物理2025《高中考前》高考沖刺考試方法答題技巧高考預測板塊二 　電學、光學實驗含答案

物理2025《高中考前》高考沖刺考試方法答題技巧高考預測板塊二電學、光學實驗板塊二電學、光學實驗考向一電表的改裝及使用【真題研磨】典例(2024·安徽選擇考)某實驗小組要將電流表G(銘牌標示:Ig=500μA,Rg=800Ω)改裝成量程為1V和3V的電壓表①(1)開關(guān)S1閉合前,滑片P應移動到M(填“M”或“N”)端。

(2)根據(jù)要求和已知信息,電阻箱R1的阻值已調(diào)至1200Ω,則R2的阻值應調(diào)至4000Ω。

(3)當單刀雙擲開關(guān)S2與a連接時,電流表G和標準電壓表V的示數(shù)分別為I、U,則電流表G的內(nèi)阻可表示為Rg=UI-R1-R2。(結(jié)果用U、I、R1、R2(4)校準電表時,發(fā)現(xiàn)改裝后電壓表的讀數(shù)始終比標準電壓表的讀數(shù)偏大②,經(jīng)排查發(fā)現(xiàn)電流表G內(nèi)阻的真實值與銘牌標示值有偏差,則只要AA.增大電阻箱R1的阻值B.減小電阻箱R2的阻值C.將滑動變阻器的滑片P向M端滑動(5)校準完成后,開關(guān)S2與b連接,電流表G的示數(shù)如圖(2)所示,此示數(shù)對應的改裝電壓表讀數(shù)為0.86V。(保留2位有效數(shù)字)

審題思維題眼直擊信息轉(zhuǎn)化①電流表G滿偏時,G、R1分壓1V,G、R1、R2分壓3V②讀數(shù)偏大說明指針偏轉(zhuǎn)角度大,說明電流偏大,實際使用的阻值偏小模型轉(zhuǎn)化電壓表改裝滿偏時:U=Ig(Rg+R)【答題要素】電表的改裝及使用技巧【多維演練】1.維度:多用電表的使用在練習使用多用電表的實驗中,兩小組的同學分別進行了如下操作:(1)(多選)下列是A小組同學對多用電表的使用,其中操作正確的是B、C。

A.如圖甲,利用多用電表直流電壓擋測小燈泡兩端的電壓B.如圖乙,利用多用電表直流電流擋測通過小燈泡的電流C.如圖丙,利用多用電表直流電壓擋粗測電源的電動勢D.如圖丁,利用多用電表歐姆擋測電源的內(nèi)阻(2)B小組同學利用多用電表的歐姆擋測量某一定值電阻的阻值,開始時他們采用“×100”倍率試測,請完善他們的實驗步驟:①將多用電表選擇開關(guān)撥至“×100”倍率;②將兩表筆短接,調(diào)節(jié)歐姆調(diào)零旋鈕,使指針指在歐姆刻度最右端的零刻度線處;

③把待測電阻放在絕緣桌面或紙上,兩表筆分別接在電阻兩端;④結(jié)果指針指在圖戊中a位置;⑤為了減小誤差,需要把選擇開關(guān)撥至“×1k”(選填“×10”或“×1k”)倍率;

⑥重復步驟②和③;⑦最終指針指在圖戊中b位置,讀數(shù)為10kΩ;

⑧把選擇開關(guān)撥至“OFF”,結(jié)束測量。2.維度:多用電表改裝某同學用一節(jié)干電池,將微安表(量程為0~100μA)改裝成倍率分別為×10和×100的雙倍率歐姆表。(1)設(shè)計圖1所示電路測量微安表內(nèi)阻。先斷開S2,閉合S1,調(diào)節(jié)R1的阻值,使表頭滿偏;再保持R1的阻值不變,閉合S2,調(diào)節(jié)R2,當R2的阻值為135Ω時微安表的示數(shù)為60μA。忽略S2閉合后電路中總電阻的變化,經(jīng)計算得RA=90Ω;

(2)設(shè)計雙倍率歐姆表電路如圖2所示,當開關(guān)S撥到1(選填“1”或“2”)時倍率為“×10”,當倍率為“×10”時將兩表筆短接,調(diào)節(jié)滑動變阻器使表頭滿偏,此時通過滑動變阻器的電流為10mA,則Ra+Rb=10Ω;

(3)用該歐姆表測電壓表內(nèi)阻時,先將歐姆表調(diào)至“×100”倍率,歐姆調(diào)零后再將黑表筆接電壓表的“+”(選填“+”或“-”)接線柱,紅表筆接另一接線柱測電壓表內(nèi)阻;

(4)用該歐姆表測量一個額定電壓為220V、額定功率為100W的白熾燈,測量值可能A。

A.遠小于484ΩB.約為484ΩC.遠大于484Ω考向二電阻的測量【真題研磨】典例(2024·新課標全國卷)學生實驗小組要測量量程為3V的電壓表V的內(nèi)阻RV?？蛇x用的器材有:多用電表,電源E(電動勢5V),電壓表V1(量程5V,內(nèi)阻約3kΩ),定值電阻R0(阻值為800Ω),滑動變阻器R1(最大阻值50Ω),滑動變阻器R2(最大阻值5kΩ),開關(guān)S,導線若干。完成下列填空:(1)利用多用電表粗測待測電壓表的內(nèi)阻。首先應CAB(把下列實驗步驟前的字母按正確操作順序排列);

A.將紅、黑表筆短接B.調(diào)節(jié)歐姆調(diào)零旋鈕,使指針指向零歐姆C.將多用電表選擇開關(guān)置于歐姆擋“×10”位置再將多用電表的紅、黑表筆①分別與待測電壓表的負極、正極(選填“正極、負極”或“負極、正極”)相連,歐姆表的指針位置如圖(a)中虛線Ⅰ所示②。為了減少測量誤差,應將選擇開關(guān)旋轉(zhuǎn)到歐姆擋×100(選填“×1”“×100”或“×1k”)位置,重新調(diào)節(jié)后,測量得到指針位置如圖(a)中實線Ⅱ所示,則該小組測量得到的該電壓表內(nèi)阻為(2)為了提高測量精度,他們設(shè)計了如圖(b)所示的電路,其中滑動變阻器應選③R1(選填“R1”或“R2”),閉合開關(guān)S前,滑動變阻器的滑片應置于a(選填“a”或“b(3)閉合開關(guān)S,滑動變阻器滑片滑到某一位置時,電壓表V1,待測電壓表的示數(shù)分別為U1、U,則待測電壓表內(nèi)阻RV=

UR0U1-U(用U1(4)測量得到U1=4.20V,U=2.78V,則待測電壓表內(nèi)阻RV=1.57kΩ(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。

審題思維題眼直擊信息轉(zhuǎn)化①電流從紅表筆流進多用電表,從黑表筆流出多用電表,故黑表筆接待測電壓表正極②指針偏角過小,應更換倍率使指針偏向中間附近,對應表盤示數(shù)變小,所以必須換大倍率③分壓式接法中滑動變阻器小調(diào)節(jié)靈敏模型轉(zhuǎn)化伏伏法測電阻URV失分警示問題“待測電壓表內(nèi)阻RV=kΩ”中,后面已經(jīng)給出單位,注意單位換算。

【答題要素】電阻的測量技巧【多維演練】1.維度:測金屬絲電阻率家庭照明電路中通常用橫截面積為1.5mm2的銅導線進行輸電,已知標準銅的電阻率ρ0=1.7×10-8Ω·m。為了探究一卷標有“紅色BV1.5mm2500m”的銅芯導線純度是否符合標準,某興趣小組進行了如下操作:(1)將導線一端的絕緣外層去除,用螺旋測微器測量其內(nèi)芯直徑d,示數(shù)如圖(a)所示,則d=1.495(1.493~1.497均可)mm。

(2)為了測量導線銅芯的電阻率,興趣小組選用了如下器材:電源E(電動勢6V,內(nèi)阻不計)滑動變阻器R(阻值0~15Ω)定值電阻R0(阻值為6Ω)電壓表V(0~3V,內(nèi)阻約為3kΩ)電流表A(0~0.6A,內(nèi)阻約為0.05Ω)開關(guān)S和導線等圖(b)是他們設(shè)計的電路。為使測量結(jié)果更準確,接線柱P應與n(選填“m”或“n”)相連。進行正確實驗操作后,測得電壓和電流分別為U和I,導線長度為L,求得電阻率ρ=

Uπd24IL(用含字母U、I2.維度:半偏法測電流表電阻利用半偏法來測量電流表A內(nèi)電阻的電路如圖1所示。電路接好之后滑動變阻器調(diào)至最大值,兩個開關(guān)K和K1都斷開。(1)閉合開關(guān)K,逐漸減小滑動變阻器阻值,同時觀察電流表的指針擺動情況,當電流表指針滿偏時,不再調(diào)整滑動變阻器觸頭;(2)閉合開關(guān)K1,然后調(diào)整電阻箱的阻值,同時觀察電流表的指針擺動情況,直到電流表指針半偏,如果此時電阻箱的讀數(shù)為R0,則電流表電阻的測量值為R0。由于系統(tǒng)誤差的影響,使得電流表內(nèi)阻的測量值與真實值相比偏小(選填“偏大”或“偏小”);

(3)為了消除(2)中的系統(tǒng)誤差造成的影響,讓測量更精確一些,可改用如圖2所示的電路測量電流表A的電阻,當電阻箱的讀數(shù)為R1時,電流表A和A1讀數(shù)分別為I和I1,則這種情況下電流表電阻的測量值為

I1-II考向三電源電動勢和內(nèi)阻的測量【真題研磨】典例(2024·甘肅選擇考)精確測量干電池電動勢和內(nèi)阻①需要考慮電表內(nèi)阻的影響。可用器材有:電壓表(量程1.5V,內(nèi)阻約為1.5kΩ)、電流表(量程0.(1)考慮電流表內(nèi)阻影響①用圖1所示電路測量電流表的內(nèi)阻。從圖2電壓表和電流表讀數(shù)可得電流表內(nèi)阻RA=1.0Ω(保留2位有效數(shù)字)。

②用圖3所示電路測量干電池電動勢和內(nèi)阻。電壓表讀數(shù)、電流表讀數(shù)、干電池內(nèi)阻和電流表內(nèi)阻分別用U、I、r和RA表示。則干電池電動勢E=U+I(r+RA)(用I、r和RA表示)。

③調(diào)節(jié)滑動變阻器測得多組電表讀數(shù),作出圖4所示的U-I圖像②。則待測干電池電動勢E=1.40V(保留3位有效數(shù)字)、內(nèi)阻r=(2)考慮電壓表內(nèi)阻影響該小組也嘗試用圖5所示電路③測量電壓表內(nèi)阻,但發(fā)現(xiàn)實驗無法完成。原因是A.電路設(shè)計會損壞儀器B.滑動變阻器接法錯誤C.電壓太大無法讀數(shù) D.電流太小無法讀數(shù)審題思維題眼直擊信息轉(zhuǎn)化①實驗原理:閉合電路歐姆定律,依據(jù)閉合電路歐姆定律建立等式關(guān)系②縱軸截距表示電動勢,斜率絕對值等于電流表和電池內(nèi)阻之和③阻值較大的電壓表串入電路,電路中電流較小,電流表指針幾乎不偏轉(zhuǎn),無法正常讀數(shù)模型轉(zhuǎn)化伏安法測電池電動勢和內(nèi)阻E=U+I(RA+r)U=-(RA+r)I+E失分警示應用閉合電路歐姆定律列等式時不能忽略電流表內(nèi)阻?！敬痤}要素】電源電動勢和內(nèi)阻測量的技巧【多維演練】1.維度:伏安法測電源電動勢和內(nèi)阻某同學準備測量兩節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)阻,他選用了如圖1所示的實驗電路進行測量,(1)某次測量,電壓表的表盤如圖4所示,則讀數(shù)為1.50V;

(2)由于電表存在內(nèi)阻,會導致測量結(jié)果有一定的系統(tǒng)誤差。對于圖1方案,下列有關(guān)系統(tǒng)誤差分析的說法中,正確的是D;

A.電壓表分流導致電源電動勢測量值偏大B.電壓表分流導致電源內(nèi)阻測量值偏小C.電流表分壓導致電源電動勢測量值偏小D.電流表分壓導致電源內(nèi)阻測量值偏大(3)為了消除電表內(nèi)阻帶來的影響,該同學設(shè)計了改進實驗如圖2所示,其中定值電阻R0阻值已知,進行以下實驗步驟:①閉合S1,將S2擲向1,調(diào)節(jié)滑動變阻器R的阻值,使電流表和電壓表有較大偏轉(zhuǎn),記下示數(shù)I0、U0,則電流表的內(nèi)阻RA=

U0I0-R②將S2擲向2,調(diào)節(jié)變阻器的阻值,記錄多組電流表示數(shù)I和電壓表對應的示數(shù)U,然后利用數(shù)據(jù)作出圖3的U-I圖像,圖中a、b已知,則測量得到的電動勢E=a,內(nèi)阻r=

ab-U02.維度:安阻法測電池的電動勢和內(nèi)阻某同學設(shè)計了如圖甲所示的電路,用來測量水果電池的電動勢E和內(nèi)阻r,以及一未知電阻Rx的阻值,圖中電流表內(nèi)阻極小,可忽略。實驗過程如下:i.斷開開關(guān)S1,閉合開關(guān)S2,改變電阻箱R的阻值,記錄不同阻值對應的電流表示數(shù);ii.將開關(guān)S1、S2都閉合,改變電阻箱R的阻值,再記錄不同阻值對應的電流表示數(shù);iii.根據(jù)步驟i、ii記錄的數(shù)據(jù),作出對應的1I-R的圖線,如圖乙所示,A、B兩條傾斜直線的縱截距均為b,斜率分別為k1、k2根據(jù)以上實驗步驟及數(shù)據(jù),回答下列問題:(1)根據(jù)步驟ii中記錄的數(shù)據(jù),作出的1I-R圖線是圖乙中的B(選填“A”或“B(2)根據(jù)圖乙中圖線的斜率和截距,可以表示出電源電動勢E=

1k,電源內(nèi)阻r=

bk1,電阻Rx=

bk2-k1(用(3)若電流表內(nèi)阻較大不可忽略,圖線A、B的截距不同(選填“相同”或“不同”),內(nèi)阻r測量值偏大(選填“偏大”“偏小”或“不變”)。

考向四創(chuàng)新類實驗【真題研磨】典例(2024·廣東選擇考)某科技小組模仿太陽能發(fā)電中的太陽光自動跟蹤系統(tǒng),制作光源跟蹤演示裝置,實現(xiàn)太陽能電池板方向的調(diào)整,使電池板正對光源①。圖甲是光照方向檢測電路。所用器材有:電源E(電動勢3V)、電壓表(V1)和(V2)(量程均有3V和15V,內(nèi)阻均可視為無窮大),滑動變阻器R:兩個相同的光敏電阻RG1和RG2答:(1)電路連接。圖乙中已正確連接了部分電路,請完成虛線框中滑動變阻器R、電源E、開關(guān)S和電壓表(V)間的實物圖連線。(2)光敏電阻阻值與光照強度關(guān)系測試。①將圖甲中R的滑片置于b端。用手電筒的光斜照射到RG1和RG2,使RG1表面的光照強度比RG2表面的小。

②閉合S,將R的滑片緩慢滑到某一位置。的示數(shù)如圖丙所示,讀數(shù)U1為1.60V,的示數(shù)U2為1.17V。由此可知,表面光照強度較小的光敏電阻的阻值較大(選填“較大”或“較小”)。

③斷開S。(3)光源跟蹤測試。①將手電筒的光從電池板上方斜照射到RG1和RG2。②閉合S。并啟動控制單元?？刂茊卧獧z測并比較兩光敏電阻的電壓,控制電動機轉(zhuǎn)動。此時兩電壓表的示數(shù)U1<U2②,圖乙中的電動機帶動電池板逆時針(選填“逆時針”或“順時針”)轉(zhuǎn)動,直至U審題思維題眼直擊信息轉(zhuǎn)化①RG1和RG2上光照強度不同時會轉(zhuǎn)動方向,最終使電池板正對光源②RG1表面的光照強度大,說明是更靠近光源一側(cè)。為正對光源,電池板會朝RG1一側(cè)轉(zhuǎn)動模型轉(zhuǎn)化串聯(lián)電路電流相同,電壓與阻值成正比U=IR【答題要素】創(chuàng)新類實驗常見模型【多維演練】1.維度:測電阻應用創(chuàng)新在防范流感過程中,體溫計發(fā)揮了重要作用。某校中學生助手實驗興趣小組同學利用身邊的實驗器材,將熱敏電阻作為測溫探頭,制作了電路圖如圖甲的簡易金屬測溫計。(1)由于定值電阻R0的具體電阻值未知,實驗小組同學采用如圖乙所示的電路(圖甲和圖乙中的電壓表為同一電壓表,量程為0~3V,電壓表內(nèi)阻未知,表盤刻度如圖丙所示),用伏安法測出R0的測量值為30Ω,該測量值與真實值相比偏小(選填“偏大”“偏小”或“相等”);

(2)圖甲中的電源電動勢為6V,內(nèi)阻不計,圖中的RT為熱敏電阻,其阻值隨溫度變化的圖像如圖丁所示。則制作的簡易溫度計40℃應該標在圖丙電壓表刻度盤上1.80(1.8也可)V的位置上;

(3)分析整個實驗過程,在僅考慮系統(tǒng)誤差的情況下,用該測溫計所測得的體溫值與實際體溫值相比相等(選填“偏大”“偏小”或“相等”)。

2.維度:電容器充放電(2024·海南等級考)用如圖a所示的電路觀察電容器的充放電現(xiàn)象,實驗器材有電源E、電容器C、電壓表、電流表、電流傳感器、計算機、定值電阻R、單刀雙擲開關(guān)S1、開關(guān)S2、導線若干。(1)閉合開關(guān)S2,將S1接1,電壓表示數(shù)增大,最后穩(wěn)定在12.3V。在此過程中,電流表的示數(shù)B(填選項標號)

A.一直穩(wěn)定在某一數(shù)值B.先增大,后逐漸減小為零C.先增大,后穩(wěn)定在某一非零數(shù)值(2)先后斷開開關(guān)S2、S1,將電流表更換成電流傳感器,再將S1接2,此時通過定值電阻R的電流方向為a→b(選填“a→b”或“b→a”),通過傳感器將電流信息傳入計算機,畫出電流隨時間變化的I-t圖像,如圖b,t=2s時I=1.10mA,圖中M、N區(qū)域面積比為8∶7,可求出R=5.2kΩ(保留2位有效數(shù)字)。

考向五光學類實驗【真題研磨】典例(2024·安徽選擇考)某實驗小組做“測量玻璃的折射率”及拓展探究實驗。(1)為測量玻璃的折射率,按如圖甲所示進行實驗,以下表述正確的一項是B。(填正確答案標號)

A.用筆在白紙上沿著玻璃磚上邊和下邊分別畫出直線B.在玻璃磚一側(cè)插上大頭針P1、P2,眼睛在另一側(cè)透過玻璃磚看兩個大頭針,使P2把P1擋住,這樣就可以確定入射光線和入射點O1。在眼睛這一側(cè),插上大頭針P3,使它把P1、P2都擋住,再插上大頭針P4,使它把P1、P2、P3都擋住,這樣就可以確定出射光線和出射點O2C.實驗時入射角θ1應盡量小一些,以減小實驗誤差(2)為探究介質(zhì)折射率與光的頻率的關(guān)系,分別用一束紅光和一束綠光從同一點入射到空氣與玻璃的分界面。保持相同的入射角,根據(jù)實驗結(jié)果作出光路圖,并標記紅光和綠光②,如圖乙所示。此實驗初步表明:對于同一種介質(zhì),折射率與光的頻率有關(guān)。頻率大,折射率大(3)為探究折射率與介質(zhì)材料的關(guān)系,用同一束微光分別入射玻璃磚和某透明介質(zhì),如圖丙、丁所示。保持相同的入射角α1,測得折射角分別為α2、α3(α2<α3),則玻璃和該介質(zhì)的折射率大小關(guān)系為n玻璃>(選填“>”或“<”)n介質(zhì)。此實驗初步表明:對于一定頻率的光,折射率與介質(zhì)材料有關(guān)。

審題思維題眼直擊信息轉(zhuǎn)化①用筆直接沿玻璃邊緣畫線會污染玻璃表面,操作不當②綠光頻率大,折射角小,故頻率大折射率大模型轉(zhuǎn)化n=sin失分警示入射角相同時折射角越小說明折射率越大?！敬痤}要素】1.光學類實驗常見模型2.光學類實驗注意事項【多維演練】1.維度:測量玻璃折射率用激光測玻璃磚折射率的實驗中,玻璃磚與屏P平行放置,從另一側(cè)用激光筆以一定角度照射,此時在屏上的S1處有激光點,移走玻璃磚,光點移到S2處。(1)請畫出激光束經(jīng)玻璃磚折射后完整的光路圖;答:(2)已經(jīng)測出AB=l1,OA=l2,S1S2=l3,則折射率n=

l1((3)若改用比寬ab更小的玻璃磚做實驗,則S1S2間的距離會變小(選填“變大”“變小”或“不變”)。

2.維度:光的干涉1834年,洛埃利用平面鏡同樣得到了楊氏雙縫干涉的結(jié)果(稱洛埃鏡實驗)。應用洛埃鏡測量單色光波長的原理如下:如圖所示,S'是單縫S通過平面鏡成的像,如果S被視為雙縫干涉中的一個縫,S'相當于另一個縫。單色光從單縫S射出,一部分入射到平面鏡后反射到光屏上,另一部分直接投射到光屏上,在光屏上兩光束交疊區(qū)域里出現(xiàn)干涉條紋。請回答下列問題:(1)(多選)以下哪些操作能夠增大光屏上相鄰兩條亮紋之間的距離A、C;

A.將平面鏡稍向上移動一些B.將平面鏡稍向下移動一些C.將光屏稍向右移動一些D.將光源由紅色光改為綠色光(2)若光源S到平面鏡的垂直距離和到光屏的垂直距離分別為h和D,光屏上形成的相鄰兩條亮紋(或暗紋)間距離為Δx,單色光的波長λ=

2hΔ(3)實驗表明,光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì),會在界面發(fā)生反射,當入射角接近90°時,反射光與入射光相比,相位有π的變化,稱為“半波損失”。已知h遠小于D,如果把光屏向左平移到非常接近平面鏡處,光屏上最下方兩束光相遇會相互減弱(選填“加強”或“減弱”)。

1.☆☆☆(測電動勢和內(nèi)阻)幾位同學通過實驗研究水果電池的電動勢和內(nèi)阻。(1)他們制作了一個蘋果電池組(內(nèi)阻較大)進行研究。從盡量減小實驗誤差的角度,請將圖1中的實物連接成實驗所用的電路,圖中電壓表和電流表的量程分別為1V和0.6mA(內(nèi)阻較小)。答:(2)利用圖1所示的電路,調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片的位置,測量出相應的電流I和電壓U,并將電流I和相應的電壓U用“·”標注在如圖3所示的坐標紙上。其中一組電流和電壓讀數(shù)如圖2所示,則電壓表的讀數(shù)為0.78V。

(3)請將圖2所示的電流表、電壓表的讀數(shù)也用“·”標注在圖3的坐標紙上,并畫出這個蘋果電池組的U-I圖線。答:(4)根據(jù)圖3的U-I圖線可得,該電池組內(nèi)電阻r=1.46×103(1.42×103~1.53×103均可)Ω。(保留三位有效數(shù)字)

(5)關(guān)于該實驗的誤差,下列說法正確的是 (D)A.由于電壓表的分流作用,會使電源電動勢的測量值偏大B.由于電流表的分壓作用,會使電源電動勢的測量值偏小C.由于電流表內(nèi)阻的影響,會使電源內(nèi)阻的測量值偏小D.由于電流表內(nèi)阻的影響,會使電源內(nèi)阻的測量值偏大2.☆☆☆(光電綜合應用)現(xiàn)在許多汽車的雨刮器都具有自動感應功能,通常在擋風玻璃中間上方安裝紅外反射式雨量傳感器。其示意圖如圖a所示,由右側(cè)發(fā)光二極管發(fā)射紅外線,射向擋風玻璃并全部發(fā)生全反射,紅外線被光電二極管接收。下雨時,光電二極管接收到的紅外線與不下雨時存在差異,從而讓雨刮器工作。試回答以下問題:(1)下雨時,光電二極管接收到的紅外線與不下雨時存在差異,原因是有雨時,部分光線發(fā)生了折射(選填“折射”或“全反射”);

(2)雨量越大時,光電傳感器電阻越小,則雨刮器越快;若雨刮器內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)簡化成圖甲和圖乙,其中A為光電傳感器模塊,B為電動機模塊,則能夠?qū)崿F(xiàn)雨量越大、雨刮越快的是圖乙(選填“甲”或“乙”);

(3)小明同學從廢舊汽車拆下一個雨刮器電動機,銘牌上標有額定電壓12V,額定功率30W,通過測量發(fā)現(xiàn)電動機電壓達到6V才能轉(zhuǎn)動。為保護電動機,不轉(zhuǎn)動時,電流不能超過1A。小明同學打算測量電動機內(nèi)阻。①他首先用多用電表的歐姆擋進行粗測,他選擇了“×1”擋后,先進行歐姆調(diào)零,再進行測量,讀數(shù)如圖b所示,則讀數(shù)為4.0Ω;

②為精確測量,實驗室提供了如下器材:恒壓電源U(12V)、電壓表V(8V,約1kΩ)、電流表A(1A,約1Ω)、滑動變阻器R(0~10Ω)、定值電阻R0=5Ω、導線、開關(guān)。他設(shè)計了如圖c所示的電路圖。請回答以下問題:(ⅰ)為了多測幾組數(shù)據(jù),圖c中的電路圖,電壓表應該接在b端(選填“a”或“b”)。

(ⅱ)若某次測量,電壓表讀數(shù)為U0,電流表為I0,則電動機內(nèi)阻為

U0I0-R板塊六帶電粒子在組合場、復合場中的運動考向一帶電粒子在組合場中的運動【真題研磨】典例(2024·湖南選擇考)如圖,有一內(nèi)半徑為2r、長為L的圓筒,左右端面圓心O'、O處各開有一小孔。以O(shè)為坐標原點,取O'O方向為x軸正方向建立xyz坐標系。在筒內(nèi)x≤0區(qū)域有一勻強磁場,磁感應強度大小為B,方向沿x軸正方向;筒外x≥0區(qū)域有一勻強電場,場強大小為E,方向沿y軸正方向。一電子槍在O'處向圓筒內(nèi)多個方向發(fā)射電子,電子初速度方向均在xOy平面內(nèi),且在x軸正方向的分速度大小均為v0①。已知電子的質(zhì)量為m、電量為(1)若所有電子均能經(jīng)過O進入電場②,求磁感應強度B的最小值;(2)取(1)問中最小的磁感應強度B,若進入磁場中電子的速度方向與x軸正方向最大夾角為θ③,求tanθ的絕對值;(3)取(1)問中最小的磁感應強度B,求電子在電場中運動時y軸正方向的最大位移。審題思維題眼直擊信息轉(zhuǎn)化①電子沿x軸的勻速直線運動和在yOz平面內(nèi)的勻速圓周運動②從O'到O過程中在yOz平面內(nèi)的勻速圓周運動是正周期③θ角最大,vy最大,R最大,R=r模型轉(zhuǎn)化空間內(nèi)有水平向右勻強磁場速度方向與磁場不垂直時,速度分解為沿磁場方向vx,垂直于磁場方向vy沿磁場方向勻速直線運動L=vxt垂直磁場平面勻速圓周運動,vyB=mv【解析】(1)電子在勻強磁場中運動時,將其分解為沿x軸的勻速直線運動和在yOz平面內(nèi)的勻速圓周運動,設(shè)電子入射時沿y軸的分速度大小為vy,由電子在x軸方向做勻速直線運動得L=v0t在yOz平面內(nèi),設(shè)電子做勻速圓周運動的半徑為R,周期為T,由牛頓第二定律知Bevy=mvy2R可得R=mvyBe由題意可知所有電子均能經(jīng)過O進入電場,則有t=nT(n=1,2,3,…)聯(lián)立得B=2πnmv0當n=1時,B有最小值,可得Bmin=2π(2)將電子的速度分解,如圖所示有tanθ=v當tanθ有最大值時,vy最大,R最大,此時R=r,又Bmin=2πmv0eL聯(lián)立可得vym=2πv0rL(3)當vy最大時,電子在電場中運動時沿y軸正方向有最大位移ym,根據(jù)勻變速直線運動規(guī)律有ym=v由牛頓第二定律知a=Eem,又vym=聯(lián)立得ym=2答案:(1)2πmv0eL(2)【答題要素】“三步法”解決帶電粒子在組合場中的運動問題(1)明種類:明確組合場的種類及邊界特征。(2)畫軌跡:分析帶電粒子在各場中受力與速度關(guān)系,明確運動特點,畫好軌跡圖。(3)用規(guī)律:①在電場中,做直線運動應用勻變速直線運動規(guī)律或功能關(guān)系求解問題;做曲線運動,應用運動的合成與分解求解問題。②在磁場中,粒子做勻速圓周運動,洛倫茲力提供向心力,先找圓心定半徑,再應用幾何關(guān)系分析求解相關(guān)問題?！径嗑S演練】1.維度:電場類平拋運動+磁場圓周運動+電場中運動的分解如圖所示,xOy坐標系內(nèi)存在圓形有界勻強磁場,圓心在A點(0,R)、半徑為R、磁感應強度為B、方向垂直于紙面向外;在x>R的區(qū)域存在沿y軸負方向的勻強電場,x軸上有無限長的收集板。原點O處有一離子源,它可向各個方向發(fā)射速率相同的同種離子。沿y軸正方向發(fā)射的離子經(jīng)磁場從P點射出后,在電場中落到收集板上的Q點。已知離子質(zhì)量為m、帶電量為+q(q>0),P、Q兩點坐標分別為(R,R)、(3R,0),離子重力不計,落到收集板后不反彈,求:(1)離子的發(fā)射速率;(2)勻強電場的電場強度大小;(3)沿與y軸正方向均成30°角發(fā)射的離子1、離子2落到收集板上的間隔距離。【解析】(1)根據(jù)題意作出離子的運動軌跡離子在磁場中做勻速圓周運動qv0B=mv根據(jù)幾何關(guān)系有r=R,解得v0=qBR(2)P→Q離子做類平拋運動,則x=v0t=2R,y=12at2=加速度為a=Eqm,解得E=(3)對離子1有Rsin30°=12at12,x1=R+v0t1,解得x1=(對離子2有R+Rsin30°=12at22,x2=R+v0t2,解得x2=(離子1、離子2落到收集板上的間隔距離為Δx=x2-x1=(6-2)R答案:(1)qBRm(2)qRB22m(3)(2.維度:電場與磁場空間中的運動如圖所示,空間坐標系O-xyz內(nèi)有一由正方體ABCO—A'B'C'O'和半圓柱體BPC—B'P'C'拼接而成的空間區(qū)域,正方體區(qū)域內(nèi)存在沿z軸負方向的勻強電場,半圓柱體區(qū)域內(nèi)存在沿z軸負方向的勻強磁場。M、M'分別為AO、A'O'的中點,N、N'分別為BC、B'C'的中點,P、P'分別為半圓弧BPC、B'P'C'的中點,Q為MN的中點。質(zhì)量為m、電荷量為q的正粒子在豎直平面MNN'M'內(nèi)由M點斜向上射入勻強電場,入射的初速度大小為v0,方向與x軸正方向夾角為θ=53°。一段時間后,粒子垂直于豎直平面BCC'B'射入勻強磁場。已知正方體的棱長和半圓柱體的直徑均為L,勻強磁場的磁感應強度大小為B=6mv05qL(1)求勻強電場的電場強度E的大小;(2)求粒子自射入電場到離開磁場時的運動時間t;(3)若粒子以相同的初速度自Q點射入勻強電場,求粒子離開勻強磁場時的位置坐標?！窘馕觥?1)粒子在電場中運動時,沿x軸方向L=v0cos53°·t1解得t1=5L3v0,沿z軸方向v由牛頓第二定律可知a=qEm,解得E=(2)粒子進入勻強磁場后,由牛頓第二定律可知qv0cos53°·B=m(v0cos53°)2R1粒子在勻強磁場中運動的時間t2=60°360°故t=t1+t2=5(3)若粒子以相同的初速度自Q點射入勻強電場,在勻強電場中運動的時間t3=L2v0cos53°=5L6v0沿z軸方向的速度大小為vz=v0sin53°-at3=25v故粒子沿x軸方向做勻速圓周運動,半徑R2=R1=L沿z軸方向做勻速直線運動,因粒子做圓周運動的半徑不變,故在磁場中運動的時間不變,在磁場中沿z軸方向運動的位移大小為z1=vzt2=π在電場中沿z軸方向運動的位移大小為z2=v0sin53°+v故粒子離開磁場時,z軸方向的坐標z=z1+z2=9+2π18y軸方向的坐標y=R2cos60°=Lx軸方向的坐標x=L+R2sin60°=4+3即離開磁場時的位置坐標為(4+34L,L4,答案:(1)12mv0225qL(2)5L(6+π)考向二帶電粒子在復合場中的運動【真題研磨】典例(2024·甘肅選擇考)質(zhì)譜儀是科學研究中的重要儀器,其原理如圖所示。Ⅰ為粒子加速器,加速電壓為U;Ⅱ為速度選擇器,勻強電場的電場強度大小為E1,方向沿紙面向下,勻強磁場的磁感應強度大小為B1,方向垂直紙面向里;Ⅲ為偏轉(zhuǎn)分離器,勻強磁場的磁感應強度大小為B2,方向垂直紙面向里。從S點釋放初速度為零的帶電粒子(不計重力),加速后進入速度選擇器做直線運動①、再由O點進入分離器做圓周運動,最后打到照相底片的P點處,運動軌跡如圖中虛線所示。(1)粒子帶正電還是負電?求粒子的比荷。(2)求O點到P點的距離。(3)若速度選擇器Ⅱ中勻強電場的電場強度大小變?yōu)镋2(E2略大于E1)②,方向不變,粒子恰好垂直打在速度選擇器右擋板的O'點上。求粒子打在O'點的速度大小。審題思維題眼直擊信息轉(zhuǎn)化①速度選擇器中粒子做勻速直線運動qv0B1=qE1②通過配速法,將運動分解為水平向右勻速運動和豎直方向勻速圓周運動模型轉(zhuǎn)化如圖所示,空間存在著電磁復合場,勻強磁場B垂直于紙面向內(nèi),勻強電場E豎直向下,一個帶電量為+q的粒子(重力不計)以初速v0沿水平方向進入復合場,則粒子受力情況為:洛倫茲力豎直向上,電場力豎直向下,若滿足qBv0=qE得v0=EB若粒子進入電磁復合場時速度v≠v0,則運動軌跡將是復雜曲線,解決辦法是將粒子的運動看成v0與v1兩個運動的合運動,即將v分解為v=v0+v1,因而粒子受到的兩個洛倫茲力可看成qv0B與qv1B,其中qv0B平衡電場力qE,則粒子在電磁場中所受合力為F=qBv1,這樣,粒子的復雜運動分解成以勻速直線運動(速度v0)和勻速圓周運動(速率v【解析】(1)由于粒子向上偏轉(zhuǎn),根據(jù)左手定則可知粒子帶正電;設(shè)粒子的質(zhì)量為m,電荷量為q,粒子進入速度選擇器時的速度為v0,在速度選擇器中粒子做勻速直線運動,由平衡條件得qv0B1=qE1在加速電場中,由動能定理qU=12m聯(lián)立解得,粒子的比荷為qm=(2)由洛倫茲力提供向心力qv0B2=mv可得O點到P點的距離為OP=2r=4(3)粒子進入Ⅱ瞬間,粒子受到向上的洛倫茲力F洛=qv0B1向下的電場力F=qE2由于E2>E1,且qv0B1=qE1所以通過配速法,如圖所示其中滿足qE2=q(v0+v1)B1則粒子在速度選擇器中水平向右以速度v0+v1做勻速運動,豎直方向以v1做勻速圓周運動,當速度轉(zhuǎn)向到水平向右時,滿足垂直打在速度選擇器右擋板的O'點的要求,故此時粒子打在O'點的速度大小為v'=v0+v1+v1=2答案:(1)帶正電E122UB1【答題要素】1.復合場中運動及求解方法歸類復合場運動及求解方法磁場、重力場重力、洛倫茲力平衡:勻速直線運動;重力、洛倫茲力不平衡:復雜的曲線運動,機械能守恒電場、磁場電場力、洛倫茲力平衡:勻速直線運動;電場力、洛倫茲力不平衡:復雜的曲線運動,可用動能定理求解電場、磁場、重力場三力平衡:勻速直線運動;重力、電場力平衡:勻速圓周運動;合力不為零:可能做復雜的曲線運動,可用能量守恒或動能定理求解2.“三步法”解決帶電粒子在復合場中的運動問題(1)明受力:明確復合場中粒子的受力;(2)畫軌跡:從受力分析,知曉粒子的運動特征,畫出軌跡圖。(3)用規(guī)律:①做直線運動應用勻變速直線運動規(guī)律或功能關(guān)系求解問題;做曲線運動,應用運動的合成與分解求解問題。②做勻速圓周運動,洛倫茲力提供向心力,先找圓心定半徑,再應用幾何關(guān)系分析求解相關(guān)問題。【多維演練】1.維度:質(zhì)譜儀模型某一質(zhì)譜儀原理如圖所示,區(qū)域Ⅰ為粒子加速器,加速電壓為U1;區(qū)域Ⅱ為速度選擇器,磁場與電場正交,磁感應強度為B1,兩板間距離為d;區(qū)域Ⅲ為偏轉(zhuǎn)分離器,磁感應強度為B2。今有一質(zhì)量為m、電荷量為q的正粒子(不計重力),經(jīng)加速后,該粒子恰能通過速度選擇器,粒子進入分離器后做勻速圓周運動。求:(1)粒子離開加速器時的速度大小v;(2)速度選擇器兩板間的電壓U2;(3)粒子在分離器中做勻速圓周運動的半徑R?！窘馕觥?1)粒子經(jīng)過加速電場U1加速后,根據(jù)動能定理qU1=12mv2解得v=(2)因為粒子恰能通過速度選擇器,則粒子在速度選擇器中受到的電場力和洛倫茲力為一對平衡力,即qE=qU2d解得U2=B1d2(3)粒子在B2磁場中運動時,洛倫茲力提供向心力,則qvB2=m解得R=1答案:(1)2qU1m(2)B1d2.維度:動量+疊加場如圖所示,勻強磁場方向垂直于紙面向里,磁感應強度大小為B,質(zhì)量為m、電荷量為e的電子以垂直于磁場方向的速度v射入,運動過程中受到空氣的阻力f=kv,k為已知常量。求:(1)電子速度從v減小為v2過程中空氣阻力所做的功W(2)電子速度從v減小為v2過程中通過的路程s(3)要使電子保持速度大小為v,角速度為ω做勻速圓周運動,可在空間加一個方向始終與磁場方向垂直的勻強電場并使之旋轉(zhuǎn),不考慮電磁波的影響,電場的場強大小E?！窘馕觥?1)由動能定理得Wf=12m(v2)解得Wf=-38mv(2)沿電子運動軌跡的切線方向kv=ma,∑kv×Δt=∑ma×Δt又∑kv×Δt=ks,∑ma×Δt=Δp所以ks=m(v-v2解得電子通過的路程為s=mv(3)電場旋轉(zhuǎn)的角速度大小為ω。情況1:電場力與空氣阻力平衡,洛倫茲力提供向心力eE=kv,evB=mωv解得E=kve,此時ω=情況2:ω>eBm設(shè)電場力與洛倫茲力方向夾角為θ(θ<90°),沿圓周切線方向eEsinθ=kv沿圓周半徑方向eEcosθ+evB=mωv解得E=v情況3:ω<eBm設(shè)電場力與洛倫茲力反方向夾角為α(α<90°),沿圓周切線方向eEsinα=kv沿圓周半徑方向evB-eEcosα=mωv解得E=v綜上分析可知E=v答案:(1)-38mv2(2)mv2k1.☆☆☆☆(組合場)X射線技術(shù)是醫(yī)療、工業(yè)和科學領(lǐng)域中廣泛應用的一種非侵入性檢測方法。如醫(yī)院中的X光檢測設(shè)備就是一種利用X射線穿透物體并捕獲其投影圖像的儀器。其中激發(fā)X射線輻射出來的工作原理是在X射線管中,從電子槍逸出的電子被加速、偏轉(zhuǎn)后高速撞擊目標靶,實現(xiàn)破壞輻射,從而放出X射線。如圖所示,從電子槍逸出的電子(質(zhì)量為m、電荷量為e,初速度可以忽略)經(jīng)勻強電場加速后,以水平速度v0從P點射入磁場,經(jīng)過偏轉(zhuǎn)后撞擊目標靶,撞在不同位置,輻射出不同能量的X射線(M點最小,N點最大)。已知水平放置的目標靶MN長為2L,PM長為L,不計電子重力和電子高速運行中輻射的能量。求:(1)電子進入磁場的速度v0;(2)調(diào)節(jié)磁感