資源簡介

(共93張PPT)
第一講　力學實驗
通覽知識 明要點
研學考點 提能力
目 錄 索 引
01
02
突破熱點 聚素養
03
通覽知識 明要點
研學考點 提能力
考點一　紙帶類和光電門類實驗
高考風向標
考點 考題明細 考查頻度
紙帶類和光電門類實驗 2024新課標卷,22;2024北京卷,18;2024山東卷,13; 2024廣東卷,11(1);2024江西卷,11; 2024浙江1月選考,16-Ⅰ;2024甘肅卷,11; 2023全國甲卷,23;2023遼寧卷,11; 2023浙江1月選考,16-Ⅰ(1);2022廣東卷,11; 2022浙江6月選考,17(1);2022天津卷,9; 2022重慶卷,12;2022北京卷,16; 2022湖北卷,12;2022河北卷,11 全國卷:
3年2考
地方卷:
3年15考
命題角度1 探究小車速度隨時間變化的規律
裝置圖 操作要點 數據處理
1.細繩與長木板平行 2.釋放前小車應靠近打點計時器 3.先接通電源,再釋放小車,打點結束先切斷電源,再取下紙帶 4.鉤碼質量適當 1.判斷物體是否做勻變速直線運動
2.根據一段時間內的平均速度等于中間時刻的瞬時速度,測出不同時刻的瞬時速度
3.利用逐差法求平均加速度
充分利用實驗數據,減小誤差
4.作速度—時間圖像,通過圖像的斜率求加速度
溫馨提示 常見的測速方法有利用紙帶打點計時器測速、光電門測速、傳感器測速、動能定理計算法、平拋運動計算法等。
例1 (2023全國甲卷)某同學利用如圖甲所示的實驗裝置探究物體做直線運動時平均速度與時間的關系。讓小車左端和紙帶相連,右端用細繩跨過定滑輪和鉤碼相連,鉤碼下落,帶動小車運動,打點計時器打出紙帶。某次實驗得到的紙帶和相關數據如圖乙所示。
(1)已知打出圖乙中相鄰兩個計數點的時間間隔均為0.1 s,以打出A點時小車位置為初始位置,將打出B、C、D、E、F各點時小車的位移Δx填到表中,小車發生位移所用時間和平均速度分別為Δt和,表中ΔxAD=　　　　 cm,
=　　　 cm/s。
24.00
80.0
(2)根據表中數據得到小車平均速度 隨時間Δt的變化關系,如圖丙所示。在圖丙中補全實驗點。
丙
(3)從實驗結果可知,小車運動的 -Δt圖線可視為一條直線,此直線用方程
=kΔt+b表示,其中k=　　　　 cm/s2,b=　　　　 cm/s。(結果均保留3位有效數字)
(4)根據(3)中的直線方程可以判定小車做勻加速直線運動,得到打出A點時小車瞬時速度大小vA=　　　　,小車的加速度大小a=　　　。(結果用字母k、b表示)
70.0
59.0
b
2k
規律方法 紙帶問題的處理方法
命題角度2 探究加速度與物體受力、物體質量的關系
裝置圖 操作要點 數據處理
1.平衡阻力,墊高長木板一端使小車能拉著紙帶勻速下滑 不掛槽碼 2.實驗必須保證的條件:小車質量m 槽碼質量m' 3.釋放前小車要靠近打點計時器,應先接通電源,后釋放小車 1.利用逐差法或v-t圖像法求a
2.作出a-F圖像和a- 圖像,確定a與F、m的關系
溫馨提示 解題時一定理解實驗原理,在一些創新實驗方案中不是必須進行操作要點中的1、2。
例2 (2024浙江1月選考)如圖甲所示是“探究加速度與力、質量的關系”的實驗裝置。
(1)該實驗中同時研究三個物理量間關系是很困難的,因此我們采用的研究方法是　　　　。
A.放大法
B.控制變量法
C.補償法
(2)該實驗過程中操作正確的是　　　　。
A.平衡阻力時小車未連接紙帶
B.先接通打點計時器電源,后釋放小車
C.調節滑輪高度使細繩與水平桌面平行
甲
B
B
(3)在小車質量　　　　(選填“遠大于”或“遠小于”)槽碼質量時,可以認為細繩拉力近似等于槽碼的重力。上述做法引起的誤差為　　　　　　(選填“偶然誤差”或“系統誤差”)。為減小此誤差,下列可行的方案是　　　　。
A.用氣墊導軌代替普通導軌,滑塊代替小車
B.在小車上加裝遮光條,用光電計時系統代替打點計時器
C.在小車與細繩之間加裝力傳感器,測出小車所受拉力大小
遠大于
系統誤差
C
(4)經正確操作后獲得一條如圖乙所示的紙帶,建立以計數點0為坐標原點的x軸,各計數點的位置坐標分別為0、x1、…、x6。已知打點計時器的打點周期為T,則打計數點5時小車速度的表達式v=　　　,小車加速度的表達式是　　　　。
乙
A
解析 (1)該實驗中同時研究三個物理量間關系是很困難的,因此我們可以控制其中一個物理量不變,研究另外兩個物理量之間的關系,即采用了控制變量法,故選B。
(2)平衡阻力時小車需要連接紙帶,一方面是需要連同紙帶所受的阻力一并平衡,另外一方面是通過紙帶上的點間距判斷小車是否在長木板上做勻速直線運動,A錯誤;由于小車速度較快,且運動距離有限,打出的紙帶長度也有限,為了能在長度有限的紙帶上盡可能多地獲取間距適當的數據點,實驗時應先接通打點計時器電源,后釋放小車,B正確;為使小車所受拉力與速度同向,應調節滑輪高度使細繩與長木板平行,C錯誤。
(3)設小車質量為m0,槽碼質量為m。對小車和槽碼根據牛頓第二定律分別
有F=m0a、mg-F=ma,聯立解得F= ,由上式可知在小車質量遠大于槽
碼質量時,可以認為細繩拉力近似等于槽碼的重力;上述做法引起的誤差是
由實驗方法或原理不完善造成的,屬于系統誤差;該誤差是將細繩拉力用槽碼重力近似替代所引入的,不是由車與木板間存在阻力(實驗中已經補償了阻力)或是速度測量精度低造成的,為減小此誤差,可在小車與細繩之間加裝力傳感器,測出小車所受拉力大小,故選C。
(4)相鄰兩計數點間的時間間隔為t=5T,
命題角度3 驗證機械能守恒定律
例3 (2024浙江嘉興二模)(1)某實驗小組用如圖甲所示裝置做“驗證機械能守恒定律”實驗。
①除圖甲中器材外,還需在圖乙中選取的器材是　　　　　(填字母)。
②圖丙是經規范操作得到的一條紙帶。O點為起始點,在紙帶上選取連續打出的點A、B、C、D、E、F,則下列數據處理方法可行的是　　　　。
A.測出B點的瞬時速度vB及BF之間的距離hBF,計算得EB= +mghBF。同理得出EC、ED、EE。若EB、EC、ED、EE相等,則可驗證機械能守恒
B.讀取O、A間的時間tOA,利用vA=g·tOA得A點瞬時速度vA,測出OA間距hOA。若A、B、C、D、E、F各點均滿足 mv2=mgh,則可驗證機械能守恒
C.測出B、C、D、E點的瞬時速度vB、vC、vD、vE,以A點時刻為計時起點,繪制v-t圖像,若圖線過原點,則可驗證機械能守恒
D.測出B、C、D、E點的瞬時速度vB、vC、vD、vE,及四點到O點的距離h,繪制v2-h圖像,若圖線斜率略小于2g,則可驗證機械能守恒
A
AD
(2)如圖丁所示是利用氣墊導軌做“驗證機械能守恒定律”實驗的裝置。
丁
①若氣墊導軌水平放置,測出遮光條寬度d、兩光電門間距l、遮光條依次通過兩光電門的遮光時間t1和t2,以及滑塊和遮光條總質量m0,托盤和砝碼
總質量m。當滿足關系式　　 　　時,可驗證機械能守恒。
②實驗中,氣墊導軌是否必須水平放置:　　　　(選填“是”或“否”);是否需要滿足m m0:　　　　(選填“是”或“否”)。
是
否
解析 (1)①除圖甲中器材外,還需交流電源給打點計時器供電,故選A。
②測出B點瞬時速度vB及BF間距hBF,計算得EB= +mghBF。同理得出EC、ED、EE。若EB、EC、ED、EE相等,則說明每一個位置的機械能都相等,可以驗證機械能守恒,A正確;讀取O、A間的時間tOA,利用vA=g·tOA得A點瞬時速度vA,相當于默認了物體所受合外力為重力,加速度為重力加速度,起不到驗證的效果,B錯誤;繪制出v-t圖像過原點,只能說明物體做初速度為零的勻加速直線運動,不能說明物體的加速度為重力加速度,C錯誤;根據mgh=
mv2可得v2=2gh,由于摩擦阻力和空氣阻力的原因,當v2-h圖像的斜率略小于2g時,即可驗證機械能守恒,D正確。
②試驗中是托盤和砝碼的重力勢能轉化為托盤和砝碼以及滑塊和遮光條的動能,所以氣墊導軌必須水平放置,不需要滿足m m0。
命題角度4 驗證動量守恒定律
裝置圖 操作要點 數據處理
1.開始前調節導軌水平 2.用天平測出兩滑塊的質量 3.用光電門測量碰前和碰后的速度 1.滑塊速度的測量:v=
2.驗證的表達式:
m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'
例4 (2024山東卷)在第四次“天宮課堂”中,航天員演示了動量守恒實驗。受此啟發,某同學使用如圖甲所示的裝置進行了碰撞實驗,氣墊導軌兩端分別安裝a、b兩個位移傳感器,a測量滑塊A與它的距離xA,b測量滑塊B與它的距離xB。部分實驗步驟如下:
①測量兩個滑塊的質量,分別為200.0 g和400.0 g;
②接通氣源,調整氣墊導軌水平;
③撥動兩滑塊,使A、B均向右運動;
④導出傳感器記錄的數據,繪制xA、xB隨時間變化的圖像,分別如圖乙、圖丙所示。
回答以下問題:
(1)從圖像可知兩滑塊在t=　　　　 s時發生碰撞;
(2)滑塊B碰撞前的速度大小v=　　　 m/s(保留2位有效數字);
(3)通過分析,得出質量為200.0 g的滑塊是　　(選填“A”或“B”)。
1
0.20
B
解析 (1)從圖上可以看出1 s時速度改變,即這時碰撞。
拓展衍生
1.(2024江西卷)某小組探究物體加速度與其所受合外力的關系。實驗裝置如圖甲所示,水平軌道上安裝兩個光電門,小車上固定一遮光片,細線一端與小車連接,另一端跨過定滑輪掛上鉤碼。
甲
(1)實驗前調節軌道右端滑輪高度,使細線與軌道平行,再適當墊高軌道左端以平衡小車所受摩擦力。
(2)小車的質量為m1=320 g。利用光電門系統測出不同鉤碼質量m時小車加速度a。鉤碼所受重力記為F,作出a-F圖像,如圖乙圖線a所示。
乙
(3)由圖線a可知,F較小時,a與F成正比;F較大時,a與F不成正比。為了進一步探究,將小車的質量增加至m2=470 g,重復步驟(2)的測量過程,作出a-F圖像,如圖乙中圖線b所示。
(4)與圖線a相比,圖線b的線性區間　　　,非線性區間　　　　。再將小車的質量增加至m3=720 g,重復步驟(2)的測量過程,記錄鉤碼所受重力F與小車加速度a,如表所示(表中第9~14組數據未列出)。
序號 1 2 3 4 5
鉤碼所受重力F/(9.8 N) 0.020 0.040 0.060 0.080 0.100
小車加速度a/(m·s-2) 0.26 0.55 0.82 1.08 1.36
序號 6 7 8 9~14 15
鉤碼所受重力F/(9.8 N) 0.120 0.140 0.160 …… 0.300
小車加速度a/(m·s-2) 1.67 1.95 2.20 …… 3.92
較大
較小
(5)請在圖乙中補充描出第6至8三個數據點,并補充完成圖線c。
如圖所示
(6)根據以上實驗結果猜想和推斷:小車的質量　　　　　　　　時,a與F成正比。結合所學知識對上述推斷進行解釋:　 　。
遠大于鉤碼質量
見解析
解析 (4)由題圖乙分析可知,與圖線a相比,圖線b的線性區間較大,非線性區間較小。
(5)在坐標系中進行描點,結合其他點用平滑的曲線擬合,使盡可能多的點在線上,不在線上的點均勻分布在線的兩側,如答案圖所示。
(6)設繩子拉力為FT,對鉤碼根據牛頓第二定律有F-FT=ma
對小車根據牛頓第二定律有FT=m車a
聯立解得F=(m車+m)a
2.(2024山東濟寧一模)某同學設計了如圖甲所示的裝置來驗證機械能守恒定律。左側鐵架臺的橫桿上固定一拉力傳感器,將小球(可視為質點)用不可伸長的細線懸掛在傳感器上。右側有兩個豎直桿固定在底座上,桿上分別裝有刻度尺和激光筆,激光筆保持水平。實驗步驟如下:
①使小球自由靜止在最低點O',記錄此時拉力傳感器的示數F0;
②借助激光束調節刻度尺的零刻線與小球相平;
③借助激光筆測出懸點O與O'之間的高度差L;
④將激光筆向下移動到某位置,讀出此時激光束
與O'高度差h,并記為h1。把小球拉至該高度處
(并使細線處于伸直狀態),由靜止釋放小球,讀出
小球下擺過程中拉力傳感器最大示數F,并記為F1;
⑤改變激光筆的高度h,重復步驟④,實驗過程中h均小于L;
⑥測出多組F和h的數據,在坐標紙上作出F-h圖像如圖乙所示。
(1)由題中信息可知,小球從h1高處擺到最低點的過程中重力勢能的減少量
為　　　　　　,小球動能的增加量為　　　　　　。(用題中所給物理量符號表示)
(2)測得F-h圖像的斜率為k,如果該過程滿足機械能守恒定律,則k=　　　。
(用題中所給物理量符號表示)
F0h1
解析 (1)對小球,根據平衡條件可得mg=F0,小球從h1高處擺到最低點的過程中重力勢能的減少量ΔEp=mgh1=F0h1;小球在最低點時,
考點二　彈簧類和橡皮條類實驗
高考風向標
考點 考題明細 考查頻度
彈簧類和橡皮條類實驗 2024全國甲卷,22;2024海南卷,14(2); 2023全國乙卷,22; 2023浙江6月選考,16-Ⅰ(2); 2022浙江6月選考,17(2); 2022河北卷,11;2022湖南卷,11 全國卷:
3年2考
地方卷:
3年5考
命題角度1 探究彈簧彈力與形變量的關系
實驗 裝置圖 操作要點 數據處理
探究彈簧彈力與形變量的關系 1.應在彈簧自然下垂時,測量彈簧原長l0 2.水平放置彈簧,測量其原長,由于彈簧有自重,將其懸掛起來后會有一定的伸長量,使圖像橫軸截距不為零 1.作出彈力F隨彈簧伸長量x變化的圖像,斜率表示彈簧的勁度系數
2.超過彈簧的彈性限度,圖像會發生彎曲
例5 (2022湖南卷)小圓同學用橡皮筋、同種一元硬幣、刻度尺、塑料袋、支架等,設計了如圖甲所示的實驗裝置,測量冰墩墩玩具的質量。主要實驗步驟如下:
甲
(1)查找資料,得知每枚硬幣的質量為6.05 g。
(2)將硬幣以5枚為一組逐次加入塑料袋,測量每次穩定后橡皮筋的長度l,記錄數據如下表:
序號 1 2 3 4 5
硬幣數量n/枚 5 10 15 20 25
橡皮筋長度l/cm 10.51 12.02 13.54 15.05 16.56
(3)根據表中數據在圖乙上描點,繪制圖線:
(4)取出全部硬幣,把冰墩墩玩具放入塑料袋中,穩定后橡皮筋長度的示數如圖丙所示,此時橡皮筋的長度為　　　　 cm。
丙
(5)由上述數據計算得冰墩墩玩具的質量為　　　 g(計算結果保留3位有效數字)。
15.35
127
解析 (4)由題圖丙可知,刻度尺的分度值為1 mm,
讀數為15 cm+3.5 mm=153.5 mm=15.35 cm。
(5)設橡皮筋的勁度系數為k,原長為x0,則
n1mg=k(x1-x0)
n5mg=k(x5-x0)
設冰墩墩質量為m1,則有m1g=k(l-x0)
聯立各式代入數據解得m1=127 g。
命題角度2 探究兩個互成角度的力的合成規律
裝置圖 操作要點 數據處理
體現合力與分力
的等效替代關系 1.正確使用彈簧測力計 2.同一次實驗中,橡皮條結點的位置一定要相同 3.細繩套應適當長一些,互成角度地拉橡皮條時,夾角大小應適當 1.按力的圖示作平行四邊形
2.求合力大小
例6 (2023全國乙卷)驗證力的平行四邊形定則的實驗如圖甲所示,其中A為固定橡皮筋的圖釘,O為橡皮筋與細繩的結點,OB和OC為細繩。圖乙是在白紙上根據實驗結果畫出的力的圖示。
(1)本實驗采用的科學方法是　　　　;
A.理想實驗法
B.等效替代法
C.控制變量法
(2)圖乙中的F與F'兩力中,
方向一定沿AO方向的是　　　　;
B
F'
(3)關于該實驗,下列說法正確的是　　　　。
A.拉橡皮筋的細繩短一些,實驗效果較好
B.拉橡皮筋時,彈簧測力計、橡皮條、細繩應貼近木板且與木板平面平行
C.橡皮筋彈性要好,拉結點到達某一位置O時,拉力F1和F2的夾角越大越好
D.在同一實驗中O點位置不能變
BD
解析 (1)本實驗用一根彈簧的拉力代替兩根彈簧的拉力作用效果,采用等效替代法,故選B。
(2)F是通過作圖的方法得到的合力的理論值,在平行四邊形的對角線上,而F'是通過一個彈簧測力計沿AO方向拉橡皮筋,使橡皮筋伸長到O點的力,其方向一定沿AO方向。
(3)在實驗中要減小拉力方向的誤差,應讓標記同一細繩方向的兩點盡量遠些,故細繩應該長一些,A錯誤;該實驗是在白紙中作圖,作出的是水平力的圖示,若拉力傾斜,則作出圖的方向與實際力的方向有較大差別,故應使各力盡量與木板平面平行,B正確;兩個拉力的夾角過大,合力會過小,畫理論值時相對誤差變大,故夾角大小適中即可,不宜太大或太小,但要保證力的作用效果即O點位置不能變,C錯誤,D正確。
拓展衍生
3.(2022浙江6月選考)“探究求合力的方法”的實驗裝置如圖所示,在該實驗中:
(1)下列說法正確的是　　　　;
A.拉著細繩套的兩只彈簧測力計,穩定后讀數應相同
B.在已記錄結點位置的情況下,確定一個拉力的方向
需要再選擇相距較遠的兩點
C.測量時彈簧測力計外殼與木板之間不能存在摩擦
D.測量時,橡皮條、細繩和彈簧測力計應貼近并平行于木板
(2)若只有一只彈簧測力計,為了完成該實驗至少需要　　(選填“2”“3”或“4”)次把橡皮條結點拉到O。
D
3
解析 (1)在不超出彈簧測力計的量程和橡皮條形變限度的條件下,使拉力適當大些,不必使兩只彈簧測力計的示數相同,A錯誤;在已記錄結點位置的情況下,確定一個拉力的方向需要再選擇相距較遠的一個點就可以了,B錯誤;實驗中拉彈簧測力計時,只需讓彈簧與外殼間沒有摩擦,此時彈簧測力計的示數即為彈簧對細繩的拉力,與彈簧測力計外殼和木板之間是否存在摩擦無關,C錯誤;為了減小實驗中摩擦對測量結果的影響,拉橡皮條時,橡皮條、細繩和彈簧測力計應貼近并平行于木板,D正確。
(2)若只有一只彈簧測力計,為了完成該實驗,用手拉住一條細繩,用彈簧測力計拉住另一條細繩,互成角度地拉橡皮條,使其結點達到某一點O,記下位置O和彈簧測力計示數F1及兩個拉力的方向;交換彈簧測力計和手所拉細繩的位置,再次將結點拉至O點,使兩力的方向與原來兩力方向相同,并記下此時彈簧測力計的示數F2;只用一個彈簧測力計將結點拉至O點,并記下此時彈簧測力計的示數F的大小及方向。所以若只有一只彈簧測力計,為了完成該實驗至少需要3次把橡皮條結點拉到O。
考點三　力學其他實驗
高考風向標
考點 考題明細 考查頻度
力學其他實驗 2024湖南卷,12;2024湖北卷,12;2024黑吉遼卷,12; 2024廣西卷,11;2024河北卷,11(2);2024海南卷,14(1); 2023新課標卷,23;2023北京卷,17; 2023浙江6月選考,16Ⅰ(1);2023浙江1月選考,16Ⅰ(2); 2022福建卷,11;2022海南卷,14(2);2022湖北卷,12; 2022江蘇卷,11;2022浙江1月選考,17(1); 2022上海卷,18 全國卷:
3年1考
地方卷:
3年15考
命題角度1 探究平拋運動的特點
例7 (2023浙江6月選考)在“探究平拋運動的特點”實驗中
(1)用圖甲裝置進行探究,下列說法正確的是　　　。
A.只能探究平拋運動水平分運動的特點
B.需改變小錘擊打的力度,多次重復實驗
C.能同時探究平拋運動水平、豎直分
運動的特點
(2)用圖乙裝置進行實驗,
下列說法正確的是　　　。
A.斜槽軌道M必須光滑且其末端水平
B.上下調節擋板N時必須每次等間距移動
C.小鋼球從斜槽M上同一位置靜止滾下
B
C
(3)用圖丙裝置進行實驗,豎直擋板上附有復寫紙和白紙,可以記下鋼球撞擊擋板時的點跡。實驗時豎直擋板初始位置緊靠斜槽末端,鋼球從斜槽上P點靜止滾下,撞擊擋板留下點跡0,將擋板依次水平向右移動x,重復實驗,擋板上留下點跡1、2、3、4。以點跡0為坐標原點,豎直向下建立坐標軸y,各點跡坐標值分別為y1、y2、y3、y4。測得鋼球直徑為d,則鋼球平拋初速度v0為　　　　。
D
解析 (1)用題圖甲裝置可以探究平拋運動豎直方向做自由落體運動的特點,需要改變小錘擊打的力度,多次重復實驗,B正確,A、C錯誤。
(2)用題圖乙裝置進行實驗,斜槽軌道M沒必要光滑,但末端必須水平,A錯誤;上下調節擋板N時,不需要等間距移動,B錯誤;為了保證平拋運動的初速度一定,小鋼球必須從斜槽M上同一位置靜止滾下,C正確。
命題角度2 探究向心力大小與半徑、角速度、質量的關系
裝置圖 操作要點 數據處理
1.橫臂對小球的彈力大小關系可以通過標尺上刻度讀出,該讀數顯示了向心力大小關系 2.采用了控制變量法,探究向心力大小與半徑、角速度、質量的關系 作出F-ω2、F-r、F-m的圖像,分析向心力與角速度、半徑、質量之間的關系
例8 (2024福建莆田二模)用如圖甲所示的裝置探究影響向心力大小的因素。已知小球在槽中A、B、C位置做圓周運動的軌跡半徑之比為1∶2∶1,變速塔輪自上而下按如圖乙所示三種方式進行組合,每層半徑之比由上至下分別為1∶1、2∶1和3∶1。
甲
乙
(1)在探究向心力大小與半徑的關系時,為了控制角速度相同需要將傳動皮帶調至第　　　(選填“一”“二”或“三”)層塔輪,然后將兩個質量相等的鋼球分別放在　　　(選填“A和B”“A和C”或“B和C”)位置,勻速轉動手柄,左側標尺露出4格,右側標尺露出2格,則左右兩球所受向心力大小之比為　　　　。
一
B和C
2∶1
(2)在探究向心力大小與角速度的關系時,若將傳動皮帶調至圖乙中的第三層,轉動手柄,則左右兩小球的角速度之比為　　　。為了更精確探究向心力大小F與角速度ω的關系,采用接有傳感器的自制向心力實驗儀進行實驗,測得多組數據經擬合后得到F-ω2圖像如圖丙所示,由此可得的實驗結論是
　 　。
小球的質量、運動半徑相同時,小球受到的向心力與角速度的二次方成正比
丙
1∶3
解析 (1)變速塔輪邊緣處的線速度相等,根據v=ωr,在探究向心力大小與半徑的關系時,需控制小球質量、角速度相同,運動半徑不同,故需要將傳動皮帶調至第一層塔輪,將兩個質量相等的鋼球分別放在B和C位置;左右兩球所受向心力大小之比為F左∶F右=n左∶n右=4∶2=2∶1。
(2)變速塔輪邊緣處的線速度相等,根據v=ωr,左右兩小球的角速度之比為
ω左∶ω右=R3∶3R3=1∶3;可得的實驗結論是:小球的質量、運動半徑相同時,小球受到的向心力與角速度的二次方成正比。
命題角度3 用單擺測量重力加速度的大小
例9 (2023新課標卷)一學生小組做“用單擺測量重力加速度的大小”實驗。
(1)用實驗室提供的螺旋測微器測量擺球直徑。首先,調節螺旋測微器,擰動微調旋鈕使測微螺桿和測砧相觸時,發現固定刻度的橫線與可動刻度上的零刻度線未對齊,如圖甲所示,該示數為　　　　 mm;螺旋測微器在夾有擺球時示數如圖乙所示,該示數為　　　 mm,則擺球的直徑為　　 　 mm。
(2)單擺實驗的裝置示意圖如圖丙所示,其中角度盤需要固定在桿上的確定點O處,擺線在角度盤上所指的示數為擺角的大小。若將角度盤固定在O點上方,則擺線在角度盤上所指的示數為5°時,實際擺角　　　　　(選填“大于”或“小于”)5°。
(3)某次實驗所用單擺的擺線長度為81.50 cm,則擺長為　　　　 cm。實驗中觀測到從擺球第1次經過最低點到第61次經過最低點的時間間隔為54.60 s,則此單擺周期為　　　　 s,該小組測得的重力加速度大小為
　　　　 m/s2。(結果均保留3位有效數字,π2取9.870)
0.006
20.035
20.029
大于
82.5
1.82
9.83
解析 (1)讀數x1=0.006 mm,讀數x2=20.035 mm,
擺球的直徑為x=x2-x1=20.029 mm。
(2)若固定在O點的上方,則擺線和刻度盤的交點靠向內側,如圖所示,
故擺線示數為5°時,實際擺角大于5°。
拓展衍生
4.(2024福建廈門二模)某同學設計實驗“探究向心力大小與半徑、角速度的關系”,裝置如圖甲所示,角速度ω可調節的水平圓盤,沿半徑方向固定一光滑凹槽,小球Q通過輕繩與傳感器在圓心O處連接,且可在凹槽內沿半徑方向滑動,當小球與凹槽一起繞圓心O旋轉時,傳感器可測出轉動的角速度和輕繩的拉力大小。
(1)用游標卡尺測出小球的直徑,示數如圖乙所示,則小球的直徑d=　　　　 mm。
14.4
(2)關閉轉盤的開關,轉盤緩慢減速,測出這一過程的角速度ω和輕繩拉力F數據,作出F與ω2的關系圖像如圖丙所示,由圖可判斷當小球質量m和轉動半徑r一定時,ω減小,F　　　　(選填“增大”“減小”或“不變”),已知r=0.40 m,根據相關數據可求得小球的質量m=　　　　 kg(計算結果保留2位有效數字)。
丙
減小
0.025
(3)在“探究向心力大小F與轉動半徑r的關系”時,根據實驗數據得出F與r的關系圖像如圖丁所示,圖線沒有過原點,其原因可能是　　　　。
丁
A.把輕繩長作為轉動的半徑
B.把輕繩長與小球直徑之和作為轉動的半徑
C.凹槽不夠光滑,小球受到指向圓心的摩擦力
A
解析 (1)根據游標卡尺的讀數規律,該讀數為14 mm+0.1×4 mm=14.4 mm。
(2)小球轉動過程中,由輕繩拉力提供向心力,則有F=mω2r,由圖可判斷當小球質量m和轉動半徑r一定時,ω減小,F減小;
(3)根據圖像可知,在r等于0時輕繩的拉力為正值,表明在r等于0時,小球圓周運動的半徑并不等于0,即小球圓周運動的半徑的實際值大于r,可知,圖像不過原點的原因是把輕繩長作為轉動的半徑,沒有考慮小球的半徑,故選A。
5.(2024廣西卷)單擺可作為研究簡諧運動的理想模型。
(1)制作單擺時,在圖甲、圖乙兩種單擺的懸掛方式中,選擇圖甲方式的目的是要保持擺動中　　　不變。
(2)用游標卡尺測量擺球直徑,讀數如圖丙,則擺球直徑為　　　　 cm。
擺長
1.06
(3)若將一個周期為T的單擺,從平衡位置拉開5°的角度釋放,忽略空氣阻力,擺球的振動可看為簡諧運動。當地重力加速度為g,以釋放時刻作為計時起點,則擺球偏離平衡位置的位移x與時間t的關系為
　　　　 　　　。
解析 (1)題圖乙中的懸掛方式,小球在運動過程中,擺長會變化。
(2)該游標卡尺為10分度的,游標尺上的最小分度為0.01 cm且游標卡尺不估讀,則d=1.0 cm+6×0.01 cm=1.06 cm。
突破熱點 聚素養
知識精要
創新實驗:力學創新類實驗歸納分析
對于創新型實驗的處理,最根本的方法是要把實驗的本質從新情境中分離出來,找出與常規實驗的相同之處,然后運用熟悉的實驗原理和實驗數據處理方法進行處理,解決此類問題要有“以不變應萬變”的策略:
(1)根據題目情境,提取相應的力學模型,明確實驗的理論依據和實驗目的,設計實驗方案。
(2)進行實驗,記錄數據,應用原理公式或圖像法處理實驗數據,結合物體實際受力情況和理論受力情況對結果進行誤差分析。
考向分析
高考力學創新實驗題常把考查內容延伸到演示實驗中,甚至拓展到遷移類實驗、應用性實驗、設計性實驗。要求學生利用所學知識,對實驗儀器或實驗方法重組,將教材中的學生實驗和演示實驗的實驗原理、實驗方法遷移到情境新穎的實驗中去。
從高考題的特點我們可以看出,考查原始實驗的題目較少,實驗題大都以基本的力學模型為載體,依托運動學規律和力學定律設計實驗,力學實驗創新設計的形式有以下三種:
1.實驗器材的等效與替換。常見的考查模式主要有兩大類:一是不變目的,變裝置;二是不變裝置,變目的。
2.實驗原理的拓展與延伸。該類實驗的特點是題目來源于教材,但又高于教材,實驗的基本原理和思想方法是考查的核心,要解決此類實驗問題,應從背誦實驗向分析理解實驗轉變。
3.試題情境的設計與創新。不管試題情境的設計進行了怎樣的創新,其考查的實驗原理和實驗處理方法仍然不變。
案例探究
典例 (2024山東煙臺一模)圖甲為測量滑塊與水平桌面之間的動摩擦因數的實驗裝置示意圖,實驗步驟如下:
①用天平測量滑塊和遮光條的總質量m0、
重物的質量m,用游標卡尺測量遮光條的
寬度d;
②安裝器材,并調整輕滑輪,使細線水平;
③用米尺測量遮光條與光電門間距x;
④由靜止釋放滑塊,用數字計時器測出
遮光條經過光電門的時間t;
⑤改變滑塊與光電門間距,重復步驟③④。
回答下列問題:
(1)測量d時,某次游標卡尺的示數如圖乙所示,其讀數為　　　　 cm。
標,可作出如圖丙所示的圖像,該圖像的斜率為k,若實驗測得m=2m0,則滑塊和桌面間的動摩擦因數為μ=　　 　(用k、g、d表示)。
0.960
解析 (1)游標卡尺的示數為d=0.9×10 mm+0.05 mm×12=9.60 mm=0.960 cm。
思維拓展 本題這一類問題創新之處常常有下列幾種情況。
實驗方法 創新思維 實驗原理
將研究運動物體轉化為研究靜止物體 利用F彈=Ff=μFN求μ
讓物塊先做加速運動,當重物掉到地面上之后物塊做勻減速直線運動 減速運動中,利用逐差法求加速度,利用F=μmg=ma進一步求μ
角度拓展
1.(2023湖北卷)某同學利用測質量的小型家用電子秤,設計了測量木塊和木板間動摩擦因數μ的實驗。
如圖甲所示,木板和木塊A放在水平桌面上,電子秤放在水平地面上,木塊A和放在電子秤上的重物B通過跨過定滑輪的輕繩相連。調節滑輪,使其與木塊A間的輕繩水平,與重物B間的輕繩豎直。在木塊A上放置n(n=0,1,2,3,4,5)個砝碼(電子秤稱得每個砝碼的質量m0為20.0 g),向左拉動木板的同時,記錄電子秤的對應示數m。
甲
(1)實驗中,拉動木板時　　　　(選填“必須”或“不必”)保持勻速。
(2)用mA和mB分別表示木塊A和重物B的質量,則m和mA、mB、m0、μ、n所滿足的關系式為m=　　　　　　　　　。
(3)根據測量數據在坐標紙上繪制出m-n圖像,如圖乙所示,可得木塊A和木板間的動摩擦因數μ=　　　　(保留2位有效數字)。
乙
不必
mB-μ(mA+nm0)
0.40
解析 (1)木塊與木板間的滑動摩擦力與兩者之間的相對速度無關,
則實驗拉動木板時不必保持勻速。
(2)對木塊A和砝碼有μ(mA+nm0)g=FT,
對重物B有FT+mg=mBg,解得m=mB-μ(mA+nm0)。
2.(2022山東卷)在天宮課堂中,我國航天員演示了利用牛頓第二定律測量物體質量的實驗。受此啟發,某同學利用氣墊導軌、力傳感器、無線加速度傳感器、輕彈簧和待測物體等器材設計了測量物體質量的實驗,如圖甲所示。主要步驟如下:
甲
①將力傳感器固定在氣墊導軌左端支架上,加速度傳感器固定在滑塊上。
②接通氣源,放上滑塊,調平氣墊導軌。
③將彈簧左端連接力傳感器,右端連接滑塊。彈簧處于原長時滑塊左端位于O點,A點到O點的距離為5.00 cm,拉動滑塊使其左端處于A點,由靜止釋放并開始計時。
④計算機采集獲取數據,得到滑塊所受彈力F、加速度a隨時間t變化的圖像,部分圖像如圖乙所示。
乙
回答以下問題(結果均保留兩位有效數字):
(1)彈簧的勁度系數為　　　　 N/m。
(2)該同學從圖乙中提取某些時刻F與a的數據,畫出a-F圖像如圖丙中Ⅰ所示,由此可得滑塊與加速度傳感器的總質量為
　　　　 kg。
(3)該同學在滑塊上增加待測物體,重復上述實驗步驟,在圖丙中畫出新的a-F圖像Ⅱ,則待測物體的質量為　　　　 kg。
丙
12
0.20
0.13
3.(2024湖南卷)在太空,物體完全失重,用天平無法測量質量。如圖所示,某同學設計了一個動力學方法測量物體質量的實驗方案,主要實驗儀器包括:氣墊導軌、滑塊、輕彈簧、標準砝碼、光電計時器和待測物體,主要步驟如下:
(1)調平氣墊導軌,將彈簧左端連接氣墊導軌左端,右端連接滑塊;
(2)將滑塊拉至離平衡位置20 cm處由靜止釋放,滑塊第1次經過平衡位置處開始計時,第21次經過平衡位置時停止計時,由此測得彈簧振子的振動周期T;
(3)將質量為m的砝碼固定在滑塊上,重復步驟(2);
(4)依次增加砝碼質量m,測出對應的周期T,實驗數據如下表所示,在圖中繪制T2-m關系圖線;
m/kg T/s T2/s2
0.000 0.632 0.399
0.050 0.775 0.601
0.100 0.893 0.797
0.150 1.001 1.002
0.200 1.105 1.221
0.250 1.175 1.381
(5)由T2-m圖像可知,彈簧振子振動周期的二次方與砝碼質量的關系是
　　　　(選填“線性的”或“非線性的”);
(6)取下砝碼后,將待測物體固定在滑塊上,測量周期并得到T2=0.880 s2,則待測物體質量是　　　　 kg(保留3位有效數字);
(7)若換一個質量較小的滑塊重做上述實驗,所得T2-m圖線與原圖線相比將沿縱軸　　　　(選填“正方向”“負方向”或“不”)移動。
線性的
0.120
負方向
解析 本題利用彈簧振子考查力學創新實驗。
(5)圖線是一條傾斜的直線,說明彈簧振子振動周期的二次方與砝碼質量為線性關系。
(6)在圖線上找到T2=0.880 s2的點,對應橫坐標為0.120 kg。
(7)換一個質量較小的滑塊做實驗,滑塊和砝碼總質量較原來的偏小,要得到相同的周期,應放質量更大的砝碼,對應縱坐標點應右移,則所得圖線與原圖線相比下移,即沿縱軸負方向移動。(共117張PPT)
第二講　電學實驗
通覽知識 明要點
研學考點 提能力
目 錄 索 引
01
02
突破熱點 聚素養
03
通覽知識 明要點
研學考點 提能力
考點一　實驗儀器的使用與電表改裝
高考風向標
考點 考題明細 考查頻度
實驗儀器的使用與電表改裝 2024安徽卷,12;2023海南卷,15; 2022海南卷,15;2022湖南卷,12; 2022遼寧卷,11;2022浙江1月選考,18 地方卷:
3年6考
1.游標卡尺和螺旋測微器的讀數
(1)游標卡尺的讀數
①弄清精確度:10分度——0.1 mm,20分度——0.05 mm,50分度——0.02 mm。
②讀出測量結果:測量值=主尺刻度整毫米數+n×精確度(mm)。
游標尺上第n條線與主尺上的某刻度線對齊
(2)螺旋測微器的讀數
測量值=固定刻度整毫米數+半毫米數+可動刻度讀數(含估讀值)×0.01 mm
溫馨提示 游標卡尺和螺旋測微器讀數的“三點注意”
(1)螺旋測微器讀數時要準確讀到0.01 mm,估讀到0.001 mm,若以mm為單位,小數點后必須為三位,同時注意固定刻度上的半刻度是否露出。
(2)游標卡尺不估讀,若以mm為單位,10分度游標卡尺,小數點后只有一位。20分度和50分度游標卡尺若以mm為單位,小數點后有兩位。
(3)注意題目要求的單位是否為mm,若不是則要先以mm為單位讀數,然后再換算為題目要求的單位。
2.電流表和電壓表的讀數
3.多用電表的使用問題
在弄清其基本原理的基礎上,會選擇測量項目及量程、擋位,能區分機械調零和歐姆調零,掌握測量電阻的步驟。
4.三種電表改裝方法
例1 (2023海南卷)用如圖所示的電路測量一個量程為100 μA,內阻約為2 000 Ω的微安表頭的內阻,所用電源的電動勢約為12 V,有兩個電阻箱可選,R1(0~9 999.9 Ω),R2(0~99 999.9 Ω)
甲
(1)RM應選　　　　,RN應選　　　　　。
R1
R2
(2)根據電路圖甲,請把實物圖乙連線補充完整。
乙
(3)下列操作順序合理排列的是　　 　　。
①將滑動變阻器滑片P移至最左端,將RN調至最大值;
②閉合開關S2,調節RM,使微安表半偏,并讀出RM阻值;
③斷開S2,閉合S1,調節滑片P至某位置再調節RN使表頭滿偏;
④斷開S1、S2,拆除導線,整理好器材。
(4)如圖丙是RM調節后面板,則待測表頭的內阻為
　　 　,該測量值　　　　(選填“大于”
“小于”或“等于”)真實值。
丙
①③②④
1 998.0 Ω
小于
(5)將該微安表改裝成量程為2 V的電壓表后,某次測量指針指在圖丁所示位置,則待測電壓為　　　　 V(保留3位有效數字)。
丁
(6)某次半偏法測量表頭內阻的實驗中,S2斷開,電表滿偏時讀出RN值,在滑片P不變的情況下,S2閉合后調節電阻箱RM,使電表半偏時讀出RM,若認為O、
P間電壓不變,則微安表內阻為　　　(用RM、RN表示)。
1.28
解析 (1)根據半偏法的測量原理可知,當閉合S2之后,與滑動變阻器并聯部分的電流應基本不變,就需要RN較大,對分壓電路影響較小。故RM應選R1,RN應選R2。
(2)根據電路圖,連線如圖所示。
(3)半偏法測電阻的實驗步驟應為:①將滑動變阻器滑片P移至最左端,將RN調至最大值;③斷開S2,閉合S1,調節滑片P至某位置再調節RN使表頭滿偏;②閉合開關S2,調節RM,使微安表半偏,并讀出RM阻值;④斷開S1、S2,拆除導線,整理好器材。
(4)根據半偏法可知,RM的讀數即為待測表頭的內阻,即為1 998.0 Ω;與滑動變阻器并聯部分的電阻變小,通過RN的電流大于Ig,通過微安表的電流為 時,電阻箱RM的電流大于 ,則電阻箱RM的阻值小于微安表的阻值,故待測表頭的內阻的測量值小于真實值。
(5)將該微安表改裝成量程為2 V的電壓表,則需要串聯一個電阻R0,
則有U=Ig(Rg+R0),此時的電壓表讀數有U'=I'(Rg+R0),
其中U=2 V,Ig=100 μA,I'=64 μA,聯立解得U'=1.28 V。
拓展衍生
1.(1)一同學用一游標尺上標有20等分刻度的游標卡尺測一物體的長度。測得的結果如圖甲所示,則該物體的長度L=　　　 mm。
(2)用螺旋測微器測量金屬絲的直徑,從圖乙中讀出金屬絲的直徑為
　　　　 mm。
20.30
0.510
(3)如圖丙,一電壓表接0~15 V量程,讀數為　　 　　 V。
(4)如圖丁,一電流表接0~0.6 A量程,讀數為　　　　 A。
10.7(或10.8)
0.16
解析 (1)20分度的游標卡尺精確度為0.05 mm,
則物體的長度為L=20 mm+6×0.05 mm=20.30 mm。
(2)金屬絲的直徑為d=0.5 mm+1.0×0.01 mm=0.510 mm。
(3)接0~15 V量程時,每小格表示0.5 V,讀數為10.7 V。
(4)接0~0.6 A量程時,每小格表示0.02 A,讀數為0.16 A。
2.(2022湖南卷)小夢同學自制了一個兩擋位(“×1”“×10”)的歐姆表,其內部結構如圖所示,R0為調零電阻(最大阻值為R0m),Rs、Rm、Rn為定值電阻(Rs+R0m(1)短接①②,將單刀雙擲開關S與m接通,電流表G示數為Im;保持電阻R0滑片位置不變,將單刀雙擲開關S與n接通,電流表G示數變為In,則Im　　　(選填“大于”或“小于”)In。
(2)將單刀雙擲開關S與n接通,此時歐姆表的擋位為　　　　(選填“×1”或“×10”)。
(3)若從“×1”擋位換成“×10”擋位,調整歐姆零點(歐姆零點在電流表G滿偏刻度處)時,調零電阻R0的滑片應該　　 　(選填“向上”或“向下”)調節。
大于
×10
向上
400
解析 (1)由Rm(2)S與n接通時,歐姆表內阻大,歐姆表的擋位倍率大,即為“×10”擋。
(3)從“×1”擋位換為“×10”擋位,即開關S從m撥向n,電路總電阻增大,干路電流減小,①②短接時,為了使電流表滿偏,則需要增大通過電流表所在支路的電流,所以需要將R0的滑片向上調節。
(4)設“×10”擋位時歐姆表內阻為R內,電流表滿偏電流為Ig,電路簡化結構如圖所示
考點二　以測電阻為核心的實驗
高考風向標
考點 考題明細 考查頻度
以測電阻為核心的實驗 2024新課標卷,23;2024山東卷,14;2024湖南卷,11; 2024廣東卷,12;2024江蘇卷,12;2024全國甲卷,23; 2024江西卷,12;2024浙江1月選考,16-Ⅲ; 2023全國乙卷,23;2023浙江6月選考,16-Ⅱ; 2023湖北卷,12;2023遼寧卷,12;2022全國乙卷,23; 2022湖北卷,13;2022山東卷,14 全國卷:
3年4考
地方卷:
3年11考
命題角度1 測電阻的常用方法
(1)最直接的——用多用電表的歐姆擋測量;
(2)最常用的——伏安法;
(3)最靈活的——伏伏法或安安法;
(4)最精確的——等效替代法;
(5)最專一的——半偏法(測量電壓表或電流表的內阻);
(6)最獨特的——電橋法。
深化拓展
1.明確三個“選擇”
(1)實驗器材的選擇 要遵循安全性原則和準確性原則(盡量減小誤差)
①電源的選擇:一般根據待測電阻的額定電流或額定電壓選擇符合要求的直流電源。
②電表的選擇:一般根據電源的電動勢或待測用電器的額定電壓選擇電壓表;根據待測電流的最大值選擇電流表;讀數時電表的指針擺動的幅度應較大,一般應使指針能達到半偏。
(2)電流表內接法與外接法的選擇 大內小外
(3)分壓電路與限流電路的選擇
①從節能的角度考慮,優先選用限流式。
特例:有時根據題目中給的測量數據進行選擇
②以下三種情況必須用分壓式:a.要求待測電路的U、I從0變化;b.R滑 Rx;c.選用限流式時,Ux、Ix過大(超過電表量程,燒壞電表、電源或用電器等)。
2.數據處理和誤差分析
(1)線性圖像處理實驗數據的一般方法和步驟:先根據物理規律寫出物理方程,再把物理方程轉換成線性方程的數學函數式,最后把數學函數式與線性圖像相結合,在圖中提取斜率、截距、面積等信息。
(2)判斷實驗誤差導致測量值偏大或偏小,要從實驗原理和方法上去尋找根源,所以要弄清實驗原理和方法,然后依據物理規律做適當推理,最后寫出測量值的表達式。
例2 某物理課外實驗小組為了測量某未知電阻R0的阻值,制定了四種測量方案。
(1)方案一:用電阻表測電阻
①在進行正確機械調零后,將
電阻擋的選擇開關撥至“×1”擋,
先將紅、黑表筆短接,讓指針指
在　　　　(選填“左側”或“右側”)
零刻度線上。
②電阻表指針如圖甲所示,可得
未知電阻R0的阻值為　　　　 Ω。
(結果保留兩位有效數字)
甲
右側
36
(2)方案二:用伏安法測電阻
如圖乙所示的實驗電路,電壓表的示數為2.80 V,電流表的示數為87.5 mA,則由此可得未知電阻R0的阻值為　　　Ω(結果保留兩位有效數字),此測量值　　　(選填“大于”或“小于”)真實值。
乙
32
小于
(3)方案三:用等效替代法測電阻
①如圖丙所示,將電阻箱R的阻值調到最大,閉合開關S1和S2,調節電阻箱R,使電流表示數為I0,電阻箱的示數R1=102 Ω;
②斷開開關S2,閉合開關S1,調節電阻箱R,使電流表示數仍為I0,電阻箱的示數R2=68 Ω;
③則未知電阻R0的阻值為　　　　Ω(結果保留兩位有效數字)。
丙
34
(4)方案四:用惠斯通電橋法測電阻
如圖丁所示的實驗電路,AB為一段粗細均勻的直電阻絲。
①閉合開關S,調整觸頭D的位置,使按下觸頭D時,電流表G的示數為零。已知定值電阻R的阻值,用刻度尺測量出l1、l2,則電阻R0=　　　　(用R、l1、l2表示)。
②為消除因電阻絲的粗細不均勻而帶來的誤差,將圖丁中的定值電阻R換成電阻箱,并且按照①中操作時,電阻箱的讀數記為R3;然后將電阻箱與R0交換位置,保持觸頭D的位置不變,調節電阻箱,重新使電流表G的示數為零,此時電阻箱的讀數記為R4,則電阻R0=　　　　。(用R3、R4表示)
解析 (1)紅黑表筆短接,使電流達到滿偏,故指針指在右側;
依題意,讀數為36 Ω。
電路采用外接法,電流表讀數偏大,故電阻測量值小于真實值。
(3)根據閉合電路的歐姆定律有E=(102+r)I0,E=(68+r+R0)I0,聯立解得R0=34 Ω。
命題角度2 測金屬的電阻率
例3 (2023全國乙卷)一學生小組測量某金屬絲(阻值約十幾歐姆)的電阻率。現有實驗器材:螺旋測微器、刻度尺、電源E、電壓表(內阻非常大)、定值電阻R0(阻值10.0 Ω)、滑動變阻器R、待測金屬絲、單刀雙擲開關K、開關S、導線若干。圖甲是學生設計的實驗電路原理圖。完成下列填空:
(1)實驗時,先將滑動變阻器R接入電路的電阻調至最大,閉合S。
(2)將K與1端相連,適當減小滑動變阻器R接入電路的電阻,此時電壓表讀數記為U1,然后將K與2端相連,此時電壓表讀數記為U2。由此得到流過待測金屬絲的電流I=　　　,金屬絲的電阻r=　　 　。(結果均用R0、U1、U2表示)
(3)繼續微調R,重復(2)的測量過程,得到多組測量數據,如下表所示:
U1/mV 0.57 0.71 0.85 1.14 1.43
U2/mV 0.97 1.21 1.45 1.94 2.43
(4)利用上述數據,得到金屬絲的電阻r=14.2 Ω。
(5)用刻度尺測得金屬絲長度l=50.00 cm。用螺旋測微器測量金屬絲不同位置的直徑,某次測量的示數如圖乙所示,該讀數為d=　　　 mm。多次測量后,得到直徑的平均值恰與d相等。
(6)由以上數據可得,待測金屬絲所用材料的電阻率ρ=　　　×10-7 Ω·m。(保留2位有效數字)
0.150
5.0
解析 (2)K與1端相連,此時電壓表測量的是金屬絲兩端的電壓U1,K與2端相連,電壓表測量的是金屬絲和定值電阻二者的電壓之和U2;因為電壓表內阻非常大,可視為理想電壓表,所以K與1端相連和K與2端相連不改變電路中的電流,
(5)用螺旋測微器測量金屬絲的直徑d,該讀數為d=15.0×0.01 mm=0.150 mm。
拓展衍生
3.(2024山東卷)某學習小組對兩種型號鉛筆芯的電阻率進行測量。實驗器材如下:
學生電源(輸出電壓0~16 V);
滑動變阻器(最大阻值10 Ω,額定電流2 A);
電壓表V(量程3 V,內阻未知);
電流表A(量程3 A,內阻未知);
待測鉛筆芯R(X型號、Y型號);
游標卡尺、螺旋測微器,開關S、單刀雙擲開關K,導線若干。
回答以下問題:
(1)使用螺旋測微器測量鉛筆芯直徑,某次測量結果如圖甲所示,該讀數為
　　　 mm;
甲
2.450
(2)把待測鉛筆芯接入圖乙所示電路,閉合開關S后,將滑動變阻器滑片由最右端向左調節到合適位置,將單刀雙擲開關K分別擲到1、2端,觀察到電壓表示數變化比電流表示數變化更明顯,則測量鉛筆芯電阻時應將K擲到
　　　　(選填“1”或“2”)端;
乙
1
(3)正確連接電路,得到Y型號鉛筆芯I-U圖像如圖丙所示,求得電阻RY=
　　　 Ω(保留3位有效數字);采用同樣方法得到X型號鉛筆芯的電阻為1.70 Ω;
丙
1.91
(4)使用游標卡尺測得X、Y型號鉛筆芯的長度分別為40.68 mm、60.78 mm。使用螺旋測微器測得X、Y型號鉛筆芯直徑近似相等,則X型號鉛筆芯的電阻率　　　　(選填“大于”或“小于”)Y型號鉛筆芯的電阻率。
大于
解析 (1)由螺旋測微器的讀數規則可知,示數為2.450 mm。
(2)因為電壓表讀數變化明顯,說明電流表分壓影響較大,應擲到“1”端,用外接法。
4.(2024新課標卷)學生實驗小組要測量量程為3 V的電壓表V的內阻RV。可選用的器材有:多用電表,電源E(電動勢5 V),電壓表V1(量程5 V,內阻約3 kΩ),定值電阻R0(阻值為800 Ω),滑動變阻器R1(最大阻值50 Ω),滑動變阻器R2(最大阻值5 kΩ),開關S,導線若干。
完成下列填空:
(1)利用多用電表粗測待測電壓表的內阻。首先應　　　　(把下列實驗步驟前的字母按正確操作順序排列)。
A.將紅、黑表筆短接
B.調節歐姆調零旋鈕,使指針指向零歐姆
C.將多用電表選擇開關置于電阻擋“×10”位置
CAB
再將多用電表的紅、黑表筆分別與待測電壓表的　　　　　　　(選填“正極、負極”或“負極、正極”)相連,歐姆表的指針位置如圖甲中虛線Ⅰ所示。為了減少測量誤差,應將選擇開關旋轉到電阻擋　　　　(選填“×1”“×100”或“×1k”)位置,重新調節后,測量得到指針位置如圖甲中實線Ⅱ所示,則粗測得到的該電壓表內阻為　　　 kΩ(結果保留1位小數)。
甲
負極、正極
×100
1.6
(2)為了提高測量精度,他們設計了如圖乙所示的電路,
其中滑動變阻器應選　　　　(選填“R1”或“R2”),
閉合開關S前,滑動變阻器的滑片應置于
　　　　(選填“a”或“b”)端。
(3)閉合開關S,滑動變阻器滑片滑到某一位置時,
電壓表V1和待測電壓表的示數分別為U1、U,
則待測電壓表內阻RV=　　　　　(用U1、U和R0表示)。
(4)測量得到U1=4.20 V,U=2.78 V,則待測電壓表內阻RV=　　　　 kΩ(結果保留3位有效數字)。
乙
R1
a
1.57
解析 (1)利用多用電表粗測待測電壓表的內阻。首先應選擇電阻擋,接著將紅、黑表筆短接,再調節歐姆調零旋鈕,使指針指向零歐姆,故操作順序為CAB。由“紅進黑出”可知,多用電表的紅、黑表筆應該分別與待測電壓表的“負極、正極”相連。由題圖甲中虛線Ⅰ可知,其偏轉角度較小,即倍率選擇過小,為了減少測量誤差,應將選擇開關旋轉到電阻擋倍率較大處,而“×1k”倍率又過大,故應選擇電阻擋“×100”的位置。由題圖甲中實線Ⅱ可知,粗測得到的該電壓表內阻為R=16.0×100 Ω=1.6 kΩ。
(2)題圖甲所示電路圖為分壓式接法,應選阻值小的滑動變阻器,故應選R1,為保證安全,閉合開關S前,滑動變阻器的滑片應置于a端。
考點三　以測電源的電動勢和內阻為核心的實驗
高考風向標
考點 考題明細 考查頻度
以測電源的電動勢和內阻為核心的實驗 2024北京卷,17;2024黑吉遼卷,11; 2024甘肅卷,12;2023湖南卷,12; 2023江蘇卷,12;2023湖北卷,12; 2023浙江6月選考,16-Ⅱ; 2022河北卷,12;2022廣東卷,12; 2022浙江1月選考,18 地方卷:
3年9考
命題角度1 用多用電表測量電學中的物理量
例4 (2024山東淄博二模)某同學為了研究歐姆表的改裝原理和練習使用歐姆表,設計了如下實驗。利用一個滿偏電流為100 μA的電流表改裝成倍率可調為“×1”或“×10”的歐姆表,其電路原理圖如圖甲所示。
(1)請根據圖甲中的電路原理圖,在圖乙中連接實物圖,并正確連接紅、黑表筆。使用時進行歐姆調零發現電流表指針指在如圖丙所示位置,此時應將滑動變阻器的滑片P向　　　　(選填“上”或“下”)移動;
上
(2)將單刀雙擲開關S與2接通后,先短接,再歐姆調零。兩表筆再與一電阻R0連接,表針指向表盤中央圖丁中的a位置處,然后用另一電阻Rx代替R0,結果發現表針指在b位置,則Rx=　　　　(結果用R0表示);
(3)該同學進一步探測黑箱問題。黑箱面板上有三個接線柱1、2和3,黑箱內有一個由三個阻值相同的電阻構成的電路。用電阻表測得1、2之間的電阻為5 Ω,2、3之間的電阻為10 Ω,1、3之間的電阻為15 Ω,在圖戊所示虛線框中畫出黑箱中的電阻可能的連接方式(一種即可)。
戊
解析 (1)由多用電表紅黑表筆的特點,紅、黑表筆的電流“紅進黑出”,B點接紅表筆,A點接黑表筆,按照電路圖連接實物圖如下;
(2)由電阻表的特點及閉合電路的歐姆定律得,當紅、黑表筆短接時E=IgR內,當電流表處于a、b兩位置時E=Ia(R內+R0),E=Ib(R內+Rx),將Ig=100 μA、Ia=50.0 μA、Ib=80.0 μA代入以上三式解得Rx= R0。
(3)由題意可得1、3之間的電阻可為1、2和2、3之間電阻的串聯值,第一種情況:1、2之間接一個5 Ω電阻,2、3之間接兩個5 Ω電阻串聯。
第二種情況:1、2之間接兩個10 Ω電阻并聯,2、3之間接一個10 Ω電阻。
命題角度2 測量電源的電動勢和內阻
深化拓展
1.測電源電動勢和內阻的三種方法對比
2.等效電源法測電源內阻
當電源內阻r過小時,如果直接測量,測出電源的內阻誤差較大,可以用等效電源法來測量。如圖所示,用一個適當的定值電阻R0與電源串聯,并把它們看成一個等效電源,這個等效電源的內阻r0=R0+r,其中r是被測電源的內阻。測出這個等效電源的內阻r0,則被測電源的內阻r=r0-R0。
說明:也可以用等效電源法分析測電源電動勢和內阻的實驗誤差。
例5 (2023湖北卷)某實驗小組為測量干電池的電動勢和內阻,設計了如圖甲所示的電路,所用器材如下:
電壓表(量程0~3 V,內阻很大);
電流表(量程0~0.6 A);
電阻箱(阻值0~999.9 Ω);
干電池一節、開關一個和導線若干。
(1)根據圖甲,完成圖乙中的實物圖連線。
(2)調節電阻箱到最大阻值,閉合開關。逐次改變電阻箱的電阻,記錄其阻值R、相應的電流表示數I和電壓表示數U。根據記錄數據作出的U-I圖像如圖丙所示,則干電池的電動勢為　　　　 V(保留3位有效數字)、內阻為
　　　　Ω(保留2位有效數字)。
丙
1.58
0.64
(3)該小組根據記錄數據進一步探究,作出 -R圖像,如圖丁所示。利用圖丁中圖像的縱軸截距,結合第(2)問得到的電動勢與內阻,還可以求出電流表內阻為　　　Ω(保留2位有效數字)。
丁
2.5
(4)由于電壓表內阻不是無窮大,本實驗干電池內阻的測量值　　　　(選填“偏大”或“偏小”)。
偏小
解析 (1)實物連線如答案圖所示。
(2)由電路結合閉合電路的歐姆定律可得U=E-Ir
由題圖丙可知E=1.58 V
解得RA=2.5 Ω。
(4)由于電壓表內阻不是無窮大,則實驗測得的是電壓表內阻與電源內阻的并聯值,即實驗中測得的電池內阻偏小。
拓展衍生
5.(2024山東泰安一模)如圖甲為某物理實驗興趣小組組裝的多用電表的電路示意簡圖。其中E是電源,不計內阻。R1、R2、R4、R5是四個定值電阻,R3是滑動變阻器。表頭G的滿偏電流為500 μA,內阻為200 Ω。虛線框內為五個換擋開關,A端和B端分別與兩表筆相連。該多用電表5個擋位分別為:直流電壓2.5 V擋和10 V擋,直流電流1 mA擋和100 mA擋,電阻×100擋。圖乙為改裝過程中的多用電表表盤,其電阻擋的中值刻度為15。
甲
乙
(1)根據題給條件可得R1+R2=　　　　,R4=　　　 　;
(2)在進行歐姆調零時,滑動變阻器R阻值應調整為　　　　Ω;
(3)圖乙中電阻擋刻度尚未標識完整,圖中多用電表指針位置應該標識的刻度為　　　　。
200 Ω
2 400 Ω
1 400
60
考點四　電學其他實驗
高考風向標
考點 考題明細 考查頻度
電學其他實驗 2024廣西卷,12;2024北京卷,16; 2024浙江1月選考,16Ⅱ;2024海南卷,16; 2023新課標卷,22;2023山東卷,14; 2023浙江6月選考,16Ⅲ;2022北京卷,9 全國卷:
3年1考
地方卷:
3年7考
命題角度1 觀察電容器的充、放電現象
裝置圖 操作要點 數據處理
1.按實驗裝置圖連接好電路 2.開關S接1或2,仔細觀察電壓表、電流表示數的變化特點 1.總結充、放電電流的變化規律
2.繪制充、放電的I-t圖像,放電過程的I-t圖像與坐標軸圍成的面積表示電容器減少的電荷量
例6 (2023山東卷)電容儲能已經在電動汽車,風、光發電,脈沖電源等方面得到廣泛應用。某同學設計圖甲所示電路,探究不同電壓下電容器的充、放電過程,器材如下:
電容器C(額定電壓10 V,電容標識不清);
電源E(電動勢12 V,內阻不計);
電阻箱R1(阻值0~99 999.9 Ω);
滑動變阻器R2(最大阻值20 Ω,額定電流2 A);
電壓表V(量程15 V,內阻很大);
發光二極管D1、D2,開關S1、S2,電流傳感器,計算機,導線若干。
回答以下問題:
(1)按照圖甲連接電路,閉合開關S1,若要升高電容器充電電壓,滑動變阻器滑片應向　　(選填“a”或“b”)端滑動。
(2)調節滑動變阻器滑片位置,電壓表表盤如圖乙所示,示數為　　　 V(保留1位小數)。
甲
乙
b
6.5
(3)繼續調節滑動變阻器滑片位置,電壓
表示數為8.0 V時,開關S2擲向1,得到電
容器充電過程的I-t圖像,如圖丙所示。
借鑒“用油膜法估測油酸分子的大小”
實驗中估算油膜面積的方法,根據圖像
可估算出充電結束后,電容器存儲的電
荷量為　 　　 C(結果保留2位有效數字)。
(4)本電路中所使用電容器的電容約為
　　 　　 F(結果保留2位有效數字)。
(5)電容器充電后,將開關S2擲向2,發光二極管　　(選填“D1”或“D2”)閃光。
丙
3.9×10-3
4.9×10-4
D1
解析 (1)按照題圖甲連接電路,閉合開關S1,若要升高電容器充電電壓,滑動變阻器滑片應向b端滑動。
(2)根據讀數規則,電壓表的示數為6.5 V。
(3)圖像和坐標軸所圍格數為39,
故電容器存儲的電荷量為Q=39×0.2×10-3×0.5 C=3.9×10-3 C。
(5)電容器充電后,將開關S2擲向2,電容器放電,電容器左側帶正電,根據二極管單向導電性,發光二極管D1發光。
命題角度2 探究影響感應電流方向的因素
裝置圖 操作要點 數據處理
1.按裝置連接電路 2.觀察線圈繞向、電流方向 3.根據實驗現象分析感應電流的磁場方向 1.分析指針偏轉方向
2.分析多種實驗電路及實驗現象
3.結論的靈活運用
例7 某同學在“研究電磁感應現象”的實驗中,首先按圖甲連接電路,用來查明電流表指針的偏轉方向與電流方向的關系,然后再依次按圖乙將電流表與線圈A連成一個閉合回路,按圖丙將電流表與導體棒ab連成閉合回路。在圖甲中,當閉合S時,觀察到電流表指針向左偏(不通電時指針停在正中央),則:
(1)在圖乙中,磁體N極插入線圈A過程中,電流表的指針將　　　　偏轉;磁體放在A中不動時,電流表的指針將　　　　偏轉。(均選填“向左”“向右”或“不發生”)
(2)在圖丙中,導體棒ab向左移動過程中,電流表的指針將　　　　偏轉;導體棒ab向上移動過程中,電流表的指針將　　　　偏轉。(均選填“向左”“向右”或“不發生”)
向左
不發生
向右
不發生
解析 (1)圖甲中,當閉合S時,觀察到電流表指針向左偏,說明電流從負接線柱流入時,電流表指針向左偏。磁體N極插入線圈A過程中,線圈A中磁通量向下增大,根據楞次定律可知感應電流從電流表負接線柱流入,則此時電流表的指針向左偏轉;磁體放在A中不動時,A中磁通量不變,不產生感應電流,所以電流表的指針不發生偏轉。
(2)在圖丙中,導體棒ab向左移動過程中,根據右手定則可知感應電流從電流表正接線柱流入,則此時電流表的指針向右偏轉;導體棒ab向上移動過程中,不切割磁感線,感應電流為零,電流表的指針不發生偏轉。
命題角度3 探究變壓器原副線圈電壓與匝數的關系
裝置圖 操作要點 數據處理
1.估測電壓的大致范圍 2.先用交流電壓最大量程擋試測,再選用適當量程測量 3.改變電壓或線圈匝數前要先斷開開關 4.電壓不能超過12 V,不能用手接觸裸露部件 變壓器的鐵芯漏磁使得能量損耗,從而導致電壓比與匝數比有差別
例8 (2024福建福州三模)某同學要進行“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系”的實驗,實物圖如圖所示。
(1)關于實驗,下列說法正確的是　　　　。
A.為確保實驗安全,實驗中要求原線圈匝數少于副線圈匝數
B.為了確保人身安全,只能使用低于12 V的電源
C.通電情況下不可以用手接觸裸露的導線、接線柱
BC
(2)為了探究n1=400匝、n2=200匝的變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系,請用筆畫線代替連線,將圖中的實物連接補充完整。
(3)在實驗中,兩個電壓表的讀數記錄如下
電壓次數 1 2 3 4 5
U1/V 2.5 4.5 7.0 9.0 10.5
U2/V 1.2 2.2 3.4 4.4 5.2
該同學多次實驗后發現原、副線圈的電壓之比總是　　　　　　(選填“稍大于”“等于”或“稍小于”)原、副線圈的匝數之比,試分析其原因:
　　　　　　　　　　　　 　　　　　。
稍大于
變壓器不是理想變壓器或漏磁或鐵芯發熱或導線發熱等
解析 (1)為確保實驗安全,實驗中要求原線圈匝數多于副線圈匝數,A錯誤;變壓器的工作原理是電磁感應,原線圈兩端應接交流電,為了人身安全,只能使用低壓交流電源,所用電壓應不超過12 V,B正確;連接好電路后,要先檢查電路是否正確,然后再接通電源,通電時,若用手接觸裸露的導線、接線柱,這樣無形之中,將人體并聯在電路中,導致所測數據不準確,也不符合安全用電規范,C正確。
(2)連接實物圖如下圖所示。
(3)原副線圈的匝數比為 ,通過分析實驗數據發現原、副線圈的電壓比總是稍大于原、副線圈匝數比,即說明副線圈的電壓偏低,導致此現象的原因是實際變壓器有漏磁、鐵芯發熱、導線發熱等能量損耗,使副線圈兩端電壓偏低。
拓展衍生
6.(2023新課標卷)在“觀察電容器的充、放電現象”實驗中,所用器材如下:電池、電容器、電阻箱、定值電阻、小燈泡、多用電表、電流表、秒表、單刀雙擲開關以及導線若干。
(1)用多用電表的電壓擋檢測電池的電壓。檢測時,紅表筆應該與電池的
　　　　(選填“正極”或“負極”)接觸。
正極
(2)某同學設計的實驗電路如圖甲所示。先將電阻箱的阻值調為R1,將單刀雙擲開關S與“1”端相接,記錄電流隨時間的變化。電容器充電完成后,開關S再與“2”端相接,相接后小燈泡亮度變化情況可能是　　　。(填正確答案標號)
甲
A.迅速變亮,然后亮度趨于穩定
B.亮度逐漸增大,然后趨于穩定
C.迅速變亮,然后亮度逐漸減小至熄滅
C
(3)將電阻箱的阻值調為R2(R2>R1),再次將開關S與“1”端相接,再次記錄電流隨時間的變化情況。兩次得到的電流I隨時間t變化如圖乙中曲線所示,其中實線是電阻箱阻值為　　　　(選填“R1”或“R2”)時的結果,曲線與坐標軸所圍面積等于該次充電完成后電容器上的　　　　(選填“電壓”或“電荷量”)。
乙
R2
電荷量
解析 (1)電流從紅表筆流入多用電表,故紅表筆與電源的正極相連。
(2)開關S與“2”端相接,電容器放電,放電電流先很大,后逐漸變小,直至為0,故小燈泡迅速變亮,然后亮度逐漸減小至熄滅。
(3)電阻較大時,開始充電電流較小,故實線是電阻箱阻值為R2時的結果,根據i= 可知,曲線與坐標軸所圍面積等于該次充電完成后電容器上的電荷量。
突破熱點 聚素養
知識精要
創新實驗:電學創新類實驗歸納分析
1.對于電學實驗的創新,應注意的2個問題
(1)在解決設計型實驗時,要注意條件的充分利用,如對于給定確切阻值的電壓表和電流表,電壓表可當作電流表使用,電流表也可當作電壓表使用,利用這一特點,可以拓展伏安法測電阻的方法,如伏伏法、安安法等。
(2)對一些特殊電阻的測量,如電流表或電壓表內阻的測量,電路設計有其特殊性,即首先要注意到其自身量程對電路的影響,其次要充分利用其“自報電流或自報電壓”的功能,因此在測電壓表內阻時無需另并聯電壓表測電壓,測電流表內阻時無需再串聯電流表測電流。
2.解決電學設計型實驗常用的3種方法
(1)轉換法:將不易測量的物理量轉換成可以(或易于)測量的物理量進行測量,然后再反求待測物理量的值,這種方法叫轉換測量法(簡稱轉換法)。如在測量金屬絲電阻率的實驗中,雖然無法直接測量金屬絲電阻率,但可通過測量金屬絲的長度和直徑,并將金屬絲接入電路測出其電阻,進而計算出它的電阻率。
(2)替代法:用一個標準的已知量替代被測量,通過調整標準量,使整個測量系統恢復到替代前的狀態,則被測量等于標準量。
(3)控制變量法:研究一個物理量與其他幾個物理量的關系時,每次只改變其中的一個物理量,而控制其余幾個物理量不變,從而研究被改變的這個物理量與要研究的那個物理量的關系,分別加以研究后再歸納總結,如探究電阻的決定因素實驗。
考向分析
同力學實驗一樣,高考對電學實驗的考查,大都是創新類電學實驗題。這類問題,要通過審題,弄清屬于什么類型的創新,然后再結合已有的電學知識(如串并聯關系、閉合電路歐姆定律等)和實驗方法進行推理,找到突破方向。
案例探究
典例 (2024山東青島一模)PT100型鉑熱電阻溫度傳感器是利用鉑電阻的阻值隨溫度變化而變化的原理進行測溫的一種傳感器,鉑熱電阻傳感器廣泛用于測量-200 ℃~+850 ℃范圍內的溫度。如圖甲為某學校數字實驗室里的一款PT100型鉑熱電阻傳感器,鉑熱電阻封裝在傳感器的探頭內,其阻值隨溫度的變化關系圖像如圖乙所示。該校課外實驗探究小組要利用該款鉑熱電阻傳感器及其他實驗器材制作一個溫度計,通過把電流表的示數改刻為相應的溫度示數來直接顯示測量溫度。
實驗器材如下:
PT100型鉑熱電阻傳感器;
干電池(電動勢為1.5 V,內阻不計);
靈敏電流表(量程為10 mA,內阻為20 Ω);
電阻箱(0~9 999.9 Ω);
開關、導線若干。
請回答下列問題:
(1)該小組同學先嘗試直接將干電池、開關、靈敏電流表、鉑熱電阻傳感器串聯成一個電路作為溫度計,則該溫度計測溫起點溫度為　　　℃(結果保留3位有效數字)。
(2)該小組同學為了使制作的溫度計能從-20 ℃開始
測量,利用現有器材進一步設計了如圖丙所示的電路,
其中Rt為鉑熱電阻溫度傳感器,R為電阻箱。現進行如
下調試:將傳感器的探頭放入設定制冷溫度為-20 ℃的
冰箱中,經過足夠長時間后,閉合開關S,調節電阻箱的
阻值R,使電流表指針滿偏,此時電阻箱阻值R=　　　　Ω。
丙
78.9
37.6
(3)為了把圖丙中電流表的電流值準確地改刻為相應的溫度值,改刻時應遵循的電流表的電流值I(mA)與相應溫度t(℃)間的關系式為
I=　　 　。
(4)若干電池內阻不能忽略,仍依照圖丙按(2)中過程制作溫度計,使用該溫度計測量的結果和真實值相比會　　　　(選填“偏大”“偏小”或“不變”)。
不變
解析 (1)由題意知電流表量程為10 mA,
所以鉑熱電阻傳感器的阻值為Rt=Rmin-RA=150 Ω-20 Ω=130 Ω,
由Rt-t圖像可知Rt=100+0.38t,解得t=78.9 ℃。
(2)將傳感器的探頭放入設定制冷溫度為-20 ℃的冰箱中。由圖像可得,此時的鉑熱電阻傳感器的阻值為Rt=92.4 Ω,過一段時間后閉合開關,調節電阻箱R1,使毫安表指針滿偏,此時R=Rmin-RA-Rt=150 Ω-20 Ω-92.4 Ω=37.6 Ω。
(3)由題意可得毫安表的電流值I(A)和溫度t(℃)的關系式為
(4)因為在操作(2)步驟時,要調節電阻箱使電流表滿偏,當電源內阻增大時,會將電阻箱的電阻調小,但總和不變,所以對結果無影響。
角度拓展
1.(2024廣東卷)某科技小組模仿太陽能發電中的太陽光自動跟蹤系統,制作光源跟蹤演示裝置。實現太陽能電池板方向的調整,使電池板正對光源。
圖甲是光照方向檢測電路,所用器材有電源E(電動勢3 V)、電壓表V1和V2(量程均有3 V和15 V、內阻均可視為無窮大)、滑動變阻器R、兩個相同的光敏電阻RG1和RG2、開關S、手電筒、導線若干。圖乙是實物圖,圖中電池板上垂直安裝有半透明隔板,隔板兩側裝有光敏電阻,電池板固定在電動機轉軸上,控制單元與檢測電路的連接未畫出。控制單元對光照方向檢測電路無影響。
請完成下列實驗操作和判斷。
(1)電路連接。
圖乙中已正確連接了部分電路。請完成虛線框中滑動變阻器R、電源E、開關S和電壓表V1間的實物圖連線。
乙
(2)光敏電阻阻值與光照強度關系測試。
①將圖甲中R的滑片置于　　　　端,用手電筒的光斜照射到RG1和RG2,使RG1表面的光照強度比RG2表面的小。
甲
b
②閉合S,將R的滑片緩慢滑到某一位置,V1的示數如圖丙所示,示數U1為
　　　　 V,V2的示數U2為1.17 V。由此可知,表面光照強度較小的光敏電阻的阻值　　　　(選填“較大”或“較小”)。
丙
③斷開S。
1.60
較大
(3)光源跟蹤測試。
①將手電筒的光從電池板上方斜照射到RG1和RG2。
②閉合S并啟動控制單元,控制單元檢測并比較兩光敏電阻的電壓,控制電動機轉動。此時兩電壓表的示數U1　　　　(選填“逆時針”或“順時針”)轉動,直至　　　　時停止轉動,電池板正對手電筒發出的光。
逆時針
U1=U2
解析 本題考查電學實驗中電路的連接、讀數等。
(2)將圖甲中的R的滑片置于b端;電壓表V1量程為3 V,最小刻度為0.1 V,則示數為1.60 V;由此可知表面光照強度較小的RG1兩端電壓較大,說明表面光照強度較小的阻值較大。
(3)由于兩電壓表的示數U12.(2024河北卷)某種花卉喜光,但陽光太強時易受損傷。某興趣小組決定制作簡易光強報警器,以便在光照過強時提醒花農。該實驗用到的主要器材如下:學生電源、多用電表、數字電壓表(0~20 V)、數字電流表(0~20 mA)、滑動變阻器R(最大阻值50 Ω,1.5 A)、白熾燈、可調電阻R1(0~50 kΩ)、發光二極管LED、光敏電阻RG、NPN型三極管VT、開關和若干導線等。
(1)判斷發光二極管的極性使用多用電表的“×10 k”電阻擋測量二極管的電阻。如圖甲所示,當黑表筆與接線端M接觸、紅表筆與接線端N接觸時,多用電表指針位于表盤中a位置(見圖乙);對調紅、黑表筆后指針位于表盤中b位置(見圖乙),由此判斷M端為二極管的　　　　(選填“正極”或“負極”)。
甲
乙
負極
(2)研究光敏電阻在不同光照條件下的伏安特性。
①采用圖丙中的器材進行實驗,部分實物連接已完成。要求閉合開關后電壓表和電流表的示數從0開始。導線L1、L2和L3的另一端應分別連接滑動變阻器的　　　、　　　　、　　　　接線柱。(以上三空選填接線柱標號“A”“B”“C”或“D”)
A
A
D或C
②圖丁為不同光照強度下得到的光敏電阻伏安特性曲線,圖中曲線Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ對應光敏電阻受到的光照由弱到強。由圖像可知,光敏電阻的阻值隨其表面受到光照的增強而　　　　(選填“增大”或“減小”)。
減小
(3)組裝光強報警器電路并測試其功能,圖戊為利用光敏電阻、發光二極管、三極管(當b、e間電壓達到一定程度后,三極管被導通)等元件設計的電路。組裝好光強報警器后,在測試過程中發現,當照射到光敏電阻表面的光強達到報警值時,發光二極管并不發光,為使報警器正常工作,應　　　　　(選填“增大”或“減小”)可調電阻R1的阻值,直至發光二極管發光。
增大
解析 (1)根據多用電表的結構,使用多用電表電阻擋時黑表筆接內部電源正極,當黑表筆接M端時,電阻無窮大,當紅表筆接M端時,有一定的電阻,說明M端為二極管的負極。
(2)要求電壓表、電流表示數從零開始,所以滑動變阻器采用分壓式接法連接電路,故L1、L2接滑動變阻器的接線柱A,L3必須接在金屬桿兩端的接線柱中的任意一個,即C或D。由題圖丁可知,隨光照強度增加,I-U圖像斜率增大,所以光敏電阻的阻值減小。
(3)三極管未導通時,RG與R1串聯。隨著光照強度增強,RG電阻減小,此時三極管仍未導通,說明R1分壓小,故需要增大R1。(共64張PPT)
第三講　光學與熱學實驗
通覽知識 明要點
研學考點 提能力
目 錄 索 引
01
02
突破熱點 聚素養
03
通覽知識 明要點
研學考點 提能力
考點一　光學實驗
高考風向標
考點 考題明細 考查頻度
光學實驗 2024湖北卷,11;2024河北卷,11(1); 2024安徽卷,11;2024廣東卷,11(3); 2024上海卷,5;2024北京卷,15(1); 2023廣東卷,11;2023海南卷,14; 2022海南卷,14(1) 地方卷:
3年9考
命題角度1 測量玻璃的折射率
特別提醒 (1)大頭針豎直插在紙上,且間距稍大一些;(2)入射角i不宜太大(接近90°),也不宜太小(接近0°);(3)手不能觸摸玻璃磚的光學面,更不能把玻璃磚界面當作尺子畫界線;(4)實驗過程中,玻璃磚與白紙的相對位置不能改變;(5)玻璃磚應選用寬度較大的,最好在5 cm以上,若寬度太小,則測量誤差較大。
例1 (2023海南卷)用激光測玻璃磚折射率的實驗中,玻璃磚與屏P平行放置,從另一側用激光筆以一定角度照射,此時在屏上的S1處有激光點,移走玻璃磚,光點移到S2處,回答下列問題:
(1)請畫出激光束經玻璃磚折射后完整的光路圖;
(2)已經測出AB=l1,OA=l2,S1S2=l3,則折射率n=　 　　　(用l1、l2、l3表示);
(3)若改用寬ab更小的玻璃磚做實驗,
則S1S2間的距離會　　　　(選填“變大”“變小”或“不變”)。
變小
解析 (1)完成光路圖,如圖所示。
(2)計算折射率
設激光在O點入射角為θ、折射角為α,
(3)改用寬ab更小的玻璃磚做實驗,光路圖如圖所示
由光路圖可看出,S1S2間的距離變小。
命題角度2 用雙縫干涉實驗測光的波長
特別提醒 (1)不要直接測單個條紋間距Δx,要測幾個條紋的間距,計算得出Δx,這樣可以減小誤差;(2)白光的干涉觀察到的是彩色條紋,其中白色在中央,紅色在最外邊。
例2 (2024山東濟南二模)利用雙縫干涉實驗測光的波長,實驗裝置如圖甲所示。
(1)已知單縫到雙縫之間的距離是100 mm,雙縫到屏的距離為1.0 m,雙縫之間的距離為0.30 mm,干涉圖樣如圖乙所示,分劃板中心刻度線在A位置時螺旋測微器的讀數為1.234 mm,在B位置時讀數如圖丙所示,為　　　 mm,則該光的波長為　　　　 nm(計算結果保留3位有效數字)。
乙
丙
14.538
665
(2)某同學觀察到圖丁所示圖像,即測量頭中的分劃板中心刻線與干涉條紋不在同一方向上,若繼續移動目鏡觀察,將會使測量結果出現偏差。在這種情況下測出干涉條紋的間距Δx,則波長的測量值　　　　(選填“大于”“小于”或“等于”)其實際值。
丁
大于
(3)下列操作能夠使(2)問中的干涉條紋與分劃板中心刻線在同一方向上的是　　　　(單選)。
A.調整目鏡使條紋清晰
B.調節撥桿使單縫與雙縫平行
C.旋轉測量頭使分劃板中心線與某一條紋的中心線對齊
C
解析 (1)B的位置為14.5 mm+3.8×0.01 mm=14.538 mm;
A、B間距為x=xB-xA=13.304 mm,
(2)測量頭中的分劃板中心刻線與干涉條紋不在同一方向上,實際值Δx實=Δx測cos θ,其中θ為條紋與分劃板中心豎直刻線間的夾角,
故可知測量值Δx測大于實際值Δx實,
(3)旋轉測量頭,分劃板的豎線隨之旋轉,可使分劃板的豎線與條紋的中心線平行,故選C。
拓展衍生
1.(2022海南卷)在用雙縫干涉測量光的波長的實驗中,如圖所示,則:
(1)a、b分別是　　　　。
A.單縫和雙縫 B.雙縫和單縫
C.單縫和單縫 D.雙縫和雙縫
(2)如果雙縫間距是d,雙縫到毛玻璃的距離是L,第一條亮紋到第六條亮紋
間距是x,則光的波長是　　　。(用x、d、L表示)
A
解析 (1)由雙縫干涉原理可知,先用濾光片得到單色光,然后用單縫得到細長的光源,最后用雙縫得到兩束相干光,故a、b分別為單縫和雙縫,故選A。
2.(2024山東棗莊三模)如圖甲所示,圖中陰影部分ABC為透明材料制成的柱形光學元件的橫截面,AC是半徑為R的 圓弧,某實驗小組為測量該光學元件的折射率,先通過作圖確定了圓弧圓心O的位置。請回答下面問題:
(1)實驗小組先在O處插一枚大頭針P1,然后在線段OB和OC之間某一位置插大頭針P2,在BC邊右側任意位置觀察,發現P2都無法擋住P1,原因是
　　　　　　　　　　　　,若要在BC邊右側觀察到P2擋住P1,應將P2向
　　　　(選填“OB”或“OC”)邊方向移動。
光線發生了全反射
OC
(2)該小組經過討論,重新設計了實驗方案,進行了如下操作:
①在O處插大頭針P1,在BC邊右側合適位置插大頭針P2,調整觀察角度,再插上大頭針P3,使P3把P1和P2都擋住;
②畫出元件邊界,作出圖乙所示光路圖,以P2、P3連線與BC邊交點O'為圓心作圓,分別過圓與直線OO'和P2P3的交點作BC邊的垂線,垂足分別為N1、N2;
③用刻度尺測出線段O'N1和O'N2的長度分別為d1、d2,則該元件的折射率
n=　　　　。
(3)若測得該元件的折射率n=2,在O處固定一點光源,只考慮首次從圓弧AC直接射向AB、BC的光線,從點光源射向圓弧AC的光中,有一部分不能從AB、BC面直接射出,則這部分光照射到圓弧AC上的弧長為　　　　。
解析 (1)發現P2都無法擋住P1,原因是光線發生了全反射,應減小入射角,即將P2向OC邊方向移動。
如圖所示,若沿OE方向射到AB面上的光線
剛好發生全反射,
則∠AOF=30°,同理,若沿OG方向射入的光線恰好
在BC面上發生全反射,可得∠COG=30°,
因此∠FOH=30°,
考點二　熱學實驗
高考風向標
考點 考題明細 考查頻度
熱學實驗 2024上海卷,1、2;2023山東卷,13; 2023江蘇卷,9;2023浙江6月選考,16-Ⅲ 地方卷:
3年5考
命題角度1 用油膜法估測油酸分子的大小
深化拓展
用油膜法估測分子的大小實驗注意點
(1)理想化:認為油酸薄膜是由單層的油酸分子緊密排列組成。
(2)模型化:在估測油酸分子大小的數量級時,把每個油酸分子簡化為球體。
(3)厚度直徑化:認為油膜的厚度等于油酸分子的直徑。
例3 (2024北京海淀區模擬)利用“油膜法估測分子直徑”的實驗體現了通過對宏觀量的測量來實現對微觀量的間接測量的方法。
(1)甲同學配制好油酸酒精溶液,并測出一滴油酸酒精溶液中所含純油酸的體積為V,之后又進行了下列操作,其中錯誤的一項是　　;其余正確操作的合理順序是　 　　。
A.將一滴純油酸滴到水面上,讓它在水面上自由地擴展為油酸膜
B.將一滴油酸酒精溶液滴到水面上,讓它在水面上自由地擴展為油酸膜
C.向淺盤中倒入約2 cm深的水,將痱子粉均勻地撒在水面上
D.將畫有油酸膜輪廓的玻璃板放在坐標紙上計算出油酸膜的面積S。再根據d= 估算出油酸分子的直徑
E.將玻璃板蓋到淺盤上,用彩筆將油酸膜的輪廓畫在玻璃板上
A
CBED
(2)乙同學在做“用油膜法估測分子的大小”實驗時,將6 mL的油酸溶于酒精中制成104 mL的油酸酒精溶液。用注射器取適量溶液滴入量筒,測得每滴入75滴,量筒內的溶液增加1 mL。用注射器把1滴這樣的溶液滴入表面撒有痱子粉的淺盤中,把玻璃板蓋在淺盤上并描出油酸膜邊緣輪廓,如圖2所示。已知玻璃板上正方形小方格的邊長為1 cm,則油酸膜的面積約為
　　　　 m2(保留2位有效數字)。由以上數據,可估算出油酸分子的直徑約為　　　 　 m
(保留2位有效數字)。
1.1×10-2
7.1×10-10
(3)丙同學將滴入的油酸酒精溶液體積作為油酸體積進行計算,導致最終測出的油酸分子直徑　　　(選填“偏大”或“偏小”)。
偏大
(4)在用油膜法估測分子大小的實驗中,已知純油酸的摩爾質量為M,密度為ρ,一滴油酸酒精溶液中含純油酸的質量為m,一滴油酸酒精溶液滴在水面上擴散后形成的純油酸油膜最大面積為S,阿伏加德羅常數為NA。以上各量均采用國際單位制,對于油酸分子的直徑和分子數量有如下判斷:
以上判斷正確的是　　　。
A.①和③ B.①和④
C.②和④ D.②和③
C
解析 (1)為了使油膜形成單分子油膜層,實驗時,需要將油酸進行稀釋,不能直接將一滴純油酸滴到水面上,讓它在水面上自由地擴展為油酸膜,A錯誤,符合題意。實驗時,先向淺盤中倒入約2 cm深的水,將痱子粉均勻地撒在水面上,再將一滴油酸酒精溶液滴到水面上,讓它在水面上自由地擴展為油酸膜,隨后將玻璃板蓋到淺盤上,用彩筆將油酸膜的輪廓畫在玻璃板上,最后將畫有油酸膜輪廓的玻璃板放在坐標紙上計算出油酸膜的面積S。再根據d= 估算出油酸分子的直徑。即正確操作的合理順序是CBED。
(2)利用數格子的方法,油酸膜的面積約為
S=112×1×10-2×1×10-2 m2=1.12×10-2 m2,
(3)由于d= ,若將滴入的油酸酒精溶液體積作為油酸體積進行計算,
體積偏大,則所測的油酸分子直徑d明顯偏大。
命題角度2 探究等溫情況下一定質量氣體壓強與體積的關系
特別提醒 作p- 圖像時,應使盡可能多的點落在直線上,不在直線上的點應均勻分布于直線兩側,偏離太大的點應舍棄掉。
例4 (2023山東卷)利用圖甲所示實驗裝置可探究等溫條件下氣體壓強與體積的關系。將帶有刻度的注射器豎直固定在鐵架臺上,注射器內封閉一定質量的空氣,下端通過塑料管與壓強傳感器相連。活塞上端固定一托盤,托盤中放入砝碼,待氣體狀態穩定后,記錄氣體壓強p和體積V(等于注射器示數V0與塑料管容積ΔV之和)。逐次增加砝碼質量,采集多組數據并作出擬合曲線如圖乙所示。
甲
乙
回答以下問題:
(1)在實驗誤差允許范圍內,圖乙中的擬合曲線為一條過原點的直線,說明在等溫情況下,一定質量的氣體　　　　。
A.p與V成正比
B.p與 成正比
(2)若氣體被壓縮到V=10.0 mL,由圖乙可讀出封閉氣體壓強為
　　 　　 Pa(保留3位有效數字)。
(3)某組同學進行實驗時,一同學在記錄數據時漏掉了ΔV,則在計算pV乘積時,他的計算結果與同組正確記錄數據同學的計算結果之差的絕對值會隨p的增大而　　　　(選填“增大”或“減小”)。
B
2.04×105
增大
從題圖乙可得p=2.04×105 Pa。
(3)p增大時,pΔV增大,故記錄數據時漏掉了ΔV,則在計算pV乘積時,他的計算結果與同組正確記錄數據同學的計算結果之差的絕對值會隨p的增大而增大。
拓展衍生
3.(2024湖北武漢二模)某同學用如圖甲所示的裝置探究氣體等溫變化的規律,空氣柱的壓強可以通過壓力表讀出,空氣柱的體積即空氣柱的長度與橫截面積的乘積。整個裝置安裝在固定架上,把柱塞置于注射器玻璃管的某一刻度處,將橡膠套套在玻璃管的下端,把一段空氣柱封閉在玻璃管中,實驗中空氣柱質量保持不變。
(1)請將下列實驗步驟補充完整:
①讀出初始狀態下空氣柱的壓強p和空氣柱的長度l;
②　　　　(選填“緩慢”或“快速”)向上拉或向下壓柱塞,待壓力表示數穩定后,讀出空氣柱的壓強和空氣柱的長度;
③重復步驟②,記錄多組數據。
(2)某次實驗時,壓力表的示數如圖乙所示,則空氣柱的壓強p=　　　　 Pa。
(3)以p為縱坐標,以　　　　為橫坐標,把采集的各組數據在坐標紙上描點,各點位于過原點的同一條直線上,由此得出結論:在實驗誤差允許的范圍內,一定質量的氣體,在溫度不變的情況下,壓強與體積成反比。
緩慢
1.30×105
解析 (1)為避免溫度變化,應該把柱塞緩慢地向下壓或向上拉。
(2)由圖乙可知壓強為1.30×105 Pa。
4.(2024河南鄭州模擬)如圖所示,在“油膜法估測分子直徑”的實驗中,我們可以通過宏觀量的測量間接計算微觀量。
(1)某同學在實驗中先配制一定濃度的油酸
酒精溶液,接著又進行了下列操作,操作的
合理順序是　　　　(填字母代號)。
A.將一滴油酸酒精溶液滴到水面上,在水面上
自由地擴展為形狀穩定的油酸薄膜
B.將畫有油酸薄膜輪廓的玻璃板放在坐標紙上
并計算油酸薄膜的面積
C.將玻璃板蓋到淺水盤上,用彩筆將油酸薄膜的輪廓畫在玻璃板上
D.向淺盤中倒入約2 cm深的水,將痱子粉均勻地撒在水面上
DACB
(2)實驗中,若測量并計算出一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積為2.5×10-11 m3,測量并計算出油膜的面積為4.0×10-2 m2,則油酸分子的直徑為
　　　 　 m(計算結果保留2位有效數字)。
(3)該同學做實驗時,水面上痱子粉撒得太多,使得油膜沒有充分展開,這種情況會導致分子直徑d的測量結果　　　　(選填“大于”“小于”或“等于”)真實值。
6.3×10-10
大于
解析 (1)實驗操作的合理順序是DACB。
(2)一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積為V0=2.5×10-11 m3,測量并計算出油膜的面積為S=4.0×10-2 m2,
(3)該同學做實驗時,水面上痱子粉撒得太多,使得油膜沒有充分展開,
則油酸在水面上形成的油膜面積偏小,
突破熱點 聚素養
知識精要
創新實驗:光學、熱學創新類實驗歸納分析
光學實驗中“測量玻璃的折射率”的原型實驗是通過“插針法”獲得光路圖進行實驗的,在創新考法中可以改變獲得光路圖的方法進行實驗;“用雙縫干涉測量光的波長”的實驗是用雙縫獲得相干光源來進行實驗的,在創新考法中可以用反射法獲得相干光源進行實驗。
熱學實驗中“用油膜法估測分子的大小”這個實驗很難有創新的考法;探究“等溫情況下一定質量氣體壓強與體積的關系”的原型實驗是注射器與壓強傳感器組合進行,考查玻意耳定律,本實驗既可以從實驗器材上進行創新,也可以從實驗原理上進行遷移探究“等容情況下一定質量氣體壓強與溫度的關系”。
考向分析
從近幾年山東、浙江、江蘇等幾省的高考試題來看,高考傳統的“一力一電”兩個實驗題的固化模式并不是不可改變的了,光學和熱學的實驗題已經多次出現在這些省份的高考試卷上了,加上光學和熱學的實驗題目相對來說難度較小,比較容易得分,所以在復習備考過程要更加重視光學和熱學的實驗。
案例探究
典例 (2023廣東卷)某同學用激光筆和透明長方體玻璃磚測量玻璃的折射率,實驗過程如下:
(1)將玻璃磚平放在水平桌面上的白紙上,
用大頭針在白紙上標記玻璃磚的邊界。
(2)①激光筆發出的激光從玻璃磚上的M點
水平入射,到達ef面上的O點后反射到N點射出。
用大頭針在白紙上標記O點、M點和激光筆出
光孔Q的位置。
②移走玻璃磚。在白紙上描繪玻璃磚的邊界和激光的光路,作QM連線的延長線與ef面的邊界交于P點,如圖(a)所示。
圖(a)
③用刻度尺測量PM和OM的長度d1和d2。PM的示數如圖(b)所示,d1為
　　　 cm。測得d2為3.40 cm。
圖(b)
(3)利用所測量的物理量,寫出玻璃磚折射率的表達式n=　　　　。由測得的數據可得折射率n為　　　　(結果保留3位有效數字)。
(4)相對誤差的計算式為δ= ×100%。為了減小d1、d2測量的相對誤差,實驗中激光在M點入射時應盡量使入射角　　 　。
2.25
1.51
稍小一些
解析 (2)刻度尺的分度值為0.1 cm,需要估讀到分度值的下一位,
則d1=2.25 cm。
(3)根據題意標出光線對應的入射角和折射角,如圖所示
結合幾何關系和折射定律得
(4)為了減小d1、d2測量的相對誤差,則d1、d2要盡量稍大一些,故實驗中激光在M點入射時應盡量使入射角稍小一些。
角度拓展
1.(2024遼寧大連模擬)某實驗小組使用圖甲所示的裝置測量某紫色激光的波長。用光具座固定激光筆和刻有雙縫的黑色紙板,雙縫間的寬度d=0.2 mm,激光經過雙縫后投射到光屏中的條紋如圖乙所示,由刻度尺讀出A、B兩亮條紋間的距離x=　　　 mm,通過激光測距儀測量出雙縫到光屏間的距離L=2.0 m,則該激光波長λ=　　　 　 m。如果用紅色激光重新實驗,相鄰亮條紋間距會　　　　(選填“變大”“變小”或“不變”)。
甲
乙
65.0
6.5×10-7
變大
解析 刻度尺的最小分度值為1 mm,A亮條紋中心的讀數為25.0 mm,B亮條紋中心的讀數為90.0 mm,
則A、B兩亮條紋間的距離x=90.0 mm-25.0 mm=65.0 mm;
紅光的波長比紫光的波長長,根據相鄰亮條紋間距公式可知相鄰亮條紋間距會變大。
2.(2024山東濟南一模改編)某同學利用激光方向性和單色性好的特點,借助“插針法”測量一圓柱玻璃對特定頻率的光的折射率。主要步驟如下:
如圖甲所示,木板上固定好白紙,放好圓柱玻璃,在圓柱玻璃底面邊界描點。調節左側激光入射角,在激光照射到的位置豎直插針(插針足夠細),使之恰好擋住光線,確定光路,如圖乙所示。移除圓柱玻璃,確定圓柱橫截面的圓心和圓周邊界,作光路圖。
(1)以下關于實驗操作的描述正確的是　　　。
A.為方便作圖,可用鉛筆環繞圓柱底部一周作圓周邊界
B.圖乙中插針順序依次為P1、P2、P3、P4或P2、P1、P3、P4
C.插針時,P2和P3離圓柱玻璃近一些測量更準確
D.若入射角過大,會發生全反射而觀察不到出射光線
(2)如圖丙所示,以入射點O'為圓心,適當長度為半徑作圓,與入射光線和折射光線分別交于M、N兩點,過M、N兩點作法線OO'的垂線分別交于P、Q兩點,測得O'P、MP、O'Q、NQ長度分別為L1、L2、L3、L4,則折射率n=
　　　　　(用L1、L2、L3或L4表示)。
C
解析 (1)應通過描點的方式,移除圓柱玻璃后再畫圓周界面,A錯誤;實驗采用的激光來確定光路,對插針順序沒有要求,B錯誤;P2和P3離圓柱玻璃近一些,使入射點和出射點更準確,C正確;第一次折射的折射角等于第二次折射的入射角,根據光路可逆原理,不會發生全反射現象,D錯誤。
(2)設所作圓形半徑為r,由題意,入射角和折射角的正弦值分別為
3.(2024江西模擬預測)某同學用如圖甲所示的裝置驗證查理定律,操作步驟簡述如下:
①將一裝有細導管的橡皮塞塞住試管口封閉一定質量的氣體,細導管的另一端接壓強傳感器;
②將壓強傳感器與計算機相連,將一溫度傳感器也與計算機相連;
③將適量熱水(約80 ℃)倒入大號燒杯中,并將試管浸入熱水中至管口與水面相平,再將溫度傳感器浸沒在水中;
④在計算機上打開相應軟件,等待水溫緩慢下降,計算機將兩傳感器的示數擬合成一條曲線,圖乙為部分圖線。
甲
乙
(1)在實驗誤差允許的范圍內,所得的圖像是一條直線,說明一定質量的氣體,在體積不變時　　　。(填正確答案標號)
A.壓強p與攝氏溫度t成正比
B.壓強p與攝氏溫度t成一次函數
(2)若實驗過程中有少量氣體緩慢逸出,則所得圖像為　　　　。(填正確答案標號)
B
B
(3)另外一位同學用一個較小的試管也按相同的步驟做了該實驗,現用計算機將兩位同學實驗采集的數據描繪在同一個p-t坐標系上,則得到的圖像可能是　　　　。(填正確答案標號)
C
其中C與氣體的質量成正比,當有氣體逸出時,C減小,則圖像上的點與
(-273,0)點連線的斜率減小,因為本實驗中氣體的溫度是逐漸降低的,
故圖像從右向左斜率減小,B正確。
(3)結合上述可知,根據查理定律,
其中C與氣體的質量成正比,則一定質量的氣體在體積不變時,
其p-t圖像與t軸的交點坐標均為-273 ℃,只有第三個選項符合要求,故選C。

展開更多......

收起↑