（新课标）2020版高考物理大二轮复习 优化6 实验题答题策略课件

思想策略优化第二部分优化6实验题答题策略考查基本仪器的使用方法和不同实验中对仪器的选择，考查基本实验原理在新的环境下的变通运用，考查利用基本操作来完成新的实验任务，近几年高考不仅考查课本的分组实验，还考查演示实验，而且出现了迁移类实验、应用型实验、设计型实验及探究型实验，有填空作图型实验题、常规实验题、设计型实验题等．1．要明确考查知识范围现在的物理实验题涉及力学、电(场、路)磁(场、感)学等知识．尽管题目千变万化，但通过仔细审题，一定能直接地判断出命题人想要考查的知识点和意图．2．要看清实验题图实验题一般配有相应的示意图、实物图，实质是告知实验仪器(或部分)及其组装情况，让考生琢磨考查意图．只有看清了实验仪器，才使你有身临其境的感觉．认识这些器材在实验中所起的作用，便能初步勾画实验过程．3．要捕捉并提取信息试题总是提供诸多信息从而再现实验情景，因此，正确解答时必须捕捉并提取有价值的信息，使问题迎刃而解．一般需要关注如下信息：(1)新的概念、规律、公式．一些新颖的非学生实验题、陌生的新知识(概念公式)应用题、新规律验证题，都为我们提供信息．在阅读理解的基础上提取有用信息为解题服务．(2)新的表格数据．通过解读表格，了解实验测量的物理量，根据表格中的数据，判断相关物理量之间的关系．如正比例关系，反比例关系，平方还是开方关系，或者是倒数关系．根据数据描点作图、直观实验反映的某种规律．(3)新的物理图像．实验题本身提供物理图像，但这些图像平时没有接触过，关键要明确图像的物理意义，帮助正确分析实验问题．题型1探究型实验探究型实验题通常可分为两类：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．【典例1】(2019·四川广元三模)用如图甲所示装置来探究功和动能变化的关系．木板上固定两个完全相同的遮光条A、B，用不可伸长的细线将木板通过两个滑轮与弹簧测力计C相连，木板放在安装有定滑轮和光电门的轨道D上，轨道放在水平桌面上，P为小桶(内有沙子)，滑轮质量、摩擦不计，重力加速度为g.(1)实验中轨道应倾斜一定角度，这样做的目的是________．A．使木板释放后，木板能匀加速下滑B．增大木板下滑的加速度C．使得细线拉力做的功等于合力对木板做的功D．使得木板在未施加拉力时能匀速下滑(2)用游标卡尺测量遮光条的宽度，示数如图乙所示，则遮光条的宽度d＝________cm.CD0.170(3)实验主要步骤如下：①测量木板、遮光条的总质量M，两遮光条间的距离L，按甲图正确连接器材．②将木板左端与轨道左端对齐，静止释放木板，木板在细线拉动下运动，记录弹簧测力计示数F及遮光条B、A先后经过光电门的时间t1、t2，则遮光条B、A通过光电门的过程中木板动能的变化量ΔEk＝____________；合外力对木板做的功W＝________.(用字母M、t1、t2、d、L、F表示)③在小桶中增加沙子，重复②的操作．④比较W、ΔEk的大小，得出实验结论．Md221t22－1t21FL(4)若在本实验中轨道水平放置，其他条件和实验步骤不变，假设木板与轨道之间的动摩擦因数为μ，测得多组F、t1、t2的数据，并得到F与1t22－1t21的关系图像如图丙所示，已知图像在纵轴上的截距为b，直线的斜率为k，则μ＝________(用字母b、d、L、k、g表示)．bd22kgL[解析](1)轨道略微倾斜的目的是平衡摩擦力，这样在未施加拉力时木板就能做匀速直线运动，木板连上细线后，细线的拉力等于木板受到的合力，细线的拉力对木板做的功等于合力对木板做的功，故C、D项正确．(2)游标卡尺主尺的读数为1mm，游标尺上的第14个刻度与主尺上的刻度对齐，所以游标尺的读数为0.05×14mm＝0.70mm，总读数为1mm＋0.70mm＝1.70mm＝0.170cm.(3)遮光条B通过光电门时的速度vB＝dt1，遮光条A通过光电门时的速度vA＝dt2，则ΔEk＝12Mv2A－12Mv2B＝Md221t22－1t21.光滑的滑轮两端的细线拉力处处相等，弹簧测力计的示数F是细线的拉力大小，也是木板所受的合外力大小，故W＝FL.(4)当轨道水平放置时，对木板，由动能定理得(F－μMg)L＝Md221t22－1t21，解得F＝Md22L1t22－1t21＋μMg，结合F与1t22－1t21的关系图像可知斜率k＝Md22L，纵截距b＝μMg，联立解得μ＝bd22kgL.题型2验证型实验验证型实验有验证力的平行四边形定则、验证牛顿第二定律、验证机械能守恒定律，对于该实验题型，要有严谨的科学态度，不要认为验证规律的实验一定成立，可以投机取巧，编造数据，比如计算了等式的左边，认为右边一定相等，造成不必要的丢分，另外还要注意有效数字必须符合题目要求．【典例2】(2019·湖北八校联考)小明同学利用如图所示的装置来验证机械能守恒定律．A为装有挡光片的钩码，总质量为M，挡光片的宽度为b，轻绳一端与A相连，另一端跨过光滑轻质定滑轮与质量为m(mM)的重物B相连．他的做法是：先用力拉住B，保持A、B静止，测出A的挡光片上端到光电门的距离h(h≫b)；然后由静止释放B，A下落过程中经过光电门，光电门可测出挡光片的挡光时间t，算出挡光片经过光电门的平均速度，将其视为A下落h时的速度，重力加速度为g.(1)在A从静止开始下落h的过程中，验证以A、B所组成的系统机械能守恒的表达式为________________________(用题目所给物理量的符号表示)；(2)由于光电门所测的平均速度与物体A下落h时的瞬时速度间存在一个差值Δv，因而系统减少的重力势能________系统增加的动能(选填“大于”或“小于”)；(3)为减小上述Δv对实验结果的影响，小明同学想到了以下一些做法，其中可行的是________．(M－m)gh＝12(M＋m)bt2大于DA．保持A下落的初始位置不变，测出多组时间t，算出多个平均速度然后取平均值B．减小挡光片上端到光电门的距离hC．增大挡光片的挡光宽度bD．适当减小挡光片的挡光宽度b(4)若采用本装置测量当地的重力加速度g，则测量值________真实值(选填“大于”“等于”或“小于”)．小于[解析](1)系统减少的重力势能为ΔEp＝(M－m)gh，通过光电门的速度为v＝bt，所以系统增加的动能为ΔEk＝12(M＋m)bt2，验证以A、B所组成的系统机械能守恒的表达式为(M－m)gh＝12(M＋m)bt2.(2)由于光电门所测的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，其与物体A下落h时的瞬时速度(中间位移速度)间少了一个差值，即测量速度小于真实速度，故系统减少的重力势能大于系统增加的动能．(3)平均速度要尽可能接近瞬时速度，只有让挡光片经过光电门的时间尽可能小，只有D选项中的做法能达到这一目的，B、C选项中的做法只会让挡光片经过光电门的时间变长，增加误差，而A选项中的做法对挡光片经过光电门的时间无影响，故对减小上述Δv无作用．(4)由机械能守恒表达式(M－m)gh＝12(M＋m)bt2可推出，重力加速度g的测量值为g＝M＋mb22M－mht2，因测量速度小于真实速度，所以重力加速度g的测量值小于真实值．题型3设计型实验解决设计型实验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，它决定应当测量哪些物理量、如何安排实验步骤、如何处理数据等．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境．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．因此，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．【典例3】(2019·广东高三调研)某电池的电动势约为3V，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＝30Ω、量程为1mA的电流表G，阻值为2970Ω的定值电阻R0，阻值为2.00Ω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．[答案](1)如图所示(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像来处理实验数据，图像的纵坐标表示电流表的示数I，横坐标表示的物理量是________．(3)若作出的图像在纵轴上的截距为I0，图像斜率的绝对值为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)IRI0(Rg＋R0)k－R1[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3V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3V＝1×10－3A×(30Ω＋R′)，解得R′＝2970Ω.因此用R0与电流表串联可以改装成量程为3V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．电路图如答案图．(2)由闭合电路欧姆定律得E＝I(Rg＋R0)＋IRg＋R0R(R1＋r)，得I＝ERg＋R0－(R1＋r)IR，因此横坐标表示的物理量应是IR.(3)由题意得I0＝ERg＋R0，R1＋r＝k，解得E＝I0(Rg＋R0)，r＝k－R1.题型4创新型实验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、原理等来命题的，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】电流天平可以用来测量匀强磁场的磁感应强度的大小．测量前天平已调至平衡，测量时，在左边托盘中放入质量为m的砝码，右边托盘中不放砝码，一个质量为m0、匝数为n、下边长为l的矩形线圈挂在右边托盘的底部，此矩形线圈的下部分放在待测磁场中．如图甲所示，线圈的两头连接在如图乙所示的电路中，不计连接导线对线圈的作用力，电源电动势为E、内阻为r.开关S闭合后，调节可变电阻R的阻值至R1时，天平正好平衡．此时电压表示数为U.已知m0m，取重力加速度为g，则(1)矩形线圈中电流的方向为________________．(2)矩形线圈的电阻为________________．(3)匀强磁场的磁感应强度的大小为__________________．(4)考虑到电压表内阻的影响，磁感应强度B的测量值偏________(填“大”或“小”)．逆时针方向UrE－U－R1m0－mgrnE－Ul小[解析](1)因m0m，故当天平正好平衡时，线圈受到的安培力竖直向上，根据左手定则可知，矩形线圈中电流的方向为逆时针方向．(2)根据闭合电路欧姆定律可知，回路中电流I＝E－Ur，设线圈电阻为R，则有R1＋R＝UI，解得R＝UE－Ur－R1.(3)设匀强磁场的磁感应强度大小为B，线框受力平衡，则有mg＝m0g－nBIl，I＝E－Ur，解得B＝m0－mgrnE－Ul.(4)回路中电流I＝E－Ur是干路电流，由于电压表的分流作用，使得代入计算的电流与线圈中实际通过的电流相比偏大，因此磁感应强度B的测量值偏小．