高中物理实验题

中国首个月球探测计划“嫦娥工程”预计在2017年送机器人上月球，实地采样送回地球，为载人登月及月球基地选址做准备。设想我国宇航员随“嫦娥”号登月飞船绕月球飞行，飞船上备有以下实验仪器：A 计时表一只，B 弹簧秤一把，C 已知质量为m的物体一个，D 天平一只（附砝码一盒）。在飞船贴近月球表面时可近似看成绕月做匀速圆周运动，宇航员测量出飞船在靠近月球表面的圆形轨道绕行N圈所用时间为t，飞船的登月舱在月球上着陆后，遥控机器人利用所携带的仪器又进行第二次测量，科学家利用上述两次测量数据便可计算出月球的半径和质量。若已知万有引力常量为G，则：
（1）遥控机器人在第二次测量中利用所携带的什么仪器完成物体在月球所受重力F的测量。
（2）试利用测量数据（用符号表示）球月球的半径和质量。

如图所示为某同学传感器研究小灯泡的U—I关系图线．实验中可用的器材有：电压传感器、电流传感器、滑动变阻器R₁（阻值变化范围0～50Ω）、滑动变阻器R₂（阻值变化范围0～1000Ω）、电动势为6 V的电源（不计内阻）、小灯泡、开关、导线若干．（1）实验中要求得到U—I关系的完整曲线，在方框中画出实验电路图，并标出所用滑动变阻器的符号．（2）由U—I关系图线可知，小灯泡灯丝电阻随温度升高而       （填“增大”、 “减小”或“不变”）．（3）如果将该小灯泡分别接入甲、乙两个不同电路，如图所示，其中甲电路的电源为一节干电池，乙电路的电源为三节干电池，每节干电池的电动势为1.5 V，内阻为l.5Ω，定值电阻R=18Ω，则接入       （填“甲”或“乙”）电路时，小灯泡较亮些．（4）在乙电路中，小灯泡消耗的电功率为       W．

（1）一个实验小组在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，使用两条不同的轻质弹簧a和b，得到弹力与弹簧长度的图象如图所示．下列表述正确的是       ．

A．a的原长比b的短

B．a的劲度系数比b的大

C．a的劲度系数比b的小

D．测得的弹力与弹簧的长度成正比

（2）使用螺旋测微器测量金属导线的直径时示数如图所示，则该
金属导线的直径应为d= 　   mm．

㈠(6分)
某同学利用光电门传感器设计了一个研究小物体自由下落时机械能是否守恒的实验，实验装置如图所示，图中A、B两位置分别固定了两个光电门传感器。实验时测得小物体上宽度为d的挡光片通过A的挡光时间为t₁，通过B的挡光时间为t₂。为了证明小物体通过A、B时的机械能相等，还需要进行一些实验测量和列式证明。

⑴选出下列必要的实验测量步骤
A.用天平测出运动小物体的质量m
B.测出A、B两传感器之间的竖直距离h
C.测出小物体释放时离桌面的高度H
D.用秒表测出运动小物体通过A、B两传感器的时间△t
⑵若该同学用d和t的比值来反映小物体经过A、B光电门时的速度，并设想如果能满足________________________关系式，即能证明在自由落体过程中小物体的机械能是守恒的。
⑶该同学的实验设计可能会引起明显误差的地方是(请写出一种)： _____________。
㈡(12分)物体在空中下落的过程中，重力做正功，物体的动能越来越大，为了“探究重力做功和物体动能变化间的定量关系”，我们提供了如下图的实验装置。

⑴某同学根据所学的知识结合右图设计一个本实验情景的命题：
如图所示，设质量为m（已测定）的小球在重力mg作用下从开始端自由下落至光电门发生的 　①　 ，通过光电门时的　②　，试探究外力做的功　③　与小球动能变化量
④ 的定量关系。(请在①②空格处填写物理量的名称和对应符号；在③④空格处填写数学表达式。)
⑵某同学根据上述命题进行如下操作并测出如下数字。
①用天平测定小球的质量为0.50kg；
②用游标尺测出小球的直径为10.0mm；
③用刻度尺测出电磁铁下端到光电门的距离为80.80cm；
④电磁铁先通电，让小球            。
⑤　       　，小球自由下落。
⑥在小球经过光电门时间内，计时装置记下小球经过光电门所用时间为2.50×10^－3s，由此可算得小球经过光电门时的速度为　   　m/s。
⑦计算得出重力做的功为　  　J，小球动能变化量为　     J。(g取10m/s²，结果保留三位有效数字)
⑶试根据在⑵条件下做好本实验的结论：　                。

（1）下述关于用多用表欧姆档测电阻的说法中正确的是（   ）
A．测量电阻时如果指针偏转过大，应将选择开关 S拨至倍率较小的档位，重新调零后测量
B．测量电阻时，如果红、黑表笔分别插在负、正插孔，则会影响测量结果
C．测量电路中的某个电阻，应该把该电阻与电路断开
D．测量阻值不同的电阻时都必须重新调零
（2）用伏安法测量一个定值电阻的阻值，备用器材如下：
待测电阻 R_x：（阻值约为 25kΩ）
电流表 A₁：（量程 100μA，内阻 2kΩ）；；电流表 A₂：（量程 500μA，内阻 300Ω）
电压表 V₁：（量程 10V，内阻 100kΩ）；电压表 V₂：（量程 50V，内阻 500kΩ）
电源 E：（电动势 15V，允许最大电流 1A）；滑动变阻器 R：（最大阻值 1kΩ）
电键 S，导线若干
为了尽量减小实验误差，要求测量多组数据
①电流表应选                  ，电压表应选                  。
②画出实验电路图，并在每个选用的器材旁标上题目所给的字母符号。

利用图A．实验可粗略测量人吹气产生的压强。两端开口的细玻璃管水平放置，管内塞有潮湿小棉球，实验者从玻璃管的一端A吹气，棉球从另一端B飞出，测得玻璃管内部截面积S，距地面高度h，棉球质量m，开始时的静止位置与管口B的距离x，落地点C与管口B的水平距离l。然后多次改变x，测出对应的l，画出l²-x关系图线，如图B．所示，并由此得出相应的斜率k。

（1）若不计棉球在空中运动时的空气阻力，根据以上测得的物理量可得，棉球从B端飞出的速度v₀＝________。
（2）假设实验者吹气能保持玻璃管内气体压强始终为恒定值，不计棉球与管壁的摩擦，重力加速度g，大气压强p₀均为已知，利用图B．中拟合直线的斜率k可得，管内气体压强p＝________。
（3）考虑到实验时棉球与管壁间有摩擦，则（2）中得到的p与实际压强相比________（填偏大、偏小）。

用打点计时器记录了被小车拖动的纸带的运动情况，在纸带上确定出A、B、C、D、E、F、G共7个计数点。其相邻点间的距离如图所示，每两个相邻的计数点之间还有4个打印点未画出。
（1）试根据纸带上各个计数点间的距离，计算出打下B、C、D、E、F五个点时小车的瞬时速度，将下表中空格处速度值填入Ⅱ卷的相应位置上。 

（2）在Ⅱ卷上，将B、C、D、E、F各个时刻的瞬时速度标在直角坐标系中，并画出小车的瞬时速度随时间变化的关系图线。 

（3）由所画速度—时间图像求出小车加速度为_______m/s²。

用多用电表进行了几次测量，指针分别处于a、b的位置，如图所示。若多用电表的选择开关处于下面表格中所指的档位，a和b的相应读数是多少？请填在表格中。

表(a) 实验器材
电压表V	量程3V，内阻约3KΩ
电流表A1	量程3A，内阻约0.5Ω
电流表 A2	量程0.5A，内阻约3.0Ω
滑线变阻器R1	0－500Ω
滑线变阻器R2	0－20Ω
电源E	电动势4.0V
开关S和导线

   

某同学在实验室中找到一只小灯泡，标称功率值为0.75W，额定电压值已模糊不清，为了得到额定电压值，他先用欧姆表直接测出该灯泡的电阻约2Ω，然后根据公式计算出该灯泡的额定电压U == =1.23V。该同学怀疑所得电压值不准确，于是，他利用表(a)中可供选择的实验器材设计一个电路进行测量。当电压达到1.23V时，发现灯泡亮度很弱，于是，该同学继续缓慢地增加电压，观察灯泡的亮度，并测出不同电压时的电流值，当达到2.70V时，发现灯泡已太亮，立即断开开关，如表（b）所示。

表(b)实际测量的电压、电流值
次数	1	2	3	4	5	6	7
U/v	0.20	0.60	1.00	1.40	1.80	2.20	2.70
I/mA	80	155	195	227	255	279	310

通过表（b）中记录的数据进行分析，请完成下列实验要求：
①根据表（b）中的实验数据，在给出的方格纸内画出U－I图，并从图线上分析得到该灯的额定电压为          ；
②从表（b）中的实验数据可以分析，该同学实验时所选择的最合理的电路应为下列四个电路图中的图     ；所用的电流表为              ；滑线变阻器为             。

某研究性学习小组在学完《闭合电路欧姆定律》后，利用如图所示的电路来探究电路中各部分的电压、电流随滑动变阻器R阻值变化的关系．电路中R1、R2、R3为三个定值电阻，四个电表均视为理想电表，当滑动变阻器R的滑片P分别置于a、b两个位置时，读出四个电表的两组数据如下：

P的位置	A1的示数	A2的示数	V1的示数	V2的示数
a	0．42	0．26	3．20	2．00
b	0．48	0．34	2．80	1．70

学习小组的同学们通过对上述两组数据的分析，发现其中某个电表的读数存在偏差，经过仔细检查，发现是有个电表的内部接线出现松动，致使其读出的数值不准确．
⑴有故障的电表是：         ；
⑵利用另外三个无故障电表的读数值，能求出R1、R2、R3这三个定值电阻中哪些电阻的阻值，阻值多大？答：     　　　　　　　　　　　　　　　  ；
⑶能否求出所用电源的电动势E和内阻r的大小？如能，求出其数值．
答：    　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　   ．

某同学在资料上发现弹簧振子的周期公式为，弹簧的弹性势能公式为成（式中k为弹簧的劲度系数，m为振子的质量，x为弹簧的形变量）．为了验证弹簧的弹性势能公式，他设计了如图甲所示的实验：轻弹簧的一端固定在水平光滑木板一端，另一端连接一个质量为M的滑块，滑块上竖直固定一个挡光条，每当挡光条挡住从光源A发出的细光束时，传感器B因接收不到光线就产生一个电信号，输入电脑后经电脑自动处理就能形成一个脉冲电压波形；开始时滑块静止在平衡位置恰好能挡住细光束．在木板的另一端有一个弹簧枪，发射出质量为m，速度为v0的弹丸，弹丸击中木块后留在木块中一起做简谐振动．
⑴系统在振动过程中，所具有的最大动能Ek＝          ；
⑵系统振动过程中，在电脑上所形成的脉冲电压波形如图乙所示，由图可知该系统的振动周期大小为：T＝         ；
⑶如果再测出滑块振动的振幅为A，利用资料上提供的两个公式求出系统振动过程中弹簧的最大弹性势能为：Ep＝         ；
通过本实验，根据机械能守恒，如发现Ek＝Ep，即验证了弹簧的弹性势能公式的正确性．

现有两个电阻元件，其中一个是由金属材料制成的，它的电阻随温度的升高而增大，而另一个是由某种半导体材料制成的，其电阻随温度的升高而减小。现对其中一个元件R₀进行测试，测得通过其中的电流与加在它两端的电压数据如下表所示：

I/A	0.20	0.45	0.80	1.25	1.80	2.81	3.20
U/V	0.40	0.60	0.80	1.00	1.20	1.50	1.60

⑴ 根据表中数据，判断元件R₀可能是由上述   _____材料制成的，⑵ 把元件R₀接入如图所示的电路中，闭合开关后，电流表读数为1.80A。已知电路中电源的电动势为3V，内阻不计。此时定值电阻R的电功率________W.⑶ 请根据表中数据在图中作出I－U图线。

（1）用多用表的欧姆档测量阻值约为几十kW的电阻R_x，以下给出的是可能的操作步骤，其中S为选择开关，P为欧姆档调零旋钮，把你认为正确的步骤前的字母按合理的顺序填写在下面的横线上__________________。
a．将两表笔短接，调节P使指针对准刻度盘上欧姆档的零刻度，断开两表笔
b．将两表笔分别连接到被测电阻的两端，读出R_x的阻值后，断开两表笔
c．旋转S使其尖端对准欧姆档´1k
d．旋转S使其尖端对准欧姆档´100
e．旋转S使其尖端对准交流500V档，并拔出两表笔根据上图所示指针位置，此被测电阻的阻值约为___________W。
（2）下述关于用多用表欧姆档测电阻的说法中正确的是          （      ）　

A．测量电阻器的电阻时如果指针偏转过大，应将选择开关S拨至倍率较小的档位，重新调零后测量

B．测量电阻时，如果红、黑表笔分别插在负、正插孔，则会影响测量结果

C．测量电路中的某个电阻，应该把该电阻与电路断开

D．测量电阻时，红、黑表笔分别接欧姆表内置电源的正、负极

（1）某同学用如图所示的实验装置进行“探究恒力做功与动能改变的关系”实验，他想用钩码的重力表示小车受到的合外力，为了减小实验误差，除了要求钩码的重力远小于小车的重力外，在实验中应该采取的必要措施是         。

（2）打点计时器使用50Hz的交流电。下图是钩码质量为0．03kg时实验得到的一条纸带，在纸带上选择起始点O及A、B、C、D和E五个计数点，可获得各计数点到O的距离S及对应时刻小车的瞬时速度v，请将C点的测量结果填在表中的相应位置。

表：纸带的测量结果

测量点	S/cm	v/（m·s^-1）
O	0．00	0．35
A	1．51	0．40
B	3．20	0．45
C
D	7．15	0．54
E	9．41	0．60

  （3）实验测得小车的质是为0．22Kg。此同学研究小车运动过程中A点到E点对应的拉力对小车做的功为0．023J，小车的动能变化为           J，这样在实验允许的误差范围内就说明“合外力对物体做的功等于物体动能的变化”。

在《电场中等势线的描述》实验中，图中a、b、c、d、e为间距相等的五个基准点，A、B为电极，当电流从正接线柱流人G表时，其指针向正接线柱一侧偏转，当G表的指针指       时，说明探针所接触的两点正是等势点；当探针I接d点，探针Ⅱ接在某点时，G表指针偏向负接线柱一侧，为了找到等势点，探针Ⅱ向        （填“左”或“右”）移，才能找到等电势点学