微专题25新增电学和热学实验

微专题25新增电学和热学实验【知识规律整合】实验名称实验装置实验过程实验考点观察电容器的充、放电现象①安装：按实验装置图连接好电路②观察：开关S接1或2，仔细观察电压表、电流表示数的变化特点①考现象：充、放电时电路中的电流情况②考图像：描绘I－t曲线③考计算：由I－t曲线下的面积求电荷量探究影响感应电流方向的因素①安装：按装置连接电路②操作：观察线圈绕向、电流方向③记录：实验现象④分析：感应电流磁场方向①考连线：正确连接电路②考现象：分析指针偏转方向③考分析：分析多种实验电路及实验现象④考运用：结论的运用探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系①估计：被测电压的大致范围②选择：交流电压挡适当量程③组装：把两个线圈穿在可拆变压器铁芯上，闭合铁芯④测量：输入、输出电压①考操作：改变电压、线圈匝数前均要先断开开关②考注意：电压不能超过12V，不能用手接触裸露部件③考选挡：先用最大量程挡试测，再选用适当量程测量用油膜法估测油酸分子的大小①稀释油酸：配制一定浓度的油酸酒精溶液②油膜面积：放坐标纸，数格子，得油膜面积③算油酸分子的直径：由d＝eq\f(V,S)得油酸分子直径①考油酸分子直径：利用公式d＝eq\f(V,S)求直径②考误差：计算结果明显偏大或偏小的原因探究等温情况下，一定质量的气体压强与体积的关系①涂抹：减小摩擦、防止漏气，保证气体质量不变②缓慢：缓慢改变气体体积③记录：6～8组数据④作图：绘制p－eq\f(1,V)图像，通过实验结果，分析得出结论①考装置：竖直②考操作：抹润滑油、装橡胶套③考读数：读取气柱长④结论：如何得出结论题型一观察电容器的充、放电现象【例1】(2022·江苏盐城月考)某同学利用如图1所示电路观察电容器的充、放电现象，电流传感器与计算机相连，可以显示出电流I随时间t变化的图像。图1(1)为使电源向电容器充电，应将开关S与________(选填“1”或“2”)端相连。(2)在充电过程中，测绘的充电电流I随时间t变化的图像可能是图中的________。(3)图2甲为传感器中电容器放电时的电流I随时间t的图像，图中每一小方格面积相同。根据图像估算电容器在t0～2t0时间内，释放电荷量的表达式为__________(用I0、t0表示)。图2(4)图乙中实线是实验得到的放电时的I－t图像，如果不改变电路的其他参数，只减小变阻箱R的阻值，则得到的I－t图线是图乙中的________(选填“①”“②”或“③”)，理由是_____________________________________________________。答案(1)1(2)A(3)2I0t0或eq\f(7,4)I0t0(4)②电容器释放的总电荷量不变，平均电流变大，放电时间变短解析(1)为使电源向电容器充电，电容器应与电源连接，故应将开关S与“1”端相连。(2)充电过程中电容器C两端电压逐渐增大，充电电流I随时间t应逐渐减小至零，故电流I随时间t变化的图像可能是A。(3)根据图像的含义，因Q＝ItI－t图线与t轴所围成的面积表示电容器放出的电荷量；根据横轴与纵轴的数据可知，一个格子面积表示的电荷量为eq\f(1,4)I0t0，由大于半格算一个，小于半格舍去，因此图像所包含的格子个数为8个或7个，所以释放的电荷量是q＝2I0t0或eq\f(7,4)I0t0。(4)应该是②，理由是：电容器释放的总电荷量不变，平均电流变大，放电时间变短。题型二探究影响感应电流方向的因素【例2】晓年同学用图3甲所示的实验装置“研究电磁感应现象”。闭合开关瞬间，发现灵敏电流计的指针向左偏转了一下。图3(1)闭合开关稳定后，将滑动变阻器的滑片向右滑动的过程中，灵敏电流计的指针______(选填“向左偏转”“向右偏转”或“不偏转”)。(2)如图乙所示，R为热敏电阻，其阻值随着周围环境温度的升高而减小。轻质金属环A用轻绳悬挂，与长直螺线管共轴(A线圈平面与螺线管线圈平面平行)，并位于螺线管左侧。当周围环境温度急剧降低时，从左向右看，金属环A中电流方向为________(选填“顺时针”或“逆时针”)，金属环A将________(选填“向左”或“向右”)运动。答案(1)向左偏转(2)顺时针向右解析根据题意可知，穿过线圈B的磁通量增大时，灵敏电流计的指针向左偏转。(1)闭合开关稳定后，将滑动变阻器的滑片向右滑动的过程中，接入电路的滑动变阻器的阻值减小，回路电流增大，穿过线圈B的磁通量增大，灵敏电流计的指针向左偏转。(2)根据安培定则，螺线管内部磁场方向向右，金属环中的磁场方向向右，当周围环境温度急剧降低时，热敏电阻的阻值增大，回路电流减小，穿过金属环的磁通量减小，根据增反减同，感应电流的磁场方向向右，根据安培定则，从左向右看，金属环A中电流方向为顺时针。金属环A和螺线管中都是顺时针方向的电流，同向电流相互吸引，金属环将向右运动。题型三探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系【例3】在“探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，利用如图4所示的可拆变压器，能方便地探究原、副线圈两端的电压比与匝数比的关系。图4(1)为实现探究目的，保持原线圈输入的电压一定，通过改变原、副线圈匝数，测量副线圈两端的电压。这个探究过程采用的科学探究方法是________。A．控制变量法 B．等效替代法C．演绎法 D．理想实验法(2)某次实验中得到实验数据如下表所示，表中n1、n2分别为原、副线圈的匝数，U1、U2分别为原、副线圈两端的电压，通过实验数据分析，你的结论是____________________________________________________________________________________________________________________________________________。实验次数n1/匝n2/匝U1/VU2/V1140040012.13.42280040012.05.95320010011.95.92(3)原、副线圈两端的电压之比是否等于它们的匝数之比呢？发现上述实验数据没有严格遵从这样的规律，分析下列可能的原因，你认为正确的是________。A．原、副线圈两端的电压不同步B．变压器线圈中有电流通过时会发热C．铁芯在交变磁场的作用下会发热D．原线圈中电流产生的磁场能在向副线圈转移过程中有损失答案(1)A(2)在误差允许的范围内，原、副线圈两端的电压比与匝数比相等，即eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)(3)BCD解析(1)当一个物理量与多个物理量相关时，应采用控制变量法，探究该物理量与某一个量的关系，如本实验中，保持原线圈输入的电压U1一定，探究副线圈输出的电压U2与和匝数n1、n2的关系，故A正确。(2)通过分析表中数据可得结论，在误差允许的范围内，原、副线圈两端的电压比与匝数比相等，即eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)。一定要注意是在误差允许的范围内，而不是严格相等关系。(3)变压器并非理想变压器，能量损失主要来源于三个方面，分别是B、C、D项中的绕制线圈的铜导线发热损耗(俗称铜损)、铁芯中的涡流发热损耗(俗称铁损)、铁芯对磁场的约束不严密损耗(俗称磁损)，故B、C、D正确。题型四用油膜法估测油酸分子的大小【例4】在“用油膜法估测分子直径”的实验中，某同学操作如下：①取1.0mL油酸配成250mL油酸酒精溶液；②用滴管吸取1.0mL油酸酒精溶液逐滴滴入量筒，全部滴完共滴了20滴；③在边长约10cm的正方形浅盘内注入适量的水，将痱子粉均匀地撒在水面上，用滴管滴入一滴溶液；④待油膜形状稳定后，将绘有方格的玻璃板放在浅盘上，绘出油酸膜的轮廓(如图5所示)，每个方格的边长为1.0cm。图5(1)该实验中一滴油酸酒精溶液含______mL油酸；(2)由上述数据估算得到油酸分子直径的数量级约为________m；(3)若该同学在计算油酸膜面积时，对不完整的方格均不计数，由此估算得到的油酸分子直径数量级将________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)；(4)已知油酸分子的直径约为8×10－10m，该同学实验结果产生偏差的可能原因是：______________________________________________________________________，理由是：_____________________________________________________________。答案(1)2×10－4(2)10－8(3)不变(4)见解析解析(1)该实验中一滴油酸酒精溶液含纯油酸eq\f(1,250)×eq\f(1,20)mL＝2×10－4mL。(2)油膜的面积约为S＝55×12×10－4m2＝5.5×10－3m2则分子直径d＝eq\f(V,S)＝eq\f(2×10－4×10－6,5.5×10－3)m＝3.6×10－8m则油酸分子直径的数量级约为10－8m。(3)若该同学在计算油酸膜面积时，对不完整的方格均不计数，则算得的油膜的面积偏小，则由此估算得到的油酸分子直径偏大，但是数量级不变。(4)已知油酸分子的直径约为8×10－10m，该同学实验结果产生偏差的可能原因是：油酸分子没有充分展开，形成的并不是单分子油膜层，理由是：2×10－10m3的油酸若形成紧密排列的单分子膜时，膜面积约为0.25m2，远大于浅盘内的水面面积，说明实际上油膜不可能仅是一层油酸分子构成的。题型五探究等温情况下一定质量的气体压强与体积的关系【例5】如图6为“用DIS研究温度不变时，一定质量的气体压强与体积关系”的实验装置。图6(1)实验装置中与注射器直接相连的传感器叫做________传感器。封闭气体的体积从________读出。(2)实验时为了保持封闭气体的温度不变，要________(选填“快速”或“缓慢”)推拉注射器柱塞。若在推动柱塞时不小心引起气体的温度逐渐升高，则实验结果的p－V图线可能为(图中实线是实验所得的图线，虚线是气体温度保持不变时的一条双曲线)________。(3)注意到连接注射器与传感器的软管体积，若这部分体积不可忽略，实验操作时满足规范要求，则当推动柱塞注射器内的气体体积V不断减小时，pV乘积将作怎样的变化？___________________________________________________________。答案(1)压强注射器上的刻度(2)缓慢B(3)pV乘积不断减小解析(1)研究温度不变时，一定质量的气体压强与体积关系，需要测量气体的压强和体积，所以实验装置中与注射器直接相连的传感器为压强传感器，气体的体积可以由注射器上的刻度读出。(2)实验时为了保持封闭气体的温度不变，要缓慢的推拉注射器柱塞，使得注射器内气体有充分的时间与外界进行热交换，保持与外界温度相同。若在推动柱塞时不小心引起气体的温度逐渐升高，则随着压强逐渐增大，pV的乘积逐渐增大，所以实验结果的p－V图线可能为B。(3)考虑到连接注射器与传感器的软管体积，则当推动柱塞注射器内的气体体积V不断减小时，由于压强增大，一部分气体逐渐进入软管，使得注射器内气体的pV乘积不断减小。1．(2019·北京卷，23)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。图7(1)请在图7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Ep＝________。(2)在如图8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9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；__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(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答案(1)u－q图线如解析图所示Ep＝eq\f(1,2)CU2(2)a.Rb．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(1)u－q图线如图所示电压为U时，电容器所带电荷量为Q，图线和横轴围成的面积表示所储存的电能EpEp＝eq\f(1,2)QU，又Q＝CU故Ep＝eq\f(1,2)CU2。(2)a.由图像知，电容器充完电后，①②两次电荷量相等，说明两次电源电动势相等，Q＝CU＝CE。故①②两条曲线不同不是E的改变造成的，只能是R的改变造成的。b．刚开始充电瞬间，电容器两端的电压为零，电路的瞬时电流为I＝eq\f(E,R)，故减小电阻R，刚开始充电瞬间电流I大，曲线上该点切线斜率大，即为曲线①。这样能在较短时间内，使电荷量达到最大，故可以实现对电容器快速充电。增大电阻R，刚开始充电瞬间电流I小，即为曲线②，该曲线接近线性，可以实现均匀充电。(3)接(2)中电源时，由于忽略电源E的内阻，故电源两端电压不变。通过电源的电流I＝eq\f(E－U,R)，随着电容器两端电压U不断变大，通过电源的电流减小。“恒流源”是指电源输出的电流恒定不变。接“恒流源”时，随着电容器两端电压的增大，“恒流源”两端电压增大。2．(2017·浙江卷)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________。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na＝60匝和nb＝120匝的变压器，实验测量数据如下表U1/V1.802.803.804.90U2/V4.006.018.029.98根据测量数据可判断连接电源的线圈是________(填na或nb)。答案ACEnb解析变压器的工作基础是互感现象。是原线圈磁场的变化引起副线圈感应电流的变化，如果原线圈中通的是直流电，则副线圈中不会有感应电流产生。题意为探究变压器原、副线圈两端的电压和匝数的关系。需要测量电压，需要一个测电压的仪器，需要的器材有A、有闭合铁芯的原、副线圈；C交流电源；E多用电表交流电压挡，故A、C、E正确。根据题意，电压比与匝数比不相等。可知该变压器为非理想变压器，考虑到变压器有漏磁、铁芯发热、导线发热等影晌，判断出U2为原线圈两端电压大小，则判断出接电源的线圈是nb。3．[2019·全国Ⅲ卷，33(1)]用油膜法估算分子大小的实验中，首先需将纯油酸稀释成一定浓度的油酸酒精溶液，稀释的目的是___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。实验中为了测量出一滴已知浓度的油酸酒精溶液中纯油酸的体积，可以___________________________________________________________________________________________________________________________________________。为得到油酸分子的直径，还需测量的物理量是___________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案使油酸在浅盘的水面上容易形成单分子层油膜把油酸酒精溶液一滴一滴地滴入小量筒中，测出1mL油酸酒精溶液的滴数，得到一滴溶液中纯油酸的体积油膜稳定后的表面积S解析用油膜法估测分子直径时，需使油酸在水面上形成单分子层油膜，为使油酸尽可能地散开，将油酸用酒精稀释。根据V＝Sd，要求得分子的直径d，则需要测出油膜面积，以及一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积，这样需要测出一滴油酸酒精溶液的体积，其方法可用累积法，即1mL油酸酒精溶液的滴数。1．(2022·江苏盐城月考)利用DIS电流传感器可以测量电容器的电容。让充电后的电容器通过大电阻R放电，电流传感器A与计算机连接，记录放电电流I随时间t变化的图像，图像与坐标轴围成的面积，数值上等于电容器的带电荷量Q(可用DIS系统软件计算)，Q与充电电压U的比值即为电容器的电容C。图1(1)图1中甲、乙两图为放电法测量电容的两种电路原理图，开关S先与1端相连，充电结束后，读出电压表的示数。然后把开关掷向2端，记录I－t图像，测量出电容器的带电荷量Q。在甲、乙两图中，实验系统误差较大的是________(选填“甲”或“乙”)，原因是____________对实验的影响，使电容测量值________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。(2)DIS系统软件记录的放电电流I随时间t变化的图像可能是________。(3)某同学选择了正确的实验电路图，经过实验操作获得了多组数据，如下表所示123456U/V10.813.716.820.023.827.0Q/×10－4C0.921.201.221.702.082.41请根据以上数据，在图2中作出Q－U图像，由图像可得该电容器的电容是________μF(结果保留2位有效数字)。图2(4)该同学通过滑动变阻器来改变电容器的充电电压，请结合上述电路原理图，在下面的方框内作出能改变电容器充电电压的电路原理图。(5)该同学在完成电容的测量实验后，把一多用表的选择开关调到欧姆挡，正确调零后把红、黑表笔同时与电容器的两极接触，请你描述接触后多用表指针的偏转情况________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)乙电压表分流偏小(2)C(3)见解析图8.9(8.6～9.0均可)(4)见解析图(5)见解析解析(1)在甲、乙两图中，实验系统误差较大的是乙，原因是电容器放电时电压表有分流对实验的影响，使电流传感器记录的电容器放电荷量值偏小，则电容测量值偏小。(2)电容器放电时，放电电流逐渐减小，且逐渐变慢，则DIS系统软件记录的放电电流I随时间t变化的图像可能是C。(3)作出Q－U图像如图；根据C＝eq\f(Q,U)可知C＝eq\f(ΔQ,ΔU)＝eq\f(2.50×10－4,28)F＝8.9μF。(4)能改变电容器充电电压的电路原理图如图(5)两表笔与电容器接触后，电容器先有较大的放电电流，然后逐渐减小，则多用表指针的偏转情况是：多用表指针先快速大角度偏转，后逐渐回到原位置。2．某实验小组使用如图3所示的器材探究“电磁感应现象”中影响感应电流方向的因素。(1)在图中用实线代替导线完成实验电路连接。图3(2)连接好电路后，闭合开关，发现灵敏电流计G的指针向左偏了一下。保持开关闭合，依次进行以下操作：将铁芯迅速插入线圈A时，灵敏电流计指针将向__________(选填“左”或“右”)偏；然后将滑动变阻器连入电路中的阻值调大，灵敏电流计指针将向______(选填“左”或“右”)偏；几分钟后断开开关，灵敏电流计指针将向________(选填“左”或“右”)偏。(3)实验中如果将电池换成低压交流电源，线圈A插入线圈B中，滑动变阻器滑片位置不变，闭合开关时灵敏电流计G________。A．指针始终处于刻度盘中央B．指针不停的左右摇摆C．指针偏转到某一位置，并保持不动D．在调节滑动变阻器的滑片位置时，示数无变化答案(1)见解析(2)左右右(3)B解析(1)如图(2)由题意知闭合开关，穿过线圈的磁通量增大时，发现灵敏电流计的指针向左偏了一下；将铁芯迅速插入线圈A时，穿过线圈的磁通量增大，灵敏电流计的指针将向左偏。将滑动变阻器连入电路中的阻值调大，回路电流减小，穿过线圈的磁通量将减小，灵敏电流计的指针将向右偏；几分钟后断开开关，穿过线圈的磁通量减小，灵敏电流计的指针将向右偏。(3)如果将电池换成低压交流电源，线圈A插入线圈B中，滑动变阻器滑片位置不变，穿过线圈的磁通量一会增大一会减小，指针将不停的左右摇摆，故B正确，A、C、D错误。3．某实验小组在做“用油膜法估测分子大小”的实验时，用注射器将一滴油酸酒精溶液滴入盛水的浅盘里，把玻璃板放在浅盘上并描画出油酸膜的轮廓。(1)该小组进行下列实验操作，请将它们按操作先后排序：________(用字母符号表示)。(2)某同学在做该实验时，计算结果明显偏大，其原因可能是________。A．计算油膜面积时，所有不足一格的方格全部按满格计数B．用注射器测得1mL溶液有N滴时数成了N－1滴C．痱子粉末太薄使油酸边界不清，导致油膜面积测量值偏大D．未等痱子粉末完全散开，就在玻璃片上描绘了油膜轮廓(3)在本实验中，做了几点理想化假设，请写出任意两条______________________________________________________________________。答案(1)CDBA(2)BD(3)油酸分子视为球形；油酸分子是一个挨一个紧密排列的；油膜看成是单分子层排列的(任选两条即可)解析(1)先把痱子粉均匀撒到水面上，再用注射器取一定的溶液，然后滴到水中一滴，再盖上玻璃板，待液面稳定，用笔在玻璃上描出油酸的轮廓，把坐标纸铺在玻璃上，故顺序为CDBA。(2)计算油膜面积时，所有不足一格的方格全部按满格计数，根据D＝eq\f(V,S)计算出的结果偏小，故A错误；用注射器测得1mL溶液有N滴时数成了N－1滴，每滴溶液的体积计算结果偏大，根据D＝eq\f(V,S)可得直径计算结果偏大，故B正确；痱子粉末越薄，油膜轮廓越准确，油膜面积测量值越准，故C错误；未等痱子粉末完全散开，就在玻璃片上描绘了油膜轮廓，测得的面积偏小，所以计算结果偏大，故D正确。(3)在本实验中，是把油酸分子看成球形，并且认为油酸分子是一个挨一个紧密排列的，并且认为油酸是单分子层排列的。4．请回答下列有关DIS实验“用DIS研究在温度不变时，一定质量的气体压强与体积的关系”的问题。(1)如图4所示，用一个带有刻度的注射器及DIS实验系统来探究气体压强与体积的关系。实验中气体的质量保持不变，气体的体积V直接读出，气体的压强p是由图中________传感器测量得到的。图4(2)完成本实验的基本要求是________。A．在等温条件下操作B．封闭气体的容器密封良好C．必须弄清所封闭气体的质量D．气体的压强和体积必须用国际单位(3)甲同学在做本实验时，缓慢推动柱塞，使注射器内空气柱体积减小，且pV(×105Pa·mL)数值越来越小，造成这一现象的原因可能是________。A．实验时注射器柱塞与筒壁间的摩擦力不断增大B．实验时环境温度增大了C．实验时外界大气压强发生了变化D．实验时注射器内的空气向外发生了泄漏(4)乙同学实验数据用图像处理，但如图5所示的V－eq\f(1,p)图线不过原点，则造成这一原因的可能是________________________________________________________。图5答案(1)压强(2)AB或BA(3)D(4)见解析解析(1)气体的压强p是由图中压强传感器测量得到的。(2)玻意耳定律成立的前提条件是等温且气体质量一定，气体质量的具体值不需要测量，单位可以不用国际单位，故A、B正确，C、D错误。(3)实验时注射器柱塞与筒壁间的摩擦力不断增大，不会影响气体压强与体积，故A错误；实验时环境温度增大了，根据理想气体状态方程eq\f(pV,T)＝C，可知pV变大了，故B错误；封闭气体压强与外界大气压无关，故C错误；实验时注射器的空气向外发生了泄漏，根据理想气体状态方程eq\f(pV,T)＝C，可知常数C与质量有关，变小，则pV乘积减小，故D正确。(4)图线与横坐标轴的交点表示气体体积为0时，压强不为0，这种情况是不存在的。说明试管内的体积小于实际封闭气体的体积。结合实验器材可知，图线不过原点是由于注射器与压强传感器连接部位存在气体导致的。5．在“探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系”实验中(1)为了确保实验的安全，下列做法正确的是________；A．为了人身安全，只能使用低压直流电源，所用电压不要超过12VB．连接好电路后，可不经检查电路是否正确，直接接通电源C．因为使用电压较低，通电时可用手直接接触裸露的导线、接线柱