内容正文:
2026高考物理实验题解读与针对性训练
实验 微小量的测量
【高考题解读】
2026年高考湖南卷第12题.(9分)
某探究小组用霍尔元件设计了一个测量微小位移的实验装置。
(1)将螺旋测微器通过铜杆连接霍尔元件。霍尔元件伸入两块磁感应强度相同、同极相对放置的磁体间隙中,并处于两磁体中心竖直线上。以中心竖直线为轴,其示意图如图1所示;霍尔元件上的导线与外部工作电路连接,其示意图如图2所示。
(2)将电压表接在霍尔元件的_______(填“a、b”或“c、d”)两端,闭合开关,测量其霍尔电压,电压表指针如图3所示,此时电压为_______。
(3)旋转螺旋测微器的旋钮,使霍尔元件沿轴移动至霍尔电压为0处,该处磁感应强度为0,此时的螺旋测微器读数如图4所示,该读数为_______。
(4)保持电流不变,旋转螺旋测微器的旋钮,读出霍尔元件在不同位置的霍尔电压,得到10组数据如下表所示。
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11.670
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12.633
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13.270
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13.594
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14.246
74
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14.585
81
(5)在图5中描出第4、5组测量数据的坐标点,并作出图像。
(6)用此装置测量微小位移。取下螺旋测微器,将待测物体与铜杆连接,待测物体在z轴方向移动,其位移与霍尔元件的位移相等。某次测量中待测物体移动前电压表示数为20mV,移动后电压表示数为60mV,根据图像,此过程中物体位移的大小为_______mm(保留2位小数)。
【针对性训练】
1. (2026年河北沧州一模)某探究小组利用半导体薄膜压力传感器等元件设计了一个测量微小压力的装置,其电路如图甲所示,、、 为电阻箱, 为半导体薄膜压力传感器,C、D间连接电压传感器(内阻无穷大)。
(1)先用欧姆表挡“×10”倍率粗测 的阻值,发现示数偏转角度_______(填“太大”或“太小”),换用“×100”倍率后重新测量,测量前_______(填“必须”或“不必”)重新进行欧姆调零,正确操作后进行测量,指针如图乙所示,则电阻的测量值为_________Ω;
(2)适当调节、、,使电压传感器示数为零,此时的阻值为___________(用、、表示);
(3)已知压力传感器的电阻随着压力的增大而减小,则加载砝码后,ab两点间的电势差_____0(填“>”或“<”),依次将0.5g的标准砝码加载到压力传感器上(压力传感器所受压力大小等于砝码重力大小),读出电压传感器示数U,描点,绘制U-m关系如图丙所示;
(4)完成前面三步实验工作后,该测量微小压力的装置即可投入使用。在半导体薄膜压力传感器上施加微小压力,电压传感器最大示数为100mV,该压力传感器可以测量的最大压力为_______N。(g取 结果保留三位有效数字)
2 如图甲是一种电感式微小位移传感器的原理图。1是待测位移的物体,3是空心线圈,软铁芯2插在线圈3中并且可以随着物体1在线圈中左右平移。这种传感器可以把被测物体位移的大小转换为线圈自感系数的大小。
(1) 关于这种传感器的工作原理,下列说法正确的是______
A.当物体1向右移动时,线圈的自感系数增大
B.当物体1向右移动时,线圈的自感系数减小
C.线圈是敏感元件,软铁芯是转换元件
D.这种传感器输入的物理量是位移,输出的物理量是电学量
(2)小明同学设计了一个电路,想把位移信号转换为电信号,其原理图如图乙所示。为使传感器正常工作,电路中的电源应使用______(选填“交流”或“直流”)电源。
(3)他利用这个装置设计了一个简易的台秤,原理如图丙所示,台秤上放置不同质量的砝码,记下电压表对应的各个示数,然后,把质量值标到电压表刻度盘的对应电压示数位置,就做成了简易的台秤,那么,称量质量的零刻度对应电压表的示数______(选填“最大值”或“最小值”)。
3 (2026山东青岛期末)小明将教材描述的电感式微小位移传感器改装成一个加速度测量仪,结构如图甲所示,滑块可在框架中左右平移,两侧与完全相同的弹簧连接,框架静止时弹簧处于原长状态,和滑块刚性连接的软铁芯可在线圈中随滑块左右平移。改装过程如下:
(1) 为了使加速度测量仪正常工作,AB间应接入的是_________。
A.直流恒压电源
B.交流恒压电源
C.交流电流表
D.直流电流表
(2)将框架和线圈固定在气垫导轨小车上,借助加速度传感器记录小车的加速度a和对应电流表的示数I。改变小车的加速度,重复实验,记录多组a、I数据,画出a—I图像,如图乙所示。所用电流表0刻线在表盘最左端,根据获得的数据,在电流表表盘相应刻度处标注加速度值,则加速度表盘中、两刻度正中央刻线对应的加速度值________。
A.大于
B. 小于
C. 等于
D. 等于
(3)当被测物体向左加速时,线圈的自感系数________(选填“变小”“变大”或“不变”),指针将向________(选填“左”或“右”)偏转。
4(2026安徽质检)利用霍尔元件可以测量微小位移。如图甲所示,在两块磁感应强度相同、N极相对放置的磁体缝隙中放入霍尔元件,当霍尔元件处于中间位置时,磁感应强度为0,霍尔电压为0,将该点作为坐标原点,当霍尔元件沿方向移动时,同时通有P→Q方向的恒定电流I,如图乙所示,由于不同位置处磁感应强度B不同,在M、N表面间产生的电势差U不同。在小范围内,两磁极间磁感应强度B的大小与偏离坐标原点距离x的大小成正比,比例系数为k,已知该霍尔元件的载流子为电子,长为a,宽为b,厚为c,单位体积中导电的电子数为n,电子的电荷量为e。请回答以下问题:
(1) 小范围内,磁感应强度的大小B=kx,其中比例系数k的单位为________;(填字母)
A.无单位 B. C. D.
(2)若霍尔元件由坐标原点向x轴负方向偏离一小段位移,则用多用电表直流电压2.5 mV挡测量MN间的电压时,红表笔应对接图乙中的________(填“M”或“N”);其中某次测量电压时,多用电表指针位置如图丙所示,多用电表的读数为________mV(保留2位有效数字)。
(3)由静电力和洛伦兹力平衡的条件以及电流微观表达式I=nevS,可以推导霍尔电压U满足关系式U=KHIB,其中KH为霍尔元件的灵敏度。霍尔元件偏离原点的距离x不同,所测的MN间的电压大小U不同,则U与x的关系为________(用KH、k、I表示)。要提高测量位移的灵敏度,可以通过改变霍尔元件中的________(选填“a”、“b”或“c”)参数值来实现。
5 利用牛顿环可以测量微小位移。如图所示,将一个曲率半径很大的凸透镜的凸面和一平面玻璃接触,入射光线分别在凸透镜下表面和平面玻璃上表面反射产生的光线发生干涉,已知在图示位置产生亮条纹,入射光线波长为,图中两次反射位置间的距离为,固定平面玻璃板,当向上平移凸透镜时,亮条纹将周期性出现,下列说法正确的是( )
A.两次反射位置间的距离满足
B.更换形状相同、折射率更大的凸透镜,点亮条纹可能消失
C.若将入射光波长调整为,则点仍为亮条纹
D.若向上移动距离为,点相邻两次出现亮条纹时,凸透镜移动的距离
6 (1)卡文迪什利用如图所示的扭秤实验装置测量了引力常量,横梁一端固定有一质量为m的均匀铅球A,旁边有一质量为m的相同铅球B,A、B两球球心距离为L,两球间的万有引力大小为F。则可以表示出引力常量G=______。
(2) 在下列的实验中,与“卡文迪什扭秤实验”中测量微小量的思想方法最相近的是( )
A.探究力的合成规律
B.通过平面镜观察桌面的微小形变
C.探究加速度与力、质量的关系
D.探究小车速度随时间变化的规律
(3)在万有引力作用下,从俯视角度观察,扭秤的T形杆将沿______(选填“顺时针”或“逆时针”)方向转动。
(4)若大球的质量是小球质量的4倍,大球对小球的万有引力大小为F,则小球对大球的万有引力大小为______。
(5)2050年,我国宇航员登上某一未知天体,已知某天体半径为R、现要测得该天体质量,宇航员测出该星球表面的重力加速度为g,该星球质量为______。(用G、R、g表示)
7 观察微小形变,如图所示。甲图,用力挤压玻璃瓶瓶身,细管中的水面会上升,松手后水面下降。乙图,用力压桌面,观察到墙上光点的位置会发生变化。
(1) 甲图细管中水面的变化说明了 ;
(2) 乙图光点位置的变化说明了 ;
(3)上面两种现象说明,在力的作用下,物体都会 ,只是有的现象明显,有的现象不明显。观察微小形变所采用的物理研究方法是 。
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2026高考物理实验题解读与针对性训练
实验 微小量的测量
【高考题解读】
2026年高考湖南卷第12题.(9分)
某探究小组用霍尔元件设计了一个测量微小位移的实验装置。
(1)将螺旋测微器通过铜杆连接霍尔元件。霍尔元件伸入两块磁感应强度相同、同极相对放置的磁体间隙中,并处于两磁体中心竖直线上。以中心竖直线为轴,其示意图如图1所示;霍尔元件上的导线与外部工作电路连接,其示意图如图2所示。
(2)将电压表接在霍尔元件的_______(填“a、b”或“c、d”)两端,闭合开关,测量其霍尔电压,电压表指针如图3所示,此时电压为_______。
(3)旋转螺旋测微器的旋钮,使霍尔元件沿轴移动至霍尔电压为0处,该处磁感应强度为0,此时的螺旋测微器读数如图4所示,该读数为_______。
(4)保持电流不变,旋转螺旋测微器的旋钮,读出霍尔元件在不同位置的霍尔电压,得到10组数据如下表所示。
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11.670
9
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11.960
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12.302
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12.633
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13.930
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9
14.246
74
10
14.585
81
(5)在图5中描出第4、5组测量数据的坐标点,并作出图像。
(6)用此装置测量微小位移。取下螺旋测微器,将待测物体与铜杆连接,待测物体在z轴方向移动,其位移与霍尔元件的位移相等。某次测量中待测物体移动前电压表示数为20mV,移动后电压表示数为60mV,根据图像,此过程中物体位移的大小为_______mm(保留2位小数)。
【创新点解读】
1. 将霍尔元件有机融合到测量微小位移实验中。
2. 将螺旋测微器、电表读数有机融合到测量微小位移实验中。
答案 (2)c、d 50 (3)11.350
(5)
(6)1.55
解析 (2)由霍尔效应原理可知,霍尔电压会出现在垂直电流和磁场方向上,结合图2可知,将电压表接在霍尔元件的“c、d”两端。由图3可知,电压表最小刻度为2mV。此时电压表读数为50mV。
(3) 图4中螺旋测微器读数为11mm+35.0×0.01mm=11.350mm。
(5)根据表格中数据,在图5中描出第4/5组测量数据的坐标点,作出z—U图像,如图。
(6) 由作出z—U图像可知,待测物体移动前电压表示数为20mV,对应=12.15mm;
移动后电压表示数为60mV,对应=13.70mm;
此过程中物体位移的大小为=13.70mm-12.15mm=1.55mm.
【针对性训练】
1. (2026年河北沧州一模)某探究小组利用半导体薄膜压力传感器等元件设计了一个测量微小压力的装置,其电路如图甲所示,、、 为电阻箱, 为半导体薄膜压力传感器,C、D间连接电压传感器(内阻无穷大)。
(1)先用欧姆表挡“×10”倍率粗测 的阻值,发现示数偏转角度_______(填“太大”或“太小”),换用“×100”倍率后重新测量,测量前_______(填“必须”或“不必”)重新进行欧姆调零,正确操作后进行测量,指针如图乙所示,则电阻的测量值为_________Ω;
(2)适当调节、、,使电压传感器示数为零,此时的阻值为___________(用、、表示);
(3)已知压力传感器的电阻随着压力的增大而减小,则加载砝码后,ab两点间的电势差_____0(填“>”或“<”),依次将0.5g的标准砝码加载到压力传感器上(压力传感器所受压力大小等于砝码重力大小),读出电压传感器示数U,描点,绘制U-m关系如图丙所示;
(4)完成前面三步实验工作后,该测量微小压力的装置即可投入使用。在半导体薄膜压力传感器上施加微小压力,电压传感器最大示数为100mV,该压力传感器可以测量的最大压力为_______N。(g取 结果保留三位有效数字)
答案 (1)太小 必须 1000 (2) (3)<
(4)2.16×
解析 (1)由于将欧姆表挡“×10”倍率粗测 的阻值,换用“×100”倍率后重新测量,说明原来选择的倍率偏小,原来多用电表示数偏转角度太小。多用电表更换倍率后,测量前必须重新进行欧姆调零,正确操作后进行测量,指针指在如图乙所示的欧姆刻度10,则电阻的测量值为10×100Ω=1000Ω;
(2)适当调节、、,使电压传感器示数为零,表明ab两点电势相等,有
= 解得此时=
(3)选择B点为零电势,a点电势==,已知压力传感器的电阻随着压力的增大而减小,加载砝码后,减小,a点电势减小,而b电势不变,所以ab两点间的电势差<0
(4)在半导体薄膜压力传感器上施加微小压力,电压传感器最大示数为100mV,由图丙可知,U=1000mV对应的砝码质量为m=2.20g,此时受到的压力最大,该压力传感器可以测量的最大压力为mg=2.16×N。
2 如图甲是一种电感式微小位移传感器的原理图。1是待测位移的物体,3是空心线圈,软铁芯2插在线圈3中并且可以随着物体1在线圈中左右平移。这种传感器可以把被测物体位移的大小转换为线圈自感系数的大小。
(1) 关于这种传感器的工作原理,下列说法正确的是______
A.当物体1向右移动时,线圈的自感系数增大
B.当物体1向右移动时,线圈的自感系数减小
C.线圈是敏感元件,软铁芯是转换元件
D.这种传感器输入的物理量是位移,输出的物理量是电学量
(2)小明同学设计了一个电路,想把位移信号转换为电信号,其原理图如图乙所示。为使传感器正常工作,电路中的电源应使用______(选填“交流”或“直流”)电源。
(3)他利用这个装置设计了一个简易的台秤,原理如图丙所示,台秤上放置不同质量的砝码,记下电压表对应的各个示数,然后,把质量值标到电压表刻度盘的对应电压示数位置,就做成了简易的台秤,那么,称量质量的零刻度对应电压表的示数______(选填“最大值”或“最小值”)。
答案 (1)BCD (2)交流 (3)最大值
解析:(1)当物体1向右移动时,线圈的自感系数减小,A错误B正确;
线圈是敏感元件,软铁芯是转换元件,C正确;
这种传感器输入的物理量是位移,输出的物理量是电学量,D正确。
(2)为使传感器正常工作,电路中的电源应使用交流电源。
(3)他利用这个装置设计了一个简易的台秤,原理如图丙所示,台秤上放置的砝码质量越大,铁芯插入线圈越多,线圈的自感系数越大,线圈的感抗越大,电流越小, 电压表的示数越小,所以称量质量的零刻度对应电压表的示数最大值。
3 (2026山东青岛期末)小明将教材描述的电感式微小位移传感器改装成一个加速度测量仪,结构如图甲所示,滑块可在框架中左右平移,两侧与完全相同的弹簧连接,框架静止时弹簧处于原长状态,和滑块刚性连接的软铁芯可在线圈中随滑块左右平移。改装过程如下:
(1) 为了使加速度测量仪正常工作,AB间应接入的是_________。
A.直流恒压电源
B.交流恒压电源
C.交流电流表
D.直流电流表
(2)将框架和线圈固定在气垫导轨小车上,借助加速度传感器记录小车的加速度a和对应电流表的示数I。改变小车的加速度,重复实验,记录多组a、I数据,画出a—I图像,如图乙所示。所用电流表0刻线在表盘最左端,根据获得的数据,在电流表表盘相应刻度处标注加速度值,则加速度表盘中、两刻度正中央刻线对应的加速度值________。
A.大于
B. 小于
C. 等于
D. 等于
(3)当被测物体向左加速时,线圈的自感系数________(选填“变小”“变大”或“不变”),指针将向________(选填“左”或“右”)偏转。
答案 (1)BC (2)B (3)变小 右
解析 (1)根据题述,和滑块刚性连接的软铁芯可在线圈中随滑块左右平移,可知是根据软铁芯插入线圈中的长度,从而改变线圈的自感系数;通过测量线圈中的电流,得到线圈对电流的阻碍作用,所以AB间应接入的是交流恒压电源,需要交流电流表。(2)当电流表指针指向、两刻度正中央刻线时,在图乙中作出a—I图像,如图。由图可知加速度表盘中、两刻度正中央刻线对应的加速度值小于,B正确。
(3)由图甲可知,当被测物体向左加速时,软铁芯在线圈中的长度变小,则线圈的自感系数变小。由于线圈的自感系数变小,对交变电流的阻碍作用变小,所以指针将向右偏转。
4(2026安徽质检)利用霍尔元件可以测量微小位移。如图甲所示,在两块磁感应强度相同、N极相对放置的磁体缝隙中放入霍尔元件,当霍尔元件处于中间位置时,磁感应强度为0,霍尔电压为0,将该点作为坐标原点,当霍尔元件沿方向移动时,同时通有P→Q方向的恒定电流I,如图乙所示,由于不同位置处磁感应强度B不同,在M、N表面间产生的电势差U不同。在小范围内,两磁极间磁感应强度B的大小与偏离坐标原点距离x的大小成正比,比例系数为k,已知该霍尔元件的载流子为电子,长为a,宽为b,厚为c,单位体积中导电的电子数为n,电子的电荷量为e。请回答以下问题:
(1) 小范围内,磁感应强度的大小B=kx,其中比例系数k的单位为________;(填字母)
A.无单位 B. C. D.
(2)若霍尔元件由坐标原点向x轴负方向偏离一小段位移,则用多用电表直流电压2.5 mV挡测量MN间的电压时,红表笔应对接图乙中的________(填“M”或“N”);其中某次测量电压时,多用电表指针位置如图丙所示,多用电表的读数为________mV(保留2位有效数字)。
(3)由静电力和洛伦兹力平衡的条件以及电流微观表达式I=nevS,可以推导霍尔电压U满足关系式U=KHIB,其中KH为霍尔元件的灵敏度。霍尔元件偏离原点的距离x不同,所测的MN间的电压大小U不同,则U与x的关系为________(用KH、k、I表示)。要提高测量位移的灵敏度,可以通过改变霍尔元件中的________(选填“a”、“b”或“c”)参数值来实现。
答案 (1)B (2)M 0.60 (3)U=x c
解析 (1)由F=BIL,Φ=BS,可知磁感应强度单位 T==
又B=kx,所以比例系数k的单位为=,B正确。
(2) 若霍尔元件由坐标原点向x轴负方向偏离一小段位移,磁场方向沿x轴正方向,电流方向从P到Q,由左手定则可判断出电流受力方向沿y轴负方向(M→N),载流子(电子)向下移动,霍尔元件上表面M点电势大于下表面N的电势。根据多用电表电流从红表笔流进,黑表笔流出可知,红表笔应对接图乙中的M。用多用电表直流电压2.5 mV挡测量MN间的电压时,应读取表盘上0~250刻度线,指针指示刻度为60,250刻度对应满偏电流2.5mV,故多用电表的读数为0.60mV。
(3)联立U=IB和B=kx,解得U=Ikx。
载流子(电子)在磁场中受到洛伦兹力f=evB,载流子(电子)在洛伦兹力作用下移动,使得上下表面出现电势差,稳定时载流子(电子)所受电场力与洛伦兹力平衡,e=evB,
解得 U=x,所以要提高测量位移的灵敏度,可以通过改变霍尔元件中的“c”参数值来实现。
5 利用牛顿环可以测量微小位移。如图所示,将一个曲率半径很大的凸透镜的凸面和一平面玻璃接触,入射光线分别在凸透镜下表面和平面玻璃上表面反射产生的光线发生干涉,已知在图示位置产生亮条纹,入射光线波长为,图中两次反射位置间的距离为,固定平面玻璃板,当向上平移凸透镜时,亮条纹将周期性出现,下列说法正确的是( )
A.两次反射位置间的距离满足
B.更换形状相同、折射率更大的凸透镜,点亮条纹可能消失
C.若将入射光波长调整为,则点仍为亮条纹
D.若向上移动距离为,点相邻两次出现亮条纹时,凸透镜移动的距离
答案 C
解析 两束光发生干涉,在图示位置产生亮条纹,入射光线波长为,图中两次反射位置间的距离为,光程差为2d,满足2d=Nλ(N=1,2,3,4,···)
解得d=λ (N=1,2,3,4,···),A错误;光程差2d与凸透镜折射率无关,所以更换形状相同、折射率更大的凸透镜,点亮条纹仍存在,B错误;
若将入射光波长调整为时,d=λ= λ’ (N=1,2,3,4,···.a=1,2,3,4,···1,2,3,4,···)
依然满足产生亮条纹的条件,则点仍为亮条纹,C正确;
再次出现亮条纹时,光程差增大λ,移动距离满足△d=,D错误
6 (1)卡文迪什利用如图所示的扭秤实验装置测量了引力常量,横梁一端固定有一质量为m的均匀铅球A,旁边有一质量为m的相同铅球B,A、B两球球心距离为L,两球间的万有引力大小为F。则可以表示出引力常量G=______。
(2) 在下列的实验中,与“卡文迪什扭秤实验”中测量微小量的思想方法最相近的是( )
A.探究力的合成规律
B.通过平面镜观察桌面的微小形变
C.探究加速度与力、质量的关系
D.探究小车速度随时间变化的规律
(3)在万有引力作用下,从俯视角度观察,扭秤的T形杆将沿______(选填“顺时针”或“逆时针”)方向转动。
(4)若大球的质量是小球质量的4倍,大球对小球的万有引力大小为F,则小球对大球的万有引力大小为______。
(5)2050年,我国宇航员登上某一未知天体,已知某天体半径为R、现要测得该天体质量,宇航员测出该星球表面的重力加速度为g,该星球质量为______。(用G、R、g表示)
答案 (1) (2)B (3)顺时针
(4)F (5)
解析 (1)由万有引力定律,F=G,,又=m,r=L,解得G=
(2)在下列的实验中,与“卡文迪什扭秤实验”中测量微小量的思想方法是放大法,最相近的是( )
选项A.探究力的合成规律,采用的是等效替代法;
选项B.通过平面镜观察桌面的微小形变,采用的是放大法;
选项C.探究加速度与力、质量的关系,采用的是控制变量法;
选项D.探究小车速度随时间变化的规律,采用的是利用在一段时间内的平均速度等于中间时刻瞬时速度得出各个时刻的瞬时速度,然后画出速度图线得出加速度,不是放大法。
所以与“卡文迪什扭秤实验”中测量微小量的思想方法最相近的是B。
(3) 两小球之间的万有引力是吸引力,在万有引力作用下,从俯视角度观察,扭秤的T形杆将沿顺时针转动。
(4) 万有引力是一对相互作用力,根据牛顿第三定律,大球对小球的万有引力大小为F,则小球对大球的万有引力大小为F。
(5) 天体表面的重力等于万有引力,由mg=G,解得该星球质量为M=
7 观察微小形变,如图所示。甲图,用力挤压玻璃瓶瓶身,细管中的水面会上升,松手后水面下降。乙图,用力压桌面,观察到墙上光点的位置会发生变化。
(1) 甲图细管中水面的变化说明了 ;
(2) 乙图光点位置的变化说明了 ;
(3)上面两种现象说明,在力的作用下,物体都会 ,只是有的现象明显,有的现象不明显。观察微小形变所采用的物理研究方法是 。
答案 (1)发生了形变 (2)发生了形变 (3)发生形变 放大法
解析 (1)甲图细管中水面的变化说明了玻璃瓶发生了形变。
(2)乙图光点位置的变化说明了桌面发生了形变。
(3)上面两种现象说明,在力的作用下,物体都会发生形变。只是有的现象明显,有的现象不明显。观察微小形变所采用的物理研究方法是放大法。
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学科网(北京)股份有限公司
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