1、高考研究(五)实验压轴题的五大破解策略高考实验压轴题历来是高考物理题的难点之一，是学生容易失分的问题之一。实验压轴题的综合程度很高，不仅考查的知识面广，而且涉及的实验方法也千变万化，对考生的能力要求很高。从实验压轴题考查的热点来看，主要是对基本仪器的选择和使用、实验原理与操作步骤、数据处理、误差分析及实验创新等方面的考查。所以实验压轴题的破解方法，就是要在熟悉高考常考查的所有实验仪器的原理、正确使用方法的基础上，对实验的思想方法进行深入研究，掌握这些原理、方法所引起的系统误差的根源，同时还要掌握一些处理数据的方法与技巧，如作图法及数形结合方法等。下面从五个方面对实验压轴题的破解策略进行分析讨论
2、。策略简述实验电路的设计及器材选取一般要考虑安全性和准确性原则，有时还要考虑操作的方便性，在保证安全性的前提下，准确性优先。名师解读(1)电学实验中通常要遵循安全性原则(不使电学元件受损)和准确性原则(尽量减小误差)来选择电表。首先保证流过电流表的电流和加在电压表上的电压均不超过其量程，然后再合理选择量程。务必使指针有较大偏转(要达到满偏的1/3)，|破解实验电路及器材选取问题首先考虑安全性与准确性名师解读以尽量减小测量的误差。在选取电表时要灵活运用以上两个原则。当遇到某一待测电阻不要求一定达到某一电压或电流的情况时，即使电源电动势较大，待测电阻的最大电流或最大电压也较大，超过了比较小的电表的
3、量程，但用较大量程的电表，读数又会小于1/3量程，则在滑动变阻器控制电压或电流保证安全的情况下，还是要选取较小量程的电表进行测量以便减小误差。所以选择电学元件时一般都是优先考虑准确性的原则。名师解读(2)电路的设计或选择也要考虑安全性和准确性的原则。电路的连接方式选取重点在两个方面：一是电流表的内接还是外接；二是滑动变阻器的限流式接法还是分压式接法。判断电流表的内接还是外接有两种方法：一是比值法；二是试触法。滑动变阻器选择限流式接法还是分压式接法，首先要看实验要求，有没有明显的语言暗示，若存在以下语言暗示，要采用分压式接法：名师解读要求电压或电流从零开始变化；要求多测量几组数据；要求电压或电流
4、变化范围足够大；虽没有文字暗示，但在表格中给出了一系列的数据，且数据中电压(或电流)的变化范围较大。例1 某同学测量阻值约为25 k的电阻Rx，现备有下列器材：A电流表(量程100 A，内阻约2 k)；B电流表(量程500 A，内阻约300)；C电压表(量程15 V，内阻约100 k)；D电压表(量程50 V，内阻约500 k)；E直流电源(20 V，允许最大电流1 A)；F滑动变阻器(最大阻值1 k，额定功率1 W)；G电键和导线若干。电流表应选_，电压表应_。(填字母代号)。该同学正确选择仪器后连接了以下电路，为保证实验顺利进行，并使测量误差尽量减小，实验前请你检查该电路，指出电路在接线上
5、存在的问题：(1)_；(2)_。解析 由题意可得，电阻上最大电流IER800 A，故电流表应选择B；因直流电源的电压是20 V，故量程是50 V的电压表不利于读数的准确性，电压表应选择C。(1)因待测电阻约为25 k，为大电阻，故电流表采用内接法。(2)因是小电阻的滑动变阻器控制大电阻，若用限流式接法，控制的电压变化范围太小，则应采用分压式接法。答案 B C(1)(2)见解析名师指津本题考查了实验器材的选取及实验电路的检查，电路的检查的实质还是实验电路的设计问题，要抓住测量电路和控制电路的设计两个关键点。跟进训练1(2017浙江杭州中学模拟)某同学要通过实验测量一节干电池的电动势和内阻，可供选
6、择的器材有：电流表(00.6 A)、电压表(03 V)、滑动变阻器R1(10，2 A)、滑动变阻器R2(100，2 A)、定值电阻R0为1.5、电键S及导线若干。(1)为方便实验调节且能较准确地进行测量，滑动变阻器应选用_(填“R1”或“R2”)。(2)本次实验按照实物线路图连接好线路后进行测量，测得数据如下表所示：次数12345I/A 0.15 0.20 0.30 0.40 0.50U/V 1.46 1.45 1.43 1.42 1.39由表中数据可看出，电压表示数变化不明显，试分析引起上述情况的原因是_。(3)为使电压表的示数变化更明显，请将上述器材的连线略加改动，在方框中画出改动后的实验
7、电路图。解析：(1)因电源内阻较小，为了便于调节，滑动变阻器应选择总阻值较小的R1。(2)电压表示数不明显，说明路端电压变化不明显；原因可能是干电池的内阻很小，所以导致内电路的电压降很小。(3)为了减小实验中内阻测量的误差，可将定值电阻R0与电源相连，采用等效的方法来增大内阻；设计电路如图所示。答案：(1)R1(2)干电池的内阻很小，内电路的电压降很小(3)见解析图|破解系统误差分析问题多数情况从实验方法上找根源策略简述系统误差是重点，实验方法的分析是关键。任何实验都有误差，尽量减小误差是物理实验的基本原则，所以误差分析在压轴题中是经常出现的考查点，往往也是难点名师解读要破解误差分析的难点，首
8、先要了解实验误差的成因及其性质。物理学中把误差按其产生的原因与性质分为系统误差和偶然误差。偶然误差在名师解读高考中一般不作为考查的重点，寻找系统误差产生的原因是误差分析的重点突破方向。产生系统误差的原因主要有两类：仪器本身存在一定的缺陷或不精密造成的，如仪器零点不准、仪器水平或铅直未调整、砝码未校准等。实验方法(或原理)不完善或所依据的理论本身具有近似性。例如用单摆测量重力加速度时，忽略空气对摆球的阻力的影响，用电流表测量电流时，不考虑电表内阻的影响等所引入的误差。这些原因是分析误差的重要依据和突破方向。例2 为测定木块与桌面之间的动摩擦因数，小亮设计了如图所示的装置进行实验。实验中，当木块A
9、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稳定后由静止释放，A最终滑到Q点。分别测量OP、OQ的长度h和s。改变h，重复上述实验，分别记录几组实验数据。(1)实验开始时，发现A释放后会撞到滑轮。请提出两个解决方法。_(2)请根据表中的实验数据在坐标系中作出s-h关系的图像。h(cm)20.0 30.0 40.0 50.0 60.0s(cm)19.5 28.5 39.0 48.0 56.5(3)实验测得A、B的质量分别为m0.40 kg、M0.50 kg。根据s-h图像可计算出木块A与桌面间的动摩擦因数_(结果保留一位有效数字)。(4)实验中，忽略滑轮的摩擦会导致的测量结果_
10、(选填“偏大”或“偏小”)。解析(1)A释放后会撞到滑轮，主要是加速度过大或加速时间过长，可以通过减小B的质量或增大A的质量来减小加速度，通过增加细线的长度或降低B的起始高度来缩短加速时间。(2)s-h图像如图所示。(3)本实验测动摩擦因数的原理是动能定理，对m和M从P到O点的过程中：Mghmgh 12(Mm)v2，对m从O到Q点的过程中：mgs12mv2，求得s MmMmh。所以图像的斜率k MmMm，即k 0.50.40.50.45660，解得0.4。(4)本实验测动摩擦因数的原理是动能定理，如果考虑克服滑轮摩擦做功W，则MghmghW 12(Mm)v2，mgs 12 mv2，求得MghW
11、mghMmgs，从表达式可以看出，如果忽略克服滑轮摩擦做功，则所测得动摩擦因数偏大。答案(1)减小B的质量(或增大A的质量)增加细线的长度(或降低B的起始高度)(2)见解析图(3)0.4(4)偏大名师指津判断实验误差导致实验值偏大或偏小，关键从实验方法和原理上寻找根源，首先弄清实验原理和方法，然后依据物理规律建立有关关系做适当推理，最后写出测量值的表达式，结合表达式进行误差分析比较容易得出结论。跟进训练2(2017乌鲁木齐模拟)用两个定值电阻和电压表可以测量电源的电动势(约3 V)和内阻。提供的主要器材有：电阻R1(2.0)、R2(9.0)、电源、电压表、开关S1、单刀双掷开关S2、导线若干，
12、实验电路如图甲所示。(1)根据电路图，将未连接完整的实物图连接完整。(2)闭合开关S1，开关S2分别接到R1、R2两电阻，电压表的读数分别为2.0V、2.7V，则测得电动势为_V，内阻为_。由于电压表的内阻影响，测得的内阻_(填“大于”“小于”或“等于”)真实值。解析：(1)根据电路图连接实物图如图所示。(2)在闭合电路中，电源电动势：EUIrU UR r，代入实验数据解得：E3.0 V，r1.0；由题图甲知，由于电压表的分流作用，流过电源的电流大于UR，内阻的测量值小于真实值。答案：(1)见解析图(2)3.0 1.0 小于|破解图像法处理实验数据问题细心推导找关系，数形转换是关键策略简述把实
13、验数据进行数形转换，应用图像法处理实验数据也是高考实验问题中常考的方法。名师解读要解决该类问题就要掌握数形转换的关系，所以数形结合成为实验数据处理必备的思路。利用图像法处理数据有两类方法：名师解读(1)如果横坐标和纵坐标两个变量成线性关系，则可以利用两个变量的关系进行求解，如用斜率、面积、截距等的物理意义处理实验研究的问题。此类问题一般都要经过以下数形转变过程：先根据物理规律写出物理方程或物理关系，然后根据实验要求写出纵轴(y)和横轴(x)的线性关系方程ykxb，从而确定其斜率、面积、截距等的物理含义，再结合图像的信息求解。名师解读(2)如果横坐标和纵坐标两个变量不成线性关系，有时不能根据图像
14、的斜率等关系求解问题，可借助作辅助图线的方法，利用图像截距、交点的物理含义求解。例3(2017湖北八校联考)某同学设计了如图甲所示的电路来测量电源电动势E及电阻R1和R2阻值。实验器材有：待测电源E(不计内阻)，待测电阻R1，待测电阻R2，电压表V(量程为1.5 V，内阻很大)，电阻箱R(099.99)，单刀单掷开关S1，单刀双掷开关S2，导线若干。(1)先测电阻R1的阻值，请将操作步骤补充完整：A闭合S1，将S2切换到a，调节电阻箱，读出其示数R0和对应的电压表示数U1；B保持电阻箱示数不变，_，读出电压表的示数U2；C得到电阻R1的表达式为R1_。(2)该同学已经测得电阻R14.80，继续
15、测电源电动势E和电阻R2的阻值，该同学的做法是：闭合S1，将S2切换到a，多次调节电阻箱，读出多组电阻箱示数R和对应的电压表示数U，由测得的数据，绘出了如图乙所示的 1U -1R 图线，则电源电动势E_ V，电阻R2_(保留三位有效数字)。解析(1)B.保持电阻箱示数不变，将S2切换到b；C.由于R0和R1串联，所以通过R1的电流I U1R0，R1两端的电压为U2U1，所以R1U2U1IU2U1U1R0。(2)根据闭合电路欧姆定律，E UR(4.8R2R)，所以 1U 1E(4.8R2)1R1E，由此式看出，1U-1R图线的截距为1E0.7，斜率k1E(4.8R2)2.80.70.54.2，由
16、此两式得，E1.43 V，R21.20。答案(1)将S2切换到b U2U1U1R0(2)1.43 1.20名师指津图像坐标含有物理量倒数时，函数式的推导需要灵活转换物理规律的表达式，尽量向函数式的形式上“靠”。跟进训练3要测绘一个标有“3 V 0.6 W”小灯泡的伏安特性曲线，小灯泡两端的电压需要由0逐渐增加到3 V，并便于操作。已选用的器材有：电池组(电动势为4.5 V，内阻约1)；电流表(量程为0250 mA，内阻约5)；电压表(量程为03 V，内阻约3 k)；电键一个、导线若干。(1)实验中所用的滑动变阻器应选_(填字母代号)。A滑动变阻器(最大阻值20，额定电流1 A)B滑动变阻器(最
17、大阻值1 750，额定电流0.3 A)(2)实验的电路图应选用下列的图_(填字母代号)。(3)根据实验得到小灯泡的伏安特性曲线如图所示。如果将这个小灯泡接到电动势为1.5 V、内阻为5 的电源两端，小灯泡消耗的功率是_W。解析：(1)因实验要求小灯泡两端的电压由0逐渐增加到3 V，所以滑动变阻器应用分压式接法，应选总阻值小的A。(2)因小灯泡电阻为RU2P 90.6 15，所以RVR RRA，故电流表应采用外接法，而滑动变阻器采用分压式，故电路图应选B。(3)电源与小灯泡直接串联，则路端电压等于小灯泡两端的电压，画出内阻为5，电动势为1.5 V的电源的路端电压与干路电流的关系图线，它与小灯泡的
18、伏安特性曲线的交点表示小灯泡与该电源直接串联(因为电源两端的电压及通过电源的电流与小灯泡两端的电压及通过小灯泡的电流相等)，如图所示，根据交点坐标(1.0 V,0.1 A)可以计算出小灯泡消耗的功率为PUI1.00.1 W0.1 W。答案：(1)A(2)B(3)0.1|破解力学创新实验问题透过新颖情景对接实验原理策略简述力学创新实验是高考的热点内容，也是实验压轴题的重要形式。这些力学创新实验，是实验方法的变通应用，或是实验手段的改进，或是实验技巧的创新，侧重考查学生的创新能力。名师解读该类题型常以分组或演示实验为背景，考查学生对实验方法的领悟情况，灵活运用所学实验方法设计实验的能力，要求熟练掌
19、握常规实验的数据处理方法，能将所学实验原理、实验方法迁移到新的情景中，并能灵活运用。所以，破解力学创新题的关键在于分析实验的物理情景，根据物理情景所遵循的物理规律(即实验的原理)建立方程并进行适当推导，再结合适当的实验数据处理方法(如图像法等)，从而解决有关问题。例4 某实验小组利用弹簧秤和刻度尺，测量滑块在木板上运动的最大速度。实验步骤：用弹簧秤测量橡皮泥和滑块的总重力，记作G。将装有橡皮泥的滑块放在水平木板上，通过水平细绳和固定弹簧秤相连，如图1所示。在A端向右拉动木板，待弹簧秤示数稳定后，将读数记作F。改变滑块上橡皮泥的质量，重复步骤、。实验数据如表所示。G/N 1.50 2.00 2.
20、50 3.00 3.50 4.00F/N 0.59 0.83 0.99 1.22 1.37 1.60如图2所示，将木板固定在水平桌面上，滑块置于木板上左端C处，细绳跨过定滑轮分别与滑块和重物P连接，保持滑块静止，测量重物P离地面的高度h。滑块由静止释放后开始运动并最终停在木板上的D点(未与滑轮碰撞)，测量C、D间的距离s。完成下列作图和填空：(1)根据表中数据在给定坐标系上作出F-G图线。(2)由图线求得滑块和木板间的动摩擦因数_(保留2位有效数字)。(3)滑块的最大速度v_(用h、s、和重力加速度g表示)。解析(1)根据实验步骤中给出的实验数据描点、连线即可，如图所示。(2)由平衡条件可得f
21、F，FNG，又由动摩擦力的公式fFN，则FG。所以，F-G图线的斜率就是滑块与木板间的动摩擦因数，即1.60.44.01.00.40(0.380.42均可)。(3)重物下落h时，滑块的速度最大。设滑块的质量为m，细绳拉力对滑块所做的功为WF，对该过程由动能定理得WFmgh12mv20滑块从C点运动到D点，由动能定理得WFmgs00由以上两式得v 2gsh。答案(1)见解析图(2)0.40(0.380.42均可)(3)2gsh名师指津这是一道典型的力学创新实验题，解题的关键是研究题目提供的物理情景，明确它遵循的物理规律及实验原理，然后建立方程并进行推理，分析所要计算的未知量还需要哪些物理量，再结
22、合常用的测量方法测出这些物理量，进而求得相关问题。跟进训练4(2017哈尔滨六中模拟)某实验小组的同学欲“探究小车动能变化与合外力对它所做功的关系”，在实验室设计了一套如图甲所示的装置，图中A为小车，B为打点计时器，C为弹簧测力计，P为小桶(内有砂子)，一端带有定滑轮的足够长的木板水平放置，不计绳与滑轮的摩擦。实验时，先接通电源再松开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点。(1)该同学在一条比较理想的纸带上，将点迹清楚的某点记为零点，顺次选取一系列点，分别测量这些点到零点之间的距离x，计算出它们与零点之间的速度平方差v2v2v 20，弹簧测力计的读数为F，小车的质量为m，然后建立v2-x坐标系，
23、通过描点法得到的图像是一条过原点的直线，如图乙所示，则这条直线的斜率为_(填写表达式)。(2)若测出小车质量为0.4 kg，结合图像可求得小车所受合外力的大小为_N。解析：(1)根据动能定理可知Fx12mv2，所以理论上v22Fm xx，v2-x图像为过原点的直线，直线的斜率k2Fm。(2)结合图像可知k2Fm 5 N/kg，所以F1 N。答案：(1)k2Fm (2)1|破解电学创新实验问题循“路”理“线”析原理策略简述“路”可谓电路，“线”可谓线索，即实验原理、实验方法等。名师解读电学实验的压轴题一般不直接考查课本上的学生实验，而是在学生实验基础上进行创新，此类压轴题的难点常常是把学生实验中
24、的实验原理和实验方法进行拓展、迁移及创新。名师解读破解此类问题的关键是掌握常规实验原理、实验方法、规范操作程序、数据处理方法等基础知识，从题目给出的电路原理图入手分析，再结合已有的电学知识(如串并联关系、闭合电路欧姆定律等)和实验方法进行推理，往往可以找到解题突破口。例5(2017湖南长沙中学联考)现有一种特殊的电池，它的电动势E约为9 V，内阻r约为50。已知该电池允许输出的最大电流为50 mA，为了测定这个电池的电动势和内阻，某同学利用如图(a)所示的电路进行实验，图中电压表的内阻很大，对电路的影响可不考虑，R为电阻箱，取值范围09 999，R0是定值电阻，起保护电路的作用。(1)实验室备
25、有的定值电阻R0有以下几种规格，本实验应选_。A10 2.5 W B100 1.0 WC200 1.0 WD2 000 5.0 W(2)该同学接入符合要求的R0后，闭合开关S，调整电阻箱的阻值，读取电压表的示数，改变电阻箱阻值，取得多组数据，作出了如图(b)所示的图线(已知该直线在y轴的截距为0.1 V1)。则根据该同学所作出的图线可求得电池的电动势E为_ V，内阻r为_。解析(1)根据电池的参数，起保护作用的定值电阻的最小值为R0EIr950103 50 130，所以定值电阻应选C。(2)由题中所给图线，根据闭合电路欧姆定律可知EUURR0r 1U 1E1RR0 rE，纵截距为电动势的倒数，
26、故电源电动势的值为10V；电源的内电阻为图线的斜率的E倍，即rE0.550.12，解得r46。答案(1)C(2)10 46(4448均可)名师指津电学创新实验题的形式千变万化，所涉及的知识面广、方法多，仪器的选取和使用技巧性强，考生对实验仪器的性能、多种用途要有充分认识，对实验原理的理解要全面深刻，对实验方法、仪器使用技巧要不断积累，并学会对实验原理、实验方法迁移应用及测量仪器的等效替代，能够把直接测量转化为间接测量、把复杂设计转化为简单设计等。跟进训练5实验室有一块量程为500 A，内阻Rg约为200 的电流表(也称微安表)，需要准确测量它的电阻。一位同学根据实验室现有的器材设计了如图1、2
27、所示的两种实验电路。已知实验室中的部分实验器材的规格如下：电流表(也称毫安表)：I(量程1 mA，内电阻约100)；滑动变阻器A：R1(20，1 A)；滑动变阻器B：R2(500，0.5 A)；电阻箱：R2(999.9)；电流电源：E(电动势为3 V，内阻很小)；可供选择的不同阻值的定值电阻器：R3。(1)请将如图3所示的实物按图1所示的电路连接成实验电路。(2)图2所示的电路中，为了便于实验的调节，滑动变阻器R1应选_(选填：“滑动变阻器A”或“滑动变阻器B”)。为了保证实验操作过程的安全(即使滑动变阻器的阻值调为0，也不会烧坏电流表)，并便于实验调节，定值电阻器R3的阻值应选_(填选项前的
28、字母)。A100 B1 k C6 k D10 k(3)利用图1所示的电路，闭合S1之后进行实验及测量时，需要记录的实验数据有(同时用设定的字母表示)_；用记录的实验数据的字母表示出测量的结果是Rg_。解析：(1)连线如图所示。(2)因为待测电阻约为200，所以为了便于调节，滑动变阻器R1应选滑动变阻器B；为了保证实验操作过程的安全，并便于实验调节，定值电阻器R3的阻值应选3500106 k6 k，即选C。(3)用题中图1所示的电路，闭合S1之后进行实验及测量时，需要记录的实验数据有微安表读数I1、毫安表读数I2、对应的电阻箱读数R2；用记录的实验数据的字母表示出测量的结果是Rg(I2I1)R2I1。答案：(1)见解析图(2)滑动变阻器B C(3)见解析
