第二十二單元力學(xué)實(shí)驗(yàn)和電學(xué)實(shí)驗(yàn)〔2〕測(cè)試時(shí)間：15分鐘總分值：30分第1組(15分)1．[2023·昆明七校調(diào)研](4分)某同學(xué)采用如圖甲所示的裝置探究物體的加速度與所受合力的關(guān)系。用砂桶和砂的重力充當(dāng)小車(chē)所受合力F，通過(guò)分析打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶，測(cè)量加速度a。分別以合力F和加速度a作為橫軸和縱軸，建立坐標(biāo)系。根據(jù)實(shí)驗(yàn)中得到的數(shù)據(jù)描出如圖乙所示的點(diǎn)跡，結(jié)果跟教材中的結(jié)論不完全一致。該同學(xué)對(duì)這種結(jié)果的原因分析如下：(1)當(dāng)F＝0時(shí)，小車(chē)的加速度不為0的可能原因是________。A．小車(chē)的質(zhì)量遠(yuǎn)大于砂桶和砂的質(zhì)量B．在平衡摩擦力時(shí)將木板右端墊得過(guò)高C．沒(méi)有平衡摩擦力或者在平衡摩擦力時(shí)將木板右端墊得過(guò)低(2)當(dāng)F較大時(shí)，圖象發(fā)生彎曲，a-F圖線不再是線性關(guān)系的可能原因是________。A．砂桶和砂的質(zhì)量過(guò)大，不滿(mǎn)足砂桶和砂的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車(chē)質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)條件B．小車(chē)與軌道之間存在摩擦C．測(cè)量小車(chē)的質(zhì)量或者加速度時(shí)的偶然誤差過(guò)大答案(1)B(2分)(2)A(2分)解析(1)當(dāng)F＝0時(shí)，小車(chē)的加速度不為0，即小車(chē)沒(méi)有拉力時(shí)就加速運(yùn)動(dòng)，其原因是在平衡摩擦力時(shí)將木板右端墊得過(guò)高，小車(chē)重力沿斜面的分力大于摩擦力，選項(xiàng)B正確。(2)為了使砂桶和砂的重力近似等于小車(chē)所受拉力，必須使砂桶和砂的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車(chē)的質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)中逐漸增大砂桶和砂的質(zhì)量，拉力逐漸增大。當(dāng)砂桶和砂的質(zhì)量過(guò)大，不滿(mǎn)足砂桶和砂的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車(chē)質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)條件時(shí)，a-F曲線發(fā)生彎曲，選項(xiàng)A正確。2．[2023·四川高考](11分)用如下圖電路測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。實(shí)驗(yàn)器材：待測(cè)電源(電動(dòng)勢(shì)約3V，內(nèi)阻約2Ω)，保護(hù)電阻R1(阻值10Ω)和R2(阻值5Ω)，滑動(dòng)變阻器R，電流表A，電壓表V，開(kāi)關(guān)S，導(dǎo)線假設(shè)干。實(shí)驗(yàn)主要步驟：①將滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值調(diào)到最大，閉合開(kāi)關(guān)；②逐漸減小滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值，記下電壓表的示數(shù)U和相應(yīng)電流表的示數(shù)I；③以U為縱坐標(biāo)，I為橫坐標(biāo)，作U-I圖線(U、I都用國(guó)際單位)；④求出U-I圖線斜率的絕對(duì)值k和在橫軸上的截距a。答復(fù)以下問(wèn)題：(1)電壓表最好選用________；電流表最好選用________。A．電壓表(0～3V，內(nèi)阻約15kΩ)B．電壓表(0～3V，內(nèi)阻約3kΩ)C．電流表(0～200mA，內(nèi)阻約2Ω)D．電流表(0～30mA，內(nèi)阻約2Ω)(2)滑動(dòng)變阻器的滑片從左向右滑動(dòng)，發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)增大。兩導(dǎo)線與滑動(dòng)變阻器接線柱連接情況是________。A．兩導(dǎo)線接在滑動(dòng)變阻器電阻絲兩端的接線柱B．兩導(dǎo)線接在滑動(dòng)變阻器金屬桿兩端的接線柱C．一條導(dǎo)線接在滑動(dòng)變阻器金屬桿左端接線柱，另一條導(dǎo)線接在電阻絲左端接線柱D．一條導(dǎo)線接在滑動(dòng)變阻器金屬桿右端接線柱，另一條導(dǎo)線接在電阻絲右端接線柱(3)選用k、a、R1和R2表示待測(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r的表達(dá)式E＝________，r＝________，代入數(shù)值可得E和r的測(cè)量值。答案(1)A(2分)C(2分)(2)C(2分)(3)ak(2分)k－R2(3分)解析(1)測(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的原理為閉合電路的歐姆定律，即U＝E－Ir，I是電路中的總電流，實(shí)際測(cè)量時(shí)電壓表的分流作用會(huì)引起系統(tǒng)誤差，為了減小系統(tǒng)誤差，應(yīng)選用內(nèi)阻較大的電壓表，即選A；由于電路中的最大電流約為I＝eq\f(E,r＋R1＋R2)＝eq\f(3,2＋10＋5)A≈0.176A＝176mA，應(yīng)選C。(2)滑動(dòng)變阻器的滑片從左向右滑動(dòng)，發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)增大，說(shuō)明滑動(dòng)過(guò)程中滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值增大，因此說(shuō)明一根導(dǎo)線接在滑動(dòng)變阻器金屬桿左端接線柱，另一條導(dǎo)線接在電阻絲左端接線柱，C項(xiàng)正確。(3)圖象斜率絕對(duì)值k＝r＋R2，圖象與橫軸的截距為電壓表短路時(shí)的電流，即a＝eq\f(E,r＋R2)，因此電源的內(nèi)阻r＝k－R2，電源的電動(dòng)勢(shì)E＝ka。第2組(15分)1．[2023·江西六校模擬](6分)某實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)制作了一個(gè)彈簧彈射裝置，輕彈簧兩端各放一個(gè)金屬小球(小球與彈簧不連接)，壓縮彈簧并鎖定，然后將鎖定的彈簧和兩個(gè)小球組成的系統(tǒng)放在內(nèi)壁光滑的金屬管中(管徑略大于兩球直徑)，金屬管水平固定在離地面一定高度處，如下圖。解除彈簧鎖定，那么這兩個(gè)金屬小球可以同時(shí)沿同一直線向相反方向彈射。現(xiàn)要測(cè)定彈射裝置在彈射時(shí)所具有的彈性勢(shì)能，并探究彈射過(guò)程所遵循的規(guī)律，實(shí)驗(yàn)小組配有足夠的根本測(cè)量工具，并按下述步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：①用天平測(cè)出兩球質(zhì)量分別為m1、m2；②用刻度尺測(cè)出兩管口離地面的高度均為h；③解除彈簧鎖定彈出兩球，記錄下兩球在水平地面上的落點(diǎn)M、N。根據(jù)該小組同學(xué)的實(shí)驗(yàn)，答復(fù)以下問(wèn)題：(1)要測(cè)定彈射裝置在彈射時(shí)所具有的彈性勢(shì)能，還需要測(cè)量的物理量有________。A．彈簧的壓縮量ΔxB．兩球落地點(diǎn)M、N到對(duì)應(yīng)管口P、Q的水平距離x1、x2C．小球直徑D．兩球從彈出到落地的時(shí)間t1、t2(2)根據(jù)測(cè)量結(jié)果，可得彈性勢(shì)能的表達(dá)式為_(kāi)___________。(3)用測(cè)得的物理量來(lái)表示，如果滿(mǎn)足關(guān)系式______________，那么說(shuō)明彈射過(guò)程中系統(tǒng)動(dòng)量守恒。答案(1)B(2分)(2)Ep＝eq\f(m1gx\o\al(2,1),4h)＋eq\f(m2gx\o\al(2,2),4h)(2分)(3)m1x1＝m2x2(2分)解析(1)彈簧彈出兩球過(guò)程中，系統(tǒng)機(jī)械能守恒，要測(cè)定壓縮彈簧的彈性勢(shì)能，可轉(zhuǎn)換為測(cè)定兩球被彈出時(shí)的動(dòng)能，實(shí)驗(yàn)中顯然可以利用平拋運(yùn)動(dòng)測(cè)定平拋初速度以計(jì)算初動(dòng)能，因此在測(cè)出平拋運(yùn)動(dòng)下落高度的情況下，只需測(cè)定兩球落地點(diǎn)M、N到對(duì)應(yīng)管口P、Q的水平距離x1、x2，所以選B。(2)平拋運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t＝eq\r(\f(2h,g))，初速度v0＝eq\f(x,t)，因此初動(dòng)能Ek＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)＝eq\f(mgx2,4h)，由機(jī)械能守恒定律可知，壓縮彈簧的彈性勢(shì)能等于兩球平拋運(yùn)動(dòng)的初動(dòng)能之和，即Ep＝eq\f(m1gx\o\al(2,1),4h)＋eq\f(m2gx\o\al(2,2),4h)。(3)假設(shè)彈射過(guò)程中系統(tǒng)動(dòng)量守恒，那么m1v01＝m2v02，代入初速度得m1x1＝m2x2。2．[2023·山西四校二模](9分)某小組同學(xué)通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量金屬絲的電阻率，現(xiàn)有的器材規(guī)格如下：A．待測(cè)金屬絲電阻Rx(大約10Ω，長(zhǎng)度為L(zhǎng))B．直流電流表A1(量程0～100mA，內(nèi)阻約10Ω)C．直流電流表A2(量程0～0.6A，內(nèi)阻約4Ω)D．直流電壓表V(量程0～3V，內(nèi)阻為3kΩ)E．定值電阻R0＝3kΩF．直流電源(輸出電壓6V，內(nèi)阻不計(jì))G．滑動(dòng)變阻器R(阻值范圍0～5Ω，允許最大電流2A)H．開(kāi)關(guān)一個(gè)、導(dǎo)線假設(shè)干(1)用螺旋測(cè)微器測(cè)量金屬絲的直徑d，示數(shù)如下圖，讀數(shù)為_(kāi)_______mm。(2)根據(jù)器材的規(guī)格和實(shí)驗(yàn)要求，為了減小測(cè)量誤差，直流電流表應(yīng)選________(填選項(xiàng)前的字母)。(3)在虛線框內(nèi)畫(huà)出實(shí)驗(yàn)電路圖(要求電壓和電流的變化范圍盡可能大一些)。(4)某次測(cè)量中，電流表的讀數(shù)為I，電壓表的讀數(shù)為U，那么該金屬絲的電阻率表達(dá)式為ρ＝________(用題中所給物理量的字母表示并忽略電表內(nèi)阻的影響)。答案(1)2.200(2.198～2.202均可，2分)(2)C(2分)(3)如下圖(3分)(4)eq\f(πUd2,2IL)(2分)解析(1)螺旋測(cè)微器固定刻度局部讀數(shù)為2mm，可動(dòng)刻度局部讀數(shù)為20.0×0.01mm＝0.200mm，所以金屬絲直徑為2.200mm。(2)實(shí)驗(yàn)器材中唯一的電源電動(dòng)勢(shì)為6V，待測(cè)電阻阻值約為10Ω，故通過(guò)金屬絲的最大電流約為0.6A，所以電流表選C。(3)假設(shè)使電壓和電流變化范圍盡可能大，那么滑