2011届高三物理复习：实验设计与实验探究

专题训练 实验题
一、高考实验题的能力具体要求：
1.基本仪器的使用能力：传统的重要实验器材如游标卡尺、螺旋测微器、打点计时器、电阻箱、滑动变阻器、多用电表的使用与读数仍是高考实验试题的主角。
2.对实验原理的理解及方法的迁移能力：<<考试大纲>>要求学生“能理解实验原理和方法, 能运用已学过的物理理论、实验方法和实验仪器去处理问题，包括简单的设计性实验”这就要求学生能将学过的物理知识应用到实验中,能理解改编类实验的原理,在需要时能根据所给仪器设计新实验.
3.分析处理数据的能力：处理数据的方法一般有：列表法、作图法、平均值法、逐差法。作图法作为数据处理的一个重要方法，直观、误差小、易于发现错误数据、在求平均值和某些物理量非常方便。06年起的高考可以说是对图象的分析和处理要求都很高，目前此类题目正由学生实验中统一的直线（除小灯泡的伏安特性曲线外），向曲线方面发展，要引起重视。
4.误差分析的能力：误差分析能力是实验能力的重要组成部分，课本上许多实验设计都存在着缺限，近几年高考试题也侧重对这些缺限的考查。
5.对基本学生实验操作(步骤、方法)的能力：历年高考中，命题者都试图创设一种真实的实验情景，致力于通过纸笔型的考试考查学生真实的实验能力，以将做过实验的学生和没有做过实验的学生区分开来。 试题体现的形式多样，如实验步骤排序纠错、补漏；电路图的连线、纠错、设计电路图；分析实验误差的来源并为减少实验误差采取的措施等，都与实验的实际操作过程紧密相关，真正的考查了考生的实际操作能力。
二、高考命题特点：
在大纲规定的实验基础上进行重组与创新，旨在考查考生是否熟悉这些常规实验器材，是否真正动手做过这些实验，是否能灵活的运用学过的理论、实验方法、仪器去处理、分析、研究某些未做过的实验，包括设计某些比较简单的实验等。呈现出“考在书外，理在书内，源于课本而高于课本”的考查特点，侧重考查考生的实验设计能力、实验探究能力、对图象的分析解读能力及创新和迁移能力。能力要求全面而且层次较高，是历年高考中的难点。
三、考题回放：
（一）以打点计时器的使用和纸带数据处理为核心的力学实验：
1．【07年广东力学实验14】
如图11（a）所示，小车放在斜面上，车前端栓有不可伸长的细线，跨过固定在斜面边缘的小滑轮与重物相连，小车后面与打点计时器的纸带相连。起初小车停在靠近打点计时器的位置，重物到地面的距离小于小车到滑轮的的距离。启动打点计时器，释放重物，小车在重物的牵引下，由静止开始沿斜面向上运动，重物落地后，小车会继续向上运动一段距离。打点计时器使用的交流电频率为50 Hz。图11（b）中a、b、c是小车运动纸带上的三段，纸带运动方向如箭头所示。
⑴根据所提供纸带上的数据，计算打c段纸带时小车的加速度大小为_________m/s2。（结果保留两位有效数字）
⑵打a段纸带时，小车的加速度是2.5 m/s2。请根据加速度的情况，判断小车运动的最大速度可能出现在b段纸带中的_________。
⑶如果取重力加速度10 m/s2，由纸带数据可推算出重物与小车的质量比为_________。
2．【08年广东力学实验16】
某实验小组采用图11所示的装置探究“动能定理”，图中小车中可放置砝码，实验中，小车碰到制动装置时，钩码尚未到达地面，打点针时器工作频率为50 Hz.
（1）实验的部分步骤如下：
①在小车中放入砝码，把纸带穿过打点计时器，连在小车后端，用细线连接小车和钩码；
②将小车停在打点计时器附近， ， ，小车拖动纸带，打点计时器在纸带上打下一列点， ；
③改变钩码或小车中砝码的数量，更换纸带，重复②的操作。
（2）图12是钩码质量为0.03 kg，砝码质量为0.02 kg时得到的一条纸带，在纸带上选择起始点0及A、B、C、D和E五个计数点，可获得各计数点到0的距离5及对应时刻小车的
瞬时速度v,请将C点的测量结果填在表1中的相应位置.
（3）在上车的运动过程中，对于钩码、砝码和小车组成的系统， 做正功，
做负功.
（4）实验小组根据实验数据绘出了图13中的图线（其中Δv2=v2-v20）,根据图线可获得的结论是 .要验证“动能定理”，还需要测量的物理量是摩擦力和 .
表1纸带的测量结果
测量点 S/cm v/(m·s-1)
0 0.00 0.35
A 1.51 0.40
B 3.20 0.45
C
D 7.15 0.54
E 9.41 0.60
3．【09年广东力学实验15】
某实验小组利用拉力传感器和速度传感器探究“动能定理”，如图，他们将拉力传感器固定在小车上，用不可伸长的细线将其通过一个定滑轮与钩码相连，用拉力传感器记录小车受到拉力的大小。在水平桌面上相距50.0cm的A、B两点各安装一个速度传感器记录小车通过A、B时的速度大小。小车中可以放置砝码。
⑴实验主要步骤如下：
①测量_____和拉力传感器的总质量M1；把细线的一端固定在拉力传感器上，另一端通过定滑轮与钩码相连；正确连接所需电路；
②将小车停在C点，______，小车在细线拉动下运动，记录细线拉力及小车通过A、B时的速度。
③在小车中增加砝码，或_______________，重复②的操作。
⑵下表是他们测得的一组数据，其中M是M1与小车中砝码质量之和，|v22-v12| 是两个速度传感器记录速度的平方差，可以据此计算出动能变化量ΔE，F是拉力传感器受到的拉力，W是F在A、B间所作的功。表格中ΔE3=__________，W3=_______。（结果保留三位有效数字）
⑶根据下表，请在右图中的方格纸上作出ΔE-W图线。
数据记录表
4.【09江苏力学实验11】
“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”的实验装置如图甲所示。
⑴在平衡小车与桌面之间摩擦力的过程中，打出了一条纸袋如图乙所示。计时器打点的时间间隔为0.02s。从比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，量出相邻计数点之间的距离。该小车的加速度a=_____m/s2.（结果保留两位有效数字）
⑵平衡摩擦力后，将5个相同的砝码都放在小车上。挂上砝码盘，然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中，测量小车的加速度。小车的加速度a与砝码盘中砝码总重力F的实验数据如下表：
砝码盘中砝码总重力F(N) 0.196 0.392 0.588 0.784 0.980
加速度a（m·s-2） 0.69 1.18 1.66 2.18 2.70
请根据实验数据作出a-F的关系图象：
⑶根据提供的试验数据作出的-F图线不通过原点，请说明主要原因。
（二）以电阻或电源电动势与内阻测量为核心的电学实验：
1.【07年广东电学实验13】
实验室新进了一批低电阻的电磁螺线管，已知螺线管使用的金属丝电阻率ρ=1.7×10－8 Ωm。课外活动小组的同学设计了一个试验来测算螺线管使用的金属丝长度。他们选择了多用电表、电流表、电压表、开关、滑动变阻器、螺旋测微器（千分尺）、导线和学生电源等。
⑴他们使用多用电表粗测金属丝的电阻，操作过程分以下三个步骤：（请填写第②步操作）
①将红、黑表笔分别插入多用电表的“＋”、“－”插孔；选择电阻档“×1”；
②________________________________________________________________；
③把红黑表笔分别与螺线管金属丝的两端相接，多用表的示数如图9（a）所示。
⑵根据多用电表示数，为了减少实验误差，并在实验中获得较大的电压调节范围，应从图9（b）的A、B、C、D四个电路中选择_________电路来测量金属丝电阻；
⑶他们使用千分尺测量金属丝的直径，示数如图10所示，金属丝的直径为_________mm；
⑷根据多用电表测得的金属丝电阻值，可估算出绕制这个螺线管所用金属丝的长度约为_________m。（结果保留两位有效数字）
⑸他们正确连接电路，接通电源后，调节滑动变阻器，发现电流始终无示数。请设计一种方案，利用多用电表检查电路故障并写出判断依据。（只需写出简要步骤）
2.【08年广东电学实验15】
某实验小组探究一种热敏电阻的温度特性.现在器材：直流恒流电源（在正常工作状态下输出的电流恒定）、电压表，待测热敏电阻、保温容器、温度计、开关和导线等.
(1)若用上述器材测量热敏电阻的阻的随温度变化的特性，请你在图9的实物图上连线.
（2）实验的主要步骤：
①正确连接电路，在保温容器中注入适量冷水，接通电源，调节并记录电源输出的电流值；②在保温容器中添加少量热水，待温度稳定后，闭合开关， ， ，断开开关；
③重复第②步操作若干次，测得多组数据.
（3）实验小组算得该热敏电阻在不同温度下的阻值，并据此绘得图10的R-t关系图线，请根据图线写出该热敏电阻的R-t关系式：R= + t(Ω)（保留3位有效数字）
3.【09年广东电学实验16】
某实验小组利用实验室提供的器材探究一种金属丝的电阻率。所用的器材包括：输出为3V的直流稳压电源、电流表、待测金属丝、螺旋测微器（千分尺）、米尺、电阻箱、开关和导线等。
⑴他们截取了一段金属丝，拉直后固定在绝缘的米尺上，并在金属丝上夹上一个小金属夹，金属夹，金属夹可在金属丝上移动。请根据现有器材，设计实验电路，并连接电路实物图
⑵实验的主要步骤如下：
①正确连接电路，设定电阻箱的阻值，开启电源，合上开关；
②读出电流表的示数，记录金属夹的位置；
③断开开关，_________________，合上开关，重复②的操作。
⑶该小组测得电流与金属丝接入长度关系的数据，并据此绘出了如右图的关系图线，其斜率为________A-1·m-1（保留三位有效数字）；图线纵轴截距与电源电动势的乘积代表了_______ _____________的电阻之和。
⑷他们使用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图所示。金属丝的直径是______。图象中图线的斜率、电源电动势和金属丝横截面积的乘积代表的物理量是_______，其数值和单位为___________（保留三位有效数字）。
4.【08重庆电学实验】
某研究性学习小组设计了题22图3所示的电路，用来研究稀盐水溶液的电阻率与浓度的关系.图中E为直流电源，K为开关，K1为单刀双掷开关，V为电压表，A为多量程电流表，R为滑动变阻器，Rx为待测稀盐水溶液液柱.
①实验时，闭合K之前将R的滑片P置于 （填“C”或“D”）端；当用电流表外接法测量Rx的阻值时，K1应置于位置 （填“1”或“2”）.
②在一定条件下，用电流表内、外接法得到Rx的电阻率随浓度变化的两条曲线如题22图4所示（不计由于通电导致的化学变化）.实验中Rx的通电面积为20 cm2，长度为20 cm，用内接法测量Rx的阻值是3500Ω，则其电阻率为 Ω·m，由图中对应曲线
（填“1”或“2”）可得此时溶液浓度约为 %（结果保留2位有效数字）.
5.【09北京电学实验】
某同学通过查找资料自己动手制作了一个电池。该同学想测量一下这个电池的电动势E和内电阻r，但是从实验室只借到一个开关、一个电阻箱（最大阻值为999.9Ω，可当标准电阻用）、一只电流表（量程Ig=0.6A，内阻rg=0.1Ω）和若干导线。
①请根据测定电动势E和内电阻r的要求，设计图4中器件的连接方式，画线把它们连接起来。
②接通开关，逐次改变电阻箱的阻值R，读出与R对应的电流表的示数I，并作记录。当电阻箱的阻值R=2.6Ω时，其对应的电流表的示数如图5所示。处理实验数据时，首先计算出每个电流值I的倒数，再制作坐标图，如图6所示，图中已标注出了的几个与测量对应的坐标点。请你将与图5实验数据对应的坐标点也标注在图6上。
③在图6上把描绘出的坐标点连成图线。
④根据图6描绘出的图线可得出这个电池的电动势E=_____V，内电阻r=_____Ω。
6.【09海南电学实验14】
图l是利用两个电流表A1和A2测量干电池电动势E和内阻r的电路原理图。图中S为开关．R为滑动变阻器，固定电阻Rl和A1内阻之和为l0000Ω（比r和滑动变阻器的总电阻都大得多)，A2为理想电流表。
①按电路原理图在图2虚线框内各实物图之间画出连线。
②在闭合开关S前，将滑动变阻器的滑动端c移动至_____（填“a端”、“中央”或“b端”）。
③闭合开关S，移动滑动变阻器的滑动端c至某一位置，读出电流表A1和A2的示数I1和I2。多次改变滑动端c的位置，得到的数据为
在图3所示的坐标纸上以I1为纵坐标、I2为横坐标画出所对应的I1-I2曲线。
④利用所得曲线求得电源的电动势E=_____V，内阻r=_____Ω。（保留两位小数)
⑤该电路中电源输出的短路电流Im=　　A。
8.【09重庆电学实验】
硅光电池是一种可将光能转换为电能的器件。某同学用下图所示电路探究硅光电池的路端电压U与总电流I的关系。图中R0为已知定值电阻。电压表视为理想电压表。
①请根据上左图用笔画线代替导线将上右图中的实验器材连接成实验电路。
②若电压表V2的读数为U0，则I=_______。
③实验一：用一定强度的光照射硅光电池，调节滑动变阻器，通过测量到该电池的U-I曲线a，见下图。由此可知电池内阻_____（填“是”或“不是”）常数，短路电流为________mA，电动势为________V。
④实验二：减小实验一中光的强度，重复实验，测得U-I曲线b，见下图。当滑动变阻器的电阻为某值时，若实验一中的路端电压为1.5V，则实验二中外电路消耗的电功率为_______mW（计算结果保留两位有效数字）。
四、分类练习：
（一）拓展探究类实验
1．通过《探究弹簧弹力与弹簧伸长长度的关系》实验，我们知道在弹性限度内，弹簧弹力F的大小与弹簧的伸长(或压缩)量x成正比，并且不同的弹簧，其劲度系数不同．已知一根原长为L0、劲度系数为k1的长弹簧A，现把它截成长为L0和HYPERLINK "http://www./" EMBED Equation.DSMT4 L0的B、C两段，设B段的劲度系数为k2、C段的劲度系数为k3，关于k1、k2、k3的大小关系，同学们做出了如下猜想： 甲同学：既然是同一根弹簧截成的两段，所以，k1＝k2＝k3 乙同学：同一根弹簧截成的两段，越短劲度系数越大，所以，k1＜k2＜k3 丙同学：同一根弹簧截成的两段，越长劲度系数越大，所以，k1＞k2＞k3①为了验证猜想，可以通过实验来完成．实验所需的器材除铁架台外，还需要的器材有： 。②为了验证猜想，可以通过实验来完成．如图是实验得到的图线．根据图线得出弹簧的劲度系数与弹簧长度有怎样的关系
2．【09山东23】某同学在家中尝试验证平行四边形定则，他找到三条相同的橡皮筋（遵循胡克定律）和若干小重物，以及刻度尺、三角板、铅笔、细绳、白纸、钉子，设计了如下实验：将两条橡皮筋的一端分别挂在墙上的两个钉子A、B上，另一端与第三条橡皮筋连接，结点为O，将第三条橡皮筋的另一端通过细绳挂一重物。
①为完成实验，下述操作中必需的是 。
a．测量细绳的长度
b．测量橡皮筋的原长
c．测量悬挂重物后橡皮筋的长度
d．记录悬挂重物后结点O的位置
②钉子位置固定，欲利用现有器材，改变条件再次验证，可采用的方法是 ____。
13．(8分)
发光二极管是某些电路上做指示用的一种电子元件，可看做纯电阻，符号如下图1。只有电流从所标“+”号的一端输入，从所标“一”号一端流出时，它才能发光。厂家提供的某二极管的U—I图象如图所示。
(1)若使用电动势为12V、内阻可以忽略不计的电源对二极管供电，使二极管管正常（工作电压为2．0V)，则需要在电源和二极管之间 。(填“串联”或“并联”)一个电阻，其阻值为 。
（2）已知二极管允许的最大电流为56mA。选出下列器材可验证这种元件的U-I曲线与厂家提供的是否一致。
A．1.5V的干电池两节
B．0~50。
C．量程为15V，内阻为50k的电压表一只；
D．量程为3V、内阻为20k的电压表一只；
E．量程为3mA、内阻为0.01的电流表一只；
F．量程为100mA、内阻为5 的电流表一只；
G．待测发光二极管一只；
H．导线、开关等
为准确、方便地进行检测，电压表应采用 ，电流表应采用 。
在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，备有下列器材：
A ．小灯泡（3.8V , 0.3A ）
B ．直流电源（电动势4V ，内电阻约0.5Ω ）
C ．电流表Al （量程O-500mA ，内电阻约0.5Ω）
D ．电流表A2（量程O-5 mA ，内电阻50Ω）
E ．滑动变阻器Rl(0-10Ω ，额定电流为2A )
F ．滑动变阻器R2(0-100Ω，额定电流为0.2A )
G ．定值电阻R0（950Ω ，额定电流为2A ）
H ．开关一个、导线若干
① 某同学发现上述器材中虽然没有电压表，但给出了两个电流表，于是他设计了图甲中三种实物连接方式，其中最合理的是（a ）、（b ）、（c ）中的 （填代号）；在该电路中，为了操作方便且能较准确地进行测量，滑动变阻器应选 （填器材前的字母代号）。
② 该同学根据① 中选出的合理电路，在实验中正确操作，测出了多组电流数据并记录在预先设计的表格中（见下表）。请你将对应的电压值算出，填人该表格中。
③ 请你在图乙中作出小灯泡的伏安特性曲线。
( 2 ) ( 11 分)① （b） E 或Rl ；② 依次为0.40 、1.00 、1.60 、2.20 、2.80 、3.40 和3.80 ；③ 见右图。
3．某同学用如图所示电路测量一段金属丝的电阻（阻值约为5Ω），采用以下器材：
电流表A1，量程10mA，内阻约200Ω；
电流表A2，量程0.6A，内阻约5Ω；
电阻箱R，阻值999.99Ω；
滑动变阻器R1，最大阻值10Ω；
电源E，电动势6V，内阻不计；
开关、导线若干；
该同学进行如下操作，
（1）将S1接2，S2接4，断开S3，调节滑动变阻器R1和电阻箱R ，测得电流表A1、A2的示数分别为5mA和0.4A，电阻箱阻值为2.5Ω，则电流表A1的阻值为 Ω；
（2）该同学将电阻箱调至102.5Ω，开关S1接1，S2接3，闭合S3，只移动滑动变阻器R1，测得电流表A1、A2的示数如下表格：
A1/mA 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
A2/A 0 0.06 0.12 0.18 0.24 0.30 0.36 0.41 0.45 0.50 0.54
（a）请在坐标纸上描点作图，并根据图线求出电阻丝常温时的阻值Rx= Ω；
（b）请你根据所掌握的物理知识分析该图线反映了金属电阻 的物理规律．
11．（1）197.5Ω（2分）
（2）（a）Rx=5Ω（3分），图后面几个点的连线为平滑曲线 （3分）
（b）温度升高，电阻增加 （2分）
4．某同学对实验室的一个多用电表中的电池进行更换时发现，里面除了一节1.5V的干电池外，还有一个方形的电池（层叠电池），如图甲所示。
为了测定该电池的电动势和内电阻，实验室中提供有下列器材：
A．电流表G（滿偏电流10mA，内阻10Ω）
B．电流表A（0～0.6 A～3A，内阻未知）
C．滑动变阻器R0（0～100Ω，1A）
D．定值电阻R（阻值990Ω）
E．开关与导线若干
（1）该同学根据现有的实验器材，设计了如图乙所示的电路，请你按照电路图在丙图上完成实物连线．
（2）丁图为该同学根据上述设计的实验电路利用测出的数据绘出的I1-I2图线（I1为电流表G的示数，I2为电流表A的示数），则由图线可以得到被测电池的电动势E＝　 　V ，内阻r= Ω．
（3）另一位同学也找到了一块层叠电池，利用上面的实验连接进行测量，初始时滑片P在最右端，但由于滑动变阻器某处发生断路，合上电键后发现滑片P向左滑过一段距离x后电流表A才有读数，于是该同学根据测出的数据作出了两个电流表读数I与x的关系图，如图戊所示，则根据图象可知，此电池的电动势为 V，内阻为 。
5．在一次课外实践活动中，某课题研究小组收集到数码相机、手机等电子产品中的一些旧电池以及从废旧收音机上拆下的电阻、电容、电感线圈等电子元件。现从这些材料中选取两个待测元件，一是电阻R0（约为2kΩ），二是手机中常用的锂电池（电动势E标称值为3.7V，允许最大放电电流为100mA）。在操作台上还准备了如下实验器材：
A．电压表V（量程4V，电阻RV 约为4.0kΩ）
B．电流表A1（量程100mA，内阻很小）
C．电流表A2（量程2mA，内阻很小）
D．滑动变阻器R1（0～2kΩ，额定电流0.1A）
E．电阻箱R2（0～999.9Ω）
F．开关S一只，导线若干。
⑴为了测定电阻R0的阻值，小组的一位成员，设计了如图所示的电路原理图，所选取的相应器材（电源用待测的锂电池）均标在图上，其器材选取中有不妥之处，你认为应该怎样调整？
⑵如果在实际操作过程中，发现滑动变阻器R1、电压表V已损坏，请用余下的器材测量锂电池的电动势E和内阻r。
请你在方框中画出实验电路图（标注所用器材符号）；
②该实验小组的同学在实验中取得多组数据，然后通过作出有关物理量的线性图象处理数据，求得电源电动势和内阻。请在虚线框内坐标中作出定性图像（要求标明两个坐标轴所表示的物理量，用符号表示）并写出与该线性图象对应的相关物理量间的函数关系式。
（二）创新设计类实验：
1.【09山东电学实验】
为了节能和环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统。光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件（照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为lx）。某光敏电阻Rp在不同照度下的阻值如下表：
照度（lx） 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
电阻(k) 75 40 28 23 20 18
①根据表中数据，请在给定的坐标系（见答题卡）中描绘出阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点。
②如图所示，当1、2两端所加电压上升至2V时，控制开关自动启动照明系统，请利用下列器材设计一个简单电路。给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至1.0（lx）时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图。（不考虑控制开关对所设计电路的影响）
提供的器材如下：
光敏电阻Rp（符号 ，阻值见上表）
直流电源E（电动势3V，内阻不计）；
定值电阻：R1=10k，R2=20k，R3=40k（限选其中之一并在图中标出）
开关S及导线若干。
2．物体因绕轴转动而具有的动能叫转动动能，转动动能的大小与物体转动的角速度有关．为了研究某一砂轮的转动动能EK与角速度ω的关系，可采用下述方法：先让砂轮由动力带动匀速转动，测得其角速度ω，然后让砂轮脱离动力，由于轮与轴之间存在摩擦，砂轮最后停下，测出脱离动力到停止转动砂轮转过的圈数n．测得几组不同的ω和n如下表所示
ω(rad／s) 0.5 1 2 3 4
n 5 20 80 180 320
Ek(J)
另外已测得砂轮转轴的直径为l厘米，转轴间的摩擦力为10/πN．
(1)试计算出每次脱离动力时砂轮的转动动能，并填入上表中．
(2)试由上述数据推导出该砂轮转动动能Ek与角速度ω的关系式Ek=
(3)若脱离动力后砂轮的角速度为2.5 rad／s，则它转过45圈后角速度ω =__________
3.如图（a）所示的装置可以验证变力做功情况下的动能定理：在一辆小车上安装两挡光片a、b和位移传感器的发射端，光电门传感器、位移传感器的接收端、力传感器安装在水平放置的固定光滑轨道上，将两块磁铁分别安装于力传感器的受力端和小车上对应的位置，且同性磁极相对。
让小车向力传感器方向运动，当挡光片a经过光电门传感器时，计算机记录下此时小车的速度v0，同时触发力传感器以及位移传感器工作，当挡光片b经过光电门时，计算机再次记录下此时小车的速度vt，同时力传感器和位移传感器停止工作，便可得到这一过程的小车所受的磁力和位移的F-s图像，如图（b）所示。
（1）若小车的质量为m，请写出计算小车动能的增量ΔEk的表达式：_____________。（用已知量和测量量表示）
（2）小车在这一过程做加速度_________、速度_________的运动。（选填“变大”、“不变”或“变小”）
（3）计算机通过F-s图线可以算出磁力在这一过程中所做的功。请根据学过的知识写出根据F-s图线估算磁力在这一过程所做功大小的方法：___________________________。
18．（4分）（1）mvt2 -mv02（1分）
（2）变大，变小（2分）
（3）估算图线下方的面积，其大小即为磁力在这一过程 所做功大小（1分）
4.(07湖南)市场上有一种用两节干电池供电的小型电风扇。某物理研究小组想粗测电风扇正常运转时电能转化为机械能的效率。于是找到了一台该种电风扇并从铭牌上读出了额定电压U，但是其它字迹看不清楚。该研究小组成员打开电风扇底座上的电源盖并取出了两节电池，并从电风扇装电池处两端各接出一条引线， 手边提供的器材有电流表，电压表，滑动变阻器，备用电池若干节，电键，若干导线，固定电池的电池盒。
（a）该小组进行了如下的部分实验步骤，请写出第三步实验过程
（1）按事先设计的电路连接各元件，并使滑片处于使电路电阻最大处
（2）合上开关，使滑片从最左端开始缓慢移动，使电压表和电流表都有明显的读数，但电风扇并未转动，读出此时的电压表和电流表读数U0、Ⅰ0 .
（3） 。
（4）用测的量表示出电动机正常运转时的效率的表达式 。
（b）按上述实验过程，本实验的电路图应选择图26中的 （填“甲”或“乙”）
37、 调节滑动变阻器，使电压表读数为U，读出电流表读数为I ；； 甲 。
5．某同学想设计一个调光电路，现在已有下列器材：一只标有“6 V，3 W”的灯泡L，一只标有“12 Ω，1 A”的滑动变阻器，一电源电动势为12 V，电源内阻不计，开关一只，导线若干．要想使调光电路的开关闭合后，改变滑动变阻器的滑片P的位置，可使灯泡由正常发光到逐渐变暗，直至熄灭．
（1）为了满足实验设计的要求还需要_________________________（填写实验器材），理由_____________________________________________
_______________________________________________
_______________________________________________
___________________________________________
（2）请在右边的方框内画出符合设计要求的电路图．
6．科学实验是人们认识自然的重要手段．电学实验中经常需要测量某负载的电阻．
( 1 ) 测电阻的方法有多种，现在有一只标有 “220 V 100W ”的灯泡，它正常工作时的电阻为 ．若用多用电表的欧姆挡来正确测量这只灯泡的电阻，则测出的电阻应 灯泡正常工作时的电阻（填“大于”、“等于”或“小于” ) ．这是因为
( 2 ）请您用下列器材设计一个实验，测定灯泡正常工作时的电阻值．
A . 220V 交流电源
B ．单刀双掷开关一只
C ．电阻箱一只（ 0- 999 额定电流 1A )
D ．交流电表一只（ 0- 0 . 6A )
E ．导线若干
① 请在方框内画出电路原理图
② 简要写出实验步骤
7.电源的输出功率只跟外电路的电阻R有关，如图（l）所示是研究它们关系的实验电路为了便于进行实验和保护蓄电池，给蓄电池串联了一个定值电阻R0，把它们一起看作一个等效电源（图中虚线框内部分），于是等效电源的内电阻就是蓄电池的内电阻和定值电阻R0之和，用r表示，等效电源的电动势用E表示。
（1）写出等效电源的输出功率P跟 E、r、R的关系式： ．（安培表、伏特表看作理想电表）
（2）在实物图（2）中画出连线，组成实验电路
（3）根据实际实验所测得的数据，计算出阻值R及不同的阻值R下的电源输出功率P的值，并描点如图（3），请在图（3）中画出P——R关系图线
（4）根据图线求出等效电源输出功率的最大值是 W，等效电源的内电阻r＝ Ω．电动势E＝ V。
8.学了法拉第电磁感应定律E∝ 后，为了定量验证感应电动势E与时间△t成反比，某小组同学设计了如图24所示的一个实验装置：线圈和光电门传感器固定在水平光滑轨道上，强磁铁和挡光片固定在运动的小车上。每当小车在轨道上运动经过光电门时，光电门会记录下挡光片的挡光时间△t，同时触发接在线圈两端的电压传感器记录下在这段时间内线圈中产生的感应电动势E。利用小车末端的弹簧将小车以不同的速度从轨道的最右端弹出，就能得到一系列的感应电动势E和挡光时间△t。
在一次实验中得到的数据如下表：
次数测量值 1 2 3 4 5 6 7 8
E/V 0.116 0.136 0.170 0.191 0.215 0.277 0.292 0.329
△t/×10-3s 8.206 7.486 6.286 5.614 5.340 4.462 3.980 3.646
（1）观察和分析该实验装置可看出，在实验中，每次测量的△t时间内，磁铁相对线圈运动的距离都__________(选填“相同”或“不同”)，从而实现了控制_______________不变；
（2）在得到上述表格中的数据之后，为了验证E与△t成反比，他们想出两种办法处理数据：第一种是计算法：算出________________________________________________，若该数据基本相等，则验证了E与△t成反比；第二种是作图法：在直角坐标系中作____________________________________________关系图线，若图线是基本过坐标原点的倾斜直线，则也可验证E与△t成反比。
9．【2009宁夏卷23】青岛奥运会帆船赛场采用风力发电给蓄电池充电，为路灯提供电能。用光敏电阻作为传感器控制路灯电路的开关，实现自动控制。光敏电阻的阻值随照射光的强弱而变化，作为简化模型，可以近似认为，照射光较强（如白天）时电阻几乎为0；照射光较弱（如黑天）时电阻接近于无穷大。利用光敏电阻作为传感器，借助电磁开关，可以实现路灯自动在白天关闭，黑天打开。电磁开关的内部结构如图所示。1、2两接线柱之间是励磁线圈，3、4两接线柱分别与弹簧片和触点连接。当励磁线圈中电流大于50mA时，电磁铁吸合铁片，弹簧片和触点分离，3、4断开；电流小于50 mA时，3、4接通。励磁线圈中允许通过的最大电流为100 mA。
⑴利用以下器材设计一个自动控制路灯的电路，画出电路原理图。
光敏电阻R1，符号
灯泡L，额定功率40W，额定电压36V，符号
保护电阻R2，符号
电磁开关，符号
蓄电池E，电压36V，内阻很小；开关S，导线若干。
⑵回答下列问题。
①如果励磁线圈的电阻为200Ω，励磁线圈允许加的最大电压为______V，保护电阻R2的阻值范围为______Ω。
②在有些应用电磁开关的场合，为了安全，往往需要在电磁铁吸合铁片时，接线柱3、4之间从断开变为接通。为此，电磁开关内部结构应如何改造？请结合本题中电磁开关内部结构图说明。
答：______________________________________________________________________
③任意举出一个其它的电磁铁应用的例子。
答：__________________________________________________。
【解析】（1）要使光敏电阻能够对电路进行控制，且有光照时路灯熄灭，光敏电阻应与1，2串联，3，4与路灯串联；则电路图如图所示。
（2）①由U=IR得励磁线圈允许加的最大电压为U=ImR=0.1×200V=20V；依据允许通过励磁线圈的电流最大值和最小值计算得，，因此保护电阻的阻值范围为160~320；②把触点从弹簧片右侧移到弹簧片左侧，保证当电磁铁吸合铁片时，3、4之间接通：不吸合时，3、4之间断开。③电磁起重机 答案如下：
⑴如右图 ⑵①20；160~520
②把触点从弹簧片右侧移到左侧；
③电磁起重机等
（a）
2.72
2.82
2.92
2.98
2.82
2.62
2.08
1.90
1.73
1.48
1.32
1.12
单位：cm
a
b
c
图11 （b）
C
B
A
拉力传感器
速度传感器
次数 M/kg |v22-v12|/(m/s)2 ΔE/J F/N W/J
1 0.500 0.760 0.190 0.400 0.200
2 0.500 1.65 0.413 0.840 0.420
3 0.500 2.40 ΔE 3 1.220 W3
4 1.000 2.40 1.20 2.420 1.21
5 1.000 2.84 1.42 2.860 1.43
砝码
砝码盘
甲
小车
打点计时器
3.52
3.68
3.83
1
2
3
4
乙
（单位：cm）
O
a/(ms-2)
F/N
A—V—Ω
5000Ω/V
2500Ω/V
~
Na
2.5 5.0 2.5P
~
⌒
~
V
~
－
Ω
Ω
OFF
100
10
1
2.5
10
50
250
500
500
250
50
10
2.5
×1
×10
×100
×1k
V
~
V
mA
+
－
Ω
A
V
Rx
R
P
A
B
E
S
A
A
V
Rx
R
P
A
B
E
S
B
A
Rx
R
P
A
B
E
S
C
A
V
Rx
R
P
A
B
E
S
D
V
（a）
（b）
图9
0
25
20
图10
30
0.0
L/m
I
1
/A-1
12
11
10
9
8
7
6
5
4
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
mA
金属丝
金属夹
+
稳压电源
0
20
25
15
图5
A
0
0.2
0.4
0.6
A
R/Ω
/A-1
1
I
6
5
4
3
2
1
O
4
1
2
3
5
-1
图6
电池
图4
+
E，r
A
S
A2
R
A
A1
R1
图2
A1
A2
E
r
S
R1
R
b
c
a
图1
I1（mA） 0.120 0.125 0.130 0.135 0.140 0.145
I2（mA） 480 400 320 232 140 68
I1/mA
0.160
0.150
0.140
0.130
0.120
0.110
0
100
200
300
400
500
I2/mA
图3
V1
V2
+
S
硅光
电池
R
R0
V1
V2
+
硅光
电池
S
R
R0
U/V
I/μA
0
50
100
150
200
250
300
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
a
b
A
B
O
甲
＋ －
丙
O
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
2
4
6
8
10
I2 /A
I 1 / mA
丁
9.0
7. 0
5.0
3.0
I1/mA
0 10 20 x/cm
0 10 20 x/cm
0.60
0.40
0.20
I2/A
戊
R00
E
S
R11
A1
V
照明系统
控制开关
1
2
电阻/kΩ
照度/ lx
80
70
60
50
40
30
20
10
O
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
位移传感器（接收）
光电门传感器
位移传感器（发射）
磁铁
力传感器
a
b
（a）
0.20
0.21
1.0
0.5
F/N
s/m
0
0.22
0.23
0.24
（b）
图26
100080
电压传感器
光电门传感器
强磁铁
挡光片
弹簧
线圈
2
1
3
4
弹簧片
触点
铁片
电磁铁
电磁开关内部结构图
励磁线圈
绝缘支架
R1
R2
L
4
3
1
2
R1
R2
1
2
4
3
L
E
S