二分類突破實(shí)驗(yàn)題

二、分類突破實(shí)驗(yàn)題刻度尺、游標(biāo)卡尺、螺旋測微器、打點(diǎn)計(jì)時器、電流表、電壓表、多用電表都是基本儀器,要熟練掌握它們的使用方法、操作過程和讀數(shù)規(guī)則,在高考前要進(jìn)行系統(tǒng)的實(shí)際測量和讀數(shù)練習(xí),特別是游標(biāo)卡尺、螺旋測微器、電學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器的讀數(shù)。此類試題難度不大,要防止在讀數(shù)的估讀、結(jié)果的有效數(shù)字和單位上出錯。(2023·山東聊城三模)我國古人早在戰(zhàn)國時期就認(rèn)識到光沿直線傳播,并有小孔成倒像的實(shí)驗(yàn)記載。某研究性學(xué)習(xí)小組受其啟發(fā),設(shè)計(jì)一個實(shí)驗(yàn),利用小孔成像原理估測太陽的密度,如圖1所示,準(zhǔn)備的器材有:不透光圓筒、不透光的厚紙、透光的薄紙、米尺、毫米刻度尺。實(shí)驗(yàn)的主要步驟如下:①圓筒的一端封上不透光的厚紙,另一端封上透光的薄紙;②用米尺測得圓筒的長度L;③用針在厚紙的中心扎一個小孔,用螺旋測微器測得針的直徑d(即小孔的直徑);④把有小孔的一端對準(zhǔn)太陽,在薄紙的另一端可以看到清晰圓形光斑(即太陽的實(shí)像),用毫米刻度尺測得光斑的直徑D。(1)圓筒的一端與零刻度對齊,則圖2測得該圓筒的長度L=cm,圖3測得小孔的直徑d=mm,圖4測得太陽像的直徑D=cm。

(2)設(shè)地球環(huán)繞太陽的周期為T,引力常量為G,θ很小時,tanθ≈sinθ,則估算太陽的平均密度表達(dá)式為ρ=(用題中給的字母表示)。

解析:(1)題圖2中所測圓筒的長度為L=80.0cm,螺旋測微器的讀數(shù)為固定刻度與可動刻度之和,所以d=0+50.0×0.01mm=0.500mm,太陽像的直徑為D=0.69cm。(2)根據(jù)萬有引力提供向心力,GMmr2=m設(shè)太陽半徑為R,根據(jù)幾何關(guān)系,有r=Rsinsinθ≈tanθ=D2L=D2L,ρ=MV所以ρ=24πL答案:(1)80.00.5000.69(2)24π(2023·山東濰坊三模)某實(shí)驗(yàn)小組要將一個靈敏電流計(jì)G改裝為“×10”和“×100”兩個倍率擋的簡易歐姆表,設(shè)計(jì)了如圖甲所示的電路圖。已知靈敏電流計(jì)G的內(nèi)阻為Rg=36Ω、滿偏電流Ig=1mA,電源的電動勢E=1.5V,內(nèi)阻r=1Ω。圖乙為該多用電表的表盤,歐姆表刻度盤的中值刻度為“15”。不計(jì)導(dǎo)線的電阻,請回答下列問題。(1)在正確操作的情況下,圖甲中(選填“a”或“b”)表筆應(yīng)為紅表筆。

(2)開關(guān)S斷開時歐姆表的倍率為(選填“×10”和“×100”);圖甲中定值電阻R0的阻值為Ω。

(3)將圖甲中的開關(guān)S閉合后,進(jìn)行歐姆調(diào)零,當(dāng)調(diào)零完畢時,滑動變阻器接入電路的阻值R=Ω;歐姆調(diào)零后用該歐姆表測量某一待測電阻Rx的阻值,穩(wěn)定后電表指針指示位置如圖乙所示,則該待測電阻的阻值Rx=Ω。

解析:(1)在多用電表的使用過程中,我們需要讓電流從紅表筆流入,黑表筆流出,所以在當(dāng)歐姆擋使用時,黑表筆接著內(nèi)部電源正極,b表筆應(yīng)為紅表筆。(2)當(dāng)開關(guān)斷開時,電路中的電流小,對應(yīng)歐姆表內(nèi)阻較大的狀態(tài),對應(yīng)的是大倍率,故歐姆表倍率為×100。當(dāng)開關(guān)斷開時,歐姆表內(nèi)阻為R內(nèi)=EI開關(guān)閉合時,歐姆表為“×10”倍率,電流表滿偏時,內(nèi)阻為R內(nèi)′=150Ω,歐姆表的滿偏電流為I1=1.此時表頭中電流應(yīng)為滿偏電流0.001A,則與之并聯(lián)的電阻R0的電流應(yīng)為IR0=I1Ig=0.01A0.001A=0.009A,則并聯(lián)電阻R0為R0=0.(3)閉合開關(guān)時,并聯(lián)部分電阻為R并=36×436+4滑動變阻器接入電路的阻值R=R內(nèi)′R并r=145.4Ω,由題圖乙可知,該待測電阻的阻值Rx=14×10Ω=140Ω。答案:(1)b(2)×1004(3)145.4140常規(guī)實(shí)驗(yàn)題主要考查教材中基本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理、器材的選擇、實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)處理和誤差分析。復(fù)習(xí)時要從領(lǐng)會實(shí)驗(yàn)原理出發(fā),全方位理解和掌握實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理、誤差分析和電學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)物圖的連接、電路圖的設(shè)計(jì)等,對每一個實(shí)驗(yàn)都應(yīng)做到心中有數(shù)。(2023·河北石家莊三模)某同學(xué)利用如圖甲所示的裝置探究氣體等溫變化的規(guī)律,注射器中密封了一定質(zhì)量的氣體。(1)該同學(xué)測得封閉氣體的壓強(qiáng)p和體積V的多組數(shù)據(jù),在坐標(biāo)系中描點(diǎn)作圖,作出的圖線如圖乙所示,由圖可知該同學(xué)選用的橫軸為,圖線后半段向上彎曲可能的原因是(多選)。

A.改變氣體體積時推拉活塞速度過快B.推拉活塞時,手握住注射器含有氣體的部分C.實(shí)驗(yàn)中有漏氣現(xiàn)象D.環(huán)境溫度降低(2)該小組改進(jìn)了實(shí)驗(yàn)操作,避免了上述問題,同時為能更準(zhǔn)確地測出氣體的壓強(qiáng),直接用軟管連通注射器和壓強(qiáng)傳感器,測得多組封閉氣體的壓強(qiáng)p和體積V的數(shù)據(jù)后,作出1pV圖像如圖丙所示,圖線不過原點(diǎn)的原因可能是。(寫出一條即可)

解析:(1)根據(jù)玻意耳定律有pV=C,則有p=C·1V,題圖乙中圖像的前一部分為過原點(diǎn)的傾斜直線,可知該同學(xué)選用的橫軸為1V;根據(jù)pV=nRT,可知p=nRT題圖乙中圖線上的點(diǎn)與原點(diǎn)連線的斜率能夠間接反映溫度的大小,則圖線后半段向上彎曲,圖線上的點(diǎn)與原點(diǎn)連線的斜率增大,表明氣體溫度升高了。從左往右看,1V增大,則體積減小,若改變氣體體積時推活塞速度過快,外界對氣體快速做功,氣體溫度升高了,圖線向上彎曲,A正確;推拉活塞時,手握住注射器含有氣體的部分,人的溫度高于氣體的溫度,導(dǎo)致氣體溫度升高,根據(jù)上述,圖線向上彎曲,B正確;根據(jù)上述有p=nRT1(2)根據(jù)題圖丙可知,當(dāng)體積為0時,壓強(qiáng)的倒數(shù)不為0,表明實(shí)際上有一部分氣體沒有考慮,可知圖線不過原點(diǎn)的原因是沒有考慮注射器和傳感器連接細(xì)管中的氣體。答案:(1)1V(2)沒有考慮注射器和傳感器連接細(xì)管中的氣體(其他答案合理均給分)(2023·河北邯鄲三模)某小組用圖甲所示的裝置做“探究小車質(zhì)量一定時,加速度與力的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)。(1)調(diào)節(jié)定滑輪的高度,使細(xì)線與長木板平行。為讓細(xì)線對小車的拉力等于小車所受的合力,以下最恰當(dāng)?shù)囊豁?xiàng)操作是。(填字母)

A.將木板水平放置,使小車在沙桶的牽引下運(yùn)動,從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運(yùn)動B.將木板的一端墊起適當(dāng)高度,不掛沙桶,輕推小車,從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運(yùn)動C.將木板的一端墊起適當(dāng)高度,撤去紙帶及沙桶,輕推小車,觀察判斷小車是否做勻速運(yùn)動(2)在平衡摩擦力后,為使小車所受拉力近似等于沙和沙桶的總重力,應(yīng)使小車的質(zhì)量(選填“遠(yuǎn)大于”“遠(yuǎn)小于”或“近似等于”)沙和沙桶的總質(zhì)量。

(3)實(shí)驗(yàn)得到的一條紙帶如圖乙所示(相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有四個點(diǎn)沒有畫出)。已知打點(diǎn)計(jì)時器用的是頻率為50Hz的交變電流,可求得小車加速度的值為m/s2。

(4)若小組中兩名同學(xué)先后用該裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn),其中一名同學(xué)在小車中添加了砝碼。兩同學(xué)各自得到的aF圖像分別如圖丙中Ⅰ、Ⅱ所示,則在小車中所加砝碼質(zhì)量是小車質(zhì)量的倍。

解析:(1)小車下滑時受到重力、細(xì)線的拉力、支持力和摩擦力,要使拉力等于合力,則應(yīng)該用重力的下滑分力來平衡摩擦力,可以將長木板的一端墊高,不掛沙桶,輕推小車,從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運(yùn)動,故選B。(2)設(shè)小車的質(zhì)量為M,沙和沙桶的總質(zhì)量為m,設(shè)繩子上拉力為F,以整體為研究對象,有mg=(m+M)a,解得a=mgM+m。以M為研究對象,繩子的拉力為F=Ma=MmgM+(3)小車的加速度為a=ΔxT2=0.035(4)aF圖線的斜率表示質(zhì)量的倒數(shù),則可知小車的質(zhì)量為M=ΔFΔa=34kg,小車和所加砝碼總質(zhì)量為M+m0=ΔF'Δa'=54kg,聯(lián)立解得,所加砝碼的質(zhì)量為m0答案:(1)B(2)遠(yuǎn)大于(3)0.75(4)2(2023·湖南邵陽三模)某同學(xué)在用電流表和電壓表測電池的電動勢和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)中,串聯(lián)了一個2.5Ω的保護(hù)電阻R0,實(shí)驗(yàn)電路如圖甲所示。(1)連好電路后,當(dāng)該同學(xué)閉合開關(guān),發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)為0,電壓表示數(shù)不為0。檢查各接線柱均未接錯,接觸良好且未發(fā)生短路;他用多用電表的電壓擋檢查電路,把兩表筆分別接a、b,b、c,d、e時,示數(shù)均為0,把兩表筆接c、d時,示數(shù)與電壓表示數(shù)相同,由此可推斷故障是。

(2)按電路原理圖甲及用多用電表的電壓擋檢查電路,把兩表筆分別接c、d時的實(shí)物電路圖在圖乙上以畫線代替導(dǎo)線補(bǔ)充完整。(3)排除故障后,該同學(xué)順利完成實(shí)驗(yàn),測定下列數(shù)據(jù),根據(jù)數(shù)據(jù)在圖丙中畫出UI圖像,由圖知電池的電動勢為V,內(nèi)阻為Ω(結(jié)果均保留2位小數(shù))。

I/A0.050.100.170.230.30U/V1.401.201.000.800.60解析:(1)把兩表筆分別接a、b,b、c,d、e時,示數(shù)均為0,把兩表筆接c、d時,示數(shù)與電壓表示數(shù)相同,說明此時電壓表與電源相連,因此可確定其他部位都是完好的,只能是R斷路。(2)根據(jù)電路圖,先將電壓表的正接線柱用導(dǎo)線連接后接在滑動變阻器左下端接線柱上,再將電壓表的負(fù)接線柱用導(dǎo)線連接后接在開關(guān)右端接線柱上,然后將多用電表的紅表筆一端與滑動變阻器的左下接線柱連接,黑表筆一端與電流表的正接線柱相連,實(shí)物連接圖如圖a所示。(3)作圖時,讓盡可能多的點(diǎn)落在圖線上,不能落在圖線上的點(diǎn),則需讓這些點(diǎn)盡量均勻地分布在圖線兩側(cè),點(diǎn)跡一定要用平滑的直線連接,作出的圖像如圖b所示。圖像與縱軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)表示電源的電動勢,由圖可知,圖像與縱軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)為1.55,則可知電源的電動勢為1.55V;圖像斜率的絕對值表示電源的內(nèi)阻與定值電阻之和,根據(jù)圖像可得r+R0=1.答案:(1)R斷路(2)見解析圖a(3)見解析圖b1.550.71創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)往往考查已學(xué)過的實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)方法的創(chuàng)新,考查對教材實(shí)驗(yàn)的改進(jìn),考查探究性實(shí)驗(yàn)。面對高考的靈活多變,考生應(yīng)該牢記教材中所列的基本儀器的使用方法和基本實(shí)驗(yàn)原理,重視實(shí)驗(yàn)操作,總結(jié)一些重要的物理測量方案。如重力加速度的測量,電阻的測量,動摩擦因數(shù)的測量等,同時兼顧教材中出現(xiàn)的重要演示實(shí)驗(yàn),其中涉及的實(shí)驗(yàn)思想尤其重要。(2023·河北邢臺三模)實(shí)驗(yàn)小組采用如圖所示的裝置進(jìn)行了彈性碰撞的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。①在木板表面先后釘上白紙和復(fù)寫紙,并將木板緊貼槽口豎直放置,使小球A從斜槽軌道上某固定點(diǎn)C由靜止釋放,撞到木板并在白紙上留下痕跡O。②將木板向右平移適當(dāng)?shù)木嚯x固定,再使小球A從原固定點(diǎn)C由靜止釋放,撞到木板上留下痕跡。③把半徑相同的小球B(質(zhì)量小于小球A)靜止放在斜槽軌道水平段的最右端,讓小球A仍從原固定點(diǎn)C由靜止釋放,與小球B相碰后,兩球撞在木板上留下痕跡。④M、P、N三點(diǎn)為球撞到木板上留下的痕跡,用刻度尺測量紙上O點(diǎn)到M、P、N三點(diǎn)的距離分別為y1、y2、y3。已知放小球B之前,小球A落在圖中的P點(diǎn),則小球A和B發(fā)生碰撞后,球A的落點(diǎn)是圖中的點(diǎn),球B的落點(diǎn)是圖中的點(diǎn)。若兩球發(fā)生的是彈性碰撞,應(yīng)滿足的表達(dá)式為。

解析:小球離開軌道后做平拋運(yùn)動,設(shè)木板與拋出點(diǎn)之間的距離為x,由平拋運(yùn)動規(guī)律得水平方向有x=vt,豎直方向有y=12gt2,解得v=xg2y。放小球B之前,小球A落在題圖中的P點(diǎn),設(shè)A的水平初速度為v0,小球A和B發(fā)生碰撞后,球A的落點(diǎn)是題圖中的N點(diǎn),設(shè)其水平初速度為v1小球碰撞的過程中若動量守恒,則m1v0=m1v1+m2v2,若兩球發(fā)生的是彈性碰撞,可得12m1v02=12m1v12聯(lián)立可得v2=v0+v1,即xg2y1=xg則1y1=1y答案:NM1y1=1(2023·湖南邵陽三模)某實(shí)驗(yàn)小組利用光滑斜直軌道測當(dāng)?shù)刂亓铀俣取Ｈ鐖D甲所示,長為L的光滑直軌道上安裝一個光電門,可以測出小球通過光電門的遮光時間,軌道一端與桌面用鉸鏈連接,另一端固定在鐵架臺上,小球從軌道頂端無初速度釋放,毫米刻度尺從零刻度起測量軌道頂端的高度。(1)測量重力加速度的步驟:①用刻度尺測出直軌道總長L;②用游標(biāo)卡尺測出小球的直徑D,讀數(shù)如圖乙所示,D=mm;

③用刻度尺測出軌道頂端到光電門的固定距離s;④調(diào)節(jié)軌道頂端在鐵架臺上的高度h;⑤從導(dǎo)軌頂端無初速度地釋放小球,測量小球經(jīng)過光電門的時間t;⑥多次重復(fù)上述步驟④⑤,記錄h、t數(shù)據(jù)組;⑦根據(jù)測得的數(shù)據(jù),作出了t21h圖像如圖丙所示,根據(jù)圖像,求得當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭=。(用圖中字母及測量的物理量符號表示)

(2)若光電門的遮光位置到軌道平面的高度略大于小球的半徑,則會導(dǎo)致重力加速度的測量值(選填“偏大”“偏小”或“不變”)。

解析:(1)②游標(biāo)卡尺的讀數(shù)為主尺讀數(shù)與游標(biāo)尺讀數(shù)之和,所以題圖乙中小球的直徑為6mm+3×0.1mm=6.3mm。⑦根據(jù)勻變速直線運(yùn)動的規(guī)律(Dt)2=2gssinθ,sinθ=hL,解得t2=D2L2gs·1h(2)小球?qū)嶋H遮光長度小于小球直徑,所以測得的通過時間小于實(shí)際小球通過時間,使得測得的數(shù)據(jù)在圖像中的斜率偏小,所以根據(jù)k=bc=D答案:(1)②6.3⑦D2(2023·山東菏澤二模)(1)某實(shí)驗(yàn)小組用圖甲所示器材精確測量一粗細(xì)均勻的電阻絲的電阻,其中部分器材的參數(shù)如下:電源:電動勢為4V;待測電阻絲:阻值約為6Ω;電壓表:量程0～3V,內(nèi)阻約為3kΩ;量程0～15V,內(nèi)阻約為15kΩ;電流表:量程0～0.6A,內(nèi)阻約為0.05Ω;量程0～3A,內(nèi)阻約為0.01Ω。①圖甲中電壓表應(yīng)選的量程,電流表應(yīng)選的量程。

②要求電阻絲兩端的電壓調(diào)節(jié)范圍盡量大,在圖甲中將測量電阻絲電阻的電路補(bǔ)充完整。(2)若在(1)中測得電阻絲的電阻為6.0Ω,再用刻度尺測量該電阻絲的長度為50.00cm。該實(shí)驗(yàn)小組又利用該電阻絲進(jìn)一步測量一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)阻,設(shè)計(jì)了如圖乙所示的電路,其中的電池即為待測電池,定值電阻R0=4Ω。使金屬滑片接觸電阻絲的不同位置,分別記錄電阻絲連入電路的有效長度x及對應(yīng)的電壓表示數(shù)U,作出1U1x圖像如圖丙所示,電壓表看成理想電表,則該電池的電動勢為V,內(nèi)阻為解析:(1)①因?yàn)殡娫措妱觿轂?V,所以電壓表選0～3V的量程。由歐姆定律可得流過待測電阻的最大電流約為I=URx=②要求電阻絲兩端的電壓調(diào)節(jié)范圍盡量大,則滑動變阻器應(yīng)用分壓式接入電路,同時待測電阻是小電阻,電流表應(yīng)采取外接法,實(shí)物圖連線如圖所示。(2