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1、第5讲32、34、35实验实验11：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12.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23.模仿法拉第的实验：
2、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如图4所示是研究电磁感应现象的实验所需的器材，用实线代替导线将带有铁芯的小螺线管A、电源、滑动变阻器和开关连接成回路，将灵敏电流计和大螺线管B连接成回路.并列举出实验中改变回路的磁通量，使回路产生感应电流的三种方式：图4(1)_；(2)_；(3)_.答案实物连接见解析图(1)开关闭合(或断开)瞬间(2)将小螺线管A插入大螺线管B瞬间(或从大螺线管B中取出瞬间)(3)将小螺线管A插入大螺线管B中后移动滑动变阻器的滑片解析小螺线管A、滑动变阻器、电源、
3、开关组成一个回路；大螺线管B与灵敏电流计组成一个闭合回路，如图所示.小螺线管A放在大螺线管B内，当小螺线管A中的电流发生变化时，大螺线管B中的磁场也发生变化，进而使通过大螺线管B的磁通量发生变化，大螺线管B与灵敏电流计组成的闭合回路中就产生了感应电流，所以采取的方式只要能够改变A中的电流就可以了.变式1在“探究感应电流的产生条件”的实验中，某同学的电路连线如图5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5答案23解析探究电磁感应现象的实验电路分两部分，电源、开关、滑动
4、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，则错误的连线是2与3.实验12：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6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连接成闭合电路.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64.总结，得出结论.例2(2017浙江4月选考21(2)用如图7所示的装置做“探究
5、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7答案b到aA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，即切割磁感线产生的感应电流大，故选项A正确，选项B、D错误.变式2(2018书生中学月考)在“研究电磁感应现象”的实验中，首先按图8甲接线，以查明电流表指针的偏转方向与电流方向之间的关系.当闭合S1时，观察到电
6、流表指针向左偏，不通电时电流表指针停在正中央.然后按图乙所示将电流表与副线圈B连成一个闭合回路，将原线圈A、电池、滑动变阻器和S2串联成另一个闭合回路.图8(1)S2闭合后，将螺线管A(原线圈)插入螺线管B(副线圈)的过程中，电流表的指针将_偏转.(选填“向左”“向右”或“不”)(2)线圈A放在B中不动时，指针将_偏转.(选填“向左”“向右”或“不”)(3)线圈A放在B中不动，将滑动变阻器的滑片P向左滑动时，电流表指针将_偏转.(选填“向左”“向右”或“不”)答案(1)向右(2)不(3)向右解析(1)线圈A中磁场方向向上，插入B线圈，线圈B中磁通量变大，感应电流的磁场方向向下，电流从右向左流过
7、电流表，故电流表指针向右偏转；(2)线圈不动，磁通量不变，无感应电流，故指针不动；(3)线圈A中磁场方向向上，滑片向左移动，电流变大，线圈B中磁通量变大，感应电流的磁场方向向下，电流从右向左流过电流表，故电流表指针向右偏转.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后(如图乙)，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9A.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
8、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，应该接在蓄电池所在回路上C.蓄电池的正负极接反了D.开关接错了，应该接在B线圈所在回
9、路上答案(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偏转，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13：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、副线圈两端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
10、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112.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)n1n2U1(V)U2(V)U1U21234四、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
11、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na60匝和nb120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_(选填na或nb)答案ACEnb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
12、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：将两个线圈套到可拆变压器的铁芯上；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；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；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12所示，在实验中，两线圈的匝数n11 600，n2400，当将n1做原线圈时，U116 V，副线圈两端电压U24 V；原线圈与副线圈对调
13、后，当U18 V时，U232 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12答案(1)(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.(2) 两线圈的匝数n11 600，n2400，当将n1做原线圈时，U116 V，副线圈两端电压U24 V；当原线圈与副线圈对调后，U18 V时，U232
14、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： .变式6(2018慈溪市期末)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”的实验中：(1)若多用电表的选择开关及学生低压电源的面板如图13所示，则多用电表的选择开关转到的位置和变压器原线圈应连接到学生低压电源的哪两个接线柱_.A.转到位置a，接左边两个接线柱(标有“”“”)B.转到位置b，接左边两个接线柱(标有“”“”)C.转到位置a，接右边两个接线柱(标有“”)D.转到位置b，接右边两个接线柱(标有“”)图13(2)如图14实验中，下列说法正确的是_.图14A.实验用控制变量法，用可拆变压器，能方便地从不同接线柱上
15、选取不同匝数的线圈B.测量原、副线圈的电压，可用多用电表中的直流电压表C.原线圈接0、4接线柱，副线圈接0、8接线柱，副线圈电压约为原线圈电压的2倍D.若没有铁芯，变压器的输入电压与输出电压之比还是等于原、副线圈匝数之比答案(1)D(2)AC实验14：探究单摆周期与摆长的关系一、实验原理单摆在偏角0.605 mm，所以选a.(2)由题意，单缝在平面镜中的镜像，与原来的单缝共同构成一组双缝(如图)，所以双缝间距为d2h，故x.不能，因为不符合相干光的条件，不能发生干涉.变式11(201891高中联盟期中)(1)在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，在观察白光的干涉图样时，现有毛玻璃屏A、双缝B、白
16、光光源C、透镜D、单缝E等光学元件，如图35甲所示将白光光源C放在光具座最右端，依次放置其他光学元件，由右至左，表示各光学元件的字母排列顺序应为：C_A.图35(2)一同学通过测量头的目镜观察单色光的干涉图样时，发现里面的亮条纹与分划板竖线未对齐，如图乙所示，若要使两者对齐，该同学应如何调节_.A.仅左右转动透镜 B.仅旋转单缝C.仅旋转双缝 D.仅旋转测量头(3)为了使测得的单色光的条纹间距增大，在其他条件不变的情况下，以下做法合适的是_.A.增大单缝与双缝间距B.增大双缝与毛玻璃屏间距C.增大两双缝间距离D.增强光源亮度答案(1)DEB(2)D(3)B变式12(2016浙江4月选考21)在
17、“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36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k5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36答案D19.40420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 m
18、m80.05 mm19.40 mm；根据波长计算公式x，可得420 nm.实验17：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37如图37，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.为了减小摩擦力的影响，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38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38实验方案二：图39如图39，数字计时器上可以得到遮光板通过光电门的时间t，如
19、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.图40实验方案三：如图40所示，通过小球摆起的角度可以知道碰撞的速度.上述三个实验方案的区别在于测速度的方法不同.实验方案四：图41如图41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42所示.图42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
20、m1OMm2ON.例7如图43为“碰撞实验器”，它可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系.图43(1)实验中必须满足的条件是_.A.斜槽轨道尽量光滑以减小误差B.斜槽轨道末端的切线必须水平C.入射球和被碰球的质量必须相等，且大小相同D.入射球每次必须从轨道的同一位置由静止释放(2)图中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影，实验时，先让入射球m1多次从斜轨上S位置由静止释放，找到其平均落地点的位置P，测出平抛射程OP.然后把被碰小球m2静置于轨道的水平部分，再将入射球m1从斜轨上S位置由静止释放，与小球m2相碰，并多次重复操作.本实验还需要完成的必要步骤是_(填选项前
21、的字母).A.用天平测量两个小球的质量m1、m2B.测量抛出点距地面的高度HC.分别找到m1、m2相碰后平均落地点的位置M、ND.测量平抛射程OM、ON(3)某次实验中得出的落点情况如图44所示，假设碰撞过程中动量守恒，则入射小球质量m1和被碰小球质量m2之比为_.图44答案(1)BD(2)ACD(3)41解析(1)小球碰撞前后的水平速度可以用水平位移的数值表示，小球与斜槽轨道间的摩擦对实验没有影响，选项A错误；小球离开轨道后做平抛运动，斜槽轨道末端切线必须水平，选项B正确；为保证入射小球不反弹，入射小球的质量应大于被碰小球的质量，选项C错误；为了使入射球每次到达斜槽轨道末端的速度均相等，入射
22、球必须从同一高度静止释放，选项D正确.(2)实验需要验证m1OPm1OMm2ON，因此本实验还要完成的步骤是找到m1、m2相碰后平均落地点的位置M、N，测出平抛射程OM、ON，用天平测出两个小球的质量m1和m2.(3)将数据代入m1OPm1OMm2ON，解得m1m241.变式13(2018台州市3月选考)某同学用如图45所示的装置探究碰撞中的不变量，实验开始前在水平放置的气垫导轨左端装一个弹射装置，滑块碰到弹射装置时将被锁定，打开控制开关，滑块可被弹射装置向右弹出.滑块甲和滑块乙上装有相同宽度的挡光片，在滑块甲的右端和滑块乙的左端装上了弹性碰架(图中未画出)，可保证在滑块碰撞过程中能量损失极小
23、.开始时，滑块甲被弹射装置锁定，滑块乙静置于两个光电门之间.图45(1)该同学用游标卡尺测量挡光片的宽度d如图46所示，则d_ cm.图46(2)为使碰撞后两个滑块能够先后通过光电门2，则选用下列哪组滑块能使实验效果更好_.A.M甲50 g，M乙50 gB.M甲100 g，M乙50 gC.M甲50 g，M乙100 g(3)某次实验时，该同学记录下滑块甲(质量为m甲)通过光电门1的时间为t1，滑块乙(质量为m乙)通过光电门2的时间为t2，滑块甲通过光电门2的时间为t3，根据实验器材等测量条件确定误差范围.只要等式_成立，则可说明碰撞过程中动量守恒；只要等式_成立，则可说明这次碰撞为弹性碰撞.(注
24、：以上2个等式必须用题目中所给的字母表示)答案(1)2.145(2)B(3)m甲m甲m乙m甲()2m甲()2m乙()2变式14(2018浙江11月选考21)小明做“探究碰撞中的不变量”实验的装置如图47甲所示，悬挂在O点的单摆，由长为l的细线和直径为d的小球A组成，小球A与放置在光滑支撑杆上的直径相同的小球B发生对心碰撞，碰撞后小球A继续摆动，小球B做平抛运动.图47(1)小明用游标卡尺测小球A直径如图乙所示，则d_ mm.又测得了小球A质量m1，细线长度l，碰撞前小球A拉起的角度和碰撞后小球B做平抛运动的水平位移x、竖直下落高度h.为完成实验，还需要测量的物理量有：_.(2)若A、B两球碰后粘在一起形成新单摆，其周期_(选填“小于”、“等于”或“大于”)粘合前单摆的周期(摆角小于5).答案(1)14.40小球B的质量m2，A球碰撞后摆角的大小(2)等于解析(1)游标卡尺的精确度为0.05 mm，根据游标卡尺的读数方法可知，d14 mm80.05 mm14.40 mm.碰撞过程中动量守恒，则有m1v1m1v1m2v2，A球碰前的速度可以由m1gl(1cos )m1v12得出，故还需要测m2的值，以及碰后A球的摆角从而来测定碰后的A球的速度.(2)若两球碰后粘在一起形成新单摆，根据单