实验题17分练(2)
1.(11分)根据要求，完成“验证力的平行四边形定则”实验。
(1)如图1甲所示，把白纸固定在木板上后，再把木板竖立在桌面上，用图钉把橡皮筋的一端固定在A点，另一端B连有两条轻绳，跨过定滑轮后各拴一细绳套，分别挂上3个钩码和4个钩码(每个钩码重1 N)，调整滑轮的位置，稳定后结点B位于O处，记下________和两条轻绳的方向，取下滑轮及钩码。
图1
(2)如图乙所示，取某单位长度表示1 N，用力的图示作出两条轻绳的拉力F1和F2;再用一个弹簧秤把结点也拉至O处，记下弹簧秤的读数F′=________N，取下弹簧秤。
(3)在图丙中作出F1和F2的合力F及拉力F′的图示。
(4)对比F和F′的大小和方向，发现它们不是完全一致的，其可能的原因是____________________________________________________(填一个原因)。
解析 (1)为使两次实验产生的效果相同，那么两次拉橡皮筋，橡皮筋的伸长量应相等，为达到这一目的，开始拉橡皮筋拉到某一位置O时，要记录这一位置，只要第二次将橡皮筋拉到同一位置即可。
(2)弹簧秤的读数为5.0 N。
(3)测量值与理论值是存在误差的，因此图中的测量值F′与理论值F是不重合的。所作的图示如图所示。
(4)本实验中的误差来源主要有测量误差;作图误差;弹簧秤自身重力的影响;滑轮与轻绳之间摩擦
答案 (1)O的位置(2分) (2)5.0(3分) (3)见解析(3分) (4)测量存在误差;作图不准;弹簧秤自身存在重力;滑轮与轻绳之间有摩擦等(写出一个即可)(3分)
2.(11分)在“测定2节干电池组成的电池组的电动势和内阻”的实验中，备有下列器材：
A.待测的干电池组(电动势约为3.0 V，内阻小于2.0 Ω)
B.电流表A1(量程为0～3 mA，内阻RA1=10 Ω)
C.电流表A2(量程为0～0.6 A，内阻RA2=0.1 Ω)
D.滑动变阻器R1(0～20 Ω，允许通过的最大电流为10 A)
E.滑动变阻器R2(0～200 Ω，允许通过的最大电流为1 A)
F.定值电阻R0(990 Ω)
G.开关和导线若干
(12甲所示实验电路，在该电路中，为了操作方便且能准确地进行测量，滑动变阻器应选________(填写器材前的字母代号)。
(2)按照图甲所示的电路进行实验，I1为电流表A1的示数，I2为电流表A2的示数。记录的5组实验数据如下：
实验次数 1 2 3 4 5 I1/mA 2.83 2.71 2.54 2.40 2.30 I2/A 0.08 0.16 0.25 0.33 0.38
甲 乙
图2
根据表中的实验数据，选择合适的坐标轴刻度和坐标轴起点，在图乙所示的坐标纸上画出I1-I2图线。
(3)根据你绘出的I1-I2图线，可得被测电池组的电动势E=________V(保留两位有效数字)，内阻r=________Ω(保留三位有效数字)。
解析 (1)由于电流表A2量程为0～0.6 A，电动势约为3.0 V，为了操作方便且能准确地进行测量，滑动变阻器应选0～20 Ω的滑动变阻器R1。
(2)由于电流表A1的示数I1从最小值2.30 mA开始增大，所以纵轴起点可以从2.20 mA开始。由于I1变化大约为0.5 mA，所以纵轴刻度可以每格为0.1 mA。由于I2变0.3 A，所以横轴刻度可以每格为0.05 A，用描点法画出I1-I2图线如图所示。
(3)由闭合电路欧姆定律有E=(I1+I2)r+I1(R0+RA1)，变形得I1=-·I2，斜率k=-=×10-3，截距b==3.00×10-3 A，则该电源的电动势E=3.0 V，内阻r=1.75 Ω。
答案 (1)D(2分) (2)见解析图(3分) (3)3.0(3分) 1.75(3分)
3.(11分)现要验证“当合3甲所示)、小车(假设小车的质量为M，未具体测出)、计时器、米尺、弹簧秤，还有钩码若干。实验步骤如下(不考虑摩擦力的影响，重力加速度为g)，完成下列实验步骤中所缺的内容：
图3
(1)按图甲安装好实验器材。
(2)用弹簧秤沿斜面向上拉小车保持静止，测出此时的拉力F。
(3)让小车自斜面上方一固定点A1从静止开始下滑到A2，记下所用的时间t，用米尺测量A1与A2之间的距离s，从运动学角度得小车的加速度a=________。
(4)已知A1与A2之间的距离s，实验时在小车中加钩码，所加钩码总质量为m，要保持小车与钩码的合外力F不变，可采用如下方法：用弹簧秤沿着斜面拉着小车，将斜面的________，直到弹簧秤的读数为________为止。
(5)多次增加钩码，然后重复步骤(4)。在小车与钩码的合外力保持不变的情况下，利3)和(4)的测量和计算结果，可得钩码总质量m与小车从A1到A2时间t的关系式为m=________。
(6)利用实验中所测得的数据作出了如图乙所示的m-t2图像，若该图像的斜率为k，图像在纵轴上截距的绝对值为b，那么根据该图像求得小车的质量M=________，小车所受的合外力大小为F=________。(用k、b和s表示，用其他物理量表示均不给分)
解析 (3)由初速度为零的匀加s=at2，故加速度为a=。
(4)由平衡条件得F=，可见在小车中增加钩码的同时为保持小车所受的合外力不变，应调整斜面的高度，将斜面的高度降低，直到弹簧秤的读数为F为止。
(5)由牛顿第二定律有F=(m+M)a=(m+M)，
即m=·t2-M。
(6)由m=·t2-M可知，图像在M=b。图像的斜率为k=，故小车所受的合外力为F=2sk。
答案 (3)(2分) (4)高度适当降低(1分) F(1分) (5)-M(3分) (6)b(2分) 2sk(2分)
4.(11分)[2015·福建理综，19(2)]某学习小组探究一小电珠在不同电压下的电功率大小，实验器材如图4甲所示，现已完成部分导线的连接。
①实验要求滑动变阻器的滑片从左到右移动过程中，电流表的示数从零开始逐渐增大，请按此要求用笔画线代替导线在图甲实物接线图中完成余下导线的连接;
图4
②某次测量，电流表指针偏转如图乙所示，则电流表的示数为________A;
③该小组描绘出的伏安特性曲线如图丙所示，根据图线判断，将________只相同的小电珠并联后，直接与电动势为3 V、内阻为1 Ω的电源组成闭合回路，可使小电珠的总功率最大，其总功率的值约为________W(保留两位小数)。
解析 ①实物接线图见答案;②由图知电流表量程为0.6 A，所以读数为0.44 A;③电源内阻为1 Ω，所以当外电路总电阻等于电源内阻时，电源的输出功率最大，即小电珠的总功率最大，此时外电路电压等于内电压等于1.5 V，由图丙知当小电珠电压等于1.5 V时电流约为0.38 A，此时电阻约为R==3.95 Ω≈4 Ω，并联后的总电阻为1 Ω，所以需要4个小电珠并联，小电珠消耗的总功率约为P== W=2.25 W。
答案 ①连线如图(3分) ②0.44(3分) ③4(2分)
2.25(3分)
5.(11分)(2015·盐城市高三第三次模拟)为测量木块与木板间的动摩擦因数，将木板倾斜，木块以不同的初速度沿木板向上滑到最高5所示。
图5
(1)本实验中，下列操作合理的是________。
A.遮光条的宽度应尽量小些
B.实验前将轻质卡置于光电门附近
C.为了实验成功，木板的倾角必须大于某一值
D.光电门与轻质卡所能达到的最高点间的距离即为木
(2)用螺旋测微器测量遮光条的宽度，如图6所示读数为________mm。
图6 图7
(3)改变木块的初速度，测量出它向上运动的最大距离与木块来回经过光电门时速度的平方差，结果如下表所示，试在图7坐标纸上作出Δv2-t的图像。经测量木板倾角的余弦值为0.6，重力加速度取g=9.80 m/s2，则木块与木板间的________(结果保留两位有效数字)。
序号 1 2 3 4 5 x/m 16.0 36.0 60.0 70.0 88.0 Δv2/(m2·s-2) 0.04 0.09 0.15 0.19 0.22 (4)由于轻质卡的影响，使得测量的结果________(填“偏大”或“偏小”)。
解析 (1)遮光条A正确;实验时轻质卡应与木块一起向上运动，实验前将轻质卡与木块靠在一起，故B错误;当木板倾角大于某一值时，木块重力沿斜面向下的分力大于最大静摩擦力，木块到达最高点后可以反向下滑，否则木块到达最高点后将静止，实验不能成功，所以为了实验成功，木块的倾角必须大于某一值，故C正确;木块向上运动的最大距离为光电门与轻质卡所能达到的最高点间的距离，选项D正确。
(2)该螺旋测微器固定刻度读数为3.5 mm，可动刻度读数为20.0×0.01 mm=0.200 mm，故螺旋测微器读数为3.700 mm。
(3)Δv2-x图像见答案。对木块来回经过光电门的过程，由动能定理可得-μmgcos θ·2x=mv2-mv，整理可得v-v2=Δv2=4μgcos θ·x，即以速度的平方差Δv2为纵轴，以x为横4μgcos θ，由图像求得斜率为，故有μ=≈0.011。
(4)由于轻质卡阻碍了木块向上的运动，故使得μ的测量值偏大。
答案 (1)ACD(2分) (2)3.700(2分) (3)如图所示(3分) 0.011(2分)
(4)偏大(2分)
6.(11分)(2015·江苏单科，10)小明利用如图8所示的实验装置测量一干电池的电动势和内阻。
图8
(1)图8中电流表的示数为________A。
(2)调节滑动变阻器，电压表和电流表的示数记录如下：
U/V 1.45 1.36 1.27 1.16 1.06 I/A 0.12 0.20 0.28 0.36 0.44 请根据表中的数据，在下面的方格纸上作出U-I图线。
图9
由图线求得：电动势E=________V;内阻r=________Ω。
(3)实验时，小明进行了多次测量，花费了较长时间，测_____________________________。
解析 (1)由实验装置图可知，电流表使用0.6 A量程，所以读数为0.44 A;(2)描点画图，如图所示，根据U=-Ir+E可得电动势为E=1.6 V;图线的斜率绝对值等于内阻r=1.2 Ω;(3)干电池长时间使用后，电动势和内阻会发生变化
答案 (1)0.44(2分) (2)U-I图像见解析图(3分)
160(1.58～1.62都算对)(2分) 1.2(1.18～1.26都算对)(2分) (3)干电池长时间使用后，电动势和内阻会发生变化，导致实验误差增大(3分)
