【物理】2019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） 13页

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12 V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50 V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‎0.5 mm，可动刻度读数为0.01×‎11.7 mm＝‎0.117 mm，所以最终读数为‎0.617 mm＝0.061 ‎7 cm.游标卡尺的固定刻度读数为‎100 mm，游标尺读数为0.1×‎4 mm＝‎0.4 mm，所以最终读数为‎100 mm＋‎0.4 mm＝‎100.4 mm＝‎10.04 cm.‎ ‎(2)①多用电表直流50 V挡，每一小格是1 V，要估读到0.1 V，读数是11.5 V，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‎29 mm＋‎0.1 mm×8＝‎29.8 mm；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)＋‎0.01 mm×对齐刻度(一定要估读)]，可知螺旋测微器的读数为‎0.5 mm＋‎0.01 mm×38.0＝‎0.880 mm.‎ ‎(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30×100 Ω＝3 000 Ω.‎ ‎【答案】　(1)29.8　0.880　(2)－　×100　重新进行欧姆调零　3 000‎ 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aF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aF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：‎ 图7‎ 电流表A1(量程0～30 mA)；‎ 电流表A2(量程0～100 mA)；‎ 电压表V(量程0～6 V)；‎ 滑动变阻器R1(阻值0～5 Ω)；‎ 滑动变阻器R2(阻值0～300 Ω)；‎ 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＝≈‎0.06 A＝60 mA(取Rx＋r≈100 Ω)，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3 V，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＝30 Ω、量程为1 mA的电流表G，阻值为2 970 Ω的定值电阻R0，阻值为2.00 Ω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3 V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3 V＝1×10－‎3A×(30 Ω＋R′)，解得R′＝2 970 Ω.因此用R0与电流表串联可以改装成量程为3 V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50 Hz，g取‎10 m/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＝0.1 s，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＝‎0.64 m/s2‎ 即水平面上的木块以‎0.64 m/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＝‎0.72 m/s vB＝ m/s＝‎0.97 m/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＝‎0.40 mm，该同学保持磁感应强度B＝0.10 T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/(×10－‎3 A)‎ ‎3.0‎ ‎6.0‎ ‎9.0‎ ‎12.0‎ ‎15.0‎ ‎18.0‎ UH/(×10－3 V)‎ ‎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________×10－3 V·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＝1.5×10－3 V·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)