热点01 控制变量法（教师版含解析）-高考物理专练(新高考专用)

高考物理【热点·重点·难点】专练(新高考专用)热点01控制变量法【热点解读】物理学中对于多因素(多变量)的问题，常常采用控制其他因素(变量)不变只改变其中的一个因素，来单独研究这个因素对事物的影响，依次对每一个因素加以研究，最后再综合解决，这种方法叫控制变量法。一般来说，自然界发生的各种物理现象往往是错综复杂的，我们所研究的物体对象往往也不是孤立存在的，总是处于与其他事物和现象的相互联系之中，这就决定了影响对象的因素不可能是单一的，而是多种因素相互交错，共同起作用的。我们在对这些物理现象进行研究的时候，应该考虑到影响物理现象的各种因素。采用控制变量法其实就是把多因素的问题变成多个单因素的问题是分析的问题简化明了，最后再综合解决，找到多个因素和所研究现象的关系。利用控制变量法探究问题的一般程序为：1．对可能影响研究问题的因素(物理量)进行分析，作出假设。2．利用控制变量法控制其他因素不变，对每个因素依次进行研究，找到该因素和所研究问题间的关系。3．综合判断所有因素和所研究问题之间的关系。比如在探究加速度与力、质量的关系时，我们研究的方法是：先保持物体的质量一定，研究加速度与力的关系，再保持力不变，研究加速度与质量的关系，最后综合得出物体的加速度与它受到的合外力及物体的质量之间的关系；类似的还有：探究影响力的作用效果的因素；探究滑动摩擦力与哪些因素有关；探究影响电阻大小的因素；探究通电导体在磁场中的受力方向与哪些因素有关；探究单摆的周期与哪些因素有关。【限时检测】(建议用时：30分钟)1．在“测定金属丝的电阻率”的实验中：(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径，其示数如图1所示，则该金属丝直径______mm；(2)用图2所示的电路图测量该金属丝的电阻(阻值约为。实验中除开关、导线若干之外，还提供以下器材：电压表V(量程，内阻约电流表(量程，内阻约电流表(量程，内阻约滑动变阻器滑动变阻器电源(电动势为3V，内阻不计)为了调节方便，测量准确，电流表应选______，滑动变阻器应选______；(选填器材的名称符号)(3)通过测量，接入电路中金属丝的长度为，直径为，金属丝两端的电压为，通过金属丝的电流为，由此可得金属丝电阻率的表达式______。(用题中所给字母表示)【答案】0.371A1R1【解析】(1)由图示螺旋测微器可知，其示数为：．(2)通过电阻丝的最大电流约为电流表选择；为方便实验操作，滑动变阻器应选择．(3)金属丝电阻金属丝电阻率2．用如图甲所示的装置验证牛顿第二定律的实验中，保持小车质量一定时，验证小车加速度a与合力F的关系。(1)除了电火花计时器、小车、砝码、砝码盘、细线、附有定滑轮的长木板、垫木、导线及开关外，在下列器材中无须使用的有__________(填选项前的字母)。A．电压可调的直流电源B．的交流电源C．刻度尺D．天平(附砝码)E．秒表(2)为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，以下操作不正确的是___________。A．调整长木板上滑轮的高度使细线与长木板平行B．在调整长木板的倾斜度平衡摩擦力时，应当将砝码和砝码盘通过细线挂在小车上C．在调整长木板的倾斜度平衡摩擦力时，应当将穿过打点计时器的纸带连在小车上(3)已知实验中打点计时器的打点周期为，得到的记录纸带如图乙所示，图中的点为计数点，每两相邻的计数点间还有4个点没有画出，由此得D点的速度为_________，小车加速度的大小_________(保留两位有效数字)。(4)在本实验中认为细线的拉力F等于砝码和砝码盘的总重力，已知三位同学利用实验数据作出的图像如图丙中的I、Ⅱ、Ⅲ所示。下列分析正确的是_________(填选项前的字母)。A．出现图线I的原因可能是没有平衡摩擦力B．出现图线Ⅱ的原因可能是砝码和砝码盘的质量不合适C．出现图线Ⅲ的原因可能是在平衡摩擦力时长木板的倾角斜度过大(5)在本实验中认为细线的拉力F等于砝码和砝码盘的总重力，由此造成的误差是______(填“系统误差”或“偶然误差”)。【答案】AEB0.762.0B系统误差【解析】(1)电火花计时器需要的电源是的交流电源，不能使用电压可调的直流电源A，电火花计时器是计时的仪器，无需秒表E。要用刻度尺测量纸带上点迹的距离，需要天平测量小车的质量。故选AE。(2)A．为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，必须调整长木板上滑轮的高度使细线与长木板平行，A正确；BC．平衡摩擦力，平衡摩擦力时应当将穿过打点计时器的纸带连在小车上，调整长木板的倾斜度，让小车拖着纸带做匀速直线运动，B错误C正确。故选B。(3)相邻的计数点的时间间隔为D点的速度小车加速度的大小(4)A．根据图像1可知，当没有挂砝码、砝码盘时，小车产生了加速度，因此说明平衡摩擦力时木板倾角太大，A错误；B．根据图像2可知，随着F的增大，即砝码、砝码盘的质量增大，不再满足砝码、砝码盘质量小于小车的质量，因此曲线上部出现弯曲现象，B正确；C．根据图像3可知，当挂上砝码、砝码盘时，小车的加速度还是为零，说明没有平衡摩擦力或平衡的不够，C错误。故选B。(5)在本实验中认为细线的拉力F等于砝码和砝码盘的总重力mg，这是实验原理、实验方法造成的误差，由此造成的误差是系统误差。3．小周用如图所示的装置进行“探究小车加速度与力、质量的关系”的实验。(1)图中打点计时器使用的电源应是__________(填选项前的字母)。A．220V直流电源B．220V交流电源C．6V以下直流电源D．6V以下交流电源(2)在实验前应进行“平衡摩擦力”的操作，下列关于“平衡摩擦力”的操作中做法妥当的是_______(填选项前的字母)。A．小车尾部不需要安装纸带B．小车尾部需要安装纸带C．小车前端不挂细绳与砝码盘D．小车前端需要挂上细绳与砝码盘，但是砝码盘中不加砝码(3)在正确地完成“平衡摩擦力”的操作后，小周进行了加速度与力(把砝码和砝码盘的总重力大小当成细绳对小车的拉力大小)之间关系的探究，得到了如图所示的一条纸带(相邻两个计数点间均还有1个点图中未画出)，且所用电源频率为50Hz，，，，，，；则小车的加速度___________，(要求充分利用测量的数据，保留2位有效数字)该纸带数据是否合理_________。(填合理或者不合理)【答案】DBC5.0不合理【解析】(1)图中为电磁打点计时器，其工作电压为6V以下交流电源，故选D。(2)平衡摩擦力是为使小车重力沿斜面向下的分力等于摩擦力，所以小车前端不挂细绳与砝码；平衡摩擦力时，应使小车做匀速直线运动，通过判断纸带上的点是否均匀分布来分析是否做匀速直线运动，故小车尾部需要安装纸带，故选BC。(3)相邻两点之间的时间间隔为小车的加速度为由纸带上数据可知，连续相同时间内，位移差之间的差值较大，故纸带数据不合理。4．某同学测量一个由新材料制成的均匀圆柱体的电阻R。当他用多用电表粗测该导体的电阻时，发现其阻值较小。为了较精确地测量该导体的电阻，他设计了如图所示的电路原理图。其中定值电阻为，其余可供器材如下：①电流表(量程：0～0.6A，内阻约为0.2Ω)②电压表(量程：0～3A，内阻约为9KΩ)③动变阻器R(最大阻值为20Ω)④电源：电动势3.0V，内阻不计⑤开关、导线若干试分析下列问题：(1)图中，在闭合S前应将滑动变阻器的滑片移至_________端(选填“a”或“b”)。(2)在上图所示的实物图中，已正确连接了部分导线，请根据实验原理图将上图的实物图连接好。(______)(3)实验中将多次测量出来的数据已经描入了上图所示的U-I坐标中，请根据所描的点做出U-I图象_______。求得该圆柱体的电阻R=___________(保留两位有效数字)。【答案】b1.0【解析】(1)在闭合开关前应让电路中电流从最小开始变化，故应将滑动变阻器的滑片移至b端；(2)根据电路图连接实物图如图(3)将给出的点迹连成一条直线，不在直线上的点均匀分布在直线两侧，如图图像斜率大小表达故圆柱体的电阻5．某同学用如图甲所示的实验装置探究加速度与物体受力之间的关系。(1)实验过程中，打点计时器应接在___________(填“直流”或“交流”)电源上，平衡摩擦力后，在细绳一端挂上钩码，另一端通过定滑轮系在小车前端，调整定滑轮，使细绳___________；(2)图乙为某次实验中得到的一条纸带，相邻两计数点间的时间间隔T=0.10s，根据实验数据，打点计时器打出B点时小车的速度大小为___________m/s，小车的加速度大小为___________m/s2(结果均保留3位有效数字)；(3)某同学在实验过程中未平衡摩擦力，得到图丙所示的加速度与合外力关系图像。设图中直线的斜率为k，横截距为b。若牛顿第二定律成立，则小车运动过程中受到的阻力大小为___________(用题中物理量符号表示)。【答案】交流与木板平行0.5651.08b【解析】(1)实验过程中，打点计时器应接在交流电源上；平衡摩擦力后，在细绳一端挂上钩码，另一端通过定滑轮系在小车前端，调整定滑轮，使细绳与木板平行；(2)打点计时器打出B点时小车的速度大小为小车的加速度大小为(3)由牛顿第二定律当a=0时F=f=b6．某同学用如图甲所示装置做研究“加速度与合外力的关系”实验。(1)该同学在平衡摩擦力后进行实验，小车在运动过程中实际所受的拉力___________钩码的重力(填“大于”、“小于”或“等于”)，根据该同学设置的实验，___________(填“需要”或“不需要")使钩码质量m远小于小车质量M。(2)根据调节好的实验装置，实验打出的一条纸带如图乙所示，每相邻两个计数点间还有四个点没有画出，交流电的周期为50Hz，由图中的数据可知，打点计时器打下C点时小车运动的速度大小是___________m/s，小车运动的加速度大小是___________m/s2。(计算结果均保留两位有效数字)(3)在小车质量M保持不变的情况下，不断增加悬挂钩码个数，重复实验多次。测出每次增加钩码后拉力传感器的示数F和小车的加速度a，作a-F的图像。下列图线中正确的表示a、F关系的图像是___________。A．B．C．D．【答案】小于不需要0.96