二分类突破实验题

二、分类突破实验题刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器、打点计时器、电流表、电压表、多用电表都是基本仪器,要熟练掌握它们的使用方法、操作过程和读数规则,在高考前要进行系统的实际测量和读数练习,特别是游标卡尺、螺旋测微器、电学实验仪器的读数。此类试题难度不大,要防止在读数的估读、结果的有效数字和单位上出错。(2023·山东聊城三模)我国古人早在战国时期就认识到光沿直线传播,并有小孔成倒像的实验记载。某研究性学习小组受其启发,设计一个实验,利用小孔成像原理估测太阳的密度,如图1所示,准备的器材有:不透光圆筒、不透光的厚纸、透光的薄纸、米尺、毫米刻度尺。实验的主要步骤如下:①圆筒的一端封上不透光的厚纸,另一端封上透光的薄纸;②用米尺测得圆筒的长度L;③用针在厚纸的中心扎一个小孔,用螺旋测微器测得针的直径d(即小孔的直径);④把有小孔的一端对准太阳,在薄纸的另一端可以看到清晰圆形光斑(即太阳的实像),用毫米刻度尺测得光斑的直径D。(1)圆筒的一端与零刻度对齐,则图2测得该圆筒的长度L=cm,图3测得小孔的直径d=mm,图4测得太阳像的直径D=cm。

(2)设地球环绕太阳的周期为T,引力常量为G,θ很小时,tanθ≈sinθ,则估算太阳的平均密度表达式为ρ=(用题中给的字母表示)。

解析:(1)题图2中所测圆筒的长度为L=80.0cm,螺旋测微器的读数为固定刻度与可动刻度之和,所以d=0+50.0×0.01mm=0.500mm,太阳像的直径为D=0.69cm。(2)根据万有引力提供向心力,GMmr2=m设太阳半径为R,根据几何关系,有r=Rsinsinθ≈tanθ=D2L=D2L,ρ=MV所以ρ=24πL答案:(1)80.00.5000.69(2)24π(2023·山东潍坊三模)某实验小组要将一个灵敏电流计G改装为“×10”和“×100”两个倍率挡的简易欧姆表,设计了如图甲所示的电路图。已知灵敏电流计G的内阻为Rg=36Ω、满偏电流Ig=1mA,电源的电动势E=1.5V,内阻r=1Ω。图乙为该多用电表的表盘,欧姆表刻度盘的中值刻度为“15”。不计导线的电阻,请回答下列问题。(1)在正确操作的情况下,图甲中(选填“a”或“b”)表笔应为红表笔。

(2)开关S断开时欧姆表的倍率为(选填“×10”和“×100”);图甲中定值电阻R0的阻值为Ω。

(3)将图甲中的开关S闭合后,进行欧姆调零,当调零完毕时,滑动变阻器接入电路的阻值R=Ω;欧姆调零后用该欧姆表测量某一待测电阻Rx的阻值,稳定后电表指针指示位置如图乙所示,则该待测电阻的阻值Rx=Ω。

解析:(1)在多用电表的使用过程中,我们需要让电流从红表笔流入,黑表笔流出,所以在当欧姆挡使用时,黑表笔接着内部电源正极,b表笔应为红表笔。(2)当开关断开时,电路中的电流小,对应欧姆表内阻较大的状态,对应的是大倍率,故欧姆表倍率为×100。当开关断开时,欧姆表内阻为R内=EI开关闭合时,欧姆表为“×10”倍率,电流表满偏时,内阻为R内′=150Ω,欧姆表的满偏电流为I1=1.此时表头中电流应为满偏电流0.001A,则与之并联的电阻R0的电流应为IR0=I1Ig=0.01A0.001A=0.009A,则并联电阻R0为R0=0.(3)闭合开关时,并联部分电阻为R并=36×436+4滑动变阻器接入电路的阻值R=R内′R并r=145.4Ω,由题图乙可知,该待测电阻的阻值Rx=14×10Ω=140Ω。答案:(1)b(2)×1004(3)145.4140常规实验题主要考查教材中基本实验的实验原理、器材的选择、实验操作、数据处理和误差分析。复习时要从领会实验原理出发,全方位理解和掌握实验器材、实验操作、实验步骤、实验数据的处理、误差分析和电学实验实物图的连接、电路图的设计等,对每一个实验都应做到心中有数。(2023·河北石家庄三模)某同学利用如图甲所示的装置探究气体等温变化的规律,注射器中密封了一定质量的气体。(1)该同学测得封闭气体的压强p和体积V的多组数据,在坐标系中描点作图,作出的图线如图乙所示,由图可知该同学选用的横轴为,图线后半段向上弯曲可能的原因是(多选)。

A.改变气体体积时推拉活塞速度过快B.推拉活塞时,手握住注射器含有气体的部分C.实验中有漏气现象D.环境温度降低(2)该小组改进了实验操作,避免了上述问题,同时为能更准确地测出气体的压强,直接用软管连通注射器和压强传感器,测得多组封闭气体的压强p和体积V的数据后,作出1pV图像如图丙所示,图线不过原点的原因可能是。(写出一条即可)

解析:(1)根据玻意耳定律有pV=C,则有p=C·1V,题图乙中图像的前一部分为过原点的倾斜直线,可知该同学选用的横轴为1V;根据pV=nRT,可知p=nRT题图乙中图线上的点与原点连线的斜率能够间接反映温度的大小,则图线后半段向上弯曲,图线上的点与原点连线的斜率增大,表明气体温度升高了。从左往右看,1V增大,则体积减小,若改变气体体积时推活塞速度过快,外界对气体快速做功,气体温度升高了,图线向上弯曲,A正确;推拉活塞时,手握住注射器含有气体的部分,人的温度高于气体的温度,导致气体温度升高,根据上述,图线向上弯曲,B正确;根据上述有p=nRT1(2)根据题图丙可知,当体积为0时,压强的倒数不为0,表明实际上有一部分气体没有考虑,可知图线不过原点的原因是没有考虑注射器和传感器连接细管中的气体。答案:(1)1V(2)没有考虑注射器和传感器连接细管中的气体(其他答案合理均给分)(2023·河北邯郸三模)某小组用图甲所示的装置做“探究小车质量一定时,加速度与力的关系”的实验。(1)调节定滑轮的高度,使细线与长木板平行。为让细线对小车的拉力等于小车所受的合力,以下最恰当的一项操作是。(填字母)

A.将木板水平放置,使小车在沙桶的牵引下运动,从打出的纸带判断小车是否做匀速运动B.将木板的一端垫起适当高度,不挂沙桶,轻推小车,从打出的纸带判断小车是否做匀速运动C.将木板的一端垫起适当高度,撤去纸带及沙桶,轻推小车,观察判断小车是否做匀速运动(2)在平衡摩擦力后,为使小车所受拉力近似等于沙和沙桶的总重力,应使小车的质量(选填“远大于”“远小于”或“近似等于”)沙和沙桶的总质量。

(3)实验得到的一条纸带如图乙所示(相邻两计数点间还有四个点没有画出)。已知打点计时器用的是频率为50Hz的交变电流,可求得小车加速度的值为m/s2。

(4)若小组中两名同学先后用该装置进行实验,其中一名同学在小车中添加了砝码。两同学各自得到的aF图像分别如图丙中Ⅰ、Ⅱ所示,则在小车中所加砝码质量是小车质量的倍。

解析:(1)小车下滑时受到重力、细线的拉力、支持力和摩擦力,要使拉力等于合力,则应该用重力的下滑分力来平衡摩擦力,可以将长木板的一端垫高,不挂沙桶,轻推小车,从打出的纸带判断小车是否做匀速运动,故选B。(2)设小车的质量为M,沙和沙桶的总质量为m,设绳子上拉力为F,以整体为研究对象,有mg=(m+M)a,解得a=mgM+m。以M为研究对象,绳子的拉力为F=Ma=MmgM+(3)小车的加速度为a=ΔxT2=0.035(4)aF图线的斜率表示质量的倒数,则可知小车的质量为M=ΔFΔa=34kg,小车和所加砝码总质量为M+m0=ΔF'Δa'=54kg,联立解得,所加砝码的质量为m0答案:(1)B(2)远大于(3)0.75(4)2(2023·湖南邵阳三模)某同学在用电流表和电压表测电池的电动势和内阻的实验中,串联了一个2.5Ω的保护电阻R0,实验电路如图甲所示。(1)连好电路后,当该同学闭合开关,发现电流表示数为0,电压表示数不为0。检查各接线柱均未接错,接触良好且未发生短路;他用多用电表的电压挡检查电路,把两表笔分别接a、b,b、c,d、e时,示数均为0,把两表笔接c、d时,示数与电压表示数相同,由此可推断故障是。

(2)按电路原理图甲及用多用电表的电压挡检查电路,把两表笔分别接c、d时的实物电路图在图乙上以画线代替导线补充完整。(3)排除故障后,该同学顺利完成实验,测定下列数据,根据数据在图丙中画出UI图像,由图知电池的电动势为V,内阻为Ω(结果均保留2位小数)。

I/A0.050.100.170.230.30U/V1.401.201.000.800.60解析:(1)把两表笔分别接a、b,b、c,d、e时,示数均为0,把两表笔接c、d时,示数与电压表示数相同,说明此时电压表与电源相连,因此可确定其他部位都是完好的,只能是R断路。(2)根据电路图,先将电压表的正接线柱用导线连接后接在滑动变阻器左下端接线柱上,再将电压表的负接线柱用导线连接后接在开关右端接线柱上,然后将多用电表的红表笔一端与滑动变阻器的左下接线柱连接,黑表笔一端与电流表的正接线柱相连,实物连接图如图a所示。(3)作图时,让尽可能多的点落在图线上,不能落在图线上的点,则需让这些点尽量均匀地分布在图线两侧,点迹一定要用平滑的直线连接,作出的图像如图b所示。图像与纵轴交点的纵坐标表示电源的电动势,由图可知,图像与纵轴交点的纵坐标为1.55,则可知电源的电动势为1.55V;图像斜率的绝对值表示电源的内阻与定值电阻之和,根据图像可得r+R0=1.答案:(1)R断路(2)见解析图a(3)见解析图b1.550.71创新实验往往考查已学过的实验原理和实验方法的创新,考查对教材实验的改进,考查探究性实验。面对高考的灵活多变,考生应该牢记教材中所列的基本仪器的使用方法和基本实验原理,重视实验操作,总结一些重要的物理测量方案。如重力加速度的测量,电阻的测量,动摩擦因数的测量等,同时兼顾教材中出现的重要演示实验,其中涉及的实验思想尤其重要。(2023·河北邢台三模)实验小组采用如图所示的装置进行了弹性碰撞的实验验证。①在木板表面先后钉上白纸和复写纸,并将木板紧贴槽口竖直放置,使小球A从斜槽轨道上某固定点C由静止释放,撞到木板并在白纸上留下痕迹O。②将木板向右平移适当的距离固定,再使小球A从原固定点C由静止释放,撞到木板上留下痕迹。③把半径相同的小球B(质量小于小球A)静止放在斜槽轨道水平段的最右端,让小球A仍从原固定点C由静止释放,与小球B相碰后,两球撞在木板上留下痕迹。④M、P、N三点为球撞到木板上留下的痕迹,用刻度尺测量纸上O点到M、P、N三点的距离分别为y1、y2、y3。已知放小球B之前,小球A落在图中的P点,则小球A和B发生碰撞后,球A的落点是图中的点,球B的落点是图中的点。若两球发生的是弹性碰撞,应满足的表达式为。

解析:小球离开轨道后做平抛运动,设木板与抛出点之间的距离为x,由平抛运动规律得水平方向有x=vt,竖直方向有y=12gt2,解得v=xg2y。放小球B之前,小球A落在题图中的P点,设A的水平初速度为v0,小球A和B发生碰撞后,球A的落点是题图中的N点,设其水平初速度为v1小球碰撞的过程中若动量守恒,则m1v0=m1v1+m2v2,若两球发生的是弹性碰撞,可得12m1v02=12m1v12联立可得v2=v0+v1,即xg2y1=xg则1y1=1y答案:NM1y1=1(2023·湖南邵阳三模)某实验小组利用光滑斜直轨道测当地重力加速度。如图甲所示,长为L的光滑直轨道上安装一个光电门,可以测出小球通过光电门的遮光时间,轨道一端与桌面用铰链连接,另一端固定在铁架台上,小球从轨道顶端无初速度释放,毫米刻度尺从零刻度起测量轨道顶端的高度。(1)测量重力加速度的步骤:①用刻度尺测出直轨道总长L;②用游标卡尺测出小球的直径D,读数如图乙所示,D=mm;

③用刻度尺测出轨道顶端到光电门的固定距离s;④调节轨道顶端在铁架台上的高度h;⑤从导轨顶端无初速度地释放小球,测量小球经过光电门的时间t;⑥多次重复上述步骤④⑤,记录h、t数据组;⑦根据测得的数据,作出了t21h图像如图丙所示,根据图像,求得当地重力加速度g=。(用图中字母及测量的物理量符号表示)

(2)若光电门的遮光位置到轨道平面的高度略大于小球的半径,则会导致重力加速度的测量值(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。

解析:(1)②游标卡尺的读数为主尺读数与游标尺读数之和,所以题图乙中小球的直径为6mm+3×0.1mm=6.3mm。⑦根据匀变速直线运动的规律(Dt)2=2gssinθ,sinθ=hL,解得t2=D2L2gs·1h(2)小球实际遮光长度小于小球直径,所以测得的通过时间小于实际小球通过时间,使得测得的数据在图像中的斜率偏小,所以根据k=bc=D答案:(1)②6.3⑦D2(2023·山东菏泽二模)(1)某实验小组用图甲所示器材精确测量一粗细均匀的电阻丝的电阻,其中部分器材的参数如下:电源:电动势为4V;待测电阻丝:阻值约为6Ω;电压表:量程0～3V,内阻约为3kΩ;量程0～15V,内阻约为15kΩ;电流表:量程0～0.6A,内阻约为0.05Ω;量程0～3A,内阻约为0.01Ω。①图甲中电压表应选的量程,电流表应选的量程。

②要求电阻丝两端的电压调节范围尽量大,在图甲中将测量电阻丝电阻的电路补充完整。(2)若在(1)中测得电阻丝的电阻为6.0Ω,再用刻度尺测量该电阻丝的长度为50.00cm。该实验小组又利用该电阻丝进一步测量一节干电池的电动势和内阻,设计了如图乙所示的电路,其中的电池即为待测电池,定值电阻R0=4Ω。使金属滑片接触电阻丝的不同位置,分别记录电阻丝连入电路的有效长度x及对应的电压表示数U,作出1U1x图像如图丙所示,电压表看成理想电表,则该电池的电动势为V,内阻为解析:(1)①因为电源电动势为4V,所以电压表选0～3V的量程。由欧姆定律可得流过待测电阻的最大电流约为I=URx=②要求电阻丝两端的电压调节范围尽量大,则滑动变阻器应用分压式接入电路,同时待测电阻是小电阻,电流表应采取外接法,实物图连线如图所示。(2