1、能力课时9 破解高考实验题的方法技巧突破一 破解常规型实验题的方法 常规实验题主要考查教材上基本实验的实验原理、器材的选择、实验的操作、数据的处理和误差分析。复习时要从领会实验原理出发，全方位理解和掌握实验器材、实验操作、实验步骤、实验数据的处理，误差分析和电学实验实物图的连接、电路图的设计等，对每一个实验都应做到心中有数。因此，必须做到“四会”，(即“会读”、“会选”、“会画”、“会析”。)才能轻松破解常规实验题。一、会读 刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器、天平、秒表、电火花计时器或电磁打点计时器、弹簧测力计、电流表、电压表、多用电表、滑动变阻器、电阻箱等基本仪器是高考考查的重点。“会读”是指能
2、正确地读出基本仪器的读数，读数直接影响实验结果，为使读数正确必须做到以下三点：(1)要注意量程。(2)要弄清所选量程对应的每一大格和每一小格所表示的量值。(3)要掌握需要估读的基本仪器的读数原则。读数的基本原则：凡仪器最小刻度是“1”的，要求读到最小刻度后再往下估读一位；凡仪器最小刻度是“2”和“5”的，只要求读到最小刻度所在的这一位，不再往下估读。【例1】(1)2014福建理综，19(1)某同学测定一金属杆的长度和直径，示数如图1、2所示，则该金属杆的长度和直径分别为_cm和_mm。(2)2014江苏单科，10(1)某同学通过实验测量一种合金的电阻率。用螺旋测微器测量合金丝的直径。为防止读数
3、时测微螺杆发生转动，读数前应先旋紧图3所示的部件_(选填“A”、“B”、“C”或“D”)。从图3中的示数可读出合金丝的直径为_mm。图3(3)2014安徽卷，21，(1)某同学为了测量一个量程为3 V的电压表的内阻，进行了如下实验。他先用多用表进行了正确的测量，测量时指针位置如图4所示，得到电压表的内阻为3.00103，此时电压表的指针也偏转了。已知多用表欧姆挡表盘中央刻度值为“15”，表 内 电 池 电 动 势 为 1.5 V，则 电 压 表 的 示 数 应 为_V(结果保留两位有效数字)。图4 解析(1)由图可知该金属杆的长度为 60.10 cm；游标卡尺的主尺读数是 4 mm，游标尺的读
4、数是 100.02 mm0.20 mm 故测量值是 4.20 mm。(2)为防止读数时测微螺杆发生转动，读数前应先旋紧的部件是 B，合金丝的直径是 041.00.01 mm0.410 mm。(3)电压表的示数即为等效电路的路端电压，由表盘读数可知，现在的欧姆表用的是“100”挡，故现在的多用表内阻为1 500，由闭合电路的欧姆定律可得 U ERrR1.0 V。答案(1)60.10 4.20(2)B 0.410(3)1.0 二、会选“会选”是指根据实验原理及可行性选择实验方案、实验器材。选择操作性强的实验方案及合适的实验器材，可以减小实验误差，提高实验的精确度。【例2】(2014北京理综，21)
5、利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内电阻。要求尽量减小实验误差。(1)应该选择的实验电路是图5中的_(选填“甲”或“乙”)。图5(2)现有电流表(00.6 A)、开关和导线若干，以及以下器材：A.电压表(015 V)B.电压表(03 V)C.滑动变阻器(050)D.滑动变阻器(0500)实验中电压表应选用_；滑动变阻器应选用_。(选填相应器材前的字母)解析(1)干电池内电阻较小，远小于电压表内阻，选用甲电路时电源内电阻的测量值相对误差小。(2)一节干电池的电动势只有1.5 V左右，故电压表应选用量程较小的B，干电池的内电阻一般只有零点几欧或几欧，为调节方便，滑动变阻器应选用总阻值与之相
6、差较小的C。答案(1)甲(2)B C 三、会画“会画”一方面指在进行实验数据处理时多数情况要求找出两个物理量的线性关系，由实验数据画出其线性关系图线，图线经过大多数点，不在图线上的点要尽可能对称分布在图线的两侧，根据线性图线斜率、截距的物理意义求解相关物理量；另一方面指会根据所选的器材和电路原理图连接实物图。连电路实物图的要点：(1)从电源的正极出发，先将干路中各器件依次连接到电源负极，再将支路中的元件和电压表并联到电路的某两点之间；(2)连好实物图后，对照电路图检查一遍，注意检查导线的连接点是否都接在接线柱上(导线中不应有交叉)，电表正负极连接是否恰当，滑动变阻器的滑片是否处于恰当位置等。【
7、例3】(2014浙江理综，22)小明对2B铅笔芯的导电性能感兴趣，于是用伏安法测量其电阻值。图6 图7(1)图6是部分连接好的实物电路图，请用电流表外接法完成接线并在图7中画出。(2)小明用电流表内接法和外接法分别测量了一段2B铅笔芯的伏安特性，并将得到的电流、电压数据描到UI图上，如图7所示。在图中，由电流表外接法得到的数据点是用_(填“”或“”)表示的。(3)请你选择一组数据点，在图7上用作图法作图，并求出这段铅笔芯的电阻为_。解析(1)电压表直接测铅笔两端电压，由图象可知电压从0开始，所以滑动变阻器接分压式，如答案图。(2)因电流表外接法在电压一定的条件下，测得的电流偏大，其待测阻值偏小
8、，由图知得到的数据点是用“”表示的。(3)用“”连线如图所示，这条直线的斜率 k0.60.51.2。答案(1)(2)“”(3)1.2(1.11.3)四、会析 “会析”是指对高中物理实验的误差作一些简单的分析。中学物理对实验误差分析的要求不高，从高考来看，一般涉及的问题是定性分析系统误差，对误差的定量分析不作要求。在实验复习中，同学们要知道误差的来源，掌握误差分析的基本方法，对高中物理实验进行一些简单的误差分析。【例 4】(2014海南单科，12)用伏安法测量一电池的内阻。已知该待测电池的电动势 E 约为 9 V，内阻约数十欧，允许输出的最大电流为 50 mA，可选用的实验器材有：电压表 V1(
9、量程 5 V)；电压表 V2(量程 10 V)；电流表 A1(量程 50 mA)；电流表 A2(量程 100 mA)；滑动变阻器 R(最大阻值 300)；定值电阻 R1(阻值为 200，额定功率为18 W)；定值电阻 R2(阻值为 220，额定功率为 1 W)；开关 S；导线若干。测量数据如图8坐标纸上UI图线所示。图8(1)在下面的虚线方框内画出合理的电路原理图，并标明所选器材的符号。(2)在设计的电路中，选择定值电阻的根据是_。(3)由UI图线求得待测电池的内阻为_。(4)在你设计的电路中，产生系统误差的主要原因是_ _。解析(1)该实验通过电源的输出特性曲线计算电源内阻，电源允许输出的最
10、大电流为50 mA，故电流表选择A1，电源电动势约为9 V，故电压表选择V2，考虑到电流和功率，保护电阻选R2；(2)定值电阻的功率为18 W 时，通过它的电流为 I0.125200A0.025 A25 mA，而电路中的电流要接近 50 mA，故应选 R2；(3)UI 图线斜率的绝对值表示电源内阻，选择图象中的较远的两点用 r|UI|可求得电源内阻约为 51.0；(4)该实验中的干路电流应为电流表的读数加上通过电压表的电流，故该实验的系统误差来源为忽略了电压表的分流，从而使干路电流测量值偏小。答案(1)如图所示(2)定值电阻在电路中的功率会超过18 W，R2 的功率满足要求(3)51.0(49
11、.053.0 范围内均可)(4)忽略了电压表的分流突破二 破解探究型、设计型实验题的方法 创新探究、设计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。解此类实验一般可分三步进行：(1)找原型：先根据实验目的和给出的条件把教材中的实验原型在头脑中完整地重现出来；(2)做对比：将实验中所给器材与原型中器材进行对比，看一下少了什么器材
12、或什么器材的量程不满足要求；再看一下多给了什么器材，注意多给的器材可能就是解决问题的“金钥匙”；(3)定方案：根据对比结果设计电路。【例5】2014天津理综，9(3)现要测量一个未知电阻Rx的阻值，除Rx外可用的器材有：多用电表(仅可使用欧姆挡);一个电池组E(电动势6 V)；一个滑动变阻器R(020，额定电流1 A)；两个相同的电流表G(内阻Rg1 000，满偏电流Ig100 A)；两个标准电阻(R129 000，R20.1)一个开关S、导线若干。(1)为了设计电路，先用多用电表的欧姆挡粗测未知电阻，采用“10”挡，调零后测量该电阻，发现指针偏转非常大，最后几 乎 紧 挨 满 偏 刻 度 停
13、 下 来，下 列 判 断 和 做 法 正 确 的 是_(填字母代号)。A.这个电阻阻值很小，估计只有几欧姆 B.这个电阻阻值很大，估计有几千欧姆 C.如需进一步测量可换“1”挡，调零后测量 D.如需进一步测量可换“1 k”挡，调零后测量(2)根据粗测的判断，设计一个测量电路，要求测量尽量准确并使电路能耗较小，画出实验电路图，并将各元件字母代码标在该元件的符号旁。解析(1)因为电表指针几乎满偏，故可知所测电阻很小，只有几欧姆，所以选项A正确，B错误；根据欧姆表的特点，若要进一步精确测量，应换用小倍率，并重新进行欧姆调零，所以选项C正确，D错误；(2)根据伏安法测电阻原理和串、并联电路规律，可将一
14、个电流表串联电阻R1后改装成电压表测量电压，另一个电流表并联R2后改装成电流表测量电流，题目要求能耗较小，故变阻器采用限流式，所以电路设计如下图所示：答案(1)AC(2)见解析图 规律方法 在设计性实验或改编类实验中经常用到电表的替代和改装，常用到的替代或改装有：(1)内阻已知的电压表相当于小量程的电流表；(2)内阻已知的电流表则相当于小量程的电压表；(3)灵敏电流计串大电阻改装成电压表；(4)灵敏电流计并小电阻改装成电流表；(5)电阻箱与电流表串联相当于电压表；(6)电阻箱与电压表并联相当于电流表；(7)内阻较小的电源串定值电阻相当于内阻较大的电源。1.(2015山东理综，22)如图9所示的
15、电路中，恒流源可为电路提供恒定电流I0，R为定值电阻，电流表、电压表均可视为理想电表。某同学利用该电路研究滑动变阻器RL消耗的电功率。改变RL的阻值，记录多组电流、电压的数值，得到如图10所示的UI关系图线。图9 图10 回答下列问题：(1)滑动触头向下移动时，电压表示数_(填“增大”或“减小”)。(2)I0_A。(3)RL消耗的最大功率为_W(保留一位有效数字)。解析(1)滑动触头向下移动时，RL阻值减小，则总电阻减小，由于总电流不变，因此总电压变小，则电压表读数变小。(2)由电路图可知：I0IUR，即 UI0RIR，由 UI 图线可知，I0R20，Rk201.0 20，则I01.00 A(
16、0.981.01均正确)。(3)RL消耗的功率为PIU20I20I2，则当I0.5 A时，功率的最大值为Pm5 W。答案(1)减小(2)1.00(0.981.01均正确)(3)5 2.(2015江苏单科，10)小明利用如图11所示的实验装置测量一干电池的电动势和内阻。图11(1)图11中电流表的示数为_A。(2)调节滑动变阻器，电压表和电流表的示数记录如下：U/V 1.45 1.36 1.27 1.16 1.06 I/A 0.12 0.20 0.28 0.36 0.44 请根据表中的数据，在下面的方格纸上(如图12)作出UI图线。图12 由图线求得：电动势E_V；内阻r_。(3)实验时，小明进行了多次测量，花费了较长时间，测量期间一直保持电路闭合。其实，从实验误差考虑，这样的操作不妥，因为_。解析(1)由实验装置图可知，电流表使用0.6 A量程，所以读数为0.44 A；(2)描点画图，如图所示，根据UIrE可得电动势为E1.6 V；图线的斜率绝对值等于内阻r1.2；(3)干电池长时间使用后，电动势和内阻会发生变化，导致实验误差增大。答案(1)0.44(2)UI图象见解析图 1.60(1.581.62都算对)1.2(1.181.26都算对)(3)干电池长时间使用后，电动势和内阻会发生变化，导致实验误差增大
