某兴趣小组计划探究铝棒的发声。同学们使用一根表面光滑的实心铝-优题课

某兴趣小组计划探究“铝棒的发声”。同学们使用一根表面光滑的实心铝棒，一只手捏住铝棒的中间部位，另一只手的拇指和食指粘少许松香粉，在铝棒表面由手捏部位向外端摩擦，可以听见铝棒发出声音，而且发现在不同情况下铝棒发声的频率是不同的，为了探究铝棒发声频率的影响因素，该兴趣小组找到不同规格的铝棒、虚拟示波器等器材进行探究。实验前同学们提出了以下猜想：

猜想 $A$ ：铝棒发声的频率可能和铝棒的横截面积有关

猜想 $B$ ：铝棒发声的频率可能和铝棒的长度有关

猜想 $C$ ：铝棒发声的频率可能和手捏铝棒的部位有关

为了验证猜想 $A$ ，同学们选择4根铝棒，每次均捏住铝棒的中间部位，由手捏部位向外端摩擦，实验所得的数据记录于下面的表格中，在 $2 %$ 的误差允许范围内（频率相差在 $70 Hz$ 以内）的测量值可以认为是相等的。

实心铝棒	铝棒长度 $L / \times 10^{- 2} m$	横截面积 $S / \times 10^{- 5} m^{2}$	频率 $f / Hz$
1	71	2.9	3500
2	78	2.9	3146
3	71	5.2	3530
4	78	11.7	3134

（1）分析表格中数据，可知铝棒的发声频率与横截面积是　　的。（选填“有关”或“无关” $)$

（2）为了验证猜想 $B$ ，同学们选择横截面积均为 $2.9 \times 10^{- 5} m^{2}$ 的铝棒，实验所得的数据记录于下面的表格中，同学们从表中前两列数据很难得出频率 $f$ 与长度 $L$ 之间的关系，他们利用图象法处理数据，画出了频率 $f$ 与长度的倒数 $\frac{1}{L}$ 的关系如图所示，分析可知发生频率 $f$ 与铝棒的长度 $L$ 的关系是　　。

实心铝棒	铝棒长度 $L / \times 10^{- 2} m$	频率 $f / Hz$	铝棒长度倒数 $1 / L (m^{- 1})$
1	50	5000	2
2	71	3500	1.4
3	78	3146	1.28
4	91	2700	1.1
5	105	2375	0.95

（3）同学们又通过实验探究了铝棒发声的频率和手捏铝棒部位的关系，在实验过程中，有同学们将发声的铝棒一端插入水中，可以看到　　现象，有同学用手迅速握住正在发声的铝棒，可以听见声音很快衰减，原因是　　。

科目物理题型解答题难度中等

知识点：频率与音调的关系控制变量法与探究性实验方案

某实验小组利用如图所示电路探究“导体中电流和电压的关系”，提供的实验器材有：电源 $(6 V)$ 、电流表、电压表定值电阻 $(10 Ω)$ 、滑动变阻器 $(40 Ω 0.5 A)$ 、开关和导线若干。

（1）请用笔画线代替导线，将图中实物电路连接完整；

（2）闭合开关前，应该将滑片 $P$ 置于　　端（选填“ $A$ ”或“ $B)$ ；

（3）小明同学进行了正确的实验操作，某次电流表的示数为 $0.2 A$ ，此时定值电阻消耗的功率为　　 $W$ ，变阻器接入电路的阻值为　　 $Ω$ 。

（4）同组的小红同学想要探究“导体中电流和电阻的关系”，她又找来了两个阻值分别为 $5 Ω$ 和 $20 Ω$ 的电阻，用图示电路，为完成三次实验，则定值电阻两端电压的最小预设值是　　 $V$ 。

小明学习了《电磁感应发电机》一节内容后，他查阅了有关资料，知道在电磁感应现象中闭合电路之所以能产生电流，是因为在电路中产生了电压，为了研究这个电压，他买了一套如图甲所示的装置。图中有机玻璃管长度为 $1.5 m$ ，当圆柱形强磁体（直径略小于有机玻璃管内径）从有机玻璃管中下落穿过线圈时，与线圈相连的电压显示器可以显示此时的电压大小。小明想利用此装置探究电磁感应现象中产生的电压大小与线圈匝数及强磁体运动快慢的关系。他进行了如下实验（忽略强磁体下落过程中所受阻力的影响） $:$

（1）小明将三个匝数相同的线圈和电压显示器的组件固定在有机玻璃管 $A$ 、 $B$ 、 $C$ 处，如图乙所示。他想探究的是电压与　　之间的关系。为了使实验效果对比明显，三个线圈之间的距离应该　　（选填“近一些”或“远一点” $)$ ；

（2）小明分三次在距管口 $90 cm$ 处分别固定匝数为300匝、600匝、900匝的三个线圈和电压显示器的组件，每次都是从管口处由静止开始释放强磁体，记录的实验数据如下表：

线圈匝数 $N$	实验次数	电压显示器示数 $U / V$	电压测量值 $U / V$
300	1	2.62	2.51
	2	2.50
	3	2.41
600	1	5.03	5.00
	2	4.84
	3	5.14
900	1	7.68	7.50
	2	7.38
	3	7.45

请根据上表电压测量值和对应的线圈匝数在图丙坐标纸上描点作图，分析图象可知：　　。

船只停泊在岸边时，常常将缆绳缠绕在码头的立柱上，为什么缆绳要缠绕多圈呢？某校课外兴趣小组展开了研讨，他们猜想：绕绳的圈数越多，绳和立柱间的摩擦力越大，且摩擦力与绕绳的圈数成正比。为了验证猜想，该兴趣小组的同学设计了如下的实验进行探究：

（1）如图甲所示，将弹簧测力计挂在铁架台上，用棉线将重物挂在弹簧测力计下方，测出其重力为 $7.6 N$ ，将数据记录在表格中；

（2）如图乙所示，将铁棒固定在铁架台上，将棉线在铁棒上绕1圈，读出弹簧测力计的示数为 $2.9 N$ ，老师告诉同学们，用重力减去弹簧测力计的示数，就可以算出棉线和铁棒之间的摩擦力，随后同学们算出此时的摩擦力为 $4.7 N$ ；

（3）逐渐增加棉线绕在铁棒上的圈数重复实验，直至弹簧测力计的示数接近于0，并将有关数据记录在表格中；

（4）棉线绕3圈时，弹簧测力计示数如图丙所示，此时示数为　　 $N$ ，棉线与铁棒之间的摩擦是　　（选填“静摩擦”或“滑动摩擦” $)$ ，该摩擦力的大小为　　 $N$ ；

（5）分析实验数据，在弹簧测力计的示数接近0之前，关于摩擦力与绳子缠绕圈数之间关系的探究结论是：　　。

棉线绕的圈数	弹簧测力计的示数 $F / N$	摩擦力的大小 $f / N$
0	7.6	0
1	2.9	4.7
2	1.1	6.5
3
4	0.2	7.4
5	0.1	7.5

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。 $)$

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 $R_{1}$ 、 $R_{2}$ ，按图丙方式串联后接在闭合电路中，设两端的电压为 $U_{1}$ ， $R_{2}$ 两端的电压为 $U_{2}$ ，则 $U_{1} : U_{2} =$ 　　。

（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 $1.6 \times 10^{- 3} Ω$ 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。与其它三个导体相比，请分析该导体工作时的优缺点：　　。

次数	厚度 $h / mm$	边长 $a / mm$	电阻 $R / \times 10^{- 3} Ω$
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

如图中所示，在“测量小灯泡电功率”的实验中，电源电压为 $4.5 V$ ，小灯泡额定电压为 $2.5 V$ ，电阻约为 $10 Ω$ 。

（1）请用笔画线代替导线，将图甲中的实物电路连接完整。

（2）连接电路时，开关应处于　　状态。

（3）实验中无论怎么移动滑片 $P$ ，发现小灯泡始终不亮，电压表有示数，电流表无示数，原因可能是　　（写出一种即可）

（4）排除故障后，移动滑片 $P$ 到某位置，电压表示数如图乙所示，示数为　　 $V$ ；要测量小灯泡的额定功率，应将滑片 $P$ 向　　（选填“ $A$ ”或“ $B$ ” $)$ 端移动，使电压表示数为　　 $V$ 。

（5）移动滑片 $P$ ，记录多组对应的电压表和电流表的示数，绘制成 $I - U$ 图象。根据图内所给的信息。计算出小灯泡的额定功率是　　 $W$ 。