高考物理一輪復(fù)習(xí) 第八章 微專題59 電學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)
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電學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn) 考點(diǎn)及要求:(1)實(shí)驗(yàn)原理的創(chuàng)新;(2)實(shí)驗(yàn)方法的創(chuàng)新;(3)實(shí)驗(yàn)的拓展. 1.某同學(xué)在利用微型電動(dòng)機(jī)和小車研究外力做功與物體速度之間的關(guān)系時(shí),設(shè)計(jì)了下面的實(shí)驗(yàn)過程并進(jìn)行了操作,請結(jié)合操作步驟完成以下問題: (1)用多用電表測量電動(dòng)機(jī)不工作時(shí)的直流電阻,多用電表選用“1”擋,其指針示數(shù)如圖1所示,電動(dòng)機(jī)的直流電阻為________Ω. 圖1 (2)按圖2安裝實(shí)驗(yàn)裝置,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接50 Hz低壓交流電源并固定在木板上,紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在小車尾部,小車另一端與細(xì)線相連,細(xì)線平行于木板纏繞在輕圓筒上,電動(dòng)機(jī)通電后可帶動(dòng)質(zhì)量可忽略的輕質(zhì)圓筒旋轉(zhuǎn). 圖2 (3)為了盡可能減少摩擦力的影響,在沒有電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的情況下,需要將長木板的左端墊高,直到小車拖動(dòng)紙帶穿過計(jì)時(shí)器時(shí)能做勻速直線運(yùn)動(dòng). (4)接通電源,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器開始工作,待振針穩(wěn)定后接通電動(dòng)機(jī)電源,用如圖3所示電路給電動(dòng)機(jī)供電(電壓表和電流表均為理想電表),使小車從靜止開始加速,讀出電壓表和電流表的讀數(shù).改變滑動(dòng)變阻器滑片的位置,重復(fù)上述過程. 圖3 (5)若某次實(shí)驗(yàn)過程讀出電壓表和電流表讀數(shù)分別為12 V和2 A,打出的紙帶如圖4所示,O點(diǎn)為起始點(diǎn),該同學(xué)計(jì)算出各點(diǎn)的速度及速度平方,部分?jǐn)?shù)據(jù)如下表,其中C點(diǎn)速度為________m/s,其速度平方為________m2/s2.(結(jié)果保留三位有效數(shù)字) 圖4 A B C D E v/(ms-1) 2.46 3.65 5.20 5.82 v2/(m2s-2) 6.05 13.3 27.0 33.9 (6)取紙帶的O點(diǎn)作為計(jì)時(shí)起點(diǎn),在圖5中利用表格中數(shù)據(jù)作出小車的速度的平方隨時(shí)間變化的圖像,并根據(jù)圖像和前面所測得數(shù)據(jù)求得小車的質(zhì)量為________kg.(計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) 圖5 2.某同學(xué)進(jìn)行用實(shí)驗(yàn)測定玩具電動(dòng)機(jī)的相關(guān)參數(shù).如圖6甲中M為玩具電動(dòng)機(jī).閉合開關(guān)S,當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片從一端滑到另一端的過程中,兩個(gè)電壓表的讀數(shù)隨電流表讀數(shù)的變化情況如圖乙所示.圖中AB、DC為直線,BC為曲線.不考慮電表對電路的影響. 圖6 (1)滑動(dòng)變阻器滑片向左滑動(dòng)時(shí),V1讀數(shù)逐漸________.(選填“增大”、“減小”或“不變”) (2)電路中的電源電動(dòng)勢為______V,內(nèi)電阻為______Ω. (3)此過程中,電源內(nèi)阻消耗的最大熱功率為______W. (4)滑動(dòng)變阻器的最大阻值為________Ω. 3.有一個(gè)螺線管,為測量它的兩個(gè)接線柱間繞制的均勻金屬絲的長度,現(xiàn)提供下列器材: A.待測螺線管L:繞制螺線管金屬絲的電阻率,其總電阻RL大約100 Ω B.螺旋測微器 C.微安表:量程Ig=500 μA,內(nèi)阻Rg=100 Ω; D.電阻箱R:阻值范圍0~99 999.9 Ω; E.電源E:電動(dòng)勢有3 V和9 V兩種可供選擇,內(nèi)阻較小 F.開關(guān)兩個(gè)(S1和S2),導(dǎo)線若干. (1)實(shí)驗(yàn)中用螺旋測微器測得金屬絲的直徑如圖7所示,其讀數(shù)為d=________mm. 圖7 (2)已將提供的器材連成了如圖8所示的測金屬絲電阻RL的電路,根據(jù)該實(shí)驗(yàn)電路的測量原理,為了更準(zhǔn)確地測RL,應(yīng)選擇E中電動(dòng)勢為________的電源. 圖8 (3)若測得的金屬絲直徑用d表示,測電阻時(shí)先閉合S1,調(diào)節(jié)R使微安表指針滿偏,再閉合S2時(shí)微安表示數(shù)用I表示,則用已知量和測得量的符號表示金屬絲的長度l=________. (4)本實(shí)驗(yàn)測RL有系統(tǒng)誤差,其測量值________真實(shí)值.(選填“大于”或“小于”) 4.如圖9所示為測電壓表內(nèi)阻的電路,圖中R為500 Ω的定值電阻,移動(dòng)滑動(dòng)變阻器,得到多組電壓表和電流表的值,記錄在表中: U/V 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 I/mA 3.2 3.7 4.3 4.8 5.3 5.9 6.4 7.0 7.4 如果用U-I圖像來處理數(shù)據(jù),且圖10中已描好了對應(yīng)的點(diǎn),回答下列問題: 圖9 圖10 (1)開關(guān)閉合前,滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)處在哪一端?________(填“a”或“b”). (2)根據(jù)描好的點(diǎn)畫出相應(yīng)的圖線. (3)由(2)中畫出的圖線求出電壓表的內(nèi)阻為________Ω. (4)分析用此方法測電壓表的內(nèi)阻,是否會(huì)因?yàn)閷?shí)驗(yàn)的原理或方法不完善而產(chǎn)生系統(tǒng)誤差?______(填“是”或“否”). 5.小華、小剛共同設(shè)計(jì)了圖11甲所示的實(shí)驗(yàn)電路,電路中的各個(gè)器材元件的參數(shù)為:電池組(電動(dòng)勢約6 V,內(nèi)阻r約3 Ω)、電流表(量程2.0 A,內(nèi)阻rA=0.8 Ω)、電阻箱R1(0~99.9 Ω)、滑動(dòng)變阻器R2(0~Rt)、開關(guān)三個(gè)及導(dǎo)線若干.他們認(rèn)為該電路可以用來測電源的電動(dòng)勢、內(nèi)阻和R2接入電路的阻值. 圖11 (1)小華先利用該電路準(zhǔn)確地測出了R2接入電路的阻值. 他的主要操作步驟是:先將滑動(dòng)變阻器滑片調(diào)到某位置,接著閉合S、S2,斷開S1,讀出電流表的示數(shù)I;再閉合S、S1,斷開S2,調(diào)節(jié)電阻箱的電阻值為3.6 Ω時(shí),電流表的示數(shù)也為I.此時(shí)滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值為________Ω. (2)小剛接著利用該電路測出了電源電動(dòng)勢和內(nèi)電阻. ①他的實(shí)驗(yàn)步驟為: a.在閉合開關(guān)前,調(diào)節(jié)電阻R1或R2至________(選填“最大值”或“最小值”),之后閉合開關(guān)S,再閉合________(選填“S1”或“S2”); b.調(diào)節(jié)電阻________(選填“R1”或“R2”),得到一系列電阻值R和電流I的數(shù)據(jù); c.?dāng)嚅_開關(guān),整理實(shí)驗(yàn)儀器. ②圖乙是他由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出的-R圖像,圖像縱軸截距與電源電動(dòng)勢的乘積代表________,電源電動(dòng)勢E=________V,內(nèi)阻r=________Ω.(計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字). 答案解析 1.(1)2.0 (5)4.49 20.2 (6)見解析圖 0.094(0.090~0.110均可) 解析 (5)由表中數(shù)據(jù)驗(yàn)證可知,該同學(xué)計(jì)算瞬時(shí)速度的方法是將小車的運(yùn)動(dòng)作為勻變速運(yùn)動(dòng)處理,某段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度,按此方法則有vC=≈4.49 m/s,v≈20.2 m2/s2. (6)如圖所示 因電動(dòng)機(jī)的輸出功率P=IU-I2r=16 W,由能量守恒有Pt=mv2即v2=t,可見圖線的斜率k=,即m=,從圖線上求出斜率代入即可. 2.(1)減小 (2)3.6 2 (3)0.18 (4)30 解析 (1)滑動(dòng)變阻器向左滑動(dòng)時(shí),R阻值變小,總電流變大,內(nèi)電壓增大,路端電壓即為V1,讀數(shù)逐漸減小; (2)由題圖甲知,電壓表V1測量路端電壓,電流增大時(shí),內(nèi)電壓增大,路端電壓減小,所以最上面的圖線表示V1的電壓與電流的關(guān)系,此圖線的斜率大小等于電源的內(nèi)阻,為r= Ω=2 Ω. 當(dāng)電流I=0.1 A時(shí),U=3.4 V,則電源的電動(dòng)勢E=U+I(xiàn)r=(3.4+0.12) V=3.6 V; (3)當(dāng)I=0.3 A時(shí),電源內(nèi)阻消耗的功率最大,最大功率Pmax=I2r=0.092 W=0.18 W; (4)當(dāng)I=0.1 A時(shí),電路中電流最小,滑動(dòng)變阻器的電阻為最大值,由題圖乙的AB段可知rM= Ω=4 Ω,所以R=-r-rM=(-2-4) Ω=30 Ω. 3.(1)0.390 mm(0.001) (2)9 V (3) (4)大于 解析 (1)螺旋測微器的固定刻度讀數(shù)為0,可動(dòng)刻度讀數(shù)為39.00.01=0.390 mm,所以金屬絲的直徑為0.3900.001 mm. (4)先只閉合S1,調(diào)電阻箱R,使微安表指針滿偏,則R值須很大;再閉合S2時(shí),則RL與微安表并聯(lián),雖然電阻變小了,但因R很大,全電路總電阻變化很小,干路電流幾乎不變化,可認(rèn)為仍為滿偏電流Ig,此時(shí)微安表的讀數(shù)為I,那么RL的分流IL=Ig-I,實(shí)際值略大于此值.于是解得:RL==,測量值偏大,根據(jù)本實(shí)驗(yàn)原理,要減小測量RL的系統(tǒng)誤差,提高電源的電動(dòng)勢,使R取值更大一些,這樣才能保證再閉合S2后干路電流變化更小. 4.(1)a (2)見解析圖 (3)1 500 (4)否 解析 (1)由題圖可知,滑動(dòng)變阻器采用分壓式接法,為保護(hù)電路安全,閉合開關(guān)前滑片要置于a端. (2)根據(jù)坐標(biāo)系內(nèi)描出的點(diǎn)作出圖像如圖所示. (3)由題圖可知,流過電流表的電流: I=IR+I(xiàn)V=+=+=U, 則U=I,由(2)可知, ==375 Ω,解得:RV=1 500 Ω; (4)由U=I可知,圖像的斜率:k=,RV=,應(yīng)用圖像法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).不因?yàn)閷?shí)驗(yàn)的原理或方法不完善而產(chǎn)生系統(tǒng)誤差. 5.(1)3.6 (2)①最大值 S1 R1 ②電源內(nèi)阻和電流表的內(nèi)阻之和(或r+rA) 6.0 2.8 解析 (1)電阻箱的讀數(shù)即是滑動(dòng)變阻器的電阻,即電阻為3.6 Ω; (2)①為保護(hù)電路,先要把可變電阻調(diào)到最大值;因?yàn)樽詈笠嫵鰣D像,所以必須要知道電阻的阻值,所以要用到電阻箱這個(gè)支路,所以接下來要閉合S1,調(diào)節(jié)電阻R1. ②由閉合電路歐姆定律E=IR+I(xiàn)rA+I(xiàn)r,可得:=R+,所以縱軸截距表示內(nèi)阻和電流表的內(nèi)阻之和與電動(dòng)勢的比值,圖像斜率表示電動(dòng)勢的倒數(shù),所以圖像縱軸截距與電源電動(dòng)勢的乘積代表電源內(nèi)阻和電流表的內(nèi)阻之和,圖像斜率為,所以電動(dòng)勢為6.0 V,縱軸截距為0.6,則內(nèi)阻和電流表的內(nèi)阻之和為3.6 Ω,所以電源內(nèi)阻為2.8 Ω.- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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