高考物理探究与设计性实验研究.docx
- 文档编号:23133093
- 上传时间:2023-05-08
- 格式:DOCX
- 页数:15
- 大小:330.73KB
高考物理探究与设计性实验研究.docx
《高考物理探究与设计性实验研究.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《高考物理探究与设计性实验研究.docx(15页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
高考物理探究与设计性实验研究
高考物理探究与设计性实验研究
精典考题
[例题1]
用以下器材测量一待测电阻Rx的阻值(900~1000Ω):
电源E,具有一定内阻,电动势约为9.0V;电压表V1,量程为1.5V,内阻r1=750Ω;电压表V2,量程为5V,内阻r2=2500Ω;滑线变阻器R,最大阻值约为100Ω;单刀单掷开关K,导线若干。
(1)测量中要求电压表的读数不小于其量程的
,试画出测量电阻Rx的一种实验电路
原理图(原理图中的元件要用题图中相应的英文字母标注)。
(2)根据你所画的电路原理图在题给的实物图24-2上画出连线。
(3)若电压表V1的读数用U1表示,电压表V2的读数用U2表示,则由已知量和测得量表示Rx的公式为Rx=_________________。
析
与解:
(1)由于没有电流表,所以两电压表中,一个与待测电路串联,用于测量流过的Rx电流;另一个与被测电阻并联,用于测量Rx两端的电压。
又由于Rx的值比滑线变阻器R的值大很多,测量电路中应串联一电压表。
而电压表内阻也比滑线变阻器R大得多,所以若采用限流式接法,则电压调节范围小,电压表都易超过量程,因此滑线变阻器应采用分压式接法。
电路原理图如图24-1所示。
(2)对实物连线,先在电路图上标出电源和电表的正负极,然后在实物图中先串联电学元器件,再并联上电学元器件,连线时导线不能相交。
实物连线如图24-2所示。
(3)根据伏安法测电阻的原理,计算可得:
Rx=或Rx=
点评:
①不能和伏安法测电阻的基本原理相联系,设计不出测量方案;②没有对“电压
表的读数不小于其量程的
”进行定量计算,导致两个伏特表位置安排失当;③没有留意滑动变阻器的阻值相对测量对象是很小的,错误地将控制电路设计为限流式;④实物连线没有按照原理图连接(类比建筑施工时不按照图纸施工);⑤实物连线中,开关不接在干路上控制全部电路;⑥实物连线有诸多细节问题,如导线交叉,没有接在接线柱上,连接滑动变阻器时把线连在滑座上等等。
[例题2]有一个小灯泡上标有“4V2W”的字样,现在要用伏安法测量这个灯泡的I—U图线。
现有下列器材供选用:
A.电压表(0~5V,内阻10kΩ) B.电压表(0~10V,内阻20kΩ)
C.电流表(0~0.3A,内阻1Ω) D.电流表(0~0.6A,内阻0.4Ω)
E.滑动变阻器(10Ω,2A)
F.学生电源(直流6V),还有开关、导线
⑴实验中所用电压表应选___________,电流表应选用__________(用序号字母表示)
⑵为使实验误差尽量减小,要求从零开始多取几组数据,请在图24-2a方框内画出满足实验要求的电路图。
⑶某同学通过实验得到的数据画出了该小灯泡的伏安特性曲线(如图24-2b所示),若直接用电动势为3V、内阻为2.5Ω的电源给该小灯泡供电,则该小灯泡的实际功率是__________W。
析与解:
⑴根据小灯泡上标有“4V2W”的字样可知,小灯泡两端电压最大为4V,流过的电流不超过0.5A,所以电压表应选A,电流表应选D。
⑵计算可知小灯泡正常发光时的电阻为8Ω《10kΩ,为了减小误差,采用安培表外接法;小灯泡两端电压从0开始变化,故滑动变阻器采用分压式接法。
电路如图24-3所示。
⑶小灯泡的实际功率是0.8W。
用电动势为3V、内阻为2.5Ω的电源给该小灯泡供电,由E=U+Ir,得U=3-2.5I,作出图线交小灯泡伏安特性曲线于(0.4A,2.0V),所以小灯泡的实际功率是P=UI=0.8W。
点评:
①本题是在课本学生实验“描绘小电珠的伏安特性曲线”基础上变化出来的。
给出了双伏特表和电流表,要求从零开始多取几组数据,要求作出选择,这就需要根据实际问题具体分析并设计出符合要求的电路。
②用作图法解决非线性变化关系的问题必须重视。
[例题3](2001年高考理综卷)实验室中现有器材实物图如图24-4b所示,有:
电池E,电动势约10V,内阻约1Ω;电流表A1,量程约10A,内阻
1约为0.2Ω;电流表A2,量程300mA,内阻
2约5Ω;电流表A3,量程250mA,内阻
3约5Ω;电阻箱R1,最大阻值999.9Ω,最小阻值改变量为0.1Ω;滑线变阻器R2,最大值100Ω;开关S;导线若干。
要求用图24-4a所示的电路测量图中电流表A的内阻。
(1)在所给的三个电流表中,那几个可以用此电路精确测出其内阻?
答:
。
(2)在可测的电流表中任选一个作为测量对象,在实物图上连成测量电路。
(3)你要读出的物理量是。
用这些物理量表示待测内阻的计算公式是。
析与解:
该题要求根据电路图设想出实验原理。
属于有一定提示的设计型实验。
与我们学过的伏安法测电阻相比较,这里被测电阻是电流表的内阻,它能显示出通过自身的电流,因此只要知道其上的电压就行,但没有电压表,却有另一只电流表。
根据电路图可以看出,如果图中表A是被测表,则其上电压就是电阻箱上电压,利用两只电流表的读数差和电阻箱上显示的阻值可以求出该电压,这样就可以求出电流表的电阻。
(1)电流表A1不能精确测出其内阻,因这时图中的电流表Aˊ应为A2、A3中的一只,这使得电流表A1中的电流不能超过300mA,其指针的偏转极其微小,误差很大。
而A2、A3可用此电路精确测出其内阻。
(2)若测
3,实物连线如图24-5所示。
(3)根据前面的分析,要读出的物理量是A、Aˊ两电流表的示数I、Iˊ和电阻箱的阻值R1,待测内阻的计算公式是
点评:
该题是分组实验原理迁移型的实验题,是高考实验题中常出现的一种。
因此在做设计型实验题时,首先应回顾分组实验的实验原理,看看是否有迁移的可能。
该题实际上是用比较法测电阻,比较待测电流表和电阻箱上的电流,从而比较出待测电流表的电阻。
[例题4]如图24-6所示的器材是:
木质轨道(其倾斜部分倾角较大,水平部分足够长)、小铁块、两枚图钉、一根细线、一个量角器。
只用上述器材测定小铁块与木质轨道间的动摩擦因数。
实验步骤是:
(1)将小铁块从________;
(2)用图钉把细线______;
(3)用量角器测量________。
那么,动摩擦因数可表示为μ=_________。
析与解:
这道题是一条难度很大的题目,原型是课本中的一道习题。
【过渡题】有一个同学用如下方法测定动摩擦因数:
用同种材料做成如图24-7所示,使得AB、BD为平面,其中AB为一斜面,其高为h、长为L1,BD是一足够长的水平面,两面在B点以小弧形光滑连接。
现让质量为m的小物块从A点由静止开始下滑,到达B点后顺利进入水平面,最后滑到C点而停止,并测出BC=L2,小物块与两个平面的动摩擦因数相同,由以上数据可以求出物体与平面间的动摩擦因数μ=。
该题为设计型实验,但由于给出了实验装置、器材和实验情景,因此对实验原理已有了很多提示。
回顾力学分组实验,没有相关的可以迁移的原理。
因此要用物理原理分析题给的实验情景。
设斜面的倾角为
,根据动能定理,在全过程中
mgh–μmgcos
·L1-μmgL2=0,
题中未给出斜面倾角
,寻找别的关系,有
解得
变化可得
所以答案是:
(1)从某点由静止释放,最后停在水平面上;
(2)固定在铁块运动的起止点;(3)细线与水平面间的夹角θ;μ=tanθ
点评:
从课本习题中变化出设计型实验题是一种新题型,这种题目往往难度较高,看上去无法下手,若高考时出现这种题目,是为了区分尖子生的,一般考生最好先放下,待把其它问题做好后再想办法解决它。
若能根据题目呈现的情景联想到题目的原型,就不难解决了。
巩固训练
1、在测定一节干电池的电动势和内电阻的实验中,备有下列器材:
①干电池E(电动势约为1.5V、内电阻大约为1.0
)
②电压表V(0~15V)
③电流表A(0~0.6A、内阻0.1
)
④电流表G(满偏电流3mA、内阻Rg=10
)
⑤滑动变阻器R1(0~10
、10A)
⑥滑动变阻器R2(0~100
、1A)
⑦定值电阻R3=990
开关、导线若干
(1)为了方便且能较准确地进行测量,其中应选用的滑动变阻器是_________(填写字母代号);
(2)请在图24‘-1的线框内画出你所设计的实验电路图,并在图中标上所选用器材的符号。
(3)图24‘-2为某一同学根据他设计的实验,绘出的I1—I2图线(I1为电流表G的示数,I2为电流表A的示数),由图线可求得被测电池的电动势E=_____V,内电阻r=_____
。
2、在做“用多用表探索黑箱内的电学元件”的实验中,有这样两步操作:
①选择“
—10”挡,将红、黑表笔分别接A、B点时,无电压,红、黑表笔分别接B、A点时,也无电压;②选择“Ω—×100”挡,将红、黑表笔分别接A、B点时,指针几乎没有什么偏转,而将红、黑表笔分别接B、A点时,指针偏转很大角度。
据此,我们可以判断黑箱内电学元件接法,可能是图24‘-3中的()
3、有一根细长而均匀的金属材料样品,截面为外方(正方形)内圆,如图24‘-4所示。
此金属材料质量约为0.1~0.2kg,长约为30cm,电阻约为10Ω。
已知这种金属的电阻率为
,密度为
。
因管线内径太小,无法直接测量,请
根据下列提供的实验器材,设计一个实验方案测量其内径d
A.毫米刻度尺B.螺旋测微器
C.电流表(600mA10Ω)D.电流表(3A0.1Ω)
E.电压表(3V6kΩ)
F.滑动变阻器(2kΩ0.5A)G.滑动变阻器(10Ω2A)
H.直流稳压电源(6V0.05Ω)
I.开关一个,带夹子的导线若干
(1)除待测金属材料外,应选用的实验器材有(只填代号字母)。
(2)在图24‘-5中画出你所设计方案的实验电路图,并把所选仪器连成实际测量电路。
4、硫化镉(CdS)晶体是一种光敏材料,用它做成的光敏电阻有一特性:
被光照射时
电阻很小,当将光遮住时电阻很大。
用它来控制照明灯,要求白天灯不亮,夜晚灯亮,请将图24‘-6示元件连接成符合上述要求的电路。
图中电磁铁上方是带铁块的铜片,其右端上下各有一组开关,当电磁铁中无电流时,弹簧将铜片拉起,使其上方的开关(双箭头a、b表示)闭合;当电磁铁中有电流时,铁块受磁力作用拉下铜片,下方的开关(双箭头c、d表示)闭合。
5、已知一个区域的地下埋有一根与地表面平行的直线电缆,电缆中通有变化的电流,在其周围有变化的磁场,因此可以通过在地面上测量闭合试探小线圈中的感应电动势来确定电缆的确切位置、走向和深度。
当线圈平面平行地面测量时,在地面上a、c两处测得试探线圈中的电动势为零,b、d两处的电动势不为零,当线圈平面与地面成45°夹角时,在b、d两处测得试探线圈中的电动势为零。
经过测量发现:
a、b、c、d恰好位于边长为1m的正方形的四个顶角上,如图24‘-7所示,据此可以判断地下电缆在两点连线的正下方,离地表面的深度为m。
6、利用如图24‘-8甲所示电路测量量程为800mV的电压表的内阻RV,RV约为900Ω。
某同学的实验步骤是:
①按照电路图正确连接好测量电路.将滑动变阻器的滑片移到最右端,电阻箱的阻值调到最大;
②合上开关S1和S2,调节滑动变阻器R1的滑片位置,使得电压表的指针指到满刻度;
③合上开关S1,断开开关S2,调节电阻箱R的阻值和滑动变阻器R1的滑片位置,使得电压表指针指到满刻度一半;
④读出电阻箱接入电路中的电阻值R,即为电压表内电阻RV的大小;
可供选择的实验器材有:
A.待测电压表:
量程为800mV,内阻约900Ω
B.滑动变阻器:
最大阻值200Ω,额定电流1A
C.滑动变阻器:
最大阻值10Ω,额定电流2A
D.电阻箱:
最大阻值999.9Ω,阻值最小改变量为0.1Ω
E.电阻箱:
最大阻值99.9Ω,阻值最小改变量为0.1Ω
F.电池组:
电动势约12V,内阻约1Ω
以及导线和开关等。
按照这位同学设计的实验方法,回答下列问题:
(1)为了使测量比较准确,除了电池组、导线、开关和待测电压表外,从上述器材中还应选用的器材是_________(用器材前的序号字母表示)。
(2)在这些器材的实物图24-8乙上,用铅笔线表示导线,连接成测量电路。
(3)在上述实验步骤中,有遗漏或错误的步骤,请改于下面:
__________________。
(4)关于用上述方法测出的电压表内阻RV的测量值R测和真实值R真及测量误差,下列说法中正确的是()
A.R测>R真
B.R测<R真
C.若RV越大;测量值R测相对于真实值R真的误差就越大
D.若RV越大,测量值R测相对于真实值R真的误差就越小
课时24巩固提高训练答案
1、答案:
⑴电源电动势为1.5V,若用滑动变阻器R1,电路中最小电流大约为
,若用滑动变阻器R2,电路中最小电流大约为
,为了方便调节,滑动变阻器应选R1;⑵设计电路,电压表V量程是15V,而所测电压最大为1.5V,所以不能用电压表V,应考虑将电流表G改装成电压表,将G与定值电阻R3串联后量程为
,正好符合实验要求。
电路图如图24″-1所示;
⑶1.47(1.46~1.48均可)0.84(0.81~0.85均可)。
将图线延长后交I1轴于点1.47mA,交I2轴于点0.56A,
Ω
2、答案:
ABC。
多用表使用欧姆挡时,黑表笔是高电势点。
而“偏角很大”(或“很小”)是针对表针停留的位置“∞”而说的。
显然,根据欧姆挡的测量信息,A到B是不导通的状态,而B到A是导通的状态。
3、
(1)A、B、C、E、G、H、I
(2)如图24″-2。
(3)设长度为l,截面外边长为a,电压为U,电流强度为I.
电阻
,横截面积
故有
解得
4、略
5、a、c0.71
6、
(1)CD
(2)如图24″-3所示
(3)C错.应删去步骤③中“和滑动变阻器R1的滑片位置”
(4)AD
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 高考 物理 探究 设计 实验 研究