【物理】2019届一轮复习人教版实验：探究电磁感应的产生条件学案

【物理】2019届一轮复习人教版实验：探究电磁感应的产生条件学案

第5讲　加试实验 实验13：探究电磁感应的产生条件 一、实验原理 改变闭合回路中的磁通量，闭合回路中就可以产生感应电流，感应电流的有无可以通过连在电路中的电流表指针是否偏转来判定.‎ 二、实验器材 蹄形磁铁、条形磁铁、导体棒、线圈(正、副各一个)、灵敏电流计、直流电源、滑动变阻器、导线、开关.‎ 三、实验过程 ‎1.观察导体棒在磁场中是否产生感应电流：如图1所示，导体棒静止、左右平动、前后运动、上下运动，观察电流表指针是否偏转，记录实验现象.‎ 图1‎ ‎2.观察条形磁铁在线圈中运动是否产生感应电流：如图2所示，N、S极分别向线圈中插入、静止、拔出，观察电流表指针是否偏转，记录实验现象.‎ 图2‎ ‎3.模仿法拉第的实验：如图3所示，观察开关闭合瞬间、开关断开瞬间、开关闭合滑动变阻器滑片不动、开关闭合滑动变阻器滑片迅速移动时，电流表指针是否偏转，记录实验现象.‎ 图3‎ 例1　(多选)用如图4所示的装置做“探究产生感应电流的条件”实验，下列说法正确的是(　　)‎ 图4‎ A.甲图中当磁铁静止在线圈中时，电流表的指针发生偏转 B.甲图中N极或S极插入线圈时，电流表的指针偏转方向不同 C.乙图中开关处于闭合状态，移动变阻器的滑片时指针发生偏转 D.乙图中开关处于断开状态，拔出线圈A时电流表的指针发生偏转 答案　BC 解析　题图甲中当磁铁静止在线圈中时，螺线管内磁通量不发生变化，不产生感应电流，电流表的指针不偏转，选项A错误；题图甲中N极或S极插入线圈时，电流表的指针偏转方向不同，选项B正确；题图乙中开关处于闭合状态，移动变阻器的滑片时螺线管内磁通量发生变化，产生感应电流，电流表的指针发生偏转，选项C正确；题图乙中开关处于断开状态，没有构成回路，所以不会有电流通过电流表，选项D错误.‎ 变式1　在“探究电磁感应的产生条件”的实验中，现将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电流表及开关S按如图5所示连接，当开关S闭合瞬间，电流表指针左偏，说明B线圈产生了感应电流，开关S断开瞬间，电流表指针________(选填“会”或“不会”)偏转；当开关S闭合后，要使电流表的指针左偏，可采取的操作为______________.‎ 图5‎ 答案　会　滑动变阻器的滑片P向右滑动 变式2　(2017·温州市九校高三上学期期末)在“探究感应电流的产生条件”实验中，某同学的电路连线如图6所示，老师指出图中标示的1、2、3、4、5、6六根连线中有两处错误， 若要求实验现象尽可能明显，则错误的连线是______与______(选填“1”、“2”、“3”、“4”、“5”或“6”)‎ 图6‎ 答案　2　3‎ 解析　探究电磁感应现象实验电路分两部分，电源、开关、滑动变阻器、原线圈组成闭合电路，电流计与副线圈组成另一个闭合电路，则错误的连线是2与3.‎ 实验14：探究感应电流方向的规律 一、实验原理 ‎　楞次定律.‎ 二、实验器材 条形磁铁、灵敏电流计、线圈、导线、一节干电池(用来查明线圈中电流的流向与电流表指针偏转方向的关系).‎ 三、实验过程 ‎1.按图7连接电路，闭合开关，记录G中流入的电流方向与指针偏转方向的关系.‎ ‎2.记下线圈绕向，将线圈与灵敏电流计构成电路.‎ ‎3.把条形磁铁N极(S极)向下插入线圈中，并从线圈中拔出，每次记录电流计中指针偏转方向，并确定电流方向，从而确定磁场方向.‎ 图7‎ ‎4.总结，形成结论.‎ 例2　(2017·浙江4月选考·21(2))用如图8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________(选填“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8‎ 答案　b到a　A 解析　根据楞次定律可知，流过线圈的感应电流方向从b到a，在磁体穿过整个线圈的过程中，进入时电流方向与离开时电流方向相反，排除C选项.由于离开时速度比进入时速度大，即切割磁感线的感应电流要大，故选项A正确，选项B、D错误.‎ 变式3　如图9甲所示，开关S闭合后电流表指针由中央向左偏，当把一个线圈A和这个电流表串联起来(图乙)后，将一个条形磁铁B插入或拔出线圈时，线圈中会产生感应电流，经观察发现，电流表指针由中央位置向右偏，这说明________.‎ 图9‎ A.如果磁铁的下端是N极，则磁铁正在远离线圈 B.如果磁铁的下端是S极，则磁铁正在远离线圈 C.如果磁铁的下端是N极，则磁铁正在靠近线圈 D.如果磁铁的下端是S极，则磁铁正在靠近线圈 答案　AD 变式4　小李同学在用实验探究电磁感应现象中感应电流方向所遵循的规律时，准备了下列器材：多匝线圈、磁电式演示电表、条形磁铁、导线若干.‎ ‎(1)该同学把两只相同的磁电式演示电表用导线连接起来，然后抽去刻度面板，用手指迅速轻拨其中一只表的指针，同时观察另一只电表的指针，图10甲中与事实相符的是________(选填“a”和“b”).‎ 图10‎ ‎(2)该同学将电流表、线圈A和B、蓄电池、开关用导线连接成如图乙所示的实验电路，当她在闭合、断开开关的瞬间，电流表的指针都没有偏转，其原因____________.‎ A.电流表正负极接反了 B.电流表接错了，应该接在蓄电池上 C.蓄电池的正负极接反了 D.开关接错了，应该接在B线圈上 答案　(1)b　(2)D 解析　(1)由于两磁电式演示电表电流方向相同，而其中一个是发电，用右手定则判断，另一个是受安培力而转动，用左手定则判定，两者指针偏转方向相反，故填b.(2)由于A线圈回路没有电源，所以不会发生电磁感应.‎ 实验15：探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系 一、实验原理 原线圈通过电流时，铁芯中产生磁场，由于交变电流的大小和方向都在不断变化，铁芯中的磁场也在不断的变化，变化的磁场在副线圈中产生感应电动势，副线圈中就存在输出电压.本实验通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压与匝数的关系.‎ 二、实验器材 两只多用电表(或两只交直流数字电压表)、学生电源(低压交流电源)、开关、可拆变压器、导线若干.‎ 三、实验过程 ‎1.按如图11所示连接好电路图，将两个多用电表调到交流电压挡，并记录两个线圈的匝数.‎ 图11‎ ‎2.打开学生电源，读出电压值，并记录在表格中.‎ ‎3.保持匝数不变多次改变输入电压，记录下每次的两个电压值.‎ ‎4.保持电压、原线圈的匝数不变，多次改变副线圈的匝数，记录下每次的副线圈匝数和对应的电压值.‎ ‎5.数据记录与处理 次序 n1(匝)‎ n2(匝)‎ n1∶n2‎ U1(V)‎ U2(V)‎ U1∶U2‎ ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ 四、注意事项 ‎1.在改变学生电源电压、线圈匝数前均要先断开开关，再进行操作.‎ ‎2.为了人身安全学生电源的电压不能超过12 V，不能用手接触裸露的导线和接线柱.‎ ‎3.为了多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡试测，大致确定被测电压后再选用适当的挡位进行测量.‎ 例3　(2017·浙江4月选考·21(1))为完成“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验，必须要选用的是________.‎ 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/V ‎1.80‎ ‎2.80‎ ‎3.80‎ ‎4.90‎ Ub/V ‎4.00‎ ‎6.01‎ ‎8.02‎ ‎9.98‎ 根据测量数据可判断连接电源的线圈是__________(选填na或nb)‎ 答案　ACE　nb 解析　为了完成变压器的探究，需要使用交流电源变压，故选用多用电表的交流电压挡.为了让变压效果明显需要含有闭合铁芯的原、副线圈.由于有漏磁，所以副线圈测量电压应该小于理论变压值，即nb为输入端，na为输出端.‎ 变式5　(2016·浙江10月选考·21(2))如图12所示，在用可拆变压器“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，下列说法正确的是________(填字母).‎ 图12‎ A.用可拆变压器，能方便地从不同接线柱上选取不同匝数的线圈 B.测量原、副线圈的电压，可用“测定电池的电动势和内阻”实验中的直流电压表 C.原线圈接0、8接线柱，副线圈接0、4接线柱，副线圈电压大于原线圈电压 D.为便于探究，先保持原线圈匝数和电压不变，改变副线圈的匝数，研究其对副线圈电压的影响 答案　AD 变式6　在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，操作步骤如下：‎ ‎①将两个线圈套到可拆变压器的铁芯上；‎ ‎②闭合电源开关，用多用电表的交流电压挡分别测量原线圈和副线圈两端的电压；‎ ‎③将匝数较多的一组线圈接到学生电源的交流电源输出端上，另一个作为副线圈，接上小灯泡；‎ ‎④将原线圈与副线圈对调，重复以上步骤.‎ ‎(1)以上操作的合理顺序是________(只填步骤前数字序号)；‎ ‎(2)如图13所示，在实验中，两线圈的匝数n1＝1 600，n2＝400，当将n1做原线圈时，U1＝16 V，副线圈两端电压U2＝4 V；原线圈与副线圈对调后，当U1′＝8 V时，U2′＝32 V，那么可初步确定，变压器两个线圈的电压U1、U2与线圈匝数n1、n2的关系是________.‎ 图13‎ 答案　(1)①③②④　(2) ＝ 解析　(1)在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，首先将两个线圈套到可拆变压器的铁芯上；再将匝数较多的一组线圈接到学生电源的交流电源输出端上，另一个作为副线圈，接上小灯泡；闭合电源开关，用多用电表的交流电压挡分别测量原线圈和副线圈两端的电压；最后将原线圈与副线圈对调，重复以上步骤.故合理的顺序是①③②④.‎ ‎(2) 两线圈的匝数n1＝1 600，n2＝400，当将n1做原线圈时，U1＝16 V，副线圈两端电压U2＝4 V；当原线圈与副线圈对调后，U1′＝8 V时，U2′＝32 V，此时U2′为原线圈的电压，而U1′为副线圈的电压；由以上数据可得： ＝.‎ 实验16：探究单摆周期与摆长的关系 一、实验原理 单摆在偏角θ<5°时，摆球的运动可看做简谐运动，用累积法测出n次全振动的时间t，则算得T＝，同时量得摆线长l′和小球直径d，则单摆的摆长l＝l′＋，然后用图象法寻找周期T与摆长l的定量关系.‎ 二、实验装置图及器材 图14‎ 带有铁夹的铁架台、中心有小孔的金属小球，不易伸长的细线(约1米)、停表、毫米刻度尺和游标卡尺.‎ 三、实验步骤 ‎1.让细线的一端穿过金属小球的小孔，然后打一个比小孔大一些的线结，做成单摆.‎ ‎2.把细线的上端用铁夹固定在铁架台上，把铁架台放在实验桌边，使铁夹伸到桌面以外，让摆球自然下垂，在单摆平衡位置处作上标记，如图14所示.‎ ‎3.用毫米刻度尺量出摆线长度l′，用游标卡尺测出摆球的直径，即得出金属小球半径r，计算出摆长l＝l′＋r.‎ ‎4.把单摆从平衡位置处拉开一个很小的角度(不超过5°)，然后放开金属小球，让金属小球摆动，待摆动平稳后测出单摆完成30～50次全振动所用的时间t，计算出金属小球完成一次全振动所用时间，这个时间就是单摆的振动周期，即T＝(N为全振动的次数)，反复测3次，‎ 再计算出周期的平均值＝.‎ ‎5.根据单摆振动周期公式T＝2π计算重力加速度g＝.‎ ‎6.改变摆长，重做几次实验，计算出每次实验的重力加速度值，求出它们的平均值，该平均值即为测得的重力加速度值.‎ ‎7.将测得的重力加速度值与当地重力加速度值相比较，分析产生误差的可能原因.‎ 四、数据处理 处理数据有两种方法：‎ ‎1.公式法：测出30次或50次全振动的时间t，利用T＝求出周期；不改变摆长，反复测量三次，算出三次测得的周期的平均值，然后代入公式g＝求重力加速度.‎ ‎2.图象法：‎ 图15‎ 由单摆周期公式不难推出：l＝T2，因此，分别测出一系列摆长l对应的周期T，作l－T2图象，图象应是一条通过原点的直线，如图15所示，求出图线的斜率k＝，即可利用g＝4π2k求得重力加速度值.‎ 五、注意事项 ‎1.选择材料时摆线应选择细而不易伸长的线，比如用单根尼龙线、胡琴丝弦或蜡线等，长度一般不应短于1 m.小球应选用密度较大的金属球，直径应较小，最好不超过2 cm.‎ ‎2.单摆悬线的上端不可随意卷在铁夹的杆上，应夹紧在铁夹中，以免摆动时发生摆线下滑、摆长改变的现象.‎ ‎3.摆动时控制摆线偏离竖直方向不超过5°.‎ ‎4.摆动时，要使之保持在同一个运动平面内，不要形成圆锥摆.‎ ‎5.计算单摆的振动次数时，应以摆球通过平衡位置时开始计时，以摆球从同一方向通过平衡位置时进行读数，且在数“零”的同时按下停表，开始计时计数.‎ 例4　(1)在“探究单摆周期与摆长的关系”实验中，小鑫同学用如图16甲、乙所示的装置进行实验，两图是从不同角度对该装置拍摄所得的效果图，甲图为摆球静止在平衡位置的情景，乙图为摆球振动过程中某一时刻的情景.请指出该同学的实验装置或实验操作中不当之处：______________________(写出一点即可).‎ 图16‎ ‎(2)在该实验中，正确测得单摆的摆线长为L，振动的周期为T，摆球直径为d，可由g＝________计算出当地的重力加速度值.‎ ‎(3)在下列所给的器材中，选出本实验不需要的器材(填写器材前的编号即可)________.‎ A.带夹子的铁架台　　　 B.打点计时器 C.带小孔的实心铁球 D.停表 E.长约1 m的细线 F.规格完全相同的橡皮条 G.带毫米刻度的米尺 H.天平 答案　(1)摆线绕在铁杆上导致悬挂不固定、摆角太大、摆线太短(写出一点即可) (2)　(3)BFH 解析　(1)由题图知，题中实验操作时摆线绕在铁杆上导致悬挂不固定，且摆角太大、摆线太短；(2)由单摆的周期公式T＝2π知，g＝；(3)本实验利用停表测时间，不需要打点计时器；摆线为长约1 m的不可伸长的细线，不能使用橡皮条；不需要天平测质量.故不需要的器材为BFH.‎ 变式7　(2016·浙江10月选考·21)在“探究单摆周期与摆长的关系”实验中，测量单摆的周期时，图17中________(选填“甲”“乙”或“丙”)作为计时开始与终止的位置更好些.‎ 图17‎ 答案　乙 解析　单摆周期的开始和终止计时位置，一般选取摆球经过平衡位置时记录，所以选择图乙.‎ 变式8　某实验小组在“探究单摆周期与摆长的关系”实验中：‎ ‎(1)用游标卡尺测定摆球的直径，测量结果如图18所示，则该摆球的直径为________cm.‎ 图18‎ ‎(2)小组成员在实验过程中有如下说法，其中正确的是________(填选项前的字母).‎ A.把单摆从平衡位置拉开30°的摆角，并在释放摆球的同时开始计时 B.测量摆球通过最低点100次的时间t，则单摆周期为 C.用悬线的长度加摆球的直径作为摆长，代入单摆周期公式计算得到的重力加速度值偏大 D.选择密度较小、直径较大的摆球 答案　(1)0.97　(2)C 解析　(1)主尺刻度加游标尺刻度的总和等于最后读数，0.9 cm＋7× mm＝0.97 cm.(2)单摆在摆角较小时才能看做简谐运动，其周期公式才成立，为减小计时误差，应从摆球速度最大的最低点瞬间计时，A错；通过最低点100次的过程中，经过的时间是50个周期，B错；应选用密度较大、直径较小的球以减小空气阻力的影响，D错；摆长等于悬线的长度加摆球的半径，由单摆周期公式T＝2π可知，若摆长记录值偏大，则测定的重力加速度也偏大，C正确.‎ 实验17：测定玻璃的折射率 一、实验原理 用插针法确定光路，找出跟入射光线相对应的折射光线；用量角器测出入射角θ1和折射角θ2；根据折射定律计算出玻璃的折射率n＝.‎ 二、实验器材 两面平行的玻璃砖、白纸、木板、大头针、量角器、刻度尺、铅笔、图钉.‎ 三、实验步骤 图19‎ ‎1.将白纸用图钉钉在木板上.‎ ‎2.如图19所示，在白纸上画出一条直线aa′作为界面(线)，过aa′上的一点O画出界面的法线NN′，并画一条线段AO作为入射光线.‎ ‎3.把长方形玻璃砖放在白纸上，使它的长边跟aa′对齐，画出玻璃砖的另一边bb′.‎ ‎4.在直线AO上竖直插上两枚大头针P1、P2，透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像，调整视线方向，直到P2挡住P1的像.再在观察的这一侧插两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3及P1、P2的像，记下P3、P4的位置.‎ ‎5.移去大头针和玻璃砖，过P3、P4所在处作直线O′B，与bb′交于O′，直线O′B就代表了沿AO方向入射的光线通过玻璃砖后的传播方向.‎ ‎6.连接OO′，入射角θ1＝∠AON，折射角θ2＝∠O′ON′.用量角器量出入射角和折射角，从三角函数表中查出它们的正弦值，把这些数据记录在自己设计的表格中.‎ ‎7.用上述方法分别求出入射角分别为30°、45°、60°时的折射角，查出它们的正弦值，填入表格中.‎ ‎8.算出不同入射角时的比值，最后求出在几次实验中所测的平均值，即为玻璃砖折射率的测量值.‎ 四、数据处理 此实验是通过测量入射角和折射角，然后查数学用表，找出入射角和折射角的正弦值，再代入n＝中求玻璃的折射率.除运用此方法之外，还有以下处理数据的方法：‎ ‎1.在找到入射光线和折射光线以后，以入射点O为圆心，以任意长为半径画圆，分别与AO交于C点，与OO′(或OO′的延长线)交于D点，过C、D两点分别向NN′作垂线，交NN′于C′、D′点，用刻度尺量出CC′和DD′的长，如图20所示.‎ 图20‎ 由于sin θ1＝，sin θ2＝，而CO＝DO，所以折射率n＝.重复以上实验，求得各次折射率计算值，然后求其平均值即为玻璃砖折射率的测量值.‎ ‎2.根据折射定律可得n＝，因此有sin θ2＝.在多次改变入射角、测量相对应的入射角和折射角正弦值基础上，以sin θ1值为横坐标、以sin θ2值为纵坐标，建立直角坐标系，如图21所示.描数据点，过数据点连线得一条过原点的直线.求解图线斜率，设斜率为k，则k＝，故玻璃砖折射率n＝.‎ 图21‎ 五、注意事项 ‎1.玻璃砖要厚，用手拿玻璃砖时，只能接触玻璃砖毛面或棱，严禁用玻璃砖当尺子画界面.‎ ‎2.入射角应在30°到60°之间.‎ ‎3.大头针要竖直插在白纸上，且玻璃砖每一侧两枚大头针P1与P2间、P3与P4间的距离应尽量大一些，以减小确定光路方向时造成的误差.‎ ‎4.玻璃砖的折射光线要画准.‎ ‎5.由于要多次改变入射角重复实验，所以入射光线与出射光线要一一对应编号以免混乱.‎ 例5　在“测定玻璃的折射率”实验中，某同学经正确操作插好了4枚大头针，如图22甲所示.‎ 图22‎ ‎(1)在图乙中画出完整的光路图.‎ ‎(2)对你画出的光路图进行测量和计算，求得该玻璃砖的折射率n＝_____(保留三位有效数字).‎ ‎(3)为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现象，某同学做了两次实验，经正确操作插好了8枚大头针，如图23所示.图中P1和P2是同一入射光线上的2枚大头针，其对应出射光线上的2枚大头针是P3和________(选填“A”或“B”).‎ 图23‎ 答案　(1)见解析图 (2)1.52(说明：±0.03范围内都可) (3)A 解析　(1)分别连接玻璃砖两侧的大头针所在的点并延长，与玻璃砖两平行边 分别相交，标出传播方向，然后连接玻璃砖边界的两交点，即为光线在玻璃砖中的传播方向.光路图如图所示.‎ ‎(2)设方格纸上正方形的边长为1，光线的入射角为θ1，折射角为θ2，‎ 则sin θ1＝≈0.793，‎ sin θ2＝≈0.521，‎ 所以该玻璃砖的折射率n＝＝≈1.52.‎ ‎(3)由题图可知，光线P1P2入射到玻璃砖上时，相当于光线射到了一个三棱镜上，因此出射光线将向底边偏折，所以出射光线过P3和A.‎ 变式9　(2017·湖州市期末考试)(1)在“测定玻璃的折射率”实验中，小朱同学在实验桌上看到方木板上有一张白纸，白纸上有如图24甲所示的实验器材，他认为缺少一种器材，请你写出所缺器材的名称：________.老师将器材配齐后，他进行实验，图乙是他在操作过程中的一个状态，请你指出第四枚大头针应在图乙中的位置________(选填“A”“B”或“C”).‎ 图24‎ ‎(2)小红利用方格坐标纸测定玻璃的折射率，如图25所示，AO是画在纸上的直线，她在直线AO适当位置竖直插上P1、P2两枚大头针，放上半圆形玻璃砖(图中粗黑线所示)，然后插上P3、P4两枚大头针，以确定折射光线.其中她确定P3大头针位置的方法应当是：________________________.操作完成后，她用圆规作了一个以O为圆心，半径与玻璃砖半径相同的半圆(如图中虚线所示 )，则她测出玻璃的折射率n＝________.‎ 图25‎ 答案　(1)刻度尺　B (2)透过玻璃砖看，P3大头针挡住P1、P2两枚大头针的像　1.5‎ 解析　(1)本实验需要用刻度尺测量相应长度以计算入射角、折射角的正弦值，通过平行介质的入射光线和折射光线是平行的，所以第四枚大头针的位置应该在B处.(2)正确的操作是透过玻璃砖看，P3大头针挡住P1、P2两枚大头针的像.设入射光线与圆的交点为C，出射光线与圆的交点为D，过C、D分别作竖直对称轴的垂线，交点分别为M、N，则n＝＝1.5.‎ 变式10　(2016·台州中学高二统练)同学们用两面平行的玻璃砖做“测玻璃的折射率”实验.‎ ‎(1)甲同学由于没有量角器，他在完成了光路图以后，以O点为圆心，10.00 cm长为半径画圆，分别交线段OA于A点，交OO′连线延长线于C点.过A点作法线NN′的垂线AB交NN′于B点，过C点作法线NN′的垂线CD交NN′于D点，如图26所示，用刻度尺量得OB＝8.00 cm，CD＝4.00 cm.由此可得出玻璃的折射率n＝________.‎ 图26‎ ‎(2)乙同学在画界面时，不小心将两界面ab和cd间距画得比玻璃砖宽度大些，下界面与实际相同，如图27所示，若其他操作无误，则他测得的折射率比真实值________(选填“偏大”“偏小”或“不变”).‎ 图27‎ 答案　(1)1.5　(2)偏小 解析　(1)题图中P1P2作为入射光线，OO′是折射光线，设光线在玻璃砖上表面的入射角为i，折射角为r，则由几何知识得sin r＝，sin i＝，又AO＝OC，则折射率n＝＝＝1.5.‎ ‎(2)入射角没有变化，折射角的测量值偏大，则由n＝，得折射率测得值偏小.‎ 实验18：用双缝干涉测量光的波长 一、实验原理 单色光通过单缝后，经双缝产生稳定的干涉图样，图样中相邻两条亮(暗)条纹间距Δx与双缝间距d、双缝到屏的距离l、单色光波长λ之间满足λ＝Δx.‎ 图28‎ 双缝间的距离d是已知的，双缝到屏的距离l可以用米尺测出，相邻两条亮(暗)条纹间的距离Δx用测量头(如图28甲)测出.测量头由分划板、目镜、手轮等构成.转动手轮，分划板会左右移动.测量时，应使分划板中心刻线对齐某条纹的中心(如图乙所示)，记下此时手轮上的示数.转动测量头，使分划板中心刻线对齐另一条纹的中心，记下此时手轮上的示数.两次读数之差就表示这两条条纹间的距离.‎ 二、实验器材 双缝干涉仪(由光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头组成)、学生电源、导线、米尺.‎ 三、实验步骤 ‎1.取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮.‎ ‎2.按合理顺序在光具座上放置各光学元件，并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上.‎ ‎3.用米尺测量双缝到屏的距离.‎ ‎4.用测量头(其读数方法同螺旋测微器)测量数条亮条纹间的距离.‎ 四、注意事项 ‎1.单缝和双缝应相互平行，其中心位于遮光筒的轴线上，双缝到屏的距离应相等.‎ ‎2.测双缝到屏的距离l可用米尺测多次，取平均值.‎ ‎3.测条纹间距Δx时，用测量头测出n条亮(暗)条纹间的距离a，求出相邻的两条亮(暗)‎ 条纹间的距离Δx＝.‎ 例6　(2016·浙江4月选考·21)在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，选用红色滤光片和间距为0.20 mm的双缝，双缝与屏的距离为600 mm.某同学正确操作后，在目镜中看到如图29甲所示的干涉条纹.换成紫色滤光片正确操作后，使测量头分划板刻线与第k级暗条纹中心对齐，在目镜中观测到的是图乙中的________(填字母)，此时测量头的读数为25.70 mm.沿同一方向继续移动测量头使分划板刻线与第k＋5级暗条纹中心对齐，此时测量头标尺如图丙所示，其读数是________mm.紫光的波长等于________nm.‎ 图29‎ 答案　D　19.40　420‎ 解析　换成紫色滤光片后，光的波长变小，条纹间距变小，B错，条纹方向不变，C错，分划板中心刻线的位置是不变的，A错，D对；标尺的读数为19 mm＋8×0.05 mm＝19.40 mm；根据波长计算公式λ＝Δx，可得λ＝420 nm.‎ 变式11　(2017·诸暨市期末考试)在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，实验装置如图30所示.‎ 图30‎ ‎(1)图中P位置放的是单缝还是双缝？________(选填“单缝”或“双缝”).‎ ‎(2)经过一系列的调试，得到了亮度较好，但不够清晰的干涉图样.为了得到更加清晰的干涉图样，应该________(选填“左右”或“上下”)调节拨杆.‎ 答案　(1)单缝　(2)左右 解析　(1)根据双缝干涉的条件，需要通过单缝获得相干光源，所以P处为单缝；(2)为了产生清晰的双缝干涉条纹，拨杆左右调节，直到双缝与单缝平行.‎ 变式12　在观察光的双缝干涉现象的实验中：‎ ‎(1)将激光束照在如图31乙所示的双缝上，在光屏上观察到的现象是图甲中的________.‎ 图31‎ ‎(2)换用间隙更小的双缝，保持双缝到光屏的距离不变，在光屏上观察到的条纹宽度将________；保持双缝间隙不变，减小光屏到双缝的距离，在光屏上观察到的条纹宽度将________(以上均选填“变宽”“变窄”或“不变”).‎ 答案　(1)A　(2)变宽　变窄 解析　(1)双缝干涉图样是平行且等宽的明暗相间的条纹，A图正确；‎ ‎(2)根据Δx＝λ知，双缝间的距离d减小时，条纹间距变宽，当双缝到屏的距离l减小时，条纹间距变窄.‎ 变式13　(2017·湖州三县期中考试)在“用双缝干涉测量光的波长”实验中：‎ 图32‎ ‎(1)在如图32甲所示的光具座上，将白光光源放于光具座位置A，红色滤光片放于光具座位置B，位置C应放光学元件________(选填“单缝片”或“双缝片”).‎ ‎(2)用某种单色光做双缝干涉实验时，已知双缝间距为d，双缝到毛玻璃屏间距离为l，实验时先移动测量头上的手轮，把分划板中心刻线对准靠近最左边的一条亮条纹(如图乙所示)，并记下手轮的读数x1，然后转动手轮，把分划线向右边移动，直到对准第7条亮条纹并记下手轮读数x7，请用以上测量的符号表示出该单色光波长的表达式________.‎ 答案　(1)单缝片　(2) 解析　(1)A、B、C、D处依次是：光源、滤光片、单缝片、双缝片，因此位置C处应该放单缝片.(2)由题意可知Δx＝，又由Δx＝λ可得λ＝.‎ 实验19：探究碰撞中的不变量 用实验法探究碰撞中的不变量，要测量物体的质量和碰撞前后的速度.可以用很多的实验方案来探究.‎ 实验方案一：‎ 图33‎ 如图33，光滑的水平木板上，一辆小车A拖着一条纸带匀速运动，碰上了静止在前方的小车B，碰后两车一起向右匀速运动.‎ 为了减少摩擦力的影响，我们的做法是将木板一端垫高，其实也可以使用气垫导轨.‎ 探究需要确定质量和速度，用天平测质量.中心任务是要得出速度，如图34是一条实验室打出的纸带：纸带的左端代表A车碰前的运动.‎ 图34‎ 实验方案二：‎ 图35‎ 如图35，数字计时器上可以得到遮光板通过光电门的时间t，如果要计算匀速运动的速度，还需知道遮光板宽度d，这样速度v＝.‎ 在匀速运动中，遮光板宽一点或窄一点，对物体速度的计算不会有影响.在变速运动中，选取的遮光板要窄一点.‎ 实验方案三：‎ 如图36所示，通过小球摆起的角度可以知道碰撞的速度.‎ 图36‎ 上述看到的三个实验方案，区别在于测速度的方法不同.‎ 实验方案四：如图37所示，先用重垂线确定O点.让两个球碰撞(入射小球的质量m1大于被撞小球的质量m2)，两球碰撞前后速度用平抛运动测量，因下落时间相同，可以用水平位移替代速度.多次实验，小球落点如图38所示.‎ 图37‎ 图38‎ 小球落点有很多，画圆，圆心表示平均落点位置.‎ 量出水平距离OP、OM、ON，则碰撞中的不变量可表示为：m1OP＝m1OM＋m2ON.‎ 例7　(2017·诸暨中学期中考试)某同学用如图39所示装置探究A、B两球在碰撞中动量是否守恒.该同学利用平抛运动测量两球碰撞前后的速度，实验装置和具体做法如下，图中PQ是斜槽，QR为水平槽.实验时先使A球从斜槽上某一固定位置G由静止开始滑下，落到位于水平地面的记录纸上，留下痕迹.重复上述操作10次，得到10个落点痕迹.再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方，让A球仍从位置G由静止开始滑下，和B球碰撞后，A、B球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹.重复这种操作10次，并画出实验中A、B两小球落点的平均位置，图中F、E点是A碰B球前后A球的平均落点，J是B球的平均落点，O点是水平槽末端R在记录纸上的垂直投影点.其中米尺水平放置，且平行于G、R、O所在的竖直平面，米尺的零点与O点对齐.‎ 图39‎ ‎(1)现有下列器材，为完成本实验，哪些是必需的？请将这些器材前面的字母填在横线上________.‎ A.停表 B.刻度尺 C.天平 D.圆规 ‎(2)在以下选项中，哪些是本次实验必须进行的测量________.‎ A.水平槽上未放B球时，测量A球落点位置到O点的距离OF B.A球与B球碰撞后，测量A球、B球落点位置到O点的距离OE、OJ C.A球和B球在空中飞行的时间 D.测量G点相对于水平槽面的高度 ‎(3)如果碰撞中动量守恒，根据图中各点间的距离，则下列式子正确的是(　　)‎ A.mA＋mA＝mB B.mA＝mA－mB C.mA＝mA＋mB D.mA＝mA＋mB 答案　(1)BCD　(2)AB　(3)C 解析　(1)要验证动量守恒，就需要知道碰撞前后的动量，所以要测量两个小球的质量及碰撞前后小球的速度，碰撞前后小球都做平抛运动，速度可以用水平位移代替，所以需要测量的物理量为：小球A、B的质量mA、mB，记录纸上O点到E、F、J各点的距离，故必需的器材为刻度尺、天平、圆规(确定落点)，选项B、C、D正确.(2)由(1)分析知，选项A、B正确.(3)F为碰前入射小球落点的位置，E为碰后入射小球的位置，J为碰后被碰小球的位置，碰撞前入射小球的速度v1＝，碰撞后入射小球的速度v2＝，碰撞后被碰小球的速度v3＝，若mAv1＝mAv2＋mBv3，则表明通过该实验验证了两球碰撞过程中动量守恒，代入数据得mA＝mA＋mB，选项C正确.‎ 变式14　(2017·绍兴第一中学期末)某物理兴趣小组的同学，在利用气垫导轨“探究碰撞中的不变量”实验中，测得左侧滑块质量m1＝150 g，右侧滑块质量m2＝121 g，挡光片宽度为2.00 cm，两滑块之间有一压缩的弹簧片，并用细线连在一起，如图40所示.开始时两滑块都静止，烧断细线后，两滑块分别向左、向右方向运动.挡光片通过左、右光电门(图中未画出)的时间分别为Δt1＝0.20 s，Δt2＝0.16 s.取向右为正方向，则烧断细线前系统的总动量为________ kg·m/s，烧断细线后系统的总动量为________ kg·m/s.‎ 图40‎ 答案　0　1.25×10－4‎ 解析　烧断细线前系统静止，总动量为0 kg·m/s；烧断细线后，左边滑块的动量：‎ p1＝m1＝150×10－3× kg·m/s＝1.5×10－2 kg·m/s，‎ 右边滑块的动量：‎ p2＝m2＝121×10－3× kg·m/s＝1.512 5×10－2 kg·m/s ‎，两滑块动量方向相反，烧断细线后系统的总动量为：p＝p2－p1＝1.25×10－4 kg·m/s，方向与右边的滑块动量方向相同.‎ 变式15　(1)用20分度的游标卡尺测量钢球的直径，示数如图41所示，则钢球直径为________ mm.‎ 图41‎ ‎(2)某同学设计了一个用打点计时器探究碰撞中不变量的实验：在小车A的前端粘有橡皮泥，推动小车A使之做匀速运动，然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体，继续做匀速运动，他设计的具体装置如图42所示，在小车A后连着纸带，电磁打点计时器所用电源频率为50 Hz，长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力.若已得到打点纸带如图43所示，并将测得的各计数点间距离标在图上，A点是运动起始的第一点，则应选______段来计算A的碰前速度，应选______段来计算A和B碰后的共同速度v(以上两格选填“AB”“BC”“CD”或“DE”).已测得小车A的质量mA＝0.40 kg，小车B的质量mB＝0.20 kg，由以上测量结果可得：碰后(mA＋mB)v＝______ kg·m/s. (保留三位有效数字)‎ 图42‎ 图43‎ 答案　(1)12.25　(2)BC　DE　0.417‎ 解析　(1)游标卡尺的读数为主尺读数加游标尺读数，主尺读数为12 mm，游标尺读数为5×0.05 mm＝0.25 mm，即钢球直径为12.25 mm.(2)小车碰撞前做匀速直线运动，则题图的计数点之间应是等距离的，所以应该在BC段确定小车A的碰前速度；碰撞后小车A、B共同做匀速直线运动，所以应该在DE段求碰后共同速度.碰后的总动量p＝(mA＋mB)v＝0.6× kg·m/s＝0.417 kg·m/s.‎ ‎1.(2017·宁波市十校联考)如图1所示为“探究电磁感应产生条件”的实验电路之一，图中还有①、②两条导线没有接好，为了能顺利完成这个实验，导线①应接在________(选填“a”或“b”)，再接好导线②.在实验中发现，开关闭合瞬间，电流计指针向右偏.‎ 现保持开关闭合，滑动变阻器滑动触头P迅速向右滑动时，电流计指针应向________偏(选填“左”或“右”).‎ 图1‎ 答案　a　左 解析　电源、开关、滑动变阻器与线圈A构成闭合回路，导线①应该连接a；开关闭合后，电流变大，电流计指针向右偏，滑动变阻器滑动触头P迅速向右滑动，滑动变阻器接入电路阻值变大，电流变小，电流计指针向左偏.‎ ‎2.某同学在“探究电磁感应的产生条件”实验中，设计了如图2所示的装置.线圈A通过电流表甲、高阻值的电阻R′、滑动变阻器R和开关S连接到电源上，线圈B的两端接到另一个电流表乙上，两个电流表完全相同，零刻度居中.闭合开关后，当滑动变阻器R的滑片P不动时，甲、乙两个电流表指针的位置如图所示.‎ 图2‎ ‎ (1)当滑片P较快地向左滑动时，电流表甲的指针偏转情况是________，电流表乙的指针偏转情况是______.(选填“向左偏”“向右偏”或“不偏转”)‎ ‎(2)断开开关，待电路稳定后后再迅速闭合开关，电流表乙的指针偏转情况是________.(选填“向左偏”“向右偏”或“不偏转”)‎ ‎(3)从上述实验可以初步得出结论：_____________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________.‎ 答案　(1)向右偏　向左偏　(2)向左偏　(3)穿过闭合回路的磁通量变化而产生感应电流，感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化 解析　由题图可知，电流由哪一接线柱流出，电流表的指针就向哪一侧偏转.‎ ‎(1)当滑片P较快地向左滑动时，通电回路中的电流增大，电流表甲的指针向右偏，穿过线圈B的磁通量增大且原磁场方向向下，由楞次定律可知，感应电流的磁场方向向上，由安培定则得，电流表乙的指针向左偏.‎ ‎(2)断开开关，待电路稳定后再迅速闭合开关，左侧(通电)回路中的电流增大，穿过线圈B 的磁通量增大且原磁场方向向下，故电流表乙的指针向左偏.‎ ‎(3)通过实验可以初步得出结论：穿过闭合回路的磁通量变化而产生感应电流，感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化.‎ ‎3.(2015·浙江10月选考·21(1))如图3所示，在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，电源输出端与变压器线圈连接方式正确的是________(选填“甲”或“乙”).变压器原、副线圈的匝数分别为120匝和60匝，测得的电压分别为8.2 V和3.6 V，据此可知电压比与匝数比不相等，主要原因是________________.‎ 图3‎ 答案　乙　漏磁、铁芯发热、导线发热 解析　变压器是靠电磁感应原理工作的，必须接交流电，故正确的是题图乙；理想变压器电压与匝数成正比，实际变压器不成正比是由漏磁、铁芯发热、导线发热等电能损失造成的.‎ ‎4.某学生选用匝数可调的可拆变压器来做“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.原线圈接交流电压，电表用直流电压挡 C.原线圈接直流电压，电表用交流电压挡 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，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”).‎ 答案　(1)D　(2)减小 解析　(1)变压器的工作原理是电磁感应现象，故其只对交流电起变压作用，选项D正确，A、B、C错误；(2)保持原线圈的匝数不变，增加副线圈的匝数，副线圈两端的电压增大，说明副线圈匝数与原线圈匝数比值越大，副线圈两端的电压越大；保持副线圈的匝数不变，增加原线圈的匝数，则副线圈匝数与原线圈匝数比值变小，故副线圈两端的电压减小.‎ ‎5.在“探究单摆周期与摆长的关系”实验中：‎ ‎(1)实验时用20分度的游标卡尺测量摆球直径，示数如图4甲所示，则该摆球的直径d＝________cm.‎ 图4‎ ‎(2)接着测量摆线的长度为l0，实验时用拉力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，t0已知，则通过计算，求得重力加速度的表达式为g＝________.‎ 答案　(1)1.410　(2) 解析　(1)游标尺为20等份，每等份为0.05 mm，故游标卡尺读数为(14＋2×0.05) mm＝14.10 mm＝1.410 cm.‎ ‎(2)由题图乙知，周期T＝4t0，而摆长l＝l0＋，由T＝2π，得g＝l＝＝.‎ ‎6.如图5甲所示，是用双缝干涉测量光波长的实验装置示意图，其中A、B、C、D分别表示滤光片、单缝、双缝、光屏.图乙a是实验时用红色滤光片和缝间距d＝0.36 mm的双缝在光屏上得到的图样；图b是实验时用红色滤光片和缝间距d＝0.18 mm的双缝在光屏上得到的图样；图c是实验时用蓝色滤光片和双缝间距d＝0.36 mm的双缝在光屏上得到的图样，则：‎ 图5‎ ‎(1)比较题图a和题图b，可以说明____________________.‎ ‎(2)比较题图a和题图c，可以说明____________________.‎ ‎(3)能进行上述比较的前提是做这三次实验时不改变__________和__________的位置(选填“A”“B”“C”“D”).‎ 答案　(1)对相同色光，双缝间距减小，相邻条纹间距增大　(2)对相同双缝，光波长变短，相邻条纹间距减小　(3)C　D 解析　(1)比较图a和图b可知，对相同色光，双缝间的距离减小，相邻条纹间距增大；(2)比较图a和图c可知，对相同双缝，光波长变短，相邻条纹间距减小；(3)‎ 能进行上述比较的前提是做这三次实验时保证双缝到光屏的距离不变即不改变C、D的位置.‎ ‎7.(2017·浙江11月选考·21)在“测定玻璃的折射率”实验时，‎ ‎(1)下列做法正确的是________.‎ A.入射角越大，误差越小 B.在白纸上放好玻璃砖后，用铅笔贴着光学面画出界面 C.实验时既可用量角器，也可用圆规和直尺等工具进行测量 D.判断像与针是否在同一直线时，应该观察大头针的头部 ‎(2)小明同学在插针时玻璃砖的位置如图6所示，根据插针与纸上已画的界面确定入射点与出射点，依据上述操作所测得的折射率________(填“偏大”“偏小”或“不变”).‎ 图6‎ ‎(3)小明同学经正确操作后，在纸上留下四枚大头针的位置P1、P2、P3和P4，AB和CD是描出的玻璃砖的两个边，如图7所示，请在虚线框中画出光路图.‎ 图7‎ 答案　(1)C　(2)偏小　(3)光路图见解析 解析　(1)本实验在用插针法时，角度不宜过大，否则很难确定折射角，选项A错；不能用铅笔贴着光学面画界面，所以选项B错误；本实验通过n＝求折射率，也可以通过画出两个半径一样的圆，通过sin θ＝将角度转化为角度对边之比求折射率，所以选项C正确；在观察像与针是否在一条直线时，应该观察大头针底部，所以D错误.‎ ‎(2)由图可知，此次测量的折射角偏大，导致测得的折射率偏小.‎ ‎(3)光路图如图所示.‎ ‎8.(2017·温州市3月选考模拟)某同学在“探究碰撞中的不变量”实验中，采用如图8所示的实验装置，在光滑的水平轨道上，停着甲、乙两辆小车，甲车系一穿过打点计时器的纸带.在启动打点计时器的同时，给甲车沿轨道方向的冲量，甲车运动一段距离后，与静止的乙车发生正碰，由于两车相撞处装有尼龙拉扣，两车立即粘在一起继续运动.纸带记录下碰撞前甲车和碰撞后两车的运动情况，如图9所示，纸带上A、B两点的距离为________ cm；为完成实验，同学已经测出碰撞前后小车甲的速度，他还需要测量________________________.‎ 图8‎ 图9‎ 答案　1.20(±0.02)　小车甲和小车乙的质量 解析　A、B两点之间的距离为2.20 cm－1.00 cm＝1.20 cm.根据动量守恒定律知，要探究碰撞中的不变量还需要测量小车甲和小车乙的质量.‎ ‎9.某同学利用电火花计时器和气垫导轨做探究碰撞中不变量的实验.气垫导轨装置如图10甲所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架等组成.在空腔导轨的两个工作面上均匀分布着一定数量的小孔，向导轨空腔内不断通入压缩空气，空气会从小孔中喷出，‎ 使滑块稳定地漂浮在导轨上，这样就大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差.‎ 图10‎ ‎(1)下面是实验的主要步骤：‎ ‎①安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；‎ ‎②向气垫导轨通入压缩空气；‎ ‎③把电火花计时器固定在紧靠气垫导轨左端弹射架的外侧，将纸带穿过电火花计时器与弹射架并固定在滑块1的左端，调节电火花计时器的高度，直至滑块拖着纸带移动时，纸带始终在水平方向；‎ ‎④使滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳；‎ ‎⑤把滑块2放在气垫导轨的中间；‎ ‎⑥先________，然后________，让滑块带动纸带一起运动；‎ ‎⑦取下纸带，重复步骤④⑤⑥，选出理想的纸带如图乙所示；‎ ‎⑧测得滑块1的质量为310 g，滑块2(包括橡皮泥)的质量为205 g.‎ 完善实验步骤⑥的内容.‎ ‎(2)已知电火花计时器每隔0.02 s打一个点，计算可知两滑块相互作用以前系统的总动量为_____ kg·m/s；两滑块相互作用以后系统的总动量为________ kg·m/s.(结果均保留三位有效数字)‎ ‎(3)试说明(2)中两结果不完全相等的主要原因是__________________________________.‎ 答案　(1)⑥接通电火花计时器的电源　释放滑块1 (2)0.620　0.618　(3)纸带和电火花计时器限位孔之间有摩擦力的作用 解析　(1)使用电火花计时器时，先接通电源后释放纸带，所以先接通电火花计时器的电源，后释放滑块1.‎ ‎(2)放开滑块1后，滑块1做匀速运动，跟滑块2发生碰撞后二者一起做匀速运动，根据纸带的数据得：碰撞前滑块1的动量为：p1＝m1v1＝0.310× kg·m/s＝0.620 kg·m/s，滑块2的动量为零，所以碰撞前的总动量为0.620 kg·m/s；碰撞后滑块1、2速度相等，所以碰撞后总动量为：(m1＋m2)v2＝(0.310＋0.205)× kg·m/s＝0.618 kg·m/s ‎(3)主要原因是纸带与电火花计时器限位孔之间有摩擦力的作用.‎