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备战实验
备战2013高考物理实验专题突破
一、测量仪器的读数
各种测量仪器最终的读数都要以有效数字的形式给出,每个有效数字的最后一位数字为估读数字,此数字和误差所在位置一致.为此,读数时要知道所用测量仪器的精确度,知道哪些仪器不需要估读,哪些仪器需要估读,及估读到的位数.
1.不需要估读的仪器
(1)游标卡尺:
由于游标卡尺是相差读数,游标尺上每一小格与主尺上每一小格的差值即为精确度,所以游标卡尺不需要估读.
(2)机械秒表:
因为机械秒表采用齿轮转动,指针不会停留在两小格之间,所以不能估读出比0.1s更短的时间,即机械秒表不需要估读.
(3)欧姆表:
由于欧姆表的刻度不均匀,只作为粗测电阻用,所以欧姆表不需要估读.
(4)电阻箱:
能直接读出接入电阻大小的变阻器,但它不能连续变化,不能读出比最小分度小的数值,所以电阻箱不需要估读.
2.需要估读的仪器
在常用的测量仪器中,刻度尺、螺旋测微器、电流表、电压表、天平、弹簧秤等读数时都需要估读.
估读的一般原则:
(1)最小刻度是1(包括0.1、0.01)的仪器要估读到最小刻度的下一位,即采用1/10估读,如刻度尺、螺旋测微器、安培表0~3A挡、电压表0~3V挡等.
(2)最小刻度是2(包括0.2、0.02)的仪器,误差出现在本位上,采用半刻度(1/2刻度)估读,读数时靠近某一刻度读此刻度值,靠近刻度中间读一半,即所谓的指针“靠边读边,靠中间读一半”,如电流表量程0.6A,最小刻度为0.02A,误差出现在0.01A位,不能读到下一位.
(3)最小刻度是5(包括0.5、0.05)的仪器,误差出现在本位上,采用1/5估读,如电压表0~15V挡,最小刻度是0.5V,误差出现在0.1V位,不能读到下一位.
1.游标卡尺
读数:
(主尺读数x+游标尺对齐格数×精确度)mm.
1.
(1)若以mm为长度的单位,则用下列几种测量工具测量物体长度时,分别可准确读到小数点后第几位?
直尺;十分度的游标卡尺;螺旋测微器。
(2)中学实验中,用单摆测重力加速度的实验时,摆球的直径和摆线长大约是多少?
摆球直径;摆线长。
2.在一些实验中需要较准确地测量物体转过的角度,为此人们在这样的仪器上设计了一个可转动的圆盘,在圆盘的边缘标有刻度(称为主尺),圆盘外侧有一个固定不动的圆弧(称为游标尺).如图所示(图中画出了圆盘的一部分和游标尺).圆盘上刻有对应的圆心角,游标尺上把与主尺9°对应的圆心角等分为10格.试根据图中所示的情况读出此时游标上的零刻度与圆盘的零刻线之间所夹的角度为________.
3.Ⅰ用多用电表进行了几次测量,指针分别处于a、b的位置。
若多用电表的选择开关处于下面表格中所指的档位,a和b的相应读数是多少?
直流电流100mA,读数___________、___________
直流电压2.5V,读数____________、____________
二、力学实验
(一)探究弹力和弹簧伸长的关系
4.在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中关于操作步骤先后顺序,下列说法正确的是A.先测量原长,后竖直悬挂
B.先竖直悬挂,后测量原长
C.先后顺序对实验结果无影响
D.先后顺序对实验结果的影响程度取决于弹簧的自重
5.在研究弹簧的形变与外力的关系的实验中,将弹簧水平放置测出其自然长度,然后竖直悬挂让其自然下垂,在其下端竖直向下施加外力F,实验过程是在弹簧的弹性限度内进行的.用记录的外力F与弹簧的形变量x作出的F-x图线如图所示,由图可知弹簧的劲度系数为.图线不过原点的原因是由于。
(二)验证平行四边形定则
6.在“验证力的平行四边形定则”实验中,需要两次拉伸橡皮条:
一条是通过细绳用两个弹簧互成角度地拉橡皮条,另一次是用一个弹簧秤通过细绳拉橡皮条,在这两次拉伸中( )A.只要求将橡皮条拉到相同的长度
B.要求将橡皮条沿相同的方
向拉到相同的长度
C.将弹簧秤拉到相同的刻度
D.将橡皮条和细绳的结点拉到相同的位置
7.在“验证力的平行四边形定则”的实验中,下列哪些方法可减小实验误差( )
A.使用弹簧秤拉橡皮条时不应超过其量程,且使用前要校准零点
B.实验中,先将其中一个弹簧秤沿某一方向拉到最大量程,然后只需调节另一个弹簧秤拉力的大小和方向,把橡皮条另
一端拉到O点
C.实验中,把橡皮条的另一端拉到O点时,两个弹簧秤之间夹角应取90°以便于算出合力大小
D.拉橡皮条的细线要长些,标记两条细线方向要尽可能远些
8.某同学在家中尝试验证平行四边形定则,他找到三条相同的橡皮筋(遵循胡克定律)和若干小重物,以及刻度尺、三角板、铅笔、细绳、白纸、钉子,设计了如下实验:
将两条橡皮筋的一端分别挂在墙上的两个钉子A、B上,另一端与第三条橡皮筋连接,结点为O,将第三条橡皮筋的另一端通过细绳挂一重物.
(1)为完成该实验,下列操作中必需的是________.
a.测量细绳的长度
b.测量橡皮筋的原长
c.测量悬挂重物后橡皮筋的长度
d.记录悬挂重物后结点O的位置
(2)钉子位置固定,欲利用现有器材,改变条件再次验证,要采用的方法是________.
(三)验证机械能守恒定律
9.在用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中,质量m
=1.00㎏的重物自由下落,打点计时器在纸带上打出一系列点.如图所示为选取的一条符合实验要求的纸带,O为第一个点,A、B、C为从合适位置开始选取的三个连续点(其他点未画出).已知打点计时器每隔0.02s打一次点,当地的重力加速度g=9.80m/s2.那么:
(1)纸带的端(选填“左”或“右’)与重物相连;
(2)根据图上所得的数据,应取图中O点和点来验证机械能守恒定律;
(3)从O点到所取点,重物重力势能
减少量
=J,动能增加量
=J;(结果取3位有效数字)
(4)实验的结论是。
10.如图所示,将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,利用此装置可以测定重力加速度.
①所需器材有打点计时器(带导线)、纸带、复写纸、带铁夹的铁架台和带夹子的重物,此外还需__________(填字母代号)中的器材.
A.直流电源、天平及砝码
B.直流电源、毫米刻度尺
C.交流电源、天平及砝码
D.交流电源、毫米刻度尺
②通过作图象的方法可以剔除偶然误差较大的数据,提高实验的准确程度.为使图线的斜率等于重力加速度,除作v-t图象外,还可作__________图象,其纵轴表示的是__________,横轴表示的是__________
.
11.如图所示的装置可用来验证机械能守恒定律.摆锤A拴在长L的轻绳一端,另一端固定在O点,在A上放一个小铁片,现将摆锤拉起,使绳偏离竖直方向成θ角时静止开始释放摆锤,当其到达最低位置时,受到竖直挡板P阻挡而停止运动,之后铁片将飞离摆锤而做平抛运动.
(1)为了验证摆锤在运动中机械能守恒,必须求出摆锤在最低点的速度.为了求出这一速度,实验中还应该测得的物理量是______________________.
(2)根据测得的物理量表示摆锤在最低点的速度v=________.
(3)根据已知的和测量的物理量,写出摆锤在运动中机械能守恒的关系式为______
12.某同学利用透明直尺和光电计时器来验证机械能守恒定律,实验的简易示意图如图所示,当有不透光物体从光电门间通过时,光电计时器就可以显示物体的挡光时间.所用的XDS—007光电门传感器可测的最短时间为0.01ms.将挡光效果好、宽度为d=3.8×10-3m的黑色磁带贴在透明直尺上,从一定高度由静止释放,并使其竖直通过光电门.某同学测得各段黑色磁带通过光电门的时间Δti与图中所示的高度差Δhi并对部分数据进行处理,结果如下表所示.(取g=9.8m/s2,注:
表格中M为直尺质量)
Δti(10-3s)
vi=
(m·s-1)
ΔEki=
Mv
-
Mv
Δhi(m)
MgΔhi
1
1.21
3.14
2
1.15
3.30
0.52M
0.06
0.58M
3
1.00
3.78
2.29M
0.23
2.25M
4
0
.95
4.00
3.17M
0.32
3.14M
5
0.90
0.41
(1)从表格中数据可知,直尺上磁带通过光电门的瞬时速度是利用vi=
求出的,请你简要分析该同学这样做的理由是________.
(2)请将表格中数据填写完整.
(3)通过实验得出的结论是________________.
(4)根据该实验请你判断下列ΔEk—Δh图象中正确的是( )
(四)研究匀变速直线运动、探究加速度和力的关系(即验证牛顿第二定律)、探究动能定理
13.在做“研究匀变速直线运动”的实验时,某同学得到一条用打点计时器打下的纸带如图所示,并在其上取A、B、C、D、E、F、G等7个计数点,每相邻两个计数点间还有4个点,图中没有画出,打点计时器接周期为T=0.02s的交流电源.他经过测量并计算得到打点计时器在打B、C、D、E、F各点时物体的瞬时速度如下表:
(1)计算
的公式为
=;
(2)根据
(1)中得到的数据,以A点对应的时刻为t=0,作出v-t图象,并求物体的加速度a=m/s2;
(3)如果当时电网中交变电流的频率是f=51Hz,而做实验的同学并不知道,那么加速度的测量值与实际值相比(选填:
偏大、偏小或不变).
14.(09·上海物理·17)(6分)如图为“用DIS(位移传感器、数据采集器、计算机)研究加速度和力的关系”的实验装置。
(1)在该实验中必须采用控制变量法,应保持___________不变,用钩码所受的重力作为___________,用DIS测小车的加速度。
(2)改变所挂钩码的数量,多次重复测量。
在某次实验中根据测得的多组数据可画出a-F关系图线(如图所示)。
①分析此图线的OA段可得出的实验结论是_________________________________。
②(单选题)此图线的AB段明显偏离直线,造成此误差的主要原因是
A.小车与轨道之间存在摩擦B.导轨保持了水平状态
C.所挂钩码的总质量太大D.所用小车的质量太大
解析:
(1)因为要探索“加速度和力的关系”所以应保持小车的总质量不变,钩码所受的重力作为小车所受外力;
(2)由于OA段a-F关系为一倾斜的直线,所以在质量不变的条件下,加速度与外力成正比;由实验原理:
得
,而实际上
,可见AB段明显偏离直线是由于没有满足M>>m造成的。
15.为了测量两张纸之间的动摩擦因数,某同学设计了一个实验:
如图所示,在木块A和板B上贴上待测的纸,B木板水平固定,砂桶通过细线与木块A相连,调节砂桶中砂的多少,使木块A匀速向左运动.测出砂桶和砂的总质量m,以及贴纸木块A的质量M,则两纸间的动摩擦因数
.
(1)该同学为什么要把纸贴在木块A和木板B上,而不直接测量两张纸间的滑动摩擦力?
(2)在实际操作中,发现要保证木块A做匀速运动较困难,请你对这个实验作一改进来克服这一困难.
①你设计的改进方案是;
②根据你的方案,结果动摩擦因数
的表达式是;
③根据你的方案要添加的器材有。
16.(08年宁夏卷)物理小组在一次探究活动中测量滑块与木板之间的动摩擦因数。
实验装置如图,一表面粗糙的木板固定在水平桌面上,一端装有定滑轮;木板上有一滑块,其一端与电磁打点计时器的纸带相连,另一端通过跨过定滑轮的细线与托盘连接。
打点计时器使用的交流电源的频率为50Hz。
开始实验时,在托盘中放入适量砝码,滑块开始做匀加速运动,在纸带上打出一系列小点。
(1)上图给出的是实验中获取的一条纸带的一部分:
0、1、2、3、4、5、6、7是计数点,每相邻两计数点间还有4个打点(图中未标出),计数点间的距离如图所示。
根据图中数据计算的加速度a=(保留三位有效数字)。
(2)回答下列两个问题:
①为测量动摩擦因数,下列物理量中还应测量的有。
(填入所选物理量前的字母)A.木板的长度lB.木板的质量m1
C.滑块的质量m2D.托盘和砝码的总质量m3
E.滑块运动的时间t
②测量①中所选定的物理量时需要的实验器材是。
(3)滑块与木板间的动摩擦因数
=(用被测物理量的字母表示,重力加速度为g).与真实值相比,测量的动摩擦因数(填“偏大”或“偏小”)。
写出支持你的看法的一个论据:
。
(五)用单摆测定重力加速度
17.某同学利用单摆测重力加速度的实验中,测出多组摆长L与周期T的数据,根据实验数据,作出了T2—L的关系图象如图所示.
(1)该同学实验中出现的错误可能是______________________.
(2)虽然实验中出现了错误,但根据图中仍可算出重力加速度,其值为________m/s2.(取π=3.14,结果保留三位有效数字)
18.在“用单摆测定重力加速度”的实验中:
(1)摆动时偏角满足的条件是,为了减小测量周期的误差,计时开始时,摆球应是经过最(填“高”或“低’)的点的位置,且用停表测量单摆完成多次全振动所用的时间,求出周期.图甲中停
表示数为一单摆振动50次所需时间
,则单摆振动周期为。
(2)用最小刻度为1mm的刻度尺测摆长,测量情况如图乙所示.O为悬挂点,从图乙中可知单摆的摆长为m。
(3)若用L表示摆长,T表示周期,那么重力加速度的表达式为g=。
(4)考虑到单摆振动时空气浮力的影响后,学生甲说:
“因为空气浮力与摆球重力方向相反,它对球的作用相当于重力加速度变小,因此振动周期变大.”学生乙说:
“浮力对摆球的影响好像用一个轻一些的摆球做实验,因此振动周期不变”,这两个学生中。
A.甲的说法正确B.乙的说法正确C.两学生的说法都是错误的
三、电学实验
(一)测金属的电阻率
19.有一根圆台状匀质合金棒如图甲所示,某同学猜测其电阻的大小与该合金棒
的电阻率ρ、长度L和两底面直径d、D有关.他进行了如下实验:
(1)用游标卡尺测量合金棒的两底面直径d、D和长度L.图乙中游标卡尺(游标尺上有20个等分刻度)的读数L=__________cm.
(2)测量该合金棒电阻的实物电路如图丙所示(相关器材的参数已在图中标出),该合金棒的电阻约为几个欧姆.图中有一处连接不当的导线是__________.(用标注在导线旁的数字表示)
(3)改正电路后,通过实验测得合金棒的电阻R=6.72Ω.根据电阻定律计算电阻率为ρ、长为L、直径分别为d和D的圆柱状合金棒的电阻分别为Rd=13.3Ω、RD=3.38Ω.他发现:
在误差允许范围内,电阻R满足R2=Rd·RD,由此推断该圆台状合金棒的电阻R=__________.(用ρ、L、d、D表示)
20.(10分)某研究性学习小组设计了如图甲所示的电路,用来研究稀盐水溶液的电阻率与浓度的关系.图甲中E为直流电源,K为开关,K1单刀双掷开关,V为电压表,A为多量程电流表,R为滑动变阻器,Rx为待测稀盐水溶液液柱.
①实验时,闭合K之前应将R的滑片P置于________(填“C”或“D”)端;当用电流表外接法测量Rx的阻值时,K1应置于位置________(填“1”或“2”).
②在一定条件下,用电流表内、外接法得到Rx的电阻率随浓度变化的两条曲线如图乙所示(不计由于通电导致的化学变化).实验中Rx的通电面积为20cm2,长度为20cm,用内接法测得Rx的阻值是3500Ω,则其电阻率为________Ω·m,由图乙中对应曲线________(填“1”或“2”)可得此时溶液浓度约为________%(结果保留2位有效数字).
21.某学习小组为探究导电溶液的电阻在体积相同时,电阻值与长度的关系.选取了一根乳胶管,里面灌满了盐水,两端用粗铜丝塞住管口,形成一段封闭的盐水柱.进行了如下实验:
(1)在用多用电表粗测盐水电阻时,该小组首先选用“×100”欧姆挡,其阻值如图5中指针a所示,为了减小多用电表的读数误差,多用电表的选择开关应换用________欧姆挡;
(2)改换选择开关后,应先进行__________,若测得阻值如
图中指针b所示,则盐水的阻值大约是____________Ω;
(3)现采用伏安法测盐水柱的电阻,有如下实验器材:
A.直流电源:
电动势12V,内阻很小,额定电流为1A
B.电流表A:
量程0~10mA,内阻约10Ω;
C.电压表V:
量程0~15V,内阻约15kΩ;
D.滑动变阻器R:
最大阻值10kΩ;
F.开关、导线等
该小组已经完成部分导线的连接,请你在实物接线图6中完成余下导线的连接.
(4)握住乳胶管的两端把它均匀拉长,多次实验测得盐水柱长度L、电阻R的数据如下表:
实验次数
1
2
3
4
5
6
7
长度L(cm)
20.0
25.0
30.0
35.0
40.0
45.0
50.0
电阻R(kΩ)
1.3
2.1
3.0
4.1
5.3
6.7
8.4
为了研究盐水柱的电阻R与长度L的关系,该小组用纵坐标表示电阻R,作出了如图所示的图线,你认为横坐标表示的物理量是________.
(二)描绘小灯泡的伏安特性曲线、测量电源电动势和内阻
22.
(1)在描绘小灯泡伏安特性曲线的实验中
,为减小实验误差,方便调节,请在如图所示的四个电路图和给定的三个滑动变阻器中选取适当的电路和器材,并将它们的编号填在横线上.
应选取的电路是,滑动变阻器应选取。
E总阻值I5Ω,最大允许电流2A的滑动变阻器
F.总阻值200Ω,最大允许电流2A的滑动变阻器
G.总阻值1000Ω,最大允许电流1A
的滑动变阻器
(2)由实验得到小灯泡的伏安特性曲线如图中b线,将该小灯泡与一干电池组成闭合电路,该电池两极的电压随电路中电流的变化关系图线如图中a线,则小灯泡与电池连接后的实际功率为W
;若再将一阻值为0.75Ω的电阻串联在电路中,则小灯泡的实际功率为
W
23.一个标有“12V”字样,功率未知的灯泡,测得灯丝电阻R随灯泡两端电压变化的关系图线如图所示,利用这条图线计算:
(1)在正常发光情况下,灯泡的电功率P=W.
(2)假设灯丝电阻与其绝对温度成正比,室温有300K,在正常发光情况下,灯丝的温度为K.
(3)若一定值电阻与灯泡串联,接在20V的电
压上,灯泡能正常发光,则串联电阻的阻值为Ω.
24、太阳能是一种清洁、“绿色”能源。
在我国上海举办的2010年世博会上,大量利用了太阳能电池。
太阳能电池在有光照时,可以将光能转化为电能,在没有光照时,可以视为一个电学器件。
某实验小组根据测绘小灯泡伏安特性曲线的实验方法,探究一个太阳能电池在没有光照时(没有储存电能)的I-U特性。
所用的器材包括:
太阳能电池,电源E,电流表A,电压表V,滑动变阻器R,开关S及导线若干。
(1)为了达到上述目的,请将图1连成一个完整的实验电路图。
(2)该实验小组根据实验得到的数据,描点绘出了如图2的I-U图象。
由图可知,当电压小于2.00V时,太阳能电池的电阻________(填“很大”或“很小”);当电压为2.80V时,太阳能电池的电阻约为________Ω。
25.2010年世博会在上海举行,本次世博会大量采用低碳环保技术,太阳能电池用作照明电源是其中的亮点之一.硅光电池是太阳能电池的一种,某同学为了测
定某种硅光电池的电动势和内电阻,设计了如图4甲所示的电路,图中与A1串联的定值电阻的阻值为R0,电流表视为理想电表,在一定强度的光照下进行下述实验:
(1)闭合开关,调节滑动变阻器,读出电流表A1、A2的值I1、I2.为了作出此电池的U-I曲线,需要计算出电路的路端电压U,则U=________(用题中所给字母表示);
(2)根据测量数据作出该硅光电池的U-I图象如图乙所示,该电池的电动势E=________V,在流过电流表A2的电流小于200mA的情况下,此电池的内阻r=________Ω.
(3)若将该硅光电池两端接上阻值为6Ω的电阻,此时对应的电池内阻r=________Ω.(计算结果保留两位有效数字)
26.某同学用一个定值电阻R、两个开关、一个电压表和若干导线连成一个测量电源内阻的实验电路,如图所示,已知电压表的内阻远大于电源的内电阻,其量程大于电源电动势,表盘上刻度清晰,但数字不清,电源内阻约为几欧.
(1)在方框内画出实验电路图.
(2)实验中始终闭合开关S1,当开关S2处于断开和闭合两种状态时,电压表指针偏转格数分别为n1、n2,则计算电源内阻的表达式是r=。
【经典例题解析电阻的测量提高篇】
1.“伏伏”法
“伏伏”法是利用两块电压表测电阻的一种方法,这一方法的创新思维是运用电压表测电流(或算电流),此方法适用于电流表不能用或没有电流表等情形。
设计电路时不仅要考虑电压表的量程,还要考虑滑动变阻器分压与限流的连接方式。
1.1利用“伏伏”法测电压表的内阻
[例1]为了测量量程为3V的电压表V的内阻(内阻约2000Ω),实验室可以提供的器材有:
电流表A1,量程为0.6A,内阻约0.1Ω;
电压表V2,量程为5V,内阻约3500Ω;
变阻箱R1阻值范围为0--9999Ω;
变阻箱R2阻值范围为0—99.9Ω;
滑动变阻器R3,最大阻值约为100Ω,额定电流1.5A;
电源E,电动势6V,内阻约0.5Ω;
单刀单掷开关K,导线若干。
(1)请从上述器材中选择必要的器材,设计一个测量电压表V的内阻的实验电路,画出电路原理图(图中的元件要用题中相应的英文字母标注),要求测量尽量准确。
(2)写出计算电压表V的内阻RV的计算公式为RV=。
1.2利用“伏伏”法测定值电阻的阻值
[例2]用以下器材测量电阻Rx的阻值(900—1000Ω):
电源E,有一定内阻,电动势约为9.0V;
电压表V1,量程为1.5V,内阻r1=750Ω;
电压表V2,量程为5V,内阻r2=2500Ω;
滑线变阻器R,最大阻值约为100Ω;
单刀单掷开关K,导线若干。
(1)测量中要求电压表的读数不小于其量程的1/3,试画出测量电阻Rx的一种实验电路原理图(原理图中的元件要用题中相应的英文字母标注)。
(2)若电压表V1的读数为U1,电压表V2的读数为U2,则由已知量和测得量表示Rx的公式为Rx=。
2.“安安”法
“安安”法是利用两块电流表测电阻的一种方法,这一方法的创新思维是运用电流表测电压(或算电压),此方法适用于电压表不能用或没有电压表等情形。
设计电路时除考虑电流表的量程外,还要考虑滑动变阻器分压与限流的连接方式。
2.1利用“安安”法测电流表的内阻
[例3]从下列器材中选出适当的实验器材,设计一个电路来测量电流表A1的内阻r1,要求方法简捷,有尽可能高的精确度,并测量多组数据。
器材(代号)与规格如下:
电流表A1,量程10mA,内阻待测(约40Ω);
电流表A2,量程500μA,内阻r2=750Ω;
电压表V,量程10V,内阻r2=10kΩ
电阻R1,阻值约为100Ω;
滑动变阻器R2,总阻值约50Ω;
电池E,电动势1.5V,内阻很小;
电键K,导线若干。
(1)画出实验电路图:
标明所用器材的代号。
(2)若选取测量中的一组数据来计算r1,则所
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