高考物理二轮复习 教师用书 热点难点专题透析专题6 实验课件（新课标）.ppt

第6专题 主编 ah 物理 物理 物理 物理 决胜高考 专案突破 名师诊断 对点集训 考情报告 量结果进行正确的读数等等 近年实验题中主要考查的是多用电表 游标卡尺 螺旋测微器 打点计时器等 另外在实验中还出现一些现代物理实验器材 如光敏电阻 电磁开关 热敏电阻 光电门等 二 实验操作及设计能力 实验操作能力包括对实验原理和方法的理解 仪器的选择 实验步骤顺序排列 找错纠错 补漏填空 电路连接等 实验设计能力指能运用已学过的物理理论 实验方法和实验仪器去处理问题 包括简单的设计性实验 考向预测 近几年安徽省高考物理实验试题注重以下几个方面的考查 一 基本仪器的使用 会正确使用基本仪器 是指了解基本仪器的构造 熟悉基本仪器主要部分的名称 明确其工作原理 掌握其操作方法并能对测 作图法由于处理数据直观 误差小 易发现错误数据和求某些物理量 已成为高考最常见的考查手段 四 分析误差能力 学会分析误差的来源 尽量减小误差是做好实验的关键 也是学生以后进行科学研究所必须具备的一种素养 分析误差能力是指能找到实验中可能存在的系统误差和消除系统误差的方法 会用多次测量求平均值的方法减小偶然误差 三 实验数据的分析与处理能力 对实验数据进行正确的分析与处理 从而得出正确的实验结果或结论 是实验的重要目的 数据处理的方法一般有列表法和作图法 其中 1 重视实验操作 到实验室去做一做 2 立足课本 同时对课本实验适度拓展和延伸 3 重视实验的归纳与总结 4 注意课本中的演示实验和小实验 预计2013年高考实验试题仍然坚持一力一电的模式稳定不变 其中一道以考查基本仪器的使用和基本实验的操作为主 另一道将突出对实验的迁移能力 创新能力和探究能力的考查 要求考生复习备考中做到 电源 e1 电动势3v 内阻不计 e2 电动势12v 内阻不计 滑动变阻器 r 最大阻值约20 螺旋测微器 毫米刻度尺 开关s 导线 1 用螺旋测微器测量金属丝的直径 示数如图所示 读数为mm 知能诊断 1 在测量金属丝电阻率的实验中 可供选用的器材如下 待测金属丝 rx 阻值约4 额定电流约0 5a 电压表 量程3v 内阻约3k 电流表 量程0 6a 内阻约0 2 量程3a 内阻约0 05 2 若滑动变阻器采用限流接法 为使测量尽量精确 电流表应选 电源应选 均填器材代号 在虚线框内完成电路原理图 解析 1 从固定刻度读数为1 50mm 可动刻度读得27 3 0 01mm 0 273mm 故螺旋测微器读数为1 50mm 0 273mm 1 773mm 2 根据电压表的安全原则 电源只能选e1 待测电阻的额定电流为0 5a 电流表的量程太大 只能用电流表 待测金属丝电阻较小 电流表用外接法误差小 答案 1 1 773 1 771 1 775均正确 2 e1电路图如图所示 2 在 探究求合力的方法 实验中 现有木板 白纸 图钉 橡皮筋 细绳套和一把弹簧秤 1 为完成实验 某同学另找来一根弹簧 先测量其劲度系数 得到的实验数据如下表 用作图法求得该弹簧的劲度系数k n m 2 某次实验中 弹簧秤的指针位置如图所示 其读数为n 同时利用 1 中结果获得弹簧上的弹力值为2 50n 请在图中画出这两个共点力的合力f合 3 由图得到f合 n 解析 1 正确建立坐标系 选择合适的标度 作出弹簧弹力f和弹簧伸长量x的函数图象如答案图所示 则图线斜率即为弹簧的劲度系数 2 弹簧秤的精确值为0 1n 读数时要估读一位 应该读到0 01n即可 按照平行四边形定则作图即可 注意标度统一 3 测量出两弹力间平行四边形对角线的长度 对照作图时所选的标度即可求出合力 答案 1 如图甲所示53 说明 2内都可 2 2 10 说明 有效数字位数正确 0 02内都可 如图乙所示 3 3 3 说明 0 2内都可 3 图甲为验证牛顿第二定律的实验装置示意图 图中打点计时器的电源为50hz的交流电源 打点的时间间隔用 t表示 在小车质量未知的情况下 某同学设计了一种方法用来探究 在外力一定的条件下 物体的加速度与其质量间的关系 甲 平衡小车所受的阻力 小吊盘中不放物块 调整木板右端的高度 用手轻拨小车 直到打点计时器打出一系列的点 按住小车 在小吊盘中放入适当质量的物块 在小车中放入砝码 1 完成下列实验步骤中的填空 打开打点计时器电源 释放小车 获得带有点列的纸带 在纸带上标出小车中砝码的质量m 按住小车 改变小车中砝码的质量 重复步骤 在每条纸带上清晰的部分 每5个间隔标注一个计数点 测量相邻计数点的间距s1 s2 求出与不同m相对应的加速度a 以砝码的质量m为横坐标 为纵坐标 在坐标纸上作出 m的关系图线 若加速度与小车和砝码的总质量成反比 则与m应成关系 填 线性 或 非线性 2 完成下列填空 本实验中 为了保证在改变小车中砝码的质量时 小车所受的拉 力近似不变 小吊盘和盘中物块的质量之和应满足的条件是 设纸带上三个相邻计数点的间距为s1 s2和s3 a可用s1 s3和 t表示为a 图乙为用米尺测量某一纸带上的s1 s3的情况 由图可读出s1 mm s3 mm 由此求得加速度的大小a m s2 乙 丙 解析 1 平衡小车所受的阻力时 小吊盘中不放物块 调整木板右端的高度 用手轻拨小车 直到打点计时器打出一系列间隔均匀的点 说明小车的重力的分力与小车所受的阻力平衡了 根据牛顿第二定律 a m是小车的质量 当外力f一定时 有 m m 与m应成线性关系 2 为了保证在改变小车中砝码的质量时 小车所受的拉力近似不变 小吊盘和盘中物块的质量之和应远小于小车 包括车上砝码 的总质量 根据 s3 s2 a 5 t 2 s2 s1 a 5 t 2得 a 从图中可以读出 s1 24 2mm s3 47 3mm t 0 02s代入上式可得 a m s2 1 16m s2 根据 m m 可得 k 拉力f 纵轴上的截距为b 有 b m 答案 1 等间距线性 2 远小于小车和砝码的总质量 24 247 31 16 4 某同学利用螺旋测微器测量一金属板的厚度 该螺旋测微器校零时的示数如图甲所示 测量金属板厚度时的示数如图乙所示 图甲所示读数为mm 图乙所示读数为mm 所测金属板的厚度为mm 解析 本题考查的是螺旋测微器的读数方法及误差校正 图甲的示数为0 0 01 1 0mm 0 010mm 图乙的示数为6 5mm 0 01 37 0mm 6 870mm 则金属板的厚度为6 870mm 0 010mm 6 860mm 答案 0 0106 8706 860 甲 5 某研究性学习小组欲测定一块电池的电动势e 1 先直接用多用电表测定该电池电动势 在操作无误的情况下 多用电表表盘示数如图甲 其示数为v 2 然后 用电压表 电阻箱r 定值电阻r0 开关s 若干导线和该电池组成电路 测定该电池电动势 乙丙 闭合开关s 调整电阻箱阻值r 读出电压表相应示数u 该学习小组测出大量数据 分析筛选出下表所示的r u数据 并计算出相应的与的值 请用表中数据在坐标纸上描点 并作出 图线 根据电路图 用笔画线代替导线 将实物图连接成完整电路 从图线中可求得e v 解析 1 从题图中可看出多用电表的选择开关指示位置为直流10v挡 故从表盘上可读出电压约为9 4v 2 实物连线如图丁所示 丁 戊 答案 1 9 4 2 实物连线如图丁所示 所作图象如图戊所示 9 5 11 1 6 图甲中虚线框内存在一沿水平方向 且与纸面垂直的匀强磁场 现通过测量通电导线在磁场中所受的安培力 来测量磁场的磁感应强度大小 并判定其方向 所用部分器材已在图中给出 其中d为位于纸面内的u形金属框 其底边水平 两侧边竖直且等长 e为直流电源 r为电阻箱 为电流表 s为开关 此外还有细沙 天平 米尺和若干轻质导线 1 在图中画线连接成实验电路图 2 完成下列主要实验步骤中的填空 甲 按图接线 保持开关s断开 在托盘内加入适量细沙 使d处于平衡状态 然后用天平称出细沙质量m1 闭合开关s 调节r的值使电流大小适当 在托盘内重新加入适量细沙 使d 然后读出 并用天平称出 用米尺测量 3 用测得的物理量和重力加速度g表示磁感应强度的大小 可以得出b 4 判定磁感应强度方向的方法是 若 磁感应强度方向垂直纸面向外 反之 磁感应强度方向垂直纸面向里 解析 3 若安培力向下 有bil m2 m1 g 若安培力向上 有bil m1 m2 g 因此磁感应强度大小的表达式为b 4 若m2 m1 则安培力方向向下 由左手定则知磁感应强度的方向垂直纸面向外 若m2 m1 则安培力方向向上 由左手定则知磁感应强度的方向垂直纸面向里 答案 1 连线如图乙所示 乙 2 重新处于平衡状态电流表的示数i此时细沙的质量m2 d的底边长度l 3 4 m2 m1 甲 小灯泡l 规格 4 0v0 7a 电流表 量程3a 内阻约为0 1 电流表 量程0 6a 内阻r2 0 2 7 某学习小组的同学拟探究小灯泡l的伏安特性曲线 可供选用的器材如下 电压表 量程3v 内阻rv 9k 标准电阻r1 阻值1 标准电阻r2 阻值3k 滑动变阻器r 阻值范围0 10 学生电源e 电动势6v 内阻不计 开关s及导线若干 乙 1 a同学设计了如图甲所示的电路来进行测量 当通过l的电流为0 46a时 电压表的示数如图乙所示 此时l的电阻为 丙丁 2 b同学又设计了如图丙所示的电路来进行测量 电压表指针 指在最大刻度时 加在l上的电压值是v 3 学习小组认为要想更准确地描绘出l完整的伏安特性曲线 需要重新设计电路 请你在b同学的基础上利用所供器材 在图丁所示的虚线框内补画出实验电路图 并在图上标明所选器材代号 解析 1 根据图乙可得电压表的示数为2 30v 又由于通过灯泡的电流为0 46a 根据欧姆定律i 解得灯泡的电阻r 代入数据解得r 5 2 由于电压表与电阻r2串联 则二者的电流相等 根据 解得加在灯泡上的电压u 4v 3 由于电流表的量程小于小灯泡的额定电流 而电流表的量程太大 则需要扩大电流表的量程 即选用一个阻值较小的电阻r1与电流表并联 由于灯泡的电阻远大于改装后的电流表的电阻 而远小于改装后电压表的电阻 则外接法或内接法都可以 但外接法更有利于减少误差 连接图见答案 答案 1 5 2 4 3 如图戊所示 正确答案为图戊 图己只得一半分 近年来 高考实验题已跳出了课本分组实验的范围 不仅延伸到演示实验中 而且出现了迁移类实验 应用型实验 设计型实验 甚至还 思维导图 出现了 研究性学习 类实验 这类试题对考生的要求较高 要求考生能将课本中分组实验和演示实验的实验原理 实验方法迁移到新的背景中 能深刻理解物理概念和规律 并能灵活运用 还要具有较强的创新能力 因此在复习中我们一定要真正动手做实验 开放实验室 让学生通过操作进一步对器材 方案 原理 方法和步骤加深理解 并通过过程性体验来促进记忆和巩固技能 形成基本的实验素养和思想方法 具备一定的知识迁移能力 从而能较好地适应高考中出现的创新型实验和设计型实验 一 高考中涉及的实验类型及处理思路 创新实验题在近年来高考题中频繁出现 创新实验可分为迁移类实验 应用型实验 设计型实验 研究性学习 类实验等类型 1 迁移类实验 这类实验题具有如下特点 它们基本上都不是课本上现成的实验 但其原理 方法以及所要求的知识均是学生所学过的 即用 学过的实验方法 用过的仪器 进行新的实验 以考查基本实验能力和理解 推理 迁移的能力 解决这类问题的基本思路和方法是 仔细阅读题目 理解题意 在了解所介绍的实验仪器的基本原理 使用方法的基础上 运用所学过的知识 使用过的仪器和做过实验的方法 进行情景迁移就可解决问题 2 应用型实验 这类实验题具有如下特点 它们基本上以生活 生产和现代科技中的某一实际问题为背景立意命题 且多以信息题的形式出现 要求学生能够从题给的文字 图表中捕获 有效信息 运用所学的基础知识来解答 解决这类问题的基本思路和方法是 在熟悉各种仪器的使用的前提下 仔细阅读题目 理解题意 从题给的信息中找出规律 通过联想 等效 类比等思维方法建立与新情景对应的物理模型 并在旧知识与物理模型之间架设桥梁 并将旧知识运用到新情景中去 然后进行推理 计算 从而解决问题 3 设计型实验 这类实验一般要求学生根据题目提出的目的 要求和给出的器材 设计出实验方案 要求深刻理解物理概念和规律 并能灵活运用 具有较强的创新能力 解决这类问题的基本思路和方法是 明确实验目的 设计实验原理 根据实验原理设计多种实验方案 对实验方案进行可行性分析 筛选确定最佳方案 根据所定方案选择实验器材 拟定实验步骤 对实验数据进行处理 得出实验结论 并进行误差分析 值得一提的是 依据不同的实验原理选择不同的实验方案时 应遵循科学性 可行性 精确性 简便性 直观性这五条基本原则 4 研究性学习 类实验 这类实验题具有如下特点 以学生在开展研究性学习的活动中所遇到的问题为背景命题 要求学生根据题给条件设计某些实验方案 或给出一些仪器 或实验步骤 来求解某个物理量 或对某些设计出的实验 分析其实验数据得到规律 并对可能产生的误差进行分析 如果试题是要求设计方案 其答案往往具有开放性 侧重考查学生的发散思维能力和创新能力 如果试题是对某些设计出的实验进行数据和误差分析 则要求学生具有扎实的基础知识和实验能力 解决这类问题的基本思路和方法是 在熟悉各种仪器的使用方法 基本实验原理 方法和步骤的前提下 仔细阅读题目 理解题意 根据题给要求 广泛联想 设计出合理 简单 方便的实验方案即可 对于数据处理和误差分析的试题 则应根据题目所给的文字 图表等信 息进行分析 找出各物理量之间的关系 定性或定量的关系 并总结出其变化规律 把握问题的本质特征 二 物理实验的基本思想方法 1 等效法 等效法是科学研究中常用的一种思维方法 对一些复杂问题采用等效法 可将其变换成理想的 简单的 已知规律的过程来处理 常使问题的解决得以简化 因此 等效法也是物理实验中常用的方法 如在 验证力的平行四边形定则 的实验中 要求用一个弹簧秤单独拉橡皮条时 要与用两个互成角度的弹簧秤同时拉橡皮条产生的效果相同 使结点到达同一位置o 即要在合力与两个分力等效的条件下 才能找出它们之间合成与分解时所遵守的关系 平行四边形定则 又如 在 验证牛顿运动定律 的实验中 通过调节木板的倾斜度使重力的分力抵消摩擦力而等效于物体不受摩擦力的作用 还有 电学实验中电流表的改装 用替换法测电阻等 都是等效法的应用 2 转换法 将某些不易显示 不易直接测量的物理量转化为易于显示 易于测量的物理量的方法称为转换法 间接测量法 转换法是物理实验常用的方法 例如 测力计是把力的大小转换为弹簧的伸长量 打点计时器是把流逝的时间转换成纸带上时间间隔相等的点迹 电流表是利用电流在磁场中受力 把电流转化为指针的偏转角 3 留迹法 留迹法即是利用某些特殊的手段 把一些瞬间即逝的现象 如位置 轨迹等 记录下来 以便于此后对其进行仔细的研究 留迹法也是物理实验中常用的方法 如用打点计时器打在纸带上的点迹记录小车的位移与时间的关系就是留迹法在实验中的应用 4 累积法 累积法是把某些难以直接准确测量的微小量累积后测量 以提高测量的准确度 如在缺乏高精密度的测量仪器的情况下测细金属丝的直径 常把细金属丝紧密缠绕在圆柱体上测若干匝的总长度 然后除以匝数就可求出细金属丝的直径 测一张薄纸的厚度时 常先测出若干页纸的总厚度 再除以被测页数即所求每页纸的厚度等 5 控制变量法 在多因素作用的实验中 可以先控制一些量不变 依次研究某一个因素对实验的影响 如在 探究加速度与力 质量的关系 的实验中 可以先保持质量一定 研究加速度和力的关系 再保持力一定 研究加速度和质量的关系 最后综合得出加速度与力 质量的关系 三 实验数据的处理方法 1 列表法 在记录和处理数据时 常常将数据列成表格 数据列表可以简单而又明确地表示出有关物理量之间的关系 有助于找出物理量之间联系的规律性 列表的要求 1 写明表的标题或加上必要的说明 2 必须交代清楚表中各符号所表示的物理量的意义 并写明单位 3 表中数据应是正确反映测量结果的有效数字 2 平均值法 现行教材中只介绍了算术平均值 即把测定的数据相加求和 然后除以测量的次数 其中必须注意的是 求平均值时应该按测量仪器的精确度决定应保留的有效数字的位数 3 图象法 图象法是物理实验中广泛应用的处理实验数据的方法 图象法的最大优点是直观 简便 在探索物理量之间的关系时 由图象可以直观地看出物理量之间的函数关系或变化趋势 由此建立经验公式 并理解图线的截距 斜率 面积的含义 作图的规则 1 作图一定要用坐标纸 坐标纸的大小要根据有效数字的位数和结果的需要来定 2 要标明轴名 单位 在轴上每隔一定的间距按有效数字的位数标明数值 3 图上的连线不一定通过所有的数据点 而应尽量使数据点合理地分布在线的两侧 4 在物理实验中改变实验条件测得若干组数据 往往可以用图象法来处理数据 但物理量之间的依从关系 并不都是线性关系 需要经过适当的变量代换转化为线性关系 才可以用图象法处理实验数据 求出所需要的物理量 作图时常通过选取适当的坐标轴使图线线性化 即 变曲为直 如 在验证牛顿第二定律实验中 当外力f一定时 加速度a 改变物体的质量m 测出相应的加速度a 得到5 7组 m a 值 然后作出a 图 象 得一直线 从而验证牛顿第二定律 用电阻箱和电压表测量电源的电动势和内阻的实验 测量电路如图所示 因u 所以u e r 改变电阻箱的阻值r 测出相应的电压u 得到5 7组 r u 值 然后作出 u图象 得到一条直线 直线的截距为电源的电动势e 斜率为电源内阻r 也可以作出 图象 根据图 象的斜率和截距来求电源的电动势和内阻等 虽然图象法有许多优点 但在图纸上连线时有较大的主观任意性 另外连线的粗细 图纸的大小 图纸本身的均匀程度等 都对结果的准确性有影响 四 实验误差的分析及减小误差的方法 中学物理中只要求初步了解绝对误差与相对误差 偶然误差与系统误差的概念 以及能定性地分析一些实验中产生系统误差的主要原因 1 绝对误差与相对误差 设某物理量的真实值为a0 测量值为a 则绝对误差 a a a0 相对误 差 100 2 偶然误差与系统误差 偶然误差是由于各种偶然因素对实验的影响而产生的 偶然误差具有随机性 有时偏大 有时偏小 所以减小偶然误差的方法可以通过多次测量求平均值 系统误差是由于仪器本身不够精确 或实验方法粗略 或实验原理不完善而产生的 它的特点是使测量总是偏大或总是偏小 所以 采用多次测量求平均值的方法不能减小系统误差 要减小系统误差 必须校准仪器 或改进实验方法 或设计在原理上更为完善的实验 课本的学生实验中就有不少减小实验系统误差的方法和措施 譬如 在 研究匀变速运动 的实验中 若使用电磁打点计时器测量 由于 电磁打点计时器的振针与纸带之间有较大的且不连续 不均匀的阻力作用 会给加速度的测定带来较大的系统误差 若改用电火花计时器 就可以使这一阻力大为减小 从而减小加速度测定的系统误差 再如 在用伏安法测电阻时 为减小电阻测量的系统误差 就要根据待测电阻阻值的大小考虑是采用电流表的外接法还是内接法等 又如 使用伏安法测量电阻和电源的电动势时 不论使用何种接法 都存在因电流表和电压表的内阻而引起的系统误差 如果测量的精度要求较高 就可以设法消除这一系统误差 我们可以运用 消元法 减小电压表或电流表内阻的影响 通过设计电路测量多组数据 得到含有电流表内阻ra或电压表内阻rv的方程 然后利用数学消元的方法消去ra或rv 得到要测量的量 五 电学实验电路的基本结构及构思的一般程序 1 实验电路的基本结构 一个完整的实验电路往往包括测量电路与控制电路两部分 测量电路 指体现实验原理和测量方法的那部分电路 通常由电表 被测元件 电阻箱等构成 控制电路 指提供电能 控制和调节电流 电压 大小的那部分电路 通常由电源 开关 滑动变阻器等构成 有些实验电路的测量电路与控制电路浑然一体 不存在明显的分界 如 测定电源的电动势和内阻 的实验电路 2 实验电路构思的一般程序 1 审题 实验目的 给定器材的性能参数 2 电表的选择 根据被测电阻及给定电源的相关信息 如电源电动势 被测电阻的阻值范围 额定电流等 估算出被测电阻的端电压及通过它的电流的最大值 以此为依据 选定量程适当的电表 3 测量电路的选择 将电压表和电流表接入电路可以有两种方法 一种叫电流表外接电路法 简称外接法 如图甲所示 另一种叫电流表内接电路法 简称内接法 如图乙所示 由于电表内阻的影响 为了减小误差 常用如下方法选择电路 方法1 设电流表内阻为ra 电压表内阻为rv 被测电阻为rx 则 当rx 时 选择内接法 当rx 时 选择外接法 当rx 时 两种接法均可 方法2 在ra rv均不知的情况下 可采用试触法选择电路 接通电路 观察先后两次试触时两电表的示数 若 则采用内接法 若 则采用外接法 4 控制电路的选择 通常优先考虑限流式电路 但在下列三种情形下 应选择分压式电路 限不住 电流 即给定的滑动变阻器阻值偏小 即使把阻值调至最大 电路中的电流也会超过最大允许值 给定的滑动变阻器的阻值r太小 即r rx 调节滑动变阻器 对电流 电压的调节范围太小 实验要求电压的调节范围尽可能大 甚至表明要求使电压从零开 始变化 5 滑动变阻器的选择 根据所确定的控制电路 可选定滑动变阻器 限流式电路对滑动变阻器的要求 a 能 限住 电流 且保证不被烧坏 b 阻值不宜太大或太小 有一定的调节空间 一般选择阻值与负载阻值相近的变阻器 分压式电路对滑动变阻器的要求 电阻较小而额定电流较大 i额 r为变阻器的总电阻 6 滑动变阻器实物连线的法则 甲 限流接法时 一上一下 如图甲所示 乙 一 应用性实验 所谓应用性实验 就是以熟悉和掌握实验仪器的具体使用及其在实验中的应用为目的 或者用实验方法取得第一手资料 然后用物理概 分压接法时 一上三下 如图乙所示 念 规律分析实验 并以解决实际问题为主要目的的一类实验 应用性实验主要有 仪器的正确操作与使用 如打点计时器 电流表 电压表 多用电表等 在实验中能正确使用它们是十分重要的 考核操作 观察能力 物理知识的实际应用 如科技 交通 生产 生活 体育等诸多方面都有物理实验的具体应用问题 应用性实验题一般分上面两大类 解答时可从以下两方面入手 1 熟悉仪器并正确使用 实验仪器名目繁多 具体应用因题而异 熟悉使用仪器是最基本的应 用 如打点计时器的正确安装和使用 滑动变阻器在电路中起限流和分压作用的不同接法 多用电表测不同物理量的调试等 熟悉仪器 主要是了解仪器结构 性能 量程 工作原理 使用方法 注意事项 故障如何排除 正确读数和调试 用后如何保管等 2 理解实验原理 面对应用性实验题 我们一定要通过审题 迅速地理解其实验原理 这样才能将实际问题模型化 运用有关规律去研究它 具体地说 应用性实验题的依托仍然是物理知识 实验的能力要求 解答时不外乎抓住 明确实验应该解决什么实际问题 分清力学 电学等不同实际问题 明确实验原理与实际问题之间的关系 直接还是间接 明确是否仅用本实验能达到解决问题的目的 即是否 还要联系其他物理知识 包括数学知识 明确是否需要设计实验方案 明确实际问题的最终结果 例1在用螺旋测微器测量两物体直径时 测量结果如图甲 乙所示 则它们的直径分别为mm mm 解析 螺旋测微器的示数为 1 0 5mm 0 01mm 14 0 0 640mm 2 10mm 0 01mm 29 4 10 294mm 答案 0 64010 294 点评高考对螺旋测微器的考查常以读数为主 经常也有对常规读数的创新 要求能够熟练掌握螺旋测微器的构造原理和使用方法 变式训练1已知游标卡尺的主尺最小分度是1mm 游标尺上有10个小的等分刻度 它们的总长等于9mm 用这种游标卡尺测得物体长度为2 37cm 这时游标尺上的第条刻度线与主尺上的mm刻度线对齐 解析 先将2 37cm转换成以毫米为单位为 23 7mm 然后取小数点后的值除以该游标卡尺的精度即0 7 0 1 7 所以游标尺上是第7条刻度线与主尺上的刻度线对得最齐 对于主尺的刻度线可以这样来求 用读数的整数部分23加上7就可以了 即主尺是30mm刻度线被对齐了 用另一种办法是 由于游标尺上是第7条刻度线与主尺对齐 这7条线的长度为7 0 9mm 6 3mm 再加上读数 即6 3mm 23 7mm 30 0mm 30mm就是主尺上那条刻度线被对齐了 答案 730 二 验证性实验 所谓验证性实验 就是为了验证某些物理定理 定律的正确性 验证物理现象的可信与真实性而设计的一类实验 此类问题通过对实验结果与物理结论的比较进行验证 解答验证性实验题 要明确实验目的 知道验证什么 明确实验原理 从而知道该测哪些物理量 需要哪些实验仪器 如何组装 如何完成实验步骤 如何测量并处理数据 具体的验证方法有两种 1 对于现象直观明显或者只需讨论的验证性实验问题 常常用观察分析进行证实 2 对有测量数值且实验要求根据数据分析验证结果的 一般要进行分析归纳 通过作图 计算 测量进行验证 随着高考改革 验证性实验试题相对偏少 往往将验证性实验变化为 设计性 探究性 研究性实验 对于这种实验题型的变化 要引起我们学习时足够的重视 例2某同学利用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律 弧形轨道末端水平 离地面的高度为h 将钢球从轨道的不同高度h处由静止释放 钢球的落点距轨道末端的水平距离为s 1 若轨道完全光滑 s2与h的理论关系应满足s2 用h h表示 2 该同学经实验测量得到一组数据 如下表所示 请在图乙所示的坐标纸上作出s2 h关系图 甲 乙 3 对比实验结果与理论计算得到的s2 h关系图线 图中已画 出 自同一高度静止释放的钢球 水平抛出的速率 填 小于 或 大于 理论值 4 从s2 h关系图线中分析得出钢球水平抛出的速率偏差十分显著 你认为造成上述偏差的可能原因是 解析 1 根据机械能守恒定律 可得钢珠离开轨道时速度v 由平抛运动知识可求得时间t 可得s vt 从而s2 4hh 2 依次描点 连线 如图丙所示 注意不要画成折线 丙 答案 1 4hh 2 如图丙所示 3 小于 4 轨道与钢球存在摩擦 而且钢球转动也需要能量 3 从图中看 同一h时的s2值 理论值明显大于实际值 而在同一 高度h下的平抛运动水平射程由水平速率决定 可见实际水平速率小于理论速率 4 由于客观上 轨道与钢球间存在摩擦 机械能减小 因此会导致实际值比理论值小 钢球的转动也需要能量维持 而机械能守恒中没有考虑重力势能转化成转动动能的这一部分 也会导致实际速率明显小于理论速率 这一点 可能不少同学会考虑不到 点评本题将机械能守恒与平抛运动相结合 体现了实验的创新 而平抛运动也是本题的切入点 同时体现了新课标理念 提高学生动手能力 描点连线 并对误差进行分析 变式训练2阿特伍德机就是一套定滑轮系统 利用这套定滑轮系统 可以验证机械能守恒定律 1 若实验室提供的测量工具有三种 其中一种是天平 用来测量甲 乙两物体的质量m和m 另外两种测量工具应该是和 2 只要等式 用测量量表示 在误差范围内成立 就算是验证了机械能守恒定律 当地重力加速度为g 解析 系统重力势能减少 ep mgh mgh m m gh 系统动能增加 ek m m v2 用天平测出甲物体的质量m 乙物体的质量m 测出重物上升 或下降 的一段距离h 以及发生这段位移的时间t 即可验 证机械能守恒定律 因为h t 得v 只要验证 m m g 2 m m 即可 答案 1 秒表毫米刻度尺 2 m m g 2 m m 三 测量性实验 所谓测量性实验 就是以测量一些物理量的具体 准确数据为主要目的的一类实验 可用仪器 仪表直接读取数据 或者根据实验步骤按物理原理测定实验结果的具体数值 测量性实验又称测定性实验 如 研究匀变速直线运动 描绘小灯泡的伏安特性曲线 测定金属的电阻率 测定电源电动势和内阻 等 甲 例3硅光电池是一种可将光能转换为电能的器件 某同学用图甲所示电路探究硅光电池的路端电压u与总电流i的关系 图中r0为已知定值电阻 电压表视为理想电压表 1 请根据图甲 用笔画线代替导线将图乙中的实验器材连接成实验电路 2 若电压表的读数为u0 则i 3 实验一 用一定强度的光照射硅光电池 调节滑动变阻器 通过测量得到该电池的u i曲线a 见图丙 由此可知电池内阻 填 是 或 不是 常数 短路电流为ma 电动势为v 解析 1 如图丁所示 4 实验二 减小实验一中光的强度 重复实验 测得u i曲线b 见图丙 当滑动变阻器的电阻为某值时 若实验一中的路端电压为1 5v 则实验二中外电路消耗的电功率为mw 计算结果保留两位有效数字 丁 3 路端电压u e ir 若r为常数 则u i图为一条不过原点的直线 由曲线a可知电池内阻不是常数 当u 0时的电流为短路电流 约为295 a 0 295ma 当电流i 0时路端电压等于电源电动势e约为2 67v 4 实验一中的路端电压u1 1 5v时电路中电流i1 0 21ma 连接a中点 0 21ma 1 5v 和坐标原点 此直线为此时对应滑动变阻器阻值的外电路电阻 定值电阻 的u i图 和图线b的交点为实验二中的路端电压和电路电流 如图戊所示 电流和电压分别为i 97 a u 0 7v 则外电路消耗功率为p ui 0 068mw 2 根据欧姆定律可知i 答案 1 如图丁所示 2 3 不是0 295 0 293 0 297 2 67 2 66 2 70 4 0 065 0 060 0 070 点评本题以硅光电池为背景考查电动势和内阻的测量 其关键在于数据的处理上 图象的截距 斜率所表达的物理意义 特别要注意在本类题求解内阻时 斜率 一定要看纵横坐标的起点是否为 零点 若上去直接求斜率很容易出错 本题第二个重点是在求解外电路消耗功率时 一定要将外电路的伏安特性曲线画出来 找两图象的交点 然后求解功率 变式训练3在 用单摆测定重力加速度 的实验中 1 为了减小测量周期的误差 计时开始时 摆球应是经过最 填 高 或 低 点的位置 且用秒表测量单摆完成 多次全振动所用的时间 求出周期 图甲中秒表示数为一单摆振动30次所需时间 则秒表所示读数为s 2 用最小刻度为1mm的刻度尺测摆长 测量情况如图乙所示 o为悬挂点 从图乙中可知单摆的摆长为m 3 若用l表示摆长 t表示周期 那么重力加速度的表达式为g 2 0 9965 0 9960 0 9980 3 答案 1 低56 9 解析 1 2 直接读取 3 由单摆周期公式t 2 推导而得 例4某学习小组要描绘一只小电珠 2 5v0 5a 的伏安特性曲线 所供选择的器材除了导线和开关外 还有以下一些器材可供选择 a 电源e 电动势为3 0v 内阻不计 b 电压表 量程为0 3 0v 内阻约为2k c 电压表 量程为0 15 0v 内阻约为6k d 电流表 量程为0 0 6a 内阻约为1 e 电流表 量程为0 100ma 内阻约为2 f 滑动变阻器r1 最大阻值10 g 滑动变阻器r2 最大阻值2k 1 为了减小实验误差 实验中电压表应选择 电流表应选择 滑动变阻器应选择 填器材前的字母 2 为提高实验精度 请你为该学习小组设计电路图 并画在图甲方框中 3 下表中的各组数据是此学习小组在实验中测得的 根据表格中的数据在图乙方格纸上作出该电珠的伏安特性曲线 4 由图象可知 该电阻的变化特性是随着电压的增大 电阻 填 变大 或 变小 解析 1 由于小灯泡的参数为 2 5v0 5a 所以电压表选择b 电流表选择d 滑动变阻器选择f 2 根据所选的器材 电路结构采用外接分压式 如图丙所示 答案 1 bdf 2 如图丙所示 3 如图丁所示 4 变大 点评本题考查的是描绘小灯泡伏安特性曲线背景下的器材选择 电路结构 数据处理等多方面的综合问题 综合性强但又 2 根据数据利用平滑的曲线画出伏安特性曲线如图丁所示 4 由于小灯泡的灯丝电阻是金属电阻 所以电阻率随温度的 升高而变大 故随着电压的增大 电阻温度升高 阻值变大 比较常规 很好的考查了学生的基本实验能力 解决物理问题的能力 选择分压电路有如下几种情况 零电压 标志 题目明确要求待测电路电压变化范围较大 如电压从零开始调节 大电阻 标志 如果滑动变阻器的最大阻值远小于待测电阻的阻值 若用限流式则电路中的电流变化范围很小 不利于多次测量 偶然误差较大 因此 必须选用分压式电路 超量程 标志 如果题中给定了实验器材 当选用限流电路时 电路中的最小电压或电流超过待测电阻的额定电压或电流 超过给定仪表的量程 必须用分压电路 变式训练4如图甲所示 是一种测量电流表内阻的电路 这种测量方法两次都要使电流表达到满偏 闭合开关s1 调整电阻箱b读数为r1 使得电流表满偏 保持开关s1闭合 再闭合s2 将电阻箱b调整为原来读数r1的一半 然后调整电阻箱a使得电流表重新满偏 读出此时电阻箱a的读数r0 在电源内阻不计的情况下 电流表内阻rg 3 如果电池的内阻r不能忽略不计 则用这种方法测得的电流表内阻的测量值r0与真实值rg的关系为r0 1 请根据图甲实物连线图在图乙虚线框内画出电路图 在电阻箱旁注明a或b 解析 在不计电源内阻情况下 电路总电压不变 两次电流表都是满偏 表明电流表两端电压不变 因总电压不变 故电阻箱b两端电压不变 当电阻箱b调整为原来的一半时 干路总电流必然是原来的2倍 也就是说 电阻箱a中的电流与电流表满偏电流相等 因此 电流表内阻与电阻箱电阻相等 当考虑电源的内阻时 第一次满偏ig 第二次满偏 联立解得r0 1 rg 可见 当r 0时 r0 rg 答案 1 电路如图丙所示 2 r0 3 r0 1 rg 四 探究性实验 所谓探究性实验 就是运用实验手段探索未知领域 尝试多种可能因素及其出现的结果 在此基础上 通过观察 探究 分析实验对象 事件的主要特征 认识研究对象的变化过程和变化条件 获取必要的可靠数据 依据实验结果客观地揭示事物的内在联系和本质规律 从而得出结论 中学实验中比较典型的探究性实验是电学中的黑箱问题 c 将铁架台固定于桌子上 也可以在横梁的另一侧挂上一定的配重 并将弹簧的一端系于横梁上 在弹簧附近竖直固定一刻度尺 d 依次在弹簧下端挂上1个 2个 3个 4个 钩码 并分别记下钩码静止时弹簧下端在刻度尺上的投影位置的刻度值 并记录在表格内 然后取下钩码 例5做 探究弹力与弹簧伸长的关系 实验的步骤如下 a 以弹簧伸长量为横坐标 以弹力为纵坐标 描出各组数据 x f 对应的点 并用平滑的曲线连接起来 b 记下弹簧不挂钩码时 其下端对应刻度尺上的刻度l 位置的刻度值 但准确记录了弹簧挂1个 2个 3个 4个 钩码时的弹簧总长度 怎样利用这些数据测出弹簧的自然长度 简述你的做法 e 以弹簧伸长量为自变量 写出弹力与伸长量的关系式 f 解释函数表达式中常数的物理意义 g 整理仪器 1 请将以上步骤按操作的先后顺序排列起来 2 若在本实验中没有记下不挂钩码时弹簧下端在刻度尺上的投影 解析 1 cbdaefg 2 以纵坐标表示所挂钩码的个数 以横坐标表示弹簧的长度 描出各对应点 l n 然后用平滑的曲线将这些点连接起来 并将曲线延伸 在横坐标轴上所得交点 a 0 则该点横坐标a即为弹簧的自然长度 答案 1 cbdaefg 2 见解析 点评本实验源于课本 但又略有变通 要求在复习实验时 一定要理解相关的实验原理 并能利用一定技巧处理实验数据 变式训练5以下的实验可以测量动摩擦因数 在水平桌面上固定一个带滑轮的长木板 两物块a b用细长绳连接在一起 a置于桌面 b悬空 如图所示 b落地之后 a在桌面上滑动一段距离后停在桌面上 1 首先 用刻度尺测出b的初位置与地面间的距离h 然后再测量 2 除了刻度尺 还需要的一种测量仪器是 3 动摩擦因数 的表达式为 解析 a b一起加速运动过程中 v2 2ah a b落地后 a减速运动过程中 v2 2 s h 由以上各式可得 答案 1 a在桌面上停下的位置与初位置间的距离s 2 天平 3 例6某实验小组利用拉力传感器和速度传感器探究动能定理 如图甲所示 他们将拉力传感器固定在小车上 用不可伸长的细线将其通过一个定滑轮与钩码相连 用拉力传感器记录小车受到的拉力大小 在水平桌面上相距50 0cm的a b两点各安装一个速度传感器 记录小车通过a b时的速度大小 小车中可以放置砝码 甲 测量和拉力传感器的总质量m1 把细线的一端固定在拉力传感器上 另一端通过定滑轮与钩码相连 正确连接所需电路 1 实验主要步骤如下 将小车停在c点 小车在细线拉动下运动 记录细线拉力及小车通过a b时的速度 在小车中增加砝码 或减少砝码 重复 的操作 2 表中是他们测得的一组数据 其中m是m1与小车中砝码质量之和 是两个速度传感器记录速度的平方差 可以据此计算出动能变化量 e f是拉力传感器受到的拉力 w是f在a b间所做的功 表格中的 e3 j w3 j 结果保留三位有效数字 数据记录表 3 根据表中数据 请在图中的坐标纸上作出 e w图线 解析 1 在实验过程中拉力对小车和传感器做功使小车和传感器的动能增加 所以需要测量小车和传感器的总质量 通过控制变量法只改变小车的质量或只改变拉力大小得出不同的数据 2 通过拉力传感器的示数和a b间距离 用w fl可计算拉力做的功 3 利用图象法处理数据 由动能定理w m 可知w与 e成正比 作图可用描点法 乙 答案 1 小车 释放小车 2 0 6000 610 3 如图乙所示 点评注意控制变量法的应用 并且由实验的原理推测需要测量的物理量 由实验结果描点连线进而利用图象法处理数据 一定要尊重实验事实 由此探究出力与物体做功的关系 作图时一定要选好用什么量作为横纵坐标 误差大的点应舍去 变式训练6为了探究加速度与力的关系 使用图示的气垫导轨装置进行实验 其中g1 g2为两个光电门 它们与数字计时器相连 当滑行器通过g1 g2时 光束被遮挡的时间 t1 t2都可以被测量并记录 滑行器连同上面固定的条形挡光片的总质量为m 挡光片的宽度为d 光电门间的距离为x 牵引砝码的质量为m 回答下列问题 答 2 若取m 0 4kg 改变m的值 进行多次实验 下列m的取值不合适的是 a m 5gb m 15g c m 40gd m 400g 3 在此实验中 需要测得每一个牵引力对应的加速度 求加速度的表达式为 用 t1 t2 d x表示 1 实验开始应先调节气垫导轨下面的螺钉 使气垫导轨水平 在不增加其他仪器的情况下 如何判定调节是否到位 解析 1 如果气垫导轨水平 则不挂砝码时 m应能在任意位置静止不动 或推动m后能使m匀速运动 因此 取下牵引砝码 轻推滑行器m 数字计时器记录的两光电门的光束被挡的时间相等 则说明气垫导轨是水平的 2 要完成这个实验 必须满足m m 故m 400g不合适 则本小题答案为选项d 3 滑行器通过g1 g2光电门时的速度分别为v1 v2 根据 2ax 可得a 相等 2 d 3 a 答案 1 取下牵引砝码 m放在任意位置都不动 或取下牵引砝码 轻推滑行器m 数字计时器记录的两光电门的光束被挡的时间 五 设计性实验 所谓设计性实验 就是根据实验目的 自主地运用掌握的物理知识 实验方法和技能 完成实验的各环节 实验目的 对象 原理 仪器选择 实验步骤 数据处理等 拟定实验方案 分析实验现象 并在此基础上作出适当评价的一类实验 设计性实验的显著特点 相同的实验内容可设计不同的过程和方法 实验思维可另辟蹊径 如设计出与常见实验 书本曾经介绍过的实验 有所变化的实验 以控制实验条件达到实验目的而设计的实验问题 不受固有实验思维束缚 完全是一种源于书本 活于书本 且新颖的设计性实验 1 进行实验设计的总体原则 1 精确性 在实验误差允许的范围内 应尽可能选择误差较小的方案 2 安全性 实验方案的实施要安全可靠 不会对器材造成损害 且成功率高 3 可操作性 实验应便于操作和读数 便于进行数据处理 2 实验设计的基本思路 明确目的 确定原理 实验设计的关键在于实验原理的设计 它是进行实验的依据和起点 它决定了应选用 或还需 哪些实验器材 应测量哪些物理量 如何编 排实验步骤 而实验原理的设计又往往依赖于所提供的实验器材 条件 和实验要求 它们相辅相成 互为条件 例7 2011年高考 广东物理卷 在 描绘小电珠的伏安特性曲线 实验中 所用器材有 小电珠 2 5v0 6w 滑动变阻器 多用电表 电流表 学生电源 开关 导线若干 1 粗测小电珠的电阻 应选择多用电表倍率的电阻挡 请填写 1 10 或 100 调零后 将表笔分别与小电珠的两极连接 示数如图甲 结果为 丙 2 实验中使用多用电表测量电压 请根据实验原理图乙完成 实物图丙中的连线 3 开关闭合前 应将滑动变阻器的滑片p置于端 为使小电珠亮度增加 p应由中点向端滑动 4 下表为电压等间隔变化测得的数据 为了获得更准确的实验图象 必须在相邻数据点间多测几组数据 请填写 ab bc cd de 或 ef 解析 1 若测电阻时用 1 挡 电阻约为7 5 若用 10 挡 则指针偏转过小 读数时 误差较大 所以用 1 挡 3 为了保护电表和小电珠 开关闭合前 应将滑动变阻器的滑片置于a端 这样闭合开关后 小电珠两端的电压为零 为使小电珠的亮度增加 p应由中点向b端滑动 4 由图表中数据可以看出 电压等间隔地变化 ab间的电流变化的最大 所以应在ab间多测几组数据 答案 1 1 挡7 5 2 如图丁所示 3 ab 4 ab 丁 表的使用及读数 第 2 问是实验电路的连接 第 3 问是滑动变阻器的使用 第 4 问考查利用图象和图表处理数据的能力 本题立足课本 考查基本仪器的使用和电路的连接 旨在培养学生的实践能力 探索意识 开放思维 创新精神 是高考实验设计和应用问题的常见题型 点评本题是以描绘小电珠的伏安特性曲线为背景立意命题 考查学生的基本实验能力和迁移能力 该实验第 1 问考查多用 变式训练7某同学为了测电流表的内阻r1的精确值 有如下器材 1 要求电流表的示数从零开始变化 且能多测几组数据 尽可能减小误差 在下图虚线方框中画出测量用的电路图 并在图中标出所用器材的代号 解析 待测电流表两端电压最大值约为1 5v 电压表量程太大 不可用 利用串并联电路的特点 由于的量程比大 可结合定值电阻充当电压表来完成实验 2 若选测量数据中的一组来计算电流表的内阻r1 则所用电流表的内阻r1表达式为r1 式中各符号的意义是 答案 1 如图所示 例8现有两节电池 三个开关 若干导线 还有电流表 滑动变阻器 电阻箱各一个 请用以上器材设计一个实验方案测出未知电阻rx的值 并写出实验步骤 电阻箱的最大阻值大于rx 解析 1 按图连接好实物电路 将滑动变阻器接入电路的阻值调到最大值 答案 见解析 点评这里用电阻箱r2 已知阻值电阻 等效替代了待测电阻 rx 电路中的电流仍为i0 所以rx r2 测量方法突破常规思维 非常独特 新颖 等效替代法主要分 物理模型的等效替代 物理过程的等效替代 作用效果的等效替代以及物理图形的等效替