创新专题实验——《实验原理、器材、目的创新》专项提升

为探究电源的输出功率P与外电路的电阻R之间的关系，某同学设计了如图甲所示的实验电路.实验中以蓄电池作为电源，为了便于进行实验和保护蓄电池，该同学给蓄电池串联了一个定值电阻R₀ ， 把它们看作一个新电源（图中虚线框内部分）。实验中，多次调节外电阻R，读出电压表和电流表的示数U和I，由测得的数据描绘出如图乙所示的U﹣I图像。

传感器是一种将非电学量转换成电信号的检测装置，它是实现自动检测和自动控制的手摇环节；某物理课外活动小组利用力传感器和位移传感器进一步探究变力作用下的动能定理．如图甲所示，他们用力传感器通过定滑轮直接拉固定在小车上的细绳，测出拉力F；用位移传感器测出小车的位移s和瞬时速度．已知小车质量为200g．

某同学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：

小明同学用如图所示的实验装置测量普朗克常量和某金属的逸出功，通过改变入射光的频率并测出对应的遏止电压U绘制图像如图甲所示，已知电子所带电荷量大小是。

为了测定滑块与水平桌面之间的动摩擦因数 ， 某同学设计了如图所示的实验装置，其中圆弧形滑槽末端与桌面相切。第一次实验时，滑槽固定于桌面右端，滑槽末端与桌面右端对齐，小球从滑槽顶端由静止释放，落在水平地面上的点；第二次实验时，滑槽固定于桌面左侧，测出滑槽末端与桌面右端的距离为 ， 小球从滑槽顶端由静止释放，落在水平面上的点。已知重力加速度为 ， 不计空气阻力，滑块与滑槽之间有摩擦力。

在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验中

①如图所示，小海同学将变压器的原线圈接在低压交流电源上，小灯泡接在变压器的副线圈上，小灯泡发光，下列说法正确的是（单选）。

A．将原线圈接在电压相同的低压直流电源上，小灯泡亮度不变

B．电流从原线圈经铁芯流到副线圈，最后流过小灯泡

C．将可拆变压器的横条铁芯取下，小灯泡的亮度降低

②实验过程中，小海同学听到变压器发出明显的“嗡嗡”低鸣声，引起该现象的原因可能是（单选）。

A．原线圈上输入电压过低

B．变压器上的两个固定螺丝没有拧紧

C．小灯泡与底座之间接触不良

有一种自动控制装置，利用热敏电阻作为传感器，借助电磁开关可实现自动监控温度，从而进行火灾报警，电磁开关的内部结构如图甲所示，1、2接线柱之间是励磁线圈，3、4两接线柱分别与触点和弹簧片连接，当励磁线圈中电流大于时，电磁铁吸合衔铁，弹簧片和触点连接，3、4接通；电流小于时，3、4分开，正常情况下，环境温度保持在左右，为使环境温度高于时报警器开始报警，请根据以下提供的器材完成自控监测火灾的电路。

热敏电阻：其电阻随温度变化的图像如图乙所示

电磁开关：线圈电阻为

电源：电动势为 ， 内阻可忽略

定值电阻：

报警器；开关；导线若干

如图所示，某同学想测量滑块和长木板之间的动摩擦因数，设计了如下实验方案。

某研究性学习小组用图甲装置测定当地重力加速度，其主要操作步骤如下：

①将电磁铁（小铁球）、光电门调节在同一竖直线上；

②切断电磁铁电源，小铁球由静止下落，光电计时器记录小铁球通过光电门的时间t，并用刻度尺测量出小铁球下落前和光电门间的距离h；

③改变光电门的位置，重复②的操作，测出多组h和t；

④计算出小铁球每次通过光电门的速度v，作出图像。

请结合以上操作，回答以下问题：

某科技小组设计了一种“车辆闯红灯违规记录仪”，在路面停止线前侧埋上压敏电阻，其阻值随压力的变化如图甲所示，和压敏电阻组合的仪器如图乙所示，仪器主要由控制电路和工作电路组成，控制电路中的光控开关接收到红光时会自动闭合，接收到绿光或黄光时会自动断开；控制电路中电源的电动势为9 V ，内阻为2 ，继电器线圈电阻为8 ，滑动变阻器连入电路的电阻为50 ；当控制电路中的电流大于0.06 A时，衔铁会被吸引，从而启动工作电路，电控照相机拍照记录违规车辆。

在“观察电容器的充、放电现象”实验中，把电阻箱（）、一节干电池、微安表（量程 ， 零刻度在中间位置）、电容器（、）、单刀双掷开关组装成如图1所示的实验电路。

某实验小组的同学为了研究某热敏电阻的性质，进行了如下操作。

某同学利用图1中的实验装置探究机械能变化量与力做功的关系，所用器材有：一端带滑轮的长木板、轻细绳、的钩码若干、光电门2个、数字计时器、带遮光条的滑块（质量为 ， 其上可放钩码）、刻度尺，当地重力加速度为 ， 实验操作步骤如下：

①安装器材，调整两个光电门距离为 ， 轻细绳下端悬挂4个钩码，如图1所示；

②接通电源，释放滑块，分别记录遮光条通过两个光电门的时间，并计算出滑块通过两个光电门的速度；

③保持最下端悬挂4个钩码不变，在滑块上依次增加一个钩码，记录滑块上所载钩码的质量，重复上述步骤；

④完成5次测量后，计算出每次实验中滑块及所载钩码的总质量M、系统（包含滑块、滑块所载钩码和轻细绳悬挂钩码）总动能的增加量及系统总机械能的减少量 ， 结果如下表所示：

	0.200	0.250	0.300	0.350	0.400
	0.582	0.490	0.392	0.294	0.195
	0.393	0.490		0.686	0.785

回答下列问题：

              

阿特伍德机是著名的力学实验装置。绕过定滑轮的细线上悬挂质量相等的重锤A和B，在B下面再挂重物C时，由于速度变化不太快，测量运动学物理量更加方便。

现要组装一个酒精测试仪，它利用的是一种二氧化锡半导体型酒精气体传感器，此传感器的电阻R随酒精气体浓度的变化而变化，规律如图甲所示。目前国际公认的酒驾标准是“0.2mg/mL≤酒精气体浓度<0.8mg/mL”，醉驾标准是“酒精气体浓度≥0.8 mg/mL”。提供的器材有：

A．二氧化锡半导体型酒精传感器R_x

B．直流电源（电动势为4V，内阻不计）

C．电压表（量程为3V，内阻非常大，作为浓度表使用）

D．电阻箱（最大阻值为999.9Ω）

E．定值电阻R₁（阻值为50Ω）

F．定值电阻R₂（阻值为10Ω）

G．单刀双挪开关一个，导线若干

为了研究光敏电阻在室内正常光照射和室外强光照射时电阻的大小关系，某同学用如图甲所示的电路进行实验，得出两种U­I图线，如图乙所示。

             

 探究电容器充放电规律，实验装置如图甲所示，有电源E，定值电阻R₀ ， 电容器C，单刀双置开关S。

 用如图a所示的电路观察电容器的充放电现象，实验器材有电源E、电容器C、电压表、电流表、电流传感器、计算机、定值电阻R、单刀双掷开关、开关、导线若干

某实验小组要探究一金属丝的阻值随气压变化的规律，搭建了如图（a）所示的装置。电阻测量原理如图（b）所示，E 是电源，V 为电压表，A 为电流表。

⑴保持玻璃管内压强为 1 个标准大气压，电流表示数为 100mA，电压表量程为 3V，表盘如图（c）所示，示数为V，此时金属丝阻值的测量值 R 为Ω（保留 3位有效数字）；
⑵打开抽气泵，降低玻璃管内气压 p，保持电流 I 不变，读出电压表示数 U，计算出对应的金属丝阻值；
⑶根据测量数据绘制 R-p 关系图线，如图（d）所示；
⑷如果玻璃管内气压是 0.5 个标准大气压，保持电流为 100mA，电压表指针应该在图（c）指针位置的侧（填“左”或“右”）；
⑸若电压表是非理想电压表，则金属丝电阻的测量值真实值（填“大于”“小于”或“等于”）。

某科技小组模仿太阳能发电中的太阳光自动跟踪系统，制作光源跟踪演示装置，实现太阳能电池板方向的调整，使电池板正对光源。
图甲是光照方向检测电路，所用器材有：电源E（电动势3V）；电压表V₁和V₂（量程均有3V和15V，内阻均可视为无穷大）；滑动变阻器R；两个相同的光敏电阻R_G1和R_G2；开关S；手电筒；导线若干。图乙是实物图，图中电池板上垂直安装有半透明隔板，隔板两侧装有光敏电阻，电池板固定在电动机转轴上，控制单元与检测电路的连接未画出，控制单元对光照方向检测电路无影响。
请完成下列实验操作和判断。

某种花卉喜光，但阳光太强时易受损伤。某兴趣小组决定制作简易光强报警器，以便在光照过强时提醒花农。该实验用到的主要器材如下：学生电源、多用电表、数字电压表、数字电流表、滑动变阻器R（最大阻值）、白炽灯、可调电阻、发光二极管LED、光敏电阻、NPN型三极管VT、开关和若干导线等。

光的行为曾令物理学家感到困惑。双缝干涉、光电效应等具有里程碑意义的实验。逐渐揭开了光的神秘面纱。人类对光的认识不断深入，引发了具有深远意义的物理学革命。