《高中物理思維方法集解》試筆系列
“儀器的使用”、“力學(xué)實(shí)驗(yàn)”試題匯解
山東 魏德田
考察近幾年高考，實(shí)驗(yàn)命題具有以下幾個(gè)趨向：
⒈從簡單誦到分析、理解實(shí)驗(yàn)的原理。如07年全國Ⅰ的“平拋”，北京“小車在斜面上的運(yùn)動(dòng)”等。
⒉以儀器使用為考查基礎(chǔ)內(nèi)容。如07年“全國Ⅰ”、“上海物理”等的“示波器的應(yīng)用”，“08天津理綜”的“螺旋測微器的讀數(shù)”，“07廣東物理”的“多用電表的使用、讀數(shù)”等。
⒊注意考查基本實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ΑＨ鐑x器識別、條件控制、數(shù)據(jù)處理等能力，誤差分析能力，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，創(chuàng)新能力等。
⒋重視考查操作過程。如步驟排序、糾錯(cuò)、補(bǔ)漏、電路連接、儀器選擇等密切聯(lián)系操作過程。07年“廣東物理”的“多用電表粗測金屬絲的電阻”、“08上海物理”的 “研究燈泡L1（6V，1.5W）、L2（6V，10W）的發(fā)光情況”、“08天津理綜”的“描繪電阻R0伏安特性曲線”、“07四川理綜”的“測電源的電動(dòng)勢及內(nèi)電阻”等。
⒌重點(diǎn)考查電學(xué)實(shí)驗(yàn)。如各地高考實(shí)驗(yàn)試題至少有一道、甚至有兩道（）實(shí)驗(yàn)題，尤其考查電阻（或儀器內(nèi)阻）測量。
⒍從既定實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)向創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。07年“上海物理”重視創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，有 “利用單擺驗(yàn)證小球平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)。
⒎課堂演示實(shí)驗(yàn)走入高考試題。如06年的“全國Ⅰ”的第19題、第25題分別涉及“受迫振動(dòng)”、“帶電小球在變化電場中的往復(fù)運(yùn)動(dòng)”的演示實(shí)驗(yàn)；“上海卷”第19題則涉及電磁感應(yīng)的演示實(shí)驗(yàn)；“北京理綜”則用“游標(biāo)卡尺”觀察光的衍射現(xiàn)象等等。
一、實(shí)驗(yàn)儀器使用試題解析
答案：1.880(1.878～1.882均正確)。
[例題2]（’08全國Ⅱ）某同學(xué)用螺旋測微器測量一銅絲的直徑, 測微器的示數(shù)如圖所示, 該銅絲的直徑為__________mm. （如圖—1乙）
答案：4.593（4.592～4.594均正確）。
[例題3]（’08海南）⑴某同學(xué)用螺旋測微器測量一金屬絲的直徑，測微器的示數(shù)如圖所示，該金屬絲直徑的測量值為___________mm.（如圖—1丙）
⑵當(dāng)光照射到光敏電阻上時(shí)，光敏電阻的阻值__________(填“變大”、“不變”或“變小”).半導(dǎo)體熱敏電阻是利用半導(dǎo)體材料的電阻率隨__________變化而改變的特性制成的.
答案：⑴2.793(2.791～2.795mm均正確)。⑵變小；溫度。
[例題4]（’08四川）一水平放置的圓盤繞過其圓心的豎直軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。盤邊緣上固定一豎直的擋光片。盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)擋光片從一光電數(shù)字計(jì)時(shí)器的光電門的狹縫中經(jīng)過，如圖1 所示。圖2為光電數(shù)字計(jì)時(shí)器的示意圖。光源A中射出的光可照到B中的接收器上。若A、B
（l）擋光片的寬度為_____________mm。
（2）圓盤的直徑為_______________cm。
（3）若光電數(shù)字計(jì)時(shí)器所顯示的時(shí)間為50.0 ms，則圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為_______弧度/秒（保留3位有效數(shù)字）。
答案：（1）10.243； （2）24.220； （3）1.69。
[例題5]（’08重慶）（1）某實(shí)驗(yàn)小組擬用如題22圖1所示裝置研究滑塊的運(yùn)動(dòng).實(shí)驗(yàn)器材有滑塊、鉤碼、紙帶、米尺、帶滑輪的木板，以及由漏斗和細(xì)線組成的單擺等.實(shí)驗(yàn)中，滑塊在鉤碼作用下拖動(dòng)紙帶做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)單擺垂直于紙帶運(yùn)動(dòng)方向擺動(dòng)，漏斗漏出的有色液體在紙帶帶下留下的痕跡記錄了漏斗在不同時(shí)刻的位置.
①在題22圖2中，從 紙帶可看出滑塊的加速度和速度方向一致.
[例題6]（’06江蘇）（1）小球作直線運(yùn)動(dòng)時(shí)的頻閃照片如圖所示，已知頻閃周期T=0.1s，小球相鄰位置間距（由照片中的刻度尺量得）分別為OA=6.51cm，AB=5.59cm，BC=4.70cm，CD=3.80cm，DE=2.89cm，EF=2.00cm。小球在位置A時(shí)的速度大小vA= m/s。小球運(yùn)動(dòng)的加速度大小a= m/s2。
答案：0.605 ，0.90 。
⑴如果是用×10檔測量電阻，則讀數(shù)為 
。
⑵如果是用直流10 mA檔測量電流，則讀數(shù)為 mA。
⑶如果是用直流5 V檔測量電壓，則讀數(shù)為 V。
A.調(diào)整X增益旋鈕和豎直位移旋鈕
B.調(diào)整X增益旋鈕和掃描微調(diào)旋鈕
C.調(diào)整掃描微調(diào)旋鈕和Y增益旋鈕
D.調(diào)整水平位移旋鈕和Y增益旋鈕
答案: C .
[例題89] （’07天津）（1）一種游標(biāo)卡尺，它的游標(biāo)尺上有50個(gè)小的等分刻度，總長度為49 mm。用它測量某物體長度，卡尺示數(shù)如圖所示，則該物體的長度是 cm。
（2）在“練習(xí)使用示波器”實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)將衰減調(diào)節(jié)旋鈕置于最右邊的“”擋，掃描范圍旋鈕置于“外X”檔，“X輸入”與“地”之間未接信號輸入電壓，他在示波器熒光屏上看到的圖像可能是下圖中的 。
答案：（1）4.120；（2）B。
[例題10]（’07廣東物理）實(shí)驗(yàn)室新進(jìn)了一批低電阻的電磁螺線管，已知螺線管使用的金屬絲電阻率ρ=1.7×10－8 Ωm。課外活動(dòng)小組的同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)試驗(yàn)來測算螺線管使用的金屬絲長度。他們選擇了多用電表、電流表、電壓表、開關(guān)、滑動(dòng)變阻器、螺旋測微器（千分尺）、導(dǎo)線和學(xué)生電源等。⑴他們使用多用電表粗測金屬絲的電阻，操作過程分以下三個(gè)步驟：（請?zhí)顚懙冖诓讲僮?/span>）
①將紅、黑表筆分別插入多用電表的“＋”、“－”插孔；選擇電阻檔“×1”；
②________________________________________________________________；
⑶他們使用千分尺測量金屬絲的直徑，示數(shù)如圖10所示，金屬絲的直徑為_________mm；
⑷根據(jù)多用電表測得的金屬絲電阻值，可估算出繞制這個(gè)螺線管所用金屬絲的長度約為_________m。（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）
⑸他們正確連接電路，接通電源后，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，發(fā)現(xiàn)電流始終無示數(shù)。請?jiān)O(shè)計(jì)一種方案，利用多用電表檢查電路故障并寫出判斷依據(jù)。（只需寫出簡要步驟）
_________________________________________________________________________
[解析]⑴將紅、黑表筆短接，調(diào)整調(diào)零旋鈕調(diào)零
⑶0.260 mm （0.258—0.262 mm均給分）
⑷12m或13m
⑸以下兩種解答都正確：
②使用多用電表的電阻檔位，斷開電路或拆下元件、導(dǎo)線，逐個(gè)測量各元件、導(dǎo)線上的電阻，若電阻為無窮大，說明該元件或?qū)Ь€斷路故障.
[例題11]（’07全國Ⅱ）用示波器觀察叔率為900Hz的正弦電壓信號。把電壓信號接入示波器Y輸入。
①當(dāng)屏幕上出現(xiàn)如圖1所示的波形時(shí)，應(yīng)調(diào)節(jié)_____鈕。如果正弦波的正負(fù)半周均超出了屏幕的范圍，應(yīng)調(diào)節(jié) 鈕或 鈕，或這兩個(gè)鈕配合使用，以使正弦波的整個(gè)波形出現(xiàn)在屏幕內(nèi)。
②如需要屏幕上正好出現(xiàn)一個(gè)完整的正弦波形，應(yīng)將 鈕置于 位置，然后調(diào)節(jié)_____鈕。
答案：①豎直位移或↑↓ ，衰減或衰減調(diào)節(jié) ，y增益 。
② 掃描范圍 ， 1k擋位 ， 掃描微調(diào) 。
時(shí)，操作步驟正確，發(fā)現(xiàn)表頭指針偏轉(zhuǎn)角度很小，為了較準(zhǔn)確地進(jìn)行測量，應(yīng)換到檔。如果換檔后立即用表筆連接待測電阻進(jìn)行讀數(shù)，那么缺少的步驟是 ，若補(bǔ)上該步驟后測量，表盤的示數(shù)如圖，則該電阻的阻值是______。
答案：×100；調(diào)零（或重新調(diào)零）；2.2×10 3 (或 2.2k) 。
二、力學(xué)實(shí)驗(yàn)試題解析
(1)實(shí)驗(yàn)的部分步驟如下：
①在小車放入砝碼，把紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，連在小車后端，用細(xì)繩連接小車和鉤碼；
②將小車停在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器附近， ， ，小車拖動(dòng)紙帶，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一列點(diǎn)， ；
③改變鉤碼或小車中砝碼的數(shù)量，更換紙帶，重復(fù)②的操作．
(2)圖12是鉤碼質(zhì)量為0.03kg、砝碼質(zhì)量為0.02kg時(shí)得到的一條紙帶，在紙帶上選擇起始點(diǎn)Ｏ及Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ和Ｅ五個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，可獲得各計(jì)數(shù)點(diǎn)到Ｏ的距離Ｓ及對應(yīng)時(shí)刻小車的瞬時(shí)速度v，請將Ｃ點(diǎn)的測量結(jié)果填在表格中的相應(yīng)位置。
（3）在上車的運(yùn)動(dòng)過程中，對于鉤碼、砝碼和小車組成的系統(tǒng)， 做正功，
做負(fù)功.
（4）實(shí)驗(yàn)小組根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出了圖13中的圖線（其中Δv2=v2-v20）,根據(jù)圖線可獲得的結(jié)論是 .要驗(yàn)證“動(dòng)能定理”，還需要測量的物理量是摩擦力是 .
表1紙帶的測量結(jié)果
測量點(diǎn) | S/cm | r/(m·s-1) |
0 | 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 |
答案：（1）②接通電源，釋放小車，斷開開關(guān)。
（2）5．06，0．49。（3）鉤砝的重力，小車受摩擦阻力。
（4）小車初末速度的平方差與位移成正比， 小車的質(zhì)量。
(1)若軌道完全光滑，s2與h的理論關(guān)系應(yīng)滿足s2= (用H、h表示).
h(10－１m) | 2.00 | 3.00 | 4.00 | 5.00 | 6.00 |
s2 (10－１ｍ２) | 2.62 | 3.89 | 5.20 | 6.53 | 7.78 |
(2)該同學(xué)經(jīng)實(shí)驗(yàn)測量得到一組數(shù)據(jù)，如下表所示：
請?jiān)谧鴺?biāo)紙上作出s2—h關(guān)系圖.
(3)對比實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算得到的s2—h關(guān)系圖線(圖中已畫出)，自同一高度靜止釋放的鋼球，水平拋出的速率 ____ (填“小于”或“大于”)
(4)從s2—h關(guān)系圖線中分析得出鋼球水平拋出的速率差十分顯著，你認(rèn)為造成上述偏差的可能原因是 。
答案：(1) 4Hh， (2) (見右圖)， (2) 小于， (4) 摩擦，轉(zhuǎn)動(dòng)（回答任一即可）。
[例題15]（’08寧夏）物理小組在一次探究活動(dòng)中測量滑塊與木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)。實(shí)驗(yàn)裝置如圖，一表面粗糙的木板固定在水平桌面上，一端裝有定滑輪；木板上有一滑塊，其一端與電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)
(2)回答下列兩個(gè)問題：
①為測量動(dòng)摩擦因數(shù)，下列物理量中還應(yīng)測量的有 。（填入所選物理量前的字母）
A.木板的長度l B.木板的質(zhì)量m1
C.滑塊的質(zhì)量m2 D.托盤和砝碼的總質(zhì)量m3
E.滑塊運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t
②測量①中所選定的物理量時(shí)需要的實(shí)驗(yàn)器材是 。
（3）滑塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)＝ （用被測物理量的字母表示，重力加速度為g）.與真實(shí)值相比，測量的動(dòng)摩擦因數(shù) （填“偏大”或“偏小” ）。寫出支持你的看法的一個(gè)論據(jù)：
。
答案：(1)0.495~0.497m/s2；(2)① CD ；(3)。
（1）若選定物塊A從靜止開始下落的過程進(jìn)行測量，則需要測量的物理量有 （在答題卡上對應(yīng)區(qū)域填入選項(xiàng)前的編號）
①物塊的質(zhì)量m1、m2；
②物塊A下落的距離及下落這段距離所用的時(shí)間；
③物塊B上升的距離及上升這段距離所用的時(shí)間；
④繩子的長度.
（2）為提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確程度，某小組同學(xué)對此實(shí)驗(yàn)提出以下建議：
①繩的質(zhì)量要輕：
②在“輕質(zhì)繩”的前提下，繩子越長越好；
③盡量保證物塊只沿豎直方向運(yùn)動(dòng)，不要搖晃；
④兩個(gè)物塊的質(zhì)量之差要盡可能小.
以上建議中確實(shí)對提高準(zhǔn)確程度有作用的是 。（在答題卡上對應(yīng)區(qū)域填入選項(xiàng)前的編號）
（3）寫出一條上面沒有提到的提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確程度有益的建議：
.
答案：（1）①②或①③；（2）①③；（3）例如：“對同一高度進(jìn)行多次測量取平均值”；“選取受力后相對伸長盡量小的繩”；等等。
[例題17]（’08北京）某同學(xué)和你一起探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系，并測彈簧的勁度系數(shù)k。做法是先將待測彈簧的一端固定在鐵架臺上，然后將最小刻度是毫米的刻度尺豎直放在彈簧一側(cè)，并使彈簧另一端的指針恰好落在刻度尺上。當(dāng)彈簧自然下垂時(shí)，指針指示的刻度數(shù)值記作L0，彈簧下端掛一個(gè)50g的砝碼時(shí)，指針指示的刻度數(shù)值記作L1;彈簧下端掛兩個(gè)50g的砝碼時(shí)，指針指示的刻度數(shù)值記作L2;……;掛七個(gè)50g的砝碼時(shí)，指針指示的刻度數(shù)值記作L2。
①下表記錄的是該同學(xué)已測出的6個(gè)值，其中有兩個(gè)數(shù)值在記錄時(shí)有誤，它們的代表符號分別是 和 .
測量記錄表：
代表符號 | L0 | L1 | L2 | L3 | L4 | L5 | L6 | L7 |
刻度數(shù)值/cm | 1.70 | 3.40 | 5.10 |
| 8.60 | 10.3 | 12.1 |
|
②實(shí)驗(yàn)中，L3和L2兩個(gè)值還沒有測定，請你根據(jù)上圖將這兩個(gè)測量值填入記錄表中。
③為充分利用測量數(shù)據(jù)，該同學(xué)將所測得的數(shù)值按如下方法逐一求差，分別計(jì)算出了三個(gè)差值：。
請你給出第四個(gè)差值：dA= ＝ cm。
④根據(jù)以上差值，可以求出每增加50g砝碼的彈簧平均伸長量。用d1、d2、d3、d4
表示的式子為：＝ ，
代入數(shù)據(jù)解得＝ cm。
⑤計(jì)算彈簧的勁度系數(shù)k＝ N/m。（g取9.8m/s2）
答案：①②6.85(6.84-6.86)；14.05(14.04-14.06)；③l7-l3，7.20(7.18-7.22)；
④，1.75；⑤28。
[例題18]（’07廣東物理）（8分）如圖11（a）所示，小車放在斜面上，車前端栓有不可伸長的細(xì)線，跨過固定在斜面邊緣的小滑輪與重物相連，小車后面與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶
⑴根據(jù)所提供紙帶上的數(shù)據(jù)，計(jì)算打c段紙帶時(shí)小車的加速度大小為_________m/s2。（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）
⑶如果取重力加速度10 m/s2，由紙帶數(shù)據(jù)可推算出重物與小車的質(zhì)量比為_________。
答案：⑴5.0 m/s2（結(jié)果是4.8 m/s2的得1分）；⑵D4D3區(qū)間內(nèi)；⑶1:1。
（1）填入適當(dāng)?shù)墓交蛭淖?，完善以下?shí)驗(yàn)步驟（不考慮摩擦力的影響）：
①讓小車自斜面上方一固定點(diǎn)A1從靜止開始下滑到斜面底端A2，記下所用的時(shí)間t。
②用米尺測量A1與A2之間的距離s，則小車的加速度a＝ 。
③用米尺測量A1相對于A2的高度h。設(shè)小車所受重力為mg，則小車所受的合外力F＝ 。
④改變 ，重復(fù)上述測量。
⑤以h為橫坐標(biāo)，1/t2為縱坐標(biāo)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作圖。如能得到一條過原點(diǎn)的直線，則可驗(yàn)證“當(dāng)質(zhì)量一定時(shí)，物體運(yùn)動(dòng)的加速度與它所受的合外力成正比”這一規(guī)律。
（2）在探究如何消除上述實(shí)驗(yàn)中摩擦阻力影響的過程中，某同學(xué)設(shè)計(jì)的方案是：
①調(diào)節(jié)斜面傾角，使小車在斜面上勻速下滑。測量此時(shí)A1點(diǎn)相對于斜面底端A2的高度h0。
②進(jìn)行（1）中的各項(xiàng)測量。
③計(jì)算與作圖時(shí)用（h－h0）代替h。
對此方案有以下幾種評論意見：
A．方案正確可行。
B．方案的理論依據(jù)正確，但利用所給的器材無法確定小車在斜面上是否做勻速運(yùn)動(dòng)。
C．方案的理論依據(jù)有問題，小車所受摩擦力與斜面傾角有關(guān)。
其中合理的意見是 。
答案：（1）②；③；④斜面傾角（或填h的數(shù)值）；（2）C．
（1）現(xiàn)給滑塊A一沿氣墊導(dǎo)軌向上的初速度，A的v-t圖線如題13（b）圖所示。從圖線可得滑塊A下滑時(shí)的加速度a= m/s2 ,摩擦力對滑塊A運(yùn)動(dòng)的影響 。（填“明顯，不可忽略”或“不明顯，可忽略”）
（2）此裝置還可用來驗(yàn)證牛頓第二定律。實(shí)驗(yàn)時(shí)通過改變 ，可驗(yàn)證質(zhì)量一定時(shí)，加速度與力成正比的關(guān)系；實(shí)驗(yàn)時(shí)通過改變 ，可驗(yàn)證力一定時(shí)，加速度與質(zhì)量成反比的關(guān)系。
（3）將氣墊導(dǎo)軌換成滑板，滑塊A換成滑塊A′，給滑塊A′一沿滑板向上的初速度，A′的s-t圖線如題13（c）圖。圖線不對稱是由于 造成的，通過圖線可求得滑板的傾角θ＝ （用反三角函數(shù)表示），滑塊與滑板間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝ 。
（2017-08-14 經(jīng)典重發(fā)）
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