物理20分鐘專題突破(18)

實驗與探究

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1.在圖16中所示的實驗裝置中,平行板電容器的極板A與靈敏的靜電計相接,極板B接地,若極板B稍向上移動一點,由觀察到的靜電計指針變化作出平行板電容器電容變小的結(jié)論,其依據(jù)是(    )

  A.兩極板間的電壓不變,極板上的電量變小

  B.兩極板間的電壓不變,極板上的電量變大

  C.極板上的電量幾乎不變,兩極板間的電壓變小

  D.極板上的電量幾乎不變,兩極板間的電壓變大

 

2.科學(xué)探究活動通常包括以下幾個環(huán)節(jié),提出問題:猜想與假設(shè),制定計劃與設(shè)計實驗、進(jìn)行實驗與收集證據(jù)、分析與論證、評估、交流與合作等,一位同學(xué)在學(xué)習(xí)了滑動摩擦力之后,認(rèn)為滑動摩擦力的大小可能與兩物體接觸面積的大小有關(guān),于是他通過實驗探究這個問題。

   (1)這位同學(xué)認(rèn)為,滑動摩擦力的大小與兩物體的面積的大小成正比,這屬于上述科學(xué)探究的                   環(huán)節(jié)。

   (2)這完成本實驗,需要自己制做木塊,他制做的木塊應(yīng)是下列選項中的            。

A.各面粗糙程度相同的正方體

B.各面粗糙程度不同的正方體

C.各面粗糙程度相同。長寬高各不相同的長方體

D.各面粗糙程度不相同,長寬高各不相同的長方體

   (3)本實實驗中,該同學(xué)設(shè)計了兩種實驗方安案:

方案一:木板水平固定,通過彈簧秤水平拉動木塊,如圖(a)所示。

     

     

     

    ①上述兩種方案中,你認(rèn)為更合理、更易于操作的是            (填“方案一”或“方案二”)

    ②該實驗記錄的數(shù)據(jù)是                                                。

     

    3.鐵路轉(zhuǎn)彎處的彎道半徑r是根據(jù)地形決定的,彎道處要求外軌比內(nèi)軌高,其內(nèi)外高度差h的設(shè)計不僅與r有關(guān),還取決于火車在彎道上的行駛速率。下表格中是鐵路設(shè)計人員技術(shù)手冊中彎道半徑r及與之相對應(yīng)的軌道的高度差h

    彎道半徑rm

    660

    330

    220

    165

    132

    110

    內(nèi)外軌高度差hm

    0.05

    0.10

    0.15

    0.20

    0.25

    0.30

       (1)根據(jù)表中數(shù)據(jù),試導(dǎo)出hr關(guān)系的表達(dá)式為:      ,并求出當(dāng)r=440m時,h的設(shè)計值應(yīng)為:        。

       (2)鐵路建成后,火車通過彎道時,為保證絕對安全,要求內(nèi)外軌道均不向車輪施加側(cè)面壓力,又已知我國鐵路內(nèi)外軌的間距設(shè)計值為L=1.500m,結(jié)合表中數(shù)據(jù),算出我國火車的轉(zhuǎn)彎速率:v        ;(路軌傾角很小時,正弦值按正切值處理g=10m/s2

       (3)隨著人均生活節(jié)奏加快,對交通運輸?shù)目旖萏岢隽烁叩囊,為了提高運輸能力,國家對鐵路不斷進(jìn)行提速,這就要求鐵路轉(zhuǎn)彎速率也需要提高,請根據(jù)上述計算原理和上述表格分析提速時應(yīng)采取怎樣的有效措施?答:                    。

     

    4.某探究學(xué)習(xí)小組的同學(xué)欲驗證“動能定理”,他們在實驗室組裝了一套如圖所示的裝置,另外他們還找到了打點計時器所用的學(xué)生電源、導(dǎo)線、復(fù)寫紙、紙帶、小木塊、細(xì)沙.當(dāng)滑塊連接上紙帶,用細(xì)線通過

    滑輪掛上空的小沙桶時,釋放小桶,滑

    塊處于靜止?fàn)顟B(tài).

    若你是小組中的一位成員,要完成

    該項實驗,則:

       (1)你認(rèn)為還需要的實驗器材

                       

       (2)實驗時為了保證滑塊受到的合力與沙和沙桶的總重力大小基本相等,沙和沙桶的總質(zhì)量應(yīng)滿足的實驗條件是                   ,實驗時首先要做的步驟是                    

       (3)在(2)的基礎(chǔ)上,某同學(xué)用天平稱量滑塊的質(zhì)量M.往沙桶中裝入適量的細(xì)沙,用天平稱出此時沙和沙桶的總質(zhì)量m.讓沙桶帶動滑塊加速運動,用打點計時器記錄其運動情況,在打點計時器打出的紙帶上取兩點,測出這兩點的間距L和這兩點的速度大小v1與v2(v1< v2).則本實驗最終要驗證的數(shù)學(xué)表達(dá)式為              

    (用題中的字母表示實驗中測量得到的物理量).

     

    5.現(xiàn)要驗證“當(dāng)合外力一定時,物體運動的加速度與其質(zhì)量成反比”這一物理規(guī)律。給定的器材如下:一傾角可以調(diào)節(jié)的長斜面(如圖)、小車、計時器一個、米尺、天平、砝碼、鉤碼若干。實驗步驟如下(不考慮摩擦力的影響),在空格中填入適當(dāng)?shù)墓交蛭淖帧?/p>

    (1)用天平測出小車的質(zhì)量m

    (2)讓小車自斜面上方一固定點A1從靜止開始下滑到斜面底端A2,記下所用的時間t

    (3)用米尺測量A1A2之間的距離s。則小車的加速度a=            

    (4)用米尺測量A1相對于A2的高度h。則小車所受的合外力F                 。

    (5)在小車中加鉤碼,用天平測出此時小車與鉤碼的總質(zhì)量m,同時改變h,使m與h的乘積不變。測出小車從A1靜止開始下滑到斜面底端A2所需的時間t。請說出總質(zhì)量與高度的乘積不變的原因______________________________。

    (6)多次測量m和t,以m為橫坐標(biāo),t2為縱坐標(biāo),根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作圖。如能得到一條____________線,則可驗證“當(dāng)合外力一定時,物體運動的加速度與其質(zhì)量成反比”這一規(guī)律。

     

     

     

     

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    6.現(xiàn)有一種特殊的電池,它的電動勢E約為9V,內(nèi)阻r約為50Ω,已知該電池允許輸出的最大電流為50 mA,為了測定這個電池的電動勢和內(nèi)阻,某同學(xué)利用如圖(a)所示的電路進(jìn)行實驗,圖中電壓表的內(nèi)阻很大,對電路的影響可不考慮,R為電阻箱,阻值范圍0~9 999Ω,R0是定值電阻,起保護(hù)電路的作用.

    (1)實驗室備有的定值電阻R0有以下幾種規(guī)格:

    A. 10Ω 2.5 W       B. 100Ω 1. 0 W

    C. 200Ω 1. 0 W     D. 2 000Ω 5.0 W

    本實驗應(yīng)選哪一種規(guī)格?答          

    (2)該同學(xué)接入符合要求的R0后,閉合開關(guān)S,調(diào)整電阻箱的阻值,讀取電壓表的示數(shù)改變電阻箱阻值,取得多組數(shù)據(jù),作出了如圖 (b)所示的圖線(已知該直線的截距為0.1 V-1).則根據(jù)該同學(xué)所作出的圖線可求得該電池的電動勢E為     V,內(nèi)阻r為

            Ω。

     

    7.學(xué)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)離不開科學(xué)探究,而科學(xué)探究可以分為理論探究和實驗探究。下面我們追尋科學(xué)家的研究足跡用兩種方法探究恒力做功和物體動能變化間的關(guān)系。

      .理論探究:

             根據(jù)牛頓運動定律和有關(guān)運動學(xué)公式,推導(dǎo)在恒定合外力的作用下,功與物體動能變化間的關(guān)系,請在答題紙上對應(yīng)位置寫出你的推導(dǎo)過程。

      .實驗探究:

    ①某同學(xué)的實驗方案如圖乙所示,他想用鉤碼的重力表示小車受到的合外力,為了減小這種做法帶來的實驗誤差,你認(rèn)為在實驗中還應(yīng)該采取的兩項措施是:

           a.______        _             ___;b.             _             ____;

    ②如圖丙所示是某次實驗中得到的一條紙帶,其中A、B、C、D、E、F是計數(shù)點,相鄰計數(shù)點間的時間間隔為T。距離如圖。則打C點時小車的速度為              ;

    要驗證合外力的功與動能變化間的關(guān)系,除位移、速度外,還要測出的物理量有:

                        

     

     

     

     

     

     

    8.王紅同學(xué)到實驗室做“測定電源電動勢和內(nèi)阻”的實驗時,發(fā)現(xiàn)實驗桌上還有一個定值電阻R0。他設(shè)計了如圖所示的電路來測量R0的阻值,實驗時用U1、U2、I分別表示電表V1、V2、A的讀數(shù),并將滑動變阻器的滑片P移動到不同位置時,記錄了U1、U2、I的一系列值。

    (1)他在同一坐標(biāo)紙上分別作出U1-I、U2-I圖線,則所作的直線斜率較大的是 

       

    (2)定值電阻R0的計算表達(dá)式是: R0=                    (用測得的物理量表示), 若實驗中的所有操作和數(shù)據(jù)處理無錯誤,實驗中測得R0        (填“大于”、“等于”或“小于”)實際值。

    (3)張超同學(xué)說:“在王紅同學(xué)所用的實驗器材中,如果知道電流表的內(nèi)阻rA,就能少用一個電壓表測出電動勢、內(nèi)阻以及R0的值。請你在虛線框中畫出張超同學(xué)設(shè)想的電路圖,并寫出簡單實驗步驟和E、r、R0三個物理量的計算式。

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    1.解析:靜電計是用來測量帶電體和大地間的電勢差的,平行板電容器與電源斷開,則電容器所帶的電量幾乎不變,將B板向上移動時,兩極板間的正對面積減小,電容減小,由可知,U增大,所以選項D正確。

     

    2.答案:①猜想與假設(shè) 

    ②C 

    ③(1)方案二  

    (2)彈簧秤的讀數(shù)和木塊底面的長寬(式底部面積)

     

    3.答案:(1)r.?h=33   0.075  (2)14.8 (3)增大h或增大r或減小L

     

    4.答案:(1)天平,刻度尺

    (2)沙和沙桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊的質(zhì)量,平衡摩擦力

    (3)

     

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    5.答案:③

    ;

    ⑤為了使各次測量中,小車所受的合外力不變;

    ⑥過原點的直線 

     

    6.(命題思路:課本實驗原理的遷移與變式,器材選擇、電路原理分析、數(shù)形結(jié)合)

    答案: (1 )C  (2)10  46±2.

     

    7.答案:推導(dǎo):

    牛頓第二定律得F=ma,由運動學(xué)公式得v22-v12=2ax,由功的定義式

    W=Fx,三式聯(lián)立得W

         Ⅱ①a.平衡摩擦力   b.鉤碼的重力遠(yuǎn)小于小車的總重力

          鉤碼的重力和小車的總質(zhì)量  

     

    8.答案:⑴U2-I的圖線。

    ⑵R0=,大于;

    ⑶電路圖:略

    實驗步驟:①按電路圖連接好電路;

    ②閉合開關(guān)S,移動滑片P使滑動變阻器短路,測得兩電表讀數(shù)為U1、I1;

    ③移動滑片P使滑動變阻器不短路,測得兩電表讀數(shù)為U2、I2;

    ④整理器材,數(shù)據(jù)處理。

    計算公式:

    ①E=       ②rA=           

    ③R0=

     

     


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