物理解题能力讲座三破解高考实验题的方法技巧

PAGE1OF16教师姓名学生姓名填写时间学科物理年级上课时间课时计划2H教学内容教学目标个性化学习问题解决教学重点、难点教学过程物理解题能力讲座三破解高考实验题的方法技巧近几年高考出现的实验试题，虽然形式多样，但考查特点主要有两个，一是重基础，考查基本仪器的使用和读数；二是重能力，考查重点是实验原理、实验方法、实验仪器选择、电路连接、实验操作理论及数据处理、实验拓展等。在高考实验中取得高分的策略是掌握三种方法技巧，做好两类题型。方法技巧技巧一正确使用、准确读数实验仪器读数的基本原则仪器最小刻度是“1”的，一般要求读到最小刻度后再往下估读一位估读的这位是不可靠数字；仪器最小刻度是“2”和“5”的，一般只要求读到最小刻度所在的这一位，不再往下估读。游标卡尺、秒表、电阻箱因为本身构造情况不需要估读。【典例1】2014山东德州一模某同学要测量一个由均匀新材料制成的圆柱体的电阻率。步骤如下1游标卡尺测量其长度如图1甲所示，可知其长度为_MM；2用螺旋测微器测量其直径如图乙所示，可知其直径为_MM；图13选用多用电表的电阻“1”挡，按正确的操作步骤测此圆柱体的电阻，表盘的示数如图2所示，则该电阻的阻值约为_；PAGE2OF16图24为更精确地测量其电阻，可供选择的器材如下电流表A1量程300MA，内阻约为2；电流表A2量程150MA，内阻约为10；电压表V1量程1V，内阻R1000；电压表V2量程15V，内阻约为3000；定值电阻R01000；滑动变阻器R1最大阻值为5；滑动变阻器R2最大阻值为1000；电源E电动势约为4V，内阻R约为1；开关，导线若干。为了使测量尽量准确，测量时电表读数不得小于其量程的，电压表应选_，电流表应13选_，滑动变阻器应选_。均填器材代号根据你选择的器材，请在线框内画出实验电路图。解析1游标卡尺读数为50MM3005MM5015MM。2螺旋测微器读数为45MM200001MM4700MM。3多用电表的读数为22。4PAGE3OF16由于电源电压为4V，显然电压表选V2时不满足读数不得小于其量程的的要求，因此只13能选V1，而V1读数又太小，而题目中给了一个定值电阻，将定值电阻与电压表串联，改装成一个新电压表，量程为2V，基本满足要求，这样由于电阻值约22，因此回路电流最大约100MA左右，因此电流表选A2，为了测量精确，滑动变阻器采分压式接法，为了便于调节，滑动变阻器选用R1，电路图电流表采用外接法，实验电路图如图。答案15015247003224V1A2R1实验电路图见解析【即学即练】1图3、4为常用的电压表和电流表的刻度盘，在图3中，若选用的量程为015V，则表的示数为_，若选用的量程为03V，则表的示数为_。在图4中，若选用的量程为006A，则表的示数为_，若选用的量程为03A，则表的示数为_。图3图4解析在图3中，若选用的量程为015V，则最小分度为05V，读数时应估读到最小分度的1/5，所以读数为108V。若选用的量程为03V，则最小分度为01V，读数时应估读到最小分度的1/10，所以读数为216V。在图4中，若选用的量程为006A，则最小分度为002A，读数时应估读到最小分度的1/2，所以读数为016A。若选用的量程为03A，则最小分度为01A，读数时应估读到最小分度的1/10，所以读数为080A。答案108V216V016A080A技巧二连图清晰、作图规范实物图连接一定要清晰，不能交叉相连。描点作图连线时要让各点均匀分布在直线的两侧图线为直线，个别明显偏离较远的点可以不予考虑。【典例2】某同学为了测量某电池的电动势E和内阻R，设计了如图5甲所示的电路，已知定值电阻R020，电压表V2的内阻很大，可视为理想电压表。1根据图甲所示电路，请在乙图中用笔画线代替导线，完成实物电路的连接。PAGE4OF16图52实验中，该同学移动滑动变阻器滑片，读出电压表V1和V2的示数U1、U2数据如表格中所示。请根据表格中的数据在下面的虚线框内画出U2U1的关系图线。次数123456U1/V102030404550U2/V1651521501201111033由图象可得该电池的电动势E_V，内阻R_。解析1如图甲所示。2如图乙所示。3由闭合电路欧姆定律可得EU2R，解得U2ER，所以当U10时，U2E，即U1R0U1R0图象与纵轴的截距为电池的电动势，E180V179181V均对；因直线斜率的绝对值K，解得R308298318均对。181052RR0答案1如图甲所示2如图乙所示3180179181均对308298318均对【即学即练】2如图6甲所示，是某同学设计的一个测电源电动势和内阻的原理图，待测电源电动势E、内阻R，电压表V的量程为3V，内阻非常大可视为理想电压表，电阻箱R，一段电PAGE5OF16阻未知的电阻丝R0，单刀单掷开关K1，单刀双掷开关K2，实验步骤如下1调节电阻箱的阻值为20，K2接到A，闭合K1，记下电压表的读数为200V，断开K1。2保持电阻箱的阻值不变，K2切换到B，闭合K1，记下图乙所示的电压表的读数为_V，断开K1。由此可以算出电阻丝的电阻R0为_。3将K2再切换到A，闭合K1，多次调节电阻箱，读出多组电阻箱的示数和对应的电压表的示数，断开K1。由测得的数据，绘出如图丙所示的图象。根据图象可以求得电源1U1R电动势E_V，电源内阻R_。结果保留两位有效数字4根据原理图连接实物图丁。图6PAGE6OF16解析1K2接A，闭合K1此时电路中的电流IA010A。U1R200202K2接B，闭合K1，电压表读数为240V，电路中的电流I010A,由I得010U2RR0，解得R0400。24020R03由闭合电路欧姆定律得EUIR0RUR0RERR0R整理得。1U1ER0RE1R结合图丙得E25V，R069。4实物连线图见答案。答案24040025069如图所示技巧三理解原理、灵活迁移此类实验要求考生能将教材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，深刻理解物理概念和规律，并能灵活运用。如力学中与纸带相关的实验、电学设计实验，都可考查学生运用已学过的实验方法、原理处理新情境实验问题的能力。【典例3】为测定木块与桌面之间的动摩擦因数，小亮设计了如图7甲所示的装置进行实验，实验中，当木块A位于水平桌面上的O点时，重物B刚好接触地面，将A拉到P点，待B稳定后静止释放，A最终滑到Q点，分别测量OP、OQ的长度为H和S，重复上述实验，分别记录几组实验数据，根据实验数据作出SH关系图象如图乙所示。PAGE7OF16图71实验测得A、B的质量分别为M04KG、M05KG，根据SH图象可计算出A木块与桌面间的动摩擦因数_结果保留一位有效数字。2实验中，滑轮轴的摩擦会导致的测量结果_填“偏大”、“偏小”、“不变”。解析1在B下落至落地时，据动能定理有MGHMGHMMV2，在B落地后，A运12动到Q，根据动能定理有MGS0MV2，解得SH。将M05KG，M04KG12MMMM代入得SH。从SH图象得斜率K09，即09，代入上式得04。5495492滑轮轴的摩擦会导致S偏小，从而偏大。答案1042偏大【即学即练】32014山东滨州一模某同学用如图8甲所示的电路测量欧姆表的内阻和电源电动势把欧姆表看成一个电源，且已选定倍率并进行了欧姆调零。实验器材的规格如下电流表A1量程200A，内阻R1300电流表A2量程30MA，内阻R25定值电阻R09700滑动变阻器R阻值范围050图8PAGE8OF161闭合开关S，移动滑动变阻器的滑动触头至某一位置，读出电流表A1和A2的示数分别为I1和I2。多次改变滑动触头的位置，得到的数据见下表。I1A120125130135140145I2MA2001671321006733依据表中数据，作出I1I2图线如图乙所示；据图可得，欧姆表内电源的电动势为E_V，欧姆表内阻为R_。结果保留3位有效数字2若某次电流表A1的示数是114A，则此时欧姆表示数为_。结果保留3位有效数字解析1根据闭合电路欧姆定律得EI1R0R1I1I2R，整理得I1I2RRR0R1，联系图象得150106，斜率大小ERR0R1ER0RR1K15103，有15103，解得E150V，R15015012010620103RRR0R1。2欧姆表测的是外电路的电阻，当电流表A1的示数是114A时，滑动变阻器接入电路部分和电流表A2的总电阻R475。所以外电路的总114106970030024103电阻R外475。1000047510000475答案11501481511501401602475470480两类题型题型一常规实验型常规实验是指课本上的实验，主要有研究匀变速直线运动、验证力的平行四边形定则、探究弹力和弹簧伸长的关系、验证牛顿运动定律、探究动能定理、验证机械能守恒定律等动力学实验以及测定金属的电阻率、描绘小电珠的伏安特性曲线、测定电源的电动势和内阻等电学实验。实验原理的理解、实验数据的处理、实验误差的分析是考查的重点与热点。【典例4】1利用力传感器研究“加速度与合外力的关系”的实验装置如图9甲。PAGE9OF16甲图9下列关于该实验的说法，错误的是_。填选项前的字母A做实验之前必须平衡摩擦力B小车的质量必须比所挂钩码的质量大得多C应调节定滑轮的高度使细线与木板平行D实验开始的时候，小车最好距离打点计时器远一点从实验中挑选一条点迹清晰的纸带，每5个点取一个计数点，用刻度尺测量计数点间的距离如图乙所示，已知打点计时器所用电源的频率为50HZ。从图中所给的刻度尺上读出A、B两点间的距离X1_CM；该小车的加速度A_M/S2计算结果保留两位有效数字，实验中纸带的_填“左”或“右”端与小车相连接。2将“小电珠L、滑动变阻器、多用电表、电流表、直流稳压电源、开关和导线若干”连成如图10甲所示的电路，进行“描绘小电珠的伏安特性曲线”的实验。闭合开关前，应将滑动变阻器的滑片P置于_填“左”或“右”端。用多用电表电压挡测量L电压时，红表笔应接图甲中的_填“A”或“B”点。正确连线后，闭合开关，发现不论怎么调节滑动变阻器的滑片，多用电表指针均不偏转。将两表笔改接到图甲电路的A、C两点，电表指针仍不偏转，改接A、D两点时，电表指针偏转如图乙所示，其示数为_V；可判定故障为D、C间电路_填“断路”或“短路”。图10PAGE10OF16甲、乙两位同学用完多用电表后，分别把选择开关放在图11所示位置。则_的习惯好。图11解析1要使力传感器测量的力等于小车受到的合力，一是必须平衡摩擦力，二是使细线与木板保持平行，但没有必要使小车的质量远大于所挂钩码的质量，A、C正确，B错误；为使测量的数据多一些，实验开始的时候，小车最好距离打点计时器近一点，D错误。A、B两点间的距离为070CM，由XAT2得A020M/S2；小车做加速运动，相同的时间运动的位移逐渐增大，因此左端与小车相连。2开始时，要使小灯泡两端的电压为零，滑片P应置于最左端。多用电表的红表笔对应电压表的正接线柱，应接电势高处，故接A端。电压表读数为200V，说明D、C间电路断路。测量完后，要将选择开关调到交流电压的最高挡，故乙同学操作正确。答案1BD070020左2左A200断路乙同学“乙”也对【即学即练】4某学习小组为了测量一电阻RX约300，现有下列器材。电流表A105MA的理想电表；电源E干电池15V；电压表V量程为10V，内阻约为3K；电流表A2010MA，内阻约100；定值电阻R1阻值为300；定值电阻R2阻值为10；滑动变阻器R3最大阻值为1000；滑动变阻器R4最大阻值为20；开关S、导线若干。1定值电阻应选_，滑动变阻器应选_。填写器材字母符号2画出设计的实验电路图。PAGE11OF163用已知的量和实验中测得的量表示待测电阻RX_。解析1量程为10V的电压表量程太大，不能用，分析可知RX需与A1串联，串联后与定值电阻并联，用A2测并联后的总电流，待测电阻RX两端的最大电压约为U5103300V15V，若两电流表均满偏，则通过定值电阻的电流为5MA，所以定值电阻的阻值约为300，定值电阻选R1；滑动变阻器R3最大阻值太大，不便于操作，因此应选用R4，采用分压式接法接入电路。2实验电路如图所示。3若某次测量中电流表A1的示数为I1，电流表A2的示数为I2，由部分电路欧姆定律可知RXR1。I2I1I1答案1R1R42如解析图所示3R1I2I1I1题型二创新探究型创新探究实验通常是将课本上的实验做适当的变化、创新。试题的“创新”点主要体现在改变实验探究的条件、改变实验探究的结论、改变实验探究的思路、改变实验考查的方法、体现实验探究结果的开放性、评估实验探究的过程与结果等方面。从命题趋势上看，实验考查向着拓展实验、创新实验方向发展，注重考查同学们的知识迁移能力和解决实际问题的能力。【典例5】2014吉林质检在研究电磁感应现象的过程中，某同学设计了一个如图12所示的装置。ABCD为一个右端开口的U形水平导轨，它所在空间有垂直于导轨平面向上的匀强磁场。导体棒AD和BC段导轨是有电阻的，其他部分电阻不计。其中BC段电阻R05。现先让导体棒AD在外力作用下沿导轨由静止开始做匀加速直线运动，当导体棒速度达到某一值时，通过调整外力使导体棒立即做该速度下的匀速直线运动。若已知导体棒的长度L1M，磁场的磁感应强度B006T。PAGE12OF16图121现要用电压表测量AD两端的电压值，需要将一个量程为3V，内阻值为5K的电压表V的量程扩大为6V，需要在下面给出的电阻箱中选择一个与电压表V串联，你认为应选择_。请填写选项字母A电阻箱阻值范围099B电阻箱阻值范围0999C电阻箱阻值范围099992图13当导体棒的加速度A1M/S2时，实验者通过传感器采集到的电压U和时间T的多组数据，利用计算机绘制出的UT的关系图象如图13所示，则可能求出导体棒AD的阻值为_。3实验者改变磁感应强度B的大小，重复上述实验操作。记录导体棒匀速运动时电压表示图14数U和磁感强度B的多组数据，并作出UB关系图象如图14所示。则在磁感强度增大的过程中导体棒最终速度变化情况为_选填“变大”“变小”或“不变”。解析1由电表改装计算公式RX1RG可知需要串联阻值为5103的电阻，所UU0以选C。2由闭合电路欧姆定律可知，AD两端电压UR0，B0LATR0RPAGE13OF16通过图象可以求得图线斜率为K05V/S，又由KR0，得R1。B0LAR0R3根据UR0得，UB0，由UB图可知，图线斜率逐渐增大，即KB0LVRR0LVR0RR0逐渐增大，所以最终速度变大。LVR0RR0答案1C213变大【即学即练】5利用自由落体运动可测量重力加速度。有两组同学分别利用图15甲、乙所示的两种实验装置进行了实验，其中乙图中的M为可恢复弹簧片，M与触头接触，开始实验时需要手动敲击M断开电路，使电磁铁失去磁性释放第一个小球，当前一个小球撞击M时后一个小球被释放。图151下列说法正确的有_。A两种实验都必须使用交流电源B甲实验利用的公式是XGT2；乙实验利用的公式是HGT2，所以都需要用秒表测12量时间，用直尺测量距离C甲实验要先接通电源，后释放纸带；乙实验应在手动敲击M的同时按下秒表开始计时D这两个实验装置均可以用来验证机械能守恒定律2用图乙所示的实验装置做实验，测得小球下落的高度H1200M,10个小球下落的总时间T50S。可求出重力加速度G_M/S2结果保留两位有效数字。解析1只有打点计时器必须要接交流电源，所以选项A错误；甲实验不需要用秒表测量时间，所以选项B错误；甲实验要先接通电源，后释放纸带；乙实验应在手动敲击M的同时按下秒表开始计时，选项C正确；两个实验装置均可以用来验证机械能守恒定律，选项D正确。PAGE14OF162由HGT2，得G，代入数据得G96M/S2。122HT2答案1CD296M/S21某学习小组用伏安法测量一未知电阻RX的阻值，给定器材及规格为电流表A量程为05MA，内阻约为10；电压表V量程为03V，内阻约为3K；最大阻值约为100的滑动变阻器；电源E电动势约为3V；开关S、导线若干。1由于不知道未知电阻的阻值范围，先采用如图16甲所示的电路试测，读得电压表示数大约为25V，电流表示数大约为5MA，则未知电阻RX的阻值大约为_。2经分析，该电路测量误差较大，需改进。请直接在图甲上改画在不需要的连线上画“”表示，补画上需要添加的连线。3对改进的电路进行测量，并根据测量数据画出了如图乙所示的UI图象，得RX_。结果保留三位有效数字图16解析1根据图甲测量数据及欧姆定律可得RX500。UI2551032待测电阻RX约为500，而电压表的内阻约为3K，是