2025年高中一年級物理上學(xué)期實(shí)驗設(shè)計卷考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______考生注意：1.在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”實(shí)驗中，某同學(xué)利用打點(diǎn)計時器（使用交流電源）和紙帶測量小車在木板上滑行的加速度。請設(shè)計該實(shí)驗的主要步驟，并說明需要記錄哪些數(shù)據(jù)來計算加速度。簡要說明如何減小實(shí)驗中由于紙帶與打點(diǎn)計時器（或限位孔）之間摩擦阻力對測量結(jié)果的影響。2.為了測量一個未知電阻R的阻值（阻值約為幾十歐姆），實(shí)驗室提供了以下器材：*電源（電動勢約為6V，內(nèi)阻不計）*電流表（量程0-0.6A，內(nèi)阻約0.5Ω）*電壓表（量程0-3V，內(nèi)阻約3kΩ）*滑動變阻器（最大阻值20Ω）*開關(guān)、導(dǎo)線若干請設(shè)計一個實(shí)驗電路圖，用來測量該電阻的阻值。簡要說明實(shí)驗的主要步驟和數(shù)據(jù)處理方法。指出在該電路設(shè)計中，電流表和電壓表應(yīng)如何選擇量程？為什么？3.在“驗證牛頓第二定律”的實(shí)驗中，通常需要平衡摩擦力。請簡述如何操作才能較好地平衡小車（連掛鉤）與長木板之間的摩擦力。如果已經(jīng)近似平衡了摩擦力，當(dāng)在小車上放置不同質(zhì)量的砝碼，并用系在小車前端輕繩通過滑輪懸掛合適的鉤碼（鉤碼總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量）使小車沿木板運(yùn)動時，請在坐標(biāo)系中畫出小車的加速度a隨鉤碼所受重力F的變化圖像。簡要說明該圖像應(yīng)是一條怎樣（直線/曲線）的圖像，并說明理由。4.為了粗略測量當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭，某同學(xué)設(shè)計了如下實(shí)驗：利用一個彈簧，將其一端固定，另一端懸掛一個帶有小球的彈性繩（或細(xì)線），使小球靠近但不下沉到水平地面，構(gòu)成一個“彈簧振子”。請設(shè)計實(shí)驗步驟來測量g。需要記錄哪些物理量？請寫出重力加速度g的表達(dá)式。該實(shí)驗的主要誤差來源可能有哪些？5.某同學(xué)想研究滑動摩擦力的大小與壓力大小的關(guān)系。他準(zhǔn)備了以下器材：長木板、木塊（帶有鉤子）、彈簧測力計、鉤碼若干、細(xì)線。請設(shè)計實(shí)驗的主要步驟。簡要說明如何判斷木塊在長木板上做勻速直線運(yùn)動。若實(shí)驗中得到一系列數(shù)據(jù)，你是如何處理這些數(shù)據(jù)來驗證你的猜想（滑動摩擦力與壓力成正比）的？試卷答案1.實(shí)驗步驟：①將打點(diǎn)計時器固定在長木板的末端，連接好電源。②將紙帶穿過打點(diǎn)計時器的限位孔，將小車固定在紙帶的一端，連接好輕繩，輕繩跨過定滑輪，下端掛上合適的鉤碼。③將小車靠近打點(diǎn)計時器，接通電源，松開小車，讓小車拖著紙帶運(yùn)動。④取下紙帶，選擇一條點(diǎn)跡清晰、分布均勻的紙帶進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。⑤在紙帶上選取幾個計數(shù)點(diǎn)（如每隔4個點(diǎn)取一個），標(biāo)明計數(shù)點(diǎn)位置，測量相鄰計數(shù)點(diǎn)之間的距離`x_i`。⑥計算各計數(shù)點(diǎn)對應(yīng)的瞬時速度`v_i`。通常使用`v_i≈(x_i+x_{i+1})/(2t)`計算，其中`t`為相鄰計數(shù)點(diǎn)間的時間間隔（`t=T/n`，`T`為打點(diǎn)周期，`n`為計數(shù)點(diǎn)間隔數(shù)）。⑦以時間`t`為橫坐標(biāo)，對應(yīng)位置的瞬時速度`v_i`為縱坐標(biāo)，繪制`v-t`圖像。圖像的斜率即為小車的加速度`a`。減小摩擦阻力影響的方法：調(diào)整長木板，使小車在不受輕繩拉力時能做勻速直線運(yùn)動（或平衡摩擦力），或者在進(jìn)行加速度計算時，利用`a=(v_m^2-v_0^2)/(2x)`（其中`v_m`和`v_0`是紙帶開始和結(jié)束時的速度，`x`是總位移），減小速度變化量或增大位移量，相對減小摩擦阻力的影響。2.實(shí)驗電路圖設(shè)計（以下為文字描述，無法繪制）：電源正極連接開關(guān)，開關(guān)連接電流表正極，電流表負(fù)極連接滑動變阻器的一端?；瑒幼冏杵鞯牧硪欢诉B接電壓表的正極，電壓表的負(fù)極連接回電源負(fù)極，并在電壓表和滑動變阻器之間連接待測電阻R。構(gòu)成一個簡單的串聯(lián)電路。主要步驟：①按電路圖連接電路，將滑動變阻器的滑片移到阻值最大端。②閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，改變電路中的電流和電壓，記錄下幾組對應(yīng)的電流表和電壓表示數(shù)`(I_i,U_i)`。③斷開開關(guān)，整理儀器。數(shù)據(jù)處理方法：利用`R=U/I`計算出每次測量的電阻值，然后求平均值`R_平均=(R_1+R_2+...+R_n)/n`作為測量結(jié)果。量程選擇：電流表：由于待測電阻R約幾十歐姆，電源電動勢為6V，根據(jù)歐姆定律，最大電流約為`I_max=U_max/R=6V/30Ω=0.2A`。選用0-0.6A量程。電壓表：待測電阻兩端最大電壓接近電源電壓6V，選用0-3V量程。原因：選擇的量程應(yīng)能覆蓋預(yù)期測量的最大值，同時為了提高測量精度，所選量程的滿偏電流應(yīng)盡可能接近待測電流或電壓值。3.平衡摩擦力的操作：將小車放在長木板上，輕繩跨過滑輪，掛上合適的鉤碼（鉤碼不掛在小車上），接通打點(diǎn)計時器電源，稍后釋放小車，觀察小車能否在木板上做勻速直線運(yùn)動。若能，則摩擦力已近似平衡?；蛘撸{(diào)整長木板的角度，直到小車在不受拉力時恰能沿木板勻速下滑。`a-F`圖像：應(yīng)是一條過原點(diǎn)的傾斜直線。理由：根據(jù)牛頓第二定律，在小車和砝碼組成的系統(tǒng)中（假設(shè)系統(tǒng)總質(zhì)量為M，砝碼質(zhì)量為m），根據(jù)`F=ma`有`mg=(M+m)a`。解得`a=(m/g)g`，即`a`與`F`（即砝碼重力`mg`）成正比關(guān)系。在坐標(biāo)系中，`a`為縱坐標(biāo)，`F`為橫坐標(biāo)，該圖像應(yīng)為一條過原點(diǎn)的傾斜直線，其斜率等于`(M+m)/g`。4.實(shí)驗步驟：①將彈簧一端固定在墻壁或支架上，另一端懸掛小球，確保小球靜止時彈簧處于自然長度附近。②用刻度尺測量出彈簧的自然長度`L_0`。③讓小球在豎直方向做小振幅振動，用秒表測量完成N次全振動所需的時間`t`。④記錄數(shù)據(jù)，改變小球質(zhì)量（或改變懸掛的小球數(shù)量），重復(fù)步驟③，測量不同質(zhì)量下完成N次全振動的時間`t`。需要記錄的物理量：彈簧的自然長度`L_0`，小球完成N次全振動的時間`t`，振動的次數(shù)`N`，小球的質(zhì)量`m`（若改變）。重力加速度`g`的表達(dá)式：彈簧的勁度系數(shù)`k=mg/(L_0-L_e)`，其中`L_e`為彈簧伸長量。周期`T=t/N`。對于簡諧振動，`T=2π√(m/k)`。聯(lián)立解得`g=4π2N2(L_0-L_e)/t2`。主要誤差來源：測量時間`t`的誤差（秒表啟動和停止的誤差、讀數(shù)誤差）；測量次數(shù)`N`不準(zhǔn)確；彈簧并非完全遵循胡克定律（尤其在較大形變下）；空氣阻力；振動過程中能量損耗（阻尼）。5.實(shí)驗步驟：①將長木板放置水平，木塊放在木板上。②用彈簧測力計水平拉住木塊，使其做勻速直線運(yùn)動，讀出彈簧測力計的示數(shù)`F_1`，這個示數(shù)即為木塊所受的滑動摩擦力`f`。③在木塊上逐個增加鉤碼，重復(fù)步驟②，每次都讓木塊做勻速直線運(yùn)動，分別讀出彈簧測力計的示數(shù)`F_2,F_3,...`，即為不同壓力下的滑動摩擦力`f`。④記錄每次實(shí)驗中木塊的總質(zhì)量`M`（木塊自身質(zhì)量加上所掛鉤碼的總質(zhì)量）。判斷勻速直線運(yùn)動的方法：觀察木塊在彈簧測力計拉力作用下，一段時間內(nèi)通過的距離基本不變，或者用秒表測量一段時間內(nèi)木塊通過的距離基本不變。數(shù)據(jù)處理：作出滑動摩擦力`f`隨木塊總質(zhì)量`M`（或壓力`N=mg`）的變化圖