專題十七　實驗應用篇【應用集訓】應用　測量電阻的方法　(2020山東泰安二模,14)某實驗小組利用如圖所示的實驗電路來測量電阻的阻值,Rx為待測電阻。(1)閉合開關(guān)S,單刀雙擲開關(guān)S2接至1,適當調(diào)節(jié)滑動變阻器R0后保持其阻值不變。改變電阻箱的阻值R,得到一組電壓表的示數(shù)U與R的數(shù)據(jù)如下表:電阻R/Ω5.010.015.025.035.045.0電壓U/V1.001.501.802.142.322.45　　請根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出U-R關(guān)系圖像;(2)開關(guān)S2切換至2,讀出電壓表示數(shù),利用(1)中測繪的U-R圖像即可得出被測電阻的阻值。若某次測量時,電壓表示數(shù)為2.00V,可得Rx=　　　　Ω;(保留2位有效數(shù)字)?(3)使用較長時間后,電池的電動勢可認為不變,但內(nèi)阻增大。若仍用本實驗裝置和(1)中測繪的U-R圖像測定某一電阻,則測定結(jié)果將　　　　(選填“偏大”或“偏小”)。現(xiàn)將開關(guān)S2接至1,將電阻箱R的阻值調(diào)為5.0Ω,你應如何調(diào)節(jié)滑動變阻器R0,便仍可利用本實驗裝置和(1)中測繪的U-R圖像實現(xiàn)對待測電阻進行準確測量?　　　　　　　　　　　　　　　　。?　答案　(1)見解析(2)20　(3)偏小　減小滑動變阻器R0的阻值,使電壓表示數(shù)為1.00V[教師專用題組]【應用集訓】　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1.(2020課標Ⅱ,22,5分)一細繩跨過懸掛的定滑輪,兩端分別系有小球A和B,如圖所示。一實驗小組用此裝置測量小球B運動的加速度。令兩小球靜止,細繩拉緊,然后釋放小球,測得小球B釋放時的高度h0=0.590m,下降一段距離后的高度h=0.100m;由h0下降至h所用的時間T=0.730s。由此求得小球B加速度的大小為a=　　　　m/s2(保留3位有效數(shù)字)。?從實驗室提供的數(shù)據(jù)得知,小球A、B的質(zhì)量分別為100.0g和150.0g,當?shù)刂亓铀俣却笮間=9.80m/s2。根據(jù)牛頓第二定律計算可得小球B加速度的大小為a'=　　　　m/s2(保留3位有效數(shù)字)。?可以看出,a'與a有明顯差異,除實驗中的偶然誤差外,寫出一條可能產(chǎn)生這一結(jié)果的原因:　　　　　　　　　　　　　　。?答案　1.84　1.96　滑輪的軸不光滑或滑輪有質(zhì)量解析　小球B由h0下降至h的過程中,由位移-時間公式得h0-h=aT2,解得a=,代入數(shù)據(jù),求得a=1.84m/s2;設(shè)繩子拉力大小為F,選小球A為研究對象,由牛頓第二定律得F-mAg=mAa';選小球B為研究對象,由牛頓第二定律得mBg-F=mBa';聯(lián)立解得a'=,代入數(shù)據(jù),求得a'=1.96m/s2;a'與a有明顯差異,除實驗中的偶然誤差外,可能產(chǎn)生這一結(jié)果的原因有滑輪的軸不光滑或滑輪有質(zhì)量。2.(2020課標Ⅲ,22,6分)某同學利用圖(a)所示裝置驗證動能定理。調(diào)整木板的傾角平衡摩擦阻力后,掛上鉤碼,鉤碼下落,帶動小車運動并打出紙帶。某次實驗得到的紙帶及相關(guān)數(shù)據(jù)如圖(b)所示。已知打出圖(b)中相鄰兩點的時間間隔為0.02s,從圖(b)給出的數(shù)據(jù)中可以得到,打出B點時小車的速度大小vB=　　　　m/s,打出P點時小車的速度大小vP=　　　　m/s。(結(jié)果均保留2位小數(shù))?若要驗證動能定理,除了需測量鉤碼的質(zhì)量和小車的質(zhì)量外,還需要從圖(b)給出的數(shù)據(jù)中求得的物理量為　　　　　　　　。?答案　0.36　1.80　B、P之間的距離解析　由圖可知B左右兩點之間的距離x=4.00cm-2.56cm=1.44cm,t=0.04s,由vB==,得vB=0.36m/s;同理可得vP=1.80m/s;由動能定理得m鉤gxBP=(m鉤+m車)-(m鉤+m車),則還需測量B、P之間的距離。3.(2019海南單科,12,12分)某同學利用圖(a)的裝置測量輕彈簧的勁度系數(shù)。圖中,光滑的細桿和刻度尺水平固定在鐵架臺上,一輕彈簧穿在細桿上,其左端固定,右端與細繩連接;細繩跨過光滑定滑輪,其下端可以懸掛鉤碼(實驗中,每個鉤碼的質(zhì)量均為m=50.0g)。彈簧右端連有一豎直指針,其位置可在刻度尺上讀出。實驗步驟如下: 圖(a)①在繩下端掛一個鉤碼,調(diào)整滑輪,使彈簧與滑輪間的細繩水平且彈簧與細桿沒有接觸;②系統(tǒng)靜止后,記錄鉤碼的個數(shù)及指針的位置;③逐次增加鉤碼個數(shù),并重復步驟②(保持彈簧在彈性限度內(nèi));④用n表示鉤碼的個數(shù),l表示相應的指針位置,將獲得的數(shù)據(jù)記錄在表格內(nèi)。回答下列問題:(1)根據(jù)下表的實驗數(shù)據(jù)在圖(b)中補齊數(shù)據(jù)點并作出l-n圖像。n12345l/cm10.4810.9611.4511.9512.40　　(2)彈簧的勁度系數(shù)k可用砝碼質(zhì)量m、重力加速度大小g及l(fā)-n圖線的斜率a表示,表達式為k=　　　　。若g取9.80m/s2,則本實驗中k=　　　　N/m(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。?圖(b)答案　(1)圖見解析　(2)　102(誤差范圍內(nèi)均可)解析　(1)作出l-n圖像如圖:(2)由胡克定律得nmg=k(l-l0),即l=n+l0,則=a,解得k=;由圖像可知a約為0.48×10-2m,解得k=N/m≈102N/m。4.(2020課標Ⅰ,23,9分)某同學用如圖所示的實驗裝置驗證動量定理,所用器材包括:氣墊導軌、滑塊(上方安裝有寬度為d的遮光片)、兩個與計算機相連接的光電門、砝碼盤和砝碼等。 實驗步驟如下:(1)開動氣泵,調(diào)節(jié)氣墊導軌,輕推滑塊,當滑塊上的遮光片經(jīng)過兩個光電門的遮光時間　　　　時,可認為氣墊導軌水平;?(2)用天平測砝碼與砝碼盤的總質(zhì)量m1、滑塊(含遮光片)的質(zhì)量m2;(3)用細線跨過輕質(zhì)定滑輪將滑塊與砝碼盤連接,并讓細線水平拉動滑塊;(4)令滑塊在砝碼和砝碼盤的拉動下從左邊開始運動,和計算機連接的光電門能測量出遮光片經(jīng)過A、B兩處的光電門的遮光時間Δt1、Δt2及遮光片從A運動到B所用的時間t12;(5)在遮光片隨滑塊從A運動到B的過程中,如果將砝碼和砝碼盤所受重力視為滑塊所受拉力,拉力沖量的大小I=　　　　,滑塊動量改變量的大小Δp=　　　　;(用題中給出的物理量及重力加速度g表示)?(6)某次測量得到的一組數(shù)據(jù)為:d=1.000cm,m1=1.50×10-2kg,m2=0.400kg,Δt1=3.900×10-2s,Δt2=1.270×10-2s,t12=1.50s,取g=9.80m/s2。計算可得I=　　　　N·s,Δp=　　　　kg·m·s-1;(結(jié)果均保留3位有效數(shù)字)?(7)定義δ=×100%,本次實驗δ=　　　　%(保留1位有效數(shù)字)。?答案　(1)大約相等　(5)m1gt12　m2　(6)0.221　0.212　(7)4解析　(1)滑塊在氣墊導軌上運動時可認為阻力為零,當導軌水平放置時滑塊勻速運動,遮光片通過兩光電門的遮光時間大約相等。(5)將砝碼和砝碼盤所受重力作為滑塊所受拉力時,由沖量定義可知I=m1gt12?；瑝K通過兩光電門時的速度大小分別為vA=、vB=,故此過程中滑塊動量改變量的大小為Δp=m2vB-m2vA=m2。(6)將數(shù)據(jù)代入上述表達式可得I≈0.221N·s、Δp≈0.212kg·m/s。(7)由定義得δ=×100%=4%。5.(2019北京理綜,23,18分)電容器作為儲能器件,在生產(chǎn)生活中有廣泛的應用。對給定電容值為C的電容器充電,無論采用何種充電方式,其兩極間的電勢差u隨電荷量q的變化圖像都相同。(1)請在圖1中畫出上述u-q圖像。類比直線運動中由v-t圖像求位移的方法,求兩極間電壓為U時電容器所儲存的電能Ep。(2)在如圖2所示的充電電路中,R表示電阻,E表示電源(忽略內(nèi)阻)。通過改變電路中元件的參數(shù)對同一電容器進行兩次充電,對應的q-t曲線如圖3中①②所示。a.①②兩條曲線不同是　　　　(選填E或R)的改變造成的;?b.電容器有時需要快速充電,有時需要均勻充電。依據(jù)a中的結(jié)論,說明實現(xiàn)這兩種充電方式的途徑。圖1圖2圖3(3)設(shè)想使用理想的“恒流源”替換(2)中電源對電容器充電,可實現(xiàn)電容器電荷量隨時間均勻增加。請思考使用“恒流源”和(2)中電源對電容器的充電過程,填寫下表(選填“增大”、“減小”或“不變”)。 “恒流源”(2)中電源電源兩端電壓通過電源的電流答案　(1)u-q圖線如圖　CU2(2)a.Rb.減小電阻R,可以實現(xiàn)對電容器更快速充電;增大電阻R,可以實現(xiàn)更均勻充電。(3)“恒流源”(2)中電源電源兩端電壓增大不變通過電源的電流不變減小解析　(1)由于q=Cu,C是與電壓u、電荷量q無關(guān)的常量,故u-q圖線為過原點的直線。電壓為U時,電容器帶電荷量為Q,圖線和橫軸圍成的面積為所儲存的電能EpEp=QU,又Q=CU,故Ep=CU2(2)a.電容器充電完畢后兩極板間電壓等于電源電動勢,由圖3可知電容器充電完畢時所帶電荷量相同,由q=Cu可知電源電動勢相同,故曲線不同是由R不同造成的。b.對同一電容器,在確定電源下充電時,電容器最終所帶電荷量是一定的,因同樣電壓下電阻越小時電流越大,充電就越快;電阻越大時電流越小,同樣長的時間內(nèi)電容器所帶電荷量的變化越小,電流變化越慢,充電過程越平緩。(3)對于“恒流源”,電路中電流不變,電源兩端電壓U=UC+IR隨電容器兩端電壓增大而增大;對于(2)中電源,由于內(nèi)阻不計,故其兩端電壓等于電動勢而保持恒定,通過電源的電流滿足E=UC+IR,即I=,可見電流會隨著電容器兩端電壓的增大而減小。6.(2018江蘇單科,10,8分)一同學測量某干電池的電動勢和內(nèi)阻。(1)如圖所示是該同學正準備接入最后一根導線(圖中虛線所示)時的實驗電路。請指出圖中在器材操作上存在的兩個不妥之處。(2)實驗測得的電阻箱阻值R和電流表示數(shù)I,以及計算的數(shù)據(jù)見下表:R/Ω8.07.06.05.04.0I/A0.150.170.190.220.26/A-16.76.05.34.53.8　　根據(jù)表中數(shù)據(jù),在方格紙上作出R-關(guān)系圖像。由圖像可計算出該干電池的電動勢為　　　　　　　V;內(nèi)阻為　　　　Ω。? (3)為了得到更準確的測量結(jié)果,在測出上述數(shù)據(jù)后,該同學將一只量程為100mV的電壓表并聯(lián)在電流表的兩端。調(diào)節(jié)電阻箱,當電流表的示數(shù)為0.33A時,電壓表的指針位置如圖所示,則該干電池的電動勢應為　　　　V;內(nèi)阻應為　　　　Ω。?答案　(1)①開關(guān)未斷開;②電阻箱阻值為零(2)如圖所示　1.4(1.30~1.44都算對)　1.2(1.0~1.4都算對)(3)1.4[結(jié)果與(2)問第一個空格一致]　1.0[結(jié)果比(2)問第二個空格小0.2]解析　(1)在連接電路過程中,要求開關(guān)處于斷開狀態(tài);在閉合開關(guān)前,要求電阻箱接入電路的電阻最大。(2)依照表中數(shù)據(jù),描點連線,如答案圖所示。由閉合電路歐姆定律可得I=,整理可得R=E·-r,與圖像對應,則E=1.4V,r=1.2Ω。(3)由題圖可知電壓表的讀數(shù)為66mV,由歐姆定律可得電流表的內(nèi)阻r'=U/I=0.2Ω,則由閉合電路歐姆定律可得I=,整理可得R=E·-(r+r'),與圖像對應,則E=1.4V,r=1.0Ω。7.(2019江蘇單科,11,10分)某同學測量一段長度已知的電阻絲的電阻率。實驗操作如下:(1)螺旋測微器如圖1所示。在測量電阻絲直徑時,先將電阻絲輕輕地夾在測砧與測微螺桿之間,再旋動　　　　(選填“A”“B”或“C”),直到聽見“喀喀”的聲音,以保證壓力適當,同時防止螺旋測微器的損壞。?圖1(2)選擇電阻絲的　　　　(選填“同一”或“不同”)位置進行多次測量,取其平均值作為電阻絲的直徑。?(3)圖2甲圖中Rx為待測電阻絲。請用筆畫線代替導線,將滑動變阻器接入圖2乙圖實物電路中的正確位置。 甲乙圖2(4)為測量Rx,利用圖2甲圖所示的電路,調(diào)節(jié)滑動變阻器測得5組電壓U1和電流I1的值,作出的U1-I1關(guān)系圖像如圖3所示。接著,將電壓表改接在a、b兩端,測得5組電壓U2和電流I2的值,數(shù)據(jù)見下表:U2/V0.501.021.542.052.55I2/mA20.040.060.080.0100.0　　請根據(jù)表中的數(shù)據(jù),在方格紙上作出U2-I2圖像。圖3(5)由此,可求得電阻絲的Rx=　　　　Ω。根據(jù)電阻定律可得到電阻絲的電阻率。?答案　(1)C　(2)不同　(3)見圖甲　(4)見圖乙(5)23.5(23.0~24.0都算對)圖甲 圖乙解析　(1)為防止測砧與測微螺桿對電阻絲產(chǎn)生的壓力過大,應該旋動微調(diào)旋鈕C。(2)為防止電阻絲的粗細不均勻造成對其直徑測量的誤差,要求在電阻絲上不同位置測量后取其平均值。(3)實物圖連接見答案。(4)將表格中數(shù)據(jù)先在方格紙上描點,再用平滑的直線連接,圖見答案。(5)在題圖甲電路中U1=I1(Rx+RA+R0),當電壓表改接在a、b兩端時U2=I2(RA+R0),可見U1-I1圖線的斜率k1=Rx+RA+R0,U2-I2圖線的斜率k2=RA+R0,故由兩圖線的斜率可得被測電阻的阻值Rx=k1-k2≈23.5Ω。8.[2015北京理綜,21(1)]“測定玻璃的折射率”的實驗中,在白紙上放好玻璃磚,aa'和bb'分別是玻璃磚與空氣的兩個界面,如圖所示。在玻璃磚的一側(cè)插上兩枚大頭針P1和P2,用“+”表示大頭針的位置,然后在另一側(cè)透過玻璃磚觀察,并依次插上大頭針P3和P4。在插P3和P4時,應使(　　)A.P3只擋住P1的像B.P4只擋住P2的像C.P3同時擋住P1、P2的像答案　C　P3應同時擋住P1、P2的像,P4應擋住P3本身和P1、P2的像,故選項C正確。9.(2018浙江4月選考,21,4分)(1)細絲和單縫有相似的衍射圖樣。在相同條件下,小明用激光束分別垂直照射兩種不同直徑的細絲Ⅰ和細絲Ⅱ,在光屏上形成的衍射圖樣如圖1中a和b所示。已知細絲Ⅰ的直徑為0.605mm,現(xiàn)用螺旋測微器測量細絲Ⅱ的直徑,如圖2所示,細絲Ⅱ的直徑為　　　mm。圖1中的　　　(填“a”或“b”)是細絲Ⅱ的衍射圖樣。?圖1　　　　　　　　　　　　　　圖2(2)小明在做“用雙縫干涉測量光的波長”實驗時,嘗試用單縫和平面鏡做類似實驗。單縫和平面鏡的放置如圖3所示,白熾燈發(fā)出的光經(jīng)濾光片成為波長為λ的單色光照射單縫,能在光屏上觀察到明暗相間的干涉條紋。小明測得單縫與鏡面延長線的距離為h、與光屏的距離為D,則條紋間距Δx=　　　　。隨后小明撤去平面鏡,在單縫下方A處放置同樣的另一單縫,形成雙縫結(jié)構(gòu),則在光屏上　　　(填“能”或“不能”)觀察到干涉條紋。? 圖3答案　(1)0.999　a　(2)　不能解析　(1)細絲Ⅱ的直徑為0.5mm+49.9×0.01mm=0.999mm。a圖的條紋間距小,對應的細絲比較粗,b圖的條紋間距大,對應的細絲比較細,因為0.999mm>0.605mm,所以選a。(2)本題中,單縫在平面鏡中的像與原來的單縫共同構(gòu)成一組雙縫(如圖),所以雙縫間距為d=2h,故Δx=。撤去平面鏡后,只剩雙縫和白熾燈,缺少單縫,無法形成干涉條紋。10.(2013上海單科,29,7分)利用如圖裝置可測量大氣壓強和容器的容積。步驟如下:①將倒U形玻璃管A的一端通過橡膠軟管與直玻璃管B連接,并注入適量的水,另一端插入橡皮塞,然后塞住燒瓶口,并在A上標注此時水面的位置K;再將一活塞置于10mL位置的針筒插入燒瓶,將活塞緩慢推移至0刻度位置;上下移動B,保持A中的水面位于K處,測得此時水面的高度差為17.1cm。②拔出橡皮塞,將針筒活塞置于0mL位置,使燒瓶與大氣相通后再次塞住瓶口;然后將活塞抽拔至10mL位置,上下移動B,使A中的水面仍位于K,測得此時玻璃管中水面的高度差為16.8cm。(玻璃管A內(nèi)氣體體積忽略不計,ρ水=1.0×103kg/m3,取g=10m/s2)(1)若用V0表示燒瓶容積,p0表示大氣壓強,ΔV表示針筒內(nèi)氣體的體積,Δp1、Δp2表示上述步驟①、②中燒瓶內(nèi)外氣體壓強差大小,則步驟①、②中,氣體滿足的方程分別為　　　　、　　　　。?(2)由實驗數(shù)據(jù)得燒瓶容積V0=　　　　mL,大氣壓強p0=　　　　Pa。?(3)(單選題)倒U形玻璃管A內(nèi)氣體的存在(　　)A.僅對容積的測量結(jié)果有影響B(tài).僅對壓強的測量結(jié)果有影響C.對二者的測量結(jié)果均有影響D.對二者的測量結(jié)果均無影響答案　(1)p0(V0+ΔV)=(p0+Δp1)V0　p0V0=(p0-Δp2)(V0+ΔV)(2)560　9.6×104(3)A解析　(1)由題意知氣體發(fā)生等溫變化,遵從玻意耳定律:pV=C。步驟①、②中的初始壓強都等于大氣壓p0,步驟①中氣體被壓縮,終態(tài)壓強大于初態(tài)壓強,應為p0+Δp1,步驟②則相反,結(jié)果見答案。(2)將ΔV=10mL=10-5m3、Δp1=ρ水gh1=1.71×103Pa、Δp2=ρ水gh2=1.68×103Pa代入(1)中兩式,可得p0=9.6×104PaV0=560mL(3)封閉氣體的總體積應為燒瓶容積、倒U形玻璃管A內(nèi)無水部分的容積及針筒內(nèi)空間容積的總和,可見忽略A內(nèi)氣體時測得的容積偏大。封閉氣體的壓強p=p0±Δp取決于p0與兩側(cè)水面的高度差,而與A內(nèi)氣體的體積無關(guān),故A正確。