浙江高考物理大一轮复习第十四章实验与探究第5讲加试实验学案.docx

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浙江高考物理大一轮复习第十四章实验与探究第5讲加试实验学案

第5讲　加试实验

实验13：

探究电磁感应的产生条件

一、实验原理

改变闭合回路中的磁通量，闭合回路中就可以产生感应电流，感应电流的有无可以通过连在电路中的电流表指针是否偏转来判定.

二、实验器材

蹄形磁铁、条形磁铁、导体棒、线圈（正、副各一个）、灵敏电流计、直流电源、滑动变阻器、导线、开关.

三、实验过程

1.观察导体棒在磁场中是否产生感应电流：

如图1所示，导体棒静止、左右平动、前后运动、上下运动，观察电流表指针是否偏转，记录实验现象.

图1

2.观察条形磁铁在线圈中运动是否产生感应电流：

如图2所示，N、S极分别向线圈中插入、静止、拔出，观察电流表指针是否偏转，记录实验现象.

图2

3.模仿法拉第的实验：

如图3所示，观察开关闭合瞬间、开关断开瞬间、开关闭合滑动变阻器滑片不动、开关闭合滑动变阻器滑片迅速移动时，电流表指针是否偏转，记录实验现象.

图3

例1　（多选）用如图4所示的装置做“探究产生感应电流的条件”实验，下列说法正确的是（　　）

图4

A.甲图中当磁铁静止在线圈中时，电流表的指针发生偏转

B.甲图中N极或S极插入线圈时，电流表的指针偏转方向不同

C.乙图中开关处于闭合状态，移动变阻器的滑片时指针发生偏转

D.乙图中开关处于断开状态，拔出线圈A时电流表的指针发生偏转

答案　BC

解析　题图甲中当磁铁静止在线圈中时，螺线管内磁通量不发生变化，不产生感应电流，电流表的指针不偏转，选项A错误；题图甲中N极或S极插入线圈时，电流表的指针偏转方向不同，选项B正确；题图乙中开关处于闭合状态，移动变阻器的滑片时螺线管内磁通量发生变化，产生感应电流，电流表的指针发生偏转，选项C正确；题图乙中开关处于断开状态，没有构成回路，所以不会有电流通过电流表，选项D错误.

变式1　在“探究电磁感应的产生条件”的实验中，现将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电流表及开关S按如图5所示连接，当开关S闭合瞬间，电流表指针左偏，说明B线圈产生了感应电流，开关S断开瞬间，电流表指针________（选填“会”或“不会”）偏转；当开关S闭合后，要使电流表的指针左偏，可采取的操作为______________.

图5

答案　会　滑动变阻器的滑片P向右滑动

变式2　（2017·温州市九校高三上学期期末）在“探究感应电流的产生条件”实验中，某同学的电路连线如图6所示，老师指出图中标示的1、2、3、4、5、6六根连线中有两处错误，若要求实验现象尽可能明显，则错误的连线是______与______（选填“1”、“2”、“3”、“4”、“5”或“6”）

图6

答案　2　3

解析　探究电磁感应现象实验电路分两部分，电源、开关、滑动变阻器、原线圈组成闭合电路，电流计与副线圈组成另一个闭合电路，则错误的连线是2与3.

实验14：

探究感应电流方向的规律

一、实验原理

　楞次定律.

二、实验器材

条形磁铁、灵敏电流计、线圈、导线、一节干电池（用来查明线圈中电流的流向与电流表指针偏转方向的关系）.

三、实验过程

1.按图7连接电路，闭合开关，记录G中流入的电流方向与指针偏转方向的关系.

2.记下线圈绕向，将线圈与灵敏电流计构成电路.

3.把条形磁铁N极（S极）向下插入线圈中，并从线圈中拔出，每次记录电流计中指针偏转方向，并确定电流方向，从而确定磁场方向.

图7

4.总结，形成结论.

例2　（2017·浙江4月选考·21

（2））用如图8所示的装置做“探究感应电流方向的规律”实验，磁体从靠近线圈的上方静止下落.当磁体运动到如图所示的位置时，流过线圈的感应电流方向从________（选填“a到b”或“b到a”）.在磁体穿过整个线圈的过程中，传感器显示的电流i随时间t的图象应该是________.

图8

答案　b到a　A

解析　根据楞次定律可知，流过线圈的感应电流方向从b到a，在磁体穿过整个线圈的过程中，进入时电流方向与离开时电流方向相反，排除C选项.由于离开时速度比进入时速度大，即切割磁感线的感应电流要大，故选项A正确，选项B、D错误.

变式3　如图9甲所示，开关S闭合后电流表指针由中央向左偏，当把一个线圈A和这个电流表串联起来（图乙）后，将一个条形磁铁B插入或拔出线圈时，线圈中会产生感应电流，经观察发现，电流表指针由中央位置向右偏，这说明________.

图9

A.如果磁铁的下端是N极，则磁铁正在远离线圈

B.如果磁铁的下端是S极，则磁铁正在远离线圈

C.如果磁铁的下端是N极，则磁铁正在靠近线圈

D.如果磁铁的下端是S极，则磁铁正在靠近线圈

答案　AD

变式4　小李同学在用实验探究电磁感应现象中感应电流方向所遵循的规律时，准备了下列器材：

多匝线圈、磁电式演示电表、条形磁铁、导线若干.

（1）该同学把两只相同的磁电式演示电表用导线连接起来，然后抽去刻度面板，用手指迅速轻拨其中一只表的指针，同时观察另一只电表的指针，图10甲中与事实相符的是________（选填“a”和“b”）.

图10

（2）该同学将电流表、线圈A和B、蓄电池、开关用导线连接成如图乙所示的实验电路，当她在闭合、断开开关的瞬间，电流表的指针都没有偏转，其原因____________.

A.电流表正负极接反了

B.电流表接错了，应该接在蓄电池上

C.蓄电池的正负极接反了

D.开关接错了，应该接在B线圈上

答案　

（1）b　

（2）D

解析　

（1）由于两磁电式演示电表电流方向相同，而其中一个是发电，用右手定则判断，另一个是受安培力而转动，用左手定则判定，两者指针偏转方向相反，故填b.

（2）由于A线圈回路没有电源，所以不会发生电磁感应.

实验15：

探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系

一、实验原理

原线圈通过电流时，铁芯中产生磁场，由于交变电流的大小和方向都在不断变化，铁芯中的磁场也在不断的变化，变化的磁场在副线圈中产生感应电动势，副线圈中就存在输出电压.本实验通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压与匝数的关系.

二、实验器材

两只多用电表（或两只交直流数字电压表）、学生电源（低压交流电源）、开关、可拆变压器、导线若干.

三、实验过程

1.按如图11所示连接好电路图，将两个多用电表调到交流电压挡，并记录两个线圈的匝数.

图11

2.打开学生电源，读出电压值，并记录在表格中.

3.保持匝数不变多次改变输入电压，记录下每次的两个电压值.

4.保持电压、原线圈的匝数不变，多次改变副线圈的匝数，记录下每次的副线圈匝数和对应的电压值.

5.数据记录与处理

次序

n1（匝）

n2（匝）

n1∶n2

U1（V）

U2（V）

U1∶U2

1

2

3

4

四、注意事项

1.在改变学生电源电压、线圈匝数前均要先断开开关，再进行操作.

2.为了人身安全学生电源的电压不能超过12V，不能用手接触裸露的导线和接线柱.

3.为了多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡试测，大致确定被测电压后再选用适当的挡位进行测量.

例3　（2017·浙江4月选考·21

（1））为完成“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验，必须要选用的是________.

A.有闭合铁芯的原、副线圈

B.无铁芯的原、副线圈

C.交流电源

D.直流电源

E.多用电表（交流电压挡）

F.多用电表（交流电流挡）

用匝数na＝60匝和nb＝120匝的变压器，实验测量数据如下表

Ua/V

1.80

2.80

3.80

4.90

Ub/V

4.00

6.01

8.02

9.98

根据测量数据可判断连接电源的线圈是__________（选填na或nb）

答案　ACE　nb

解析　为了完成变压器的探究，需要使用交流电源变压，故选用多用电表的交流电压挡.为了让变压效果明显需要含有闭合铁芯的原、副线圈.由于有漏磁，所以副线圈测量电压应该小于理论变压值，即nb为输入端，na为输出端.

变式5　（2016·浙江10月选考·21

（2））如图12所示，在用可拆变压器“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，下列说法正确的是________（填字母）.

图12

A.用可拆变压器，能方便地从不同接线柱上选取不同匝数的线圈

B.测量原、副线圈的电压，可用“测定电池的电动势和内阻”实验中的直流电压表

C.原线圈接0、8接线柱，副线圈接0、4接线柱，副线圈电压大于原线圈电压

D.为便于探究，先保持原线圈匝数和电压不变，改变副线圈的匝数，研究其对副线圈电压的影响

答案　AD

变式6　在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，操作步骤如下：

①将两个线圈套到可拆变压器的铁芯上；

②闭合电源开关，用多用电表的交流电压挡分别测量原线圈和副线圈两端的电压；

③将匝数较多的一组线圈接到学生电源的交流电源输出端上，另一个作为副线圈，接上小灯泡；

④将原线圈与副线圈对调，重复以上步骤.

（1）以上操作的合理顺序是________（只填步骤前数字序号）；

（2）如图13所示，在实验中，两线圈的匝数n1＝1600，n2＝400，当将n1做原线圈时，U1＝16V，副线圈两端电压U2＝4V；原线圈与副线圈对调后，当U1′＝8V时，U2′＝32V，那么可初步确定，变压器两个线圈的电压U1、U2与线圈匝数n1、n2的关系是________.

图13

答案　

（1）①③②④　

（2）＝

解析　

（1）在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，首先将两个线圈套到可拆变压器的铁芯上；再将匝数较多的一组线圈接到学生电源的交流电源输出端上，另一个作为副线圈，接上小灯泡；闭合电源开关，用多用电表的交流电压挡分别测量原线圈和副线圈两端的电压；最后将原线圈与副线圈对调，重复以上步骤.故合理的顺序是①③②④.

（2）两线圈的匝数n1＝1600，n2＝400，当将n1做原线圈时，U1＝16V，副线圈两端电压U2＝4V；当原线圈与副线圈对调后，U1′＝8V时，U2′＝32V，此时U2′为原线圈的电压，而U1′为副线圈的电压；由以上数据可得：

＝.

实验16：

探究单摆周期与摆长的关系

一、实验原理

单摆在偏角θ<5°时，摆球的运动可看做简谐运动，用累积法测出n次全振动的时间t，则算得T＝，同时量得摆线长l′和小球直径d，则单摆的摆长l＝l′＋，然后用图象法寻找周期T与摆长l的定量关系.

二、实验装置图及器材

图14

带有铁夹的铁架台、中心有小孔的金属小球，不易伸长的细线（约1米）、停表、毫米刻度尺和游标卡尺.

三、实验步骤

1.让细线的一端穿过金属小球的小孔，然后打一个比小孔大一些的线结，做成单摆.

2.把细线的上端用铁夹固定在铁架台上，把铁架台放在实验桌边，使铁夹伸到桌面以外，让摆球自然下垂，在单摆平衡位置处作上标记，如图14所示.

3.用毫米刻度尺量出摆线长度l′，用游标卡尺测出摆球的直径，即得出金属小球半径r，计算出摆长l＝l′＋r.

4.把单摆从平衡位置处拉开一个很小的角度（不超过5°），然后放开金属小球，让金属小球摆动，待摆动平稳后测出单摆完成30～50次全振动所用的时间t，计算出金属小球完成一次全振动所用时间，这个时间就是单摆的振动周期，即T＝（N为全振动的次数），反复测3次，再计算出周期的平均值＝.

5.根据单摆振动周期公式T＝2π计算重力加速度g＝.

6.改变摆长，重做几次实验，计算出每次实验的重力加速度值，求出它们的平均值，该平均值即为测得的重力加速度值.

7.将测得的重力加速度值与当地重力加速度值相比较，分析产生误差