高三物理第二轮《设计实验》强化训练题
1、某同学在做探究弹力和弹簧伸长的关系的实验中，设计了如图所示的实验装置。所用的钩码每只的质量都是30g，他先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，再将5个钩码逐个挂在弹簧的下端，每次都测出相应的弹簧总长度，将数据填在了下面的表中。(弹力始终未超过弹性限度，取g=9.8m/s2)
⑴试根据这些实验数据在右图给定的坐标纸上作出弹簧所受弹力大小F跟弹簧总长L之间的函数关系图线，说明图线跟坐标轴交点的物理意义。
⑵上一问所得图线的物理意义是什么?该弹簧的劲度k是多大?
2、一同学要研究轻质弹簧的弹性势能与弹簧长度改变量的关系，它的实验如下：在离地面高度为h的光滑水平桌面上，沿着与桌子边缘垂直的方向放置一轻质弹簧，其左端固定，右端与质量为m的一小钢球接触。当弹簧处于自然长度时，小钢球恰好在桌子边缘，如右图4所示。让钢球向左压缩弹簧一段距离后由静止释放，使钢球沿水平方向射出桌面，小球在空中飞行后落到水平地面，水平距离为S。
（1）请你推导出弹簧的弹性势能EP与小钢球质量m、桌面离地面高度h，水平距离S等物理量的关系式： ；
（2）弹簧长度的压缩量x与对应的钢球在空中飞行的水平距离S的实验数据如下表示：
| 弹簧长度压缩量x/cm | 1.00 | 1.50 | 2.00 | 2.50 | 3.00 | 3.50 |
| 钢球飞行水平距离S/m | 1.01 | 1.50 | 2.01 | 2.48 | 3.01 | 3.50 |
从上面的实验数据，请你猜测弹簧的弹性势能EP与弹簧长度的压缩量x之间的关系 ；
并说明理由： 。
3、（2001年上海卷）利用打点计时器研究一个约1. 4高的商店卷帘窗的运动。将纸带粘在卷帘底部，纸带通过打点计时器随帘在竖直面内向上运动。打印后的纸带如图4所示，数据如表格所示。纸带中AB、BC、CD……每两点之间的时间间隔为0.10s，根据各间距的长度，可计算出卷帘窗在各间距内的平均速度
。可以将近似地作为该间距中间时刻的瞬时速度v。
（1）请根据所提供的纸带和数据，绘出卷帘窗运动的v - t图线。
（2）AD段的加速度为 m/s2，AK段的平均速度为 m/s
4、为了测定一根轻弹簧压缩最短时储存的弹性势能的大小，可以将弹簧固定在凹槽轨道一端，并将轨道固定在水平边缘上，如图（6）所示，用钢球先将弹簧压缩至最短，而后突然释放，钢球将沿轨道飞出桌面。请回答以下问题：
（1）有一同学在实验前用五十分度的游标卡尺测量钢球
的直径，如图（7）所示，此钢球的直径为 cm.
（2）为完成实验要求，你认为需要哪些器材？
。
（3）需要测定的物理量是 。
（4）计算弹簧最短时弹性势能的表达式为Ep=
5．（12分）为验证 小灯泡（电点光源）光能的球面散射规律并进行测定其发光效率，某研究性学习小组设计并进行了如图所示的实验：将一个“6V，8.0W”的小灯泡接入电路，使之正常发光，在灯泡灯丝的同一水平面、正对光线方向放一个光强探头，以测定与光源间距为d时相应的光强值I，共测得以下9组数据（如下表），并用一数字图象处理器将表内数据分别在I—d、I—1/d和I—1/d2坐标平面内得知如下数据点。
| d/×10－2m | 6.50 | 7.50 | 8.50 | 9.50 | 10.50 | 11.50 | 12.50 | 13.50 | 14.50 |
| I/Wm－2 | 8.29 | 6.66 | 4.96 | 3.92 | 3.37 | 2.61 | 2.30 | 1.97 | 1.70 |
（1）据三个数据点图，可看出I与哪个量存在线性关系，因此可将I与d之间的数学关系式为I= ，其中k为 。
（2）在与光源等距的各点，认为光源向各方向发出的光强大小几乎相等。依点光源光能向四周空间360°球面均匀散射的物理模型，写出光源的发光功率P0（W）、光强值I（W/m2）及相应的与光源距离d（m）之间的关系式 。
6．（9分）中学物理实验中所用的电流表和电压表一般都是2.5级的。2.5级的表每次测量的最大绝对误差（测量值与真实值之差的绝对值）是它满偏值的2.5﹪。下表给出了用2.5级电压表和电流表进行测量时，电表指针偏转角度与百分误差的大小关系。
| 电表指针偏转角度 | 0—3V电压表示数 | 0— 0.6A电流表示数 | 百分误差 |
| 满偏 | 3.00V | 0.60A | 2.5﹪ |
| 半偏 | 1.50V | 0.30A | 5.0﹪ |
| 满偏的三分之一 | 1.00V | 0.20A | 7.5﹪ |
| 满偏的四分之一 | 0.75V | 0.15A | 10﹪ |
| 满偏的十分之一 | 0.30V | 0.06A | 25﹪ |
| 满偏的二十之一 | 0.15V | 0.03A |
（1）在上表中的最后一空上相应的百分误差应是
（2）从上表的数据可以看出，该电表的指针偏转的角度越大，百分误差越 （填大或小）
（3）如果用上表所给的电压表或上表所给电流表测量时要求百分误差小于5.0﹪，则该表指针偏转角度应该选择在 的范围内。
7．（13分）一般情况下，导体的电阻会随着温度的改变而改变. 某同学研究了一白炽灯两端的电压与电流的关系，得出如下一组数据：
| I/A | 0 | 0.040 | 0.072 | 0.094 | 0.116 | 0.156 | 0.182 |
| U/V | 0 | 0.75 | 1.38 | 1.80 | 2.30 | 3.20 | 4.30 |
| I/A | 0.196 | 0.210 | 0.220 | 0.230 | 0.248 | 0.264 | 0.280 |
| U/V | 5.00 | 6.10 | 7.20 | 8.30 | 10.30 | 12.30 | 14.50 |
在图甲的方格纸中画出了电流和电压的关系图线.
请回答下列问题：
（1）实验过程中用到了下列器材：直流电源、滑动变阻
器（最大值为30
）、电压表（内阻约104）、
电流表（内阻约0.01），以及开关一只，导线
苦干.请按实验要求：①在图乙中画出电路图 ②
在图丙中给实物连线
（2）从图线和实验数据均可看出，当该灯泡两端的电压
大于3.2V时，灯泡的阻值会发生明显的改变.通常我们把小于3.2V的图线区域叫做线
性区域，大于3.2V的图线区域叫做非线性区域，当该灯泡正常发光时，其电压值是在
线性区域，还是在非线性区域？为什么？
8． 某同学在研究弹簧振子的周期和振子质量的关系时，利用同一根弹簧，记录了不同振子质量对应的周期值如下表：
| m (g) | 5.0 | 10.0 | 15.0 | 20.0 | 25.0 | 30.0 |
| T (s) | 0.40 | 0.57 | 0.69 | 0.80 | 0.89 | 0.98 |
他在T-m坐标系中根据此表描点后发现T、m间不是正比关系，而好象是T 2∝m关系，请你进一步验证这一猜想是否正确？
9． 测物体间的动摩擦因数：(写出实验原理，操作步骤，所需测量的物理量)
图1-7-35(木块匀速下滑)(由静止开始匀加速下滑)(木块由静止下滑最后停止，接触面情况一样)
10． 图1-7-38为双缝干涉实验的装置的示意图．图甲是用绿光进行实验时，屏上观察到的条纹情况，a为中央亮条纹，图乙为换用另一种颜色的单色光进行实验时，观察到的条纹情况，a，为中央亮条纹的情况，则以下说法正确的是 ( )
A．图乙可能是用红光实验产生的条纹，表明红光波长较长
B．图乙可能是用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较长
C．图乙可能是用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较短
D．图乙可能是用红光实验产生的条纹，表明红光波长较短
11．某同学由于没有量角器，在完成了光路图以后，以O点为圆心，10.00cm为半径画圆，分别交线段OA于A点，交OO，连线的延长线于C点，过A点作法线MN，的垂线AB交MN，于B点，过C点作法线MN’的垂线CD，交MN，于D点，如图1-7-40所示，用刻度尺量得OB=8.00cm，CD=4.00cm，由此可得出玻璃的折射率n= ．
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12． 如图1-7-41所示，一个学生按照课本上的小实验用广口瓶和直尺测定水的折射率，填写下述实验步骤中的空白．
(1)用 测出广口瓶瓶口内径d；(2)在瓶内装满水；(3)将直尺沿瓶口边缘 插入水中；(4)沿广口瓶边缘向水中直尺正面看去，若恰能看到直尺的0刻度(即图中A点)，同时看到水面上B点刻度的像恰与A点的像相重合；(5)若水面恰与直尺c点相平，读出 和 的长度；（6）以题中所给的条件为依据，计算水的折射率为 ．
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有一块斜坡草地，太阳光垂直照射到草地表面，请将上述实验器材按实验设计要求画在图1-7-43中．
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14． 如图所示，甲为示波器面板，乙为一信号源．
(1)若要观测此信号源发出的正弦交流信号的波形，应将信号源的a端与示波器面板上的 接线柱相连，b端与 接线柱相连．
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15. 如图所示是“用伏安法测量电阻”的实验电路图，只是电压表未接入电路中，如图是相应的实验器材，其中待测量的未知电阻
阻值约为
，电流表量程
，内阻小于
，电压表量程15V，内阻约为
，电源输出电压约为12V，滑动变阻器最大阻值为
，乙的最大值值为
．
（1）在图中的电路图把电压表连接到正确的位置．
（2）根据中的电路图把图中实物连成实验电路．
（3）说明本实验电路中两个滑动变阻器所起作用有何不同？
答：________________________________．
16．欲用伏安法测定一个阻值约为
的电阻，要求测量结果尽量准确。
下列器材中应选用的是_____ ______，画出应采用的电路图．
A. 电池组（6V，内阻很小）
B. 电流表（0~3A，内阻0.0125Ω）
C. 电流表（0－0.6A，内阻0.125Ω）
D. 电压表（0~3V，内阻3kΩ）
E. 电压表（0~6V，内阻6kΩ）
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G. 滑动变阻器（0~200Ω，1A）
H. 电键、导线
参考答案
1、⑴根据实验数据在坐标纸上描出的点，基本上在同一条直线上。可以判定F和L间是一次函数关系。画一条直线，使尽可能多的点落在这条直线上，不在直线上的点均匀地分布在直线两侧。该图线跟横轴交点的横坐标表示弹簧的原长。
2、（1）
（2）EP与x的关系：EP与x2成正比（EP∞x2）
猜测的理由：由表中数据可知，在误差范围内，x∞S。而从（1）中关系式有EP∞S2，因而可猜测EP∞S2）
3、根据题目要求。把各段时间的平均速度当做这段时间中间时刻的瞬时速度，可算出一系列时刻的速度，见下表。根据表中数据在v-t图上描点画出图象，如图5所示。由图象可以看出，卷帘窗开始做匀加速直线运动，中间有一段作匀速运动，然后作加速度变化的运动。AD段的加速度可由v-t图对应段的斜率确定，为5m/s2。AK段的平均速度可根据表中数据由公式算出，为1.39m/s。
4、（1）1.750（3分）（2）天平、刻度尺、重锤、复写纸、白纸（4分，每漏1个，扣1分）
（3）小球下落的高度，水平的距离，小球的质量（3分）
（4）
（h为小球下落的高度，s为小球水平距离）（5分）
5．（1）k/d2 0.035W至0.036W （2）P0=4πd2I （3）5.5﹪
6．（1）50﹪ （2）小于 （3）半偏到满偏之间
7．（1）如图所示
（2）非线性区域，因为在非线性区域内，灯丝电阻随电压变化明显，可保持电灯功率基本不变，亮度稳定。
8 解：可以根据表中的T值计算出相应的T 2值填入表中，画出对应的T 2-m图象。如果所描出的点很接近在一条过原点的直线上，就可以确认T 2∝m关系成立。
在给出的表中增加一行对应的T ２(s2)值：
| m (g) | 5.0 | 10.0 | 15.0 | 20.0 | 25.0 | 30.0 |
| T (s) | 0.40 | 0.57 | 0.69 | 0.80 | 0.89 | 0.98 |
| T２(s2) | 0.16 | 0.32 | 0.48 | 0.64 | 0.79 | 0.96 |
如图作出T 2-m图象：得到的6个点可以认为在同一条直线上，因此可以确定T2∝m关系成立。
9．a=2.0m/s2 V=8.0m/s
10．A
11．1.5
12．刻度尺 竖直 AC BC 略
13．解：按照图中的点，用光滑曲线把它们依次连接起来，得到i-t图线，图线和横轴所围的面积就是放电量，即原来电容器的带电量。每小格相当于2.5×10-4C，用四舍五入法数得小方格有32个，所以Q0=8×10-3C。再由C= Q0/ U0，得C=1.3×10-3F。
14．（1）Y 地
（2）垂直偏转 X增益 扫描频率
15. （1）将R接成分压器，D接G、F，接A，如图所示，
（2）需改接成如图所示：
16. 解：（1）选出唯一性器材，被测电阻，A和H两组器件。
（2）根据滑动变阻器阻值
，选用限流接法，画出草图。
（3）估算电流最大值，
，所以电流表选C，电压表选E。
（4）由限流接法要求滑动变阻器阻值为用电器2倍~5倍，所以选F。
（5）根据
选用外接电路。