- 2021-04-14 发布 |
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文档介绍
【物理】2020届二轮复习专题六第3讲选考实验综合学案
第3讲 选考实验综合 网络构建 涉及电磁学类实验 【典例1】 如图1所示是三个成功演示电磁感应的实验，回答下列问题。 图1 (1)图c电路中仪器未连线，请按照实验的要求连好实验电路。 (2)电流表指针偏转角跟感应电流的大小成________关系。 (3)第一个成功实验(如图a)中，将条形磁铁从同一高度插入到线圈中同一位置，快速插入和慢速插入有什么量是相同的？________________________________， 什么量是不同的？___________________________________________________。 (4)从三个成功的演示实验可归纳出的结论是____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________。 解析 (1)实验电路如图。 (2)由电流表的原理知电流表指针的偏角与感应电流的大小成正比。 (3)将条形磁铁从同一高度插入到线圈中同一位置，快速插入和慢速插入磁通量的变化量相同，所用的时间不同，则磁通量的变化率不同。 (4)通过三个实验可以得出：穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路就会产生感应电流；或闭合电路中感应电动势的大小与穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。 答案 (1)见解析图 (2)正比 (3)磁通量的变化量 磁通量的变化率 (4)见解析 【典例2】 (1)为完成“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验，必须要选用的是______(多选)。 A.有闭合铁芯的原副线圈； B.无铁芯的原副线圈； C.交流电源； D.直流电源； E.多用电表(交流电压挡)； F.多用电表(交流电流挡)。 用匝数na＝60匝和nb＝120匝的变压器，实验测量数据如下表： Ua/V 1.80 2.80 3.80 4.90 Ub/V 4.00 6.01 8.02 9.98 根据测量数据可判断连接电源的线圈是______(填na或nb)。 (2)用如图2所示的装置做“探究感应电流方向的规律”实验，磁体从靠近线圈的上方静止下落。当磁体运动到如图所示的位置时，流过线圈的感应电流方向从________(填“a到b”或“b到a”)。在磁体穿过整个线圈的过程中，传感器显示的电流i随时间t的图象应该是________。 图2 解析 (1)为了完成变压器的探究，需要使用交流电源变压、多用电表(交流电压挡)。为了让变压效果明显需要含有闭合铁芯的原副线圈，因此选项A、C、E正确。 由于有漏磁，所以副线圈测量电压应该小于理想变压值，即nb为输入端，na为输出端。 (2)当磁体运动到如图所示位置时，根据楞次定律，感应磁场方向向下，根据右手螺旋定则可知流过线圈的感应电流方向为“b到a”。根据楞次定律可知，进入电流方向与离开时电流方向相反，选项C错误；由于离开时速度比进入速度快，即切割磁感线的感应电流要大，选项A正确，B、D错误。 答案 (1)ACE nb (2)b到a A 1.探究电磁感应的产生条件及感应电流方向的规律 (1)若原线圈磁场较弱，为使现象明显，把原线圈插入或拔出时，可采用较大 速度。 (2)开始实验时滑动变阻器的滑片应置于连入电路的阻值最大的位置。 (3)灵敏电流计满偏电流为＋300 μA，允许通过的电流很小，查明电流计指针的偏转方向和电流方向的关系时，应使用一节干电池。 (4)原、副线圈接入电路前应仔细观察导线绕向并画出草图。 2.探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系 (1)先保持原线圈的匝数不变，改变副线圈的匝数，研究对副线圈电压的影响。然后再保持副线圈的匝数不变，改变原线圈的匝数，研究对副线圈电压的影响。(电路上要标出两个线圈的匝数、原线圈欲加电压的数值且要事先推测副线圈两端电压的可能数值) (2)连接电路后要同组的几位同学各自独立检查后，方可接通电源。 (3)为了人身安全，使用低压交流电源，所用电压不要超过12 V。 (4)为了多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程试测，大致确定被测电压后再选用适当的量程进行测量。 1.如图3所示，是“探究电磁感应产生条件”的实验装置。 图3 (1)将图中所缺导线补充完整。 (2)如果在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下，那么合上开关后，将原线圈迅速插入副线圈中，电流计指针将________。 (3)原线圈插入副线圈后，将滑动变阻器滑片迅速向左移动时，电流计指针将________。 解析 (1)探究电磁感应现象实验电路分两部分，要使原线圈产生磁场必须对其通电，故电源、开关、滑动变阻器、原线圈组成闭合电路，灵敏电流计与副线圈组成另一个闭合电路，如图所示。 (2)在闭合开关时，穿过副线圈的磁通量增加，灵敏电流计的指针向右偏，那么合上开关后，将原线圈迅速插入副线圈中，穿过副线圈的磁通量增加，电流计指针将向右偏转。 (3)原线圈插入副线圈后，将滑动变阻器滑片迅速向左移动时，穿过副线圈的磁通量减少，电流计指针将向左偏转。 答案 (1)见解析图 (2)向右偏 (3)向左偏 2.某学生选用匝数可调的可拆变压器来“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验时，原线圈接在学生电源上，用多用电表测量副线圈的电压。 (1)下列操作正确的是________。 A.原线圈接直流电压，电表用直流电压挡 B.原线圈接直流电压，电表用交流电压挡 C.原线圈接交流电压，电表用直流电压挡 D.原线圈接交流电压，电表用交流电压挡 (2)该学生继续做实验，在电源电压不变的情况下，先保持原线圈的匝数不变，增加副线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压增大；然后再保持副线圈的匝数不变，增加原线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压________(选填“增大”“减小”或“不变”)。 解析 (1)变压器的工作原理是互感现象，故原线圈接交流电压，输出电压也是交流电压，故电表用交流电压挡，选项A、B、C错误，D正确。 (2)根据变压比公式＝，保持副线圈的匝数不变，增加原线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压减小。 答案 (1)D (2)减小 3.(1)如图4所示为探究“感应电流方向的规律”实验装置，下列电表中最适合该实验的是________(填字母)。 图4 (2)某同学用如图5甲所示可拆变压器，探究线圈两端电压与匝数的关系，输入输出如图乙所示。将单刀双掷开关打到1，增大副线圈匝数，小灯泡的亮度将________(填“变亮”“变暗”或“不变”)。该同学利用该装置进一步探究电容器对交变电流的影响，他将开关打到2，小灯泡发光，现增大输入端的交流电源频率，小灯泡的亮度将________(填“变亮”“变暗”或“不变”)。 图5 解析 (1)本实验是探究“感应电流方向的规律”，结合感应电流产生的条件，当条形磁铁的运动，会导致闭合线圈内的磁通量变化，从而产生较小的感应电流，因此需要灵敏的电流计，因电流有正反方向，所以应选择B图的电流表，选项A、C、D错误，B正确。 (2)将单刀双掷开关打到1，增大副线圈匝数，根据原副线圈电压与其匝数成正比，当增大副线圈匝数，小灯泡的电压增大，那么小灯泡的亮度将变亮，将开关打到2，小灯泡发光，现增大输入端的交流电源频率，容抗变小，通过电容器的电流更大，灯泡会变亮。 答案 (1)B (2)变亮 变亮 单摆和碰撞类实验 【典例1】 (2019·浙江宁波高三适应性考试)学习小组的同学在实验室用如图6所示的装置研究单摆的运动。将单摆挂在力传感器的下端，通过计算机来记录力传感器测定单摆摆动过程中摆线受到拉力大小的变化情况，以及单摆摆动的时间。实验过程中，保持单摆的最大摆角小于5°。 图6 图7 (1)实验时用20分度的游标卡尺测量摆球直径，示数如图7甲所示，该摆球的直径d＝________mm。 (2)实验测得摆长为l，传感器测得摆线的拉力F随时间t变化的图象如图乙所示，则重力加速度的表达式为g＝________(用题目中物理量的字母表示)。 解析 (1)由题图甲所示游标卡尺可知，小球直径 d＝1.4×10 mm＋10×0.05 mm＝14.50 mm。 (2)单摆每隔半个周期，拉力F会达到最大，则有T＝2t0，解得T＝4t0，根据单摆周期公式得T＝2π，解得g＝。 答案 (1)14.50 (2) 【典例2】 气垫导轨是一种常用的实验仪器。它是利用气泵使带孔的导轨与滑块之间形成气垫，使滑块悬浮在导轨上，滑块在导轨上的运动可视为没有摩擦。可以用带竖直挡板C和D的气垫导轨以及滑块A和B来验证动量守恒定律，实验装置如图8所示(弹簧的长度忽略不计)，实验步骤如下： 图8 a.用天平分别测出滑块A、B的质量mA、mB b.调整气垫导轨，使导轨处于水平 c.在A和B间放入一个被压缩的轻弹簧，由电动卡锁锁定，静止放置在气垫导轨上 d.用刻度尺测出A的左端至C板的距离L1 e.按下电钮放开卡锁，同时使分别记录滑块A、B运动时间的计时器开始工作。当A、B滑块分别碰撞C、D挡板时停止计时，记下A、B分别到达C、D的运动时间t1和t2 (1)实验中还应测量的物理量是________________________________________。 (2)利用上述测量的实验数据，验证动量守恒定律的表达式是__________________，上式中算得的A、B两滑块的动量大小并不完全相等，产生误差的原因是_______________________________________________________ _____________________________________________________________________(写出一条即可)。 答案 (1)B的右端至D板的距离L2 (2)mA－mB＝0(或＝) 测量时间、距离等存在误差(或气垫导轨不水平，合理即正确) 1.探究单摆周期与摆长的关系 (1)构成单摆的条件：细线的质量要小、弹性要小，选用体积小、密度大的小球，摆角不超过5°。 (2)要使摆球在同一竖直面内摆动，不能形成圆锥摆，方法是将摆球拉到一定位置后由静止释放。 (3)测周期的方法：①要从摆球通过平衡位置时开始计时。因为此处速度大、计时误差小，而最高点速度小、计时误差大。 ②要测多次全振动的时间来计算周期。如在摆球通过平衡位置时开始计时，且在数“零”的同时按下秒表，以后每当摆球从同一方向通过平衡位置时计数1次。 2.探究碰撞中的不变量 (1)斜槽末端的切线必须水平。 (2)入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放。 (3)选质量较大的小球作为入射小球。 (4)实验过程中实验桌、斜槽、记录的白纸的位置要始终保持不变。 1.(2019·浙江名校协作体模拟)(1)在“单摆测重力加速度”实验中，测量周期时，秒表指针如图9所示，读数为________ s。 图9 图10 (2)在“双缝干涉测量光的波长”实验中，某同学观察到如图10所示的干涉条纹，于是他使分划板中心刻线与亮条纹中央对齐，移动测量头进行测量，在这种情况下光的波长的测量值________。 A.偏小 B.偏大 C.不变 解析 (1)分针超过半格，故读为30 s，秒针在18.4 s位置，故总的读数为 30 s＋18.4 s＝48.4 s。 (2)如果测量头中的分划板中心刻度线与干涉条纹不在同一方向上，条纹间距测量值偏大，根据双缝干涉条纹的间距公式Δx＝λ，待测光的波长测量值也是偏大，故选B。 答案 (1)48.4 (2)B 2.(2019·浙江新高考选考适应性考试)某同学利用单摆测定当地的重力加速度，实验装置如图11甲所示。 图11 (1)在测量单摆的周期时，他用秒表记下了单摆做50次全振动的时间，如图乙所示，秒表的读数为________ s。 (2)该同学经测量得到5组摆长L和对应的周期T，画出L－T2 图线，然后在图线上选取A、B两个点，坐标如图丙所示。则当地重力加速度的表达式g＝________(用LA、LB、TA和TB表示)。 (3)处理完数据后，该同学发现在计算摆长时误将摆球直径当成半径代入计算，即L＝l＋d，这样________(选填“影响”或“不影响”)重力加速度的计算。 (4)该同学做完实验后，为使重力加速度的测量结果更加准确，他认为： A.在摆球运动的过程中，必须保证悬点固定 B.摆线偏离平衡位置的角度不能太大 C.用精度更高的游标卡尺测量摆球的直径 D.测量周期时应该从摆球运动到最高点时开始计时 其中合理的有________。 解析 (1)秒表的小盘读数为90 s，大盘读数为5.2 s，则秒表的读数为95.2 s。 (2)根据单摆周期公式T＝2π，解得L＝，可知图线的斜率k＝＝，解得g＝4π2。 (3)若计算摆长时误将摆球直径当成半径代入计算，即L＝l＋d，而其它测量、计算均无误，也不考虑实验误差，T2－L图象的斜率不变，所测重力加速度g不变，即不影响重力加速度的计算。 (4)实验时保证悬点固定，防止摆线松动带来摆长的变化，选项A正确；摆线偏离平衡位置的角度不能太大，选项B正确；测量摆球的直径不需要精度更高的游标卡尺，选项C错误；测量周期应从摆球经过平衡位置时开始计时，选项D错误。 答案 (1)95.2 (2) (3)不影响 (4)AB 3.在“验证动量守恒定律”的实验中，实验装置如图12所示。槽口末端在水平地面上的竖直投影为O点，实验中可供选择的碰撞小球均为直径相同的硬质小球，碰撞时都可认为是弹性碰撞。设入射小球的质量为m1，被碰小球的质量 为m2。 图12 (1)为了使入射小球在碰撞后不被反弹，则应使m1________m2。(填“>”“＝”或“<”)； (2)为了保证入射小球和被碰小球离开槽口后均做平抛运动，必须调整斜槽末端________； (3)在(1)(2)条件的前提下，让入射小球从同一高度沿斜槽滑下，实验中将被碰小球放入槽口末端前后的落点如图中A、B、C所示，图中OA＝x1，OB＝x2， OC＝x3，为验证小 球碰撞前后动量守恒，实验中________(填“需要”或“不需要”)测量槽口末端到水平地面的高度h。若实验中小球碰撞前后动量守恒，则应满足的关系式为m1x2＝________。 解析 (1)为了保证小球碰撞为对心正碰，且碰后不反弹，要求m1＞m2。 (2)要保证每次小球都做平抛运动，则轨道的末端必须水平。 (3)小球离开轨道后做平抛运动，它们抛出点的高度相等，在空中的运动时间t相等，所以不需要测量槽口末端到水平地面的高度h。 要验证动量守恒定律定律，即验证m1v2＝m1v1＋m2v3，上式两边同时乘以t得m1v2t＝m1v1t＋m2v3t，得m1x2＝m1x1＋m2x3。 解析 (1)> (2)水平 (3)不需要 m1x1＋m2x3 光学类实验 【典例1】 (2019·浙江宁波高三适应性考试)某同学利用双缝干涉实验仪测量光的波长，按要求将仪器安装在光具座上，如图13所示，接通电源使光源正常 工作。 图13 (1)关于这个实验下列几种说法，你认为正确的是________。 A.增加光源到单缝的距离，干涉条纹间距变大 B.将滤光片由蓝色换成红色，干涉条纹间距变宽 C.将单缝向双缝移动一小段距离，干涉条纹间距变宽 D.去掉滤光片，干涉现象消失 (2)若测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，如图14所示。通过装置中的“拨杆”的拨动________(填“能”或“不能”)把干涉条纹调成与分划板中心刻线同一方向上。 图14 解析 (1)根据Δx＝λ可知，干涉条纹间距与光源到单缝的距离无关，也与单缝到双缝的距离无关，因此条纹间距不变，选项A、C错误；将滤光片由蓝色换成红色，波长变大，则干涉条纹间距变宽，选项B正确；去掉滤光片，将出现彩色的干涉条纹，选项D错误。 (2)首先要明确各器件的作用，拨动拨杆的作用是为了使单缝和双缝平行，获得清晰的干涉图样，图中已有清晰的干涉图样，所以不用调节；图中所示出现的问题是分刻板中心刻度线与干涉条纹不平行，应调节测量头使干涉条纹调成与分划板中心刻线同一方向上，故调节拨杆不能把干涉条纹调成与分划板中心刻线同一方向上。 答案 (1)B (2)不能 【典例2】 如图15甲所示，某同学在“测定玻璃的折射率”的实验中，先将白纸平铺在木板上并用图钉固定，玻璃砖平放在白纸上，然后在白纸上确定玻璃砖的界面aa′和bb′。O为直线AO与aa′的交点。在直线OA上竖直地插上P1、P2两枚大头针。 图15 (1)该同学接下来要完成的必要步骤有________。 A.插上大头针P3，使P3仅挡住P2的像 B.插上大头针P3，使P3挡住P1的像和P2的像 C.插上大头针P4，使P4仅挡住P3 D.插上大头针P4，使P4挡住P3和P1、P2的像 (2)过P3、P4作直线交bb′于O′，过O′作垂直于bb′的直线NN′，连接OO′，测量图甲中角α和β的大小。则玻璃砖的折射率n＝________。 (3)如图乙所示，该同学在实验中将玻璃砖界面aa′和bb′的间距画得过宽。若其他操作正确，则折射率的测量值________准确值(选填“大于”“小于”或“等于”)。 (4)另一位同学准确的画好玻璃砖界面aa′和bb′后，实验过程中不慎将玻璃砖向下平移了一些。如图丙所示，该实验若其他操作均正确，则折射率的测量值________准确值(选填“大于”“小于”或“等于”)。 解析 (1)该同学接下来要完成的必要步骤有：确定P3大头针的位置的方法是插上大头针P3，使P3能挡住P1、P2的像。确定P4大头针的位置的方法是大头针P4能挡住P3和P1、P2的像，故该同学接下来要完成的必要步骤有B、D。 (2)应根据折射定律得，玻璃砖的折射率为n＝。 (3)将玻璃砖界面aa′和bb′的间距画得过宽但仍平行，而其他操作正确，导致α角偏大，由于n＝，故折射率的测量值将偏小。 (4)如图所示，虚线表示将玻璃砖向下平移后实际的光路图，而实线是作图时所采用的光路图，通过比较发现，入射角和折射角没有变化，则由折射定律得知，该同学测得的折射率将不变。 答案 (1)BD (2) (3)小于 (4)等于 1.测定玻璃的折射率 (1)数据处理 ①计算法：用量角器测量入射角θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sin θ1和sin θ2。算出不同入射角时的，并取平均值。 ②作sin θ1－sin θ2图象：改变不同的入射角θ1，测出不同的折射角θ2， 作sin θ1－sin θ2图象，由n＝可知图象应为直线，其斜率为折射率。 (2)注意事项 ①实验过程中，玻璃砖在纸上的位置不可移动。 ②大头针应竖直地插在白纸上，且玻璃砖每侧两枚大头针P1与P2间、P3与P4间的距离应大一点，以减小确定光路方向时造成的误差。 ③实验时入射角不宜过小，否则会使测量误差过大，也不宜过大，否则在bb′一侧将看不到P1、P2的像。 2.用双缝干涉测量光的波长(同时练习使用游标型测量头) (1)调节双缝干涉仪时，要注意调整光源的高度，使它发出的光束能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮。 (2)放置单缝和双缝时，缝要相互平行，中心大致位于遮光筒的轴线上。 (3)调节测量头时，应使分划板中心刻线和条纹的中心对齐，记清此时手轮上的读数，转动手轮，使分划板中心刻线和另一亮条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数，两次读数之差就表示这两条亮条纹间的距离。 (4)不要直接测Δx，要测多条亮条纹的间距再计算得到Δx，这样可以减小误差。 1.(2019·海宁选考模拟)“测定玻璃的折射率”实验中，在玻璃砖的一侧竖直插两个大头针A、B，在另一侧再竖直插两个大头针C、D。在插入第四个大头针D 时，应使它______________________。如图16所示是在白纸上留下的实验痕迹，其中直线a、a′是描在纸上的玻璃砖的两个边。根据该图可算得玻璃的折射率n＝________。(计算结果保留2位有效数字) 图16 解析 确定出射光线时应使D挡住C和A、B的像，作图如图所示。 以O为圆心，OO′为半径作圆交AB于E点，过E作a的平行线交法线于F，根据n＝得n＝，测量EF和O′P长度得n＝1.8(1.6～1.9均正确，方法亦有多种)。 答案 挡住C及A、B的像 1.8(1.6～1.9均可) 2.(2019·浙江温州高三适应性考试)在“测定玻璃的折射率”实验中。 图17 (1)某同学在画玻璃砖边界时操作如图17甲所示，请指出其不当之处：____________________________(写出一点即可)。 (2)实验中，已画好玻璃砖边界ab、cd后，不小心误将玻璃砖向上稍平移了一点，如图乙所示，其他操作正确，则测得玻璃的折射率将________(选填“变大”“不变”或“变小”)。 解析 (1)不能用手触摸玻璃砖的表面，否则很容易使得表面变脏；玻璃砖不能当做尺子使用，容易损坏光学面。 (2)如图所示。 实线表示将玻璃砖向上平移后实际的光路图，而虚线是未将玻璃砖向上平移时作图时所采用的光路图，通过比较发现，入射角和折射角没有变化，则由折射定律n＝得知，测得的折射率将不变。 答案 (1)用手触摸光学面，拿玻璃砖当尺子用 (2)不变 3.(2016·4月浙江选考)在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，选用红色滤光片和间距为0.20 mm的双缝，双缝与屏的距离为600 mm。某同学正确操作后，在目镜中看到如图18甲所示的干涉条纹。换成紫色滤光片正确操作后，使测量头分划板刻线与第k级暗条纹中心对齐，在目镜中观测到的是图乙中的______(填字母)，此时测量头的读数为25.70 mm。沿同一方向继续移动测量头使分划板刻线与第k＋5级暗条纹中心对齐，此时测量头标尺如图丙所示，其读数是________mm，紫光的波长等于________nm。 图18 答案 D 19.40 420 4.(2017·11月浙江选考)在“测定玻璃的折射率”实验时， (1)下列做法正确的是________。 A.入射角越大，误差越小 B.在白纸上放好玻璃砖后，用铅笔贴着光学面画出界面 C.实验时既可用量角器，也可用圆规和直尺等工具进行测量 D.判断像与针是否在同一直线时，应该观察大头针的头部 图19 (2)小明同学在插针时玻璃砖的位置如图19所示，根据插针与纸上已画的界面确定入射点与出射点，依据上述操作所测得的折射率________(填“偏大”“偏小”或“不变”)。 (3)小明同学经正确操作后，在纸上留下四枚大头针的位置P1、P2、P3和P4，AB和CD是描出的玻璃砖的两个边，如图20所示，请画出光路图。 图20 解析 (1)本实验在应用插针法时，角度不宜过大，否则很难确定折射角，选项A错误；在实验前，用铅笔贴着光学面画出玻璃砖的上、下表面，可能会损坏光学面，选项B错误；本实验通过n＝，也可以通过画圆，通过sin θ1＝，sin θ2＝，故n＝＝，将角度的正弦之比转化为对边之比，所以选项C正确，在观察是否在一条直线时，应该观察大头针底部，所以D错误。 (2)如右图，虚线部分为插针时玻璃砖所在位置，即真实情况，设此时入射角和折射角分别为θ1、θ2，折射率真实值为n，则n＝；实线部分为处理数据时玻璃砖所在位置，设玻璃砖转过角度为α，折射率测量值为n′，n′＝，θ1>θ2，故n′查看更多