2020新课标高考物理二轮复习教师用书：第2部分专项2　活用4大策略破解实验题

专项二 　活用4大策略破解实验题

近年全国卷3份试卷中，实验题都占据非常重要的地位，每年实验题都为“一大”加“一小”模式，一般“小题”为力学实验，“大题”为电学实验，总分15分，占比13.6%。虽然权重分值恒定不变，但是内容变化翻新，成为复习备考中的一个难点。比对新课标《考试大纲》中的12个实验可知，在高考两道实验题命题中，其中一个实验题基本上依据《考试大纲》要求小幅变化，而另一个实验要求立足教材、立足方法，并进行创新变化，对学生的实验能力要求较高，突出选拔作用。复习备考时只要扎扎实实掌握课本实验的实验原理、实验方法、数据处理的方法及分析，灵活迁移到解决创新型、设计性实验中，就能稳得实验题高分。

1．明

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，都能直接地判断出命题人想要考查的知识点和意图。

2．看

实验题一般配有相应的示意图、实物图，目的是告知实验器材(或部分实验器材)及其组装情况，让考生探究考查意图。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．提取

试题总是提供诸多信息再现实验情景，因此，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，都会为我们提供信息。要在阅读理解的基础上提取有用信息为解题服务。

(2)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、反比例关系，平方还是开方关系，或者是倒数关系。根据数据描点作图可以直观反映实验的某种规律。

(3)新的物理图象

实验题本身提供物理图象，但这些图象平时没有接触过，关键要明确图象的物理意义，才能正确分析实验问题。

刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器、打点计时器、电流表、电压表、多用电表等都是基本仪器，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，不再估读。

[例1]　(1)请读出螺旋测微器和游标卡尺的示数。

甲：________cm；乙：________cm。

(2)某照明电路出现故障，其电路如图甲所示，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

①断开开关，红表笔接a点时多用电表指示如图乙所示，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”)。

[解题指导]　(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

策略点评：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。

[链接高考]

1．(2018·全国卷Ⅰ·T22)如图(a)，一弹簧上端固定在支架顶端，下端悬挂一托盘；一标尺由游标和主尺构成，主尺竖直固定在弹簧左边；托盘上方固定有一能与游标刻度线准确对齐的装置，简化为图中的指针。

图(a)　　　　图(b)

现要测量图(a)中弹簧的劲度系数。当托盘内没有砝码时，移动游标，使其零刻度线对准指针，此时标尺读数为1.950 cm；当托盘内放有质量为0.100 kg的砝码时，移动游标，再次使其零刻度线对准指针，标尺示数如图(b)所示，其读数为________ cm。当地的重力加速度大小为9.80 m/s2，此弹簧的劲度系数为________ N/m(保留3位有效数字)。

[解析]　实验所用的游标卡尺最小分度为0.05 mm，游标卡尺上游标第15条刻度线与主尺刻度线对齐，根据游标卡尺的读数规则，题图(b)所示的游标卡尺读数为3.7 cm＋15×0.05 mm＝3.7 cm＋0.075 cm＝3.775 cm。托盘中放有质量为m＝0.100 kg的砝码时，弹簧受到的拉力F＝mg＝0.100×9.8 N＝0.980 N，弹簧伸长量为x＝3.775 cm－1.950 cm＝1.825 cm，根据胡克定律F＝kx，解得此弹簧的劲度系数k＝≈53.7 N/m。

[答案]　3.775　53.7

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。

[例2]　某小组利用如图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。

(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。

(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___________________________________________________________

____________________________________________________。

[解题指导]　(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

[链接高考]

2．(2019·全国卷Ⅲ·T22)甲乙两位同学设计了利用数码相机的连拍功能测重力加速度的实验。实验中，甲同学负责释放金属小球，乙同学负责在小球自由下落的时候拍照。已知相机每间隔0.1 s拍1幅照片。

(1)若要从拍得的照片中获取必要的信息，在此实验中还必须使用的器材是________。(填正确答案标号)

A．米尺　　　　　 B．秒表

C．光电门 D．天平

(2)简述你选择的器材在本实验中的使用方法。

答：_______________________________________________。

(3)实验中两同学由连续3幅照片上小球的位置a、b和c得到ab＝24.5 cm、ac＝58.7 cm，则该地的重力加速度大小为g＝_____m/s2。(保留2位有效数字)

[解析]　利用数码相机的连拍功能，通过每隔一定时间的拍摄确定小球位置，所以还必须使用的器材是米尺，将米尺竖直放置，使小球下落时尽量靠近米尺，用米尺测量小球位置间的距离，利用逐差法由公式Δx＝aT2，可得a＝g＝＝9.7 m/s2。

[答案]　(1)A　(2)将米尺竖直放置，使小球下落时尽量靠近米尺　(3)9.7

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。

[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)

[解题指导]　(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

[链接高考]

3．(2018·全国卷Ⅰ·T23)某实验小组利用如图(a)所示的电路探究在25～80 ℃范围内某热敏电阻的温度特性。所用器材有：置于温控室(图中虚线区域)中的热敏电阻RT，其标称值(25 ℃时的阻值)为900.0 Ω；电源E(6 V，内阻可忽略)；电压表(量程150 mV)；定值电阻R0(阻值20.0 Ω)，滑动变阻器R1(最大阻值为1 000 Ω)；电阻箱R2(阻值范围0～999.9  Ω)；单刀开关S1，单刀双掷开关S2。

图(a)

实验时，先按图(a)连接好电路，再将温控室的温度t升至80.0 ℃。将S2与1端接通，闭合S1，调节R1的滑片位置，使电压表读数为某一值U0；保持R1的滑片位置不变，将R2置于最大值，将S2与2端接通，调节R2，使电压表读数仍为U0；断开S1，记下此时R2的读数。逐步降低温控室的温度t，得到相应温度下R2的阻值，直至温度降到25.0 ℃。实验得到的R2­t的数据见下表。

回答下列问题：

(1)在闭合S1前，图(a)中R1的滑片应移动到________(填“a”或“b”)端；

(2)在图(b)的坐标纸上补齐数据表中所给数据点，并作出R2­t曲线；

图(b)

图(c)

(3)由图(b)可得到RT在25～80 ℃范围内的温度特性。当t＝44.0 ℃时，可得RT＝________ Ω；

(4)将RT握于手心，手心温度下R2的相应读数如图(c)所示，该读数为________ Ω，则手心温度为________℃。

[解析]　(1)题图(a)的电路中滑动变阻器采用限流接法，在闭合S1前，R1应该调节到接入电路部分的阻值最大，使电路中电流最小，即题图(a)中R1的滑片应移到b端。(2)将t＝60 ℃和t＝70 ℃对应的两组数据画在坐标图上，然后用平滑曲线过尽可能多的数据点画出R2­t曲线。(3)根据题述实验过程可知，测量的R2的数据等于对应的热敏电阻RT的阻值。由画出的R2­t曲线可知，当t＝44.0 ℃时，对应的RT＝450 Ω。(4)由画出的R2­t曲线可知，当RT＝620.0 Ω时，手心温度t＝33.0 ℃。

[答案]　(1)b

(2)如图

(3)450

(4)620.0　33.0

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，应用相关实验原理联想和迁移。

[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。

(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。

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。

[解题指导]　(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)

策略点评：本题属于电学创新题，但是情境大家都熟悉，本题巧妙地将闭合电路欧姆定律与带电粒子在复合场中的运动等知识点融合，考查学生的迁移能力，备考时遇到创新实验不要慌乱，因为所有的创新实验都是立足教材和《考试大纲》的，对比教材和《考试大纲》，同学们总能从中找到相似的内容，以这些内容为突破口，静心思考，都能找到解决问题的方法。

[链接高考]

4．(2018·全国卷Ⅱ·T23)某同学用图(a)所示的装置测量木块与木板之间的动摩擦因数。跨过光滑定滑轮的细线两端分别与木块和弹簧秤相连，滑轮和木块间的细线保持水平，在木块上方放置砝码。缓慢向左拉动水平放置的木板，当木块和砝码相对桌面静止且木板仍在继续滑动时，弹簧秤的示数即为木块受到的滑动摩擦力的大小。某次实验所得数据在表中给出，其中f4的值可从图(b)中弹簧秤的示数读出。

(a)

　　　　　　　　(b)　　　　　　　　(c)

回答下列问题：

(1)f4＝________N；

(2)在图(c)的坐标纸上补齐未画出的数据点并绘出f­m图线；

(3)f与m、木块质量M、木板与木块之间的动摩擦因数μ及重力加速度大小g之间的关系式为f＝________，f­m图线(直线)的斜率的表达式为k＝________；

(4)取g＝9.80 m/s2，由绘出的f­m图线求得μ＝________。(保留2位有效数字) 

[解析]　(1)对弹簧秤进行读数得2.75 N。

(2)在图象上添加(0.05 kg,2.15 N)、(0.20 kg,2.75 N)这两个点，画一条直线，使尽可能多的点落在这条直线上，不在直线上的点大致均匀分布在直线两侧，如答图所示。

(3)由实验原理可得f＝μ(M＋m)g，f­m图线的斜率为k＝μg。

(4)根据图象求出k＝3.9 N/kg，代入数据得μ＝0.40。

[答案]　(1)2.75　(2)如图所示　(3)μ(M＋m)g　μg　(4)0.40