中学生物理实验技能竞赛试题初中组案例.docx
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中学生物理实验技能竞赛试题初中组案例
中学生物理实验技能竞赛试题(初中组)案例
[实验题目]:
伏安法测电阻...1
[实验题目]:
测定小灯泡的功率...7
[实验题目]:
研究黑盒子中电阻的连接方式...12
[实验题目]:
磁电式直流电表的改装...17
[实验题目]:
测量直流稳压电源的电动势和内阻...22
[实验题目]:
分压电路的研究...28
[实验题目]:
测量铜块和石蜡的密度...34
[实验题目]:
测量匀变速直线运动的加速度...39
中学物理实验技能竞赛试题(初中组)
[实验题目]:
伏安法测电阻
[实验器材]:
1.电池组(由1.5伏的两节干电池组成)1个
2.电流表(量程:
1A)1只
3.电压表(量程:
3V)1只
4.滑动变阻器(1000Ω,0.5A)1只
5.单刀开关1个
6.待测电阻1个
7.导线若干
[实验要求]:
用伏安法测量待测电阻的阻值,要求进行多次测量
[注意事项]:
1、每测量一组数据完毕,应将单刀开关断开。
2.按答题纸的要求答题。
中学物理实验技能竞赛试题(初中组)
实验题目:
伏安法测电阻
(答题纸)
一、简述实验原理,画出设计的实验电路图。
(20分)
二、简要写出实验步骤(10分)
三、列表记录测量数据(15分)
四、绘出图,求出待测电阻的阻值(15分)
五、回答思考题(10分)
1.你所设计的实验电路中,滑动变阻器所起的作用是什么?
(5分)
2.在用伏安法测待测电阻Rx的实验中,若电源电压为3伏,Rx的值约为3欧姆。
滑动变阻器有两只(规格分别是“0.2A,50Ω”和“1A,20Ω”),测量时,滑动变阻器应该选择哪一只?
(5分)
参考答案
一、简述实验原理,画出设计的实验电路图。
(20分)
1.根据欧姆定律,可变形得,因而只要用电压表、电流表测出被测电阻两端的电压和通过它的电流,就可以计算出电阻值R。
这种测定电阻的方法叫伏安法。
(10分)
2.(10分)
二、简要写出实验步骤(10分)
1.根据设计的电路图连接电路;
2.将滑动变阻器滑片移到使阻值最大点,检查无误后闭合开关;
3.移动滑动变阻器的滑片,以改变待测电阻两端的电压,测量对应的电流值,测量三次,记录两电表三次对应的读数;
4.断开开关,整理仪器;
5.根据实验数据分别求出三次实验对应的电阻值,并计算出它们的平均值。
三、列表记录测量数据(15分)
测量次数
电压表的读数(V)
电流表的读数(mA)
1
0.40
40
2
1.20
122
3
2.42
250
四、绘出图,求出待测电阻的阻值(15分)
1.绘图(7分)
2.求待测电阻的阻值可采用两种方法(8分)
(1)由图的斜率求出
在曲线上选取两点A(101mA,1.00V),B(153mA,1.50V),则斜率为
所以,待测电阻的阻值约为。
(2)由表格中的测量数据求出,由,得
所以,
五、回答思考题(10分)
1.你所设计的实验电路中,滑动变阻器所起的作用是什么?
(5分)
一是对电路起保护作用(限制电流过大);二是改变被测电阻两端的电压和通过的电阻的电流(可以获得多组数据,求平均值)。
2.在用伏安法测待测电阻Rx的实验中,若电源电压为3伏,Rx的值约为3欧姆。
滑动变阻器有两只(规格分别是“0.2A,50Ω”和“1A,20Ω”),测量时,滑动变阻器应该选择哪一只,为什么?
(5分)
应该选择规格是“1A,20Ω”的滑动变阻器;因为当滑动变阻器的阻值无限小的时候,电路中的电流约为3伏/3欧=1安,如果选择规格是“0.2A,50Ω”的滑动变阻器,它将被烧毁。
中学物理实验技能竞赛试题(初中组)
[实验题目]:
测定小灯泡的功率
[实验器材]:
1.直流稳压电源(量程:
10V)1个
2.电压表(量程:
3V、15V两档)1只
3.电流表(量程:
0.6A、3A两档)1只
4.滑动变阻器(10Ω,1.5A)1只
5.滑动变阻器(20Ω,1A)1只
6.单刀开关1个
7.待测小灯泡(2.5V,0.3A)1个
8.导线若干
[实验要求]:
设计测量电路图,测定小灯泡的额定功率
[注意事项]:
1.按答题纸的要求答题;
2.电源电压最大不得超过6V;
3.注意保护小灯泡,谨防烧毁。
中学物理实验技能竞赛试题(初中组)
实验题目:
测定小灯泡的功率
(答题纸)
一、画出设计的测量电路图,写出实验原理。
(20分)
二、说明电压表和电流表量程以及滑动变阻器规格选择的理由。
(10分)
三、调节电源电压为6V,若电流表的示数达到小灯泡的额定电流值时小灯泡正常发光,计算小灯泡的额定功率和此时的实际功率。
(20分)
四、思考题(20分)
1.在本实验中,某同学连接电路完毕后发现开关没有闭合时小灯泡已发光,而电压表和电流表的示数情况正常,开关闭合后小灯泡反而熄灭,电压表的示数减小为零,电流表的示数变大,但没有超过量程,造成这种现象的原因是什么?
画出相应的电路图。
(10分)
2.在本实验中,某同学连接电路完毕并闭合开关,当调节滑动变阻器的滑片时,发现小灯泡变亮时电压表的示数减小,小灯泡变暗时电压表的示数增大(器材是完好的),造成这种现象的原因是什么?
画出相应的电路图。
(10分)
参考答案
一、画出设计的测量电路图,写出实验原理。
(20分)
1.测量电路图(15分)
2.测定小灯泡功率的实验原理:
伏安法测定小灯泡功率的原理是利用电压表测电压,利用电流表测电流,利用公式P=UI计算功率,在额定电压下测出的功率就是额定功率。
(5分)
二、说明电压表和电流表量程以及滑动变阻器规格选择的理由。
(10分)
1.因为待测小灯泡的额定电压和额定电流分别为2.5V、0.3A,所以电压表量程选择3V这一档,电流表量程选择0.6A这一档。
2.答:
若电源电压为6V,当滑动变阻器的滑片调节到阻值最大的一端时,两种滑动变阻器的最大电阻值为10Ω和20Ω,电路对应的最小电流值为别为:
(1)
(2),由于小灯泡的额定电流值为0.3A,为保护小灯泡不受烧毁,应选择“20Ω,1A”这种规格的滑动变阻器。
三、调节电源电压为6V,若电流表的示数达到小灯泡的额定电流值时小灯泡正常发光,计算小灯泡的额定功率和此时的实际功率。
(20分)
1.额定功率:
2.实际功率:
小灯泡的额定电流值为0.30A,调节滑动变阻器使电流表的示数达到0.3A时,电压表的示数为2.00V,所以实际功率为
四、思考题(30分)
1.在本实验中,某同学连接电路完毕后发现开关没有闭合时小灯泡已发光,而电压表和电流表的示数情况正常,开关闭合后小灯泡反而熄灭,电压表的示数减小为零,电流表的示数变大,但没有超过量程,造成这种现象的原因是什么?
画出相应的电路图。
(10分)
(1)原因:
该同学将开关错接在小灯泡两端。
(2)电路图
2.在本实验中,某同学连接电路完毕并闭合开关,当调节滑动变阻器的滑片时,发现小灯泡变亮时电压表的示数减小,小灯泡变暗时电压表的示数增大(器材是完好的),造成这种现象的原因是什么?
画出相应的电路图。
(10分)
(1)原因:
该同学将电压表错接在滑动变阻器的两端。
(2)电路图
中学物理实验技能竞赛试题(初中组)
[实验题目]:
研究黑盒子中电阻的连接方式
[实验器材]:
1.直流稳压电源(量程:
10V)1个
2.电流表(量程:
0.6A、3A两档)1只
3.单刀开关1个
4.导线若干
[实验要求]:
画出黑盒子中电阻的连接方式
[注意事项]:
1.按答题纸的要求答题;
2.电源电压连续可调。
中学物理实验技能竞赛试题(初中组)
实验题目:
研究黑盒子中电阻的连接方式
(答题纸)
一、如果黑盒子内有两个相同的电阻组成的简单电路。
A、B、C表示从盒内电路引出的三个接线柱,已查明任意两个接线柱之间都有一定的电阻,画出盒内可能存在的三种电路。
(20分)
二、为进一步探究盒内电路结构和电阻值,请使用提供的实验器材检测电路,写出检测过程与现象,并画出黑盒子内电阻正确的连接方式。
(20分)
三、若给你一根导线,要求进一步验证你的推断,你还可以利用试探电路进行哪些测量?
写出可能的测量结果。
(20分)
四、思考题(10分)
下图是一只直流电压表,量程有3V和15V两档,假如把它当成黑盒子,请画出直流电压表内部电路图,并标出元件的主要参数。
参考答案
一、如果黑盒子内有两个相同的电阻组成的简单电路。
A、B、C表示从盒内电路引出的三个接线柱,已查明任意两个接线柱之间都有一定的电阻,画出盒内可能存在的三种电路。
(20分)
二、为进一步探究盒内电路结构和电阻值,请使用提供的实验器材检测电路,写出检测过程与现象,并画出黑盒子内电阻正确的连接方式。
(20分)
图一 图二
假如黑盒子中电阻连接方式如上图一,那么,将直流稳压电源调节到6V,与电流表、单刀开关串联接成图二的测量电路。
(1)将A、B分别接到图二的1、2端,记录电流表的示数;
(2)将A、C分别接到图二的1、2端,记录电流表的示数;
(3)将B、C分别接到图二的1、2端,记录电流表的示数。
由可判断出黑盒子中的电阻连接方式及阻值。
三、若给你一根导线,要求进一步验证你的推断,你还可以利用试探电路进行哪些测量?
写出可能的测量结果。
(20分)
可将导线将A、B、C三个接线柱任意两端短接,再用图二的测量电路测量第三端与短接端的电流,即可判断电阻的连接方式及阻值。
四、思考题(10分)
1.下图是一只直流电压表,量程有3V和15V两档,假如把它当成黑盒子,请画出直流电压表内部电路图,并标出元件的主要参数。
(1)量程为时,由,可求得
(2)量程为时,由,可求得
中学物理实验技能竞赛试题(初中组)
[实验题目]:
磁电式直流电表的改装
[实验器材]:
1.待改装的磁电式电表的表头(量程:
50μA)1只、
2.电阻箱(0~99999.9Ω)1只
3.电阻箱(0~9999.9)1只
4.滑动变阻器(1000Ω,0.5A)1个
5.标准直流电压表(量程:
3V)1只
6.直流稳压电源(量程:
10V)1台
7.单刀开关2个
[实验要求]:
将量程为50μA的表头改装为量程为2V的直流电压表
[注意事项]:
1、直流稳压电源电动势可调范围约为1.5V?
10V。
2.按答题纸的要求答题。
中学物理实验技能竞赛试题(初中组)
实验题目:
磁电式直流电表的改装
(答题纸)
一、用半偏法测量表头的内阻。
(20分)
1、画出实验电路图(10分)
2、写出实验步骤,记录表头内阻的测量值(10分)
二、将量程为50μA的表头改装为量程为2V的直流电压表(45分)
1、实验原理(15分)
2、画出校准直流电压表的实验电路(10分)
3、数据记录及处理(10分)
4、对改装后的电表进行校准,画出校准曲线(10分)
三、思考题(5分)
校正电压表时,如果发现改装表的读数相对于标准表的读数都偏低,其原因是什么?
应如何调节才能达到标准表的数值?
参考答案
一、用半偏法测量表头的内阻。
(20分)
1、画出实验电路图(10分)
2、写出实验步骤,记录表头内阻的测量值(10分)
(1)先断开天关K2,将电阻箱R2(0~99999.9Ω)阻值调至最大,并调节滑动变阻器触头到a端;
(2)接通开关K1,调节滑动变阻器触头使表头满偏;
(3)再接通开关K2,使电阻箱R0(0~9999.9Ω)与表头并联,并调节电阻箱的阻值,直到表头示值为满量程的1/2,因为R2>>Rg,故可认为R0≈Rg;
(4)记录表头内阻的测量值Rg。
(该表头的内阻约为2650Ω,在范围为2500~2800Ω均给分)
二、将量程为50μA的表头改装为量程为2V的直流电压表(45分)
1、实验原理(15分)
(1)原理图(7分)
(2)公式推导(8分)
由上图可知,,所以
将代入上式,可得(此值随表头内阻的测量值而改变)
2、画出校准直流电压表的实验电路(10分)
3、数据记录及处理(10分)
U(改装)(V)
0
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
1.60
1.80
2.00
U(标准)(V)
0
0.19
0.39
0.59
0.79
0.99
1.20
1.40
1.60
1.80
2.00
ΔU=
U(标准)-U(改装)(V)
0
-0.01
-0.01
-0.01
-0.01
-0.01
0
0
0
0
0
4、对改装后的电表进行校准,在计算纸上画出校准曲线(10分)
三、思考题(5分)
校正电压表时,如果发现改装表的读数相对于标准表的读数都偏低,其原因是什么?
应如何调节才能达到标准表的数值?
答:
这是因为串联分压的电阻阻值与理论值相比偏大,导致该支路的电流减小,因而改装表的读数相对于标准表的读数都偏低。
应将串联分压的电阻阻值调小。
中学物理实验技能竞赛试题
[实验题目]:
测量直流稳压电源的电动势和内阻
[实验器材]:
1.直流稳压电源(量程:
10V连续可调)1个
2.电压表(量程:
3V)1只
3.电流表(量程:
0.5A)1只
4.滑动变阻器(50Ω,1.5A)1只
5.电阻箱(0-99999.9Ω)一个
6.单刀开关1个
7.定值电阻(2.40Ω)1个
8.导线若干
[实验要求]:
设计测量电路图,利用作图法求出电源的电动势和内阻
[注意事项]:
1.按答题纸的要求答题;
2.直流稳压电源电压已调节好,考生不得另行调节,仅需从正负极输出端接线即可;
3.定值电阻(2.40Ω)可用于辅助测量;
4.测量数据不得少于6组。
中学物理实验技能竞赛试题
实验题目:
测量直流稳压电源的电动势和内阻
(答题纸)
一、画出设计的测量电路图。
(15分)
二、说明电路图的测量原理。
(10分)
三、列表记录测量数据(10分)
四、利用作图法求出直流稳压电源的电动势和内阻(20分)
五、分析实验结果产生误差的原因。
(5分)
六、思考题(10分)
1.本实验中,滑动变阻器采用何种接法?
其作用是什么?
(5分)
2.本实验中,除了你采用的测量方法外,还有哪些测量方法?
(5分)
参考答案
一、画出设计的测量电路图。
(15分)
二、说明电路图的测量原理。
(10分)
答:
采用伏安法进行测量,在闭合电路中,根据全电路欧姆定律,有
(1)
其中表示电源的电动势,表示电路的路端电压,表示闭合电路中的电流,表示电源的内阻。
由
(1)式可变为
(2)
改变电路的外电阻,测出一系列的和值,绘出图象。
图象在轴上的截距即为电源的电动势,直线的斜率即为内阻的负值。
由于直流稳压电源的内阻较小,约为0.3Ω,在改变外电阻时路端电压变化不明显,为了测量方便,将定值电阻与电源正极串联,此时可将
(3)
视为电源新的内阻,待测量出结果后,再由求出。
三、列表记录测量数据(10分)
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
1.10
0.310
0.276
0.238
0.203
0.164
0.130
0.095
0.060
四、利用作图法求出直流稳压电源的电动势和内阻(20分)
1.电源电动势:
由上图可知,图象是一条直线,在轴上的截距为,即电源的电动势;
2.电源的内阻:
在直线上任取两点,,则直线的斜率的绝对值为:
,故
五、分析实验结果产生误差的原因。
(5分)
1.电压表、电流表的读数不准确;
2.滑动变阻器的阻值变化不连续,导致引起调节电压或电流的精度不高,易引起读数误差;
3.电压表、电流表的系统误差;
4.定值电阻有误差;
5.由作图法描点不准确引起误差。
六、思考题(10分)
1.本实验中,滑动变阻器采用何种接法?
其作用是什么?
滑动变阻器采用限流接法,其作用是改变外阻值以改变电路中的电流。
2.本实验中,除了你采用的测量方法外,还有哪些测量方法?
答:
除了采用伏安法外,还有
(1)安阻法:
由
(1)式可变为,或,改变电路的外电阻,测出一系列的和值,作出-图象。
图象在轴上的截距即为电源的内阻,直线的斜率即电源的电动势。
用安培表和电阻箱。
(2)伏阻法:
(1)式可变为,或,改变电路的外电阻,测出一系列的值,作出图象。
图象在轴上的截距的倒数即为电源电动势,直线的斜率与截距的倒数乘积即为电源的内阻。
用伏特表和电阻箱。
中学物理实验技能竞赛试题
[实验题目]:
分压电路的研究
[实验仪器]:
电压表1只、滑线变阻器(300Ω)、电阻箱RX、直流电源(E=2.0V)、单刀开关1个、导线若干根。
[实验要求]:
1.画出分压电路图。
2.测量并画出负载电阻RL=3000Ω和RL=30Ω时的分压电路特性曲线图(即分压电路中Y与β和K(X)的关系图)。
3.按答题纸要求答题。
[提 示]:
分压比Y为负载电路上的电压UL与电源电压E之比,即Y=UL/E;β为负载电阻与变阻器全电阻之比,即β=RL/RO;K(X)为滑线变阻器上的电阻比,即K(X)=RAC/RAB=RX/RO,X为从滑线变阻器的接头C到接线端A的几何长度与全长AB的比值。
中学物理实验技能竞赛试题
实验题目:
分压电路的研究
(答题纸)
一、画出分压电路图。
(10分)
二、测量负载电阻RL=3000Ω和RL=30Ω时的Y、K(X)。
(30分)
1、RL=3000Ω,β=RL/RO=3000/300=10时
次数
测量量
1
2
3
4
5
Y=UL/E
K(X)=RX/RO
2、RL=30Ω,β=RL/RO=30/300=0.1时
次数
测量量
1
2
3
4
5
Y=UL/E
K(X)=RX/RO
三、在同一坐标上画出负载电阻RL=3000Ω和RL=30Ω时的分压电路特性曲线图(即分压电路中Y与K(X)的关系图)。
(20分)请把曲线图画在提供的坐标纸上,并写上实验编号,贴在答题纸上。
四、对实验结果进行理论分析。
(10分)
参考答案
一、画出分压电路图(10分)
二、测量负载电阻RL=3000Ω和RL=30Ω时的Y、K(X)。
(30分)
1、RL=3000Ω,β=RL/RO=3000/300=10时
次数
测量量
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Y=UL/E
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
K(X)=RX/RO
0.14
0.25
0.34
0.43
0.54
0.63
0.72
0.80
0.91
2、RL=30Ω,β=RL/RO=30/300=0.1时
次数
测量量
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Y=UL/E
0.05
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
K(X)=RX/RO
0.11
0.35
0.64
0.78
0.84
0.90
0.93
0.95
三、在同一坐标上画出负载电阻RL=3000Ω和RL=30Ω时的分压电路特性曲线图(即分压电路中Y与K(X)的关系图)。
(20分)请把曲线图画在提供的坐标纸上,并写上实验编号,贴在答题纸上。
关系图见第3页
四、对实验结果进行理论分析。
(10分)
1、当β=10时,图线是直线,电压UL在0-E整个区间内均匀变化,这时滑线变阻器阻值RO小于负载电阻RL。
理论分析:
从分压电路可知
当时,
(1)
有
(2)
从
(1)、
(2)两式可知,当取时,在整个调节范围内负载电阻上电压UL随滑线变阻器上的分压电阻RAC成线性变化,而且调节的粗细程度处处相同,即均匀调节。
2、从实验结果看,当β=0.1时,图线是非线性的,在K(X)较小时曲线较平坦,UL增长缓慢,可以进行精细调节,在K(X)较大时,曲线较陡,UL变化大,难以调节。
理论分析:
当时, (3)
有 (4)
从(3)、(4)两式可知,整个调节范围内负载电表上的电压UL是非线性变化的。
它不仅与滑线变阻器上的改变量有关,还与负载电阻上的电压UL有关。
由此可见,RO越小,分压越均匀,但对一定的RL和E,RO越小,流经变阻器的电流越大,即电源消耗的功率越大,显然不经济,因此在选择变阻器时,需权衡考虑。
中学物理实验技能竞赛试题(初中组)
[实验题目]:
测量铜块和石蜡的密度
[实验器材]:
1.物理天平(含砝码))1架
2.烧杯1个
3.细线
4.铜块1块
5.石蜡1段
6.蒸馏水(密度为0=1克/厘米3)
[实验要求]:
1、写出测量公式和测量方法。
2、测出铜块的密度。
3、测出石蜡的密度。
4、每个物理量测三次,列表记录测量数据,求出实验结果。
[说 明]:
1、细线的质量不计。
2、实验操作、实验报告共50分钟。
中学物理实验技能竞赛试题(初中组)
(答题纸)
一、简述实验原理:
二、简述实验步骤:
三、数据记录及处理:
参考答案
一、简述实验原理:
根据阿基米德定律:
浸在液体中的物体要受到向上的浮力,浮力的大小等于它排开的同体积液体的重力。
如果不计空气浮力,物体在空气中时重,全部浸人水中时重,其所受浮力为,应等于同体积水的重力,由此可得,所以:
(1)
其中、分别为在空气和水中用天平测量的质量。
若甲物体的密度大于水的密度,乙物体的密度小于水的密度,乙物体在空气中受到的重力,测出甲、乙两物体用细线捆在一起浸没在水中的视重(如图所示)。
设 ,则
(3)
(4)
则:
,
(5)
二、简述实验步骤:
1、测量铜块的密度
(1)用天平测铜块在空气的质量。
(2)用细线将铜块吊起,用天平测铜块在水中的质量。
(3)由
(1)式算出铜块密度
2、测量石蜡的密度
(1)用天平测石蜡在空气中的质量。
(2)用天平测出铜块和石蜡两物体用细线捆在一起浸人水中时质量。
(3)由(5)式算出石蜡密度
三、数据记录及处理:
表一:
测量铜块的密度数据记录
次数
1
2
3
平均值
(g)
(g)
表二:
测量石蜡的密度数据记录
次数
1
2
3
平均值
(g)
(g)
铜块的密度:
=8.93g/cm3
石蜡的密度:
=0.77g/cm3
中学物理实验技能竞赛试题(初中组)
[实验题目]:
测量匀变速直线运动的加速度
[实验器材]:
1.打点计时器(频率50HZ)1
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