变阻器R2(最大阻值20 Ω,最大电流2 A);
电压表V(量程15 V,内阻很大);
发光二极管D1、D2,开关S1、S2,电流传感器,计算机,导线若干。
回答以下问题:
(1)按照图甲连接电路,闭合开关S1,若要升高电容器充电电压,滑动变阻器滑片应向 端滑动(填“a”或“b”)。
(2)调节滑动变阻器滑片位置,电压表表盘如图乙所示,示数为 V(保留1位小数)。
(3)继续调节滑动变阻器滑片位置,电压表示数为8.0 V时,开关S2掷向1,得到电容器充电过程的I t图像,如图丙所示。借鉴“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中估算油膜面积的方法,根据图像可估算出充电结束后,电容器存储的电荷量为 C(结果保留2位有效数字)。
(4)本电路中所使用电容器的电容约为 F(结果保留2位有效数字)。
(5)电容器充电后,将开关S2掷向2,发光二极管 (填“D1”或“D2”)闪光。
答案 (1)b (2)6.5 (3)3.8×10-3 (4)4.8×10-4 (5)D1
3.(2023届广东六校联考,12)电流传感器可以在电脑端记录电流随时间变化的图线,探究实验小组设计了如图甲所示的实验电路,探究电容器在不同电路中的充、放电现象。
(1)第一次探究中先将开关接1,待电路稳定后再接2。探究电容器充电及通过电阻放电的电流规律。
①已知电流从右向左流过电流传感器时,电流为正值,则与本次实验相符的I t图像是 。
②从I t图像的面积可以计算得出电容器电荷量的大小。关于本次实验探究,下列判断正确的是 。
A.若只增大电阻箱R的阻值,电容器放电的时间将变短
B.若只增大电阻箱R的阻值,I t图像的面积将增大
C.在误差允许的范围内,放电和充电图像的面积应大致相等
(2)第二次探究中,该同学先将开关接1给电容器充电,待电路稳定后再接3,探究LC振荡电路的电流变化规律。
①探究实验小组得到了振荡电路电流波形图像,选取了开关接3之后的LC振荡电流的部分图像如图乙所示,根据图像中记录的坐标信息可知,振荡电路的周期T= s(结果保留2位有效数字)。
②如果使用电动势更大的电源给电容器充电,则LC振荡电路的频率将 (填“增大”“减小”或“不变”)。
③已知电源电动势E,测得充电过程I t图像的面积为S,以及振荡电路的周期T,可以得到电感线圈的电感表达式为L= 。(以上物理量的单位均为国际单位制单位)
答案 (1)①A ②C (2)①9.0×10-3 ②不变 ③
实验十一 测量电阻的几种方法
4.(2022重庆,11,6分)某兴趣小组研究热敏电阻在通以恒定电流时,其阻值随温度的变化关系。实验电路如图所示,实验设定恒定电流为50.0 μA,主要实验器材有:恒压直流电源E、加热器、测温仪、热敏电阻RT、可变电阻R1、电流表A、电压表V。
(1)用加热器调节RT的温度后,为使电流表的示数仍为50.0 μA,须调节 (选填一种给定的实验器材)。当RT两端未连接电压表时,电流表示数为50.0 μA;连接电压表后,电流表示数显著增大,须将原电压表更换为内阻 (选填“远大于”“接近”“远小于”)RT阻值的电压表。
(2)测得RT两端的电压随温度的变化如图所示,由图可得温度从35.0 ℃变化到40.0 ℃的过程中,RT的阻值随温度的平均变化率是 kΩ·℃-1(保留2位有效数字)。
答案 (1)可变电阻R1 远大于 (2)1.2
5.[2018天津,9(3)]某同学用伏安法测定待测电阻Rx的阻值(约为10 kΩ),除了Rx、开关S、导线外,还有下列器材供选用:
A.电压表(量程0~1 V,内阻约10 kΩ)
B.电压表(量程0~10 V,内阻约100 kΩ)
C.电流表(量程0~1 mA,内阻约30 Ω)
D.电流表(量程0~0.6 A,内阻约0.05 Ω)
E.电源(电动势1.5 V,额定电流0.5 A,内阻不计)
F.电源(电动势12 V,额定电流2 A,内阻不计)
G.滑动变阻器R0(阻值范围0~10 Ω,额定电流2 A)
①为使测量尽量准确,电压表选用 ,电流表选用 ,电源选用 。(均填器材的字母代号)
②画出测量Rx阻值的实验电路图。
③该同学选择器材、连接电路和操作均正确,从实验原理上看,待测电阻测量值会 其真实值(填“大于”、“小于”或“等于”),原因是 。
答案 ①B C F ②如图所示
③大于 电压表的读数大于待测电阻两端实际电压(其他正确表述也可)
6.(2023海南,15,14分)用如图甲所示的电路测量一个量程为100 μA、内阻约为2 000 Ω的微安表头的内阻,所用电源的电动势约为12 V,有两个电阻箱可选,R1(0~9 999.9 Ω),R2(0~99 999.9 Ω)
(1)RM应选 ,RN应选 ;
(2)根据电路图甲,请把实物图乙连线补充完整;
(3)下列操作顺序合理排列是: ;
①将滑动变阻器滑片P移至最左端,将RN调至最大值;
②闭合开关S2,调节RM,使微安表半偏,并读出RM的阻值;
③断开S2,闭合S1,调节滑片P至某位置再调节RN使表头满偏;
④断开S1、S2,拆除导线,整理好器材
(4)如图丙是RM调节后的面板,则待测表头的内阻为 ,该测量值 (填“大于”“小于”或“等于”)真实值。
(5)将该微安表改装成量程为2 V的电压表后,某次测量指针指在图丁所示位置,则待测电压为 V。
(6)某次半偏法测量表头内阻的实验中,S2断开,电表满偏时读出RN的值,在滑片P不变的情况下,S2闭合后调节电阻箱RM,使电表半偏时读出RM,若认为OP间电压不变,则微安表内阻为 (用RM、RN表示)。
答案 (1)R1 R2 (2)如图所示
(3)①③②④ (4)1 998.0 Ω 小于 (5)1.28 (6)
7.(2023湖南,12,9分)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0.5 g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,所测数据如表所示:
次数 1 2 3 4 5 6
砝码质量m/g 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
电压U/mV 0 57 115 168 220 280
根据表中数据在图(c)上描点,绘制U m关系图线;
(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200 mV,则F0大小是 N(重力加速度取9.8 m/s2,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200 mV,则F1 F0(填“>”“=”或“<”)。
答案 (1)1 000 (2) (3)如图所示
(4)0.018(0.017或0.018) (5)>
8.(2023届深圳富源学校四模,12)某物理兴趣小组欲将电流表A1改装成量程为15 V的电压表。小组同学先用如图甲所示的电路测量电流表A1的内阻,提供的实验器材有:
A.电流表A1(量程为1 mA,内阻约为290 Ω);
B.电流表A2(量程为1.5 mA,内阻约为200 Ω);
C.定值电阻(阻值为600 Ω);
D.定值电阻(阻值为60 Ω);
E.滑动变阻器R;
F.一节新的干电池E;
G.开关S及导线若干。
(1)图甲中的电阻R0应选用 (填“C”或“D”)。
(2)根据图甲,用笔画线代替导线,补充完成图乙中实物间的连线。
(3)正确连接线路后,闭合开关S,调节滑动变阻器的滑片,获得多组A1的示数I1和A2的示数I2,将对应的数据在I2 I1坐标系中描点,作出I2 I1图像如图丙所示,A1的内阻为 Ω(结果保留3位有效数字)。
(4)给A1串联一个阻值为 kΩ(结果保留3位有效数字)的定值电阻,可将A1改装成量程为15 V的电压表V。
(5)用标准电压表V0与V并联进行校准。当V0的示数为12.4 V时,A1的示数为0.80 mA,则V的实际量程为 V(结果保留3位有效数字)。
答案 (1)C (2)根据图甲,用笔画线代替导线,补充完成图乙中实物间的连线如图所示。
(3)300 (4)14.7 (5)15.5
实验十二 描绘小灯泡的伏安特性曲线
9.(2023全国甲,22,5分)某同学用伏安法测绘一额定电压为6 V、额定功率为3 W的小灯泡的伏安特性曲线,实验所用电压表内阻约为6 kΩ,电流表内阻约为1.5 Ω。实验中有图(a)和(b)两个电路图供选择。
(1)实验中得到的电流I和电压U的关系曲线如图(c)所示,该同学选择的电路图是图( )(填“a”或“b”)。
(2)若选择另一个电路图进行实验,在图(c)上用实线画出实验中应得到的I U关系曲线的示意图。
答案 (1)a (2)如图所示
10.(2023届茂名高州一模,12)某同学想要描绘标有“2.5 V,0.3 A”字样小灯泡L的伏安特性曲线,要求测量数据尽量精确,绘制曲线完整,可供该同学选用的器材除了开关,导线外,还有:
电压表V1(量程0~3 V,内阻等于3 kΩ)
电压表V2(量程0~15 V,内阻等于15 kΩ)
电流表A1(量程0~200 mA,内阻等于10 Ω)
电流表A2(量程0~3 A,内阻等于0.1 Ω)
滑动变阻器R1(0~10 Ω,最大电流2 A)
滑动变阻器R2(0~1 kΩ,最大电流0.5 A)
定值电阻R4(阻值等于10 Ω)
定值电阻R5(阻值等于1 kΩ)
电源E(E=3 V,内阻不计)
(1)该同学设计的电路图如图1所示,你认为滑动变阻器应选 ,定值电阻应选 ,电流表应选 ,电压表应选 。(以上均填可供选用器材的标号)
(2)该同学描绘出的小灯泡的I U特性曲线如图2所示,则可以看出小灯泡的阻值随着两端电压的增大而 ,电压为U=2 V时,小灯泡的电阻为 Ω,功率为 W(计算结果均保留两位小数)。
答案 (1)R1 R4 A1 V1 (2)增大 7.14 0.56
实验十三 测量金属丝的电阻率
11.(2023广东,12,10分)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(量程15 mA,内阻可忽略);电阻R1(阻值500 Ω)、R2(阻值500 Ω)、R3(阻值600 Ω)和R4(阻值200 Ω);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 (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10.0 mA,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15.0 mA,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。
④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。
答案 (1)右 (2)②断开 40.0 ③闭合 60.0 (3)100
12.(2022广东,12,9分)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。
(a)
(b)
(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。
(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1.33 kΩ,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。
(c)
答案 (2)③变小 (3)无 (4)51.80
13.(2023辽宁,12,6分)导电漆是将金属粉末添加于特定树脂原料中制作而成的能导电的喷涂油漆。现有一根用导电漆制成的截面为正方形的细长样品(固态),某同学欲测量其电阻率,设计了如图(a)所示的电路图,实验步骤如下:
a.测得样品截面的边长a=0.20 cm;
b.将平行排列的四根金属探针甲、乙、丙、丁与样品接触,其中甲、乙、丁位置固定,丙可在乙、丁间左右移动;
c.将丙调节至某位置,测量丙和某探针之间的距离L;
d.闭合开关S,调节电阻箱R的阻值,使电流表示数I=0.40 A,读出相应的电压表示数U,断开开关S;
e.改变丙的位置,重复步骤c、d,测量多组L和U,作出U L图像如图(b)所示,得到直线的斜率k。
回答下列问题:
(1)L是丙到 (填“甲”“乙”或“丁”)的距离;
(2)写出电阻率的表达式ρ= (用k、a、I表示);
(3)根据图像计算出该样品的电阻率ρ= Ω·m(保留两位有效数字)。
答案 (1)乙 (2) (3)6.5×10-5
实验十四 测量电源的电动势和内阻
14.(2023浙江6月选考,16Ⅱ,5分)在“测量干电池的电动势和内阻”实验中
(1)部分连线如图1所示,导线a端应连接到 (选填“A”、“B”、“C”或“D”)接线柱上。正确连接后,某次测量中电压表指针位置如图2所示,其示数为 V。
(2)测得的7组数据已标在如图3所示U I坐标系上,用作图法求干电池的电动势E= V和内阻r= Ω。(计算结果均保留两位小数)
答案 (1)B 1.20 (2)1.50 1.04(0.94~1.08均正确)
15.(2023湖北,12,10分)某实验小组为测量干电池的电动势和内阻,设计了如图(a)所示电路,所用器材如下:
电压表(量程0~3 V,内阻很大);
电流表(量程0~0.6 A);
电阻箱(阻值0~999.9 Ω);
干电池一节、开关一个和导线若干。
(1)根据图(a),完成图(b)中的实物图连线。
(2)调节电阻箱到最大阻值,闭合开关。逐次改变电阻箱的电阻,记录其阻值R、相应的电流表示数I和电压表示数U。根据记录数据作出的U I图像如图(c)所示,则干电池的电动势为 V(保留3位有效数字)、内阻为 Ω(保留2位有效数字)。
(3)该小组根据记录数据进一步探究,作出 R图像如图(d)所示。利用图(d)中图像的纵轴截距,结合(2)问得到的电动势与内阻,还可以求出电流表内阻为 Ω(保留2位有效数字)。
(4)由于电压表内阻不是无穷大,本实验干电池内阻的测量值 (填“偏大”或“偏小”)。
答案 (1)如图所示
(2)1.58 0.64(0.63~0.65均可) (3)2.4 (4)偏小
16.(2023届梅州大埔二模,12)某同学利用图甲的电路图测量电源的电动势(E)和内阻(r)。图中V为理想电压表,R为电阻箱。
(1)开关S闭合前,将电阻箱阻值调到 (选填“最大”或“最小”)。
(2)开关S闭合后,调节电阻箱,分别记录下电阻箱阻值R和电压表示数U,记录多组数据后,作出 图像,如图乙所示。根据图乙可得电源的电动势E= V,内阻r= Ω。
(3)若电压表的内阻不是无穷大,则该方法测得的电源电动势 (选填“偏大”或“偏小”),电源内阻 (选填“偏大”或“偏小”)。
答案 (1)最大 (2) (3)偏小 偏小
17.(2023届惠州三调,13)某同学利用如图(a)所示的电路测量未知电阻R0的阻值与电源电动势E和内阻r,R为电阻箱,电流表内阻为1 Ω。操作步骤如下:
(1)测R0的阻值。先闭合开关S1和S2,调节电阻箱,当电阻箱的阻值为11 Ω时,电流表示数为I1;接着断开S2,调节电阻箱,当电阻箱的阻值为6 Ω时,电流表示数仍为I1,则R0的阻值为 Ω,该测量原理 (选填“有”或“没有”)系统误差。
(2)保持S1闭合、S2断开,多次调节电阻箱的阻值,记录每次调节后的电阻箱的阻值R及电流表A的示数I。为了直观地得到I与R的关系,该同学以R为纵轴,x为横轴(单位为国际单位),作出如图(b)所示的一条直线,则横轴x为 (选填“I”或“”)。
(3)根据图(b)可求得电源的电动势E= V,r= Ω。(计算结果均保留2位有效数字)
答案 (1)5 没有 (2) (3)2.9 2.7
实验十五 用多用电表测量电学中的物理量
18.(2022湖南,12,9分)小梦同学自制了一个两挡位(“×1”“×10”)的欧姆表,其内部结构如图所示,R0为调零电阻(最大阻值为R0m),Rs、Rm、Rn为定值电阻(Rs+R0m(1)短接①②,将单刀双掷开关S与m接通,电流计示数为Im;保持电阻R0滑片位置不变,将单刀双掷开关S与n接通,电流计示数变为In,则Im In(填“大于”或“小于”);
(2)将单刀双掷开关S与n接通,此时欧姆表的挡位为 (填“×1”或“×10”);
(3)若从“×1”挡位换成“×10”挡位,调整欧姆零点(欧姆零点在电流计满偏刻度处)时,调零电阻R0的滑片应该 调节(填“向上”或“向下”);
(4)在“×10”挡位调整欧姆零点后,在①②间接入阻值为100 Ω的定值电阻R1,稳定后电流计的指针偏转到满偏刻度的;取走R1,在①②间接入待测电阻Rx,稳定后电流计的指针偏转到满偏刻度的,则Rx= Ω。
答案 (1)大于 (2)×10 (3)向上 (4)400
19.(2023届广东仿真模拟测,13)某实验小组在实验室练习使用多用电表测电阻。
(1)多用电表表盘如图甲所示,某同学在完成机械调零后,准备测电阻,他进行如下操作,请帮助他完成以下实验步骤:
①将K旋转到电阻挡“×10”的位置。
②将红、黑表笔短接,旋动 (填“S”或“T”),使指针对准电阻挡的 刻线(填“0”或“∞”)。
③将两表笔分别与待测电阻相接,发现指针偏转角度过小,将K旋转到电阻挡“× ”的位置。
(2)该同学在做好正确操作后,表盘指针如图乙所示,则该电阻阻值为 Ω。
(3)图丙是该实验小组绘制的多用电表内部电路图,图中E是电池;R1、R2、R3、R4和R5是定值电阻,R6是滑动变阻器;表头的满偏电流为250 μA,内阻为480 Ω。虚线框内为换挡开关,A端和B端分别与两表笔相连。该多用电表有5个挡位,5个挡位:直流电压1 V挡和5 V挡,直流电流1 mA挡和2.5 mA挡,欧姆“×100 Ω”挡。根据题给条件可得:R1+R2= Ω,R4= Ω。
(4)该实验小组猜想电池内阻的变化可能会对电阻的测量有影响,于是他们找来新旧两节干电池。先用一新电池(电动势为1.5 V,内阻较小)放入指定位置,测得该电阻读数为R;更换另外一个旧电池(电动势为1.5 V,内阻较大),欧姆调零后测得该电阻读数为R',则阻值R R'(选填“大于”“等于”或“小于”)。
答案 (1)②T 0 ③100 (2)1 900 (3)160 880 (4)等于
实验十六 探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
20.(2023重庆,12,9分)一兴趣小组拟研究某变压器的输入和输出电压之比,以及交流电频率对输出电压的影响。如图甲为实验电路图,其中L1和L2为变压器的原、副线圈,S1和S2为开关,P为滑动变阻器RP的滑片,R为电阻箱,E为正弦式交流电源(能输出电压峰值不变、频率可调的交流电)。
(1)闭合S1,用多用电表交流电压挡测量线圈L1两端的电压。滑片P向右滑动后,与滑动前相比,电表的示数 (选填“变大”“不变”“变小”)。
(2)保持S2断开状态,调整E输出的交流电频率为50 Hz,滑动滑片P,用多用电表交流电压挡测得线圈L1两端的电压为2 500 mV时,用示波器测得线圈L2两端电压u随时间t的变化曲线如图乙所示,则线圈L1两端与L2两端的电压比值为 (保留3位有效数字)。
(3)闭合S2,滑动P到某一位置并保持不变。分别在E输出的交流电频率为50 Hz、1 000 Hz的条件下,改变R的阻值,用多用电表交流电压挡测量线圈L2两端的电压U,得到U R关系曲线如图丙所示。用一个阻值恒为20 Ω的负载R0替换电阻箱R,由图丙可知,当频率为1 000 Hz时,R0两端的电压为 mV;当频率为50 Hz时,为保持R0两端的电压不变,需要将R0与一个阻值为 Ω的电阻串联。(均保留3位有效数字)
答案 (1)变大 (2)12.6 (3)270 12.0(11.8~12.2均可)
21.(2023届汕头二模,13)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哪种接法 (填“A”或“B”);
(2)实验开始前,某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,在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”“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与原线圈两端的电压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,实验结果有误的是 (选填“甲”“乙”或“丙”)。
(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,得到的实验数据如表所示。分析下列可能的原因,你认为正确的有 。
实验次数 nA/匝 nB/匝 U1/V U2/V
1 200 100 8.2 4.0
2 200 100 6.1 2.9
3 200 100 4.0 1.9
A.原、副线圈两端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通过原线圈的磁通量
答案 (1)B (2)变大 (3)乙 (4)BC
实验十七 探究常见传感器的工作原理及应用
22.(2021广东,12,9分)某小组研究热敏电阻阻值随温度的变化规律。根据实验需要已选用了规格和量程合适的器材。
(1)先用多用电表预判热敏电阻阻值随温度的变化趋势。选择适当倍率的欧姆挡,将两表笔 ,调节欧姆调零旋钮,使指针指向右边“0 Ω”处。测量时观察到热敏电阻温度越高,相同倍率下多用电表指针向右偏转角度越大,由此可判断热敏电阻阻值随温度的升高而 。
(2)再按图连接好电路进行测量。
①闭合开关S前,将滑动变阻器R1的滑片滑到 端(选填“a”或“b”)。
将温控室的温度设置为T,电阻箱R0调为某一阻值R01。闭合开关S,调节滑动变阻器R1,使电压表和电流表的指针偏转到某一位置。记录此时电压表和电流表的示数、T和R01。断开开关S。
再将电压表与热敏电阻C端间的导线改接到D端,闭合开关S。反复调节R0和R1,使电压表和电流表的示数与上述记录的示数相同。记录此时电阻箱的阻值R02。断开开关S。
②实验中记录的阻值R01 R02(选填“大于”、“小于”或“等于”)。此时热敏电阻阻值RT= 。
(3)改变温控室的温度,测量不同温度时的热敏电阻阻值,可以得到热敏电阻阻值随温度的变化规律。
答案 (1)短接 减小 (2)①b ②大于 R01-R02
23.(2023届广东摸底联考,12)某同学根据所学知识制作了一台简易电子秤,原理图如图甲所示,图中电压表可视为理想电压表(量程为3 V),滑动变阻器的最大阻值为R=12 Ω,该同学用刻度尺测得滑动变阻器有电阻丝缠绕的ab部分的长度为L=20 cm(电阻丝缠绕均匀)。
(1)该同学先利用如图乙所示电路测定电子秤里两节纽扣电池(如图丙所示)的电动势和内阻,根据多次测量得到的数据作出的U' I图像如图丁所示,可知这两节纽扣电池串联后的电动势为E= V,内阻为r= Ω。
(2)该同学想得到电压表的示数U与被测物体质量m之间的关系,设计了如下实验:
①调节图甲中滑动变阻器的滑片P的位置,使电压表的示数恰好为零;
②在托盘里缓慢加入细沙,直到滑动变阻器的滑片P恰好滑到b端,然后调节电阻箱R0,直到电压表达到满偏,实验过程中弹簧一直处于弹性限度内,则此时电阻箱的读数为R0= Ω;
③已知所用的弹簧的劲度系数为k=2.0×102 N/m,重力加速度g=10 m/s2,则该电子秤所能称量的最大质量为m= kg(结果保留两位有效数字)。
(3)实验过程所称量物体的质量和电压表的示数U的关系为 (填“线性”或“非线性”)。
答案 (1)4.0 0.5 (2)②3.5 ③4.0 (3)线性
其他实验
实验过关练
实验十八 测量玻璃的折射率
1.(2023广东,11,7分)某同学用激光笔和透明长方体玻璃砖测量玻璃的折射率。实验过程如下:
(1)将玻璃砖平放在水平桌面上的白纸上,用大头针在白纸上标记玻璃砖的边界。
(2)①激光笔发出的激光从玻璃砖上的M点水平入射,到达ef面上的O点后反射到N点射出。用大头针在白纸上标记O点、M点和激光笔出光孔Q的位置。
②移走玻璃砖,在白纸上描绘玻璃砖的边界和激光的光路,作QM连线的延长线与ef面的边界交于P点,如图(a)所示。
③用刻度尺测量PM和OM的长度d1和d2。PM的示数如图(b)所示,则d1为 cm。测得d2为3.40 cm。
(3)利用所测量的物理量,写出玻璃砖折射率的表达式n= 。由测得的数据可得折射率n为 (结果保留3位有效数字)。
(4)相对误差的计算式为δ=×100%。为了减小d1、d2测量的相对误差,实验中激光在M点入射时应尽量使入射角 。
答案 (2)③2.25(2.24~2.26均可) (3) 1.51(1.50~1.52均可) (4)小一些
2.(2023海南,14,6分)如图所示,在用激光测玻璃砖折射率的实验中,玻璃砖与光屏P平行放置,从另一侧用激光笔以一定角度照射,此时在光屏上的S1处有激光点,移走玻璃砖,光点移到S2处。
(1)请在图中画出激光束经玻璃砖折射后完整的光路图;
(2)已经测出AB=l1,OA=l2,S1S2=l3,则折射率n= (用l1、l2、l3表示);
(3)若改用宽度比ab更小的玻璃砖做实验,则S1、S2间的距离会 (填“变大”“变小”或“不变”)。
答案 (1)如图所示 (2) (3)变小
3.[2019天津,9(2)]某小组做测定玻璃的折射率实验,所用器材有:玻璃砖,大头针,刻度尺,圆规,笔,白纸。
①下列哪些措施能够提高实验准确程度 。
A.选用两光学表面间距大的玻璃砖
B.选用两光学表面平行的玻璃砖
C.选用粗的大头针完成实验
D.插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些
②该小组用同一套器材完成了四次实验,记录的玻璃砖界线和四枚大头针扎下的孔洞如图所示,其中实验操作正确的是 。
③该小组选取了操作正确的实验记录,在白纸上画出光线的径迹,以入射点O为圆心作圆,与入射光线、折射光线分别交于A、B点,再过A、B点作法线NN'的垂线,垂足分别为C、D点,如图所示,则玻璃的折射率n= 。(用图中线段的字母表示)
答案 ①AD ②D ③
实验十九 用双缝干涉实验测量光的波长
4.[2021浙江6月选考,17(2)]图所示是“用双缝干涉测量光的波长”实验的装置。实验中
①观察到较模糊的干涉条纹,要使条纹变得清晰,值得尝试的是 (单选)。
A.旋转测量头
B.增大单缝与双缝间的距离
C.调节拨杆使单缝与双缝平行
②要增大观察到的条纹间距,正确的做法是 (单选)。
A.减小单缝与光源间的距离
B.减小单缝与双缝间的距离
C.增大透镜与单缝间的距离
D.增大双缝与测量头间的距离
答案 ①C ②D
5.[2019课标Ⅱ,34(2)]某同学利用图示装置测量某种单色光的波长。实验时,接通电源使光源正常发光;调整光路,使得从目镜中可以观察到干涉条纹。回答下列问题:
(ⅰ)若想增加从目镜中观察到的条纹个数,该同学可 ;
A.将单缝向双缝靠近
B.将屏向靠近双缝的方向移动
C.将屏向远离双缝的方向移动
D.使用间距更小的双缝
(ⅱ)若双缝的间距为d,屏与双缝间的距离为l,测得第1条暗条纹到第n条暗条纹之间的距离为Δx,则单色光的波长λ= ;
(ⅲ)某次测量时,选用的双缝的间距为0.300 mm,测得屏与双缝间的距离为1.20 m,第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56 mm。则所测单色光的波长为 nm(结果保留3位有效数字)。
答案 (ⅰ)B (ⅱ) (ⅲ)630
实验二十 用油膜法估测油酸分子的大小
6.(2023届汕头金山中学模拟,12)在“用油膜法估测油酸分子大小”的实验中,所用油酸酒精溶液的浓度为每V1体积溶液中有纯油酸体积V2,用注射器和量筒测得V0体积上述溶液有n滴,把一滴该溶液滴入盛水的撒有爽身粉的浅盘中,待水面稳定后,得到油酸薄膜的轮廓形状和尺寸如图所示,图中每个小正方形格的边长为a,则可求得:
(1)油酸薄膜的面积S= ;
(2)油酸分子的直径是 ;(用V1、V2、V0、n、S表示)
(3)某同学实验中最终得到的油酸分子直径数据偏大,可能是由于 。
A.计算油膜面积时,舍去了所有不足一格的方格
B.用注射器和量筒测V0体积溶液滴数时多记录了几滴
C.水面上爽身粉撒得太多,油膜没有充分展开
答案 (1)72a2(71a2~73a2均正确) (2) (3)AC
实验二十一 探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系
7.(2023江苏,9,4分)在“探究气体等温变化的规律”的实验中,实验装置如图所示。利用注射器选取一段空气柱为研究对象。下列改变空气柱体积的操作正确的是 ( )
A.把柱塞快速地向下压
B.把柱塞缓慢地向上拉
C.在橡胶套处接另一注射器,快速推动该注射器柱塞
D.在橡胶套处接另一注射器,缓慢推动该注射器柱塞
答案 B
8.(2023山东,13,6分)利用图甲所示实验装置可探究等温条件下气体压强与体积的关系。将带有刻度的注射器竖直固定在铁架台上,注射器内封闭一定质量的空气,下端通过塑料管与压强传感器相连。活塞上端固定一托盘,托盘中放入砝码,待气体状态稳定后,记录气体压强p和体积V(等于注射器示数V0与塑料管容积ΔV之和)。逐次增加砝码质量,采集多组数据并作出拟合曲线如图乙所示。
图甲
图乙
回答以下问题:
(1)在实验误差允许范围内,图乙中的拟合曲线为一条过原点的直线,说明在等温情况下,一定质量的气体 。
A.p与V成正比 B.p与成正比
(2)若气体被压缩到V=10.0 mL,由图乙可读出封闭气体压强为 Pa(保留3位有效数字)。
(3)某组同学进行实验时,一同学在记录数据时漏掉了ΔV,则在计算pV乘积时,他的计算结果与同组正确记录数据同学的计算结果之差的绝对值会随p的增大而 (填“增大”或“减小”)。
答案 (1)B (2)2.04×105 (3)增大
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基础一 误差和有效数字
1.误差:测量值与真实值的差异叫作误差。误差可分为系统误差和偶然误差。
(1)系统误差的特点:多次重复同一实验时误差总是偏大或偏小,呈现单一倾向。
(2)偶然误差的特点:偏大和偏小的机会比较接近。
2.减小误差的方法
(1)减小偶然误差:多次测量取平均值、图像法处理实验数据等。
(2)减小系统误差:完善实验原理和方法、恰当选择仪器精确度和量程、校准测量器材 等。
3.绝对误差和相对误差:设某物理量的真实值为A0,测量值为A,则绝对误差δ=|A-A0|,相
对误差为 ×100%。
注意 在绝对误差相同的情况下,测量值越大,相对误差就越小。
4.有效数字:从左侧第一位不是0的数开始算起,同一个数,不论用什么单位表达,有效数 字位数相同。
例如,13.3 mm有3位有效数字,改写成1.33 cm或0.013 3 m仍然有3位有效数字。
基础二 打点计时器
基础三 与纸带相关的数据处理
1.依据纸带判断物体是否做匀变速直线运动
依据Δx=aT2,只要物体做匀变速直线运动,它在任意两个连续相等的时间间隔内的位移 之差就一定相等。
2.利用纸带求物体加速度的两种方法
(1)逐差法
①根据x4-x1=x5-x2=x6-x3=3aT2(T为相邻两计数点之间的时间间隔),求出a1= ,a2=
,a3= ,然后取平均值,则a= = 。
②如果纸带有奇数段,则舍掉中间间隔的位移,再用逐差法计算。
(2)图像法
利用vn= 求出打各点时纸带的瞬时速度,然后作出v-t图像,用v-t图线上切线的斜
率求物体运动的加速度。
基础四 游标卡尺的使用方法
1.原理:利用主尺的单位刻度(1 mm)与游标尺的单位刻度之间固定的微量差值制成。 不管游标尺上有多少个小等分刻度,它的总长度比主尺上的同样多数目的小等分刻度的总长度小1 mm。
2.精确度:10分度对应0.1 mm,20分度对应0.05 mm,50分度对应0.02 mm。
3.读数:若用x表示由主尺上读出的整毫米数,K表示从游标尺上与主尺上某一刻度线对 齐的格数,则记录结果为(x+K×精确度) mm。
基础五 螺旋测微器的使用方法
1.原理:固定刻度的螺距为0.5 mm,即旋钮每旋转一周,测微螺杆前进或后退0.5 mm,而 可动刻度上有50个等分刻度,每转动一小格,测微螺杆前进或后退0.01 mm,即螺旋测微 器的精确度为0.01 mm。读数时估读到毫米的千分位上,因此,螺旋测微器又称为千分尺。
2.读数:测量值(mm)=固定刻度数(mm)(注意判断半毫米刻度线是否露出)+可动刻度数 (估读一位)×0.01(mm)。
基础六 电压表和电流表的读数方法
1.量程选择
测量时指针偏转角度尽可能大,一般要求超过量程的 ,但又不能超过最大测量值。
2.估读
(1)当最小分度是“1、0.1、0.01、…”时,估读到最小分度的下一位。
(2)当最小分度是“2、0.2、0.02、…”或“5、0.5、0.05、…”时,估读到最小分度的 本位。
3.电压表、电流表的读数
(1)量程为0~3 V的电压表和量程为0~3 A的电流表读数方法相同,此量程下的精确度分
别是0.1 V和0.1 A,需估读,看清楚指针的实际位置,读到小数点后面两位。
(2)对于0~15 V量程的电压表,精确度是0.5 V,在读数时只要求读到小数点后面一位。
(3)对于0~0.6 A量程的电流表,精确度是0.02 A,在读数时只要求读到小数点后面两 位。
改装成电压表 改装成电流表
内部电路
改装原理 串联大电阻分压 并联小电阻分流
改装后的量程 U=Ig(Rg+R) I= Ig
量程倍数关系 n=1+ n=1+
基础七 电压表和电流表的改装
接入电阻的阻值 R=(n-1)Rg R=
改装后的总内阻 RV=nRg RA=
校准电路
基础八 测量电路的选择
1.两种接法的比较
电流表内接法 电流表外接法
电路图
电阻测量值 R测= =Rx+RA>Rx测量值大于真实值 R测= = 误差原因 电流表分压,U测=Ux+UA 电压表分流,I测=Ix+IV
如何减小误差 当Rx越大时,电流表的分压越小,测量值越接近真实值,该方法适合测大电阻 当Rx越小时,电压表的分流越小,测量值越接近真实值,该方法适合测小电阻
方法总结 “大内偏大”:测大电阻用内接 法,测量值比真实值偏大 “小外偏小”:测小电阻用外接 法,测量值比真实值偏小
2.两种接法的选择
(1)阻值比较法:先将待测电阻Rx的估计值与电压表内阻RV、电流表内阻RA进行比较,若 Rx RV,宜采用电流表外接法;若Rx RA,宜采用电流表内接法。
(2)临界值计算法
①当Rx< 时,Rx属于小电阻,用电流表外接法。
②当Rx> 时,Rx属于大电阻,用电流表内接法。
(3)实验试探法:当Rx、RA、RV的估计值都不清楚时就用实验试探法。如图,将单刀双掷 开关S分别接触a点和b点,若看到电流表示数变化比电压表示数变化大,则说明电压表 分流明显,RV与Rx差不多或者比Rx小,适用电流表内接法;若电压表示数变化比电流表示
数变化大,则说明电流表分压明显,RA与Rx差不多或比Rx大,适用电流表外接法。
注意 示数变化大的理解:如图,设S接a点时电表读数分别为I1、U1,接b点时电表读数 分别为I2、U2,|ΔU|=|U2-U1|,|ΔI|=|I2-I1|,若 < ,则电流表示数变化比电压表示数变
化大;若 > ,则电压表示数变化比电流表示数变化大。
基础九 控制电路的选择
接法 限流式接法 分压式接法
电路图
理解 R0连入电路部分与Rx串联 R0全部连入电路中,Rx与R0的aP部分并联
滑动变阻器的接法 “一上一下”接法,滑片初始位 置置于连入电路阻值最大处 “一上两下”接法,滑片初始位 置置于Rx支路短路处(即a端)
Rx两端电压调节范围(忽略电源内阻) E≤Ux≤E 0≤Ux≤E
Rx中电流调节范围(忽略电源内阻) ≤Ix≤ 0≤Ix≤
特点 电路能耗小 调压范围大,
能从0开始
实验一 测量做直线运动物体的瞬时速度
一、原理装置
二、操作步骤
1.安装好实验装置,将打点计时器固定在长木板无滑轮的一端。
2.细绳一端拴在小车上,另一端跨过滑轮挂上槽码,纸带穿过打点计时器固定在小车的 后面。
3.把小车停在靠近打点计时器处,接通电源后,释放小车。
4.增减槽码的质量,按以上步骤再做两次实验。
三、数据处理
1.用“平均速度法”测速度
瞬时速度没法直接测量,可通过测量对应的很短时间内的平均速度来代替瞬时速度。 在公式v= 中,当Δt→0时v表示瞬时速度。
2.匀变速直线运动的速度测量
在匀变速直线运动中,某段时间中间时刻的瞬时速度等于该段时间的平均速度,故打 第n个点时纸带的瞬时速度vn= 。
3.记录小车在多个时刻的瞬时速度,作出v-t图像如图所示。
小车运动的v-t图像是一条倾斜的直线,可以得出结论:
小车的速度随时间均匀变化。
四、注意事项
1.平行:细绳、纸带与长木板平行。
2.靠近:小车从靠近打点计时器的位置释放。
3.两先两后:实验中应先接通电源,后让小车运动;实验完毕应先断开电源,后取下纸 带。
4.防止碰撞:在到达长木板末端前让小车停止运动,防止槽码落地及小车与滑轮相撞。
5.减小误差:悬挂的槽码要适当,避免纸带打出的点太少或过于密集,从而减小误差。
6.选取纸带上点迹清晰的部分进行数据处理。
五、创新方案
1.利用光电门测速度
2.利用频闪照片测速度(如图甲、乙)
实验二 探究弹簧弹力与形变量的关系
一、原理装置
二、操作步骤
1.将弹簧的一端挂在铁架台上,让其自然下垂,用刻度尺测出弹簧自然伸长状态时的长 度l0,即原长。
2.如装置图所示,在弹簧下端挂质量为m1的钩码,测出此时弹簧的长度l1,记录m1和l1,得 出弹簧的伸长量x1,将这些数据填入自己设计的表格中。
3.改变所挂钩码的质量,测出对应的弹簧长度,记录m2、m3、m4、m5和相应的弹簧长度
l2、l3、l4、l5,并得出每次弹簧的伸长量x2、x3、x4、x5。
三、数据处理
1.列表法:将实验数据填入表中,研究测量的数据,可发现在实验误差允许的范围内,弹 力与弹簧伸长量的比值不变。
2.图像法:根据测量数据,在建好平面直角坐标系的坐标纸上描点。以弹簧的弹力F为 纵轴,弹簧的伸长量x为横轴,根据描点的情况,作出一条经过原点的倾斜直线。
四、注意事项
1.操作:弹簧悬挂要竖直,测出弹簧长度时钩码须静止。
2.作图:坐标轴标度要适中,单位要标注,连线时要使各数据点均匀分布在图线的两侧, 明显偏离图线的点要舍去。
3.适量:弹簧下端所挂钩码不要太多,以免超出弹簧的弹性限度。
4.多测:要使用轻质弹簧尽可能多测几组数据。
5.统一:单位应统一。
五、误差分析
1.钩码标值不准确、弹簧长度测量不准确及画图时描点连线不准确等都会引起实验
误差。
2.悬挂钩码数量过多,导致弹簧的形变过大,超出其弹性限度,不再符合胡克定律(F= kx),故图像发生弯曲,如图甲所示。
3.水平放置弹簧测量其原长,由于弹簧有自重,将其悬挂起来后会有一定的伸长量,故 图像横轴截距不为0,如图乙所示。
六、创新方案
实验装置的改进(如图甲、乙所示)
实验三 探究两个互成角度的力的合成规律
一、原理装置
二、操作步骤
1.等效:同一次实验中两次把橡皮条拉长后的结点(小圆环)所处的位置O点必须保持不 变。
2.拉力:沿弹簧测力计轴线方向拉(与板面平行),两分力F1、F2的夹角不要太大或太 小。
3.记录:记下每次各力的大小和方向,标记方向的两点尽量远些。
三、数据处理
1.取下白纸,在纸上用同一个标度分别作出力F1、F2及F的图示。
2.探究F、F1和F2的关系,提出猜想与验证。
四、注意事项
1.弹簧相同:使用弹簧测力计前,要先调整指针使其指在零刻度线处,再将两个弹簧测 力计的挂钩钩在一起,向相反方向拉,示数相同方可使用。
2.长度合适:实验中的两个细绳套不要太短。
3.位置不变:在同一次实验中,橡皮条拉长时结点到达的位置一定要相同。
4.角度合适:用两个弹簧测力计钩住细绳套互成角度地拉橡皮条时,其夹角不宜太小, 也不宜太大,以60°~120°为宜。
5.同一平面:在用力拉弹簧测力计时,拉力应沿弹簧测力计的轴线方向。弹簧测力计中 弹簧轴线、橡皮条、细绳套应该位于与纸面平行的同一平面内。
6.统一标度:画力的图示选定的标度要相同,要恰当选定标度,使力的图示稍大一些。
五、误差分析
1.弹簧测力计使用前没调零会造成误差。
2.使用中,弹簧测力计的弹簧和外壳之间、指针和外壳之间或弹簧测力计外壳和纸面 之间有摩擦存在会造成误差。
3.两次测量拉力时,橡皮条的结点O没有拉到同一点会造成误差。
4.读数时眼睛一定要正视,要按有效数字的保留规则正确读数和记录,否则会造成误 差。
5.在应用平行四边形定则作图时,F1、F2及F作图不准确造成误差。
六、创新方案
1.实验原理的创新
(1)橡皮条拉力改为重物拉力:合力的大小和方向恒定。
(2)分力任意角度改为某一分力水平:该分力的方向恒定。
2.实验器材的创新
实验四 探究加速度与物体受力、物体质量的关系
一、原理装置
二、操作步骤
1.用天平测量小车的质量(M)、槽码的质量(m)。
2.根据设计要求安装实验装置,只是不把悬挂槽码的细绳系在小车上(即不给小车施加 牵引力)。
3.在长木板不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块,使小车能匀速下滑。
4.槽码通过细绳绕过定滑轮系于小车上,接通电源后放开小车,小车的运动结束后断开 电源取下纸带,编写号码;保持小车质量M不变,改变槽码质量m,重复实验得到纸带;保 持槽码的质量m不变,改变小车的质量M,重复实验得到纸带。
三、数据处理
1.利用逐差法(具体见考点一)求小车运动的加速度a。
2.以a为纵坐标,F(近似等于mg)为横坐标,描点画线,如果该线为过原点的倾斜直线,说 明a与F成正比。
3.以a为纵坐标, 为横坐标,描点画线,如果该线为过原点的倾斜直线,就能判定a与M
成反比。
四、注意事项
1.平衡阻力:在平衡阻力时,不要把悬挂槽码的细绳系在小车上,即不要给小车施加任 何牵引力,且要让小车拖着纸带匀速运动。改变质量重复实验时,不用重复平衡阻力。
2.质量:槽码的质量m应远小于小车的质量M。
3.平行:使细绳与长木板平行。
4.靠近:小车从靠近打点计时器的位置释放。
五、误差分析
1.实验原理不完善:本实验用槽码的总重力代替小车的拉力F,而实际上小车所受的拉 力要小于槽码的总重力。
2.平衡阻力不准确、质量测量不准确、计数点间距离测量不准确、纸带和细绳不严 格与木板平行都会产生误差。
六、创新方案
1.实验设计的创新
(1)转换研究对象(如图一)。
图一
(2)转换实验目的(如图二)。
图二
(3)消除系统误差的创新。
2.测量方法的创新(如图)
实验五 探究平抛运动的特点
一、实验原理
1.探究平抛运动的竖直分运动是自由落体运动。如图甲所示,a球做平抛运动,b球做自由落体运动,两运动同时进行,观察到两球同时落地,从而判断平抛运动竖直方向的分 运动是自由落体运动。
2.探究平抛运动的水平分运动是匀速直线运动。如图乙所示,在两个相同倾斜轨道上, 1球和2球在相对于轨道水平段的高度相同的位置同时由静止释放,1球离开水平段后 做平抛运动,2球沿水平轨道做匀速直线运动,观察到1球能击中2球,从而判断平抛运动 水平方向的分运动是匀速直线运动。
二、操作步骤
1.安装、调整背板:将白纸放在复写纸下面,然后固定在装置背板上,并用铅垂线检查 背板是否竖直。
2.安装、调整斜槽:将固定有斜槽的木板放在实验桌上,用平衡法检查斜槽末端是否水平。
3.描绘运动轨迹:让小钢球在斜槽的某一固定位置由静止滚下,并从斜槽末端飞出做平 抛运动,小钢球落到倾斜的挡板上,挤压复写纸,会在白纸上留下印迹。向下平移挡板, 让小钢球从同一固定位置滚下,多次打点,取下白纸,用平滑的曲线把这些印迹连接起 来,就得到小钢球做平抛运动的轨迹。
4.确定坐标原点及坐标轴:选定斜槽末端处小钢球球心在白纸上的投影点为坐标原点 O,从坐标原点O画出竖直向下的y轴和水平向右的x轴。
三、数据处理
1.判断平抛运动的轨迹是不是抛物线
若平抛运动的轨迹是抛物线,则以抛出点为坐标原点建立直角坐标系后,轨迹上各 点的坐标具有y=ax2的关系,且同一轨迹上a是一个特定的值。用刻度尺测量几个点 的x、y坐标,分别代入y=ax2中求出常量a,看计算得到的a值在误差允许的范围内是否 为一定值。
2.计算平抛运动的初速度
(1)平抛轨迹完整(即含有抛出点)
在轨迹上任取一点,测出该点离原点的水平位移x及竖直位移y,根据x=v0t,y= gt2,就可
求出初速度v0=x 。
(2)平抛轨迹残缺(即无抛出点)
如图所示,在轨迹上任取三点A、B、C,使A、B间及B、C间的水平距离相等,由平抛运 动的规律可知,A、B间与B、C间所用时间相等,设为t,则Δh=hBC-hAB=gt2,所以t= ,则初速度v0= =x 。
四、注意事项
1.水平:斜槽末端的切线必须水平。
2.竖直:背板必须处在竖直平面内。
3.原点:坐标原点为小球在槽口时球心在背板上的投影点。
4.同一位置:小球每次都从斜槽中的同一位置由静止释放。
五、误差分析
1.斜槽末端没有调至水平,小球离开斜槽后不做平抛运动。
2.确定小球运动的位置时不准确。
3.量取轨迹上各点坐标时不准确。
六、创新方案
1.实验装置的改进:实验中利用频闪仪器拍摄平抛运动轨迹。
2.实验方法的创新:移动背板,改变相同水平距离以控制相同的运动时间,小球从斜面 上滑下做平抛运动,撞在木板上留下痕迹。
实验六 探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系
一、原理装置
二、操作步骤
1.把两个质量相同的小球放在长槽和短槽上,使它们的转动半径相同,调整塔轮上的皮 带,使两个小球的角速度不同,探究向心力的大小与角速度的关系。
2.保持两个小球质量不变,增大长槽上小球的转动半径,调整塔轮上的皮带,使两个 小球的角速度相同,探究向心力的大小与半径的关系。
3.换成质量不同的小球,使两个小球的转动半径相同,调整塔轮上的皮带,使两个小球 的角速度也相同,探究向心力的大小与质量的关系。
三、数据处理
分别作出F-ω2、F-r、F-m图像,分析向心力大小与角速度、半径、质量之间的关 系,并得出实验结论。
四、注意事项
1.将横臂紧固螺钉旋紧,以防小球和其他部件飞出而造成事故。
2.摇动手柄时应力求缓慢加速,注意观察其中一个标尺露出的格数。达到预定格数时, 即保持转速均匀恒定。
五、创新方案
1.实验装置的改进:用力传感器替代向心力演示器。
通过力传感器测出向心力F的大小,通过光电门传感器测量挡光杆的挡光时间,进而求 出角速度ω的大小。借助DIS数据采集器以及计算机等工具分析F与m、r、ω之间的 定量关系。
2.实验原理的创新
(1)图甲中,细线的拉力在水平方向的分力提供小球的向心力,有mg tan θ=m h tan
θ。
(2)小球的周期由T= 求得。
(3)利用 -h图线是一条过原点的倾斜直线验证向心力的表达式,如图乙。
实验七 验证机械能守恒定律
一、原理装置
二、操作步骤
1.安装器材:将打点计时器固定在铁架台上,用导线将打点计时器与电源相连。
2.打纸带:用手竖直提起纸带,使重物停靠在打点计时器下方附近,先接通电源,再松开
纸带,让重物自由下落,打点计时器就在纸带上打出一系列的点,取下纸带,换上新的纸 带重打几条(3~5条)纸带。
3.选纸带:从打出的几条纸带中选出一条点迹清晰的纸带。
三、数据处理
1.求瞬时速度
由公式vn= 可以计算出重物下落h1、h2、h3、…的高度时对应的瞬时速度v1、v
2、v3、…。
2.验证机械能守恒
(1)方案一:利用起始点和第n个点计算
代入mghn和 m ,如果在实验误差允许的范围内,mghn和 m 相等,则验证了机械能
守恒定律。
(2)方案二:任取两点计算
①任取两点A、B,测出hAB,算出mghAB。
②算出 m - m 的值。
③在实验误差允许的范围内,若mghAB= m - m ,则验证了机械能守恒定律。
(3)方案三:图像法
测量从起始点到其余各点的下落高度h,并计算各点对应速度v,然后以 v2为纵轴,以h
为横轴,根据实验数据作出 v2-h图像,若在误差允许的范围内图线是一条过原点且斜
率为g的直线,则验证了机械能守恒定律。
四、注意事项
1.安装:打点计时器要竖直架稳,使其两限位孔在同一竖直线上,以减小阻力。
2.重物:要选用密度大、体积小的物体,这样可以减小空气阻力的影响,从而减小实验 误差。
3.选纸带:要求点迹清晰,若用方案一,则要求第1、2个点间距离接近2 mm。
4.测长度、算速度:某时刻的瞬时速度的计算应用vn= ,不能用vn= 或vn=
gt。
五、误差分析
1.系统误差
(1)产生原因:本实验中因重物和纸带在下落过程中要克服各种阻力(空气阻力、打点 计时器阻力)做功,故动能的增加量ΔEk稍小于重力势能的减少量ΔEp,即ΔEk<ΔEp。
(2)改进的方法:调整器材的安装,尽可能地减小阻力。
2.偶然误差
(1)产生原因:本实验在长度测量时会产生误差。
(2)减小误差的方法:测下落距离时都从起始点量起,一次将各点对应的下落高度测量 完,或者多次测量取平均值来减小误差。
六、创新方案
1.转换测量物理量:改变θ角,通过细线拉力最大值和最小值的关系图像验证机械能守 恒定律。
Tmax-mg= 、Tmin=mg cos θ
若机械能守恒,则有mg(l-l cos θ)= mv2,
从而得到Tmax=3mg-2Tmin。
2.转换能量形式
3.转换研究对象
实验八 验证动量守恒定律
一、利用滑块和气垫导轨完成实验
1.原理装置
(1)速度大小v= ,d为滑块上遮光条的宽度,Δt为遮光时间。
(2) 验证动量守恒的表达式:m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'(需选定正方向)。
2.操作步骤
(1)测质量:用天平分别测出两滑块的质量。
(2)安装:正确安装好气垫导轨。
(3)测速:计算出两滑块碰撞前、后的速度。
(4)验证:代入质量和速度,验证动量守恒的表达式是否成立。
二、利用斜槽末端小球的碰撞完成实验
1.原理装置
(1)测小球的水平射程:如图所示,连接ON,测量线段OP、OM、ON的长度。
(2)验证:m1·OP=m1·OM+m2·ON。
2.操作步骤
(1)测质量:用天平分别测出两等大小球的质量,且保证入射小球质量m1较大。
(2)安装:调整固定斜槽使斜槽末端水平。
(3)铺纸:白纸在下,复写纸在上且在适当位置铺放好,记下铅垂线所指的位置O。
(4)找平均位置点:每次让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚下,小球滚下10次,用 圆规画尽量小的圆把所有的小球落点圈在里面,找出圆心;再将被碰小球放在图示位 置处使其被入射小球碰撞后落下(入射小球在斜槽上的起始位置始终不变),经过10次 碰撞后,用同样的方法分别找出入射小球和被碰小球落点所在最小圆的圆心。
(5)测距离:用刻度尺分别测出O点到所找出的三个圆心的距离。
3.注意事项
(1)入射小球的质量要大于被碰小球的质量。
(2)保证两小球发生的是一维碰撞。
(3)若利用气垫导轨进行实验,调整气垫导轨时注意应利用水平仪确保导轨水平。
(4)利用平抛运动进行实验,斜槽末端必须水平,且小球每次从斜槽上同一位置由静止 滚下。
4.误差分析
(1)系统误差:主要来源于装置本身是否符合要求。
①碰撞是否为一维碰撞(即正碰),两球是否等大,且速度沿球心连线方向。
②实验是否满足动量守恒的条件。
(2)偶然误差:主要来源于质量m和速度v(或小球的平抛水平位移)的测量。
三、创新方案
1.实验器材的改进
2.实验方案的改进
3.实验目的的创新
实验九 用单摆测量重力加速度的大小
一、原理装置
测摆长l和周期T,由T=2π 得g= 。
二、操作步骤
1.做单摆:将细线穿过带中心孔的小钢球,并打一个比小孔大一些的结,然后把线的另 一端用铁夹固定在铁架台上,让摆球自然下垂。
2.测摆长:用刻度尺量出摆线长l'(精确到毫米),用游标卡尺测出小球直径d,则单摆的摆 长l=l'+ 。
3.测周期:将单摆从平衡位置拉开一个角度(不超过5°),然后释放小球,记下单摆摆动30 ~50次的总时间,算出一次全振动的时间,即单摆的振动周期。
4.改变摆长,重做几次实验。
三、数据处理
1.公式法:利用T= 求出周期,然后利用公式g= 求出一次实验的重力加速度,再求
多次实验的重力加速度,然后取平均值。
2.图像法:根据测出的一系列摆长l对应的周期T,作l-T2图像,由单摆周期公式得l= T2,
图像应是一条过原点的倾斜直线,如图所示,求出图线的斜率k,即可利用g=4π2k求重力 加速度。
四、注意事项
1.摆线要选长1 m左右的细线,不要过长或过短。细线的质量要小、弹性要小,选用体
积小、密度大的金属球作为摆球。
2.摆线长要待悬挂好球后再测,计算摆长时要将摆线长加上摆球半径。
3.摆线顶端不能晃动,需用夹子夹住,保证悬点固定。单摆要在同一竖直平面内摆动, 不要形成圆锥摆。
4.要从摆球通过平衡位置(最低点)开始计时,并准确记录全振动的次数。
五、误差分析
1.系统误差:主要来源于单摆本身是否符合要求,即悬点是否固定,摆球是否可看作质 点,球、线是否符合要求,摆动是圆锥摆还是在同一竖直平面内的摆动等。
2.偶然误差:主要来自时间(即单摆周期)与摆长的测量。要注意测准时间(周期),需要
从摆球通过平衡位置开始计时,并采用倒计时计数的方法,即4,3,2,1,0,1,2,…,在数 “0”的同时按下秒表开始计时。不能多计或漏计振动次数。为了减小偶然误差,应 多次测量取平均值。
实验十 观察电容器的充、放电现象
一、实验原理
1.充电过程:电容器与电源相连,形成充电电流,随着极板电荷量的增加,充电电流减 小。
2.放电过程:电容器的正、负电荷中和,形成放电电流,随着极板电荷量的减少,放电电
流减小。
二、操作步骤
1.按原理图连接实验器材。
2.单刀双掷开关S接1,观察电容器的充电现象,并将结果记录下来。
3.单刀双掷开关S接2,观察电容器的放电现象,并将结果记录下来。
4.关闭电源,整理器材。
三、数据处理
1.观察电流表示数变化,总结电容器充、放电电流的变化规律。
2.可将电流表换成电流传感器,由计算机绘制充、放电的i-t图像,由图像计算充、放电
过程中通过电流传感器的电荷量。
处理技巧
在i-t图像中,先算出一个小方格代表的电荷量,然后数出整个图像与横轴所围的“面 积”中的方格数(大于半个的按一个方格计算,小于半个的舍弃)。电容器充电或放电 过程中的电荷量为一个小方格代表的电荷量乘以方格数。
3.电容器两极板之间的电压等于电源电动势,由电容的定义式C= 估算出电容器的电
容C。
四、注意事项
1.电流表要选用小量程的灵敏电流表(或电流传感器)。
2.要选择大容量的电容器。
3.实验要在干燥的环境中进行。
4.在做放电实验时,在电路中串联一个电阻,避免烧坏电流表。
五、创新方案
1.实验器材的改进:使用传感器测量数据。
2.实验思路的改进:组成LC振荡电路,一个实验达成多个目的。
实验十一 测量电阻的几种方法
一、伏伏法测电阻
若电压表内阻已知,则可将其当作电流表、电压表和定值电阻来使用。
1.如图甲所示,两电表的满偏电流接近时,若已知V1的内阻为R1,则可测出V2的内阻R2= R1。
2.如图乙所示,当两电表的满偏电流IV1 IV2时,V1并联一定值电阻R0后,同样可得V2的内
阻R2= 。
二、安安法测电阻
若电流表内阻已知,则可将其当作电流表、电压表以及定值电阻来使用。
1.如图甲所示,当两电表的满偏电压接近时,如果已知A1的内阻R1,则可测得A2的内阻R2 = 。
2.如图乙所示,当两电表的满偏电压UA2 UA1时,A1串联一定值电阻R0后,同样可测得A2 的内阻R2= 。
三、半偏法测电阻
1.电流表半偏法
(1)实验步骤
①按如图所示的电路图连接实物电路。
②断开S2,闭合S1,调节滑动变阻器R1的滑片,使电流表读数等于其满偏电流Im。
③保持滑动变阻器R1接入电路的阻值不变,闭合S2,调节电阻箱R2,使电流表读数等于
Im,然后读出R2的阻值,若满足R1 RA,则可认为RA=R2。
(2)误差分析
当闭合S2时,总电阻减小,总电流增大,大于原电流表的满偏电流,而此时电流表半偏,所 以流经R2的电流比电流表所在支路的电流大,R2的电阻比电流表的电阻小,而我们把R2 的读数当成电流表的内阻,故测得的电流表的内阻偏小。
2.电压表半偏法
(1)实验步骤
①按如图所示的电路图连接实物电路。
②将电阻箱R2接入电路的阻值调为0,闭合S,调节滑动变阻器R1的滑片,使电压表读数 等于其满偏电压Um。
③保持滑动变阻器R1的滑片不动,调节电阻箱R2,使电压表读数等于 Um,然后读出电阻
箱R2接入电路的阻值,若R1 RV,则可认为RV=R2。
(2)误差分析
当电阻箱R2接入电路的阻值由0逐渐增大时,电阻箱R2与电压表两端的总电压也将逐渐 增大,当电压表读数等于 Um时,电阻箱R2两端的电压将大于 Um,则R2>RV,从而造成RV
的测量值偏大。
四、替代法测电阻
1.电流等效替代
(1)按如图所示的电路图连接好电路,并将电阻箱R0的阻值调至最大,滑动变阻器的滑 片P置于a端。
(2)闭合开关S1、S2,调节滑片P,使电流表指针指在适当的位置,记下此时电流表的示数I。
(3)断开开关S2,再闭合开关S3,保持滑动变阻器滑片P位置不变,调节电阻箱,使电流表的 示数仍为I。
(4)此时电阻箱连入电路的阻值R0与未知电阻Rx的阻值等效,即Rx=R0。
2.电压等效替代
(1)按如图所示的电路图连好电路,并将电阻箱R0的阻值调至最大,滑动变阻器的滑片P 置于a端。
(2)闭合开关S1、S2,调节滑片P,使电压表指针指在适当的位置,记下此时电压表的示 数U。
(3)断开开关S2,再闭合开关S3,保持滑动变阻器滑片P位置不变,调节电阻箱,使电压表的 示数仍为U。
(4)此时电阻箱连入电路的阻值R0与未知电阻Rx的阻值等效,即Rx=R0。
五、“电桥法”测电阻
1.现象:如图所示,实验中调节电阻箱R3,使灵敏电流计G的示数为0。
2.原理:当A、B两点电势相等,A、B电势差UAB=0,通过G的电流IG=0时,那么对应部分的 电压相等,则UR1=UR3,UR2=URx,根据欧姆定律有 = , = ,解得 = 或R1Rx=R2R
3,这就是电桥平衡的条件,由该条件可求出待测电阻Rx的阻值。
实验十二 描绘小灯泡的伏安特性曲线
一、原理装置
二、操作步骤
1.设计电路:电流表外接;滑动变阻器采用分压式接法。
2.连接电路:根据原理图用导线进行实物连线。
3.测量与记录:移动滑动变阻器滑片位置,测出10组以上不同的电压值U和电流值I,填 入自己设计的表格中。
三、数据处理
1.在坐标纸上以U为横轴,以I为纵轴,建立坐标系。
2.在坐标纸上描出各组数据所对应的点。
3.将描出的点用平滑的曲线连接起来,就得到小灯泡的伏安特性曲线(如图所示)。
四、注意事项
1.电流表外接法:本实验中被测小灯泡灯丝的电阻值较小,因此测量电路必须采用电流 表外接法。
2.控制电路接法:本实验要作出I-U图线,要求测出一组数值为0的电压值和电流值,则滑 动变阻器要采用分压式接法。
3.保护元件安全:为保护元件不被烧毁,开关闭合前滑动变阻器的滑片应位于图中的a 端。加在小灯泡两端的电压不要超过其额定电压。
五、误差分析
1.电压表不是理想电表,内阻并非无穷大,由于电压表的分流,使测得的电流值大于真 实值,从而引起误差。
2.测量时读数不准确带来误差。
3.在坐标纸上描点、作图带来误差。
六、创新方案
转换研究对象(如图所示)。
实验十三 测量金属丝的电阻率
一、实验原理
由Rx=ρ 得ρ= ,因此只要测出金属丝的长度l、横截面积S和电阻Rx,即可求得
电阻率ρ。
二、操作步骤
1.测直径:用螺旋测微器在被测金属丝上的三个不同位置各测一次直径,求出其平均值 d。
2.连电路:按原理图连接实物电路。
3.测长度:用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属丝的有效长度,反复测量三次,求 出其平均值l。
4.测电压、电流:改变滑动变阻器接入电路的阻值,测出多组U、I值,填入设计好的记
录表格中。
三、数据处理
1.计算Rx的两种方法
(1)方法一:用Rx= 分别算出各次的数值,再取平均值。
(2)方法二:作U-I图像,利用斜率求出Rx,如图所示。
注意 采用图像法求电阻阻值,在描点时,要尽量使各点间的距离大一些,连线时要尽 可能地通过较多的点,其余各点均匀分布在直线的两侧,个别偏离直线较远的点可以 不予考虑。
2.计算电阻率:将记录的数据l、d及得到的Rx的值代入电阻率计算式,ρ= = 。
四、注意事项
1. 本实验中被测金属丝的电阻值较小,为了减小实验的系统误差,必须采用电流表外 接法。
2.电流不宜过大,通电时间不宜太长,以免温度过高,导致电阻率测量结果偏大。
五、误差分析
1.金属丝直径、长度的测量读数等人为因素带来误差。
2.电流表及电压表对电阻测量的影响带来误差,因为电流表外接,所以R测知ρ测< ρ真。
3.通电电流过大,时间过长,使金属丝发热,电阻率随之变化带来误差。
实验十四 测量电源的电动势和内阻
一、原理装置
1.电路图和实物图(如图甲、乙所示)。
2.原理:改变滑动变阻器接入电路的阻值,测多组U、I值,根据闭合电路欧姆定律E=U+
Ir计算E、r。
二、操作步骤
1.选量程、连线路:按原理图连接实物电路,注意电压表、电流表的量程和正、负接线 柱。
2.调节:滑动变阻器滑片移到接入电路的阻值最大的一端。
3.测量:闭合开关,改变滑动变阻器接入电路的阻值,测多组U、I值。
三、数据处理
1.方法一:列方程组求解电动势和内阻的大小。
(1) ;
(2) ;
(3) ;
根据以上三组方程分别求出E、r,再取其平均值作为电源的电动势E和内阻r。
2.方法二:用图像法处理数据,如图所示。
(1)图线的纵截距为E。
(2)图线斜率的绝对值表示r= 。
四、注意事项
1.为了使电池的路端电压变化明显,应选内阻大些的电池(选用已使用过一段时间的干 电池)。
2.在实验中不要将I调得过大,每次读完U和I的数据后应立即断开电源,以免干电池的E 和r明显变化。
3.要测出多组(I,U)数据,且变化范围要大些。
4.画U-I图线时,纵轴的刻度可以不从零开始,而是根据测得的数据从某一恰当值开始 (横坐标I必须从0开始)。但这时图线与横轴交点的横坐标值不再表示短路电流,而图
线与纵轴交点的纵坐标值仍表示电源电动势,图线斜率的绝对值仍表示内阻。
五、误差分析
1.偶然误差:主要来源于电压表和电流表的读数以及作U-I图像时描点不准确。
2.系统误差
(1)电流表外接
①图像法:若考虑电压表内阻RV的分流作用,真实的图线如图乙所示,故E测
②等效电源法:如图甲所示,E测= E真(2)电流表内接
①图像法:若考虑电流表内阻RA的分压作用,真实的图线如图丁所示,故E测=E真,r测>r真。
②等效电源法:如图丙所示,E测=E真,r测=r+RA>r真。
六、创新方案
安阻法和伏阻法测电源电动势和内阻(理想电表)
实验电路
实验原理 E=I1(R1+r)
E=I2(R2+r)
E=
r= E=U1+ r
E=U2+ r
E=
r=
图像
= R+ r
R=E· -r
= · +
实验十五 用多用电表测量电学中的物理量
一、实验原理
1.多用电表的构造及原理图
(1)多用电表可以用来测量直流电流、直流电压、电阻、交变电压等,并且每一种测量 项目都有几个量程。
(2)外形如图所示,上半部分为表盘,表盘上有电阻、直流电流和电压、交变电压等多 种量程的刻度;下半部分中央为选择开关,它的四周刻有各种测量项目和量程。多用 电表面板上还有:欧姆调零旋钮(表笔短接时使电表指针指在右端零欧姆处)、指针定 位螺丝(未接入电路时使电表指针指在左端的“0”位置)、表笔的正负插孔(红表笔
插入“+”插孔,黑表笔插入“-”插孔)。
(3)原理图如图所示。
2.欧姆表原理
(1)构造:欧姆表由电流表G、电池、调零电阻R和红、黑表笔组成。
(2)工作原理:I= 。
(3)刻度的标定:红、黑表笔短接(被测电阻Rx=0)时,调节调零电阻R,使I=Ig,电流表的指 针达到满偏,这一过程叫作欧姆调零。
①当I=Ig时,Rx=0,在满偏电流Ig处标为“0”(图甲)。
②当I=0时,Rx→∞,在I=0处标为“∞”(图乙)。
③当I= 时,Rx=Rg+R+r,此电阻值等于欧姆表的内阻值,Rx叫作中值电阻(图丙)。
二、操作步骤
1.机械调零:多用电表的指针若不指零,则可通过调节指针定位螺丝进行机械调零。
2.将红、黑表笔分别插入“+”“-”插孔。
3.测量小灯泡的电压和电流
(1)按如图甲所示连好电路,将多用电表选择开关置于直流电压挡,测小灯泡两端的电 压。
(2)按如图乙所示连好电路,将选择开关置于直流电流挡,测量通过小灯泡的电流。
4.用多用电表测电阻
(1)调节指针定位螺丝,使指针指向电流的零刻度处,插入表笔。
(2)选择开关置于“Ω”挡的“×1”挡,短接红、黑表笔,调节欧姆调零旋钮,使指针指 到0 Ω位置,然后断开表笔。
(3)将两表笔分别接触阻值为几十欧姆的定值电阻两端,读出指示的电阻值,然后断开 表笔,再与标定值进行比较。
(4)选择开关改置于“×100”挡,重新进行欧姆调零。
(5)再将两表笔分别接触标定值为几千欧姆的电阻两端,读出指示的电阻值,然后断开 表笔,与标定值进行比较。
(6)测量完毕,将表笔从插孔中拔出,并将选择开关置于交流电压最高挡或“OFF” 挡。
5.多用电表中欧姆表换挡的原则
(1)选挡原则:所选挡位在测量时要让指针尽可能指在表盘中间范围。
(2)换挡原则
①若表盘指针读数过大(指针位置偏左),即指针偏转角过小,换高倍率挡。
②若表盘指针读数过小,即指针偏转角过大,换低倍率挡。
6.用多用电表测二极管的正、反向电阻
(1)认识二极管(当给二极管加正向电压时电阻很小,当给二极管加反向电压时电阻很 大):晶体二极管由半导体材料制成,它的符号如图所示,左端为正极,右端为负极。
(2)用欧姆挡判断二极管的正负极
将多用电表欧姆挡调零之后,若用多用电表测电阻时指针偏角很大,则黑表笔接触二 极管的正极,红表笔接触二极管的负极(如图甲);若测电阻时多用电表指针偏角很小,则 黑表笔接触二极管的负极,红表笔接触二极管的正极(如图乙)。
三、注意事项
1.区分“两个零点”:“机械零点”是表盘刻度左侧的“0”位置,调零时调节表盘下
边中间的指针定位螺丝;“欧姆零点”是指刻度盘右侧的0 Ω,调零时调节欧姆调零旋 钮。
2.测电阻时应注意
(1)测量电阻时待测电阻要与其他元件和电源断开。
(2)两手一定不要同时接触两表笔金属杆。
(3)指针指中值附近较准确,否则换挡。
(4)每换一挡必须重新欧姆调零。
(5)读出示数要乘以所选择的倍率。
实验十六 探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
一、实验原理
1.实验电路图(如图所示)
2.控制变量法
(1)n1、U1一定,研究U2和n2的关系。
(2)n2、U1一定,研究U2和n1的关系。
二、操作步骤
1.保持原线圈的匝数n1和电压U1不变,改变副线圈的匝数n2,研究n2对副线圈电压U2的影 响。
(1)估计被测电压的大致范围,选择多用电表交流电压挡适当量程。若不知道被测电压 的大致范围,则应选择交流电压挡的最大量程进行测量。
(2)组装可拆变压器:把两个线圈穿在闭合铁芯上,用交流电压挡测量输入、输出电 压。
2.保持副线圈的匝数n2和原线圈两端的电压U1不变,研究原线圈的匝数对副线圈电压 的影响,重复以上操作。
三、实验结论
原、副线圈的电压比等于原、副线圈的匝数比。
四、注意事项
1.在改变学生电源电压、线圈匝数前均要先断开电源开关,再进行操作。
2.为了人身安全,学生电源的电压不能超过12 V,通电时不能用手接触裸露的导线和接 线柱。
3.为了多用电表的安全,使用交变电压挡测电压时,先用最大量程挡试测,大致确定被 测电压后再选用合适的挡位进行测量。
五、误差分析
1.由于漏磁,通过原、副线圈的每一匝的磁通量不严格相等造成误差。
2.原、副线圈有电阻,原、副线圈中的焦耳热损耗造成误差。
3.铁芯有磁损耗,形成涡流产生误差。
实验十七 探究常见传感器的工作原理及应用
一、观察热敏电阻的特性
1.原理装置
2.操作步骤
(1)按装置图连接好电路。
(2)把多用电表置于欧姆挡,并选择适当的量程测出烧杯中没有水时热敏电阻的阻值,
并记下温度计的示数。
(3)向烧杯中注入少量的冷水,使热敏电阻浸没在冷水中,记下温度计的示数和多用电 表测量的热敏电阻的阻值。
(4)将热水分几次注入烧杯中,测出不同温度下热敏电阻的阻值,并记录。
3.数据处理:在如图所示的坐标系中,粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线。
4.注意事项:实验时,加热水后要等一会儿再测热敏电阻的阻值,以使热敏电阻温度与 水的温度相同,并同时读出水温。
二、观察光敏电阻的特性
1.原理装置
2.操作步骤
(1)将光敏电阻、多用电表、灯泡、滑动变阻器按原理装置图所示的电路连接好,其中 多用电表置于“×100”挡。
(2)先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值,并记录数据。
(3)接通电源,让小灯泡发光,调节小灯泡的亮度使其逐渐变亮,观察多用电表表盘指针 显示光敏电阻阻值的情况,并记录。
(4)用手掌(或黑纸)遮光时,观察多用电表表盘指针显示光敏电阻阻值的情况,并记录。
3.数据处理:根据记录数据分析光敏电阻的特性。
4.注意事项
(1)实验中,如果效果不明显,可将光敏电阻部分电路放入带盖的纸盒中,并通过盖上小
孔改变照射到光敏电阻上的光的多少来达到实验目的。
(2)欧姆表每次换挡后都要重新进行欧姆调零。
实验十八 测量玻璃的折射率
一、实验原理
如图所示,当光线AO以一定的入射角θ1射向两面平行的玻璃砖时,通过插针法找 出跟入射光线AO对应的出射光线O'B,从而找出折射光线OO'和折射角θ2,再根据n= 或n= 算出玻璃的折射率。
二、操作步骤
1.用图钉把白纸固定在木板上。
2.在白纸上画一条线段aa',并取aa'上的一点O为入射点,作过O点的法线CD。
3.画出线段AO作为入射光线,并在AO上插上P1、P2两枚大头针。
4.在白纸上放上玻璃砖,使玻璃砖的一条长边与线段aa'对齐,并描出另一条长边的两个 点b、b'。
5.眼睛在bb'的一侧透过玻璃砖观察两枚大头针并调整视线方向,使P1的像被P2的像挡 住,然后在眼睛这一侧插上大头针P3,使P3挡住P1、P2的像,再插上P4,使P4挡住P1、P2的 像和P3。
6.移去玻璃砖,连接b、b',拔去大头针,由大头针P3、P4的针孔位置及bb'确定出射光线O 'B及出射点O',连接O、O'得到线段OO'。
7.用量角器测量入射角θ1和折射角θ2,并查出其正弦值sin θ1和sin θ2。
8.改变入射角,重复实验。
三、数据处理
1.计算法:算出不同入射角时的 ,并取平均值,得到折射率n。
2.图像法:作sin θ1-sin θ2图像,由n= 可知图像应是过原点的倾斜直线,如图所示,其
斜率表示折射率。
3.“单位圆”法:以入射点O为圆心,以一定的长度R为半径画圆,sin θ1= ,sin θ2= ,
OP=OQ=R,则n= = 。只要用刻度尺量出PN、QN'的长度就可以求出n,多次测量取平均值。
四、注意事项
1.实验时,应尽可能将大头针竖直插在纸上,且P1和P2之间、P3和P4之间、P2与O、P3与 O'之间的距离要稍大一些。
2.入射角不宜太大(即不能接近90°),也不宜太小(即不能接近0°)。
3.操作时手不能触摸玻璃砖的光洁光学面,也不能把玻璃砖界面当作尺子画界线。
4.实验过程中,玻璃砖与白纸的相对位置不能改变。
5.玻璃砖应选用宽度较大的,其宽度宜在5 cm以上,若宽度太小,则测量误差较大。
五、误差分析
1.入射光线、出射光线确定的准确性造成误差,故入射侧、出射侧所插两枚大头针间 距应大些。
2.入射角和折射角的测量造成误差,故入射角应适当大些,以减小测量的相对误差。
实验十九 用双缝干涉实验测量光的波长
一、实验原理
如图所示,相邻两条亮(暗)条纹间的距离Δx与入射光波长λ,双缝S1、S2间距离d及 双缝与屏的距离l满足关系式Δx= λ,因此,只要测出Δx、d、l即可得出波长λ。
二、操作步骤
1.安装仪器(如图所示)
(1)将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上。
(2)接好光源,打开开关,使灯丝正常发光。
(3)调节各器件的高度,使光源灯丝发出的光能沿遮光筒轴线到达光屏。
(4)调节单缝和双缝,尽量使缝的中点位于遮光筒的轴线上,使单缝与双缝平行。
2.观察与记录
(1)调节单缝与双缝间距为5~10 cm时,观察白光的干涉条纹。
(2)在单缝和光源间放上滤光片,观察单色光的干涉条纹。
(3)调节测量头,使分划板中心刻线对齐第1条亮条纹的中心,记下手轮上的读数x1;转动 手轮,使分划板向一侧移动,当分划板中心刻线与第n条亮条纹中心对齐时,记下手轮上 的读数xn,则相邻两亮条纹间的距离Δx= 。
(4)换用不同的滤光片,测量其他单色光的波长。
三、数据处理
1.条纹间距:Δx= 。
2.波长:λ= Δx。
3.对同一单色光测量多组数据,求λ的平均值。
四、注意事项
1.调节双缝干涉仪时,要注意调整光源的高度,使它发出的光束能够沿着遮光筒的轴线 把屏照亮。
2.放置单缝和双缝时,缝要相互平行,中心大致位于遮光筒的轴线上。
3.调节测量头时,应使分划板中心刻线和亮条纹的中心对齐。
4.不要直接测Δx,要测多条亮条纹的间距再计算得到Δx,这样可以减小误差。
五、误差分析
1.双缝到屏的距离l的测量存在误差。
2.测条纹间距Δx带来的误差
(1)干涉条纹没有调整到最清晰的程度。
(2)分划板中心刻线与干涉条纹不平行,中心刻线没有恰好位于条纹中心。
(3)测量多条亮条纹间的距离时读数不准确,此间距中的条纹数未数清。
实验二十 用油膜法估测油酸分子的大小
一、实验原理
利用油酸酒精溶液在平静的水面上形成单分子油膜,用d= 计算出油膜的厚度,其
中V为一滴油酸酒精溶液中所含纯油酸的体积,S为油膜面积,这个厚度就近似等于油 酸分子的直径,如图所示。
二、操作步骤
1.配制油酸酒精溶液,取纯油酸1 mL,注入500 mL的容量瓶中,然后向容量瓶内注入酒 精,直到液面达到500 mL刻度线为止。
2.用注射器(或滴管)将油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中,并记下量筒内增加一定 体积Vn时的滴数n。根据V0= 计算出每滴油酸酒精溶液的体积V0。
3.向浅盘里倒入约2 cm深的水,并将爽身粉均匀地撒在水面上。
4.用注射器(或滴管)将一滴油酸酒精溶液滴在水面上。
5.待油酸薄膜的形状稳定后,将玻璃板放在浅盘上,并将油酸膜的形状用彩笔画在玻璃 板上。
6.将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,计算出油酸薄膜的面积S(求面积时以 坐标纸上边长为1 cm的正方形为单位计算轮廓内正方形的个数,不足半个的舍去,多 于半个的算一个)。
7.根据油酸酒精溶液的配制比例,算出一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V,并代入公 式d= ,算出油酸薄膜的厚度d,即油酸分子的直径。
三、数据处理
在实验中由d= 计算油酸分子的直径,V是经过换算后一滴油酸酒精溶液中纯油
酸的体积,各物理量的计算方法如下:
(1)一滴油酸酒精溶液的体积V0= (n为滴数,Vn为n滴油酸酒精溶液的体积)。
(2)一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V=ηV0(η为油酸酒精溶液的体积浓度)。
(3)油酸薄膜的面积S=Na2(N为小正方形的有效个数,a为小正方形的边长)。
四、注意事项
1.实验前,必须将所有的实验用具擦洗干净,实验时,吸取油酸、酒精和油酸酒精溶液 的滴管不能混用,否则会增大实验误差。
2.浅盘里的水面到盘口面的距离应较小,并要水平放置,以便准确地画出油酸薄膜的轮 廓,画线时视线应与板面垂直。
3. 油酸在水面上形成的薄膜先扩散后收缩,要在薄膜形状稳定后再画轮廓。薄膜扩 散后又收缩的原因有两个:一是水面受油酸液滴冲击凹陷后又恢复;二是酒精挥发后,
薄膜回缩。
4.滴油酸酒精溶液的滴口应在离水面1 cm之内,否则油酸薄膜难以形成。
五、误差分析
1.纯油酸体积的计算引起误差。
2.描绘油膜轮廓时带来误差。
3.数格子法本身是一种估算方法,从而带来误差。
实验二十一 探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系
一、实验原理
1.实验思路:利用注射器封闭一段空气柱作为研究对象,在温度不变的情况下,测量气 体在不同体积时的压强,再分析气体压强与体积的关系。
2.物理量的测量
(1)空气柱的体积:空气柱的长度可以通过刻度尺读取,空气柱的长度与横截面积的乘 积就是体积。
(2)空气柱的压强:从压力表读取。
二、操作步骤
1.安装器材(如图所示)
2.注射器两端有柱塞和橡胶套,管内密封一段空气柱,这段空气柱就是我们的研究对 象。在实验过程中,我们可以近似认为空气柱的质量和温度不变。
3.用手把柱塞向下压,选取几个位置,同时读出刻度尺示数与压强,记录数据。
4.用手把柱塞向上拉,选取几个位置,同时读出刻度尺示数与压强,记录数据。在该实
验中,由于我们可以直接用刻度尺示数作为空气柱体积,而无需测量空气柱的横截面 积。
三、数据处理
1.以压强p为纵坐标,以体积V为横坐标建立p-V坐标系,画出气体等温变化的p-V图像, 由于图线是曲线,不能直接说明压强与体积成反比。
2.以压强p为纵坐标,以体积的倒数 为横坐标,建立p- 坐标系,画出气体等温变化的p-
图像,图线是过原点的倾斜直线,说明压强与体积成反比。
四、注意事项
1.要求温度保持不变,所以移动柱塞时尽量缓慢。
2.要等到示数稳定之后,再去读数。
3.研究对象为一定质量的气体,要防止漏气。
五、误差分析
1.实验的过程中存在漏气现象造成误差,故要保证橡胶套的气密性。
2.下压柱塞或上拉柱塞过快,会造成气体温度升高,引起实验误差。
3.在读压力表和刻度尺示数时都会引起读数误差,因此要多测几次取平均值。
