2022届高三物理二轮复习卷：实验题专题练习（三）

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一、实验探究题
1．（2021高三上·泰安期中）“探究加速度与质量、合外力的关系”的实验装置如图甲所示。一共有9个砝码，砝码盘和每个砝码的质量均为20g。
（1）在平衡小车与板面之间摩擦力的过程中，打出了一条纸带如图乙所示，从比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，量出各计数点与第一个计数点间的距离。计时器打点频率为 50Hz ，则该小车的加速度 a= m/s2 ，打点计时器打下计数点4时小车的速度大小 v4= m/s （结果均保留两位有效数字）。
（2）调整装置平衡摩擦力后，将9个相同的砝码都放在小车上，挂上砝码盘，然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中，砝码盘和其中砝码的总重力记为F，测出小车对应的加速度a，根据前5次实验数据作出 a−F 关系图像如图丙，则小车的质量为 M= kg （结果保留2位有效数字）。
（3）假设继续将小车上的剩余4个砝码依次添加到砝码盘里，作出 a−F 关系图像可能是_________。（单选，填正确答案标号）
A．B．
C．D．
2．（2021高三上·揭东期中）在“验证机械能守恒定律”的实验中，打点计时器所用电源频率为50Hz，当地重力加速度的值为 9.80m/s2 ，测得所用重物的质量为1.00kg。若按实验要求正确地选出纸带进行测量，量得连续三点A、B、C到第一个点O的距离如图所示（相邻计数点时间间隔为0.02s），那么
（1）纸带的 （填“左”或“右”）端与重物相连。
（2）在从起点O到打下计数点B的过程中重物重力势能的减少量是 ΔEp= ，此过程中重物动能的增加量是 ΔEk= 。（结果均保留两位有效数字）
（3）实验的结论是 。
3．（2021高三上·揭东期中）某同学用图a的装置完成“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验，部分实验步骤如下：
A．记下弹簧不挂钩码时，其下端在刻度尺上的刻度 L0
B．以弹簧长度x为横坐标，以弹力为纵坐标，描出各组数据 (x,F) 对应的点，作出F—x图线
C．依次在弹簧下端挂上1个、2个、3个、4个……钩码，并分别记下钩码静止时，弹簧下端所对应的刻度x并记录在表格内，然后取下钩码
D．将铁架台固定于桌子上，并将弹簧的一端系于横梁上，在弹簧附近竖直固定一刻度尺
（1）实验步骤的正确顺序为： 。
（2）若他通过实验得到如图（b）所示的弹力大小F与弹簧长度x的关系图线。由此图线可得该弹簧的原长 x0= ，劲度系数 k= N/m。
（3）他又利用本实验原理把该弹簧做成一把弹簧秤，当弹簧秤上的示数如图（c）所示时，该弹簧的伸长量 x= cm。
4．（2021高三上·常州期中）两个学习小组分别用下面两种方案测量电源电动势和内阻。
（1）用内阻为3kΩ、量程为1V的电压表，保护电阻R0，电阻箱R，开关S测量一节干电池的电动势和内阻。
①由于干电池电动势为1.5V，需要把量程为1V的电压表扩大量程。若定值电阻R1可供选择的阻值有1kΩ、1.5kΩ、5kΩ，其中最合适的是 。
②请在虚线框内画出测量电源电动势和内阻的电路原理图 ，并完成图（a）中剩余的连线 。
（2）按照图（b）的电路测量电源电动势和内阻，已知电流表内阻为RA，R1=RA，保护电阻的阻值为R0，根据测得的数据作出 1I−R 图像，图线的斜率为k，纵截距为b，则电源电动势E= ，内阻r= 。
5．（）在“探究电阻与导体长度、横截面积的关系”的实验中，用刻度尺测量金属丝直径时的刻度位置如图甲所示，金属丝的匝数为39，用刻度尺测出金属丝的长度为L，金属丝的阻值大约为 5Ω ，先用伏安法测出金属丝的电阻R，然后用控制变量法探究电阻与导体长度、横截面积的关系。
（1）从图中得出金属丝的直径为 mm。（结果保留三位小数）
（2）实验室提供两节新的干电池、开关和若干导线及下列器材：
A．电压表（ 0∼3V ，内阻约为 10kΩ ）
B．电压表（ 0∼15V ，内阻约为 50kΩ ）
C．电流表（ 0∼0.6A ，内阻约为 0.05Ω ）
D．电流表（ 0∼3A ，内阻约为 0.01Ω ）
E．滑动变阻器（阻值为 0∼10Ω ）
F．滑动变阻器（阻值为 0∼100Ω ）
①要求较准确地测出金属丝的阻值，电压表应选 ，电流表应选 ，滑动变阻器应选 。（均填器材前的字母符号）
②实验中某同学连接的实物图如图乙所示，请指出该同学实物图中的两处明显错误： 和 。
答案解析部分
1．【答案】（1）0.30；0.43
（2）0.80
（3）A
【考点】验证牛顿运动定律（探究加速度与力、质量的关系）
【解析】【解答】（1）由题意可知纸带上相邻计数点的时间间隔 T=5×0.02s=0.1s
计算可得 Δx=x34−x23=x23−x12=0.3cm=0.003m
由 Δx=aT2
可得 a=ΔxT2=0.30m/s2
由中间时刻瞬时速度等于该过程的平均速度得计数点3的瞬时速度为 v3=x242T=11.46−3.522×0.1×10−2m/s=0.40m/s
小车做均加速直线运动，则计数点4时小车的速度 v4=v3+at=0.43m/s
（2）以砝码和砝码盘为研究对象，则有 F−T=(nm+m)a
以小车为研究对象则有 T=(M−nm+9m)a
联立可得 F=(M+10m)a
则 a=FM+10m
由丙图知斜率为 1M+10m=1
则 M=1−10m
代入数据得 M=0.80kg
（3）由 a=FM+10m 可知 M+10m 为常数，故 a−F 关系图像的斜率不变，A符合题意，BCD不符合题意。
【分析】（1）根据逐差法求加速度，根据瞬时速度公式，求解3点瞬时速度，再根据速度公式求解4点速度。
（2）根据牛顿第二定律，对整体和小车列式，联立，求解加速度a，结合图并斜率，求解质量M。
（3）结合图象斜率和质量有关，是定值，所以斜率不变。
2．【答案】（1）左
（2）0.49J；0.48J
（3）在实验误差允许范围内，重物的机械能守恒
【考点】验证机械能守恒定律
【解析】【解答】（1）与重物相连的一端先打点，由于开始速度小，点迹密集，所以纸带左端与重物相连。
（2）在从起点O到打下计数点B的过程中重物重力势能的减少量为 ΔEp=mghOB=1.00×9.80×0.0501J≈0.49J
打B点时重物的速度为 vB=0.0706−0.03142×0.02m/s=0.98m/s
则重物动能的增加量为 ΔEk=12mvB2=12×1.00×0.982J≈0.48J
（3）由于 ΔEp≈ΔEk ，所以实验的结论是在实验误差允许范围内，重物的机械能守恒。
【分析】（1）由于重物做匀加速直线运动所以纸带上间距不断增大所以其左端与重物相连；
（2）利用高度变化可以求出重力势能的减少量；利用平均速度公式结合质量可以求出动能的增量；
（3）比较重力势能减少量及动能增量的大小可以得出机械能守恒。
3．【答案】（1）DACB
（2）4；25
（3）12
【考点】探究弹力和弹簧伸长的关系
【解析】【解答】(1)本着安装设备，进行实验，数据处理的思路进行安排实验步骤，故答案为DACB；
(2)当外力为零时，弹簧的长度即为弹簧的原长，即图中的横截距表示弹簧的原长，则 x0=4cm
图像的斜率表示弹簧的劲度系数，故 k=ΔFΔx=4−0(20−4)×10−2N/m=25N/m
(3)由图c得到弹簧的弹力为3N，根据图b得到弹簧的长度为16cm，故伸长量为 16cm−4cm=12cm
【分析】（1）实验应该先安装设备，进行实验再进行数据处理；
（2）利用图像截距可以求出弹簧的原长，利用图像斜率可以求出劲度系数的大小；
（3）利用胡克定律结合弹力的大小可以求出弹簧的伸长量大小。
4．【答案】（1）1.5kΩ；；
（2）2k；bk−R0−RA2
【考点】测电源电动势和内阻
【解析】【解答】(1)内阻为 3kΩ 的电压表分压为 1V ，根据欧姆定律的分压规律可知 1.5kΩ 的电阻分压为 0.5V ，恰好满足测量电源电动势 1.5V 的要求，所以 R1 选择阻值为 1.5kΩ 的电阻；
采用伏阻法测量电源电动势和内阻，电路图如图所示：
；
根据电路图连接电路：
；
(2)根据闭合电路欧姆定律： E=2I(R+r+R0+RA2)
变形得： 1I=2ER+2r+2R0+RAE
根据图像的斜率和纵截距： 2E=k
b=2r+2R0+RAE
解得： E=2k
r=bk−R0−RA2 。
【分析】（1）利用电压表扩大后的量程结合欧姆定律可以求出串联电阻的大小；
（2）电压表与R1串联改装为电压表测量其电阻箱两端的电压，电源与电阻箱、定值电阻串联；利用电路图完成实物图连线；
（3）利用闭合电路的欧姆定律结合图像斜率和截距可以求出电动势和内阻的大小。
5．【答案】（1）0.646
（2）A；C；E；导线连接在滑动变阻器滑片上；采用了电流表内接法
【考点】测定金属的电阻率
【解析】【解答】（1）由图可知，紧密绕制的金属丝的宽度为2.52cm，故直径为 2.5239cm≈0.0646cm=0.646mm
（2）①因为两节干电池的电动势约为3V，电压表选A；因为金属丝的电阻大小约为 5Ω ，如果把3V的电动势全部加在金属丝上，电流最大为0.6A，故电流表选C；金属丝的电阻约为 5Ω ，为了减小误差，滑动变阻器选E；
②由图可知，其中一明显错误为导线连接在滑动变阻器滑片上；
由题中数据可得 RVRx>RxRA
故电流表应采用外接法，所以错在采用了电流表内接法。
【分析】（1）利用刻度尺读数结合金属丝的圈数可以求出金属丝的直径；
（2）利用电动势的大小可以判别电压表的选择；利用欧姆定律可以判别电流的大小进而选择对应的电流表；为了减小误差其滑动变阻器使用小阻值；
（3）利用待测电阻比较小其电流表应该使用外接法。