试题部分word—5年高考、3年模拟_2022版教学资源包_五年高考三年模拟_2022版新高考版选考总复习物理5·3A版_专题十四实验_试题部分WORD_试题部分WORD—5年高考、3年模拟_试题WORD

北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
版》
专题十四 实验
【5 年高考】
考点一 力学实验
1.(2020课标Ⅲ,22,6分)某同学利用图(a)所示装置验证动能定理。调整木板的倾角平衡摩擦阻力后,挂上钩码,钩码下落,
带动小车运动并打出纸带。某次实验得到的纸带及相关数据如图(b)所示。
已知打出图(b)中相邻两点的时间间隔为0.02 s,从图(b)给出的数据中可以得到,打出B点时小车的速度大小v =
B
m/s,打出P点时小车的速度大小v = m/s。(结果均保留2位小数)
P
若要验证动能定理,除了需测量钩码的质量和小车的质量外,还需要从图(b)给出的数据中求得的物理量为
。
答案 0.36 1.80 B、P之间的距离
2.(2020课标Ⅰ,23,9分)某同学用如图所示的实验装置验证动量定理,所用器材包括:气垫导轨、滑块(上方安装有宽度
为d的遮光片)、两个与计算机相连接的光电门、砝码盘和砝码等。
实验步骤如下:
(1)开动气泵,调节气垫导轨,轻推滑块,当滑块上的遮光片经过两个光电门的遮光时间 时,可认为气垫导轨
水平;
(2)用天平测砝码与砝码盘的总质量m、滑块(含遮光片)的质量m;
1 2
(3)用细线跨过轻质定滑轮将滑块与砝码盘连接,并让细线水平拉动滑块;
(4)令滑块在砝码和砝码盘的拉动下从左边开始运动,和计算机连接的光电门能测量出遮光片经过A、B两处的光
电门的遮光时间Δt、Δt 及遮光片从A运动到B所用的时间t ;
1 2 12
(5)在遮光片随滑块从A运动到B的过程中,如果将砝码和砝码盘所受重力视为滑块所受拉力,拉力冲量的大小I=
,滑块动量改变量的大小Δp= ;(用题中给出的物理量及重力加速度g表示)
(6)某次测量得到的一组数据为:d=1.000 cm,m=1.50×10-2 kg,m=0.400 kg,Δt=3.900×10-2 s,Δt=1.270×10-2 s,t =1.50
1 2 1 2 12
s,取g=9.80 m/s2。计算可得I= N·s,Δp= kg·m·s-1;(结果均保留3位有效数字)
|I-Δp|
(7)定义δ= ×100%,本次实验δ= %(保留1位有效数字)。
I
( d d )
-
答案 (1)大约相等 (5)mgt m
1 12 2 Δt Δt
2 1北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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(6)0.221 0.212 (7)4
3.(2020课标Ⅱ,22,5分)一细绳跨过悬挂的定滑轮,两端分别系有小球A和B,如图所示。一实验小组用此装置测量小球
B运动的加速度。
令两小球静止,细绳拉紧,然后释放小球,测得小球B释放时的高度h=0.590 m,下降一段距离后的高度h=0.100 m;
0
由h 下降至h所用的时间T=0.730 s。由此求得小球B加速度的大小为a= m/s2(保留3位有效数字)。
0
从实验室提供的数据得知,小球A、B的质量分别为100.0 g和150.0 g,当地重力加速度大小为g=9.80 m/s2。根据
牛顿第二定律计算可得小球B加速度的大小为a'= m/s2(保留3位有效数字)。
可以看出,a'与a有明显差异,除实验中的偶然误差外,写出一条可能产生这一结果的原因: 。
答案 1.84 1.96 滑轮的轴不光滑或滑轮有质量
4.(2019课标Ⅰ,22,5分)某小组利用打点计时器对物块沿倾斜的长木板加速下滑时的运动进行探究。物块拖动纸带下
滑,打出的纸带一部分如图所示。已知打点计时器所用交流电的频率为50 Hz,纸带上标出的每两个相邻点之间还有4
个打出的点未画出。在A、B、C、D、E五个点中,打点计时器最先打出的是 点。在打出C点时物块的速度
大小为 m/s(保留3位有效数字);物块下滑的加速度大小为 m/s2(保留2位有效数字)。
答案 A 0.233 0.75
5.(2019课标Ⅱ,22,5分)如图(a),某同学设计了测量铁块与木板间动摩擦因数的实验。所用器材有:铁架台、长木板、铁
块、米尺、电磁打点计时器、频率50 Hz的交流电源、纸带等。回答下列问题:
图(a)
(1)铁块与木板间动摩擦因数μ= (用木板与水平面的夹角θ、重力加速度g和铁块下滑的加速度a表示)。
(2)某次实验时,调整木板与水平面的夹角使θ=30°。接通电源,开启打点计时器,释放铁块,铁块从静止开始沿木板
滑下。多次重复后选择点迹清晰的一条纸带,如图(b)所示。图中的点为计数点(每两个相邻的计数点间还有4个点未
画出)。重力加速度为9.80 m/s2。可以计算出铁块与木板间的动摩擦因数为 (结果保留2位小数)。
图(b)
gsinθ-a
答案 (1) (2)0.35
gcosθ北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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6.(2021湖北新高考适应卷,13,9分)某同学利用如图(a)所示的装置测量滑块与长金属板之间的动摩擦因数和当地重力
加速度。金属板固定于水平实验台上,一轻绳跨过轻滑轮,左端与放在金属板上的滑块(滑块上固定有宽度为d=2.000
cm的遮光条)相连,另一端可悬挂钩码。本实验中可用的钩码共有N=6个,每个质量均为m=0.010 kg。
0
图(a)
实验步骤如下:
①在金属板上适当的位置固定光电门A和B,两光电门通过数据采集器与计算机相连。
②用电子秤称量出滑块和遮光条的总质量为M=0.150 kg。
③将n(依次取n=1,2,3,4,5,6)个钩码挂在轻绳右端,其余N-n个钩码固定在滑块上。用手按住滑块,并使轻绳与金属
板平行。接通光电门,释放滑块。计算机自动记录:
ⅰ.遮光条通过光电门A的时间Δt
1
ⅱ.遮光条通过光电门B的时间Δt
2
ⅲ.遮光条的后端从离开光电门A到离开光电门B的时间Δt
12
④经数据处理后,可得到与n对应的加速度a并记录。
回答下列问题:
(1)在n=3时,Δt=0.028 9 s,Δt=0.016 0 s,Δt =0.404 0 s。
1 2 12
ⅰ.忽略遮光条通过光电门时速度的变化,滑块加速度的表达式为a= ,其测量值为 m/s2(计算结果
1
保留3位有效数字。通过计算机处理得到1/Δt=34.60 s-1,1/Δt=62.50 s-1);
1 2
ⅱ.考虑遮光条通过光电门时速度的变化,滑块加速度的测量值a a(填“大于”“等于”或“小于”)。
2 1
(2)利用记录的数据拟合得到a-n图像,如图(b)所示,该直线在横轴上的截距为p、纵轴上的截距为q。用已知量和
测得的物理量表示滑块与长金属板之间动摩擦因数的测量值μ= ,重力加速度的测量值g= (结果用字
母表示)。
图(b)
d(Δt -Δt ) p q(21-p)
1 2
答案 (1) 1.38 小于 (2) -
Δt ·Δt ·Δt 21-p p
1 2 12
7.(2018课标Ⅰ,22,5分)如图(a),一弹簧上端固定在支架顶端,下端悬挂一托盘;一标尺由游标和主尺构成,主尺竖直固定
在弹簧左边;托盘上方固定有一能与游标刻度线准确对齐的装置,简化为图中的指针。北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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现要测量图(a)中弹簧的劲度系数。当托盘内没有砝码时,移动游标,使其零刻度线对准指针,此时标尺读数为1.950
cm;当托盘内放有质量为0.100 kg的砝码时,移动游标,再次使其零刻度线对准指针,标尺示数如图(b)所示,其读数为
cm。当地的重力加速度大小为9.80 m/s2,此弹簧的劲度系数为 N/m(保留3位有效数字)。
答案 3.775 53.7
8.(2017课标Ⅲ,22,6分)某探究小组做“验证力的平行四边形定则”实验,将画有坐标轴(横轴为x轴,纵轴为y轴,最小
刻度表示1 mm)的纸贴在水平桌面上,如图(a)所示。将橡皮筋的一端Q固定在y轴上的B点(位于图示部分之外),另一
端P位于y轴上的A点时,橡皮筋处于原长。
(1)用一只测力计将橡皮筋的P端沿y轴从A点拉至坐标原点O,此时拉力F的大小可由测力计读出。测力计的示
数如图(b)所示,F的大小为 N。
(2)撤去(1)中的拉力,橡皮筋P端回到A点;现使用两个测力计同时拉橡皮筋,再次将P端拉至O点。此时观察到两
个拉力分别沿图(a)中两条虚线所示的方向,由测力计的示数读出两个拉力的大小分别为F=4.2 N和F=5.6 N。
1 2
(ⅰ)用5 mm长度的线段表示1 N的力,以O为作用点,在图(a)中画出力F、F 的图示,然后按平行四边形定则画出
1 2
它们的合力F ;
合
图(a)
图(b)
(ⅱ)F 的大小为 N,F 与拉力F的夹角的正切值为 。
合 合
若F 与拉力F的大小及方向的偏差均在实验所允许的误差范围之内,则该实验验证了力的平行四边形定则。
合
答案 (1)4.0 (2)(ⅰ)F 、F 和F 如图所示
1 2 合
(ⅱ)4.0 0.05北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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9.(2018海南单科,11,6分)学生课外实验小组使用如图所示的实验装置测量重力加速度大小。实验时,他们先测量分液
漏斗下端到水桶底部的距离s;然后使漏斗中的水一滴一滴地下落,调整阀门使水滴落到桶底发出声音的同时,下一滴水
刚好从漏斗的下端滴落;用秒表测量第1个水滴从漏斗的下端滴落至第n个水滴落到桶底所用的时间t。
(1)重力加速度大小可表示为g= (用s、n、t表示);
(2)如果某次实验中,s=0.90 m,n=30,t=13.0 s,则测得的重力加速度大小g= m/s2;(保留2位有效数字)
(3)写出一条能提高测量结果准确程度的建议: 。
2n2s
答案 (1) (2分) (2)9.6(2分) (3)适当增大n(或多次测量取平均值)(2分)
t2
考点二 电学实验
1.(2020课标Ⅰ,22,6分)某同学用伏安法测量一阻值为几十欧姆的电阻R,所用电压表的内阻为1 kΩ,电流表内阻为0.5
x
Ω。该同学采用两种测量方案,一种是将电压表跨接在图(a)所示电路的O、P两点之间,另一种是跨接在O、Q两点之
间。测量得到如图(b)所示的两条U-I图线,其中U与I分别为电压表和电流表的示数。
回答下列问题:
(1)图(b)中标记为Ⅱ的图线是采用电压表跨接在 (填“O、P”或“O、Q”)两点的方案测量得到的。
图(a)
图(b)
(2)根据所用实验器材和图(b)可判断,由图线 (填“Ⅰ”或“Ⅱ”)得到的结果更接近待测电阻的真实值,结
果为 Ω(保留1位小数)。
(3)考虑到实验中电表内阻的影响,需对(2)中得到的结果进行修正,修正后待测电阻的阻值为 Ω(保留1位
小数)。
答案 (1)O、P (2)Ⅰ 50.5 (3)50.0
2.(2020课标Ⅱ,23,10分)某同学要研究一小灯泡L(3.6 V,0.30 A)的伏安特性。所用器材有:电流表A(量程200 mA,内阻
1
R =10.0 Ω)、电流表A(量程500 mA,内阻R =1.0 Ω)、定值电阻R(阻值R=10.0 Ω)、滑动变阻器R(最大阻值10
g1 2 g2 0 0 1
Ω)、电源E(电动势4.5 V,内阻很小)、开关S和若干导线。该同学设计的电路如图(a)所示。
(1)根据图(a),在图(b)的实物图中画出连线。北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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图(a)
图(b)
(2)若I、I 分别为流过电流表A 和A 的电流,利用I、I、R 和R 写出:小灯泡两端的电压U= ,流过小灯
1 2 1 2 1 2 g1 0
泡的电流I= 。为保证小灯泡的安全,I 不能超过 mA。
1
(3)实验时,调节滑动变阻器,使开关闭合后两电流表的示数为零。逐次改变滑动变阻器滑片位置并读取相应的I
1
和I。所得实验数据在下表中给出。
2
I/mA 32 55 85 125 144 173
1
I/mA 171 229 299 379 424 470
2
根据实验数据可算得,当I=173 mA时,灯丝电阻R= Ω(保留1位小数)。
1
(4)如果用另一个电阻替代定值电阻R,其他不变,为了能够测量完整的伏安特性曲线,所用电阻的阻值不能小于
0
Ω(保留1位小数)。
答案 (1)见解析(3分)
(2)I(R +R)(1分) I-I(1分) 180(1分)
1 g1 0 2 1
(3)11.6(2分) (4)8.0(2分)
3.(2020课标Ⅲ,23,9分)已知一热敏电阻当温度从10 ℃升至60 ℃时阻值从几千欧姆降至几百欧姆,某同学利用伏安法
测量其阻值随温度的变化关系。所用器材:电源E、开关S、滑动变阻器R(最大阻值为20 Ω)、电压表(可视为理想电
表)和毫安表(内阻约为100 Ω)。
(1)在所给的器材符号之间画出连线,组成测量电路图。
(2)实验时,将热敏电阻置于温度控制室中,记录不同温度下电压表和毫安表的示数,计算出相应的热敏电阻阻值。
若某次测量中电压表和毫安表的示数分别为5.5 V和3.0 mA,则此时热敏电阻的阻值为 kΩ(保留2位有效数
字)。实验中得到的该热敏电阻阻值R随温度t变化的曲线如图(a)所示。北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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(3)将热敏电阻从温控室取出置于室温下,测得达到热平衡后热敏电阻的阻值为2.2 kΩ。由图(a)求得,此时室温为
℃(保留3位有效数字)。
(4)利用实验中的热敏电阻可以制作温控报警器,其电路的一部分如图(b)所示。图中,E为直流电源(电动势为10 V,
内阻可忽略);当图中的输出电压达到或超过6.0 V时,便触发报警器(图中未画出)报警。若要求开始报警时环境温度为
50 ℃,则图中 (填“R”或“R”)应使用热敏电阻,另一固定电阻的阻值应为 kΩ(保留2位有效数字)。
1 2
答案 (1)连线如图 (2)1.8 (3)25.5 (4)R 1.2
1
4.(2018海南单科,12,12分)某同学利用图(a)中的电路测量电流表 的内阻R (约为5 Ω)和直流电源的电动势E(约为10
A
V)。图中R 和R 为电阻箱,S 和S 为开关。已知电流表的量程为100 mA,直流电源的内阻为r。
1 2 1 2
(1)断开S,闭合S,调节R 的阻值,使 满偏;保持R 的阻值不变,闭合S,调节R,当R 的阻值为4.8 Ω时 的示数
2 1 1 1 2 2 2
为48.0 mA。忽略S 闭合后电路中总电阻的变化,经计算得R = Ω;(保留2位有效数字)
2 A
(2)保持S 闭合,断开S,多次改变R 的阻值,并记录电流表的相应示数。若某次R 的示数如图(b)所示,则此次R 的
1 2 1 1 1
阻值为 Ω;
图(a)
图(b)
图(c)
(3)利用记录的R 的阻值和相应的电流表示数I,作出I-1-R 图线,如图(c)所示。用电池的电动势E、内阻r和电流表
1 1
内阻R 表示I-1随R 变化的关系式为I-1= 。利用图(c)可求得E= V。(保留2位有效数字)
A 1北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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R r+R
答案 (1)5.2 (2)148.2 (3) 1 + A 9.1
E E
5.(2019课标Ⅰ,23,10分)某同学要将一量程为250 μA的微安表改装为量程为20 mA的电流表。该同学测得微安表内
阻为1 200 Ω,经计算后将一阻值为R的电阻与该微安表连接,进行改装。然后利用一标准毫安表,根据图(a)所示电路对
改装后的电表进行检测(虚线框内是改装后的电表)。
图(a)
图(b)
(1)根据图(a)和题给条件,将图(b)中的实物连线。
(2)当标准毫安表的示数为16.0 mA时,微安表的指针位置如图(c)所示。由此可以推测出所改装的电表量程不是预
期值,而是 。(填正确答案标号)
图(c)
A.18 mA B.21 mA C.25 mA D.28 mA
(3)产生上述问题的原因可能是 。(填正确答案标号)
A.微安表内阻测量错误,实际内阻大于1 200 Ω
B.微安表内阻测量错误,实际内阻小于1 200 Ω
C.R值计算错误,接入的电阻偏小
D.R值计算错误,接入的电阻偏大
(4)要达到预期目的,无论测得的内阻值是否正确,都不必重新测量,只需要将阻值为R的电阻换为一个阻值为kR的
电阻即可,其中k= 。
答案 (1)连线如图所示
99
(2)C (3)AC (4)
79北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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6.(2019课标Ⅱ,23,10分)某小组利用图(a)所示的电路,研究硅二极管在恒定电流条件下的正向电压U与温度t的关系,
图中 和 为理想电压表;R为滑动变阻器,R 为定值电阻(阻值100 Ω);S为开关,E为电源。实验中二极管置于控温炉
0
内,控温炉内的温度t由温度计(图中未画出)测出。图(b)是该小组在恒定电流为50.0 μA时得到的某硅二极管U-t关系
曲线。回答下列问题:
图(a)
(1)实验中,为保证流过二极管的电流为50.0 μA,应调节滑动变阻器R,使电压表 的示数为U= mV;根据
1
图(b)可知,当控温炉内的温度t升高时,硅二极管正向电阻 (填“变大”或“变小”),电压表 示数
(填“增大”或“减小”),此时应将R的滑片向 (填“A”或“B”)端移动,以使 示数仍为U。
1
|ΔU|
(2)由图(b)可以看出U与t成线性关系。硅二极管可以作为测温传感器,该硅二极管的测温灵敏度为 =
Δt
×10-3 V/℃(保留2位有效数字)。
图(b)
答案 (1)5.00 变小 增大 B (2)2.8
7.(2018课标Ⅲ,23,9分)一课外实验小组用如图所示的电路测量某待测电阻R 的阻值,图中R 为标准定值电阻(R=20.0
x 0 0
Ω); 可视为理想电压表;S 为单刀开关,S 为单刀双掷开关;E为电源;R为滑动变阻器。采用如下步骤完成实验:
1 2
(1)按照实验原理线路图(a),将图(b)中实物连线;
图(a)
图(b)
(2)将滑动变阻器滑动端置于适当的位置,闭合S;
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(3)将开关S 掷于1端,改变滑动变阻器滑动端的位置,记下此时电压表 的示数U;然后将S 掷于2端,记下此时
2 1 2
电压表 的示数U;
2
(4)待测电阻阻值的表达式R= (用R、U、U 表示);
x 0 1 2
(5)重复步骤(3),得到如下数据:
1 2 3 4 5
U/V 0.25 0.30 0.36 0.40 0.44
1
U/V 0.86 1.03 1.22 1.36 1.49
2
U
2
3.44 3.43 3.39 3.40 3.39
U
1
U
2
(6)利用上述5次测量所得 的平均值,求得R= Ω。(保留1位小数)
U x
1
U
( )
答案 (1)图见解析 (4)
2-1
R (6)48.2
U 0
1
8.(2019课标Ⅲ,23,10分)某同学欲将内阻为98.5 Ω、量程为100 μA的电流表改装成欧姆表并进行刻度和校准,要求改
装后欧姆表的15 kΩ刻度正好对应电流表表盘的50 μA刻度,可选用的器材还有:定值电阻R(阻值14 kΩ),滑动变阻器
0
R(最大阻值1 500 Ω),滑动变阻器R(最大阻值500 Ω),电阻箱(0~99 999.9 Ω),干电池(E=1.5 V,r=1.5 Ω),红、黑表笔和导
1 2
线若干。
(1)欧姆表设计
将图(a)中的实物连线组成欧姆表。欧姆表改装好后,滑动变阻器R接入电路的电阻应为 Ω;滑动变阻器
选 (填“R”或“R”)。
1 2
图(a)
(2)刻度欧姆表表盘
通过计算,对整个表盘进行电阻刻度,如图(b)所示。表盘上a、b处的电流刻度分别为25和75,则a、b处的电阻刻
度分别为 、 。
图(b)
(3)校准
红、黑表笔短接,调节滑动变阻器,使欧姆表指针指向 kΩ处;将红、黑表笔与电阻箱连接,记录多组电阻
箱接入电路的电阻值及欧姆表上对应的测量值,完成校准数据测量。若校准某刻度时,电阻箱旋钮位置如图(c)所示,则
电阻箱接入的阻值为 Ω。北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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图(c)
答案 (1)连线如图 900 R
1
(2)45 5 (3)0 35 000.0
9.(2021河北新高考适应卷,12,9分)在测量电源电动势和内阻的实验中,实验室提供了如下器材和参考电路:
电压表V (量程3 V,内阻约6 kΩ)
1
电压表V (量程1 V,内阻约6 kΩ)
2
电流表A (量程0.6 A,内阻约0.1 Ω)
1
电流表A(量程2 mA,内阻约1 Ω)
2
滑动变阻器R(最大阻值3 kΩ)
1
滑动变阻器R(最大阻值10 Ω)
2
定值电阻R(阻值1 Ω)
3
开关,导线若干
(1)甲同学想要测量马铃薯电池的电动势(约1.0 V)和内阻(约500 Ω)。选用合适器材后,应选择最优电路
(填写参考电路对应的字母)进行测量。
(2)乙同学想要测量一节新干电池的电动势和内阻。选用合适器材后,应选择最优电路 (填写参考电路对
应的字母)进行测量。
(3)乙同学将测得的数据在坐标纸上描点如图。请画出U-I图像,并求出电动势E为 V,内阻r为
Ω(小数点后保留两位)。
答案 (1)A (2)C (3)图略 1.49 0.11
10.(2021湖北新高考适应卷,12,7分)由半导体材料制成的热敏电阻阻值是温度的函数。基于热敏电阻对温度敏感原理
制作一个火灾报警系统,要求热敏电阻温度升高至50 ℃时,系统开始自动报警。所用器材有:直流电源E(36 V,内阻不
计);电流表(量程250 mA,内阻约0.1 Ω);电压表(量程50 V,内阻约1 MΩ);热敏电阻R ;报警器(内阻很小,流过的电流超过
T
10 mA时就会报警,超过30 mA时就会损伤);滑动变阻器R(最大阻值4 000 Ω);电阻箱R(最大阻值9 999.9 Ω);单刀单
1 2
掷开关S;单刀双掷开关S;导线若干。
1 2北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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(1)用图(a)所示电路测量热敏电阻R 的阻值。当温度为27 ℃时,电压表读数为30.0 V,电流表读数为15.0 mA;当温
T
度为50 ℃时,调节R,使电压表读数仍为30.0 V,电流表指针位置如图(b)所示。
1
温度为50 ℃时,热敏电阻的阻值为 Ω。从实验原理上看,该方法测得的阻值比真实值略微 (填
“偏大”或“偏小”)。如果热敏电阻阻值随温度升高而变大,则其为正温度系数热敏电阻,反之为负温度系数热敏电
阻。基于以上实验数据可知,该热敏电阻R 为 (填“正”或“负”)温度系数热敏电阻。
T
图(a)
图(b)
(2)某同学搭建一套基于该热敏电阻的火灾报警系统,实物图连线如图(c)所示,其中有一个器件的导线连接有误,该
器件为 (填器件名称)。正确连接后,先使用电阻箱R 进行调试,其阻值设置为 Ω,滑动变阻器R 阻值
2 1
从最大逐渐减小,直至报警器开始报警,此时滑动变阻器R 连入电路的阻值为 Ω。调试完毕后,再利用单刀双
1
掷开关S 的选择性开关功能,把热敏电阻R 接入电路,可方便实现调试系统和工作系统的切换。
2 T
图(c)
答案 (1)600 偏大 负 (2)R 600 3 000
1
[教师专用题组]
【5 年高考】
考点一 力学实验
1.(2018北京理综,21,18分)用图1所示的实验装置研究小车速度随时间变化的规律。
图1
主要实验步骤如下:
a.安装好实验器材,接通电源后,让拖着纸带的小车沿长木板运动,重复几次。北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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b.选出一条点迹清晰的纸带,找一个合适的点当做计时起点O(t=0),然后每隔相同的时间间隔T选取一个计数点,如
图2中A、B、C、D、E、F……所示。
图2
c.通过测量、计算可以得到在打A、B、C、D、E……点时小车的速度,分别记作v、v、v、v、v……
1 2 3 4 5
d.以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系,在坐标纸上描点,如图3所示。
图3
结合上述实验步骤,请你完成下列任务:
(1)在下列仪器和器材中,还需要使用的有 和 (填选项前的字母)。
A.电压合适的50 Hz交流电源
B.电压可调的直流电源
C.刻度尺
D.秒表
E.天平(含砝码)
(2)在图3中已标出计数点A、B、D、E对应的坐标点,请在该图中标出计数点C对应的坐标点,并画出v-t 图像。
(3)观察v-t图像,可以判断小车做匀变速直线运动,其依据是 。v-t图像斜率的物理意义
是 。
Δx
(4)描绘v-t图像前,还不知道小车是否做匀变速直线运动。用平均速度 表示各计数点的瞬时速度,从理论上讲,
Δt
对Δt的要求是 (选填“越小越好”或“与大小无关”);从实验的角度看,选取的Δx大小与速度测量的误差
(选填“有关”或“无关”)。
(5)早在16世纪末,伽利略就猜想落体运动的速度应该是均匀变化的。当时只能靠滴水计时,为此他设计了如图4
所示的“斜面实验”,反复做了上百次,验证了他的猜想。请你结合匀变速直线运动的知识,分析说明如何利用伽利略
“斜面实验”检验小球的速度是随时间均匀变化的。
图4
答案 (1)A C (2)如图所示北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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(3)小车的速度随时间均匀变化 加速度
(4)越小越好 有关
(5)如果小球的初速度为0,其速度v∝t,那么它通过的位移x∝t2。因此,只要测量小球通过不同位移所用的时间,就
可以检验小球的速度是否随时间均匀变化。
解析 本题考查研究匀变速直线运动规律的实验。
(1)打点计时器所用电源为50 Hz的交流电源,测量各计数点间距离需用刻度尺。
(2)图见答案。
(3)因为小车的速度随时间均匀变化,所以小车做匀加速直线运动。由匀加速直线运动中速度v=v+at,可知v-t图像
0
斜率的物理意义是加速度。
Δx
(4)v= ,若用 v 表示瞬时速度,Δt越小越好,而选取的Δx大小会影响速度测量值与真实值的偏差大小。
Δt
1
(5)设v=0,v=at,而x= at2,故可通过位移随时间的变化情况,判断速度随时间的变化情况。
0 2
解题关键 实验原理的认识
(1)图像法是实验中常用的方法,要学会通过图像分析问题。
(2)测量量的转换是实验中的常用手段,当某一个物理量不易测量时,可通过该量与其他量的关系式,转换成其他可
测量的物理量。如将速度的测量转换成位移的测量。
2.(2017课标Ⅰ,22,5分)某探究小组为了研究小车在桌面上的直线运动,用自制“滴水计时器”计量时间。实验前,将该
计时器固定在小车旁,如图(a)所示。实验时,保持桌面水平,用手轻推一下小车。在小车运动过程中,滴水计时器等时间
间隔地滴下小水滴,图(b)记录了桌面上连续的6个水滴的位置。(已知滴水计时器每30 s内共滴下46个小水滴)
图(a)
图(b)
(1)由图(b)可知,小车在桌面上是 (填“从右向左”或“从左向右”)运动的。
(2)该小组同学根据图(b)的数据判断出小车做匀变速运动。小车运动到图(b)中A点位置时的速度大小为
m/s,加速度大小为 m/s2。(结果均保留2位有效数字)
答案 (1)从右向左 (2)0.19 0.037
解析 (1)由于小车获得速度后在摩擦力作用下减速运动,故相邻水滴间的距离逐渐减小,结合图(b)可知小车向左运动。
30 2
(2)由题意知,30 s内滴下46滴水,共45个时间间隔,故相邻两滴水的时间间隔T= s= s。由匀变速直线运动中平均
45 3北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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117+133
速度等于中间时刻的瞬时速度可得v = 2 mm/s=0.19 m/s。由逐差法得小车运动的加速度为a=
A 2×
3
(150+133)-(117+100)
( 2) 2 mm/s2=0.037 m/s2。
2×
3
3.[2016天津理综,9(2)]某同学利用图示装置研究小车的匀变速直线运动。
①实验中,必要的措施是 。
A.细线必须与长木板平行
B.先接通电源再释放小车
C.小车的质量远大于钩码的质量
D.平衡小车与长木板间的摩擦力
②他实验时将打点计时器接到频率为50 Hz的交流电源上,得到一条纸带,打出的部分计数点如图所示(每相邻两
个计数点间还有4个点,图中未画出)。s=3.59 cm,s=4.41 cm,s=5.19 cm,s=5.97 cm,s=6.78 cm,s=7.64 cm。则小车的
1 2 3 4 5 6
加速度a= m/s2(要求充分利用测量的数据),打点计时器在打B点时小车的速度v = m/s。(结果均保留
B
两位有效数字)
答案 ①AB ②0.80 0.40
解析 ①若细线与长木板不平行,随着小车逐渐靠近滑轮,细线与水平方向的夹角增大,小车所受合力随之变化,因此
小车的加速度发生变化,即小车不做匀变速直线运动,故细线必须与长木板平行,A选项必要。先接通电源,待打点计时
器稳定工作后再释放小车,点迹按匀变速运动规律显现在纸带上;若先释放小车再接通电源,则开始阶段点迹不规律,误
差较大,故B项必要。该实验研究小车的匀变速直线运动,与小车所受到的合力及合力大小的计算无关,故C、D项不
必要。
②交流电的频率为f=50 Hz,相邻两计数点间的时间间隔t=0.1 s,由逐差法可求小车的加速度。
(s +s +s )-(s +s +s )
6 5 4 3 2 1
a= =0.80 m/s2
(3t)2
s +s (3.59+4.41)×10-2
v = 1 2= m/s=0.40 m/s
B 2t 2×0.1
4.(2019课标Ⅲ,22,5分)甲乙两位同学设计了利用数码相机的连拍功能测重力加速度的实验。实验中,甲同学负责释放
金属小球,乙同学负责在小球自由下落的时候拍照。已知相机每间隔0.1 s拍1幅照片。
(1)若要从拍得的照片中获取必要的信息,在此实验中还必须使用的器材是 。(填正确答案标号)
A.米尺 B.秒表 C.光电门 D.天平
(2)简述你选择的器材在本实验中的使用方法。
答: 。北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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(3)实验中两同学由连续3幅照片上小球的位置a、b和c得到ab=24.5 cm、ac=58.7 cm,则该地的重力加速度大小
为g= m/s2。(保留2位有效数字)
答案 (1)A (2)将米尺竖直放置,使小球下落时尽量靠近米尺 (3)9.7
解析 本题考查了匀变速直线运动中数据的处理与加速度的计算,考查了学生的实验能力,体现了科学思维中模型建
构、科学推理等素养要素,渗透了科技进步的价值观念。
(1)运动时间可由相机拍照的时间间隔来确定,不需要秒表与光电门。本实验中不需要测量小球的质量,故不需要
天平。但需测量小球下落的距离,故需要米尺。
(2)由于不知照相机的放大倍数,故不能通过测量小球在照片上下落的距离来获得小球的实际下落距离,所以只能
将米尺与小球的运动拍摄在同一张照片中。因小球做自由落体运动,故米尺只能竖直放置。
Δx (0.587-0.245)-0.245
(3)由Δx=gT2得当地的重力加速度的大小为g= = m/s2=9.7 m/s2。
T2 0.12
方法诠释 纸带问题及类纸带问题中求物体运动的加速度,当只有两个连续数据时,可利用Δx=aT2求解;当只有两个不
连续的数据时,可利用x -x=(m-n)aT2计算;当给定多个连续数据时,则需采用逐差法计算。
m n
5.(2014大纲全国,22,6分)现用频闪照相方法来研究物块的变速运动。在一小物块沿斜面向下运动的过程中,用频闪相
机拍摄的不同时刻物块的位置如图所示。拍摄时频闪频率是10 Hz;通过斜面上固定的刻度尺读取的5个连续影像间
的距离依次为x、x、x、x。已知斜面顶端的高度h和斜面的长度s。数据如下表所示。重力加速度大小g=9.80
1 2 3 4
m/s2。
单位:cm
x x x x h s
1 2 3 4
10.76 15.05 19.34 23.65 48.00 80.00
根据表中数据,完成下列填空:
(1)物块的加速度a= m/s2(保留3位有效数字)。
(2)因为 ,可知斜面是粗糙的。
答案 (1)4.30(4分,填“4.29”或“4.31”同样给分)
ℎ
(2)物块加速度小于g =5.88 m/s2(或:物块加速度小于物块沿光滑斜面下滑的加速度)(2分)
s
Δx x +x -x -x
3 4 1 2
解析 (1)a= = =4.30 m/s2
4T2 4T2
(2)见答案。
解题指导 运用逐差法求出加速度a。
归纳总结 频闪照片和纸带打点的共同特点是想办法留下物体在相等时间内通过的位移,从而可以研究物体的运动情
况,根据Δx=aT2求a,根据平均速度和中点时刻速度的关系求瞬时速度。
6.(2013广东理综,13,18分)(1)研究小车匀变速直线运动的实验装置如图16(a)所示,其中斜面倾角θ可调。打点计时器
的工作频率为50 Hz。纸带上计数点的间距如图16(b)所示,其中每相邻两点之间还有4个记录点未画出。北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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图16(a)
图16(b)
(1)部分实验步骤如下:
A.测量完毕,关闭电源,取出纸带。
B.接通电源,待打点计时器工作稳定后放开小车。
C.将小车停靠在打点计时器附近,小车尾部与纸带相连。
D.把打点计时器固定在平板上,让纸带穿过限位孔。
上述实验步骤的正确顺序是: (用字母填写)。
(2)图(b)中标出的相邻两计数点的时间间隔T= s。
(3)计数点5对应的瞬时速度大小计算式为v= 。
5
(4)为了充分利用记录数据,减小误差,小车加速度大小的计算式应为a= 。
S +S
答案 (1)DCBA (2)0.1 (3) 4 5
2T
S +S +S -S -S -S
6 5 4 3 2 1
(4)
9T2
解析 (1)按常规实验步骤排序即可,先安装再操作后整理。(2)因相邻两计数点间有4个点没有画出,所以其间有5个
S +S S +S +S -S -S -S
0.02 s,共计0.1 s。(3)由 v t=v可知,v= 4 5 。④由Δx=aT2,结合逐差法可得a= 6 5 4 3 2 1 。
2 5 2T 9T2
7.(2020江苏单科,11,10分)疫情期间“停课不停学”,小明同学在家自主开展实验探究。用手机拍摄物体自由下落的视
频,得到分帧图片,利用图片中小球的位置来测量当地的重力加速度,实验装置如题图1所示。
图1
(1)家中有乒乓球、小塑料球和小钢球,其中最适合用作实验中下落物体的是 。
(2)下列主要操作步骤的正确顺序是 。(填写各步骤前的序号)
①把刻度尺竖直固定在墙上
②捏住小球,从刻度尺旁静止释放
③手机固定在三脚架上,调整好手机镜头的位置
④打开手机摄像功能,开始摄像北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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(3)停止摄像,从视频中截取三帧图片,图片中的小球和刻度如题图2所示。已知所截取的图片相邻两帧之间的时
1
间间隔为 s,刻度尺的分度值是1 mm,由此测得重力加速度为 m/s2。
6
图2
(4)在某次实验中,小明释放小球时手稍有晃动,视频显示小球下落时偏离了竖直方向。从该视频中截取图片,
(选填“仍能”或“不能”)用(3)问中的方法测出重力加速度。
答案 (1)小钢球 (2)①③④② (3)9.6(9.5~9.7都算对) (4)仍能
解析 (1)落体实验中要求小球所受空气阻力远小于其重力,故应选用小钢球。
(2)①③为实验前的准备工作,应以刻度尺位置为参照调整镜头位置,故①在③前。先开始摄像,再释放小球,可顺利
获得小球下落过程的录像,故④在②前。
-
ℎ ℎ
2 1
(3)由题图2可得h=26.50 cm-2.50 cm=24.00 cm,h=77.20 cm-26.50 cm=50.70 cm,由g= ,解得g≈9.6 m/s2。
1 2 T2
(4)由于晃动,小球下落时偏离竖直方向,竖直分运动仍为落体运动,利用竖直分运动分析求解,结果不受影响。
8.(2020山东,13,6分)2020年5月,我国进行了珠穆朗玛峰的高度测量,其中一种方法是通过使用重力仪测量重力加速度,
进而间接测量海拔高度。某同学受此启发就地取材设计了如下实验,测量当地重力加速度的大小。实验步骤如下:
图甲
(ⅰ)如图甲所示,选择合适高度的垫块,使木板的倾角为53°,在其上表面固定一与小物块下滑路径平行的刻度尺(图
中未画出)。
(ⅱ)调整手机使其摄像头正对木板表面,开启视频录像功能。将小物块从木板顶端释放,用手机记录下小物块沿木
板向下做加速直线运动的情况。然后通过录像的回放,选择小物块运动路径上合适的一点作为测量参考点,得到小物
块相对于该点的运动距离L与运动时间t的数据。
2L
(ⅲ)该同学选取部分实验数据,画出了 -t图像,利用图像数据得到小物块下滑的加速度大小为 5.6 m/s2。
t
(ⅳ)再次调节垫块,改变木板的倾角,重复实验。
回答以下问题:
(1)当木板的倾角为37°时,所绘图像如图乙所示。由图像可得,物块过测量参考点时速度的大小为 m/s;选
取图线上位于坐标纸网格交叉点上的A、B两点,利用A、B两点数据得到小物块下滑加速度的大小为 m/s2。
(结果均保留2位有效数字)
(2)根据上述数据,进一步分析得到当地的重力加速度大小为 m/s2。(结果保留2位有效数字,sin
37°=0.60,cos 37°=0.80)北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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图乙
答案 (1)0.32或0.33 3.1 (2)9.4
1
解析 (1)小物块在木板上做匀加速直线运动,设参考点速度为v,加速度为a,则L=vt+ at2
0 0 2
2L
可得 =2v+at,纵轴截距为2v,斜率为a
t 0 0
可得物块过测量参考点的速度为0.32 m/s或0.33 m/s
由A、B两点的坐标,求得斜率为3.1 m/s2,则加速度为3.1 m/s2
(2)物块在木板上匀加速下滑,受力如图:
由牛顿第二定律得mg sin θ-F=ma ①
f
F -mg cos θ=0 ②
N
F=μF ③
f N
由①②③解得a=g sin θ-μg cos θ
将θ=37°时和θ=53°时的数据代入上式解得g=9.4 m/s2
9.(2018课标Ⅲ,22,6分)甲、乙两同学通过下面的实验测量人的反应时间。实验步骤如下:
(1)甲用两个手指轻轻捏住量程为L的木尺上端,让木尺自然下垂。乙把手放在尺的下端(位置恰好处于L刻度处,
但未碰到尺),准备用手指夹住下落的尺。
(2)甲在不通知乙的情况下,突然松手,尺子下落;乙看到尺子下落后快速用手指夹住尺子。若夹住尺子的位置刻度
为L,重力加速度大小为g,则乙的反应时间为 (用L、L 和g表示)。
1 1
(3)已知当地的重力加速度大小为g=9.80 m/s2,L=30.0 cm,L=10.4 cm。乙的反应时间为 s。(结果保留2位
1
有效数字)
(4)写出一条能提高测量结果准确程度的建议: 。
√2(L-L )
答案 (2) 1 (3)0.20 (4)多次测量取平均值;初始时乙的手指尽可能接近尺子
g
解析 本题考查自由落体运动的应用。
1 √2(L-L ) √2×(0.300-0.104)
(2)(3)木尺做自由落体运动,由位移公式可得L-L= gt2,解得t= 1 = s=0.20 s
1 2 g 9.80
10.(2018江苏单科,11,10分)某同学利用如图所示的实验装置来测量重力加速度g。细绳跨过固定在铁架台上的轻质滑
轮,两端各悬挂一只质量为M的重锤。实验操作如下:北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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①用米尺量出重锤1底端距地面的高度H;
②在重锤1上加上质量为m的小钩码;
③左手将重锤2压在地面上,保持系统静止。释放重锤2,同时右手开启秒表,在重锤1落地时停止计时,记录下落时
间;
④重复测量3次下落时间,取其平均值作为测量值t。
请回答下列问题:
(1)步骤④可以减小对下落时间t测量的 (选填“偶然”或“系统”)误差。
(2)实验要求小钩码的质量m要比重锤的质量M小很多,主要是为了 。
A.使H测得更准确
B.使重锤1下落的时间长一些
C.使系统的总质量近似等于2M
D.使细绳的拉力与小钩码的重力近似相等
(3)滑轮的摩擦阻力会引起实验误差。现提供一些橡皮泥用于减小该误差,可以怎么做?
(4)使用橡皮泥改进实验后,重新进行实验测量,并测出所用橡皮泥的质量为m。用实验中的测量量和已知量表示
0
g,得g= 。
答案 (1)偶然 (2)B
(3)在重锤1上粘上橡皮泥,调整橡皮泥质量直至轻拉重锤1后松手,能观察到其匀速下
落。
2(2M+m+m )H
(4) 0
mt2
解析 本题考查利用牛顿第二定律和匀变速直线运动规律测重力加速度。
(2)m相对M越小,系统的加速度越小,重锤1下落的时间就越长,测量时间的相对误差就
越小,故选B。
(3)在重锤1上粘上橡皮泥,轻拉重锤1后松手,若能匀速运动,就说明平衡了摩擦阻力。
1
(4)系统匀加速下落的过程中有:H= at2 ①
2
mg=(2M+m+m )a ②
0
解①②得:北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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2(2M+m+m )H
g= 0 。
mt2
疑难突破 对于创新型的实验,弄清实验原理,一切问题就迎刃而解了。
11.[2015重庆理综,6(1)]同学们利用如图所示方法估测反应时间。
首先,甲同学捏住直尺上端,使直尺保持竖直状态,直尺零刻度线位于乙同学的两指之间。当乙看见甲放开直尺时,
立即用手指捏直尺,若捏住位置的刻度读数为x,则乙同学的反应时间为 (重力加速度为g)。
基于上述原理,某同学用直尺制作测量反应时间的工具,若测量范围为0~0.4 s,则所用直尺的长度至少为
cm(g取10 m/s2);若以相等时间间隔在该直尺的另一面标记出表示反应时间的刻度线,则每个时间间隔在直尺上对应的
长度是 的(选填“相等”或“不相等”)。
√2x
答案 80 不相等
g
1 √2x 1
解析 由x= gt2得乙同学的反应时间为t= 。当t=0.4 s时,x= ×10×0.42 m=0.8 m=80
2 g 2
1
cm。因为x= gt2,即x与t不是成线性关系,故对应相同的时间间隔发生的位移不相等。
2
12.[2015广东理综,34(1),8分]某同学使用打点计时器测量当地的重力加速度。
①请完成以下主要实验步骤:按图(a)安装实验器材并连接电源;竖直提起系有重物的纸带,使重物 (填“靠
近”或“远离”)计时器下端; , ,使重物自由下落;关闭电源,取出纸带;换新纸带重复实验。
②图(b)和(c)是实验获得的两条纸带,应选取 [填“(b)”或“(c)”]来计算重力加速度。在实验操作和数据
处理都正确的情况下,得到的结果仍小于当地重力加速度,主要原因是空气阻力和 。
答案 ①靠近 接通电源 释放纸带
②(b) 纸带与限位孔间的摩擦北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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解析 ①重物靠近打点计时器下端,可在纸带上打下更多的点,提高纸带利用率。为了能在纸带上打下尽可能多的点,
且避免因打点计时器在接通电源后工作状态不稳而引起的误差,要求先接通电源,待计时器工作稳定后再释放纸带。
f
②比较图(b)与(c)可知,图(b)中重物做匀加速运动,而图(c)中重物先加速后减速,故应选用(b)。由ma=mg-f知a=g-
m
,测得a<g的原因是阻力f的存在,而除了空气阻力外,纸带与限位孔间的摩擦也是阻力的主要来源,另外,两限位孔不在
同一竖直线上,纸带不竖直等因素也会增大阻力。
13.[2015四川理综,8(1),6分]某同学在“探究弹力和弹簧伸长的关系”时,安装好实验装置,让刻度尺零刻度与弹簧上端
平齐,在弹簧下端挂1个钩码,静止时弹簧长度为l,如图1所示,图2是此时固定在弹簧挂钩上的指针在刻度尺(分度值
1
是1毫米)上位置的放大图,示数l= cm。在弹簧下端分别挂2个、3个、4个、5个相同钩码,静止时弹簧长度分
1
别是l、l、l、l。已知每个钩码质量是50 g,挂2个钩码时,弹簧弹力F= N(当地重力加速度g=9.8 m/s2)。要得
2 3 4 5 2
到弹簧伸长量x,还需要测量的是 。作出F-x曲线,得到弹力与弹簧伸长量的关系。
答案 25.85 0.98 弹簧原长
解析 刻度尺的分度值是1 mm,读数要估读到0.1 mm,所以读数是25.85 cm。两个钩码的重力
G=2mg=2×50×0.001×9.8 N=0.98 N,所以弹簧弹力F=0.98 N。弹簧的伸长量=弹簧长度-弹簧的原长,所以需要测量不
2 2
挂钩码时弹簧的长度,即需要测量弹簧的原长。
14.[2015福建理综,19(1),6分]某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验。
①图甲是不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度,其示数为7.73 cm;图乙是在弹簧下端悬挂钩码后指针所指的
标尺刻度,此时弹簧的伸长量Δl为 cm;
②本实验通过在弹簧下端悬挂钩码的方法来改变弹簧的弹力,关于此操作,下列选项中规范的做法是 ;(填
选项前的字母)
A.逐一增挂钩码,记下每增加一只钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重
B.随意增减钩码,记下增减钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重
③图丙是该同学描绘的弹簧的伸长量Δl与弹力F的关系图线,图线的AB段明显偏离直线OA,造成这种现象的主
要原因是 。
答案 ①6.93 ②A ③超过弹簧的弹性限度
解析 ①Δl=14.66 cm-7.73 cm=6.93 cm北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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②应逐一增挂钩码,不能随意增减,A项正确。
③弹簧下端钩码对弹簧的拉力过大,使弹簧形变量超过了弹簧的弹性限度,弹簧的伸长
量不再是线性变化。
15.(2014课标Ⅱ,23,9分,0.31)某实验小组探究弹簧的劲度系数k与其长度(圈数)的关系。实验装置如图(a)所示:一均匀
长弹簧竖直悬挂,7个指针P、P、P、P、P、P、P 分别固定在弹簧上距悬点0、10、20、30、40、50、60圈处;
0 1 2 3 4 5 6
通过旁边竖直放置的刻度尺,可以读出指针的位置,P 指向0刻度。设弹簧下端未挂重物时,各指针的位置记为x;挂有
0 0
质量为0.100 kg的砝码时,各指针的位置记为x。测量结果及部分计算结果如下表所示(n为弹簧的圈数,取重力加速度
为9.80 m/s2)。已知实验所用弹簧总圈数为60,整个弹簧的自由长度为11.88 cm。
P P P P P P
1 2 3 4 5 6
x 0 (cm) 2.04 4.06 6.06 8.05 10.03 12.01
x(cm) 2.64 5.26 7.81 10.30 12.93 15.41
n 10 20 30 40 50 60
k(N/m) 163 ① 56.0 43.6 33.8 28.8
1/k(m/N) 0.006 1 ② 0.017 9 0.022 9 0.029 6 0.034 7
(1)将表中数据补充完整:① ,② 。
(2)以n为横坐标,1/k为纵坐标,在图(b)给出的坐标系中画出1/k-n图像。
图(b)
(3)图(b)中画出的直线可近似认为通过原点。若从实验中所用的弹簧截取圈数为n的一段弹簧,该弹簧的劲度系数
k与其圈数n的关系的表达式为k= N/m;该弹簧的劲度系数k与其自由长度l(单位为m)的关系的表达式为k=
0
N/m。
答案 (1)①81.7 ②0.012 2(2分。每空1分)
1
(2) -n图像如图所示(3分)
k
1.75×103 1.67×103 1.83×103
(3) (2分。在 ~ 之间均同样给分)
n n n
3.47 3.31 3.62
(2分。在 ~ 之间均同样给分)
l l l
0 0 0北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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mg 0.100×9.80 1
解析 (1)由胡克定律有k= x-x = (5.26-4.06)×10-2 N/m=81.7 N/m,故有 k =0.012 2 m/N。(2)作图过程略,图
0
1 1
见答案。(3)因 -n图线是一条过原点的直线,由图可得图线的斜率约为5.71×10-4 m/N,故有 =5.71×10-4×n,即k=
k k
1.75×103 60 3.47
N/m,由题意可知弹簧的圈数n与原长l 的关系为n= l,故k= (N/m)。
n 0 0.118 8 0 l
0
考查点 探究弹簧的劲度系数k与其长度的关系
解题关键 ①本题利用的主要公式是F=kx。(x为伸长量)
1
②利用 -n图像,导出k与n的关系,再利用n与原长l 的关系,导出k与l 的关系表达式。
k 0 0
16.(2014浙江理综,21,10分)在“探究弹力和弹簧伸长的关系”时,某同学把两根弹簧如图1连接起来进行探究。
图1
(1)某次测量如图2所示,指针示数为 cm。
图2
(2)在弹性限度内,将50 g的钩码逐个挂在弹簧下端,得到指针A、B的示数L 和L 如表所示。用表中数据计算弹
A B
簧Ⅰ的劲度系数为 N/m(重力加速度g=10 m/s2)。由表中数据 (填“能”或“不能”)计算出弹簧Ⅱ的劲度
系数。
钩码数 1 2 3 4
L/cm 15.71 19.71 23.66 27.76
A
L/cm 29.96 35.76 41.51 47.36
B
答案 (1)15.95~16.05,有效数字位数正确
(2)12.2~12.8 能
解析 (1)刻度尺的分度值为0.1 cm,读数时需估读到 0.01 cm。
(2)表中对L 的测量有四组数据,应采用逐差法计算增加一个钩码时弹簧Ⅰ增加的长度。
A
L +L -L -L
L= A3 A4 A1 A2=0.04 m
0
4
mg
故k= =12.5 N/m
L
0
通过计算L -L 可得出A、B两指针间的长度,进而计算出增加一个钩码时弹簧Ⅱ增加的长度,从而计算出其劲度
B A
系数。
17.[2018天津理综,9(2)]某研究小组做“验证力的平行四边形定则”实验,所用器材有:方木板一块,白纸,量程为5 N的
弹簧测力计两个,橡皮条(带两个较长的细绳套),刻度尺,图钉(若干个)。
①具体操作前,同学们提出了如下关于实验操作的建议,其中正确的有 。
A.橡皮条应和两绳套夹角的角平分线在一条直线上
B.重复实验再次进行验证时,结点O的位置可以与前一次不同
C.使用测力计时,施力方向应沿测力计轴线;读数时视线应正对测力计刻度
D.用两个测力计互成角度拉橡皮条时的拉力必须都小于只用一个测力计时的拉力北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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②该小组的同学用同一套器材做了四次实验,白纸上留下的标注信息有结点位置O、力的标度、分力和合力的大
小及表示力的作用线的点,如下图所示。其中对于提高实验精度最有利的是 。
答案 ①BC ②B
解析 本题考查“验证力的平行四边形定则”实验。
①橡皮条的弹力方向不需要在两绳套夹角的角平分线上,选项A错误;重复实验,结点O的位置与上次实验无关,可
以不同,选项B正确;使用测力计时,为避免弹簧与外壳的摩擦,要求施力方向应沿测力计轴线方向,读数时视线应正对测
力计刻度,选项C正确;拉力小于弹簧测力计的量程即可,选项D错误。
②“验证力的平行四边形定则”实验中,在不超测力计量程的前提下,拉力应尽量大些;确定拉力方向时,所描点应
与O点的距离大些;两绳套夹角不能过大或过小;作图示时,所选标度越小,精度越高。综上所述,应选B。
18.(2016浙江理综,21,10分)某同学在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中,测得图中弹簧OC的劲度系数为500
N/m。如图1所示,用弹簧OC和弹簧秤a、b做“探究求合力的方法”实验。在保持弹簧伸长1.00 cm不变的条件下,
第21题图
(1)若弹簧秤a、b间夹角为90°,弹簧秤a的读数是 N(图2中所示),则弹簧秤b的读数可能为 N。
(2)若弹簧秤a、b间夹角大于90°,保持弹簧秤a与弹簧OC的夹角不变,减小弹簧秤b与弹簧OC的夹角,则弹簧秤
a的读数 、弹簧秤b的读数 (填“变大”、“变小”或“不变”)。
答案 (1)3.00~3.02 3.9~4.1(有效数不作要求)
(2)变大 变大
解析 保持弹簧OC伸长1.00 cm不变,其弹力F =kΔx=500×1.00×10-2 N=5 N保持不变。
弹
(1)在图1中,弹簧秤a、b的拉力F 、F 的合力F=F ,如图所示。
a b 弹北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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读图2可知F =3.00 N
a
故F =√F2-F2=4.00 N
b a
(2)减小弹簧秤b与弹簧OC的夹角意味着增大上图中F 与F的夹角,根据平行四边形定
b
则可知F 、F 均变大。
a b
疑难突破 在保持F 与合力F夹角不变的情况下,分析F 与F夹角变化时F、F 的变化情况为动态平衡的分析问
a b a b
题,这类问题用矢量图分析最为简捷,如图所示。
19.(2015安徽理综,21Ⅰ)在“验证力的平行四边形定则”实验中,某同学用图钉把白纸固定在水平放置的木板上,将橡
皮条的一端固定在板上一点,两个细绳套系在橡皮条的另一端。用两个弹簧测力计分别拉住两个细绳套,互成角度地
施加拉力,使橡皮条伸长,结点到达纸面上某一位置,如图所示。请将以下的实验操作和处理补充完整:
①用铅笔描下结点位置,记为O;
②记录两个弹簧测力计的示数F 和F,沿每条细绳(套)的方向用铅笔分别描出几个点,用刻度尺把相应的点连成线;
1 2
③只用一个弹簧测力计,通过细绳套把橡皮条的结点仍拉到位置O,记录测力计的示数F,
3
;
④按照力的图示要求,作出拉力F、F、F;
1 2 3
⑤根据力的平行四边形定则作出F 和F 的合力F;
1 2
⑥比较 的一致程度,若有较大差异,对其原因进行分析,并作出相应的改进后再次进行实验。
答案 ③见解析 ⑥F和F
3
解析 ③沿此时细绳(套)的方向用铅笔描出几个点,用刻度尺把这些点连成直线。
⑥为了验证力的平行四边形定则,需比较合力F与拉力F 的一致程度。
3
20.(2014江苏单科,11,10分)小明通过实验验证力的平行四边形定则。北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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(1)实验记录纸如题11-1图所示,O点为橡皮筋被拉伸后伸长到的位置,两弹簧测力计共同作用时,拉力F 和F 的方
1 2
向分别过P 和P 点;一个弹簧测力计拉橡皮筋时,拉力F 的方向过P 点。三个力的大小分别为:F=3.30 N、F=3.85 N
1 2 3 3 1 2
和F=4.25 N。请根据图中给出的标度作图求出F 和F 的合力。
3 1 2
(2)仔细分析实验,小明怀疑实验中的橡皮筋被多次拉伸后弹性发生了变化,影响实验结果。他用弹簧测力计先后
两次将橡皮筋拉伸到相同长度,发现读数不相同,于是进一步探究了拉伸过程对橡皮筋弹性的影响。
实验装置如题11-2图所示,将一张白纸固定在竖直放置的木板上,橡皮筋的上端固定于O点,下端N挂一重物。用
与白纸平行的水平力缓慢地移动N,在白纸上记录下N的轨迹。重复上述过程,再次记录下N的轨迹。
两次实验记录的轨迹如题11-3图所示。过O点作一条直线与轨迹交于a、b两点,则实验中橡皮筋分别被拉伸到
a和b时所受拉力F、F 的大小关系为 。
a b
(3)根据(2)中的实验,可以得出的实验结果有哪些?( )(填写选项前的字母)
A.橡皮筋的长度与受到的拉力成正比
B.两次受到的拉力相同时,橡皮筋第2次的长度较长
C.两次被拉伸到相同长度时,橡皮筋第2次受到的拉力较大
D.两次受到的拉力相同时,拉力越大,橡皮筋两次的长度之差越大
(4)根据小明的上述实验探究,请对验证力的平行四边形定则实验提出两点注意事项。
答案 (1)(如图,F =4.6~4.9都算对)
合
(2)F=F
a b
(3)BD
(4)橡皮筋拉伸不宜过长;选用新橡皮筋。(或:拉力不宜过大;选用弹性好的橡皮筋;换用弹性好的轻弹簧。)北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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解析 (1)略。(2)分析端点N受力,设橡皮筋与竖直方向间的夹角为θ,由平衡条件易得橡皮筋的拉力F=mg/cos θ,可见
θ相同时橡皮筋拉力相同。(3)题11-3图中ab表示两次拉力相同时橡皮筋的长度之差,易知A错误、B正确。由图中
的两轨迹间的距离变化可知,θ越大时长度差越大,结合F=mg/cos θ知对应的拉力越大,故D正确。因同样拉力下橡皮
筋第2次长度较长,故同样长度下橡皮筋第2次所受拉力较小,C错误。(4)从能在记录纸上完成实验的角度考虑有:橡
皮筋不宜过长,O点位置应靠近木板边缘,所选标度不能过小或过大等;从能测出拉力及减小相对误差角度考虑有:拉力
不宜过大或过小,两力之间夹角不宜过大或过小等;从能保证两次测量中力的作用效果相同的角度来考虑有:选用新的、
弹性好的橡皮筋或换用弹性好的轻弹簧等。
21.[2014重庆理综,6(2)]为了研究人们用绳索跨越山谷过程中绳索拉力的变化规律,同学们设计了如图甲所示的实验装
置。他们将不可伸长轻绳的两端通过测力计(不计质量及长度)固定在相距为D的两立柱上,固定点分别为P和Q,P低
于Q,绳长为L(L>PQ)。
图甲
他们首先在绳上距离P点10 cm处(标记为C)系上质量为m的重物(不滑动),由测力计读出绳PC、QC的拉力大小
T 和T 。随后,改变重物悬挂点C的位置,每次将P到C点的距离增加10 cm,并读出测力计的示数,最后得到T 、T 与
P Q P Q
绳长PC的关系曲线如图乙所示。由实验可知:
①曲线Ⅱ中拉力最大时,C与P点的距离为 cm,该曲线为 (选填:T 或T )的曲线。
P Q
②在重物从P移到Q的整个过程中,受到最大拉力的是 (选填:P或Q)点所在的立柱。
③在曲线Ⅰ、Ⅱ相交处,可读出绳的拉力T= N,它与L、D、m和重力加速度g的关系为T= 。
0 0
图乙
mgL√L2-D2
答案 ①60(56~64之间的值均可) T ②Q ③4.30(4.25~4.35之间的值均可)
P 2(L2-D2)
解析 ①由图乙可读出,Ⅱ中拉力最大时,C与P点的距离为60 cm。此时以C点为研究对象,受力分析如图所示,竖直
方向T sin θ+T sin θ=mg,水平方向T cos θ=T cos θ。当T =T 时,cos θ=cos θ,即θ=θ,若C点左移即PC减小,则
P 1 Q 2 P 1 Q 2 P Q 1 2 1 2
T cos θ
P 2
θ 增大,cos θ 减小,θ 减小,cos θ 增大, = >1,即T >T ,故Ⅱ为T 的曲线,Ⅰ为T 的曲线。
1 1 2 2 T cos θ P Q P Q
Q 1北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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②由图乙可知图线Ⅰ对应的极值最大,故受到最大拉力的是Q点所在的立柱。
③曲线Ⅰ、Ⅱ相交处,可读出绳的拉力T 为4.30 N。
0
此时满足关系:T =T =T
P Q 0
T sin θ+T sin θ=mg
P 1 Q 2
T cos θ=T cos θ
P 1 Q 2
√L2-D2
sin θ=
2
L
解得:θ=θ
1 2
mgL√L2-D2
T=
0 2(L2-D2)
22.[2020浙江7月选考,17(1),3分]做“探究加速度与力、质量的关系”实验时,图1甲是教材中的实验方案;图1乙是
拓展方案,其实验操作步骤如下:
(i)挂上托盘和砝码,改变木板的倾角,使质量为M的小车拖着纸带沿木板匀速下滑;
(ii)取下托盘和砝码,测出其总质量为m,让小车沿木板下滑,测出加速度a;
(iii)改变砝码质量和木板倾角,多次测量,通过作图可得到a-F的关系。
图1
①实验获得如图2所示的纸带,计数点a、b、c、d、e、f间均有四个点未画出,则在打d点时小车的速度大小v=
d
m/s(保留两位有效数字);
图2
②需要满足条件M≫m的方案是 (选填“甲”、“乙”或“甲和乙”);在作a-F图像时,把mg作为F值
的是 (选填“甲”、“乙”或“甲和乙”)。
答案 ①0.18~0.19 ②甲 甲和乙
L
解析 ①d点为c、e两点中间时刻点,故v= ce
d 2T
其中L =36.10 cm-32.40 cm=3.70 cm,T=0.1 s
ce北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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3.70×10-2
故v= m/s=0.19 m/s
d 0.2
②采用甲方案时,要平衡摩擦力,用托盘和砝码的总重力代替绳子拉力F,F=Ma,而mg-F=ma
mg
两式联立得mg-Ma=ma,则a=
M+m
mg
当M≫m时,a=
M
故方案甲需要满足条件M≫m
采用方案乙时
挂上托盘和砝码应有Mg sin θ=f+mg
取下托盘和砝码应有Mg sin θ-f=Ma,即mg=Ma
mg
a= ,故不需要满足M≫m
M
因此在作a-F图像时把mg作为F值的是甲和乙
23.(2016课标Ⅲ,23,10分)某物理课外小组利用图(a)中的装置探究物体加速度与其所受合外力之间的关系。图中,置于
实验台上的长木板水平放置,其右端固定一轻滑轮;轻绳跨过滑轮,一端与放在木板上的小滑车相连,另一端可悬挂钩码。
本实验中可用的钩码共有N=5个,每个质量均为0.010 kg。实验步骤如下:
图(a)
(1)将5个钩码全部放入小车中,在长木板左下方垫上适当厚度的小物块,使小车(和钩码)可以在木板上匀速下滑。
(2)将n(依次取n=1,2,3,4,5)个钩码挂在轻绳右端,其余N-n个钩码仍留在小车内;用手按住小车并使轻绳与木板平行。
释放小车,同时用传感器记录小车在时刻t相对于其起始位置的位移s,绘制s-t图像,经数据处理后可得到相应的加速度
a。
(3)对应于不同的n的a值见下表。n=2时的s-t图像如图(b)所示;由图(b)求出此时小车的加速度(保留2位有效数
字),将结果填入下表。
n 1 2 3 4 5
a/m·s-2 0.20 0.58 0.78 1.00
(4)利用表中的数据在图(c)中补齐数据点,并作出a-n图像。从图像可以看出:当物体质量一定时,物体的加速
度与其所受的合外力成正比。
图(b)北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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图(c)
(5)利用a-n图像求得小车(空载)的质量为 kg(保留2位有效数字,重力加速度取g=9.8 m·s-2)。
(6)若以“保持木板水平”来代替步骤(1),下列说法正确的是 (填入正确选项前的标号)。
A.a-n图线不再是直线
B.a-n图线仍是直线,但该直线不过原点
C.a-n图线仍是直线,但该直线的斜率变大
答案 (3)0.39(2分。在0.37~0.49范围内都给分)
(4)如图所示(3分)
(5)0.45(3分。在0.43~0.47范围内都给分)
(6)BC(2分。选对一个给1分,有选错的不给这2分)
1 2s
解析 (3)由s= at2得:a= ,在s-t图像中找一点坐标,代入公式即可求出a。
2 t2
nmg 0.098n
(5)对小车和钩码组成的系统应用牛顿第二定律:nmg=(M+Nm)a,则a= = ,a-n图像的斜率k=
M+Nm M+0.05
0.098
,从而可解出M。
M+0.05
mg
(6)对于已平衡摩擦力的情况,对整体应用牛顿第二定律:nmg=(M+Nm)a,则a= n①;对于木板水平的情况,对
M+Nm
(1+μ)mg
整体应用牛顿第二定律:nmg-μ[M+(N-n)m]g=(M+Nm)a,整理得:a= n-μg②,比较①②可见,B、C均正确。
M+Nm
24.(2014课标Ⅰ,22,6分,0.643)某同学利用图(a)所示实验装置及数字化信息系统获得了小车加速度a与钩码的质量m
的对应关系图,如图(b)所示。实验中小车(含发射器)的质量为200 g,实验时选择了不可伸长的轻质细绳和轻定滑轮,小
车的加速度由位移传感器及与之相连的计算机得到,回答下列问题:
图(a)北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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图(b)
(1)根据该同学的结果,小车的加速度与钩码的质量成 (填“线性”或“非线性”)关系。
(2)由图(b)可知,a-m图线不经过原点,可能的原因是 。
(3)若利用本实验装置来验证“在小车质量不变的情况下,小车的加速度与作用力成正比”的结论,并直接以钩码
所受重力mg作为小车受到的合外力,则实验中应采取的改进措施是 。钩码的质量
应满足的条件是 。
答案 (1)非线性
(2)存在摩擦力
(3)调节轨道的倾斜度以平衡摩擦力 远小于小车的质量
解析 (1)将图(b)中各点连线,得到的是一条曲线,故a与m的关系是非线性的。
(2)由图(b)可知,当钩码质量不为零时,在一定范围内小车加速度仍为零,即钩码对小车的拉力大于某一数值时小车
才产生加速度,故可能的原因是存在摩擦力。
(3)若将钩码所受重力作为小车所受合力,则应满足三个条件,一是摩擦力被平衡,二是绳平行于轨道平面,此二者可
mg
mM
保证绳对车的拉力等于车所受合力,设绳的拉力为T,由mg-T=ma、T=Ma有T= g= m ,可见当m≪M时才有
M+m 1+
M
T≈mg,故第三个条件为m≪M。
解题关键 ①理解平衡摩擦力的目的。
②了解将钩码所受重力mg的大小作为小车所受合力的条件。
温馨提示 本题应用数字化信息系统代替打点计时器,直接得出加速度a,更方便。
25.(2018课标Ⅱ,23,9分)某同学用图(a)所示的装置测量木块与木板之间的动摩擦因数。跨过光滑定滑轮的细线两端分
别与木块和弹簧秤相连,滑轮和木块间的细线保持水平,在木块上方放置砝码。缓慢向左拉动水平放置的木板,当木块
和砝码相对桌面静止且木板仍在继续滑动时,弹簧秤的示数即木块受到的滑动摩擦力的大小。某次实验所得数据在下
表中给出,其中f 的值可从图(b)中弹簧秤的示数读出。
4
图(a)
砝码的质量m/kg 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25
滑动摩擦力f/N 2.15 2.36 2.55 f
4
2.93北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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图(b)
图(c)
回答下列问题:
(1)f= N;
4
(2)在图(c)的坐标纸上补齐未画出的数据点并绘出f-m图线;
(3)f与m、木块质量M、木板与木块之间的动摩擦因数μ及重力加速度大小g之间的关系式为f= ,f-m图
线(直线)的斜率的表达式为k= ;
(4)取g=9.80 m/s2,由绘出的f-m图线求得μ= 。(保留2位有效数字)
答案 (1)2.75 (2)如图所示
(3)μ(M+m)g μg (4)0.40
解析 (1)由图可知弹簧秤的读数为2.75 N。
(2)画图线时应使尽可能多的点落在线上,不在线上的点应均匀分布在线的两侧。
(3)以木块和砝码为研究对象,整体水平方向受木板的滑动摩擦力和细线的拉力,f=μ(M+m)g,整理得f=μmg+μMg,故
f-m图线的斜率k=μg。
k
(4)由图知k=3.9 N/kg,故μ= =0.40。
g
26.(2015课标Ⅱ,22,6分,0.395)某同学用图(a)所示的实验装置测量物块与斜面之间的动摩擦因数。已知打点计时器所
用电源的频率为50 Hz,物块下滑过程中所得到的纸带的一部分如图(b)所示,图中标出了五个连续点之间的距离。
(1)物块下滑时的加速度a= m/s2,打C点时物块的速度v= m/s;
(2)已知重力加速度大小为g,为求出动摩擦因数,还必须测量的物理量是 (填正确答案标号)。北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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A.物块的质量
B.斜面的高度
C.斜面的倾角
答案 (1)3.25(2分) 1.79(2分) (2)C(2分)
s -s
CE AC
解析 (1)a= =3.25 m/s2
(2T)2
s
v = BD=1.79 m/s
C
2T
(2)因为a=(mg sin θ-μmg cos θ)/m
=g sin θ-μg cos θ
gsinθ-a
所以μ=
gcosθ
欲求出μ还需知道斜面倾角,故选C项。
27.(2015浙江理综,21,10分)甲同学准备做“验证机械能守恒定律”实验,乙同学准备做“探究加速度与力、质量的关
系”实验。
图1
(1)图1中A、B、C、D、E表示部分实验器材,甲同学需在图中选用的器材 ;乙同学需在图中选用的器材
。(用字母表示)
图2
(2)乙同学在实验室选齐所需器材后,经正确操作获得如图2所示的两条纸带①和②。纸带 的加速度大
(填“①”或“②”),其加速度大小为 。
答案 (1)AB BDE (2)① (2.5±0.2) m/s2
解析 (1)做“验证机械能守恒定律”实验时,需在图中选用:A重锤,B电火花打点计时器;做
“探究加速度与力、质量的关系”实验时,需在图中选用:B电火花打点计时器,D小车,E钩
码。
(2)在纸带①中Δx =1.0 mm。
1
在纸带②中Δx =0.5 mm。
2北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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Δx 1×10-3
所以Δx >Δx 再由Δx=aT2可得纸带①的加速度大,其值为a= 1= m/s2=2.5
1 2 T2 0.022
m/s2。
28.(2013课标Ⅰ,22,7分,0.420)图(a)为测量物块与水平桌面之间动摩擦因数的实验装置示意图。实验步骤如下:
图(a)
①用天平测量物块和遮光片的总质量M、重物的质量m;用游标卡尺测量遮光片的宽度d;用米尺测量两光电门之
间的距离s;
②调整轻滑轮,使细线水平;
③让物块从光电门A的左侧由静止释放,用数字毫秒计分别测出遮光片经过光电门A和光电门B所用的时间Δt
A
和Δt ,求出加速度a;
B
④多次重复步骤③,求a的平均值a;
⑤根据上述实验数据求出动摩擦因数μ。
回答下列问题:
图(b)
(1)测量d时,某次游标卡尺(主尺的最小分度为1 mm)的示数如图(b)所示,其读数为 cm。
(2)物块的加速度a可用d、s、Δt 和Δt 表示为a= 。
A B
(3)动摩擦因数μ可用M、m、a和重力加速度g表示为μ= 。
(4)如果细线没有调整到水平,由此引起的误差属于 (填“偶然误差”或“系统误差”)。
1 d d
答案 (1)0.960 (2) [( )2-( )2]
2s Δt Δt
B A
mg-(M+m)a
(3) (4)系统误差
Mg
解析 (1)游标卡尺的读数为9 mm+12×0.05 mm=9.60 mm=0.960 cm
d d
d d ( )2-( )2
(2)由v2 -v2 =2as,v = ,v = 联立得a= Δt Δt
B A A Δt B Δt B A
A B 2s
(3)设细线的张力为T,对M有T-μMg=Ma
对m有mg-T=ma
mg-(M+m)a
联立两式得μ=
Mg
(4)细线没有调整到水平,造成张力T不水平,若此时以T水平来分析计算,会造成测量值偏大或偏小,这种由于实验
操作造成的误差,属于系统误差。
考查点 游标卡尺读数、测量动摩擦因数
思路分析
①利用v2 -v2
=2as求a。
B A
②对M和m分别受力分析求μ。
d
解题关键 利用光电门求速度v= 。
Δt北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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29.[2020天津,9(1),12分]某实验小组利用图1所示装置测定平抛运动的初速度。把白纸和复写纸叠放一起固定在竖直
木板上,在桌面上固定一个斜面,斜面的底边ab与桌子边缘及木板均平行。每次改变木板和桌边之间的距离,让钢球从
斜面顶端同一位置滚下,通过碰撞复写纸,在白纸上记录钢球的落点。
图1
①为了正确完成实验,以下做法必要的是 。
A.实验时应保持桌面水平
B.每次应使钢球从静止开始释放
C.使斜面的底边ab与桌边重合
D.选择对钢球摩擦力尽可能小的斜面
②实验小组每次将木板向远离桌子的方向移动0.2 m,在白纸上记录了钢球的4个落点,相邻两点之间的距离依次
为15.0 cm、25.0 cm、35.0 cm,示意如图2。重力加速度g=10 m/s2,
图2
钢球平抛的初速度为 m/s。
③图1装置中,木板上悬挂一条铅垂线,其作用是 。
答案 ①AB ②2
③方便将木板调整到竖直平面
解析 ①钢球从桌面飞出,必须使钢球初速度沿水平方向,做平抛运动,故需要保持桌面水平,A项正确;钢球必须每次
从同一位置由静止滚下,这样才能使每次做平抛运动的初速度相同,B项正确;斜面底边ab不可与桌边重合,若重合,钢球
到达斜面底边后,将不再做平抛运动,C项错误;钢球所受斜面的摩擦力大小对实验没有影响,只要保证每次钢球从桌边
开始做初速度相同的平抛运动即可,D项错误。
②设每次木板向远离桌子的方向移动的距离为x,相邻两落点的竖直间距差为Δy,间隔时间为T,则由匀加速直线运
√Δy x
动规律有Δy=gT2,可得T= =0.1 s,故初速度v= =2 m/s。
g 0 T
③在实验中要保持木板处于竖直状态,悬挂铅垂线,便于将木板调整到竖直平面。
30.(2019浙江4月选考,17,5分)采用如图所示的实验装置做“研究平抛运动”的实验。
(1)实验时需要下列哪个器材 。
A.弹簧秤 B.重垂线 C.打点计时器
(2)做实验时,让小球多次沿同一轨道运动,通过描点法画出小球平抛运动的轨迹。下列的一些操作要求,正确的是
。北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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A.每次必须由同一位置静止释放小球
B.每次必须严格地等距离下降记录小球位置
C.小球运动时不应与木板上的白纸相接触
D.记录的点应适当多一些
(3)若用频闪摄影方法来验证小球在平抛过程中水平方向是匀速运动,记录下如图所示的频闪照片。在测得
x,x,x,x 后,需要验证的关系是 。已知频闪周期为T,用下列计算式求得的水平速度,误差
1 2 3 4
较小的是 。
x x x x
1 2 3 4
A. B. C. D.
T 2T 3T 4T
答案 (1)B (2)ACD (3)x-x=x-x=x-x=x D
4 3 3 2 2 1 1
解析 (1)实验时需要重垂线来确定竖直方向,不需要弹簧秤和打点计时器,故选B。(2)实验时每次必须由同一位置静
止释放小球,以保证小球到达最低点的速度相同,选项A正确;每次不一定严格地等距离下降记录小球位置,选项B错误;
小球运动时不应与木板上的白纸相接触,否则会改变运动轨迹,选项C正确;记录的点应适当多一些,以减小误差,选项D
正确。(3)因相邻两位置的时间间隔相同,则小球在平抛过程中水平方向是匀速运动,满足:x-x=x-x=x-x=x;由小球最
4 3 3 2 2 1 1
x
4
后一个位置与第一个位置的水平距离计算求得的水平速度误差较小,则用 计算式求得的水平速度误差较小,故选
4T
D。
31.(2019北京理综,21,18分)用如图1所示装置研究平抛运动。将白纸和复写纸对齐重叠并固定在竖直的硬板上,钢球
沿斜槽轨道PQ滑下后从Q点飞出,落在水平挡板MN上,由于挡板靠近硬板一侧较低,钢球落在挡板上时,钢球侧面会
在白纸上挤压出一个痕迹点。移动挡板,重新释放钢球。如此重复,白纸上将留下一系列痕迹点。
图1
(1)下列实验条件必须满足的有 。
A.斜槽轨道光滑
B.斜槽轨道末段水平
C.挡板高度等间距变化
D.每次从斜槽上相同的位置无初速度释放钢球
(2)为定量研究,建立以水平方向为x轴、竖直方向为y轴的坐标系。北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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图2
a.取平抛运动的起始点为坐标原点,将钢球静置于Q点,钢球的 (选填“最上端”、“最下端”或者“球
心”)对应白纸上的位置即为原点;在确定y轴时 (选填“需要”或者“不需要”)y轴与重垂线平行。
b.若遗漏记录平抛轨迹的起始点,也可按下述方法处理数据:如图2所示,在轨迹上取A、B、C三点,AB和BC的水
y 1
1
平间距相等且均为x,测得AB和BC的竖直间距分别是y 和y,则 (选填“大于”、“等于”或者“小
1 2 y 3
2
于”)。可求得钢球平抛的初速度大小为 (已知当地重力加速度为g,结果用上述字母表示)。
(3)为了得到平抛物体的运动轨迹,同学们还提出了以下三种方案。其中可行的是 。
A.从细管水平喷出稳定的细水柱,拍摄照片,即可得到平抛运动轨迹
B.用频闪照相在同一底片上记录平抛小球在不同时刻的位置,平滑连接各位置,即可得到平抛运动轨迹
C.将铅笔垂直于竖直的白纸板放置,笔尖紧靠白纸板,铅笔以一定初速度水平抛出,将会在白纸上留下笔尖的平抛
运动轨迹
(4)伽利略曾研究过平抛运动,他推断:从同一炮台水平发射的炮弹,如果不受空气阻力,不论它们能射多远,在空中飞
行的时间都一样。这实际上揭示了平抛物体 。
A.在水平方向上做匀速直线运动
B.在竖直方向上做自由落体运动
C.在下落过程中机械能守恒
(5)牛顿设想,把物体从高山上水平抛出,速度一次比一次大,落地点就一次比一次远。如果速度足够大,物体就不再
落回地面,它将绕地球运动,成为人造地球卫星。
同样是受地球引力,随着抛出速度增大,物体会从做平抛运动逐渐变为做圆周运动,请分析原因。
√ g
答案 (1)BD (2)a.球心 需要 b.大于 x (3)AB (4)B (5)见解析
y - y
2 1
解析 本题考查研究平抛运动实验,突出考查了实验分析及探究能力,体现了科学探究、科
学推理的素养要素。
(1)研究平抛运动实验,必须满足的条件是钢球以相同的初速度沿水平方向抛出,则无论
斜槽是否光滑,只要每次从同一位置无初速度释放钢球,且斜槽轨道末端水平,钢球抛出的初
速度就相同且沿水平方向,A项错误,B、D项正确;实验只需用平滑曲线表示轨迹,挡板高度
无需等间距变化,故C项错误。
(2)a.因为每次压点痕迹位于水平正对球心的位置,故静置于Q点的钢球球心对应的白纸
上的位置为原点。坐标系以水平方向为x轴,竖直方向为y轴,故需要y轴与重垂线平行。
y 1 y 1
b.在竖直方向上,若初速度为零,则满足 1= ,当竖直方向初速度大于零时,则满足 1> ;
y 3 y 3
2 2
√ y - y x √ g
根据y -y =gt2得t= 2 1,而v = ,得v =x 。
2 1 g 0 t 0 y - y
2 1北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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(3)水由细管管口水平喷出后,可以看成水做平抛运动,故此法可得到平抛运动轨迹,A项
正确;平抛小球频闪照片取圆心点做的记录点与实验中的痕迹点一致,故B项正确;铅笔做平
抛运动时,因为没有水平压力作用,笔尖不会在白纸上留下平抛运动轨迹,故C项错误。
(4)因为平抛运动可分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的匀加速直线运动,由
√2ℎ
运动的独立性原理可知平抛物体的飞行时间t= 由下落高度决定,所以伽利略的推断揭
g
示了平抛物体在竖直方向上做自由落体运动,故B项正确,A、C项错误。
(5)物体初速度较小时,运动范围很小,引力可以看做恒力——重力,物体做平抛运动;随着
物体初速度增大,运动范围变大,引力不能再看做恒力;当物体初速度达到第一宇宙速度时,
它就围绕地球做圆周运动而成为地球卫星。
试题分析 题目梯度明显,层次清晰,突出了学科特点,体现了学科思想。
32.(2015课标Ⅰ,22,6分,0.369)某物理小组的同学设计了一个粗测玩具小车通过凹形桥最低点时的速度的实验。所用
器材有:玩具小车、压力式托盘秤、凹形桥模拟器(圆弧部分的半径为R=0.20 m)。
完成下列填空:
(1)将凹形桥模拟器静置于托盘秤上,如图(a)所示,托盘秤的示数为1.00 kg;
(2)将玩具小车静置于凹形桥模拟器最低点时,托盘秤的示数如图(b)所示,该示数为 kg;
(3)将小车从凹形桥模拟器某一位置释放,小车经过最低点后滑向另一侧。此过程中托盘秤的最大示数为m;多次
从同一位置释放小车,记录各次的m值如下表所示:
序号 1 2 3 4 5
m(kg) 1.80 1.75 1.85 1.75 1.90
(4)根据以上数据,可求出小车经过凹形桥最低点时对桥的压力为 N;小车通过最低点时的速度大小为
m/s。(重力加速度大小取9.80 m/s2,计算结果保留2位有效数字)
答案 (2)1.40(2分) (4)7.9(2分) 1.4(2分)
解析 (2)示数为1.40 kg,注意估读。
(4)小车经过凹形桥最低点时对桥的压力N=mg-M g=(1.81-1.00)×9.80 N=7.9 N,小车通过最低点时受到的支持力
桥
v2
N'=N=7.9 N,小车质量m =1.40 kg-1.00 kg=0.40 kg,由N'-m g=m ,解得v=1.4 m/s。
车 车 车R
33.(2018浙江4月选考,17,5分)(1)用图1所示装置做“探究功与速度变化的关系”实验时,除了图中已给出的实验器材
外,还需要的测量工具有 (填字母);北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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图1
A.停表 B.天平 C.刻度尺 D.弹簧测力计
(2)用图2所示装置做“验证机械能守恒定律”实验时,释放重物前有下列操作,其中正确的是 ;(填字母)
A.将打点计时器的两个限位孔调节到同一竖直线上
B.手提纸带任意位置
C.使重物靠近打点计时器
图2
(3)图3是小球做平抛运动的频闪照片,其上覆盖了一张透明方格纸。已知方格纸每小格的边长均为0.80 cm。由
图可知小球的初速度大小为 m/s(结果保留两位有效数字)。
图3
答案 (1)C (2)AC (3)0.66~0.74
解析 (1)“探究功与速度变化的关系”实验利用单根橡皮筋做的功作为功标定的单位,因此不需要天平,只需要刻度
尺来测长度,间接得到速度即可。故选C。
(2)两个限位孔的作用是通过两点确定一条直线,从而保证纸带保持竖直,同时靠近打点计时器释放重物,可以尽可
能多地利用纸带,得到更多数据,减小实验误差,而手应提纸带上端使整条纸带保持竖直,故A、C正确,B错误。
(3)设时间间隔为T,根据频闪照片有2Δx=gT2,vT=3.5Δx,Δx=0.80 cm,可得v=0.70 m/s。
0 0
34.(2017北京理综,21,18分)如图1所示,用质量为m的重物通过滑轮牵引小车,使它在长木板上运动,打点计时器在纸带
上记录小车的运动情况。利用该装置可以完成“探究动能定理”的实验。
图1
(1)打点计时器使用的电源是 (选填选项前的字母)。
A.直流电源 B.交流电源北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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(2)实验中,需要平衡摩擦力和其他阻力,正确操作方法是 (选填选项前的字母)。
A.把长木板右端垫高
B.改变小车的质量
在不挂重物且 (选填选项前的字母)的情况下,轻推一下小车。若小车拖着纸带做匀速运动,表明已经消除
了摩擦力和其他阻力的影响。
A.计时器不打点
B.计时器打点
(3)接通电源,释放小车,打点计时器在纸带上打下一系列点,将打下的第一个点标为O。在纸带上依次取A、B、
C……若干个计数点,已知相邻计数点间的时间间隔为T。测得A、B、C……各点到O点的距离为x、x、x……,如图2
1 2 3
所示。
图2
实验中,重物质量远小于小车质量,可认为小车所受的拉力大小为mg。从打O点到打B点的过程中,拉力对小车做
的功W= ,打B点时小车的速度v= 。
(4)以v2为纵坐标,W为横坐标,利用实验数据作出如图3所示的v2-W图像。由此图像可得v2随W变化的表达式为
。根据功与能的关系,动能的表达式中可能包含v2这个因子;分析实验结果的单位关系,与图线斜率有关的物理量应是
。
图3
(5)假设已经完全消除了摩擦力和其他阻力的影响,若重物质量不满足远小于小车质量的条件,则从理论上分析,图
4中正确反映v2-W关系的是 。
图4
答案 (1)B (2)A B
x -x
(3)mgx 3 1
2
2T
(4)v2=kW,k=(4.5~5.0)m2·s-2·J-1 质量
(5)A北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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解析 本题考查“探究动能定理”实验。(1)打点计时器使用的是交流电源。(2)把长木板右端垫高,利用小车的重力
沿斜面的分力平衡摩擦力和其他阻力;在不挂重物且计时器打点的情况下,小车沿斜面能匀速运动,表明已经消除了摩
AC x -x
擦力和其他阻力的影响。(3)W=Fs=mgx,v = = 3 1 。(4)由图知,图线为一条纵截距为零、斜率
2 B t 2T
AC
1 2 2
k=(4.5~5.0)m2·s-2·J-1的直线,其函数表达式为v2=kW。根据动能定理W= mv2得v2= W,故斜率k= ,与质量有关。(5)
2 m m
1 2
根据功能关系有W= (M+m)v2,所以v2= W,v2∝W,图A正确。
2 M+m
35.(2017江苏单科,10,8分)利用如图甲所示的实验装置探究恒力做功与物体动能变化的关系。小车的质量为M=200.0
g,钩码的质量为m=10.0 g,打点计时器的电源为50 Hz的交流电。
图甲
(1)挂钩码前,为了消除摩擦力的影响,应调节木板右侧的高度,直至向左轻推小车观察到 。
(2)挂上钩码,按实验要求打出的一条纸带如图乙所示。选择某一点为O,依次每隔4个计时点取一个计数点。用刻
度尺量出相邻计数点间的距离Δx,记录在纸带上。计算打出各计数点时小车的速度v,其中打出计数点“1”时小车的
速度v= m/s。
1
图乙
1
(3)将钩码的重力视为小车受到的拉力,取g=9.80 m/s2,利用W=mg Δx算出拉力对小车做的功W。利用E= Mv2算
k 2
出小车动能,并求出动能的变化量ΔE。计算结果见下表。
k
W/×10-3 J 2.45 2.92 3.35 3.81 4.26
ΔE/×10-3 J 2.31 2.73 3.12 3.61 4.00
k
请根据表中的数据,在方格纸上作出ΔE-W图像。
k
(4)实验结果表明,ΔE 总是略小于W。某同学猜想是由于小车所受拉力小于钩码重力造成的。用题中小车和钩码
k
质量的数据可算出小车受到的实际拉力F= N。
答案 (1)小车做匀速运动
(2)0.228北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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(3)如图所示
(4)0.093
解析 本题考查恒力做功与动能变化的关系。
(1)平衡摩擦力的方法是利用小车重力沿斜面向下的分力与摩擦力相平衡,故在此状态
下小车获得速度后能匀速运动。
v
Δx +Δx (2.06+2.50)×10-2
(2)由题意知相邻计数点间时间间隔T=0.1 s,由v= t得v = 1 2=
2 1 2T 2×0.1
m/s=0.228 m/s。
(3)首先确定标度:为充分利用方格纸,依据给定数据范围及方格纸上格数多少,确定纵坐
标、横坐标皆从2.0×10-3 J开始,且每小格表示0.1×10-3 J。然后描点、连线,图像见答案。
Mm 0.200×0.010
(4)对钩码有mg-F=ma,对小车有F=Ma,联立可得:F= g= ×9.8 N≈0.093
M+m 0.200+0.010
N。
方法指导 作图法处理实验数据
利用作图法处理实验数据的原则是使方格纸得到充分的利用,为此,坐标可以不从零开始。连线的原则是作出平
滑的曲线或直线,使尽可能多的点落在所连出的图线上,不在线上的点,要使它们尽量对称地分布在线的两侧,显著偏离
线的点要舍去。
36.[2014天津理综,9(2)]某同学把附有滑轮的长木板平放在实验桌上,将细绳一端拴在小车上,另一端绕过定滑轮,挂上
适当的钩码,使小车在钩码的牵引下运动,以此定量探究绳拉力做功与小车动能变化的关系。此外还准备了打点计时
器及配套的电源、导线、复写纸、纸带、小木块等。组装的实验装置如图所示。
①若要完成该实验,必需的实验器材还有哪些 。
②实验开始时,他先调节木板上定滑轮的高度,使牵引小车的细绳与木板平行。他这样做的目的是下列的哪个
(填字母代号)。北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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A.避免小车在运动过程中发生抖动
B.可使打点计时器在纸带上打出的点迹清晰
C.可以保证小车最终能够实现匀速直线运动
D.可在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的合力
③平衡摩擦力后,当他用多个钩码牵引小车时,发现小车运动过快,致使打出的纸带上点数较少,难以选到合适的点
计算小车速度。在保证所挂钩码数目不变的条件下,请你利用本实验的器材提出一个解决办法:
。
④他将钩码重力做的功当做细绳拉力做的功,经多次实验发现拉力做功总是要比小车动能增量大一些。这一情况
可能是下列哪些原因造成的 (填字母代号)。
A.在接通电源的同时释放了小车
B.小车释放时离打点计时器太近
C.阻力未完全被小车重力沿木板方向的分力平衡掉
D.钩码做匀加速运动,钩码重力大于细绳拉力
答案 ①刻度尺、天平(包括砝码) ②D ③可在小车上加适量的砝码(或钩码) ④CD
解析 ①计算小车的动能变化需用天平测质量;在计算小车通过的位移、小车的瞬时速度时都需用刻度尺测距离。
②只有绳与板面平行时,才能保证小车运动中与板面间的压力不变,才能保证小车所受摩擦力不变,才能保证平衡摩擦
力后绳的拉力等于小车所受合力,故D正确。③要增加纸带上所打下点的数目,只有减小小车运动的加速度。在所挂
钩码数目不变的情况下只有增大小车的质量,即在车上增加砝码或钩码。④当将钩码重力作为小车所受合力时,需满
足几个条件:一是摩擦力被平衡,二是绳与板面平行,此二者可保证绳对车的拉力等于车所受合力,但车加速运动时钩码
加速下降,钩码重力大于绳上拉力,则只有当钩码质量远小于小车质量时二者才近似相等,故此情况可能是由C、D原
因造成的。
37.[2013四川理综,8(2),11分]如图1所示,某组同学借用“探究a与F、m之间的定量关系”的相关实验思想、原理及
操作,进行“研究合外力做功和动能变化的关系”的实验:
图1
图2
①为达到平衡阻力的目的,取下细绳及托盘,通过调整垫片的位置,改变长木板倾斜程度,根据打出的纸带判断小车
是否做 运动。
②连接细绳及托盘,放入砝码,通过实验得到图2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、G。实验时小车所受拉力为0.2 N,小车的质量为 0.2 kg。
请计算小车所受合外力做的功W和小车动能的变化ΔE,补填表中空格(结果保留至小数点后第四位)。
k
O—B O—C O—D O—E O—F
W/J 0.043 2 0.057 2 0.073 4 0.091 5
ΔE/J 0.043 0 0.057 0 0.073 4 0.090 7
k
分析上述数据可知:在实验误差允许的范围内W=ΔE,与理论推导结果一致。
k
③实验前已测得托盘质量为7.7×10-3 kg,实验时该组同学放入托盘中的砝码质量应为 kg(g取9.8 m/s2,
结果保留至小数点后第三位)。北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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答案 ①匀速直线(或匀速) ②0.111 5 0.110 5 ③0.015
解析 ①取下细绳与托盘后,当摩擦力恰好被平衡时,小车与纸带所受合力为零,获得初速度后应做匀速直线运动。
OG-OE
②由题图2可知OF=55.75 cm,再结合v =v 可得打下计数点F时的瞬时速度v = =1.051 m/s,故W=F×
t/2 F 2T
1
OF=0.111 5 J,ΔE= Mv2 ≈0.110 5 J。
k 2 F
F
③根据牛顿第二定律有:对小车F=Ma,得a=1.0 m/s2;对托盘及砝码(m+m)g-F=(m+m)a,故有m= -m=
0 0 g-a 0
0.2
kg-7.7×10-3 kg=0.015 kg。
9.8-1.0
38.[2017天津理综,9(2)]如图所示,打点计时器固定在铁架台上,使重物带动纸带从静止开始自由下落,利用此装置验证
机械能守恒定律。
①对于该实验,下列操作中对减小实验误差有利的是 。
A.重物选用质量和密度较大的金属锤
B.两限位孔在同一竖直面内上下对正
C.精确测量出重物的质量
D.用手托稳重物,接通电源后,撤手释放重物
②某实验小组利用上述装置将打点计时器接到50 Hz的交流电源上,按正确操作得到了一条完整的纸带,由于纸带
较长,图中有部分未画出,如图所示。纸带上各点是打点计时器打出的计时点,其中O点为纸带上打出的第一个点。重
物下落高度应从纸带上计时点间的距离直接测出,利用下列测量值能完成验证机械能守恒定律的选项有 。
A.OA、AD和EG的长度 B.OC、BC和CD的长度
C.BD、CF和EG的长度 D.AC、BD和EG的长度
答案 ①AB ②BC
解析 本题考查“验证机械能守恒定律”实验。
①选用质量大的金属锤,可保证下落过程中纸带竖直不松弛;金属锤密度大,体积就小,下落过程中所受阻力小;上下
1
限位孔对正,可减小摩擦;本实验中要验证 mv2=mgh,即验证v2=2gh,不用测量重物的质量;实验时用手抓紧纸带上端,接
2
通电源,打点计时器工作稳定后,再松手释放纸带,不用用手托住重物。
②本实验中,需要测某点的瞬时速度和从起始点到该点的距离,或者两点的速度及其间距,符合要求的选项有B、
C。
试题评析 如何减小实验误差和如何处理数据是实验题目的两大高频考点,考生在平时实验中,要充分思考这方面问
题的处理办法,做到心中有数,在考试中就可游刃有余。
39.(2016课标Ⅰ,22,5分)某同学用图(a)所示的实验装置验证机械能守恒定律,其中打点计时器的电源为交流电源,可以
使用的频率有20 Hz、30 Hz和40 Hz。打出纸带的一部分如图(b)所示。北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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图(a)
图(b)
该同学在实验中没有记录交流电的频率f,需要用实验数据和其他题给条件进行推算。
(1)若从打出的纸带可判定重物匀加速下落,利用f和图(b)中给出的物理量可以写出:在打点计时器打出B点时,重
物下落的速度大小为 ,打出C点时重物下落的速度大小为 ,重物下落的加速度大小为 。
(2)已测得s=8.89 cm,s=9.50 cm,s=10.10 cm;当地重力加速度大小为9.80 m/s2,实验中重物受到的平均阻力大小约
1 2 3
为其重力的1%。由此推算出f为 Hz。
1 1 1
答案 (1) (s+s)f (s+s)f (s-s)f2
2 1 2 2 2 3 2 3 1
(2)40
s +s 1 1
解析 (1)匀变速直线运动中,某一段位移的平均速度等于中间时刻的瞬时速度:v = 1 2 = (s+s)f,同理v = (s+s)f,
B 2T 2 1 2 C 2 2 3
v -v 1
加速度a= C B = (s-s)f2。
T 2 3 1
(2)由牛顿第二定律可知:mg-0.01mg=ma
a=0.99g ①
(s -s )f2
又由(1)问知:a= 3 1 ②
2
①②联立得f=40 Hz
40.[2016北京理综,21(2)]利用图1装置做“验证机械能守恒定律”实验。
图1
①为验证机械能是否守恒,需要比较重物下落过程中任意两点间的 。
A.动能变化量与势能变化量
B.速度变化量与势能变化量
C.速度变化量与高度变化量
②除带夹子的重物、纸带、铁架台(含铁夹)、电磁打点计时器、导线及开关外,在下列器材中,还必须使用的两种
器材是 。北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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A.交流电源 B.刻度尺 C.天平(含砝码)
③实验中,先接通电源,再释放重物,得到图2所示的一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C,测得它
们到起始点O的距离分别为h 、h 、h 。
A B C
已知当地重力加速度为g,打点计时器打点的周期为T。设重物的质量为m。从打O点到打B点的过程中,重物的
重力势能变化量ΔE= ,动能变化量ΔE= 。
p k
图2
④大多数学生的实验结果显示,重力势能的减少量大于动能的增加量,原因是 。
A.利用公式v=gt计算重物速度
B.利用公式v=√2gℎ计算重物速度
C.存在空气阻力和摩擦阻力的影响
D.没有采用多次实验取平均值的方法
⑤某同学想用下述方法研究机械能是否守恒:在纸带上选取多个计数点,测量它们到起始点O的距离h,计算对应
计数点的重物速度v,描绘v2-h图像,并做如下判断:若图像是一条过原点的直线,则重物下落过程中机械能守恒。请你
分析论证该同学的判断依据是否正确。
1 (ℎ - ℎ ) 2
答案 ①A ②AB ③-mgh m· C A ④C ⑤见解析
B 2 2T
解析 ①重物的机械能指它的动能和重力势能,所以机械能是否守恒要看动能和重力势能变化量是否相等,所以选A
项。②因为电磁打点计时器用6 V以下交流电源,所以A项器材需要;实验中需要用刻度尺测纸带上点间距离,所以B
项器材需要;因为动能变化、重力势能变化都是对同一重物而言的,所以不需要测它的质量,故C项不需要。③从打O
-
v ℎ ℎ
点到打B点的过程中重物的重力势能在减少,所以ΔE=-mgh ,再由 t=v得打B点时重物的速度为v = C A ,故动
p B B
2 2T
1 1 (ℎ - ℎ ) 2
能变化量为ΔE=
mv2
-0= m
C A
。④因为做实验时存在空气阻力和纸带与打点计时器间的摩擦阻力,故重
k 2 B 2 2T
物下落过程不是自由落体运动,所以|ΔE|>ΔE,所以C项正确。⑤该同学的判断依据不正确。在重物下落h的过程中,
p k
1 ( f )
若阻力 f 恒定,根据mgh-fh= mv2-0⇒v2=2 g- h可知,v2-h图像就是过原点的一条直线。要想通过v2-h图像的方法
2 m
验证机械能是否守恒,还必须看图像的斜率是否接近2g。
41.(2016课标Ⅱ,22,6分)某物理小组对轻弹簧的弹性势能进行探究,实验装置如图(a)所示:轻弹簧放置在光滑水平桌面
上,弹簧左端固定,右端与一物块接触而不连接,纸带穿过打点计时器并与物块连接。向左推物块使弹簧压缩一段距离,
由静止释放物块,通过测量和计算,可求得弹簧被压缩后的弹性势能。
图(a)
(1)实验中涉及下列操作步骤:
①把纸带向左拉直
②松手释放物块
③接通打点计时器电源
④向左推物块使弹簧压缩,并测量弹簧压缩量北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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上述步骤正确的操作顺序是 (填入代表步骤的序号)。
(2)图(b)中M和L纸带是分别把弹簧压缩到不同位置后所得到的实际打点结果。打点计时器所用交流电的频率为
50 Hz。由M纸带所给的数据,可求出在该纸带对应的实验中物块脱离弹簧时的速度为 m/s。比较两纸带可知,
(填“M”或“L”)纸带对应的实验中弹簧被压缩后的弹性势能大。
图(b)
答案 (1)④①③② (2)1.29 M
解析 (1)实验步骤中,一定要注意接通打点计时器电源之后再松手释放物块。若次序搞反,可能造成物块已离开桌面
但打点计时器还没有开始工作。
2.58+2.57
(2)从纸带上看,最后两个数据2.58 cm、2.57 cm相差不大,表示物块已经脱离弹簧,所以速度v= ×10-2
2×0.02
m/s≈1.29 m/s,同理可计算出打下L纸带时物块脱离弹簧的速度要小一些。
审题指导 通过打点计时器打下的纸带可分析物体的运动过程。本题中,从前面几个数据可以看出相等时间内的位移
逐渐增大,表明此阶段物块在弹簧弹力作用下加速运动,从后面两个数据可以看出相等时间内的位移几乎不变,表明此
阶段物块已经脱离了弹簧,近似做匀速直线运动。
评析 本题考查打点计时器的相关实验,与探究弹簧弹性势能相结合,不落俗套。
42.(2016江苏单科,11,10分)某同学用如图1所示的装置验证机械能守恒定律。一根细线系住钢球,悬挂在铁架台上,钢
球静止于A点。光电门固定在A的正下方,在钢球底部竖直地粘住一片宽度为d的遮光条。将钢球拉至不同位置由静
d
止释放,遮光条经过光电门的挡光时间t可由计时器测出,取v= 作为钢球经过A点时的速度。记录钢球每次下落的高
t
度h和计时器示数t,计算并比较钢球在释放点和A点之间的势能变化大小ΔE 与动能变化大小ΔE,就能验证机械能
p k
是否守恒。
图1
(1)用ΔE=mgh计算钢球重力势能变化的大小,式中钢球下落高度h应测量释放时的钢球球心到 之间的
p
竖直距离。
A.钢球在A点时的顶端
B.钢球在A点时的球心
C.钢球在A点时的底端
1
(2)用ΔE= mv2计算钢球动能变化的大小。用刻度尺测量遮光条宽度,示数如图2所示,其读数为 cm。某
k 2
次测量中,计时器的示数为0.010 0 s,则钢球的速度为v= m/s。北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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图2
(3)下表为该同学的实验结果:
ΔE p (×10-2 J) 4.892 9.786 14.69 19.59 29.38
ΔE k (×10-2 J) 5.04 10.1 15.1 20.0 29.8
他发现表中的ΔE 与ΔE 之间存在差异,认为这是由于空气阻力造成的。你是否同意他的观点?请说明理由。
p k
(4)请你提出一条减小上述差异的改进建议。
答案 (1)B (2)1.50(1.49~1.51都算对)
1.50(1.49~1.51都算对)
(3)不同意,因为空气阻力会造成ΔE 小于ΔE ,但表中ΔE 大于ΔE 。
k p k p
l
(4)分别测出光电门和球心到悬点的长度L和l,计算ΔE 时,将v折算成钢球的速度v'=
k L
v。
解析 (1)要考虑钢球重力势能的改变量大小,需要测量钢球球心下降的高度h,因此要测量
钢球在释放点和A点时球心之间的竖直距离,选项B正确。
d 1.50×10-2
(2)刻度尺的读数为1.50 cm,钢球的速度v= = m/s=1.50 m/s。
t 0.010 0
(3)由动能定理可知,mgh-W=ΔE ,即ΔE -W=ΔE ,ΔE >ΔE ,所以空气阻力会造成ΔE >ΔE ,
f k p f k p k p k
但表中为ΔE >ΔE ,因此不同意他的观点。
k p
(4)钢球球心和遮光条都绕悬点做圆周运动,但运动半径不同,因此分别测出光电门和球
d v
心到悬点的长度L和l,遮光条在光电门处的速度v= ,则钢球的速度v'= ·l,可以减小表中
t L
差异。
考查点 本题考查对验证机械能守恒定律实验原理的理解、刻度尺的读数、实验数据的处理、误差分析和对实验
方法的分析与改进,主要考查考生解决实验问题的基本素养,属于中等难度题。
解题指导 (1)钢球高度的改变应为钢球球心间的高度差,因此应测球心间的竖直距离。
(3)因存在空气阻力,故重力势能的改变量应大于动能的改变量。
(4)不同半径、同一圆心的圆周运动,其线速度不同,故应将遮光条在光电门处的速度折算成钢球球心处的速度。
43.[2016四川理综,8Ⅰ,6分]用如图所示的装置测量弹簧的弹性势能。将弹簧放置在水平气垫导轨上,左端固定,右端在
O点;在O点右侧的B、C位置各安装一个光电门,计时器(图中未画出)与两个光电门相连。先用米尺测得B、C两点
间距离s,再用带有遮光片的滑块压缩弹簧到某位置A,静止释放,计时器显示遮光片从B到C所用的时间t,用米尺测量
A、O之间的距离x。北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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(1)计算滑块离开弹簧时速度大小的表达式是 。
(2)为求出弹簧的弹性势能,还需要测量 。
A.弹簧原长
B.当地重力加速度
C.滑块(含遮光片)的质量
(3)增大A、O之间的距离x,计时器显示时间t将 。
A.增大 B.减小 C.不变
s
答案 (1) (2)C (3)B
t
s
解析 (1)滑块离开弹簧后做匀速运动,则速度的大小为 。(2)弹簧的弹性势能完全转化成
t
1
滑块的动能,即E = mv2,故除了测量速度外,还要测量滑块(含遮光片)的质量。(3)增大x,弹
p弹 2
簧弹性势能增大,滑块离开弹簧后的速度增大,故从B到C所用的时间减小。
44.[2014广东理综,34(2),10分]某同学根据机械能守恒定律,设计实验探究弹簧的弹性势能与压缩量的关系。
①如图(a),将轻质弹簧下端固定于铁架台,在上端的托盘中依次增加砝码,测得相应的弹簧长度,部分数据如下表,由
数据算得劲度系数k= N/m。(g取9.8 m/s2)
砝码质量(g) 50 100 150
弹簧长度(cm) 8.62 7.63 6.66
②取下弹簧,将其一端固定于气垫导轨左侧,如图(b)所示;调整导轨,当滑块自由滑动时,通过两个光电门的速度
大小 。
③用滑块压缩弹簧,记录弹簧的压缩量x;释放滑块,记录滑块脱离弹簧后的速度v,释放滑块过程中,弹簧的弹性势能
转化为 。
④重复③中的操作,得到v与x的关系如图(c)。由图可知,v与x成 关系,由上述实验可得结论:对同一根弹
簧,弹性势能与弹簧的 成正比。
答案 ①49.5~50.5 ②相等 ③滑块的动能 ④正比 压缩量的二次方(每空2分)
解析 ①由f=kx得Δf=k·Δx,代入表中数据可得出k值。②滑块滑行过程中无摩擦阻力,自由滑动时导轨已调整到水
平状态,故滑块此时匀速运动。③当不考虑空气阻力、摩擦等因素且导轨又调到水平状态时,释放滑块的过程中只涉
1
及弹性势能与滑块的动能,即能量只在这两种形式的能量之间转化。④v-x图线是过原点的直线,故v∝x。因E=E=
p k 2
mv2∝v2∝x2,故E∝x2。
p
45.(2014山东理综,21,8分)某实验小组利用弹簧秤和刻度尺,测量滑块在木板上运动的最大速度。北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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实验步骤:
①用弹簧秤测量橡皮泥和滑块的总重力,记作G;
②将装有橡皮泥的滑块放在水平木板上,通过水平细绳和固定弹簧秤相连,如图甲所示。在A端向右拉动木板,待
弹簧秤示数稳定后,将读数记作F;
图甲
③改变滑块上橡皮泥的质量,重复步骤①②;
实验数据如下表所示:
G/N 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00
F/N 0.59 0.83 0.99 1.22 1.37 1.61
④如图乙所示,将木板固定在水平桌面上,滑块置于木板上左端C处,细绳跨过定滑轮分别与滑块和重物P连接,保
持滑块静止,测量重物P离地面的高度h;
图乙
⑤滑块由静止释放后开始运动并最终停在木板上的D点(未与滑轮碰撞),测量C、D间的距离s。
完成下列作图和填空:
(1)根据表中数据在给定坐标纸上作出F-G图线。
(2)由图线求得滑块和木板间的动摩擦因数μ= (保留2位有效数字)。
(3)滑块最大速度的大小v= (用h、s、μ和重力加速度g表示)。
答案 (1)如图所示北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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(2)0.40(0.38、0.39、0.41、0.42均正确)
(3)√2μg(s-
ℎ
)
解析 (1)见答案。
(2)因弹簧秤示数稳定后滑块静止,由题意知此时滑动摩擦力f=F,又因滑块与板间压力N=G,故由f=μN得F=μG,即
F-G图线的斜率即为μ,由图线可得μ=k=0.40。
1
(3)最大速度为v,从P下降h高度到滑块运动到D点的过程中由动能定理得0- mv2=-μmg·(s-h),故有v=
2
√2μg(s-
ℎ
)。
46.(2013课标Ⅱ,22,8分,0.567)某同学利用下述装置对轻质弹簧的弹性势能进行探究:一轻质弹簧放置在光滑水平桌面
上,弹簧左端固定,右端与一小球接触而不固连;弹簧处于原长时,小球恰好在桌面边缘,如图(a)所示。向左推小球,使弹簧
压缩一段距离后由静止释放;小球离开桌面后落到水平地面。通过测量和计算,可求得弹簧被压缩后的弹性势能。
图(a)
回答下列问题:
(1)本实验中可认为,弹簧被压缩后的弹性势能E 与小球抛出时的动能E 相等。已知重力加速度大小为g。为求
p k
得E,至少需要测量下列物理量中的 (填正确答案标号)。
k
A.小球的质量m
B.小球抛出点到落地点的水平距离s
C.桌面到地面的高度h
D.弹簧的压缩量Δx
E.弹簧原长l
0
(2)用所选取的测量量和已知量表示E,得E= 。
k k
(3)图(b)中的直线是实验测量得到的s-Δx图线。从理论上可推出,如果h不变,m增加,s-Δx图线的斜率会
(填“增大”、“减小”或“不变”);如果m不变,h增加,s-Δx图线的斜率会 (填“增大”、“减小”或“不
变”)。由图(b)中给出的直线关系和E 的表达式可知,E 与Δx的 次方成正比。
k p
图(b)
答案 (1)ABC(3分。选对但不全的给1分,有选错的,不给这3分)
mgs2
(2) (2分)
4ℎ北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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(3)减小 增大 2(3分。每空1分)
1
解析 弹簧被压缩后的弹性势能等于小球抛出时的动能,即E=E=
mv2
。小球离开桌面后做平抛运动,由平抛运动
p k 2 0
1 √ g 1 mgs2
规律,水平位移s=vt,竖直高度h= gt2,得v=s ,动能E= mv2 = ,因此A、B、C正确。弹簧的弹性势能E=
0 2 0 2ℎ k 2 0 4ℎ p
mgs2 1 1 mgs2 √2ℎk
,由理论推导可知E= k(Δx)2即 k(Δx)2= ,s= ·Δx,因此当h不变时,m增加,其斜率减小,当m不变时,h
4ℎ p 2 2 4ℎ mg
增加其斜率增大,由图线知s∝Δx,由E 表达式知E∝s2,则由E=E 知E∝(Δx)2,即E 与Δx的二次方成正比。
k k p k p p
考查点 探究弹簧的弹性势能
解题关键 ①利用平抛运动规律得出E 的表达式。
k
1
②利用E= k(Δx)2导出s-Δx图线的函数关系式。
p 2
47.[2013重庆理综,6(1),6分]我国舰载飞机在“辽宁舰”上成功着舰后,某课外活动小组对舰载飞机利用阻拦索着舰的
力学问题很感兴趣。他们找来了木板、钢球、铁钉、橡皮条以及墨水,制作了如图所示的装置,准备定量研究钢球在
橡皮条阻拦下前进的距离与被阻拦前速率的关系。要达到实验目的,需直接测量的物理量是钢球由静止释放时的
和在橡皮条阻拦下前进的距离,还必须增加的一种实验器材是 。忽略钢球所受的摩擦力和空气阻力,重力
加速度已知,根据 定律(定理),可得到钢球被阻拦前的速率。
答案 高度(距水平木板的高度)(2分) 刻度尺(2分) 机械能守恒(动能)(2分)
1
解析 忽略了摩擦力和空气阻力,钢球在沿斜面下滑过程中机械能守恒:mgh= mv2,可得v=√2gℎ,因g是已知的,故
2
若测量钢球被阻拦前的速率即运动到水平木板上时的速率,需测量钢球释放时的高度h。而测量钢球下降的高度及在
橡皮条阻拦下前进的距离,都需要测量工具——刻度尺。
48.[2014课标Ⅱ,35(2),10分]现利用图(a)所示的装置验证动量守恒定律。在图(a)中,气垫导轨上有A、B两个滑块,滑块
A右侧带有一弹簧片,左侧与打点计时器(图中未画出)的纸带相连;滑块B左侧也带有一弹簧片,上面固定一遮光片,光电
计时器(未完全画出)可以记录遮光片通过光电门的时间。
图(a)
实验测得滑块A的质量m=0.310 kg,滑块B的质量m=0.108 kg,遮光片的宽度d=1.00 cm;打点计时器所用交流电
1 2
的频率f=50.0 Hz。
将光电门固定在滑块B的右侧,启动打点计时器,给滑块A一向右的初速度,使它与B相碰。碰后光电计时器显示
的时间为Δt =3.500 ms,碰撞前后打出的纸带如图(b)所示。
B
图(b)
|碰撞前后总动量之差|
若实验允许的相对误差绝对值( ×100%)最大为5%,本实验是否在误差范围内验证了动
碰前总动量
量守恒定律?写出运算过程。
答案 见解析北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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解析 按定义,滑块运动的瞬时速度大小v为
Δs
v= ①
Δt
式中Δs为滑块在很短时间Δt内经过的路程。
设纸带上打出相邻两点的时间间隔为Δt ,则
A
1
Δt = =0.02 s②
A f
Δt 可视为很短。
A
设A在碰撞前、后瞬时速度大小分别为v、v。将②式和图给实验数据代入①式得
0 1
v=2.00 m/s③
0
v=0.970 m/s④
1
设B在碰撞后的速度大小为v,由①式有
2
d
v= ⑤
2 Δt
B
代入题给实验数据得
v=2.86 m/s⑥
2
设两滑块在碰撞前、后的总动量分别为p和p',则
p=mv ⑦
1 0
p'=mv+mv ⑧
1 1 2 2
两滑块在碰撞前后总动量相对误差的绝对值为
|p-p'|
δ= ×100% ⑨
p p
联立③④⑥⑦⑧⑨式并代入有关数据,得
δ=1.7%<5% ⑩
p
因此,本实验在允许的误差范围内验证了动量守恒定律。
考点二 电学实验
1.(2019北京理综,23,18分)电容器作为储能器件,在生产生活中有广泛的应用。对给定电容值为C的电容器充电,无论
采用何种充电方式,其两极间的电势差u随电荷量q的变化图像都相同。
(1)请在图1中画出上述u-q图像。类比直线运动中由v-t 图像求位移的方法,求两极间电压为U时电容器所储存
的电能E。
p
(2)在如图2所示的充电电路中,R表示电阻,E表示电源(忽略内阻)。通过改变电路中元件的参数对同一电容器进
行两次充电,对应的q-t曲线如图3中①②所示。
a.①②两条曲线不同是 (选填E或R)的改变造成的;
b.电容器有时需要快速充电,有时需要均匀充电。依据a中的结论,说明实现这两种充电方式的途径。
图1
图2北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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图3
(3)设想使用理想的“恒流源”替换(2)中电源对电容器充电,可实现电容器电荷量随时间均匀增加。请思考使用
“恒流源”和(2)中电源对电容器的充电过程,填写下表(选填“增大”、“减小”或“不变”)。
“恒流源” (2)中电源
电源两端电压
通过电源的电流
1
答案 (1)u-q图线如图 CU2
2
(2)a.R
b.减小电阻R,可以实现对电容器更快速充电;增大电阻R,可以实现更均匀充电。
(3)
“恒流源” (2)中电源
电源两端电压 增大 不变
通过电源的电流 不变 减小
解析 本题考查了电容器的充、放电及电能等知识,考查学生的实验能力、理解能力等,体现了科学探究中证据、解
释的核心素养。
(1)由于q=Cu,C是与电压u、电荷量q无关的常量,故u-q图线为过原点的直线。
电压为U时,电容器带电荷量为Q,图线和横轴围成的面积为所储存的电能E
p
1
E= QU,又Q=CU
p 2
1
故E= CU2
p 2
(2)a.电容器充电完毕后两极板间电压等于电源电动势,由图3可知电容器充电完毕时所带电荷量相同,由q=Cu可
知电源电动势相同,故曲线不同是由R不同造成的。
b.对同一电容器,在确定电源下充电时,电容器最终所带电荷量是一定的,因同样电压下电阻越小时电流越大,充电
就越快;电阻越大时电流越小,同样长的时间内电容器所带电荷量的变化越小,电流变化越慢,充电过程越平缓。
(3)对于“恒流源”,电路中电流不变,电源两端电压U=U +IR随电容器两端电压增大而增大;对于(2)中电源,由于
C
E-U
内阻不计,故其两端电压等于电动势而保持恒定,通过电源的电流满足E=U +IR,即I= C ,可见电流会随着电容器
C
R
两端电压的增大而减小。
2.(2015海南单科,12,9分)某同学利用图(a)所示电路测量电容器充电时两极板间的电压随时间的变化。实验中使用的
器材为:电池E(内阻很小)、开关S 和S、电容器C(约100 μF)、电阻R(约200 kΩ)、电阻R(1 kΩ)、电压表 (量程6
1 2 1 2
V)、秒表、导线若干。北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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图(a)
(1)按图(a)所示的电路原理图将图(b)中实物图连线。
图(b)
图(c)
(2)先闭合开关S,再断开开关S;闭合开关S,同时按下秒表开始计时。若某时刻电压表的示数如图(c)所示,电压表
2 2 1
的读数为 V(保留2位小数)。
(3)该同学每隔10 s记录一次电压表的读数U,记录的数据如下表所示。在坐标纸上绘出U-t图线。已知只有一个
数据点误差较大,该数据点对应的表中的时间是 s。
时间t/s 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0
电压U/V 2.14 3.45 4.23 4.51 5.00 5.18
(4)电路中C、R 和S 构成的回路的作用是 。
2 2
答案 (1)如图所示
(2)3.60
(3)图线如图所示 40.0北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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(4)放电
解析 (1)图见答案。
(2)由图(c)知电压表的分度值为0.1 V,读数时应估读到分度值的下一位即0.01 V,故测量结果为3.60 V。
(3)将表中各数据在坐标系中描点连线如答图所示,由图可知除t=40.0 s的数据外其他各点基本在同一平滑曲线上,
故误差较大的数据点只能是t=40.0 s对应的点。
(4)因在S 闭合前进行了闭合S 再断开S 的操作,其目的是实验前使电容器两极板上的电荷充分中和,对电容器的
1 2 2
残存电荷进行放电。
3.(2014江苏单科,10,8分)某同学通过实验测量一种合金的电阻率。
(1)用螺旋测微器测量合金丝的直径。为防止读数时测微螺杆发生转动,读数前应先旋紧题图1所示的部件
(选填“A”、“B”、“C”或“D”)。从图中的示数可读出合金丝的直径为 mm。
(2)题图2所示是测量合金丝电阻的电路,相关器材的规格已在图中标出。合上开关,将滑动变阻器的滑片移到最
左端的过程中,发现电压表和电流表的指针只在图示位置发生很小的变化。由此可以推断:电路中 (选填图中
表示接线柱的数字)之间出现了 (选填“短路”或“断路”)。
图1 图2
(3)在电路故障被排除后,调节滑动变阻器,读出电压表和电流表的示数分别为2.23 V和38 mA,由此,该同学算出接
入电路部分的合金丝的阻值为58.7 Ω。为了更准确地测出合金丝的阻值,在不更换实验器材的条件下,对实验应作怎样
的改进?请写出两条建议。
答案 (1)B 0.410 (2)7、9 断路 (3)电流表改为内接;测量多组电流和电压值,计算出电阻的平均值。(或测量多
组电流和电压值,用图像法求电阻值)
解析 (1)读数前应先旋紧B防止读数时测微螺杆发生转动。
螺旋测微器读数=0+41.0×0.01 mm=0.410 mm
(2)7、9之间发生断路,则内阻较大的电压表和内阻较小的电流表一起串联于电路中,此时改变阻值较小的滑动变
阻器阻值时,对电压表和电流表的示数影响很小,符合题述现象,同时满足两表读数。
(3)因为R=58.7 Ω>√R ·R =30 Ω,所以应选用电流表内接法。为了减小偶然误差可测量多组电流和电压值,计
x V A
算电阻的平均值。或测量多组电流和电压值,用图像法求电阻值。
考查点 本题考查了考生使用实验仪器,观察、分析实验现象,对实验方案和结论进行分析、评价等内容。属于中等
难度题。
学习指导 本题考查考生做实验的真实能力,真正做过实验的考生容易得分,而靠记忆、纸笔练习的考生不易得分。
这就告诉我们,平时不仅仅要重视实验原理的理解和实验方案的优化,更要动手进行具体实验的操作,从中学会仪器的北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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使用方法和体会操作过程中的方法技巧及其注意事项,分析处理实验中得到的数据,这样才能真正培养实验的操作技
能和实验探究能力。
4.[2013山东理综,21(1)]图甲为一游标卡尺的结构示意图,当测量一钢笔帽的内径时,应该用游标卡尺的 (填
“A”“B”或“C”)进行测量;示数如图乙所示,该钢笔帽的内径为 mm。
答案 A 11.30(11.25或11.35)
解析 测量内径时应该用游标卡尺上的内测量爪A。游标卡尺的读数=主尺上的读数+游标尺上的读数。本题主尺
上读数为11 mm,游标尺上读数为6×0.05 mm=0.30 mm,故读数为11.30 mm。
5.(2012课标,22,5分)某同学利用螺旋测微器测量一金属板的厚度。该螺旋测微器校零时的示数如图(a)所示,测量金属
板厚度时的示数如图(b)所示。图(a)所示读数为 mm,图(b)所示读数为 mm,所测金属板的厚度为
mm。
答案 0.010(0.009或0.011也对) 6.870(6.869或6.871也对) 6.860(6.858~6.862)
解析 依据螺旋测微器读数的基本原理,0.5毫米以上的值在固定刻度上读出,而在可动刻度上要估读到千分之一毫
米,则图(a)读数为 0.010 mm,图(b)读数为6.870 mm。
评析 本题考查螺旋测微器的读数原理及系统误差的处理方法,模型常见,但要求考生细心、慎重。加上对系统误差
的处理近几年在高考中较少出现,故本题为难度中等、区分度中等的题目。考生应对这类题给予关注。
6.(2019江苏单科,11,10分)某同学测量一段长度已知的电阻丝的电阻率。实验操作如下:
(1)螺旋测微器如图1所示。在测量电阻丝直径时,先将电阻丝轻轻地夹在测砧与测微螺杆之间,再旋动
(选填“A”“B”或“C”),直到听见“喀喀”的声音,以保证压力适当,同时防止螺旋测微器的损坏。
图1
(2)选择电阻丝的 (选填“同一”或“不同”)位置进行多次测量,取其平均值作为电阻丝的直径。
(3)图2甲图中R 为待测电阻丝。请用笔画线代替导线,将滑动变阻器接入图2乙图实物电路中的正确位置。
x
图2甲北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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图2乙
(4)为测量R,利用图2甲图所示的电路,调节滑动变阻器测得5组电压U 和电流I 的值,作出的U-I 关系图像如图
x 1 1 1 1
3所示。接着,将电压表改接在a、b两端,测得5组电压U 和电流I 的值,数据见下表:
2 2
U/V 0.50 1.02 1.54 2.05 2.55
2
I/mA 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0
2
请根据表中的数据,在方格纸上作出U-I 图像。
2 2
图3
(5)由此,可求得电阻丝的R= Ω。根据电阻定律可得到电阻丝的电阻率。
x
答案 (1)C (2)不同 (3)见图甲 (4)见图乙
(5)23.5(23.0~ 24.0都算对)
图甲北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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图乙
解析 本题通过测电阻丝电阻率的实验考查了基本仪器的使用、电路实物图连接及数据的处理等问题,考查了学生
的实验操作、数据处理等能力,体现了科学探究中问题、证据、解释等素养要素,渗透了创新的价值观念。
(1)为防止测砧与测微螺杆对电阻丝产生的压力过大,应该旋动微调旋钮C。
(2)为防止电阻丝的粗细不均匀造成对其直径测量的误差,要求在电阻丝上不同位置测量后取其平均值。
(3)实物图连接见答案。
(4)将表格中数据先在方格纸上描点,再用平滑的直线连接,图见答案。
(5)在题图甲电路中U=I(R+R +R),当电压表改接在a、b两端时U=I(R +R),可见U-I 图线的斜率
1 1 x A 0 2 2 A 0 1 1
k=R+R +R,U-I 图线的斜率k=R +R,故由两图线的斜率可得被测电阻的阻值R=k-k≈23.5 Ω。
1 x A 0 2 2 2 A 0 x 1 2
7.[2018天津理综,9(3)]某同学用伏安法测定待测电阻R 的阻值(约为10 kΩ),除了R、开关S、导线外,还有下列器材供
x x
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R(阻值范围0~10 Ω,额定电流2 A)
0
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R 阻值的实验电路图。
x
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)
解析 本题考查伏安法测电阻。
①由于R 的阻值约为10 kΩ,若选用1.5 V电源,电路中电流非常小,不利于实验,故电源选用12 V的,即F,则电压表
x
应选B;电路电流最大值约为1 mA,故电流表应选C。北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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②因R>√R R ,属于大电阻,故电流表采用内接法,而滑动变阻器R 的阻值远小于R,则滑动变阻器R 采用分压
x A V 0 x 0
式接法,如答案图所示。
③由于电压表的读数为电阻R 和电流表内阻的分压和,而电流表的读数是流过R 的实际电流,故待测电阻测量值
x x
会大于其真实值。
8.(2014课标Ⅱ,22,6分,0.622)在伏安法测电阻的实验中,待测电阻R 约为200 Ω,电压表 的内阻约为2 kΩ,电流表 的
x
U
内阻约为10 Ω,测量电路中电流表的连接方式如图(a)或图(b)所示,结果由公式R= 计算得出,式中U与I分别为电压
x I
表和电流表的示数。若将图(a)和图(b)中电路测得的电阻值分别记为R 和R ,则 (填“R ”或“R ”)更接近
x1 x2 x1 x2
待测电阻的真实值,且测量值R (填“大于”、“等于”或“小于”)真实值,测量值R (填“大于”、
x1 x2
“等于”或“小于”)真实值。
答案 R 大于 小于
x1
R R U
x V
解析 =20, =10,因此R 属于大电阻,用电流表内接法时测量值更接近真实值,即R 更接近真实值;因R =
R R x x1 x1 I
A x
U
=R+R ,故R >R,R = =R (即R 与R 的并联值),故R <R。
x A x1 x x2 I 并 x V x2 x
考查点 伏安法测电阻
解题关键 ①理解内接法误差的来源是电流表的分压。
②理解外接法误差的来源是电压表的分流。
温馨提示 利用伏安法测电阻时,当R<√R R 时选用外接法;当R>√R R 时选用内接法。
x A V x A V
9.(2014山东理综,22,10分)实验室购买了一捆标称长度为100 m的铜导线,某同学想通过实验测定其实际长度。该同学
首先测得导线横截面积为1.0 mm2,查得铜的电阻率为1.7×10-8 Ω·m,再利用图甲所示电路测出铜导线的电阻R,从而确
x
定导线的实际长度。
可供使用的器材有:
电流表:量程0.6 A,内阻约0.2 Ω;
电压表:量程3 V,内阻约9 kΩ;
滑动变阻器R:最大阻值5 Ω;
1
滑动变阻器R:最大阻值20 Ω;
2
定值电阻:R=3 Ω;
0
电源:电动势6 V,内阻可不计;
开关、导线若干。
回答下列问题:北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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(1)实验中滑动变阻器应选 (填“R”或“R”),闭合开关S前应将滑片移至 端(填“a”或
1 2
“b”)。
(2)在实物图中,已正确连接了部分导线,请根据图甲电路完成剩余部分的连接。
(3)调节滑动变阻器,当电流表的读数为0.50 A时,电压表示数如图乙所示,读数为 V。
(4)导线实际长度为 m(保留2位有效数字)。
答案 (1)R a
2
(2)如图所示
(3)2.30(2.29、2.31均正确)
(4)94(93、95均正确)
解析 (1)因控制电路是限流式接法,而测量电路总电阻在3.0 Ω以上,为使测量电路有较大的调节范围,滑动变阻器应
选用总阻值较大的R。为了保证开关闭合时电路的安全,应使滑动变阻器接入电路中的阻值最大,即开关闭合前滑片
2
应置于a端。
(2)见答案。
(3)由图乙知该电压表的分度值为0.1 V,故按“十分之一”估读法可知测量结果为2.30 V。
U L R S
(4)测量电路的总电阻R+R= =4.60 Ω,故R=1.60 Ω。由R=ρ 可得L= x ,代入数据可得L≈94 m。
0 x I x x S ρ
10.[2014天津理综,9(3),6分]现要测量一个未知电阻R 的阻值,除R 外可用的器材有:
x x
多用电表(仅可使用欧姆挡);
一个电池组E(电动势6 V);
一个滑动变阻器R(0~20 Ω,额定电流1 A);
两个相同的电流表G(内阻R=1 000 Ω,满偏电流I=100 μA);
g g
两个标准电阻(R=29 000 Ω,R=0.1 Ω);
1 2
一个电键S、导线若干。
①为了设计电路,先用多用电表的欧姆挡粗测未知电阻,采用“×10”挡,调零后测量该电阻,发现指针偏转非常大,
最后几乎紧挨满偏刻度停下来,下列判断和做法正确的是 (填字母代号)。
A.这个电阻阻值很小,估计只有几欧姆
B.这个电阻阻值很大,估计有几千欧姆
C.如需进一步测量可换“×1”挡,调零后测量
D.如需进一步测量可换“×1k”挡,调零后测量北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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②根据粗测的判断,设计一个测量电路,要求测量尽量准确并使电路能耗较小,画出实验电路图,并将各元件字母代
码标在该元件的符号旁。
答案 ①AC
②如图所示
解析 ①欧姆挡的零刻线在右侧,指针偏转越大时阻值越小,故A正确。要使指针指在中间刻度线附近,由“阻值=读
数×倍率”可知所选倍率应减小以增大读数,故C正确。②由电路能耗较小的要求可知控制电路应采用限流式。因器
材中只有两个内阻已知的电流表,故可考虑改装:由题给数据可知电流表G与R 可改装为一个量程为3 V的电压表。
1
电流表G与R 可改装为一个量程为1 A 的电流表。改装后的内阻分别为R =30 000 Ω与R =0.1 Ω,而被测电阻的阻值
2 V A
约为几欧,属于小电阻,故测量电路应采用外接法,电路图见答案。
11.(2018浙江4月选考,18,5分)(1)小明用多用电表测量一小段2B铅笔芯的电阻R,正确的操作顺序是 (填字
x
母);
A.把选择开关旋转到交流电压最高挡
B.调节欧姆调零旋钮使指针指到欧姆零点
C.把红、黑表笔分别接在R 两端,然后读数
x
D.把选择开关旋转到合适的挡位,将红、黑表笔接触
E.把红、黑表笔分别插入多用电表“+”、“-”插孔,用螺丝刀调节指针定位螺丝,使指针指0
(2)小明正确操作后,多用电表的指针位置如图所示,则R= Ω;
x
(3)小张认为用多用电表测量小电阻误差太大,采用伏安法测量。
现有实验器材如下:电源(电动势3 V,内阻可忽略),电压表(量程3 V,内阻约3 kΩ),多用电表(2.5 mA挡、25 mA挡和
250 mA挡,对应的内阻约40 Ω、4 Ω和0.4 Ω),滑动变阻器R (0~10 Ω),定值电阻R(阻值10 Ω),开关及导线若干。
P 0
测量铅笔芯的电阻R,下列电路图中最合适的是 (填字母),多用电表选择开关应置于 挡。
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答案 (1)EDBCA (2)2.8~3.0 (3)B 250 mA
解析 (1)利用多用电表测电阻的整个流程:机械调零—选挡—红黑表笔短接—欧姆调零—读数—置于OFF挡或者
交流电压最高挡。
(2)多用电表刻度盘读数为“2.9”,挡位为×1,因此读数为2.9×1 Ω=2.9 Ω。
(3)首先根据分压接法排除D。比较电压表、电流表、电阻的阻值,不管多用电表选择哪个挡,待测电阻都偏小,所
以选电流表外接法,排除A。B、C主要的差别在于电压表的偏转量不同,C的接法,按串联分压规律知道,就算滑动变阻
器滑片移到最右端,电压表偏转量也很小,读数误差较大,因此C错误。B接法测出串联总阻值后减去定值电阻阻值即
可得出铅笔芯的电阻值。
电源电动势为3 V,B中待测部分电阻约为13 Ω,因此估计电流比250 mA略小,故选250 mA挡位,而且内阻只有
0.4 Ω,也符合要求。
12.(2017课标Ⅱ,23,9分)某同学利用如图(a)所示的电路测量一微安表(量程为100 μA,内阻大约为2 500 Ω)的内阻。可
使用的器材有:两个滑动变阻器R、R(其中一个阻值为20 Ω,另一个阻值为2 000 Ω);电阻箱R(最大阻值为99 999.9
1 2 z
Ω);电源E(电动势约为1.5 V);单刀开关S 和S。C、D分别为两个滑动变阻器的滑片。
1 2
图(a)
图(b)
(1)按原理图(a)将图(b)中的实物连线。
(2)完成下列填空:
①R 的阻值为 Ω(填“20”或“2 000”)。
1
②为了保护微安表,开始时将R 的滑片C滑到接近图(a)中滑动变阻器的 端(填“左”或“右”)对应的位
1
置;将R 的滑片D置于中间位置附近。
2
③将电阻箱R 的阻值置于2 500.0 Ω,接通S。将R 的滑片置于适当位置,再反复调节R 的滑片D的位置。最终
z 1 1 2
使得接通S 前后,微安表的示数保持不变,这说明S 接通前B与D所在位置的电势 (填“相等”或“不相
2 2
等”)。
④将电阻箱R 和微安表位置对调,其他条件保持不变,发现将R 的阻值置于2 601.0 Ω时,在接通S 前后,微安表的
z z 2
示数也保持不变。待测微安表的内阻为 Ω(结果保留到个位)。
(3)写出一条提高测量微安表内阻精度的建议: 。
答案 (1)如图所示北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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(2)①20 ②左 ③相等 ④2 550
(3)调节R 上的分压,尽可能使微安表接近满量程
1
解析 本题考查实物图连线、电阻的测量、器材的选取,考查学生的实验能力。
(2)①滑动变阻器R 采用分压接法,为了有效控制测量电路,故选20 Ω的小电阻;
1
②为了保护微安表,开始R 的滑片C应滑到左端,使微安表示数为零;
1
③当B与D的电势相等时,I =0,S 闭合前后电路的电阻不变,导致微安表的示数不变;
DB 2
④设R 中电流为I,R 中电流为I,当φ =φ 时
2 1 z 2 B D
U =U ,U =U
Rz1 R2左 Rg R2右
即I·R =IR ,IR=IR
2 z1 1 2左 2 g 1 2右
R R
z1 2左
得 =
R R
g 2右
R R
g 2左
当R 与微安表对调时,有 =
z R R
z2 2右
R R
z1 g
故有 =
R R
g z2
R=√R ·R =√2 500×2 601 Ω=2 550 Ω
g z1 z2
解题关键 1.理解惠斯通电桥电路的原理。
R R
1 3
当G的示数为零时, = 。
R R
2 x
2.知道分压电路一定要选最大阻值较小的滑动变阻器。
13.(2016课标Ⅱ,23,9分)某同学利用图(a)所示电路测量量程为2.5 V的电压表 的内阻(内阻为数千欧姆),可供选择的
器材有:电阻箱R(最大阻值99 999.9 Ω),滑动变阻器R(最大阻值50 Ω),滑动变阻器R(最大阻值5 kΩ),直流电源E(电动
1 2
势3 V),开关1个,导线若干。
实验步骤如下:
①按电路原理图(a)连接线路;
②将电阻箱阻值调节为0,将滑动变阻器的滑片移到与图(a)中最左端所对应的位置,闭合开关S;
③调节滑动变阻器,使电压表满偏;
④保持滑动变阻器滑片的位置不变,调节电阻箱阻值,使电压表的示数为2.00 V,记下电阻箱的阻值。北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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图(a)
回答下列问题:
(1)实验中应选择滑动变阻器 (填“R”或“R”)。
1 2
(2)根据图(a)所示电路将图(b)中实物图连线。
图(b)
(3)实验步骤④中记录的电阻箱阻值为630.0 Ω,若认为调节电阻箱时滑动变阻器上的分压不变,计算可得电压表的
内阻为 Ω(结果保留到个位)。
(4)如果此电压表是由一个表头和电阻串联构成的,可推断该表头的满刻度电流为 (填正确答案标号)。
A.100 μA B.250 μA
C.500 μA D.1 mA
答案 (1)R (2)如图所示 (3)2 520 (4)D
1
解析 (1)在保证电路安全的前提下,分压式电路中的滑动变阻器应选用总阻值小的。
(2)见答案图。
(3)电压表示数为2.00 V,说明电阻箱分压为0.5 V,可知R =4R=4×630.0 Ω=2 520 Ω。
V
U 2.5V
满
(4)I = = =1 mA。
满 R 2 520Ω
V
疑难突破 (1)电压表满偏电压为2.5 V,步骤④中电压表示数为2.00 V,说明电阻箱仅分压0.5 V。(2)电压表的满刻度
U
满
电流与表头一致,故I = 。
满 R
V
14.(2015课标Ⅱ,23,9分)电压表满偏时通过该表的电流是半偏时通过该表电流的两倍。某同学利用这一事实测量电压
表的内阻(半偏法),实验室提供的器材如下:
待测电压表 (量程3 V,内阻约为3 000 Ω),电阻箱R(最大阻值为99 999.9 Ω),滑动变阻器R(最大阻值100 Ω,额
0 1
定电流2 A),电源E(电动势6 V,内阻不计),开关2个,导线若干。北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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(1)虚线框内为该同学设计的测量电压表内阻的电路图的一部分,将电路图补充完整。
(2)根据设计的电路,写出实验步骤:
。
(3)将这种方法测出的电压表内阻记为R ',与电压表内阻的真实值R 相比,R ' R (填“>”、“=”或“<”),
V V V V
主要理由是
。
答案 (1)实验电路图如图所示(2分)
(2)移动滑动变阻器的滑片,以保证通电后电压表所在支路分压最小(1分);闭合开关S 、
1
S ,调节R ,使电压表的指针满偏(1分);保持滑动变阻器滑片的位置不变(1分),断开S ,调节电
2 1 2
阻箱R 使电压表的指针半偏(1分);读取电阻箱所示的电阻值,此即为测得的电压表内阻(1
0
分)
(3)>(1分) 断开S ,调节电阻箱使电压表成半偏状态,电压表所在支路总电阻增大,分得
2
的电压也增大;此时R 两端的电压大于电压表的半偏电压,故R '>R (1分,其他合理说法同
0 V V
样给分)
解析 (1)由于R 的总阻值远小于测量电路总电阻,故控制电路采用分压式接法,电路图见答
1
案。
(2)(3)见答案。
评析 试题考查了恒压半偏法测电压表内阻的原理、步骤及实验的系统误差,试题难度较小,考查点基础,在一定程度
上考查了考生的分析、推理能力。
15.(2014安徽理综,21Ⅱ)某同学为了测量一个量程为3 V的电压表的内阻,进行了如下实验。
(1)他先用多用表进行了正确的测量,测量时指针位置如图1所示,得出电压表的内阻为3.00×103 Ω,此时电压表的
指针也偏转了。已知多用表欧姆挡表盘中央刻度值为“15”,表内电池电动势为1.5 V,则电压表的示数应为
V(结果保留两位有效数字)。北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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图1
(2)为了更准确地测量该电压表的内阻R ,该同学设计了图2所示的电路图,实验步骤如下:
V
图2
A.断开开关S,按图2连接好电路;
B.把滑动变阻器R的滑片P滑到b端;
C.将电阻箱R 的阻值调到零;
0
D.闭合开关S;
E.移动滑动变阻器R的滑片P的位置,使电压表的指针指到3 V位置;
F.保持滑动变阻器R的滑片P位置不变,调节电阻箱R 的阻值使电压表指针指到1.5 V位置,读出此时电阻箱R 的
0 0
阻值,此值即为电压表内阻R 的测量值;
V
G.断开开关S。
实验中可供选择的实验器材有:
a.待测电压表
b.滑动变阻器:最大阻值2 000 Ω
c.滑动变阻器:最大阻值10 Ω
d.电阻箱:最大阻值9 999.9 Ω,阻值最小改变量为0.1 Ω
e.电阻箱:最大阻值999.9 Ω,阻值最小改变量为0.1 Ω
f.电池组:电动势约6 V,内阻可忽略
g.开关,导线若干
按照这位同学设计的实验方法,回答下列问题:
①要使测量更精确,除了选用电池组、导线、开关和待测电压表外,还应从提供的滑动变阻器中选用 (填
“b”或“c”),电阻箱中选用 (填“d”或“e”)。
|R -R |
测 真
②电压表内阻R 的测量值R 和真实值R 相比,R R (填“>”或“<”);若R 越大,则 越
V 测 真 测 真 V R
真
(填“大”或“小”)。
答案 (1)1.0 (2)①c d ②> 小
解析 (1)由图1知所选用的倍率挡为“×100”,故在该倍率下多用表欧姆挡的内阻R=15×100 Ω=1 500 Ω。由欧姆定
E 1.5
律可知电压表的示数为U= R = ×3.00×103 V=1.0 V。
R+R V 1.5×103+3.00×103
V北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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(2)①本实验测电压表内阻的实验原理为“恒压半偏”,即实验中要求电路中b、P间电压恒定不变,则在不移动P
的情况下调节R 时就要求b、P间总阻值恒定。而并联电路中总阻值主要取决于小电阻,即滑动变阻器b、P间的阻
0
值比R 小得越多,相对误差越小,故滑动变阻器选用总阻值较小的c。因在实验中需调节R 使电压表由满偏至半偏,则
V 0
R 的最大值应不小于电压表的内阻,故只能选用d。
0
②在实际调节R 的过程中,由于b、P间的阻值增大,故电压表半偏时b、P间实际电压已大于电压表的满偏电压,
0
即此时R 两端电压大于R 两端电压,故R >R 。当R 越大时R 越大,调节R 时b、P间总阻值变化越小,b、P间电压
0 V 测 真 V 0 0
越趋近于恒定,相对误差越小。
评析 (1)巧妙地用多用表的欧姆挡测电压表的内电阻,是对多用表欧姆挡工作原理的考查,难度较大,易失分。
(2)用“恒压半偏”法测电压表的内电阻,考查学生分析和解决问题的能力。本实验的难点为器材的选取和误差的
分析,难度较大。
16.[2014四川理综,8(2),11分]如图是测量阻值约几十欧的未知电阻R 的原理图,图中R 是保护电阻(10 Ω),R 是电阻箱
x 0 1
(0~99.9 Ω),R是滑动变阻器,A 和A 是电流表,E是电源(电动势10 V,内阻很小)。
1 2
在保证安全和满足要求的情况下,使测量范围尽可能大。实验具体步骤如下:
(ⅰ)连接好电路,将滑动变阻器R调到最大;
(ⅱ)闭合S,从最大值开始调节电阻箱R,先调R 为适当值,再调节滑动变阻器R,使A 示数I=0.15 A,记下此时电阻
1 1 1 1
箱的阻值R 和A 的示数I;
1 2 2
(ⅲ)重复步骤(ⅱ),再测量6组R 和I 值;
1 2
(ⅳ)将实验测得的7组数据在坐标纸上描点。
根据实验回答以下问题:
①现有四只供选用的电流表:
A.电流表(0~3 mA,内阻为2.0 Ω)
B.电流表(0~3 mA,内阻未知)
C.电流表(0~0.3 A,内阻为5.0 Ω)
D.电流表(0~0.3 A,内阻未知)
A 应选用 ,A 应选用 。
1 2
②测得一组R 和I 值后,调整电阻箱R,使其阻值变小,要使A 示数I=0.15 A,应让滑动变阻器R接入电路的阻值
1 2 1 1 1
(选填“不变”、“变大”或“变小”)。
③在坐标纸上画出R 与I 的关系图。
1 2
④根据以上实验得出R= Ω。
x
答案 ①D C ②变大 ③关系图线如图 ④31北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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R +R
x A2
解析 ①由电路图可知I(R+R+R )=I(R+R ),即R= I-(R+R ),在I=0.15 A保持不变时R-I 图线是一条
1 0 1 A1 2 x A2 1 I 2 0 A1 1 1 2
1
R +R
x A2
直线,当由其斜率k= 求R 时R 必须是已知的。因两支路的阻值在同一数量级,则两支路中电流亦必在同一
I x A2
1
数量级,再结合I=0.15 A,可知A 只能选用D,A 只能选用C。②要保持I=0.15 A不变,当R 阻值减小时需减小并联支
1 1 2 1 1
路两端的电压,则A 示数减小,即总电流减小,而并联支路总电阻变小,则需增大滑动变阻器接入电路中的阻值。③图见
2
R +R
x A2
答案。④由图线可求得斜率k=240 Ω/A。结合k= 得R=kI-R =31 Ω。
I x 1 A2
1
17.(2013广东理综,34(2),10分)图(a)是测量电阻R 的原理图。学生电源输出电压可调,电流表量程选0.6 A(内阻不计),
X
标有长度刻度的均匀电阻丝ab的总长为30.0 cm。
图17(a)
图17(b)北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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图17(c)
①根据原理图连接图17(b)的实物图。
②断开S,合上S;调节电源输出电压为3.0 V时,单位长度电阻丝的电压u= V/cm。记录此时电流表A 的
2 1 1
示数。
③保持S 闭合,合上S;滑动c点改变ac的长度L,同时调节电源输出电压,使电流表A 的示数与步骤②记录的值相
1 2 1
同,记录长度L和A 的示数I。测量6组L和I值,测量数据已在图17(c)中标出。写出R 与L、I、u的关系式R =
2 X X
;根据图17(c)用作图法算出R = Ω。
X
uL
答案 ①见解析图 ②0.1 ③ 6.0
I
解析 ①如图
3.0V
②u= =0.1 V/cm。
30.0cm
U uL R R L 30.0cm 30.0
③R = ac= ,则L= XI,由图线斜率知 X= = ,故R =0.1× Ω=6.0 Ω。
X I I u u I 0.5A X 0.5
18.(2011全国,22,5分)为了测量一微安表头A的内阻,某同学设计了如图所示的电路。图中,A 是标准电流表,R 和R
0 0 N
分别是滑动变阻器和电阻箱,S和S 分别是单刀双掷开关和单刀开关,E是电池。完成下列实验步骤中的填空:
1
(1)将S拨向接点1,接通S,调节 ,使待测表头指针偏转到适当位置,记下此时 的读数I;
1
(2)然后将S拨向接点2,调节 ,使 ,记下此时R 的读数;
N
(3)多次重复上述过程,计算R 读数的 ,此即待测微安表头内阻的测量值。
N
答案 (1)R 标准电流表(或A)
0 0
(2)R 标准电流表(或A)的读数仍为I
N 0北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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(3)平均值
解析 本题方法为替代法。
○
当S接1与接2时通过电路的电流I相同,可知待测 μA的内阻阻值与R 的阻值相同。
N
19.[2016天津理综,9(3)]某同学想要描绘标有“3.8 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开关、导线外,还有:
电压表V(量程0~3 V,内阻等于3 kΩ)
1
电压表V(量程0~15 V,内阻等于15 kΩ)
2
电流表A(量程0~200 mA,内阻等于10 Ω)
1
电流表A(量程0~3 A,内阻等于0.1 Ω)
2
滑动变阻器R(0~10 Ω,额定电流2 A)
1
滑动变阻器R(0~1 kΩ,额定电流0.5 A)
2
定值电阻R(阻值等于1 Ω)
3
定值电阻R(阻值等于10 Ω)
4
定值电阻R(阻值等于1 kΩ)
5
电源E(E=6 V,内阻不计)
①请画出实验电路图,并将各元件字母代码标在该元件的符号旁。
②该同学描绘出的I-U图像应是下图中的 。
答案 ①如图所示 ②B
解析 ①首先考虑测量电路:由于小灯泡的规格为“3.8 V,0.3 A”,可知电表V、A 量程太大而不能选用;电表V、
2 2 1
A 则需要改装才能获得小灯泡完整的伏安特性曲线。A 与R 并联可得量程为0~0.4 A的电流表,V 与R 串联可得量
1 1 4 1 5
程为0~4 V的电压表,因小灯泡电阻值较小,测量电路应采用电流表外接的方式。再考虑控制电路:首先由调节的方便
性可知滑动变阻器应选用R,再由“绘制曲线完整”可知测量电压与电流应从零开始变化,故连接方法应选用分压式
1
接法。②在I-U图像中,图线上某点与原点连线的斜率表示该状态下电阻的倒数。由于小灯泡灯丝的阻值是随温度升
高而增大的,故只有B正确。
20.(2020江苏单科,10,8分)某同学描绘一种电子元件的I-U关系图象,采用的实验电路图如图1所示, 为电压表, 为
电流表,E为电源(电动势约6 V),R为滑动变阻器(最大阻值20 Ω),R 为定值电阻,S为开关。
0
(1)请用笔画线代替导线,将图2所示的实物电路连接完整。北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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图1
图2
(2)调节滑动变阻器,记录电压表和电流表的示数如下表:
电压U/V 0.000 0.250 0.500 0.650 0.700 0.725 0.750
电流I/mA 0.00 0.10 0.25 0.60 1.70 4.30 7.50
请根据表中的数据,在方格纸上作出该元件的I-U图线。
图3
(3)根据作出的I-U图线可知,该元件是 (选填“线性”或“非线性”)元件。
(4)在上述测量中,如果用导线代替电路中的定值电阻R,会导致的两个后果是 。
0
A.电压和电流的测量误差增大
B.可能因电流过大烧坏待测元件
C.滑动变阻器允许的调节范围变小
D.待测元件两端电压的可调节范围变小
答案 (1)如图所示北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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(2)如图所示
(3)非线性 (4)BC
解析 (1)实物连线如答案图所示;
(2)根据表中数据,描点后,连线如答案图所示;
(3)根据作出的I-U图象可知,该元件是非线性元件;
(4)待测元件与定值电阻R 是串联关系,定值电阻R 起到保护待测元件的作用,可以避免待测元件电压过高、电流
0 0
过大,如果用导线代替定值电阻R,可能会因为电流过大烧坏待测元件,同时滑动变阻器允许的调节范围变小,B、C正
0
确。
21.(2018课标Ⅰ,23,10分)某实验小组利用如图(a)所示的电路探究在25 ℃~80 ℃范围内某热敏电阻的温度特性。所用
器材有:置于温控室(图中虚线区域)中的热敏电阻R ,其标称值(25 ℃时的阻值)为900.0 Ω;电源E(6 V,内阻可忽略);电压
T
表 (量程150 mV);定值电阻R(阻值20.0 Ω),滑动变阻器R(最大阻值为1 000 Ω);电阻箱R(阻值范围0~999.9 Ω);单刀
0 1 2
开关S,单刀双掷开关S。
1 2
图(a)
实验时,先按图(a)连接好电路,再将温控室的温度t升至80.0 ℃。将S 与1端接通,闭合S,调节R 的滑片位置,使电
2 1 1
压表读数为某一值U;保持R 的滑片位置不变,将R 置于最大值,将S 与2端接通,调节R,使电压表读数仍为U;断开
0 1 2 2 2 0
S,记下此时R 的读数。逐步降低温控室的温度t,得到相应温度下R 的阻值,直至温度降到25.0 ℃。实验得到的R-t
1 2 2 2
数据见下表。
t/℃ 25.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0
R/Ω 900.0 680.0 500.0 390.0 320.0 270.0 240.0
2
回答下列问题:
(1)在闭合S 前,图(a)中R 的滑片应移动到 (填“a”或“b”)端;
1 1
(2)在图(b)的坐标纸上补齐数据表中所给数据点,并作出R-t曲线;
2北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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图(b)
图(c)
(3)由图(b)可得到R 在25 ℃~80 ℃范围内的温度特性。当t=44.0 ℃时,可得R = Ω;
T T
(4)将R 握于手心,手心温度下R 的相应读数如图(c)所示,该读数为 Ω,则手心温度为 ℃。
T 2
答案 (1)b (2)如图所示
(3)450 (4)620.0 33.0
解析 本题考查替代法测电阻、绘图能力及电阻箱的读数等。
(1)滑动变阻器是限流式接法,S 闭合前,滑片应置于使滑动变阻器连入电路的阻值最大的位置,即b端。
1
(2)由题给数据描完点后,观察这些点的分布规律,应画一条平滑曲线,让尽可能多的点落在线上,不在线上的点要均
匀分布在线的两侧。
(3)由R-t图线知,当t=44.0 ℃时,R =450 Ω。
2 T
(4)电阻箱的读数为(6×100+2×10+0×1+0×0.1)Ω=620.0 Ω,由R-t图像知,当R=620.0 Ω时,t=33.0 ℃。
2 2
22.[2020天津,9(2)]某实验小组选用以下器材测定电池组的电动势和内阻,要求测量结果尽量准确。
电压表 (量程0~3 V,内阻约为3 kΩ )
电流表 (量程0~0.6 A,内阻约为1 Ω)
滑动变阻器 (0~20 Ω,额定电流1 A )
待测电池组 (电动势约为3 V,内阻约为1 Ω )
开关、导线若干北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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①该小组连接的实物电路如图所示,经仔细检查,发现电路中有一条导线连接不当,这条导线对应的编号是
。
②改正这条导线的连接后开始实验,闭合开关前,滑动变阻器的滑片P应置于滑动变阻器的 端。(填“a”
或者“b”)
③实验中发现调节滑动变阻器时,电流表读数变化明显但电压表读数变化不明显。为了解决这个问题,在电池组
负极和开关之间串联一个阻值为5 Ω的电阻,之后该小组得到了几组电压表读数U和对应的电流表读数I,并作出U-I
图像,如图所示。根据图像可知,电池组的电动势为 V,内阻为 Ω。(结果均保留两位有效数字)
答案 ①5 ②a ③2.9 0.80
解析 ①由题意可知,电流表内阻与待测电池组内阻接近,因此电压表应测电路的路端电压,故导线5一端应连接电源
正极。
②要保障电路安全,开关闭合时,滑动变阻器接入电路中的电阻应最大,故闭合开关前,滑动变阻器的滑片P应置于
滑动变阻器的a端。
③由闭合电路欧姆定律可知,E=U+Ir,可得U=E-Ir,可知电源电动势即图线纵截距2.9 V;电源内阻为图线斜率k的
2.9V
绝对值减去串联电阻阻值(5 Ω),即r=|k|-5 Ω= -5 Ω=0.80 Ω。
0.50A
23.(2020浙江7月选考,18,7分)某同学分别用图1甲和图1乙的电路测量同一节干电池的电动势和内阻。
(1)在方框中画出图1乙的电路图;
图1
(2)某次测量时电流表和电压表的示数如图2所示,则电流I= A,电压U= V;
(3)实验得到如图3所示的两条直线,图中直线Ⅰ对应电路是图1 (选填“甲”或“乙”);
(4)该电池的电动势E= V(保留三位有效数字),内阻r= Ω(保留两位有效数字)。北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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图2
图3
答案 (1)如图所示
(2)0.39~0.41 1.29~1.31 (3)乙 (4)1.51~1.54
0.52~0.54
解析 (1)见答案图
(2)电流表的量程为0~0.6 A,读数为0.40 A;电压表量程为0~3 V,读数应为1.30 V。
(3)根据题目已知条件,题图1甲的电路图如图所示,U-I图线斜率的绝对值应该代表电池内阻和电流表内阻之和。
而题图1乙所表示的U-I图线斜率的绝对值代表电池内阻,因此斜率绝对值较大的图线对应的电路应该是题图1甲,即
直线Ⅰ对应电路是题图1乙。
对题图1乙,根据闭合电路欧姆定律可知U=E-Ir,图线与纵轴的交点代表电池电动势,即E=1.52 V,斜率绝对值代表
1.52-1.21
电池内阻,即r= Ω≈0.53 Ω。
0.58
24.(2020山东,14,8分)实验方案对实验测量的精度有直接的影响,某学习小组对“测量电源的电动势和内阻”的实验方
案进行了探究。实验室提供的器材有:
干电池一节(电动势约1.5 V,内阻小于1 Ω);
电压表V(量程3 V,内阻约3 kΩ);
电流表A(量程0.6 A,内阻约1 Ω);
滑动变阻器R(最大阻值为20 Ω);
定值电阻R(阻值2 Ω);
1
定值电阻R(阻值5 Ω);
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开关一个,导线若干。
(1)该小组按照图甲所示的电路进行实验,通过调节滑动变阻器阻值使电流表示数逐渐接近满偏,记录此过程中电
压表和电流表的示数,利用实验
图甲
数据在U-I坐标纸上描点,如图乙所示,结果发现电压表示数的变化范围比较小,出现该现象的主要原因是
。(单选,填正确答案标号)
A.电压表分流
B.干电池内阻较小
C.滑动变阻器最大阻值较小
D.电流表内阻较小
图乙
(2)针对电压表示数的变化范围比较小的问题,该小组利用实验室提供的器材改进了实验方案,重新测量得到的数
据如下表所示。
序号 1 2 3 4 5 6 7
I/A 0.08 0.14 0.20 0.26 0.32 0.36 0.40
U/V 1.35 1.20 1.05 0.88 0.73 0.71 0.52
请根据实验数据,回答以下问题:
①坐标纸上已标出后3组数据对应的坐标点,请在坐标纸上标出前4组数据对应的坐标点并画出U-I图像。
②根据实验数据可知,所选的定值电阻为 (填“R”或“R”)。
1 2
③用笔画线代替导线,请按照改进后的方案,将实物图连接成完整电路。北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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答案 (1)B (2)①如图所示
②R ③如图所示
1
解析 (1)该小组按照图甲所示的电路进行实验时,电压表测的是路端电压,根据E=U +U 可知,|ΔU |=|ΔU |,而|ΔU
外 内 外 内
|=|ΔI·r|,所以当干电池内阻r较小时,电压表示数的变化范围比较小,B正确。
内
(2)①在坐标纸上根据前4组数据描出对应的坐标点并画出U-I图像如答案图所示。
②U-I图像的斜率的绝对值约为2.6 Ω,表示干电池内阻与定值电阻之和,所以定值电阻一定小于2.6 Ω,故所选定值
电阻为R。
1
③改进后的方案是将定值电阻R 与干电池串联,其余部分不变,用笔画线代替导线,将实物图连接成完整电路如答
1
案图所示。
25.(2015安徽理综,21Ⅱ)某同学为了测量一节电池的电动势和内阻,从实验室找到以下器材:一个满偏电流为100 μA、
内阻为2 500 Ω的表头,一个开关,两个电阻箱(0~999.9 Ω)和若干导线。
(1)由于表头量程偏小,该同学首先需将表头改装成量程为50 mA的电流表,则应将表头与电阻箱 (填“串
联”或“并联”),并将该电阻箱阻值调为 Ω。
(2)接着该同学用改装的电流表对电池的电动势及内阻进行测量,实验电路如图1所示,通过改变电阻R测相应的
电流I,且作相关计算后一并记录如下表。
图1
1 2 3 4 5 6
R(Ω) 95.0 75.0 55.0 45.0 35.0 25.0
I(mA) 15.0 18.7 24.8 29.5 36.0 48.0
IR(V) 1.42 1.40 1.36 1.33 1.26 1.20
①根据表中数据,图2中已描绘出四个点,请将第5、6两组数据也描绘在图2中,并画出IR-I图线;北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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②根据图线可得电池的电动势E是 V,内阻r是 Ω。
答案 (1)并联 5.0 (2)①如图 ②1.53 2.0
解析 (1)将满偏电流I =100 μA的表头改装成量程为I=50 mA的电流表需要并联一个电
g
I R
阻,其阻值为R= g g=5.0 Ω,应将该电阻箱阻值调为5.0 Ω。
I-I
g
(2)①见答案。
②由电路图可知E=I(R+R +r),得IR=E-(R +r)I,故图线的截距为电动势E=1.53 V,斜率
A A
2 500×5
k=-(R +r)=-7 Ω,而R = Ω=5 Ω,r=-k-R =2.0 Ω。
A A 2 500+5 A
26.[2015天津理综,9(3)]用电流表和电压表测定由三节干电池串联组成的电池组(电动势约4.5 V,内电阻约1 Ω)的电动
势和内电阻,除待测电池组、电键、导线外,还有下列器材供选用:
A.电流表:量程0.6 A,内电阻约1 Ω
B.电流表:量程3 A,内电阻约0.2 Ω
C.电压表:量程3 V,内电阻约30 kΩ
D.电压表:量程6 V,内电阻约60 kΩ
E.滑动变阻器:0~1 000 Ω,额定电流0.5 A
F.滑动变阻器:0~20 Ω,额定电流2 A
①为了使测量结果尽量准确,电流表应选用 ,电压表应选用 ,滑动变阻器应选用 (均填仪器
的字母代号)。
②如图为正确选择仪器后,连好的部分电路。为了使测量误差尽可能小,还需在电路中用导线将 和
相连、 和 相连、 和 相连(均填仪器上接线柱的字母代号)。北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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③实验时发现电流表坏了,于是不再使用电流表,剩余仪器中仅用电阻箱替换掉滑动变阻器,重新连接电路,仍能完
成实验。实验中读出几组电阻箱的阻值R和对应电压表的示数U。用图像法处理采集到的数据,为在直角坐标系中得
到的函数图像是一条直线,则可以 为纵坐标,以 为横坐标。
答案 ①A D F ②a d c g f h ③见解析
解析 ①为了防止电源急剧放电时产生极化现象而引起电动势的下降,一般在测电源电动势与内电阻时,电源的放电
电流控制在0.5 A以内,故电流表应选用A;因三节干电池的总电动势约为4.5 V,故选用量程是6 V的电压表D;总阻值
E
为20 Ω的滑动变阻器F可使电路中的最小电流约为I = =0.225 A,而滑动变阻器E阻值太大,故滑动变阻器应选
min R
max
用F。
②因电流表内阻r ≈1 Ω与电源内阻大致相等且未知,故需采用电流表外接法,以避免电流表内阻引起的系统误差,
A
原理图如图,
故需将a与d、c与g、f与h相连。
U 1 1 r 1 1 E 1 1
③用伏阻法测电源电动势与内电阻时,由闭合电路欧姆定律有E=U+ r,由此可得 = + · (或 = · - )、
R U E E R R r U r
U U E 1 R 1 r R 1 1 U R
U=E-r· (或 = - U)、 = ·R+ (或R=E· -r),故可以得到 - 、U- 、 -R等线性图线。
R R r r U E E U U R R U
27.(2014北京理综,21,18分)利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内电阻。要求尽量减小实验误差。
(1)应该选择的实验电路是图1中的 (选填“甲”或“乙”)。
图1
(2)现有电流表(0~0.6 A)、开关和导线若干,以及以下器材:
A.电压表(0~15 V)
B.电压表(0~3 V)
C.滑动变阻器(0~50 Ω)
D.滑动变阻器(0~500 Ω)
实验中电压表应选用 ;滑动变阻器应选用 。(选填相应器材前的字母)
(3)某位同学记录的6组数据如表所示,其中5组数据的对应点已经标在图2的坐标纸上,请标出余下一组数据的对
应点,并画出U-I图线。
序号 1 2 3 4 5 6北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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电压U(V) 1.45 1.40 1.30 1.25 1.20 1.10
电流I(A) 0.060 0.120 0.240 0.260 0.360 0.480
图2
(4)根据(3)中所画图线可得出干电池的电动势E= V,内电阻r= Ω。
(5)实验中,随着滑动变阻器滑片的移动,电压表的示数U及干电池的输出功率P都会发生变化。图3的各示意图
中正确反映P-U关系的是 。
图3
答案 (1)甲 (2)B C (3)如图所示
(4)1.50(1.49~1.51) 0.83(0.81~0.85) (5)C
解析 (1)干电池内电阻较小,远小于电压表内阻,选用甲电路时电源内电阻的测量值相对误差小。(2)一节干电池的电
动势只有1.5 V左右,故电压表应选用量程较小的B,干电池的内电阻一般只有零点几欧或几欧,为调节方便,滑动变阻器
应选用总阻值与之相差较小的C。(3)作图过程略,图见答案。(4)由U=E-Ir知U-I图线在U轴上的截距表示E、斜率的
E-U 1
绝对值表示r,由图线可得E=1.50 V,r=0.83 Ω。(5)由P=IU= ×U= (UE-U2)可知,P-U图线是一条开口向下的抛物
r r
线,故选C。
考查点 测电源的电动势和内阻。
解题关键 (1)实验电路的选择不要与“伏安法测电阻”的电路混淆。
(2)若选用0~500欧姆的滑动变阻器,在移动滑片的大多数距离上,电表示数几乎不变。
(3)在应用图像时,要注意纵坐标的起点。北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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28.(2013浙江理综,22,10分)(10分)采用如图所示的电路“测定电池的电动势和内阻”。
第22题图
(1)除了选用照片中的部分器材外, (填选项);
A.还需要电压表
B.还需要电流表
C.还需要学生电源
D.不再需要其他器材
(2)测量所得数据如下:
测量次数
1 2 3 4 5 6
物理量
R/Ω 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2
I/A 0.60 0.70 0.80 0.89 1.00 1.20
U/V 0.90 0.78 0.74 0.67 0.62 0.43
用作图法求得电池的内阻r= ;
(3)根据第5次所测得的实验数据,求得电流表内阻R = 。
A
答案 (10分)(1)A (2)见解析 (3)0.22 Ω
解析 (1)由电路图可知为伏安法测电池电动势和内阻的实验,因此还需要电压表,应选A。
(2)作图如下,由U=E-Ir可知图线的斜率为内阻,即r=(0.75±0.10) Ω
U 0.62
(3)由第5次所测数据R+R = = Ω=0.62 Ω得R =(0.62-0.4) Ω=0.22 Ω
A I 1.00 A
29.[2017天津理综,9(3)]某探究性学习小组利用如图所示的电路测量电池的电动势和内阻。其中电流表A 的内阻
1
r=1.0 kΩ,电阻R=9.0 kΩ,为了方便读数和作图,给电池串联一个R=3.0 Ω的电阻。
1 1 0北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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①按图示电路进行连接后,发现aa'、bb'和cc'三条导线中,混进了一条内部断开的导线。为了确定哪一条导线内部
是断开的,将电键S闭合,用多用电表的电压挡先测量a、b'间电压,读数不为零,再测量a、a'间电压,若读数不为零,则一
定是 导线断开;若读数为零,则一定是 导线断开。
②排除故障后,该小组顺利完成实验。通过多次改变滑动变阻器触头位置,得到电流表A 和A 的多组I、I 数据,
1 2 1 2
作出图像如图。由I-I 图像得到电池的电动势E= V,内阻r= Ω。
1 2
答案 ①aa' bb'
②1.4(1.36~1.44均可) 0.5(0.4~0.6均可)
解析 ①用多用电表的电压挡测U ≠0,说明两表笔与电源两极间为通路,问题出在a、b'之间的含有电键的电路部分;
ab'
若U ≠0,说明aa'导线断路,若U =0,说明导线bb'断开。
aa' aa'
②由于I≫I,故可将I 视为干路电流,则有
2 1 2
I(R+r)=E-I(r+R)
1 1 1 2 0
E r+R
0
则I= - ·I,故从图线的截距和斜率可求得E=1.4 V,r=0.5 Ω。
1 R +r R +r 2
1 1 1 1
30.(2014课标Ⅰ,23,9分,0.467)利用如图(a)所示电路,可以测量电源的电动势和内阻,所用的实验器材有:
图(a)
待测电源,电阻箱R(最大阻值999.9 Ω),电阻R(阻值为3.0 Ω),电阻R(阻值为3.0 Ω),电流表 (量程为200 mA,内阻
0 1
为R =6.0 Ω),开关S。
A
实验步骤如下:
①将电阻箱阻值调到最大,闭合开关S;
②多次调节电阻箱,记下电流表的示数I和电阻箱相应的阻值R;
1 1
③以 为纵坐标,R为横坐标,作 -R图线(用直线拟合);
I I
④求出直线的斜率k和在纵轴上的截距b。
回答下列问题:
1
(1)分别用E和r表示电源的电动势和内阻,则 与R的关系式为 。
I
(2)实验得到的部分数据如下表所示,其中电阻R=3.0 Ω 时电流表的示数如图(b)所示,读出数据,完成下表。答:①
,② 。
R/Ω 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0
I/A 0.143 0.125 ① 0.100 0.091 0.084 0.077
I-1/A-1 6.99 8.00 ② 10.0 11.0 11.9 13.0北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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图(b)
图(c)
(3)在图(c)中将所缺数据点补充完整并作图,根据图线求得斜率k= A-1·Ω-1,截距 b= A-1。
(4)根据图线求得电源电动势E= V,内阻r= Ω。
1 R +R 1 R +R 1 3.0 3.0
A 1 A 1
答案 (1) = R+ [R + (r+R)]或 = R+ (5.0+r)
I ER E A R 0 I E E
1 1
(2)①0.110 ②9.09
(3)图见解析 1.0(在0.96~1.04之间均对) 6.0(在5.9~6.1之间均对)
(4)3.0(在2.7~3.3之间均对) 1.0(在0.6~1.4之间均对)
I R 1 R +R 1 R +R
A A 1 A 1
解析 (1)由闭合电路欧姆定律有E=IR +(I+ )(R+R+r),整理得 = R+ [R + (r+R)],代入数据得
A R 0 I ER E A R 0
1 1 1
1 3.0 3.0
= R+ (5.0+r)。(2)①由题图知该电流表的分度值为 2 mA,读数为110 mA,考虑到表格内各组数据的单位及
I E E
1 13.0-6.0
有效数字位数,故结果应为0.110 A。② =9.09 A-1。(3)描点作图如图所示,由图线可得k= A-1·Ω-1=1.0
I 7.0-0
1 3.0 3.0 3.0 3.0
A-1·Ω-1,b=6.0 A-1。(4)由 = R+ (5.0+r)可知k= ,b= (5.0+r),将k=1.0 A-1·Ω-1、b=6.0 A-1代入可得E=3.0
I E E E E
V,r=1.0 Ω。
考查点 测量电源的电动势和内阻的实验
解题关键 ①知道测电源电动势与内阻的实验原理是闭合电路欧姆定律。
1
②利用闭合电路欧姆定律推出 与R的关系。
I
易错警示 在完成表格时,注意表格内各组数据的单位及有效数字的位数。北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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31.(2014大纲全国,23,12分)现要测量某电源的电动势和内阻。可利用的器材有:电流表 ,内阻为1.00 Ω;电压表 ;阻
值未知的定值电阻R、R、R、R、R;开关S;一端连有鳄鱼夹P的导线1,其他导线若干。某同学设计的测量电路如
1 2 3 4 5
图(a)所示。
图(a)
(1)按图(a)在实物图(b)中画出连线,并标出导线1和其P端。
图(b)
(2)测量时,改变鳄鱼夹P所夹的位置,使R、R、R、R、R 依次串入电路,记录对应的电压表的示数U和电流表
1 2 3 4 5
的示数I。数据如下表所示。根据表中数据,在图(c)中的坐标纸上将所缺数据点补充完整,并画出U-I图线。
I(mA) 193 153 111 69 30
U(V) 2.51 2.59 2.68 2.76 2.84
图(c)
(3)根据U-I图线求出电源的电动势E= V,内阻r= Ω。(保留2位小数)
答案 (1)连线如图所示(3分,有任何错误就不给这3分)
(2)U-I图线如图所示(3分)北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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(3)2.90(3分,在2.89~2.91之间均给分)
1.03(3分,在0.93~1.13之间均给分)
解析 (1)见答案图,可先从原理图中选取一个回路如电源、电流表、电压表、开关进行连接,R 并联于电压表两端,最
1
后再将R 至R 依次串联后再与R 串联。(2)作图过程略,图见答案。(3)由U=E-I(R +r)可知图中U-I图线的纵截距
2 5 1 A
b=E、斜率的绝对值k=R +r,故由图可得E=b=2.90 V,r=k-R =2.03 Ω-1.00 Ω=1.03 Ω。
A A
考查点 测电源的电动势和内阻
解题关键 ①实物图连线问题应注意先连干路,再补支路,先连电流表,再连电压表。
②利用闭合电路欧姆定律推出U-I的函数关系式,然后通过截距与斜率来求E、r。
32.(2017课标Ⅲ,23,9分)图(a)为某同学组装完成的简易多用电表的电路图。图中E是电池;R、R、R、R 和R 是固定
1 2 3 4 5
电阻,R 是可变电阻;表头 的满偏电流为250 μA,内阻为480 Ω。虚线方框内为换挡开关,A端和B端分别与两表笔相
6
连。该多用电表有5个挡位,5个挡位为: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。
图(a)
图(b)
(1)图(a)中的A端与 (填“红”或“黑”)色表笔相连接。
(2)关于R 的使用,下列说法正确的是 (填正确答案标号)。
6
A.在使用多用电表之前,调整R 使电表指针指在表盘左端电流“0”位置
6
B.使用欧姆挡时,先将两表笔短接,调整R 使电表指针指在表盘右端电阻“0”位置
6
C.使用电流挡时,调整R 使电表指针尽可能指在表盘右端电流最大位置
6
(3)根据题给条件可得R+R= Ω,R= Ω。
1 2 4
(4)某次测量时该多用电表指针位置如图(b)所示。若此时B端是与“1”相连的,则多用电表读数为 ;若此时
B端是与“3”相连的,则读数为 ;若此时B端是与“5”相连的,则读数为 。(结果均保留3位有效数字)
答案 (1)黑 (2)B (3)160 880
(4)1.47 mA 1.10×103 Ω 2.95 V
解析 (1)换挡开关接“3”时为欧姆挡,内部接有电源,电流从电源正极流出,经A端流出,经B端流入表内,回到电源负
极,“红”进“黑”出,则A端应与黑色表笔连接。
(2)R 应是欧姆挡的欧姆调零电阻,故B选项正确。而在使用多用电表之前,要进行机械调零,使电表指针指在表盘
6
左端电流“0”位置,故A选项错误。使用电流挡时不需要欧姆调零,故C选项错误。
(3)当换挡开关接“2”时为直流电流1 mA挡,此时R 和R 串联后与表头 并联,满偏时总电流为1 mA,则R、R
1 2 1 2
I R 250×10-3×480
g g
中的电流为1 mA-I,电压为IR,则R+R= = Ω=160 Ω;当换挡开关接4时为直流电压1 V
g g g 1 2 1mA-I 1-250×10-3
g北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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挡,此时R 和R 串联后与表头 并联,然后再与R 串联,满偏时总电压为1 V,则R 分压为1 V-IR=1 V-250×10-6×480
1 2 4 4 g g
U 0.88
V=0.88 V,流过R 的电流为1 mA,则R= = Ω=880 Ω。
4 4 I 1×10-3
(4)若B端与“1”相连,则为直流电流2.5 mA挡,观察图(b)中下方刻度,共50个小格,则每小格表示0.05 mA,即分度
1
值为0.05 mA,由 估读法可得读数为1.47 mA。
5
若B端与“3”连接,则为欧姆×100 Ω挡,指针指在上边欧姆表盘“11”位置,则可得读数为1.10×103 Ω。
若B端与“5”连接,则为直流电压5 V挡,观察图(b)中下方刻度,共50个小格,则每小格表示0.1 V,即分度值为0.1
1
V,由 估读法可得读数为2.95 V。
10
命题意图 本题考查多用电表的原理以及电表的改装。
33.(2013课标Ⅱ,23,7分,0.524)某同学用量程为1 mA、内阻为120 Ω的表头按图(a)所示电路改装成量程分别为1 V和
1 A的多用电表。图中R 和R 为定值电阻,S为开关。回答下列问题:
1 2
(1)根据图(a)所示的电路,在图(b)所示的实物图上连线。
(2)开关S闭合时,多用电表用于测量 (填“电流”、“电压”或“电阻”);开关S断开时,多用电表用于测
量 (填“电流”、“电压”或“电阻”)。
(3)表笔A应为 色(填“红”或“黑”)。
(4)定值电阻的阻值R= Ω,R= Ω。(结果取3位有效数字)
1 2
答案 (1)连线如图所示(2分)
(2)电流 电压(2分。每空1分)
(3)黑(1分)
(4)1.00 880(2分。每空1分)
解析 (1)见答案。
(2)开关S闭合时,R 与表头和R 并联,为电流表,因此用于测量电流;当开关S断开时,R 与表头串联,为电压表,因此
1 2 2
用于测电压。
(3)电流应从红表笔流入电表,从黑表笔流出电表,因此表笔A应为黑色。
(4)开关S断开时为电压表,U=I(R+R),解得R=880 Ω;
g g 2 2
I (R +R )
g g 2
开关S闭合时为电流表,R= =1.00 Ω。
1 I-I
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34.(2012江苏单科,10,8分)如图1所示的黑箱中有三只完全相同的电学元件,小明使用多用电表对其进行探测。
图1
图2
(1)在使用多用电表前,发现指针不在左边“0”刻度线处,应先调整图2中多用电表的 (选填
“A”、“B”或“C”)。
(2)在用多用电表的直流电压挡探测黑箱a、b接点间是否存在电源时,一表笔接a,另一表笔应 (选填“短
暂”或“持续”)接b,同时观察指针偏转情况。
(3)在判定黑箱中无电源后,将选择开关旋至“×1”挡,调节好多用电表,测量各接点间的阻值。测量中发现,每对接
点间正反向阻值均相等,测量记录如下表。两表笔分别接a、b时,多用电表的示数如图2所示。
请将记录表补充完整,并在图1的黑箱图中画出一种可能的电路。
两表笔接的接点 多用电表的示数
a,b Ω
a,c 10.0 Ω
b,c 15.0 Ω
答案 (1)A (2)短暂 (3)5.0 如图所示
解析 (1)A是机械调零,B是欧姆调零,C是功能选择开关,故选填A。
(2)为防止a、b间存在高压电源在持续接通时烧坏电表,应采用“点触”方式。
(3)正反向阻值相等说明两接点间无二极管。由题图2可以读出a、b间阻值为5.0 Ω。因黑箱内只有三个阻值相
等的电阻,由表内数据知b、c间电阻等于a、b间电阻与a、c间电阻之和,故可推测a、b间电阻与a、c间电阻相串联。
又因a、c间阻值是a、b间阻值的2倍,故a、b间有一个电阻时a、c间两个电阻串联;a、c间有一个电阻时a、b间两
个电阻并联,电路图见答案。
35.(2015课标Ⅰ,23,9分,0.299)图(a)为某同学改装和校准毫安表的电路图,其中虚线框内是毫安表的改装电路。北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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图(a)
图(b)
(1)已知毫安表表头的内阻为100 Ω,满偏电流为1 mA;R 和R 为阻值固定的电阻。若使用a和b两个接线柱,电表
1 2
量程为3 mA;若使用a 和c两个接线柱,电表量程为10 mA。由题给条件和数据,可以求出R= Ω,R= Ω。
1 2
(2)现用一量程为3 mA、内阻为150 Ω的标准电流表 对改装电表的3 mA挡进行校准,校准时需选取的刻度为
0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 mA。电池的电动势为1.5 V,内阻忽略不计;定值电阻R 有两种规格,阻值分别为300 Ω
0
和1 000 Ω;滑动变阻器R有两种规格,最大阻值分别为750 Ω和3 000 Ω。则R 应选用阻值为 Ω的电阻,R应
0
选用最大阻值为 Ω的滑动变阻器。
(3)若电阻R 和R 中有一个因损坏而阻值变为无穷大,利用图(b)的电路可以判断出损坏的电阻。图(b)中的R'为保
1 2
护电阻,虚线框内未画出的电路即为图(a)虚线框内的电路。则图中的d点应和接线柱 (填“b”或“c”)相连。
判断依据是: 。
答案 (1)15 35(4分,每空2分) (2)300 3 000(2分,每空1分) (3)c(1分) 闭合开关时,
若电表指针偏转,则损坏的电阻是R ;若电表指针不动,则损坏的电阻是R (2分)
1 2
解析 (1)由并联电路各支路两端电压相等有:使用a和b两个接线柱时1 mA×100 Ω=(3-
1)mA×(R +R );使用a和c两个接线柱时1 mA×(100 Ω+R )=(10-1)mA×R ,联立可得R =15
1 2 2 1 1
Ω,R =35 Ω。(2)由题意知校准时电路中电流的范围为0.5 mA≤I≤3.0 mA,则由闭合电路欧
2
E
姆定律知电路中总电阻R = 满足500 Ω≤R ≤3 000 Ω,而两电表的总电阻R =150 Ω+
总 I 总 A
1mA×100Ω
=183 Ω,故R +R应满足317 Ω≤R +R≤2 817 Ω,可知R 只能选用300 Ω的,R只
0 0 0
3mA
能选用3 000 Ω的。(3)在图(b)电路中,当d接c时,若R 损坏则毫安表仍接入电路而有示数,
1
若R 损坏则毫安表不接入电路而无示数,故可由毫安表有无示数来判断损坏的电阻;当d接
2
b时,无论R 还是R 损坏,对毫安表示数的影响相同,从而不能进行判定。
1 2
36.(2017江苏单科,11,10分)某同学通过实验制作一个简易的温控装置,实验原理电路图如图甲所示,继电器与热敏电阻
R、滑动变阻器R串联接在电源E两端,当继电器的电流超过15 mA时,衔铁被吸合,加热器停止加热,实现温控。继电
t
器的电阻约20 Ω,热敏电阻的阻值R与温度t的关系如下表所示。
t
t/℃ 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0
R/Ω 199.5 145.4 108.1 81.8 62.9 49.1
t
(1)提供的实验器材有:电源E(3 V,内阻不计)、电源E(6 V,内阻不计)、滑动变阻器R(0~200 Ω)、滑动变阻器
1 2 1
R(0~500 Ω)、热敏电阻R、继电器、电阻箱(0~999.9 Ω)、开关S、导线若干。
2 t
为使该装置实现对30~80 ℃之间任一温度的控制,电源E应选用 (选填“E”或“E”),滑动变阻器R应
1 2
选用 (选填“R”或“R”)。
1 2北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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图甲
图乙
(2)实验发现电路不工作。某同学为排查电路故障,用多用电表测量各接点间的电压,则应将如图乙所示的选择开
关旋至 (选填“A”、“B”、“C”或“D”)。
(3)合上开关S,用调节好的多用电表进行排查。在图乙中,若只有b、c间断路,则应发现表笔接入a、b时指针
(选填“偏转”或“不偏转”),接入a、c时指针 (选填“偏转”或“不偏转”)。
(4)排除故障后,欲使衔铁在热敏电阻为50 ℃时被吸合,下列操作步骤的正确顺序是 。(填写各步骤前的序
号)
①将热敏电阻接入电路
②观察到继电器的衔铁被吸合
③断开开关,将电阻箱从电路中移除
④合上开关,调节滑动变阻器的阻值
⑤断开开关,用电阻箱替换热敏电阻,将阻值调至108.1 Ω
答案 (1)E R (2)C (3)不偏转 偏转 (4)⑤④②③①
2 2
解析 本题考查器材选择,故障检测,实验操作。(1)因通过继电器的电流超过15 mA时加热器停止加热,为使该装置
实现对30~80 ℃之间任一温度的控制,要求电路在30~80 ℃之间的任一温度下的电流能通过调节达到15 mA。当控制
到30 ℃时,电路的最小阻值为R =
min
199.5 Ω+20 Ω=219.5 Ω,要使电流达到15 mA,则所需电源电动势至少为E =IR =3.29 V,故电源只能选用电动势为6
min min
V的E。为使温度控制在80 ℃,则在6 V电源下电路中的电流能达到15 mA,故此时滑动变阻器接入电路中的阻值为
2
E 6
R= 2-(R+R )= Ω-49.1 Ω-20 Ω=330.9 Ω,故滑动变阻器应选用R。
I t 继 0.015 2
(2)由于是用多用电表测直流电压,且电源电动势为6 V,故应选择直流电压10 V挡。
(3)若只有b、c间断路,电路中无电流,a、b间电压为0,a、c间电压等于电源电压,故表笔接入a、b时指针不偏转,
接入a、c时指针偏转,且示数等于电源电动势。
(4)欲使衔铁在50 ℃时被吸合,则要求温度达到50 ℃ 时电路中电流达到15 mA,而此时热敏电阻的阻值为108.1
Ω。为确定滑动变阻器应接入电路中的阻值,先将电阻箱调到108.1 Ω并替代热敏电阻接入电路,调节滑动变阻器使衔
铁恰好被吸合,然后再保持滑动变阻器滑片位置不动,将热敏电阻再替换回电阻箱即可,故合理的顺序应为⑤④②③①。
37.(2016课标Ⅰ,23,10分)现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统,要求当热敏电阻的温度达到或超过60 ℃时,系统
报警。提供的器材有:热敏电阻,报警器(内阻很小,流过的电流超过I 时就会报警),电阻箱(最大阻值为999.9 Ω),直流电
c北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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源(输出电压为U,内阻不计),滑动变阻器R(最大阻值为1 000 Ω),滑动变阻器R(最大阻值为2 000 Ω),单刀双掷开关一
1 2
个,导线若干。
在室温下对系统进行调节。已知U约为18 V,I 约为10 mA;流过报警器的电流超过20 mA时,报警器可能损坏;该
c
热敏电阻的阻值随温度升高而减小,在60 ℃时阻值为650.0 Ω。
(1)完成待调节的报警系统原理电路图的连线。
(2)电路中应选用滑动变阻器 (填“R”或“R”)。
1 2
(3)按照下列步骤调节此报警系统:
①电路接通前,需将电阻箱调到一固定的阻值,根据实验要求,这一阻值为 Ω;滑动变阻器的滑片应置于
(填“a”或“b”)端附近,不能置于另一端的原因是 。
②将开关向 (填“c”或“d”)端闭合,缓慢移动滑动变阻器的滑片,直至 。
(4)保持滑动变阻器滑片的位置不变,将开关向另一端闭合,报警系统即可正常使用。
答案 (1)连线如图所示
(2)R
2
(3)①650.0 b 接通电源后,流过报警器的电流会超过20 mA,报警器可能损坏 ②c 报警器开始报警
U 18
解析 (2)由R= I = 10×10-3 Ω=1 800 Ω可知,滑动变阻器应选R 2 。
c
(3)①电阻箱的电阻值应调为热敏电阻在60 ℃时的阻值,即650.0 Ω。滑动变阻器的滑片应置于b端,使开关接通
后回路中电流最小,以保护报警器,即防止因过载而损坏报警器。②应将开关向c端闭合,然后对系统进行调节。
38.(2016课标Ⅲ,22,5分)某同学用图中所给器材进行与安培力有关的实验。两根金属导轨ab和ab 固定在同一水平
1 1
面内且相互平行,足够大的电磁铁(未画出)的N极位于两导轨的正上方,S极位于两导轨的正下方,一金属棒置于导轨上
且与两导轨垂直。
(1)在图中画出连线,完成实验电路。要求滑动变阻器以限流方式接入电路,且在开关闭合后,金属棒沿箭头所示的
方向移动。
(2)为使金属棒在离开导轨时具有更大的速度,有人提出以下建议:
A.适当增加两导轨间的距离
B.换一根更长的金属棒
C.适当增大金属棒中的电流北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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其中正确的是 (填入正确选项前的标号)。
答案 (1)如图所示(2分)
(2)AC(3分。选对一个给2分,选对两个给3分,有选错的不给这3分)
解析 (1)根据左手定则得金属棒中电流为从a流向a。要求滑动变阻器以限流方式接入电路中,故滑动变阻器接线
1
柱上下各用一个。(2)为使金属棒在离开导轨时具有更大的速度,应使它所受安培力F=BIL增大,所以适当增加两导轨
间的距离时有效长度L增大,F变大,A项正确;只换更长的金属棒时有效长度L不变,B项错;增大电流,F也增大,C项正
确。
39.[2014广东理综,34(1),8分]某同学设计的可调电源电路如图(a)所示,R 为保护电阻,P为滑动变阻器的滑片,闭合电键
0
S。
①用电压表测量A、B两端的电压:将电压表调零,选择0~3 V挡,示数如图(b),电压值为 V。
②在接通外电路之前,为了保证外电路的安全,滑片P应先置于 端。
③要使输出电压U变大,滑片P应向 端滑动。
④若电源电路中不接入R,则在使用过程中,存在 的风险(填“断路”或“短路”)。
0
答案 ①1.30 ②A ③B ④短路(每空2分)
解析 ①由图(b)知电压表0~3 V挡的分度值为0.1 V,故由“十分之一”估读法可得读数为1.30 V。②因外电路并联
在AP间,要使外电路接通时获得的电压最小以保证电路安全,应使滑片P先置于A端。③输出电压U等于A、P间的
电压,故P向B端滑动时A、P间分得的电压增大,输出电压增大。④当P滑到B端时,若电源电路中不接入R 而输出
0
电路所接负载的阻值极小,则电源就有可能被短路。
40.(2013大纲全国,22,6分)(6分)如图,E为直流电源,G为灵敏电流计,A、B为两个圆柱形电极,P是木板,C、D为两个探
针,S为开关。现用上述实验器材进行“用描迹法画出电场中平面上的等势线”的实验。
(1)木板P上有白纸、导电纸和复写纸,最上面的应该是 纸;
(2)用实线代表导线将实验器材正确连接。北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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答案 (1)导电(2分)
(2)连线如图所示(4分。探针和灵敏电流计部分2分,有任何错误不给这2分;其余部分2分,有任何错误也不给这2
分)
解析 (1)因本实验是利用探针在A、B电极间的电场中移动时通过灵敏电流计的指针偏转情况来寻找等势点的,故
最上层必须是导电纸。
(2)本实验装置分为两部分:一部分是产生电场的电源、开关、电极A与B,另一部分是检测等势点的灵敏电流计、
探针C与D,连接图见答案。
41.(2013江苏单科,10,8分)为探究小灯泡的电功率P和电压U的关系,小明测量小灯泡的电压U和电流I,利用P=UI得
到电功率。实验所使用的小灯泡规格为“3.0 V 1.8 W”,电源为12 V的电池,滑动变阻器的最大阻值为10 Ω。
(1)准备使用的实物电路如图1所示。请将滑动变阻器接入电路的正确位置。(用笔画线代替导线)
图1
(2)现有10 Ω、20 Ω和50 Ω的定值电阻,电路中的电阻R 应选 Ω的定值电阻。
1
(3)测量结束后,应先断开开关,拆除 两端的导线,再拆除其他导线,最后整理好器材。
(4)小明处理数据后将P、U2描点在坐标纸上,并作出了一条直线,如图2所示。请指出图像中不恰当的地方。
图2
答案 (1)如图北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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(2)10
(3)电池
(4)图线不应画为直线;横坐标的标度不恰当。
解析 (1)探究P和U的关系应较大范围测量U,滑动变阻器需要应用分压式接法。所以连接如答案图。
(2)R 为电路保护电阻,10 Ω阻值能保证安全,正常完成实验,20 Ω和50 Ω的阻值太大,不能保证在较大范围内调节
1
灯泡两端的电压,所以选10 Ω电阻。
(3)根据实验的安全性原则,应先拆除电源再进行其他拆除操作。
(4)应用平滑曲线连接所描绘的点,不应画为直线。根据作出的图应尽量占满坐标的原则,横轴坐标的标度不恰当。
考查点 本题考查实验器材的选择、电路的连接、实验操作的规范以及实验数据的处理等基本实验技能。属于中等
难度题。
解题方法 对于实物连接的问题,首先要画出电路原理图,然后对照原理图连线。
42.[2013山东理综,21(2),9分]霍尔效应是电磁基本现象之一,近期我国科学家在该领域的实验研究上取得了突破性进
展。如图1所示,在一矩形半导体薄片的P、Q间通入电流I,同时外加与薄片垂直的磁场B,在M、N间出现电压U ,这
H
IB
个现象称为霍尔效应,U 为霍尔电压,且满足U =k ,式中d为薄片的厚度,k为霍尔系数。某同学通过实验来测定该
H H d
半导体薄片的霍尔系数。
图1
①若该半导体材料是空穴(可视为带正电粒子)导电,电流与磁场方向如图1所示,该同学用电压表测量U 时,应将
H
电压表的“+”接线柱与 (填“M”或“N”)端通过导线连接。
②已知薄片厚度d=0.40 mm,该同学保持磁感应强度B=0.10 T不变,改变电流I的大小,测量相应的U 值,记录数据
H
如下表所示。
I(×10-3 A) 3.0 6.0 9.0 12.0 15.0 18.0
U H (×10-3 V) 1.1 1.9 3.4 4.5 6.2 6.8
根据表中数据在给定坐标纸上画出U -I图线,利用图线求出该材料的霍尔系数为 ×10-3
H
V·m·A-1·T-1(保留2位有效数字)。
③该同学查阅资料发现,使半导体薄片中的电流反向再次测量,取两个方向测量的平均值,可以减小霍尔系数的测
量误差,为此该同学设计了如图2所示的测量电路。S、S 均为单刀双掷开关,虚线框内为半导体薄片(未画出)。为使
1 2
电流自Q端流入,P端流出,应将S 掷向 (填“a”或“b”),S 掷向 (填“c”或“d”)。
1 2北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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图2
为了保证测量安全,该同学改进了测量电路,将一合适的定值电阻串接在电路中。在保持其他连接不变的情况下,
该定值电阻应串接在相邻器件 和 (填器件代号)之间。
答案 ①M
②如下图所示,1.5(1.4或1.6)
③b c S E(或S E)
1 2
解析 ①由左手定则判得M端聚集正电荷,故M端电势高,N端电势低。
U kB
②由表中数据描点,且由一条直线拟合各点,如答案图,其斜率k'= H= ;在直线上取相距较远的两点求出斜率k',
I d
d
则k= k',代入数据得k=1.5(1.4或1.6)。
B
③由题意,Q点接电源正极,P点接电源负极,所以S 掷向b,S 掷向c。由题意,S、S 无论掷向何方,均应保证定值电
1 2 1 2
阻串联在电路中,所以应串联在S、E(或S、E)之间。
1 2
43.[2013重庆理综,6(2),13分]某同学对有故障的电热毯进行探究。图1是电热毯的电路示意图,其中电热线和导线通过
金属接线片连接。图2为测试电路实物图,A、B为测试表笔,电压表内阻很大,可视为理想电表。
①请在虚线框内画出与图2对应的电路图。
②断开K,用上述测试电路在1和1'之间检测得知电热线无故障,然后测得电热线的U-I曲线如图3所示。已知电
1
热线材料的电阻率为2.8×10-7 Ω·m,电热线的直径为0.200 mm,可求得此电热线的电阻为 kΩ,总长度为
m。(结果均保留两位有效数字)
图1北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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图2
图3
③为了进一步检查故障,该同学闭合开关K 和K,用表笔A和B分别对图1中所示的各点进行测试,部分测试结果
1 2
如下表所示。由此测试结果可判断出电路有断路,位置在 之间(在“1和2”、“1'和2'”、“2和
3”、“2'和3'”中选填一项)。
测试点 3 和3' 1和1' 1和3 1和2' 2'和3'
电表指针 电压表 有 有 无 有 无
有无偏转 电流表 无 有 有 无 有
答案 ①电路图如图(5分)
②0.58(0.57到0.59均可) 65(64到66均可)(每空2分)
③1'和2'(4分)
解析 ①依照实物图,先画出一个最小的回路:电源正极→开关K→滑动变阻器下侧两接线柱→电源负极。再画出与
2
此回路并联的部分电路:滑动变阻器左上接线柱→毫安表→电压表→滑动变阻器左下接线柱。最后再处理剩余部分:
测试表笔A接于电压表与电源负极之间,测试表笔B接于电压表与毫安表之间。
ΔU l 1
②由U-I图线的斜率可求得电热线的阻值:R= 。再由电阻定律R=ρ ,面积公式S= πd2可得电热线的总长度
ΔI S 4
πRd2
l= 。
4ρ
③因电压表是理想电表,由电路图可以看出:当A、B间断路时电压表有示数、电流表无示数;当A、B间被短路时
电压表无示数、电流表有示数;当A、B间接有阻值不为零的导体即A、B为通路时两电表才同时有示数。结合测试
结果可知:第一组数据表明3和3'间有断路;第二组数据表明1与1'间完好;第三组数据表明1与3间连接良好;第四组数
据表明1和2'间有断路,第五组数据表明2'和3'间连接也是良好的,则断点只能在1'和2'之间。
44.(2012课标,23,10分)图中虚线框内存在一沿水平方向、且与纸面垂直的匀强磁场。现通过测量通电导线在磁场中
所受的安培力,来测量磁场的磁感应强度大小、并判定其方向。所用部分器材已在图中给出,其中D为位于纸面内的
U形金属框,其底边水平,两侧边竖直且等长;E为直流电源;R为电阻箱; 为电流表;S为开关。此外还有细沙、天平、
米尺和若干轻质导线。北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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(1)在图中画线连接成实验电路图。
(2)完成下列主要实验步骤中的填空:
①按图接线。
②保持开关S断开,在托盘内加入适量细沙,使D处于平衡状态;然后用天平称出细沙质量m。
1
③闭合开关S,调节R的值使电流大小适当,在托盘内重新加入适量细沙,使D ;然后读出 ,并用天
平称出 。
④用米尺测量 。
(3)用测得的物理量和重力加速度g表示磁感应强度的大小,可以得出B= 。
(4)判定磁感应强度方向的方法是:若 ,磁感应强度方向垂直纸面向外;反之,磁感应强度方向垂直纸面向里。
答案 (1)连线如图所示
(2)③重新处于平衡状态
电流表的示数I
此时细沙的质量m
2
④D的底边长度L
|m -m |g
(3) 2 1
IL
(4)m>m
2 1
解析 (1)—(3)通过改变细沙的质量及线框中的电流调整系统的平衡状态,没通电前线框M和m 存在关系:Mg=mg,
1 1
|m -m |g
通有电流I时有:Mg+F=mg,得B= 2 1 。因为只需改变电流,则电路连接为串联。因为需要用沙子的质量变化
2
IL
量,则应两次测量沙子的质量。由于安培力F=BIL,故应测量I及底边长L。
(4)根据题图中给出的电流方向及左手定则,当磁感应强度方向垂直纸面向外时,安培力方向向下,与线框重力方向
一致,为了再次平衡,应向托盘加沙子,即m>m。
2 1
45.(2017浙江4月选考,21,4分)(1)为完成“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验,必须要选用的是
(多选)。
A.有闭合铁芯的原副线圈;
B.无铁芯的原副线圈;
C.交流电源;
D.直流电源;
E.多用电表(交流电压挡);
F.多用电表(交流电流挡)。
用匝数n=60匝和n=120匝的变压器,实验测量数据如下表,根据测量数据可判断连接电源的线圈是 (填
a b
“n”或“n”)。
a b北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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U/V 1.80 2.80 3.80 4.90
a
U/V 4.00 6.01 8.02 9.98
b
(2)用如图所示的装置做“探究感应电流方向的规律”实验,磁体从靠近线圈的上方静止下落。当磁体运动到如图
所示的位置时,流过线圈的感应电流方向从 (填 “a到b”或“b到a”)。在磁体穿过整个线圈的过程中,传感
器显示的电流i随时间t的图像应该是 。
答案 (1)ACE n (2)b到a A
b
解析 (1)为了完成变压器的探究,需要使用交流电源,多用电表的交流电压挡。为了让变压效果明显需要含有闭合铁
芯的原副线圈,因此选用A、C、E。
由于有漏磁,所以副线圈测量电压应该小于理论变压值,即n 为输入端,n 为输出端。
b a
(2)根据楞次定律可知图示位置时,感应电流方向由b到a;进入时电流方向与离开时电流方向相反,排除C选项;由
于离开时比进入时速度快,即切割磁感线产生感应电流要大,选项A正确,选项B、D错误。
【3 年模拟】
时间:60分钟 分值:60分
实验题(共60分)
1.(2021届湖北荆门第一次月考)(5分)某实验小组在测木块与长木板之间的动摩擦因数时,采用如图甲所示的装置,图中
长木板水平固定,调整定滑轮高度,使细线与长木板平行。
甲
乙
(1)实验过程中,电火花计时器应接在 (选填“直流”或“交流”)电源上。
(2)已知重力加速度为g,测得木块的质量为M,砝码盘和砝码的总质量为m,木块的加速度为a,则木块与长木板间的
动摩擦因数μ= 。
(3)图乙为木块在水平木板上带动纸带运动打出的一条纸带的一部分,0、1、2、3、4、5、6为计数点,相邻两计数
点间还有4个打点未画出。从纸带上测出x=2.10 cm,x=3.62 cm,x=8.12 cm,x=9.60 cm。则木块加速度大小a=
1 2 5 6
m/s2(保留两位有效数字)。
mg-(M+m)a
答案 (1)交流 (2) (3)1.5
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2.(2021届辽宁朝阳建平联考)(5分)研究性学习小组的同学欲探究小车速度随时间变化的规律,该小组在实验室设计了
一套如图甲所示的装置,图中A为小车,B为打点计时器,P为小桶(可装入砂子),M是一端带有定滑轮的水平放置的足够
长的木板。已知使用的交流电源的频率为50 Hz,由静止释放小车A,可通过分析纸带求出小车的加速度大小。
甲
乙
(1)安装好纸带,先不接通电源,将小车放置在打点计时器一侧,轻推小车,观察小车的运动,不断调整小桶和砂子质量,
目测小车沿水平木板匀速运动时,再次将小车放置在打点计时器一侧,启动打点计时器,轻推小车,打出的纸带(上面的点
为打出的连续点)如图乙所示,则在误差允许范围内,小车做的 (填“是”或“不是”)匀速直线运动,打Q点时
小车的速度大小为 m/s(结果保留两位有效数字)。
(2)在小桶中加入一定质量的砂子,启动打点计时器,将小车从靠近打点计时器一侧由静止释放,实验中打出的纸带
如图丙所示(两相邻计数点间有四个计时点未画出),则小车的加速度大小a= m/s2(结果保留两位有效数字)。
丙
答案 (1)是 3.6 (2)1.3
3.(2021届福建厦门双十中学月考)(7分)某同学将力传感器固定在小车上,然后把绳的一端固定在传感器上,用来测量绳
对小车的拉力,探究在小车及传感器总质量不变时加速度跟它们所受拉力的关系,根据所测数据在坐标系中作出了如
图乙所示的a-F图像。
甲
乙
(1)图线不过坐标原点的原因是 ;
(2)如图丙为某次实验得到的纸带中两段计数点间的距离,相邻计数点时间为T,由此可求得小车的加速度大小为
;北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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丙
(3)由图乙图像可求出小车和传感器的总质量为 kg;
(4)本实验中若仍用砂和桶的重力表示绳子的拉力(小车及传感器的总质量始终远大于砂及桶的总质量),从理论上
分析,该实验图线的斜率将 (选填“变大”或“变小”)。
s -s
2 1
答案 (1)没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足 (2) (3)1 (4)变小
2T2
4.(2020百校联盟TOP300十月尖子生联考,14)(8分)某同学用如图甲所示装置完成“验证动能定理”的实验。
甲
乙
(1)实验时,为了保证小车受到细线的拉力与钩码的总重力大小近似相等,小车质量M与钩码总质量m应满足的条
件是 。
(2)关于本实验,下列说法正确的是 。
A.实验过程中用到了天平
B.调节长木板倾角,平衡小车运动过程中所受的阻力
C.调节定滑轮的高度,使连接小车的细线保持水平
D.实验时应先释放小车,再接通电源
(3)在符合实验需要的条件下,调节好器材进行实验,按正确操作打出一条纸带如图乙所示,将打下的第一个点标为
O,在纸带上依次取A、B、C、D、…若干个计数点,已知相邻计数点间的时间间隔为T,测得A、B、C、D、…各点到O
点的距离为x、x、x、x、…。
1 2 3 4
①实验中,钩码的质量为m,小车的质量为M,当地重力加速度为g,要验证从打O点到B点的过程中符合“动能定
理”,需验证的表达式是 。
②为了减小偶然误差,可以采用图像法处理数据。根据乙图中的测量数据,还可以计算出O至C、O至D、……等
多组合外力所做的功W和v,以v2为纵坐标、W为横坐标,利用实验数据作出v2-W图像。若图像为一过原点的直线,则
斜率k= ,即可以验证动能定理成立。若该实验过程中漏掉了平衡摩擦力,则作出的v2-W图像将 (填
“过”或“不过”)坐标原点。
1 (x -x ) 2 2
答案 (1)m≪M (2)AB (3)①mgx= M 3 1 ② 过
2 2 2T M
5.(2021届河北邯郸摸底)(9分)随着居民生活水平的提高,纯净水已经进入千家万户,某市对市场上出售的纯净水质量进
行了抽测,结果发现有不少样品的电导率(电导率是电阻率的倒数,是检验纯净水是否合格的一项重要指标)不合格。某
研究性学习小组对某种纯净水样品进行检验,实验步骤如下:
(1)将采集的水样装满绝缘性能良好的圆柱形塑料容器,容器长为L,两端用金属圆片电极密封,用游标卡尺测量圆
柱形容器内径如图甲所示,其示数为d= mm。
(2)用欧姆表“×1 k”挡,粗略测量容器内水样的电阻如图乙所示,则测得的阻值为 Ω。
甲北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
版》
乙
(3)为了准确测量水样的电导率,学习小组准备利用以下器材进行研究。
A.电压表(0~3 V,内阻约为1 kΩ)
B.电压表(0~15 V,内阻约为5 kΩ)
C.电流表(0~1 mA,内阻约为1 Ω)
D.电流表(0~0.6 A,内阻约为10 Ω)
E.滑动变阻器(最大阻值约为100 Ω)
F.蓄电池(电动势约为12 V,内阻约为2 Ω)
G.开关、导线若干
实验要求测量尽可能准确,请你在方框中设计出实验电路图,电路中电压表应选择 ,电流表应选择
。(填器材前面的字母序号)
(4)水样电导率的表达式为σ= 。(用测得的物理量U、I、d、L表示)
4IL
答案 (1)69.95 (2)1.2×104 (3)见解析图 B C (4)
πUd2
6.(2021届湖北部分重点中学联考)(7分)某同学设计了一个测量多用电表内电池电动势E的实验。所用到的器材有:待
测多用电表(表盘中央刻度为“15”),量程为0~60 mA的电流表(内阻未知),电阻箱,导线若干。
(1)在使用多用电表测电阻时,应选择合适的挡位。若该同学所用多用电表的电阻挡有三个挡位,分别是
“×1”“×10”“×100”。当选用“×10”挡粗测一未知电阻的阻值时,操作步骤正确,但发现表头指针偏转角过大,为
了准确地进行测量,该同学将多用电表换到电阻挡的“×1”挡位。如果换挡后,立即用表笔连接待测电阻进行读数,那
么还缺少的必要步骤是 ;
(2)该同学在实验前按图甲所示的电路图连接好电路,实验时已将多用电表调至电阻挡的“×1”挡位。其中a和b
是多用电表的两个表笔,若两电表均正常工作,则可判断表笔b为 表笔(选填“红”或“黑”);
甲
(3)实验过程中,某次将电阻箱的阻值调为12.5 Ω,此时多用电表、电流表的指针位置分别如图乙、丙所示。则可
求得电流表的内阻为 Ω;
乙
丙北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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(4)根据上述过程可求得多用电表内电池的电动势为E= V(结果保留三位有效数字)。
答案 (1)将红、黑表笔短接进行欧姆调零 (2)黑
(3)0.5 (4)1.51
7.(2020辽宁本溪满族自治县月考,12)(9分)某同学欲将一阻值为27 Ω的电阻R与一微安表(量程为0~250 μA)连接而改
装大量程的毫安表,因不知改装后的毫安表的量程,他利用一标准毫安表,根据图甲所示电路对改装后的电表进行检测
(虚线框内是改装后的电表)。
甲
乙
丙
(1)根据图甲和题中所给条件,完成图乙中的实物连接。
(2)闭合开关S,当标准毫安表的示数为6.48 mA时,微安表的指针位置如图丙所示,请回答下列问题:
①图丙中该微安表的示数为 μA。
②可以推测出改装后的毫安表的最大测量值为 (填正确答案标号)。
A.12 mA B.9 mA
C.8 mA D.6 mA
③可以推测出该微安表的内阻为 Ω。
答案 (1)如图所示北京曲一线图书策划有限公司 2022版《5年高考3年模拟 A
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(2)①180(180.0也可) ②B ③945
8.(2020天津期末统考)(10分)为了测定电阻的阻值,实验室提供下列器材:待测电阻R(阻值约100 Ω)、滑动变阻器
R(0~100 Ω)、滑动变阻器R(0~10 Ω)、电阻箱R(0~9 999 Ω)、理想电流表A(量程0~50 mA)、直流电源E(3 V,内阻忽
1 2 0
略)、导线若干、开关若干。
(1)甲同学设计如图(a)所示的电路进行实验。
①请在图(b)中用笔画线代替导线,完成实物电路的连接。
②滑动变阻器应选 (选填字母代号即可)。
③实验操作时,先将滑动变阻器的滑动触头移到最 (选填“左”或“右”)端,再接通开关S;保持S 断开,闭
2
合S,调节滑动变阻器使电流表指针偏转至某一位置,并记下电流I。
1 1
④断开S,保持滑动变阻器阻值不变,调整电阻箱R 阻值在100 Ω左右,再闭合S,调节R 阻值使得电流表读数为
1 0 2 0
时,R 的读数即电阻R的阻值。
0
1
(2)乙同学利用电路(c)进行实验,改变电阻箱R 的值,读出电流表相应的电流I,由测得的数据作出 -R 图线如图(d)
0 I 0
所示,图线纵截距为m,斜率为k,则电阻的阻值为 (用m、k表示)。
(3)若电源内阻是不可忽略的,则上述电路(a)和(c),哪种方案测电阻更好? ,原因是
。
m
答案 (1)①见解析图 ②R ③左 ④I (2) (3)(a) 此方案不受电源内阻的影响
2 1 k