2021年中考物理实验专题复习训练： 创新实验

创新实验

类型一热学创新实验

1.[2020·江西]如图1所示是某学校科技节上展示的两件作品,小明为此作了以下解说:

图1

(1)图甲装置是简易的温度计,它是利用的性质而制成的,它的测温效果与小玻璃瓶的容积和玻璃管的有关;所用的测温物质是煤油而不是水,这是因为煤油的较小,吸收(或放出)相同的热量时,玻璃管内液柱变化更为明显。

(2)图乙装置是简易的气压计,当外界气压减小时,玻璃管内液柱的液面会。

[提出问题] 小华发现甲、乙装置的构造非常相似,提出乙装置是否也能作温度计使用?

[设计实验和进行实验] 把两装置中的小玻璃瓶同时没入同一热水中,观察到乙装置中玻璃管内液柱上升更明显,这是由于瓶内的受热膨胀更显著,故乙装置也能作温度计使用。

[拓展] 查阅相关资料,了解到人们很早就发明了如图丙所示的气体温度计,当外界环境气温升高时,该温度计管内液面会,但由于受外界、季节等环境因素变化的影响,所以,这种温度计测量误差较大。

类型二光学创新实验

2.[2020·包头一模]在“探究凸透镜成像规律”的实验中,某实验小组利用平行光源、蜡烛、光具座、凸透镜、光屏(中心位置载有光敏电阻,屏上所成清晰的像或光斑越小,光敏电阻的阻值越小)、电流表、开关、电源等器材完成了实验。实验前将平行光源、光具座、凸透镜、光屏、电流表、开关和电源组装成如图2所示的装置。

(1)闭合开关,当将光屏逐渐靠近凸透镜时,电流表示数随光屏到透镜间距离的变化规律如图3所示,则凸透镜

的焦距为cm。

图2

图3

(2)保持凸透镜位置不变,将平行光源换成蜡烛放到35 cm刻度线处,移动光屏可在光屏上成清晰的倒立、

(选填“放大”“等大”或“缩小”)的实像。

(3)在(2)中成清晰的像后,保持凸透镜位置不变,对调蜡烛和光屏位置,电流表示数将(选填“变大”“变小”或“不变”)。

(4)保持凸透镜位置不变,若同时移动蜡烛和光屏,且光屏上始终成清晰的像,在移动的过程中电流表的示数逐渐减小,则蜡烛是向(选填“靠近”或“远离”)凸透镜方向移动。

类型三力学创新实验

3.[2020·宁波]在不打破鸡蛋的前提下,如何有效判断自然状态下保存的未知产出日期的鸡蛋新鲜度?小科进行了探究。

[查阅资料]

刚产出的鸡蛋密度相近,冷却后里面内容物收缩,会在蛋的一端形成气室。一般的鸡蛋一端大(称为钝端)、一端小(称为尖端)。蛋壳主要成分是碳酸钙,其表面有很多微小气孔,以便于蛋内外的气体交换,同时蛋内水分可通过气孔排出。

[实验过程]

任选自然状态下保存的、大小相近的同一批适龄健康的母鸡于不同日期产出的鸡蛋20枚,将它们轻放在水中,观察静止后状态。

[实验现象]

①4枚鸡蛋漂浮在水面上,其余16枚鸡蛋沉于水底。

②沉于水底的鸡蛋的钝端与尖端的连线与水平底面之间有一个夹角,记为θ。16枚鸡蛋的大小不一,但尖端基本上比钝端更靠近底面,如图4所示是其中3枚鸡蛋在水中静止时的状态。

图4

[思考与分析]

鸡蛋的新鲜度会影响它的气室大小、密度大小和θ大小。

(1)从实验现象可知:鸡蛋的气室位置在鸡蛋的(选填“钝端”或“尖端”)附近。

(2)θ大小与气室占整个鸡蛋的体积比有关,图中3枚鸡蛋气室占整个鸡蛋的体积比从高到低排序为。由此可以从θ大小初步判断鸡蛋的新鲜度。

(3)自然状态下,随着鸡蛋存放时间变长,鸡蛋的会变小,从而使鸡蛋的密度变小。可以判断,实验中漂浮在水面上的鸡蛋存放时间较久。

4.[2020·湖州]力能使物体的运动状态发生改变,运动状态的改变包括运动速度的改变和运动方向的改变。某科学兴趣小组为探究物体运动速度改变的快慢(单位时间内运动速度的改变量)与物体受力大小的关系,在创新实验室做了如下的实验:

图5

如图5甲所示,水平桌面上固定了一个导轨,导轨上的小车用细绳跨过定滑轮(摩擦不计)与重物相连,小车上固定一个宽为d=1 cm的挡光片。在导轨上A、B两个位置各固定一个光电门,如图乙所示。光电门内有一束光从N射向M,M处装有光传感器,当有物体经过NM之间把光挡住时,传感器能记录光被挡住的时间t,这样就可求得挡光片经过光电门时的速度v A和v B,两个光电门配合使用还能测出挡光片从A运动到B的时间t AB。

实验步骤:

①保持重物P质量不变,让小车从OA间任意点释放,分别测出挡光片经过A、B两位置的挡光时间t A和t B,以及挡光片从A运动到B的时间t AB,计算出单位时间运动速度的改变量(用a1表示),即a1=v B-v A

。重复实验,a1近似

t AB

相等。

②增大重物质量且保持不变,让小车从OA间任意点释放,按照①的操作,计算出单位时间运动速度的改变量(用a2表示)。重复实验,a2近似相等,且a2>a1。

(1)在实验①时,某次挡光片经过A位置的挡光时间t A为0.025 s,则挡光片穿过光束的速度v A为。

(2)该实验中为什么用重物P来提供拉力? 。

(3)由实验可得出的结论是。

(4)上述结论可以解释汽车在行驶过程中的现象。

A.制动力(阻力)越大,汽车越容易停下来

B.质量越大,汽车越难停下来

C.速度越大,汽车越难停下来

5.[2020·安顺]小明在实验室看到一科学玩具——牛顿摆,如图6甲所示,它由支架、细线和5个完全相同的钢球组成,每个钢球通过两根无弹性细线固定在支架上,并紧挨着排列在同一水平直线上。拉起最左侧的钢球,释放后,它像单摆一样向右摆动撞击相邻钢球,仅把最右侧的钢球撞出,其他球几乎静止不动。

图6

这引发了小明的思考:为什么碰撞后仅有一个球摆动,而其余球仍然保持静止?于是他提出问题:被撞而摆动的钢球数量与哪些因素有关?

接着他作出以下猜想:

Ⅰ.可能与撞击球撞击时的速度大小有关

Ⅱ.可能与撞击球的数量多少有关

将牛顿摆等效为单摆模型,如图乙所示是一个钢球撞击其他钢球的情形,五个钢球自左向右标为A、B、C、D、E球。若不考虑能量损失,请回答下列问题:

(1)将A球作为撞击球拉至一定的高度(保持细线绷直),释放后,A球向右摆动过程中,将能转化为动能。

(2)探究猜想Ⅰ时,为了改变撞击球撞击时的速度,你的操作办法是。释放后,当钢球发生碰撞时,仅有E球被撞出,由此可判断:被撞而摆动的钢球数量与撞击球的速度(选填“有关”或“无关”)。

(3)通过上述实验,小明还是不明白为什么仅有一个球被撞出,于是他向老师请教,老师说:牛顿摆的钢球间发生碰撞时,撞击球的速度被大小不变地依次“传递”给下一个球,所以最终只有一个钢球被撞出。根据老师的讲解,小明继续探究猜想Ⅱ,将A、B两球作为撞击球紧挨着拉起一定高度后同时释放,A、B球向右摆动并与C 球相撞,则此时可观察到的现象是如图7中的(选填“甲”“乙”或“丙”);请阐述你选择的理由: 。

图7

6.[2020·温州]在做“探究动能大小与质量关系”的实验时,小明想:小球从相同高度滚下,若小球材质和斜面倾角不同,到达水平位置时的速度会相同吗?

(1)图8是用挡板控制大小不同的两个小球在斜面上起始位置的两种方案,小明实验时选择A方案而不能选择B方案的原因是。

图8

(2)小明选择大钢球、小钢球、木球以及可调整倾角的斜面进行实验。分别让球从斜面同一高度由静止开始释放,利用测速仪测出球到达水平位置时的速度如表所示。

斜面 倾角

速 度/

(m ·s -1

)

球的类别 10°

20° 30° 40° 50° 60°

大钢球 2.67 2.67 2.67 2.75 2.88 2.97 小钢球 2.67 2.67 2.67 2.75 2.88 2.97 木球

2.67

2.67

2.67

2.67

2.74

2.89

分析表中数据可知:要使球到达水平位置时的速度与球是钢质或木质无关,则斜面倾角不可能是 。 A.15° B.25° C.35° D.45°

(3)小明利用图9所示装置做“探究动能大小与质量关系”的实验时,通过观察球撞击相同塑料软片的数目来比较球的动能大小(图中未画出固定塑料软片的装置)。老师指出此装置不适合体积不同的两个球做实验,

原因

是。

图9

类型四电学创新实验

7.[2019·淮安]某科技兴趣小组在实验室看到若干长方体金属导体。它们的材料相同,外形都如图10甲所示,他们想探究该种导体电阻与厚度及边长的关系。在老师的帮助下,他们测量了部分导体厚度h、边长a和电阻R,并记录在表格中。(在测量电阻时,老师要求导体都要按照图乙所示的方式通过导线接入电路;实验时环境温度保持不变)

图10

电阻

次数厚度h/mm 边长a/mm

R/(10-3Ω)

1 1 5 1.6

2 1 10 1.6

3 1 15 1.6

4 1 20 1.6

5 2 10 0.8

6 4 10 0.4

7 5 10 0.32

根据以上信息,请回答下面问题:

(1)分析表格中的数据可得:该种导体电阻大小与边长a (选填“有关”或“无关”),与厚度h成

(选填“正比”或“反比”)。

(2)从该种导体中,选取了厚度h之比为2∶3、边长a之比为2∶1的两个导体R1、R2,按图丙方式串联后接在闭合电路中,设R1两端的电压为U1,R2两端的电压为U2,则U1∶U2= 。

(3)现代集成电路技术需要电子元件微型化,且集成度越高,电子元件越需要微小。现某集成电路需要一只阻值为1.6×103Ω的该种导体,小华从边长a为5 mm、10 mm、15 mm、20 mm的四个导体中选择了边长为5 mm 的导体。与其他三个导体相比,请分析该导体工作时的优缺点: 。

8.[2020·常德]某实验小组想要探究某热敏电阻的阻值和温度的关系,已接入电路中的器材有:电源、电压表V1、阻值为R0的定值电阻、滑动变阻器R1、单刀开关S1,如图11甲所示;置于温控室(图乙中虚线区域,温度可调且自动显示)中的热敏电阻R t暂未接入电路,符号如图丙所示。可供选择的器材有:电压表V2、电阻箱R2(阻值可以直接读出的变阻器,符号如图丁所示),单刀开关两只,导线若干。

图11

(1)小明同学选择电压表V2与热敏电阻R t按图乙所示接入MN之间。在闭合S1前,图乙中R1的滑片应移动到

(选填“A”或“B”)端;当温控室的温度为t1时,两电压表示数分别为U1、U2,则此时热敏电阻的阻值R t= (用已知量和测量值表示)。

(2)小惠同学没有选择电压表V2,而是选择了电阻箱R2,请你在图甲中帮她完善电路图。

(3)在小惠设计的实验中,热敏电阻的阻值R t满足的关系式为。

A.R t=R0

B.R t=R1

C.R t=R2

(4)通过实验探究,小明和小惠都得出了热敏电阻的阻值随温度变化的规律,如图戊中的图像曲线所示,此规律是。

9.[2020·成都B卷]小华找到了一张测定汽车油箱内油量的装置图,如图12所示,他与同组同学对相关问题进行了探究。

图12

(1)把油量信息转化为电信息,有利于信息的传递。装置中,信息转化的关键环节为:油量变化→杠杆绕O点转动→电路的变化→电流变化。

(2)若圆弧形电阻丝最大阻值为100 Ω ,其他可供选择的器材有:恒压电源E1(电压3 V)和E2(电压18 V);电流表A1(量程0 ~0.6 A)和 A2(量程0 ~0.1 A) ;定值电阻R1=5 Ω、R2 =30 Ω和R3=100 Ω。为了节约能源,并且实现油量最大时,电流表示数最大,器材选择的最佳组合为。

A.E2、A2、R3

B.E1、A2、R2

C.E1、A2、R1

D.E2、A1、R3

(3)合理选择器材后,他们通过测量,得到了下表所示的结果(其中V是油箱的容积,I g是电流表的最大示数) :

液体体积V 2V

3

V

3

电流表示数I g I g

2

I g

3

I g

4

依据测量结果,可以将电流表的刻度改为油量体积。分析数据可知,当液体体积为V

2

时,电流表示数(选

填“大于”“等于”或“小于”) 5

I g。

12

(4)反思探究过程,下列说法中不正确的是。

A.调整圆弧形电阻丝的位置,要让圆心在O点

B.为保证安全和方便,测量时用水来灌装油箱

C.为节约空间,应该使电路元件尽量靠近油箱

D.该装置还存在一些缺陷,应继续探究并改进

类型五综合创新实验

10.[2020·包头]物理兴趣小组为了测量液体的密度,设计了如图13甲所示的实验装置。特制容器底部是一个压敏电阻R(厚度不计),通过导线与电路相连,电源电压恒为12 V,定值电阻R0=20 Ω,电流表的量程为0～0.6 A,压敏电阻R上表面涂有绝缘漆,其阻值随所受液体压强大小的变化关系如图乙所示,工作时容器底部始终保持水平。(ρ水=1.0×103 kg/m3,g取10 N/kg)

图13

(1)闭合开关,电流表示数为0.08 A。缓慢向容器内注水,电流表示数将(选填“变大”“变小”或“不变”),注入深度为50 cm的水时,水对压敏电阻的压强是Pa,电流表示数为A。

(2)断开开关,将水倒出,擦干容器,再置于水平操作台上,注入深度为50 cm的待测液体,闭合开关,电流表示数为0.24 A。则待测液体的密度水的密度,该液体的密度是kg/m3。

(3)若注入待测液体时俯视读数,该液体密度的测量值真实值。

【参考答案】

1.(1)液体热胀冷缩内径大小比热容

(2)上升

[设计实验和进行实验]气体

[拓展]下降大气压

[解析] (1)煤油的比热容比水小,由Q=cmΔt可知,相同质量的煤油和水,吸收或放出相同的热量时,煤油温度变化大,且水的彭胀系数远小于煤油,则煤油的体积变化更明显,即玻璃管内液柱变化更明显。

2.(1)10(2)放大(3)变大(4)靠近

[解析] (1)由图甲可知,图中右侧电路是光敏电阻的简单电路,由题知屏上所成清晰的像或光斑越小,光敏电阻的阻值越小,由欧姆定律可知,光敏电阻的阻值越小,电路中电流越大,由图乙知,光屏到透镜间距离s=10 cm 时电路中电流最大,此时光敏电阻的阻值最小,则此时光屏上光斑最小,那么光屏此时所处位置为该凸透镜的焦点,故凸透镜的焦距f=s=10 cm。

(2)保持凸透镜位置不变,将平行光源换成蜡烛放到35 cm刻度线处,此时物距u=50 cm-35 cm=15 cm,由(1)知,该凸透镜焦距f=10 cm,则此时蜡烛位于一倍焦距和二倍焦距之间,根据凸透镜成像规律知,移动光屏可在光屏上成倒立、放大的实像。

(3)未对调前,光屏上成倒立、放大的实像,像距v0>2f=20 cm,对调后,物距等于对调前的像距,大于二倍焦距,根据光路的可逆性可知,此时可在光屏上成倒立、缩小的实像,成的像变小,则光敏电阻阻值变小,则电路中电流变大,即电流表示数将变大。

(4)若在移动过程中电流表的示数逐渐减小,则由欧姆定律知,此过程中光敏电阻的阻值逐渐变大,故可知此时光屏上所成清晰的像在变大,根据凸透镜成实像时的规律可知,当物距变小时,像不断变大,所以蜡烛应是向靠近凸透镜的方向移动。

3.(1)钝端(2)1号、2号、3号(3)质量

[解析](1)观察1号鸡蛋可以看出,鸡蛋的钝端朝上,而尖端朝下,由此可知钝端的密度小于尖端的密度,故气室在钝端附近。

(2)气室的体积越大,鸡蛋的重心越低,沉于水底的鸡蛋的钝端与尖端的连线与水平底面之间的夹角θ越大,所以图中3枚鸡蛋气室占整个鸡蛋的体积比从高到低排序为1号、2号、3号。

(3)自然状态下,随着鸡蛋存放时间变长,水分排出得越多,鸡蛋的质量会变小,根据ρ=m

V

知鸡蛋的密度变小。

4.(1)0.4 m/s(2)使物体受到的拉力恒定不变

(3)在小车的质量不变的情况下,拉力越大,小车的速度改变得越快(4)A

5.(1)重力势

(2)将A球拉至不同的高度由静止释放无关

(3)乙被撞而摆动的球的总质量与撞击球的总质量相同

6.(1)B方案中两球从起始位置到水平位置的高度差不同(2)D

(3)塑料软片对不同体积的小球的阻力不同

7.(1)无关反比(2)3∶2

(3)优点:体积小,节约空间;缺点:由于电流热效应,体积小不利于向外散热

8.(1)B U2R0

U1

(2)如图所示

(3)C(4)随温度的升高,热敏电阻阻值变小

[解析] (1)因R0和R t串联,电压表V1测R0两端电压,电压表V2测R t两端电压,当温控室的温度为t1时,两电压

表示数分别为U1、U2,根据串联分压原理:U1

U2=R0

R t

,则此时热敏电阻的阻值R t=U2R0

U1

。

9.(1)总电阻(2)B

(3)小于(4)C

[解析](3)当液体体积为V时,体积最大,圆弧形电阻丝接入电路的阻值为0,根据表中数据可知U

R2

=I g,即U=I g R2,

当液体体积为V

2时,圆弧形电阻丝接入电路的阻值R=1

2

×100 Ω=50 Ω,则电流表示数I=U

R2+50Ω

=I g×30Ω

30Ω+50Ω

=3

8

I g<5

12

I g。

(4)汽车使用的是汽油,汽油易燃且易挥发,如果电路元件靠油箱太近,一旦由于电路接触不良出现打火现象,就有可能引燃汽油,C错误,符合题意。

10.(1)变大5×1030.3

(2)小于0.7×103

(3)小于

[解析] (1)由图甲可知,压敏电阻R与定值电阻R0串联,电流表测电路中电流,向容器内注水,压敏电阻R所受液体压强变大,由图乙可知,其阻值减小,则电路中总电阻减小,电源电压不变,电流表示数将变大;容器内水深为50 cm时,水对压敏电阻压强p=ρ水gh=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×0.5 m=5×103 Pa;由图乙可知,此时压敏

电阻的阻值为R1=20 Ω,与R0=20 Ω串联,则电流表示数I1=U

R1+R0=12V

20Ω+20Ω

=0.3 A。

(2)电流表示数为I2=0.24 A时,电路中的总电阻R总=U

I2=12V

0.24A

=50 Ω,则压敏电阻的阻值R2=R总-R0=50 Ω-20

Ω=30 Ω,由图乙可知,液体对容器底的压强为3.5×103Pa,由p=ρgh可知,待测液体的密度ρ液

=p' g?=3.5×103Pa

10N/kg×0.5m

=0.7×103 kg/m3<1.0×103 kg/m3,则待测液体的密度小于水的密度。

(3)若注入待测液体时俯视读数,则液体深度的测量值比真实值偏大,由ρ液=p

g?

可知,液体密度值的测量值小于真实值。