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第十二章——十六章實驗探究
如圖甲、乙所示分別是小明同學探究“冰熔化”和“水沸騰”的實驗裝置,圖丙是他在完成兩個實驗后,根據實驗數據畫出的圖像。
(1)除了圖中所示的器材外,還需要的器材是　　　　。
(2)下表是實驗過程中不同時刻的溫度記錄表,小明檢查了實驗數據,他認為表格中的95 ℃是錯誤的數據,他判斷的理論依據是 。小明根據實驗數據判定該地水的沸點沒有達到100 ℃,可能的原因是當地的大氣壓　　　　(選填“高于”“等于”或“低于”)1個標準大氣壓
(3)在圖丙中,BC段表示的是冰的　　　　過程。
(4)圖乙中燒杯加蓋的目的是 。
(5)小明同學想提高水的沸點,便換用了火力更大的酒精燈加熱,這種做法　　　　(選填“可行”或“不可行”)。
【補充練】結合上例思考以下問題:
(1)圖甲中,將裝有碎冰的燒杯直接放置在空氣中,不用酒精燈加熱。這樣做不但能使燒杯均勻受熱,而且冰的溫度升高得較　　(選填“快”或“慢”),便于記錄各個時刻的溫度。為了使燒杯內各部分受熱均勻,還需要進行的操作是 。
(2)由圖丙可以看出,冰在熔化過程中溫度　(選填“變化”或“不變”),冰是　　(選填“晶體”或“非晶體”),其熔點是　　。
(3)圖乙中,水沸騰時,燒杯口附近出現大量“白氣”,“白氣”是水蒸氣遇冷　　　　(填物態變化名稱)形成的。
(4)探究“水沸騰”實驗結束后,小明與同學交流時,有同學覺得把水加熱到沸騰的時間過長,請你寫出一條縮短加熱時間的方法: 。
【拓展練】小明和小華在綜合實踐活動中想制作一個醫用冷藏盒,不知道給藥品降溫用冰好,還是用鹽水結成的冰好。他們動手測量了鹽水的凝固點。
(1)在選擇溫度計時,有量程分別為“-2~102 ℃”和“-20~102 ℃”的溫度計,應選擇量程為　　　　　　　的溫度計,這樣選擇的原因是 。
(2)在測量過程中,他們發現雙方所測得鹽水的凝固點并不相同,于是對比了雙方的實驗過程,發現燒杯中所裝的水都是200 mL,小明加了1湯匙的鹽,而小華加了3湯匙的鹽。由此作出猜想:鹽水的凝固點可能與鹽水的濃度有關。接著他們進行了多次實驗,得出了不同濃度鹽水的凝固點,數據記錄如下表:
鹽水濃度 0 3% 6% 9% 12% 15% 18% 21% 24% 27% 30% 36%
凝固點/℃ 0 -2 -4 -6 -8 -11 -15 -18 -17 -1.8 -0.4 0
分析表格中數據可知:當鹽水濃度增大時,其凝固點　　 。
(3)你認為給冷藏盒中的藥品降溫最好選用　　　　　　　　　　　　　(選填“冰”或“適當濃度的鹽水結成的冰”)。
(4)實驗后,他們聯想到冬天在積雪覆蓋的路面上撒鹽便于
2、在“探究比較不同物質吸熱的情況”實驗中:
(1)設計實驗時:①用水和煤油做實驗,應使水和煤油的　　　　(選填“質量”或“體積”)相等。
②如圖所示,用相同的酒精燈加熱的目的:在相同時間內對外供熱　　　　(選填“相同”或“不同”)。
(2)實驗所得數據如下表:
①分析比較1號和3號燒杯的實驗記錄,可以得出初步結論:質量相等的不同物質,升高相同的溫度,吸收的熱量不同
②分析比較1號和2號燒杯的實驗記錄,可以得出初步結論: 。
③分析比較　　　　號和　　　　號燒杯的實驗記錄,可以得出初步結論:質量相等的同種物質,升高不同的溫度,吸收的熱量不同。
(3)圖Q-3中能合理反映該實驗結果的圖像是　　　　　(選填“甲”“乙”或“丙”)。
圖Q-3 Q-4
【補充練】結合上例思考以下問題:
(1)通過實驗記錄數據表格可知,　　　　的吸熱本領更強;如果要在這兩種液體中選擇一種作為汽車的冷卻液,選擇
　　　　冷卻效果更好。
(2)分析表格中的1、3號燒杯數據可以得出:煤油的比熱容為　　　J/(kg·℃)。[水的比熱容為4.2×103 J/(kg·℃)]
【拓展練】小明在探究“不同物質的放熱降溫現象”時,選用質量為0.5 kg的水和另一種放熱能力低于水的未知液體進行對比實驗,并用圖像對實驗數據進行了處理,如圖Q-4所示。已知實驗過程中控制水和另一種液體在相同時間內放出的熱量相等。
(1)實驗中小明所取未知液體的　　　　和水相同。
(2)圖像中橫軸時間的長短用來反映　　　　　　的多少,這是　　　　法的體現。
(3)分析圖像可以得出結論:圖中表示水的溫度隨時間變化的圖線是　　　　　　(選填“甲”或“乙”);0~15 min內,未知液體放出的熱量為　　　　　　J;未知液體的比熱容為　　　　　J/(kg·℃)。[水的比熱容為4.2×103 J/(kg·℃)]
3、小明探究“并聯電路中電流的關系”,設計了如圖Q-5甲所示電路。
(1)在連接電路時,開關應該　　　　　　。
若要測量燈泡L1中的電流,則電流表應　　　　聯在圖甲中的　　　　點。請你在圖乙中用筆畫線代替導線,完成實物電路的連接。(已知L1中的電流約為0.3 A)
實驗結束后小明記錄A、B、C各點的電流值如下表所示:根據表中數據,小明得出以下兩個結論:請你幫他把結論補充完整:（1）并聯電路中各支路電流相等（2）
(4)請你對上述實驗的不足之處進行評價,寫出一點評價意見:
Q-5
【補充練】結合上例思考以下問題:
在實驗過程中小明發現,每次改變測量點時都需要斷開電路重新連接,比較麻煩,同組的小剛提出在原有器材的基礎上再添加一個開關,可以不用來回拆接電流表,就可以完成實驗。請在虛線框內畫出符合這個設計的電路圖。
【拓展練】在“探究串聯電路的電壓特點”的實驗中,小芳連接了如圖Q-6所示的電路。請按要求完成下列問題:
(1)實驗時,她應選擇　　　　(選填“相同”或“不同”)規格的小燈泡。
(2)用完好的電壓表測燈L1兩端的電壓時,閉合開關后,發現電壓表示數為零,可能的原因是　　　(填出一種即可)。
(3)排除電路故障后,保持電壓表的B連接點不動,小芳只將A連接點改接到C連接點上來測量燈L2兩端的電壓。她這樣操作　　　　(選填“能”或“不能”)測出燈L2兩端的電壓,理由是
(4)小芳準確測出AB、BC、AC間的電壓后,將數據記錄在下表中,并分析實驗數據得出結論:串聯電路總電壓等于各部分電路兩端電壓之和。請對小芳得出的結論進行評價:
寫出你認為合理的改進措施:
UAB/V UBC/V UAC/V
2.2 1.6 3.8
如圖Q-7所示是探究影響導體電阻大小因素的實驗裝置圖,實驗中分別把a、b、c、d四根電阻絲接入電路,其中a、b、d長度相同,a、b、c粗細相同,b、d粗細不同。
(1)實驗中,在兩個金屬夾子之間接入不同的導體,閉合開關后通過觀察 來比較導體的電阻大小會更加準確。
(2)選用　　　　兩根電阻絲分別接入電路中進行實驗,是為了探究電阻大小跟導體長度的關系。
(3)選用a、b兩根電阻絲分別接入電路中進行實驗,是為了探究電阻大小跟導體　　　　的關系。
(4)選用　　　　兩根電阻絲分別接入電路中進行實驗,是為了探究電阻大小跟導體橫截面積的關系。
【補充練】結合上例思考以下問題:
(1)該實驗中運用的物理研究方法有　　　　　法和　　　　　　法。
(2)實驗中小燈泡的作用是　 。
(3)小麗在探究同樣的課題時,手邊只有一根電阻絲,那么,她利用這根電阻絲和上述電路,不能夠完成的實驗探究是:導體電阻與　　　　的關系。
(4)某實驗小組的同學用鉛筆芯探究導體的電阻與長度的關系,如圖Q-8所示是該實驗的電路圖。閉合開關,移動鉛筆芯上面的滑片P1,記錄鉛筆芯AP1之間的距離和電壓表的示數,數據如下表。通過數據反映出的規律和歐姆定律可以推導得出結論:材料、橫截面積都相同時,導體的電阻與導體的長度成　　比。
AP1/mm 0 30.0 60.0 90.0 120.0 150.0 180.0
U/V 0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 2.4
小明探究“通過導體的電流與導體兩端電壓的關系”時,使用的器材如圖Q-9甲所示。電源電壓不變,R為5 Ω的定值電阻。(1)請用筆畫線代替導線,將圖甲中的電路連接完整。(要求導線不交叉)
(2)由于導體中的電流可能與其兩端的電壓和導體的電阻都有關系,所以,在本次實驗中應采用的物理研究方法為
　　　　　　,保持　　　　　不變。
（3）閉合開關前,滑動變阻器的滑片P應該處于圖甲中的　　　　(選填“A”或“B”)端。
(4)通過實驗,他得到如圖乙所示的I-U圖像,根據此圖像,可初步得到實驗結論:導體的電阻一定時,導體中的電流與其兩端電壓成　　　　。
【補充練】結合上例思考以下問題:
小明又取來10 Ω、20 Ω的定值電阻各一個,探究電壓不變時,電流與電阻的關系。當小明把5 Ω電阻換成10 Ω電阻后,為保持電壓表的示數不變,應將滑動變阻器的滑片P向　　　(選填“A”或“B”)端移動。
(2)很多實驗中都需要多次測量,其目的有以下兩種。你認為在“探究電壓不變時,電流與電阻的關系”實驗中,測量多組數據的目的是　　　　(填字母)。
A.求平均值,減小實驗誤差 B.尋找普遍規律,避免偶然性
(3)很多實驗都要用到滑動變阻器,除了用于保護電路外,還有其他作用,如:探究電流與電阻的關系時,其作用是
_________________________;探究電流與電壓的關系時,其作用是
【拓展練】朵朵和同學們在做電學實驗過程中,選擇了以下器材:電源(電壓恒為3 V),阻值為5 Ω、10 Ω、30 Ω、50 Ω、80 Ω、100 Ω、120 Ω的電阻各一個,小燈泡(額定電壓為2.5 V),滑動變阻器(標有“**Ω　0.5 A”字樣),電流表、電壓表各一只,開關一個,導線若干。
朵朵和同學們經過討論,依次完成了“探究電流與電壓的關系”三次實驗電路的設計,如圖Q-10甲、乙、丙所示。由圖甲改進為圖乙是為保證實驗過程中　　　　這一因素不變;由圖乙改進為圖丙是因為使用滑動變阻器既能保護電路,又能通過調節滑動變阻器使電阻R兩端的電壓________(選填“改變”或“保持不變”)。
(2)請用筆畫線代替導線,幫助朵朵按電路圖丙將圖丁中實物電路連接完整。
圖Q-10
(3)在繼續用圖丁中實物電路探究“電流與電壓的關系”時,朵朵將5 Ω電阻接入電路,調節滑動變阻器,記下電流值,記錄數據如下表:
朵朵測完第四組數據后,想重新驗證第三組實驗數據是否準確,應將變阻器的滑片向　　　　(選填“A”或“B”)端移動。
(4)不考慮電源及導線的電阻,若朵朵是從變阻器的最大阻值處開始實驗的,則變阻器的最大阻值為　　　　;從數據可以看出,朵朵　　　　(選填“有”或“沒有”)將變阻器的滑片移到最右端。
(5)實驗過程中,變阻器接入電路的阻值不得小于　　　Ω。
實驗次數 1 2 3 4
電壓U/V 0.5 1.0 1.5 2.0
電流I/A 0.1 0.2 0.3 0.4
6某同學用“伏安法”測未知電阻的阻值,他設計的電路圖如圖Q-11甲所示。
(1)請用筆畫線代替導線,將圖乙中未完成的電路連接完整。(要求變阻器滑片向左移動時電流表的示數變大)
圖Q-11 圖Q-12
(2)連接好電路,閉合開關,移動滑動變阻器的滑片,電壓表的示數較大且幾乎不變,電流表的示數始終為零,造成這一現象的原因可能是　　　　(填字母)。 A.電阻R短路　 　B.電阻R斷路 C.電流表斷路 D.滑動變阻器短路
(3)排除故障后,重新連接好電路進行實驗,他記錄的實驗數據如下表所示,第一次實驗中電流表的示數如圖Q-12所示,其示數是　　　　A,通過計算,該定值電阻的阻值約是　　　　(計算結果保留一位小數)。
【補充練】結合上例思考以下問題:
(1)完成上面的實驗后,同學們又設計了如圖Q-13所示的方案測電阻Rx的阻值,方案中定值電阻的阻值為R0。
圖Q-13
①方案一:閉合開關S,如果電壓表V1和V2的讀數分別為U1和U2,則電阻Rx的阻值表達式為Rx=　　　　。
②方案二:電路中Rx≠R0,將S接a,讀出電流表的示數I1;再將S接b,讀出電流表的示數I2;由I1R0=I2Rx可得Rx=。請判斷結果是否正確并簡要說明理由:________________ _________。
最后,老師要求同學們用量程為“0~3 V”的電壓表,電壓恒定的電源,及其他符合實驗要求的器材,測出標有“3.8 V”字樣的小燈泡正常發光時的電阻,如圖Q-14所示是同學們設計的實驗電路圖,合理的是　　　　
圖Q-14
下表是同學們為測量小燈泡電阻所設計的數據記錄表格,同學們的設計合理嗎 　 　　(選填“合理”或“不合理”),原因是
7、在“測量額定電壓為2.5 V的小燈泡的電功率”實驗中,電源電壓為4.5 V,電路如圖Q-15所示。
(1)該實驗的原理是　　　　。 (2)電壓表的量程應選擇　　　　　　。
圖Q-15 圖Q-16 圖Q-17 圖Q-18
(3)檢查電路無誤后閉合開關,發現小燈泡不亮,但電流表和電壓表的指針都有偏轉,接下來應進行的操作是 。
當小燈泡正常發光時,電流表的示數是0.3 A,則小燈泡的額定功率是　　　　　W。
(5)計算小燈泡正常發光時的電阻約為　　　　Ω。(結果保留一位小數)
(6)實驗過程中會發現小燈泡兩端的電壓越大,小燈泡的　　　　　越大,小燈泡越亮。
【補充練】結合上例思考以下問題:
(1)實驗時發現通過小燈泡的電流與它兩端的電壓不成正比,是因為燈絲電阻受　　　　　的影響。
(2)當小燈泡正常發光時,通電20 s小燈泡消耗的電能為　　　　J。
(3)利用如圖所示的裝置,還能完成初中物理電學中的　　　　　　　　　　　　實驗。
某同學在進行實驗數據處理時,算出了小燈泡的平均功率(如下表所示),你認為這樣處理數據是　　　　　(選填“合理”或“不合理”)的,理由是:__________________________　
【拓展練】在測量小燈泡額定功率的實驗中,電源電壓為6 V,現有一個額定電壓U額為2.5 V,電阻大約為10 Ω的小燈泡,實驗電路如圖Q-16所示。
(1)請你用筆畫線代替導線,將圖中的實物電路圖連接完整(要求滑片右移時,燈泡變暗)。
(2)實驗室里有規格為R1“10 Ω　1 A”和R2“50 Ω　1 A”的滑動變阻器,為了完成該實驗,你認為應該選擇滑動變阻器
　　　　(選填“R1”或“R2”)。
（3）連接電路后,閉合開關,滑動變阻器的滑片滑動時電壓表和電流表示數不變,小燈泡很亮,其原因是 。 調整電路正常后,在調節滑動變阻器滑片的過程中,燈泡突然熄滅,電流表示數變為零,電壓表的指針偏轉超過最大刻度,你判斷故障可能是　　　　　　。
(4)根據實驗數據繪制出小燈泡的I-U圖像如圖Q-17所示,計算出小燈泡的額定功率是　　　　W。
完成實驗后,利用上述器材和定值電阻(阻值為R0),小明又想出一種測量小燈泡額定功率的方法,設計了如圖Q-18所示的電路,所用電壓表的量程為“0~15 V”,請將以下實驗步驟補充完整。
①檢查電路無誤后,閉合開關S,將開關S1撥至“1”,調節滑動變阻器的滑片直至電壓表的示數為　　　　V。
②保持滑動變阻器的滑片不動,再將開關S1撥至“2”,讀出電壓表的示數為U0。
③小燈泡的額定功率P額=　　　　　　(用U額、U0、R0表示)。若步驟②中,在將開關S1撥至“2”時,不小心將滑片P向右移動了少許,其他操作正確,則測出的小燈泡的額定功率比真實值　　　　(選填“偏大”或“偏小”)。
8、小麗研究電流通過導體產生熱量的多少與哪些因素有關時,用了停表和如圖Q-19所示的實驗裝置。其中甲、乙兩個相同的燒瓶內裝滿煤油,瓶塞上各插一根玻璃管,瓶內各裝一個阻值不同的電阻絲R1、R2;實驗時她進行了下列實驗操作步驟: ①將電阻絲R1、R2串聯在電路中,標出燒瓶中兩根玻璃管內液面的位置,閉合開關后,記下電流表的讀數I1,經過時間t0后,標出兩根玻璃管內液面的位置。
②斷開開關,等兩根玻璃管中的液面降回到原來的位置,減小滑動變阻器接入電路的阻值,再閉合開關,記下電流表的讀數I2,經過時間t0后,標出兩根玻璃管內液面的新位置。
(1)根據步驟①可以探究電流通過導體產生熱量的多少與　　　　　　是否有關。
(2)實驗中將R1和R2串聯的目的是使　　　和　 　　　相同。
(3)通過比較步驟①②中___________　　　　　　 　,可得出電流通過導體產生熱量的多少與電流大小有關。
(4)該實驗中所采用的物理研究方法有　　　　。 A.等效替代法和轉換法 B.控制變量法和轉換法
Q-19 圖Q-20
【補充練】結合上例思考以下問題:
利用上述實驗裝置改做“比較水和煤油比熱容大小”的實驗,應將其中一燒瓶中的煤油換成質量和初溫與煤油相同的水,將兩燒瓶中的玻璃管改為溫度計,并使兩燒瓶中電阻絲的阻值　　　　(選填“相等”或“不相等”),此實驗中水和煤油吸收熱量的多少是通過　　　　　　(選填“升高的溫度”或“加熱時間”)來反映的。
(2)本實驗中,電流產生的熱量通過玻璃管內煤油液面的變化來判斷,下列實驗中,應用的物理研究方法與其相同的有
　　　。 ①探究滑動摩擦力大小跟哪些因素有關時,用彈簧測力計勻速拉動木塊
②牛頓在伽利略等人研究成果的基礎上得出牛頓第一定律
③用大豆和芝麻混合實驗來模擬分子間有空隙 ④證明通電直導線周圍有磁場
【拓展練】采用如圖Q-20所示的電路裝置探究“電流產生的熱量跟什么因素有關”,兩個透明容器中封閉著等量的空氣,將兩個容器中的電阻絲R1和R2串聯接到電源兩端,將容器外部的電阻絲R3和R2并聯。接通電源,瓶內的空氣被加熱后膨脹,使U形管的液面發生變化,通過觀察U形管的液面變化情況比較電阻絲產生熱量的多少。
該裝置是探究電流通過導體產生的熱量與　　　　的關系,通電一段時間　　　　(選填“左瓶”或“右瓶”)內的電阻絲產生的熱量多。電阻絲R3的作用是使通過電阻絲R1和R2的電流　　　　(選填“相等”或“不相等”)。
某小組在實驗中觀察到左側U形管中液面很快出現高度差,右側U形管中液面高度差為零,原因可能是___________　　(選填“只有電阻絲R2斷路”“只有電阻絲R3斷路”或“電阻絲R2和R3同時斷路”)。
讓實驗裝置冷卻到初始狀態,把右瓶并聯的兩根電阻絲都放入瓶內,接通電源,比較兩瓶內電阻絲的發熱情況。此時該裝置是探究電流產生的熱量與　　的關系,一段時間后　(選填“左瓶”“右瓶”或“兩瓶一樣”)內電阻絲產生的熱量多。
(4)若用該裝置探究左瓶電阻絲中的電流是右瓶電阻絲中電流的三倍,則應用R4替代R3,則電阻R4的大小等于　　　　。

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