第3讲 改进型和设计型实验

1．(2019年河源名校模拟)某同学通过实验比较两滑块A、B与斜面间动摩擦因数的大小关系．

(1)如图甲所示，将滑块A、B由静止释放，下滑过程中二者始终相对静止，则A、B与斜面间的动摩擦因数μA与μB的大小应满足__________．

(2)如图乙所示，给滑块A、B沿斜面向上的初速度v，上滑过程中二者始终相对静止，则下列说法正确的是________(填正确答案标号)．

A．μA≥μB B．μA≤μB C．μA<μB

D．两滑块的质量关系未知，故不能判断μA、μB的大小关系 【答案】(1)μA≥μB (2)B

2．(2019年陕西韩城三模)如图所示为某黑箱面板上的三个接线柱，黑箱里可能有直流电源、电阻、二极管、电容器等元件，但任意两个接线柱间最多只连接有一个个元件．

(1)某同学要用多用电表探测黑箱，探测的第一步应该是__________． A．用多用电表的电阻挡测量任意两接线柱间的电阻 B．用多用电表的电压挡测量任意两接线柱间的输出电压 C．用多用电表的电流挡测量任意两接线柱间的输出电流

(2)测结果表明，黑箱里没有电源，但测得任两个接线柱间的电阻如下表所示：

红表笔 黑表笔 测得阻值/Ω A B 200 B A 200 A C 11.2 k C A 270 B C 11 k C B 70 由此可以判断，黑箱里的元件有______________，用电路元件符号在上图的虚线框内画出黑箱中的电路连接．

(3)多用电表的表盘如下图所示，在上面探测A、C两接线柱间电阻时，红表笔接A接线柱，黑表笔接C接线柱，这时电流从________(填“A”或“C”)接线柱流进黑箱；为了使这时测量电阻读数尽可能减小误差，测电阻的挡位选择的应是__________(填“×1

k”“×100”或“×10”)．

【答案】(1)B (2)电阻、二极管 如图所示 (3)C ×1 k

【解析】(1)因黑盒子内部可能有电源，则不能先用万用表的欧姆挡测量，则可先用电压挡判断内部是否有电源，故选B.

(2)根据欧姆挡的测量可以断定AB间肯定有电阻，BC之间肯定有二极管，AC间肯定有电阻和二极管的串联，电路连接如图．

(3)在上面探测A、C两接线柱间电阻时，红表笔接A接线柱，黑表笔接C接线柱，这时电流从C接线柱流进黑箱．为了使这时测量电阻读数尽可能减小误差，测电阻的挡位选择的应是×1 k.

3．(2019年福州二模)某同学看到法治节目中报道有人用弹弓射击野生保护动物，他对此行为表示强烈谴责，为了教育其他同学不要玩弹弓，他想用学过的物理知识来实际测量它的威力．于是他准备了一个节目中类似的弹弓(如图甲)，它每侧固定有两根完全相同的橡胶管，金属弹珠质量为10 g，直径为10 mm.

甲

(1)他首先猜想橡胶管拉伸过程中弹力与形变量的关系满足胡克定律，为了验证猜想进行了实验，由于实验室的传感器量程较小，于是他取其中一根橡胶管进行实验，通过传感器拉动橡皮管，记下它每一次的长度L及对应的拉力F大小，并在坐标纸画出图乙所示的图像．为了便于研究，他在老师的启发下将原图象拟合成如图丙所示，请你根据图象，计算出该单根橡胶管的原长L0＝__________，劲度系数k＝__________.

(2)同学查阅资料发现，当弹丸发射后的比动能(动能与最大横截面积的比值)超过1.8 J/cm就可被认定为枪支，并且满足胡克定律的物体在弹性限度内其弹性势能E与形变量x的

2

12

关系式可表示为E＝kx.在一次测试中弹弓每侧的橡皮管组拉至49 cm长．请你估算弹珠离

2开弹弓时的比动能为______________(π取3，结果保留两位有效数字)

【答案】(1)34 cm 70 N/m (2)4.2 J/cm

【解析】在F－L图象中，斜率代表橡胶管的劲度系数；根据胡克定律F＝kx求得弹簧的12

原长；根据E＝kx，求得金属珠的动能，即可求得比动能．

2

(1)由图线可知k＝解得L0＝34 cm.

12Ek2

(2)当弹弓拉到49 cm时，由机械能守恒Ek＝4×kx，弹珠的比动能A0＝＝4.2 J/cm.

2S4．(2019年河南一模)图中圆盘可绕过中心垂直于盘面的水平轴转动．圆盘加速转动时，角速度的增加量与对应时间的比值定义为角加速度，用β表示，β＝

2

ΔF＝70 N/m；设橡胶管的原长为L0，当L＝40 cm时，F＝k(L－L0)，ΔxΔω，我们用测量直线Δt运动加速度的实验装置来完成实验，实验步骤如下．其中打点计时器所接交流电的频率为50 Hz，图中A、B、C、D……为计数点，相邻两计数点间有四个点未画出．

①如图甲所示，将打点计时器固定在桌面上，将纸带的一端穿过打点计时器的限位孔，然后固定在圆盘的侧面，当圆盘转动时，纸带可以卷在圆盘侧面上；

②接通电源，打点计时器开始打点，启动控制装置使圆盘匀加速转动； ③断开电源，经过一段时间，停止转动圆盘和打点，取下纸带，进行测量． (1)用20分度的游标卡尺测得圆盘的直径如图乙所示，圆盘的半径为______； (2)由图丙可知，打下计数点D时，圆盘转动的角速为______(保留两位有效数字)

(3)圆盘转动的角加速度为______

【答案】(1)60.00 mm (2)6.5 (3)9.8～10

5．(2019年河南二模)某同学利用如图所示的电路，测定一个自感系数很大的线圈L的直

流电阻RL，实验室提供下列器材：

①待测线圈L，阻值约为2 Ω，额定电流为2 A ②电流表A1，量程为0.6A，内阻r1为0.2 Ω ③电流表A2，量程为3 A，内阻r2约为0.2 Ω

④变阻器R1阻值为0～10 Ω，变阻器R2阻值为0～1 kΩ ⑤电池E，电动势为4 V，内阻很小 ⑥定值电阻R3＝6.8 Ω，R4＝1 kΩ ⑦开关S1、S2

要求实验时，改变变阻器的阻值，待电路稳定时，可以在尽可能大的范围内测得多组A1

表、A2表的读数I1、I2，利用I2－I1图象，求出电感线圈的电阻．

(1)实验中定值电阻应选用________，变阻器应选用________(填器材代号) (2)I2－I1对应的函数关系式为________(选用题干所给出的物理量符号表示) (3)实验结束时应先断开开关________，后断开开关_________．

(4)由I2－I1图象得出的平均值为4.6，则电感线圈的直流电阻为________(结果保留2位有效数字)

【答案】(1)R3 R1 (2)I2＝(3) S2 S1 (4)2.04 Ω

【解析】(1)采用已知内阻的小量程电流表A1替代电压表测量电压，需要串联一个阻值大4

于等于R＝＝6.7 Ω的定值电阻．所以实验中定值电阻应选用阻值为6.8 Ω的R3；要用

0.6分压电路，选择较小的滑动变阻器，滑动变阻器应选用阻值为0～10 Ω的R1.

(2)由I1(R3＋r)＝(I2－I1)RL 解得＝I2I1

RL＋R3＋r1

·I1 RLI2RL＋R3＋r I1RLRL＋R3＋r·I1. RL变形可得I2＝(3)实验结束时为防止烧坏电路，应先断开开关S2 ，将电感与A1断开，然后再断开S1. (4)由I2＝

RL＋R3＋rR3＋r6.8＋0.2

·I1代入数据得RL＝＝≈1.9 Ω. RL53.6

6．(2019年吉林三模)现有一个直流电流计G，满偏电流为200 μA，内阻约为400 Ω，