高考物理考点解读+命题热点突破专题19实验题的解题方法与技巧

一岗双责落实还不到位。受事务性工作影响，对分管单位一岗双责常常落实在安排部署上、口头要求上，实际督导、检查的少，指导、推进、检查还不到位。专题19 实验题的解题方法与技巧【考向解读】 近几年高考对实验的考查，多以一大带一小的形式出现，其中第一小题为常规实验题，侧重考查基本实验仪器的读数或常规型实验第二小题侧重对学生实验迁移能力的考查，常以设计性实验来体现，主要为电学实验，也有力学实验只要扎扎实实掌握课本实验的实验原理、实验方法、数据处理的方法及分析，灵活迁移到解决创新性、设计性实验中，就能稳得实验题高分 【命题热点突破一】 “纸带类”实验 例1. 2016天津理综，9(2)某同学利用图示装置研究小车的匀变速直线运动(1)实验中，必要的措施是_A细线必须与长木板平行B先接通电源再释放小车C小车的质量远大于钩码的质量D平衡小车与长木板间的摩擦力(2)他实验时将打点计时器接到频率为50 Hz的交流电源上，得到一条纸带，打出的部分计数点如图所示(每相邻两个计数点间还有4个点，图中未画出)s13.59 cm，s24.41 cm，s35.19 cm，s45.97 cm，s56.78 cm，s67.64 cm.则小车的加速度a_m/s2(要求充分利用测量的数据)，打点计时器在打B点时小车的速度vB_m/s2(结果均保留2位有效数字)【解析】(1)若细线与长木板不平行，如图所示不考虑摩擦力时满足Tcos Ma，会随小车运动而变化，因此小车不能做匀变速运动，不符合要求，故必须满足细线与长木板平行，A正确为了充分利用纸带，应先接通电源再释放小车，B正确由于本实验只是为了研究小车的匀变速运动，因此摩擦力的有无，【答案】(1)AB(2)0.800.40【变式探究】用图甲所示的装置做“验证牛顿第二定律”的实验。 (1)为了减小长木板对小车摩擦力的影响，必须在长木板_(选填“远离”或“靠近”)滑轮的一端下面垫一木块来平衡摩擦力。接通电火花计时器电源，轻推小车，让小车拖着纸带运动。如果打出的纸带如图乙所示，则应_(选填“减小”或“增大”)木板的倾角，反复调节，直到纸带上打出的点迹_为止。 (2)为了验证小车的加速度与其质量的定量关系，必须采用_法。 (3)A同学在小车所受合外力不变时，改变小车的质量，得到的数据如下表所示： 实验次数小车质量m/kg小车加速度a/(ms2)小车质量的倒数/kg110.100.6010.0020.200.305.0030.300.203.3340.400.152.5050.500.122.00 根据表中数据，在图丙所示坐标系中描出相应的实验数据点，并作出a图象。丙 由a图象，可得出的结论为_。小车受到的合力大小约为_。(结果保留两位小数)答案(1)远离；减小；间隔相等(均匀)(2)控制变量(3)如图所示；在物体受外力不变时，物体的加速度与其质量成反比；0.06 N 【变式探究】 (1)如图所示为“探究小车速度随时间变化的规律”的实验装置图，按照实验要求应该()A.先释放小车，再接通电源 B.先接通电源，再释放小车 C.同时释放小车和接通电源 (2)本实验必须() A.要平衡摩擦力 B.要求悬挂物的质量远小于小车的质量 C.上述两项要求都不需要 (3)如图为在“探究小车速度随时间的变化规律”实验中，得到的纸带，从中确定五个计数点，量得d18.00 cm，d217.99 cm，d330.00 cm，d444.01 cm。每相邻两个计数点间的时间间隔是0.1 s。则打C点时小车的速度vC_ m/s，小车的加速度a_ m/s2。(结果保留两位有效数字) 答案(1)B(2)C(3)1.12.0 【命题热点突破二】“橡皮条、弹簧”类实验 例2. (2016浙江理综，21，10分)某同学在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，测得图中弹簧OC的劲度系数为500 N/m.如图甲所示，用弹簧OC和弹簧秤a、b做“探究求合力的方法”实验在保持弹簧伸长1.00 cm不变的条件下，(1)若弹簧秤a、b间夹角为90，弹簧秤a的读数是_N(图乙中所示)，则弹簧秤b的读数可能为_N.(2)若弹簧秤a、b间夹角大于90，保持弹簧秤a与弹簧OC的夹角不变，减小弹簧秤b与弹簧OC的夹角，则弹簧秤a的读数、弹簧秤b的读数(填“变大”“变小”或“不变”)【答案】(1)3.003.023.94.1(有效数不作要求)(2)变大变大【变式探究】2015四川理综，8(1)某同学在“探究弹力和弹簧伸长的关系”时，安装好实验装置，让刻度尺零刻度与弹簧上端平齐，在弹簧下端挂1个钩码，静止时弹簧长度为l1，如图1所示，图2是此时固定在弹簧挂钩上的指针在刻度尺(最小分度是1毫米)上位置的放大图，示数l1_ cm。在弹簧下端分别挂2个、3个、4个、5个相同钩码，静止时弹簧长度分别是l2、l3、l4、l5。已知每个钩码质量是50 g，挂2个钩码时，弹簧弹力F2 _ N (当地重力加速度g9.8 m/s2)。要得到弹簧伸长量x，还需要测量的是_，作出Fx曲线，得到弹力与弹簧伸长量的关系。 图1 图 2解析刻度尺示数为25.85 cm，注意估读。挂2个钩码时，弹簧弹力等于此时钩码的重力，即F2mg0.98 N。由于伸长量等于弹簧的长度减去原长，因此要得到伸长量，还需要测量弹簧原长。答案25.850.98弹簧原长 【变式探究】 (2015安徽理综，21)在“验证力的平行四边形定则”实验中，某同学用图钉把白纸固定在水平放置的木板上，将橡皮条的一端固定在板上一点，两个细绳套系在橡皮条的另一端。用两个弹簧测力计分别拉住两个细绳套，互成角度地施加拉力，使橡皮条伸长，结点到达纸面上某一位置，如图所示。请将以下的实验操作和处理补充完整： 用铅笔描下结点位置，记为O； 记录两个弹簧测力计的示数F1和F2，沿每条细绳(套)的方向用铅笔分别描出几个点，用刻度尺把相应的点连成线； 只用一个弹簧测力计，通过细绳套把橡皮条的结点仍拉到位置O，记录测力计的示数F3，_； 按照力的图示要求，作出拉力F1、F2、F3； 根据力的平行四边形定则作出F1和F2的合力F； 比较_的一致程度，若有较大差异，对其原因进行分析，并作出相应的改进后再次进行实验。 答案沿此时细绳(套)的方向用铅笔描出几个点，用刻度尺把这些点连成直线F和F3 【命题热点突破三】力学探究实验 探究型实验通常可分为两类：第一类为通过实验和实验数据的分析得出物理规律；第二类为给出实验规律，让你选择实验仪器，设计实验步骤，并进行数据处理。第一类必须在实验数据上下工夫，根据数据特点，掌握物理量间的关系，得出实验规律；第二类必须从已知规律入手，正确选择测量的物理量，根据问题联想相关的实验模型，确定实验原理，选择仪器设计实验步骤，记录实验数据并进行数据处理。 例3、(2016江苏物理，11，10分)某同学用如题图甲所示的装置验证机械能守恒定律一根细线系住钢球，悬挂在铁架台上，钢球静止于A点，光电门固定在A的正下方在钢球底部竖直地粘住一片宽度为d的遮光条将钢球拉至不同位置由静止释放，遮光条经过光电门的挡光时间t由计时器测出，取v作为钢球经过A点时的速度记录钢球每次下落的高度h和计时器示数t，计算并比较钢球在释放点和A点之间的势能变化大小Ep与动能变化大小Ek，就能验证机械能是否守恒甲(1)用Epmgh计算钢球重力势能变化的大小，式中钢球下落高度h应测量释放时的钢球球心到_之间的竖直距离A钢球在A点时的顶端 B钢球在A点时的球心C钢球在A点时的底端(2)用Ekmv2计算钢球动能变化的大小，用刻度尺测量遮光条宽度，示数如图乙所示，其读数为_cm.某次测量中，计时器的示数为0.010 0 s，则钢球的速度为v_ m/s.乙(3)下表为该同学的实验结果：Ep(102 J)4.8929.78614.6919.5929.38Ek(102 J)5.0410.115.120.029.8他发现表中的Ep与Ek之间存在差异，认为这是由于空气阻力造成的你是否同意他的观点？请说明理由(4)请你提出一条减小上述差异的改进建议 (3)由于空气阻力的存在，小球下落过程中在克服空气阻力做功，因此动能的增量会小于重力势能的减少量，而表格中数值表明是动能的增加量大于重力势能的减少量，显然误差不是由于空气阻力造成的，是由于遮光条在小球的下面，测得的速度比小球的实际速度大造成的(4)分别测出光电门和球心到悬点的长度L和l，计算Ek，将v折算成钢球的速度vv.【答案】(1)B(2)1.50(1.491.51都算对)1.50(1.491.51都算对)(3)见解析(4)见解析 【变式探究】(2015江苏单科，11)某同学探究小磁铁在铜管中下落时受电磁阻尼作用的运动规律。实验装置如图所示，打点计时器的电源为50 Hz的交流电。 (1)下列实验操作中，不正确的有_。 A.将铜管竖直地固定在限位孔的正下方 B.纸带穿过限位孔，压在复写纸下面 C.用手捏紧磁铁保持静止，然后轻轻地松开让磁铁下落 D.在磁铁下落的同时接通打点计时器的电源 (2)该同学按正确的步骤进行实验(记为“实验”)，将磁铁从管口处释放，打出一条纸带，取开始下落的一段，确定一合适的点为O点，每隔一个计时点取一个计数点，标为1，2，8。用刻度尺量出各计数点的相邻两计时点到O点的距离，记录在纸带上，如图所示。 计算相邻计时点间的平均速度v，粗略地表示各计数点的速度，抄入下表。请将表中的数据补充完整。 位置 1 2 3 4 5 6 7 8 (cm/s) 24.5 33.8 37.8 _ 39.5 39.8 39.8 39.8 (3)分析上表的实验数据可知：在这段纸带记录的时间内，磁铁运动速度的变化情况是_；磁铁受到阻尼作用的变化情况是_。 (4)该同学将装置中的铜管更换为相同尺寸的塑料管，重复上述实验操作(记为“实验”)，结果表明磁铁下落的运动规律与自由落体运动规律几乎相同。请问实验是为了说明什么？对比实验和的结果可得到什么结论？ _ _ (4)实验结果表明磁铁在塑料管中几乎不受阻尼作用，而磁铁在铜管中下落时受到的阻尼作用主要是电磁阻尼作用。答案(1)CD(2分)(2)39.0(2分)(3)逐渐增大到39.8 cm/s且增加的越来越慢逐渐增大到等于重力(4分)(4)为了说明磁铁在塑料管中几乎不受阻尼作用，磁铁在铜管中受到的阻尼作用主要是电磁阻尼作用(2分) 【变式探究】某同学在做“探究小车速度随时间变化规律”的实验时，得到一条点迹清晰的纸带如图所示，在纸带上依次选出7个计数点，分别标以O、A、B、C、D、E和F，每相邻的两个计数点间还有四个点未画出，打点计时器所用电源的频率是50 Hz。(1)如果测得C、D两点间距s42.70 cm，D、E两点间距s52.90 cm，则据此数据计算在打D点时小车的速度公式_，小车的速度值vD_m/s。(保留三位有效数字) (2)该同学分别算出在打其他点时小车的速度：vA0.220 m/s，vB0.241 m/s，vC0.258 m/s，vE0.300 m/s，请设计实验数据记录表格填入框中，并在坐标系中作出小车运动的vt图象，设O点为计时起点。 实验数据记录表格： (3)由所作vt图象判断，小车所做的运动为_答案 (1)vD(2分)；0.280(2分)(2)实验数据记录表格及小车运动的vt图象如下所示(4分)：时间t/s 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 速度v/(ms1) 0.220 0.241 0.258 0.280 0.300 (3)匀加速直线运动(1分) 【命题热点突破四】基本仪器的读数及多用电表的使用 例4、某同学要测量一均匀新材料制成的圆柱体的电阻率，首先用游标为20分度的游标卡尺测量其长度如图甲，由图甲可知其长度为_mm；用螺旋测微器测量其直径如图乙，由图乙可知其直径为_mm；用多用电表的电阻“10”挡，按正确的操作步骤测此圆柱体的电阻，表盘的示数如图丙，则该电阻的阻值约为_。 答案50.254.700190 【变式探究】(2015海南单科，11)某同学利用游标卡尺和螺旋测微器分别测量一圆柱体工件的直径和高度，测量结果如图(a)和(b)所示。该工件的直径为_cm，高度为_mm。 解析游标卡尺读数为d12 mm4 mm12.20 mm1.220 cm螺旋测微器的读数为h6.5 mm36.00.01 mm6.860 mm答案1.2206.860 【点评】1.游标卡尺、螺旋测微器的读数技巧记住两点：一是所有读数一定以毫米为单位并注意主尺刻度对应的毫米数，根据结果再变换单位；二是以毫米为单位，小数点后数字分别是，螺旋测微器是3位、20分度和50分度游标卡尺是2位、10分度游标卡尺和毫米刻度尺是1位。2.电压表、电流表、多用电表的读数技巧(1)对电表读数问题，要先弄清楚电表的精确度，即每小格的数值，再确定估读的方法，是、还是估读，明确读数的小数位数。(2)多用电表的使用问题，在弄清其基本原理的基础上，会选择测量项目及量程、挡位，能区分机械调零和欧姆调零的区别，掌握测量电阻的步骤，此外，会看多用电表表盘，最上排不均匀刻度为测电阻时读数刻度，读出表盘刻度后应乘以挡位倍率；中间刻度是均匀的，为测量电压和电流的读数刻度，下面三排数字均为方便读数所标注；最下排刻度专为测量2.5 V以下交流电压所用，一般较少使用。 【命题热点突破五】 以测量电阻为核心的电学实验 例5、2016天津理综，9(3)某同学想要描绘标有“3.8 V0.3 A”字样小灯泡L的伏安特性曲线，要求测量数据尽量精确、绘制曲线完整可供该同学选用的器材除开关、导线外，还有：电压表V1(量程03 V，内阻等于3 k)电压表V2(量程015 V，内阻等于15 k)电流表A1(量程0200 mA，内阻等于10 )电流表A2(量程03 A，内阻等于0.1 )滑动变阻器R1(010 ，额定电流2 A)滑动变阻器R2(01 k，额定电流0.5 A)定值电阻R3(阻值等于1 )定值电阻R4(阻值等于10 )定值电阻R5(阻值等于1 k)电源E(E6 V，内阻不计)(1)请在虚线框中画出实验电路图，并将各元件字母代码标在该元件的符号旁(2)该同学描绘出的IU图象应是下图中的_ (2)小灯泡灯丝为金属，温度升高电阻增大，只有B正确【答案】(1)见解析图(2)B【变式探究】为了描绘小灯泡的伏安特性曲线，实验室可供选择的器材如下： A.待测小灯泡(6 V500 mA) B.电流表A(00.6 A内阻约0.5 ) C.电压表V(03 V内阻5 k) D.滑动变阻器R1(01 k100 mA) E.滑动变阻器R2(05 1.5 A) F.电阻箱R3(09 999.9 ) G.直流电源E(约6 V，内阻不计) H.开关S，导线若干 (1)将电压表量程扩大为6 V，与它串联的电阻箱的阻值应调为_k。 (2)图中画出了实验的部分电路，请你补全电路图；滑动变阻器应选用_(填“R1”或“R2”)。 (3)实验中，变阻器滑动触头P在ab间移动时，发现小灯泡两端的电压只能在3.5 V6.0 V间变化，则电路中出现的故障可能是 _。 (4)排除故障后，测量出多组数据，以灯泡两端的电压U为横轴，电流表的示数I为纵轴，描点作出小灯泡的伏安特性曲线如图所示。若电压表V的实际阻值大于5 k，则小灯泡实际的伏安特性曲线应在所画图线的_(填“上方”或“下方”)。 答案(1)5(2)电路如图R2 (3)ac间断路 (4)上方 【变式探究】实际电流表有内阻，可等效为理想电流表与电阻的串联。测量实际电流表G1内阻r1的电路如图甲所示。 供选择的仪器如下： 待测电流表G1(05 mA，内阻约为300 )； 电流表G2(010 mA，内阻约为100 )； 定值电阻R1(300 )； 定值电阻R2(10 )； 滑动变阻器R3(01 000 )； 滑动变阻器R4(020 )； 干电池(1.5 V)； 开关S及导线若干。 (1)定值电阻应选_，滑动变阻器应选_。(在空格内填写序号) (2)用连线连接如图乙所示的实物图。 (3)测量多组电流表G1、G2的读数I1、I2，以I2为纵坐标，I1为横坐标，作出相应图线，如图所示。根据I2I1图线的斜率k及定值电阻(选定)，写出待测电流表内阻的表达式_。 (2)实物连线如图所示，连线时要注意电表的正负接线柱不能接反。(3)根据串、并联电路规律可知：I2I1I1，所以k，所以r1(k1)R1。答案(1)(2)见解析图(3)r1(k1)R1 【点评】1.仪器的选择 (1)电源的选择：一般根据待测电阻的额定电流或额定电压选择符合需要的直流电源。 (2)电表的选择：一般根据电源的电动势或待测用电器的额定电压选择电压表；根据待测电流的最大电流选择电流表；电表的指针摆动的幅度不宜较大，一般应使指针能达到半偏左右。 2.电路的选择 (1)测量电路的选择 比较项目电流表内接法电流表外接法电路误差来源电流表的分压电压表的分流测量结果R测Rx，偏大R测Rx，偏小适用条件RxRA(测大电阻)RVRx(测小电阻)(2)控制电路的选择： 从节能的角度考虑，优先选用限流式。 以下三种情况必须用分压式： a.要求待测电路的U、I从0变化。 b.R滑Rx c.选用限流式时，Ux、Ix过大(超过电流表量程，烧坏电表、电源或用电器等)。 3.伏安法测电阻的常规设计实验 需要一个电流表和一个电压表，利用欧姆定律求其电阻。但有时题目中缺少电压表或缺少电流表，或电压表、电流表的量程不符，这时可以把已知内阻的电流表当作电压表来使用，把已知内阻的电压表当作电流表来使用，甚至可以把已知内阻的电流表(或电压表)和电阻箱改装成符合要求的电压表(或电流表)。 4.定值电阻作为保护电阻，是定值电阻最常见的应用 近几年考题当中，经常出现用阻值已知的定值电阻(或电阻箱)充当电压表，或用阻值已知的定值电阻(或电阻箱)充当电流表。 【命题热点突破六】 以测电源电动势为核心的电学实验 例6.2015四川理综，8(2)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6 V，电池内阻和待测电阻阻值都为数十欧。可选用的实验器材有： 电流表A1(量程030 mA)； 电流表A2(量程0100 mA)； 电压表V(量程06 V)； 滑动变阻器R1(阻值05 )； 滑动变阻器R2(阻值0300 )； 开关S一个，导线若干条。某同学的实验过程如下： .设计如图所示的电路图，正确连接电路。 .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，得到如图所示的图线。 .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： 电流表应选用_，滑动变阻器应选用_； 由图15的图线，得电源内阻r_； 用I0、U0和r表示待测电阻的关系式Rx_，代入数值可得Rx； 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_。(选填“相同”或“不同”) 电源内阻rk25 ；根据闭合电路欧姆定律EUI(Rxr)，可得函数图象的斜率表示的物理意义为(Rxr)，而函数图象的斜率根据题意为，因此有：(Rxr)，因此Rxr；由于电表为理想电表，因此待测电阻无论放在B、C间或者A、B间，对总电阻没有变化，因此电流不变，在滑动变阻器变化范围相同的情况下，电流表示数变化范围相同。由于待测部分的电阻阻值变化，因此会影响待测部分的分压，因此电压表示数变化范围会不同。答案A2R225r相同不同【变式探究】某同学现用如图甲所示的原理图来测量一节干电池的电动势和内阻。图中两电压表均视为理想电压表，实验中定值电阻的阻值R010 ，试分析下列问题： (1)实验前该同学利用多用电表的直流电压挡的“2.5 V”挡粗测该电源的电动势，测得的结果如图乙所示，则多用电表测得的电动势为E_V。 (2)根据电路图请将图甲中的实物图连接好。 (3)实验中所作U1U2图象如图乙所示，则图象在横轴上的截距所表示的物理意义是_。 (4)依据图线求得该电源的电动势E_V，内阻r_。(结果保留两位有效数字) 为求直线的斜率可在直线上取两个距离较远的点，如(1.20，0.50)和(1.50，1.40)，图象的斜率为k3.00所以3rrR0，即电源的内阻为r5.0 由U1U2图象可知图象在纵轴上的截距为3.0 V，则3.0 VE所以电源的电动势E1.5 V。答案(1)1.5(2)如图所示(3)见解析(4)1.5；5.0 【点评】利用图象得出电动势和内阻是常见的方法，对于不同的电路设计，在作图象时都要画出倾斜直线，即得到有关电动势和内阻的一次函数关系，再利用图象中的斜率与截距求解。当电流表或电压表量程不符合实验要求时，要考虑改装电表进行测量，所以有时也会用两个电流表或两个电压表来进行测量。 【命题热点突破七】探究设计型电学实验 高考中电学实验要拿到满分，需要考生应注意以下“三”个方面： 第一：认真完成课本上的每一个实验。知道每一个实验的目的，掌握每一个实验的原理，熟悉实验中的每一个实验步骤，领会每一个实验步骤的作用，学会每一个实验仪器的使用，学会每一个实验的处理方法，弄清每一个实验误差的来源等。 第二：对于给出实验电路图的创新性实验，要注意从原理出发，理解实验方法，找出图象中两个物理量之间的关系，理想图