专题11 力学实验与电学实验【练】（原卷版）

专题11力学实验与电学实验

1．（2022·北京·高考真题）某同学利用自由落体运动测量重力加速度，实验装置如图1所示，打点计时器接在频率为的交流电源上。使重锤自由下落，打点计时器在随重锤下落的纸带上打下一系列点迹。挑出点迹清晰的一条纸带，依次标出计数点1，2，…，8，相邻计数点之间还有1个计时点。分别测出相邻计数点之间的距离，并求出打点2，3，…，7时对应的重锤的速度。在坐标纸上建立坐标系，根据重锤下落的速度作出图线并求重力加速度。

（1）图2为纸带的一部分，打点3时，重锤下落的速度______________（结果保留3位有效数字）。

（2）除点3外，其余各点速度对应的坐标点已在图3坐标系中标出，请在图中标出速度对应的坐标点，并作出图线______________。

（3）根据图3，实验测得的重力加速度______________（结果保留3位有效数字）。

（4）某同学居家学习期间，注意到一水龙头距地面较高，而且发现通过调节水龙头阀门可实现水滴逐滴下落，并能控制相邻水滴开始下落的时间间隔，还能听到水滴落地时发出的清脆声音。于是他计划利用手机的秒表计时功能和刻度尺测量重力加速度。为准确测量，请写出需要测量的物理量及对应的测量方法。_________________________

2．（2022·湖南·长郡中学模拟预测）如图甲所示，小车的前端固定有力传感器，能测出小车所受的拉力，小车上固定遮光条，小车放在安装有定滑轮和两个光电门A、B的光滑轨道上，用不可伸长的细线将小车与质量为m的重物相连，轨道放在水平桌面上，细线与轨道平行，滑轮质量、摩擦不计。

（1）用游标卡尺测遮光条的宽度，如图乙所示，则遮光条的宽度d=________mm。

（2）实验过程中________（填“需要”或“不需要”）满足M远大于m。

（3）实验主要步骤如下：

①测量小车、传感器及遮光条的总质量M，测量两光电门间的距离L。

②由静止释放小车，小车在细线拉动下运动，记录传感器的示数F，记录遮光条通过光电门A、B时的挡光时间、及遮光条从A到B的时间t。

（4）利用该装置验证动能定理的表达式为FL=________；

（5）利用该装置验证动量定理的表达式为Ft=________。（以上两空均用字母M、d、、表示）

3．（2022·湖南·雅礼中学三模）某同学利用如图甲所示的装置验证动量定理。所用电源的频率Hz，重物和托盘的质量为m，小车的质量为M，重力加速度，将打点计时器所在的一端垫高，以平衡小车与木板之间的摩擦力，之后通过合理的实验操作得到了如图乙所示的纸带，图中各点为连续的计时点。

（1）打下计时点2时，小车的瞬时速度大小为_______（结果保留三位有效数字）；

（2）取打下计时点1～5的过程研究，打下计时点1、5时小车的速度大小分别为、，则验证动量定理的表达式为_______（用题中所给物理量符号表示）；

（3）若实验过程中发现m所受重力的冲量大于系统动量的增加量，造成此问题的原因可能是_______。

4．（2022·广东广州·模拟预测）实验小组利用光电门和数字传感设备设计了一个测量当地重力加速度的集成框架，如图甲所示，框架上装有两个光电门，都可上下移动；框架的竖直部分贴有刻度尺，零刻度线在上端，可以直接读出两个光电门到零刻度线的距离x1和x2；框架水平部分安装了电磁铁，将质量为m的小铁球吸住。一且断电，小铁球就由静止释放，先后经过两个光电门时，与光电门连接的数字传感器即可测算出速度大小v1和v2。多次改变两个光电门的位置，得到多组x1和x2、v1和v2的数据建立如图乙所示的坐标系并描点连线，得出图线的斜率为k。

（1）需要提前向数字传感器输入小球的直径d，当小铁球经过光电门时，光电门记录下小球经过光电门的时间t，测算出的速度v=______。

（2）当地的重力加速度为______（用k表示）。

（3）若选择刻度尺的0刻度所在高度为零势能面，则小铁块经过光电门1时的机械能表达式为______（用题于中的x1、x2、m、v1、v2、k表示）

（4）下面哪个做法可以提高测量的准确度______

A．两个光电门尽量靠近

B．选用大小相同，但密度小一点的铝球

C．在集成框架上加装水平仪，确保刻度尺测量的是竖直高度

5．（2022·山西·怀仁市第一中学校模拟预测）在“研究弹簧的物理特性”研究性学习中，某学习小组尝试用不同的方法测量弹簧的劲度系数。该学习小组查阅资料得知，弹簧弹性势能表达式为Ep＝，k为弹簧的劲度系数，x为弹簧形变量。他们设计了如图（a）所示装置进行测量，弹簧右端与滑块不连接，操作步骤如下：

（1）首先将气垫导轨调节水平。接通电源后轻推滑块，如果滑块做匀速运动，表示导轨水平。

（2）用游标卡尺测出滑块上挡光片的宽度d，示数如图（b），其读数为________m。

（3）接通电源，用手向左侧推动滑块，使弹簧压缩到某一长度（弹簧处于弹性限度内），测出弹簀压缩量x，

（4）将滑块由静止释放，读出滑块经过光电门时挡光片的挡光时间t，

（5）重复步骤（3）（4）测出多组x及对应的t，

（6）画出图像如图（c）所示，由图像求得其斜率为a。若想测出劲度系数，还需要测量的物理量为____________（写出物理量的名称及符号），可求得弹簧的劲度系数为_____（用斜率a以及其他测得的物理量符号表达）。

6．（2022·新疆·博乐市高级中学（华中师大一附中博乐分校）模拟预测）利用甲图装置可以测量圆盘加速转动时的角速度以及角加速度。物理学上把角速度的变化与发生这一变化所用时间的比值定义为角加速度。有一定厚度的圆盘可以绕通过中心垂直于盘面的水平轴转动。圆盘加速转动时，纸带随圆盘运动通过打点计时器打上一系列点。用50分度的游标卡尺测得圆盘的直径如图乙，用此装置打出的一条纸带如图丙（打点计时器所接交流电的频率为，A、B、C、D…为计数点，相邻两计数点间有四个点未画出）。

（1）据图乙读出圆盘的直径为__________；

（2）据图丙计算，打D点时圆盘转动的角速度为__________（保留三位有效数字）；

（3）依图丙可知，圆盘转动的角加速度大小为__________（保留三位有效数字）。

7．（2022·山东·肥城市教学研究中心模拟预测）小河同学设计实验测量当地的重力加速度，实验器材主要由一个可调速的电动机、智能手机、细铜丝、钢管支架和不锈钢底座组成，其中可调速的电动机是由一个低速旋转电动机、一个直流电机调速器和一个直流开关组成。手机在水平面内稳定做匀速圆周运动时可处理为“圆锥摆”模型，手机上装载的Phyphox软件配合手机内的陀螺仪可直接测得手机做圆周运动的角速度和向心加速度a，Tracker软件可通过拍下的视频，分析测量绕杆做圆周运动时悬线与竖直方向的夹角及手机做圆周运动的半径r。有了a、、、r的实测数据，即可在误差允许范围之内测量当地重力加速度。

（1）小河同学根据所学过的力学知识推出当地重力加速度表达式为：______（用a和表示）；

（2）若保持角速度不变，改变线长L，根据测得的5组数据描点作图，直线拟合后得到图像如图所示，直线斜率为k，圆心到悬点距离为h，当地重力加速度表达式为：______（用k和h表示）。

（3）根据实验数据描绘得出了图像如图所示，请由图像计算重力加速度______（结果保留三位有效数字）。

8．（2022·全国·模拟预测）某实验小组想通过如图所示的实验装置测定物体A（带有宽度为D的遮光片）的质量M。已知钩码的质量为m，实验时将待测物体A由静止释放，测得遮光片通过光电门1、2的时间分别为t1、t2，若不计绳与滑轮间的摩擦及绳和滑轮的质量，重力加速度为g，为完成本实验还需要测量的物理量为________（写出物理量的名称及符号），由测量数据可求得物体A的加速度a=________；待测物体A的质量M=________（用加速度a及已知量表示）。

9．（2022·云南昆明·模拟预测）某同学设计如图所示的电路来测量物体的质量，当秤盘上不放物体时指针与金属丝上端接触，放物体后指针随秤盘同步下移，根据电压表示数就可以知道所放物体的质量，指针从上端滑到下端的过程中，秤盘始终保持水平，弹簧始终在弹性限度内。已知金属丝的总长度为，弹簧的劲度系数为k，重力加速度为g，电源电动势为E，内阻忽略不计。

（1）某次测量时，电压表示数为U，则所放物体的质量为___________；（用题目所给字母表示）

（2）该装置能够测量的最大质量为___________。（用题目所给字母表示）

10．（2022·全国·高考真题）一同学探究阻值约为的待测电阻在范围内的伏安特性。可用器材有：电压表V（量程为，内阻很大），电流表A（量程为，内阻为），电源E（电动势约为，内阻不计），滑动变阻器R（最大阻值可选或），定值电阻（阻值可选或），开关S，导线若干。

（1）要求通过的电流可在范围内连续可调，在答题卡上将图（a）所示的器材符号连线，画出实验电路的原理图________；

（2）实验时，图（a）中的R应选最大阻值为______（填“”或“”）的滑动变阻器，应选阻值为______（填“”或“”）的定值电阻；

（3）测量多组数据可得的伏安特性曲线。若在某次测量中，电压表、电流表的示数分别如图（b）和图（c）所示，则此时两端的电压为______V，流过的电流为_____，此组数据得到的的阻值为______（保留3位有效数字）。

11．（2022·河南·模拟预测）为了测量干电池组的电动势和内阻，某同学在实验室内选择了合适的器材组成了如图甲所示的电路。图中定值电阻R0=2Ω，电流表A1的量程为100mA，内阻RA1=10Ω；电流表A2的量程为200mA，内阻RA2=5Ω，定值电阻R1=2Ω。

（1）请在图乙的方框内，画出图甲电路的电路图；(        )

（2）电路中将R2与电流表A2串联，将电流表A2改装成了量程为3V的电压表，则R2=___________Ω，此电路中定值电阻R0中可能通过的最大电流为___________A；

（3）闭合开关K前，将图甲中滑动变阻器的滑片移到___________（填“a”或“b”）端，闭合电键后，多次调节滑动变阻器的滑片，得到多组电流表A1、A2的示数I1、I2，以I2为纵轴、I1为横轴作I2—I1图像，得到图像与纵轴的截距为190mA，图像斜率绝对值为2，则电池组的电动势E=___________V，内阻r=___________Ω（结果均保留三位有效数字）。

12．（2022·山东潍坊·三模）实验小组的同学要用所学的电学知识较准确地测量一捆铜线的长度。他们设计了如图甲所示的电路来较准确测量这捆铜线的电阻，图中a、b之间连接这捆铜线；和可视为理想电压表；R为阻值范围是的电阻箱；E为电源；为定值电阻；S为开关。采用如下步骤完成实验：

（1）先用螺旋测微器测量该铜线的直径；

（2）按照图甲所示的实验原理电路图连接电路，请你将实物图补充完整；(    )

（3）将电阻箱R调节到适当的阻值，闭合开关S，记下此时电阻箱的阻值R、电压表的示数、电压表的示数，则这捆电线的阻值表达式为_______（用R、、表示）；

（4）改变电阻箱的阻值R，记下多组R、、的示数，计算出每一组的值，作出图像如图乙所示，利用图像可求得这捆铜线的电阻_______；

（5）已知这捆铜线材料的电阻率为，则这捆铜线的长度为____m（结果保留三位有效数字）。

13．（2022·辽宁·模拟预测）2020年，新冠肺炎蔓延全球，额温枪测量体温成为小区、商场常态。测温枪中常用的测温元器件是热敏电阻。

（1）若由实验测得该热敏电阻两端的电压U与通过它的电流I的关系如图乙所示，可知该热敏电阻的阻值随温度的升高______（选填“逐渐增大”“逐渐减小”或“恒定不变”）。

（2）该小组设计了如图丙所示的电路验证额温枪测量温度的准确性，已知电源电动势，内阻忽略不计，，热敏电阻的阻值与温度的关系如图丁所示。由此可知温度越高，电压表示数______（选填“越大”或“越小”）；闭合开关后，发现电压表示数为，则热敏电阻的温度为______℃（保留一位小数）。

14．（2022·吉林长春·模拟预测）举世瞩目的嫦娥四号探测器，其能源供给方式实现了新的科技突破：它采用同位素温差发电与热电综合利用技术结合的方式供能，也就是用航天器两面太阳翼收集的太阳能和月球车上的同位素热源两种能源供给探测器。图甲中探测器两侧张开的是光伏发电板，光伏发电板在外太空将光能转化为电能。

某同学利用图乙所示电路，探究某光伏电池的路端电压U与电流I的关系，图中定值电阻，设相同光照强度下光伏电池的电动势不变，电压表、电流表均可视为理想电表。

（1）实验一：用一定强度的光照射该电池，闭合电键S，调节滑动变阻器R的阻值。通过测量得到该电池的 U—I 曲线 a（如图丁）。由此可知，该电源内阻______（填“是” 或“不是”）定值，某时刻电压表示数如图丙所示，读数为______V，由图像可知，此时电源内阻为______Ω（计算结果保留两位有效数字）；

（2）实验二：只减小光照的强度，重复上述实验，测得U-I曲线b（如图丁）。若在实验一中当滑动变阻器的电阻为某值时路端电压为2.5V，则在实验二中滑动变阻器仍为该值时，滑动变阻器消耗的电功率为______W（计算结果保留两位有效数字）。

15．（2022·湖南省桃源县第一中学模拟预测）由半导体材料制成的热敏电阻阻值会随温度的变化而变化。利用热敏电阻对温度敏感的特性可设计一个简单恒温箱温控电路，要求恒温箱内的温度保持50℃。所用器材有：

A．直流电源（，内阻不计）；

B．恒温箱加热器的电源；

C．电流表（量程，内阻约）；

D．电压表（量程，内阻约）；

E.热敏电阻；

F. 继电器（电阻300Ω）；

G.滑动变阻器（最大阻值）；

H.单刀单掷开关；

I.导线若干。

（1）用图（a）所示电路测量热敏电阻的阻值。当温度为27℃时，电压表读数为30.0V，电流表读数为15.0mA；当温度为50℃时，调节变阻器，使电压表读数仍为30.0V，电流表指针位置如图（b）所示，此时热敏电阻的阻值为__________，该电路测得的阻值比真实值__________（填“偏大”或“偏小”）。由以上实验数据可知，该热敏电阻的阻值随温度的升高而__________（填“增大”或“减小”）。

（2）现利用该热敏电阻RT和继电器组成的一个简单恒温箱温控电路如图（c）所示，继电器的电阻为300Ω。当线圈的电流大于或等于30mA时，继电器的衔铁被吸合。为继电器线圈供电的电池的电动势E＝36.0V，内阻可以不计。图中的“电源”是恒温箱加热器的电源。则

①应该把恒温箱内的加热器接在________（填“A、B端”或“C、D端”）。

②如果要使恒温箱内的温度保持50℃，可变电阻R1的阻值应调节为________Ω。

16．（2022·辽宁·东北育才学校模拟预测）酒驾严重危害了公共交通安全，打击酒驾现象已成为日常。如题甲为交警使用的某种酒精检测仪，核心部件为酒精气体传感器，其电阻与酒精气体浓度的关系如图乙所示。

（1）某同学自行设计了简易酒精检测仪，如图丙所示，用到的器材有酒精气体传感器、电源（电动势为，内阻未知）、电流表（满偏电流为，内阻为），闭合开关，周围无酒精气体，发现电流表刚好满偏，则电源内阻为________；用该仪器________（选填“能”“不能”）检测酒驾。

（2）另一位同学查阅酒精检测仪说明书时看到题表，他根据自己的理解将酒精检测仪的内部电路简化为题图丁。只有绿灯亮表示被测试者非酒驾，红绿灯一起亮表示被测试者酒驾。图丁中电源电动势为，内阻不计，为定值电阻，为酒精气体传感器，L1、L2是彩色小灯泡，颜色一红一绿，小灯泡电压达到才会发光，则L1为________（选填“红”“绿”）灯，当红灯刚亮时通过其的电流为________（保留两位有效数字）。