力电实验.docx
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力电实验
1.小张和小王在做“验证力的平行四边形定则”实验中,实验步骤如下:
①用图钉把白纸钉在方木板上.
②把方木板平放在桌面上,用图钉把橡皮条的一端固定在O点,橡皮条的另一端拴上两个细绳套.
③小张同学用两只弹簧测力计分别钩住细绳套,互成角度地拉橡皮条,使橡皮条伸长,结点到达某一位置时,小王同学用铅笔描下结点的位置,标上字母A,如图所示.
④接着小王在两条细绳套的方向上离A点比较近的地方点下了另两个点B、C,并记录弹簧测力计的读数F1、F2.
⑤移开两弹簧测力计,从位置A画直线AB、AC,按选定的标度作出两只弹簧测力计的拉力F1、F2的图示,并用平行四边形定则作出合力F的图示.
⑥只用一只弹簧测力计通过细绳套把橡皮条的结点再次拉到同样位置A,记下弹簧测力计的读数和细绳的方向.用刻度尺从A点按同样标度沿记录的方向作出这只弹簧测力计的拉力F′的图示.
⑦比较力F′的图示与合力F的图示,看两者是否等长、同向.
⑧小张改变两个力F1和F2的大小和夹角,再次重复实验时,发现让结点回到A点不太容易,小王就在结点移过A点时用手指将其按压在A点,接着记录下两弹簧测力计的方向和示数大小.
⑨接着重复步骤⑤~⑦,最后得出结论:
在误差允许的范围内,力的合成符合平行四边形定则.
(1)以上实验步骤中不恰当的是______________,有错误的是____________.
(2)如图是两组同学作出的图示,其中符合实际情况的是________________.
2.某小组为了验证力的平行四边形定则,设计了如图甲所示的实验:
在一个半圆形刻度盘上安装两个可以沿盘边缘移动的拉力传感器A、B,两传感器的挂钩分别系着轻绳,轻绳的另一端系在一起,形成结点O,并使结点O位于半圆形刻度盘的圆心.在O点挂上重G=2.00N的钩码,记录两传感器A、B的示数F1、F2及轻绳与竖直方向的夹角θ1、θ2,用力的图示法即可验证力的平行四边形定则.
(1)当F1=1.00N、F2=1.50N,θ1=45°、θ2=30°时,请在图乙中用力的图示法作图,画出两绳拉力的合力F,并求出合力F=______N.(结果保留三位有效数字)
(2)该组同学在实验中,将传感器A固定在某位置后,再将传感器B从竖直位置的P点缓慢顺时针旋转,得到了一系列传感器B的示数F2和对应的角度θ2,作出了如图丙所示的F2-θ2图象,由图丙可知传感器A所处位置的角度θ1=_____.
3.
(1)某次研究弹簧所受弹力F与弹簧长度L关系实验时得到如图a所示的F-L图象.由图象可知:
弹簧原长L0=__cm,由此求得弹簧的劲度系数k=____N/m.
(2)按如图b的方式挂上钩码(已知每个钩码重G=1N),使
(1)中研究的弹簧压缩,稳定后指针指示如图b,则指针所指刻度尺示数为________cm.由此可推测图b中所挂钩码的个数为________个.
4.[对实验原理与操作的考查]某实验小组利用图所示的装置探究加速度与力、质量的关系.
①下列做法正确的是________.(填字母代号)
A.调节滑轮的高度,使牵引木块的细绳与长木板保持平行
B.在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时,将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上
C.实验时,先放开木块再接通打点计时器的电源
D.通过增减木块上的砝码改变质量时,不需要重新调节木板倾斜度
②为使砝码桶及桶内砝码的总重力在数值上近似等于木块运动时受到的拉力,应满足的条件是砝码桶及桶内砝码的总质量________木块和木块上砝码的总质量.(选填“远大于”“远小于”或“近似等于”)
③甲、乙两同学在同一实验室,各取一套图7所示的装置放在水平桌面上,木块上均不放砝码,在没有平衡摩擦力的情况下,研究加速度a与拉力F的关系,分别得到图中甲、乙两条直线.设甲、乙用的木块质量分别为m甲、m乙,甲、乙用的木块与木板间的动摩擦因数分别为μ甲、μ乙,由图可知,m甲____m乙,μ甲____μ乙.(选填“大于”、“小于”或“等于”)
答案 ①AD ②远小于 ③小于大于
5.用图甲所示装置“探究小车加速度与力、质量的关系”.请思考并完成相关内容:
(1)实验时,为平衡摩擦力,以下操作正确的是________.
A.连着砂桶,适当调整木板右端的高度,直到小车被轻推后沿木板匀速运动
B.取下砂桶,适当调整木板右端的高度,直到小车被轻推后沿木板匀速运动
C.取下砂桶,适当调整木板右端的高度,直到小车缓慢沿木板做直线运动
(2)图乙是实验中得到的一条纸带,已知相邻计数点间还有四个点未画出,打点计时器所用电源频率为50Hz,由此可求出小车的加速度a=________m/s2(计算结果保留三位有效数字).
(3)一组同学在保持木板水平时,研究小车质量一定的情况下加速度a与合外力F的关系,得到如图丙中①所示的a-F图线.则小车运动时受到的摩擦力f=______N,小车质量M=________kg.若该小组正确完成了步骤
(1),得到的a-F图线应该是图丙中的________(填“②”“③”或“④”).1.
(1)B
(2)1.60 (3)0.10 0.20 ②
6.某实验小组在“探究加速度与物体受力的关系”实验中,设计出如下的实验方案,其实验装置如图所示.已知小车质量M=214.6g,砝码盘质量m0=8.0g,打点计时器所使用的交流电频率f=50Hz.其实验步骤是:
A.按图中所示安装好实验装置;
B.调节长木板的倾角,轻推小车后,使小车能沿长木板向下做匀速运动;
C.取下细绳和砝码盘,记下砝码盘中砝码的质量m;
D.将小车置于打点计时器旁,先接通电源,再放开小车,打出一条纸带,由纸带求得小车的加速度a;
E.重新挂上细绳和砝码盘,改变砝码盘中砝码的质量,重复B~D步骤,求得小车在不同合外力F作用下的加速度.
回答下列问题:
(1)按上述方案做实验,是否要求砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量?
____(填“是”或“否”).
(2)实验中打出的其中一条纸带如图11所示,由该纸带可求得小车的加速度a=___m/s2.
(3)某同学将有关测量数据填入他所设计的表格中,如下表:
次数
1
2
3
4
5
砝码盘中砝码的重力F/N
0.10
0.20
0.29
0.39
0.49
小车的加速度a/(m·s-2)
0.88
1.44
1.84
2.38
2.89
他根据表中的数据画出a-F图象(如图12).造成图线不过坐标原点的最主要原因是_________,从该图线延长线与横轴的交点可求出的物理量是_______,其大小为________.
(1)否
(2)0.88 (3)在计算小车所受的合外力时未计入砝码盘的重力(只要涉及“未考虑砝码盘质量的因素”就算正确) 砝码盘的重力 0.08N
7.[实验原理与操作]某实验小组用如图所示的实验装置和实验器材做“探究动能定理”实验,在实验中,该小组同学把砂和砂桶的总重力当作小车受到的合外力.
(1)(多选)为了保证实验结果的误差尽量小,在实验操作中,下面做法必要的是______.
A.实验前要对装置进行平衡摩擦力的操作
B.实验操作时要先放小车,后接通电源
C.在利用纸带进行数据处理时,所选的两个研究点离得越近越好
D.在实验过程中要保证砂和砂桶的总质量远小于小车的质量
(2)除实验装置中的仪器外,还需要的测量仪器有_______________.
(3)如图为实验中打出的一条纸带,现选取纸带中的A、B两点来探究“动能定理”.已知打点计时器的打点周期为T,重力加速度为g.图中已经标明了要测量的物理量,另外,小车的质量为M,砂和砂桶的总质量为m.请你把要探究的结果用题中给出的字母表达出来________.
8.某学习小组利用如图所示的实验装置探究合外力与速度的关系.一端带有定滑轮的长木板固定在水平桌面上,用轻绳绕过定滑轮及动滑轮将滑块与弹簧测力计相连.实验中改变动滑轮下悬挂的钩码个数,进行多次测量,记录弹簧测力计的示数F,并利用速度传感器测出从同一位置P由静止开始释放的滑块经过速度传感器时的速度大小v,用天平测出滑块的质量m,用刻度尺测出P与速度传感器间的距离s,当地的重力加速度大小为g,滑轮的质量都很小.
(1)实验中钩码的质量______(填“需要”或“不需要”)远小于滑块的质量.
(2)根据实验数据作出v2-F图象,下列图象中最符合实际情况的是_______.
(3)根据实验已测得数据及v2-F图象,________(填“能”或“不能”)测出滑块与长木板间的动摩擦因数.
9.[实验原理和数据处理的创新]某兴趣小组准备探究“合外力做功和物体速度变化的关系”,实验前组员们提出了以下几种猜想:
①W∝v;②W∝v2;③W∝
.
为了验证猜想,他们设计了如图11甲所示的实验装置.PQ为一块倾斜放置的木板,在Q处固定一个速度传感器(用来测量物体每次通过Q点的速度).在刚开始实验时,小刚同学提出“不需要测出物体的质量,只要测出物体初始位置到速度传感器的距离L和读出速度传感器的读数v就行了”,大家经过讨论采纳了小刚的建议.
(1)请你说明小刚建议的理由:
_______________________
(2)让物体分别从不同高度无初速度释放,测出物体初始位置到速度传感器的距离L1、L2、L3、L4、……,读出物体每次通过Q点的速度v1、v2、v3、v4、……,并绘制了如图乙所示的L-v图象.若为了更直观地看出L和v的变化关系,他们下一步应该作出_________;
A.L-v2图象B.L-
图象C.L-
图象D.L-
图象
(3)实验中,木板与物体间摩擦力________(“会”或“不会”)影响探究的结果.
10.[数据处理与误差分析]在验证机械能守恒定律的实验中,使质量m=0.30kg的重物自由下落,打点计时器在纸带上打出一系列的点,已知打点计时器每隔T=0.02s打一个点,当地的重力加速度为g=9.8m/s2.
(1)同学甲选取一条纸带如图5所示,在点迹较清晰的部分选取某点O作为起始点,图中A、B、C、D为纸带上选取的四个连续点.根据vC=
计算出C点的速度,然后利用mgh=
mv
验证机械能守恒定律,这样处理存在的错误是____________.
(2)同学乙利用同学甲的纸带测量出:
OB=15.55cm,OC=19.20cm,OD=23.23cm.根据测量数据计算重物和纸带下落的加速度a=___9.5___m/s2,进一步计算重物和纸带下落过程中所受的阻力Ff=___0.09___N.
(3)同学丙通过实验得到一条纸带,测量出了各计数点到打点计时器打下第一个点的距离h,算出了各计数点对应的速度v,以h为横轴,以
v2为纵轴画出了如图所示的图线,图线未过原点O.试分析同学丙在实验操作过程中可能出现的问题是_______.
11.[实验原理的创新——利用连接体验证]用如图所示的实验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒.m2从高处由静止开始下落,m1上拖着的纸带打出一系列的点,对纸带上的点迹进行测量,即可验证机械能守恒定律.如图给出的是实验中获取的一条纸带:
0是打下的第一个点,每相邻两计数点间还有4个点(图中未标出),所用电源的频率为50Hz,计数点间的距离如图所示.已知m1=50g、m2=150g,则:
(结果均保留两位有效数字)
(1)在纸带上打下计数点5时的速度v5=2.4___m/s;
(2)在打下第0点到打下第5点的过程中系统动能的增量ΔEk=_0.58_J,系统重力势能的减少量ΔEp=0.59_J;(取当地的重力加速度g=10m/s2)
(3)若某同学作出
v2-h图象如图所示,则当地的重力加速度g=9.7___m/s2.
1.[电表改装和电阻测量]现要测量电流表G1的内阻,给出下列器材:
电流表G1(量程5mA,内阻r1约为150Ω)
电流表G2(量程10mA,内阻r2约为100Ω)
定值电阻R1=100Ω 定值电阻R2=10Ω
滑动变阻器R3(0~200Ω)干电池E(1.5V,内阻未知)单刀单掷开关S 导线若干
(1)定值电阻选________________;
(2)如图所示,在虚线框中已画出部分实验电路设计图,请补充完整,并标明所用器材的代号;
(3)若选测量数据中的一组计算r1,所用的表达式为r1=__________,式中各符号的意义是_______________.
2.(伏伏法测电阻)用以下器材可测量电阻Rx的阻值.
待测电阻Rx,阻值约为600Ω;电源E,电动势约为6.0V,内阻可忽略不计;
电压表V1,量程为0~500mV,内阻r1=1000Ω;电压表V2,量程为0~6V,内阻r2约为10kΩ;
电流表A,量程为0~0.6A,内阻r3约为1Ω;定值电阻R0,R0=60Ω;
滑动变阻器R,最大阻值为150Ω;单刀单掷开关S一个,导线若干.
(1)测量中要求两只电表的读数都不小于其量程的
,并能测量多组数据,请在虚线框中画出测量电阻Rx的实验电路图.
(2)若选择测量数据中的一组来计算Rx,则由已知量和测量物理量计算Rx的表达式为Rx=________,式中各符号的意义是______________________.(所有物理量用题中代表符号表示)
3.(安安法) 用伏安法测定一个待测电阻Rx的阻值(阻值约为200Ω),实验室提供如下器材:
电池组E:
电动势3V,内阻不计;电流表A1:
量程0~15mA,内阻约为100Ω;
电流表A2:
量程0~300μA,内阻为1000Ω;滑动变阻器R1:
阻值范围0~20Ω,额定电流2A;
电阻箱R2,阻值范围0~9999Ω,额定电流1A;开关S、导线若干.
要求实验中尽可能准确地测量Rx的阻值,请回答下列问题:
(1)为了测量待测电阻两端的电压,可以将电流表____(填写器材代号)与电阻箱串联,并将电阻箱阻值调到_______Ω,这样可以改装成一个量程为3.0V的电压表.
(2)在图中画完整测量Rx阻值的电路图,并在图中标明器材代号.
(3)调节滑动变阻器R1,两表的示数如图所示,可读出电流表A1的示数是________mA,电流表A2的示数是________μA,测得待测电阻Rx的阻值是________.本次测量存在一定的系统误差,考虑这个原因测量值比真实值________(填“偏大”或“偏小”).
4.[半偏法测电阻](2015·新课标Ⅱ·23)电压表满偏时通过该表的电流是半偏时通过该表电流的两倍.某同学利用这一事实测量电压表的内阻(半偏法),实验室提供的器材如下:
待测电压表
(量程3V,内阻约为3000Ω),电阻箱R0(最大阻值为99999.9Ω),滑动变阻器R1(最大阻值100Ω,额定电流2A),电源E(电动势6V,内阻不计),开关2个,导线若干.
(1)虚线框内为该同学设计的测量电压表内阻的电路图的一部分,将电路图补充完整.
(2)根据设计的电路,写出实验步骤:
____________.
(3)将这种方法测出的电压表内阻记为RV′,与电压表内阻的真实值RV相比,RV′________RV(填“>”、“=”或“<”),主要理由是____________.
5.某学习小组的同学拟探究小灯泡L的伏安特性曲线,可供选用的器材如下:
小灯泡L,规格“4.0V,0.7A”;
电流表A1,量程3A,内阻约为0.1Ω;电流表A2,量程0.6A,内阻r2=0.2Ω;
电压表V,量程3V,内阻rV=9kΩ;标准电阻R1,阻值1Ω;
标准电阻R2,阻值3kΩ;滑动变阻器R,阻值范围0~10Ω;
学生电源E,电动势6V,内阻不计;开关S及导线若干.
1甲同学设计了如图5
(1)所示的电路来进行测量,当通过L的电流为0.46
A时,电压表的示数如图
(2)所示,此时L的电阻为________Ω.
②乙同学又设计了如图10a所示的电路来进行测量,电压表指针指在最大刻度时,加在L上的电压值是________V.
③学习小组认为要想更准确地描绘出L完整的伏安特性曲线,需要重新设计电路.请你在乙同学的基础上利用所供器材,在图b所示的虚线框内补画出实验电路图,并在图上标明所选器材代号.
6.(2017·课标标全国卷Ⅰ)某同学研究小灯泡的伏安特性.所使用的器材有:
小灯泡L(额定电压3.8V,额定电流0.32A);电压表
(量程3V,内阻3kΩ);电流表
(量程0.5A,内阻0.5Ω);固定电阻R0(阻值1000Ω);滑动变阻器R(阻值0~9.0Ω);电源E(电动势5V,内阻不计);开关S;导线若干.
(1)实验要求能够实现在0~3.8V的范围内对小灯泡的电压进行测量,画出实验电路原理图.
(2)实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图甲所示.
由实验曲线可知,随着电流的增加小灯泡的电阻________(填“增大”“不变”或“减小”),灯丝的电阻率________(填“增大”“不变”或“减小”).
(3)用另一电源E0(电动势4V,内阻1.00Ω)和题给器材连接成图乙所示的电路,调节滑动变阻器R的阻值,可以改变小灯泡的实际功率.闭合开关S,在R的变化范围内,小灯泡的最小功率为________W,最大功率为________W.(结果均保留2位小数)
7.(2017·全国Ⅰ卷)某同学研究小灯泡的伏安特性,所使用的器材有:
小灯泡L(额定电压3.8V,额定电流0.32A);电压表V(量程3V,内阻3kΩ);电流表A(量程0.5A,内阻0.5Ω);固定电阻R0(阻值1000Ω);滑动变阻器R(阻值0~9.0Ω);电源E(电动势5V,内阻不计);开关S;导线若干。
(1)实验要求能够实现在0~3.8V的范围内对小灯泡的电压进行测量,在虚线框内画出实验电路原理图。
(2)实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图甲所示。
由实验曲线可知,随着电流的增加小灯泡的电阻 (填“增大”“不变”或“减小”),灯丝的电阻率 (填“增大”“不变”或“减小”)。
(3)用另一电源E0(电动势4V,内阻1.00Ω)和题给器材连接成图乙所示的电路,调节滑动变阻器R的阻值,可以改变小灯泡的实际功率。
闭合开关S,在R的变化范围内,小灯泡的最小功率为 W,最大功率为 W。
(结果均保留2位小数) 答案
(2)增大 增大 (3)0.39 1.17
9.(2016·全国Ⅰ卷)现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统,要求当热敏电阻的温度达到或超过60℃时,系统报警。
提供的器材有:
热敏电阻,报警器(内阻很小,流过的电流超过Ic时就会报警),电阻箱(最大阻值为999.9Ω),直流电源(输出电压为U,内阻不计),滑动变阻器R1(最大阻值为1000Ω),滑动变阻器R2(最大阻值为2000Ω),单刀双掷开关一个,导线若干。
在室温下对系统进行调节。
已知U约为18V,Ic约为10mA;流过报警器的电流超过20mA时,报警器可能损坏;该热敏电阻的阻值随温度升高而减小,在60℃时阻值为650.0Ω。
(1)完成待调节的报警系统原理电路图的连线。
(2)电路中应选用滑动变阻器 (选填“R1”或“R2”)。
(3)按照下列步骤调节此报警系统:
①电路接通前,需将电阻箱调到一固定的阻值,根据实验要求,这一阻值为 Ω;滑动变阻器的滑片应置于 (选填“a”或“b”)端附近,不能置于另一端的原因是 。
②将开关向 (选填“c”或“d”)端闭合,缓慢移动滑动变阻器的滑片,直至 。
(4)保持滑动变阻器滑片的位置不变,将开关向另一端闭合,报警系统即可正常使用。
10.[利用
-R图象处理数据]根据闭合电路欧姆定律,用图所示电路可以测定电池的电动势和内电阻.图中R0是定值电阻,通过改变R的阻值,测出R0两端的对应电压U12,对所得的实验数据进行处理,就可以实现测量目的,根据实验数据在
-R坐标系中描出坐标点,如图7所示.已知R0=150Ω,请完成以下数据分析和处理.
(1)图中电阻为________Ω的数据点应剔除;
(2)在坐标纸上画出
-R的关系图线;
(3)图线的斜率是____(V-1·Ω-1),由此可得电池电动势Ex=____V.
11.利用如图所示的实验电路可以测量电源的电动势和内阻,其中R0是一个定值电阻,R是一个电阻箱,在闭合开关S前应使电阻箱的阻值达到最大值,闭合开关S,改变电阻箱的阻值R,测出R两端的电压U.
(1)某同学根据实验数据在建立好的坐标系中画出
图象,测得的图象是一条斜率为k,与纵轴的截距为b的直线,则电源的电动势E=____,内电阻r=____.(用k、b、R0表示).
(2)用此电路测得的电动势与实际值相比______,测得的内电阻与实际值相比____.(均选填“偏大”“偏小”或“不变”).
答案:
(1)
-R0
(2)偏小 偏小
12.[伏阻法测E、r]某同学用如图所示的电路测量两节干电池串联而成的电池组的电动势E和内阻r,R为电阻箱.干电池的工作电流不宜超过0.5A.实验室提供的器材如下:
电压表(量程0~3V,内阻约3kΩ);电阻箱(阻值范围0~999.9Ω);开关、导线若干.
(1)请根据图的电路图在图中画出连线,将器材连接成实验电路.
(2)实验时,改变电阻箱R的值,记录电压表的示数U,得到若干组R、U的数据.
根据实验数据绘出如图所示的
-
图线.由图象得出电池组的电动势E=____V,内阻r=_____Ω.
(3)关于这个实验中存在的误差以及减小误差的各种方法,下列说法正确的是( )
A.电压表的分流作用引起的误差属于偶然误差B.该同学读电压表读数引起的误差属于系统误差
C.本实验用图象法处理数据可以减小偶然误差D.如果将电压表的内阻计算在内就可以减小系统误差
13.某同学利用下列器材测量两节干电池的电动势和内阻。
A.待测干电池两节B.电压表V1、V2,量程均为0~3V,内阻很大
C.定值电阻R0(阻值未知)D.电阻箱RE.导线和开关
(1)根据如图甲所示的实物连接图,在图乙方框中画出相应的电路图;
(2)实验之前,需要利用该电路测出定值电阻R0。
先把电阻箱R调到某一阻值R1,再闭合开关,读出电压表V1和V2的示数分别为U10、U20,
则R0= (用U10、U20、R1表示)。
(3)若测得R0=1.2Ω,多次调节电阻箱R,读出相应电压表V1和V2的多组数据U1、U2,描绘出U1-U2图象如图丙所示,则两节干电池的总电动势E= V,总内阻r= Ω。
14.[实验原理的创新](2014·新课标Ⅰ)利用如图所示电路,可以测量电源的电动势和内阻,所用的实验器材有:
待测电源,电阻箱R(最大阻值为999.9Ω),电阻R0(阻值为3.0Ω),电阻R1(阻值为3.0Ω),电流表
(量程为200mA,内阻为RA=6.0Ω),开关S.
实验步骤如下:
①将电阻箱阻值调到最大,闭合开关S;
②多次调节电阻箱,记下电流表的示数I和电阻箱相应的阻值R;
③以
为纵坐标,R为横坐标,作
-R图线(用直线拟合);
④求出直线的斜率k和在纵轴上的截距b.
回答下列问题:
(1)分别用E和r表示
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