高中物理实验题

为了测一个自感系数很大的线圈L的直流电阻R_L，实验室提供以下器材：

（A）待测线圈L（阻值约为2Ω，额定电流2A）
（B）电流表A₁（量程0.6A，内阻r₁=0.2Ω）
（C）电流表A₂（量程3.0A，内阻r₂约为0.2Ω）
（D）滑动变阻器R₁（0～10Ω）
（E）滑动变阻器R₂（0～1kΩ）
（F）定值电阻R₃=10Ω
（G）定值电阻R₄=100Ω
（H）电源（电动势E约为9V，内阻很小）
（I）单刀单掷开关两只S₁、S₂，导线若干。
要求实验时，改变滑动变阻器的阻值，在尽可能大的范围内测得多组A₁表 和A₂表的读数I₁、I₂，然后利用给出的I₂—I₁图象（如右图所示），求出线圈的电阻R_L。

①实验中定值电阻应选用            ，滑动变阻器应选用             。
②请你画完图方框中的实验电路图。
③实验结束时应先断开开关              。
④由I₂—I₁图象，求得线圈的直流电阻R_L=        Ω。

某实验小组要描绘一个标有“3.6V，1.2W”的小灯泡的伏安特性曲线，所供选择的器材除了导线和开关外，还有以下一些器材可供选择： 电压表V（量程5V，内阻约为5kΩ）直流电源E（电动势4.5V，内阻不计）电流表A₁（量程350mA，内阻约为1Ω）电流表A₂（量程150mA，内阻约为2Ω）滑动变阻器R₁（阻值0 ~ 200Ω）滑动变阻器R₂（阻值0 ~ 10Ω）
⑴实验中为较准确测量，电流表应选      ，滑动变阻器应选     （填写器材代号）；
（2）在虚线框内画出实验电路图。
（3）由正确实验操作得到的数据描绘出小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示，将两个这样的灯泡并联后再与10Ω的定值电阻串联，接在内阻不计电动势为8V的电源上，此时通过定值电阻的电流为　 A，每盏灯泡的电阻值为  Ω,每盏灯泡的功率为     W
（保留两位有效数字）

甲同学要把一个量程为200μA的直流电流计G，改装成量范围是0~4V的直流电压表。

①她按图所示电路、用半偏法测定电流计G的内电阻r_g，其中电阻R₀约为1k。为使r_g的测量值尽量准确，在以下器材中，电源E应选用       ，电阻器R₁应选用    ，电阻器R₂应选用        （选填器材前的字母）。
A电源（电动势1.5V）            B电源（电动势6V）
C电阻箱(0~999.9)             D滑动变阻器(0~500)
E电位器（一种可变电阻，与滑动变阻器相当）(0~5.1k)
F电位器（0~51k）
②该同学在开关断开情况下，检查电路连接无误后，将R₂的阻值调至最大。后续的实验操作步骤依次是：         ,         ,         ,         ,最后记录R₁的阻值并整理好器材。（请按合理的实验顺序，选填下列步骤前的字母）

A．闭合S1

B．闭合S2

C．调节R2的阻值，使电流计指针偏转到满刻度

D．调节R2的阻值，使电流计指针偏转到满刻度的一半

E.调节R₁的阻值，使电流计指针偏转到满刻度的一半
F.调节R₁的阻值，使电流计指针偏转到满刻度
③如果所得的R₁的阻值为300.0，则图中被测电流计G的内阻r_g的测量值为    ，该测量值      实际值（选填“略大于”、“略小于”或“等于”）。
④给电流计G        联（选填“串”或“并”）一个阻值为       k的电阻，就可以将该电流计G改装为量程4V的电压表。

在弹性限度内，弹簧弹力的大小与弹簧伸长(或缩短)的长度的比值，叫做弹簧的劲度系数。为了测量一轻弹簧的劲度系数，某同学进行了如下实验设计：如图所示，将两平行金属导轨水平固定在竖直向下的匀强磁场中，金属杆ab与导轨接触良好，水平放置的轻弹簧一端固定于O点，另一端与金属杆连接并保持绝缘。在金属杆滑动的过程中，弹簧与金属杆、金属杆与导轨均保持垂直，弹簧的形变始终在弹性限度内，通过减小金属杆与导轨之间的摩擦和在弹簧形变较大时读数等方法，使摩擦对实验结果的影响可忽略不计。

请你按要求帮助该同学解决实验所涉及的两个问题。
①帮助该同学完成实验设计。请你用低压直流电源（）、滑动变阻器()、电流表（）、开关（）设计一电路图，画在图中虚线框内，并正确连在导轨的C、D两端。
②若已知导轨间的距离为d,匀强磁场的磁感应强度为B,正确连接电路后，闭合开关，使金属杆随挡板缓慢移动，当移开挡板且金属杆静止时，测出通过金属杆的电流为I₁,记下金属杆的位置，断开开关，测出弹簧对应的长度为x₁;改变滑动变阻器的阻值，再次让金属杆静止时，测出通过金属杆的电流为I₂,弹簧对应的长度为x₂,则弹簧的劲度系数k=__________.

“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”的实验装置如图（1）所示.
（1）在平衡小车与桌面之间摩擦力的过程中，打出了一条纸带如图（2）所示. 打点计时器打点的时间间隔为0.02s. 从比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，量出相邻计数点之间的距离，该小车的加速度a=__________m/s².

（2）平衡摩擦力后，改变砝码盘中砝码的数量，多次重复测量，在某次实验中根据测得的多组数据可画出a—F关系图线. 此图线的AB段明显偏离直线，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．砝码盘和砝码的总质量太大	D．所用小车的质量太大

某同学设计了如图所示的装置以探究加速度与力的关系。弹簧秤固定在一合适的木板上，桌面的右边缘固定一支表面光滑的铅笔以代替定滑轮，细绳的两端分别与弹簧秤的挂钩和矿泉水瓶连接。在桌面上画出两条平行线MN、PQ，并测出间距。开始时将木板置于MN处，现缓慢向瓶中加水，直到木板刚刚开始运动为止，记下弹簧秤的示数F0，以此表示滑动摩擦力的大小。再将木板放回原处并按住，继续向瓶中加水后，记下弹簧秤的示数F1，然后释放木板，并用秒表记下木板运动到PQ处的时间。则

(1)木板的加速度为＝　　（用、表示）；
(2)改变瓶中水的质量重复实验，确定加速度与弹簧秤示数F1的关系.下列图象中能表示该同学实验结果的是　  　。

某同学用如图所示的实验装置探究小车动能变化与合外力对它所做功的关系。图中A为小车，连接在小车后面的纸带穿过打点计时器B的限位孔，它们均置于水平放置的一端带有定滑轮的足够长的木板上，C为弹簧测力计，不计绳与滑轮的摩擦。实验时，先接通电源再松开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点。

(1)该同学在一条比较理想的纸带上，从点迹清楚的某点开始记为0点，再顺次选取5个点，分别测量这5个点到0之间的距离L，并计算出各点速度平方与0点速度平方之差△v²（△v²=v²－v₀²），填入下表：
请以△v²为纵坐标，以L为横坐标在方格纸中作出△v²-L图象。
若测出小车质量为0.2kg，结合图象可求得小车所受合外力的大小为 _______ N。
(2)若该同学通过计算发现小车所受合外力小于测力计读数，明显超出实验误差的正常范围。你认为主要原因是_________________________________________。
实验操作中改进的措施是__________________________________________。

点迹	L/cm	△v^2/m^2·s^－2
0	/	/
1	1.60	0.04
2	3.60	0.09
3	6.00	0.15
4	7.00	0.18
5	9.20	0.23

甲同学设计了如图甲所示的电路测电源电动势E及电阻R₁和R₂的阻值．实验器材有：待测电源E(不计内阻)，待测电阻R₁，待测电阻R₂，电压表(量程为1.5 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及导线若干．


(1)先测电阻R₁的阻值．请将甲同学的操作补充完整：闭合S₁，将S₂切换到a，调节电阻箱，读出其示数r和对应的电压表示数U₁，保持电阻箱示数不变，　　　　　　，读出电压表的示数U₂，则电阻R₁的表达式为：R₁＝　　　　　.
(2)甲同学已经测得电阻R₁＝4.8 Ω，继续测电源电动势E和电阻R₂的阻值．该同学的做法是：闭合S₁，将S₂切换到a，多次调节电阻箱，读出多组电阻箱示数R和对应的电压表示数U，由测得的数据，绘出了如图乙所示的－图象，则电源电动势E＝________V，电阻R₂＝________Ω.

如图为用拉力传感器和速度传感器探究“加速度与物体受力的关系” 实验装置。用拉力传感器记录小车受到拉力的大小，在长木板上相距L= 48.0cm的A、B两点各安装一个速度传感器，分别记录小车到达A、B时的速率。

⑴ 实验主要步骤如下：
①将拉力传感器固定在小车上；
②应该平衡摩擦力，让小车做      运动；
③把细线的一端固定在拉力传感器上，另一端通过定滑轮与钩码相连；为保证绳子的拉力不变，必须调节滑轮的高度使                                       。
④接通电源后自C点释放小车，小车在细线拉动下运动，记录细线拉力F的大小及小车分别到达A、B时的速率v_A、v_B；
⑤改变所挂钩码的数量，重复④的操作。
⑵下表中记录了实验测得的几组数据，是两个速度传感器记录速率的平方差，则加速度的表达式a =      ，请将表中第4次的实验数据填写完整（结果保留三位有效数字）；

次数	F（N）	（m^2/s^2）	a（m/s^2）
1	0.60	0.77	0.80
2	1.04	1.61	1.68
3	1.42	2.34	2.44
4	2.62	4.65
5	3.00	5.49	5.72

 
⑶由表中数据，在坐标纸上作出a～F关系图线；

⑷对比实验结果与理论计算得到的关系图线(图中已画出理论图线)，造成上述偏差的原因除了拉力传感器读数可能偏大外，还可能是         。

（Ⅰ）某同学在做探究“合力做功与物体动能改变的关系”，设计了如下实验，他的操作步骤是：

A.按（a）摆好实验装置，其中小车质量M=0．5kg，钩码总质量m=0．30kg.
B.先释放小车，然后接通打点计时器的电源（电源频率为=50Hz），打出一条纸带．
他在多次重复实验得到的纸带中取出自认为满意的一条，进行长度测量，且经检查测量数据准确无误后，他把钩码重力（当地重力加速度g=9．8m／s²）作为小车所受合力算出打下0点到打下第5点合力做功W="0.176" J，把打下第5点时小车动能作为小车动能的改变量，算得E_k=0.125J．
此次实验探究的结果，他没能得到“合力对物体做的功，等于物体动能的增量”，且误差很大。通过反思，他认为产生误差的原因如下，其中正确的是         ．
A．钩码质量太大，使得合力对物体做功的测量值比真实值偏大太多
B．没有平衡摩擦力，使得合力对物体做功的测量值比真实值偏大太多
C．释放小车和接通电源的次序有误，使得动能增量的测量值比真实值偏大
D．没有使用最小刻度为毫米的刻度尺测距离也是产生此误差   的重要原因
（Ⅱ）该同学在用重锤下落来验证机械能守恒时，某同学按照正确的操作选得纸带如图所示.其中O是起始点，A、B、C、D、E是打点计时器连续打下的5个点，打点频率为50 Hz.该同学用毫米刻度尺测量O到A、B、C、D、E各点的距离，并记录在图中（单位：cm）

（1）这五个数据中不符合有效数字读数要求的是（填A、B、C、D或E）点读数________.
（2）该同学用重锤在OC段的运动来验证机械能守恒，OC距离用h来表示，他用v_C=计算与C点对应的重锤的瞬时速度，得到动能的增加量，这种做法（填“对”或“不对”）___________.
（3）若O点到某计数点的距离用h表示，重力加速度为g，该点对应重锤的瞬时速度为v，则实验中要验证的等式为________________.
（4）若重锤质量m=2.00×10^-1 kg，重力加速度g="9.80" m/s²，由图中给出的数据，可得出从O点到打下D点，重锤重力势能的减少量为_______________ J，而动能的增加量为____________ J（均保留三位有效数字）.

如图甲所示，用包有白纸的质量为1.00kg的圆柱棒替代纸带和重物；蘸有颜料的毛笔固定在电动机的飞轮上并随之匀速转动，以替代打点计时器．烧断悬挂圆柱棒的线后，圆柱棒竖直自由下落，毛笔就在圆柱棒面的纸上画出记号．如图乙所示．设毛笔接触棒时不影响棒的运动，测得记号之间的距离依次为26.0 mm、50.0 mm、74.0mm、98.0 mm、122.0 mm、146.0 mm，由此可验证机械能守恒定律．已知电动机铭牌上标有“1200r/min”字样．根据以上内容回答下列问题．

(1)毛笔画相邻两条线的时间间隔T=       s．
(2)根据图乙所给的数据可知：毛笔画下记号“3”时，圆柱棒下落的速度       ；画下记号“6”时，圆柱棒下落的速度        ；在毛笔画下记号“3到画下记号“6”的这段时间内，棒的动能的增加量为        J，重力势能的减少量为        J．由此可得出的结论是：          ．(g=，结果保留三位有效数字)

像打点计时器一样，光电计时器也是一种研究物体运动情况的常见计时仪器，其结构如图甲如示a、b分别是光电门的激光发射和接收装置。当有物体从a、b间通过时，光电计时器就可以显示物体的挡光时间。现利用图乙所示装置设计一个“探究物体运动的加速度与合外力、质量关系的实验，图中NQ是水平桌面、PQ是一端带有滑轮的长木板，1、2是固定在木板上的两个光电门（与之连接的两上光电计时器没有画出）．小车上固定着用于挡光的窄片K，让小车从木板的顶端滑下，光电门各自连接的计时器显示窄片K的挡光时间分别为t₁和t₂．

(1)用游标卡尺测量窄片K的宽度d（已知l>>d），光电门1，2各自连接的计时器显示的挡光时间分别为t₁、t₂．则窄片K通过光电门1的速度表达式v₁=_______      ．
(2)用米尺测量两光电门间距为l，则小车的加速度表达式a=_______           ．
(3)该实验中，为了把砂和砂桶拉车的力当作小车受的合外力，就必须平衡小车受到的摩擦力，正确的做法是_______________                      __．
(4)实验中，有位同学通过测量，把砂和砂桶的重力当作小车的合外力F，作出a-F图线，如图丙中的实线所示．试分析：图线不通过坐标原点O的原因是________  ；曲线上部弯曲的原因____

某研究性学习小组做探究“橡皮筋做的功和物体速度变化的关系”的实验，实验开始前，他们提出了以下几种猜想：①②③。实验装置如图所示，图中是小车在一条橡皮筋作用下弹出，沿木板滑行的情形，这时橡皮筋对小车做的功记为W。 当我们用2条、3条……完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次……实验时，每次橡皮筋都拉伸到同一位置释放。 小车在实验中获得的速度由打点计时器所打的纸带测出。


(1)实验时为了使小车只在橡皮筋作用下运动，应采取的措施是               ；
(2)每次实验得到的纸带上的点并不都是均匀的，为了计算出小车获得的速度，应选用纸带的            部分进行测量；
(3)同学们设计了以下表格来记录数据。其中w₁、w₂、w₃、w₄ ……表示橡皮筋对小车做的功, v₁、v₂、v₃、v₄、……表示物体每次获得的速度

实验次数	1	2	3	4	……
w	w1	w2	w3	w4	……
v	v1	v2	v3	v4	……

 
他们根据实验数据绘制了如图乙所示的w—v图象，由图象形状得出结论。他们的做法是否合适？请说明理由：                      。

某同学用如图所示电路，描绘标有“3.8V，1.5W”的小灯泡的灯丝电阻R随电压U变化的图象．

（1）根据电路图，用笔画线代替导线，将图中的实物电路连接成完整实验电路．

（2）他根据实验数据，计算并描绘出R-U的图象如图所示．由图象可知，此灯泡在不工作时，灯丝电阻为         Ω；当所加电压为3.0 V时，灯丝电阻为        Ω，此时灯泡实际消耗的电功率为        W．

（3）根据R—U图象，可确定小灯泡耗电功率P与外加电压U的关系．符合该关系的图是下列图中的    ．

某同学通过查找资料自己动手制作了一个水果电池（电动势约为4.5V，内阻约为1.5Ω），现要测量这个电池的电动势和内阻，他从实验室借到一个开关、一个滑动变阻器 (最大阻值为12Ω，),一只电压表（量程为3V,内阻约为15kΩ），一只电流表（量程为 0.6A,内阻约为2Ω），一个定值电阻＝5 Ω和若干导线。

（1）该同学利用上述器材设计了如图甲所示的实验电路，开关闭合前滑动变阻器接入电路的阻值应调到_________(填最大、最小)。
（2）断开开关S，调节滑动变阻器的阻值，再闭合开关S，读取并记录电压表的示数及电流表的示数．改变滑动变阻器滑片的位置，多次重复上述操作，可得到多组电压值及电流值，并以为纵坐标，以为横坐标，画出的关系图线(该图线为一直线)，如图乙所示．由图线可求得电池组的电动势＝____V，内阻＝______Ω.(保留两位有效数字)
（3）利用该实验电路测出的电动势和内阻与真实值和相比，理论上____，______ (填“＞”“＜”或“＝”)．引起该实验系统误差的主要原因是___________.