專題(十一)  物理實驗

二、重點剖析

1.游標(biāo)卡尺的使用

測量原理、使用方法;10分度、20分度、50分度的游標(biāo)卡尺的讀數(shù)等

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2.螺旋測微器的使用

構(gòu)造、原理、使用方法、正確讀數(shù)等

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3.練習(xí)使用示波器

面板上各個旋鈕或開關(guān)的作用、調(diào)試方法、觀察正虛阿觀察正弦波的波形等

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4.傳感器的簡單使用

光電轉(zhuǎn)換和熱電轉(zhuǎn)換及其簡單應(yīng)用、光電計數(shù)的簡單了解

驗證性實驗

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5.驗證力的平行四邊形定則

實驗的等效思想、作圖法

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6.驗證動量守恒定律

用平拋實驗儀器進行實驗、轉(zhuǎn)化要驗證的等效表達式、對狀態(tài)過程分階段測量

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7.驗證機械能守恒定律

用自由落體進行驗證、使用打點計時器和刻度尺等

測定性實驗

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8.探究單擺運動、用單擺測量重力加速度

使用刻度尺和秒表、實驗操作要求等

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9.用油膜法估測分子的大小

溶液的配置、油膜面積的估算方法

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10.測定金屬的電阻率

使用刻度尺和螺旋測微器、電流表、電壓表量程的選擇、測量電路的選擇和連接

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11.把電流表改裝成電壓表

“半偏法的設(shè)計思想與誤差分析、計算分壓電阻、改裝表的校對

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12.測定電源的電動勢和內(nèi)阻

實驗電路的選取和連接作圖法求解的方法

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13.測定玻璃的折射率

用插針法測定、畫光路圖

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14.用雙縫干涉測光的波長

用雙縫干涉儀進行實驗、儀器調(diào)節(jié)和分劃板的使用

研究性

實驗

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15.研究勻變速直線運動

明確試驗?zāi)康、使用打點計時器、刻度尺測量、分析紙帶計算加速度等

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16.研究平拋物體的運動

用平拋實驗其進行實驗、實驗?zāi)康暮头椒、描繪軌跡、計算初速度

探究性

實驗

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17.探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系

設(shè)計實驗原理和方法、實驗數(shù)據(jù)的處理和分析、實驗結(jié)論的描述和表達形式等

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18.用多用電表探測黑箱內(nèi)的電學(xué)原件

多用電表的使用和讀數(shù)、探索的思路、測量過程的分析和判斷

描繪類實驗

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19.用描跡法畫出電場中平面上的等勢線

用恒定電流場模擬靜電場、尋找等勢點的方法、描跡的方法

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20.描繪小電珠的伏安特性

使用電流表、電壓表、滑動變阻器、電路的選擇、與連接、描繪U-I圖線并分析圖線為非曲線的原因等

縱觀近幾年高考中的設(shè)計型實驗題,一般是要求考生根據(jù)題目提出的目的要求和給出的器材,設(shè)計出實驗方案。這類題對考生的要求較高,要求考生能將課本中分組實驗和演示實驗的實驗原理、實驗方法遷移到新的背景中,要求考生深刻理解物理概念和規(guī)律,并能靈活運用,要求考生有較強的創(chuàng)新能力。其設(shè)計原則:

(1)正確性:實驗原理所依據(jù)的原理應(yīng)當(dāng)符合物理學(xué)的基本原理。

(2)安全性:實驗方案的實施要安全可靠,實施過程中不應(yīng)對儀器及人身造成危害。要注意到各種電表均有量程、電阻均有最大允許電流和最大功率,電源也有最大允許電流。

(3)方便性:實驗應(yīng)當(dāng)便于操作,便于讀數(shù),便于進行數(shù)據(jù)處理。

(4)精確性:在實驗方案、儀器、儀器量程的選擇上,應(yīng)使實驗誤差盡可能的小。

(5)節(jié)能性原則:盡可能降低電源的功率,減小電能損耗.

三、考點透視

從近幾年對高考試題的統(tǒng)計和分析來看,物理實驗的考查重點有些新的變化,但無論是實驗設(shè)計,還是原理分析,往往都涉及基本儀器的使用。因此,儀器的使用是實驗考核的基礎(chǔ)內(nèi)容;掌握基本儀器的使用方法、基本的實驗方法和基本物理原理是解答設(shè)計型實驗題的基礎(chǔ)。

一些基本儀器的原理、使用方法、注意事項和讀數(shù)等,在近幾年的高考試題中不斷出現(xiàn)。長度和電路量的測量及相關(guān)儀器的使用是出題最頻繁的知識點。如游標(biāo)卡尺、螺旋測微器的讀數(shù)在近十年的全國高考中就考過多次,往往是游標(biāo)卡尺、螺旋測微器交替考查。電壓表、電流表、歐姆表使用方法的考查幾率則更高。另外,打點計時器、秒表的使用有時也出現(xiàn)。高考中基本儀器的考查,用的比較多的題型是填空題和作圖題。高考中常有連接電路實物圖,這類題設(shè)置的目的就是考查電流表、電壓表、滑動變阻器等器材的操作和使用方法。

解決設(shè)計型實驗問題的關(guān)鍵是確定實驗原理,它是進行實驗設(shè)計的根本依據(jù)和起點,它決定應(yīng)當(dāng)測量那些物理量、如何確定實驗儀器、如何安排實驗步驟、如何處理數(shù)據(jù),會進行誤差分析,或根據(jù)實驗出現(xiàn)的故障,會利用學(xué)過的知識判斷出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因。實驗原理的確定,要根據(jù)問題的要求和給出的條件,回顧分組實驗和演示實驗,尋找能夠遷移應(yīng)用的實驗原理,或者回顧物理原理,尋找有關(guān)的物理規(guī)律,設(shè)法創(chuàng)設(shè)相關(guān)的物理情景,并根據(jù)已掌握的基本儀器核,對是否能夠測出必須測定的物理量。

例1:用游標(biāo)卡尺測一根金屬管的內(nèi)徑和外徑時,卡尺上的游標(biāo)位置分別如圖11-1所示。這根金屬管內(nèi)徑讀數(shù)是      cm,外徑讀數(shù)是       cm,管壁的厚度是     cm。

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解析:圖11-1(a)中,從主尺看,整毫米數(shù)是23,游標(biāo)尺上第7條刻度線與主尺上的一條刻度線重合,所以毫米以下的讀數(shù)就是0.7mm,得到內(nèi)徑的讀數(shù)為23.7mm=2.37cm。圖11-1(b)中主尺上整毫米數(shù)是30,游標(biāo)尺上第3條刻度線與主尺上的一條刻度線重合,所以外徑的讀數(shù)為30.3mm=3.03cm。管壁的厚度為兩者之差的一半0.33cm。答案:2.37;0.33

點撥:游標(biāo)卡尺的讀數(shù)規(guī)則是:整毫米數(shù)由主尺讀出,游標(biāo)尺的第幾刻度線與主尺上的某一刻度線重合,毫米以下的讀數(shù)就是n分之幾,n是游標(biāo)卡尺上的分度數(shù),該題中,游標(biāo)卡尺是10分度的,那就是10分之幾。

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2 下面是在測某電池的電動勢和內(nèi)電阻的實驗中記錄的六組數(shù)據(jù).請算出待測電池的電動勢和內(nèi)電阻.

U(V)

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1.37

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1.32

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1.24

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1.18

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1.10

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1.05

I(A)

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0.12

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0.20

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0.31

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0.32

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0.50

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0.57

解析:建立坐標(biāo)系,利用描點法畫出U-I圖象如實驗圖所示.第四個點明顯偏離,可見是偶然誤差造成的,應(yīng)舍去.

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直線與縱軸的交點坐標(biāo)即為電源的電動勢E=1.46 V.

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由閉合電路歐姆定律得:E=U+Ir.將直線上的點(1.10,0.50)的坐標(biāo)U=1.10V,I=0.50A代入得:r=0.72Ω.

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點撥:在畫U-I圖線時,要使較多的點落在這條直線上或使各點均勻分布在直線的兩側(cè).個別偏離直線太遠(yuǎn)的點可舍去不予考慮.這樣,就可使偶然誤差得到部分抵消,從而提高精確度.干電池內(nèi)阻較小時路端電壓U的變化也較小,即不會比電動勢小很多.這時,在畫U-I圖線時,縱軸的刻度可以不從零開始,而是根據(jù)測得的數(shù)據(jù)從某一恰當(dāng)值開始(橫坐標(biāo)I必須從零開始).但這時圖線和橫軸的交點不再是短路電流.不過直線斜率的大小照樣還是電源的內(nèi)阻.本題所得電壓U的值集中在1.00V~1.50V之間,因此作圖時靈活地進行了移軸,使描出的點分布區(qū)域擴大,方便了作圖,也提高了數(shù)據(jù)處理和實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性.

例3(07年重慶)在“描繪小燈泡的伏安特性曲線”實驗中用導(dǎo)線a、b、c、d、e、f、g和h按圖12-4所示方式連接電路,電路中所有元器件都完好,且電壓表和電流表已調(diào)零。閉合開關(guān)后:

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①若電壓表的示數(shù)為2V,電流表的的示數(shù)為零,小燈泡不亮,則斷路的導(dǎo)線為_____;

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②若電壓表的示數(shù)為零,電流表的示數(shù)為0.3A,小燈泡亮,則斷路的導(dǎo)線為______;

③若反復(fù)調(diào)節(jié)滑動變阻器,小燈泡亮度發(fā)生變化,但電壓表、電流表的示數(shù)不能調(diào)為零,則斷路的導(dǎo)線為____________.

解析:當(dāng)電壓表有讀數(shù),而小燈泡又不亮?xí)r說明了導(dǎo)線d斷;當(dāng)電壓表示數(shù)為零,電流表有示數(shù),小燈泡亮說明回路中有電流,斷線位置必定在電壓表接線的兩端,如果是d斷,燈泡將不亮,則只能是h斷;若反復(fù)調(diào)節(jié)滑動變阻器,小燈泡亮度變化,而電壓表、電流表示數(shù)不能調(diào)為零,說明此時有電流流過電壓表,如果是a、f斷,電壓表、電流表讀數(shù)均為零(無論怎樣調(diào)節(jié)),故只能是導(dǎo)線g斷路。答案:①d導(dǎo)線;②h導(dǎo)線;③g導(dǎo)線

點撥:故障判斷問題的分析,雖然考查的知識點同學(xué)們并不陌生,但由于涉及的方法比較靈活,需要一定的綜合分析能力,所以考試中得分率并不很高.由于這類試題是一種考查學(xué)生靈活運用所學(xué)知識分析物理問題的試題,所以在高考中經(jīng)常出現(xiàn).

 

例1物理小組在一次探究活動中測量滑塊與木板之間的動摩擦因數(shù)。實驗裝置如圖,一表面粗糙的木板固定在水平桌面上,一端裝有定滑輪;木板上有一滑塊,其一端與電磁打點

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四、熱點分析

計時器的紙帶相連,另一端通過跨過定滑輪的細(xì)線與托盤連接。打點計時器使用的交流電源的頻率為50 Hz。開始實驗時,在托盤中放入適量砝碼,滑塊開始做勻加速運動,在紙帶上打出一系列小點。

 

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(1)上圖給出的是實驗中獲取的一條紙帶的一部分:0、1、2、3、4、5、6、7是計數(shù)點,每相鄰兩計數(shù)點間還有4個打點(圖中未標(biāo)出),計數(shù)點間的距離如圖所示。根據(jù)圖中數(shù)據(jù)計算的加速度

a=                   (保留三位有效數(shù)字)。

(2)回答下列兩個問題:

  ①為測量動摩擦因數(shù),下列物理量中還應(yīng)測量的有         。(填入所選物理量前的字母)

  A.木板的長度l                     B.木板的質(zhì)量m1

  C.滑塊的質(zhì)量m2                   D.托盤和砝碼的總質(zhì)量m3

  E.滑塊運動的時間t

②測量①中所選定的物理量時需要的實驗器材是                             。

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 (3)滑塊與木板間的動摩擦因數(shù)                     (用被測物理量的字母表示,重力加速度為g).與真實值相比,測量的動摩擦因數(shù)          (填“偏大”或“偏小” )。寫出支持你的看法的一個論據(jù):                                                                   

                                     。

解析:本題考查用逐差法處理紙帶的問題,用牛頓第二定律測動摩擦因數(shù)。

(1)對紙帶的研究直接利用逐差法取平均值計算加速度。

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(0.495~0.497m/s2

(2)①要測動摩擦因數(shù),就要測出滑塊受的拉力和滑塊的質(zhì)量;應(yīng)選CD。②測質(zhì)量就需要天平。

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(3)  根據(jù)牛頓第二定律 得:

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與真實值相比,測量的動摩擦因數(shù)偏大,因為紙帶和打點計時器之間有摩擦。

 

反思:打點計時器是中學(xué)物理實驗的重要儀器,要會處理高中涉及打點計時器的相關(guān)實驗,會分析實驗誤差的來源。

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例2:實驗室新進了一批低電阻的電磁螺線管,已知螺線管使用的金屬絲電阻率ρ=1.7×10-8 Ωm。課外活動小組的同學(xué)設(shè)計了一個試驗來測算螺線管使用的金屬絲長度。他們選擇了多用電表、電流表、電壓表、開關(guān)、滑動變阻器、螺旋測微器(千分尺)、導(dǎo)線和學(xué)生電源等。

⑴他們使用多用電表粗測金屬絲的電阻,操作過程分以下三個步驟:(請?zhí)顚懙冖诓讲僮?/u>)

①將紅、黑表筆分別插入多用電表的“+”、“-”插孔;選擇電阻檔“×1”;

②________________________________________________________________;

③把紅黑表筆分別與螺線管金屬絲的兩端相接,多用表的示數(shù)如圖11-2(a)所示。

⑵根據(jù)多用電表示數(shù),為了減少實驗誤差,并在實驗中獲得較大的電壓調(diào)節(jié)范圍,應(yīng)從圖11-2(b)的A、B、C、D四個電路中選擇_________電路來測量金屬絲電阻;

⑶他們使用千分尺測量金屬絲的直徑,示數(shù)如圖11-3所示,金屬絲的直徑為_________mm;

⑷根據(jù)多用電表測得的金屬絲電阻值,可估算出繞制這個螺線管所用金屬絲的長度約為_________m。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)

⑸他們正確連接電路,接通電源后,調(diào)節(jié)滑動變阻器,發(fā)現(xiàn)電流始終無示數(shù)。請設(shè)計一種方案,利用多用電表檢查電路故障并寫出判斷依據(jù)。(只需寫出簡要步驟)

_________________________________________________________________________

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本題簡介:本題是07年廣東高考試題,占12分。

解析:⑴應(yīng)用多用電表測量電阻時,選擇合適的量程后,調(diào)整歐姆零點,并且每換一次量程后,都必須重新調(diào)整黑表筆短接,調(diào)整調(diào)零旋鈕調(diào)零

⑵一般情況下,被測量金屬絲電阻比較小,與電流表的內(nèi)阻相差不大,而又遠(yuǎn)小于電壓表的內(nèi)阻,所以應(yīng)該選擇電流表的內(nèi)接法;又為了保護電路,劃線變阻器應(yīng)該采用分壓電路。

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⑶千分尺只能測量幾厘米的長度,測量精度為0.01mm。其讀數(shù)方法是:固定刻度數(shù)(0.5mm的整數(shù)倍)+可動刻度上與準(zhǔn)線對齊的刻度數(shù)×精確度+估讀數(shù)(千分之毫米位)。據(jù)此可得此表讀數(shù)為0+26.0×0.01=0.260mm

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⑷萬用表的讀數(shù)為4.0Ω,又由歐姆定律R=ρ及s=πD2/4可以得到L=12m13m

⑸根據(jù)電路故障檢查的方法,此項有多種方法,答案見后。

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答案:⑴歐姆零點!、艱 ⑶0.260 mm (0.258―0.262 mm均給分)、12m13m ⑸以下兩種解答都正確:①使用多用電表的電壓檔位,接通電源,逐個測量各元件、導(dǎo)線上的電壓,若電壓等于電源電壓,說明該元件或?qū)Ь斷路故障。②使用多用電表的電阻檔位,斷開電路或拆下元件、導(dǎo)線,逐個測量各元件、導(dǎo)線上的電阻,若電阻為無窮大,說明該元件或?qū)Ь斷路故障.

反思:本題是圍繞測量一個“低電阻的電磁螺線管”“使用的金屬絲長度”而展開的”,題目巧妙地引入了“用多用電表測電阻”、“實驗電路的選擇”、“螺旋測微器的讀數(shù)”、“電阻定律的應(yīng)用”等四方面實驗技能和相關(guān)知識的考查,而最后的第(5)問,更要求根據(jù)實驗故障現(xiàn)象,設(shè)計一種方案,寫出利用多用表檢查故障的步驟及依據(jù)。使此問的答案具有開放性,在一定程度上體現(xiàn)了新課程的三維目標(biāo)中“過程與方法”的要求。

友情提醒:基本儀器的原理、使用方法、注意事項和讀數(shù)是實驗考核的基礎(chǔ)內(nèi)容。長度和電路量的測量及相關(guān)儀器的使用是出題最頻繁的知識點。

五、能力突破

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例1:(1)某同學(xué)用如圖11-4所示的實驗裝置,做《用雙縫干涉測光的波長》的實驗,他用帶有游標(biāo)尺的測量頭,如圖11-5所示是測量相鄰兩條亮條紋間的距離Δx。轉(zhuǎn)動測量頭的手輪,使分劃板的中心刻線對齊某一條亮條紋(將這一條紋確定為第1亮條紋)的中心,此時游標(biāo)尺上的示數(shù)情況如圖11-6所示;轉(zhuǎn)動測量頭的手輪,使分劃板的中心刻線對齊第6亮條紋的中心,此時游標(biāo)尺上的示數(shù)情況如圖丁所示,則圖11-6的示數(shù)x1=___________mm;圖11-7的示數(shù)x2=___________mm。如果實驗中所用的雙縫間的距離d=0.20mm,雙縫到屏的距離L=60cm,則計算波長的表達式λ=______________(用已知量和直接測量量的符號表示)。根據(jù)以上數(shù)據(jù),可得實驗中測出的光的波長λ=__________m。

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(2)在上述實驗中,以白光為光源,將光源與單縫間的濾光片取走,在屏上能觀察到彩色干涉條紋,若在雙縫中的一縫前放一紅色濾光片(只能透過紅光),另一縫前放一綠色濾光片(只能透過綠光),這時_______(填字母代號)

A.只有紅色和綠色的干涉條紋,其它顏色的干涉條紋消失

B.紅色和綠色的干涉條紋消失,其它顏色的干涉條紋仍然存在

C.任何顏色的干涉條紋都不存在,但屏上仍有亮光

D.屏上無任何亮光

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解析:(1)測量頭的讀數(shù)方法與游標(biāo)卡尺的讀數(shù)方法相同。將主尺上的讀數(shù)加上游標(biāo)尺上的讀數(shù):對準(zhǔn)第1條時讀數(shù)為0+3×0.05=0.15mm,對準(zhǔn)第6條時讀數(shù)為8+19×0.05=8.95mm。相鄰兩條紋間的距離,式中的L為雙縫與屏的距離。所以計算波長λ的公式是。代入數(shù)值解得m。

(2)雙縫干涉實驗中,若在兩個縫前分別放上紅、綠色濾光片,紅、綠光的頻率不同,不是相干光,則屏上沒有干涉條紋,只有亮光,C正確.

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答案:(1)0.15;8.95;;m(2)C

反思:掌握游標(biāo)卡尺的讀數(shù)方法和光的干涉與衍射的基本知識以及《用雙縫干涉測光的波長》的實驗方法和、原理是此類實驗考查的目的。

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例2請根據(jù)以下條件設(shè)計測定物體摩擦因素的實驗。(1)為了測定木塊與斜面之間的動摩擦因素,某同學(xué)讓木塊從斜面上端由靜止開始勻加速下滑,如圖12-7所示,他使用的實驗器材僅限于:傾角固定的斜面(傾角未知),木塊,秒表,米尺。請回答下列內(nèi)容:寫出實驗原理及實驗中應(yīng)記錄的數(shù)據(jù);計算動摩擦因數(shù)的公式;為了在減小測量誤差,可采用那些辦法。

(2)給你一把卷尺和一些足夠干燥的細(xì)沙(細(xì)沙足夠多),試設(shè)計一個測量沙粒之間的動摩擦因素的方法。

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解析:(1)涉及有關(guān)動摩擦因素的問題,從理論上講滑動摩擦因素求得的,所以我們應(yīng)該從其受力情況及運動情況的分析入手。

依題意有:mgcosθ=N,(設(shè)斜面傾角為θ)  mgsinθ-f=ma  f=μN

三式聯(lián)立得   mgsinθ-μmgcosθ=ma

所以實驗中應(yīng)記錄的數(shù)據(jù)是斜面中三條邊的長度L、d、h及下滑時間t。

計算動摩擦因數(shù)公式是:μ=-

為了減小誤差,可采用的辦法是多測幾次值。

(2)讓細(xì)沙從高處緩慢漏下,在桌面上形成一個圓錐體表面有一粒細(xì)沙,其質(zhì)量為m,則它會沿著圓錐體表面勻速下滑,此時這粒細(xì)沙受力為:mgsinθ=μmgcosθ

則動摩擦因素為:μ=tanθ==

所以測出圓錐體高度h和周長L,既可求出動摩擦因素。

反思:該題為設(shè)計型實驗,由于題中給出了實驗裝置、器材和實驗情景,因此對實驗原理已有了很多提示;仡櫫W(xué)分組實驗和相關(guān)規(guī)律,對比有沒有相關(guān)的可以遷移的原理。要用物理原理分析題給的實驗情景。解決設(shè)計實驗問題,關(guān)鍵是在明確實驗?zāi)康那邦}下,弄清該實驗設(shè)計實驗原理,然后再根據(jù)所給的實驗性儀器,找出實驗方案,確定實驗步驟,最后結(jié)合相關(guān)實驗選擇處理數(shù)據(jù)方法。

 

六、規(guī)律整合:

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1.游標(biāo)卡尺的讀數(shù):要先確定精確度,讀數(shù)先讀主尺,再讀游標(biāo)尺的的分度.游標(biāo)卡尺不估讀.讀數(shù)規(guī)則是:整毫米數(shù)由主尺讀出,游標(biāo)尺的第幾刻度線與主尺上的某一刻度線重合,毫米以下的讀數(shù)就是n分之幾,n是游標(biāo)卡尺上的分度數(shù),

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2.螺旋測微器的讀數(shù):要先讀主尺,再讀可動刻度,要注意可動刻度的估讀,讀數(shù)時要注意半毫米刻度.讀數(shù)方法是:固定刻度數(shù)(0.5mm的整數(shù)倍)+可動刻度上與準(zhǔn)線對齊的刻度數(shù)×精確度+估讀數(shù)(千分之毫米位)。

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3.雙縫干涉測波長:狹縫寬窄要適度,光線亮度要充足,單雙縫要平行,游標(biāo)卡尺中心要對準(zhǔn)條紋處.

4.電表的讀數(shù):電表接入電路時首先要一看量程,二看分度,三看接線柱正負(fù),合理的量程選擇應(yīng)能使指針偏轉(zhuǎn)到其量程的1/3以上.

5.研究物體的平拋運動:小球要在同一高度處滾下,斜槽邊緣要水平,并要記準(zhǔn)平拋運動的起點位置.

6.練習(xí)使用多用電表測電阻:先機械調(diào)零,再歐姆調(diào)零,并每換一次檔位,都要進行一次歐姆調(diào)零,所選取的檔位應(yīng)滿足使指針在中值刻度附近,讀出的數(shù)據(jù)應(yīng)乘以倍率.測量時雙手切勿同時接觸被測電阻.

7.“半偏法”測量電流表的電路采用的是電阻箱與電流表并聯(lián)形式,測量的結(jié)果是測量值小于真實值;“半偏法”測量電壓表的內(nèi)電阻的的電路采用的是電阻箱與電壓表串聯(lián)形式,測量的結(jié)果是測量值大于真實值.

8.伏安法測電阻:兩種電路的選擇:RV≫Rx,電流表外接,電壓表有分流作用,是真實值略大于測量值;Rx≫RA,電流表內(nèi)接,電流表有分壓作用,則測量值略大于真實值。

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9.測定金屬絲的電阻率:所用的原理是電阻定律和部分電路歐姆定律,測量時通過電流不宜大,電流表外接,當(dāng)金屬絲的電阻較小時,滑線變阻器采用限流電路,當(dāng)金屬絲的電阻較大時,滑線變阻器采用分壓電路。

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10.設(shè)計性實驗規(guī)律整合

⑴明確目的,廣泛聯(lián)系

題目或課題要求測定什么物理量,或要求驗證、探索什么規(guī)律,這是實驗的目的,是實驗設(shè)計的出發(fā)點.實驗?zāi)康拿鞔_后,應(yīng)用所學(xué)知識,廣泛聯(lián)系,看看該物理量或物理規(guī)律在哪些內(nèi)容中出現(xiàn)過,與哪些物理現(xiàn)象有關(guān),與哪些物理量有直接的聯(lián)系.對于測量型實驗,被測量通過什么規(guī)律需用哪些物理量來定量地表示;對于驗證型實驗,在相應(yīng)的物理現(xiàn)象中,怎樣的定量關(guān)系成立,才能達到驗證規(guī)律的目的;對于探索型實驗,在相應(yīng)的物理現(xiàn)象中, 涉及哪些物理量……這些都是應(yīng)首先分析的,以此來確定實驗的原理.

⑵選擇方案,簡便精確

對于同一個實驗?zāi)康,都可能存在多種實驗原理,進而形成多種(可供選擇的)設(shè)計方案. 選擇的實驗方案應(yīng)遵循上面的5條原則。

⑶依據(jù)方案,選定器材

實驗方案選定后,考慮該方案需要哪些裝置,被測定量與哪些物理量有直接的定量關(guān)系,分別需用什么儀器來測定,以此來確定實驗所用器材.

⑷擬定步驟,合理有序

實驗之前,要做到心中有數(shù):如何組裝器材,哪些量先測,哪些量后測,應(yīng)以正確操作和提高效率的角度擬定一個合理而有序的實驗步驟.

⑸數(shù)據(jù)處理,誤差分析

高考對此要求不高,但常用的數(shù)據(jù)處理方法(如:平均法、圖象法、描跡法、比較法等)和一般誤差分析方法(絕對誤差、相對誤差等)還是應(yīng)該掌握的,在設(shè)計實驗時也應(yīng)予以考慮.

七、高考預(yù)測

物理實驗是高考物理的必考題,也是考生失分較多的題型,分值占17~19分,在整個主觀題中約占25%左右。一般圍繞力學(xué)和電學(xué)兩部分命題,特別是電學(xué)實驗題更是高考命題的重頭戲。高考對物理實驗的考查形式有選擇、填空、簡答、連線作圖、器材選擇、方案設(shè)計等?疾榈膬(nèi)容包括基本儀器和儀表的使用與讀數(shù);基本物理量的測量;基本的實驗原理和基本實驗方法;實驗器材的選擇和使用;使用方案的確定;實驗步驟和實驗操作的考查;實驗數(shù)據(jù)的處理,包括實驗誤差的產(chǎn)生及減小誤差的方法等。

 

八、專題專練(時間:90分鐘 滿分:120分)

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一、選擇題(本題共8小題,每小題6分,共48分。在每小題給出的四個選項中,有一個或多個選項是符合題目要求的:全部選對的得6分,選對但不全得3分,有選錯或不選的得零分。)

1.在做“互成角度的兩個力合成”的實驗中,橡皮條的一端固定在木板上,用兩個彈簧秤把橡皮筋的另一端拉到某一確定的O點。以下操作中正確的是(   )

A.同一次實驗中,O點位置允許改動

B.實驗中彈簧秤必須保持與木板平行,讀數(shù)時視線要正對彈簧秤刻度

C.實驗中,先將其中一個彈簧秤沿某一方向拉到最大量程,然后只需調(diào)節(jié)另一彈簧秤拉力的大小和方向,把橡皮條拉到另一位置O點

D.實驗中,把橡皮條拉到某一位置O點時,兩個彈簧秤之間的夾角應(yīng)取900,以便算出合力的大小

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2.某校實驗小組的同學(xué)們在研究勻變速直線運動的實驗中,算出小車經(jīng)過各計數(shù)點時的瞬時速度如下表:

計數(shù)點序號

1

2

3

4

5

6

計數(shù)點對應(yīng)的時刻(s)

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0.10

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0.20

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0.30

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0.40

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0.50

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0.60

通過計數(shù)點的速度(cm/s)

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44.0

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62.0

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81.0

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100.0

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110.0

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168.0

為了計算加速度,下面幾種做法合理的是(    )

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A.根據(jù)任意兩計數(shù)點的速度用公式算出加速度

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B.根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出vt圖,量出其傾角,由公式a = 求出加速度

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C.根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出vt圖,由圖線上相距較遠(yuǎn)的兩點所對應(yīng)的速度、時間,用公式算出加速度

D.依次算出通過連續(xù)兩計數(shù)點間的加速度,算出平均值作為小車的加速度

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3.某研究小組的同學(xué)根據(jù)所學(xué)的光學(xué)知識,設(shè)計了一個測量液體折射率的儀器。如圖12-11所示,在一個圓盤上,過其圓心O做兩條互相垂直的直徑BC、EF。在半徑OA上,垂直盤面插上兩枚大頭針P1、P2并保持P1、P2位置不變,每次測量時讓圓盤的下半部分豎直進入液體中,而且總使夜面與直徑BC相平,EF作為界面的法線,而后在圖中右上方區(qū)域觀察P1、P2的像,并在圓周上插上大頭針P3,使P3正好擋住P1、P2的像。同學(xué)們通過計算,預(yù)先在圓周EC部分刻好了折射率的值,這樣只要根據(jù)P3所插的位置,就可以直接讀出液體折射率的值。在用此儀器測量液體的折射率時,下列說法正確的是(     )

A.大頭針P3插在M位置時液體的折射率值大于插在N位置時液體的折射率值

B.大頭針P3插在M位置時液體的折射率值小于插在N位置時液體的折射率值

C.對于任何液體,在KC部分都能觀察到大頭針P1、P2的像

D.可能有一種液體,在KC部分觀察不到大頭針P1、P2的像

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4.在《練習(xí)使用示波器》的實驗中,關(guān)于豎直位移旋紐↑↓和Y增益旋紐的作用,下列說法正確的是(    )

       A.豎直位移旋紐用來調(diào)節(jié)圖象在豎直方向的位置,Y增益旋紐用來調(diào)節(jié)圖象在豎直方

向的幅度

       B.豎直位移旋紐用來調(diào)節(jié)圖象在豎直方向的幅度,Y增益旋紐用來調(diào)節(jié)圖象在豎直方

向的位置

       C.豎直位移旋紐和Y增益旋紐都是用來調(diào)節(jié)圖象在豎直方向的位置

       D.豎直位移旋紐和Y增益旋紐都是用來調(diào)節(jié)圖象在豎直方向的幅度

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5.在利用打點計時器和重錘做“驗證機械能守恒定律”得實驗時,以下說法正確得是(    )

A.應(yīng)選用質(zhì)量較大的重錘,使重錘和紙帶所受得重力遠(yuǎn)大于它們所受得阻力

B.重錘的質(zhì)量可以不測出,也能完成驗證實驗

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C.處理數(shù)據(jù)時必須挑選第1、2兩點間距離接近2mm得紙帶才能完成實驗

D.處理數(shù)據(jù)時可以避開紙帶上初始密集的幾點,選擇后面合適的兩點進行測算與驗證

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6.如圖12-13所示,為描繪電場中等勢線的裝置,若所用電流計的電流從哪一接線柱流入,其指針就向哪一側(cè)偏,在尋找基準(zhǔn)點O的另一等勢點時,探針1與O點接觸,探針2與導(dǎo)電紙上的C點接觸電流計的指針向負(fù)接線柱一側(cè)偏轉(zhuǎn),為了盡快找到新等勢點,探針2應(yīng)由C點逐漸向(    )

A.上移動           B.下移動          C.左移動            D.右移動

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7.在做“研究平拋物體的運動”的實驗時,讓小球多次沿同一軌跡運動,通過描點法畫小球作平拋運動的軌跡,為了能較準(zhǔn)確地描出運動的軌跡,下面列出了一些操作要求,其中正確的有 (      )

A.通過調(diào)節(jié)使斜槽的末端保持水平

B.每次釋放小球的位置可以不同

C.每次必須將小球由靜止釋放

D.記錄小球位置的木條(或凹槽)每次必須等距離下降

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8.一個型電路如圖所示,電路中的電阻,。另有一測試電源,電動勢為,內(nèi)阻忽略不計。則( 。

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    A.當(dāng)端短路時,之間的等效電阻是

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  B.當(dāng)端短路時,之間的等效電阻是

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    C.當(dāng)兩端接通測試電源時,兩端的電壓為

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D.當(dāng)兩端接通測試電源時,兩端的電壓為

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二、非選擇題(本題共7小題,共72分。把答案填在題中的橫線上或按題目要求作答。)

9.(6分)在用油膜法估測分子的大小的實驗中,若已知實驗室純油酸的摩爾質(zhì)量為M,密度為ρ。將其配制成酒精油酸溶液,且一滴酒精油酸溶液含純油酸的質(zhì)量為m,此滴油酸溶液在液面上擴散后的最大面積為S,阿伏加德羅常數(shù)為NA,則此滴油酸溶液所含油酸的分子數(shù)為         ,油酸分子的直徑為            ;若將油酸分子視為球體且一個挨一個緊密排列,則其直徑還可表示為           

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10.(12分)某同學(xué)做了一個小實驗,在一個較長的鐵釘上,用漆包線繞上兩個線圈A 和B,線圈A 與干電池連接,線圈B 的兩端接在一起,并把CD 段漆包線放在靜止的自制指南針的上方,如圖所示。當(dāng)干電池給線圈通通電的瞬間,從上向下看(俯視〕 指南針將________偏轉(zhuǎn)(填順時針或逆時針)。

 

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11.(14分)如圖給出了該次實驗中,從0點開始,每5個點取一個計數(shù)點的紙帶,其中0,1,2,3,4,5,6都為記數(shù)點.測得:s11.40 cm,s21.90 cm,s32.38 cm,s42.88 cm,s53.39 cm,s63.87 cm

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(1)在計時器打出點1,2,3,4,5時,小車的速度分別為 :v1=______ cm/s,v2=______ cm/s,,v3=______ cm/s,v4=______ cm/s,v5=______ cm/s.

(2)求出小車的加速度a=______ cm/s2

 

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12.(14分)一毫安表頭mA滿偏電流為9.90 mA,內(nèi)阻約為300 Ω.要求將此毫安表頭改裝成量程為1 A的電流表,其電路原理如圖所示.圖中A是量程為2 A的標(biāo)準(zhǔn)電流表,R0為電阻箱,R為滑動變阻器,S為開關(guān),E為電源.

⑴完善下列實驗步驟:

①將虛線框內(nèi)的實物圖按電路原理圖連線;

②將滑動變阻器的滑動頭調(diào)至        端(填“a”或“b”),電阻箱R0的阻值調(diào)至零;

 ③合上開關(guān);

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 ④調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑動頭,增大回路中的電流,

使標(biāo)準(zhǔn)電流表讀數(shù)為1 A;

 ⑤調(diào)節(jié)電阻箱R0的阻值,使毫安表指針接近滿偏,此時標(biāo)準(zhǔn)電流表的讀數(shù)會      (填“增大”、“減小”或“不變”);

 ⑥多次重復(fù)步驟④⑤,直至標(biāo)準(zhǔn)電流表的讀數(shù)為        ,同時毫安表指針滿偏.

⑵回答下列問題:

  ①在完成全部實驗步驟后,電阻箱使用阻值的讀數(shù)

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為3.1 Ω,由此可知毫安表頭的內(nèi)阻為       

②用改裝成的電流表測量某一電路中的電流,電流表指針半偏,此時流過電阻箱的電流為            A.

  ⑧對于按照以上步驟改裝后的電流表,寫出一個可能影響它的準(zhǔn)確程度的因素:

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                                                                     。

 

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13.(14分)某同學(xué)到實驗室做“測電源電動勢和內(nèi)阻”的實驗時,發(fā)現(xiàn)實驗臺上有以下器材:

待測電源(電動勢約為4V,內(nèi)阻約為2Ω)

一個阻值未知的電阻R0

電壓表(內(nèi)阻很大,有5V、15V兩個量程)兩塊

電流表(內(nèi)阻約為5Ω,量程500mA)

滑動變阻器A(0~20Ω,3A

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滑動變阻器B(0~200Ω,0.2A

電鍵一個,導(dǎo)線若干。

該同學(xué)想在完成學(xué)生實驗“測電源電動勢和內(nèi)阻”的同時測出定值電阻R0的阻值,設(shè)計了如圖12-21所示的電路。實驗時他用U1、U2、I分別表示電表V1、V2、A的讀數(shù)。在將滑動變阻器的滑片移動到不同位置時,記錄了U1、U2、I的一系列值. 其后他在兩張坐標(biāo)紙上各作了一個圖線來處理實驗數(shù)據(jù),并計算了電源電動勢、內(nèi)阻以及定值電阻R0的阻值。

根據(jù)題中所給信息解答下列問題:

(1)在電壓表V1接入電路時應(yīng)選擇的量程是_________,滑動變阻器應(yīng)選擇_________(填器材代號“A”或“B”);

(2)在畫出圖線時,用來計算電源電動勢和內(nèi)阻的圖線的橫坐標(biāo)軸、縱坐標(biāo)軸分別應(yīng)該用_________、__________表示;用來計算定值電阻R0的圖線的橫坐標(biāo)軸、縱坐標(biāo)軸分別應(yīng)該用_________、__________表示。(填“U1、U2、I”或由它們組成的算式)

(3)若實驗中的所有操作和數(shù)據(jù)處理無錯誤,實驗中測得的定值電阻R0的值________(選填“大于”、“小于”或“等于”)其真實值。

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14.(16分)如圖所示是測量通電螺線管A內(nèi)部磁感應(yīng)強度B及其與電流I關(guān)系的實驗裝置。將截面積為S、匝數(shù)為N的小試測線圈P置于螺線管A中間,試測線圈平面與螺線管的軸線垂直,可認(rèn)為穿過該試測線圈的磁場均勻。將試測線圈引線的兩端與沖擊電流計D相連。撥動雙刀雙擲換向開關(guān)K,改變通入螺線管的電流方向,而不改變電流大小,在P中產(chǎn)生的感應(yīng)電流引起D的指針偏轉(zhuǎn)。

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(1)將開關(guān)合到位置1,待螺線管A中的電流穩(wěn)定后,再將K從位置1撥到位置2,測得D的最大偏轉(zhuǎn)距離為dm,已知沖擊電流計的磁通靈敏度為Dφ, Dφ,式中為單匝試測線圈磁通量的變化量。則試測線圈所在處磁感應(yīng)強度B=______;若將K從位置1撥到位置2的過程所用的時間為Δt,則試測線圈P中產(chǎn)生的平均感應(yīng)電動勢ε=____。

(2)調(diào)節(jié)可變電阻R,多次改變電流并撥動K,得到A中電流I和磁感應(yīng)強度B的數(shù)據(jù),見右表。由此可得,螺線管A內(nèi)部在感應(yīng)強度B和電流I的關(guān)系為B=______。

(3)(多選題)為了減小實驗誤差,提高測量的準(zhǔn)確性,可采取的措施有(  。

A.適當(dāng)增加試測線圈的匝數(shù)N  B.適當(dāng)增大試測線圈的橫截面積S

實驗次數(shù)

I(A)

B(×10-3T)

1

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0.5

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0.62

2

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1.0

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1.25

3

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1.5

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1.88

4

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2.0

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2.51

5

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2.5

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3.12

C.適當(dāng)增大可變電阻R的阻值  D.適當(dāng)撥長撥動開關(guān)的時間Δt

 

 

 

 

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1.B 

2.C解析:為了減小實驗誤差,用圖象法處理數(shù)據(jù),應(yīng)由圖線上相距較遠(yuǎn)的兩點所對應(yīng)的速度、時間,用公式算出加速度。故C正確。由于坐標(biāo)標(biāo)度是人為選取的,坐標(biāo)標(biāo)度不同,圖線的傾角就不同,由公式a = 求出加速度是沒有意義的。故B錯誤。若采用D選項的辦法

,可見第2、3、4、5組數(shù)據(jù)將會被削掉,這樣實際上只利用了兩組實驗數(shù)據(jù),誤差很大。故本題的正確選項為C。

3.BD;解析:大頭針P3插在M位置時出射光線的折射角比插在N位置時出射光線的折射角小,而相應(yīng)的入射光在液體中的入射角θ是相同的,由折射率公式知,,B正確;若某種液體的折射率足夠大,可能發(fā)生全反射,在KC部分觀察不到大頭針P1、P2的像D也正確。

4.A   5.ABC       6.C  7.AC

8.AC 解析:本題考查的知識點是串聯(lián)電路、并聯(lián)電路。當(dāng)端短路時,電阻、并聯(lián)后與串聯(lián),之間的電阻為,故選項A正確;當(dāng)端短路時、并聯(lián)后與串聯(lián),間的電阻為,選項B錯誤;當(dāng)兩端接通測試電源時,串聯(lián),相當(dāng)于導(dǎo)線,兩端電壓為上的電壓,所以,選項C正確;同理可得:,選項D錯誤。

 9.             

10.逆時針  解析:當(dāng)干電池給線圈通通電的瞬間,由右手定則右判斷出A線圈產(chǎn)生的磁場方向穿過從線圈B右端進入從線圈B的左端突出,且均勻增加,再根據(jù)楞次定律和右手定則可判斷出線圈B中產(chǎn)生的感應(yīng)電流從導(dǎo)線C流到D,再由右手定則可判斷小磁針處磁場方向指向紙里,從上向下小磁針N極逆時針偏轉(zhuǎn)。

 11.解析:(1)v1cm/s=16.50 cm/s,同理:v2v3…,代入數(shù)據(jù)得

v221.40 cm/s v326.30 cm/s

v431.35 cm/s v536.30 cm/s

(2)作出v―t圖象如圖所示,在作出圖象后,取AB兩點計算加速度.vA12.00 cm/s,tA=0,vB42.20 cm/s,tB=0.6 s則加速度:

acm/s250.33 cm/s2

 

12.解析:⑴①連線如圖 ②應(yīng)使滑動變阻器接入到電路中的電阻最大,保護電路,應(yīng)滑到b端。⑤開關(guān)閉合后,電阻箱短路毫安表,當(dāng)電阻箱調(diào)節(jié)后,電路中的電阻增大,所以電路中的電流減小,即標(biāo)準(zhǔn)電流表的示數(shù)減小。⑥毫安表指針滿偏,對應(yīng)改裝后電流表的值為滿偏值,大小為1 A。此時改裝后電流表與標(biāo)準(zhǔn)電流表串聯(lián),所以標(biāo)準(zhǔn)電流表的示數(shù)為1A。

 ⑵①由于電流表內(nèi)阻約為300 Ω,由并聯(lián)電路的特點可得并聯(lián)值,R約等于3.1Ω,而干路是的電流為1A,毫安表滿偏,則:310 Ω②改裝后電流表的內(nèi)阻是310 Ω與3.1Ω的并聯(lián)值,R約等于3.1Ω.由并聯(lián)電路的特點可知, 電流表指針半偏,此時流過電阻箱的電流: (0.494~0.496均可)③例如:電阻箱和滑動變阻器的阻值不能連續(xù)變化;標(biāo)準(zhǔn)表和毫安表的讀數(shù)誤差;電表指針偏轉(zhuǎn)和實際電流的大小不成正比;等等

13.(1)5V;A  (2)U1,I;U1-U2,I   (3)大于

解析:待測電動勢4V,電壓表的量程應(yīng)選擇5V,滑動變阻器調(diào)節(jié)范圍較大且便于操作,應(yīng)選擇0~20Ω的滑動變阻器A;計算電源電動勢和內(nèi)阻的圖線應(yīng)為路端電壓U1與干路電流I的關(guān)系圖線,計算定值電阻R0的圖線應(yīng)為R0兩端的電壓(U1-U2)與電流I的關(guān)系圖線;R0兩端的電壓(U1-U2)沒有誤差,電流表示數(shù)比R0的實際電流偏小,故R0的測量值偏大。

14.解析:(1)當(dāng)開關(guān)由1位置撥到2位置時,電流方向反向,磁場方向反向,則此時單匝線圈磁通量的變化量為:,再結(jié)合已知:Dφ,可知:,由法拉第電磁感應(yīng)定律:再將前面ΔΦ、B表達式代入,即可得:(2)從表中數(shù)據(jù)分析可知,在誤差范圍內(nèi)B與I成正比,設(shè)B=KI,代入表中數(shù)據(jù),可得常數(shù)K=0.00125,即它們之間的關(guān)系B=0.00125I(3)顯然為了增大靈敏度,減小誤差,所選應(yīng)為A,B。

 

 

 


同步練習(xí)冊答案