高中物理二轮复习-40-实验拓展与创新

40.实验拓展与创新1.(2021·南京市秦淮中学阶段性检测)某研究性学习小组利用气垫导轨进行物理实验，实验装置如图1(a)所示。在气垫导轨上相隔一定距离的两处安装两个光电门，滑块上固定一遮光条，光电门可以记录下遮光条通过光电门时所用的时间。滑块上装有拉力传感器，可以读出细线上的拉力大小。图1(1)实验前用螺旋测微器测遮光条宽度d，测量结果如图1(b)所示，则d＝________mm。(2)滑块用细线跨过气垫导轨右端的定滑轮与托盘(盘内有砝码)相连，将滑块由图1(a)所示位置释放，若已知遮光条通过两个光电门所用时间分别为Δt1、Δt2以及遮光条宽度d，还测出两光电门间距离L，则滑块的加速度可用上述物理量表示为a＝________。(3)利用该实验装置还可以进行牛顿第二定律的验证，关于牛顿第二定律的验证某同学提出如下观点，其中正确的是________。A.测量遮光条宽度时可以采取多次测量取平均值的方法消除系统误差B.实验中加速度已由②中获得，只需读取拉力传感器的读数F并测得滑块、遮光条、拉力传感器的总质量M，即可验证牛顿第二定律C.因为拉力传感器可以直接读取拉力，所以不需要调整气垫导轨右端定滑轮的高度，使牵引滑块的细线与导轨平行D.因为拉力传感器可以直接读取拉力，所以不需要托盘和砝码的总质量m远小于滑块、遮光条、拉力传感器的总质量M答案(1)8.473(2)eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt2)))\s\up12(2)－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt1)))\s\up12(2),2L)(3)BD解析(1)由图可知，螺旋测微器的读数为：8mm＋47.3×0.01mm＝8.473mm；(2)通过两个光电门的速度分别为：v1＝eq\f(d,Δt1)，v2＝eq\f(d,Δt2)，由匀变速直线运动的速度位移公式得：veq\o\al(2,2)－veq\o\al(2,1)＝2aL，解得：a＝eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt2)))\s\up12(2)－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt1)))\s\up12(2),2L)；(3)系统误差不可能消除，只可能减小，故A错误；由于拉力传感器的示数即为小车的合力，所以只需读取拉力传感器的读数F并测得滑块、遮光条、拉力传感器的总质量M，即可验证牛顿定律，故B正确；要调整气垫导轨右端定滑轮的高度，使牵引滑块的细绳与导轨平行，这样才能保证小车的合力为力传感器的示数，故C错误；因为拉力传感器可以直接读取拉力，所以不需要托盘和砝码的总质量m远小于滑块、遮光条、拉力传感器的总质量M，故D正确。2.(2021·江苏常州市第一次模拟)某同学用图2甲所示装置，测量系统运动过程中所受阻力的大小。已知m＝460g、M＝520g的两物体用细线连接，跨过光滑轻质小滑轮。在m下端接上纸带，接通打点计时器电源，让M从高处由静止开始下落，如图2乙为实验打出的一条纸带，每相邻两计数点间还有4个点(图中未标出)，g取9.8m/s2，请测量并求出运动过程中系统受到的阻力大小f＝________N(结果保留2位有效数字)。图2答案9.8×10－2解析由图可知，x03＝2.75cm，x36＝7.25cm，则a＝eq\f(Δx,（3T）2)＝eq\f(x36－x03,（3T）2)＝0.50m/s2根据牛顿第二定律(M－m)g－f＝(M＋m)a得f＝9.8×10－2N3.(2021·湖北省选择性考试模拟演练)由半导体材料制成的热敏电阻阻值是温度的函数。基于热敏电阻对温度敏感原理制作一个火灾报警系统，要求热敏电阻温度升高至50℃时，系统开始自动报警。所用器材有：直流电源E(36V，内阻不计)；电流表(量程250mA，内阻约0.1Ω)；电压表(量程50V，内阻约1MΩ)；热敏电阻RT；报警器(内阻很小，流过的电流超过10mA时就会报警，超过30mA时就会损伤)；滑动变阻器R1(最大阻值4000Ω)；电阻箱R2(最大阻值9999.9Ω)；单刀单掷开关S1；单刀双掷开关S2；导线若干。(1)用图3(a)所示电路测量热敏电阻RT的阻值。当温度为27℃时，电压表读数为30.0V，电流表读数为15mA；当温度为50℃时，调节R1，使电压表读数仍为30.0V，电流表指针位置如图3(b)所示。温度为50℃时，热敏电阻的阻值为________Ω。从实验原理上看，该方法测得的阻值比真实值略微________(填“偏大”或“偏小”)。如果热敏电阻阻值随温度升高而变大，则其为正温度系数热敏电阻，反之为负温度系数热敏电阻。基于以上实验数据可知，该热敏电阻RT为________(填“正”或“负”)温度系数热敏电阻。图3(2)某同学搭建一套基于该热敏电阻的火灾报警系统，实物图连线如图4所示，其中有一个器件的导线连接有误，该器件为________(填器件名称)。正确连接后，先使用电阻箱R2进行调试，其阻值设置为________Ω，滑动变阻器R1阻值从最大逐渐减小，直至报警器开始报警，此时滑动变阻器R1连入电路的阻值为________Ω。调试完毕后，再利用单刀双掷开关S2的选择性开关功能，把热敏电阻RT接入电路，可方便实现调试系统和工作系统的切换。图4答案(1)600偏大负(2)滑动变阻器R16003000解析(1)由图(b)可知，电流表的示数为50.0mA，则此时热敏电阻的阻值为RT＝eq\f(U1,I1)＝eq\f(30.0,50.0×10－3)Ω＝600Ω，该方法所测电流值为真实电流值，所测电压值为热敏电阻和电流表两端的总电压，故根据R＝eq\f(U,I)，可知此时所测电阻值偏大；在相同电压下，温度越高，通过电流越小，说明热敏电阻的阻值随温度的升高而降低，故RT为负温度系数热敏电阻；(2)滑动变阻器R1的导线连接有误，两根导线都连接在上端，无法起到改变接入电阻阻值的作用，应一上一下连接；先使用电阻箱R2进行调试，其阻值设置为RT的自动报警电阻，即600Ω才可对其进行调试；此时要求刚好在50℃时自动报警，则通过电路的电流为10mA，报警器和电流表的电阻很小，可忽略不计，可得此时滑动变阻器的阻值为R1＝eq\f(U,I)－RT＝3000Ω。4.(2021·山东泰安市二轮检测)多用电表是实验室必备仪器，某实验小组把一欧姆挡等效为一个直流电源，用一个滑动变阻器和一个电压表测量该多用电表内电源电动势和欧姆“×1”挡内部总电阻，他所采用的实验电路如图5甲所示。图5实验器材：待测多用电表(欧姆挡部分刻度损坏)；电压表V：量程6V，内阻约15kΩ；滑动变阻器最大阻值50Ω；导线若干；根据以下操作步骤，回答有关问题：(1)将待测多用电表调到欧姆“×1”挡，将表笔A、B短接，调节欧姆调零旋钮，进行欧姆挡调零。(2)调零完毕，将表笔A、B分别与图5甲中1、2两端相接，其中A为________表笔(填“红”或“黑”)。(3)图5乙是多用电表某次测量的示数，该示数为________Ω。(4)多次调节变阻器的滑片位置，改变其接入电路的阻值，记录多用电表的示数R和电压表的示数U，以eq\f(1,R)为纵坐标、eq\f(1,U)为横坐标作出如图5丙所示图象，根据图象可得电源电动势E＝________V；欧姆“×1”挡内部总电阻r＝________Ω。答案(2)黑(3)7(4)320解析(2)多用电表内部电源的正极与黑表笔相连，电压表的电流应从正极流向负极，因此A为黑表笔。(3)多用电表调到欧姆“×1”挡，由图乙可知示数为7Ω。(4)根据闭合电路欧姆定律有E＝U＋