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階段訓(xùn)練(五)　物理實驗 (時間:45分鐘　滿分:100分) 1.(18分)(2018天津卷)某研究小組做驗證力的平行四邊形定則的實驗,所用器材有方木板一塊,白紙,量程為5 N的彈簧測力計兩個,橡皮條(帶兩個較長的細(xì)繩套),刻度尺,圖釘(若干個)。 (1)具體操作前,同學(xué)們提出了如下關(guān)于實驗操作的建議,其中正確的有　　　　。 A.橡皮條應(yīng)和兩繩套夾角的角平分線在一條直線上 B.重復(fù)實驗再次進行驗證時,結(jié)點O的位置可以與前一次不同 C.使用測力計時,施力方向應(yīng)沿測力計軸線;讀數(shù)時視線應(yīng)正對測力計刻度 D.用兩個測力計互成角度拉橡皮條時的拉力必須都小于只用一個測力計時的拉力 (2)該小組的同學(xué)用同一套器材做了四次實驗,白紙上留下的標(biāo)注信息有結(jié)點位置O、力的標(biāo)度、分力和合力的大小及表示力的作用線的點,如下圖所示。其中對于提高實驗精度最有利的是　　　。 2.(20分)用如圖甲所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律。實驗所用的電源為學(xué)生電源,輸出電壓為6 V的交流和直流兩種電流。重錘從高處由靜止開始落下,重錘上拖著的紙帶通過打點計時器打出一系列的點,對紙帶上的點跡進行測量,已知重力加速度為g,即可驗證機械能守恒定律。 甲 (1)下面列舉了該實驗的幾個操作步驟: A.按照圖示的裝置安裝器件 B.將打點計時器接到電源的直流輸出端上 C.用天平測量出重錘的質(zhì)量 D.先釋放紙帶,然后接通電源開關(guān)打出一條紙帶 E.測量打出的紙帶上某些點之間的距離 F.根據(jù)測量的結(jié)果計算重錘下落過程中減少的重力勢能在誤差范圍內(nèi)是否等于增加的動能 其中沒有必要或操作不恰當(dāng)?shù)牟襟E是　　　　　　(填寫選項對應(yīng)的字母)。 (2)如圖乙所示是實驗中得到的一條紙帶,將起始點記為O,并在離O點較遠(yuǎn)的任意點依次選取6個連續(xù)的點,分別記為A、B、C、D、E、F,量出與O點的距離分別為h1、h2、h3、h4、h5、h6,使用交變電流的周期為T,設(shè)重錘質(zhì)量為m,則在打E點時重錘的動能為　　　　　,在打O點和E點這段時間內(nèi)的重力勢能的減少量為　　　　　　。 乙 (3)在本實驗中發(fā)現(xiàn),重錘減少的重力勢能總是　　　　(選填“大于”或“小于”)重錘增加的動能,主要是因為在重錘下落過程中存在著阻力的作用,為了測定阻力大小,可算出(2)問中紙帶各點對應(yīng)的速度,分別記為v1至v6,并作vn2-hn圖象,如圖丙所示,直線斜率為k,則可測出阻力大小為　　　　　　　　　　　。 丙 3.(16分)下圖是用來驗證動量守恒的實驗裝置,彈性球1用細(xì)線懸掛于O點,O點下方桌子的邊緣有一豎直立柱。調(diào)節(jié)懸點,使彈性球1靜止時恰與立柱上的球2右端接觸且兩球等高。將球1拉到A點靜止,同時把球2放在立柱上。釋放球1,當(dāng)它擺到懸點正下方時與球2發(fā)生對心碰撞,后球1向左擺最遠(yuǎn)可到B點,球2落到水平地面上的C點。測出有關(guān)數(shù)據(jù)即可驗證1、2兩球碰撞時動量守恒?，F(xiàn)已測出A點離水平桌面的距離為a、B點離水平桌面的距離為b,C點與桌子邊緣間的水平距離為c,立柱高h(yuǎn)。此外: (1)還需要測量的物理量有 　　　　　　　　　。 (2)根據(jù)測量的數(shù)據(jù),驗證該實驗動量守恒的表達(dá)式為　　　　　　　　　　　　　　。(忽略小球的大小) 4.(23分)為了測量某電池的電動勢E(約為3 V)和內(nèi)阻r,可供選擇的器材如下: A.電流表G1(0~2 mA,內(nèi)阻為100 Ω) B.電流表G2(0~1 mA,內(nèi)阻未知) C.電阻箱R1(0~99.9 Ω) D.電阻箱R2(0~9 999.9 Ω) E.滑動變阻器R3(0~10 Ω　1 A) F.滑動變阻器R4(0~1 000 Ω　10 mA) G.定值電阻R0(800 Ω　0.1 A) H.待測電池 I.導(dǎo)線、開關(guān)若干 (1)采用如圖甲所示的電路,測定電流表G2的內(nèi)阻,得到電流表G1的示數(shù)I1、電流表G2的示數(shù)I2如下表所示: I1/mA 0.40 0.81 1.20 1.59 2.00 I2/mA 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 根據(jù)測量數(shù)據(jù),請在圖乙坐標(biāo)中描點作出I1-I2圖線,由圖線可得出電流表G2的內(nèi)阻等于　　　　　Ω。 (2)某同學(xué)在現(xiàn)有器材的條件下,要測量該電池的電動勢和內(nèi)阻,采用了圖丙的電路,若把電流表G2改裝成量程為0~3 V的電壓表,則電阻箱②該調(diào)到　　　Ω。把電流表G1改裝成量程為0~0.5 A的電流表,則電阻箱①該調(diào)到　　　Ω(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。 (3)以G2示數(shù)I2為縱坐標(biāo),G1示數(shù)I1為橫坐標(biāo),作出I2-I1圖象如圖丁所示,結(jié)合圖象可得出電源的電動勢為　　　　V,電源的內(nèi)阻為　　　Ω。(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字) 5.(23分)某同學(xué)發(fā)現(xiàn)很多資料中提到的二極管正接電阻均是某一定值,而他又注意到教材中寫到二極管是非線性元件,它的電阻與通過電流的大小有關(guān)。他為了探求真知,找來一個LED藍(lán)光二極管: (1)他首先利用多用電表對它的正向電阻進行粗略測量,如圖甲所示,下列說法正確的是　　　　。 甲 A.歐姆表的表筆A、B應(yīng)分別接二極管的C、D端 B.雙手捏住兩表筆金屬桿,測量值將偏大 C.若采用“100”擋測量時,發(fā)現(xiàn)指針偏角過大,應(yīng)換“10”擋,且要重新進行歐姆調(diào)零 D.若采用“10”擋測量時,發(fā)現(xiàn)指針位于刻度“15”與“20”的正中央,測量值應(yīng)略大于175 Ω (2)為了正確描繪出該二極管正接時的伏安特性曲線,可供選擇的器材如下: 直流電源E:(電動勢為3 V,內(nèi)阻不計) 電流傳感器mA:(量程-10 mA~+10 mA,相當(dāng)于理想電流表,能較為精確地測出通過二極管的電流) 電壓表V:(量程0~1 V,內(nèi)阻為1 kΩ) 定值電阻R0:阻值為2 kΩ 滑動變阻器R1:(0~10 Ω) 滑動變阻器R2:(0~1 000 kΩ) 開關(guān)、導(dǎo)線若干 ①實驗中滑動變阻器應(yīng)選　　　　(選填“R1”或“R2”)。 ②請在圖乙方框中畫出實驗電路原理圖。 乙 丙 ③實驗記錄的8組數(shù)據(jù)如下表所示,其中7組數(shù)據(jù)的對應(yīng)點已經(jīng)標(biāo)在圖丙的坐標(biāo)紙上,請標(biāo)出余下一組數(shù)據(jù)的對應(yīng)點,并畫出I-U圖象。 I/mA 0 0.10 0.31 0.61 0.78 1.20 3.10 5.00 U/V 0 0.61 0.96 1.52 2.03 2.35 2.64 2.75 ④由所繪制圖象可知,他選用的LED藍(lán)光二極管是　　　　　(選填“線性”或“非線性”)電學(xué)元件。 答案： 1.答案 (1)BC　(2)B 解析 (1)做驗證力的平行四邊形定則實驗時,橡皮條和兩繩套夾角的角平分線沒有必要在一條直線上,選項A錯誤;在同一次實驗中要保持橡皮條結(jié)點O在同一位置,但為了尋找普遍規(guī)律重復(fù)實驗(或不同實驗小組實驗)時,結(jié)點O的位置可以不同,選項B正確;由彈簧測力計的使用規(guī)則可知選項C正確;合力與分力的大小關(guān)系不確定,實驗中沒有必要使兩個測力計拉橡皮條時拉力小于只用一個測力計時的拉力,選項D錯誤。 (2)A、D圖中選擇的力的標(biāo)度太大,不方便作圖,并且A圖中表示力的作用線的點離結(jié)點O太近,不利于確定力的方向,選項A錯誤;C圖中實驗時彈簧測力計的示數(shù)太小,作圖誤差較大,不利于總結(jié)實驗結(jié)論,選項C錯誤。故只有選項B最符合題意。 2.答案 (1)BCD (2)m(h6-h4)28T2　mgh5 (3)大于　mg-k2 解析 (1)沒有必要或操作不恰當(dāng)?shù)牟襟E是BCD。B項應(yīng)將打點計時器接到電源的交流輸出端上;C項沒有必要用天平測量出重錘的質(zhì)量;D應(yīng)為先接通電源,再釋放紙帶,打出一條紙帶。(2)打E點的速度為vE=h6-h42T,動能Ek=12mh6-h42T2=m(h6-h4)28T2;重力勢能減少量ΔEp=mgh5。(3)因為在重錘下落過程中存在著阻力的作用,重錘減少的重力勢能總是大于重錘增加的動能;即Ff hn=mghn-12mvn2,解之得Ff=mg-mvn22hn=mg-vn22hn=mg-k2。 3.答案 (1)彈性球1、2的質(zhì)量m1和m2,桌面離水平地面的高度H (2)2m1a-h=2m1b-h+m2cH+h 解析 (1)要驗證動量守恒必須知道兩球碰撞前后的動量,所以要測量1、2兩個小球的質(zhì)量,計算碰撞前后兩小球的速度。根據(jù)彈性球1碰撞前后的高度a和b,由機械能守恒定律可以求出碰撞前后的速度,只要測出桌面高H,根據(jù)平拋運動的規(guī)律就可以求出彈性球2碰撞后的速度,故需要測量彈性球1、2的質(zhì)量m1和m2,桌面離水平地面的高度H。 (2)小球1從A處下擺過程只有重力做功,根據(jù)機械能守恒定律,有m1g(a-h)=12m1v12得v1=2g(a-h) 碰撞后小球1上升到最高點的過程中,有m1g(b-h)=12m1v22 得v2=2g(b-h) 碰撞后小球2做平拋運動, 運動時間t=2(H+h)g 得小球2碰后速度v3=xt=cg2(H+h) 所以該實驗中動量守恒的表達(dá)式為m1v1=m2v3+m1v2 即m12g(a-h)=m12g(b-h)+m2cg2(H+h) 得2m1a-h=2m1b-h+m2c1H+h 4.答案 (1)如解析圖所示　200　(2)2 800 0.40　(3)2.7　8.6 解析 (1)描點作出I1-I2圖線如圖所示,從表格中的數(shù)據(jù)看,I1與I2成正比。圖線為過原點的直線,電流表G2和電流表G1并聯(lián),電流之比就是內(nèi)阻的反比。如圖,I1I2=2,電流表G1的內(nèi)阻是100 Ω,所以電流表G2的內(nèi)阻等于200 Ω。 (2)因為電流表G2量程為0~1 mA,內(nèi)阻為200 Ω,把它改裝成0~3 V的電壓表時,電流表上的電壓為0.2 V,故串聯(lián)的電阻上的電壓為2.8 V,電阻箱②該調(diào)到電阻的大小為R2=2 800 Ω。若將G1改裝成0~0.5 A的電流表,則R1=210-31000.5-210-3 Ω=0.40 Ω。 (3)根據(jù)閉合電路歐姆定律應(yīng)有:E=I2(r2+R2)+I1r1+I1r1R1+I1r,整理可得:I2=Er2+R2-I1(r1+r1rR1+r)r2+R2,結(jié)合圖象斜率和截距的概念應(yīng)有:Er2+R2=0.910-3,E=2.7 V,r1+r1rR1+rr2+R2=34,r=8.6 Ω。 5.答案 (1)AC　(2)①R1　②見解析圖甲?、垡娊馕鰣D乙　④非線性 解析 (1)由于歐姆表的A表筆內(nèi)部接電源的正極,故歐姆表的表筆A、B應(yīng)分別接二極管的C、D端,選項A正確;由于人體是導(dǎo)體,雙手捏住兩表筆金屬桿,測量值將偏小,故B錯誤;若采用“100”擋測量時,發(fā)現(xiàn)指針偏角過大,故為使指針指中央刻度附近,則應(yīng)換“10”擋,且要重新進行歐姆調(diào)零,選項C正確;歐姆表刻度是左密右疏,選擇“10”擋測量時發(fā)現(xiàn)指針位于15與20正中間,即測量值小于175 Ω,選項D錯誤。故選A、C。(2)①實驗中滑動變阻器應(yīng)選阻值較小的R1;②電路圖如圖甲所示: 甲 ③如圖乙所示: 乙 ④由所繪制圖象可知,他選用的LED藍(lán)光二極管是非線性電學(xué)元件。