9、物理量的符號(hào)表示)；
(2)由于光電門所測(cè)的平均速度與物體A下落h時(shí)的瞬時(shí)速度間存在一個(gè)差值Δv，因而系統(tǒng)減少的重力勢(shì)能________系統(tǒng)增加的動(dòng)能(選填“大于”或“小于”)；
(3)為減小上述Δv對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，小明同學(xué)想到了以下一些做法，其中可行的是________．
A．保持A下落的初始位置不變，測(cè)出多組時(shí)間t，算出多個(gè)平均速度然后取平均值
B．減小擋光片上端到光電門的距離h
C．增大擋光片的擋光寬度b
D．適當(dāng)減小擋光片的擋光寬度b
(4)若采用本裝置測(cè)量當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭，則測(cè)量值________真實(shí)值(選填“大于”“等于”或“小于”)．
[解析] (1)系統(tǒng)減少
10、的重力勢(shì)能為ΔEp＝(M－m)gh，通過光電門的速度為v＝，所以系統(tǒng)增加的動(dòng)能為ΔEk＝(M＋m)2，驗(yàn)證以A、B所組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒的表達(dá)式為(M－m)gh＝(M＋m)2.
(2)由于光電門所測(cè)的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度，其與物體A下落h時(shí)的瞬時(shí)速度(中間位移速度)間少了一個(gè)差值，即測(cè)量速度小于真實(shí)速度，故系統(tǒng)減少的重力勢(shì)能大于系統(tǒng)增加的動(dòng)能．
(3)平均速度要盡可能接近瞬時(shí)速度，只有讓擋光片經(jīng)過光電門的時(shí)間盡可能小，只有D選項(xiàng)中的做法能達(dá)到這一目的，B、C選項(xiàng)中的做法只會(huì)讓擋光片經(jīng)過光電門的時(shí)間變長(zhǎng)，增加誤差，而A選項(xiàng)中的做法對(duì)擋光片經(jīng)過光電門的時(shí)間無影響，故對(duì)減小上述Δv無作
11、用．
(4)由機(jī)械能守恒表達(dá)式(M－m)gh＝(M＋m)2可推出，重力加速度g的測(cè)量值為g＝，因測(cè)量速度小于真實(shí)速度，所以重力加速度g的測(cè)量值小于真實(shí)值．
[答案] (1)(M－m)gh＝(M＋m)2 (2)大于 (3)D (4)小于
題型3 設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)
解決設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)題的關(guān)鍵是確定實(shí)驗(yàn)原理，它是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的根本依據(jù)和起點(diǎn)，它決定應(yīng)當(dāng)測(cè)量哪些物理量、如何安排實(shí)驗(yàn)步驟、如何處理數(shù)據(jù)等．實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)和演示實(shí)驗(yàn)，尋找能夠遷移應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)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)的物理情境．并根據(jù)已掌握的基本儀器核對(duì)是否能夠測(cè)出必須測(cè)
12、定的物理量．因此，掌握基本儀器的使用方法、基本的實(shí)驗(yàn)方法和基本物理原理是解答設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)題的基礎(chǔ)．
【典例3】 (2019·廣東高三調(diào)研)某電池的電動(dòng)勢(shì)約為3 V，某實(shí)驗(yàn)小組要測(cè)量該電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻．
(1)實(shí)驗(yàn)中要測(cè)量的電池內(nèi)阻較小，實(shí)驗(yàn)器材除了被測(cè)電池以外，還有一電阻箱R，一開關(guān)S，若干導(dǎo)線，內(nèi)阻Rg＝30 Ω、量程為1 mA的電流表G，阻值為2970 Ω的定值電阻R0，阻值為2.00 Ω的定值電阻R1.請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)并畫出合理的測(cè)量該電池電動(dòng)勢(shì)及內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)電路圖，圖中標(biāo)明相關(guān)器材的字母符號(hào)．
(2)為了比較準(zhǔn)確地得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，該小組的同學(xué)準(zhǔn)備用線性圖像來處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，圖像的縱坐標(biāo)表示電流表
13、的示數(shù)I，橫坐標(biāo)表示的物理量是________．
(3)若作出的圖像在縱軸上的截距為I0，圖像斜率的絕對(duì)值為k，則可求得該電池的電動(dòng)勢(shì)E＝________，內(nèi)阻r＝________.(用測(cè)量量和所給量的符號(hào)表示)
[解析] (1)題目中給出了電阻箱和電流表，由于電流表的量程太小，若要改裝成大量程的電流表，需要并聯(lián)的電阻很小，題中所給條件不能滿足實(shí)驗(yàn)要求，若要改裝成一個(gè)量程為3 V的電壓表，需要串聯(lián)一個(gè)電阻，U＝Ig(Rg＋R′)，U為改裝后電壓表的量程，R′為串聯(lián)電阻，代入數(shù)據(jù)得3 V＝1×10－3 A×(30 Ω＋R′)，解得R′＝2970 Ω.因此用R0與電流表串聯(lián)可以改裝成量程為3
14、V的電壓表，這樣就可以用“伏阻法\”測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻．由于電池內(nèi)阻較小，電路中應(yīng)串聯(lián)一個(gè)保護(hù)電阻，增大等效電源的內(nèi)阻．電路圖如答案圖．
(2)由閉合電路歐姆定律得E＝I(Rg＋R0)＋(R1＋r)，得I＝－(R1＋r)，因此橫坐標(biāo)表示的物理量應(yīng)是.
(3)由題意得I0＝，R1＋r＝k，解得E＝I0(Rg＋R0)，r＝k－R1.
[答案] (1)如圖所示
(2) (3)I0(Rg＋R0) k－R1
題型4 創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)
近幾年全國(guó)卷實(shí)驗(yàn)題的第二題，往往注重考查實(shí)驗(yàn)原理的遷移、測(cè)量方法的遷移、數(shù)據(jù)處理方法的遷移，試題新穎、區(qū)分度高．但試題依然是以實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)為依據(jù)，如計(jì)算形式的實(shí)驗(yàn)題
15、、電學(xué)中實(shí)驗(yàn)電路的設(shè)計(jì)等都是根據(jù)考生學(xué)過的實(shí)驗(yàn)方法、原理等來命題的，做題時(shí)一定要審清題意，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，?lián)想和遷移應(yīng)用相關(guān)實(shí)驗(yàn)原理．
【典例4】 電流天平可以用來測(cè)量勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大?。疁y(cè)量前天平已調(diào)至平衡，測(cè)量時(shí)，在左邊托盤中放入質(zhì)量為m的砝碼，右邊托盤中不放砝碼，一個(gè)質(zhì)量為m0、匝數(shù)為n、下邊長(zhǎng)為l的矩形線圈掛在右邊托盤的底部，此矩形線圈的下部分放在待測(cè)磁場(chǎng)中．如圖甲所示，線圈的兩頭連接在如圖乙所示的電路中，不計(jì)連接導(dǎo)線對(duì)線圈的作用力，電源電動(dòng)勢(shì)為E、內(nèi)阻為r.開關(guān)S閉合后，調(diào)節(jié)可變電阻R的阻值至R1時(shí)，天平正好平衡．此時(shí)電壓表示數(shù)為U.已知m0>m，取重力加速度為g，則
16、(1)矩形線圈中電流的方向?yàn)開_______________．
(2)矩形線圈的電阻為________________．
(3)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為_____________________．
(4)考慮到電壓表內(nèi)阻的影響，磁感應(yīng)強(qiáng)度B的測(cè)量值偏________(填“大”或“小”)．
[解析] (1)因m0>m，故當(dāng)天平正好平衡時(shí)，線圈受到的安培力豎直向上，根據(jù)左手定則可知，矩形線圈中電流的方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向．
(2)根據(jù)閉合電路歐姆定律可知，回路中電流I＝，設(shè)線圈電阻為R，則有R1＋R＝，解得R＝r－R1.
(3)設(shè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，線框受力平衡，則有mg＝m0
17、g－nBIl，I＝，解得B＝.
(4)回路中電流I＝是干路電流，由于電壓表的分流作用，使得代入計(jì)算的電流與線圈中實(shí)際通過的電流相比偏大，因此磁感應(yīng)強(qiáng)度B的測(cè)量值偏小．
[答案] (1)逆時(shí)針方向 (2)－R1
(3) (4)小
專題強(qiáng)化訓(xùn)練(二十四)
1．(2019·四川成都診斷)將兩根原長(zhǎng)相同、勁度系數(shù)不同、粗細(xì)也不同的彈簧套在一起，看作一根新彈簧，設(shè)原粗彈簧(記為A)的勁度系數(shù)為k1，原細(xì)彈簧(記為B)的勁度系數(shù)為k2，套成的新彈簧(記為C)的勁度系數(shù)為k3.關(guān)于k1、k2、k3的大小關(guān)系，同學(xué)們猜想如下：
甲同學(xué)：和電阻并聯(lián)相似，可能是＝＋.
乙同學(xué)：和電阻串聯(lián)相似，可能是
18、k3＝k1＋k2.
丙同學(xué)：可能是k3＝.
(1)為了驗(yàn)證猜想，同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)(裝置見圖甲所示)．
(2)簡(jiǎn)要實(shí)驗(yàn)步驟如下，請(qǐng)完成相應(yīng)填空．
a．將彈簧A懸掛在鐵架臺(tái)上，用刻度尺測(cè)量彈簧A的原長(zhǎng)L0；
b．在彈簧A的下端掛上鉤碼，記下鉤碼的個(gè)數(shù)n、每個(gè)鉤碼的質(zhì)量m和當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣却笮，并用刻度尺測(cè)量彈簧的長(zhǎng)度L1；
c．由F＝________計(jì)算彈簧的彈力，由x＝L1－L0計(jì)算彈簧的伸長(zhǎng)量，由k＝計(jì)算彈簧的勁度系數(shù)；
d．改變________，重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟b、c，并求出彈簧A的勁度系數(shù)的平均值k1；
e．僅將彈簧分別換為B、C，重復(fù)上述操作步驟，求出彈簧B、C的
19、勁度系數(shù)的平均值k2、k3.比較k1、k2、k3并得出結(jié)論．
(3)圖乙是實(shí)驗(yàn)得到的圖線，由此可以判斷________同學(xué)的猜想正確．
[解析] (2)彈簧的彈力F等于n個(gè)鉤碼的重力之和nmg；多次測(cè)量取平均值，可以減小誤差，所以實(shí)驗(yàn)中需要改變鉤碼的個(gè)數(shù)以改變彈簧彈力．
(3)由題圖乙可知，伸長(zhǎng)量相同時(shí)，F(xiàn)C＝FA＋FB，由胡克定律可得k3x＝k1x＋k2x，所以k3＝k1＋k2，乙同學(xué)的猜想是正確的．
[答案] (2)nmg 鉤碼的個(gè)數(shù) (3)乙
2．(2019·武漢市高三調(diào)研)在驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，a、b是兩個(gè)半徑相等的小球，按照以下步驟進(jìn)行操作．
A
20、．在木板表面釘上白紙和復(fù)寫紙，并將該木板在緊靠槽口處豎直放置，使小球a從斜槽軌道上固定點(diǎn)處由靜止釋放，撞到木板并在白紙上留下痕跡O；
B．將木板水平向右移動(dòng)一定距離并固定，再使小球a從固定點(diǎn)處由靜止釋放，撞到木板上得到痕跡B；
C．把小球b靜止放在斜槽軌道水平段的最右端，讓小球a仍從固定點(diǎn)處由靜止釋放，和小球b相碰后，兩球撞在木板上得到痕跡A和C.
(1)為了保證在碰撞過程中小球a不反彈，a、b兩球的質(zhì)量m1、m2間的關(guān)系是m1________m2(選填“大于”、“小于”或“等于”)．
(2)完成本實(shí)驗(yàn)，必須測(cè)量的物理量有________．
A．小球a開始釋放的高度h
B．木板水平
21、向右移動(dòng)的距離l
C．小球a和小球b的質(zhì)量m1、m2
D．O點(diǎn)分別到A、B、C三點(diǎn)的距離y1、y2、y3
[解析] (1)為防止兩球碰撞后，小球a反彈，小球a的質(zhì)量應(yīng)大于小球b的質(zhì)量，即m1>m2.(2)a、b兩球碰撞后均做平拋運(yùn)動(dòng)，l＝vt，y＝gt2，得l＝v，若滿足m1v0＝m1v1＋m2v2，即碰撞前后動(dòng)量守恒，即可驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律，對(duì)該式進(jìn)行整理可得＝＋，因此需要測(cè)量小球a和小球b的質(zhì)量m1、m2以及O點(diǎn)分別到A、B、C三點(diǎn)的距離y1、y2、y3，選項(xiàng)C、D正確．
[答案] (1)大于 (2)CD
3．(2019·河南六市聯(lián)考)一個(gè)有一定厚度的圓盤，可以繞通過中心垂直于盤面
22、的水平軸轉(zhuǎn)動(dòng)，圓盤加速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，角速度的增加量Δω與對(duì)應(yīng)時(shí)間Δt的比值定義為角加速度β.我們用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、刻度尺、游標(biāo)卡尺、紙帶、復(fù)寫紙來完成下述實(shí)驗(yàn)．(打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所接交流電的頻率為50 Hz；A、B、C、D、…為計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間有四個(gè)點(diǎn)未畫出)
①如圖甲所示，將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在桌面上，將紙帶的一端穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔，然后固定在圓盤的側(cè)面，當(dāng)圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，紙帶可以卷在圓盤側(cè)面上；
②接通電源，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器開始打點(diǎn)，啟動(dòng)控制裝置使圓盤勻加速轉(zhuǎn)動(dòng)；
③經(jīng)過一段時(shí)間，停止轉(zhuǎn)動(dòng)和打點(diǎn)，取下紙帶，進(jìn)行測(cè)量．
(1)用20分度的游標(biāo)卡尺測(cè)得圓盤的直徑如圖乙所示，圓盤的半徑r為_____
23、___cm；
(2)由圖丙可知，打下計(jì)數(shù)點(diǎn)D時(shí)，圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為________rad/s；
(3)圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角加速度大小為________rad/s2(計(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字)．
[解析] (1)由圖乙可知，主尺刻度為60 mm，游標(biāo)尺上的小數(shù)部分為0，由于最小分度為0.05 mm，游標(biāo)卡尺的讀數(shù)為60.00 mm，即6.000 cm，因此圓盤的直徑為6.000 cm，半徑為3.000 cm.
(2)由頻率f＝50 Hz可知，周期T＝0.02 s，則紙帶上相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔t′＝5T＝0.1 s，故打下計(jì)數(shù)點(diǎn)D時(shí)，速度vD＝＝ m/s＝0.417 m/s，故ω＝＝ rad
24、/s＝13.9 rad/s.
(3)紙帶運(yùn)動(dòng)的加速度a＝＝＝ m/s2＝0.705 m/s2，由于β＝，ω＝，故圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角加速度大小為β＝＝ rad/s2＝23.5 rad/s2.
[答案] (1)3.000 (2)13.9 (3)23.5
4．(2019·云南七校聯(lián)考)材料的電阻隨壓力的變化而變化的現(xiàn)象稱為“壓阻效應(yīng)”，利用這種效應(yīng)可以測(cè)量壓力大?。鐖D甲所示為某壓敏電阻在室溫下的電阻壓力特性曲線，其中RF、R0分別表示有、無壓力時(shí)壓敏電阻的阻值．為了測(cè)量壓力F，需先測(cè)量壓敏電阻處于壓力下的電阻值RF.
請(qǐng)按要求完成下列實(shí)驗(yàn)．
(1)設(shè)計(jì)一個(gè)可以測(cè)量處于壓力中的該壓敏電阻
25、阻值的電路，在圖乙的虛線框內(nèi)畫出實(shí)驗(yàn)電路的原理圖(壓敏電阻已給出，待測(cè)壓力大小約為40～80 N，不考慮壓力對(duì)電路其他部分的影響)，要求誤差較小，提供的器材如下：
A．壓敏電阻，無壓力時(shí)阻值R0＝6000 Ω
B．滑動(dòng)變阻器R，最大阻值約為200 Ω
C．電流表A，量程0～2.5 mA，內(nèi)阻為30 Ω
D．電壓表V，量程0～3 V，內(nèi)阻為3 kΩ
E．直流電源E，電動(dòng)勢(shì)為3 V，內(nèi)阻很小
F．開關(guān)S，導(dǎo)線若干
(2)正確接線后，將壓敏電阻置于待測(cè)壓力下，通過壓敏電阻的電流是1.33 mA，電壓表的示數(shù)如圖丙所示，則電壓表的讀數(shù)為________V.
(3)此時(shí)壓敏電阻的阻值
26、為________Ω(保留兩位有效數(shù)字)；結(jié)合圖甲可知待測(cè)壓力的大小F＝________N.
[解析] (1)由于滑動(dòng)變阻器總電阻較小，遠(yuǎn)小于待測(cè)壓敏電阻的阻值，因此滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓式接法；同時(shí)因待測(cè)壓敏電阻的阻值較大，故應(yīng)采用電流表內(nèi)接法；電路原理圖如圖所示．
(2)電壓表量程為0～3 V，最小分度為0.1 V，則讀數(shù)為2.00 V.
(3)根據(jù)歐姆定律可知RF＝－RA＝ Ω－30 Ω＝1.5×103 Ω，則有＝＝4；由圖甲可知，待測(cè)壓力的大小F＝60 N.
[答案] (1)見解析圖 (2)2.00 (3)1.5×103 60
5．(2019·河南省豫南九校質(zhì)量考評(píng))利用如
27、圖甲所示的電路可以較為準(zhǔn)確地測(cè)出待測(cè)電阻Rx的阻值．其中R1為一段較長(zhǎng)的粗細(xì)均勻的電阻絲，Rx為待測(cè)電阻，R0為電阻箱，a為電表．測(cè)量步驟如下：
根據(jù)如圖甲所示的電路圖連接電路；將R0調(diào)到某一數(shù)值，滑片P與電阻絲某位置連接．閉合開關(guān)S1，試觸開關(guān)S2，觀察電表a指針的偏轉(zhuǎn)情況；適當(dāng)左右移動(dòng)滑片P的位置，直至閉合開關(guān)S2時(shí)，電表a的指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)；測(cè)出滑片左右兩側(cè)電阻絲的長(zhǎng)度L1和L2，讀出此時(shí)電阻箱接入電路的阻值R0.
(1)根據(jù)圖甲的電路圖，用筆畫線代替導(dǎo)線，將圖乙的實(shí)物圖連接成完整電路；
(2)為了使測(cè)量結(jié)果更準(zhǔn)確，圖甲中的電表a選以下的哪個(gè)電表更合適________．
A．量
28、程為0～3 V、分度值為0.1 V、內(nèi)阻為3000 Ω的電壓表
B．量程為0～0.6 A、分度值為0.02 A、內(nèi)阻為60 Ω的電流表
C．量程為0～30 μA、分度值為1 μA、內(nèi)阻為100 Ω的靈敏電流計(jì)
(3)如果電表a中電流方向由M流向P時(shí)，指針向右偏轉(zhuǎn)，則當(dāng)指針向右偏轉(zhuǎn)時(shí)，可以通過以下哪些操作使指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)________．
A．適當(dāng)增大電阻箱R0的阻值
B．適當(dāng)減小電阻箱R0的阻值
C．將滑片P向左移動(dòng)適當(dāng)?shù)木嚯x
D．將滑片P向右移動(dòng)適當(dāng)?shù)木嚯x
(4)用測(cè)量的物理量(L1、L2和R0)表示待測(cè)電阻的阻值Rx＝____________.
[解析] (1)實(shí)物圖連接
29、如答案圖所示．
(2)為了使測(cè)量結(jié)果更精確，就要使電表更靈敏．選項(xiàng)A電表指針偏轉(zhuǎn)1格所需電壓為0.1 V，而選項(xiàng)B電表指針偏轉(zhuǎn)1格所需電壓為0.02 A×60 Ω＝1.2 V，選項(xiàng)C電表指針偏轉(zhuǎn)1格所需電壓為1 μA×100 Ω＝0.1 mV，所以選C表．
(3)當(dāng)指針向右偏轉(zhuǎn)時(shí)，說明M點(diǎn)的電勢(shì)比P點(diǎn)高，因此可以減小R0分得的電壓，或減小滑片左邊電阻絲分得的電壓，即減小R0接入電路的阻值或向左移動(dòng)滑片P，選項(xiàng)B、C正確．
(4)當(dāng)電表指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)時(shí)，M、P兩點(diǎn)電勢(shì)相等，即＝，所以Rx＝R0.
[答案] (1)實(shí)物圖連接如圖所示
(2)C (3)BC (4)R0
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（新課標(biāo)）2020版高考物理大二輪復(fù)習(xí) 優(yōu)化6 實(shí)驗(yàn)題答題策略教學(xué)案
