1、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
2、1】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；图1(2)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_；图2(3)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300 mA，内阻约为2)；电流表A2(量程150 mA，内阻约为10)；电压表V1(量程1 V，内阻r1 000)；电压表V2(量程15 V，内阻约为3 000)；定值电阻R01 000；滑动变阻器R1(最大阻值为5)；滑动变阻器R2(最大阻值为1 000)；电源E(电动势约为4 V，内阻r
3、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50 mm30.05 mm50.15 mm。(2)多用电表的读数为22。(3)由于电源电压为 4 V，显然电压表选 V2 时不满足读数不得小于其量程的13的要求，因此只能选 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 2 V，基本满足要求，这样由于电阻值约 22，因此回路电流最大约 100 mA 左右，因此电流表选 A2，为了测量
4、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(1)50.15(2)22(3)V1 A2 R1 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015 V，则表的示数为_，若选用的量程为03 V，则表的示数为_。在图4中，若选用的量程为00.6 A，则表的示数为_，若选用的量程为03 A，则表的示数为_。图3 图4解析 在图3中，若选用的量程为015 V，则最小分度为0.5V，读数时应估读到最小分度的1/5，所以读数为10.8 V。若选用的量程为03 V，则最小分度为0.1 V，读数时
5、应估读到最小分度的1/10，所以读数为2.16 V。在图4中，若选用的量程为00.6 A，则最小分度为0.02 A，读数时应估读到最小分度的1/2，所以读数为0.16 A。若选用的量程为03 A，则最小分度为0.1 A，读数时应估读到最小分度的1/10，所以读数为0.80 A。答案 10.8 V 2.16 V 0.16 A 0.80 A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
6、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。图5(2)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。(3)由图象可得该电池的电动势E_V，内阻r_。次数123456U1/V1.02.03.04.04.55.0U2/V16.515.215.012.011.110.3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 EU2U1R0r，解得 U2EU1R0r，所以当 U10 时，U2E，即图象与纵轴的截距为电池的电动势，E1
7、8.0 V(17.918.1 V 均对)；因直线斜率的绝对值 k18105.2 rR0，解得 r30.8(29.831.8 均对)。答案(1)如图甲所示(2)如图乙所示(3)18.0(17.918.1均对)30.8(29.831.8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3 V，内阻非常大(可视为理想电压表)，电阻箱R，一段电阻未知的电阻丝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2.00 V，断开K1。(2)保持电阻箱的阻值不变
8、，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1U1R图象。根据图象可以求得电源电动势 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6解析(1)K2 接 a，闭合 K1 此时电路中的电流 IU1R 2.0020 A0.10 A。(2)K2 接 b，闭合 K1，电压表读数为 2.40 V，电路中的电流 I0.10A,由 I U2RR0得 0.10 2.
9、4020R0，解得 R04.00。(3)由闭合电路欧姆定律得：EUI(R0r)UERR0r(R0r)整理得1U1ER0rE1R。结合图丙得 E2.5 V，r0.69。(4)实物连线图见答案。答案 2.40 4.00 2.5 0.69 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
10、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。图7(1)实验测得A、B的质量分别为m0.4 kg、M0.5 kg，根据s h 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 Mghmgh12(Mm)v2，在 B 落地后，A 运动到 Q，根据动能定理有：mgs012mv2
11、，解得：sMmMmh。将 M0.5 kg，m0.4 kg代入得 s549 h。从 sh 图象得斜率 k0.9，即549 0.9，代入上式得 0.4。(2)滑轮轴的摩擦会导致 s 偏小，从而 偏大。答案(1)0.4(2)偏大【即学即练】3(2014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200 A，内阻R1300)电流表A2(量程30 mA，内阻R25)定值电阻R09 700 滑动变阻器R(阻值范围050)图8(1)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
12、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。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)I1(A)120125130135140145I2(mA)20.016.713.210.06.73.3(2)若某次电流表 A1 的示数是 114 A，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 EI1(R0R1)(I1I2)r，整理得 I1rrR0R1I2ErR0R1，联系图象得ER0rR1150106，斜率大小 k150120106201031.5103，有r
13、rR0R11.5103，解得 E1.50 V，r15.0。(2)欧姆表测的是外电路的电阻，当电流表 A1 的示数是 114 A时，滑动变阻器接入电路部分和电流表 A2 的总电阻 R1141069 70030024103 47.5。所以外电路的总电阻 R 外10 00047.510 00047.5 47.5。答案(1)1.50(1.481.51)15.0(14.016.0)(2)47.5(47.048.0)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
14、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。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50 Hz。从图中所给的刻度尺上读出A、B两点间的距
15、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
16、障为d、c间电路_(填“断路”或“短路”)。图10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0.70 cm，由xaT2得a0.20 m/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
17、柱，应接电势高处，故接a端。电压表读数为2.00 V，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(1)BD 0.70 0.20 左(2)左 a 2.00 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A1(05 mA的理想电表)；电源E：干电池(1.5 V)；电压表V(量程为10 V，内阻约为3 k)；电流表A2(010 mA，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1 000；滑动变阻器R4：最大阻值为20；开关S、导线若干。(1)定值
18、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。(3)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10 V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U5103300 V1.5 V，若两电流表均满偏，则通过定值电阻的电流为5 mA，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
19、路欧姆定律可知 RxI2I1I1R1。答案(1)R1 R4(2)如解析图所示(3)I2I1I1R1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
20、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l1 m，磁场的磁感应强度B00.6 T。图12(1)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5 k的电压表V的量程扩大为6 V，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099)B电阻箱(阻值范围0999)C电阻箱(阻值范围09 999)(2)当导体棒的加速度a1 m/s
21、2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_。图13(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”)。图14解析(1)由电表改装计算公式 Rx(UU01)Rg 可知需要串联阻值为 5103 的电阻，所以选 C。(2)由闭合电路欧姆定律可知，AD 两端电压 UB0latR0RR0，通过图象可以求得图线斜率
22、为 k0.5 V/s，又由 k B0laR0RR0，得 R1。(3)根据 U B0lvRR0R0 得，U lvR0RR0B0，由 UB 图可知，图线斜率逐渐增大，即 k lvR0RR0逐渐增大，所以最终速度变大。答案(1)C(2)1(3)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15(1)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
23、的公式是 h12gt2，所以都需要用秒表测量时间，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 H1.200 m,10 个小球下落的总时间 t5.0 s。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。(2)由 H12gt2，得 g2Ht2，代入数据得 g9.6 m/s2。答案(1)CD(2)9.6 m/s2
