2016届《创新设计》高考物理(浙江专用)大一轮复习精讲课件解题能力讲座3破解高考实验题的方法技巧

物理解题能力讲座(三)——破解高考实验题的方法技巧近几年高考出现的实验试题，虽然形式多样，但考查特点主要有两个，一是重基础，考查基本仪器的使用和读数；二是重能力，考查重点是实验原理、实验方法、实验仪器选择、电路连接、实验操作(理论)及数据处理、实验拓展等。在高考实验中取得高分的策略是：掌握三种方法技巧，做好两类题型。方法技巧技巧一正确使用、准确读数实验仪器读数的基本原则：仪器最小刻度是“1”的，一般要求读到最小刻度后再往下估读一位(估读的这位是不可靠数字)；仪器最小刻度是“2”和“5”的，一般只要求读到最小刻度所在的这一位，不再往下估读。游标卡尺、秒表、电阻箱因为本身构造情况不需要估读。【典例1】某同学要测量一个由均匀新材料制成的圆柱体的电阻率ρ。步骤如下：(1)游标卡尺测量其长度如图1甲所示，可知其长度为________mm；图1(2)选用多用电表的电阻“×1”挡，按正确的操作步骤测此圆柱体的电阻，表盘的示数如图2所示，则该电阻的阻值约为________Ω；图2(3)为更精确地测量其电阻，可供选择的器材如下：电流表A1(量程300mA，内阻约为2Ω)；电流表A2(量程150mA，内阻约为10Ω)；电压表V1(量程1V，内阻r＝1000Ω)；电压表V2(量程15V，内阻约为3000Ω)；定值电阻R0＝1000Ω；滑动变阻器R1(最大阻值为5Ω)；滑动变阻器R2(最大阻值为1000Ω)；电源E(电动势约为4V，内阻r约为1Ω)；开关，导线若干。为了使测量尽量准确，测量时电表读数不得小于其量程的，电压表应选____，电流表应选____，滑动变阻器应选____。(均填器材代号)根据你选择的器材，请在线框内画出实验电路图。解析(1)游标卡尺读数为50mm＋3×0.05mm＝50.15mm。(2)多用电表的读数为22Ω。(3)由于电源电压为4V，显然电压表选V2时不满足读数不得小于其量程的13的要求，因此只能选V1，而V1读数又太小，而题目中给了一个定值电阻，将定值电阻与电压表串联，改装成一个新电压表，量程为2V，基本满足要求，这样由于电阻值约22Ω，因此回路电流最大约100mA左右，因此电流表选A2，为了测量精确，滑动变阻器采分压式接法，为了便于调节，滑动变阻器选用R1，电路图电流表采用外接法，实验电路图如图。答案(1)50.15(2)22(3)V1A2R1实验电路图见解析【即学即练】1．图3、4为常用的电压表和电流表的刻度盘，在图3中，若选用的量程为0～15V，则表的示数为________，若选用的量程为0～3V，则表的示数为________。在图4中，若选用的量程为0～0.6A，则表的示数为________，若选用的量程为0～3A，则表的示数为________。图3图4解析在图3中，若选用的量程为0～15V，则最小分度为0.5V，读数时应估读到最小分度的1/5，所以读数为10.8V。若选用的量程为0～3V，则最小分度为0.1V，读数时应估读到最小分度的1/10，所以读数为2.16V。在图4中，若选用的量程为0～0.6A，则最小分度为0.02A，读数时应估读到最小分度的1/2，所以读数为0.16A。若选用的量程为0～3A，则最小分度为0.1A，读数时应估读到最小分度的1/10，所以读数为0.80A。答案10.8V2.16V0.16A0.80A技巧二连图清晰、作图规范实物图连接一定要清晰，不能交叉相连。描点作图连线时要让各点均匀分布在直线的两侧(图线为直线)，个别明显偏离较远的点可以不予考虑。【典例2】某同学为了测量某电池的电动势E和内阻r，设计了如图5甲所示的电路，已知定值电阻R0＝20Ω，电压表V2的内阻很大，可视为理想电压表。(1)根据图甲所示电路，请在乙图中用笔画线代替导线，完成实物电路的连接。图5(2)实验中，该同学移动滑动变阻器滑片，读出电压表V1和V2的示数U1、U2数据如表格中所示。请根据表格中的数据在下面的虚线框内画出U2－U1的关系图线。(3)由图象可得该电池的电动势E＝____V，内阻r＝____Ω。次数123456U1/V1.02.03.04.04.55.0U2/V16.515.215.012.011.110.3解析(1)如图甲所示。(2)如图乙所示。(3)由闭合电路欧姆定律可得E＝U2＋U1R0r，解得U2＝E－U1R0r，所以当U1＝0时，U2＝E，即图象与纵轴的截距为电池的电动势，E＝18.0V(17.9～18.1V均对)；因直线斜率的绝对值k＝18－105.2＝rR0，解得r＝30.8Ω(29.8～31.8Ω均对)。答案(1)如图甲所示(2)如图乙所示(3)18.0(17.9～18.1均对)30.8(29.8～31.8均对)【即学即练】2．如图6甲所示，是某同学设计的一个测电源电动势和内阻的原理图，待测电源电动势E、内阻r，电压表V的量程为3V，内阻非常大(可视为理想电压表)，电阻箱R，一段电阻未知的电阻丝R0，单刀单掷开关K1，单刀双掷开关K2，实验步骤如下：(1)调节电阻箱的阻值为20Ω，K2接到a，闭合K1，记下电压表的读数为2.00V，断开K1。(2)保持电阻箱的阻值不变，K2切换到b，闭合K1，记下图乙所示的电压表的读数为________V，断开K1。由此可以算出电阻丝的电阻R0为________Ω。(3)将K2再切换到a，闭合K1，多次调节电阻箱，读出多组电阻箱的示数和对应的电压表的示数，断开K1。由测得的数据，绘出如图丙所示的1U－1R图象。根据图象可以求得电源电动势E＝________V，电源内阻r＝________Ω。(结果保留两位有效数字)(4)根据原理图连接实物图丁。图6解析(1)K2接a，闭合K1此时电路中的电流I＝U1R＝2.0020A＝0.10A。(2)K2接b，闭合K1，电压表读数为2.40V，电路中的电流I＝0.10A,由I＝U2R＋R0得0.10＝2.4020＋R0，解得R0＝4.00Ω。(3)由闭合电路欧姆定律得：E＝U＋I(R0＋r)＝U＋ER＋R0＋r(R0＋r)整理得1U＝1E＋R0＋rE·1R。结合图丙得E＝2.5V，r＝0.69Ω。(4)实物连线图见答案。答案②2.404.00③2.50.69④如图所示技巧三理解原理、灵活迁移此类实验要求考生能将教材中分组实验和演示实验的实验原理、实验方法迁移到新的背景中，深刻理解物理概念和规律，并能灵活运用。如力学中与纸带相关的实验、电学设计实验，都可考查学生运用已学过的实验方法、原理处理新情境实验问题的能力。【典例3】为测定木块与桌面之间的动摩擦因数，小亮设计了如图7甲所示的装置进行实验，实验中，当木块A位于水平桌面上的O点时，重物B刚好接触地面，将A拉到P点，待B稳定后静止释放，A最终滑到Q点，分别测量OP、OQ的长度为h和s，重复上述实验，分别记录几组实验数据，根据实验数据作出s－h关系图象如图乙所示。图7(1)实验测得A、B的质量分别为m＝0.4kg、M＝0.5kg，根据s－h图象可计算出A木块与桌面间的动摩擦因数μ＝________(结果保留一位有效数字)。(2)实验中，滑轮轴的摩擦会导致μ的测量结果________(填“偏大”、“偏小”、“不变”)。解析(1)在B下落至落地时，据动能定理有Mgh－μmgh＝12(M＋m)v2，在B落地后，A运动到Q，根据动能定理有：－μmgs＝0－12mv2，解得：s＝M－μmμM＋mh。将M＝0.5kg，m＝0.4kg代入得s＝5－4μ9μh。从s－h图象得斜率k＝0.9，即5－4μ9μ＝0.9，代入上式得μ＝0.4。(2)滑轮轴的摩擦会导致s偏小，从而μ偏大。答案(1)0.4(2)偏大【即学即练】3．(2014·山东滨州一模)某同学用如图8甲所示的电路测量欧姆表的内阻和电源电动势(把欧姆表看成一个电源，且已选定倍率并进行了欧姆调零)。实验器材的规格如下：电流表A1(量程200μA，内阻R1＝300Ω)电流表A2(量程30mA，内阻R2＝5Ω)定值电阻R0＝9700Ω滑动变阻器R(阻值范围0～50Ω)图8(1)闭合开关S，移动滑动变阻器的滑动触头至某一位置，读出电流表A1和A2的示数分别为I1和I2。多次改变滑动触头的位置，得到的数据见下表。依据表中数据，作出I1－I2图线如图乙所示；据图可得，欧姆表内电源的电动势为E＝________V，欧姆表内阻为r＝________Ω。(结果保留3位有效数字)I1(μA)120125130135140145I2(mA)20.016.713.210.06.73.3(2)若某次电流表A1的示数是114μA，则此时欧姆表示数为________Ω。(结果保留3位有效数字)解析(1)根据闭合电路欧姆定律得E＝I1(R0＋R1)＋(I1＋I2)r，整理得I1＝－rr＋R0＋R1I2＋Er＋R0＋R1，联系图象得ER0＋r＋R1＝150×10－6，斜率大小k＝150－120×10－620×10－3＝1.5×10－3，有rr＋R0＋R1＝1.5×10－3，解得E＝1.50V，r＝15.0Ω。(2)欧姆表测的是外电路的电阻，当电流表A1的示数是114μA时，滑动变阻器接入电路部分和电流表A2的总电阻R＝114×10－6×9700＋30024×10－3Ω＝47.5Ω。所以外电路的总电阻R外＝10000×47.510000＋47.5Ω≈47.5Ω。答案(1)1.50(1.48～1.51)15.0(14.0～16.0)(2)47.5(47.0～48.0)两类题型题型一常规实验型常规实验是指课本上的实验，主要有研究匀变速直线运动、验证力的平行四边形定则、探究弹力和弹簧伸长的关系、验证牛顿运动定律、探究动能定理、验证机械能守恒定律等动力学实验以及测定金属的电阻率、描绘小电珠的伏安特性曲线、测定电源的电动势和内阻等电学实验。实验原理的理解、实验数据的处理、实验误差的分析是考查的重点与热点。【典例4】(1)利用力传感器研究“加速度与合外力的关系”的实验装置如图9甲。甲图9①下列关于该实验的说法，错误的是________。(填选项前的字母)A．做实验之前必须平衡摩擦力B．小车的质量必须比所挂钩码的质量大得多C．应调节定滑轮的高度使细线与木板平行D．实验开始的时候，小车最好距离打点计时器远一点②从实验中挑选一条点迹清晰的纸带，每5个点取一个计数点，用刻度尺测量计数点间的距离如图乙所示，已知打点计时器所用电源的频率为50Hz。从图中所给的刻度尺上读出A、B两点间的距离x1＝________cm；该小车的加速度a＝________m/s2(计算结果保留两位有效数字)，实验中纸带的____(填“左”或“右”)端与小车相连接。(2)将“小电珠L、滑动变阻器、多用电表、电流表、直流稳压电源、开关和导线若干”连成如图10甲所示的电路，进行“描绘小电珠的伏安特性曲线”的实验。①闭合开关前，应将滑动变阻器的滑片P置于____(填“左”或“右”)端。②用多用电表电压挡测量L电压时，红表笔应接图甲中的____(填“a”或“b”)点。③正确连线后，闭合开关，发现不论怎么调节滑动变阻器的滑片，多用电表指针均不偏转。将两表笔改接到图甲电路的a、c两点，电表指针仍不偏转，改接a、d两点时，电表指针偏转如图乙所示，其示数为________V；可判定故障为d、c间电路________(填“断路”或“短路”)。图10④甲、乙两位同学用完多用电表后，分别把选择开关放在图11所示位置。则________的习惯好。图11解析(1)①要使力传感器测量的力等于小车受到的合力，一是必须平衡摩擦力，二是使细线与木板保持平行，但没有必要使小车的质量远大于所挂钩码的质量，A、C正确，B错误；为使测量的数据多一些，实验开始的时候，小车最好距离打点计时器近一点，D错误。②A、B两点间的距离为0.70cm，由Δx＝aT2得a＝0.20m/s2；小车做加速运动，相同的时间运动的位移逐渐增大，因此左端与小车相连。(2)①开始时，要使小灯泡两端的电压为零，滑片P应置于最左端。②多用电表的红表笔对应电压