实验题专项练(三)
1.某同学利用如图所示的实验装置来测量重力加速度g,细绳跨过固定在铁架台上的轻质滑轮,两端各悬挂一只质量为m0的重锤,实验操作如下:
①用刻度尺量出重锤1底端距地面的高度H;
②在重锤1上加上质量为m的小钩码;
③左手将重锤2压在地面上,保持系统静止。释放重锤2,同时右手开启秒表,在重锤1落地时停止计时,记录下落时间;
④重复测量多次下落时间,取其平均值作为测量值t。
请回答下列问题:
(1)步骤④可以减小对下落时间t测量的 (选填“偶然”或“系统”)误差。
(2)为了使重锤1下落的时间长一些,实验要求小钩码质量m要比重锤质量m0 (选填“大”或“小”)很多。
(3)忽略滑轮的摩擦阻力,用实验中的测量量和已知量表示g,得g= 。
2.(2023天津和平模拟)学校物理兴趣小组欲将电流表A1改装成量程为0~15 V的电压表,要求尽可能减小实验误差。实验室提供的实验器材有:
A.电流表A1(量程为0~1 mA,内阻约为290 Ω);
B.电流表A2(量程为0~1.5 mA,内阻约为200 Ω);
C.定值电阻R1(阻值为600 Ω);
D.定值电阻R2(阻值为60 Ω);
E.滑动变阻器R(最大阻值为15 Ω);
F.一节新的干电池E;
G.开关S及导线若干。
(1)在图甲中将测量A1内阻的电路图补充完整,并标明器材符号。
(2)闭合开关S,调节滑动变阻器的滑片,可获得多组A1的示数I1和A2的示数I2,并将对应的数据在I2-I1坐标系中描点,作出I2-I1图线如图乙所示。根据I2-I1图线,可算出A1的内阻为 Ω。(结果保留3位有效数字)
(3)将A1与一个阻值为 kΩ的定值电阻串联,可将A1改装成量程为15 V的电压表V,用标准电压表V0与其并联进行校准,若当V0的示数为12.4 V时,A1的示数为0.80 mA,则电压表V的实际量程为 V。(结果均保留3位有效数字)
实验题专项练(三)
1.答案 (1)偶然 (2)小 (3)
解析 (1)对同一物理量多次测量取平均值的目的是减小偶然误差。
(2)根据牛顿第二定律知mg=(2m0+m)a,即a=,而H=at2,可知位移一定时,加速度越小,时间越长,所以为了使重锤1下落的时间长一些,实验要求小钩码质量m要比重锤质量m0小很多。
(3)根据牛顿第二定律知a=,而H=at2,可得g=。
2.答案 (1)见解析图 (2)300 (3)14.7 15.5
解析 (1)为了测量A1内阻,采用安安法,为了减小测量误差,需要使得两电流表同时能够接近满偏,则与A1并联的定值电阻阻值约为 Ω=580 Ω,可知,并联定值电阻选择R1,作出电路图如图所示。
(2)根据电路图有I2=I1+I1,根据图乙有1+,解得r1=300 Ω。实验题专项练(二)
1.(2023湖北武汉模拟)某实验小组利用图甲所示装置探究弹簧的弹力与形变量的关系。实验中使用螺旋弹簧,该弹簧在自然状态下有一定的收缩力。实验时把弹簧的上端固定在铁架台的横杆上,记录弹簧自然下垂时下端的示数(L)。在弹簧的下端悬挂不同质量(m)的钩码,记录弹簧在不同弹力下弹簧下端的示数并填入表格中,计算对应的弹簧伸长量x的值。
m/g 0 10 20 30 40 50 60 70
L/cm 10.50 10.50 10.50 10.50 10.75 11.40 12.20 13.25
x/cm 0 0 0 0 0.25 0.90 1.70 2.75
m/g 80 90 100 110 120 130 140 150
L/cm 14.30 15.35 16.40 17.50 18.65 19.65 20.75 21.85
x/cm 3.80 4.85 5.90 7.00 8.15 9.15 10.25 11.35
甲
乙
(1)图乙是根据上表数据绘制的m-x图线,其中AB段为曲线、BC段为直线,则该弹簧在 (选填“OA”“AB”或“BC”)段满足胡克定律;
(2)由图乙可得直线BC的函数表达式为m=x+(单位:g),弹簧的劲度系数k= N/m,弹簧在自然状态下的收缩力F0= N(重力加速度大小g取9.8 m/s2,结果均保留2位小数);
(3)由于弹簧的质量不能忽略,它对弹簧劲度系数的测量 (选填“有”或“没有”)影响。
2.(2023海南海口模拟)有一个待测电阻Rx大约100 Ω,某同学想测量多组数据并尽可能准确地测量它的阻值,在实验室找到以下器材:
A.学生电源E(电动势为6.0 V)
B.电压表V(量程为0~6 V,内阻约6 kΩ)
C.电流表A(量程为0~30 mA,内阻为5 Ω)
D.滑动变阻器R1(最大阻值1 kΩ,额定电流50 mA)
E.滑动变阻器R2(最大阻值10 Ω,额定电流1 A)
F.定值电阻R3=5 Ω
G.定值电阻R4=20 Ω
H.开关、导线若干
(1)根据所提供的器材设计实验电路,滑动变阻器应选 。(填实验器材前面的选项序号)
(2)请在图甲虚线框内画出你设计的电路图,并在电路图上标出选择的定值电阻的符号。
(3)在某次测量时,电压表和电流表指针分别如图乙、丙所示,则电压表的示数是 V,电流表示数是 mA,请你用这一组数据计算出待测电阻的阻值是 Ω。
实验题专项练(二)
1.答案 (1)BC (2)9.33 0.43 (3)没有
解析 (1)由胡克定律F=kx,有ΔF=kΔx,即Δmg=kΔx,故BC直线段满足胡克定律。
(2)由Δmg=kΔx,有Δm=Δx,则斜率,故k=9.33 N/m。由图知当m=70 g时弹簧完全展开,F0+kx=mg,所以F0=0.43 N。
(3)由(2)有Δm=Δx,弹簧的自身重力不影响图像斜率,从而不影响测量结果。
2.答案 (1)E (2)见解析图 (3)4.4 22.0 97.5
解析 (1)为了尽可能准确地测量电阻的阻值,需要使电阻的电压从零开始,滑动变阻器采用分压式连接,为了调节方便,滑动变阻器应选择阻值较小的R2,即选择E。
(2)由所提供的器材可知通过待测电阻Rx的最大电流约为Im= A=60 mA,故可将电流表A与定值电阻R3=5 Ω并联,改装成量程为60 mA的新电流表,改装后的新电流表内阻为RA'= Ω=2.5 Ω,则改装后的新电流表采用内接法,由于滑动变阻器R2的阻值比待测电阻Rx小得多,故滑动变阻器应采用分压接法,电路图如图所示。实验题专项练(四)
1.(2023河北石家庄模拟)某物理小组的同学查阅资料得知,弹簧弹性势能表达式为Ep=kx2,k为弹簧的劲度系数,x为弹簧形变量。他们设计了如图甲所示装置来测量弹簧劲度系数k和重力加速度g,操作步骤如下:
(1)将弹簧竖直固定在水平桌面上,弹簧上端有一光电门(小球通过光电门后恰好落在弹簧上端),左侧有一竖直固定的刻度尺。
(2)用游标卡尺测量小球的直径d,示数如图乙所示,则d= mm。
(3)用天平测得小球的质量为m。
(4)将小球从弹簧正上方由静止释放,记录小球经过光电门的挡光时间t,测出弹簧的最大压缩量x。
(5)多次改变小球的释放位置,重复步骤(4),记录多组x及对应的挡光时间t。
(6)作出图像如图丙所示,可得弹簧的劲度系数k= ,重力加速度g= 。(用m、d、a、b表示)
2.(2023湖北武汉模拟)某同学用自制的电压表和电流表测量某电源的电动势和内阻,为了消除电表内阻造成的误差,设计了如图所示的实验电路进行测量。已知电压表的满偏电压为3.00 V,电流表的满偏电流为0.30 A,电阻箱最大阻值为9 999.9 Ω,定值电阻R0=2 Ω。
实验操作步骤如下:
①将电阻箱的阻值调到最大;
②单刀双掷开关S与1接通,闭合开关S0,将电阻箱R的阻值调至R1=19.0 Ω,电流表的示数为I1=0.10 A,电压表的示数为U1=1.52 V,断开开关S0;
③单刀双掷开关S与2接通,闭合开关S0,将电阻箱R的阻值由R1=19.0 Ω调至R2=4.9 Ω,电流表的示数为I2=0.20 A,电压表的示数为U2=1.14 V,断开开关S0。
回答下列问题:
(1)将电阻箱的阻值由19.0 Ω调至4.9 Ω,下列调节方法可行的是 ;
A.先将“×0.1”挡调至9,再将“×10”挡调至0,最后将“×1”挡调至4
B.先将“×0.1”挡调至9,再将“×1”挡调至4,最后将“×10”挡调至0
C.先将“×10”挡调至0,再将“×1”挡调至4,最后将“×0.1”挡调至9
(2)由实验所测数据求得电流表的内阻RA= Ω,电压表的内阻RV= Ω;电源的电动势E= V,电源的内阻r= Ω;(结果均保留2位有效数字)
(3)若将开关S接2,闭合开关S0,当电阻箱R= Ω时,电源的输出功率最大。
实验题专项练(四)
1.答案 (2)9.90 (6)mbd2
解析 (2)根据游标卡尺的读数规律,该读数为9 mm+0.05×18 mm=9.90 mm。
(6)小球刚接触弹簧时的速度v=,小球与弹簧作用的过程,根据机械能守恒定律有mgx+mv2=kx2,则有=-,结合题图丙有=b,,解得k=mbd2,g=。
2.答案 (1)AB (2)0.80 76 2.0 2.0 (3)0
解析 (1)从保护电路的角度,调节电阻箱时,调节到4.9 Ω前的电阻箱阻值应不低于4.9 Ω。故选AB。
(2)开关S与1接通时,有I1=,所以RV=76 Ω,开关S与2接通时,有U2=I2(R2+RA),所以RA=0.80 Ω;开关S与1接通时,由闭合电路欧姆定律有E=U1+I1(R0+RA+r),开关S与2接通时,由闭合电路欧姆定律有E=U2+(R0+r),解得E=2.0 V,r=2.0 Ω。
(3)开关S接2时R外>R0=r,如图所示,由电源输出功率与电路外电阻关系可知,当电阻箱阻值R=0时,电源的输出功率最大。实验题专项练(一)
1.(2023湖南岳阳模拟)某同学对一量程为20 N的旧弹簧测力计进行校准并改装成“竖直方向加速度测量仪”。未挂物体时,该弹簧测力计指针处于零刻度位置,将质量为1 kg的钩码挂在该弹簧测力计下面,静止时指针位置如图所示。对于该弹簧测力计,可以认为胡克定律仍然适用,且当地重力加速度g取9.8 m/s2。
(1)此时弹簧测力计的读数为 N,弹簧测力计的量程应改为 N;
(2)将质量为1 kg的钩码挂在该弹簧测力计下面,制作成“竖直方向加速度测量仪”,则该加速度测量仪的刻度 (选填“均匀”或“不均匀”);
(3)以向上为正方向,则所制作的“竖直方向加速度测量仪”所能测量加速度的范围是 m/s2。
2.(2023山东青岛模拟)某实验小组用多用电表、电流表G和电阻箱进行一系列实验,分别是练习使用多用电表、测量电流表的内阻、改装电压表,实验器材如下:
A.多用电表
B.电流表G(满偏电流Ig= 15 mA,内阻未知)
C.标准电流表G0
D.电阻箱R(最大阻值为9 999.9 Ω)
E.电源(电动势E=3.0 V,内阻可忽略不计)
F.开关、导线若干
(1)用多用电表欧姆挡粗略测量电流表的内阻;
(2)精确测量电流表G的内阻Rg;
①按如图甲所示的电路图连接好电路,先将电阻箱R的阻值调到最大,闭合开关S1,断开开关S2,调节电阻箱R,使标准电流表G0的示数大于量程的,且两电流表的示数都没有超过量程,读出标准电流表G0的示数为I0,电阻箱的示数为R1;
②保持开关S1闭合,再闭合开关S2,调节电阻箱R,使标准电流表G0的示数仍为I0,读出电阻箱的示数为R2。
(3)用该电流表G和电阻箱R改装一个电压表;
根据实验回答以下问题:
甲
乙
①用多用电表欧姆挡测量电流表G的阻值,应将多用电表的红表笔与电流表G的 (选填“正”或“负”)接线柱相连,开始时选用“×100”的挡位发现指针偏角太大,挡位应调整为 (选填“×1 000”或“×10”)挡,正确调整挡位后经过欧姆调零重新测量,指针如图乙所示,那么电流表阻值为 Ω。
②电流表G内阻的表达式为Rg= (用R1、R2表示)。
③通过以上测量得到电流表G内阻为Rg= 100 Ω,用电流表G和电阻箱R改装成量程为0~5 V的电压表,应将电阻箱R与电流表G (选填“串联”或“并联”),将电阻箱R的阻值调到 Ω。
实验题专项练(一)
1.答案 (1)14.0 14 (2)均匀 (3)-9.8~4.2
解析 (1)弹簧测力计的分度值为1 N,需要估读到分度值的下一位,则弹簧测力计的读数为14.0 N;由,解得Fm=14 N,故弹簧测力计的量程应改为14 N。
(2)由kx-mg=ma,得a=x-g,可知a与x是线性关系,故刻度是均匀的。
(3)由F-mg=ma,当F=14 N时,m=1 kg,得a=4.2 m/s2,当F=0时,a=-9.8 m/s2,故所能测量加速度的范围是-9.8~4.2 m/s2。
2.答案 (3)①负 ×10 110 ②R2-R1 ③串联 233.3
解析 (3)①多用电表红表笔接内电源的负极,所以应与电流表负接线柱相连。用多用电表测电阻时选用“×100”的挡位发现指针偏角太大,说明待测电阻阻值较小,需要把倍率调小,所以挡位应调整为“×10”。读数为11×10 Ω=110 Ω。
②第一次和第二次电流表读数相同,说明两次电路中总电阻相同,闭合开关S2后电流表G短路,则电阻箱的阻值要增大,电阻箱增大的阻值,即为电流表G的内阻,即Rg=R2-R1。实验题专项练(五)
1.实验小组利用如图甲所示的装置研究网球在空中竖直下落时空气对它的作用力。图乙为某次实验打出的一条纸带,其中0、1、2…6为选定的计数点,相邻两计数点间还有1个点没有画出,已知打点计时器的打点周期为T,测得1、3两点间的距离为x1,4、6两点间的距离为x2,网球的质量为m,当地的重力加速度为g。
甲
乙
(1)在打第5个计数点时网球的速度v= ;
(2)从打第2个计数点到打第5个计数点,空气对网球的冲量大小I= ;
(3)实验得到的空气对网球的冲量I随时间t变化的关系图线如图丙所示,若0~t0时间内空气对网球的平均作用力为F1,t0时刻的作用力为F2,则F1和F2的关系为F1 (选填“>”“<”或“=”)F2。
丙
2.(2023辽宁丹东二模)酒精检测仪的核心部件为酒精气体传感器,其电阻R与酒精气体浓度c的关系如图甲所示。某同学想利用该酒精气体传感器设计一款酒精检测仪,除酒精气体传感器外,在实验室中找到了如下器材:
A.蓄电池(电动势E=2.0 V,内阻r=0.6 Ω)
B.表头G(满偏电流6.0 mA,内阻未知)
C.电流表A(满偏电流10 mA,内阻未知)
D.电阻箱R1(最大阻值999.9 Ω)
E.电阻箱R2(最大阻值999.9 Ω)
F.开关及导线若干
甲
(1)该同学设计的测量电路如图乙所示,为将表头G的量程扩大为原来的10倍,他进行了如下操作:先断开开关S1、S2、S3,将R1、R2调到最大值。合上S1,将S3拨到2处,调节R2,使表头G满偏,电流表A示数为I。此时合上S2,调节R1和R2,当电流表A仍为I时,表头G示数如图丙所示,此时R1为108.0 Ω,则改装电表时应将R1调为 Ω,改装结束后断开所有开关。
(2)该同学若将S1、S2合上,而将S3拨到1处,电阻箱R2的阻值调为14.0 Ω,酒精气体浓度为零时,表头G的读数为 mA。
(3)完成(2)后,某次在实验室中试测酒精浓度时,表头指针指向5.0 mA。已知酒精浓度在0.2~0.8 mg/mL之间属于“酒驾”;酒精含量达到或超过0.8 mg/mL属于“醉驾”,则该次试测的酒精浓度属于 (选填“酒驾”或“醉驾”)范围。
(4)使用较长时间后,蓄电池电动势降低,内阻增大,可调整 (选填“R1”或“R2”),则此时所测的酒精气体浓度仍为准确值。
实验题专项练(五)
1.答案 (1)
(2)6mgT+
(3)<
解析 (1)由题意可知,相邻计数点间的时间间隔t邻=2T,根据匀变速直线运动中间时刻瞬时速度等于该过程平均速度可得v=。
(2)同理,打第2个计数点时网球的瞬时速度v'=,根据动量定理有mg·3t邻-I=mv-mv',可得从打第2个计数点到打第5个计数点,空气对网球的冲量大小I=6mgT+。
(3)根据I=Ft可知I-t图像的斜率表示力的大小,可得F1
解析 (1)合上S1,将S3拨到2处,调节R2,使表头G满偏,电流表A示数为I。则表头G与电流表A串联,可知I=Ig=6.0 mA
合上S2,调节R1和R2,当电流表A仍为I时,表头G与R1并联,由图丙可知通过表头G的电流I'=4.0 mA
则R1中的电流I1=I-I'=2.0 mA
由I'Rg=I1R1,解得表头的内阻Rg=R1=54.0 Ω
将表头G的量程扩大为原来的10倍,则与表头并联的电阻R1中的电流为
IR1=(10-1)Ig=9Ig
则由IgRg=IR1R1',解得改装电表时应将R1调为R1'=Rg=6.0 Ω。
(2)改装电表的内阻为Rg'= Ω=5.4 Ω
由图甲可知酒精气体浓度为零时,传感器的电阻为R=80.0 Ω
由闭合电路欧姆定律可得电路中总电流
I2= A=20.0 mA
则表头G的读数为I2'=I2=2.0 mA。
(3) 某次在实验室中试测酒精浓度时,表头指针指向5.0 mA,电路中总电流
I3=10×5.0 mA=50.0 mA
由闭合电路欧姆定律可得I3=
解得传感器的电阻R'=20.0 Ω
由图甲可知酒精浓度为0.8 mg/mL,所以该次试测的酒精浓度属于醉驾范围。
(4)由闭合电路欧姆定律可知I=
