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第3讲选考实验综合网络构建涉及电磁学类实验【典例1】如图1所示是三个成功演示电磁感应的实验，回答下列问题。图1(1)图c电路中仪器未连线，请按照实验的要求连好实验电路。(2)电流表指针偏转角跟感应电流的大小成________关系。(3)第一个成功实验(如图a)中，将条形磁铁从同一高度插入到线圈中同一位置，快速插入和慢速插入有什么量是相同的？________________________________，什么量是不同的？___________________________________________________。(4)从三个成功的演示实验可归纳出的结论是_________________________________________________________________________________________________。解析(1)实验电路如图。(2)由电流表的原理知电流表指针的偏角与感应电流的大小成正比。(3)将条形磁铁从同一高度插入到线圈中同一位置，快速插入和慢速插入磁通量的变化量相同，所用的时间不同，则磁通量的变化率不同。(4)通过三个实验可以得出：穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路就会产生感应电流；或闭合电路中感应电动势的大小与穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。答案(1)见解析图(2)正比(3)磁通量的变化量磁通量的变化率(4)见解析【典例2】(1)为完成“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验，必须要选用的是______(多选)。A.有闭合铁芯的原副线圈；B.无铁芯的原副线圈；C.交流电源；D.直流电源；E.多用电表(交流电压挡)；F.多用电表(交流电流挡)。用匝数na＝60匝和nb＝120匝的变压器，实验测量数据如下表：Ua/V1.802.803.804.90Ub/V4.006.018.029.98根据测量数据可判断连接电源的线圈是______(填na或nb)。(2)用如图2所示的装置做“探究感应电流方向的规律”实验，磁体从靠近线圈的上方静止下落。当磁体运动到如图所示的位置时，流过线圈的感应电流方向从________(填“a到b”或“b到a”)。在磁体穿过整个线圈的过程中，传感器显示的电流i随时间t的图象应该是________。图2解析(1)为了完成变压器的探究，需要使用交流电源变压、多用电表(交流电压挡)。为了让变压效果明显需要含有闭合铁芯的原副线圈，因此选项A、C、E正确。由于有漏磁，所以副线圈测量电压应该小于理想变压值，即nb为输入端，na为输出端。(2)当磁体运动到如图所示位置时，根据楞次定律，感应磁场方向向下，根据右手螺旋定则可知流过线圈的感应电流方向为“b到a”。根据楞次定律可知，进入电流方向与离开时电流方向相反，选项C错误；由于离开时速度比进入速度快，即切割磁感线的感应电流要大，选项A正确，B、D错误。答案(1)ACEnb(2)b到aA1.探究电磁感应的产生条件及感应电流方向的规律(1)若原线圈磁场较弱，为使现象明显，把原线圈插入或拔出时，可采用较大速度。(2)开始实验时滑动变阻器的滑片应置于连入电路的阻值最大的位置。(3)灵敏电流计满偏电流为＋300μA，允许通过的电流很小，查明电流计指针的偏转方向和电流方向的关系时，应使用一节干电池。(4)原、副线圈接入电路前应仔细观察导线绕向并画出草图。2.探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系(1)先保持原线圈的匝数不变，改变副线圈的匝数，研究对副线圈电压的影响。然后再保持副线圈的匝数不变，改变原线圈的匝数，研究对副线圈电压的影响。(电路上要标出两个线圈的匝数、原线圈欲加电压的数值且要事先推测副线圈两端电压的可能数值)(2)连接电路后要同组的几位同学各自独立检查后，方可接通电源。(3)为了人身安全，使用低压交流电源，所用电压不要超过12V。(4)为了多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程试测，大致确定被测电压后再选用适当的量程进行测量。1.如图3所示，是“探究电磁感应产生条件”的实验装置。图3(1)将图中所缺导线补充完整。(2)如果在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下，那么合上开关后，将原线圈迅速插入副线圈中，电流计指针将________。(3)原线圈插入副线圈后，将滑动变阻器滑片迅速向左移动时，电流计指针将________。解析(1)探究电磁感应现象实验电路分两部分，要使原线圈产生磁场必须对其通电，故电源、开关、滑动变阻器、原线圈组成闭合电路，灵敏电流计与副线圈组成另一个闭合电路，如图所示。(2)在闭合开关时，穿过副线圈的磁通量增加，灵敏电流计的指针向右偏，那么合上开关后，将原线圈迅速插入副线圈中，穿过副线圈的磁通量增加，电流计指针将向右偏转。(3)原线圈插入副线圈后，将滑动变阻器滑片迅速向左移动时，穿过副线圈的磁通量减少，电流计指针将向左偏转。答案(1)见解析图(2)向右偏(3)向左偏2.某学生选用匝数可调的可拆变压器来“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验时，原线圈接在学生电源上，用多用电表测量副线圈的电压。(1)下列操作正确的是________。A.原线圈接直流电压，电表用直流电压挡B.原线圈接直流电压，电表用交流电压挡C.原线圈接交流电压，电表用直流电压挡D.原线圈接交流电压，电表用交流电压挡(2)该学生继续做实验，在电源电压不变的情况下，先保持原线圈的匝数不变，增加副线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压增大；然后再保持副线圈的匝数不变，增加原线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压________(选填“增大”“减小”或“不变”)。解析(1)变压器的工作原理是互感现象，故原线圈接交流电压，输出电压也是交流电压，故电表用交流电压挡，选项A、B、C错误，D正确。答案(1)D(2)减小(2)根据变压比公式U1U2＝n1n2，保持副线圈的匝数不变，增加原线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压减小。3.(1)如图4所示为探究“感应电流方向的规律”实验装置，下列电表中最适合该实验的是________(填字母)。图4(2)某同学用如图5甲所示可拆变压器，探究线圈两端电压与匝数的关系，输入输出如图乙所示。将单刀双掷开关打到1，增大副线圈匝数，小灯泡的亮度将________(填“变亮”“变暗”或“不变”)。该同学利用该装置进一步探究电容器对交变电流的影响，他将开关打到2，小灯泡发光，现增大输入端的交流电源频率，小灯泡的亮度将________(填“变亮”“变暗”或“不变”)。图5解析(1)本实验是探究“感应电流方向的规律”，结合感应电流产生的条件，当条形磁铁的运动，会导致闭合线圈内的磁通量变化，从而产生较小的感应电流，因此需要灵敏的电流计，因电流有正反方向，所以应选择B图的电流表，选项A、C、D错误，B正确。(2)将单刀双掷开关打到1，增大副线圈匝数，根据原副线圈电压与其匝数成正比，当增大副线圈匝数，小灯泡的电压增大，那么小灯泡的亮度将变亮，将开关打到2，小灯泡发光，现增大输入端的交流电源频率，容抗变小，通过电容器的电流更大，灯泡会变亮。答案(1)B(2)变亮变亮【典例1】(2019·浙江宁波高三适应性考试)学习小组的同学在实验室用如图6所示的装置研究单摆的运动。将单摆挂在力传感器的下端，通过计算机来记录力传感器测定单摆摆动过程中摆线受到拉力大小的变化情况，以及单摆摆动的时间。实验过程中，保持单摆的最大摆角小于5°。图6单摆和碰撞类实验图7(1)实验时用20分度的游标卡尺测量摆球直径，示数如图7甲所示，该摆球的直径d＝________mm。(2)实验测得摆长为l，传感器测得摆线的拉力F随时间t变化的图象如图乙所示，则重力加速度的表达式为g＝________(用题目中物理量的字母表示)。解析(1)由题图甲所示游标卡尺可知，小球直径d＝1.4×10mm＋10×0.05mm＝14.50mm。(2)单摆每隔半个周期，拉力F会达到最大，则有12T＝2t0，解得T＝4t0，根据单摆周期公式得T＝2πlg，解得g＝π2l4t20。答案(1)14.50(2)π2l4t20【典例2】气垫导轨是一种常用的实验仪器。它是利用气泵使带孔的导轨与滑块之间形成气垫，使滑块悬浮在导轨上，滑块在导轨上的运动可视为没有摩擦。可以用带竖直挡板C和D的气垫导轨以及滑块A和B来验证动量守恒定律，实验装置如图8所示(弹簧的长度忽略不计)，实验步骤如下：图8a.用天平分别测出滑块A、B的质量mA、mBb.调整气垫导轨，使导轨处于水平c.在A和B间放入一个被压缩的轻弹簧，由电动卡锁锁定，静止放置在气垫导轨上d.用刻度尺测出A的左端至C板的距离L1e.按下电钮放开卡锁，同时使分别记录滑块A、B运动时间的计时器开始工作。当A、B滑块分别碰撞C、D挡板时停止计时，记下A、B分别到达C、D的运动时间t1和t2(1)实验中还应测量的物理量是________________________________________。(2)利用上述测量的实验数据，验证动量守恒定律的表达式是__________________，上式中算得的A、B两滑块的动量大小并不完全相等，产生误差的原因是______________________________________________________________________（写出一条即可）。答案(1)B的右端至D板的距离L2(2)mAL1t1－mBL2t2＝0(或mAL1t1＝mBL2t2)测量时间、距离等存在误差(或气垫导轨不水平，合理即正确)1.探究单摆周期与摆长的关系(1)构成单摆的条件：细线的质量要小、弹性要小，选用体积小、密度大的小球，摆角不超过5°。(2)要使摆球在同一竖直面内摆动，不能形成圆锥摆，方法是将摆球拉到一定位置后由静止释放。(3)测周期的方法：①要从摆球通过平衡位置时开始计时。因为此处速度大、计时误差小，而最高点速度小、计时误差大。②要测多次全振动的时间来计算周期。如在摆球通过平衡位置时开始计时，且在数“零”的同时按下秒表，以后每当摆球从同一方向通过平衡位置时计数1次。2.探究碰撞中的不变量(1)斜槽末端的切线必须水平。(2)入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放。(3)选质量较大的小球作为入射小球。(4)实验过程中实验桌、斜槽、记录的白纸的位置要始终保持不变。1.(2019·浙江名校协作体模拟)(1)在“单摆测重力加速度”实验中，测量周期时，秒表指针如图9所示，读数为________s。图9图10(2)在“双缝干涉测量光的波长”实验中，某同学观察到如图10所示的干涉条纹，于是他使分划板中心刻线与亮条纹中央对齐，移动测量头进行测量，在这种情况下光的波长的测量值________。A.偏小B.偏大C.不变解析(1)分针超过半格，故读为30s，秒针在18.4s位置，故总的读数为30s＋18.4s＝48.4s。答案(1)48.4(2)B(2)如果测量头中的分划板中心刻度线与干涉条纹不在同一方向上，条纹间距测量值偏大，根据双缝干涉条纹的间距公式Δx＝Ldλ，待测光的波长测量值也是偏大，故选B。2.(2019·浙江新高考选考适应性考试)某同学利用单摆测定当地的重力加速度，实验装置如图11甲所示。图11(1)在测量单摆的周期时，他用秒表记下了单摆做50次全振动的时间，如图乙所示，秒表的读数为________s。(2)该同学经测量得到5组摆长L和对应的周期T，画出L－T2图线，然后在图线上选取A、B两个点，坐标如图丙所示。则当地重力加速度的表达式g＝________(用LA、LB、TA和TB表示)。(3)处理完数据后，该同学发现在计算摆长时误将摆球直径当成半径代入计算，即L＝l＋d，这样________(选填“影响”或“不影响”)重力加速度的计算。(4)该同学做完实验后，为使重力加速度的测量结果更加准确，他认为：A.在摆球运动的过程中，必须保证悬点固定B.摆线偏离平衡位置的角度不能太大C.用精度更高的游标卡尺测量摆球的直径D.测量周期时应该从摆球运动到最高点时开始计时其中合理的有________