2011届高考物理二轮复习-第2讲-设计探究型实验(含实物连接).doc

第一篇 专题知能突破
专题六 学生实验　
第2讲 设计探究型实验（含实物连接）

图6－2－23
1. (2010·南通模拟)物体在空中下落的过程中，重力做正功，物体
的动能越来越大，为了“探究重力做功和物体动能变化的定量关
系”，我们提供了如图6－2－23所示的实验装置．
(1)某同学根据所学的知识结合图6－2－23设计一个关于本实
验情景的命题：质量为m的小球在重力mg作用下从开始端自由下落至光电门发生的①________，通过光电门时的②________，试探究重力做的功③________与小球动能变化量④________的定量关系．请在①②空格处填写物理量的名称和对应符号；在③④空格处填写数学表达式．
(2)某同学根据上述命题进行如下操作并测出如下数据．
①用天平测定小球的质量为0.50 kg；
②用游标卡尺测出小球的直径为10.0 mm；
③用刻度尺测出电磁铁下端到光电门的距离为80.80 cm；
④电磁铁先通电，让小球吸在开始端；
⑤电磁铁断电时，小球自由下落；
⑥在小球经过光电门时间内，计时装置记下小球经过光电门所用时间为2.50×10－3 s，由此可算得小球经过光电门的速度为________ m/s；
⑦计算得出重力做的功为________ J，小球动能变化量为________ J．(结果保留三位数字)
(3)试根据(2)对本实验下结论：______________________________________________.
解析：(1)本题的实验原理是重力做的功等于物体增加的动能．所以测量小球下落的位移x和下落位移x时所对应的速度v，比较重力做的功W＝mgx和动能的增加量ΔEk＝mv2的关系即可验证命题的正确性．
(2)小球经过光电门的速度可以用小球通过光电门这段很短时间内的平均速度来表示，v＝＝4.0 m/s，W＝mgx＝4.04 J，ΔEk＝mv2＝4.00 J.
答案：(1)位移x　瞬时速度v　mgx　mv2　(2)⑥4
⑦4.04　4.00　(3)在误差允许范围内，重力做的功与物体动能的变化量相等
2．在测定一节干电池的电动势和内电阻的实验中，备有下列器材：
A．待测的干电池(电动势约为1.5 V，内电阻小于1.0 Ω)
B．电流表G(量程0～3 mA，内阻Rg1＝10 Ω)
C．电流表A(量程0～0.6 A，内阻Rg2＝0.1 Ω)
D．滑动变阻器R1(0～20 Ω，10 A)
E．滑动变阻器R2(0～200 Ω，1 A)
F．定值电阻R3(990 Ω)
G．开关和导线若干
(1)为方便且能较准确地进行测量，其中应选用的滑动变阻器是________(填写器材前的字母代号)．
(2)请画出你利用本题提供的器材所设计的测量电池电动势和内阻

图6－2－24
的电路图．
(3)如图6－2－24所示为该同学根据他所设计的实验数据绘出的I1
－I2图线(I1为电流表G的示数，I2为电流表A的示数，且I2的数
值远大于I1的数值)，则由图线可得被测电池的电动势E＝________
V，内阻r＝________ Ω.
解析：(1)R2的阻值太大，不方便调节，所以选用R1.
(2)将已知内阻的电流表G与定值电阻R3串联，可改装成一个内阻为1 kΩ、量程为3 V的电压表，电路图如答案图所示．
(3)根据闭合电路和欧姆定律可得E＝I1(R3＋RG)＋I2r，变形可得I1＝－I2，图象在纵轴上截距为＝1.5 mA，解之得E＝1.5 V，在图线上任取两点，读出其坐标，则直线的斜率等于两点纵坐标的差值除以横坐标的差值，解之可得r＝0.8 Ω.
答案：(1)R1
(2)
(3)1.5　0.8

图6－2－25
3. 硅光电池是一种可将光能转换为电能的器件，某同学用图6－2－25所
示电路探究影响硅光电池的内阻的因素，图中R0为已知阻值的定值电
阻，电压表视为理想电压表．
(1)请根据图用笔画线代替导线将图6－2－26中的实验器材连接成实
验电路．

图6－2－26

图6－2－27
(2)实验Ⅰ：用一定强度的光照射硅光电池，调节滑动变阻器，记录两电
压表的读数U1和U2，作出U1－U2图象如图6－2－27曲线1.
(3)实验Ⅱ：减小实验Ⅰ中光的强度，重复实验，得到图中的曲线2.
(4)根据实验过程及图象，你能得到的结论是：
a．在光照强度一定的条件下，电池的内阻随电流的增大而________；
b．在通过相同的电流时，电池的内阻因光照强度的减弱而________．
答案：(1)
(4)a.增大　b．增大
4．某实验小组设计了如图6－2－28(a)所示的实验装置研究加速度和力的关系．

图6－2－28
(1)在该实验中必须采用控制变量法，应保持________不变，用钩码所受的重力作为_ _______，用DIS测小车的加速度．通过改变钩码的数量，多次重复测量，可得小车运动的加速度a和所受拉力F的关系图象．在轨道水平和倾斜的两种情况下分别做了实验，得到了两条a－F图线，如图6－2－28(b)所示．
(2)图线________(选填“①”或“②”)是在轨道右侧抬高成为斜面情况下得到的．
(3)随着钩码的数量增大到一定程度时图6－2－28(b)中的图线明显偏离直线，造成此误差的主要原因是(　　)
A．小车与轨道之间存在摩擦
B．导轨保持了水平状态
C．所挂钩码的总质量太大
D．所用小车的质量太大
(4)小车和位移传感器发射部分的总质量m＝________ kg；滑块和轨道间的动摩擦因数μ＝________(g取10 m/s2)．
解析：(1)探究加速度与力和质量关系的实验方法是控制变量法，在探究加速度与力的关系的实验中是保持小车的总质量不变，用钩码所受的重力作为小车所受的拉力．
(2)轨道水平时一定受到摩擦力，②为未平衡摩擦力时的图线，所以①为轨道倾斜时的图线．
(3)设钩码总质量为m、小车质量为m1，则小车实际加速度为a＝，所以图线偏离直线的原因是所挂钩码的总质量太大，选项C正确．
(4)当木板水平时，由牛顿第二定律可知a＝－μg，图线②与a轴的交点表示－μg，所以动摩擦因数μ＝0.2；图线与F轴的交点等于μmg，所以m＝0.5 kg.
答案：(1)小车的总质量　小车所受拉力　(2)①　(3)C　(4)0.5　0.2
5.
图6－2－29
几个同学合作用如图6－2－29所示装置探究“弹力和弹簧伸长的关
系”，他们先读出不挂砝码时弹簧下端指针所指的标尺刻度(图中标尺等分
刻度只是示意图)，然后在弹簧下端挂上砝码，并逐个增加砝码，依次读出
指针所指的标尺刻度，所得数据列表如下(弹簧弹力始终未超过弹性限度，
重力加速度g＝9.8 m/s2)：
砝码质量m/g
0
50
100
150
200
250
标尺刻度x/10－2 m
6.00
8.02
10.00
13.12
14.10
15.92
(1)根据所测数据，在图6－2－30所示的坐标纸上作出弹簧指针所指的标尺刻度x与砝码质量m的关系曲线．
(2)根据作出的关系曲线，可以求得这种规格弹簧的劲度系数为________ N/m(结果保留三位有效数字)．
(3)从图6－2－30可看出，弹簧不挂砝码时，刻度尺的“0”刻度与弹簧的上端没有对齐，这对准确测出劲度系数是否有影响？________(填“有影响”或“无影响”)．

图6－2－30
解析：(1)根据表格中的数据，利用描点作图法作出图象．因13.12×10－2 m的点偏离直线太远应舍去．(2)根据第(1)问所得图象，结合胡克定律可知，求出图象的斜率的倒数，就是弹簧的劲度系数k＝，做题时要注意单位的换算．(3)求弹簧的劲度系数时，需要用到的是弹簧长度的差值，与刻度尺的“0”刻度和弹簧的上端有没有对齐无关，对实验结果没有影响．
答案：(1)如图所示　(2)24.5(24.5～25.0均可)　(3)无影响

6．徐老师要求同学们测出一待测电源的电动势及内阻．所给的实验器材有：待测电源E，定值电阻R1(阻值未知)，电压表V(量程为3.0 V，内阻很大)，电阻箱R(0～99.99 Ω)，单刀单掷开关S1，单刀双掷开关S2，导线若干．

图6－2－31
(1)珊珊连接了一个如图6－2－31所示的电路，她接下来的操作是：
①拨动电阻箱旋钮，使各旋钮盘的刻度处于如图6－2－32甲所示的位置后，将S2接到a，闭合S1，记录下对应的电压表示数为2.20 V，然后断开S1；
②保持电阻箱示数不变，将S2切换到b，闭合S1，记录此时电压表的读数(电压表的示
数如图6－2－32乙所示)，然后断开S1.
请你解答下列问题：

图6－2－32
图甲所示电阻箱的读数为________ Ω，图乙所示的电压表读数为________ V，由此可算出定值电阻R1的阻值为__________ Ω(计算结果保留三位有效数字)．
(2)在完成上述操作后，珊珊继续以下的操作：
将S2切换到a，多次调节电阻箱，闭合S1，读出多组电阻箱的示数R和对应的电压表示数U，由测得的数据，绘出了如图丙所示的－图线．
由此可求得电源电动势E＝________ V，电源内阻r＝________ Ω.
答案：(1)20.00　2.80　5.45　(2)2.9　0.26
7．某同学用如图6－2－33所示的电路测量未知电阻Rx，通过调节变阻箱得到多组数据并描点得到如图6－2－34所示的图象(R为变阻箱的阻值，I为电流表的示数)，其中直线a为开关S2断开时的图线，直线b为开关S2闭合时的图线，已知实验所用电流表的内阻可以忽略，则未知电阻Rx＝________.

图6－2－33　　　　　　　　图6－2－34
解析：开关S2断开时可认为电源的内阻为r＋Rx，用测电源内阻的方法可以测出r＋Rx的数值；开关S2闭合时测得的内阻为电源的真实内阻r，两次测量结果之差即为被测电阻Rx
开关S2断开时，由闭合电路欧姆定律E＝I(R＋Rx＋r)得：
R＝－(Rx＋r)，则图象a在纵轴上的截距为－(Rx＋r)，由图可读出：Rx＋r＝10.0 Ω
开关S2闭合时，由E＝I(R＋r)得：R＝－r，则图象b在纵轴上截距为－r，由图可读出：r＝5.0 Ω
Rx＝10.0 Ω－5.0 Ω＝5.0 Ω.
答案：5.0 Ω

图6－2－35
8. (2010·课标全国，23)用对温度敏感的半导体材料制成的某热敏电阻RT，
在给定温度范围内，其阻值随温度的变化是非线性的．某同学将RT和两
个适当的固定电阻R1、R2连成图6－2－35虚线框内所示的电路，以使
该电路的等效电阻RL的阻值随RT所处环境温度的变化近似为线性的，
且具有合适的阻值范围．为了验证这个设计，他采用伏安法测量在不同
温度下RL的阻值，测量电路如图6－2－35所示，图中的电压表内阻很
大．RL的测量结果如表1所示．
表1
温度t(℃)
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
80.0
90.0
RL阻值(Ω)
54.3
51.5
48.3
44.7
41.4
37.9
34.7
回答下列问题：
(1)根据图6－2－35所示的电路，在图6－2－36所示的实物图上连线．

图6－2－36
(2)为了检验RL与t之间近似为线性关系，在坐标纸上作RL－t关系图线，如图6－2－37所示：

图6－2－37

(3)在某一温度下，电路中的电流表、电压表的示数如图6－2－38、6－2－39所示．电流表的读数为________，电压表的读数为________．此时等效电阻RL的阻值为________；热敏电阻所处环境的温度约为________．

图6－2－38　　　　　　图6－2－39
解析：(3)读出电压U＝5.00 V、I＝115 mA.RL＝＝43.5 Ω，再由RL－t关系曲线找出RL＝43.5 Ω对应的温度t＝64.0℃左右，也可由表1中数据求出，具体方法是：由图象我们可以看出RL随温度均匀变化，当RL＝43.5 Ω时，温度t＝60℃＋×(44.7－43.5)℃＝64.0℃.
答案：(1)连线如图所示

(2)RL－t关系曲线如图所示

(3)115 mA　5.00 V　43.5 Ω　64.0℃(62～66℃)

10
用心 爱心 专心