【物理】2019届二轮复习提升实验设计和探究归纳能力作业（全国通用） 8页

提升实验设计和探究归纳能力 ‎1．(2018·郑州第二次质量预测)LED绿色照明技术已经走进我们的生活。某实验小组要精确测定额定电压为5 V的LED灯泡正常工作时的电阻，已知该灯泡正常工作时电阻大约为500 Ω，其电学符号与小灯泡电学符号相同。实验室提供的器材有：‎ A．电流表A1(量程为60 mA，内阻RA1约为1 Ω，读数记为I1)‎ B．电流表A2(量程为3 mA，内阻RA2＝20 Ω，读数记为I2)‎ C．电压表V(量程0～15 V，内阻RV＝1 kΩ，读数记为U)‎ D．定值电阻R1＝980 Ω E．定值电阻R2＝1 980 Ω F．滑动变阻器R(0～20 Ω)‎ G．蓄电池E(电动势为24 V，内阻很小)‎ H．开关S，导线若干 ‎(1)部分电路原理图如图所示，请选择合适的器材，电表1为________，电表2为________，定值电阻为________。(填写器材前的字母编号)‎ ‎(2)将电路图补充完整。‎ ‎(3)写出测量LED灯电阻的表达式Rx＝________(用已知量和测量量表示)，调节滑动变阻器滑片的位置，当表达式中的________(填字母)达到________，记下另一电表的读数代入表达式，其结果即为LED灯正常工作时的电阻。‎ 解析：(1)要精确测定额定电压为5 V的LED灯正常工作时的电阻，需测量LED灯两端的电压和通过LED灯的电流。由于电压表的量程较大，测量误差较大，不能用来测量LED两端的电压，可以将电流表A2与定值电阻串联改装为电压表，改装的电压表内阻应至少为＝Ω≈1 667 Ω，电流表A2的内阻为20 Ω，则定值电阻应选E；LED灯正常工作时的电流约为 A＝10 mA，电流表A1的量程较大，不能精确测量电流；电压表内阻已知，对应满偏电流为 A＝15 mA，故用电压表测量电流更为准确。由以上分析可知，电表1为C，电表2为B，定值电阻为E。‎ ‎(2)因为滑动变阻器阻值远小于LED的电阻，所以滑动变阻器采用分压式接法。电路图如图所示：‎ ‎(3)根据闭合电路欧姆定律知，LED灯两端的电压为I2(R2＋RA2)，通过LED灯的电流为－I2，所以LED灯的电阻Rx＝，改装后的电压表内阻为2 000 Ω，则当I2＝2.5 mA时，LED灯两端的电压为5 V，达到额定电压，测出来的电阻为正常工作时的电阻。‎ 答案：(1)C　B　E　(2)见解析图　(3)　I2　2.5 mA ‎2．(2018·湖北华大新高考联盟质量测评)某同学利用如图(a)所示电路研究玩具电动机的能量转化，实验中使用的器材为：玩具电动机、滑动变阻器、电压表V1、电压表V2、电流表A、电源E、开关S、导线若干。‎ ‎(1)按图(a)所示的电路原理图将图(b)中实物图连线补充完整。‎ ‎(2)将滑动变阻器阻值调到最大，闭合开关S，调节滑动变阻器，某时刻某电压表的示数如图(c)所示，该电压表的读数为________ V。‎ ‎(3)当滑动变阻器R的触头从一端滑到另一端的过程中，依次记录电流表的示数I和电压表V1、电压表V2的示数U1、U2，并在同一坐标纸上描绘出UI图线，如图(d)所示，其中AB、CD为直线，DB为曲线。‎ ‎(4)根据图线求得电源电动势E＝________ V，内阻r＝________ Ω，玩具电动机的内阻rM＝________ Ω，工作点B对应的电动机输出功率P出＝________ W(结果均保留3位有效数字)。‎ 解析：(1)按照电路原理图连接实物图，如图所示。‎ ‎(2)电压表的最小刻度为0.1 V，估读到最小刻度的下一位，故读数为2.20 V。‎ ‎(4)由图像可知，AB段反映的是路端电压与干路电流的关系，故线段与纵轴的交点为电源的电动势，即E＝3.00 V；图像的斜率等于内阻，即r＝ Ω＝5.00 Ω；CDB段是电动机上的电压和电流的关系，而CD段是直线，即电动机没有转动，可视为纯电阻电路，所以其内阻rM＝ Ω＝4.00 Ω。加在玩具电动机上的最大电压是1.60 V，电流是0.280 A，工作点B对应的电动机输出功率为P出＝1.60×0.280 W－0.2802×4.00 W＝0.134 W。‎ 答案：(1)见解析图　(2)2.20　(4)3.00　5.00　4.00　0.134‎ ‎3．图1为某同学用力传感器去探究弹簧的弹力和伸长量的关系的实验情景。‎ 用力传感器竖直向下拉上端固定于铁架台上的轻质弹簧，读出不同拉力下的标尺刻度 x及拉力大小F(从电脑中直接读出)。所得数据记录在下列表格中：‎ 拉力大小F/N ‎0.45‎ ‎0.69‎ ‎0.93‎ ‎1.14‎ ‎1.44‎ ‎1.69‎ 标尺刻度x/cm ‎57.02‎ ‎58.01‎ ‎59.00‎ ‎60.00‎ ‎61.03‎ ‎62.00‎ ‎(1)根据所测数据，在图2坐标纸上作出F与x的关系图像。‎ ‎(2)由图像求出该弹簧的劲度系数为________N/m，弹簧的原长为________cm。(均保留三位有效数字)‎ ‎(3)为了用弹簧测定两木块A和B间的动摩擦因数μ，两位同学分别设计了如图3所示的甲、乙两种方案。‎ ‎①为了用某一弹簧测力计的示数表示A和B之间的滑动摩擦力的大小，你认为________方案更合理。‎ ‎②若A和B的重力分别为10.0 N和20.0 N。当A被拉动时，弹簧测力计a的示数为6.0 N，b的示数为11.0 N，c的示数为4.0 N，则A和B间的动摩擦因数为________。‎ 解析：(1)根据表中数据利用描点法得出对应的图像如图所示。‎ ‎(2)由胡克定律可知，图像的斜率表示劲度系数，则可知 k＝ N/m ‎＝24.0 N/m，‎ 在横轴上的截距表示弹簧的原长x＝55.0 cm。‎ ‎(3)①甲、乙两种方案，在拉着物体A运动的过程中，拉A的弹簧测力计由于在不断地运动，示数可能会变化，读数不是很准，弹簧测力计a是不动的，指针稳定，便于读数，故甲方案更合理。②弹簧测力计a示数为6.0 N，所以A、B间的动摩擦因数μ＝＝＝0.3。‎ 答案：(1)见解析图　(2)24.0(23.0～25.0均正确)　55.0(45.5～55.5均正确)　‎ ‎(3)①甲　②0.3‎ ‎4．(2019届高三·茂名模拟)某活动小组利用图甲所示装置验证机械能守恒定律。钢球自由下落过程中，先后通过光电门A、B，计时装置测出钢球通过A、B的时间分别为tA、tB。用钢球通过光电门的平均速度表示钢球球心通过光电门的瞬时速度。测出两光电门间的距离为h，当地重力加速度为g。‎ ‎(1)用游标卡尺测量钢球的直径，读数如图乙所示，钢球直径为D＝________ cm。[‎ ‎(2)要验证机械能守恒，只要比较________(填选项前的字母序号)即可。‎ A.D2与gh是否相等 B.D2与2gh是否相等 C.D2与gh是否相等 D.D2与2gh是否相等 ‎(3)钢球通过光电门的平均速度________(选填“＞”或“＜”)钢球球心通过光电门的瞬时速度。‎ 解析：(1)游标卡尺的主尺读数为：0.9 cm，游标尺上第10个刻度和主尺上某一刻度对齐，所以游标读数为0.05×10 mm＝0.50 mm，所以最终读数为：0.950 cm。‎ ‎(2)利用小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度，故：v＝，‎ 根据机械能守恒的表达式有：mgh＝mD2 即只要比较D2与2gh是否相等，故选D。‎ ‎(3)根据匀变速直线运动的规律得钢球通过光电门的平均速度等于这个过程中间时刻速度，所以钢球通过光电门的平均速度小于钢球球心通过光电门的瞬时速度。‎ 答案：(1)0.950　(2)D　(3)＜‎ ‎5．(2018·湖北七市教科研协作体联考)某同学想要测量一个未知电阻Rx，他能够使用的器材如下：‎ A．待测电阻Rx，阻值约为20 Ω；‎ B．电流表A1，量程为30 mA，内阻约为20 Ω；‎ C．电流表A2，量程为5 mA，内阻r2＝250 Ω；‎ D．定值电阻R0，阻值为R0＝30 Ω；‎ E．定值电阻R1，阻值为R1＝300 Ω；‎ F．滑动变阻器R，最大阻值约为10 Ω；‎ G．电源E，电动势约为3 V，内阻不大但不可忽略；‎ H．开关S及若干导线。‎ 该实验要求没有系统误差，可以测量多组数据且调节方便，而且电表指针的偏转角能够调节到尽可能大，则：‎ ‎(1)该实验应选择的器材有________；‎ ‎(2)在虚线框中画出该实验的电路图；‎ ‎(3)若两电流表的示数表示为I1、I2，则计算待测电阻阻值的表达式为Rx＝________。‎ 解析：实验器材中没有电压表，可采用双安法测量电阻，同时结合欧姆定律和串并联电路的特点解决问题。因为题中没有给出电压表，而给出了两个电流表，可选用一个大量程的电流表测量总电流，由于小量程的电流表内阻较大并且已知，可并联在被测电阻与一定值电阻两端，即可知道被测电阻与定值电阻两端的电压以及电流，由于定值电阻R1较大，造成电路中电流较小，电表的偏角较小，故选定值电阻R0，要求测量数据较多，故滑动变阻器采用分压接法，所以需要的器材为ABCDFGH，电路图如图所示：‎ 根据欧姆定律可得R0＋Rx＝，解得Rx＝－R0。‎ 答案：(1)ABCDFGH　(2)见解析图　(3)－R0‎ ‎6．(2018·江苏调研)实验小组采用如图甲所示实验装置测量木块与木板间动摩擦因数μ，提供的器材有：带定滑轮的长木板，有凹槽的木块，质量一共为20 g的钩码若干个，打点计时器、电源、纸带、细线等。实验中将部分钩码悬挂在细线下，剩余的钩码放在木块的凹槽中，保持长木板水平，利用打出的纸带测量木块的加速度。‎ ‎(1)正确进行实验操作，得到一条纸带，从某个清晰的打点开始，依次标注0、1、2、3、4、5、6，分别测出位置0到位置3、位置6间的距离，如图乙所示。已知打点周期T＝ 0.02 s，则木块的加速度a＝________ m/s2。‎ ‎(2)将木块凹槽中的钩码逐个添加到细线下端，改变悬挂钩码的总质量m，测得相应的加速度a，作出am图像如图丙所示，已知当地重力加速度g＝9.8 m/s2，则木块与木板间动摩擦因数μ＝________(保留两位有效数字)；μ的测量值________(选填“大于”“小于”或“等于”)真实值，原因是______________________________________(写出一个即可)。‎ ‎(3)实验中________(选填“需要”或“不需要”)满足悬挂钩码总质量远小于木块和槽中钩码总质量。‎ 解析：(1)已知打点周期T＝0.02 s，根据逐差法可得木块的加速度为：a＝＝ m/s2＝3.33 m/s2。‎ ‎(2)设木块的质量为M，根据牛顿第二定律有， mg－f＝(M＋0.02)a，f＝μ(M＋0.02－m)g，联立可解得加速度为：a＝m－μg，由丙图可知，当m＝0时，a＝－μg＝－3.3 m/s2，则木块与木板间动摩擦因数μ＝0.34，因滑轮与轴承、细线间有摩擦，纸带与打点计时器间有摩擦，所以测量值大于真实值。‎ ‎(3)实验中没有采用细线拉力等于重力，所以不需要满足悬挂钩码总质量远小于木块和槽中钩码总质量。‎ 答案：(1)3.33　(2)0.34(0.32～0.36均正确)　大于　滑轮与轴承、细线间有摩擦，纸带与打点计时器间有摩擦等　(3)不需要 ‎7．在做测量电源电动势E和内阻r的实验时，提供的器材有：待测电源一个(电动势E约为9 V，内阻r在35～85 Ω范围内)，内阻为RV＝19.95 kΩ的电压表一个(量程略大于电源的电动势)，电阻箱一个，开关一个，导线若干。为了测量得更加准确，多次改变电阻箱的电阻R，读出电压表的相应示数U，以为纵坐标，R为横坐标，画出与R的关系图像，如图所示。试根据以上信息回答问题：‎ ‎(1)在虚线框内画出实验电路图。‎ ‎(2)根据图像可得E＝________，r＝________。(保留两位有效数字)‎ 解析：(1)由题图可知，电阻箱的阻值可达到5 kΩ，与电压表内阻的数量级相当，故电压表可并联在电阻箱两端，也可与电阻箱串联测电流，由与R成线性关系可知，电压表应与电阻箱串联，实验电路图如图所示。‎ ‎(2)闭合开关，设干路电流为I，由闭合电路欧姆定律，得：E＝U＋I(R＋r)，其中I＝，解得：＝＋，可见斜率k＝＝6×10－6 V－1·Ω－1，纵轴截距b＝＝0.12 V－1，解得：E＝＝8.4 V，r＝－RV＝50 Ω。‎ 答案：(1)电路图见解析　(2)8.4 V　50 Ω