探究实验--2023高考物理实验题技法 （解析版）

这是一份探究实验--2023高考物理实验题技法 （解析版），共20页。试卷主要包含了探究匀变速运动，探究平抛运动，探究弹力与形变关系等内容，欢迎下载使用。
探究实验探究实验则是指学生在生活实践和学习新知过程中发现问题,为探索未知知识,通过自己设计并实施计划,以直接或间接的直观材料为研究对象,结合已有的知识结构进行观察、试验、讨论,总结出新观点、新规律的实验方式。解读探究性实验探究性实验科学探索不断前进的阶梯，敢于直面权威，提出自己的见解，不断探索才能进步，探究性实验是高考的热点也是难点，控制变量是常用的探究实验方法。常见的探究性实验一、探究匀变速运动(一）练习使用打点计时器:1．构造：见教材。2．操作要点：接50HZ，4---6伏的交流电正确标取记：在纸带中间部分选5个点3．重点：纸带的分析a．判断物体运动情况：在误差范围内：如果S1=S2=S3=……，则物体作匀速直线运动。如果DS1=DS2=DS3=…….=常数, 则物体作匀变速直线运动。b．测定加速度：公式法：先求DS，再由DS= aT2求加速度。图象法：作v—t图,求a=直线的斜率c．测定即时速度：  V1=（S1+S2）/2T       V2=（S2+S3）/2T（二）测定匀变速直线运动的加速度：1．原理：DS=aT22．实验条件：a．合力恒定，细线与木板是平行的。b．接50HZ，4—6伏交流电。3．实验器材：电磁打点计时器、纸带、复写纸片、低压交流电源、小车、细绳、一端附有滑轮的长木板、刻度尺、钩码、导线、两根导线。4．主要测量：选择纸带,标出记数点,测出每个时间间隔内的位移S1、S2、S3 。。。。图中O是任一点。5． 数据处理：根据测出的用逐差法处理数据求出加速度：S4—S1=3a1T2   ，  S5—S2=3a2T2   ，   S6—S3=3a3T2，a=（a1+a2+a3）/3=（S4+S5+S6— S1—S2—S3）/9T2（三）测匀变速运动的即时速度：（同上）二、探究平抛运动1．实验原理：用一定的方法描出平抛小球在空中的轨迹曲线，再根据轨迹上某些点的位置坐标，由h=求出t，再由x=v0t求v0，并求v0的平均值。2．实验器材：木板，白纸，图钉，未端水平的斜槽，小球，刻度尺，附有小孔的卡片，重锤线。3．实验条件：a． 固定白纸的木板要竖直。b． 斜槽未端的切线水平，在白纸上准确记下槽口位置。c．小球每次从槽上同一位置由静止滑下。三、探究弹力与形变关系1.方法归纳：（1）用悬挂砝码的方法给弹簧施加压力（2）用列表法来记录和分析数据（如何设计实验记录表格）（3）用图象法来分析实验数据关系步骤：①以力为纵坐标、弹簧伸长为横坐标建立坐标系②根据所测数据在坐标纸上描点③按照图中各点的分布和走向，尝试作出一条平滑的曲线（包括直线）④以弹簧的伸重工业自变量，写出曲线所代表的函数，首先尝试一次函数，如不行则考虑二次函数，如看似象反比例函数，则变相关的量为倒数再探究一下是否为正比关系（图象是否可变为直线）----化曲为直的方法等。⑤解释函数表达式中常数的意义。2.注意事项：所加砝码不要过多（大）以免弹簧超出其弹性限度观察描绘高考真题例题1：【2019·新课标全国Ⅱ卷】如图（a），某同学设计了测量铁块与木板间动摩擦因数的实验。所用器材有：铁架台、长木板、铁块、米尺、电磁打点计时器、频率50Hz的交流电源，纸带等。回答下列问题：（1）铁块与木板间动摩擦因数μ=      （用木板与水平面的夹角θ、重力加速度g和铁块下滑的加速度a表示）（2）某次实验时，调整木板与水平面的夹角θ=30°。接通电源。开启打点计时器，释放铁块，铁块从静止开始沿木板滑下。多次重复后选择点迹清晰的一条纸带，如图（b）所示。图中的点为计数点（每两个相邻的计数点间还有4个点未画出）。重力加速度为9.8 m/s2。可以计算出铁块与木板间的动摩擦因数为             （结果保留2位小数）。【答案】（1）    （2）0.35【解析】（1）由mgsinθ-μmgcosθ=ma，解得：μ=①（2）由逐差法a= 得：SII=（76.39-31.83）×10-2 m，T=0.15 s，SI=（31.83-5.00）×10-2m，故a= m/s2=1.97 m/s2，代入①式，得：μ==0.35【素养解读】本题考查牛顿第二定律及考生的实验探究能力，体现了科学探究与科学推理的核心素养。例题2：【2019·北京卷】用图1所示的实验装置研究小车速度随时间变化的规律。主要实验步骤如下：a．安装好实验器材。接通电源后，让拖着纸带的小车沿长木板运动，重复几次。b．选出一条点迹清晰的纸带，找一个合适的点当作计时起点O（t=0），然后每隔相同的时间间隔T选取一个计数点，如图2中A、B、C、D、E、F……所示。c．通过测量、计算可以得到在打A、B、C、D、E……点时小车的速度，分别记作v1、v2、v3、v4、v5……d．以速度v为纵轴、时间t为横轴建立直角坐标系，在坐标纸上描点，如图3所示。结合上述实验步骤，请你完成下列任务：（1）在下列仪器和器材中，还需要使用的有____________和___________(填选项前的字母)。A．电压合适的50 Hz交流电源B．电压可调的直流电源C．刻度尺D．秒表E．天平(含砝码)（2）在图3中已标出计数点A、B、D、E对应的坐标点，请在该图中标出计数点C对应的坐标点，并画出v–t图象。（3）观察v–t图象，可以判断小车做匀变速直线运动，其依据是___________。v–t图象斜率的物理意义是______________________。（4）描绘v–t图象前，还不知道小车是否做匀变速直线运动。用平均速度表示各计数点的瞬时速度，从理论上讲，对Δt的要求是______（选填“越小越好”或“与大小无关”)；从实验的角度看，选取的Δx大小与速度测量的误差______(选填“有关”或“无关”)。（5）早在16世纪末，伽利略就猜想落体运动的速度应该是均匀变化的。当时只能靠滴水计时，为此他设计了如图4所示的“斜面实验”，反复做了上百次，验证了他的猜想。请你结合匀变速直线运动的知识，分析说明如何利用伽利略“斜面实验”检验小球的速度是随时间均匀变化的_____________________。【答案】（1）A  C  （2）如图所示：（3）小车的速度随时间均匀变化  加速度  （4）越小越好  有关  （5）如果小球的初速度为0，其速度，那么它通过的位移x∝t2。因此，只要测量小球通过不同位移所用的时间，就可以检验小球的速度是否随时间均匀变化。【解析】（1）打点计时器需用交流电源；为了计算速度需要利用刻度尺测量长度。故需要的仪器选AC（2）利用所给点迹描点连线，得图象其中C点的横坐标为3T，纵坐标为（3）结合图象可以看出小球速度随时间均匀变化，所以小球做匀加速运动，图象的斜率代表了运动时的加速度；（4）越小，则越接近计数点的瞬时速度，所以越小越好，计算速度需要用到的测量值，所以大小与速度测量的误差有关。（5）如果小球的初速度为0，其速度，那么它通过的位移x∝t2。因此，只要测量小球通过不同位移所用的时间，就可以检验小球的速度是否随时间均匀变化。（要检验小球的速度是随时间均匀变化的，可以检验小球运动位移与时间的平方成正比，利用滴水可以得到小球的运动时间，并测出小球在相应时间内的位移，则可以验证。） 热身训练1.（2022·山东聊城市高三下学期一模）某实验小组为了测定金属丝的电阻率，用螺旋测微器测量金属丝的直径，用米尺测量金属丝的长度，用伏安法测出金属丝的电阻，然后根据电阻定律计算出该金属材料的电阻率。（1）测量时螺旋测微器如图甲所示，金属丝的直径为______mm。（2）现有电动势3V的电源、开关和若干导线及下列器材：A.电压表V（量程3V，内阻约10kΩ）B.电流表A（量程0.6A，内阻约2Ω）C.滑动变阻器（最大阻值为10Ω）D.滑动变阻器（最大阻值为100Ω）①用多用电表粗测金属丝的电阻大约为5Ω，要求较准确地测出其阻值，滑动变阻器应选______（填“”或“”）②实验中该小组实物接线如图乙所示，合上开关前检查电路，请指出其明显错误或不合理的地方是______。（3）不论使用电流表内接法还是电流表外接法，都会产生系统误差，某小组按如图丙所示的电路进行测量，可以消除由于电表内阻造成的系统误差。利用该电路进行实验的主要操作过程是：第一步：先将的滑动触头调到最左端，单刀双掷开关向1闭合，闭合开关，调节滑动变阻器和，使电压表和电流表的示数尽量大些（不超过量程），读出此时电压表和电流表的示数、。第二步：保持两滑动变阻器的滑动触头位置不变，将单刀双掷开关向2闭合，读出此时电压表和电流表的示数、。由以上数据可计算出被测电阻______。【答案】    ①. 0.950    ②. R1    ③. 电流表应外接；滑动变阻器滑片应置于最左端    ④. 【解析】（1）[1]由图示螺旋测微器可知，其示数为（2）[2]由已知待测电阻为5Ω，如果选100Ω的滑动变阻器，两者差值过大，待测电阻分压过小，因此为了便于测量和读数，应选择与待测电阻阻值相近的R1。[3]待测电阻与电压表电流表的关系为故待测电阻为小电阻，根据“内大外小”原则，为了更精准测量，故电流表应选择外接法；在开关闭合前，滑动变阻器的电阻应全部接入干路，故滑动变阻器的滑片应置于最左端（3）[4]单刀双掷开关向1闭合，由闭合电路欧姆定律保持两滑动变阻器的滑动触头位置不变，将单刀双掷开关向2闭合，由闭合电路欧姆定律联立解得2.（2022·山东日照市高三下学期一模）某物理探究小组的同学设计了如图甲所示的实验电路测定干电池的电动势和内阻。实验器材：电池组（两节干电池）定值电阻毫安表（量程为50mA，内阻）电压表（量程为3V，内阻很大）滑动变阻器R电阻箱开关导线若干（1）将电阻箱的阻值调至，则图甲中虚线框内改装后电流表的量程为_______mA。（2）实验步骤如下：①闭合开关S前，将滑动变阻器R的滑片移到______端（选填“左”或“右”）；②闭合开关S，改变滑片位置，记下电压表的示数U和毫安表的示数I，多次实验后将所测数据描绘在如图乙所示的坐标纸上，作出U-I图线。（3）每节干电池的电动势E=______V，内阻=______（结果均保留两位有效数字）。（4）从实验原理上分析，通过本实验测量的电动势_____实际电动势，测量的内阻_____实际内阻（选填“大于”“等于”或“小于”）。【答案】    ①. 500    ②. 左    ③. 1.5    ④. 1.0    ⑤. 等于    ⑥. 等于【解析】（1）[1]将电阻箱的阻值调至，则图甲中虚线框内改装后电流表的量程为代入数据，解得（2）[2]为了保护电路，应使电路的电流最小，所以滑动变阻器接入电路的电阻最大，即滑片应滑到左端。（3）[3][4]根据毫安表的改装原理，当毫安表示数为I时，此时电路中的电流为10I，毫安表和电阻箱并联后的电阻为根据甲所示电路图，由欧姆定律可知，路端电压为由图乙所示图象可知，纵轴截距为解得又图像斜率的绝对值为解得（4）[5][6]由电路图可知，当毫安表示数为零时，通过电池组的电流为零，图象的纵截距比电池阻的实际电动势，当电压表示数为零时，此时电池组与组成的等效电源的路端电压实际值就是零，即所测的短路电流为真实值，故通过本实验测量的电动势等于实际电动势，测量的内阻等于实际内阻。3．下列学生实验中，需要用到打点计时器的实验有_________A．探究求合力的方法B．探究加速度与力、质量的关系C．探究小车的速度随时间变化的规律D．探究作用力与反作用力的关系【答案】BC【解析】A．探究合力的方法，抓住两根弹簧秤拉橡皮筋和一根弹簧秤拉橡皮筋效果相同，探究合力和分力的关系，不需要用到打点计时器，故A错误。B．探究加速度与力、质量的关系，实验中需要测量加速度的大小，需要通过纸带测量加速度，所以需要打点计时器，故B正确。C．探究小车的速度随时间变化的规律，实验中需要测量速度，需要通过纸带测量速度，所以需要打点计时器，故C正确。D．探究作用力与反作用力的关系，实验中使用的是两个弹簧测力计对拉，改变用力，观察两弹簧秤的示数大小变化情况，得出两个弹簧秤示数总是大小相等，不需要打点计时器，故D错误。故选BC。4．（2020·全国高一课时练习）在探究弹力和弹簧伸长量的关系时，某同学先按图1对弹簧甲进行探究，然后将弹簧乙和弹簧甲串联起来如图2进行探究。在不考虑两个弹簧重力的影响，在弹性限度内，将质量为的钩码逐个挂在弹簧下端，分别测得图1、图2中弹簧总长度、如表所示。取，则弹簧甲的劲度系数________，弹簧乙的劲度系数________。钩码个数123426.0026.4826.9727.4779.4480.8982.3683.85【答案】10050【解析】[1]由表格中的数据可以知道，当弹力的变化量弹簧的形变量的变化量为根据胡克定律知[2]由表中数据可知弹簧乙的总长度分别为53.44cm、54.41cm、55.39cm、56.38cm，同理可计算出5．（2020·山东高二期末）在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中：(1)原线圈中接入的电源是____A．接入220V交流电B．接入学生电源12V以下直流输出C．接入学生电源12V以下交流输出(2)对于实验过程，下列说法正确的是______A．为便于探究，应该采用控制变量法B．因为实验所用电压较低，通电时可用手接触裸露的导线、接线柱等检查电路C．使用多用电表测电压时，先用中等量程挡试测，再选用恰当的挡位进行测量【答案】CA【解析】(1)[1]“探究变压器的电压与匝数的关系”要用低压交流电源和交流电表，所以不需要干电池，变压器是改变电压，因此为了人身安全，原线圈两端只能使用低压交流电源，所用电压不超过12V，故A、B错误，C正确；故选C；(2)[2]A．探究变压器原副线圈两端的电压与匝数的关系，为便于探究，应该采用控制变量法，故A正确；B．实验通电时，可用手接触裸露的导线、接线柱等检查电路，这样无形之中，将人体并联电路中，导致所测数据不准确，故B错误；C．使用多用电表测电压时，先用最高量程挡试测，再选用恰当的挡位进行测量，故C错误；故选A。6．小孟同学做“探究求合力的方法”实验．①本实验需要用到带细绳套的橡皮筋，下图中最合适的是__________；②某次用弹簧秤拉橡皮筋时弹簧秤的指针位置如图所示，弹簧秤示数为________N；③下列有关该实验的说法中，正确的是___________．A．用两把弹簧秤和用一把弹簧秤拉时应将橡皮筋结点拉至同一位置B．两分力的夹角越大越好C．弹簧秤拉伸时应保持和木板平行D．本实验应作出力的示意图来探究合力与分力的关系【答案】C2.65AC【解析】①[1]为了保证实验的准确性，尽量减小误差，拉橡皮条的细线要适当长一些，故选C.②[2]弹簧秤的最小分度值为0.1N，因此需要估读到下一位，则根据图读出读数为2.65N.③[3]A．为了保证效果相同，两次拉橡皮筋时，需要将橡皮筋拉倒结点拉到同一位置，故A正确.BC．为了实验的准确性，两分离应适当大些，夹角不宜过大也不宜过小，并且弹簧秤拉伸时应保持和木板平行，故B错误，C正确.D．本实验要探究合力与分力的关系，需要力的大小，故要画出力的图示.故D错误.7．（2019·辽宁高三一模）在利用线圈、条形磁铁、电流表和导线若干探究电磁感应现象中感应电流方向与磁通量变化的关系的实验中，（1）实验前需判明线圈中导线的_____________；（2）应先用试触法判明电流表中电流方向与__________之间的关系。【答案】绕制方向指针偏转方向【解析】（1）[1]．实验前需判明线圈中导线的绕制方向；（2）[2]．应先用试触法判明电流表中电流方向与指针偏转方向之间的关系。8．（2019·河北高一期末）为了探究“加速度与力、质量的关系”，现提供如图甲所示实验装置。请思考探究思路并回答下列问题∶(1)本实验需要平衡摩擦力，在平衡摩擦力的操作中，将木板不带滑轮的一端垫高，在______（填“挂钩码”或“不挂钩码”）的情况下，使_________（填“拖有纸带”或“不拖纸带”）的小车做匀速直线运动；(2)A、B两位同学均用此装置探究小车加速度a与外力F的关系，需要保持________不变，改变钩码的数量，各自得到的a—F图像如图乙所示，分析二人所得图像不同的原因，是由于做实验时______不同；(3)C同学对此装置进行了改进，如图丙所示，将力传感器（可直接显示拉力大小固定在了小车上，则改进后_________。A．长木板水平放置，不需要进行平衡摩擦力的操作B．依然需要平衡摩擦力C．不需要满足小车质量远大于钩码质量D．需要满足小车质量远大于钩码质量【答案】不挂钩码拖有纸带小车质量小车质量BC【解析】(1)[1][2]平衡摩擦力的操作中，将木板不带滑轮的一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使拖有纸带的小车恰好做匀速直线运动(2)[3]探究小车加速度a与外力F的关系，需要保持小车质量不变[4]由图像斜率表示小车质量的倒数，由图像可知，两直线斜率不同，说明做实验时小车质量不同(3)[5]AB．实验中要将力传感器的示数作为小车的合外力，只有在平衡摩擦力情下，力传感器的示数才等于小车的合外力，故A错误，B正确；CD．由于实验中力传感器可直接测出绳的拉力，在平衡摩擦力的情况下，绳的拉力即为小车的合力，则不需要满足小车质量远大于钩码质量，故C正确，D错误。故选BC。9．（2019·浙江高一期末）（1）如图所示，下列器材中，实验“探究小车速度随时间的变化规律”、“探究加速度与力、质量的关系”、“用自由落体运动验证机械能守恒定律”都需要用到的实验器材是______、______（填器材的名称）。（2）在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，下列说法中正确的是______（填字母）A．长木板的一端必须垫高，使未挂砝码盘的小车拖着纸带恰能在木板上做匀速运动B．悬挂的砝码和砝码盘的总质量一定要远小于小车的总质量C．调节滑轮的高度，使牵引小车的细绳与长木板保持平行D．小车应靠近打点计时器，先释放小车，后接通电源（3）如图是验证机械能守恒定律实验得到的一条纸带，电源频率为。计算打点计时器打下点时纸带的速度______。（计算结果保留三位有效数字）【答案】刻度尺打点计时器ABC（1.36～1.39均给分）【解析】（1）[1][2]．验证机械能守恒定律需要的器材有：重锤、铁架台、打点计时器和纸带、刻度尺等。实验“探究小车速度随时间的变化规律”和“探究加速度与力、质量的关系”两实验类似，需要的器材有：小车、打点计时器、钩码、刻度尺、木板等；可知能用于这三个实验的器材是打点计时器和刻度尺。（2）[3]．在做“探究加速度与力、质量的关系”实验前，先要做一些辅助工作：A、平衡摩擦力，即先把长木板的一端必须垫高，使未挂砝码盘的小车拖着纸带恰能在木板上做匀速运动，选项A正确；
B、为了使拉力等于钩码的重力，必须使钩码的质量远小于小车的质量，故选项B正确；
C、细线要与木板平行，否则合力是变化的，选项C正确；
D、凡涉打点计时器的步骤，是先通电再释放物体，故选项D错误。
故选ABC。（3）[4]．b点的速度等于ac段的平均速度，由图可知xac=5.5cm=0.055m；故10（2019·上海高二单元测试）某班同学在探究感应电流产生的条件时，做了如下实验：探究I：如图甲所示，先将水平导轨、导体棒ab放置在磁场中，并与电流表组成一闭合回路。然后进行如下操作：①ab与磁场保持相对静止；②让导轨与ab一起平行于磁感线运动；③让ab做切割磁感线运动。探究II：如图乙所示，将螺线管与电流表组成闭合回路。然后进行如下操作：①把条形磁铁放在螺线管内不动；②把条形磁铁插入螺线管过程中；③把条形磁铁拔出螺线管过程中。探究III如图丙所示，螺线管A、滑动变阻器、电源、开关组成一个回路；A放在螺线管B内，B与电流表组成一个闭合回路。然后进行如下操作：①闭合和断开开关瞬间；②闭合开关，A中电流稳定后；③闭合开关，A中电流稳定后，再改变滑动变阻器的阻值。可以观察到：（请在（1）（2）（3）中填写探究中的序号）（1）在探究I中，_______________闭合回路会产生感应电流；（2）在探究III中，______________闭合回路会产生感应电流；（3）在探究Ⅲ中，_______________闭合回路会产生感应电流；（4）从以上探究中可以得到的结论是：当闭合回路中___________时，闭合回路中就会产生感应电流。【答案】③②③①③磁通量发生改【解析】(1)[1]在探究Ⅰ中，①ab与磁场保持相对静止，导体棒不切割磁感线，磁通量不变，不产生感应电流；②让导轨与ab一起平行于磁感线运动，导体棒不切割磁感线，磁通量不变，不产生感应电流；③让ab做切割磁感线运动，穿过回路的磁通量发生变化，产生感应电流；故选③；(2)[2]在探究Ⅱ中，①把条形磁铁放在螺线管内不动，穿过闭合回路的磁通量不变，不产生感应电流；②把条形磁铁插入螺线管过程中，穿过回路的磁通量发生变化，产生感应电流；③把条形磁铁拔出螺线管过程中，磁通量发生变化，产生感应电流；故选②③；(3)[3]在探究Ⅲ中，①闭合和断开开关瞬间，穿过回路的磁通量变化，产生感应电流；②闭合开关，A中电流稳定后，磁通量不变，不产生感应电流；③闭合开关，A中电流稳定后，再改变滑动变阻器的阻值，穿过回路的磁通量变化，产生感应电流．故选①③；(4)[4]从以上探究中可以得到的结论是：当闭合回路中的磁通量变化时，闭合回路中就会产生感应电流.