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2019届高考物理三轮冲刺考前抢分-实验题

编辑: 路逍遥 关键词: 高三 来源: 记忆方法网

实验题专练(二)
1.国标(GB/T)规定自来水在15 ℃时电阻率应大于13 Ω•m.某同学利用图1甲电路测量15 ℃自来水的电阻率,其中内径均匀的圆柱形玻璃管侧壁连接一细管,细管上加有阀门K以控制管内自来水的水量,玻璃管两端接有导电活塞(活塞电阻可忽略),右活塞固定,左活塞可自由移动.实验器材还有:电源(电动势约为3 V,内阻可忽略),电压表V1(量程为3 V,内阻很大),电压表V2(量程为3 V,内阻很大),定值电阻R1(阻值4 kΩ),定值电阻R2(阻值2 kΩ),电阻箱R(最大阻值9 999 Ω),单刀双掷开关S,导线若干,游标卡尺,刻度尺.


图1
实验步骤如下:
A.用游标卡尺测量玻璃管的内径d;
B.向玻璃管内注满自来水,并用刻度尺测量水柱长度L;
C.把S拨到1位置,记录电压表V1示数;
D.把S拨到2位置,调整电阻箱阻值,使电压表V2示数与电压表V1示数相同,记录电阻箱的阻值R;
E.改变玻璃管内水柱长度,重复实验步骤C、D,记录每一次水柱长度L和电阻箱阻值R;
F.断开S,整理好器材.
(1)测玻璃管内径d时游标卡尺示数如图乙,则d=________ mm.
(2)玻璃管内水柱的电阻Rx的表达式为: Rx=________(用R1、R2、R表示).
(3)利用记录的多组水柱长度L和对应的电阻箱阻值R的数据,绘制出如图2所示的R-1L关系图象.自来水的电阻率ρ=_________ Ω•m(保留两位有效数字).

图2
(4)本实验中若电压表V1内阻不是很大,则自来水电阻率测量结果将___________(填“偏大”“不变”或“偏小”).
答案 (1)30.00 (2)R1R2R (3)14 (4)偏大
解析 (1)根据游标卡尺的读数规则,玻璃管内径d=30 mm+0×0.05 mm=30.00 mm.
(2)把S拨到1位置,记录电压表V1示数,得到通过水柱的电流I1=UR1.由闭合电路欧姆定律得,E=U+UR1Rx;把S拨到2位置,调整电阻箱阻值,使电压表V2示数与电压表V1示数相同,记录电阻箱的阻值R,得到该电路的电流I2=UR.由闭合电路欧姆定律得,E=U+URR2;联立解得:Rx =R1R2R.
(3)由电阻律公式Rx =ρLS,Rx =R1R2R联立解得:R=R1R2Sρ•1L. R-1L关系图象斜率k=0.4×103 Ω•m,k=R1R2Sρ,S=πd24 ,解得:ρ=R1R2Sk≈14 Ω•m.
(4)本实验中若电压表V1内阻不是很大,则通过水柱的电流I1大于测量值,即UR1Rx> URR2,得到Rx >R1R2R,即自来水电阻测量值偏大,自来水电阻率测量结果将偏大.
2.两位同学用如图3所示装置,通过半径相同的A、B两球的碰撞来验证动量守恒定律.

图3
(1)实验中必须满足的条件是________.
A.斜槽轨道尽量光滑以减小误差
B.斜槽轨道末端的切线必须水平
C.入射球A每次必须从轨道的同一位置由静止滚下
D.两球的质量必须相等
(2)测量所得入射球A的质量为mA,被碰撞小球B的质量为mB,图中O点是小球抛出点在水平地面上的垂直投影,实验时,先让入射球A从斜轨上的起始位置由静止释放,找到其平均落点的位置P,测得平抛射程为OP;再将入射球A从斜轨上起始位置由静止释放,与小球B相撞,分别找到球A和球B相撞后的平均落点M、N,测得平均射程分别为OM和ON.当所测物理量满足表达式____________时,即说明两球碰撞中动量守恒;如果满足表达式____________时,则说明两球的碰撞为完全弹性碰撞.
(3)乙同学也用上述两球进行实验,但将实验装置进行了改装:如图4所示,将白纸、复写纸固定在竖直放置的木条上,用来记录实验中球A、球B与木条的撞击点.实验时,首先将木条竖直立在轨道末端右侧并与轨道接触,让入射球A从斜轨上起始位置由静止释放,撞击点为B′;然后将木条平移到图中所示位置,入射球A从斜轨上起始位置由静止释放,确定其撞击点P′;再将入射球A从斜轨上起始位置由静止释放,与球B相撞,确定球A和球B相撞后的撞击点分别为M′和N′.测得B′与N′、P′、M′各点的高度差分别为h1、h2、h3.若所测物理量满足表达式____________时,则说明球A和球B碰撞中动量守恒.

图4
答案 (1)BC (2)mA•OP=mA•OM+mB•ON OP+OM=ON (3)mAh2=mAh3+mBh1
解析 (1)“验证动量守恒定律”的实验中,是通过平抛运动的基本规律求解碰撞前后的速度的,只要离开轨道后做平抛运动,对斜槽是否光滑没有要求,故A错误;要保证每次小球都做平抛运动,则轨道的末端必须水平,故B正确;要保证碰撞前的速度相同,所以入射球每次都要从同一高度由静止滚下,故C正确;为了使小球碰后不被反弹,要求入射小球质量大于被碰小球质量,故D错误;故选B、C.
(2)小球离开轨道后做平抛运动,由于小球抛出点的高度相同,它们在空中的运动时间t相等,它们的水平位移x与其初速度成正比,可以用小球的水平位移代替小球的初速度,若两球相碰前后的动量守恒,则mAv0=mAv1+mBv2,又OP=v0t,OM=v1t,ON=v2t,代入得:mA•OP=mA•OM+mB•ON,若碰撞是完全弹性碰撞,则机械能守恒,由机械能守恒定律得:12mAv 20=12mAv 21+12mBv 22,将OP=v0t,OM=v1t,ON=v2t代入得:mA•OP2=mA•OM2+mB•ON2.两式联立可得OP+OM=ON.
(3)小球做平抛运动,在竖直方向上:h=12gt2,平抛运动时间:t=2hg,设轨道末端到木条的水平位置为x,小球做平抛运动的初速度:vA=xg2h2,vA′=xg2h3,vB′=xg2h1,如果碰撞过程动量守恒,则:mAvA=mAvA′+mBvB′,将vA=xg2h2,vA′=xg2h3,vB′=xg2h1代入上式,解得:mAh2=mAh3+mBh1.
3.在“测量金属的电阻率”实验中,所用测量仪器均已校准、待测金属丝接入电路部分的长度约为50 cm.
(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径,其中某一次测量结果如图5所示,其读数为_________ mm(该值接近多次测量的平均值).

图5
(2)用伏安法测金属丝的电阻Rx.实验所用器材为:电池组(电动势3 V,内阻约1 Ω)、电流表(内阻约0.1 Ω)、电压表(内阻约3 kΩ)、滑动变阻器(0~20 Ω,额定电流2 A),开关、导线若干.某小组同学利用以上器材正确连接好电路,进行实验测量,记录数据如下:

次数1234567
U/V0.100.300.701.001.501.702.30
I/A0.0200.0600.1600.2200.3400.4600.520

由以上实验数据可知,他们测量Rx是采用图6中的________图(选填“甲”或“乙”).

图6
(3)图7是测量Rx的实验器材实物图,图中已连接了部分导线,滑动变阻器滑片P置于变阻器的一端.请根据(2)所选的电路图,补充完图中实物间的连线,并使开关闭合瞬间,电压表或电流表不至于被烧坏.

图7
(4)这个小组的同学在坐标纸上建立U、I坐标系,如图8所示,图中已标出了与测量数据对应的4个坐标点.请在图4中标出第2、4、6次测量数据的坐标点,描绘出U-I图线.由图线得到金属丝的阻值Rx=________ Ω(保留两位有效数字).

图8
(5)根据以上数据可以估算出金属丝的电阻率约为________(填选项前的符号).
A.1×10-2 Ω•m B.1×10-3 Ω•m
C.1×10-6 Ω•m D.1×10-5 Ω•m
(6)任何实验测量都存在误差.本实验所用测量仪器均已校准,下列关于误差的说法中正确的是________.
A.用螺旋测微器测量金属丝直径时,由于读数引起的误差属于系统误差
B.由于电流表和电压表内阻引起的误差属于偶然误差
C.若将电流表和电压表的内阻计算在内,可以消除由测量仪表引起的系统误差
D.用U-I图象处理数据求金属丝电阻可以减小偶然误差
答案 (1)(0.396~0.399)mm (2)甲 (3)见解析图 (4)(4.3~4.7)Ω (5)C (6)CD
解析 (1)螺旋测微器的读数:0.01 mm×39.8=0.398 mm;
(2)由记录数据根据欧姆定律可知金属丝的电阻Rx约5 Ω,则有Rx<RARV,属于小电阻,用外接法测量误差小,由表格知实验要求电压电流从接近0开始调节,所以应该采用分压接法,故选甲.
(3)注意连图时连线起点和终点在接线柱上导线不能交叉,结合(2)可知应该连接成外接分压接法(甲),那么在连线时断开开关且使Rx两端的电压为0,先连外接电路部分,再连分压电路部分,此时滑片P必须置于变阻器的左端,实物图如图所示:

(4)描绘出第2、4、6三个点后可见第6次测量数据的坐标点误差太大舍去,然后画出U-I图线,如图所示;其中第4次测量数据的坐标点在描绘出的U-I图线上,有:Rx=10.22 Ω≈4.5 Ω.

(5)根据电阻定律R=ρLS,得ρ=RSL,代入数据可计算出ρ≈1×10-6 Ω•m,故选C.
(6)用螺旋测微器测量金属丝直径时,由于读数引起的误差属于偶然误差,故A错误;由于电流表和电压表内阻引起的误差属于系统误差,不可避免的,故B错误;若将电流表和电压表的内阻计算在内,可以消除由测量仪表引起的系统误差,故C正确;用U-I图象处理数据求金属丝电阻,可以减小偶然误差,故D正确;故选C、D.


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