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階段訓(xùn)練(五)　物理實(shí)驗(yàn) (時(shí)間:45分鐘　滿分:100分) 1.(18分)(2018天津卷)某研究小組做驗(yàn)證力的平行四邊形定則的實(shí)驗(yàn),所用器材有方木板一塊,白紙,量程為5 N的彈簧測力計(jì)兩個(gè),橡皮條(帶兩個(gè)較長的細(xì)繩套),刻度尺,圖釘(若干個(gè))。 (1)具體操作前,同學(xué)們提出了如下關(guān)于實(shí)驗(yàn)操作的建議,其中正確的有　　　　。 A.橡皮條應(yīng)和兩繩套夾角的角平分線在一條直線上 B.重復(fù)實(shí)驗(yàn)再次進(jìn)行驗(yàn)證時(shí),結(jié)點(diǎn)O的位置可以與前一次不同 C.使用測力計(jì)時(shí),施力方向應(yīng)沿測力計(jì)軸線;讀數(shù)時(shí)視線應(yīng)正對測力計(jì)刻度 D.用兩個(gè)測力計(jì)互成角度拉橡皮條時(shí)的拉力必須都小于只用一個(gè)測力計(jì)時(shí)的拉力 (2)該小組的同學(xué)用同一套器材做了四次實(shí)驗(yàn),白紙上留下的標(biāo)注信息有結(jié)點(diǎn)位置O、力的標(biāo)度、分力和合力的大小及表示力的作用線的點(diǎn),如下圖所示。其中對于提高實(shí)驗(yàn)精度最有利的是　　　。 2.(20分)用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。實(shí)驗(yàn)所用的電源為學(xué)生電源,輸出電壓為6 V的交流和直流兩種電流。重錘從高處由靜止開始落下,重錘上拖著的紙帶通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出一系列的點(diǎn),對紙帶上的點(diǎn)跡進(jìn)行測量,已知重力加速度為g,即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。 甲 (1)下面列舉了該實(shí)驗(yàn)的幾個(gè)操作步驟: A.按照圖示的裝置安裝器件 B.將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到電源的直流輸出端上 C.用天平測量出重錘的質(zhì)量 D.先釋放紙帶,然后接通電源開關(guān)打出一條紙帶 E.測量打出的紙帶上某些點(diǎn)之間的距離 F.根據(jù)測量的結(jié)果計(jì)算重錘下落過程中減少的重力勢能在誤差范圍內(nèi)是否等于增加的動(dòng)能 其中沒有必要或操作不恰當(dāng)?shù)牟襟E是　　　　　　(填寫選項(xiàng)對應(yīng)的字母)。 (2)如圖乙所示是實(shí)驗(yàn)中得到的一條紙帶,將起始點(diǎn)記為O,并在離O點(diǎn)較遠(yuǎn)的任意點(diǎn)依次選取6個(gè)連續(xù)的點(diǎn),分別記為A、B、C、D、E、F,量出與O點(diǎn)的距離分別為h1、h2、h3、h4、h5、h6,使用交變電流的周期為T,設(shè)重錘質(zhì)量為m,則在打E點(diǎn)時(shí)重錘的動(dòng)能為　　　　　,在打O點(diǎn)和E點(diǎn)這段時(shí)間內(nèi)的重力勢能的減少量為　　　　　　。 乙 (3)在本實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),重錘減少的重力勢能總是　　　　(選填“大于”或“小于”)重錘增加的動(dòng)能,主要是因?yàn)樵谥劐N下落過程中存在著阻力的作用,為了測定阻力大小,可算出(2)問中紙帶各點(diǎn)對應(yīng)的速度,分別記為v1至v6,并作vn2-hn圖象,如圖丙所示,直線斜率為k,則可測出阻力大小為　　　　　　　　　　　。 丙 3.(16分)下圖是用來驗(yàn)證動(dòng)量守恒的實(shí)驗(yàn)裝置,彈性球1用細(xì)線懸掛于O點(diǎn),O點(diǎn)下方桌子的邊緣有一豎直立柱。調(diào)節(jié)懸點(diǎn),使彈性球1靜止時(shí)恰與立柱上的球2右端接觸且兩球等高。將球1拉到A點(diǎn)靜止,同時(shí)把球2放在立柱上。釋放球1,當(dāng)它擺到懸點(diǎn)正下方時(shí)與球2發(fā)生對心碰撞,后球1向左擺最遠(yuǎn)可到B點(diǎn),球2落到水平地面上的C點(diǎn)。測出有關(guān)數(shù)據(jù)即可驗(yàn)證1、2兩球碰撞時(shí)動(dòng)量守恒?，F(xiàn)已測出A點(diǎn)離水平桌面的距離為a、B點(diǎn)離水平桌面的距離為b,C點(diǎn)與桌子邊緣間的水平距離為c,立柱高h(yuǎn)。此外: (1)還需要測量的物理量有 　　　　　　　　　。 (2)根據(jù)測量的數(shù)據(jù),驗(yàn)證該實(shí)驗(yàn)動(dòng)量守恒的表達(dá)式為　　　　　　　　　　　　　　。(忽略小球的大小) 4.(23分)為了測量某電池的電動(dòng)勢E(約為3 V)和內(nèi)阻r,可供選擇的器材如下: A.電流表G1(0~2 mA,內(nèi)阻為100 Ω) B.電流表G2(0~1 mA,內(nèi)阻未知) C.電阻箱R1(0~99.9 Ω) D.電阻箱R2(0~9 999.9 Ω) E.滑動(dòng)變阻器R3(0~10 Ω　1 A) F.滑動(dòng)變阻器R4(0~1 000 Ω　10 mA) G.定值電阻R0(800 Ω　0.1 A) H.待測電池 I.導(dǎo)線、開關(guān)若干 (1)采用如圖甲所示的電路,測定電流表G2的內(nèi)阻,得到電流表G1的示數(shù)I1、電流表G2的示數(shù)I2如下表所示: I1/mA 0.40 0.81 1.20 1.59 2.00 I2/mA 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 根據(jù)測量數(shù)據(jù),請?jiān)趫D乙坐標(biāo)中描點(diǎn)作出I1-I2圖線,由圖線可得出電流表G2的內(nèi)阻等于　　　　　Ω。 (2)某同學(xué)在現(xiàn)有器材的條件下,要測量該電池的電動(dòng)勢和內(nèi)阻,采用了圖丙的電路,若把電流表G2改裝成量程為0~3 V的電壓表,則電阻箱②該調(diào)到　　　Ω。把電流表G1改裝成量程為0~0.5 A的電流表,則電阻箱①該調(diào)到　　　Ω(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。 (3)以G2示數(shù)I2為縱坐標(biāo),G1示數(shù)I1為橫坐標(biāo),作出I2-I1圖象如圖丁所示,結(jié)合圖象可得出電源的電動(dòng)勢為　　　　V,電源的內(nèi)阻為　　　Ω。(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字) 5.(23分)某同學(xué)發(fā)現(xiàn)很多資料中提到的二極管正接電阻均是某一定值,而他又注意到教材中寫到二極管是非線性元件,它的電阻與通過電流的大小有關(guān)。他為了探求真知,找來一個(gè)LED藍(lán)光二極管: (1)他首先利用多用電表對它的正向電阻進(jìn)行粗略測量,如圖甲所示,下列說法正確的是　　　　。 甲 A.歐姆表的表筆A、B應(yīng)分別接二極管的C、D端 B.雙手捏住兩表筆金屬桿,測量值將偏大 C.若采用“100”擋測量時(shí),發(fā)現(xiàn)指針偏角過大,應(yīng)換“10”擋,且要重新進(jìn)行歐姆調(diào)零 D.若采用“10”擋測量時(shí),發(fā)現(xiàn)指針位于刻度“15”與“20”的正中央,測量值應(yīng)略大于175 Ω (2)為了正確描繪出該二極管正接時(shí)的伏安特性曲線,可供選擇的器材如下: 直流電源E:(電動(dòng)勢為3 V,內(nèi)阻不計(jì)) 電流傳感器mA:(量程-10 mA~+10 mA,相當(dāng)于理想電流表,能較為精確地測出通過二極管的電流) 電壓表V:(量程0~1 V,內(nèi)阻為1 kΩ) 定值電阻R0:阻值為2 kΩ 滑動(dòng)變阻器R1:(0~10 Ω) 滑動(dòng)變阻器R2:(0~1 000 kΩ) 開關(guān)、導(dǎo)線若干 ①實(shí)驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器應(yīng)選　　　　(選填“R1”或“R2”)。 ②請?jiān)趫D乙方框中畫出實(shí)驗(yàn)電路原理圖。 乙 丙 ③實(shí)驗(yàn)記錄的8組數(shù)據(jù)如下表所示,其中7組數(shù)據(jù)的對應(yīng)點(diǎn)已經(jīng)標(biāo)在圖丙的坐標(biāo)紙上,請標(biāo)出余下一組數(shù)據(jù)的對應(yīng)點(diǎn),并畫出I-U圖象。 I/mA 0 0.10 0.31 0.61 0.78 1.20 3.10 5.00 U/V 0 0.61 0.96 1.52 2.03 2.35 2.64 2.75 ④由所繪制圖象可知,他選用的LED藍(lán)光二極管是　　　　　(選填“線性”或“非線性”)電學(xué)元件。 答案： 1.答案 (1)BC　(2)B 解析 (1)做驗(yàn)證力的平行四邊形定則實(shí)驗(yàn)時(shí),橡皮條和兩繩套夾角的角平分線沒有必要在一條直線上,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;在同一次實(shí)驗(yàn)中要保持橡皮條結(jié)點(diǎn)O在同一位置,但為了尋找普遍規(guī)律重復(fù)實(shí)驗(yàn)(或不同實(shí)驗(yàn)小組實(shí)驗(yàn))時(shí),結(jié)點(diǎn)O的位置可以不同,選項(xiàng)B正確;由彈簧測力計(jì)的使用規(guī)則可知選項(xiàng)C正確;合力與分力的大小關(guān)系不確定,實(shí)驗(yàn)中沒有必要使兩個(gè)測力計(jì)拉橡皮條時(shí)拉力小于只用一個(gè)測力計(jì)時(shí)的拉力,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 (2)A、D圖中選擇的力的標(biāo)度太大,不方便作圖,并且A圖中表示力的作用線的點(diǎn)離結(jié)點(diǎn)O太近,不利于確定力的方向,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;C圖中實(shí)驗(yàn)時(shí)彈簧測力計(jì)的示數(shù)太小,作圖誤差較大,不利于總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論,選項(xiàng)C錯(cuò)誤。故只有選項(xiàng)B最符合題意。 2.答案 (1)BCD (2)m(h6-h4)28T2　mgh5 (3)大于　mg-k2 解析 (1)沒有必要或操作不恰當(dāng)?shù)牟襟E是BCD。B項(xiàng)應(yīng)將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到電源的交流輸出端上;C項(xiàng)沒有必要用天平測量出重錘的質(zhì)量;D應(yīng)為先接通電源,再釋放紙帶,打出一條紙帶。(2)打E點(diǎn)的速度為vE=h6-h42T,動(dòng)能Ek=12mh6-h42T2=m(h6-h4)28T2;重力勢能減少量ΔEp=mgh5。(3)因?yàn)樵谥劐N下落過程中存在著阻力的作用,重錘減少的重力勢能總是大于重錘增加的動(dòng)能;即Ff hn=mghn-12mvn2,解之得Ff=mg-mvn22hn=mg-vn22hn=mg-k2。 3.答案 (1)彈性球1、2的質(zhì)量m1和m2,桌面離水平地面的高度H (2)2m1a-h=2m1b-h+m2cH+h 解析 (1)要驗(yàn)證動(dòng)量守恒必須知道兩球碰撞前后的動(dòng)量,所以要測量1、2兩個(gè)小球的質(zhì)量,計(jì)算碰撞前后兩小球的速度。根據(jù)彈性球1碰撞前后的高度a和b,由機(jī)械能守恒定律可以求出碰撞前后的速度,只要測出桌面高H,根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律就可以求出彈性球2碰撞后的速度,故需要測量彈性球1、2的質(zhì)量m1和m2,桌面離水平地面的高度H。 (2)小球1從A處下擺過程只有重力做功,根據(jù)機(jī)械能守恒定律,有m1g(a-h)=12m1v12得v1=2g(a-h) 碰撞后小球1上升到最高點(diǎn)的過程中,有m1g(b-h)=12m1v22 得v2=2g(b-h) 碰撞后小球2做平拋運(yùn)動(dòng), 運(yùn)動(dòng)時(shí)間t=2(H+h)g 得小球2碰后速度v3=xt=cg2(H+h) 所以該實(shí)驗(yàn)中動(dòng)量守恒的表達(dá)式為m1v1=m2v3+m1v2 即m12g(a-h)=m12g(b-h)+m2cg2(H+h) 得2m1a-h=2m1b-h+m2c1H+h 4.答案 (1)如解析圖所示　200　(2)2 800 0.40　(3)2.7　8.6 解析 (1)描點(diǎn)作出I1-I2圖線如圖所示,從表格中的數(shù)據(jù)看,I1與I2成正比。圖線為過原點(diǎn)的直線,電流表G2和電流表G1并聯(lián),電流之比就是內(nèi)阻的反比。如圖,I1I2=2,電流表G1的內(nèi)阻是100 Ω,所以電流表G2的內(nèi)阻等于200 Ω。 (2)因?yàn)殡娏鞅鞧2量程為0~1 mA,內(nèi)阻為200 Ω,把它改裝成0~3 V的電壓表時(shí),電流表上的電壓為0.2 V,故串聯(lián)的電阻上的電壓為2.8 V,電阻箱②該調(diào)到電阻的大小為R2=2 800 Ω。若將G1改裝成0~0.5 A的電流表,則R1=210-31000.5-210-3 Ω=0.40 Ω。 (3)根據(jù)閉合電路歐姆定律應(yīng)有:E=I2(r2+R2)+I1r1+I1r1R1+I1r,整理可得:I2=Er2+R2-I1(r1+r1rR1+r)r2+R2,結(jié)合圖象斜率和截距的概念應(yīng)有:Er2+R2=0.910-3,E=2.7 V,r1+r1rR1+rr2+R2=34,r=8.6 Ω。 5.答案 (1)AC　(2)①R1?、谝娊馕鰣D甲?、垡娊馕鰣D乙?、芊蔷€性 解析 (1)由于歐姆表的A表筆內(nèi)部接電源的正極,故歐姆表的表筆A、B應(yīng)分別接二極管的C、D端,選項(xiàng)A正確;由于人體是導(dǎo)體,雙手捏住兩表筆金屬桿,測量值將偏小,故B錯(cuò)誤;若采用“100”擋測量時(shí),發(fā)現(xiàn)指針偏角過大,故為使指針指中央刻度附近,則應(yīng)換“10”擋,且要重新進(jìn)行歐姆調(diào)零,選項(xiàng)C正確;歐姆表刻度是左密右疏,選擇“10”擋測量時(shí)發(fā)現(xiàn)指針位于15與20正中間,即測量值小于175 Ω,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。故選A、C。(2)①實(shí)驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器應(yīng)選阻值較小的R1;②電路圖如圖甲所示: 甲 ③如圖乙所示: 乙 ④由所繪制圖象可知,他選用的LED藍(lán)光二極管是非線性電學(xué)元件。