【精品】高三物理第二部分 专题一 第2讲

第2讲掌握题型特点和常用实验方法，快速解答实验题纵观近几年的高考实验题，题目多以常规实验题和迁移实验题的形式同时进行考查，主要考查基本仪器的使用、基本的实验方法，考查实验原理在新环境下的变通运用，考查利用基本操作方法完成新的实验任务，即考查考生的实验设计能力和实验操作能力以及实验数据的分析处理能力．考生在解答实验题过程中，常常因没有理解实验原理和没有掌握正确的实验方法而丢失了大量的分数．1．力学实验考生常见的失分点(1)对实验原理理解不透，在“验证牛顿运动定律”实验中，小车与砂桶间质量的关系，怎样平衡摩擦力，满足什么条件才能使实验成功；在“验证力的平行四边形定则”实验中，实验的原理是合力与两分力的作用效果要相同等．(2)在验证某一定律的过程中随意使用该定律，出现用结论验证结论的循环论证错误，如在验证机械能守恒定律中经常出现这样的问题．(3)处理实验数据时单位忘记转换，对实验结果要求的有效数字容易忽略．比如在处理纸带时单位一般为厘米，计算速度或加速度时应先转化为米，题中结果要求保留几位有效数字，通常忘记．出现上述失误的根本原因在于对实验原理没有理解，实验方法没有掌握，实验目的不明确，审题不细心等．2．电学实验考生常见的失分点(1)对电流表、电压表的读数规则认识模糊，导致读数的有效数字错误．(2)对滑动变阻器的限流、分压两种控制电路的原理把握不准，导致控制电路选用不当．(3)对实验测量电路、电学仪器的选用原则把握不准，导致电路、仪器选用错误．(4)对电学实验的重点内容“电阻的测量”的方法无明确的归类，导致思路混乱．(5)对于创新型实验设计平时缺乏对实验思想方法(如模拟法，转换法，放大法，比较法，替代法等)进行归纳，在全新的实验情景下，找不到实验设计的原理，无法设计合理可行的方案．受思维定势影响，缺乏对已掌握的实验原理、仪器的使用进行新情景下的迁移利用，缺乏创新意识．在电学实验中，例如用伏安法测电阻、测量电源的电动势和内阻、测某一用电器的I－U图线，都存在如何选择电学实验器材，如何选择测量电路、控制电路的问题．合理地选择实验器材和实验电路，可以使实验顺利进行，也使得实验操作方便，实验误差较小．正确地选择仪器和电路的问题，有一定的灵活性．解决时应掌握和遵循一些基本的原则，即“安全性”、“精确性”、“方便性”和“误差小”、“仪器少”、“耗电少”等各方面要综合考虑，灵活运用．1．填空类实验题实验填空题分表述型填空题和表达式数值型填空题，若是表述型填空题，则要求表述要用物理语言，不要用生活中的语言，如不要将“平衡摩擦力过度”写成“平衡摩擦力过了”、“平衡摩擦力太狠了”等，语言回答要简明扼要，但回答的知识要全面，很多考生经常因为回答不全面、表述不准确而丢失了一定的分数．对于表达式数值型填空题，要求表达式应是最简型表达式，且书写格式与平时课本习惯一致，表达式后不要带单位，因为表达式中的字母符号都带有单位．很多考生因为书写的表达式不是最简表达式而失分．对于填写的数字，要求数字后面应有单位，若原题中已有单位，则填写的数字不再加单位，填写的数字和有效数字的位数与仪器的精度、题目的要求一致．例1某同学利用如图1甲所示的实验装置，探究物块在水平桌面上的运动规律．物块在重物的牵引下开始运动，重物落地后，物块再运动一段距离停在桌面上(尚未到达滑轮处)．从纸带上便于测量的点开始，每5个点取1个计数点，相邻计数点间的距离如图乙所示．打点计时器电源的频率为50 Hz.甲乙图1(1)通过分析纸带数据，可判断物块在两相邻计数点______和________之间某时刻开始减速．(2)计数点5对应的速度大小为________m/s，计数点6对应的速度大小为________m/s.(保留三位有效数字)(3)物块减速运动过程中加速度的大小为a＝______m/s2，若用ag来计算物块与桌面间的动摩擦因数(g为重力加速度)，则计算结果比动摩擦因数的真实值________(填“偏大”或“偏小”)．解析(1)从计数点1到6相邻的相等时间内的位移差Δx≈2.00 cm，在6、7计数点间的位移比5、6计数点间的位移增加了(12.28－11.01) cm＝1.27 cm<2.00 cm，因此，开始减速的时刻在计数点6和7之间．(2)计数点5对应的速度大小为v 5＝x 4＋x 52T ＝(9.00＋11.01)×10－22×0.1 m /s ＝1.00 m/s.计数点4对应的速度大小为v 4＝x 3＋x 42T ＝(7.01＋9.00)×10－22×0.1m /s ＝0.80 m/s.根据v 5＝v 4＋v 62，得计数点6对应的速度大小为v 6＝2v 5－v 4＝(2×1.00－0.80) m /s ＝1.20m/s.(3)物块在计数点7到11之间做减速运动，根据Δx ＝aT 2得 x 9－x 7＝2a 1T 2 x 10－x 8＝2a 2T 2故a ＝a 1＋a 22＝(x 9＋x 10)－(x 8＋x 7)2×2T2≈－2.00 m/s 2 物块做减速运动时受到的阻力包括水平桌面的摩擦阻力和打点计时器对纸带的摩擦阻力以及滑轮的摩擦阻力，因此根据牛顿第二定律，得μmg ＋f ＝ma ，即μ＝ma －f mg ，因此用μ′＝ag 计算出的动摩擦因数比μ的真实值偏大．答案 (1)6 7(或7 6) (2)1.00 1.20 (3)2.00 偏大点评 对于填空题中答案有效数字的要求，一要符合仪器的测量精度，二要符合题目的要求．填空题的得分只依据结果，而不依据计算过程，所以做题时要注意计算的准确性． 2． 作图类实验题作图题有图像题和实物连线题(1)对于图像题，要求作图要准确、清晰，要能确切反映物理量之间的关系，并能根据图像求出某些未知物理量．从考生平时的测试答卷和高考答卷来看，出现的问题有：图像的坐标轴没有物理量符号、单位坐标轴没有刻度，不注意线性和非线性，对于线性的情况，数据点不能分布在直线上或直线的两侧，画曲线时不能用平滑的曲线连接而画成折线，考生没有养成画图的好习惯，不使用直尺、三角尺、圆规、铅笔等画图工具，该画的直线不直，细线不细，用圆珠笔画图修改时画得乱七八糟． (2)实物图连线的技巧实物图连线是一类考查学生实验技能和操作能力较为有效的题型，连线前一定要画出实验电路图，然后按图连线，且必须注意以下几点：①连线不能交叉；②必须把线接在接线柱上；③电流应从电表正接线柱流入，从负接线柱流出；④变阻器应处在有效控制状态．在实际操作中，画电路图时，各元件的相对位置应尽量与实物图相吻合；连实物图时，应先串后并，先连控制电路后连测量电路．要特别注意变阻器的分压连接，把变阻器的全电阻、开关、电源连成干路，取变阻器的部分电阻与测量电路并联即可．例2(2012·福建·19(2))某研究性学习小组欲测定一块电池的电动势E.①先直接用多用电表测定该电池电动势．在操作无误的情况下，多用电表表盘示数如图2，其示数为________V.图2②然后，用电压表、电阻箱R、定值电阻R 0、开关S、若干导线和该电池组成电路，测定该电池电动势．(i)根据图3甲所示电路图，用笔画线代替导线，将图乙的实物图连接成完整电路．甲乙图3(ii)闭合开关S，调整电阻箱阻值R，读出电压表相应示数U.该学习小组测出大量数据，分析筛选出下表所示的R、U数据，并计算出相应的1R与1U的值．请用表中数据在图4所示的坐标纸上描点，并作出1U－1R图线.R(Ω)166.771.450.033.325.020.0 U(V)8.3 5.9 4.8 4.2 3.2 2.9 1R(×10－2Ω－1)0.60 1.40 2.00 3.00 4.00 5.001U(V－1)0.120.170.210.240.310.34图4(iii)从图线中可求得E ＝________ V . 解析 ①读出示数为：9.4 V . ②(i)连线如图所示．(ii)作图线如图所示(iii)由闭合电路欧姆定律得E ＝U ＋U R (r ＋R 0)，变形得1U ＝1E ＋r ＋R 0E ·1R ，从上式看出在1U －1R 图像中，纵轴的截距即为1E ，由图像得出截距为0.1，所以E ＝10.0 V(9.5 V ～11.1 V 内均正确)． 答案 见解析点评 对于作图题，首先要建立坐标系，明确各坐标轴的意义和单位，画出坐标轴的刻度，要注意坐标选择要恰当，使图像尽可能占满坐标纸，不要让图像偏向坐标纸的一侧或一个角落．本题中由于给出了坐标轴符号和刻度，所以画图还应注意：确定物理量之间是线性还是非线性，描点要准确、画线要细，有误差的点要分布在直线的两侧等． 3． 创新设计类实验题所谓设计型实验，就是题目要求考生运用学过的实验原理和实验方法，自行设计一个新的实验方案，主要考查考生是否真正理解实验原理和实验仪器的工作原理，是否具有灵活运用实验知识解决新问题的能力．是否具有在不同情况下迁移知识的能力．它要求考生设计实验原理，选择实验器材，安排实验步骤，设计数据处理的方法及分析实验误差．解决设计型实验题的关键在于选择实验原理．这就要求考生能审清题意，明确实验目的，应用迁移能力，联想相关实验原理，坚持科学性、安全性、准确性、简便性的原则进行设计．(1)力学实验创新设计例3(2012·江苏·11)为测定木块与桌面之间的动摩擦因数，小亮设计了如图5所示的装置进行实验．实验中，当木块A位于水平桌面上的O点时，重物B刚好接触地面．将A 拉到P点，待B稳定后静止释放，A最终滑到Q点．分别测量OP、OQ的长度h和s.改变h，重复上述实验，分别记录几组实验数据．图5(1)实验开始时，发现A释放后会撞到滑轮．请提出两个解决方法．(2)请根据下表的实验数据在图6中作出s－h关系的图像.h/cm20.030.040.050.060.0s/cm19.528.539.048.056.5图6(3)实验测得A、B的质量分别为m＝0.40 kg、M＝0.50 kg.根据s－h图像可计算出A木块与桌面间的动摩擦因数μ＝________.(结果保留一位有效数字)(4)实验中，滑轮轴的摩擦会导致μ的测量结果________(选填“偏大”或“偏小”)．解析(1)A释放后撞到滑轮是因为B对A做的功过多或A克服摩擦力做的功少，若要不撞滑轮则可减少B对A做的功或增大摩擦力做的功，方法有减小B的质量或减小h(B 下落的高度)；增大A的质量或增大O到滑轮的距离；亦可增加细线长度，任选两法即可．(2)如图所示．(3)设A 到O 点时速度为v ，则PO 段有：v 2－0＝2a 1h ，OQ 段有：0－v 2＝2a 2s ，故s －h 图像的斜率k ＝s h ＝a 1a 2，由牛顿运动定律知：在PO 段：Mg －μmg ＝(M ＋m )a 1，得a 1＝Mg －μmg M ＋m ，在OQ 段：μmg ＝ma 2，a 2＝μg ，将a 1、a 2代入k ＝a 1a 2可得：μ＝Mk (M ＋m )＋m，由图像得出k ＝3740，代入上式可得μ＝0.4.(4)因滑轮轴摩擦产生的效果相当于A 与桌面间摩擦力比实际的大，即导致μ的测量结果偏大．答案 (1)减小B 的质量；增加细线的长度(或增大A 的质量；降低B 的起始高度) (2)见解析图 (3)0.4 (4)偏大例4 有一额定电压为10 V 、额定功率在10 W ～15 W 之间的用电器，小李同学想测定它的额定功率．实验室的工作人员提供了以下实验器材供其选用： A ．直流电源E 一个(电动势为15 V ，内阻不计) B ．直流电压表V 一个(量程为0～3 V ，内阻为2 kΩ)C ．直流电流表A 一个(双量程0～0.6 A ～3 A ，内阻约为20 Ω和4 Ω)D ．滑动变阻器一个：R 阻(规格0～5 Ω、3.8 A)E ．定值电阻三个：R 1＝2 kΩ，R 2＝4 kΩ，R 3＝6 kΩF ．单刀单掷开关1个，导线若干根甲乙图7(1)小李同学研究以后发现，电压表量程不能满足实验要求．为完成测量，他将电压表进行了改装：在电压表V上串联一个定值电阻，利用分压关系，以满足电表偏转的要求．在三个给定的定值电阻中应选用________．(标注出所用器材的符号)(2)改装后的电压表用表示，选好器材后，他设计了三个实验电路图，如图7甲所示．根据实验的要求，电路________较为合理．(3)若该用电器正常工作时，电流表的指针如图乙所示，则它的额定功率为________W(保留两位有效数字)解析(1)用电器的额定电压为10 V，所以电压表的量程至少应为10 V，假设改装后的电压表的量程为10 V，则有U0R V＝UR x＋R V，解得R x＝4.67 kΩ，所以应选用R3，此时改装后的电压表量程为12 V.(2)用电器的电阻值约为R＝U2P＝10 Ω.由于滑动变阻器的电阻R阻<R，所以滑动变阻器应采用分压式接法．又因为R<R A，故应采用电流表外接法．所以电路B能较准确地完成该实验．(3)由题图乙可知，电流表的示数为I＝1.20 A，所以用电器的功率为P＝UI＝10×1.20 W＝12 W答案(1)R3(2)B(3)121．纸带处理方法在力学实验中，涉及到纸带的实验有：研究匀变速直线运动、验证牛顿运动定律、探究动能定理、验证机械能守恒定律、分析纸带、处理数据是实验的关键点．(1)平均速度与瞬时速度的计算平均速度v＝xt，瞬时速度vt2＝v＝xt，只有在匀变速直线运动中，某一段时间的中间时刻速度等于此段的平均速度．(2)加速度大小的测定①利用Δx＝aT2求a.在匀变速直线运动中，任意两个连续相等的时间间隔T内，位移之差是一个常量．同时注意逐差法的应用．②利用v－t图线的斜率等于加速度．先求出几个点的速度，画出v－t图像，利用图像上相距较远的两点求出斜率a＝Δv/Δt.例5小明用图8甲所示的实验装置来“验证机械能守恒定律”，他按正确的实验步骤操作，从打出的纸带中选出了一条点迹比较清晰的纸带，打点计时器打点频率为50 Hz.0、1、2、3、4、5、6是纸带上7个连续打点，如图乙所示，分别测量出计数点1、2、3、4、5、6到计数点0的距离．下表是他根据实验得到的一组数据，其中Δh ＝h i －h 1，是其他高度与h 1之间的高度差；Δv 2＝v 2i －v 21，是其他计数点速度与计数点1速度的平方差．图8Δh Δv 2h 2－h 1＝9.6 mm v 22－v 21＝0.183 (m/s)2h 3－h 1＝23.0 mm v 23－v 21＝0.442 (m/s)2 h 4－h 1＝40.3 mm v 24－v 21＝0.778 (m/s)2 h 5－h 1＝____mmv 25－v 21＝____(m/s)2(1)(2)根据上表的数据在图丙中作出Δh －Δv 2图像． (3)由该图像可得出的结论是______________________． (4)由图像可求得当地的重力加速度g ＝________. 解析 (1)h 5－h 1＝67.2 mm －5.8 mm ＝61.4 mm 重锤经过计数点1时的瞬时速度为 v 1＝h 22T ＝15.4×10－32×0.02m /s ＝0.385 m/s重锤经过计数点5时的瞬时速度为v 5＝h 6－h 42T ＝(92.3－46.1)×10－32×0.02m /s ＝1.155 m/s则v 25－v 21＝1.1552(m /s)2－0.3852 (m/s)2＝1.186 (m/s)2(3)根据实验原理mg ·Δh ＝12m ·Δv 2可知Δh ∝Δv 2，因此由图像可得出的结论是：在只有重力做功的条件下物体的机械能守恒．(4)由实验的原理mg ·Δh ＝12m ·Δv 2可知图像的斜率为：k ＝Δh Δv 2＝12g.为求直线的斜率可在直线上取两个距离较远的点，如(0.58,30.0×10－3)和(1.00,52.0×10－3)，由数学知识得直线的斜率为k ＝(52.0－30.0)×10－31.00－0.58 s 2/m ＝0.052 s 2/m ，则当地的重力加速度为g ＝12k ＝9.62 m/s 2.答案 (1)61.4 1.186 (2)如图所示 (3)在只有重力做功的条件下物体的机械能守恒 (4)9.622． 用气垫导轨确定瞬时速度验证牛顿运动定律、探究动能定理、验证机械能守恒定律等实验中，为了消除摩擦力对实验的影响，常使用气垫导轨进行实验．设滑块上的挡光条的宽度为d ，滑块通过光电门的时间为Δt ，则滑块通过光电门的速度为v ＝dΔt.例6 物理小组利用图9所示的气垫导轨验证动能定理，实验步骤如下：图9①将导轨调至水平，安装好实验器材； ②读出两光电门中心之间的距离s ；③将滑块移至光电门1左侧某一刻度处，待砝码静止不动时，释放滑块，要求砝码落地前挡光条已通过光电门2；④记录挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间Δt 1和Δt 2，并从拉力传感器中读出滑块受到的拉力F ；⑤再次将滑块移至光电门1左侧同一刻度处，保持两光电门之间的距离不变，改变砝码的个数，按实验步骤③、④重复实验5次；⑥计算出每次实验中滑块分别通过两光电门的速度，并将实验数据记录在下表中； ⑦用天平称出滑块和挡光条的总质量M .次数 Δv 2＝v 22－v 21/(m/s)2 砝码重力F /N10.7600.402 1.65 0.843 2.40 1.224 4.00 2.00 55.002.50(1)从图9中读出两光电门之间的距离s ＝________.图10(2)表格中是实验中得到的数据，根据表中的数据得到了图10的Δv 2－F 图像，假设动能定理能得到验证，滑块和挡光条的总质量M ＝________. 解析 (1)两光电门之间的距离s ＝70.30 cm －20.30 cm ＝50.00 cm(2)由图像知图线斜率k ＝Δv 2F ＝5.002.50＝2.00，如果在本实验中动能定理得到验证，则有F ·s＝12M ·Δv 2，那么M ＝2Fs Δv 2＝2sk ＝0.5 kg. 答案 (1)50.00 cm (2)0.5 kg点评 本实验中利用光电门、拉力传感器替代了原实验中的纸带、打点计时器来测量小车的速度和合外力．拉力传感器的引入打破了平时实验中“要求小车的质量远大于砝码和砝码盘的总质量”这一局限性． 3． 测量电阻的三种方法(1)伏安法：伏安法是根据欧姆定律用电压表、电流表分别测定R 的电压和电流，然后计算出电阻值R ，分电流表内接法和电流表外接法两种接法．(2)替代法：替代法的测量思路是等效的思想，可以是利用电流等效，也可以是利用电压等效．替代法测量电阻精度高，不需要计算，方法简单，但必须有可调的标准电阻(一般给定的仪器中要有电阻箱)．替代法是用与被测量的某一物理性质等效，从而加以替代的方法．如图11所示，先把双刀双掷开关S 2扳到1，闭合S 1，调整滑动变阻器，使电流表指针指到某一位置，记下此时的示数I (最好为一整数)．再把开关S 2板到2，调整电阻箱R 0，使得电流表指针仍指到示数I .读出此时电阻箱的阻值r ，则未知电阻R x 的阻值等于r .图11(3)比例法：如果有可以作为标准的已知电阻的电表，可以采用比例法测电表的电阻．用比例法测电表内阻时，两个电流表一般是并联(据并联分流原理)，两个电压表一般是串联(据串联分压原理)．例如，测电流表和电压表的内阻，如果有可以作为标准的已知电阻的电表，都可以使用比例法．采用比例法测电阻的依据是：串联电路电压与电阻成正比，并联电路电流与电阻成反比．电压表可显示电阻两端的电压值，电流表可显示电阻中通过的电流，所以测电流表内阻应把两电流表并联，测电压表内阻应把两电压表串联，电路图分别如图12甲、乙所示．图12假设和为待测电表，根据分压原理或分流原理计算出和的内阻分别为r A2＝I1 I2r A1，r V2＝U2U1r V1.例7利用图13所示电路测量量程为3 V的电压表内阻R V，R V约为8 kΩ，某同学的实验步骤如下：图13a．按电路图连接电路，将变阻器R1的滑片移到最右端，电阻箱的阻值调为零；b．合上S并调节R1，使电压表的指针指到满刻度；c．保持R1的滑片位置不变，调整电阻箱R的阻值大小，使电压表的指针指到满刻度的一半；d ．读出电阻箱的阻值R ，即为电压表内阻实验中，电源的电动势符合实验要求，但有两个变阻器和两个电阻箱可供选择： A ．变阻器：最大阻值1 kΩ，额定电流1 A B ．变阻器：最大阻值20 Ω，额定电流2 A C ．电阻箱：最大阻值9 999.9 Ω，额定电流1 A D ．电阻箱：最大阻值999.9 Ω，额定电流2 A (1)变阻器应选________；电阻箱应选________．(2)实验中存在着系统误差，设R V 的测量值为R 测，真实值为R 真，则R 测________R 真(选填“>”、“＝”或“<”)理由是__________________．解析 (1)此实验是利用的半偏法测定电压表的内阻，实验中要求电压表与R 串联后的电压与原来的电压相等(近似相等)，所以要求滑动变阻器与电压表并联部分的电阻较小，另外，还需要滑动变阻器便于调节，所以滑动变阻器应选择电阻较小的，故选 B.而电阻箱的电阻应能调到与电压表的电阻相等，故选C.(2)由于串联了电阻箱，并联部分的电阻增大，在滑动变阻器的滑片位置不变的情况下，并联部分的电压增大，电阻箱的电压大于电压表的电压U2，所以电阻箱的电阻大于电压表的电阻，测得结果偏大．答案 (1)B C (2)> 由满偏改为半偏时，并联部分电阻增大，分担的电压变大，即电阻箱两端电压大于电压表的半偏电压，此时电阻箱电阻大于电压表内阻，测量值大于真实值．4． 利用公式和图像相结合的方法处理实验数据在高中物理实验中，图像法作为重要的处理实验数据方法，在多个实验中得到了广泛的应用，特别是利用直线图像的斜率和截距求解物理量．对于该类题目，我们做题的一般步骤是：首先利用实验数据在坐标纸上进行描点连线(有的题目已事先画好)；然后根据物理规律列出与该图线对应的方程式；若题目不需要利用斜率和截距进行求解(题目没有给出斜率和截距的大小)，可在直线图像中找出两个点的坐标代入方程，组成方程组进行求解．若题目给出了斜率和截距的大小，须将方程化简成y ＝kx ＋b 的形式求解． 例8 某课题研究小组，选用下列器材测定某型号手机所用锂电池的电动势E 和内阻r .(电动势约为4 V ，内阻在几欧到几十欧之间) A ．电压表(量程6 V ，内阻约为6.0 kΩ) B ．电流表(量程2 mA ，内阻约为50 Ω) C ．电阻箱R (0～999.9 Ω) D ．开关S 一只、导线若干(1)某同学从上述器材中选取了电流表和电阻箱测锂电池的电动势和内阻，你认为可行吗？请说明理由：________________________________________________________________________________________________________________________________.(2)今用上述器材中的电压表和电阻箱测锂电池的电动势和内阻，请画出实验电路图．(3)根据(2)中实验电路测得的8组U、R数据，已在1U－1R坐标系中描出了各点，如图14所示，请作出图像．根据图像求得E＝________V，r＝________Ω.(保留两位有效数字)图14解析(1)将电流表、电阻箱串联在锂电池上，估测通过电路的最小电流大于2 mA.故该同学的设计不可行．(2)实验电路如图(3)根据1U－1R坐标中描出的各点，画出1U－1R的图像，如图．根据I＝ER＋r，U＝E－Ir推出1U＝1E＋rE·1R由此可知图像的截距为电动势的倒数，斜率为内阻和电动势的比值，由此可得出E＝3.6 V，r＝9.9 Ω.答案 见解析5． 缺少电压表、电流表或量程不够的处理方法在电学实验中，有时实验器材中有两只电压表没有电流表，有时有两只电流表而没有电压表，遇到这类问题时可将电流表作为电压表用或将电压表作为电流表用，但要注意量程是否合适，必要时需进行改装，扩大量程．例9 待测电阻R x 的阻值约为20 Ω，现要测量其阻值，实验室提供器材如下：A ．电流表A 1(量程150 mA ，内阻约为10 Ω)B ．电流表A 2(量程20 mA ，内阻r 2＝30 Ω)C ．电压表V(量程15 V ，内阻约为3 000 Ω)D ．定值电阻R 0＝100 ΩE ．滑动变阻器R 1，最大阻值为5 Ω，额定电流为1.0 AF ．滑动变阻器R 2，最大阻值为5 Ω，额定电流为0.5 AG ．电源E ，电动势为4 V(内阻不计)H ．电键S 及导线若干(1)为了使电表调节范围较大，测量准确，测量时电表读数不得小于其量程的13，请从所给的器材中选择合适的实验器材________________(均用器材前对应的序号字母填写)； (2)根据你选择的实验器材，请你在虚线框内画出测量R x 的最佳实验电路图并标明元件符号；(3)待测电阻的表达式为R x ＝____________.式中各符号的物理意义为__________________．解析 (1)由于电源电动势为4 V ，电压表V 的量程为15 V ，达不到其量程的三分之一，故电压表不能使用；可用电流表A 2与定值电阻R 0串联扩大其电压量程，当作电压表与电流表A 1配合使用伏安法测量待测电阻阻值，由于改装的电压表内阻已知，故电流表用外接法，改装的电压表量程为20 mA ×130 Ω＝2.6 V ，滑动变阻器最大阻值为5 Ω，无法起到限流作用，故滑动变阻器采用分压式接法；此时考虑到干路最小电流约为ER ＝0.8 A ，故滑动变阻器只能选择R 1，经过估算当电流表A 1满偏时，电流表A 2也正好满偏，非常匹配，因此满足电表读数不得小于其量程的三分之一要求．故器材选择ABDEGH. (2)如图所示(3)待测电阻R x ＝I 2(R 0＋r 2)I 1－I 2，其中I 1、I 2分别为A 1和A 2表示数，R 0与r 2分别为定值电阻和A 2内阻的阻值．答案 (1)ABDEGH (2)见解析图 (3)I 2(R 0＋r 2)I 1－I 2 I 1、I 2分别为A 1和A 2表示数，R 0与r 2分别为定值电阻和A 2内阻的阻值1． (1)某学习小组在“研究匀变速直线运动”的实验中，用如图15所示的气垫导轨装置来测滑块的加速度，由导轨标尺可以测出两个光电门之间的距离L ，遮光板的宽度为d ，遮光板依次通过两个光电门的时间分别为t 1、t 2，则滑块的加速度可以表示为a ＝________(用题中所给物理量表示)．图15(2)该学习小组在测出滑块的加速度后，经分析讨论，由于滑块在气垫导轨上运动时空气阻力很小，可用上述实验装置来验证机械能守恒定律，为此还需测量的物理量是________，机械能守恒的表达式为____________________________．答案 (1)d 22L ⎝⎛⎭⎫1t 22－1t 21 (2)滑块的质量M 和沙桶的质量m mgL ＝12(M ＋m )⎝⎛⎭⎫d t 22－12(M ＋m )⎝⎛⎭⎫d t 12解析 (1)由⎝⎛⎭⎫d t 22－⎝⎛⎭⎫d t 12＝2aL ，得a ＝d 22L ⎝⎛⎭⎫1t 22－1t 21 (2)滑块和沙桶组成的系统机械能守恒，为此还需用天平测出滑块的质量M 和沙桶的质量m ，系统机械能守恒的表达式为mgL ＝12(M ＋m )⎝⎛⎭⎫d t 22－12(M ＋m )⎝⎛⎭⎫d t 12 2． 实际电流表有内阻，可等效为理想电流表与电阻的串联．现在要测量实际电流表G 1的内阻r 1.供选择的仪器如下：A ．待测电流表(0～5 mA ，内阻约300 Ω)。