新课标2022届高考物理二轮复习阶段训练5物理实验

阶段训练(五)　物理实验(时间:45分钟　满分:100分)1.(18分)某探究学习小组的同学要验证牛顿第二定律,他们在实验室组装了一套如图所示的装置,水平轨道上安装两个光电门,小车上固定有力传感器和挡光板,细线一端与力传感器连接另一端跨过定滑轮挂上砝码盘。实验时,调整轨道的倾角正好能平衡小车所受的摩擦力(图中未画出)。(1)该实验中小车所受的合力　　　　　　(选填“等于”或“不等于”)力传感器的示数,该实验　　　　　　(选填“需要”或“不需要”)满足砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量。 (2)实验需用游标卡尺测量挡光板的宽度d,如下图所示,d=　　　　mm。若实验中没有现成的挡光板,某同学用一宽度为7cm的金属片替代,这种做法是否合理?　　　　　　(选填“合理”或“不合理”)。 (3)某次实验获得以下测量数据:小车、传感器和挡光板的总质量m0,挡光板的宽度d,光电门1和2的中心距离为s,力传感器的读数为F,小车通过光电门1和2的挡光时间分别为t1、t2(小车通过光电门2后,砝码盘才落地)。则该实验需要验证的是　。 2.(20分)用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律。实验所用的电源为学生电源,输出电压为6V的交流和直流两种电流。重锤从高处由静止开始落下,重锤上拖着的纸带通过打点计时器打出一系列的点,对纸带上的点迹进行测量,已知重力加速度为g,即可验证机械能守恒定律。甲(1)下面列举了该实验的几个操作步骤:A.按照图示的装置安装器件B.将打点计时器接到电源的直流输出端上C.用天平测量出重锤的质量D.先释放纸带,然后接通电源开关打出一条纸带E.测量打出的纸带上某些点之间的距离F.根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能在误差范围内是否等于增加的动能其中没有必要或操作不恰当的步骤是　　　　　　(填写选项对应的字母)。 (2)如图乙所示是实验中得到的一条纸带,将起始点记为O,并在离O点较远的任意点依次选取6个连续的点,分别记为A、B、C、D、E、F,量出与O点的距离分别为h1、h2、h3、h4、h5、h6,使用交变电流的周期为T,设重锤质量为m,则在打E点时重锤的动能为　　　　　,在打O点和E点这段时间内的重力势能的减少量为　　　　　　　　　　　　　　　　。 乙6\n(3)在本实验中发现,重锤减少的重力势能总是　　　　(选填“大于”或“小于”)重锤增加的动能,主要是因为在重锤下落过程中存在着阻力的作用,为了测定阻力大小,可算出(2)问中纸带各点对应的速度,分别记为v1至v6,并作vn2-hn图象,如图丙所示,直线斜率为k,则可测出阻力大小为　　　　　　。 丙3.(16分)下图是用来验证动量守恒的实验装置,弹性球1用细线悬挂于O点,O点下方桌子的边缘有一竖直立柱。调节悬点,使弹性球1静止时恰与立柱上的球2右端接触且两球等高。将球1拉到A点静止,同时把球2放在立柱上。释放球1,当它摆到悬点正下方时与球2发生对心碰撞,后球1向左摆最远可到B点,球2落到水平地面上的C点。测出有关数据即可验证1、2两球碰撞时动量守恒。现已测出A点离水平桌面的距离为a、B点离水平桌面的距离为b,C点与桌子边缘间的水平距离为c,立柱高h。此外:(1)还需要测量的物理量有　。 (2)根据测量的数据,验证该实验动量守恒的表达式为　　　　　　　　　　　　　　。(忽略小球的大小) 4.(23分)为了测量某电池的电动势E(约为3V)和内阻r,可供选择的器材如下:A.电流表G1(0~2mA,内阻为100Ω)B.电流表G2(0~1mA,内阻未知)C.电阻箱R1(0~99.9Ω)D.电阻箱R2(0~9999.9Ω)E.滑动变阻器R3(0~10Ω　1A)F.滑动变阻器R4(0~1000Ω　10mA)G.定值电阻R0(800Ω　0.1A)H.待测电池I.导线、开关若干(1)采用如图甲所示的电路,测定电流表G2的内阻,得到电流表G1的示数I1、电流表G2的示数I2如下表所示:I1/mA0.400.811.201.592.00I2/mA0.200.400.600.801.00根据测量数据,请在图乙坐标中描点作出I1-I2图线,由图线可得出电流表G2的内阻等于　　　　　Ω。 6\n(2)某同学在现有器材的条件下,要测量该电池的电动势和内阻,采用了图丙的电路,若把电流表G2改装成量程为0~3V的电压表,则电阻箱②该调到　　　Ω。把电流表G1改装成量程为0~0.5A的电流表,则电阻箱①该调到　　　Ω(结果保留两位数字)。 (3)以G2示数I2为纵坐标,G1示数I1为横坐标,作出I2-I1图象如图丁所示,结合图象可得出电源的电动势为　　　　V,电源的内阻为　　　Ω。(结果均保留两位有效数字) 5.(23分)某同学发现很多资料中提到的二极管正接电阻均是某一定值,而他又注意到教材中写到二极管是非线性元件,它的电阻与通过电流的大小有关。他为了探求真知,找来一个LED蓝光二极管:(1)他首先利用多用电表对它的正向电阻进行粗略测量,如图甲所示,下列说法正确的是　　　　。 甲A.欧姆表的表笔A、B应分别接二极管的C、D端B.双手捏住两表笔金属杆,测量值将偏大C.若采用“×100”挡测量时,发现指针偏角过大,应换“×10”挡,且要重新进行欧姆调零D.若采用“×10”挡测量时,发现指针位于刻度“15”与“20”的正中央,测量值应略大于175Ω(2)为了正确描绘出该二极管正接时的伏安特性曲线,可供选择的器材如下:直流电源E:(电动势为3V,内阻不计)电流传感器mA:(量程-10mA~+10mA,相当于理想电流表,能较为精确地测出通过二极管的电流)电压表V:(量程0~1V,内阻为1kΩ)定值电阻R0:阻值为2kΩ滑动变阻器R1:(0~10Ω)滑动变阻器R2:(0~1000kΩ)开关、导线若干①实验中滑动变阻器应选　　　　(选填“R1”或“R2”)。 ②请在图乙方框中画出实验电路原理图。6\n乙丙③实验记录的8组数据如下表所示,其中7组数据的对应点已经标在图丙的坐标纸上,请标出余下一组数据的对应点,并画出I-U图象。I/mA00.100.310.610.781.203.105.00U/V00.610.961.522.032.352.642.75④由所绘制图象可知,他选用的LED蓝光二极管是　　　　　(选填“线性”或“非线性”)电学元件。 阶段训练(五)　物理实验1.答案(1)等于　不需要　(2)7.35　不合理　(3)Fm0=d22s1t22-1t12解析(1)由于装有力传感器,小车所受拉力大小可以从传感器读取,故本实验不需要满足砝码和盘总质量远小于小车总质量,且由于实验前已经通过倾斜轨道平衡摩擦力,故小车所受到的合力等于力传感器的示数。6\n(2)d=7mm+0.05×7mm=7.35mm。实验时把小车经过挡光片时的平均速度作为小车的瞬时速度,挡光片的宽度越窄,小车经过挡光片时的平均速度越接近小车的瞬时速度,挡光片的宽度越大,小车的速度误差越大,不能用7cm的金属片替代挡光片。(3)小车在光电门1处的速度为v1=dt1,在光电门2处的速度为v2=dt2,所以根据v22-v12=2as,可得a=d22s1t22-1t12,由F=m0a可知F=m0d22s1t22-1t12。2.答案(1)BCD　(2)m(h6-h4)28T2　mgh5　(3)大于　mg-k2解析(1)没有必要或操作不恰当的步骤是BCD。B项应将打点计时器接到电源的交流输出端上;C项没有必要用天平测量出重锤的质量;D应为先接通电源,再释放纸带,打出一条纸带。(2)打E点的速度为vE=h6-h42T,动能Ek=12mh6-h42T2=m(h6-h4)28T2;重力势能减少量ΔEp=mgh5。(3)因为在重锤下落过程中存在着阻力的作用,重锤减少的重力势能总是大于重锤增加的动能;即Ffhn=mghn-12mvn2,解之得Ff=mg-mvn22hn=mg-vn22hn=mg-k2。3.答案(1)弹性球1、2的质量m1和m2,桌面离水平地面的高度H(2)2m1a-h=2m1b-h+m2cH+h解析(1)要验证动量守恒必须知道两球碰撞前后的动量,所以要测量1、2两个小球的质量,计算碰撞前后两小球的速度。根据弹性球1碰撞前后的高度a和b,由机械能守恒定律可以求出碰撞前后的速度,只要测出桌面高H,根据平拋运动的规律就可以求出弹性球2碰撞后的速度,故需要测量弹性球1、2的质量m1和m2,桌面离水平地面的高度H。(2)小球1从A处下摆过程只有重力做功,根据机械能守恒定律,有m1g(a-h)=12m1v12得v1=2g(a-h)碰撞后小球1上升到最高点的过程中,有m1g(b-h)=12m1v22得v2=2g(b-h)碰撞后小球2做平抛运动,运动时间t=2(H+h)g得小球2碰后速度v3=xt=cg2(H+h)所以该实验中动量守恒的表达式为m1v1=m2v3+m1v2即m12g(a-h)=m12g(b-h)+m2cg2(H+h)得2m1a-h=2m1b-h+m2c1H+h。4.答案(1)如解析图所示　200　(2)28000.40　(3)2.7　8.6解析6\n(1)描点作出I1-I2图线如图所示,从表格中的数据看,I1与I2成正比。图线为过原点的直线,电流表G2和电流表G1并联,电流之比就是内阻的反比。如图,I1I2=2,电流表G1的内阻是100Ω,所以电流表G2的内阻等于200Ω。(2)因为电流表G2量程为0~1mA,内电阻为200Ω,把它改装成0~3V的电压表时,电流表上的电压为0.2V,故串联的电阻上的电压为2.8V,电阻箱②该调到电阻的大小为R2=2800Ω。若将G1改装成0~0.5A的电流表,则R1=2×10-3×1000.5-2×10-3Ω=0.40Ω。(3)根据闭合电路欧姆定律应有:E=I2(r2+R2)+I1r1+I1r1R1+I1r,整理可得:I2=Er2+R2-I1(r1+r1rR1+r)r2+R2,结合图象斜率和截距的概念应有:Er2+R2=0.9×10-3,E=2.7V,r1+r1rR1+rr2+R2=34,r=8.6Ω。5.答案(1)AC　(2)①R1　②见解析图甲　③见解析图乙　④非线性解析(1)由于欧姆表的A表笔内部接电源的正极,故欧姆表的表笔A、B应分别接二极管的C、D端,选项A正确;由于人体是导体,双手捏住两表笔金属杆,测量值将偏小,故B错误;若采用“×100”挡测量时,发现指针偏角过大,故为使指针指中央刻度附近,则应换“×10”挡,且要重新进行欧姆调零,选项C正确;欧姆表刻度是左密右疏,选择“×10”挡测量时发现指针位于15与20正中间,即测量值小于175Ω,选项D错误。故选A、C。(2)①实验中滑动变阻器应选阻值较小的R1;②电路图如图甲所示:甲③如图乙所示:乙④由所绘制图象可知,他选用的LED蓝光二极管是非线性电学元件。6