高考物理大一轮精讲课件+精讲义+优习题 11.docx
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高考物理大一轮精讲课件+精讲义+优习题11
第5讲 3－2、3－4、3－5实验
实验11：
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
如图4所示是研究电磁感应现象的实验所需的器材，用实线代替导线将带有铁芯的小螺线管A、电源、滑动变阻器和开关连接成回路Ⅰ，将灵敏电流计和大螺线管B连接成回路Ⅱ.并列举出实验中改变回路Ⅱ的磁通量，使回路Ⅱ产生感应电流的三种方式：
图4
（1）________________________________________________________________________；
（2）________________________________________________________________________；
（3）________________________________________________________________________.
答案 实物连接见解析图
（1）开关闭合（或断开）瞬间
（2）将小螺线管A插入大螺线管B瞬间（或从大螺线管B中取出瞬间）
（3）将小螺线管A插入大螺线管B中后移动滑动变阻器的滑片
解析 小螺线管A、滑动变阻器、电源、开关组成一个回路；大螺线管B与灵敏电流计组成一个闭合回路，如图所示.小螺线管A放在大螺线管B内，当小螺线管A中的电流发生变化时，大螺线管B中的磁场也发生变化，进而使通过大螺线管B的磁通量发生变化，大螺线管B与灵敏电流计组成的闭合回路中就产生了感应电流，所以采取的方式只要能够改变A中的电流就可以了.
变式1
在“探究感应电流的产生条件”的实验中，某同学的电路连线如图5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5
答案 2 3
解析 探究电磁感应现象的实验电路分两部分，电源、开关、滑动变阻器、原线圈组成闭合电路，灵敏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12：
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6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连接成闭合电路.
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6
4.总结，得出结论.
例2
（2017·浙江4月选考·21
（2））用如图7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7
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，即切割磁感线产生的感应电流大，故选项A正确，选项B、D错误.
变式2
（2018·书生中学月考）在“研究电磁感应现象”的实验中，首先按图8甲接线，以查明电流表指针的偏转方向与电流方向之间的关系.当闭合S1时，观察到电流表指针向左偏，不通电时电流表指针停在正中央.然后按图乙所示将电流表与副线圈B连成一个闭合回路，将原线圈A、电池、滑动变阻器和S2串联成另一个闭合回路.
图8
（1）S2闭合后，将螺线管A（原线圈）插入螺线管B（副线圈）的过程中，电流表的指针将________偏转.（选填“向左”“向右”或“不”）
（2）线圈A放在B中不动时，指针将________偏转.（选填“向左”“向右”或“不”）
（3）线圈A放在B中不动，将滑动变阻器的滑片P向左滑动时，电流表指针将________偏转.（选填“向左”“向右”或“不”）
答案
（1）向右
（2）不 （3）向右
解析
（1）线圈A中磁场方向向上，插入B线圈，线圈B中磁通量变大，感应电流的磁场方向向下，电流从右向左流过电流表，故电流表指针向右偏转；
（2）线圈不动，磁通量不变，无感应电流，故指针不动；
（3）线圈A中磁场方向向上，滑片向左移动，电流变大，线圈B中磁通量变大，感应电流的磁场方向向下，电流从右向左流过电流表，故电流表指针向右偏转.
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后（如图乙），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，应该接在蓄电池所在回路上
C.蓄电池的正负极接反了
D.开关接错了，应该接在B线圈所在回路上
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偏转，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13：
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、副线圈两端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
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12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12
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：
＝
.
变式6
（2018·慈溪市期末）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”的实验中：
（1）若多用电表的选择开关及学生低压电源的面板如图13所示，则多用电表的选择开关转到的位置和变压器原线圈应连接到学生低压电源的哪两个接线柱________.
A.转到位置a，接左边两个接线柱（标有“＋”“－”）
B.转到位置b，接左边两个接线柱（标有“＋”“－”）
C.转到位置a，接右边两个接线柱（标有“～”）
D.转到位置b，接右边两个接线柱（标有“～”）
图13
（2）如图14实验中，下列说法正确的是________.
图14
A.实验用控制变量法，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，可用多用电表中的直流电压表
C.原线圈接0、4接线柱，副线圈接0、8接线柱，副线圈电压约为原线圈电压的2倍
D.若没有铁芯，变压器的输入电压与输出电压之比还是等于原、副线圈匝数之比
答案
（1）D
（2）AC
实验14：
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
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15所示.
图15
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，分析产生误差的可能原因.
四、数据处理
处理数据有两种方法：
（1）公式法：
测出30次或50次全振动的时间t，利用T＝
求出周期；不改变摆长，反复测量三次，算出三次测得的周期的平均值
，然后代入公式g＝
求重力加速度.
（2）图象法：
图16
由单摆周期公式不难推出：
l＝
T2，因此，分别测出一系列摆长l对应的周期T，作l－T2图象，图象应是一条通过原点的直线，如图16所示，求出图线的斜率k＝
，即可利用g＝4π2k求得重力加速度的值.
五、注意事项
1.选择材料时摆线应选择细而不易伸长的线，比如用单根尼龙线、胡琴丝弦或蜡线等，长度一般不应短于1m.小球应选用密度较大的金属球，直径应较小，最好不超过2cm.
2.单摆悬线的上端不可随意卷在铁夹的杆上，应夹紧在铁夹中，以免摆动时发生摆线下滑、摆长改变的现象.
3.摆动时控制摆线偏离竖直方向不超过5°.
4.摆动时，要使之保持在同一个运动平面内，不要形成圆锥摆.
5.计算单摆的振动次数时，应以摆球通过平衡位置时开始计时，以摆球从同一方向通过平衡位置时进行计数，且在数“零”的同时按下停表，开始计时计数.
例4
（1）在“探究单摆周期与摆长的关系”实验中，小鑫同学用如图17甲、乙所示的装置进行实验，两图是从不同角度对该装置拍摄所得的效果图，甲图为摆球静止在平衡位置的情景，乙图为摆球振动过程中某一时刻的情景.请指出该同学的实验装置或实验操作中不当之处：
______________________（写出一点即可）.
图17
（2）在该实验中，正确测得单摆的摆线长为L，振动的周期为T，摆球直径为d，可由g＝________计算出当地的重力加速度值.
（3）在下列所给的器材中，选出本实验不需要的器材（填写器材前的编号即可）________.
A.带夹子的铁架台
B.打点计时器
C.带小孔的实心铁球
D.停表
E.长约1m的细线
F.规格完全相同的橡皮条
G.带毫米刻度的米尺
H.天平
答案
（1）摆线绕在铁杆上导致悬挂不固定、摆角太大、摆线太短（写出一点即可）
（2）
（3）BFH
解析
（1）由题图知，题中实验操作时摆线未夹紧在铁夹中，导致悬挂不固定，且摆角太大、摆线太短；
（2）由单摆的周期公式T＝2π
知，g＝
；（3）本实验利用停表测时间，不需要打点计时器，需要长约1m的不可伸长的细线，不需要橡皮条，不需要天平测质量.故不需要的器材为B、F、H.
变式7
（2018·温州市十五校联合体期末）用单摆测定重力加速度的实验装置如图18所示.关于该实验，有下列步骤：
图18
（1）测单摆周期时，为减小测量误差，应________.
A.以平衡位置作为计时起点
B.以最大位移处作为计时起点
C.可以以任意位置作为计时起点
（2）测出摆线长L，小球直径d，及单摆完成n次全振动所用的时间t，则重力加速度g＝__________.（用L、d、n、t表示）
（3）如图19所示，用游标卡尺测得小球的直径为________mm.
图19
（4）某同学在实验时忘了测量小球直径，但是改变摆线长度做了多次测量，得到多组T与L的实验数据，根据这些数据，该同学能否求得当地的重力加速度？
________.（填“能”或“不能”）
答案
（1）A
（2）
（3）20.3 （4）能
变式8
某同学在“探究单摆周期与摆长的关系”实验中，在用铁架搭建好单摆后先测量摆线的长度，其过程如下：
图20
其中悬挂最佳的是图20中的________（填甲、乙、丙），这样做的目的是________（填选项前的字母代号）.
A.保证摆动过程中摆长不变
B.可使周期测量得更加准确
C.保证摆球在同一竖直平面内摆动
某同学采用了如图21所示方法测量摆长：
图21
摆球直径用游标卡尺进行测量，测量方法和游标刻度如图22所示，则摆球的直径是_____mm.
本单摆的摆长是________m.（请注意单位，本空保留四位有效数字）
图22
答案 乙 A 14.00～14.06 0.4830～0.4845
实验15：
测定玻璃的折射率
一、实验原理
用插针法确定光路，找出跟入射光线相对应的折射光线；用量角器测出入射角θ1和折射角θ2；根据折射定律计算出玻璃的折射率n＝
.
二、实验器材
两面平行的玻璃砖、白纸、木板、大头针、量角器、刻度尺、铅笔、图钉.
三、实验步骤
1.将白纸用图钉钉在木板上.
图23
2.如图23所示，在白纸上画出一条直线aa′作为界面（线），过aa′上的一点O画出界面的法线NN′，并画一条线段AO作为入射光线.
3.把长方形玻璃砖放在白纸上，使它的长边跟aa′对齐，沿刻度尺画出玻璃砖的另一边bb′.
4.在直线AO上竖直插上两枚大头针P1、P2，透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像，调整视线方向，直到P2的像挡住P1的像.再在观察的这一侧插两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3及P1、P2的像，记下P3、P4的位置.
5.移去大头针和玻璃砖，过P3、P4所在处作直线O′B，与bb′交于O′，直线O′B就代表了沿AO方向入射的光线通过玻璃砖后的传播方向.
6.连接OO′，入射角θ1＝∠AON，折射角θ2＝∠O′ON′.用量角器量出入射角和折射角，从三角函数表中查出它们的正弦值，把这些数据记录在自己设计的表格中.
7.用上述方法分别求出入射角分别为30°、45°、60°时的折射角，查出它们的正弦值，填入表格中.
8.算出不同入射角时的比值
，最后求出在几次实验中所测
的平均值，即为玻璃砖折射率的测量值.
四、数据处理
此实验是通过测量入射角和折射角，然后查数学用表，找出入射角和折射角的正弦值，再代入n＝
中求玻璃的折射率.除运用此方法之外，还有以下处理数据的方法：
（1）在找到入射光线和折射光线以后，以入射点O为圆心，以任意长为半径画圆，分别与AO交于C点，与OO′（或OO′的延长线）交于D点，过C、D两点分别向NN′作垂线，交NN′于C′、D′点，用刻度尺量出CC′和DD′的长，如图24所示.
图24
由于sinθ1＝
，sinθ2＝
，而CO＝DO，所以折射率n＝
.重复以上实验，求得各次折射率计算值，然后求其平均值即为玻璃砖折射率的测量值.
（2）根据折射定律可得n＝
，因此有sinθ2＝
.在多次改变入射角、测量相对应的入射角和折射角正弦值基础上，以sinθ1值为横坐标、以sinθ2值为纵坐标，建立直角坐标系，如图25所示.描数据点，过数据点连线得到一条过原点的直线.求解图线斜率，设斜率为k，则k＝
，故玻璃砖折射率n＝
.
图25
五、注意事项
1.玻璃砖要厚，用手拿玻璃砖时，只能接触玻璃砖毛面或棱，严禁用玻璃砖当尺子画界面.
2.入射角应在30°到60°之间.
3.大头针要竖直插在白纸上，且玻璃砖每一侧两枚大头针P1与P2间、P3与P4间的距离应尽量大一些，以减小确定光路方向时造成的误差.
4.玻璃砖的折射光线要画准.
5.由于要多次改变入射角重复实验，所以入射光线与出射光线要一一对应编号以免混乱.
例5
在“测定玻璃的折射率”实验中，某同学经正确操作插好了4枚大头针，如图26甲所示.
图26
（1）在图乙中画出完整的光路图.
（2）对你画出的光路图进行测量和计算，求得该玻璃砖的折射率n＝________（保留三位有效数字）.
（3）为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现象，某同学做了两次实验，经正确操作插好了8枚大头针，如图27所示.图中P1和P2是同一入射光线上的2枚大头针，其对应出射光线上的2枚大头针是P3和________（选填“A”或“B”）.
图27
答案
（1）见解析图
（2）1.52（说明：
±0.03范围内都可）
（3）A
解析
（1）分别连接玻璃砖两侧的大头针所在的点并延长，与玻璃砖两平行边分别相交，标出传播方向，然后连接玻璃砖边界的两交点，即为光线在玻璃砖中的传播方向.光路图如图所示.
（2）设方格纸上正方形的边长为1，光线的入射角为θ1，折射角为θ2，
则sinθ1＝
≈0.793，
sinθ2＝
≈0.521，
所以该玻璃砖的折射率n＝
＝
≈1.52.
（3）由题图可知，光线P1P2入射到玻璃砖上时，相当于光线射到了一个三棱镜上，因此出射光线将向底边偏折，所以出射光线过P3和A.
变式9
（2017·浙江11月选考·21）在“测定玻璃的折射率”实验时，
（1）下列做法正确的是________.
A.入射角越大，误差越小
B.在白纸上放好玻璃砖后，用铅笔贴着光学面画出界面
C.实验时既可用量角器，也可用圆规和直尺等工具进行测量
D.判断像与针是否在同一直线时，应该观察大头针的头部
（2）小明同学在插针时玻璃砖的位置如图28所示，根据插针与纸上已画的界面确定入射点与出射点，依据上述操作所测得的折射率________（填“偏大”“偏小”或“不变”）.
图28
（3）小明同学经正确操作后，在纸上留下四枚大头针的位置P1、P2、P3和P4，AB和CD是描出的玻璃砖的两个边，如图29所示，请在虚线框中画出光路图.
图29
答案
（1）C
（2）偏小 （3）见解析图
解析
（1）本实验在用插针法时，角度不宜过大，否则很难确定折射角，选项A错误；不能用铅笔贴着光学面画界面，选项B错误；本实验通过n＝
求折射率，也可以通过画出两个半径一样的圆，通过sinθ＝
将角度转化为角度对边之比求折射率，选项C正确；在观察像与针是否在一条直线时，应该观察大头针底部，选项D错误.
（2）由图甲可知，此次测量的折射角偏大，导致测得的折射率偏小.
（3
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