第21讲创新实验（原卷版）-2024高考二轮复习

2024高考二轮复习二十五讲第21讲、创新试验第一部分织网点睛，纲举目张物理试验在高考中占据重要地位，是高考试题中最具活力和制造性的部分，物理试验在留意对科学探究力量考查的同时，也留意对物理观念和科学思维等核心素养的考查，尤其重视对同学的迁移创新力量的考查。一、近五年高考物理试验题的特点1．源于教材但不拘泥于教材分析近五年全国卷试验题发觉，全部试验题均“源于教材而不拘泥于教材，源于经典试验而进展经典试验”，高度体现了2017年版课程标准提出的“留意体现物理学科本质，培育同学物理学科核心素养”的理念和“科学探究”为主体的试验评价方式。2．创设情境引导同学设计与创新试验设计已成为高考题的亮点，这类试题以“某同学”“某小组”为主角创设一个新的试验目的，但深化争辩会发觉，供应的试验器材和运用的基本原理都是同学生疏的，只是需要同学深化理解每一个器材的作用、每一个原理的意义，才能完成设计。这类试题要求同学深化理解教材中试验所涉及的每一个学问、方法、原理，并能够在新的试验目的下迁移、重组并应用。总之，试验题的原理和方法均源于《课程标准》要求的试验，但试题更加留意在新情境下的迁移与应用，在考查基础学问的基础上更加留意创新思维力量的考查。二、指向深度探究的试验复习的必要性传统的试验复习，同学大多缺少真实体验探究的机会，老师“说”、同学“背”试验的现象普遍存在，即使做试验，也是同学依据老师供应的试验器材，依据规定的试验步骤进行程式化操作，同学很少经受自主设计试验的机会。纸笔训练和测试成为常见的强化试验复习的主要手段，明显，这样的复习方式不利于同学迁移与应用力量的提高，更不利于同学创新思维力量的培育。所以，试验复习应当以教材中的试验为抓手，引导同学经受深度探究，亲身体验物理学问的应用价值，进而主动理解学问、把握方法、形成观念。三、指向深度探究的试验复习策略教材中的每一个试验必定是基于观看和试验提出问题、形成猜想和假设(即试验目的)，并进一步设计试验与制订方案(即试验原理)，最终基于证据得出结论并给出解释(试验步骤、数据处理、误差分析)。高三的试验复习中，只有引导同学再次经受探究过程，才能引发同学关于试验设计思想的深度思考，假如在高考中遇见新的试验题目，才能自主完善设计。所以，对待每一个试验，都要引导同学深化争辩试验目的、试验原理、综合考虑试验原则来设计思路，完善试验方案。1．深度探究试验目的明确试验目的，指的是明确测定什么物理量，验证、探究什么物理规律，只有深化理解了试验目的，试验原理才会一步一步呈现出来，这是明确试验探究方向的必备前提。2．深度探究试验原理在试验目的的引导下，选择合适的试验原理，关键要清楚：试验目的与哪些物理量直接相关？待测物理量要通过哪些规律、公式求出？在现有试验条件下用什么方法测定该物理量？3．深度探究测量电路高中电学试验中的测量问题，重点是测电压、测电流、测电阻，核心问题是考虑电流表、电压表有内阻的状况下如何提高测量精度。4．深度探究把握电路无论是测电阻还是测电源电动势和内电阻，都离不开滑动变阻器，它在电路中的作用不仅是保障平安性，还起到调整电流和电压的作用，是把握电路的重要元器件。那么，在电路设计中，选择多大的滑动变阻器？又如何连接(限流或分压)？关注教材的练习题，会发觉它在引导我们对比滑动变阻器在两种连接方式下的把握功能。总之，在高考试验部分的复习备考中，引导同学经受对试验的深度探究，不仅能激发同学的古怪   心和求知欲，更有利于提高同学发觉问题、提出问题、解决问题的力量，进而培育同学的创新精神和实践力量，提升同学的科学素养。其次部分实战训练，高考真题演练1.（2023高考江苏学业水平选择性考试）小明通过试验探究电压表内阻对测量结果的影响．所用器材有：干电池（电动势约1.5V，内阻不计）2节；两量程电压表（量程0~3V，内阻约3kΩ；量程0~15V，内阻约15kΩ）1个；滑动变阻器（最大阻值50Ω）1个；定值电阻（阻值50Ω）21个；开关1个及导线若干．试验电路如题1图所示．（1）电压表量程应选用________（选填“3V”或“15V”）．（2）题2图为该试验的实物电路（右侧未拍全）．先将滑动变阻器的滑片置于如图所示的位置，然后用导线将电池盒上接线柱A与滑动变阻器的接线柱________（选填“B”“C”“D”）连接，再闭合开关，开头试验．（3）将滑动变阻器滑片移动到合适位置后保持不变，依次测量电路中O与1，2，…，21之间的电压．某次测量时，电压表指针位置如题3图所示，其示数为________V．依据测量数据作出电压U与被测电阻值R的关系图线，如题4图中实线所示．（4）在题1图所示的电路中，若电源电动势为E，电压表视为抱负电压表，滑动变阻器接入的阻值为，定值电阻的总阻值为，当被测电阻为R时，其两端的电压________（用E、、、R表示），据此作出理论图线如题4图中虚线所示．小明发觉被测电阻较小或较大时，电压的实测值与理论值相差较小．（5）分析可知，当R较小时，U的实测值与理论值相差较小，是由于电压表的分流小，电压表内阻对测量结果影响较小．小明认为，当R较大时，U的实测值与理论值相差较小，也是由于相同的缘由．你是否同意他的观点？请简要说明理由______．2.（2023高考福建卷）某同学用图（a）所示的电路观看矩形波频率对电容器充放电的影响。所用器材有：电源、电压传感器、电解电容器C（，），定值电阻R（阻值）、开关S、导线若干。（1）电解电容器有正、负电极的区分。依据图（a），将图（b）中的实物连线补充完整_________；（2）设置电源，让电源输出图（c）所示的矩形波，该矩形波的频率为_________；（3）闭合开关S，一段时间后，通过电压传感器可观测到电容器两端的电压随时间周期性变化，结果如图（d）所示，A、B为试验图线上的两个点。在B点时，电容器处于_________状态（填“充电”或“放电”）在_________点时（填“A”或“B”），通过电阻R的电流更大；（4）保持矩形波的峰值电压不变，调整其频率，测得不同频率下电容器两端的电压随时间变化的状况，并在坐标纸上作出电容器上最大电压与频率f关系图像，如图（e）所示。当时电容器所带电荷量的最大值_________C（结果保留两位有效数字）；（5）依据试验结果可知，电容器在充放电过程中，其所带的最大电荷量在频率较低时基本不变，而后随着频率的增大渐渐减小。3.（2023高考湖南卷）某探究小组利用半导体薄膜压力传感器等元件设计了一个测量微小压力的装置，其电路如图（a）所示，为电阻箱，为半导体薄膜压力传感器，间连接电压传感器（内阻无穷大）．（1）先用欧姆表“”挡粗测的阻值，示数如图（b）所示，对应的读数是____;（2）适当调整，使电压传感器示数为0，此时，的阻值为_____（用表示）；（3）依次将的标准砝码加载到压力传感器上（压力传感器上所受压力大小等于砝码重力大小），读出电压传感器示数，所测数据如下表所示：次数123456砝码质量0.00.51.01.52.02.5电压057115168220280依据表中数据在图（c）上描点，绘制关系图线_____；（4）完成前面三步的试验工作后，该测量微小压力的装置即可投入使用．在半导体薄膜压力传感器上施加微小压力，电压传感器示数为，则大小是_____（重力加速度取，保留2位有效数字）；（5）若在步骤（4）中换用非抱负毫伏表测量间电压，在半导体薄膜压力传感器上施加微小压力，此时非抱负毫伏表读数为，则_____（填“>”“=”或“<”）．4.（2023高考湖南卷）某同学探究弹簧振子振动周期与质量的关系，试验装置如图（a）所示，轻质弹簧上端悬挂在铁架台上，下端挂有钩码，钩码下表面吸附一个小磁铁，其正下方放置智能手机，手机中的磁传感器可以采集磁感应强度实时变化的数据并输出图像，试验步骤如下：（1）测出钩码和小磁铁的总质量;（2）在弹簧下端挂上该钩码和小磁铁，使弹簧振子在竖直方向做简谐运动，打开手机的磁传感器软件，此时磁传感器记录的磁感应强度变化周期等于弹簧振子振动周期；（3）某次采集到的磁感应强度的大小随时间变化的图像如图（b）所示，从图中可以算出弹簧振子振动周期______（用“”表示）；

（4）转变钩码质量，重复上述步骤；（5）试验测得数据如下表所示，分析数据可知，弹簧振子振动周期的平方与质量的关系是______（填“线性的”或“非线性的”）；0.0152.430.2430.0590.0253.140.3140.0990.0353720.3720.1380.0454.220.4220.1780.0554.660.4660.217（6）设弹簧的劲度系数为，依据试验结果并结合物理量的单位关系，弹簧振子振动周期的表达式可能是______（填正确答案标号）；A．B．C．D．（7）除偶然误差外，写出一条本试验中可能产生误差的缘由：____________．5.（2022山东物理）在天宫课堂中、我国航天员演示了利用牛顿其次定律测量物体质量的试验。受此启发。某同学利用气垫导轨、力传感器、无线加速度传感器、轻弹簧和待测物体等器材设计了测量物体质量的试验，如图甲所示。主要步骤如下：①将力传感器固定在气垫导轨左端支架上，加速度传感器固定在滑块上；②接通气源。放上滑块。调平气垫导轨；

③将弹簧左端连接力传感器，右端连接滑块。弹簧处于原长时滑块左端位于O点。A点到O点的距离为5.00cm，拉动滑块使其左端处于A点，由静止释放并开头计时；④计算机采集猎取数据，得到滑块所受弹力F、加速度a随时间t变化的图像，部分图像如图乙所示。

回答以下问题（结果均保留两位有效数字）：（1）弹簧的劲度系数为_____N/m。（2）该同学从图乙中提取某些时刻F与a的数据，画出a—F图像如图丙中I所示，由此可得滑块与加速度传感器的总质量为________kg。（3）该同学在滑块上增加待测物体，重复上述试验步骤，在图丙中画出新的a—F图像Ⅱ，则待测物体的质量为________kg。6.（2023高考湖南卷）某探究小组利用半导体薄膜压力传感器等元件设计了一个测量微小压力的装置，其电路如图（a）所示，为电阻箱，为半导体薄膜压力传感器，间连接电压传感器（内阻无穷大）．（1）先用欧姆表“”挡粗测的阻值，示数如图（b）所示，对应的读数是____;（2）适当调整，使电压传感器示数为0，此时，的阻值为_____（用表示）；（3）依次将的标准砝码加载到压力传感器上（压力传感器上所受压力大小等于砝码重力大小），读出电压传感器示数，所测数据如下表所示：次数123456砝码质量0.00.51.01.52.02.5电压057115168220280依据表中数据在图（c）上描点，绘制关系图线_____；（4）完成前面三步的试验工作后，该测量微小压力的装置即可投入使用．在半导体薄膜压力传感器上施加微小压力，电压传感器示数为，则大小是_____（重力加速度取，保留2位有效数字）；（5）若在步骤（4）中换用非抱负毫伏表测量间电压，在半导体薄膜压力传感器上施加微小压力，此时非抱负毫伏表读数为，则_____（填“>”“=”或“<”）．6.（2023高考江苏学业水平选择性考试）小明通过试验探究电压表内阻对测量结果的影响．所用器材有：干电池（电动势约1.5V，内阻不计）2节；两量程电压表（量程0~3V，内阻约3kΩ；量程0~15V，内阻约15kΩ）1个；滑动变阻器（最大阻值50Ω）1个；定值电阻（阻值50Ω）21个；开关1个及导线若干．试验电路如题1图所示．（1）电压表量程应选用________（选填“3V”或“15V”）．（2）题2图为该试验的实物电路（右侧未拍全）．先将滑动变阻器的滑片置于如图所示的位置，然后用导线将电池盒上接线柱A与滑动变阻器的接线柱________（选填“B”“C”“D”）连接，再闭合开关，开头试验．（3）将滑动变阻器滑片移动到合适位置后保持不变，依次测量电路中O与1，2，…，21之间的电压．某次测量时，电压表指针位置如题3图所示，其示数为________V．依据测量数据作出电压U与被测电阻值R的关系图线，如题4图中实线所示．（4）在题1图所示的电路中，若电源电动势为E，电压表视为抱负电压表，滑动变阻器接入的阻值为，定值电阻的总阻值为，当被测电阻为R时，其两端的电压________（用E、、、R表示），据此作出理论图线如题4图中虚线所示．小明发觉被测电阻较小或较大时，电压的实测值与理论值相差较小．（5）分析可知，当R较小时，U的实测值与理论值相差较小，是由于电压表的分流小，电压表内阻对测量结果影响较小．小明认为，当R较大时，U的实测值与理论值相差较小，也是由于相同的缘由．你是否同意他的观点？请简要说明理由______．7.（2023高考福建卷）某同学用图（a）所示的电路观看矩形波频率对电容器充放电的影响。所用器材有：电源、电压传感器、电解电容器C（，），定值电阻R（阻值）、开关S、导线若干。（1）电解电容器有正、负电极的区分。依据图（a），将图（b）中的实物连线补充完整_________；（2）设置电源，让电源输出图（c）所示的矩形波，该矩形波的频率为_________；（3）闭合开关S，一段时间后，通过电压传感器可观测到电容器两端的电压随时间周期性变化，结果如图（d）所示，A、B为试验图线上的两个点。在B点时，电容器处于_________状态（填“充电”或“放电”）在_________点时（填“A”或“B”），通过电阻R的电流更大；（4）保持矩形波的峰值电压不变，调整其频率，测得不同频率下电容器两端的电压随时间变化的状况，并在坐标纸上作出电容器上最大电压与频率f关系图像，如图（e）所示。当时电容器所带电荷量的最大值_________C（结果保留两位有效数字）；（5）依据试验结果可知，电容器在充放电过程中，其所带的最大电荷量在频率较低时基本不变，而后随着频率的增大渐渐减小。第三部分思路归纳，内化方法一、动摩擦因数的测定测定动摩擦因数试验一般结合在“测量做直线运动物体的瞬时速度”“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”或“探究平抛运动的特点”等试验中考查。试验的原理是：利用打点计时器等器材测出物体做匀变速运动的加速度，再利用牛顿其次定律计算动摩擦因数，或者利用平衡条件、动能定理或能量守恒定律等计算动摩擦因数。试验方法创新思维试验原理将争辩运动物体转化为争辩静止物体利用F弹＝Ff＝μFN求μ让物块先做加速直线运动，当重物掉到地面上之后物块做匀减速直线运动匀减速运动中，利用逐差法求加速度，利用F＝μmg＝ma进一步求μ将动摩擦因数的测量转化为角度的测量利用a＝gsinθ－μgcosθ求μ(a通过逐差法求解)将动摩擦因数的测量转化为加速度的测量利用vB2－vA2＝2as和动力学学问得到μ＝eq\f(mg－m＋Ma,Mg)将动摩擦因数转化为速度的测量，并营造多过程切入水平滑动情景A→B过程中，机械能守恒；C→D过程中，物块Q做平抛运动；B→C过程中，对物块Q只有摩擦力做功，利用Wf＝EkC－EkB，进一步求μ二、电阻的测定电阻的测定是欧姆定律的重要应用，是整个电学试验的核心，是高考电学试验命题的热点。以教材中伏安法测电阻为原形试验，变换出安安法、伏伏法、比较法、半偏法、替代法等多种不同的测量方式，综合考查仪器选择、电路设计与分析、试验数据处理与误差分析，从而全方位考查考生的试验力量。伏安法(内接法)(外接法)Rx＝eq\f(U,I)大电阻用内接法，测量结果偏大；小电阻用外接法，测量结果偏小，简记为“大内偏大，小外偏小”安安法假如已知的内阻R1，则可测得的内阻R2＝eq\f(I1R1,I2)串联肯定值电阻R0后，同样可测得的内阻R2＝eq\f(I1R1＋R0,I2)伏伏法两电表的满偏电流接近时，若已知的内阻R1，则可测出的内阻R2＝eq\f(U2,U1)R1并联肯定值电阻R0后，同样可得的内阻R2＝eq\f(U2,\f(U1,R1)＋\f(U1,R0))比较法测得电阻箱R1的阻值及表、表的示数I1、I2，可得Rx＝eq\f(I2R1,I1)(电表阻值不计)半偏法电阻箱与电流表并联，然后与大电阻滑动变阻器串联，R测＜R真(测电流表内阻)电阻箱与电压表串联，滑动变阻器为小电阻的变阻器，R测＞R真(测电压表内阻)替代法(电流等效替代)调整R0，使S1、S3均闭合与S1、S2均闭合时电流表示数相等，则Rx＝R0(电压等效替代)调整R0，使S1、S3均闭合与S1、S2均闭合时电压表示数相等，则Rx＝R0三、电表的改装与校准试验室中通常使用的机械式电表有电流表、电压表及多用电表，这些电表都是由小量程的电流表G(表头)经过改装再校准而制成的，是欧姆定律的具体应用，也是高考命题的热点。eq\a\vs4\al(一、电流表的改装与校准)1．电流表的改装(1)原理：部分电路欧姆定律。(2)改装电路：(3)分流电阻R的大小：R＝eq\f(U,IR)＝eq\f(IgRg,I－Ig)。2．电流表的校准(1)校准电路：eq\a\vs4\al(为了爱护仪器，电流表的校准把握电路最好接受限流式连接。)(2)校准过程：①移动滑动变阻器的滑片，使电路中的标准电流表取不同数值，校对改装成的电流表的示数是否相同。②对分流电阻进行补偿设改装电流表满偏时，标准电流表的示数为IA，改装电流表的量程为I，则IA＝Ig＋eq\f(IgRg,R)。若IA＞I，说明分流电阻偏小，应增大些，若IA＜I，说明分流电阻偏大，应减小些。eq\a\vs4\al(二、电压表的改装与校准)1．电压表的改装(1)原理：部分电路欧姆定律。(2)改装电路：(3)分压电阻的大小：R＝eq\f(UR,IR)＝eq\f(U－IgRg,Ig)。2．电压表的校准(1)校准电路：eq\a\vs4\al(为对改装电压表刻度进行一一校对，应接受分压式连接。)(2)校准过程：①移动滑动变阻器的滑片，使电压表示数渐渐增大，核对改装电压表与标准电压表示数是否相同。②对分压电阻进行补偿设改装电压表满偏时标准电压表的电压示数为UV，改装电压表的量程为U，则UV＝Ig(Rg＋R)。若UV＞U，则应使分压电阻R减小，若UV＜U，则应使分压电阻R增大。eq\a\vs4\al(三、欧姆表的改装与校准)1．欧姆表的改装(1)原理：闭合电路欧姆定律。(2)改装电路：如图所示。(3)欧姆表内阻：红、黑表笔短接，调整调零电阻R，使电流表满偏时，Ig＝eq\f(E,Rg＋r＋R)＝eq\f(E,R内)，可得：R内＝eq\f(E,Ig)＝Rg＋r＋R。(4)待测电阻Rx与电流表示数Ix的对应关系：Ix＝eq\f(E,Rg＋r＋R＋Rx)＝eq\f(E,R内＋Rx)。当Ix＝0时，Rx→∞；当Ix＝eq\f(3,4)Ig时，Rx＝eq\f(1,3)R内；当Ix＝eq\f(1,2)Ig时，Rx＝R内；当Ix＝eq\f(1,4)Ig时，Rx＝3R内；当Ix＝eq\f(1,8)Ig时，Rx＝7R内……最终，再将原表盘的电流刻度值依据上述规律标出其电阻值，完成改装。2．欧姆表的校准先进行欧姆表调零，再将欧姆表红、黑表笔与电阻箱相接，校准时可接受两种方式：①使指针指示不同的角度，使电流分别等于eq\f(3,4)Ig，eq\f(1,2)Ig，eq\f(1,4)Ig，eq\f(1,8)Ig……直接将电阻箱阻值替换原标称电阻的值；②使电阻箱分别取不同的值，如1Ω，5Ω，10Ω，15Ω……在指针所指的位置直接标出电阻箱上的示数。两种方法均不管电源电动势和满偏电流的数值是否正确。第四部分最新模拟集萃，提升应试力量1.（2024四川雅安1月一诊）某同学被中国空间站“天宫课堂”呈现的奇异现象深深吸引，联想到平常做过或思考过的试验，他提出了一组问题并邀你作答：（1）在围绕地球做匀速圆周运动的空间站内，下列力学试验中，不能够顺当完成的是________和________。（填正确答案标号）A．探究两个互成角度的力的合成规律B．探究加速度与力、质量的关系C．争辩平抛运动的竖直分运动D．验证动量守恒定律（2）不能够顺当完成的缘由主要是________，其结果是________（至少回答对一个试验造成的结果）。2.(2024年1月湖北十堰市调研)“饮酒不开车”是司机必需遵守的交通法规。图甲是呼气式酒精检测仪的简化电路原理图。图中电源电动势。，内阻不计，电压表量程为0~15V且内阻很大，电阻箱的阻值范围为0~999Ω，为酒精气体传感器，其阻值随气体中酒精浓度的变化规律如图乙所示。规定气体中酒精浓度在：，之间为酒驾，等于或超过，为醉驾。测试仪使用前应先调零，即当气体中酒精浓度为0时，调整电阻箱，使电压表的示数调零后的值保持不变。（1）调零后接入电路中的阻值为________Ω。（保留三位有效数字）（2）当电压表示数时，消耗的电功率为________W。（保留两位有效数字）（3）在某次检测中，电压表示数，经分析该司机属于_________。（填“正常”“酒驾”或“醉驾”）（4）若电池使用时间较长，有明显的内阻，则测出酒精的浓度将________（填“偏大”“偏小”或“不变”）3.（2024江西红色十校9月联考）某同学用如图甲所示的装置测量滑块与长木板之间的动摩擦因数，将长木板固定在水平桌面上，轻弹簧与木板左端固定挡板相连放在木板上，在长木板上安装两个光电门1和2，带有遮光片的滑块放在长木板上，已知当地的重力加速度为g。（1）先用游标卡尺测出遮光片宽度，示数如图乙所示，则遮光片宽度d=______mm；（2）将滑块向左压缩弹簧至某个位置由静止释放，滑块离开弹簧后，先后通过光电门1、2，与光电门相连的计时器分别记录下滑块上遮光片通过光电门1、2的时间t1和t2，转变弹簧的压缩量多次试验，测得多组t1和t2，以为纵轴、为横轴，在坐标纸上作图像，依据图像得到______（选填“图像斜率k”、“图像与纵轴的截距b