设计性实验
力学设计性实验
1．（1997上海）如图所示，为测定木块与斜面之间的动摩擦因数，某同学让木块从斜面上端自静止起作匀加速下滑运动，他使用的实验器材仅限于①倾角固定的斜面（倾角未知）、②木块、③秒表、④米尺。
1．实验中应记录的数据是 。
2．计算动摩擦因数的公式是μ＝ 3．为了减小测量的误差，可采用的办法是 。
2．（1995上海）试根据平抛运动原理设计测量弹射器弹丸出射初速的实验方法。 提供实验器材：弹射器（含弹丸，见示意图）；铁架台（带有夹具）；米尺。 （1）画出实验示意图
（2）在安装弹射器时应注意： 。
（3）实验中需要测量的量（并在示意图中用字母标
出）： 。
（4）由于弹射器每次射出的弹丸初速不可能完全相等，在实验中应采取的方法是： 。 （5）计算公式： 。
3．（2007闵行）如图所示，光滑水平轨道与光滑圆弧轨道相切，轻弹簧的一端固定在轨道的左端，OP是可绕O点转动的轻杆，且摆到某处就能停在该处；另有一小钢球．现在利用这些器材测定弹簧被压缩时的弹性势能。
①还需要的器材是 、 。
②以上测量实际上是把对弹性势能的测量转化为对 能的测量，进而转化对 和 的直接测量。
4．（2007闸北）某同学用弹簧测力计、木块和细线去粗略测定一个木块跟一个固定斜面之间的动摩擦因数，木块放在斜面上，不加拉力时将保持静止。 实验的主要步骤是：
（1）用弹簧测力计测出木块重G； （2）用弹簧测力计平行斜面拉动木块，使木块沿斜面向上做匀速运动，记下弹簧测力计的示数F1； （3）用弹簧测力计平行斜面拉动木块，使木块沿斜面向下做匀速运动，记下弹簧测力计的示数F2； 请推导出求动摩擦因数的计算式（写出推导过程） 。
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物理实验 设计性实验
5．（2006上海）有一测量微小时间差的装置，是由两个摆长略有微小差别的单摆同轴水平悬挂成两个单摆，摆动平面前后相互平行。
（1）现测得两单摆完成 50次全振动的时间分别为50.0s和49.0s，则两单摆的周期差ΔT＝ s；
（2）某同学利用此装置测量小于单摆周期的微小时间差，具体操作如下：把两摆球向右拉至相同的摆角处，先释放长摆摆球，接着再释放短摆摆球，测得短摆经过若干次全振动后，两摆恰好第一次同时同方向通过某位置，由此可得出释放两摆的微小时间差．若测得释放两摆的时间差Δt＝0.165s，则在短摆释放 s（填时间）后，两摆恰好第一次同时向 （填方向）通过 （填位置）； （3）为了能更准确地测量微小的时间差，你认为此装置还可做的改进是 。
6．（2005上海）科学探究活动通常包括以下环节：提出问题，作出假设，制定计划，搜集证据，评估交流等．一组同学研究“运动物体所受空气阻力与运动速度关系”的探究过程如下： A．有同学认为：运动物体所受空气阻力可能与其运动速度有关。
B．他们计划利用一些“小纸杯”作为研究对象，用超声测距仪等仪器测量“小纸杯”在空中直线下落时的下落距离、速度随时间变化的规律，以验证假设。
C．在相同的实验条件下，同学们首先测量了单只“小纸杯”在空中下落过程中不同时刻的下落距离，将数据填入下表中，图（a）是对应的位移－时间图线．然后将不同数量的“小纸杯”叠放在一起从空中下落，分别测出它们的速度－时间图线，如图（b）中图线l、2、3、4、5所示。 D．同学们对实验数据进行分析、归纳后，证实了他们的假设。回答下列提问： （1）与上述过程中A、C步骤相应的科学探究环节分别是 、 。
（2）图（a）中的AB段反映了运动物体在做 运动，表中X处的值为 。
（3）图（b）中各条图线具有共同特点，“小纸杯”在下落的开始阶段做 运动，最后“小纸杯”做 运动。
时间（s） 下落距离（m） 0.0 0.000 0.4 0.036 0.8 0.469 1.2 0.957 1.6 1.447 2.0 X （4）比较图（b）中的图线l和5，指出在1.0～1.5s时间段内，速度随时间变化关系的差
异： 。
7．（2007上海）利用单摆验证小球平抛运动规律，设计方案如图（a）所示，在悬点O正下方有水平放置的炽热的电热丝P，当悬线摆至电热丝处时能轻易被烧断；MN为水平木板，已知 悬线长
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物理实验 设计性实验
为L，悬点与木板间的距离OO′＝h（h＞L）。 （1）电热丝P必须置于悬点正下方的理由是：
。 （2）将小球向左拉起后自由释放，最后小球落在木板上的C点，O′C＝S，则小球做平抛运动的初速度v0为 。
（3）在其他条件不变的情况下，若改变释放小球时悬线与竖直方向间的夹角θ，小球落点与O′点的水平距离S将随之改变，经多次实验，以S为纵坐标、cosθ为横坐标，得到如图（b）所示图象。则当θ＝30°时，S为 m；若悬线长L＝1.0m，悬点与木板间的距离OO′为 m。
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电学设计性实验
8．（1998上海）如图所示，有A、B、C三个接线柱，A、B之间接有内阻不计的10伏电源，手头有四个阻值完全相同的电阻，将它们适当组合，接在A、C和C、B之间，构成一个电路，使A、C间电压为6伏，C、B间电压为4伏，试设计两种方案，分别画在图（a）、（b）中。
9．（1993上海）有小灯泡Ll（6伏，3瓦）和L2（6伏，l瓦）各一只，定值电阻R（18欧，5瓦）一只，电源一只（电动势12伏，内阻不计），电键一只，导线若干。试设计一电路，使L1和L2都能正常发光。
①将设计的电路图画在虚线框内，电路图中要标明各元件的代号。 ②按设计的电路图，用线（表示导线）完成右下图所示仪器的连线。
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物理实验 设计性实验
10．（1997上海）某同学用以下器材测量电阻：
①安培计、②电阻箱、③单刀双掷电键（这种电键在掷刀a倒向b时ab接通，倒向c时ac接通）、④待测电阻、⑤电源、⑥限流电阻，如图所示。实验方法是利用单刀双掷电键分别将电阻箱和待测电阻接入电路，用电阻箱替代待测电阻的方法来测定待测电阻的阻值。 ①在图中完成电路的连接（其中有二条导线已连接好）。
②本实验中电键应先接通的是含有 （填“待测电阻”或“电阻箱”）的电路。用电键变换电路，调节电阻箱时，应使两次测量的 大小相同，这时待测电阻的值可以从 上读出。
11．（1999全国）图（a）为测量电阻的电路。Rx为待测电阻，R的阻值已知。R′为保护电阻，阻值未知。电源ε的电动势未知。K1、K2均为单刀双掷开关。A为电流表，其内阻不计。 （1）按图1所示的电路，在图（b）的实物图上连线。
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物理实验 设计性实验
（2）测量Rx的步骤为：将K2向d闭合，K1向______闭合，记下电流表读数I1。将K2向c闭合，K1向 闭合，记电流表读数I2。 计算Rx的公式是Rx＝ 。
12．用下面的方法可以测量物体的带电量。图中小球是一个外表面镀有金属膜的空心塑料球，用绝缘丝线悬挂于O点，O点固定一个可测量丝线偏离竖直方向角度的量角器，M、N是两块竖直放置的金属板，加上电压后其两板间电场可视为匀强电场。另外还要用到的器材有天平、刻度尺、电压表、直流电源、开关、滑动变阻器及导线若干。实验步骤如下：
①用天平测出小球的质量m，并用刻度尺测出M、N板之间的距离d，使小球带上一定的电量；
②连接电路（请在右图中的虚线框内画出实验所用的电路图，电源、开关已画出）；
③闭合开关，调节滑动变阻器滑片的位置，读出多组相应的电压表的示数和丝线的偏转角度θ；
④以电压U为纵坐标，以 为横坐标作出过原点的直线，求出直线的斜率k；
⑤小球的带电量q ＝ （用m、d、k等物理量表示）
13．（2008上海）某同学利用图（a）所示的电路研究灯泡L1（6V，1.5W）、L2（6V，10W）的发光情况（假设灯泡电阻恒定），图（b）为实物图。
（1）他分别将L1、L2接入图（a）中的虚线框位置，移动滑动变阻器的滑片，当电压表示数为6 V时，发现灯泡均能正常发光。在图（b）中用笔线代替导线将电路连线补充完整。
（2）接着他将L1和L2串联后接入图（a）中的虚线框位置，移动滑动变阻器的滑片，当电压表示数为6V时，发现其中一个灯泡亮而另一个灯泡不亮，出现这种现象的原因是 。
（3）现有如下器材：电源E（6V，内阻不计），若灯泡L1（6V，1.5W）、L2（6V，10W）、L3（6V，10W），单刀双掷开关S，在图（c）中设计一个机动车转向灯的控制电路：当单刀双掷开关S与1相接时，信号灯L1亮，右转向灯L2亮而左转向灯L3不亮；当单刀双掷开关S与2相接时，信号灯L1亮，左转向灯L3亮而右转向灯L2不亮。
O M N
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物理实验 设计性实验
14．（2008上海）如图所示是测量通电螺线管A内部磁感应强度B及其与电流I关系的实验装置。将截面积为S、匝数为N的小试测线圈P置于通电螺线管A中间，试测线圈平面与螺线管的轴线垂直，可认为穿过该试测线圈的磁场均匀，将试测线圈引线的两端与冲击电流计D相连。拨动双刀双掷换向开关K，改变通入螺线管的电流方向，而不改变电流的大小，在P中产生的感应电流引起D的指针偏转。
（1）将开关合到位置1，待螺线管中的电流稳定后，再将K从位置1拨到位置2，测得D的最大偏转距离为dm，d已知冲击电流计的磁通灵敏度为Dφ，Dφ＝m ，式中Δφ
NΔφ
为单匝试测线圈磁通量的变化量，则试测线圈所在处的磁感应强度的大小为B＝ ；若将K从位置1拨到位置2所用的时间为Δt，则试测线圈P中
实验电流I（A） 磁感应强度B产生的平均感应电动势ε＝ 。
－3次数 （×10T） （2）调节可变电阻R，多次改变电流并拨动K，得到A
1 0.5 0.62 中电流I和磁感应强度B的数据，见右表。由此可得，螺
2 1.0 1.25 线管A内磁感应强度B与电流I的关系式为B＝3 1.5 1.88 __________。 4 2.0 2.51 5 2.5 3.12 （3）（多选题）为了减少实验误差，提高测量的准确性，可采取的措施有（
）
（A）适当增加试测线圈的匝数N （B）适当增大试测线圈的横截面积S
（C）适当增大可变电阻R的阻值 （D）适当延长拨动开关的时间
气体设计性实验
15．（2004上海）一根长约为30cm、管内截面积为S＝5.0×10－6m2的玻璃管下端有一个球形小容器，管内有一段长约1cm的水银柱。现在需要用比较准确的方法测定球形小容器的容积V。可用的器材有：刻度尺（量程500mm）、温度计（测量范围0－100℃）、玻璃容器（高约为30cm，直径约10cm）、足够多的沸水和冷水。 （1） 简要写出实验步骤及需要测量的物理量； （2） 说明如何根据所测得的物理量得出实验结果。
16．（2000上海）现有一根粗细均匀长约40厘米，两端开口的玻璃管，内有一小段水柱，一个弹簧秤，一把毫米刻度尺，一小块橡皮泥，一个足够高的玻璃容器，内盛有冰和水的混合物，选用合适的器材，设计一个实验，估测当时的室内温度，要求： （1）在右边方框中画出实验示意图；
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物理实验 设计性实验
（2）写出要测定的物理量 ，写出可直接应用的物理量 ，
（3）写出计算室温的表达式 。
A
17．（2006浦东）右图为一实验装置，烧瓶中密闭了一部分空气，底部与导管中有部分水，导管下部插入烧瓶底部的水中，上部水平且足够长，导管的内横截面积为1.5×10－4m2。从温度计上可读出密闭空气的温度，将烧瓶浸入水中，改变水的温度可以改变密闭气体的温度，发现水柱A端会移动。控制温度改变使水柱A端始终在导管的水平部分移动（水柱移动时烧瓶中水面变化引起的压强变化忽略不计）。
一同学利用此装置研究导管水平部分水柱A端移动距离x与温度t关系，将温度为0℃时A端的位置记为0，得到下表中数据：
x/cm 温度t（℃） A端到0的距离x(cm) 5 4 10 8 15 12.1 20 16 25 20 30 23.9 （1）根据表格中数据画出该实验的x－t图像； 25 20 15 10 5 0 5 10 15 20 25 30 t/℃
（2）根据图像得到移动距离x与热力学温度T的关系x＝ cm； （3）温度t＝0℃时密闭气体的体积为 ml。
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物理实验 设计性实验
18．（2006上海）为了测试某种安全阀在外界环境为一个大气压时，所能承受的最大内部压强，某同学自行设计制作了一个简易的测试装置．该装置是一个装有电加热器和温度传感器的可密闭容器。测试过程可分为如下操作步骤：
a．记录密闭容器内空气的初始温度t1；
b．当安全阀开始漏气时，记录容器内空气的温度t2； c．用电加热器加热容器内的空气； d．将待测安全阀安装在容器盖上；
e．盖紧装有安全阀的容器盖，将一定量空气密闭在容器内。
（1）将每一步骤前的字母按正确的操作顺序填写： ；
（2）若测得的温度分别为t1＝27℃，t2＝87℃，已知大气压强为1.0×105Pa，则测试结果是：这个安全阀能承受的最大内部压强是 。
19．（2002上海）有一组同学对温度计进行专题研究，他们通过查阅资料得知十七世纪时伽利略曾设计过一个温度计，其结构为：一麦杆粗细的玻璃管，一端与一鸡蛋大小的玻璃泡相连，另一端竖直插在水槽中，并使玻璃管内吸入一段水柱，根据管中水柱高度的变化可测出相应的温度。为了研究“伽利略温度计”，同学们按照资料中的描述自制了如图所示的测温装置，图中A为一小塑料瓶，B为一吸管，通过软木塞与A连通，管的下端竖直插在大水槽中，使管内外水面有一高度差h，然后进行实验研究：
（1）在不同温度下分别测出对应的水柱高度h，记录的实验数据如下表所示， 17 温度（℃） 30.0 h（cm） Δh＝hn－1－h n
根据表中数据计算相邻两次测量水柱的高度差，并填入表内的空格，由此可得结论：
①当温度升高时，管内水柱高度h将 （填：变大，变小，不变）；
②水柱高度h随温度的变化而 （填：均匀，不均匀）变化。试从理论上分析并证明结论②的正确性（提示：管内水柱产生的压强远远小于一个大气压）。
。
（2）通过实验，同学们发现用“伽利略温度计”来测温度，还存在一些不足之处，其中主要的不足之处有：
① ； ② 。
20．（2007上海）一定量的理想气体与两种实际气体I、Ⅱ在标准大气压下做等压变化时的V－T关系如图（a）所示，图中
VV0V0V1219 24.9 5.1 21 19.7 23 14.6 25 9.4 27 4.2 。用三份上述理想气体作为测
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物理实验 设计性实验
温物质制成三个相同的气体温度计，然后将其中二个温度计中的理想气体分别换成上述实际气体Ⅰ、Ⅱ。在标准大气压下，当环境温度为T0时，三个温度计的读数各不相同，如图（b）所示，温度计（ⅱ）中的测温物质应为实际气体 ；（图中活塞质量忽略不计）若此时温度计（ⅱ）和（ⅲ）的读数分别为21℃和24℃，则此时温度计（ⅰ）的读数为 ℃；可见用实际气体作为测温物质时，会产生误差。为减小在T1－T2范围内的测量误差，现针对T0进行修正，制成如图（c）所示的复合气体温度计，图中无摩擦导热活塞将容器分成两部分，在温度为T1时分别装入适量气体Ⅰ和Ⅱ，则两种气体体积之比VⅠ：VⅡ应为 。
光学设计性实验
21．（2004上海）下图为一测量灯泡发光强度的装置，AB是一个有刻度的底座，两端可装两个灯泡。中间带一标记线的光度计可在底座上移动，通过观察可以确定两边灯泡在光度计上的照度是否相同。已知照度与灯泡的发光强度成正比、与光度计到灯泡的距离的平方成反比。现有一个发光强度I0的灯泡a和一个待测灯泡b。分别置于底座两端（如图）
（1） 怎样测定待测灯泡的发光强度？
_________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 （2） 简单叙述一个可以减小实验误差的方法。
________________________________________________________________________。
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