高考课标版高考物理 专题十四 实验.docx
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高考课标版高考物理专题十四实验
专题十四 实验
挖命题
【考情探究】
考点
考向
5年考情
预测热度
考题示例
学业水平
关联考点
素养要素
解法
力学实验
实验中纸
带的处理
2017课标Ⅰ,22,5分
4
运动观念
平均法
★★☆
2016课标Ⅱ,22,6分
4
运动观念
平均法
基本力
学实验
2018课标Ⅰ,22,5分
3
证据
合成法
2018课标Ⅱ,23,9分
3
证据
2017课标Ⅲ,22,6分
3
相互作用观念
2015课标Ⅰ,22,6分
4
相互作用观念
2014课标Ⅰ,22,6分
4
证据
电学实验
基本器
材的原理及使用
2018课标Ⅱ,22,6分
4
问题
★★☆
2015课标Ⅰ,23,9分
4
解释
测量电阻和描
绘小灯泡的伏
安特性曲线
2018课标Ⅰ,23,10分
4
证据
替代法
2018课标Ⅲ,23,9分
4
问题
伏安法
2017课标Ⅰ,23,10分
4
问题
伏安法
2017课标Ⅱ,23,9分
4
解释
电桥法
2016课标Ⅱ,23,9分
4
解释
半偏法
2015课标Ⅱ,23,9分
4
证据
半偏法
2014课标Ⅱ,22,6分
3
解释
伏安法
测电源电动
势和内阻
2014课标Ⅰ,23,9分
4
证据
分析解读 物理是以实验为基础的学科,实验能力是物理学科的重要能力,高考物理历来重视考查实验能力,从近几年的高考试题可以看出高考命题有以下几个特点:
1.基本仪器的使用是考查的热点。
如刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器、电流表、电压表、多用电表、滑动变阻器、电阻箱等的使用,都是高考的热点。
2.实验的实际操作是考查的重点。
近几年来的物理实验试题所考查的实验步骤的排序以及纠错、补漏、电路连接、实验仪器的选择等都与实验的实际操作过程紧密相关,真正地考查了考生的实际操作能力。
3.设计实验是考查的难点。
从近几年的试题来看,高考加强了对实验探究能力的考查。
4.实验的基本原理和思想方法是考查的核心。
从近几年的高考试题可以看出,所有试题的考查均源于课本实验,但已从简单的背诵实验形式向分析、理解实验等方面转变,因此理解课本实验原理、体会实验思想是实验复习的核心。
5.实验数据处理在试题中逐年体现,是实验的一个重要环节。
实验数据处理中认识误差问题非常重要。
要了解误差的概念,知道系统误差和偶然误差,会分析误差来源,知道用多次测量求平均值的方法减小偶然误差,会用有效数字表达直接测量的结果,间接测量的有效数字运算不作要求。
【真题典例】
破考点
【考点集训】
考点一 力学实验
1.（2018河北定州期中,21,10分）如图所示,在水平放置的气垫导轨（能大幅度地减小摩擦阻力）上有一带有方盒的滑块,质量为M,气垫导轨右端固定一定滑轮,细线绕过滑轮,一端与滑块相连,另一端挂有6个钩码,设每个钩码的质量为m,且M=4m。
（1）用游标卡尺测出滑块上的挡光片的宽度,读数如图所示,则宽度d= cm;
（2）某同学打开气源,将滑块由静止释放,滑块上的挡光片通过光电门的时间为t,则滑块通过光电门的速度为 （用题中所给字母表示）;
（3）开始实验时,细线另一端挂有6个钩码,由静止释放后细线上的拉力为F1,接着每次实验时将1个钩码移放到滑块上的方盒中,当只剩3个钩码时细线上的拉力为F2,则F1 2F2（选填“大于”、“等于”或“小于”）;
（4）若每次移动钩码后都从同一位置释放滑块,设挡光片距光电门的距离为L,悬挂着的钩码的个数为n,测出每次挡光片通过光电门的时间为t,测出多组数据,并绘出n-
图像,已知图线斜率为k,则当地重力加速度为 （用题中字母表示）。
答案
（1）0.520
（2）
（3）小于 （4）
2.[2018天津理综,9
（2）]某研究小组做“验证力的平行四边形定则”实验,所用器材有:
方木板一块,白纸,量程为5N的弹簧测力计两个,橡皮条（带两个较长的细绳套）,刻度尺,图钉（若干个）。
①具体操作前,同学们提出了如下关于实验操作的建议,其中正确的有 。
A.橡皮条应和两绳套夹角的角平分线在一条直线上
B.重复实验再次进行验证时,结点O的位置可以与前一次不同
C.使用测力计时,施力方向应沿测力计轴线;读数时视线应正对测力计刻度
D.用两个测力计互成角度拉橡皮条时的拉力必须都小于只用一个测力计时的拉力
②该小组的同学用同一套器材做了四次实验,白纸上留下的标注信息有结点位置O、力的标度、分力和合力的大小及表示力的作用线的点,如下图所示。
其中对于提高实验精度最有利的是 。
答案 ①BC ②B
3.（2019届山西太原五校阶段检测,12,6分）某实验小组用如图甲所示装置,探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系。
（1）实验中要测出弹簧的原长,应按下列 项进行操作。
A.将弹簧平放在桌面上,保持弹簧轴线是一条直线,测出弹簧的长度即为原长
B.将弹簧竖直悬挂,稳定后用刻度尺测出此时弹簧的长度,即弹簧的原长
（2）在用刻度尺测弹簧长度时,应保持弹簧 。
（填“竖直”或“水平”）
（3）某次实验中,实验小组成员根据每次所用钩码的总质量与测得的弹簧长度l,作出了弹簧长度与钩码总质量的关系图像,如图乙所示,则由图乙可求得该弹簧的劲度系数为 （g=10m/s2,结果保留两位有效数字）,弹簧的原长为 cm。
答案
（1）B（1分）
（2）竖直（1分） （3）30（±0.1）（2分） 15（±0.1）（2分）
4.[2017天津理综,9
（2）]如图所示,打点计时器固定在铁架台上,使重物带动纸带从静止开始自由下落,利用此装置验证机械能守恒定律。
①对于该实验,下列操作中对减小实验误差有利的是 。
A.重物选用质量和密度较大的金属锤
B.两限位孔在同一竖直面内上下对正
C.精确测量出重物的质量
D.用手托稳重物,接通电源后,撤手释放重物
②某实验小组利用上述装置将打点计时器接到50Hz的交流电源上,按正确操作得到了一条完整的纸带,由于纸带较长,图中有部分未画出,如图所示。
纸带上各点是打点计时器打出的计时点,其中O点为纸带上打出的第一个点。
重物下落高度应从纸带上计时点间的距离直接测出,利用下列测量值能完成验证机械能守恒定律的选项有 。
A.OA、AD和EG的长度B.OC、BC和CD的长度
C.BD、CF和EG的长度D.AC、BD和EG的长度
答案 ①AB ②BC
考点二 电学实验
1.（2017课标Ⅰ,23,10分）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3.8V,额定电流0.32A）;电压表
（量程3V,内阻3kΩ）;电流表
（量程0.5A,内阻0.5Ω）;固定电阻R0（阻值1000Ω）;滑动变阻器R（阻值0~9.0Ω）;电源E（电动势5V,内阻不计）;开关S;导线若干。
（1）实验要求能够实现在0~3.8V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。
图（a）
图（b）
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4V,内阻1.00Ω）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）实验电路原理图如图所示
（2）增大 增大
（3）0.39 1.17
2.（2017课标Ⅱ,23,9分）某同学利用如图（a）所示的电路测量一微安表（量程为100μA,内阻大约为2500Ω）的内阻。
可使用的器材有:
两个滑动变阻器R1、R2（其中一个阻值为20Ω,另一个阻值为2000Ω）;电阻箱Rz（最大阻值为99999.9Ω）;电源E（电动势约为1.5V）;单刀开关S1和S2。
C、D分别为两个滑动变阻器的滑片。
图（a）
图（b）
（1）按原理图（a）将图（b）中的实物连线。
（2）完成下列填空:
①R1的阻值为 Ω（填“20”或“2000”）。
②为了保护微安表,开始时将R1的滑片C滑到接近图（a）中滑动变阻器的 端（填“左”或“右”）对应的位置;将R2的滑片D置于中间位置附近。
③将电阻箱Rz的阻值置于2500.0Ω,接通S1。
将R1的滑片置于适当位置,再反复调节R2的滑片D的位置。
最终使得接通S2前后,微安表的示数保持不变,这说明S2接通前B与D所在位置的电势 （填“相等”或“不相等”）。
④将电阻箱Rz和微安表位置对调,其他条件保持不变,发现将Rz的阻值置于2601.0Ω时,在接通S2前后,微安表的示数也保持不变。
待测微安表的内阻为 Ω（结果保留到个位）。
（3）写出一条提高测量微安表内阻精度的建议:
。
答案
（1）如图所示
（2）①20 ②左 ③相等 ④2550
（3）调节R1上的分压,尽可能使微安表接近满量程
3.（2018课标Ⅱ,22,6分）某同学组装一个多用电表。
可选用的器材有:
微安表头（量程100μA,内阻900Ω）;电阻箱R1（阻值范围0~999.9Ω）;电阻箱R2（阻值范围0~99999.9Ω）;导线若干。
要求利用所给器材先组装一个量程为1mA的直流电流表,在此基础上再将它改装成量程为3V的直流电压表。
组装好的多用电表有电流1mA和电压3V两挡。
回答下列问题:
（1）在虚线框内画出电路图并标出R1和R2,其中*为公共接线柱,a和b分别是电流挡和电压挡的接线柱。
（2）电阻箱的阻值应取R1= Ω,R2= Ω。
（保留到个位）
答案
（1）如图所示
（2）100 2910
4.[2015广东理综,34
（2）,10分]某实验小组研究两个未知元件X和Y的伏安特性,使用的器材包括电压表（内阻约为3kΩ）、电流表（内阻约为1Ω）、定值电阻等。
图1
①使用多用电表粗测元件X的电阻。
选择“×1”欧姆挡测量,示数如图1（a）所示,读数为 Ω。
据此应选择图1中的 [填“（b）”或“（c）”]电路进行实验。
②连接所选电路,闭合S;滑动变阻器的滑片P从左向右滑动,电流表的示数逐渐 （填“增大”或“减小”）;依次记录电流及相应的电压;将元件X换成元件Y,重复实验。
③图2（a）是根据实验数据作出的U-I图线,由图可判断元件 （填“X”或“Y”）是非线性元件。
（a）
（b）
图2
④该小组还借助X和Y中的线性元件和阻值R=21Ω的定值电阻,测量待测电池的电动势E和内阻r,电路如图2（b）所示,闭合S1和S2,电压表读数为3.00V;断开S2,读数为1.00V。
利用图2（a）可算得E= V,r= Ω（结果均保留两位有效数字,视电压表为理想电压表）。
答案 ①10.0 （b） ②增大 ③Y ④3.2 0.50
【方法集训】
方法1 测速度的方法
1.（2018辽宁大连期中,9,4分）利用图1实验装置验证机械能守恒定律。
实验操作步骤如下,请将步骤B补充完整:
A.按实验要求安装好实验装置;
B.使重物靠近打点计时器,接着先 ,打点计时器在纸带上打下一系列的点;
C.图2为一条符合实验要求的纸带,O点为打点计时器打下的第一个点。
分别测出三个连续点A、B、C与O点之间的距离h1、h2、h3。
已知打点计时器的打点周期为T,重物质量为m,重力加速度为g,结合实验中所测得的h1、h2、h3,可求得纸带从O点下落到B点的过程中,重物增加的动能为 ,减少的重力势能为 。
答案 B.接通电源再释放纸带 C.
mgh2
2.（2019届江西萍乡摸底,13,10分）在验证动量守恒定律的实验中,实验装置如图所示。
（1）按照以下步骤进行操作:
①用天平测出两个大小相同的小球的质量分别为m1和m2,且m1 m2（填“<”、“>”或“=”）。
②按照如图所示的示意图,安装好实验装置。
将斜槽AB固定在桌边,使槽的末端点的 。
将一斜面BC连接在斜槽末端。
③先不放小球m2,让小球m1从斜槽顶端A处由静止开始滚下,记下小球在斜面上的落点位置。
④将小球m2放在斜槽前端边缘处,让小球m1从斜槽顶端A处由静止滚下,使它们发生碰撞,记下小球m1和小球m2在斜面上的落点位置。
⑤用毫米刻度尺量出各个落点位置到斜槽末端点B的距离。
图中D、E、F点是该同学记下的小球在斜面上的几个落点位置,到B点的距离分别为y1、y2、y3。
（2）小球m1与m2发生碰撞后,m1的落点是图中的 点,m2的落点是图中的 点。
（3）要想验证动量守恒定律,以下物理量必须测量的有 。
A.小球m1开始释放的高度h
B.斜面的倾角θ
C.两个小球的质量m1、m2
D.B点到D、E、F三点的距离分别为y1、y2、y3
（4）若（3）中所给选项的物理量均用测得的物理量来表示,只要满足关系式 ,则说明球碰撞中动量是守恒的。
只要再满足关系式 ,则说明两小球的碰撞是弹性碰撞。
答案
（1）①>（1分） ②切线水平（1分）
（2）D（1分） F（1分） （3）CD（2分）
（4）m1
=m1
+m2
（2分） m1y2=m1y1+m2y3（2分）
3.（2018安徽皖南八校联考,13,6分）某实验小组的同学利用落体法验证机械能守恒定律,实验装置如图甲所示,该小组的同学完成了如下的操作:
（1）首先利用螺旋测微器测出了小球的直径,其示数如图乙所示,则该小球的直径d= cm;
（2）将该小球由光电门1的正上方无初速度释放,测得小球先后通过光电门1和光电门2所用的时间为Δt1和Δt2,则小球通过两光电门的速度分别为v1= ,v2= ;（用所测量的物理量符号表示）
（3）该小组的同学测出了两光电门之间的距离为H,重力加速度用g表示,若小球的机械能守恒,则需要验证的关系式为 。
（结果用所测量的物理量符号表示）
答案
（1）0.3800（2分）
（2）
（各1分）
（3）2gH=
-
（2分）
方法2 测加速度的方法
1.（2017福建龙岩四校联考,14,10分）甲、乙、丙三个实验小组分别采用如图甲、乙、丙所示的实验装置,验证“当质量一定时,物体运动的加速度与它所受的合力成正比”这一物理规律。
已知他们使用的小车完全相同,小车的质量为M,重物的质量为m,试回答下列问题:
戊
（1）甲、乙、丙实验中,必须平衡小车和长木板之间的摩擦力的实验小组是 。
（2）实验时,必须满足“M远大于m”的实验小组是 。
（3）实验时,甲、乙、丙三组同学的操作均完全正确,他们作出的a-F图线如图丁中A、B、C所示,则甲、乙、丙三组实验对应的图线依次是 。
（4）实验时,乙组同学得到的一条纸带如图戊所示,从比较清晰的点起,每5个点取一个计数点,打点计时器所用电源的频率为50Hz,根据所标的测量数据可算得:
小车的加速度为 m/s2,打下点2时小车的速度为 m/s。
答案
（1）甲、乙、丙
（2）甲 （3）CAB （4）0.16 0.36
2.（2018安徽A10联盟）在“验证牛顿运动定律”的实验中,某物理兴趣小组利用如图甲所示的装置进行实验。
甲
乙
丙
（1）用20分度的游标卡尺测出挡光片的宽度如图乙所示,则宽度d= cm。
（2）接通气源,调节气垫导轨水平,让滑块从不同位置由静止释放,记录挡光片通过光电门的挡光时间t,测出释放点到光电门的间距为s,以s为纵轴,
为横轴作图,得到的图像是一条过原点的倾斜直线,且斜率为k,则滑块的加速度a= （用d、k表示）。
（3）若以测得的滑块加速度a为纵轴,所挂钩码的重力代替拉力F,作出如图丙中图线1。
为了减小误差,该兴趣小组将一个力传感器安装在滑块上（传感器的质量可忽略不计）,从力传感器中得出拉力F,作出a-F图像是图丙中的图线 （填“2”或“3”）。
答案
（1）0.940
（2）
（3）2
3.（2019届内蒙古包头联考,13,5分）某学习小组在研究匀变速直线运动的实验中,用如图所示的气垫导轨装置来测滑块的加速度,由导轨标尺可以测出两个光电门之间的距离L,窄遮光板的宽度为d,窄遮光板依次通过两个光电门的时间分别为t1、t2。
（1）通过两个光电门的瞬时速度分别为v1= ,v2= 。
在计算瞬时速度时应用的物理方法是 （选填“极限法”“微元法”或“控制变量法”）。
（2）滑块的加速度可以表示为a= （用题中所给物理量字母表示）。
答案
（1）
极限法
（2）
方法3 控制电路的选择方法
1.（2017山西五校四联,23）在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中,需要测量一个规格为“2.5V 0.5A”的小灯泡两端的电压和通过它的电流。
现有如下器材:
A.直流电源（电动势3.0V,内阻不计）
B.电流表
（量程3A,内阻约0.1Ω）
C.电流表
（量程600mA,内阻约2Ω）
D.电压表
（量程3V,内阻约3kΩ）
E.电压表
（量程15V,内阻约15kΩ）
F.滑动变阻器R（最大阻值10Ω,额定电流1A）
（1）实验中,电流表应选择 ;电压表应选择 。
（填所选器材前的字母）
（2）为了尽可能地减小实验误差,请根据正确选择的器材设计电路并在虚线框中作出该电路图。
（3）在正确操作的情况下,某同学根据实验所得的数据画出该小灯泡的伏安特性曲线如图所示。
实验中,若把该小灯泡和一个阻值为9Ω的定值电阻串联在电动势为3V、内阻为1Ω的直流电源上,则小灯泡此时的电阻为 Ω。
（结果保留两位有效数字）
答案
（1）C D
（2）如图所示
（3）1.5（1.4~1.6均可给分）
2.（2018江苏无锡联考,13）研究一个小灯泡L（2.8V 1.8W）的伏安特性,同时测定小灯泡在额定电压下的电阻,检验其标示的准确性。
（1）若实验中所用电流表内阻为几欧,电压表内阻为几千欧,选出下列电路图中既能满足实验要求,又能减小误差的实验电路图:
。
（选填“A”“B”“C”或“D”）
（2）请按
（1）中所选电路图连接好图甲所示的实物图。
（3）闭合开关前,滑动变阻器的滑片应放在 端。
（选填“a”或“b”）
（4）根据实验得到的数据作出小灯泡的I-U图像,如图乙所示,则小灯泡在额定电压下工作时的电阻RL= Ω。
（保留两位有效数字）
答案
（1）C
（2）如图所示
（3）a （4）5.6
3.（2017河南南阳联考,11,10分）实际电流表有内阻,可等效为理想电流表与电阻的并联。
测量实际电流表G1的内阻r1的电路如图甲所示。
供选择的仪器如下:
①待测电流表G1（0~5mA,内阻约300Ω）;
②电流表G2（0~10mA,内阻约100Ω）;
③定值电阻R1（300Ω）;
④定值电阻R2（10Ω）;
⑤滑动变阻器R3（0~1000Ω）;
⑥滑动变阻器R4（0~20Ω）;
⑦干电池（1.5V）;
⑧开关S及导线若干。
（1）定值电阻应选 ,滑动变阻器应选 。
（在空格内填写序号）
（2）用线条在图乙中把实物图补充连接完整。
（3）补全实验步骤:
①按电路图连接电路,将滑动变阻器的滑动触头移至最 端（填“左”或“右”）;
②闭合开关S,移动滑动触头至某一位置,记录G1、G2的读数I1、I2;
③多次移动滑动触头,记录相应的G1、G2读数I1、I2;
④以I2为纵坐标,I1为横坐标,作出相应图线,如图丙所示。
丙
（4）根据I2-I1图线的斜率k及定值电阻,写出待测电流表内阻的表达式 。
答案
（1）③ ⑥
（2）如图所示
（3）左 （4）r1=（k-1）R1
方法4 测电源电动势（E）和内阻（r）的常见方法
1.（2018安徽A10联盟联考）某实验小组成员要测量一节干电池的电动势和内阻,已知该干电池的电动势约为1.5V,内阻约为0.50Ω;实验室提供了电压表V（量程为0~3V,内阻约3kΩ）、电流表A（量程0~0.6A,内阻为0.70Ω）、滑动变阻器R（10Ω,2A）、开关和导线若干。
（1）为了尽可能减小实验误差,请在图1方框中画出实验电路图。
（2）在图2中按设计的电路图完善实物图的连接。
（3）通过多次测量并记录对应的电流表示数I和电压表示数U,利用这些数据在图3中画出了U-I图线。
由图线可以得出此干电池的电动势E= V（保留3位有效数字）,内阻r= Ω（保留2位有效数字）。
图3
（4）实验过程中,发现电流表发生了故障,于是小组成员又找来一个电压表和一个定值电阻,组成了如图4所示的电路,移动滑动变阻器触头,读出电压表V1和V2的多组数据U1、U2,描绘出U1-U2图像如图5所示,图线斜率为k,与横轴的截距为a,则电源的电动势E= ,内阻r= 。
（用k、a、R0表示）
答案
（1）由于电流表内阻已知,则应采用电流表相对电源的内接法,电路图如图所示。
（2）对照电路图,实物图完善后如图所示。
（3）1.45（1.44~1.46之间均可） 0.60（0.58~0.62之间均可）
（4）
2.（2017河北唐山一模,23）为测量一未知电源电动势和内阻,某同学设计了如图所示电路,电路中所用到的器材规格如下:
待测电源:
电动势约为4~6V,内阻约为几十欧姆;
定值电阻:
R0=10Ω;
定值电阻:
R2=3kΩ;
电阻箱R1:
0~9999Ω;
电压表:
量程0~3V,内阻RV=3kΩ;
开关、导线若干
（1）闭合开关后,将电阻箱的阻值由零开始逐渐增大,记录若干组电阻箱R1和电压表的读数;
（2）第一次该同学将得到的数据在U-R1坐标系中描点连线,得到如图甲所示曲线,曲线与纵轴的截距为b1=0.8V,虚线为图中曲线的渐近线。
由图可得电动势E= V,内阻r= Ω;
（3）第二次该同学将得到的数据在
-
坐标系中描点连线,得到如图乙所示直线,直线与纵轴的截距为b2=0.4V-1,斜率k=8.4Ω·V-1。
由图可得电动势E= V,内阻r= Ω;
（4）将两次数据处理方式进行对比,误差较小的应为第 （填“一”或“二”）次。
答案
（2）4.8 20 （3）5.0 21 （4）二
3.（2019届湖南益阳调研,14,9分）某同学为了测量一节电池的电动势和内阻,从实验室找到以下器材:
一个满偏电流为100μA、内阻为2500Ω的表头,一个开关,两个
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