物理20分鐘專題突破(18)

實(shí)驗(yàn)與探究

w.w.w.k.s.5.u.c

1.在圖16中所示的實(shí)驗(yàn)裝置中,平行板電容器的極板A與靈敏的靜電計(jì)相接,極板B接地,若極板B稍向上移動(dòng)一點(diǎn),由觀察到的靜電計(jì)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(dòng)通常包括以下幾個(gè)環(huán)節(jié),提出問題:猜想與假設(shè),制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)、分析與論證、評(píng)估、交流與合作等,一位同學(xué)在學(xué)習(xí)了滑動(dòng)摩擦力之后,認(rèn)為滑動(dòng)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(shí)驗(yàn)探究這個(gè)問題。

   (1)這位同學(xué)認(rèn)為,滑動(dòng)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(shí)驗(yàn),需要自己制做木塊,他制做的木塊應(yīng)是下列選項(xiàng)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(zhǎng)寬高各不相同的長(zhǎng)方體

D.各面粗糙程度不相同,長(zhǎng)寬高各不相同的長(zhǎng)方體

   (3)本實(shí)實(shí)驗(yàn)中,該同學(xué)設(shè)計(jì)了兩種實(shí)驗(yàn)方安案:

方案一:木板水平固定,通過彈簧秤水平拉動(dòng)木塊,如圖(a)所示。

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          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(shí)驗(yàn)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(jì)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(jì)人員技術(shù)手冊(cè)中彎道半徑r及與之相對(duì)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(shí),h的設(shè)計(jì)值應(yīng)為:        

             (2)鐵路建成后,火車通過彎道時(shí),為保證絕對(duì)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(guó)鐵路內(nèi)外軌的間距設(shè)計(jì)值為L(zhǎng)=1.500m,結(jié)合表中數(shù)據(jù),算出我國(guó)火車的轉(zhuǎn)彎速率:v        ;(路軌傾角很小時(shí),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(duì)交通運(yùn)輸?shù)目旖萏岢隽烁叩囊,為了提高運(yùn)輸能力,國(guó)家對(duì)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(qǐng)根據(jù)上述計(jì)算原理和上述表格分析提速時(shí)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(yàn)證“動(dòng)能定理”,他們?cè)趯?shí)驗(yàn)室組裝了一套如圖所示的裝置,另外他們還找到了打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(shí),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(xiàng)實(shí)驗(yàn),則:

             (1)你認(rèn)為還需要的實(shí)驗(yàn)器材

                             

             (2)實(shí)驗(yàn)時(shí)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(shí)驗(yàn)條件是                   ,實(shí)驗(yàn)時(shí)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(shí)沙和沙桶的總質(zhì)量m.讓沙桶帶動(dòng)滑塊加速運(yùn)動(dòng),用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄其運(yùn)動(dòng)情況,在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶上取兩點(diǎn),測(cè)出這兩點(diǎn)的間距L和這兩點(diǎn)的速度大小v1與v2(v1< v2).則本實(shí)驗(yàn)最終要驗(yàn)證的數(shù)學(xué)表達(dá)式為              

          (用題中的字母表示實(shí)驗(yàn)中測(cè)量得到的物理量).

           

          5.現(xiàn)要驗(yàn)證“當(dāng)合外力一定時(shí),物體運(yùn)動(dòng)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(zhǎng)斜面(如圖)、小車、計(jì)時(shí)器一個(gè)、米尺、天平、砝碼、鉤碼若干。實(shí)驗(yàn)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(cè)出小車的質(zhì)量m

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

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

          (4)用米尺測(cè)量A1相對(duì)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(cè)出此時(shí)小車與鉤碼的總質(zhì)量m,同時(shí)改變h,使m與h的乘積不變。測(cè)出小車從A1靜止開始下滑到斜面底端A2所需的時(shí)間t。請(qǐng)說出總質(zhì)量與高度的乘積不變的原因______________________________。

          (6)多次測(cè)量m和t,以m為橫坐標(biāo),t2為縱坐標(biāo),根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作圖。如能得到一條____________線,則可驗(yàn)證“當(dāng)合外力一定時(shí),物體運(yùn)動(dòng)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(dòng)勢(shì)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(cè)定這個(gè)電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻,某同學(xué)利用如圖(a)所示的電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn),圖中電壓表的內(nèi)阻很大,對(duì)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(dòng)勢(shì)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(shí)驗(yàn)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(dòng)能變化間的關(guān)系。

            .理論探究:

                   根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律和有關(guān)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式,推導(dǎo)在恒定合外力的作用下,功與物體動(dòng)能變化間的關(guān)系,請(qǐng)?jiān)诖痤}紙上對(duì)應(yīng)位置寫出你的推導(dǎo)過程。

            .實(shí)驗(yàn)探究:

          ①某同學(xué)的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)誤差,你認(rèn)為在實(shí)驗(yàn)中還應(yīng)該采取的兩項(xiàng)措施是:

                 a.______        _             ___;b.             _             ____;

          ②如圖丙所示是某次實(shí)驗(yàn)中得到的一條紙帶,其中A、B、C、D、E、F是計(jì)數(shù)點(diǎn),相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T。距離如圖。則打C點(diǎn)時(shí)小車的速度為              ;

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

                              。

           

           

           

           

           

           

          8.王紅同學(xué)到實(shí)驗(yàn)室做“測(cè)定電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻”的實(shí)驗(yàn)時(shí),發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)桌上還有一個(gè)定值電阻R0。他設(shè)計(jì)了如圖所示的電路來測(cè)量R0的阻值,實(shí)驗(yàn)時(shí)用U1、U2、I分別表示電表V1、V2、A的讀數(shù),并將滑動(dòng)變阻器的滑片P移動(dòng)到不同位置時(shí),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(jì)算表達(dá)式是: R0=                    (用測(cè)得的物理量表示), 若實(shí)驗(yàn)中的所有操作和數(shù)據(jù)處理無錯(cuò)誤,實(shí)驗(yàn)中測(cè)得R0        (填“大于”、“等于”或“小于”)實(shí)際值。

          (3)張超同學(xué)說:“在王紅同學(xué)所用的實(shí)驗(yàn)器材中,如果知道電流表的內(nèi)阻rA,就能少用一個(gè)電壓表測(cè)出電動(dòng)勢(shì)、內(nèi)阻以及R0的值。請(qǐng)你在虛線框中畫出張超同學(xué)設(shè)想的電路圖,并寫出簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)步驟和E、r、R0三個(gè)物理量的計(jì)算式。

           

           

           

           

           

           

           

           

           

           

           

           

           

           

           

           

           

          1.解析:靜電計(jì)是用來測(cè)量帶電體和大地間的電勢(shì)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(dòng)時(shí),兩極板間的正對(duì)面積減小,電容減小,由可知,U增大,所以選項(xiàng)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(zhǎng)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(cè)量中,小車所受的合外力不變;

          ⑥過原點(diǎn)的直線 

           

          6.(命題思路:課本實(shí)驗(yàn)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(yùn)動(dòng)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(shí)驗(yàn)步驟:①按電路圖連接好電路;

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

          ③移動(dòng)滑片P使滑動(dòng)變阻器不短路,測(cè)得兩電表讀數(shù)為U2、I2

          ④整理器材,數(shù)據(jù)處理。

          計(jì)算公式:

          ①E=       ②rA=           

          ③R0=

           

           


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