2020物理二轮教师用书：第2部分专项2策略4创新型实验——活用原理巧妙迁移

 创新型实验——活用原理，巧妙迁移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。I/(×10－3 A)3.06.09.012.015.018.0UH/(×10－3 V)1.11.93.44.56.26.8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。砝码的质量m/kg0.050.100.150.200.25滑动摩擦力f/N2.152.362.55f42.93(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