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- 2021-05-13 发布
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三.设计实验
1. 小明家买的某品牌的牛奶喝着感觉比较稀,因此他想试着用学过的知识测量一个这种牛奶的密度。他先上网查询了牛奶的密度应该为,然后他找来一根粗细均匀的细木棒,在木棒的表面均匀地涂上一层蜡,并在木棒的一端绕上一段金属丝(体积不计),做成了一枝“密度计”,小明又找来一个足够深的盛水容器和一把刻度尺,请你帮助小明利用这些器材设计一个测量牛级密度的方案。要求写出主要的测量步骤并推导出计算牛奶密度的公式(有足量的水和牛奶)。
2. 斜面是简单的机械之一,如图所示,一个重物在沿斜面的拉力作用下,沿斜面从底端被匀速拉到顶端的过程中,拉力做了功.为了测定该斜面的机械效率,需要测量哪些物理量?请你用所测量的物理量推导出该斜面的机械效率的数学表达式.
3.某电热水器的简化电路,如图10所示。请你设计虚线框内的指示灯电路。供选择的器材有:“220V 10W”灯泡一只,“2.5V 0.75W”灯泡一只,“2V 10mA”发光二极管一只,各种阻值的电阻,导线若干。
(1)在指示灯能正常工作的情况下,请你通过计算说明选用器材的最佳方案及器材的具体规格。
(2)将电路图中的虚线框部分补充完整。
4.物体只在重力作用下由静止开始下落的运动称为自由落体运动”。小明对这种落体运动产生了探究的兴趣,提出如下两个问题。
问题一:物体下落的快慢是否与物体的质量有关?问题二:物体下落的高度与下落的时
间存在着怎样的关系?于是他找来一些器材并在可忽略空气阻力情况下准备进行实验。
(1)请你帮助小明设计探究“问题一”的实验方案。
(2)小明探究“问题二”时,通过实验,测量出同一物体分别从最高点下落的高度为hl、h2、h3,并测量出每次下落的高度所对应的下落时间为fl、f2、f3。分析实验数据发现“物体下落的高度与下落的时间不满足正比例关系”。他猜想“物体下落的高度与下落的时间平方成正比”,若要验证这一猜想,应如何处理分析实验数据?
5.现有电流表(量程0.6A、3A),电压表(量程3V、15V),滑动变阻器(阻值范围0—20Ω),两节干电池(电压3V),开关,导线若干。请你利用这些器材测未知电阻R(阻值约为10Ω).
要求:
(1)在虚线框内画出实验电路图;
(2)在图l4中,根据电路图用笔画线代替导线连接实物图。
6.某校地质小组的同学们,需测量一种矿石的密度。现有器材:小矿石块、天平(含砝码)、一个烧杯、足量的水、细线。请你利用上述器材帮助他们设计出两种测量该矿石密度的实验方案。
要求:
(1)写出其中一种方案的实验步骤及矿石密度的表达式(用测量量和已知量表示)
(2)简述另一种方案的步骤;
(3)对两种方案的可操作性或误差进行简单评估,写出一条即可。
7.小明要测量一根1m左右、粗细和质地都均匀的细木棒的质量,通过估测发现木棒的质量会超出现有天平的量程.于是,他想用其他方法进行测量.
现有器材:天平、一块质量适当的金属块、一把量程为20cm的刻度尺和几根足量长的细绳.
只利用现有器材请你帮他设计测量这根细木棒质量的方案,要求:
(1)写出主要实验步骤和需测量的物理量;
(2)写出木棒质量的数学表达式(用测量量表示).
8.现有一个阻值为30Ω的定值电阻R0,一个电压约为12V的电源,一个只有0—3V量程的电压表,一个最大阻值约为200Ω的滑动变阻器,开关及导线若干。请你设计一个实验,比较精确地测出一个约为20Ω的位置电阻Rx的阻值(电路可重组)。
要求:(1)画出实验电路图;(2)写出主要实验步骤和需测量的物理量;(3)写出待测电阻Rx的数学表达式(用已知量和测量量表示)。
9.小亮想测出小木块(密度比水的小,表面经处理后不吸水)的密度.除了此木块,老师还给他提供了如下器材:与木块体积相同的铜块,足够大的量筒和足量的水(已知水的密度为ρ水).请你仅利用上述器材帮他设计测量这个木块密度的实验方案,要求:
(1)写出实验步骤及所需测量的物理量;
(2)写出木块密度的数学表达式(用已知量和测量量表示).
10.某同学要测出一个电压约为40V的电源电压(电压保持不变),可供选用的器材如下:待测电源:一块电压表(量程0~15V);四个阻值已知的电阻,分别为R1(100Ω)、R2(150Ω)、R3(200Ω)和R4(4kΩ);一个开关及若干导线.请合理选择器材,设计一个实验精确地测出电源电压.要求:
(1)画出实验电路图;
(2)写出实验步骤及所需测量的物理量;
(3)写出电源电压的表达式(用已知量和测量量表示).
1. 测量方法:(1)将“密度计”轻轻放入水中,使其漂浮在水面上,用刻度尺测出“密度计”浸入水中的长度(也可以测量露出液面的长度);
(2)将“密度计”轻轻放入待测牛奶中漂浮,用刻度尺测出浸入牛奶中的长度
计算方法:
2. 解:利用斜面做功时,克服重力做功为有用功,利用W有=Gh计算,沿斜面拉力做功为总功,利用W总=Fs计算,所以需要测量的物理量有:物体的重力G,沿斜面向上匀速拉动物体的拉力F;斜面的长度L,斜面的高度h.
克服重力做功为有用功:W有=Gh,
沿斜面拉力做功为总功:W总=Fs,
斜面的机械效率:η==.
3. (1)若选“220V 10W”,指示灯电路消耗功率
若选“2.5V 0.75W”,指示灯电路消耗功率
若选“2V 10mA”发光二极管,指示灯电路消耗功率
根据计算结果,应选用发光二极管
串联电阻阻值
(2)电路连接如图答2所示。
4. (1)选用质量不同的物体,比较它们下落相同的高度所用的时间。(或选用质量不
同的物体,比较它们在相同时间内下落的高度。)(3分)
(2)计算出下落的高度与对应一下落的时间平方的比值
如果它们的比值在误差范围内可认为相等,说明以上猜想是正确的,否则猜想是错误的
5.
、
6. 实验方案一:
(1)用天平称出矿石块的质量m0
(2)在烧杯中倒入适量的水,称出质量m1
(3)烧杯仍放在天平左盘,用细线将矿石块系好后,手提细线使矿石块浸没在此烧杯的水中并保持静止(水无溢出且矿石块不接触烧杯)。天平平衡时的称量值为m2
矿石的密度:
实验方案二:
(1)用天平称出矿石块的质量m0
(2)在烧杯中倒满水,称出质量m1
(3)将矿石块放入水中,将杯壁外的水擦干净,称出质量m2
矿石的密度:
与实验方案二同理的方法:
(1)用天平称出矿石块的质量m0
(2)将块石块放入装有适量水的烧杯中,用细线在烧杯外壁与水面相平处做一记号,称出质量m1
(3)取出矿石块,向烧杯中加水,直到水面与标记相平,称出质量m2
矿石的密度:
7. (1)主要实验步骤:
①用天平称出金属块的质量m;
②用细绳和刻度尺测出木棒的长度L;
③将用细绳系好的金属块系在木棒的一端,然后再将另一细绳一端做成绳环套在木棒上,用手提起该绳的另一端,并移动绳环的位置,使木棒保持水平平衡;
④用细绳和刻度尺测量出绳环到系金属块那端的木棒长度L′.
(2)如图,以O为支点,
∵杠杆平衡,
∴G铁×L′=G×(L﹣L′)
即:mg×L′=Mg×(L﹣L′)
解得:木棒的质量:
M=m.
答:(1)主要实验步骤和需测量的物理量同上;
(2)木棒质量的数学表达式为M=m.
8. (1)如图答2所示
(2)①按照电路图连好电路,将滑动变阻器滑片调到阻值最大处。闭合开关,调节滑动变阻器,使电压表的示数接近满偏,记下电压表的示数U0;②断开开关,保持滑片位置不动,将电压表改接在待测电阻两端。闭合开关,记下电压表的示数Ux.
(3)Rx=UxR0/U0。
9. 解:(1)实验步骤:
①向量筒内加入适量的水,记下量筒内水的体积V0;
②将铜块缓慢放入量筒内水中,记下此时水和铜块的总体积V1;
③再将木块轻轻放入量筒内水中,待木块静止处于漂浮状态时,记下此时总体积V2.
(2)木块密度的数学表达式
因为木块漂浮,G=F浮=ρ水gV排=ρ水g(V2﹣V1)
木块的质量为m===ρ水(V2﹣V1)
木块的体积为V=V1﹣V0
ρ===•ρ水
10. 解:(1)本题中需要考虑电压表的量程,无论电压表测量哪个电阻的电压,电压表的示数都不能超过15V,因此选用R1、R3两个电阻串联,
则电路中的电流I===A,则电阻R1上的电压为U1=I×R1=A×100Ω≈13.3V,不超过15V,
若选用用R1、R2两个电阻串联,则电路中的电流I′===A
则电阻R1上的电压为=I′×R1=A×100Ω=16V,超过15V,故不能选用R1、R2两个电阻串联;
若选用用R1、R4两个电阻串联,尽管电阻R1上的电压也不超过15V,但是指针偏转角度较小,不容易读数,因此因此选用R1、R3两个电阻串联最合适,
设计的电路图如下图,
(2)测量步骤:①按照电路图连接电路;
②闭合开关S,读出电压表的示数U1,
(3)串联电路中的电流处处相等,则,
则电源电压的表达式U=,