卷库资源初中物理典型易错题解析之物理实验设计开放题.docx
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卷库资源初中物理典型易错题解析之物理实验设计开放题
初中物理典型易错题解析
高垚骏（安徽宣城）
物理实验设计开放题
【习题1】一根长1m左右、粗细均匀的细木棒，一个已知质量为m的钩码，一把刻度尺，还有一些细绳和一支铅笔。
只用这些器材如何测出这根细木棒的质量。
写出实验步骤，导出计算木棒质量的公式。
【答案】实验步骤：
（1）用刻度尺找出木棒重心，用铅笔做出标记；
（2）用细线系住木棒，一处做支点；
（3）用细线系住钩码套在木棒上；
（4）调节钩码或支点的位置使木棒平衡；
（5）用刻度尺分别量出支点到木棒重心及支点到系钩码细线的距离L1、L2。
木棒质量为ML2m/L1
【习题2】用刻度尺、弹簧秤、长方体铁块、烧杯测液体的密度，写出实验步骤及计算液体密度的方法。
【答案】实验步骤：
①用刻度尺测出规则铁块的长a、宽b、高c，则V=abc；②用弹簧秤称出铁块的重力G；③用弹簧秤拉着铁块并把铁块浸没入待测液体中，记下弹簧秤的示数G'，则铁块受到的浮力＝
【习题3】假如由你来设计一座用大理石建造的纪念碑时，你需要考虑这座纪念碑对地面的压强大约有多大，那么，你应该依据什么原理，收集哪些数据来进行估测?
【答案】根据：
压强公式P=F／S=ρgh收集的资料：
纪念碑的高度，大理石的密度ρ。
【习题4】设计一个实验如何辨别生鸡蛋和熟鸡蛋?
【答案】用力让两个鸡蛋在光滑的水平面上转动，生鸡蛋内部是液态的，外壳转动起来，而内部的液态，由于惯性还保持静止，所以很快停止转动；而熟鸡蛋是固态，转动时内外速度一致，所以就能转动较长时间才停下来。
【习题5】有一位中学生在实验室用一个没有砝码的自制等臂天平和一个自制的量筒以及细沙、水等简易器材测出一块矿石密度，你认为他是如何测矿石密度的，简要叙述实验过程。
【答案】实验步骤：
（1）平衡盛水容器。
在天平的一个盘里放盛水容器（可以用量筒），在另一盘内加沙子至天平平衡。
（2）测矿石质量。
在放沙的盘内放上矿石，在容器内加水，直至天平再平衡，此时m水=m石。
用量筒测出m水的体积，并求得m水的大小，即得矿石质量m石的大小。
（3）测矿石体积，求密度。
用量筒根据排水法测得矿石的体积V石，可求得矿石的密度
【习题6】利用身边的刻度尺、平面镜、水、弹簧秤等器材及浮力、电流热效应等知识，可以对一只电灯有哪些联想与设想?
【答案】
（1）灯一平面镜、镜前灯；
（2）灯一水、浴室灯（浴霸）；（3）灯一浮力、航标灯；（4）灯一弹簧秤、夜间使用的弹簧秤。
【习题7】设计两种测量牛奶密度的方法，所需器材请在以下提供的器材中选择。
器材：
天平（含砝码）、刻度尺、两端开口的直玻璃管（一端扎有橡皮膜）、烧杯（无刻度）、适量的水、足量的牛奶、细线。
要求：
写出每种方法所选择的器材、测量步骤、所测量的物理量，并用所测量的物理量写出牛奶密度的表达式。
【答案】方法一：
器材：
天平、烧杯、适量的水、牛奶、细线。
步骤：
①用调好的天平测烧杯质量m；②在烧杯中倒入适量的水。
用细线在水面处作标记，用天平测出烧杯和牛奶的总质量m1；③倒出水擦干烧杯，再往烧杯内倒入牛奶至标记处，用天平测出烧杯和水的总质量m2，
方法二：
器材：
刻度尺、一端扎有橡皮薄膜的玻璃管、烧杯、牛奶、适量的水。
步骤：
①在管内倒入一定深度的牛奶；②将管竖直放入水中，待橡皮薄膜水平时，用刻度尺量出管底到牛奶面和水面的深度分别为h1、h2。
【习题8】小明在他家的苹果园里，用所学的知识测量苹果的密度，他所能利用的器材有自制的弹簧秤及盛有水的水桶、塑料水瓢、细塑料绳和塑料袋（质量不计）。
请你写出他可能采用的实验步骤及苹果密度表达式的推导过程。
【答案】方法一：
①用弹簧秤测出苹果在空气中的重量G：
②将挂在弹簧秤下的苹果浸没在水中，测出苹果在水中的重量G’。
方法二：
①用弹簧秤测出苹果在空气中的重量G；②将苹果浸没在盛满水的水瓢中，并将排开的水接入塑料袋；③用弹簧秤测出塑料袋中的水重G水。
【习题9】在下列器材中：
弹簧秤、直尺、量筒、水、烧杯、细线，选择一定的器材测一块正方体小木块的密度（小木块可放入量筒内）。
要求提出两种测量方法并写出：
（1）所需的器材。
（2）简要的实验步骤（包括要测量的物理量及符号）。
（3）计算木块密度的表达式。
【答案】方法一：
所需器材有弹簧秤、直尺、小木块、细线。
实验步骤：
①用直尺量出木块的边长a，求V=a3；②用细线系住小木块；③用弹簧秤称出木块重G，求出m=G/g；④求出小木块的密度。
方法二：
所需器材有直尺、量筒、水、烧杯、细线、小木块。
实验步骤：
①用直尺测出小木块的边长a，求出V=a3；②用细线系住小木块；③在量筒中倒入适量的水，记下水的体积V1；④把小木块慢慢放入量筒水中，待小木块静止后，记下水的体积V2；⑤求出小木块的密度。
方法三：
所需器材有烧杯、直尺、水、小木块。
实验步骤：
①用直尺测出小木块的边长a，求出V=a3；②把小木块浸入水中平衡后，测木块浸入水中的深度h；③求出小木块的密度。
【习题10】给你一个大容器和足量的水、两块三角板、一把刻度尺、一把弹簧秤、一个金属圆柱体、细线若干。
请你说出利用上述器材测定金属圆柱体密度的两种不同方法。
要求：
（1）写出用什么仪器测什么物理量，并用符号表示测出的物理量。
．
（2）写出圆柱体密度的最后计算式。
【答案】方法一：
用弹簧秤测出圆柱体物重G，用三角板、刻度尺测出圆柱体高h、直径d，圆柱体密度。
方法二：
用弹簧秤测出圆柱物重G，用细绳系着圆柱体挂在弹簧秤下面，让圆柱体浸没水中，读出弹簧秤示数F，有F浮=G—F=ρ水gV，圆柱密度
【习题11】请完成下列设计性实验报告。
实验报告
实验器材
小石块、弹簧秤、细线、半烧杯水、半烧杯待测液体
实验原理
实验步骤
（1）
（2）
（3）
实验记录
略
实验结论（要求有明晰的推导过程）
【答案】实验原理：
阿基米德原理。
实验步骤：
（1）用细线将小石块拴好，挂在弹簧秤的挂钩上，测出小石块在空气中受到的重力G；
（2）将小石块全部浸没在水中，测量石块浸没在水中弹簧秤的读数F；（3）将小石块全部浸没在待测液体中，测量石块浸没在待测液体中的读数F'。
（3）测量中，小石块不能与容器底相接触；（4）测量中，水和待测液体至少能将小石块全部浸没。
【习题12】现给你一只量杯、一根细玻璃棒、一只密度计、足量的盐和水，只用上述器材要求测出一只鸡蛋的质量。
（1）简要说明测量的主要步骤和需要测量的物理量。
（2）用测量的量写出计算鸡蛋质量的表达式。
【答案】
（1）①先在量杯中放适量水，读出水的体积V1；②把鸡蛋慢慢浸没在量杯的水中，读出这时杯中水的体积V2，则V蛋=V2-V1；③往量杯中加入盐并用细玻璃棒不断搅拌，直到鸡蛋恰好悬浮；④用密度计测出此时盐水的密度，即为鸡蛋的密度。
（2）m=ρ蛋V蛋=ρ液（V2-V1）
【习题13】现有量筒、小刀、烧杯、刻度尺、水槽各一个，一根足够长的橡皮筋和足量的水，请利用上述器材测出一个萝卜的密度。
要求：
写出主要的实验步骤，并用符号表示所测量的质量及最后萝卜密度的表达式。
【答案】将萝卜样品放到烧杯底部中间，使烧杯直立浮于装有适量水的水槽中，在烧杯外壁与水相平处用橡皮筋扎一个圈做标记，取出样品，再向杯中缓缓倒水，待杯外水面与标记处相平为止，将杯中水倒入量筒中，测出体积，再算出质量，即为萝卜样品的质量。
【习题14】某校太阳能科技活动小组用口径为1m的铁锅，将内壁贴上表面光亮的铝箔制成太阳灶，把太阳灶正对着太阳，太阳灶能将照射到它上面的光和热集中在灶前某处。
在该处放一只盛水铝壶，就可以给壶中的水加热。
在晴朗的日子里实验小组将太阳灶正对着太阳，铝壶中装入2．5kg的水，并在水中插入温度计，实验时每隔3min测量一次水的温度，每隔l0min调整一次太阳灶的方向使它正对太阳，每次实验都是以中午12时开始到水沸腾为止，应用所学的知识和表中的数据回答下列问题：
日期
0
3
6
9
12
15
18
21
24
27
30
33
5月10日
26.5
36．0
45.0
53.5
61.5
69.0
75.5
81.5
87.0
92.0
95
95
5月21日
28.5
38.0
48.0
57.5
66.5
74.0
80.5
86.5
92.0
96.5
96.5
6月8日
30.5
41.5
51.5
61.0
70.0
78.5
85.5
91.5
96.0
96.0
（1）太阳通过__________的方式将热能传递到地球（填“传导”、“对流”或“辐射”）。
（2）每次实验中水沸腾时的温度都未达到100℃，表明该地的大气压__________1标准大气压。
（填“大于”、“等于”或“小于”）
（3）分析表中的数据可知，水的升温特点是“低快高慢”，这是因为__________。
【分析】太阳传热到地球的方式是辐射，本题还考查了气压与沸点的关系，一般气压升高，沸点升高，反之沸点降低。
由表中数据分析并处理可以发现其中数值在低温段与高温段所需加热时间不同。
【答案】
（1）辐射。
（2）小于。
（3）水温越高，散热越快。
【习题15】给你一块电流表、一组电池组、一个定值电阻、两个开关来测定一个未知电阻Rx（导线若干），请用两种方法设计实验电路图，并简要说明实验步骤。
【答案】方法一：
按电路图所示连好电路，先把电流表接到R0支路，测出R0支路电流I0，再把电流表接到Rx支路，测出Rx支路电流Ix，。
方法二：
按电路图所示连好电路，只闭合S，读出电流表示数I，同时闭合S、S2读出电流表示数I'，
【习题16】给你一块电压表、一组电池组、一个定值电阻、两个开关来测定一个未知电阻R（导线若干），请用两种方法设计实验电路图，并简要说明实验步骤。
【答案】方法一：
按照电路图所示连好电路，用电压表测出R0两端的电压V0，再用电压表测出R两端电压Ux，
方法二：
按照电路图所示连好电路，当闭合S1、S2时，电压表的示数为U，此时Rx被短路，U为电源电压；只闭合S1电压表示数为U。
，
【习题17】如图所示，图甲是一单刀双掷开关的实物图，它的符号如图乙所示，图丙是单刀双掷开关对电路控制作用的一个实例，当S与“1”接触时，灯泡El发光；当S与“2”接触时，灯泡E2发光。
现有如下器材：
一个电源（两极间电压保持不变，但电压数值未知）、一个电阻箱（用R0表示）、一个待测电阻Rx、一块电压表（最大量程大于电源两极间电压）、一个单刀双掷开关、导线若干。
（1）根据以上所给器材，在虚线框内设计一个能测量并计算出待测电阻Rx的规范电路图（连接好后在试验过程中不能拆卸）。
（2）写出测量的操作步骤及测量的物理量。
（3）写出用测量的物理量计算Rr的表达式__________。
【答案】
（1）如图所示。
（2）步骤：
S接1时，测出电源两极间电压U；S接2时，测出R0两端电压U0。
（3）Rx=。
【习题18】有一只在照明电路中正常工作的白炽灯，玻璃上的文字模糊，请你设计出测定该灯泡的额定功率的办法，提出所需仪器的数量和规格，拟出应采取的实验步骤和注意事项。
【答案】所需仪器：
交流电流表（0～1A）一块、灯座1个、交流电源插座、插头、电灯、开关各一个。
实验步骤：
①电路如图所示；⑦接通电路，观察记录电流表读数；③计算电功率P=UI注意事项：
①必须用绝缘导线；②注意安全，接线时必须拔掉电源插头。
【习题19】现有一个阻值为R的定值电阻、一个单刀双掷开关、一个电池组（电源电压不变）、若干根导线、一块电压表（该电压表表盘面
上有刻度但无刻度值；电压表装上后不能拆下来；电压表量程大于电池组电压）。
请你设计一个测未知电阻R阻值的方案。
要求：
（1）画出实验电路。
（2）简单写出完成接线后的实验步骤。
（3）推导出Rx的表达式。
【答案】
（1）如图所示。
（2）实验步骤：
①把S扳到1，记下电压表偏转的小格数N1；②把S扳到2，记下电压表偏转的小
格数N2。
（3）推导：
略
【习题20】要测出2．5V小灯泡的额定功率，现有器材如下：
6V电源1个、导线若干、开关多个、电流表1块、电压表1块、2．5V小灯泡1个、定值电阻R0一个、滑动变阻器1个。
请你选择器材用两种不同方法测出小灯泡的额定功率。
每种方法只能用一种电表，只连一次电路。
要求画出电路图，并简要说明实验方法。
【答案】
方法一：
如图所示，①闭合开关S、Sl，移动滑动变阻器滑片使电流表示数达到I0=；②保持滑片位置不变，断开S1，闭合开关S、S2，用电流表测出电流I；③灯中电流I1，则P额＝。
方法二：
如图所示，①闭合开关S、S1，移动滑动变阻器滑片使电压表示数达到2．5V；②保持滑动变阻器滑片位罩不变，闭合开关S、S2，记下电压表示数U；③R0两端电压U0=U－2．5V，R0中电流等于灯中电流I1=；④P额=
【习题21】要利用电池组（电压为5～6V并且不变）、电压表（15V档已损坏，而3V档完好）、开关、滑动变阻器、5Ω和1Ω的电阻若干，测4．8V小灯泡（电阻10Ω左右）的额定功率。
要求
简述实验步骤，画出相应的电路图，用字母表示所测的量及小灯泡额定功率的表达式。
【答案】步骤：
①如图所示，按电路图连好电路，R1与R2为两个5Ω电阻串联；②S2断开，S1闭合记下电流表示数I1，得电源电压U=10I1；③闭合S1、S2，调节滑动变阻器滑片P，当电压表示数为（10I1—4．8V）时，小灯泡正常发光；④此时将电压表并联在R3两端，记下电压表示数U3，则通过灯泡的电流为＝，小灯泡的P额=。
【习题22】手边有一把电烙铁、一个灯泡、一个开关和若干导线，画出一个能使电烙铁处于高温和低温两种状态的电路图。
要求：
接入照明电路中，高温时电烙铁正常工作；低温时（预热状态）灯泡亮。
（电烙铁符号用电阻符号表示）
【答案】如图所示。
【习题23】一只标有“220V100W”的电烙铁，为了使电烙铁工作时，能正常消耗100W的电功率，而在不工作时，只消耗25W的电功率，使之不至于完全冷却，但又节约了电能。
现在有额定电压是220V，额定功率分别是15W、25W、40W、60W和100W的灯泡、单刀双掷开关及足够的导线可供使用。
要求：
．
（1）请设计并画出一个能满足上述要求的电路图。
（电烙铁符号用电阻符号表示）
（2）你所选用灯泡的规格。
（3）对你所设计的电路作简要说明____________________
（4）将电烙铁不工作时和工作时进行比较，1s内可节约电能__________
【答案】
（1）电路图如图4．14所示。
（2）220V100W
（3）当S扳向1时，电烙铁消耗功率100W；当S扳向2时，电烙铁消耗功率25W。
（4）50J。
【习题24】Ll灯泡为“3V0．5w”，L2灯泡为“5V1W”，用12V蓄电池供电，使两灯都能同时正常发光，现手边有0～100Ω的滑动变阻器两只、开关一只、导线若干。
（1）请你设计一个使灯L1、L2均同时正常发光的电路。
（2）用你所学过的电学知识计算出两只变阻器接入电路中的电阻值R1和R2。
（3）如果你有几种不同的方案，请挑选最佳方案。
【答案】设计方案（如图所示）：
方案二（如图所示）：
方案三（如图所示）：
由于两灯均要求正常工作，I2>I1，故共有以上三种不同的设计方案。
最佳方案，应为损失电功率最小的。
方案一中，P损=0．9W；
方案二中，P损=2．9W；
方案三中，P损=2．9W；．
方案一是最佳，因为损失的电功率最小。
【习题25】设计一个磁性强弱能够改变的电磁铁电路：
（1）除了一个电压不变的电源、一只开关、若干导线外，还可以选择的电路元件是__________
（2）在下面方框内画出电路图。
（3）说明调节方法和结果。
【答案】
（1）滑动变阻器。
（2）如图所示。
（3）滑片向左移动，磁性增强；滑片向右移动，磁性减弱。
【习题26】用厚为1mm的均匀金属板制成的开发区平面图A，比例尺为1：
10000。
现给你一个弹簧秤、水和细线，要求测出开发区的实际占地面积，请写出步骤（用字母表示所测物理量）：
（1）__________；
（2）__________
（3）开发区实际面积S=__________（用字母表示）。
【答案】
（1）用弹簧秤测出金属板A在空气中的重力G1；
（2）用弹簧秤测出金属板A浸没于水中时视重G2；（3）F浮=gsh，所以s=。
【习题27】现有一台天平（含砝码）、一个刻度看不清的小量杯、一根细线和足够的水，试用这些器材测定小铁块的密度ρ。
要求：
（1）写出需要测量的物理量及简单的测量方法。
（2）根据所测量的物理量，写出计算铁块密度的数学表达式。
【答案】
（1）①用天平测出铁块的质量m铁；②用天平测出小量杯装满水后的总质量m1；③把铁块用细线系住轻轻地放入装满水的量杯中，排完水后再取出；④用天平测出小量杯和剩余水的质量m2，则m水=m1—m2；⑤铁块体积V铁等于被排出水的体积，即V铁=V水=。
（2）ρ水=
【习题28】小明同学要检验“液体内部向各个方向都有压强”这一观点。
请你帮他设计一个实验，说明这一观点的正确性。
【答案】将压强计的金属盒放入水中某一深度转动盒口方向，发现U形管管中均有高度差，这说明液体内部向各个方向都有压强。
【习题29】为了测出某种液体的密度ρ2；给你一只粗细均匀的圆柱形平底试管、一些小铁砂粒、两个烧杯，一个烧杯盛有水，一个盛有待测液体。
如图所示（水的密度ρl已知）：
（1）要测出待测液体的密度，还需要的实验仪器是__________。
（2）写出简要的实验步骤。
（3）根据测得的结果（用字母符号代表），求出液体的密度__________。
。
【答案】
（1）刻度尺。
（2）①将适量的小铁砂粒放入试管中，将试管放入盛水的烧杯中，使试管竖直地漂浮于水面，量出此时试管浸入水中的长度h1；②从水中取出试管，将试管放入盛某种液体的烧杯中，使试管竖直地漂浮于液面，量出此时试管浸入液体中的长度h2。
（3）ρ2=．
【习题30】娜仁花跟苏和一起放羊。
一天，娜仁花对苏和说：
“咱们想个办法来称一下羊的体重（质量）好吗?
”苏和说：
“好是好，可是在这茫茫的大草原上，哪有秤呢?
”聪明的娜仁花指着身旁的一棵大树说：
“你看见这棵大树的树杈没有?
有它就可以了。
”她让苏和把一根棍子卡放在大树杈上，两人分别握住棍子的一端悬吊着，让棍子成水平状。
然后，娜仁花掮着羊与苏和交换了一下位置，支点没变。
巧得很，两人悬吊时棍子还成水平状。
已经知道娜仁花质量为37．5kg，苏和质量为45kg，你能求出娜仁花肩上的羊的质量是多少吗?
【答案】娜仁花与苏和两人悬吊在棍子的两端时，各人到支点的距离与体重（质量）成反比；当她们交换位置后，由于娜仁花掮着一只羊后使棍达到水平状，支点没变，但两人到支点的距离变了，质量也变了，由两者成反比，得45：
M=5：
6（M表示娜仁花掮羊后的总质量）。
M=54kg，所以羊的质量为（54—37．5）kg：
16．5kg。
【习题31】给你一个矿泉水瓶子，请你设计一个小实验来验证当气体的体积不变时，如果温度降低气压就会减小：
（1）做法____________________；
（2）现象____________________；（3）推理______________________________。
【答案】
（1）取一空的矿泉水瓶子，里面放人少量开水，盖好瓶盖，放进冰箱冷冻；
（2）过半个小时之后从冰箱里拿出的矿泉水瓶子瘪了；
（3）由于冰箱里温度低，水蒸气放热降温，气压减小，瓶外气压大于瓶内气压，所以瓶子被压瘪。
【习题32】请你设计一个小实验，利用自己家里的房门来研究力的三要素对力的作用效果的影响，简要说明具体做法：
（1）力的大小
（2）力的方向（3）力的作用点
【答案】
（1）在同一个位置上用力推大门能开，用力推小门不开；
（2）向里推使门关闭，向外推使门打开；
（3）用同样的力推门拉手一侧能推开，推门轴一侧推不开。
【习题33】任选器材设计一个小实验，证明磁场中离磁极越远处磁性越弱：
（1）所需器材______________________________；
（2）实验方法__________；（3）分析现象____________________。
【答案】
（1）条形磁铁、弹簧秤、小铁块、细线、铁架台；
（2）用细线将小铁块拴在弹簧秤上挂在铁架台上，用一条形磁铁由远及近地靠近小铁块，观察现象；
（3）条形磁铁靠铁块越近，弹簧秤的示数越大。
【习题34】在用伏安法测电阻的实验中：
（1）需要选用的器材有__________。
（2）在实验过程中需要进行多次测量和计算，请在下面空白处设计一份能记录实验数据和计算结果的表格。
【答案】
（1）电源、开关、电流表、电压表、滑动变阻器、待测电阻各一个、导线若干。
（2）表格
实验次序
1
2
3
U（V）
I（A）
R（Ω）
电阻的平均值
【习题35】某同学用一个电源（不知电压）、两个开关、一个电流表、一个滑动变阻器R（20Ω2A）和若干导线来测一个小灯泡的额定功率，小灯泡上仅标有“0．2A”字样，额定电压已看不清楚。
他经过思考后，设计并连接了电路。
在进行实验时，他发现滑动变阻器滑片P在中点时，小灯泡能正常发光。
最后，该同学测出小灯泡的额定功率。
（1）这个小灯泡的额定电流是多大?
（2）请你画出该同学设计的实验电路图。
（3）请你简要说明该同学测这个小灯泡额定功率的步骤、所测的物理量，并写出有关的计算过程和这个小灯泡额定功率P的数学式。
【答案】
（1）小灯泡的额定电流为0．2A。
（2）如图所示
（3）将滑片P滑至6端，断开Sl，闭合S2，设这时电流表的读数为I，则电源电压U=IR=20I。
断开S2，闭合S1，将滑片P滑至中点，这时电流表的读数0．2A，小灯泡两端的电压（即额定电压）U灯=20（I-0．1），小灯泡的额定功率P额=
【习题36】探究性实验为测量待测电阻Rx的阻值，某同学设计了如图所示的电路，R的阻值已知，R'为滑动变阻器，电源电压U，未知。
S1、S2均为单刀双掷开关，A为电流表。
则探究测量Rx的步骤如下：
（1）将实验步骤填写完整：
实验时，将S2向d闭合，Sl向a闭合，
记下电流表读数I1；再将S2向c闭合，S1向b闭合，记下电流表读数I2。
计算Rx的数学表达式为Rx=。
（2）结合推导过程说明Rx的数学表达式Rx=I2R/I1的成立条件。
【答案】略
【习题37】实验桌上放有一个电池组、一个电流表、一个开关、一个最大阻值已知的滑动变阻器一只
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