天津物理中考20022015年所有设计实验汇总(含答案).doc

三.设计实验

1. 小明家买的某品牌的牛奶喝着感觉比较稀，因此他想试着用学过的知识测量一个这种牛奶的密度。他先上网查询了牛奶的密度应该为，然后他找来一根粗细均匀的细木棒，在木棒的表面均匀地涂上一层蜡，并在木棒的一端绕上一段金属丝(体积不计)，做成了一枝“密度计”，小明又找来一个足够深的盛水容器和一把刻度尺，请你帮助小明利用这些器材设计一个测量牛级密度的方案。要求写出主要的测量步骤并推导出计算牛奶密度的公式(有足量的水和牛奶)。

2. 斜面是简单的机械之一，如图所示，一个重物在沿斜面的拉力作用下，沿斜面从底端被匀速拉到顶端的过程中，拉力做了功．为了测定该斜面的机械效率，需要测量哪些物理量？请你用所测量的物理量推导出该斜面的机械效率的数学表达式．

3.某电热水器的简化电路，如图10所示。请你设计虚线框内的指示灯电路。供选择的器材有：“220V 10W”灯泡一只，“2.5V 0.75W”灯泡一只，“2V 10mA”发光二极管一只，各种阻值的电阻，导线若干。
（1）在指示灯能正常工作的情况下，请你通过计算说明选用器材的最佳方案及器材的具体规格。
（2）将电路图中的虚线框部分补充完整。

4．物体只在重力作用下由静止开始下落的运动称为自由落体运动”。小明对这种落体运动产生了探究的兴趣，提出如下两个问题。
问题一：物体下落的快慢是否与物体的质量有关?问题二：物体下落的高度与下落的时
间存在着怎样的关系?于是他找来一些器材并在可忽略空气阻力情况下准备进行实验。
(1)请你帮助小明设计探究“问题一”的实验方案。
(2)小明探究“问题二”时，通过实验，测量出同一物体分别从最高点下落的高度为hl、h2、h3，并测量出每次下落的高度所对应的下落时间为fl、f2、f3。分析实验数据发现“物体下落的高度与下落的时间不满足正比例关系”。他猜想“物体下落的高度与下落的时间平方成正比”，若要验证这一猜想，应如何处理分析实验数据?

5．现有电流表(量程0.6A、3A)，电压表(量程3V、15V)，滑动变阻器阻值范围0—20Ω)，两节干电池(电压3V)，开关，导线若干。请你利用这些器材测未知电阻R(阻值约为10Ω)．
要求：
(1)在虚线框内画出实验电路图；
(2)在图l4中，根据电路图用笔画线代替导线连接实物图。

6．某校地质小组的同学们，需测量一种矿石的密度。现有器材：小矿石块、天平（含砝码）、一个烧杯、足量的水、细线。请你利用上述器材帮助他们设计出两种测量该矿石密度的实验方案。
要求：
（1）写出其中一种方案的实验步骤及矿石密度的表达式（用测量量和已知量表示）
（2）简述另一种方案的步骤；
（3）对两种方案的可操作性或误差进行简单评估，写出一条即可。

7．小明要测量一根1m左右、粗细和质地都均匀的细木棒的质量，通过估测发现木棒的质量会超出现有天平的量程．于是，他想用其他方法进行测量．
现有器材：天平、一块质量适当的金属块、一把量程为20cm的刻度尺和几根足量长的细绳．
只利用现有器材请你帮他设计测量这根细木棒质量的方案，要求：
（1）写出主要实验步骤和需测量的物理量；
（2）写出木棒质量的数学表达式（用测量量表示）．

8.现有一个阻值为30Ω的定值电阻R0，一个电压约为12V的电源，一个只有0—3V量程的电压表，一个最大阻值约为200Ω的滑动变阻器，开关及导线若干。请你设计一个实验，比较精确地测出一个约为20Ω的位置电阻Rx的阻值（电路可重组）。
要求：（1）画出实验电路图；（2）写出主要实验步骤和需测量的物理量；（3）写出待测电阻Rx的数学表达式（用已知量和测量量表示）。

9．小亮想测出小木块（密度比水的小，表面经处理后不吸水）的密度．除了此木块，老师还给他提供了如下器材：与木块体积相同的铜块，足够大的量筒和足量的水（已知水的密度为ρ水）．请你仅利用上述器材帮他设计测量这个木块密度的实验方案，要求：
（1）写出实验步骤及所需测量的物理量；
（2）写出木块密度的数学表达式（用已知量和测量量表示）．

10．某同学要测出一个电压约为40V的电源电压（电压保持不变），可供选用的器材如下：待测电源：一块电压表（量程0～15V）；四个阻值已知的电阻，分别为R1（100Ω）、R2（150Ω）、R3（200Ω）和R4（4kΩ）；一个开关及若干导线．请合理选择器材，设计一个实验精确地测出电源电压．要求：
（1）画出实验电路图；
（2）写出实验步骤及所需测量的物理量；
（3）写出电源电压的表达式（用已知量和测量量表示）．

1. 测量方法：(1)将“密度计”轻轻放入水中，使其漂浮在水面上，用刻度尺测出“密度计”浸入水中的长度(也可以测量露出液面的长度)；
(2)将“密度计”轻轻放入待测牛奶中漂浮，用刻度尺测出浸入牛奶中的长度
计算方法：

2. 解：利用斜面做功时，克服重力做功为有用功，利用W有=Gh计算，沿斜面拉力做功为总功，利用W总=Fs计算，所以需要测量的物理量有：物体的重力G，沿斜面向上匀速拉动物体的拉力F；斜面的长度L，斜面的高度h．
克服重力做功为有用功：W有=Gh，
沿斜面拉力做功为总功：W总=Fs，
斜面的机械效率：η==．

3. （1）若选“220V 10W”，指示灯电路消耗功率
若选“2.5V 0.75W”，指示灯电路消耗功率

若选“2V 10mA”发光二极管，指示灯电路消耗功率

根据计算结果，应选用发光二极管
串联电阻阻值

（2）电路连接如图答2所示。

4. (1)选用质量不同的物体，比较它们下落相同的高度所用的时间。(或选用质量不
同的物体，比较它们在相同时间内下落的高度。)(3分)

(2)计算出下落的高度与对应一下落的时间平方的比值
如果它们的比值在误差范围内可认为相等，说明以上猜想是正确的，否则猜想是错误的

5.
、

6. 实验方案一：
（1）用天平称出矿石块的质量m0
（2）在烧杯中倒入适量的水，称出质量m1
（3）烧杯仍放在天平左盘，用细线将矿石块系好后，手提细线使矿石块浸没在此烧杯的水中并保持静止（水无溢出且矿石块不接触烧杯）。天平平衡时的称量值为m2
矿石的密度：
实验方案二：
（1）用天平称出矿石块的质量m0
（2）在烧杯中倒满水，称出质量m1
（3）将矿石块放入水中，将杯壁外的水擦干净，称出质量m2
矿石的密度：
与实验方案二同理的方法：
（1）用天平称出矿石块的质量m0
（2）将块石块放入装有适量水的烧杯中，用细线在烧杯外壁与水面相平处做一记号，称出质量m1
（3）取出矿石块，向烧杯中加水，直到水面与标记相平，称出质量m2
矿石的密度：

7. （1）主要实验步骤：
①用天平称出金属块的质量m；
②用细绳和刻度尺测出木棒的长度L；
③将用细绳系好的金属块系在木棒的一端，然后再将另一细绳一端做成绳环套在木棒上，用手提起该绳的另一端，并移动绳环的位置，使木棒保持水平平衡；
④用细绳和刻度尺测量出绳环到系金属块那端的木棒长度L′．

（2）如图，以O为支点，
∵杠杆平衡，
∴G铁×L′=G×（L﹣L′）
即：mg×L′=Mg×（L﹣L′）
解得：木棒的质量：
M=m．
答：（1）主要实验步骤和需测量的物理量同上；
（2）木棒质量的数学表达式为M=m．

8. （1）如图答2所示

（2）①按照电路图连好电路，将滑动变阻器滑片调到阻值最大处。闭合开关，调节滑动变阻器，使电压表的示数接近满偏，记下电压表的示数U0；②断开开关，保持滑片位置不动，将电压表改接在待测电阻两端。闭合开关，记下电压表的示数Ux.
（3）Rx=UxR0/U0。

9. 解：（1）实验步骤：
①向量筒内加入适量的水，记下量筒内水的体积V0；
②将铜块缓慢放入量筒内水中，记下此时水和铜块的总体积V1；
③再将木块轻轻放入量筒内水中，待木块静止处于漂浮状态时，记下此时总体积V2．
（2）木块密度的数学表达式
因为木块漂浮，G=F浮=ρ水gV排=ρ水g（V2﹣V1）
木块的质量为m===ρ水（V2﹣V1）
木块的体积为V=V1﹣V0
ρ===•ρ水

10. 解：（1）本题中需要考虑电压表的量程，无论电压表测量哪个电阻的电压，电压表的示数都不能超过15V，因此选用R1、R3两个电阻串联，
则电路中的电流I===A，则电阻R1上的电压为U1=I×R1=A×100Ω≈13.3V，不超过15V，
若选用用R1、R2两个电阻串联，则电路中的电流I′===A
则电阻R1上的电压为=I′×R1=A×100Ω=16V，超过15V，故不能选用R1、R2两个电阻串联；
若选用用R1、R4两个电阻串联，尽管电阻R1上的电压也不超过15V，但是指针偏转角度较小，不容易读数，因此因此选用R1、R3两个电阻串联最合适，
设计的电路图如下图，

（2）测量步骤：①按照电路图连接电路；
②闭合开关S，读出电压表的示数U1，
（3）串联电路中的电流处处相等，则，
则电源电压的表达式U=，