(通用版)高考物理二轮复习纠错笔记专题14《实验与探究》（2份打包，解析版+原卷版）

一、实验原理的理解

对于不同类型的实验的原理，选用的设计方法不同，常见实验原理的设计方法有6种：

方法1：等效替代法

若某物理量不易测量，可用较易测量的量替代，从而简化实验，如用位移代替时间等。

方法2：控制变量法

为了研究某一物理量或现象变化的原因和规律，设法把其中的一个或几个因素控制起来，使之保持不变，然后来比较、研究其他两个变量之间的关系，如控制质量不变，研究加速度与力的关系等。[来源:学+科+网]

方法3：理想化方法

在研究物理量间的关系或规律时，可忽略某些次要因素，使研究的规律更显现，如用伏安法测电阻时，选择合适的内、外接法，就可以忽略电表的非理想性等。

方法4：留迹法

利用某些特殊手段，把一些瞬间即逝的现象（位置、轨迹、图象等）记录下来，以便于此后对其进行仔细研究的一种方法。

方法5：模拟法

当实验情境不易或根本无法创设时，可以用物理模型或数学模型等等效的情境代替。

方法6：放大法

微小量不易测量，勉强测量误差也较大，可采用各种方法加以放大，如卡文迪许扭秤测定引力常量等。

二、基本仪器的读数和实验电路的设计

完成同一个实验有不同的实验方案，不同的实验方案引起的误差不一样，设计实验方案时需要遵循的四大原则如下：

原则1：科学性

设计的方案有科学的依据，符合物理学的基本原则。

原则2：可行性

按设计的方案实施时，应安全可靠，不会对人体、器材造成危害，所需装备和器材要易于置备，且成功率高。

原则3：精确性

在选择方案时，应对各种可能的方案进行初步的误差分析，尽可能选用精确度高的方案。

原则4：简便、直观性

设计方案应便于实验操作、读数，便于进行数据处理，便于实验者直观、明显地观察。

三、合理地选择和使用仪器

在电学实验中选择实验仪器是个难点，对电表可根据不使受损和尽量减小误差的原则来选择。首先保证流过电流表的电流和加载电压表上的电压均不超过其使用量程。然后使指针有较大偏转（一般取满偏的1/3以上），以减小测量误差。一般方法是由电源电动势确定电压表，再由电路的最大电流确定电流表。

四、掌握典型的处理数据的方法

实验数据的处理是物理实验的重要一环，常见的数据处理方法如下：

方法1：直接比较法

有些实验，只需定性地确定物理量间的关系，或将实验结果与标准值相比较，就可得出实验结论，可应用直接比较法来进行数据处理。

方法2：平均值法

通常在同样的测量条件下，对于某一无量进行多次测量的记过不会完全一样，用多次测量的算术平均值作为测量结果，与真实值最接近。

方法3：列表法

实验中将实验数据列成表格，可以简明地表示出有关物理量之间的关系，便于检查测量结果和运算是否合理，有助于分析和发现问题。列表法常与图象法一起应用，且列表法常常是图象法的基础。

方法4：图象法

选取适当的自变量，通过作图可以找到或反映物理量之间的变化关系，并便于找出其中的规律，确定对应量的函数关系。

方法5：公式法

将实验测得的数据带入物理公式，经运算得到所求物理量的数值的方法。还有逐差法处理数据，为了减小偶然误差，可能还需要多次带入公式，求出待测物理量的多个实验值，然后用多个实验值求待测物理量的平均值。

方法6：计算机辅助处理数据法

利用计算机记录数据、处理数据，利用计算机进行数据的图象处理。

五、正确连接实物图

根据电路图连接实物图的方法是先串后并，即先按电流流向将电源与其中一支路连成串联电路，然后将其他支路的元件并联在相应的两点间，电路连接时要注意以下几点：

注意1：

注意顺序，按照给定的电路图中期间的顺序连接实物图，在连接实物图的过程中各个器材的顺序不能颠倒。连线时通常采用先干路、后支路，先串联、后并联的策略。一般的顺序：电源正极→开关→用电器→电源负极。

注意2：

注意量程，电路中若有电表，那么必须注意电表的量程选择。如果电源是两节干电池，则电压表的量程应为3 V，再根据其他条件估算电路中的最大电流，确定电流表的量程。

注意3：

注意正负，由于电表有多个接线柱，且有正负接线柱之分，要在正确选择量程的基础上，看准是用正接线柱还是用负接线柱，保证电流从电流表和电压表的正接线柱流进，从负接线柱流出。

注意4：

一般要求导线不能交叉，注意合理安排导线的位置，力求画出简洁的实物图。

注意5：

注意开关，开关一般紧靠电源，必须能控制干路（支路开关除外）。

用如图甲所示的实验装置完成“探究动能定理”实验。请补充完整下列实验步骤的相关内容：

（1）用天平测量小车和遮光片的总质量M、砝码盘的质量；用游标卡尺测量遮光片的宽度d，游标卡尺的示数如图乙所示，其读数为____________cm；按图甲所示安装好实验装置，用米尺测量两光电门之间的距离s；

（2）在砝码盘中放入适量砝码；适当调节长木板的倾角，直到轻推小车，遮光片先后经过光电门A和光电门B的时间相等；

（3）取下细绳和砝码盘，记下___________（填写相应物理量及其符号）；

（4）让小车从靠近滑轮处由静止释放，用数字毫秒计分别测量出遮光片经过光电门A和光电门B所用的时间和；

（5）步骤（4）中，小车从光电门A下滑至光电门B过程合外力做的总功=_________，小车动能变化量=__________（用上述步骤中的物理量表示，重力加速度为g），比较和的值，找出两者的关系；

（6）重新挂上细线和砝码盘，改变砝码盘中砝码质量，重复（2）~（5）步骤。

（7）本实验中，以下操作或要求是为了减小实验误差的是________。

A．尽量减小两光电门间的距离s

B．调整滑轮，使细线与长木板平行

C．砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量

对本实验的原理、实验中各项操作的目的以及测量数据的作用不清楚，不能确定实验中那些方面会产生误差，导致了错误。

（1）游标卡尺的读数为。

（3）因为要计算重力势能变化量，故需要记录砝码盘中砝码的总质量m。[来源:学科网]

（5）合力做功的功等于重力势能变化量，故，因为光电门非常窄，所以通过其的平均速度可近似认为是瞬时速度，故，，所以动能变化量为。

（7）尽量增大两光电门间的距离s，距离大一些，误差小一些，故A错误；调整滑轮，使细线与长木板平行，否则撤去绳子后，合力不等于绳子拉力，故B正确；本实验没有用砝码盘和盘中砝码的重力代替绳子的拉力，不需要满足砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量，故C错误。

1．（2018·江苏省天一中学高考考前热身卷）（1）某同学想利用图甲所示装置，验证滑块与钩码组成的系统机械能守恒，该同学认为只要将摩擦力平衡掉就可以了。你认为该同学的想法____（填“正确”或“不正确”），理由是_______。

（2）另一同学用一倾斜的固定气垫导轨来验证机械能守恒定律。如图乙所示，质量为m1的滑块（带遮光条）放在A处，由跨过轻质定滑轮的细绳与质量为m2的钩码相连，导轨B处有一光电门，用L表示遮光条的宽度，x表示A、B两点间的距离，θ表示气垫导轨的倾角，g表示当地重力加速度。

①气泵正常工作后，将滑块由A点静止释放，运动至B，测出遮光条经过光电门的时间t，该过程滑块与钩码组成的系统重力势能的减小量表示为________，动能的增加量表示为________；若系统机械能守恒，则与x的关系式为=______（用题中已知量表示）. 

②实验时测得m1=475 g，m2=55 g，遮光条宽度L=4 mm，sin θ=0.1，改变光电门的位置，滑块每次均从A点释放，测量相应的x与t的值，以为纵轴，x为横轴，作出的图象如图丙所示，则根据图象可求得重力加速度g0为______m/s2（计算结果保留两位有效数字），若g0与当地重力加速度g近似相等，则可验证系统机械能守恒。

【答案】（1）不正确  有摩擦力做功，不满足机械能守恒的条件  （2）（m2–m1sin θ）gx  （m1+m2）    9.4

【解析】（1）机械能守恒的条件只有重力或弹力做功，平衡摩擦力时，是用重力的分力等于摩擦力，但此时系统受到摩擦力，故摩擦力对系统做功，机械能不守恒；故该同学的想法不正确；

（2）①滑块由A到B的过程中，系统重力势能的减小量为△Ep=m2gx–m1gxsinθ；

经过光电门时的速度为：；则动能的增加量为，或机械能守恒，则有：△Ep=△Ek，联立解得；

②由上述公式可得，图象中的斜率表示，代入数据解得：g=9.4 m/s2。

【点睛】本题考查验证机械能守恒定律的条件，属于创新型的实验题目，要求能正确分析实验原理，能明确是两物体组成的系统机械能守恒。

如图甲所示为用多用电表×1挡测金属丝的电阻，图乙是用螺旋测微器测得的金属丝的直径示意图，图丙使用游标卡尺测得的金属丝的长度，除待测金属丝外，实验室还备有的实验器材如下：

甲                       乙                           丙

A．电压表V1（量程3 V，内阻约为15 kΩ）     B．电压表V2（量程l5 V，内阻约为75 kΩ）

C．电流表A1（量程3 A，内阻约为0.2 Ω）     D．电流表A2（量程600 mA，内阻约为1 Ω）

E．滑动变阻器R1（0~5 Ω，0.6 A）      F．滑动变阻器R2（0~2 000 Ω，0.1 A）

G．输出电压为3 V的直流稳压电源E     H．电阻箱

I．开关S，导线若干

为了减小实验误差，需进一步测其电阻而采用伏安法，则上述器材中应选用的实验器材有（填代号）______________。请在方框内设计最合理的的电路图并实物连线。但用该电路电阻的测量值______真实值（选填大于、等于或小于）。如果金属丝直径为D，长度为L，所测电压为U，电流为I，写出计算电阻率____________________

丁                              戊

不能由滑动变阻器的阻值与测量电路总阻值间的关系判断滑动变阻器的连接方式，滑动变阻器错误选用限流式接法。

由图示多用电表可知，待测电阻阻值是6×1 Ω=6 Ω；由图示螺旋测微器可知，固定刻度示数是2 mm，可动刻度示数是10.0×0.01 mm=0.100 mm，则螺旋测微器示数是2 mm+10×0.01mm=2.100 mm；由图示游标卡尺可知，主尺示数是3.6 cm=36 mm，游标尺示数是2×0.1 mm=0.2 mm，则游标卡尺示数是36 mm+0.20 mm=36.20 mm；

实验需要G电源，I开关与导线，电源电动势为3 V，因此电压表应选V1（量程3 V，内阻约为15 kΩ）；

通过待测电阻的最大电流约为I==0.5 A，则电流表应选电流表A2（量程600 mA，内阻约为1 Ω）；为保证电路安全方便实验操作，滑动变阻器应选滑动变阻器R1（0~5 Ω，0.6 A）；故需要的实验器材是：ADEGI。

为测多组实验数据，滑动变阻器应采用分压接法，=6，=250，>，电流表应采用外接法，实验电路图如图甲所示，根据实验电路图连接实物电路图，如图乙所示；电流表采用外接法，由于电压表的分流作用，电流测量值偏大，由R=可知，待测电阻测量值比真实值小。

由电阻定律可知，R=ρ，R=，则电阻率ρ=。

甲                   乙

1．（2018·江西省南昌市第二中学高三上学期第四次月考）某同学想测定某节于电池的电动势和内阻。

（1）他先用多用电表粗测了干电池的电动势。图甲是测量时选择开关与表头指针所处的位置，则该电池的电动势为_____V；若用多用电表测电阻，选择开关至“×100”挡，按正确的操作步骤测某一电阻，表盘的示数仍为图甲所示指针所处的位置，则该电阻的阻值为________ Ω；实验结束后，应将选择开关拨到图中的______挡位（选填A、B、C或D）。

（2）在测定电源电动势和内阻的实验中，实验室提供了合适的实验器材。甲同学按电路图a进行测量实验，其中R0=1 Ω，则

①请用笔画线代替导线在图（b）中完成电路的连接；

②由电压表的读数U和电流表的读数，画出U–I图线如图c所示，可得电源的电动势E=_____V，内阻r=_______ Ω。（结果保留2位有效数字）

③在上述实验过程中存在系统误差。在下图所绘图象中，虚线代表没有误差情况下，电压表两端电压的真实值与通过电源电流真实值关系的图象，实线是根据测量数据绘出的图象，则下图中能正确表示二者关系的是_________。

（3）乙同学将测量电路连接成如图d所示，其他操作正确，由电压表的读数U和电流表的读数I，画出U–I图线如图e所示，可得电源的电动势E=___V，内电阻r=_____ Ω。（结果保留2位有效数字）

【答案】（1）1.47  1 100.0  C  （2）如图所示  3.0  0.38  A  （3）2.9  0.5

【解析】（1）由图甲所示可知，电压表量程为2.5 V，分度值为0.05 V，示数为：1.47 V；选择开关至“×100”挡时，则该电阻的阻值为11.0×100Ω=1 100.0 Ω；多用电表使用完毕要把选择开关置于交流电压最高挡，即应置于C处。

（2）①根据图示电路图连接实物电路图，实物电路图如图所示：

②由图示电源U–I图象可知，延长图象与U轴交点为3.0 V，则E=3.0 V；电源内阻：；

③本实验采用相对电源的电流表外接法，由于电压表不是理想电表，故存在分流现象，导致电流表示数偏小；而当外电路短路时，电压表的分流可以忽略，故真实图象和测量图象在横轴上的交点相同，故A正确，BCD错误，故选A。

（3）由乙同学的电路接法可知，R左右两部分并联后与R0串联，则可知，在滑片移动过程中，滑动变阻器接入电阻先增大后减小，则路端电压先增大后减小，所以出现图e所示的图象，则由图象可知，当电压为2.4 V时，电流为0.50 A，此时两部分电阻相等，则总电流为I1=1 A；而当电压为2.3 V时，电流分别对应0.33 A和0.87 A，则说明当电压为2.3 V时，干路电流为I2=0.33 A +0.87 A=1.2 A；则根据闭合电路的欧姆定律可得：2.4=E–r，2.3=E–1.2r，解得：E=2.9 V；r=0.50 Ω。

【点睛】本题考查电源电动势和内电阻的测量实验，用伏安法测量电源的电动势和内阻的原理是闭合电路欧姆定律，要注意掌握数据处理的基本方法以及误差分析的方法。

某同学到实验室做“测电源电动势和内阻”的实验时，发现实验台上有以下器材：

待测电源（电动势约为4 V，内阻约为2 Ω）

定值电阻R0，阻值约为3 Ω

电压表两块（有5 V、15 V两个量程，5 V量程内阻约3 kΩ）

电流表（内阻约为1 Ω，量程0.6 A）

滑动变阻器A（0~20 Ω，3 A）

滑动变阻器B（0~200 Ω，0.2A）

电键一个，导线若干。

该同学想在完成学生实验“测电源电动势和内阻”的同时精确测出定值电阻R0的阻值，设计了如图所示的电路。实验时他用U1、U2、I分别表示电表V1、V2、A的读数。在将滑动变阻器的滑片移动到不同位置时，记录了U1、U2、I的一系列值。其后他在两张坐标纸上各作了一个图线来处理实验数据，并计算了电源电动势、内阻以及定值电阻R0的阻值。

根据题中所给信息解答下列问题：

（1）在电压表V1接入电路时应选择的量程是_________，滑动变阻器应选择_________（填器材代号“A”或“B”）；

（2）在坐标纸上作图线时，用来计算电源电动势和内阻的图线的横坐标轴用_________表示，纵坐标轴用__________表示；用来计算定值电阻R0的图线的横坐标轴、纵坐标轴分别应该用_________、__________表示。（填“U1、U2、I”或由它们组成的算式）

（3）若实验中的所有操作和数据处理无错误，实验中测得的定值电阻R0的值________其真实值，电源电动势E的测量值________其真实值。（选填“大于”、“小于”或“等于”）

不考虑电表的量程，直接选用不合适的电表进行实验，导致错误。

（1）待测电动势4 V，电压表的量程应选择5 V，有利于读数减小误差，滑动变阻器调节范围较大且便于操作，应选择0~20 Ω的滑动变阻器A；

（2）计算电源电动势和内阻的图线应为路端电压U1与干路电流I的关系图线，纵坐标的截距代表的是电源的电动势，直线的斜率代表的是电源的内阻的大小。计算定值电阻R0的图线应为R0两端的电压（U1–U2）与电流I的关系图线；直线的斜率代表的定值电阻R0

（3）R0两端的电压（U1–U2）没有误差，电流表示数比R0的实际电流偏小，故R0的测量值偏大，电源电动势E的测量值偏小。

1．（2018·安徽省黄山市屯溪第一中学高二上学期期中考试）在探究小灯泡的伏安特性曲线时，所用小灯泡上标有“2.5 V，0.6 W”字样，实验室提供的器材有：

A．电流表A1（内阻约为5 Ω、量程为0～25 mA）

B．电流表A2（内阻约为1 Ω，量程为0～300 mA）

C．电压表V1（内阻约为5 kΩ、量程为0～3 V）

D．电压表V2（内阻约为15 kΩ、量程为0～15 V）

E．滑动变阻器R1（最大阻值为10 Ω、额定电流为0.6 A）

F．滑动变阻器R2（最大阻值为1 000 Ω、额定电流为0.2 A）

G．稳压电源E（可输出恒定电压为9.0 V）

H．开关一个、定值电阻若干、导线若干

由以上信息回答下列问题：

（1）实验前设计的电路图如图甲所示。为了减小实验误差，该实验所用的电流表、电压表、滑动变阻器应分别为_____、_____、_____（选填器材前的字母）。为保护滑动变阻器和灯泡，应在电路中串联的定值电阻R0合适的电阻值应为________（选填“1 Ω”“10 Ω”“30 Ω”或“100 Ω”）。

（2）请确定测量电路中电压表右侧导线的正确位置为_____，然后在图乙中用笔画线代替导线，将实物完整连接起来。

【答案】（1）B  C  E  10 Ω  （2）a  如图所示

【解析】（1）小灯泡上额定电压为2.5 V，故电压表应选择C；额定电流为，故电流表应选择B；本实验采用分压接法，故应采用小电阻E；由于电动势为9 V，而测量电压只需要2.5 V，故可以采用定值电阻与滑动变阻器串联分压的方式减小滑动变阻器两端的电压，为了满足电压要求，可以采用10 Ω电阻串联；

（2）由于灯泡内阻较小，满足，故为了减小误差应采用电流表外接法，故电路中电压表接a处，根据原理图可得出外接法+分压式，对应的实物图如图所示。

【点睛】本题考查灯泡伏安特性曲线的实验，要注意明确实验原理，掌握实验仪表的选择和数所处理的基本方法，注意电路图的正确分析方法是解题的关键。

在“验证牛顿运动定律”的实验中，采用如图所示的实验装置，小车及车中砝码的质量用M表示，盘及盘中砝码的质量用m表示，小车的加速度可由小车后拖动的纸带打上的点计算出。在利用打点计时器和小车做“探究加速度与力、质量的关系”的实验时，

（1）下列说法中正确的是_____________。

A．平衡摩擦力时，应将砝码盘及盘内砝码通过定滑轮拴在小车上

B．连接砝码盘和小车的细绳应与长木板保持平行

C．平衡摩擦力后，长木板的位置不能移动

D．小车释放前应靠近打点计时器，且应先接通电源再释放小车

（2）当M与m的大小关系满足________时，才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘及盘中砝码的重力。

（3）一组同学在做加速度与质量的关系实验时，保持盘及盘中砝码的质量一定，改变小车及车中砝码的质量，测出相应的加速度，采用图象法处理数据。为了比较容易地检查出加速度a与质量M的关系，应该做a与________的图象。

（4）如图（a），甲同学根据测量数据做出的a－F图线，说明实验存在的问题是________。

（5）乙、丙同学用同一装置做实验，画出了各自得到的a－F图线，如图（b）所示，两个同学做实验时的哪一个物理量取值不同的是________。

不能正确运用图象法来解决数据问题，导致本题错解。

（1）平衡摩擦力时，应将绳从小车上拿去，轻轻推动小车，小车沿木板运动，通过打点计时器打出来的纸带判断小车是否匀速运动，故A错误；若连接砝码盘和小车的细绳与长木板不保持平行，则细绳的拉力分力不等于小车的外力，这样导致误差增大，故B正确；每次改变小车的质量时，小车的重力沿斜面分力和摩擦力仍能抵消，以防摩擦力不再平衡，故C正确；实验时，应先放开小车，再接通打点计时器电源，由于小车运动较快，可能会使打出来的点很少，不利于数据的采集和处理，同时要求开始小车要靠近打点计时器，故D正确。

（2）以整体为研究对象有，解得，以M为研究对象有细绳的拉力，显然要有F=mg，必有M与m的大小关系满足M≫m，才能保证绳子的拉力等于砝码的重力。

（3）由牛顿第二定律可知加速度与质量成反比，而反比例函数图象是曲线，不容易判断自变量与因变量之间的关系，故不能做的图象。但，故a与成正比，而正比例函数图象是过原点的一条直线，就比较容易判断自变量与因变量之间的关系，故作a–的图象。

（4）图中没有拉力时产生了加速度，说明平衡摩擦力时木板倾角过大。

（5）由题中图（b）知在拉力相同的情况下，a乙>a丙，根据F=ma，可得，a–F图象的斜率等于物体的质量，且m乙<m丙，故两同学的实验中小车及车上砝码的总质量不同。

1．（2018·安徽省淮南市高三第二次模拟考试）如图所示是用光电计时器等器材做“验证机械能守恒定律”的实验。图甲为光电门的激光发射和接收装置。图乙中的滑块上安装一遮光板，把滑块放在水平气垫导轨上，并通过跨过定滑轮的细绳与钩码相连。测得滑块（含遮光板）质量为M、钩码质量为m、遮光板宽度为d、当地的重力加速度为g。将滑块在图示位置释放后，光电计时器记录下遮光板先后通过两个光电门的时间分别为、。

（1）用游标卡尺测量遮光板宽度，测量结果如图丙所示，则读数为_________cm；

（2）若实验中测得两光电门中心之间的距离为L，本实验中验证机械能守恒的表达式为：___________（用题目中给定的字母表示）；

（3）若测得的系统动能增加量大于重力势能减少量，请分析可能的原因__________________。

【答案】（1）1.015  （2）  （3）气垫导轨的左侧偏高

【解析】（1）游标卡尺的主尺读数为10 mm，游标尺上第3个刻度和主尺上某一刻度对齐，所以游标读数为3×0.05 mm=0.15 mm，所以最终读数为：10 mm+0.15 mm=10.15 mm=1.015 cm；

（2）实验原理是：求出通过光电门1时的速度v1，通过光电门1时的速度v2，测出两光电门间的距离L，在这个过程中，减少的重力势能能：，增加的动能为：；我们验证的是：△Ep与△Ek的关系，即验证：代入得：，又：，代入得：；

（3）将气垫导轨倾斜后，由于滑块的重力势能的增加或减少没有记入，故增加的动能和减少的重力势能不相等；若左侧高，系统动能增加量大于重力势能减少量；若右侧高，系统动能增加量小于重力势能减少量。

测金属电阻率的实验：

（1）测长度时，金属丝的起点、终点位置如图a所示，则长度为____________cm；

（2）用螺旋测微器测金属丝的直径，示数如图b所示，则直径为____________mm；

（3）用多用电表“Ω×1”挡估测其电阻，示数如图c所示，则阻值为____________Ω；

（4）在图d中完成实物连线（滑动变阻器要求接限流式）；

（5）闭合开关前应将滑动变阻器的滑片P移至最____________（选填“左”或“右”）端。

不会将滑动变阻器连接成限流式，又得同学同时连接了下面连个接线柱。将电流表的正、负极接反，没有保证电流从电势高的地方流向电势低的地方。

（1）电阻丝长度：70.50 cm–10.00 cm=60.50 cm

（2）螺旋测微器读数固定刻度1.5 mm，可动刻度格数48.0，所以可动刻度读数：48.0×0.01 mm =0.480 mm，所以读数为1.980 mm。

（3）欧姆挡指针靠近谁就读谁。倍率位1，读数为5×1 Ω=5 Ω。

（4）连图如图所示。

（5）闭合开关前应将滑动变阻器的滑片P移至阻值最大处，由连接图可知应该移到最左端。

1．（2018·吉林省长春市九台区师范高级中学高二上学期期中考试）在用电流表和电压表“测定电池的电动势和内阻”的实验中，所测电池是电动势约为1.5 V的干电池，其内阻约为几欧。备用的电流表、电压表、滑动变阻器如下：

A．电流表：量程0.6 A，内阻0.10 Ω

B．电流表：量程3 A，内阻0.025 Ω

C．电压表：量程3 V，内阻5 kΩ

D．电压表：量程15 V，内阻25 kΩ

E．滑动变阻器，阻值范围0~15 Ω，额定电流1 A

F．滑动变阻器，阻值范围0~1000 Ω，额定电流0.5 A

（1）实验要求准确且便于操作，则电流表应选_______，电压表应选_______，滑动变阻器应选_______。（填代号）

（2）请你用铅笔画线代替导线，将图中的各个实物连成符合要求的电路。

【答案】（1）A  C  E  （2）如图连接

【解析】（1）因干电池的电动势为1.5 V，故电压表的测量量程不能太大，由题意可知，电压表只能选3 V量程的电压表C；通过电源的电流不能太大，故量程0~3 A的电流表太大，无法准确测量，故电流表应选量程为0.6 A的电流表A；为了减小实验误差，便于调节，同时从安全角度来看，滑动变阻器选择E；

（2）由于电流表内阻与电源的内阻相差不多，所以采用相对电源的电流表外接法，滑动变阻器采用限流式接法，如图所示。

【点睛】学生实验中选择仪表是常见的一种题型，要求学生能按照安全性和准确性的要求进行分析，先确定出必须用到的器材，再去根据题目中给出的条件去判断电流表和电压表以及滑动变阻器。

1．注意迁移能力，做好力学实验题

近年高考试题更多地考查学生的探究能力、对实验的设计能力和思维创新能力，这就要求我们能够根据课本上的实验原理和学过的器材，重新整合实验，迁移实验原理，并设计新实验。

2．电学设计性实验的两个重要问题

（1）伏安法测电阻时电流表内接与外接的选择原则：当时，用电流表外接法；当时，用电流表内接法。

（2）限流、分压式电路的选择原则：限流式适合测量阻值较小的电阻（跟滑动变阻器的总电阻相比相差不多或比滑动变阻器的总电阻还小），分压式适合测量阻值较大的电阻（一般比滑动变阻器的总电阻要大）。

①若采用限流式不能控制电流满足实验要求，即若滑动变阻器阻值调到最大时，待测电阻上的电流（或电压）仍超过电流表（或电压表）的量程，或超过待测电阻的额定电流，则必须采用分压式电路。

②若待测电阻的阻值比滑动变阻器总电阻大得多，在限流电路中，滑动变阻器的滑片从一端移到另一端时，待测电阻上的电流或电压变化范围不够大，此时，应该用分压式电路。

③若实验中要求电压从零开始连续可调，则必须采用分压式电路。

④在两种电路均可使用的情况下，应优先采用限流式接法，因为限流式接法电路简单、耗能少。

3．电压表与电流表的选取原则、选取步骤及选取技巧

（1）选取原则：①安全，即所选电表的量程不能小于被测得最大值；②准确，为减小实验误差，电表的偏转应在满偏的1/3以上。

（2）选取步骤：①找出唯一性器材；②画草电路图（暂不把电表接入）；③估算最大值；④考虑能否使电表都达到满偏的1/3以上。

（3）选取技巧：如果待测元件标明了额定电压、额定电流或额定功率（如小灯泡），根据额定电压确定电压表量程，根据额定电流确定电流表量程；如果待测元件只标出了电阻的大约值（如待测金属丝、定值电阻等），需根据电源电动势确定电压表量程，再计算出电路中允许的最大电流值，选择电流表量程。

1．某同学研究小灯泡的伏安特性，所使用的器材有：小灯泡L（额定电压3.8 V，额定电流0.32 A）；电压表V（量程3 V，内阻3 kΩ）；电流表A（量程0.5 A，内阻0.5 Ω）；固定电阻R0（阻值1 000 Ω）；滑动变阻器R（阻值0~9.0 Ω）；电源E（电动势5 V，内阻不计）；开关S；导线若干。

（1）实验要求能够实现在0~3.8 V的范围内对小灯泡的电压进行测量，画出实验电路原理图。

（2）实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图（a）所示。

由实验曲线可知，随着电流的增加小灯泡的电阻_________（填“增大”、“不变”或“减小”），灯丝的电阻率__________（填“增大”、“不变”或“减小”）。

（3）用另一电源E0（电动势4 V，内阻1.00 Ω）和题给器材连接成图（b）所示的电路，调节滑动变阻器R的阻值，可以改变小灯泡的实际功率。闭合开关S，在R的变化范围内，小灯泡的最小功率为__________W，最大功率为__________W。（结果均保留2位小数）

【答案】（1）如图所示  （2）增大  增大  （3）0.39  1.18

【解析】（1）要求能够实现在0~3.8 V的范围内对小灯泡的电压进行测量，故滑动变阻器用分压式接法，小灯泡为小电阻，电流表用外接法；电压表量程为3 V，应串联定值电阻扩展量程到4 V。

（2）由I–U图象知，切线的斜率在减小，故灯泡的电阻随电流的增大而增大，再由电阻定律知，电阻率增大。

（3）当滑动变阻器的阻值为9 Ω时，电路电流最小，灯泡实际功率最小，此时由E0=U+I(r+R)得I=–0.1U+0.4，在图中作出该直线如左图所示，交点坐标约为U=1.75 V，I=0.225 A，P1=UI=0.39 W；当滑动变阻器的阻值为0时，灯泡消耗的功率最大，作图线I=–U+4，此时交点坐标为U=3.70 V，I=0.32 A，如右图所示，最大的功率P2=UI=1.18 W。

2．（2018·重庆市第一中学高二上学期期中考试）为测定某电源的电动势E、内阻r以及一段电阻丝的电阻率，设计了如图（a）所示的电路。ab是电阻率较大的粗细均匀的电阻丝，是阻值为2 Ω的保护电阻，滑片P与电阻丝始终接触良好。用螺旋测微器测得电阻丝的直径d=0.400 mm。实验时，闭合开关S，调节P的位置，记录aP长度x、对应的电压表示数U、电流表示数I等数据，并求得的数值，分别绘出了关系图象和关系图象，如图（b）、（c）所示。

（1）根据图（b）可求出电源电动势E=______V，内阻r=______ Ω。（均保留两位有效数字）

（2）图（c）中关系图象纵轴截距的物理意义是______。

（3）根据图（c）可求得电阻丝的电阻率=______ Ω·m（保留三位有效数字）。

【答案】（1）3.0  1.0  （2）电流表的内阻为2.0 Ω  （3）1.26×10–6

【解析】（1）由图（b）所示图象可知，电源U–I图象与纵轴交点坐标值是3.0，电源电动势E=3.0 V，R0+r==3 Ω，则电源内阻r=3 Ω–2 Ω=1.0 Ω；

（2）由电阻定律可得，，由欧姆定律可得：R=–RA，则，–x图象斜率，截距表示电流表的内阻为2.0 Ω；

（3）由图丙所示图象可知：，即，电阻率。

【点睛】本题考查电动势及电阻的测量，要注意认真分析题意，明确实验原理，再利用图象分析数据得出最终的结果。

3．图（a）为某同学组装完成的简易多用电表的电路图。图中E是电池；R1、R2、R3、R4和R5是固定电阻，R6是可变电阻；表头的满偏电流为250 μA，内阻为480 Ω。虚线方框内为换挡开关，A端和B端分别与两表笔相连。该多用电表有5个挡位，5个挡位为：直流电压1 V挡和5 V挡，直流电流1 mA挡和2.5 mA挡，欧姆×100 Ω挡。[来源:学。科。网]

（1）图（a）中的A端与______（填“红”或“黑”）色表笔相连接。

（2）关于R6的使用，下列说法正确的是_______（填正确答案标号）。

A．在使用多用电表之前，调整R6使电表指针指在表盘左端电流“0”位置

B．使用欧姆挡时，先将两表笔短接，调整R6使电表指针指在表盘右端电阻“0”位置

C．使用电流挡时，调整R6使电表指针尽可能指在表盘右端电流最大位置

（3）根据题给条件可得R1+R2=______Ω，R4=_______Ω。

（4）某次测量时该多用电表指针位置如图（b）所示。若此时B端是与“1”相连的，则多用电表读数为________；若此时B端是与“3”相连的，则读数为________；若此时B端是与“5”相连的，则读数为________。（结果均保留3位有效数字）

【答案】（1）黑  （2）B  （3）160  880  （4）1.47 mA  1 100 Ω  2.95 V

【解析】（1）与多用电表内电源正极相连的是黑表笔。

（2）R6是可变电阻，它的作用是欧姆表调零，使用欧姆挡时，先将两表笔短接，调整R6使电表指针指在表盘右端电阻“0”位置。

（3）B端与“2”相连时，是量程较小的电流表，所以；B端与“4”相连时，是量程较小的电压表，所以。

（4）若此时B端与“1”相连，多用电表是量程为2.5 mA的电流表，则读数为1.47 mA；若此时B端与“3”相连，多用电表是欧姆×100 Ω挡，则读数为1 100 Ω；若此时B端与“5”相连，多用电表是量程为5 V的电压表，则读数为2.95 V。

【名师点睛】会规范使用多用电表，能正确读出多用电表的示数，是解决本题的关键。在平时实验训练过程中要多加注意规范操作和器材的正确使用方法，多用电表的读数，重点是分清测量的物理量不同，读数方法不同。

4．某探究小组为了研究小车在桌面上的直线运动，用自制“滴水计时器”计量时间。实验前，将该计时器固定在小车旁，如图（a）所示。实验时，保持桌面水平，用手轻推一下小车。在小车运动过程中，滴水计时器等时间间隔地滴下小水滴，图（b）记录了桌面上连续的6个水滴的位置。（已知滴水计时器每30 s内共滴下46个小水滴）

（1）由图（b）可知，小车在桌面上是____________（填“从右向左”或“从左向右”）运动的。

（2）该小组同学根据图（b）的数据判断出小车做匀变速运动。小车运动到图（b）中A点位置时的速度大小为___________m/s，加速度大小为____________m/s2。（结果均保留2位有效数字）

【答案】（1）从右向左  （2）0.19   0.037

【解析】（1）小车在阻力的作用下，做减速运动，由图（b）知，从右向左相邻水滴间的距离逐渐减小，所以小车在桌面上是从右向左运动；

（2）已知滴水计时器每30 s内共滴下46个小水滴，所以相邻两水滴间的时间间隔为：，所以A点位置的速度为：，根据逐差法可求加速度：，解得a=0.037 m/s2。

5．某同学研究在固定斜面上运动物体的平均速度、瞬时速度和加速度之间的关系。使用的器材有：斜面、滑块、长度不同的矩形挡光片、光电计时器。

实验步骤如下：

①如图（a），将光电门固定在斜面下端附近；将一挡光片安装在滑块上，记下挡光片前端相对于斜面的位置，令滑块从斜面上方由静止开始下滑；

②当滑块上的挡光片经过光电门时，用光电计时器测得光线被挡光片遮住的时间∆t；

③用∆s表示挡光片沿运动方向的长度，如图（b）所示，表示滑块在挡光片遮住光线的∆t时间内的平均速度大小，求出；

④将另一挡光片换到滑块上，使滑块上的挡光片前端与①中的位置相同，令滑块由静止开始下滑，重复步骤②③；

⑤多次重复步骤④；

⑥利用实验中得到的数据作出–∆t图，如图（c）所示。

完成下列填空：

（1）用a表示滑块下滑的加速度大小，用vA表示挡光片前端到达光电门时滑块的瞬时速度大小，则与vA、a和∆t的关系式为=       。

（2）由图（c）可求得，vA=       cm/s，a=       cm/s2。（结果保留3位有效数字）

【答案】（1）  （2）52.1  16.6（15.8~16.8）

【解析】（1）设挡光片末端到达光电门的速度为v，则由速度时间关系可知：，且

联立解得：；

（2）由图（c）可求得vA=52.1 cm/s，，即a=16.6 cm/s2。

6．某探究小组做“验证力的平行四边形定则”实验，将画有坐标轴（横轴为x轴，纵轴为y轴，最小刻度表示1 mm）的纸贴在水平桌面上，如图（a）所示。将橡皮筋的一端Q固定在y轴上的B点（位于图示部分之外），另一端P位于y轴上的A点时，橡皮筋处于原长。

（1）用一只测力计将橡皮筋的P端沿y轴从A点拉至坐标原点O，此时拉力F的大小可由测力计读出。测力计的示数如图（b）所示，F的大小为_______N。

（2）撤去（1）中的拉力，橡皮筋P端回到A点；现使用两个测力计同时拉橡皮筋，再次将P端拉至O点。此时观察到两个拉力分别沿图（a）中两条虚线所示的方向，由测力计的示数读出两个拉力的大小分别为F1=4.2 N和F2=5.6 N。

（i）用5 mm长度的线段表示1 N的力，以O为作用点，在图（a）中画出力F1、F2的图示，然后按平形四边形定则画出它们的合力F合；

（ii）F合的大小为_______N，F合与拉力F的夹角的正切值为________。若F合与拉力F的大小及方向的偏差均在实验所允许的误差范围之内，则该实验验证了力的平行四边形定则。

【答案】（1）4.0  （2）（i）如图所示  （ii）4.0  0.05

【解析】（1）由图可知，F的大小为4.0 N。

（2）作力F1、F2的图示，作出合力F合，F合长为20 mm，所以F合大小为4.0 N，F合与拉力F的夹角的正切值为0.05。

7．（2018·陕西省咸阳市高一下学期期末教学质量检测）用图甲所示装置探究做功与物体速度变化的关系，A、B是固定在长直木板上的两个铁钉。实验时，小车在橡皮筋的作用下弹出，沿木板滑行，通过改变橡皮筋的条数改变做功的多少，再根据纸带上的打点确定小车对应运动的速度，进而探究做功与物体速度变化的关系。

（1）关于该实验的下列说法中，正确的有__________。

A．需要测出小车的质量m[来源:学_科_网Z_X_X_K]

B．需要选择相同的橡皮筋进行实验

C．需要测出每根橡皮筋对小车所做的功W[来源:Z#xx#k.Com]

D．改变橡皮筋条数时小车必须从同一位置由静止释放

（2）实验中得到一条纸带如图乙所示，1、2、3......是按时间先后顺序标出的计数点（每两个相邻计数点间还有4个打点未画出，打点计时器的电源频率为50 Hz）。小车质量为1.0 kg，在打第5个计数点时小车的动能约为________J（保留两位有效数字）；造成5至9各计数点间距不相等的原因可能是_____________。

（3）该小组用新、旧两组橡皮筋分别做实验，正确实验操作得到橡皮筋的条数n与小车对应速度v的多组数据，作出v²–n的图象如图丙中的C、D所示，则用新橡皮筋得出的图象是_______（选填“C”或“D”）。

【答案】（1）BD  （2）0.75  没有平衡摩擦力（或平衡摩擦力不足）  （3）C

【解析】（1）实验时用完全相同的橡皮筋对小车做功，通过改变橡皮筋的条数可以改变橡皮筋对小车做的功，实验不需要具体求出橡皮筋做功的具体数值，但需要选择相同的橡皮筋进行实验，同时改变橡皮筋条数时小车必须从同一位置由静止释放，从而使橡皮筋对小车做功成倍增加，然后根据打出的纸带求出小车的速度，实验不需要测出小车质量，从而研究功与速度变化的关系，故BD正确，AC错误。

（2）根据运动学规律可知，中间时刻瞬时速度等于这段时间的平均速度，则第5个计数点时小车的速度为：；第5个计数点时小车的动能约为：；实验前要平衡摩擦力，平衡摩擦力后橡皮筋恢复原长时小车做匀速直线运动，纸带上相邻点间的距离相等，造成5至9各计数点间距不相等的原因可能是：没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足。

（3）旧橡皮筋老化，不同的橡皮筋伸长相等长度时弹性势能不同，由图示图象可知，用新橡皮筋得出的图象是C，由图示图象可知，v2与n成正比（v2与橡皮筋对小车所做的功成正比）。

【点睛】本题关键是涉及功的测量方法和用图象法分析实验数据，通过改变橡皮筋的条数巧妙地使总功整数倍地增加，同时要明确正比图线是通过坐标原点的直线。

8．利用如图1所示的实验装置探究恒力做功与物体动能变化的关系。小车的质量为M=200.0 g，钩码的质量为m=10.0 g，打点计时器的电源为50 Hz的交流电。

（1）挂钩码前，为了消除摩擦力的影响，应调节木板右侧的高度，直至向左轻推小车观察到_______。

（2）挂上钩码，按实验要求打出的一条纸带如图2所示。选择某一点为O，依次每隔4个计时点取一个计数点。用刻度尺量出相邻计数点间的距离，记录在纸带上。计算打出各计数点时小车的速度v，其中打出计数点“1”时小车的速度v1=______m/s。

（3）将钩码的重力视为小车受到的拉力，取g=9.80 m/s，利用W=mg算出拉力对小车做的功W。利用算出小车动能，并求出动能的变化量。计算结果见下表。

请根据表中的数据，在方格纸上作出图象。

（4）实验结果表明，总是略小于W。某同学猜想是由于小车所受拉力小于钩码重力造成的。用题中小车和钩码质量的数据可算出小车受到的实际拉力F=__________N。

【答案】（1）小车做匀速运动  （2）0.228  （3）如图所示  （4）0.093

【解析】（1）小车能够做匀速运动，纸带上打出间距均匀的点，则表明已平衡摩擦。

（2）相临计数点间时间间隔为T=0.1s，则。

（4）根据牛顿第二定律，对整体有mg=(m+M)a，对钩码有mg–FT=ma，联立解得绳上的拉力。

9．（2018·江西省上饶市高一第二学期期末统考）某同学安装如图甲所示的实验装置，验证机械能守恒定律。如图乙所示是该实验得到的一条点迹清晰的纸带；现要取A、B两点来验证实验，已知电火花计时器每隔0.02 s打一个点。

请回答下列问题：

（1）下列几个操作步骤中：

A．按照图示，安装好实验装置；

B．将打点计时器正确连接到电源上；

C．用天平测出重物的质量；

D．先释放重物，后接通电源，纸带随着重物运动，打点计时器在纸带上打下一系列的点；

E．测量纸带上某些点间的距离；

F．根据测量的结果计算重物下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能。

没有必要的是______，操作错误的是________。（填步骤前相应的字母序号）

（2）根据图乙中纸带可以判断，实验时纸带的_________（填“左”或“右”）端和重物相连接。

（3）若x2＝4.80 cm，则在纸带上打下计数点B时的速度vB＝________m/s。

（4）若x1数据也已测出，则要验证机械能守恒定律，实验还需测出的一个物理量为______。

（5）经过测量计算后，某同学画出了如图所示的E–h图线，h为重物距地面的高度，则图中表示动能随高度变化的曲线为________（填“图线A”或“图线B”）。

【答案】（1）C  D  （2）左  （3）1.2  （4）A、B之间的距离或hAB  （5）图线B

【解析】（1）因为我们是比较mgh、的大小关系，故m可约去比较，不需要用天平，故C没有必要；开始记录时，应先给打点计时器通电打点，然后再释放重物，让它带着纸带一同落下，如果先放开纸带让重物下落，再接通打点计时时器的电源，由于重物运动较快，不利于数据的采集和处理，会对实验产生较大的误差，故D错误。

（2）从A到B可以看出，相等时间内的位移越来越大，则纸带的左端与重物相连。

（3）根据中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度来求B的速度大小，得在纸带上打下记数点B时的速度。

（4）要验证机械能守恒定律，则需要重物下落过程中减少的重力势能等于增加的动能，即，若x1数据也已测出，则实验还需测出物理量为AB之间的距离。

（5）设释放重物离地的高度为H，根据动能定理可知，所以在图中表示动能随高度变化的曲线为图线B。

10．（2018·福建省南平市高二下学期期末质量检测）将《验证动量守恒定律实验》的实验装置进行如图所示的改装，实验操作步骤如下：

①先调整斜槽轨道，使末端的切线水平，在一块平木板表面先后钉上白纸和复写纸，并将该木板竖直立于槽口处，使小球从斜槽轨道上某固定点处由静止释放，撞到木板并在白纸上留下痕迹。

②将木板向右平移适当的距离，再使小球从原固定点由静止释放，撞在木板上并在白纸上留下痕迹。

③把半径相同的小球静止放在斜槽轨道水平段的最右端，让小球仍从原固定点由静止释放，与小球碰后，两球撞在木板上并在白纸上留下痕迹和。

回答下列问题：

（1）本实验必须满足入射小球的质量__________（选填“大于”、“小于”或“等于”）被碰小球b的质量。

（2）为了判断动量是否守恒，除需要测量小球下落的竖直高度、、以外，还需要测量的物理量有______________（填选项前字母）。

A．固定释放点到斜槽末端的竖直高度

B．小球、的质量、

C．木板向右平移的距离

（3）若所测物理量满足表达式________________时，则说明球和球碰撞中动量守恒。（用以上所测物理量的字母表示）

【答案】（1）大于  （2）B  （3）

【解析】（1）入射小球a的质量不可以小于被碰小球b的质量，否则a球碰后会反弹回去；

（2）小球a由静止释放后撞在B点，小球a和b发生碰撞后，a的速度减小，平抛运动的水平位移不变，可知运动的时间增大，则下降的高度变大，应该落在C点。根据得，，则小球a不与小球b碰撞，平抛运动的初速度，同理可得，小球a与b碰撞后，b的速度，a的速度，验证动量守恒的表达式为mav2=mav3+mbv1，即，所以除需要测量小球下落的竖直高度、、以外，还需要测量的物理量有小球、的质量、，故选B；

（3）由上分析可知，若所测物理量满足表达式时，则说明球和球碰撞中动量守恒。