2020高考物理 考前30天之备战冲刺押题系列Ⅰ 专题11 物理实验 28页

物理实验 ‎ 一、2020大纲解读 ‎2020年考试大纲对“实验”部分的要求与2020年相比变化不大，要求对中学设计的十几个学生实验，能够明确实验目的，理解实验原理和方法，能够控制实验条件，会运用实验仪器，会观察、分析实验现象，会记录、处理实验数据，并得出结论，对结论进行分析和评价；能够发现问题、提出问题，并制定解决方案；能够运用已学过的物理理论、实验方法和实验仪器去处理问题，包括简单的设计型实验。设计型实验已成为高考物理实验的新热点，它要求我们能将已掌握的物理知识和实验技能创造性地应用到新的实验情景中，能够根据题目所给条件自行选定实验原理，自行设计实验方案去研究物理现象，探索物理规律或测定物理量的值．从而考查我们对基础知识的掌握情况，以及分析、创造性思维能力和解决实际问题的能力．‎ 二、重点剖析 归类 实验内容 高考要求掌握 仪器使用类实验 ‎1．游标卡尺的使用 测量原理、使用方法；10分度、20分度、50分度的游标卡尺的读数等 ‎2．螺旋测微器的使用 构造、原理、使用方法、正确读数等 ‎3．练习使用示波器 面板上各个旋钮或开关的作用、调试方法、观察正虚阿观察正弦波的波形等 ‎4．传感器的简单使用 光电转换和热电转换及其简单应用、光电计数的简单了解 验证性实验 ‎5．验证力的平行四边形定则 实验的等效思想、作图法 ‎6．验证动量守恒定律 用平抛实验仪器进行实验、转化要验证的等效表达式、对状态过程分阶段测量 ‎7．验证机械能守恒定律 用自由落体进行验证、使用打点计时器和刻度尺等 测定性实验 ‎8．探究单摆运动、用单摆测量重力加速度 使用刻度尺和秒表、实验操作要求等 ‎ ‎9．用油膜法估测分子的大小 溶液的配置、油膜面积的估算方法 ‎10．测定金属的电阻率 使用刻度尺和螺旋测微器、电流表、电压表量程的选择、测量电路的选择和连接 ‎11．把电流表改装成电压表 ‎“半偏法的设计思想与误差分析、计算分压电阻、改装表的校对 ‎12．测定电源的电动势和内阻 实验电路的选取和连接作图法求解的方法 ‎13．测定玻璃的折射率 用插针法测定、画光路图 ‎14．用双缝干涉测光的波长 用双缝干涉仪进行实验、仪器调节和分划板的使用 研究性 ‎15．研究匀变速直线运动 明确试验目的、使用打点计时器、刻度尺测量、分析纸带计算加速度等 实验 ‎16．研究平抛物体的运动 用平抛实验其进行实验、实验目的和方法、描绘轨迹、计算初速度 探究性 实验 ‎17．探究弹力和弹簧伸长的关系 设计实验原理和方法、实验数据的处理和分析、实验结论的描述和表达形式等 ‎18．用多用电表探测黑箱内的电学原件 多用电表的使用和读数、探索的思路、测量过程的分析和判断 描绘类实验 ‎19．用描迹法画出电场中平面上的等势线 用恒定电流场模拟静电场、寻找等势点的方法、描迹的方法 ‎20．描绘小电珠的伏安特性 使用电流表、电压表、滑动变阻器、电路的选择、与连接、描绘U-I图线并分析图线为非曲线的原因等 三、考点透视 从近几年对高考试题的统计和分析来看，物理实验的考查重点有些新的变化，但无论是实验设计，还是原理分析，往往都涉及基本仪器的使用。因此，仪器的使用是实验考核的基础内容；掌握基本仪器的使用方法、基本的实验方法和基本物理原理是解答设计型实验题的基础。‎ 解决设计型实验问题的关键是确定实验原理，它是进行实验设计的根本依据和起点，它决定应当测量那些物理量、如何确定实验仪器、如何安排实验步骤、如何处理数据，会进行误差分析，或根据实验出现的故障，会利用学过的知识判断出现这种现象的原因。实验原理的确定，要根据问题的要求和给出的条件，回顾分组实验和演示实验，寻找能够迁移应用的实验原理，或者回顾物理原理，寻找有关的物理规律，设法创设相关的物理情景，并根据已掌握的基本仪器核，对是否能够测出必须测定的物理量。‎ 例1：用游标卡尺测一根金属管的内径和外径时，卡尺上的游标位置分别如图11-1所示。这根金属管内径读数是 cm，外径读数是 cm，管壁的厚度是 cm。‎ 例2 下面是在测某电池的电动势和内电阻的实验中记录的六组数据．请算出待测电池的电动势和内电阻．‎ U(V)‎ ‎1.37‎ ‎1.32‎ ‎1.24‎ ‎1.18‎ ‎1.10‎ ‎1.05‎ I(A)‎ ‎0.12‎ ‎0.20‎ ‎0.31‎ ‎0.32‎ ‎0.50‎ ‎0.57‎ 解析：建立坐标系，利用描点法画出U－I图象如实验图所示．第四个点明显偏离，可见是偶然误差造成的，应舍去．‎ 直线与纵轴的交点坐标即为电源的电动势E＝1.46 V．‎ 由闭合电路欧姆定律得：E＝U＋Ir．将直线上的点(1.10，0.50)的坐标U＝1.10V，I＝‎0.50A代入得：r＝0.72Ω．‎ 例3、在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中用导线a、b、c、d、e、f、g和h按图12-4所示方式连接电路，电路中所有元器件都完好，且电压表和电流表已调零。闭合开关后：‎ ‎①若电压表的示数为2V，电流表的的示数为零，小灯泡不亮，则断路的导线为_____；‎ ‎②若电压表的示数为零，电流表的示数为‎0.3A，小灯泡亮，则断路的导线为______；‎ ‎③若反复调节滑动变阻器，小灯泡亮度发生变化，但电压表、电流表的示数不能调为零，则断路的导线为____________.‎ 点拨：故障判断问题的分析，虽然考查的知识点同学们并不陌生，但由于涉及的方法比较灵活,需要一定的综合分析能力,所以考试中得分率并不很高.由于这类试题是一种考查学生灵活运用所学知识分析物理问题的试题，所以在高考中经常出现.‎ ‎（1）上图给出的是实验中获取的一条纸带的一部分：0、1、2、3、4、5、6、7是计数点，每相邻两计数点间还有4个打点（图中未标出），计数点间的距离如图所示。根据图中数据计算的加速度 a= (保留三位有效数字)。‎ ‎(2)回答下列两个问题：‎ ‎①为测量动摩擦因数，下列物理量中还应测量的有 。（填入所选物理量前的字母）‎ A.木板的长度l B.木板的质量m1‎ C.滑块的质量m2 D.托盘和砝码的总质量m3‎ E.滑块运动的时间t ‎②测量①中所选定的物理量时需要的实验器材是 。‎ ‎（3）滑块与木板间的动摩擦因数＝ （用被测物理量的字母表示，重力加速度为g）.与真实值相比，测量的动摩擦因数 （填“偏大”或“偏小” ）。写出支持你的看法的一个论据：‎ ‎。‎ 反思：打点计时器是中学物理实验的重要仪器，要会处理高中涉及打点计时器的相关实验，会分析实验误差的来源。‎ ‎⑶他们使用千分尺测量金属丝的直径，示数如图11-3所示，金属丝的直径为_________mm；‎ ‎⑷根据多用电表测得的金属丝电阻值，可估算出绕制这个螺线管所用金属丝的长度约为_________m。（结果保留两位有效数字）‎ ‎⑸他们正确连接电路，接通电源后，调节滑动变阻器，发现电流始终无示数。请设计一种方案，利用多用电表检查电路故障并写出判断依据。（只需写出简要步骤）‎ ‎_________________________________________________________________________‎ 本题简介：本题是07年广东高考试题，占12分。‎ 解析：⑴应用多用电表测量电阻时，选择合适的量程后，调整欧姆零点，并且每换一次量程后，都必须重新调整黑表笔短接，调整调零旋钮调零 ‎⑵一般情况下，被测量金属丝电阻比较小，与电流表的内阻相差不大，而又远小于电压表的内阻，所以应该选择电流表的内接法；又为了保护电路，划线变阻器应该采用分压电路。‎ ‎⑶千分尺只能测量几厘米的长度，测量精度为‎0.01mm。其读数方法是：固定刻度数（‎0.5mm的整数倍）+可动刻度上与准线对齐的刻度数×精确度+估读数（千分之毫米位）。据此可得此表读数为0+26.0×0.01＝‎‎0.260mm ‎⑷万用表的读数为4.0Ω，又由欧姆定律R＝ρ及s=πD2/4可以得到L＝‎12m或‎13m ‎⑸根据电路故障检查的方法，此项有多种方法，答案见后。‎ 友情提醒：基本仪器的原理、使用方法、注意事项和读数是实验考核的基础内容。长度和电路量的测量及相关仪器的使用是出题最频繁的知识点。‎ 五、能力突破 图11-7的示数x2=___________mm。如果实验中所用的双缝间的距离d=‎0.20mm，双缝到屏的距离L=‎60cm，则计算波长的表达式λ=______________（用已知量和直接测量量的符号表示）。根据以上数据，可得实验中测出的光的波长λ=__________m。‎ 解析：（1）测量头的读数方法与游标卡尺的读数方法相同。将主尺上的读数加上游标尺上的读数：对准第1条时读数为0+3×0.05=‎0.15mm，对准第6条时读数为8+19×0.05=‎8.95mm。相邻两条纹间的距离，式中的L为双缝与屏的距离。所以计算波长λ的公式是。代入数值解得m。‎ ‎（2）双缝干涉实验中，若在两个缝前分别放上红、绿色滤光片，红、绿光的频率不同，不是相干光，则屏上没有干涉条纹，只有亮光，C正确．‎ 答案：（1）0.15；8.95；；m（2）C 反思：该题为设计型实验，由于题中给出了实验装置、器材和实验情景，因此对实验原理已有了很多提示。回顾力学分组实验和相关规律，对比有没有相关的可以迁移的原理。要用物理原理分析题给的实验情景。解决设计实验问题，关键是在明确实验目的前题下，弄清该实验设计实验原理，然后再根据所给的实验性仪器，找出实验方案，确定实验步骤，最后结合相关实验选择处理数据方法。‎ 六、规律整合：‎ ‎６．练习使用多用电表测电阻：先机械调零，再欧姆调零，并每换一次档位，都要进行一次欧姆调零，所选取的档位应满足使指针在中值刻度附近，读出的数据应乘以倍率．测量时双手切勿同时接触被测电阻．‎ ‎７．“半偏法”测量电流表的电路采用的是电阻箱与电流表并联形式，测量的结果是测量值小于真实值；“半偏法”测量电压表的内电阻的的电路采用的是电阻箱与电压表串联形式，测量的结果是测量值大于真实值．‎ ‎８．伏安法测电阻：两种电路的选择：RV≫Rx，电流表外接，电压表有分流作用，是真实值略大于测量值；Rx≫RA，电流表内接，电流表有分压作用，则测量值略大于真实值。‎ ‎9．测定金属丝的电阻率：所用的原理是电阻定律和部分电路欧姆定律，测量时通过电流不宜大，电流表外接，当金属丝的电阻较小时，滑线变阻器采用限流电路，当金属丝的电阻较大时，滑线变阻器采用分压电路。‎ ‎10.设计性实验规律整合 ‎⑴明确目的，广泛联系 ‎ 【2020高考预测】‎ ‎1.（8分）现给出两个阻值不同的电阻R1和R2，用多用电表按正确的操作程序分别测出它们的阻值，测量R1时选用“×100”欧姆挡，其阻值如下图中指针①所示，R1= Ω；测量R2时选用“×10”欧姆挡，其阻值如下图中指针②所示，R2= Ω。将某一小量程的电流表改装成大量程的电流表，其中改装后量程较大的是电流表与 （填“R1”或“R2”） 联（填“串”或“并”）的。‎ ‎2．（10分）如下图甲为多用电表的示意图，现用它测量一个阻值约为20Ω的电阻，测量步骤如下：‎ ‎（1）调节 ，使电表指针停在指针对准 的“0”刻线（填“电阻”或“电流”）。‎ ‎（2）将选择开关旋转到“Ω”档的 位置。（填“×1”、“×10”、“×100”或“×1k”）‎ ‎（3）将红、黑表笔分别插入“+”、“－”插孔，并将两表笔短接，调节 ，使电表指针对准 的“0”刻线（填“电阻”或“电流”）。‎ ‎（4）将红、黑表笔分别与待测电阻两端相接触，若电表读数如下图乙所示，该电阻的阻值为 Ω。‎ ‎（5）测量完毕，将选择开关旋转到“OFF”位置。‎ ‎（1）电路中连入的R0阻值至少应为 Ω。‎ ‎（2）‎ 设计中需要将电流表上的电流数值改为拉力的数值，那么在原电流表的40mA处应改为 N。分析可知，拉力计的刻度是否均匀 。（填写“均匀”或“不均匀”）‎ ‎（3）为了使拉力计的量程增大应采用的措施是（只填写一条） 。‎ ‎4．（6分）某待测电阻Rx（阻值约20Ω）。现在要较准确地测量其阻值，且测量时要求两电表的读数均大于其量程的1/3，实验室还有如下器材：‎ A．电流表A1（量程150mA，内阻r1约为10Ω）‎ B．电流表A2（量程20mA，内阻r2=30Ω）‎ C．定值电阻R0（100Ω）‎ D．滑动变阻器R（0~10Ω）‎ E．直流电源E（电动势约4V，内阻较小）‎ F．开关S与导线若干 ‎①闭合电键S2，断开电键S1、S3，记下此时电压表V2的读数 ‎②闭合S3，断开S1，S2，调节电阻箱R，当电压表V2的读数与①步骤的读数相同时，读出电阻箱的阻值为R0‎ ‎③闭合S1、S2，断开S3，记下V1的示数U1‎ ‎④再断开S1，记下V1和V2的示数U1′和U2′‎ 请利用以上的测量数据写出该电源的电动势和内阻的测量值表达式E= ，r= 。‎ ‎ ‎ ‎（1）不计电流表内阻的影响，用I1、I2和R0表示Rx的公式为Rx= 。‎ ‎（2）考虑电流表内阻的影响，用I1、I2、R0、的内阻r1、的内阻r2表示Rx的公式为Rx= 。‎ ‎（2）下面是主要的实验操作步骤，将所缺的内容填写在横线上：‎ 第一步：断开S，按电路原理图连接器材，将两个滑动变阻器 R1、R2的触头分别置于合理的位置；‎ 第二步：闭合S，分别调节R1和R2至适当位置， 。‎ ‎（3）用已知量和测得量的符号表示微安表的内阻Rg= 。‎ ‎8．（8分）某同学设计如下图所示电路用来测量电源的电动势和内阻，其中电流表内阻为RA。‎ ‎（1）为保证实验安全、准确、操作方便，应选用的器材除小灯泡、电源、电流表、开关、导线外，还需要 （均用器材对应的字母填写）‎ ‎（2）根据你设计的实验电路，完成上面实物图的连线。‎ ‎（3）根据你的设计，若从仪表盘上读到的数据分别为U、IG，则小灯泡在该条件下的功率表达式为 （均用字母表示）。表达式中除U、IG外，其他符号的意义为 。‎ ‎11．（10分）用下列器材组装成一个电路，既能测量出电池组的电动势E和内阻r，又能同时描绘小灯泡的伏安特性曲线。‎ A．电压表V1（量程6V、内阻很大）‎ B．电压表V2（量程3V、内阻很大）‎ C．电流表A（量程3A、内阻很小）‎ D．滑动变阻器R（最大阻值10Ω、额定电流4A）‎ E．小灯泡（2A、5W）‎ F．电池组（电动势E、内阻r）‎ G．开关一只，导线若干 ‎（1）实验中用螺旋测微器测得金属丝的直径如上图所示，其示数为d＝ mm。‎ ‎（2）根据所给实验器材，电流表选用 ，电压表选用 （填写实验器材前面的字母）。‎ ‎（3）根据所给实物图，在右侧方框中作出实验原理图。‎ ‎ ‎ ‎（4）若测得的金属丝直径用d表示，电流表G的读数用I表示，电压表V的读数用U表示，则由已知量和测得量的符号表示金属丝的长度L＝ 。‎ 答案与解析：‎ ‎4．‎ ‎【答案】（1）如右图所示（4分）（2）（2分）‎ ‎【解析】从题给出的器材中知，这里对电阻Rx的测量可用伏安法来设计电路。由于题给出的器材中没有电压表，而电流表A2的内阻r2已知，因此电压表可由电流表A2和固定电阻R0‎ ‎（100Ω）串联。通过计算我们不难发现，这种设计完全符合题中的测量要求。考虑到题给出的其它器材规格与要求，控制电路宜采用分压式控制电路。完整的实验电路设计成如右图所示。进行实验时在某次合适的测量中，记下A1表与A2表的示数分别为I1 与I2，则有（I1-I2）Rx=I2（r2+R0），故。‎ ‎5．【答案】（1）如右图所示（4分）（2）（2分）；（2分）‎ ‎【解析】（1）略（2）设电源的电动势为E、内阻为r，电压表V2的电阻为R。由步骤①②可知，电压表V1的电阻为R0。由步骤③可知电压表V1和电源构成闭合电路，则。由步骤④可知，电压表V1、电压表V2和电源构成闭合电路，则，，联立解得；。‎ ‎8．【答案】（每空2分）（1）最大值 （2）2 （3） ‎ ‎【解析】（1）为保护电流表，将电阻箱的电阻调到最大值；（2）实验时，若电阻箱的阻值太大，电流很小，实验误差大，所以比较合理的是方案2；（3）由闭合电路的欧姆定律有：，整理得，所以，，解得，。‎ ‎【解析】（1）由于要测量小灯泡在不同电压下的电功率，需要测量小灯泡的电压和电流，但电流表量程太小，需要并联电阻箱改装，故选A、C。电压要从0开始变化，滑动变阻器采用分压接法，选用阻值较小的，故选D。（2）控制电路采用滑动变阻器分压接法，测量电路由于小灯泡电阻较小，改装后的电流表采用外接法。实物电路图如上图所示。（3）电压表和小灯泡并联，故通过小灯泡的电流为，故小灯泡的功率为。‎ ‎11．【答案】（每空2分）（1）如右图所示；（2）4.5 1.0 （3）0 56%‎