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三、解答题
5.（无锡期末）如图所示，是小华设计的某十字路口红绿灯电路图，其中$ABCD$区域为车行道，$EFGH$区域为人行道，$\mathrm{L}_{1}$和$\mathrm{L}_{3}$是红灯，$\mathrm{L}_{2}$和$\mathrm{L}_{4}$是绿灯。请将电路图补充完整，要求：$\mathrm{L}_{1}$和$\mathrm{L}_{4}$一起亮的同时$\mathrm{L}_{2}$和$\mathrm{L}_{3}$熄灭，车辆通行；$\mathrm{L}_{2}$和$\mathrm{L}_{3}$一起亮的同时$\mathrm{L}_{1}$和$\mathrm{L}_{4}$熄灭，行人通行；四盏灯均可独立发光。
5.（无锡期末）如图所示，是小华设计的某十字路口红绿灯电路图，其中$ABCD$区域为车行道，$EFGH$区域为人行道，$\mathrm{L}_{1}$和$\mathrm{L}_{3}$是红灯，$\mathrm{L}_{2}$和$\mathrm{L}_{4}$是绿灯。请将电路图补充完整，要求：$\mathrm{L}_{1}$和$\mathrm{L}_{4}$一起亮的同时$\mathrm{L}_{2}$和$\mathrm{L}_{3}$熄灭，车辆通行；$\mathrm{L}_{2}$和$\mathrm{L}_{3}$一起亮的同时$\mathrm{L}_{1}$和$\mathrm{L}_{4}$熄灭，行人通行；四盏灯均可独立发光。
答案
5.
解析
【分析】首先明确题目要求：车辆通行时，$\mathrm{L}_{1}$、$\mathrm{L}_{4}$亮，$\mathrm{L}_{2}$、$\mathrm{L}_{3}$灭；行人通行时，$\mathrm{L}_{2}$、$\mathrm{L}_{3}$亮，$\mathrm{L}_{1}$、$\mathrm{L}_{4}$灭，且四盏灯均可独立发光。需通过开关$\mathrm{S}$的切换，控制不同灯的支路通断，将电路设计为两个独立的灯组支路，分别对应车辆和行人通行的情况，保证开关动作时仅对应灯组工作，其余灯不工作。
【解析】根据要求补充导线：当开关$\mathrm{S}$断开时，电流路径为：电源正极→$\mathrm{L}_{3}$→$\mathrm{L}_{2}$→电源负极，此时$\mathrm{L}_{2}$、$\mathrm{L}_{3}$亮（行人通行），$\mathrm{L}_{1}$、$\mathrm{L}_{4}$所在支路断开，不工作；当开关$\mathrm{S}$闭合时，电流路径为：电源正极→$\mathrm{L}_{4}$→$\mathrm{L}_{1}$→电源负极，此时$\mathrm{L}_{1}$、$\mathrm{L}_{4}$亮（车辆通行），$\mathrm{L}_{2}$、$\mathrm{L}_{3}$所在支路断开，不工作。各灯支路独立，满足独立发光的要求，补充后的电路符合题目条件。
【答案】
【知识点】电路设计、串并联电路、开关的作用
【点评】本题结合实际交通场景，考查电路设计能力，需根据不同工作状态合理设计开关控制的支路，理解并联电路中开关对支路的控制作用，难度适中。
【难度系数】0.5
【解析】根据要求补充导线：当开关$\mathrm{S}$断开时，电流路径为：电源正极→$\mathrm{L}_{3}$→$\mathrm{L}_{2}$→电源负极，此时$\mathrm{L}_{2}$、$\mathrm{L}_{3}$亮（行人通行），$\mathrm{L}_{1}$、$\mathrm{L}_{4}$所在支路断开，不工作；当开关$\mathrm{S}$闭合时，电流路径为：电源正极→$\mathrm{L}_{4}$→$\mathrm{L}_{1}$→电源负极，此时$\mathrm{L}_{1}$、$\mathrm{L}_{4}$亮（车辆通行），$\mathrm{L}_{2}$、$\mathrm{L}_{3}$所在支路断开，不工作。各灯支路独立，满足独立发光的要求，补充后的电路符合题目条件。
【答案】
【知识点】电路设计、串并联电路、开关的作用
【点评】本题结合实际交通场景，考查电路设计能力，需根据不同工作状态合理设计开关控制的支路，理解并联电路中开关对支路的控制作用，难度适中。
【难度系数】0.5
6. (无锡期末)如图所示,小明在做“探究杠杆的平衡条件”实验。
(1)小明发现杠杆在图甲所示的位置静止,此时应将杠杆右端的平衡螺母向
(2)小明按照图乙的方式探究,在杠杆左边挂上钩码,用弹簧测力计在杠杆右边某一位置竖直拉住杠杆。设弹簧测力计对杠杆的拉力$F_{1}$是动力,动力臂为$l_{1}$;钩码对杠杆的拉力$F_{2}$是阻力,阻力臂为$l_{2}$。当杠杆在水平位置平衡时,测量$F_{1}$、$l_{1}$、$F_{2}$、$l_{2}$的大小,多次实验,将数据记录在下表中。
①实验中,弹簧测力计竖直向下拉住杠杆,让杠杆在水平位置平衡,这样操作的好处是
②实验次序中,从第3步到第4步的操作是
③分析表格中数据,得到结论:杠杆平衡时,
(3)实验后,小明又做了一个如图丙所示的蜡烛跷跷板,点燃蜡烛,观察到的现象是
(1)小明发现杠杆在图甲所示的位置静止,此时应将杠杆右端的平衡螺母向
左
(填“左”或“右”)调节,使杠杆在水平位置平衡,这样可以有效排除杠杆自重
对实验的影响。(2)小明按照图乙的方式探究,在杠杆左边挂上钩码,用弹簧测力计在杠杆右边某一位置竖直拉住杠杆。设弹簧测力计对杠杆的拉力$F_{1}$是动力,动力臂为$l_{1}$;钩码对杠杆的拉力$F_{2}$是阻力,阻力臂为$l_{2}$。当杠杆在水平位置平衡时,测量$F_{1}$、$l_{1}$、$F_{2}$、$l_{2}$的大小,多次实验,将数据记录在下表中。
①实验中,弹簧测力计竖直向下拉住杠杆,让杠杆在水平位置平衡,这样操作的好处是
便于测量力臂
。若在图乙中改变弹簧测力计拉杠杆的方向至虚线位置,则弹簧测力计的示数会变大
(填“变大”“变小”或“不变”)。②实验次序中,从第3步到第4步的操作是
将钩码向右移动,使阻力臂变为10 cm
。③分析表格中数据,得到结论:杠杆平衡时,
$F_1l_1=F_2l_2$
。(3)实验后,小明又做了一个如图丙所示的蜡烛跷跷板,点燃蜡烛,观察到的现象是
蜡烛自动左右交替下沉或上翘
。答案
6. (1)左 杠杆自重 (2)①便于测量力臂 变大 ②将钩码向右移动,使阻力臂变为 10 cm ③$F_1l_1=F_2l_2$ (3)蜡烛自动左右交替下沉或上翘 提示:(1)图甲中杠杆右端下沉,说明右端偏重,应将平衡螺母向左调节,使杠杆在水平位置平衡。此时杠杆的重心通过支点,可排除杠杆自重对实验的影响。(2)①弹簧测力计竖直向下拉时,拉力方向与杠杆垂直,力臂等于力的作用点到杠杆中心的距离,便于测量力臂;若拉力方向变为虚线位置,拉力的力臂会变短,在阻力和阻力臂不变时,动力臂变短,动力就会变大。②第3次和第4次实验中,阻力$F_2$不变,阻力臂$l_2$减半,应将钩码向右移动,使阻力臂变为 10 cm。③分析数据可得杠杆平衡条件为$F_1l_1=F_2l_2$。(3)点燃蜡烛后,先点燃的一端蜡液滴下,重力减小,力臂也减小,此端上翘,下沉的一端火焰烧蜡烛,加速熔化,蜡液滴下后上翘,蜡烛自动左右交替下沉或上翘。
解析
【分析】
1. 第(1)问：杠杆调平遵循“左高左调、右高右调”原则，图甲杠杆右端下沉、左端高，故平衡螺母向左调；杠杆在水平位置平衡时，重心通过支点，可排除杠杆自重对实验的影响。
2. 第(2)问①：竖直拉时拉力与杠杆垂直，力臂等于支点到作用点的距离，便于测量力臂；斜拉时动力臂变短，阻力和阻力臂不变，根据杠杆平衡条件，动力臂减小则动力变大，示数变大。
②对比第3、4次实验，阻力不变，阻力臂从20cm变为10cm，故需将钩码向右移动，使阻力臂变为10cm。
③分析表格数据，各组均满足动力×动力臂=阻力×阻力臂，即$F_1l_1=F_2l_2$。
3. 第(3)问：蜡烛跷跷板点燃后，一端蜡液滴落重力减小，该端上翘；另一端下沉后蜡液滴落，又上翘，反复交替。
【解析】
(1) 图甲中杠杆右端下沉，说明右端偏重，根据杠杆调平原则，应将平衡螺母向左调节；使杠杆在水平位置平衡时，杠杆重心落在支点处，可排除杠杆自重对实验的影响。
(2) ① 弹簧测力计竖直向下拉时，拉力方向与杠杆垂直，力臂等于支点到拉力作用点的距离，便于测量力臂；若拉力方向变为虚线位置（斜拉），动力臂变短，由杠杆平衡条件$F_1l_1=F_2l_2$可知，阻力$F_2$和阻力臂$l_2$不变时，动力臂$l_1$减小，动力$F_1$变大，故弹簧测力计示数变大。
② 第3次实验阻力臂为20cm，第4次实验阻力臂为10cm，阻力$F_2$不变，因此操作是将钩码向右移动，使阻力臂变为10cm。
③ 分析表格中各组数据，均满足$F_1l_1=F_2l_2$，故杠杆平衡时的结论为$F_1l_1=F_2l_2$。
(3) 点燃蜡烛后，先点燃的一端蜡液滴落，重力减小，该端上翘；另一端下沉，火焰加热该端蜡烛，蜡液滴落，该端上翘，如此反复，故观察到蜡烛自动左右交替下沉或上翘。
【答案】
6. (1)左 杠杆自重 (2)①便于测量力臂 变大 ②将钩码向右移动,使阻力臂变为10 cm ③$F_1l_1=F_2l_2$ (3)蜡烛自动左右交替下沉或上翘
【知识点】
探究杠杆的平衡条件、杠杆的平衡条件
【点评】
本题围绕“探究杠杆的平衡条件”实验展开，考查杠杆调平、实验操作目的、杠杆平衡条件应用及生活杠杆现象分析，属于基础实验题，侧重核心知识点的掌握。
【难度系数】
0.7
1. 第(1)问：杠杆调平遵循“左高左调、右高右调”原则，图甲杠杆右端下沉、左端高，故平衡螺母向左调；杠杆在水平位置平衡时，重心通过支点，可排除杠杆自重对实验的影响。
2. 第(2)问①：竖直拉时拉力与杠杆垂直，力臂等于支点到作用点的距离，便于测量力臂；斜拉时动力臂变短，阻力和阻力臂不变，根据杠杆平衡条件，动力臂减小则动力变大，示数变大。
②对比第3、4次实验，阻力不变，阻力臂从20cm变为10cm，故需将钩码向右移动，使阻力臂变为10cm。
③分析表格数据，各组均满足动力×动力臂=阻力×阻力臂，即$F_1l_1=F_2l_2$。
3. 第(3)问：蜡烛跷跷板点燃后，一端蜡液滴落重力减小，该端上翘；另一端下沉后蜡液滴落，又上翘，反复交替。
【解析】
(1) 图甲中杠杆右端下沉，说明右端偏重，根据杠杆调平原则，应将平衡螺母向左调节；使杠杆在水平位置平衡时，杠杆重心落在支点处，可排除杠杆自重对实验的影响。
(2) ① 弹簧测力计竖直向下拉时，拉力方向与杠杆垂直，力臂等于支点到拉力作用点的距离，便于测量力臂；若拉力方向变为虚线位置（斜拉），动力臂变短，由杠杆平衡条件$F_1l_1=F_2l_2$可知，阻力$F_2$和阻力臂$l_2$不变时，动力臂$l_1$减小，动力$F_1$变大，故弹簧测力计示数变大。
② 第3次实验阻力臂为20cm，第4次实验阻力臂为10cm，阻力$F_2$不变，因此操作是将钩码向右移动，使阻力臂变为10cm。
③ 分析表格中各组数据，均满足$F_1l_1=F_2l_2$，故杠杆平衡时的结论为$F_1l_1=F_2l_2$。
(3) 点燃蜡烛后，先点燃的一端蜡液滴落，重力减小，该端上翘；另一端下沉，火焰加热该端蜡烛，蜡液滴落，该端上翘，如此反复，故观察到蜡烛自动左右交替下沉或上翘。
【答案】
6. (1)左 杠杆自重 (2)①便于测量力臂 变大 ②将钩码向右移动,使阻力臂变为10 cm ③$F_1l_1=F_2l_2$ (3)蜡烛自动左右交替下沉或上翘
【知识点】
探究杠杆的平衡条件、杠杆的平衡条件
【点评】
本题围绕“探究杠杆的平衡条件”实验展开，考查杠杆调平、实验操作目的、杠杆平衡条件应用及生活杠杆现象分析，属于基础实验题，侧重核心知识点的掌握。
【难度系数】
0.7
7.（无锡期末）探究通过导体的电流与电压、电阻的关系。实验器材:干电池2节,滑动变阻器($20\ \Omega\ \ 1\ \mathrm{A}$)、电流表、电压表、开关各一个,不同阻值的定值电阻5只,导线若干。
答案
解：
(1) 实物电路连接：电压表选择0~3V量程，将电压表的“3”接线柱与定值电阻R的右接线柱相连，使电压表并联在定值电阻两端；滑动变阻器已接左下接线柱，满足滑片P向左移动时接入电路阻值变小、电流表示数变大的要求。
(2) 电流表选用0~0.6A量程，分度值为0.02A，图甲电流表示数为0.1A。
(3) 电源总电压$U=2×1.5\ \mathrm{V}=3\ \mathrm{V}$，设定值电阻两端控制电压为$U_V$，根据串联电路分压规律，当接入最大定值电阻$R=25\ \Omega$时，滑动变阻器接入最大阻值$R_{\mathrm{滑}}=20\ \Omega$，满足：
$\frac{U_V}{U-U_V}=\frac{R}{R_{\mathrm{滑}}}$
代入数据：
$\frac{U_V}{3\ \mathrm{V}-U_V}=\frac{25\ \Omega}{20\ \Omega}$
解得：$U_V=\frac{5}{3}\ \mathrm{V}\approx1.67\ \mathrm{V}$，即定值电阻两端控制的电压至少为$\frac{5}{3}\ \mathrm{V}$（或约1.7V）。
(1) 实物电路连接：电压表选择0~3V量程，将电压表的“3”接线柱与定值电阻R的右接线柱相连，使电压表并联在定值电阻两端；滑动变阻器已接左下接线柱，满足滑片P向左移动时接入电路阻值变小、电流表示数变大的要求。
(2) 电流表选用0~0.6A量程，分度值为0.02A，图甲电流表示数为0.1A。
(3) 电源总电压$U=2×1.5\ \mathrm{V}=3\ \mathrm{V}$，设定值电阻两端控制电压为$U_V$，根据串联电路分压规律，当接入最大定值电阻$R=25\ \Omega$时，滑动变阻器接入最大阻值$R_{\mathrm{滑}}=20\ \Omega$，满足：
$\frac{U_V}{U-U_V}=\frac{R}{R_{\mathrm{滑}}}$
代入数据：
$\frac{U_V}{3\ \mathrm{V}-U_V}=\frac{25\ \Omega}{20\ \Omega}$
解得：$U_V=\frac{5}{3}\ \mathrm{V}\approx1.67\ \mathrm{V}$，即定值电阻两端控制的电压至少为$\frac{5}{3}\ \mathrm{V}$（或约1.7V）。
解析
【分析】
本题是关于“探究通过导体的电流与电压、电阻的关系”的电学实验题，解题思路分三步：①补全实物电路：电压表需并联在定值电阻两端，结合电源电压选择合适量程连接；②读取电流表示数：先确定电流表量程和分度值，再根据指针位置读数；③计算定值电阻两端的最小控制电压：利用串联分压规律，结合最大定值电阻和滑动变阻器阻值，推导所需控制的电压值。
【解析】
(1) 实物电路连接：电源由2节干电池组成，总电压$U=2×1.5\ \mathrm{V}=3\ \mathrm{V}$，因此电压表应选择0~3V量程，将电压表的“3”接线柱与定值电阻R的右接线柱相连，使电压表并联在定值电阻两端；滑动变阻器已接入左下接线柱，满足实验要求。
(2) 电流表读数：电流表选用0~0.6A量程，该量程分度值为0.02A，图甲中指针指向0.1A刻度处，故电流表示数为$0.1\ \mathrm{A}$。
(3) 定值电阻两端最小控制电压：探究电流与电阻的关系时，需控制定值电阻两端电压不变。当接入最大定值电阻$R=25\ \Omega$，滑动变阻器接入最大阻值$R_{\mathrm{滑}}=20\ \Omega$时，根据串联电路分压规律$\frac{U_V}{U - U_V} = \frac{R}{R_{\mathrm{滑}}}$，代入$U=3\ \mathrm{V}$、$R=25\ \Omega$、$R_{\mathrm{滑}}=20\ \Omega$，得$\frac{U_V}{3\ \mathrm{V} - U_V} = \frac{25\ \Omega}{20\ \Omega}$，解得$U_V=\frac{5}{3}\ \mathrm{V}≈1.67\ \mathrm{V}$，即定值电阻两端控制电压至少为约1.67V。
【答案】
(1) 电压表“3”接线柱连接定值电阻右接线柱，并联在定值电阻两端；
(2) $0.1\ \mathrm{A}$；
(3) 约$1.67\ \mathrm{V}$（或$\frac{5}{3}\ \mathrm{V}$）。
【知识点】
探究电流与电压电阻的关系、串联分压规律、电流表读数
【点评】
本题考查电学实验的基础内容，涵盖电路连接、电表读数和串联分压的应用，需掌握控制变量法在实验中的运用，属于中等难度的电学实验题。
【难度系数】
0.5
本题是关于“探究通过导体的电流与电压、电阻的关系”的电学实验题，解题思路分三步：①补全实物电路：电压表需并联在定值电阻两端，结合电源电压选择合适量程连接；②读取电流表示数：先确定电流表量程和分度值，再根据指针位置读数；③计算定值电阻两端的最小控制电压：利用串联分压规律，结合最大定值电阻和滑动变阻器阻值，推导所需控制的电压值。
【解析】
(1) 实物电路连接：电源由2节干电池组成，总电压$U=2×1.5\ \mathrm{V}=3\ \mathrm{V}$，因此电压表应选择0~3V量程，将电压表的“3”接线柱与定值电阻R的右接线柱相连，使电压表并联在定值电阻两端；滑动变阻器已接入左下接线柱，满足实验要求。
(2) 电流表读数：电流表选用0~0.6A量程，该量程分度值为0.02A，图甲中指针指向0.1A刻度处，故电流表示数为$0.1\ \mathrm{A}$。
(3) 定值电阻两端最小控制电压：探究电流与电阻的关系时，需控制定值电阻两端电压不变。当接入最大定值电阻$R=25\ \Omega$，滑动变阻器接入最大阻值$R_{\mathrm{滑}}=20\ \Omega$时，根据串联电路分压规律$\frac{U_V}{U - U_V} = \frac{R}{R_{\mathrm{滑}}}$，代入$U=3\ \mathrm{V}$、$R=25\ \Omega$、$R_{\mathrm{滑}}=20\ \Omega$，得$\frac{U_V}{3\ \mathrm{V} - U_V} = \frac{25\ \Omega}{20\ \Omega}$，解得$U_V=\frac{5}{3}\ \mathrm{V}≈1.67\ \mathrm{V}$，即定值电阻两端控制电压至少为约1.67V。
【答案】
(1) 电压表“3”接线柱连接定值电阻右接线柱，并联在定值电阻两端；
(2) $0.1\ \mathrm{A}$；
(3) 约$1.67\ \mathrm{V}$（或$\frac{5}{3}\ \mathrm{V}$）。
【知识点】
探究电流与电压电阻的关系、串联分压规律、电流表读数
【点评】
本题考查电学实验的基础内容，涵盖电路连接、电表读数和串联分压的应用，需掌握控制变量法在实验中的运用，属于中等难度的电学实验题。
【难度系数】
0.5
