初中物理实验题

2007年2月28日，从乌鲁木齐驶往阿克苏的5806次列车遭遇特大沙尘暴，列车从第1节车厢到第11节车厢相继被吹翻。看了这个报道后，某研究小组为探索沙尘暴的威力，进行了模拟研究。如图为测定沙尘暴风力的实验装置图，其中AB是一段水平放置的长为L的光滑均匀电阻丝，电阻丝阻值较大，一质量和电阻都不计的细长金属丝一端固定于O点，另一端悬挂球P，无风时细金属丝竖直，恰与电阻丝在B点接触，有风时细金属丝将偏离竖直方向，细金属丝与电阻丝始终保持良好的导电接触。研究小组的同学对此装置分析中，知道金属球单位面积上所受到的水平风力大小与电压表的读数成正比，空气密度为1.3kg/m³，沙的密度为2.5×10³kg/m³。他们对决定金属球单位面积上所受到的风力大小的因素，进行了如下的实验研究：

①在含沙量相同条件下，改变风速，记录不同风速下电压表的示数如下：

风速（m/s）	5	10	15	20
电压表示数（V）	0.6	2.4	5.4	9.6

②在风速大小相同条件下，改变风中空气的含沙量，记录不同含沙量下电压表的示数如下：

含沙量（kg/m^3）	1.1	2.2	3.3	4.4
电压表示数（V）	2.3	3.5	4.6	5.8

（1）根据上述实验结果，试推导出单位面积上所受到的风力大小的关系式？（设比例系数为k）
（2）若（1）中的比例系数k的大小为0.5，已知：车厢的高度为3m，车厢的长度为25m，车厢质量为50t，铁轨间距为1.5m，1m³沙尘暴中含沙尘2.7kg，请根据（1）中的关系式计算当时的风速至少为多大？

小明在做“用伏安法测电阻”的实验中，所用的器材有3V的电源，最大阻值为10Ω的滑动变阻器R，待测电阻R_x及如图甲所示的其它器材．

（1）如图甲，实验电路还未连接完整，请用笔画线代替导线在答题卡相应图中将实验电路连接完整，要求滑动变阻器滑片向右移动时，电流表的示数增大．
（2）连接电路时，开关应处于　_________　状态．
（3）调节滑动变阻器进行多次测量，其中一次当电压表的示数为2.5V时，电流表对应的示数如图乙所示，则本次测得的待测电阻R_x=　_________　Ω．（保留两位有效数字）
（4）做完以上实验后，小明还用该实验装置来探究电流与电压的关系，计划测量当R_x两端电压分别为1V、2V、3V时对应的电流，但发现无论调节滑动变阻器都不能使R_x两端电压达到1V，原因可能是　_________　．

(5分) 小东的爸爸买了一个玉制实心小工艺品，小东想知道它的密度是多少，于是他用一个弹簧测力计、一根细线和一盆清水，通过实验测量并计算出小工艺品的密度，水的密度为已知．请你帮助小东完成下列要求：
（1）写出实验步骤
（2）写出测量结果（密度的表达式）

在“测定额定电压为2.5V小灯泡电功率”的实验中．
（1）如下图甲所示，电路连接尚未完成，E应与滑动变阻器的    接线柱相连接．完成连接后闭合开关，发现灯泡很亮，说明存在操作上的错误是    ．若闭合开关后，发现灯泡不发光，电流表的示数为零，电压表的示数为3V，产生此故障的原因可能是下列情况中的    （填写序号）

A．小灯泡短路

B．小灯泡的灯丝断了

C．电压表的正、负接线柱反接

D．变阻器滑片接触不良

（2）小明在正确连接电路后，闭合开关，调节滑动变阻器的滑片至某一位置，此时电流表的示数为0.2A，电压表示数如图乙所示，则小灯泡的功率是    瓦．为了测定小灯泡的额定功率，此时应将滑动变阻器的滑片向    （选填“左”或“右”）移动．

（3）在额定功率测量刚刚完成时，小明不慎将小灯泡玻璃打碎了（灯丝未断），其他都未变动，小明再次合上开关，发现电压表的示数却比2.5V小，电流表示数变大，就此现象提出一个猜想：    ．
（4）小明想在上述实验的基础上，进一步研究“一段电路中的电流跟电路两端电压的关系”，于是就多次移动滑动变阻器的滑片，获得多组灯泡两端电压和电流的数据，发现电流与电压不成正比，请指出他的实验方法的不合理之处    ．

用两节干电池、两个开关、一个电压表、一只阻值为20 Ω的定值电阻R₀,导线若干,测量未知电阻R_x的阻值,电路实物图如图17甲所示。

(1)用笔画线代替导线将图17甲中的电压表接在R₀两端。

(2)正确连接电路,闭合开关S₁和S。电压表示数如图17乙，为        V 。

(3)断开S₁ ,闭合S,电压表示数为1.4 V,则R_x=_____ 0。

(4)若没有电压表,只有一个电流表,其余元件不变，设计并在方框内丽出测量R_x阻值的电路图(要求电路连接后不能再拆接)。

请阅读《华夏之光—圭表》并回答问题：

华夏之光——圭表

我国古代的天文观测一直居于世界领先地位，天文学家们发明了许多先进的天文观测仪器，其中圭表就是典型的代表。圭表（如图1所示）包括圭和表两部分，正南北方向平放的尺，叫作圭，直立在平地上的标竿或石柱、叫作表，圭和表相互垂直。

战国以前的天文学家已经能够利用水面来校正圭，使其水平，使用铅垂线来校正表，使其与圭相互垂直。

依据圭表正午时表影长度的变化，就能推算出二十四节气，依据表影长短的周期性变化，就能确定一回归年的天数，由于日光散射和漫反射的影响，早期圭表的表影边缘模糊不清，影响了测量表影长度的精度。

为了解决上述问题，元代天文学家郭守敬采取理论与实践相结合的科学方法，对圭表进行了一系列改进与创新。他将表的高度增加，并且在表顶加一根架空的横梁，使表高变为传统表高的五倍。这样，测量时，把传统的确定表影端的位置变为确定梁影中心的位置、提高了测量影长的精度。

郭守敬又利用小孔成像的原理，发明了景符，利用景符可以在圭面上形成太阳和梁的清晰像（如图2所示），这样就可以精确的测量表的影长了。这些措施成功解决了圭表发明以来，测影时“虚景之中考求真实”的困难。

以圭表为代表的我国古代的科技成果，像一颗颗璀璨的明珠，闪耀着智慧的光芒，激励着我们攀登新的科技高峰。

请根据上述材料，回答下列问题：

（1）请写出我国古代天文学家保证圭和表相互垂直的措施，并解释为什么这种措施可以保证圭和表是相互垂直的。

（2）郭守敬的改进与创新措施解决了早期圭表的什么问题？

（3）除了圭表，请你再列举一个我国古代天文观测仪器。

科学选种是提高粮食产量的关键环节。小华想测量稻谷种子的密度,具体做法如下：

(1)用调好的天平测量适量稻谷种子的总质量m₁，天平平衡时右盘砝码质量和游码在标尺上的位置如图18甲所示,m₁=____ g。

(2)往量简中加入适量的水,测得其体积V₁为300 mL，将上述种子放入量简中，种子全部沉入水中，如图18乙所示,此时水和种子的总体积V₂=       mL。

(3)种子的密度ρ=      g/cm³ ，与真实值相比ρ偏      ，理由是                                    。

(4)小华经过反思后改进了实验方案:将量简中种子倒出，用纸巾吸干种子表面的水后，再次测得种子总质量为m₂,则种子密度ρ^‘=                      。 (用ρ_水和测得的物理量符号表示)

如图甲所示，在“测量一个小灯泡电功率”的实验中，小灯泡的额定电压为3V。

（1）根据图甲所示的电路图，请用笔画线代替导线，将图乙中的器材连接成完整的电路（要求滑动变阻器滑片P向右移动时阻值变大）；

（2）连接好电路，闭合开关后，发现小灯泡不亮，电压表无示数，电流表有示数，那么出现该状况的可能原因是小灯泡发生 　   　（选填“断路”或“短路”）；

（3）排除故障后，闭合开关，继续进行探究，根据测量数据绘制出通过小灯泡的电流I随它两端电压U变化的图像，如图丙所示，分析可知：小灯泡的额定功率为 　   　W；若电流表的示数如图丁所示，其示数为 　   　A，此时小灯泡的电阻为 　   　Ω；

（4）若实验室电压表损坏，某同学用一个已知阻值为R₀的定值电阻代替电压表，并设计了如图戊所示电路，在电源电压保持不变情况下，也正确地测出了一个额定电流为I_额的小灯泡的额定功率，其实验步骤如下：

①闭合S₁，断开S₂，移动滑动变阻器R的滑片至最左端，记下电流表的示数为I₁；

②闭合S₂，断开S₁，调节滑动变阻器R的滑片使小灯泡正常发光，电流表示数为I_额；

③保持滑动变阻器R的滑片不动，闭合S₁，断开S₂，记下电流表的示数为I₂；

④则小灯泡额定功率的表达式为P_额＝　   　（用I_额、I₁、I₂和R₀等符号表示）

用图甲所示电路探究“电流与电阻的关系”，电源电压为3V，滑动变阻器的规格为“20Ω，1.5A”。

（1）实验时，依次更换不同的电阻，调节 　　，保证电阻两端电压不变，分别记录每次电阻 $R$和电流表示数 $I$，数据如表：

实验次数	1	2	3	4	5
电阻 $R/\Omega$	30	20	15	10	5
电流 $I/A$	0.08	0.12	0.16		0.48
电阻的倒数 $\frac{1}{R}/{\Omega }^{-1}$	0.033	0.050	0.067	0.100	0.200

（2）第4次实验的电流表示数如图乙所示，读数为 　　 $A$；

（3）为了更精确地描述 $I$与 $R$的关系，在表中增加了 $\frac{1}{R}$的数据，并根据 $I$、 $\frac{1}{R}$的值在图丙的坐标纸中描出了相应的点，请你在图丙中补充第4次的实验数据点，并作出 $I-\frac{1}{R}$图像。

（4）根据图像可以得到的实验结论是：　　。

某小组进行电学实验探究。

（一）某同学探究“电流与电压”的关系，他用了3个干电池，一个定值电阻、一个滑动变阻器（20Ω，1A），一个电压表，一个电流表，导线若干。

（1））请补充实物图；

（2）若电压表无余数，电流表有示数，此时原因可能是 　    　（选填“R断路”或“R短路”）；

（3）他用此电路做了若干组实验，以下第 　    　组实验数据有误。

	①	②	③	④
I	0.1	0.2	0.3	0.4
U	1	2	3	4

（4）根据此表格可知：电阻一定时，电流与电压成 　    　（选填“正比”或“反比”）。

（二）某同学探究“电流与电阻”的关系，他有5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω的电阻，一个电压表，一个电流表和导线若干，多次实验后得到电流与电阻的关系如图所示。

（1）电阻两段的电压为 　    　V；

（2）滑动变阻器的最大功率为 　    　W。

小明在探究"电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关"的实验中，提出了下列猜想：

A．与通电时间有关

B．与电阻大小有关

C．与电压大小有关

D．与电流大小有关

实验器材有：阻值不同的电阻丝若干、蓄电池、火柴、开关和导线若干。

请回答下列问题：

（1）探究猜想A时，将某一电阻丝接入电路，保证安全的情况下使火柴头充分接触电阻丝，闭合开关一段时间后火柴头才燃烧，这一现象说明：

①电阻丝产生的热量通过 　     　的方式传递给火柴头；

②电阻丝产生的热量与通电时间 　     　（选填"有关"或"无关"）；

（2）探究猜想B时，如图所示，将10Ω和20Ω的电阻丝串联接入电路，把两根相同的火柴头分别接触电阻丝（设火柴头与整根电阻丝接触）；

①小明思考，若相同时间内仅有一根电阻丝上的火柴头燃烧，据此能否判断该电阻丝产生的热量多？ 　     　（选填"能"或"不能"）；

②闭合开关较长时间后，发现两电阻丝均发热，但火柴头都没有燃烧。在不改变电源电压的情况下，选择下列哪组电阻丝进行实验更可行？ 　     　（填字母序号）

A.20Ω 30Ω

B.15Ω 15Ω

C.5Ω 25Ω

（3）小明通过上述实验发现：电阻越大，电流产生的热量越多。评估该实验时小明认为：串联电路中不同阻值的电阻两端所分电压不同，那么电流产生的热量与电阻大小有关的结论似乎不可靠。如果改变两电阻丝的连接方式，能否合理完成对猜想B的方案设计 　     　？请你说明理由 　     　。

生活中常用的合金是一种复合材料，复合材料通常是由起搭建作用的基体材料和分散于其中的增强材料两部分组成。由于两种材料的共同作用，使合金具有不同特性。下表提供了黄铜和青铜两种合金的部分信息。

合金	基体材料	增强材料	特性	应用
黄铜	铜	锌	易加工	仪表
青铜	铜	锡	耐磨	齿轮

现有两卷粗细相同的黄铜线和青铜线，请你添加合适的器材，设计一个实验方案，比较黄铜和青铜的导电性哪个强？

（1）实验器材：　　。

（2）实验步骤：　　。

（3）实验结论：　　。

小君在做“测量定值电阻R_x的阻值”的实验时，老师为他提供的器材有：电源、未知阻值的定值电阻R_x、符合实验要求的滑动变阻器、电压表、电流表、开关和导线，图乙是没有连接完整的实物电路图。

（1）请根据图甲用笔画线代替导线将实物电路图（图乙）连接完整（要求：向右移动滑动变阻器的滑片P使电流表示数变小；导线不交叉）。

（2）在连接电路时，开关必须 　   　；实验前，为了保护电路，滑动变阻器的滑片P应置于 　   　端（选填“A”或“B”）。

（3）闭合开关后，无论怎样移动滑片P，发现电流表始终无示数，电压表有示数，其原因可能是 　   　。

A.滑动变阻器断路

B.定值电阻断路

C.定值电阻短路

（4）排除故障后，当电压表示数为2.4V时，电流表示数如图丙所示，则定值电阻的阻值为 　   　Ω，定值电阻的电功率为 　   　W。

（5）完成上述实验后，小君同学又想测量额定电压为U_额的小灯泡的额定功率，但发现电流表已经损坏，于是他又找来了两个开关和一个阻值为R₀的定值电阻，设计了如图丁所示的电路。已知电源电压恒为U（U＞U_额），请你完成下面的实验步骤。

①闭合开关S、S₁，断开开关S₂，调节滑动变阻器的滑片，使电压表示数为 　   　；

②闭合开关 　   　，断开开关 　   　（填写S、S₁、S₂），保持滑动变阻器的滑片不动，读出电压表示数为U₁；

③小灯泡额定功率的表达式为P_额＝　   　。

同学们在学完弹簧测力计的相关知识后，自制了一个"橡皮筋测力计"，将橡皮筋不挂重物时下端对应位置标为零刻度线：挂 $1N$ 重物时，下端对应位置标为 $1N$ ；将这段距离等分为20格，每格表示 $0.05N$ 。用此测力计测量物体重力时，发现测量值不准确。为了弄清其中的原因，同学们探究了橡皮筋的伸长与受到外力的关系。他们利用规格为 $0.05N$ 的螺母若干、刻度尺、橡皮筋、白板等进行了实验探究。不挂重物时，使橡皮筋下端与刻度尺的零刻度线对齐；挂不同重物时，橡皮筋下端对应不同的刻度值，作出标记，如图所示。

（1）螺母挂在橡皮筋下静止时，受到橡皮筋的拉力 　　（选填"大于""等于"或"小于" $)$ 它受到的重力。

（2）同学们在橡皮筋下依次挂上个数不等的螺母，实验数据记录如下表。

试验次数	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
螺母个数     $n/$ 个	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
螺母总重     $G/N$	0	0.05	0.10	0.15	0.20	0.25	0.30	0.35	0.40	0.45	0.50	0.55
刻度尺读数     $L/\mathit{mm}$	0	5.0	11.0	20.0	30.0	45.0	60.0	75.0	90.0	110.0	133.0	158.0

①分析实验数据可初步得出：橡皮筋下所挂重物越重，橡皮筋的伸长越 　　。

②进一步分析数据发现：每增加1个螺母时，刻度尺读数的变化量总体上是不同的，但中间有部分读数的变化量是相同的。若静止时橡皮筋下端对应刻度尺的 $70.0\mathit{mm}$ 处，推测橡皮筋下所挂的物体重约为 　　 $N$ （结果保留两位小数）；若挂另一重物，静止时橡皮筋下端对应刻度尺的 $15.0\mathit{mm}$ 处，此时 　　（选填"能"或"不能" $)$ 确定此物体的重。

（3）同学们根据实验数据，用此橡皮筋重新制作一个刻度均匀的测力计，橡皮筋上端和刻度尺的位置保持不变。若使测力计的量程最大，零刻度线应标在刻度尺的 　　 $\mathit{mm}$ 刻度处，此测力计的最大量程为 　　。

（4）同学们更换不同的橡皮筋进行探究，发现其它橡皮筋的特点均与此相似，他们由此总结出，若要用橡皮筋制作测力计，受橡皮筋材料影响，刻度均匀部分可测量范围 　　，整体上测量不准确，所以橡皮筋不适合做测力计。

为探究导体电阻大小的影响因素，某同学利用同种合金材料制成的 $a$ 、 $b$ 、 $c$ 三条电阻丝（不考虑温度对电阻的影响）进行实验， $a$ 、 $b$ 长度相同， $b$ 、 $c$ 粗细相同，如图1所示。连接电路，分别接入电阻丝 $a$ 、 $b$ 、 $c$ ，闭合开关后电流表的三次示数如图2所示。

（1）根据示数可以得出以下结论：

①电阻大小不仅跟导体横截面积有关，还跟导体 　　有关。

② 　　电阻丝的阻值最小（选填" $a$ "" $b$ "" $c$ " $)$ 。

（2）该同学更换了电源和电流表，添加了电压表和滑动变阻器，设计了图3（甲 $)$ 所示的电路来测量电阻丝的电阻。

①图3（乙 $)$ 是根据图3（甲 $)$ 连接的实物图，请在错误的导线上打" $\times$ "并连接正确。

②闭合开关后，当滑片 $P$ 向右移动时，电压表示数 　　（选填"变大""变小""不变" $)$ ；当滑片 $P$ 移到某一位置时，电压表的示数为 $1.2V$ ，电流表的示数如图丙所示，则 $R_a=$ 　　 $\Omega$ ；接着他多次改变滑片位置测量 $a$ 电阻丝的电阻值，并求出平均值 $R_a\text{'}$ ，其目的是 　　；

③若电源电压为 $6V$ ， $R_a\text{'}=R_a$ 且保持不变，要使图3（乙 $)$ 连接方式中各电路元件安全，则滑动变阻器的最大值应不小于 　　 $\Omega$ 。