高中物理实验题

某地区多发雾霾天气，PM2.5浓度过高，为防控粉尘污染，某同学设计了一种除尘方案，用于清除带电粉尘．模型简化如图所示，粉尘源从A点向水平虚线上方(竖直平面内)各个方向均匀喷出粉尘微粒，每颗粉尘微粒速度大小均为v＝10 m/s，质量为m＝5×10^－10 kg，电荷量为q＝＋1×10^－7 C，粉尘源正上方有一半径R＝0.5 m的圆形边界匀强磁场，磁场的磁感应强度方向垂直纸面向外且大小为B＝0.1 T的，磁场右侧紧靠平行金属极板MN、PQ，两板间电压恒为U₀，两板相距d＝1 m，板长l＝1 m。不计粉尘重力及粉尘之间的相互作用，假设MP为磁场与电场的分界线。（已知，，若）求：

（1）微粒在磁场中的半径r并判断粒子出磁场的速度方向；
（2）若粉尘微粒100%被该装置吸收，平行金属极板MN、PQ间电压至少多少？
（3）若U₀＝0.9 V，求收集效率。
（4）若两极板间电压在0～1.5 V之间可调，求收集效率和电压的关系。

(1)某欧姆表的内部结构如图甲所示电路，欧姆表开关拨至“”，并进行了必要的调零。一同学准备用一个电阻箱R_x较精确地测出欧姆表的电源的电动势E和该倍率下完成调零后欧姆表的内阻，他的操作步骤是：

a．将欧姆表与电阻箱R_x连成图甲所示的闭合电路；
b．调节电阻箱阻值，记下电阻箱示数R_x和与之对应的电流表G的示数I；
c．将记录的各组R_x、I的数据描点在图乙中，得到图象；
d．根据图乙作得的图象，求出电源的电动势E和欧姆表内阻R_内。
图甲中，a表笔颜色是______，电源的电动势E为_____V，欧姆表内阻R_内为____，电流表的量程_____。
(2)若该同学将图甲中电流表G并联一个定值电阻，组成一个新的欧姆表，这个新欧姆表的倍率较之改装前欧姆表的倍率____(填“变大”“变小”或“相同”)。

把一个小烧瓶和一根弯成直角的均匀玻璃管用橡皮塞连成如图所示的装置。在玻璃管内引入一小段油柱，将一定质量的空气密封在容器内，被封空气的压强跟大气压强相等。如果不计大气压强的变化，利用此装置可以研究烧瓶内空气的体积随温度变化的关系。
（1）关于瓶内气体，下列说法正确的有________

A．温度升高时，瓶内气体体积增大，压强不变
B．温度升高时，瓶内气体分子的动能都增大
C．温度升高，瓶内气体分子单位时间碰撞到容器壁单位面积的次数增多
D．温度不太低，压强不太大时，可视为理想气体
（2）改变烧瓶内气体的温度，测出几组体积V与对应温度T的值，作出V—T图象如图所示。已知大气压强p₀＝1×10⁵Pa，则由状态a到状态b的过程中，气体对外做的功为________J。若此过程中气体吸收热量60J，则气体的内能增加了__________J。

（3）已知1mol任何气体在压强p₀＝1×10⁵Pa，温度t₀＝0℃时，体积约为V₀=22.4L。瓶内空气的平均摩尔质量M＝29g/mol，体积V₁=2.24L，温度为T₁=25⁰C。试估算瓶内空气的质量。

现有一摄像机电池，无法从标签上看清其电动势等数据。现进行如下实验操作：
（1）选取多用电表的直流电压10V挡，将两表笔直接接到电池的正负两极，指针偏转情况如图，由此可知其电动势约为_________V。是否可以利用多用电表的欧姆挡直接粗测其内阻，答：__________（选填“可以”或“不可以”）
（2）现要更加准确测量其电动势和内电阻，实验室备有下列器材：

A．电流表（量程0.6A，内阻为3Ω）

B．电压表(量程3V,内阻为3kΩ)

C．电压表(量程30V,内阻为30kΩ)

D．定值电阻R1=500Ω

E．定值电阻R₂=5000Ω
F．滑动变阻器(阻值范围0~30Ω)
G．开关及导线
①该实验中电压表应选________，定值电阻应选_________(均选填选项前的字母序号)
②在方框中画出实验电路图，并将实物连线图补充完整。

③若将滑动变阻器打到某一位置，读出此时电压表读数为U，电流表读数为I，则电源电
动势和内阻间的关系式为_________。

如图xoy平面内有向里的匀强磁场，磁感应强度B="0" 1T，在y轴上有一粒子源，坐标为(0，0 2m)，粒子源可以在xoy平面内向各个方向均匀射出质量m="6" 410^-27kg、带电量q="+3" 210^-19C、速度v="1" 010⁶m/s的带电粒子，一足够长薄感光板从图中较远处沿x轴负方向向左缓慢移动，其下表面和上表面先后被粒子击中并吸收粒子，不考虑粒子间的相互作用，（），求：

（1）带电粒子在磁场中运动的半径及下表面被粒子击中时感光板左端点位置；
（2）在整个过程中击中感光板的粒子运动的最长时间；
（3）当薄板左端运动到(-0 2m，0)点的瞬间，击中上、下板面的粒子数之比；

如图甲所示，竖直面MN的左侧空间中存在竖直向上的匀强电场（上、下及左侧无边界）。一个质量为m、电荷量为q、可视为质点的带正电小球，以水平初速度 沿PQ向右做直线运动若小球刚经过D点时（t=0），在电场所在空间叠加如图乙所示随时间周期性变化、垂直纸面向里的匀强磁场，使得小球再次通过D点时与PQ连线成 角，已知D、Q间的距离为 ， 小于小球在磁场中做圆周运动的周期，忽略磁场变化造成的影响，重力加速度为g。求：

（1）电场强度E的大小
（2）与的比值
（3）小球过D点后做周期性运动。则当小球运动的周期最大时，求出此时磁感应强度 及运动的最大周期 的大小，并在图中画出此情形下小球运动一个周期的轨迹。

如图（甲）所示，在直角坐标系0≤x≤L区域内有沿x轴正方向的匀强电场，右侧有一个圆心在x轴上、半径为L的圆形区域，圆形区域与x轴的交点分别为M、N。现有一质量为m，带电量为e的正电子（重力忽略不计），从y轴上的A点以速度沿y轴负方向射入电场，飞出电场后从M点进入圆形区域，速度方向与x轴夹角为30°。此时在圆形区域加如图（乙）所示周期性变化的磁场，以垂直于纸面向里为磁场正方向，最后正电子运动一段时间后从N点飞出，速度方向与进入磁场时的速度方向相同。求：

（1）0≤x≤L区域内匀强电场场强E的大小；
（2）写出圆形磁场区域磁感应强度B₀的大小应满足的表达式。

为探究小灯泡的电功率和电压U²的关系，小明测量小灯泡的电压和电流，利用得到电功率。实验所使用的小灯泡规格为“3.0V1. 8W”，电源为12V的电池，滑动变阻器的最大阻值为10。
（1）准备使用的实物电路如图所示。请将滑动变阻器接入电路的正确位置。（用笔画线代替导线）

（2）现有10、20和50的定值电阻，电路中的电阻应选_______的定值电阻。
（3）测量结束后，应先断开开关，拆除_______两端的导线，再拆除其他导线，最后整理好器材。
（4）小明处理数据后将、描点在坐标纸上，并作出了一条直线，是否正确?答: _____。

某兴趣小组为了尽量精确测量某电阻Rx的阻值设计了如图所示的电路．已知各元件规格如下：
电压表○V：量程0-3V，内阻约为3KΩ
电流表○A：量程0-200mA，内阻为4.0Ω
滑动变阻器R：最大阻值5Ω
定值电阻：R1=2.0Ω
电源：电动势E约为3V，内阻较小

（1）为了保护各元件安全，开关闭合前滑动变阻器的滑片应该滑至滑动变阻器的最_______端（选“左”或“右”）.
（2）多次实验后，该小组在U-I坐标系下将电压表和电流的各组读数描点后用直线拟合，得到如图所示U-I图，则待测电阻Rx阻值为_______（保留两位有效数字）.

（3）若不考虑实验的偶然误差，则该实验的测量结果与Rx的真实阻值相比，测量值_______（选“偏大”或“偏小”或“相等”）.

某同学为测定金属丝的电阻率ρ，设计了如图甲所示电路，电路中ab是一段电阻率较大、粗细均匀的电阻丝，保护电阻R₀=4.0Ω，电源的电动势E=3.0V，电流表内阻忽略不计，滑片P与电阻丝始终接触良好。

（1）实验中用螺旋测微器测得电阻丝的直径如图乙所示，其示数为d =________mm。
（2）实验时闭合开关，调节滑片P的位置，分别测量出每次实验中aP长度x及对应的电流值I，实验数据如下表所示：

x(m)	0.10	0.20	0.30	0.40	0.50	0.60
I(A)	0.49	0.43	0.38	0.33	0.31	0.28
(A^-1)	2.04	2.33	2.63	3.03	3.23	3.57

①将表中数据描在坐标纸中，如图丙所示。作出其关系图线，图象中直线的斜率的表达式k =_______（用题中字母表示），由图线求得电阻丝的电阻率ρ =_______（保留两位有效数字）。
②根据图丙中关系图线纵轴截距的物理意义，可求得电源的内阻为r =______Ω（保留两位有效数字）。

实际电流表有内阻，可等效为理想电流表与电阻的串联.测量实际电流表G₁内阻r₁的电路如图所示.供选择的仪器如下:

①待测电流表G₁(0～5mA，内阻约300Ω)；②电流表G₂(0～10mA，内阻约100Ω)；
③定值电阻R₁(300Ω)；④定值电阻R₂(10Ω)；⑤滑动变阻器R₃(0～1000Ω)；
⑥滑动变阻器R₄(0～20Ω)；⑦干电池(1.5V)；⑧电键S及导线若干.
(1)定值电阻应选______，滑动变阻器应选______.(填仪器前的序号)
(2)用连线连接实物图.
(3)补全实验步骤：
①按电路图连接电路，将滑动触头移至最_____端；
②闭合电键S，移动滑动触头至某一位置，记录G₁、G₂的读数I₁、I₂；
③多次移动滑动触头，记录相应的G₁、G₂读数I₁、I₂；
④以I₂为纵坐标，I₁为横坐标，作出相应图线，如图所示.

(4)根据I₂－I₁图线的斜率k及定值电阻R，写出待测电流表内阻的表达式___________.

(13分) 如图，边长L="0.2" m的正方形abcd区域（含边界）内，存在着垂直于区域的横截面（纸面）向外的匀强磁场，磁感应强度B=5.0×10^-2T。带电平行金属板MN、PQ间形成了匀强电场E（不考虑金属板在其它区域形成的电场），MN放在ad边上，两板左端M、P恰在ab边上，两板右端N、Q间有一绝缘挡板EF。EF中间有一小孔O，金属板长度、板间距、挡板长度均为l="0.l" m。在M和P的中间位置有一离子源S，能够正对孔O不断发射出各种速率的带正电离子，离子的电荷量均为q=3.2×l0^-19 C，质量均为m=6.4×l0^-26 kg。不计离子的重力，忽略离子之间的相互作用及离子打到金属板或挡板上后的反弹。

（l）当电场强度E=10⁴N/C时，求能够沿SO连线穿过孔O的离子的速率。
（2）电场强度取值在一定范围时，可使沿SO连线穿过O并进入磁场区域的离子直接从
bc边射出，求满足条件的电场强度的范围。

利用超导体可以实现磁悬浮，如图是超导磁悬浮的示意图。在水平桌面上有一个周长为L的超导圆环，将一块质量为m的永磁铁从圆环的正上方缓慢下移，由于超导圆环跟磁铁之间有排斥力，结果永磁铁悬浮在超导圆环的正上方h₁高处平衡。

（1）若测得圆环a点磁场如图所示，磁感应强度为B₁，方向与水平方向成θ₁角，问此时超导圆环中电流的大小和方向？
（2）在接下来的几周时间内，人们发现永磁铁在缓慢下移。经过较长时间T后，永磁铁的平衡位置在离桌面h₂高处。有一种观点认为超导体也有很微小的电阻，只是现在一般仪器无法直接测得，超导圆环内电流的变化造成了永磁铁下移，并设想超导电流随时间缓慢变化的I²-t图，你认为哪张图相对合理，为什么？
（3）若测得此时a点的磁感应强度变为B₂，夹角变为θ₂，利用上面你认为相对正确的电流变化图，求出该超导圆环的电阻？

一同学要研究轻质弹簧的弹性势能与弹簧长度改变量的关系。实验装置如下图甲所示，在离地面高为h的光滑水平桌面上，沿着与桌子右边缘垂直的方向放置一轻质弹簧，其左端固定，右端与质量为m的小刚球接触。将小球向左压缩弹簧一段距离后由静止释放，使小球沿水平方向射出桌面，小球在空中飞行落到位于水平地面的记录纸上留下痕迹。重力加速度为g
（1）若测得某次压缩弹簧释放后小球落点P痕迹到O点的距离为s，则释放小球前弹簧的弹性势能表达式为         ；
（2）该同学改变弹簧的压缩量进行多次测量得到下表一组数据：

弹簧压缩量x/cm	1.00	1.50	2.00	2.50	3.00	3.50
小球飞行水平距离s/×10^2cm	2.01	3.00	4.01	4.98	6.01	6.99

结合（1）问与表中数据，弹簧弹性势能与弹簧压缩量x之间的关系式应为        ；
（3）完成实验后，该同学对上述装置进行了如下图乙所示的改变：（I）在木板表面先后钉上白纸和复写纸，并将木板竖直立于靠近桌子右边缘处，使小球向左压缩弹簧一段距离后由静止释放，撞到木板并在白纸上留下痕迹O；（II）将木板向右平移适当的距离固定，再使小球向左压缩弹簧一段距离后由静止释放，撞到木板上得到痕迹P；（III）用刻度尺测量纸上O点到P点的竖直距离为y。若已知木板与桌子右边缘的水平距离为L，则（II）步骤中弹簧的压缩量应该为       。

在物理课外活动中，刘聪同学制作了一个简单的多用电表，图甲为该电表的电路原理图.其中选用的电流表满偏电流I_g="10" mA，当选择开关接3时为量程250 V的电压表.该多用电表表盘如图乙所示，下排刻度均匀，上排刻度不均勻且对应数据没有标出，C为中间刻度.若指针

（1）若指针在图乙所示位置，选择开关接1时，其读数为______;选择开关接3时，其读数为______
（2）为了测选择开关接2时欧姆表的内阻和表内电源的电动势，刘聪同学在实验室找到 了一个电阻箱，设计了如下实验：
①将选择开关接2，红黑表笔短接，调节R₁的阻值使电表指针满偏；
②将电表红黑表笔与电阻箱相连，调节电阻箱使电表指针指中间刻度位置C处，此时电阻箱的示数如图丙，则C处刻度应为______Ω.
③计算得到表内电池的电动势为______V.(保留两位有效数字）
(3)调零后将电表红黑表笔与某一待测电阻相连，若指针指在图乙所示位置，则待测电阻的阻值为______Ω.(保留两位有效数字）