高考考前训练题二．实验题部分（力学实验题编题者：谢 璞 杜守建）1．现要测定一根尼龙丝能承受的最大拉力F ，手头只有一个质量为m 的砝码（已知F ＞mg ）和一个米尺．请回答：（1）画出实验方案的示意图；（2）其中需测量的物理量是__________；（3）尼龙丝能承受的最大拉力F 的表达式是_________．答案：（1）实验方案的示意图如图所示．（2）需要测量的量是：尼龙丝的长L 和刚好拉断时两悬点间的距离l ．（3）尼龙丝能承受的最大拉力的表达式是222l L mgL F -=2．一打点计时器固定在斜面上某处，一小车拖着穿过打点计时器的纸带从斜面上滑下，如图（a ）所示．图（b ）是打出的纸带的一段．（1）已知打点计时器使用的交流电频率为50Hz ，利用图（b ）给出的数据可求出小车下滑的加速度a =_____．（2）为了求出小车与斜面间的动摩擦因数μ，还需要测量的物理量有________________________．用测得的量及加速度a 表示小车与斜面间的动摩擦因数μ=_______________．答案：（1）4.00m/s 2（2）斜面上任两点处间距l 及对应的高度差h ．)(122l ga h h l --（若测量的是斜面的倾角θ，则θθμcos tan g a -=） 3．在做“研究平抛物体的运动”的实验中，为了确定小球在不同时刻所通过的位置，实验时用如图所示的装置，先将斜槽轨道的末端调整水平，在一块平木板表面钉上复写纸和白纸，并将该木板竖直立于紧靠槽口处．使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放，小球撞到木板并在白纸上留下痕迹A ；将木板向远离糟口平移距离x ，再使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放，小球撞在木板上得到痕迹B ；又将木板再向远离槽口平移距离x ，小球再从斜槽上紧靠挡板处由静止释放，再得到痕迹C ．若测得木板每次移动距离x =10.00cm ，A 、B 间距离78.41=y cm ，B 、C 间距离82.142=y cm ．（g 取80.9 m/s 2）（1）根据以上直接测量的物理量得小球初速度为=0v _________（用题中所给字母表示）．（2）小球初速度的测量值为_____________m/s ．答案：（1）12y g x （或：122y y g x +，或：12y y g x -，或：21122y y gy x +） （2）1.00±0.024．如图（乙）所示，将包有白纸的圆柱棒替代纸带和重物，蘸有颜料的毛笔固定在马达上并随之转动，使之替代打点计时器．当烧断挂圆柱的线后，圆柱竖直自由落下，毛笔就在圆柱白纸上划出记号，图（甲）所示，测得记号之间的距离依次为26、42、58、74、90、106mm ，已知马达铭牌上有“1440r ／min ”字样，请说明如何由此验证机械能守恒．答案：其方法如下：①由马达铭牌“1440 r ／min ”算出毛笔画的线距时间间隔了04.01440601≈==n T （s ）②根据Ts s v n n n 21++=算出任意选取的相邻两条线的瞬时速度． 25.104.0210)5842(3=⨯⨯+=-C v （m/s ）65.104.0210)7458(3=⨯⨯+=-D v （m/s ） ∴ 22210582121-⨯=-=∆m mv mv E C D k （J ） 而 21058-⨯==∆m CD mg E p （J ） 验证完毕．说明：就实验所得数据还可验证当地的重力加速度g 值．5．用如图所示的装置进行验证动量守恒的以下实验：（1）先测出滑块A 、B 的质量M 、m 及滑块与桌面的动摩擦因数μ，查出当地的重力加速度g ；（2）用细线将滑块A 、B 连接，使A 、B 间的弹簧处于压缩状态，滑块B 紧靠在桌边；（3）剪断细线，测出滑块B 做平抛运动落地时的水平位移为s 1，滑块A 沿桌面滑行距离为s 2．为验证动量守恒，写出还须测量的物理量及表示它的字母___________．如果动量守恒，须满足的关系是_________________．答案： 桌面离地面高度h hg ms gs M 2212=μ 说明：这是一个可以用来验证动量守恒定律的验证性实验．该题构思新颖，从验证动量守恒的实验出发，考查了平抛运动、动量定理、动能定理、动量守恒定律等高考热点．烧断细绳后在弹簧的弹力作用下，B 、A 以一定的水平速度分别向左、右运动．A 在水平桌面上向右作匀减速滑动时，克服摩擦做功，由动能定理可得2221Mgs Mv A μ=，得22gs v A μ=；B 向左作平抛运动，必须测得抛出时桌面离地面高度h ，由平抛运动规律可知：t s v B 1=，gh t 2=，即h g s v B 21=．测算得A v 、B v 后，如果动量守恒，必须满足关系式：B A mv Mv =，即hg ms gs M 2212=μ． 6．假设我们已经进入了航天时代，一个由三个高中学生组成的航天兴趣小组正乘外星科学考察飞船前往X 星球，准备用携带的下列器材测量X 星球表面的重力加速度g ，这些器材是：A ．钩码一盒，质量未知且各钩码质量不等B ．重锤一个，质量未知C ．带孔金属小球一个，直径已知为dD ．太阳能电池板一块，输出直流电压可满足任何要求E ．无弹性的丝线若干根F ．导线，开关若干G ．刻度尺1把H ．测力计1个I ．天平1台（含砝码1盒）J ．打点计时器1台（含复写纸片、纸带）K ．电子秒表1个L ．带有光控计时器的实验平板一块．在平板两端各有一个光控门，同时还配有其专用的直流电源、导线、开关、重锤线、滑块，该器材可用来测量物体从—个光控门运动到另—个光控门的时间M ．支架：能满足实验所需的固定作用到达X 星球后，三个学生从以上器材中选择各自所需的器材（同一器材可以重复选用），用不同的方法各自独立地测出了重力加速度g 的值．现请你完成他们所做的实验：实验一：（已经完成）（1）器材有：A 、H 、I（2）主要的实验步骤是：①选取一个合适的钩码，用天平测出质量m②用测力计测出该钩码的重力F③计算重力加速度的表达式为mF g = 实验二：（1）选用的器材有_________________（2）写出主要的实验步骤（简明扼要）．______________________________________________________________实验三：（1）选用的器材有_________________（2）写出主要的实验步骤（简明扼要）．______________________________________________________________答案：实验二：（1）C 、E 、G 、K 、M（2）①组装并安装好单摆，测出摆线长度L②测出n 次全振动的时间t ，算出周期nt T = ③计算重力加速度的表达式为22)2(2td L n g +=π 实验三：（1）G 、L 、M（2）①将带光控计时器的平板用支架竖直架稳②测量两个光控门之间的距离s③把滑块从上面的一个光控门处自由释放，读出下落时间t ④计算重力加速度的表达式为22t s g 说明： 这是一道开放性实验试题，在中学阶段已经学到了多种测重力加速度g 的实验方法．该试题提供了X 星球表面作为实验场所，要求考生应用所学的知识在试题所提供的器材中选择合适的器材组合，进行测量．由题述的实验一的完成过程，又为要求考生完成的实验二、实验三的解答提供了解答模式．试题设计巧妙，难度不大，既考查了教材要求的测匀变速直线运动的加速度、用单摆测重力加速度的实验，更考查了学生的综合能力，实属值得为之叫好的开放性能力型实验题．根据题给器材可知，携带的既有利用公式G ＝mg 测重力加速度g 的器材，又有可测匀变速直线运动的加速度的器材，还有组装成利用单摆测重力加速度g 的器材．显然后两个实验测g 的方法正是该题的答案．（电学实验题编题者：史献计 黄皓燕 王 峰）7．描绘电场等势线的实验中，在平整的木板上依次铺放白纸、复写纸和导电纸．在导电纸上平放两个圆柱形电极A 与B ，分别与直流电源的正、负极接好，如图所示．若以A 、B 连线为 x 轴，A 、B 连线的中垂线为 y 轴．将一个探针固定在 y 轴上的某一点，沿x 轴移动另一个探针，发现无论怎样移动，灵敏电流计的指针都不偏转，若电源及连线都是完好的，可能的故障是____________．将实验故障排除后，探针从BO 间某处沿 x 轴向电极A 移动的过程中，电流表中指针偏转的情况是________．思路分析与参考答案： 导电纸的涂导电物质的一面朝下了，偏角逐渐减小到零，再反向偏转，偏角逐渐增大8．如图是用高电阻放电法测电容的实验电路图．其原理是测出电容器在充电电压为U 时所带的电荷量Q ，从而求出其电容C ．该实验的操作步骤如下：（1）按电路图接好实验电路．（2）接通电键S ，调节电阻箱R 的阻值，使微安表的指针接近满刻度．记下这时的电压表读数U 0＝6.2V 和微安表读数I 0＝490μA ．（3）断开电键 S 并同时开始计时，每隔5s 或10s 读一次微安表的读数i ，将读数记录在预先设计的表格中．（4）根据表格中的12组数据，以t 为横坐标，i 为纵坐标，在坐标纸上描点（在图中用“×”表示）．根据以上实验结果和图象，可以估算出当电容器两端电压为U 0时该电容器所带的电荷量Q 0约为 C ，从而算出该电容器的电容约为 F ．思路分析与参考答案： 用一条光滑曲线将坐标系中的点依次相连，得到放电曲线，曲线跟横轴所围的面积就表示放电过程放出的电荷量．每小方格代表的电荷量为 q = 2.5×10－4C ．用四舍五入的方法数得小方格有 32个，因此 Q 0 = 8×10－3 C ．根据 C = Q 0/U 0，得电容为 C =1.3×10－3F ．9．有一内阻未知（约25kΩ ~ 35kΩ）、量程未知（约25V ~ 35V ），共有30个均匀小格的直流电压表 ○V ． （1）某同学在研究性学习过程中想通过上述电压表测量一个多用表中欧姆档的内部电源的电动势，他们从多用表刻度盘上读出电阻刻度中间值为30．A ．请你将他们的实验电路连接起来．他们在实验过程中，欧姆档的选择开关拨至倍率“×_______” ．B ．在实验中，同学读出电压表的读数为U ，欧姆表指针所指的刻度为n ，并且在实验过程中，一切操作都是正确的，请你导出欧姆表电池的电动势表达式．（2）若在实验过程中测得该电压表内阻为30kΩ，为了测出电压表的量程，现有下列器材可供选用，要求测量多组数据，并有尽可能高的精确度．标准电压表○V1：量程3V ，内阻3kΩ 电流表○A ：量程0~3A ，内阻未知 滑动变阻器：总阻值1kΩ稳压电源E ：30V ，内阻不能忽略电键、导线若干A ．在右边方框中画出实验电路图B ．选用记录数据中任一组，写出计算量程的表达式U g = ______________．式中各字母的意义是：____________________________________________．思路分析与参考答案：（1）A ．电路如图所示，测电阻时应尽量使指针指在中间值附近，所以应选“×1k ”．B ．欧姆表中值电阻为R 中 = 30×1k Ω=30000Ω，欧姆表指n 刻度，则电压表内电阻R V = 1000n ，流过电压表电流I V =U /R V = U /(1000n )，根据闭合电路欧姆定律电池电动势E = U + I V R 中 = n n 30 U ． 多用表 红表笔 黑表笔 电压表 多用表 红表笔黑表笔 电压表（2）A ．如图所示．mA R u I v 13000030===，所以不能用电流表；又电压表的量程较小于电源电动势，所以滑动变阻器应用分压接法．B ．U g = N U 1300，其中N ：○V 表指针所指格数，U 1：○V1表读数． 10． 电源的输出功率P 跟外电路的电阻R 有关．下左图是研究它们的关系的实验电路．为了便于进行实验和保护蓄电地，给蓄电池串联了一个定值电阻R 0，把它们一起看作电源（图中虚线框内部分）．于是电源的内电阻就是蓄电池的内电阻和定值电阻R 0之和，用r 表示．电源的电动势用E 表示．（1）写出电源的输出功率P 跟E 、r 、R 的关系式： ．（电流表与电压表都看作理想电表）（2）在下右图的实物图中按照下左图画出连线，组成实验电路．（3）下表中给出了6组实验数据，根据这些数据．在图中的方格纸中画出P －R 关系图线．根据图线可知，电源输出功率的最大值是_____________W ，当时对应的外电阻是_____________Ω．（4）由表中所给出的数据，若已知跟电源串联的定值电阻的阻值为R 0＝ 4.5Ω，还可以求得该电源的电动势E = _________V ，内电阻r 0 = __________Ω．思路分析与参考答案：（1）P = E 2R / (R +r )2 (2) 图略 （3） 图略，0.80 5.0（4）4.0 0.511．现有一阻值为10.0Ω的定值电阻、一个电键、若干根导线和一个电压表，该电压表表面上有刻度但无刻度值，要求设计一个能测定某电源内阻的实验方案．（已知电压表内阻很大，电压表量程大于电源电动势，电源内阻约为几欧），要求：（1）在下边方框中画出实验电路图（2）简要写出完成接线后的实验步骤（3）用测得的量计算电源内阻的表达式r = ________．思路分析与答案：（1）如图所示V V 1S电源（2）①断开电键，记下电压表偏转的格数N 1②合上电键，记下电压表偏转的格数N 2 ③221N N N R r -= 12．现要求测量一个阻值较大的电阻R x 的阻值．从实验能够找到的实验器材如下： 电动势与内电阻均未知的直流电源E滑动变阻R 1（全电路为300Ω）标准电阻R 0（阻值已知）电压表2只，V 1、V 2（量程均能满足实验要求）开关（单刀开关、单刀双掷开关各一个）导线若干某同学通过实验研究发现R x 的阻值数值级与R 0及电压表内电阻相当，于是他设计了一种电路，其控制电路出图所示．(1) 请你在图中补全测量电路．（要求标出实验器材符号）(2) 简要写出实验的测量原理及电阻R x 的计算表达式．（表达式中的物理量需要加以说明）．思路分析与答案：（1）电路图如图所示．(2) 将S 2与1接通，读出电压表V 2示数U 1，并读出电压表V 1示数U ；再将S 2与2接通，调节滑动变阻器，使电压表示数仍为U （即电压表V 1示数不变），读出电压表V 2示数U 2．在R 0、R x 串联电压保持不变时，根据欧姆定律及串、并联电路性质可知U 1：U 2 =R 0：R x ，故R x = 012R U U ． （热学实验题编题者：孙道华 魏 昕）13．在用油膜法粗测分子直径的实验中，在哪些方面作了理想化的假设_____________________________________________________________________． 下面是一次实际测量的数据。