第一篇专题八 实验 二设计性实验专题训练经典化.docx

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第一篇专题八实验二设计性实验专题训练经典化

第一篇专题八实验二、设计性实验

[基础等级评价]

1．（2010·福建高考）某实验小组研究橡皮筋伸长与所受拉力的关系．实验时，将原长约200mm的橡皮筋上端固定，在竖直悬挂的橡皮筋下端逐一增挂钩码（质量均为20g），每增挂一只钩码均记下对应的橡皮筋伸长量；当挂上10只钩码后，再逐一把钩码取下，每取下一只钩码，也记下对应的橡皮筋伸长量．根据测量数据，作出增挂钩码和减挂钩码时的橡皮筋伸长量Δl与拉力F关系的图象如图8－2－8所示．从图象中可以得出________．（填选项前的字母）

图8－2－8

A．增挂钩码时Δl与F成正比，而减挂钩码时Δl与F不成正比

B．当所挂钩码数相同时，增挂钩码时橡皮筋的伸长量比减挂钩码时的大

C．当所挂钩码数相同时，增挂钩码时橡皮筋的伸长量与减挂钩码时的相等

D．增挂钩码时所挂钩码数过多，导致橡皮筋超出弹性限度

解析：

图中两条线都不是直线，故Δl与F不成正比，A项错；比较两条曲线可知，在拉力相等时，减挂钩码时橡皮筋的伸长量大于增挂钩码时的伸长量，B、C项错，故D项正确．

答案：

D

2．（2010·安徽高考）利用图示8－2－9装置进行验证机械能守恒定律的实验时，需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度v和下落高度h.某班同学利用实验得到的纸带，设计了以下四种测量方案：

a．用刻度尺测出物体下落的高度h，并测出下落时间t，通过v＝

gt计算出瞬时速度v.

b．用刻度尺测出物体下落的高度h，并通过v＝

计算出瞬时速度v.图8－2－9

c．根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度，等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度v，并通过h＝

计算出高度h.

d．用刻度尺测出物体下落的高度h，根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度，等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度v.

以上方案中只有一种正确，正确的是________．（填入相应的字母）

解析：

在验证机械能守恒定律的实验中不能将物体下落的加速度看做g，只能把它当做未知的定值，所以正确方案只有d项．

答案：

d

3．（2010·安徽高考）在测定金属的电阻率实验中，用螺旋测微器

测量金属丝的直径，示数如图8－2－10所示，读数为________mm.

解析：

螺旋测微器的精确度为0.01mm，固定刻度读数为0.5图8－2－10

mm，可动刻度读数为11.7×0.01mm，结果为d＝0.5mm＋11.7×0.01mm＝0.617mm.

答案：

0.617（0.616～0.619）

4．（2010·山东高考）在测定金属电阻率的实验中，某同学连接电路如图8－2－11所示．闭合电键后，发现电路有故障（已知电源、电表和导线均完好，电源电动势为E）：

图8－2－11

（1）若电流表示数为零、电压表示数为E，则发生故障的是________（填“待测金属丝”“滑动变阻器”或“电键”）．

（2）若电流表、电压表示数均为零，该同学利用多用电表检查故障．先将选择开关旋至________挡（填“欧姆×100”“直流电压10V”或“直流电流2.5mA”），再将________（填“红”或“黑”）表笔固定在a接线柱，把另一支表笔依次接b、c、d接线柱．若只有滑动变阻器断路，则多用电表的示数依次是________、________、________.

解析：

若电流表示数为零，电压表示数为E，说明电压表与电源构成闭合回路，发生故障的是待测金属丝．利用多用电表检测含电源电路故障，应先将开关旋转至直流电压10V挡，再将红表笔固定在电源正极a接线柱上，若只有滑动变阻器断路，把另一支表笔接b时，多用电表示数为0；把另一支表笔接c时，多用电表示数为E；把另一支表笔接d时，多用电表示数为E.

答案：

①待测金属丝　②直流电压10V　红　0　E　E

5．（2010·江苏高考）在测量电源的电动势和内阻的实验中，由于所用电压表（视为理想电压表）的量程较小，某同学设计了如图8－2－12所示的实物电路．

图8－2－12

（1）实验时，应先将电阻箱的电阻调到________．（选填“最大值”、“最小值”或“任意值”）

（2）改变电阻箱的阻值R，分别测出阻值R0＝10Ω的定值电阻两端的电压U.下列两组R的取值方案中，比较合理的方案是________．（选填“1”或“2”）

方案编号

电阻箱的阻值R/Ω

1

400.0

350.0

300.0

250.0

200.0

2

80.0

70.0

60.0

50.0

40.0

（3）根据实验数据描点，绘出的

－R图象是一条直线．若直线的斜率为k，在

坐标轴上的截距为b，则该电源的电动势E＝________，内阻r＝________.（用k、b和R0表示）

解析：

（1）实验中电阻箱起到改变电路的总电阻和分压作用，为了确保仪器的安全，一般将电阻箱的电阻先调到最大值．

（2）由于定值电阻R0＝10Ω，若选用方案1，则电压表的示数较小，示数变化范围也很小，所以选用方案2.

（3）由题意可得E＝

（R0＋R＋r），变形为

＝

R＋

，由题意得斜率k＝

，截距b＝

，解得E＝

，r＝

－R0.

答案：

（1）最大值　

（2）2　（3）

－R0

6．（2010·安徽高考）太阳能是一种清洁、“绿色”能源．在我国上海举办的2010年世博会上，大量利用了太阳能电池．太阳能电池在有光照时，可以将光能转化为电能，在没有光照时，可以视为一个电学器件．某实验小组根据测绘小灯泡伏安特性曲线的实验方法，探究一个太阳能电池在没有光照时（没有储存电能）的I—U特性．所用的器材包括：

太阳能电池，电源E，电流表A，电压表V，滑动变阻器R，开关S及导线若干．

（1）为了达到上述目的，请将图8－2－13连成一个完整的实验电路图．

图8－2－13　　　　图8－2－14

（2）该实验小组根据实验得到的数据，描点绘出了如图8－2－14所示的I—U图象，由图8－2－14可知，当电压小于2.00V时，太阳能电池的电阻________（填“很大”或“很小”）；当电压为2.80V时，太阳能电池的电阻约为________Ω.

解析：

（1）探究I－U特性时需要多组数据，故滑动变阻器应采用分压接法．连线见答案．

（2）根据R＝

，结合I－U图可知U<2.00V时R很大；U＝2.80V时R＝

Ω＝1.0×103Ω.

答案：

（1）连线如图　

（2）很大　1.0×103（965～1040）

7．（2010·广东高考）某同学利用电压表和电阻箱测定干电池的电动势和内阻，使用的器材还包括定值电阻（R0＝5Ω）一个，开关两个，导线若干，实验原理图如图8－2－15（a）．

（1）在图8－2－15（b）的实物图中，已正确连接了部分电路，请完成余下电路的连接．

（2）请完成下列主要实验步骤：

A．检查并调节电压表指针指零：

调节电阻箱，示数如图（c）所示，读得电阻值是________；

B．将开关S1闭合，开关S2断开，电压表的示数是1.49V；

C．将开关S2________，电压表的示数是1.16V；断开开关S1.

（3）使用测得的数据，计算出干电池的内阻是________（计算结果保留两位有效数字）．

（4）由于所用电压表不是理想电压表，所以测得的电动势比实际值偏________（填“大”或“小”）．

图8－2－15

解析：

（1）如图所示

（2）由题图（c）读得电阻箱阻值为R＝20Ω；将S1闭合S2断开，电压表示数为电源电动势E＝1.49V，将S2再闭合，电压表示数为R两端电压．将电压表视为理想电表，则干路电流I＝

＝

A＝0.058A.

（3）因为I＝

，

所以r＝

－R0－R＝

Ω＝0.69Ω.

（4）若考虑电压表的内阻，则S1闭合S2断开时，电压表示数为该表两端电压小于电源电动势．

答案：

（1）见解析　

（2）A.20Ω　C．闭合　（3）0.69Ω　（4）小

8．（2009·山东高考）为了节能和环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统．光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件（照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为lx）．某光敏电阻RP在不同照度下的阻值如下表：

照度（lx）

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

电阻（kΩ）

75

40

28

23

20

18

（1）根据表中数据，请在给定的坐标系中描绘出阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点．

图8－2－16

（2）如图8－2－16所示，当1、2两端所加电压上升至2V时，控制开关自动启动照明系统．请利用下列器材设计一个简单电路，给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至1.0lx时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图．（不考虑控制开关对所设计电路的影响）

提供的器材如下：

光敏电阻RP（符号

，阻值见上表）；

直流电源E（电动势3V，内阻不计）；

定值电阻：

R1＝10kΩ，R2＝20kΩ，R3＝40kΩ（限选其中之一并在图中标出）；开关S及导线若干．

解析：

（1）光敏电阻随光照度变化的曲线如图甲所示，其特点是：

光敏电阻的阻值随光照度的增大非线性减小．

（2）当光照度降低至1.0lx时，光敏电阻的阻值为RP＝20kΩ，设计原理图如图乙所示．根据欧姆定律与

＝

即

＝

，可得R1＝10kΩ.

即与RP串联的电阻R1＝10kΩ.

答案：

（1）光敏电阻的阻值随照度变化的曲线见解析图甲，特点：

光敏电阻的阻值随照度的增大非线性减小．

（2）见解析图乙

[发展等级评价（实验一、二）]

（限时60分钟　满分100分）

1．（6分）探究力对原来静止的物体做的功与物体获得的速度的关系的实验装置如图1所示，实验主要过程如下：

图1

（1）设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W、……；

（2）分析打点计时器打出的纸带，求出小车的速度v1、v2、v3、……；

（3）作出W－v草图；

（4）分析W－v图象．如果W－v图象是一条直线，表明W∝v；如果不是直线，可考虑是否存在W∝v2、W∝v3、W∝

等关系．

以下关于该实验的说法中有一项不正确，它是________．

A．本实验设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W、…….所采用的方法是选用同样的橡皮筋，并在每次实验中使橡皮筋拉伸的长度保持一致．当用1条橡皮筋进行实验时，橡皮筋对小车做的功为W，用2条、3条、……橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、……实验时，橡皮筋对小车做的功分别是2W、3W、……

B．小车运动中会受到阻力，补偿的方法，可以使木板适当倾斜

C．某同学在一次实验中得到一条记录纸带．纸带上打出的点，两端密、中间疏．出现这种情况的原因，可能是没有使木板倾斜或倾角太小

D．根据记录纸带上打出的点，求小车获得的速度的方法，是以纸带上第一点到最后一点的距离来进行计算

解析：

小车在运动中会受到阻力作用，为了使橡皮筋的拉力做的功作为小车合外力的功，必须平衡摩擦力，放开小车以后，小车在橡皮筋的作用下开始加速运动，等到橡皮筋与小车分离以后，小车做匀速直线运动．本实验中测的速度是小车匀速运动的速度，因此研究纸带上打下的点一定是那些均匀分布的点．

答案：

D

2.（10分）（2010·阜阳质检）在通用技术课上，某小组在组装潜艇

模型时，需要一枚截面为外方内圆的小螺母，如图2所示．现需要

精确测量小螺母的内径，可选用的仪器有：

A．50等分的游标卡尺图2

B．螺旋测微器

（1）在所提供的仪器中应选用________．

（2）在测量过程中，某同学在小螺母中空部分360°范围内选取不同的位置进行多次测量取平均值的目的是______________________．

解析：

因螺旋测微器不能测量内径，故选A.选取不同位置多次测量的目的是为了减小偶然误差．

答案：

（1）A　

（2）减小实验的偶然误差

3．（12分）如图3所示为一正在测量中的多用电表表盘．

图3

（1）如果是用×10Ω挡测量电阻，则读数为________Ω.

（2）如果是用直流10mA挡测量电流，则读数为________mA.

（3）如果是用直流5V挡测量电压，则读数为________V.

答案：

（1）60　

（2）7.18　（3）3.59

4．（12分）（2010·南京模拟）某同学设计了如图4（a）所示的电路研究电源输出功率的变化情况．电源E的电动势、内电阻恒定，R1为滑动变阻器，R2、R3为定值电阻，A、V为理想电表．

图4

（1）若滑动触头P由a滑至b时，电流表A的示数一直变小，则R1和R2必须满足的关系是____________________．

（2）若R1＝6Ω，R2＝12Ω，电源内电阻r＝6Ω，当滑动触头P由a滑至b时，电源E的输出功率P随外电路总电阻R的变化关系如图（b）所示，则R3的阻值应该选择________．

A．2Ω　　　　　　　　　B．4Ω

C．6ΩD．8Ω

解析：

设滑动变阻器Pa间的电阻为Rx，则外电路总电阻R＝R3＋

，电路中的电流I＝

，A的示数一直变小，则R一直变大，即式中Rx（R2＋R1－Rx）变大，解得R1≤R2.

（2）因R1

＝4Ω，若R3＝2Ω，则外电路总电阻最大为6Ω，不会出现题图（b）的规律，A错误；同理，若R3＝6Ω或8Ω，外电路总电阻不会出现小于6Ω的情况，题图（b）的规律仍不会出现，所以只有R3＝4Ω，即B正确．

答案：

（1）R1≤R2　

（2）B

5．（14分）某同学利用DIS、定值电阻R0、电阻箱R1等实验器材测量电池a的电动势和内阻，实验装置如图5所示．实验时多次改变电阻箱的阻值，记录外电路的总电阻阻值R，用电压传感器测得端电压U，并在计算机上显示出如图6所示的1/U－1/R关系图线a.重复上述实验方法测量电池b的电动势和内阻，图5

得到图6中的图线b.

图6

（1）由图线a可知电池a的电动势Ea＝________V，内阻ra＝________Ω.

（2）若用同一个电阻R先后与电池a及电池b连接，则两电池的输出功率Pa________Pb（填“大于”、“等于”或“小于”），两电池的效率ηa________ηb（填“大于”、“等于”或“小于”）．

解析：

（1）图线与纵轴的交点表示外电路断路时的

，即

＝

＝0.5，所以Ea＝2V.

由U＝

Ea得

＝

＋

，所以图线的斜率为

，即k＝

＝

，所以ra＝

＝0.5Ω.

（2）当两外电阻相同时，由图象可知，

>

，即Ua

得Pa

＝

＋

·

可知，图线的横截距的绝对值表示内阻的倒数，故由图可知，电池内电阻ra

＝

，在两外电阻相等的情况下，有ηa>ηb.

答案：

（1）2　0.5　

（2）小于　大于

6．（14分）某同学想要了解导线在质量相同时，电阻与截面积的关系，选取了材料相同、质量相等的5卷导线，进行了如下实验：

（1）用螺旋测微器测量某一导线的直径如图7所示．读得直径d＝__________mm.

图7

（2）该同学经实验测量及相关计算得到如下数据：

电阻R（Ω）

121.0

50.0

23.9

10.0

3.1

导线直径d（mm）

0.801

0.999

1.201

1.494

1.998

导线截面积S（mm2）

0.504

0.784

1.133

1.753

3.135

请你根据以上数据判断，该种导线的电阻R与截面积S是否满足反比关系？

若满足反比关系，请说明理由；若不满足，请写出R与S应满足的关系．

（3）若导线的电阻率ρ＝5.1×10－7Ω·m，则表中阻值为3.1Ω的导线长度l＝________m（结果保留两位有效数字）．

解析：

R＝ρ

，则l＝

，查表知R＝3.1Ω时S＝3.135mm2，把数据代入上式解得l≈19m.

答案：

（1）1.200　

（2）不满足，R与S2成反比（或RS2＝常量）　（3）19

7．（16分）（2010·黄山模拟）在“用电流表和电压表测电池的电动势和内电阻”的实验中，提供的器材有：

A．干电池一节

B．电流表（量程0.6A）

C．电压表（量程3V）

D．开关S和若干导线

E．滑动变阻器R1（最大阻值20Ω，允许最大电流1A）

F．滑动变阻器R2（最大阻值300Ω，允许最大电流0.5A）

G．滑动变阻器R3（最大阻值1000Ω，允许最大电流0.1A）

（1）①按如图8甲所示电路测量干电池的电动势和内阻，滑动变阻器应选________（填写代号）．

②为使测量尽可能精确，用笔画线代替导线将如图乙所示的实物图连接成实验电路（已连接了部分线），要求变阻器的滑动触头滑至最右端时，其使用电阻值最大．

图8

（2）实验步骤：

①按实验要求连接好电路，闭合开关前把变阻器的滑动触头滑至一端，使接入电阻的阻值最大．

②闭合开关，调节滑动变阻器，使________的指针有明显偏转，读取________和________的示数．用同样方法测量多组数据．

③断开开头，整理好器材．

④数据处理．

（3）将实验测得的数据标在如图丙所示的坐标图中，请作出U－I图线，由此求得待测电池的电动势E＝________V，内电阻r＝______Ω.（结果保留三位有效数字）

解析：

（1）干电池所允许最大电流一般小于等于0.6A，电动势1.5V，所以电路电阻几十欧姆即可，再考虑操作的方便，滑动变阻器选择R1.注意分析滑动变阻器对电路的控制情况．电路的实物连接是必须掌握的技能．

（2）读取合适的电路电流（电流表）和电路外电压（电压表），作U－I图线，根据图象处理实验数据．

（3）电源的U－I图线中，纵轴截距为断路电压（等于电源电动势），横轴截距表示短路电流（I＝

）．画线时必须画直线并且让尽可能多的点落在直线上、直线两侧的点尽可能一样多、个别远的点可以不考虑．

答案：

（1）①E（或R1）　②如图甲　

（2）②电流表　电流表　电压表　（3）如图乙　1.50　1.88[E：

1.47～1.50（V），r：

1.80～1.88（Ω）均算对]

8．（16分）青岛奥运会帆船赛场采用风力发电给蓄电池充电，

为路灯提供电能．用光敏电阻作为传感器控制路灯电路的开关，

实现自动控制．光敏电阻的阻值随照射光的强弱而变化，作为

简化模型，可以近似认为，照射光较强（如白天）时电阻几乎为0；

照射光较弱（如黑天）时电阻接近于无穷大．利用光敏电阻作为传图9

感器，借助电磁开关，可以实现路灯自动在白天关闭，黑天打开．电磁开关的内部结构如图9所示.1、2两接线柱之间是励磁线圈，3、4两接线柱分别与弹簧片和触点连接．当励磁线圈中电流大于50mA时，电磁铁吸合铁片，弹簧片和触点分离，3、4断开；电流小于50mA时，3、4接通．励磁线圈中允许通过的最大电流为100mA.

（1）利用以下器材设计一个自动控制路灯的电路，画出电路原理图．

光敏电阻R1，符号

灯泡L，额定功率40W，额定电压36V，符号⊗

保护电阻R2，符号

电磁开关，符号

蓄电池E，电压36V，内阻很小；开关S，导线若干．

（2）回答下列问题：

①如果励磁线圈的电阻为200Ω，励磁线圈允许加的最大电压为________V，保护电阻R2的阻值范围为________．

②在有些应用电磁开关的场合，为了安全，往往需要在电磁铁吸合铁片时，接线柱3、4之间从断开变为接通．为此，电磁开关内部结构应如何改造？

请结合本题中电磁开关内部结构图说明．

答：

____________________________________________________________________.

③任意举出一个其他的电磁铁应用的例子．

________________________________________________________________________.

解析：

（1）要使光敏电阻能够对电路进行控制，且有光照时

路灯熄灭，光敏电阻应与1、2串联，3、4与路灯串联，则

电路图如图所示．

（2）①由U＝IR得励磁线圈允许加的最大电压为U＝ImR＝

0.1×200V＝20V；依据允许通过励磁线圈的电流最大值和最小值计算得R2min＝

Ω＝160Ω，R2max＝

Ω＝320Ω，因此保护电阻R2的阻值范围为160Ω～320Ω；

②把触点从弹簧片右侧移到弹簧片左侧，保证当电磁铁吸合铁片时，3、4之间接通；不吸合时，3、4之间断开．

③电磁起重机．

答案：

（1）电路原理图见解析

（2）①20　160Ω～320Ω

②把触点从弹簧片右侧移到弹簧片左侧，保证当电磁铁吸合铁片时，3、4之间接通；不吸合时，3、4之间断开

③电磁起重机