案例40热学、光学及设计实验
例1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T2∝m关系，请你进一步验证这一猜想是否正确？
例2某同学利用一架固定好的自动相机，用同一张底片多次曝光的方法，拍下了一辆小轿车启动后不久做匀加速直线运动的照片．相邻两次曝光的时间间隔为2.0s．已知小轿车的车长为4.5m．他用刻度尺测量照片上的长度关系，结果如图所示．请你估算这辆小轿车的加速度a和小轿车在照片中第2个像所对应的时刻的即时速度大小v．
例3把电流表改装为电压表的实验中，分3个主要步骤，实验中给出的器材有：①电流表（量程0-100μA）②标准伏特表（量程0-5V）③电阻箱（0-9999Ω）④电阻箱（0-99999Ω）⑤电源（电动势2V，有内阻）⑥电源（电动势6V，有内阻）⑦滑动变阻器（0-50Ω，额定电流1.5A）⑧电键两只，导线若干．
⑴首先要用半偏法测定电流表的内阻。如果采用图1所示的电路测定电流表A的内电阻并且要想得到较高的精确度，那么从以上给出的器材中，可变电阻R1应选用______，可变电阻R2应选用______，电源E应选用______．
该步实验操作的步骤有：A．合上K1B．合上K2C.观察R1的阻值是否最大，如果不是，将R1的阻值调至最大D．调节R1的阻值，使电流表指针偏转到满刻度E．调节R2的阻值，使电流表指针偏转到满刻度的一半F．记下R2的阻值．
把以上步骤的字母代号按实验的合理顺序填写在下面横线上空白处：①____；②_____；③_____；④_____；⑤_____；⑥_____．
如果在步骤F中所得的R2的阻值为600Ω则图中被测电流表的内阻Rg的测量值为___Ω．
⑵如果要将图中的电流表A改装为量程为0-5V的伏特表，则改装的方法是给电流表_____联一个阻值为________Ω的电阻．
例4如图所示，A是浮子，B是金属触头，c住宅楼房顶上的蓄水池，M是带水泵的电动机，D是弹簧，正是衔铁，F是电磁铁，sl、s2分别为触头开关，s为开关，J为电池．请利用上述器材，设计一个住宅楼房顶上的自动注水装置(连接自动注水电路图)．
7.3热学、光学及设计实验
1．在做用油膜法估测分子大小的实验中，已知实验室中使用的酒精油酸溶液的体积浓度为n,又用滴管测得每N滴这种酒精油酸的总体积为V,将一滴这种溶液滴在浅盘中的水面上,在玻璃板上描出油膜的边界线，再把玻璃板放在画有边长为a的正方形小格的纸上(如右图)测得油膜占有的小正方形个数为m．
⑴用以上字母表示油酸分子直径的大小d．
⑵从右图中数得油膜占有的小正方形个数为m=______.
2．在《测定玻璃的折射率》实验中，下列要求正确的是：
A．玻璃砖的宽度宜小些B．大头针应垂直插在纸面上
C．每边的两个大头针的距离近些容易观察
D．在插P4时，只要把P3挡住就行了，不必考虑P1、P2．
3．图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
4．有一种测量真实子弹速度的装置叫＂冲击摆＂．它的主要构造是：用4根长度均为L的细线悬挂一个质量为M,高度为d的木块，将该装置悬挂在天花板上，静止时细线均处于竖直方向，如图所示（图中只画出了前面的两根细线）．被测试的子弹质量为m，将它正对着木块的左侧中心点垂直于左侧面水平射入，并留在木块中和木块一起上摆．测得上摆的最大摆角为α．⑴写出根据以测得的数据表示子弹初速度v0的表达式．⑵用什么方法可以尽量减小实验的偶然误差？
5.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=
6．如图所示，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．
7．一块电流表G的内电阻约为2.5ｋΩ，现要测量它的内电阻，提供的器材有：
A.待测电流表G(量程300μA)B.电阻箱R(0～9999Ω)
C.滑动变阻器R１(0～50Ω1A)D.滑动变阻器R２(0～1ｋΩ0.5A)
E.电源ε(6Ｖ内阻不计)F.开关SG.导线若干
(1)滑动变阻器应选用(填序号).
(2)请你设计测量电流表G的内电阻的实验电路并画出电路图.(要求方法简捷，将图画在虚线框内).
8．在上海市青少年校外活动营地“东方绿舟”内有一个绿色能源区，同学们可以在这里做太阳能和风能的研究性实验。某同学为了测定夏季中午单位面积上、单位时间内获得的太阳能，制作了一
个太阳能集热装置、实验器材有：（a）内壁涂黑的泡沫塑料箱一个，底面积为1m2；（b）给你盛水塑料袋一个；（c）温度计一个；（d）玻璃板一块（约1m2）．如图7-36所示．
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右图中．
已知水的比热容c，被水吸收的热量Q与水的质量m、水温升高量△t间的关系是Q＝cm△t，则为了测定中午单位面积上、单位时间内获得的太阳能，除了需要测量m、△t外，还应测量的物理量是．本实验会有一定误差，试写出一条产生误差的主要原因：．
9.如图所示，是用高电阻放电法测电容的实验电路图。其原理是测出电容器在充电电压为U时所带的电荷量Q，从而求出其电容C。该实验的操作步骤如下：⑴按电路图接好实验电路；⑵接通电键S，调节电阻箱R的阻值，使微安表的指针接近满刻度．记下这时的电压表读数U0=6.2V和微安表读数I0=490μA；⑶断开电键S并同时开始计时，每隔5s或10s读一次微安表的读数i，将读数记录在预先设计的表格中；⑷根据表格中的12组数据，以t为横坐标，i为纵坐标，在坐标纸上描点（右图中用“×”表示）。根据以上实验结果和图象，可以估算出当电容器两端电压为U0时该电容器所带的电荷量Q0约为_________C，从而算出该电容器的电容约为________F．
7.3热学、光学及设计实验
（答案）
例1.解：可以根据表中的T值计算出相应的T2值填入表中，画出对应的T2-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T2∝m关系成立。
在给出的表中增加一行对应的T２(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T2-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。
例2．a=2.0m/s2V=8.0m/s
例3．⑴④，③，⑥；C、A、D、B、E、F，600⑵串，49400
例4．略
1．⑴；⑵58
2．B
3．A
4．⑴；⑵多测几次求平均值。
5．1.5
6．刻度尺竖直ACBC略
7．C滑线变阻器分压电路，电流表与电阻箱串联连接
8．解：装置图如右。还应该测量的物理量是温度升高所用的时间t。产生误差的主要原因是太阳能没有全部被水吸收。
9．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。
高中物理典型案例集锦太原市十二中姚维明
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10203040
o
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
m/g
T２/s2
图7-3-9
R
C
S
V
A
μ
图7-3-8
100
200
300
400
500
600
020406080t/s
μA
i/A
图7-3-7
图7-3-6
(a)(b)(c)(d)
图7-3-5
图7-3-4
图7-3-3
L
v0
αα
图7-3-2
图7-3-1
图7-12
图7-11
E
K1
K2
R1
R2
A
图7-10
0123456789101112(cm)
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