1、高考主题(十三)物理实验命题解读 在高考题中实验内容占有较大比重，而实验题又是考生得分率较低的部分。高考要求的必考实验共有十二个，考查的热点是基本仪器读数、常用器材、实验方案的选择，实物图连接，图像法处理数据，误差分析等。纵观近几年高考物理实验试题，看似每年都在变化，但万变不离其“宗”，这个“宗”就是教材中的基本实验。主干知识忆一忆一、力学实验(一)熟知常规力学量的测量物理量测量工具、使用方法或测量方法力弹簧测力计(不超量程，调零；会读数)；力传感器(调零)质量天平(水平放置、调零；被测物放左盘、砝码放右盘；会读数)长度刻度尺(要估读，精度 1 mm)；螺旋测微器(要估读，精度 0.01 mm
2、)；游标卡尺(不估读，精度有 0.1 mm、0.05 mm、0.02 mm 三种)物理量测量工具、使用方法或测量方法时间打点计时器(电磁打点计时器使用 6 V 以下交流电，电火花计时器使用 220 V 交流电，打点时间间隔均为0.02 s)；光电计时器(记录挡光时间 t)；秒表(不估读，精度 0.1 s)速度打点纸带：vt2 vxt；频闪照相：vt2 vxt；光电门：瞬时速度 v dt(d 为遮光板宽度)；速度传感器加速度打点纸带：axT2；频闪照相：axT2；光电门：av22v122x或 av2v1t；v-t 图像：ak(斜率)(二)洞悉重要力学实验的考点 实验 装置图 操作要领 考查热点
3、研究匀变速直线运动 平行：细绳、纸带与长木板平行靠近：小车释放前，应靠近打点计时器的位置先后：实验时先接通电源，后释放小车；实验后先断开电源，后取下纸带适当：悬挂钩码要适当，避免纸带打出的点太少或过于密集 考装置：器材装配正误考读算：读纸带计数点间位移；计算瞬时速度；计算加速度摩擦力：无须平衡(木板平放或斜放均可)远小于：无须满足(悬挂钩码质量与小车质量)实验 装置图 操作要领 考查热点 探究弹力和弹簧伸长的关系 操作：弹簧竖直悬挂；待钩码静止时测出弹簧长度作图：坐标轴标度要适中，单位要标注；连线时要使各数据点均匀分布在直线的两侧 考装置：器材装配、读数考作图：根据记录数据作相关图线考计算：根
4、据Fx，或Fl，或mx图像求k 实验 装置图 操作要领 考查热点 验证力的平行四边形定则 等效：同一次实验中橡皮条拉长后的结点O位置必须保持不变拉力：沿弹簧测力计轴线方向拉，橡皮条、弹簧测力计和细绳套与纸面平行；两分力F1、F2的夹角不要太大或太小作图：选定比例要相同；严格按力的图示要求作平行四边形求合力 考读数：弹簧测力计示数考操作：两次拉橡皮条时需将结点O拉到同一位置求合力：根据分力F1、F2大小与方向用作图法求合力会区分：能区分合力的理论值与真实值 实验 装置图 操作要领 考查热点 验证牛顿运动定律 平衡：必须平衡摩擦力(改变小车或重物质量，无须重新平衡)质量：重物的总质量远小于小车质量
5、(若使用力传感器，或以小车与重物的系统为研究对象无须满足此要求)其他：细绳与长木板平行；小车靠近打点计时器的位置释放；实验时先接通电源，后释放小车 考装置：器材安装正误；平衡摩擦力的方法、标准；质量控制要求测定a：根据纸带或光电门数据计算加速度求结论：描点作aF或a图像，并得出结论判成因：给定异常aF图像，判断其可能成因 1M实验 装置图 操作要领 考查热点 探究动能定理 平衡：须平衡摩擦力做功：橡皮筋做的功是变力功，不能具体求解，须用倍增法改变功的大小小车：靠近打点计时器且接通电源再释放小车；每次小车须由同一位置静止弹出 考装置：平衡摩擦力的方法、判断标准求速度：小车获得速度就是纸带上点距均
6、匀的速度考图像：作Wv或Wv2图像，得出结论 实验 装置图 操作要领 考查热点 验证机械能守恒定律 安装：打点计时器竖直安装；纸带沿竖直方向拉直重物：选密度大、质量大的金属块，且靠近打点计时器处释放 考装置：器材选择、装配正误考运算：下落速度的计算；减少重力势能与增加动能的计算 速度：应用 vnhn1hn12T，不能用 vn 2ghn或vngt 计算考图像：v22-h 或 v22 h图像的斜率判断机械能守恒实验 装置图 操作要领 考查热点 验证动量守恒定律 安装：斜槽末端切线必须沿水平方向起点：斜槽末端上方l处速度：应用小球平抛的水平位移替代 考装置：器材安装、小球选取、O点确定考测量：小球质
7、量的测量和小球平抛运动的水平位移的测量考结论：根据实验数据判断两球碰撞过程中动量是否守恒 二、电学实验(一)熟知常规电学量的测量物理量 测量工具、使用方法或测量方法 电压 电压表(会选用；会接线；会读数)；电压传感器；多用电表电压挡；灵敏电流计与大电阻串联 电流 电流表(会选用；会接线；会读数)；电流传感器；多用电表电流挡；灵敏电流计与小电阻并联 电阻 多用电表电阻挡(粗测)；伏安法(外接法、内接法)；等效替代法测电阻；电阻箱(接线、读数)；滑动变阻器(选用、接线)电动势 伏安法；伏阻法；安阻法等(二)洞悉重要电学实验的考点实验电路图实验原理考查热点测定金属的电阻率测 Rx：RxUI(伏安法)
8、算：RxLS，SRxL考读数：U、I、L及 d考电路：电路设计或选择、实物连线或改错，器材选择考运算：由 U-I图像求 Rx，求 实验电路图实验原理考查热点描 绘小 电珠 的伏 安特 性曲线电路：伏安法外接；滑动变阻器分压式图像：U-I 图像为曲线(温度升高，灯丝电阻增大)考电路：电路设计或选择、实物连线或改错，器材选择考作图：描点、连线画 U-I 图像考运算：由 U-I 图像求电阻、电功率实验电路图实验原理考查热点测定电源的电动势和内阻伏安法：EUIr安阻法：EI(Rr)伏阻法：EUURr考电路：电路设计或选择、实物连线或改错，器材选择考作图：描点连线画图线考运算：由 U-I 或I1-R 或
9、 U1-R1 图像，求 E、r实验电路图实验原理考查热点练习使用多用电表V、A 挡：相当于电压表、电流表 挡：闭合电路欧姆定律调零：机械调零、欧姆调零电流方向：红表笔进，黑表笔出考读数：电压、电流、电阻挡的读值考使用：欧姆表选挡、调零、规范操作等考黑箱：多用电表探测黑箱内的元件实验电路图实验原理考查热点传感器的简单使用传感器能够将感受到的物理量(力、热、光、声等)转换成便于测量的量(一般是电学量)考热敏：热敏电阻特性(欧姆表法、伏安法)考光敏：光敏电阻特性(欧姆表法、伏安法)(三)掌握一些电学实验技巧1考虑电表内阻影响时，电压表是可读出电压值的电阻；电流表是可读出电流值的电阻。2电表选用：测量
10、值不许超过量程；测量值越接近满偏值(表针的偏转角度尽量大)误差越小，一般应大于13满偏值。3相同电流计改装后的电压表量程：URV；并联测同一电压，量程大的指针摆角小。电流表量程：I 1RA；串联测同一电流，量程大的指针摆角小。4电压测量值偏大，给电压表串联一比电压表内阻小得多的电阻。电流测量值偏大，给电流表并联一比电流表内阻大得多的电阻。5分压电路：一般选择电阻较小而额定电流较大的电阻，以下情况应采用分压电路：(1)若采用限流电路，电路中的最小电流仍超过用电器的额定电流时。(2)当用电器电阻远大于滑动变阻器的全值电阻，且实验要求的电压变化范围大(或要求多组实验数据)时。(3)电压、电流要求从“
11、零”开始可连续变化时。限流电路：变阻器的阻值应与电路中其他电阻的阻值比较接近。分压和限流电路都可以用时，限流电路优先，限流电路能耗小。6变阻器：并联时，小阻值的用来粗调，大阻值的用来细调；串联时，大阻值的用来粗调，小阻值的用来细调。7电流表的内、外接法：内接时，R 测R 真；外接时，R 测R 真。(1)RxRA 或RxRARVRx时内接；RxRV 或RxRARVRx时外接。(2)如 Rx 既 不 很 大 又 不 很 小 时，先 算 出 临 界 电 阻R0 RARV(仅适用于 RARV)，若 RxR0 时内接；RxR0 时外接。(3)如 RA、RV 均不知时，用试触法判定：电流表变化大内接，电压
12、表变化大外接。8欧姆表：(1)指针越接近 R 中误差越小，一般应在R中10至 10R 中范围内，R 中R0RgrEIg。(2)RxEIxEIg。(3)选挡、换挡后均必须欧姆调“零”才可测量，测量完毕，选择开关旋钮置于 OFF 挡或交流电压最高挡。9故障分析：串联电路中断路点两端有电压，通路两端无电压(电压表并联测量)。断开电源，用欧姆表测量：断路点两端电阻无穷大，短路处电阻为零。10描点后画线的原则：(1)已知规律(表达式)：通过尽量多的点，不通过的点应靠近直线，并均匀分布在线的两侧，舍弃个别远离的点。(2)未知规律：依点顺序用平滑曲线连点。11伏安法测电池电动势 E 和内电阻 r：安培表接电
13、池所在回路时：E 测E 真，r 测r 真，电流表内阻造成测量结果的误差。安培表接电阻所在回路时：E 测E 真，r 测r 真，电压表内阻造成测量结果的误差。半偏法测电流表内阻：rgR 并，测量值偏小；代替法测电流表内阻：rgR 代替。半偏法测电压表内阻：rgR 串，测量值偏大。易错易混醒一醒1读数类题目中易在最小单位、有效数字、单位间的换算上出现错误。2纸带问题中易将计时点和计数点混淆，计算时易漏掉单位的换算。3验证力的平行四边形定则的实验中误认为两弹簧测力计夹角为 90。4多用电表欧姆挡使用时易出现换挡不调零的现象。5电流表的内、外接法，滑动变阻器的分压和限流在具体应用中易混。6用 U-I 图
14、像分析电源电动势和内电阻时，易漏掉坐标原点的物理意义，误认为都是零。7实物连图时，易出现电源正、负极和用电器正、负极不对应的现象。8设计性实验中，不能很好地将基本实验原理进行转换。1基本仪器的读数。(1)某同学利用游标卡尺测量一圆柱体工件的直径，测量结果如图所示，则该工件的直径为_cm。(2)在探究动能定理的实验中，某同学用螺旋测微器测一挡光片的宽度 d，如图所示，则挡光片的宽度 d_mm。保温训练试一试(3)在用伏安法测电阻的实验中，某同学选用的电流表量程为03 A，电压表量程为 015 V，测得的示数如图所示，则通 过 电 阻 的 电 流 为 _A，电 阻 两 端 的 电 压 为_V，所测
15、电阻的阻值为_。(4)在使用多用电表测量时，指针的位置如图所示。若选择开关拨至“10”挡，则测量的结果为_；若选择开关拨至直流 25 mA 挡，则测量结果为_mA；若选择开关拨至直流 250 V 挡，则测量结果为_V。答案：(1)1.220(2)5.195(3)0.83 9.4 11.3(4)140 13.0 1302(2017绍兴期中)如图 1，三个实验场景 A、B、C 分别是某同学按照课本中的要求所做的“探究加速度与力、质量的关系”实验、“探究功与速度变化的关系”实验、“验证机械能守恒定律”实验。该同学正确操作获得了一系列纸带，但由于忘了标记，需要逐一对应分析。图 2 是该同学在实验中获得
16、的一条纸带，图中纸带上各点是打点计时器连续打下的点。已知所用打点计时器频率为 50 Hz，完成以下问题。(1)由图 2 纸带可求出加速度大小为_m/s2(保留两位有效数字)，该纸带所对应的实验场景是_(填“A”“B”或“C”)。(2)选用场景 C 的装置来“验证机械能守恒定律”的实验中，下列说法正确的是_。A应选择下端带橡胶垫的重物B本实验不能使用电火花计时器C本实验必须选用打第 1、2 两个点之间的距离为 2 mm 的纸带D根据 vgt 计算重物在 t 时刻的速度从而获得动能解析：(1)由刻度尺读数可知，第一个点 11.60 cm，第二个点13.10 cm，第三个点 14.70 cm，第四个
17、点 16.40 cm；那么点与点间距差为 x0.1 cm；加速度大小为：axt2 2.5 m/s2。场景 A 的装置是做“探究加速度与力、质量的关系”实验，依据斜面的倾斜程度，可知加速度的大小不会太大；场景 B 的装置是做“探究功与速度变化的关系”实验，加速度是变化的；场景 C 的装置是做“验证机械能守恒定律”的实验，加速度为重力加速度，大小约为 9.8 m/s2，由上分析，可知，由于该纸带加速度大小为 2.5 m/s2，则所对应的实验场景是 A。(2)选用场景 C 的装置做“验证机械能守恒定律”的实验时应选择下端带橡胶垫的重物，来缓冲与地面的碰撞，故 A 正确；打点计时器可以用电火花计时器也
18、可以用电磁打点计时器，故B 错误；在选择纸带时，要求点迹清晰，开始一、二两点间的距离并非一定要求为 2 mm，即所打第一个点时的速度不一定非得为零，故 C 错误；用场景 C 的装置做“验证机械能守恒定律”的实验时，若根据 vgt 计算重物在 t 时刻的速度，只是理论推导，达不到实验验证的目的，故 D 错误。答案：(1)2.5 A(2)A3(2017济南模拟)某班同学所做实验如下：(1)小翔利用如图甲所示的装置，探究弹簧弹力 F 与伸长量 l 的关系，由实验绘出 F 与 l 的关系图线如图乙所示，该弹簧劲度系数为_ N/m。(2)小丽用如图丙所示的装置验证“力的平行四边形定则”，用一木板竖直放在
19、铁架台和弹簧所在平面后，其部分实验操作如下，请完成下列相关内容：A如图丙，在木板上记下悬挂两个钩码时弹簧末端的位置 O；B卸下钩码然后将两绳套系在弹簧下端，用两弹簧测力计将弹簧末端拉到_，记录细绳套 AO、BO 的_及两弹簧测力计相应的读数。图丁中 B 弹簧测力计的读数为_N；C小丽在坐标纸上画出两弹簧拉力 FA、FB 的大小和方向如图戊所示，请你用作图工具在图中作出 FA、FB 的合力 F；D已知钩码的重力，可得弹簧所受的拉力 F 如图戊所示；E最后观察比较 F 和 F，得出结论。解析：(1)图线的斜率表示劲度系数：k1512102 N/m125 N/m。(2)实验时，为了使两根弹簧测力计的
20、共同作用效果与两个钩码的重力效果相同，需将弹簧的末端拉到同一位置 O，需记录细绳套 AO、BO 的方向以及两弹簧测力计相应的读数。图丁中 B 弹簧测力计的读数为 11.40 N。根据平行四边形定则作出合力，如图所示。答案：(1)125(2)同一位置 O 方向 11.40 见解析图4某同学通过实验测定金属丝电阻率：(1)用螺旋测微器测出金属丝的直径 d，读数如图甲所示，则直径 d_mm；(2)为了精确地测出金属丝的电阻，需用欧姆表对额定电流约0.5 A 的金属丝的电阻 Rx粗测，下图是分别用欧姆挡的“1挡”(图乙)和“10 挡”(图丙)测量时表针所指的位置，则测该段金属丝应选择_挡(填“1”或“
21、10”)，该段金属丝的阻值约为_。(3)除待测金属丝 Rx、螺旋测微器外，实验室还提供如下器材，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_(填“A1”或“A2”)，电源应选_(填“E1”或“E2”)。电压表 V(量程 3 V，内阻约 3 k)滑动变阻器 R(最大阻值约 10)电流表 A1(量程 3 A，内阻约 0.05)电流表 A2(量程 0.6 A，内阻约 0.2)电源 E1(电动势 9 V，内阻不计)电源 E2(电动势 4.5 V，内阻不计)毫米刻度尺、开关 S、导线(4)若滑动变阻器采用限流接法，在下面方框内完成电路原理图(图中务必标出选用的电流表和电源的符号)。解析：(1
22、)螺旋测微器固定刻度示数是 0.5 mm，可动刻度示数是 49.00.01 mm0.490 mm，则螺旋测微器示数为0.5 mm0.490 mm0.990 mm。(2)由题图可知，题图丙所示欧姆表指针偏转角度太大，应选用题图乙所示测量电阻阻值，题图乙所示欧姆挡为“1挡”，所测电阻阻值为 71 7。(3)电阻丝的额定电流约为 0.5 A，电流表应选 A2；电阻丝的额定电压约为 UIR0.57 V3.5 V，电源应选 E2。(4)待测金属丝电阻约为 7，电压表内阻约为 3 k，电流表内阻约为 0.2，相对来说电压表内阻远大于待测金属丝的电阻，电流表应采用外接法，由题意可知，滑动变阻器采用限流接法，
23、实验电路图如图所示。答案：(1)0.990(2)1 7(3)A2 E2(4)实验电路图如解析图所示5(2018 届高三衡水市冀州中学检测)实验小组要测量一节干电池的电动势和内电阻。实验室有如下器材可供选择：A待测干电池(电动势约为 1.5 V，内阻约为 1.0)B电压表(量程 3 V)C电压表(量程 15 V)D电流表(量程 0.6 A)E定值电阻(阻值为 50)F滑动变阻器(阻值范围 050)G开关、导线若干(1)为了尽量减小实验误差，在下列所示的四个实验电路中应选用_。(2)实验中电压表应选用_。(选填器材前的字母)(3)实验中测出几组电流表和电压表的读数并记录在下表中。序号 1 2 3
24、4 5 6 电压U(V)1.45 1.40 1.30 1.25 1.20 1.10 电流I(A)0.060 0.120 0.240 0.260 0.360 0.480 请你将第 5 组数据描绘在图中给出的 U-I 坐标系中并完成U-I 图线。(4)由此可以得到，此干电池的电动势 E_V，内电阻 r_。(结果均保留两位有效数字)(5)有位同学从实验室找来了一个电阻箱，用如图所示的电路测量电池的电动势和内电阻。闭合开关后，改变电阻箱阻值。当电阻箱阻值为 R1 时，电流表示数为 I1；当电阻箱阻值为 R2 时，电流表示数为 I2。已知电流表的内阻为 RA。请你用 RA、R1、R2、I1、I2 表示出
25、电池的内电阻 r_。解析：(1)测干电池的电动势和内阻，采用的方法是作出 U-I图像，然后求出电源电动势与内阻，故甲、乙电路不行，误差太大；根据 UEIr 测量干电池电动势和内阻时，需要测出多组对应的路端电压 U 和干路电流 I，电压表和电流表内阻影响会造成实验误差。干电池内阻较小，所以丁电路中的电流表分压影响较大，因此应选择丙电路。(2)由于待测干电池电动势约为 1.5 V，故选择量程为 3 V 的电压表即可，故选 B。(3)将第 5 组数据描绘在图中给出的 U-I 坐标系中作出 U-I 图线如图所示。(4)由作出的 U-I 图线，可得干电池的电动势 E1.50 V，内电阻 r 等于图线的斜
26、率，则 r1.501.00.6 0.83。(5)当电阻箱阻值为 R1 时，电流表示数为 I1，由闭合电路的欧姆定律有：I1ErRAR1当电阻箱阻值为 R2 时，电流表示数为 I2，由闭合电路的欧姆定律有：I2ErRAR2联立解得电池的内电阻为：rI1R1I2R2I2I1RA。答案：(1)丙(2)B(3)见解析图(4)1.50 0.83(5)I1R1I2R2I2I1RA6实际电压表内阻并不是无限大，可等效为理想电流表与较大的电阻的串联。现需测量一只量程已知的电压表的内阻，所提供器材如下：A待测电压表(量程 03 V，内阻约为 3 k，待测)B电流表(量程 03 A，内阻 0.01)C电池组(电动
27、势约为 3 V，内阻不计)D滑动变阻器 R1E电阻箱 R2(阻值范围 09 999)F开关和导线若干某同学利用上面所给器材，进行如下实验操作：(1)该同学设计了如图甲、乙所示两个实验电路，为了更准确地测出该电压表内阻的大小，你认为其中相对比较合理的是_(选填“甲”或“乙”)电路。(2)用你选择的合理电路进行实验时，闭合开关 S，改变阻值，记录需要直接测量的物理量：电压表的读数 U 和_(填文字和符号)。(3)用合理电路进行实验的过程中，选择_(填选项字母编号)作为坐标轴，能作出相应的直线图像。AU-I BU-1IC1U-RDU-R(4)设直线图像的斜率为 k，截距为 b，请写出待测电压表内阻的
28、表达式 RV_。解析：(1)由于实验提供的器材中电源电动势为 3 V，而待测电压表的内阻约为 3 k，电路中的最大电流约为 0.001 A，太小，因此不能用量程 03 A 的电流表来测量电流，否则读数误差太大，故甲电路不符合，应选用乙电路。(2)测量电阻最基本的原理是欧姆定律，因此需要有电压和电流这两个基本参量，所以在用乙图实验时，需要通过电压表自身读出电压值，还需根据电压和电阻箱的阻值求出电流值，即还需记录电阻箱的阻值 R。(3)由(1)中分析可知，首先排除选项 A、B，根据闭合电路欧姆定律有：EUIRU URVR，变形为：1U RERV1E，故选项 C 正确，选项 D 错误。(4)根据(3)中函数关系1U RERV1E可知，直线图像的斜率为：k 1ERV，截距为：b1E，因而解得：RVbk。答案：(1)乙(2)电阻箱的阻值 R(3)C(4)bk