高考物理一輪復習 第八章 微專題59 電學創(chuàng)新實驗

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電學創(chuàng)新實驗 考點及要求：(1)實驗原理的創(chuàng)新；(2)實驗方法的創(chuàng)新；(3)實驗的拓展． 1．某同學在利用微型電動機和小車研究外力做功與物體速度之間的關系時，設計了下面的實驗過程并進行了操作，請結合操作步驟完成以下問題： (1)用多用電表測量電動機不工作時的直流電阻，多用電表選用“1”擋，其指針示數(shù)如圖1所示，電動機的直流電阻為________Ω. 圖1 (2)按圖2安裝實驗裝置，打點計時器接50 Hz低壓交流電源并固定在木板上，紙帶穿過打點計時器固定在小車尾部，小車另一端與細線相連，細線平行于木板纏繞在輕圓筒上，電動機通電后可帶動質(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，在沒有電動機拖動的情況下，需要將長木板的左端墊高，直到小車拖動紙帶穿過計時器時能做勻速直線運動． (4)接通電源，打點計時器開始工作，待振針穩(wěn)定后接通電動機電源，用如圖3所示電路給電動機供電(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)．改變滑動變阻器滑片的位置，重復上述過程． 圖3 (5)若某次實驗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點為起始點，該同學計算出各點的速度及速度平方，部分數(shù)據(jù)如下表，其中C點速度為________m/s，其速度平方為________m2/s2.(結果保留三位有效數(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點作為計時起點，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.(計算結果保留兩位有效數(shù)字) 圖5 2．某同學進行用實驗測定玩具電動機的相關參數(shù)．如圖6甲中M為玩具電動機．閉合開關S，當滑動變阻器的滑片從一端滑到另一端的過程中，兩個電壓表的讀數(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)滑動變阻器滑片向左滑動時，V1讀數(shù)逐漸________．(選填“增大”、“減小”或“不變”) (2)電路中的電源電動勢為______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)滑動變阻器的最大阻值為________Ω. 3．有一個螺線管，為測量它的兩個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：電動勢有3 V和9 V兩種可供選擇，內(nèi)阻較小 F．開關兩個(S1和S2)，導線若干． (1)實驗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)該實驗電路的測量原理，為了更準確地測RL，應選擇E中電動勢為________的電源． 圖8 (3)若測得的金屬絲直徑用d表示，測電阻時先閉合S1，調(diào)節(jié)R使微安表指針滿偏，再閉合S2時微安表示數(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)本實驗測RL有系統(tǒng)誤差，其測量值________真實值．(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，移動滑動變阻器，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中已描好了對應的點，回答下列問題： 圖9 圖10 (1)開關閉合前，滑動變阻器的滑片應處在哪一端？________(填“a”或“b”)． (2)根據(jù)描好的點畫出相應的圖線． (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，是否會因為實驗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、小剛共同設計了圖11甲所示的實驗電路，電路中的各個器材元件的參數(shù)為：電池組(電動勢約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)、滑動變阻器R2(0～Rt)、開關三個及導線若干．他們認為該電路可以用來測電源的電動勢、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，電流表的示數(shù)也為I.此時滑動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勢和內(nèi)電阻． ①他的實驗步驟為： a．在閉合開關前，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．斷開開關，整理實驗儀器． ②圖乙是他由實驗數(shù)據(jù)繪出的－R圖像，圖像縱軸截距與電源電動勢的乘積代表________，電源電動勢E＝________V，內(nèi)阻r＝________Ω.(計算結果保留兩位有效數(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)驗證可知，該同學計算瞬時速度的方法是將小車的運動作為勻變速運動處理，某段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度，按此方法則有vC＝≈4.49 m/s，v≈20.2 m2/s2. (6)如圖所示 因電動機的輸出功率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)滑動變阻器向左滑動時，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?。? (2)由題圖甲知，電壓表V1測量路端電壓，電流增大時，內(nèi)電壓增大，路端電壓減小，所以最上面的圖線表示V1的電壓與電流的關系，此圖線的斜率大小等于電源的內(nèi)阻，為r＝ Ω＝2 Ω. 當電流I＝0.1 A時，U＝3.4 V，則電源的電動勢E＝U＋Ir＝(3.4＋0.12) V＝3.6 V； (3)當I＝0.3 A時，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I＝0.1 A時，電路中電流最小，滑動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，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，可認為仍為滿偏電流Ig，此時微安表的讀數(shù)為I，那么RL的分流IL＝Ig－I，實際值略大于此值．于是解得：RL＝＝，測量值偏大，根據(jù)本實驗原理，要減小測量RL的系統(tǒng)誤差，提高電源的電動勢，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，滑動變阻器采用分壓式接法，為保護電路安全，閉合開關前滑片要置于a端． (2)根據(jù)坐標系內(nèi)描出的點作出圖像如圖所示． (3)由題圖可知，流過電流表的電流： I＝IR＋IV＝＋＝＋＝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＝，應用圖像法處理實驗數(shù)據(jù)．不因為實驗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?、陔娫磧?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)即是滑動變阻器的電阻，即電阻為3.6 Ω； (2)①為保護電路，先要把可變電阻調(diào)到最大值；因為最后要畫出圖像，所以必須要知道電阻的阻值，所以要用到電阻箱這個支路，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＋IrA＋Ir，可得：＝R＋，所以縱軸截距表示內(nèi)阻和電流表的內(nèi)阻之和與電動勢的比值，圖像斜率表示電動勢的倒數(shù)，所以圖像縱軸截距與電源電動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.