高考物理大二轮复习专题强化训练15电学实验

专题强化训练(十五)1．(2019·全国卷Ⅰ)某小组利用打点计时器对物块沿倾斜的长木板加速下滑时的运动进行探究．物块拖动纸带下滑，打出的纸带一部分如图所示．已知打点计时器所用交流电的频率为50 Hz ，纸带上标出的每两个相邻点之间还有4个打出的点未画出．在A 、B 、C 、D 、E 五个点中，打点计时器最先打出的是____________________点．在打出C 点时物块的速度大小为________________m/s(保留3位有效数字)；物块下滑的加速度大小为________________m/s 2(保留2位有效数字)．[解析] 根据题述，物块加速下滑，在A 、B 、C 、D 、E 五个点中，打点计时器最先打出的是A 点．根据刻度尺读数规则可读出，B 点对应的刻度为1.20 cm ，C 点对应的刻度为3.15 cm ，D 点对应的刻度为5.85 cm ，E 点对应的刻度为9.30 cm ，AB ＝1.20 cm ，BC ＝1.95 cm ，CD ＝2.70 cm ，DE ＝3.45 cm.两个相邻计数点之间的时间T ＝5×150 s ＝0.10 s ，根据做匀变速直线运动的质点在一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度可得，打出C 点时物块的速度大小为v C ＝BC ＋CD 2T ≈0.233 m/s.由逐差法可得a ＝CD ＋DE －(AB ＋BC )4T2，解得a ＝0.75 m/s 2.[答案] A 0.233 0.752．(2019·江苏卷)某兴趣小组用下图所示的装置验证动能定理．(1)有两种工作频率均为50 Hz 的打点计时器供实验选用：A ．电磁打点计时器B ．电火花打点计时器为使纸带在运动时受到的阻力较小，应选择________________(选填“A”或“B”)．(2)保持长木板水平，将纸带固定在小车后端，纸带穿过打点计时器的限位孔．实验中，为消除摩擦力的影响，在砝码盘中慢慢加入沙子，直到小车开始运动．同学甲认为此时摩擦力的影响已得到消除．同学乙认为还应从盘中取出适量沙子，直至轻推小车观察到小车做匀速运动．看法正确的同学是________________(选填“甲”或“乙”)．(3)消除摩擦力的影响后，在砝码盘中加入砝码．接通打点计时器电源，松开小车，小车运动．纸带被打出一系列点，其中的一段如下图所示．图中纸带按实际尺寸画出，纸带上A 点的速度v A ＝________________m/s.(4)测出小车的质量为M ，再测出纸带上起点到A 点的距离为L .小车动能的变化量可用ΔE k ＝12Mv 2A 算出．砝码盘中砝码的质量为m ，重力加速度为g .实验中，小车的质量应________________(选填“远大于”“远小于”或“接近”)砝码盘和沙子的总质量，小车所受合力做的功可用W ＝mgL 算出．多次测量，若W 与ΔE k 均基本相等则验证了动能定理．[解析] (1)电火花打点计时器对纸带的阻力小于电磁打点计时器对纸带的阻力，实验时误差小，故选B.(2)在砝码盘中慢慢加入沙子直至小车开始运动，小车从静止开始做加速运动，此时砝码盘和沙子的总重力大于小车与长木板间的滑动摩擦力，平衡摩擦力过度；轻推小车，小车做匀速运动，根据平衡条件可知，此时砝码盘和沙子的总重力等于小车与长木板间的滑动摩擦力大小，消除了摩擦力的影响，看法正确的是同学乙．(3)在匀变速直线运动中，中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度．用刻度尺量出A 左侧第一个点与A 右侧第一个点之间的距离l ＝1.24 cm ，再除以0.02 s×2＝0.04 s ，可得v A ＝0.31 m/s.(4)本实验中砝码的重力近似等于小车所受的拉力．只有当小车的质量远大于砝码盘、砝码以及沙子的总质量时，才可以将砝码的重力当成小车受到的合外力．[答案] (1)B (2)乙 (3)0.31(0.30～0.33都算对) (4)远大于3．(2019·武汉市示范高中联考)橡皮筋也像弹簧一样，在弹性限度内伸长量x 与弹力F 成正比，即F ＝kx ，k 的值与橡皮筋的原长L 、横截面积S 有关．理论与实际都表明k ＝YS L，其中Y 是一个由材料决定的常量．(1)在国际单位中，Y 的单位应该是________________．A ．NB ．m C.N m 2 D.N m(2)某同学通过实验测得该橡皮筋的一些数据，作出了外力F 与伸长量x 之间的关系图像如图所示．由图像可求得该橡皮筋的劲度系数k ＝________________N/m.(保留两位有效数字)[解析] (1)根据表达式k ＝YS L 可知Y ＝kL S ，劲度系数k 的单位为N/m ，L 的单位为m ，S 的单位为m 2，则Y 的单位应为N/m 2，选项C 正确．(2)由胡克定律可知，外力F 与伸长量x之间的关系为F ＝kx ，外力F 与伸长量x 之间的关系图像的斜率等于劲度系数k ，则橡皮筋的劲度系数k ＝ΔF Δx ＝15.00.030N/m ＝5.0×102 N/m. [答案] (1)C (2)5.0×1024．(2019·陕西省部分学校摸底)某实验小组的同学利用自由落体法验证机械能守恒定律，实验装置如图甲所示，该小组的同学完成了如下的操作：(1)首先利用螺旋测微器测出了小球的直径，其示数如图乙所示，则该小球的直径d ＝________________cm.(2)将该小球由光电门1的正上方无初速度释放，测得小球先后通过光电门1和光电门2所用的时间为Δt 1和Δt 2，则小球通过两光电门的速度分别为v 1＝________________，v 2＝________________.(用所测量的物理量符号表示)(3)该小组的同学测出了两光电门之间的距离为H ，重力加速度用g 表示，若小球的机械能守恒，则需要验证的关系式为__________________________________________________．(用所测量的物理量符号表示)[解析] (1)小球直径：d ＝3.5 mm ＋0.01 mm×30.0＝3.800 mm ＝0.3800 cm.(2)小球通过光电门1、2的速度分别为：v 1＝d Δt 1、v 2＝d Δt 2.(3)设小球质量为m ，在该过程中，小球的重力势能减少量为mgH ，小球的动能增加量为12m ⎝ ⎛⎭⎪⎫d Δt 22－12m ⎝ ⎛⎭⎪⎫d Δt 12，若小球的机械能守恒，则需要验证的关系式为mgH ＝12m ⎝ ⎛⎭⎪⎫d Δt 22－12m ⎝ ⎛⎭⎪⎫d Δt 12，即：2gH ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫d Δt 22－⎝ ⎛⎭⎪⎫d Δt 12. [答案] (1)0.3800 (2)d Δt 1 d Δt 2 (3)2gH ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫d Δt 22－⎝ ⎛⎭⎪⎫d Δt 125．(2019·济南市高三质量评估)空间站中不能利用天平测量质量，为此某同学为空间站设计了如图(a)所示的实验装置，用来测量小球质量．图中弹簧固定在挡板上，光滑轨道B 处装有光电门，可以测量出小球经过光电门所用的时间．该同学设计的主要实验步骤如下：①用游标卡尺测量小球的直径d②将弹簧左端固定在挡板上③小球与弹簧接触并压缩弹簧，记录压缩量x④由静止释放小球，测量小球离开弹簧后经过光电门所用的时间t⑤改变弹簧的压缩量，重复步骤③、④多次⑥分析数据，得出小球的质量已知弹簧弹性势能E p ＝12kx 2，k 为劲度系数，x 为形变量．该同学使用了一个已知劲度系数为k 0的弹簧进行了上述实验，请回答下列问题．(1)步骤①中游标卡尺示数情况如图(b)所示，小球的直径d ＝________________cm.(2)某一次步骤④中测得小球通过光电门所用的时间t 为5.00 ms ，则此次小球离开弹簧时的速度v ＝________________m/s.(3)根据实验步骤中测得的物理量，可得小球的质量m ＝________________.(用实验步骤①、③、④中测得的物理量和k 0表示)[解析] (1)由游标卡尺的读数规则可知，小球的直径为11 mm ＋4×0.1 mm＝11.4 mm ＝1.14 cm.(2)由于小球经过光电门的时间极短，因此小球经过光电门的平均速度可近似为瞬时速度，等于小球离开弹簧时的速度，则v ＝d t ＝1.14×10－25.00×10－3m/s ＝2.28 m/s.(3)小球被弹开的过程，由能量守恒定律得12k 0x 2＝12mv 2＝12m ⎝ ⎛⎭⎪⎫d t 2，解得m ＝k 0x 2t 2d 2. [答案] (1)1.14 (2)2.28 (3)k 0x 2t 2d 2 6．(2019·昆明市高三摸底)某小组的同学通过设计如下实验来验证：“在弹性限度内，劲度系数为k 的轻弹簧从形变量为x 到恢复原长的过程中，弹力做的功为W ＝12kx 2”的结论． (1)部分实验步骤如下：A ．将一轻弹簧放置在水平气垫导轨的左端，弹簧左端固定，让弹簧处于自然状态．在弹簧下面的气垫导轨上水平固定一把刻度尺，刻度尺的零刻度线与弹簧的左端刚好对齐，此时弹簧右端在刻度尺上对应的示数为x 1，如图甲所示．B ．用弹簧测力计拉着弹簧右端水平向右缓慢移动，当弹簧测力计的示数为F 时，弹簧右端在刻度尺上对应的示数为x 2，如图乙所示(弹簧的形变在弹性限度内)．则此弹簧的劲度系数为________________．C ．在水平气垫导轨的右端合适位置安装一个光电门(光电门与弹簧最左端的距离大于x 1)，如图丙所示．D ．用天平测得小车(带有遮光条)的质量为m ，用螺旋测微器测得遮光条宽度d 的结果如图丁所示，则d ＝________________mm.E ．把小车置于气垫导轨上，向左推小车使弹簧压缩一段距离(弹簧与小车未拴接)，此时弹簧右端在刻度尺上对应的示数为x 3，如图丙所示(弹簧的形变在弹性限度内)．由静止释放小车，测得小车通过光电门时的遮光时间为Δt .小车经过光电门时的速度大小为________________(用实验中所测物理量的符号表示)．(2)在实验误差允许的范围内，若________________＝________________(用实验中所测物理量的符号表示)，就可验证弹力做的功W ＝12kx 2的结论． (3)同学们在实验过程中有如下讨论，其中对减小实验误差有益的说法是________________．A ．遮光条的宽度越小越好B ．把气垫导轨左端垫起适当高度来平衡摩擦力C ．计算弹簧劲度系数时，多次测量取平均值D ．向左推小车压缩弹簧时，弹簧形变量越大越好[解析] (1)由题意知，弹簧的原长为x 1，用弹簧测力计拉着弹簧缓慢向右移动至x 2位置时，弹簧伸长了Δx ＝x 2－x 1，根据胡克定律有F ＝k ·Δx ＝k (x 2－x 1)，因此弹簧的劲度系数为k ＝Fx 2－x 1；螺旋测微器的读数由两部分构成，即固定读数＋可动读数，所以d ＝2.5 mm＋17.0×0.01 mm＝2.670 mm ；由于遮光条较窄，因此可以用小车通过遮光条的平均速度来代替通过光电门的瞬时速度，所以有v ＝d Δt.(2)小车的动能是由弹性势能转化而来，由能量守恒知，在实验误差允许的范围内，若12·F x 2－x 1(x 1－x 3)2＝12m ⎝ ⎛⎭⎪⎫d Δt 2，则说明弹力做的功为W ＝12kx 2.(3)遮光条的宽度适当的小有利于减小实验误差，但并不是越小越好，因为宽度太小会导致测量误差增大，选项A 错误；应用气垫导轨时不需要平衡摩擦力，选项B 错误；计算弹簧的劲度系数时，多次测量有利于减小实验误差，选项C 正确；在实际操作时，向左推小车压缩弹簧时，弹簧形变量太大，弹簧可能无法完全恢复原状，选项D 错误．[答案] (1)B.F x 2－x 1 D ．2.670 E.dΔt (2)12·F x 2－x 1(x 1－x 3)2 12m ⎝ ⎛⎭⎪⎫d Δt 2 (3)C。