河北省鸡泽县第一中学人教版高中物理二轮复习1月4日物理培优

高中物理实验培优2017年1月4日参考答案与试题解析1．（2017•江苏模拟）如图1所示，某学生小组借用“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置，进行“探究合外力做功和动能变化的关系”的实验：（1）实验明使小车在砝码和托盘的牵引下运动，以此定量探究细绳拉力做功与小车动能变化的关系．①实验准备了打点计时器及配套的电源、导线、复写纸及图1所示的器材．若要完成该实验，必需的实验器材还有．②为达到平衡摩擦力的目的，取下细绳和托盘，通过调节垫片的位置，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．③实验开始时，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．这样做的目的是（填字母代号）．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（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0.1s的相邻计数点A、B、C、D、E、F、G．实验时测得小车的质量为M=200g，小车所受细绳的拉力为F=0.2N．各计数点到O的距离为s，对应时刻小车的瞬时速度为v，小车所受拉力做的功为W，小车动能的变化为△Ek．请计算前补填表中空格（结果保留小数点后四位）．计数点s/mv/（m•s﹣1）v2/（m2•s﹣2）W/J△Ek/JA0.15500.55600.30910.03100.0309B0.21600.65550.42970.04320.0430C0.28610.75500.57000.05720.0570D0.36700.85700.73440.07340.0734E0.45750.95250.9073F0.55751.0511.1050.11150.1105G0.66771.1501.3230.13350.1323分析上述数据可知：在实验误差允许的范围内．（3）这个小组在之前的一次实验中分析发现拉力做功总是要比小车动能增量明显大一些．这一情况可能是下列个些原因造成的（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．平衡摩擦力时长木板倾斜程度不够D．平衡摩擦力时长木板倾斜程度过大（4）实验小组进一步讨论认为可以通过绘制v2﹣s图线来分析实验数据．请根据表中各计数点的实验数据在图3中标出对应的坐标点，并画出v2﹣s图线．分析△v2﹣s图线为一条通过原点的直线，直线的斜率如果在实验误差允许的范围内等于理论值，也可以得出相同的结论．这种方案中直线斜率表达式为k=（用题目中相关物理量字母表示）．【分析】根据该实验的实验原理、要求和减少误差的角度分析，平衡摩擦力作用后，进行实验过程中需要用刻度尺测量纸带上点的距离，用天平测出小车的质量，需要改变砝码的质量来代替小车的拉力．根据W=Fs求出砂桶及砂的总重力做功，根据匀变速直线运动的平均速度等于中点时刻的瞬时速度求初末位置的速度，即可得到动能的变化量，从而写出探究结果表达式，根据此表达式分析所需要的测量仪器．【解答】解：（1）①根据本实验的实验原理是合外力所做的功等于动能的变化量，通过研究纸带来研究小车的速度，利用天平测量小车的质量，利用砝码的重力代替小车的合外力，所以需要刻度尺来测量纸带上点的距离和用天平测得小车的质量，即还需要刻度尺，天平（带砝码）．故答案为：刻度尺；天平（带砝码）②为达到平衡摩擦力的目的，取下细绳和托盘，通过调节垫片的位置，改变长木板倾斜程度，根据打出的纸带判断小车是否做匀速直线运动；③、实验过程中，为减少误差，提高实验的精确度，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，目的是消除摩擦带来的误差，即平衡摩擦力后，使细绳的拉力等于小车的合力，故ABC错误，D正确．故选：D．（2）W=mgs=0.2×0.4595=0.0915J，△Ek=×0.2×0.9073=0.0907J，分析上述数据可知：在实验误差允许的范围内细绳拉力做的功等于小车动能的变化．（3）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，从功能关系看出：该实验一定有转化为内能的，即试验中有存在摩擦力没有被平衡掉；还有该实验要求，只有当小车的质量远大于砝码的质量时，小车的拉力才近似等于砝码的重力，故ABD错误，C正确．故选：C．（4）根据表中各计数点的实验数据在图中标出对应的坐标点，并画出v2﹣s图线：分析△v2﹣s图线为一条通过原点的直线，直线的斜率如果在实验误差允许的范围内等于理论值，也可以得出相同的结论．这种方案中直线斜率表达式为k=．故答案为：（1）①刻度尺；天平（带砝码）；②匀速直线运动；③D；（2）0.0915；0.0907；细绳拉力做的功等于小车动能的变化；（3）C；（4）如图；．【点评】该题全面考查探究“合外力做功与物体动能变化的关系”实验的原理，步骤，注意事项和数据的分析．这就要求我们队该实验由全面的掌握．题目的难度适中．明确实验原理往往是解决实验问题的关键，该实验的一些操作和要求与探究力、加速度、质量之间关系的实验类似可以类比学习．2．（2017秋•铜官山区校级月考）如图所示为改装的探究圆周运动中心向心加速度的实验装置．有机玻璃支架上固定一个直流电动机，电动机转轴上固定一个半径为r的塑料圆盘，圆盘中心正下方用细线连接一个重锤，圆盘边缘连接一细绳，细绳另一端连接一个小球．实验操作如下：a．利用天平测量小球的质量m，记录当地的重力加速度g的大小；b．闭合电源开关，让小球做如图所示的匀速圆周运动．调节激光笔2的高度和激光笔1的位置，让激光笔恰好照射到小球的中心，用刻度尺测量小球运动的半径R和球心到塑料圆盘的高度h；c．当小球第一次到达A点时开始计时，记录小球n次到达A点的时间t；d．切断电源，整理器材．请回答下列问题：（1）下列说法正确的是A．小球运动的周期B．小球运动的线速度大小C．小球运动的向心力大小为D．若电动机的转速增加，激光笔1、2应分别左移、右移（2）若测出R=40.00cm、r=4.00cm、h=90.00cm，t=100.00s，n=51，π取3.14，则小球做圆周运动的周期T=s，记录当地重力加速度大小应为g=m/s2．（计算结果保留3位有效数字）【分析】（1）小球做匀速圆周运动，根据线速度的定义求解线速度大小，根据向心力公式求解向心力大小；（2）结合几何关系求解细线与竖直方向的夹角；小球受重力和拉力，合力提供向心力，根据牛顿第二定律列式后联立求解．【解答】解：（1）A、从球第1次到第n次通过A位置，转动圈数为n﹣1，时间为t，故周期为：T=，故A错误；B、小球的线速度大小为：v==，故B正确；C、小球受重力和拉力，合力提供向心力，设线与竖直方向的夹角为α，则：Tcosα=mgTsinα=F向故F向=mgtanα=mg，故C错误；D、若电动机的转速增加，则转动半径增加，故激光笔1、2应分别左移、右移，故D正确；故选：BD（2）小球做圆周运动的周期T===2.00s；向心力：F向=mg=m解得：g===9.86m/s2；故答案为：（1）BD；（2）2.00，9.86．【点评】本题考查研究圆锥摆的实验，主要是明确向心力来源，根据牛顿第二定律列式分析，注意题中细线与竖直方向夹角的求解，不太难．3．（2017•江苏）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1所示，继电器与热敏电阻R1、滑动变阻器R串联接在电源E两端，当继电器的电流超过15mA时，衔铁被吸合，加热器停止加热，实现温控．继电器的电阻约为20Ω，热敏电阻的阻值Rt与温度t的关系如表所示t/℃30.040.050.060.070.080.0R1/Ω199.5145.4108.181.862.949.1（1）提供的实验器材有：电源E1（3V，内阻不计）、电源E2（6V，内阻不计）、滑动变阻器R1（0～200Ω）、滑动变阻器R2（0～500Ω）、热敏电阻Rt，继电器、电阻箱（0～999.9Ω）、开关S、导线若干．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“E1”或“E2”），滑动变阻器R应选用（选填“R1”或“R2”）．（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2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1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108.1Ω【分析】（1）分析不同温度下热敏电阻的阻值，根据实验要求进行分析，从而明确应采用的电源和滑动变阻器；（2）明确多用电表的使用方法，根据要求选择对应的量程；（3）根据电压表的测量方法以及电路结构进行分析，从而明确指针是否发生偏转；（4）明确实验原理，确定实验方法，从而明确实验中应进行的基本步骤．【解答】解：（1）要想控制30℃时的情况，此时热敏电阻的阻值约为200Ω，需要的最小电动势E=0.015×（200+20）=3.3V；由于还要考虑滑动变阻器的阻值，因此3V的电源电动势太小，应选择6V的电源E2；滑动变阻器采用限流接法，因此其阻值应约为热敏电阻的几倍左右，因此滑动变阻器应采用R2（2）要想测量电压，应将旋钮旋至电压档位上，因电动势为6V，因此应选择10V量程，故旋至C点；（3）若只有b、c间断路，则应发现表笔接入a、b时电表与电源不连接，因此指针不偏转；而接入a、c时，电表与电源直接连接，故指针发生偏转；（4）要使50℃时被吸热，由表格数据可知，电阻为108.1Ω；为了使衔铁在热敏电阻为50℃时被吸合，应先电阻箱替换热敏电阻，将阻值调至108.1Ω；再合上开关，调节滑动变阻器的阻值，直到观察到继电器的衔铁被吸合；此时再断开开关将电阻箱取下，换下热敏电阻即可实现实验目的；故步骤为⑤④②③①；故答案为：（1）E2；R2；（2）C；（3）不偏转；偏转；（4）⑤④②③①【点评】本题考查多用电表的使用方法，要注意明确实验原理，注意分析实验电路图，从而确定实验应采用的基本方法，从而确定实验所采用的仪器．4．（2017•门头沟区二模）某学生实验小组利用图甲所示电路，测量多用电表内电池的电动势和“×100Ω”挡内部电路的总电阻．使用的器材有：A．多用电表；B．毫安表：量程6mA；C．滑动变阻器：最大阻值2kΩ；D．导线若干．实验步骤如下：（1）将多用电表挡位调到电阻“×100Ω”挡，再将红表笔和黑表笔短接，调零点．（2）将图甲中多用电表的黑表笔和（选填“1”或“2”）端相连，红表笔连接另一端．（3）将滑动变阻器的滑片调到适当位置，使这时毫安表的示数为3mA，多用电表的示数如图乙所示，多用电表的示数为Ω．（4）调节滑动变阻器的滑片，使其接入电路的阻值为零．此时毫安表的示数3.75mA．从测量数据可知，毫安表的内阻为Ω．（5）多用电表电阻挡内部电路可等效为由一个无内阻的电池、一个理想电流表和一个电阻串联而成的电路，如图丙所示．根据前面的实验数据计算可得，此多用电表内电池的电动势为V，电阻“×100”挡内部电路的总电阻为Ω．【分析】（2）红正黑负，电流从红表笔流入电表，从黑表笔流出电表；（2）欧姆表读数等于倍率乘以表盘读数；（4、5）根据多用电表的性质，明确中性电阻即为电源内阻；而欧姆表测量的是外电路的总电阻，分别对电流为3mA和3.75mA进行分析，由闭合电路欧姆定律列式即可求得电流表内阻即电源的电动．【解答】解：（2）多用电表外接线柱为红正黑负，电流从红表笔流入电表，从黑表笔流出电表；电流从电压表正接线柱流入，故红表笔接触2，黑表笔接1；（3）欧姆表读数=倍率×表盘读数=100×15.0Ω=1500Ω；（4、5）欧姆表的中值电阻等于内电阻，由图可知，中值电阻为1500Ω；故欧姆表100档位的内电阻为1500Ω；根据闭合电路欧姆定律可知：3mA=，3.75mA=，联立解得：Rg=900Ω；E=9V；故答案为：（2）1；（3）1500；（4）900；（5）9；1500．【点评】本题考查多用电表欧姆表原理以及闭合电路欧姆定律的应用，注意明确电表原理以及闭合电路欧姆定律的正确应用，知道欧姆档内部存在电源和内阻．5．（2017•常德一模）某实验小组设计了如图甲所示的电路，其中RT为热敏电阻，电压表量程为6V，内阻为RV约10kΩ，电流表量程为0.5A，内阻RA=4.0Ω，R为电阻箱．（1）该实验小组首先利用该电路进行描绘热敏电阻的伏安特性曲线的实验．闭合开关，调节电阻箱，记录不同情况下电压表示数U1、电流表的示数I和电阻箱的阻值R，在I﹣U坐标系中，将各组U1、I的数值标记在相应位置，描绘出热敏电阻的部分伏安特性曲线如图乙中的曲线所示，为了完成该实验，应将导线c端接在（选填“a”或“b”）点；（2）利用（1）中记录的数据，通过分析计算可得外电路的电压U2，U2的计算式为；（用U1、I、R和RA表示）（3）实验小组利用（2）中的公式，计算出各组的U2，将