届二轮复习专项2题型2四大技巧破解实验题学案全国通用.docx

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届二轮复习专项2题型2四大技巧破解实验题学案全国通用

题型2　四大技巧破解实验题

（对应学生用书第98页）

　物理实验题分值一般为15分，多为一大带一小的形式，其中第22题多为常规型实验题，侧重考查基本实验仪器的读数或教材上要求的基本实验的实验原理、实验步骤的理解和实验数据的处理，第23题侧重考查学生的实验迁移能力，多为创新设计型实验题.

读数类实验——正确使用，准确读数

　刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器、打点计时器、电流表、电压表、多用电表都是基本仪器，要熟练掌握它们的使用方法、操作规程和读数规则，在高考前要进行系统的实际测量和读数练习，特别是游标卡尺、螺旋测微器、电学实验仪器的读数.此类试题难度不大，要防止在读数的估读、结果的有效数字和单位上出错.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.

[典例1]　

（1）请读出螺旋测微器和游标卡尺的示数．甲：

________cm；乙：

________cm.

图1

（2）某照明电路出现故障，其电路如图2甲所示，该电路用标称值12V的蓄电池作电源，导线及其接触完好．维修人员使用已调好的多用电表直流50V挡检测故障．他将黑表笔接在c点，用红表笔分别探测电路的a、b点．

甲

乙

图2

①断开开关，红表笔接a点时多用电表指示如图2乙所示，读数为________V，说明________正常（选填“蓄电池”“保险丝”“开关”或“小灯”）．

②红表笔接b点，断开开关时，表针不偏转，闭合开关后，多用电表指示仍然和图2乙相同，可判定发生故障的器件是________（选填“蓄电池”“保险丝”“开关”或“小灯”）．

【解析】　

（1）螺旋测微器的固定刻度读数为0.5mm，可动刻度读数为0.01×11.7mm＝0.117mm，所以最终读数为0.617mm＝0.0617cm.游标卡尺的固定刻度读数为100mm，游标尺读数为0.1×4mm＝0.4mm，所以最终读数为100mm＋0.4mm＝100.4mm＝10.04cm.

（2）①多用电表直流50V挡，每一小格是1V，要估读到0.1V，读数是11.5V，断开开关，多用电表直接测量电源两端电压，多用电表有示数且接近电源电动势，说明电源正常．②红表笔接b点，闭合开关，多用电表示数与①中相同，说明电路仍然处于断路状态，而开关是闭合的，因此可以确定是小灯发生断路故障．

【答案】　

（1）0.0617　10.04　

（2）①11.5　蓄电池

②小灯

【名师点评】　游标卡尺的读数方法是主尺读数加上游标尺读数，不需要估读．螺旋测微器的读数方法是固定刻度读数加上可动刻度读数，读可动刻度时需要估读．

[尝试应用]　

（1）图3甲中游标卡尺的读数为________mm，图3乙中螺旋测微器的读数为________mm.

图3

（2）某同学用多用电表的欧姆挡来测量一电压表的内阻，如图4甲所示．先将选择开关旋至倍率“×10”挡，红、黑表笔短接调零后进行测量，红表笔应接电压表的________（选填“＋”或“－”）接线柱，结果发现欧姆表指针偏角太小，则应将选择开关旋至________（选填“×1”或“×100”）挡并________，最终测量结果如图4乙所示，则电压表的电阻为________Ω.

图4

【解析】　

（1）由游标卡尺的读数规则[主尺上的整毫米数＋精确度×对齐格数（不估读）]，可知游标卡尺的读数为29mm＋0.1mm×8＝29.8mm；由螺旋测微器的读数规则[固定刻度上的毫米数（要注意半毫米线）＋0.01mm×对齐刻度（一定要估读）]，可知螺旋测微器的读数为0.5mm＋0.01mm×38.0＝0.880mm.

（2）多用电表使用时要注意电流是“红进黑出”，电压表中电流是从正接线柱流入的，所以多用电表的红表笔应接电压表的“－”接线柱，欧姆表指针偏角太小，说明所测电阻阻值较大，应换用大倍率挡位进行测量，并且重新进行欧姆调零，读数结果为30×100Ω＝3000Ω.

【答案】　

（1）29.8　0.880　

（2）－　×100　重新进行欧姆调零　3000

常规型实验——紧扣教材，融会贯通

教材中的实验是高考创新实验的命题根源，这就要求我们在高考实验备考中要紧扣教材中的实验，弄清和掌握教材中每一个实验的实验原理、实验步骤、数据处理、误差分析等，对每一个实验都应做到心中有数，并且能融会贯通．

[典例2]　某小组利用如图5所示的装置验证牛顿第二定律．实验中，他们平衡了摩擦力，用天平测出小车的总质量，用细线所挂钩码的总重力代替小车所受的牵引力大小F.

图5

（1）他们还在实验时调节木板上定滑轮的高度，使牵引小车的细线与木板平行．这样做的目的是________．

A．避免小车在运动过程中发生抖动

B．使打点计时器在纸带上打出的点迹清晰

C．保证小车最终能够做匀速直线运动

D．使细线拉力等于小车受到的合力

（2）实验得到一条点迹清晰的纸带如图6甲所示，O、A、B、C、D是在纸带上选取的计数点，相邻计数点间还有4个打点未画出，AB、CD间的距离分别为x1、x2，打点计时器的打点周期为T，则小车运动的加速度大小为________．

（3）下表记录了小车质量一定时，牵引力大小F与对应的加速度a的几组数据，请在图乙的坐标系中描点作出aF图线．

图6

钩码个数

1

2

3

4

5

F/N

0.49

0.98

1.47

1.96

2.45

a/（m·s－2）

0.92

1.68

2.32

2.88

3.32

（4）结合实验中画出的aF图线分析产生误差的原因主要是

_______________________________________________________________.

【解析】　

（1）使牵引小车的细线与木板平行，这样做的目的是在平衡摩擦力后使细线拉力等于小车受的合力．

（2）因为每相邻两个计数点间还有4个打点未画出，所以相邻的计数点之间的时间间隔为t＝5T，匀变速直线运动中连续相等时间内的位移差为常数，即Δx＝at2，则有a＝＝.

（3）描点作出图象如图所示．

（4）探究加速度与力的关系的实验中，当钩码的总质量远小于小车的质量时，可以认为小车受到的拉力等于钩码的重力，如果钩码的总质量太大，没有远小于小车质量，aF图象不再是直线，而是发生弯曲，变成曲线．

【答案】　

（1）D　

（2）　（3）见解析　（4）不满足小车质量远大于钩码的总质量

【名师点评】　

（1）力学中的几个重要实验都可以通过打点计时器、纸带和长木板组成的装置来进行，深刻理解了这套装置的工作原理，就把握住了力学实验的核心．

（2）本实验的创新点：

①实验器材——如用力传感器测细线的拉力，此时钩码的总质量不必远小于小车的质量；再如用光电门代替打点计时器等．

②研究对象——如果以钩码及小车整体为研究对象，则钩码的总质量不必远小于小车的质量．

[尝试应用]　用实验测一电池的内阻r和一待测电阻的阻值Rx.已知电池的电动势约为6V，电池内阻和待测电阻阻值都为数十欧．可选用的实验器材：

图7

电流表A1（量程0～30mA）；

电流表A2（量程0～100mA）；

电压表V（量程0～6V）；

滑动变阻器R1（阻值0～5Ω）；

滑动变阻器R2（阻值0～300Ω）；

开关S一个，导线若干条．

某同学的实验过程如下：

Ⅰ.设计如图7甲所示的电路图，正确连接电路．

Ⅱ.将R的阻值调到最大，闭合开关，逐次调小R的阻值，测出多组U和I的值，并记录．以U为纵轴，I为横轴，得到如图乙所示的图线．

Ⅲ.断开开关，将Rx改接在B、C之间，A与B直接相连，其他部分保持不变．重复Ⅱ的步骤，得到另一条UI图线，图线与横轴I的交点坐标为（I0,0），与纵轴U的交点坐标为（0，U0）．

回答下列问题：

（1）电流表应选用________，滑动变阻器应选用________；

（2）由图乙的图线，得电源内阻r＝________Ω；

（3）用I0、U0和r表示待测电阻的关系式Rx＝________，代入数值可得Rx；

（4）若电表为理想电表，Rx接在B、C之间与接在A、B之间，滑动变阻器滑片都从最大阻值位置调到某同一位置，两种情况相比，电流表示数变化范围________，电压表示数变化范围________．（均选填“相同”或“不同”）

【解析】　

（1）当滑动变阻器不接入电路时，估算电路中的电流I估＝≈0.06A＝60mA（取Rx＋r≈100Ω），故电流表应选A2；若连成限流式电路，滑动变阻器R1阻值太小，无法控制电路中的电流，故应选R2.

（2）在图线上任意取2点，求出斜率，即为电源内阻．

（3）若将Rx改接在B、C之间，则Rx＋r＝＝

则Rx＝－r.

（4）电流表测干路电流，不管Rx接在什么位置，总电阻不变，故两种情况中电流表示数变化范围相同；当Rx接A、B之间时，电压表测的是滑动变阻器和待测电阻的电压之和，当Rx接B、C之间时，电压表只测滑动变阻器的电压，故两种情况中电压表示数变化范围不同．

【答案】　

（1）A2　R2　

（2）25　（3）－r　（4）相同　不同

设计型实验——设计方案，变通拓展

设计型实验题从仪器的使用、装置的改造、电路的设计、数据的灵活处理等方面进行变通和拓展．应对这类实验题的方法是深刻理解实验的原理、方法，进行合理迁移．

[典例3]　某电池的电动势约为3V，某实验小组要测量该电池的电动势和内阻．

（1）实验中要测量的电池内阻较小，实验器材除了被测电池以外，还有一电阻箱R，一开关S，若干导线，内阻Rg＝30Ω、量程为1mA的电流表G，阻值为2970Ω的定值电阻R0，阻值为2.00Ω的定值电阻R1.请设计并画出合理的测量该电池电动势及内阻的实验电路图，图中标明相关器材的字母符号．

（2）为了比较准确地得出实验结论，该小组的同学准备用线性图象来处理实验数据，图象的纵坐标表示电流表的示数I，横坐标表示的物理量是________．

（3）若作出的图象在纵轴上的截距为I0，图象斜率的绝对值为k，则可求得该电池的电动势E＝________，内阻r＝________.（用测量量和所给量的符号表示）

【解析】　

（1）题目中给出了电阻箱和电流表，由于电流表的量程太小，若要改装成大量程的电流表，需要并联的电阻很小，题中所给条件不能满足实验要求，若要改装成一个量程为3V的电压表，需要串联一个电阻，U＝Ig（Rg＋R′），U为改装后电压表的量程，R′为串联电阻，代入数据得3V＝1×10－3A×（30Ω＋R′），解得R′＝2970Ω.因此用R0与电流表串联可以改装成量程为3V的电压表，这样就可以用“伏阻法”测电池的电动势和内阻．由于电池内阻较小，电路中应串联一个保护电阻，增大等效电源的内阻．电路图如图．

（2）由闭合电路欧姆定律得E＝I（Rg＋R0）＋（R1＋r），得I＝－（R1＋r），因此横坐标表示的物理量应是.

（3）由题意得I0＝，R1＋r＝k，解得E＝I0（Rg＋R0），r＝k－R1.

【答案】　

（1）如解析图所示　

（2）　（3）I0（Rg＋R0）　k－R1

【名师点评】　

（1）若给定的电表量程太大或太小，并且给出了定值电阻的阻值，往往要对电表进行改装．

（2）若题中给出了某一电流表或电压表的内阻，往往预示着可将电表“反串”使用．

[尝试应用]　某实验小组按图8所示组装器材：

将长木板固定在水平实验台上，把木块放在粗糙的水平长木板上，木块的右侧拴有一细线，跨过固定在长木板边缘的滑轮与重物连接，木块的左侧与穿过打点计时器的纸带相连．实验时，木块在重物牵引下向右运动，重物落地后，木块继续向右做匀减速运动，图9给出了重物落地后打点计时器打出的纸带，小黑点代表计数点，每相邻两计数点间还有4个点（图中未标出），各计数点间的距离如图所示（单位为厘米）．打点计时器所用交变电流频率为50Hz，g取10m/s2，不计纸带与木块间的拉力．

图8

图9

（1）根据纸带提供的数据计算木块与长木板之间的动摩擦因数μ＝________（结果保留小数点后两位）．

（2）打点计时器在打下A点和B点时，木块的速度vA＝________m/s，vB＝________m/s（结果保留小数点后两位）．

（3）要测量在AB段木板对木块的摩擦力所做的功WAB，还需要的实验器材是________，还应测量的物理量是________．（填入所选实验器材和物理量前的字母）

A．木块的质量m1

B．长木板的质量m2

C．重物的质量m3

D．木板的长度L

E．AB段的距离LAB

F．重物落地后，木块运动的时间t

G．天平

H．停表

【解析】　

（1）由于每相邻两计数点间还有4个点，所以相邻的计数点间的时间间隔T＝0.1s，根据匀变速直线运动的推论公式Δx＝aT2可以求出加速度的大小，得x4－x1＝3a1T2，x5－x2＝3a2T2，x6－x3＝3a3T2

为了更加准确地求解加速度，我们对三个加速度取平均值得a＝（a1＋a2＋a3）

即小车运动的加速度计算表达式为

a＝＝

m/s2＝0.64m/s2

即水平面上的木块以0.64m/s2的加速度做匀减速直线运动．对木块受力分析：

根据牛顿第二定律得

Ff＝μmg＝ma

解得μ＝＝0.06.

（2）根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度，有

vA＝m/s＝0.72m/s

vB＝m/s＝0.97m/s.

（3）物体运动的过程中只有摩擦力做功，要测量在AB段木板对木块的摩擦力所做的功WAB，可以应用动能定理：

WAB＝mv－mv，由公式可知：

需要测量木块的质量，所以需要天平．故需仪器G，要测的物理量为A.

【答案】　

（1）0.06　

（2）0.72　0.97　（3）G　A

创新型实验——活用原理，巧妙迁移

　近几年全国卷实验题的第二题，往往注重考查实验原理的迁移、测量方法的迁移、数据处理方法的迁移，试题新颖、区分度高.但试题依然是以实验基础为依据，如计算形式的实验题、电学中实验电路的设计等都是根据考生学过的实验方法、原理等来命制的，做题时一定要审清题意，明确实验目的，联想和迁移应用相关实验原理.

[典例4]　霍尔效应是电磁基本现象之一，近期我国科学家在该领域的实验研究上取得了突破性进展．如图10所示，在一矩形半导体薄片的P、Q间通入电流I，同时外加与薄片垂直的磁场B，在M、N间出现电压UH，这个现象称为霍尔效应，UH为霍尔电压，且满足UH＝k，式中d为薄片的厚度，k为霍尔系数．某同学通过实验来测定该半导体薄片的霍尔系数．

图10

（1）若该半导体材料是空穴（可视为带正电粒子）导电，电流与磁场方向如图10所示，该同学用电压表测量UH时，应将电压表的“＋”接线柱与________（选填“M”或“N”）端通过导线连接．

（2）已知薄片厚度d＝0.40mm，该同学保持磁感应强度B＝0.10T不变，改变电流I的大小，测量相应的UH值，记录数据如下表所示．

I/（×10－3A）

3.0

6.0

9.0

12.0

15.0

18.0

UH/（×10－3V）

1.1

1.9

3.4

4.5

6.2

6.8

根据表中数据画出UHI图线，利用图线求出该材料的霍尔系数为________×10－3V·m·A－1·T－1（保留两位有效数字）．

（3）该同学查阅资料发现，使半导体薄片中的电流反向再次测量，取两个方向测量的平均值，可以减小霍尔系数的测量误差，为此该同学设计了如图11所示的测量电路．S1、S2均为单刀双掷开关，虚线框内为半导体薄片（未画出）．为使电流自Q端流入，P端流出，应将S1掷向________（选填“a”或“b”），S2掷向________（选填“c”或“d”）．

为了保证测量安全，该同学改进了测量电路，将一合适的定值电阻串接在电路中．在保持其他连接不变的情况下，该定值电阻应串接在相邻器件________和________（填器件代号）之间．

图11

【解析】　

（1）根据左手定则可判断带正电粒子向M端偏转，故应将电压表的“＋”接线柱与M端连接．

（2）作出UHI图线如图所示．由UH＝k得k＝，从直线上选取一点，读出其坐标值，再将题目中给出的B、d的值代入，可计算出k＝1.5×10－3V·m·A－1·T－1.

（3）S1掷向b，S2掷向c.加入定值电阻的目的是为了防止两个开关同时掷向a、c或b、d而将电源短路，故应将定值电阻串接在相邻器件E和S1或E和S2之间．

【答案】　

（1）M　

（2）1.5（1.4或1.6）　（3）b，c；S1，E（或E，S2）

[尝试应用]　某实验小组利用弹簧测力计和刻度尺，测量滑块在木板上运动的最大速度．

图12

实验步骤：

①用弹簧测力计测量橡皮泥和滑块的总重力，记作G；

②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测力计相连，如图12甲所示．在A端向右拉动木板，待弹簧测力计示数稳定后，将读数记作F；

③改变滑块上橡皮泥的质量，重复步骤①②；实验数据如下表所示：

G/N

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

4.00

F/N

0.59

0.83

0.99

1.22

1.37

1.61

④如图乙所示，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；

⑤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纸上作出FG图线．

（2）由图线求得滑块和木板间的动摩擦因数μ＝________（保留两位有效数字）．

（3）滑块最大速度的大小v＝________（用h、s、μ和重力加速度g表示）．

【解析】　

（1）由滑动摩擦力Ff＝μFN＝μG＝F可知FG图线应为一条直线，因此应画一条直线尽可能通过较多的点，不在直线上的点应尽量靠近该直线并均匀分布于直线两侧．

（2）由F＝μG知，动摩擦因数μ等于图中直线的斜率，求得μ＝0.40（0.38、0.39、0.41、0.42均正确）．

（3）悬挂物P落地之前，滑块受到细绳拉力和摩擦力作用在木板上加速，该过程位移为h，P落地后滑块只在摩擦力的作用下做减速运动，该过程位移为s－h.P落地瞬间，滑块速度最大．根据滑块减速阶段的运动得v2＝2a（s－h），μmg＝ma解得v＝.

【答案】　

（1）如图所示．

（2）0.40（0.38、0.39、0.41、0.42均正确）

（3）