届高考物理二轮复习总结解题策略实验题新题稳做掌握三个答题步骤和五种常考题型.docx
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届高考物理二轮复习总结解题策略实验题新题稳做掌握三个答题步骤和五种常考题型
题型研究二
实验题新题稳做——掌握三个答题步骤和五种常考题型
物理实验年年必考，但它一直是学生“最熟悉的陌生人”。
说其“熟悉”，因为这些题目都源于教材；说其“陌生”，因为这些题目又都高于教材，是对教材实验的延伸、拓展和创新。
编者依据多年的一线备考经验，总结出实验题的三个答题步骤和五种常考题型，旨在提供给考生一个以不变应万变的解题模板，考生在考场上只要能做到灵活迁移、准确套用，攻克实验难题就在掌控之中。
仪器的使用与读数
[典例] （2013·山东高考）图2－1甲为一游标卡尺的结构示意图，当测量一钢笔帽的内径时，应该用游标卡尺的________（填“A”、“B”或“C”）进行测量；示数如图乙所示，该钢笔帽的内径为________mm。
图2－1
[审题解题] 本题主要考查对测量工具的认识和读数。
测钢笔帽的内径时应该用游标卡尺的内测脚A，示数大小为d＝11mm＋0.05mm×6＝11.30mm。
[答案] A 11.30（10.25或10.35均算对）
（1）毫米刻度尺读数中，必须估读到毫米的十分位。
（2）螺旋测微器读数中，必须估读到毫米的千分位，因此螺旋测微器又叫千分尺。
（3）游标卡尺有三种精度，0.1mm精度（游标尺10个格），以mm为单位，读数中小数点后面有一位，0.05mm和0.02mm精度（游标尺20个格和50个格），以mm为单位，读数中小数点后面有两位。
（4）多用电表的欧姆挡，刻度不均匀，结果只取两位有效数字，别忘记读取的数值乘以倍率。
测金属电阻率实验：
（1）测长度时，金属丝的起点、终点位置如图（a），则长度为：
________cm；
（2）用螺旋测微器测金属丝直径，示数如图（b），则直径为：
________mm；
（3）用多用电表“×1”欧姆挡估测其电阻，示数如图（c），则阻值为：
________Ω。
图2－2
解析：
（1）金属丝的长度为70.50cm－10.00cm＝60.50cm。
（2）金属丝的直径为1.5mm＋0.01mm×48.0＝1.980mm。
（3）金属丝的电阻为5.0Ω。
答案：
（1）60.50（60.48～60.52均可）
（2）1.980（1.979～1.982均可） （3）5.0（5也对）
规律验证型
[典例] 如图2－3所示，是“验证机械能守恒定律”的实验装置。
实验所用学生电源有交流（频率f＝50Hz）和直流两种输出。
重锤从高处由静止开始落下，拖动纸带通过打点计时器打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律。
图2－3
（1）一同学按如下步骤进行实验：
A．用天平测量出重锤的质量；
B．按图示的装置安装器材；
C．将打点计时器接到电源的直流输出端上；
D．先接通电源，后释放悬挂纸带的夹子，打出一条纸带；
E．换用纸带，重复步骤D；
F．选取合适的纸带；
G．测量所选纸带上某些点之间的距离；
H．根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能。
指出其中没有必要进行的一个步骤是________；操作不恰当的一个步骤是________。
（填写字母代号）
（2）利用这个装置也可以测量重锤的加速度数值。
这位同学打出的纸带如图2－4所示，A点为打下的第一个点，0、1、2、3、4、5、6为连续的计数点，现测得s1、s2、s3、s4、s5、s6分别为4.03cm、4.42cm、4.80cm、5.18cm、5.57cm、5.95cm，请你根据这条纸带推算此落体过程的加速度a＝________m/s2。
（保留三位有效数字）
图2－4
（3）某同学根据第
（2）问求得的加速度数值计算重力势能的变化量ΔEp，验证机械能守恒定律，试分析其合理性。
（判断并说明理由）
[审题解题]
（1）本实验只要验证减少的重力势能和增加的动能相等即可，所以不需要测量重锤的质量，步骤A不必要；打点计时器工作的电源必须是交流电源，步骤C不恰当。
（2）根据题意有相邻两点间的时间间隔为T＝0.02s，根据逐差法有a＝
＝9.58m/s2。
[答案]
（1）A C
（2）9.58 （3）不合理。
由于阻力的存在，第
（2）问中求得的结果不是当地的重力加速度，不能用它来计算重力势能的改变量。
验证型实验有验证力的平行四边形定则、验证牛顿第二定律、验证机械能守恒定律，对于该实验题型，要有严谨的科学态度，不要认为验证规律的实验一定成立，可以投机取巧，编造数据，比如计算了等式的左边，认为右边一定相等，造成不必要的丢分，另外还要注意有效数字必须符合题目要求。
（2013·汕头质检）图2－5为验证牛顿第二定律的实验装置示意图。
图2－5
（1）平衡小车所受阻力的操作：
取下________，把木板不带滑轮的一端垫高；接通电火花计时器电源，轻推小车，让小车拖着纸带运动。
如果打出的纸带如图所示，则应________（选填“减小”或“增大”）木板的倾角，反复调节，直到纸带上打出的点迹________为止。
图2－6
（2）图2－6为研究“在外力一定的条件下，物体的加速度与其质量的关系”时所得的实验图像，横坐标m为小车上砝码的质量。
设图中直线的斜率为k，在纵轴上的截距为b，若牛顿第二定律成立，则小车受到的拉力为________，小车的质量为________。
解析：
（1）平衡小车所受阻力时，需要将砝码取下；题图反映了小车在做加速运动，即垫木垫高了，应减小木板的倾角，直到纸带打出的点迹均匀为止。
（2）当小车上的砝码为零时，小车加速度为a0＝1/b，设小车的质量为M，则小车受到的拉力为F＝Ma0＝M/b；图中直线的函数关系式为
＝km＋b，根据牛顿第二定律F＝（m＋M）a，可解得：
M＝
，F＝
。
答案：
（1）砝码 减小 间隔相等（均匀）
（2）
题型三
测量型实验
[典例] （2013·深圳模拟）图2－7甲是“用伏安法测量金属丝电阻率ρ”的实验电路图。
图2－7
（1）用螺旋测微器测得金属丝直径d如图2－7乙所示，可读出d＝________m。
（2）闭合电键，调节P的位置，读出MP的长度为x时电压表和电流表的示数，算出对应的电阻R，利用多组数据绘出如图2－8甲所示的Rx图像，可得该图线的斜率k＝________Ω/m。
（3）利用图线的斜率k、金属丝的直径d，得到金属丝电阻率ρ的表达式为________________。
（4）图2－7甲中的a导线从电流表的“0.6A”接线柱改接于电流表的“－”接线柱上，可以测量电源的电动势和内阻。
闭合电键，调节P的位置，读出多组电压表和电流表的示数，把实验得到的数据绘成如图2－8乙所示的UI图像，得出电源的电动势E＝________V；若R0＝2.0Ω，则电源的内阻r＝________Ω。
图2－8
[审题解题] 本题主要考查电阻率、电源电动势、内阻的测量方法及数据处理方法。
（1）d＝0.01mm×39.5＝0.395mm＝3.95×10－4m，
（2）k＝
＝
Ω/m＝10Ω/m，
（3）由R＝ρ
得
＝
，ρ＝k·S＝
k，
（4）由图可知，E＝2.80V，r＝
－R0＝1.0Ω。
[答案]
（1）3.95×10－4（3.92×10－4～3.98×10－4均对）
（2）10（9.8～10.2均对） （3）ρ＝
k
（4）2.80（2.78～2.82均对） 1.0（0.96～1.041均对）
利用图像处理数据的四点注意
（1）合理选取坐标轴
一般来说，画图像时以横坐标代表自变量，纵坐标代表因变量，但如果选用这种坐标轴所作图线为曲线时，则应尽可能考虑“化曲为直”，因为直线比曲线更能直观地反映物理规律。
如：
当拉力F一定时，研究加速度a与小车质量m的关系时，若取纵坐标表示小车的加速度a，横坐标表示1/m来作图，则得出图像是一条过原点的直线，从而直观地得出a与1/m成正比，即a与m成反比的关系。
（2）合理选取坐标原点和标度
坐标原点不一定是数据零点，应尽量使图线能占据坐标纸的大部分空间，这样能使图线更精确。
至于坐标原点代表的物理量的数值，可根据作图的需要来确定。
横、纵坐标轴一般不表示同一物理量，因此标度一般不同，选择标度的标准是使做出的图线充满坐标纸的大部分空间。
（3）准确连线绘图
描出各数据点后，要用一条平滑的曲线把它们连接起来。
由于测量数据时可能会出现误差甚至错误，为此应根据大多数测量数据点的分布画出平滑的曲线，尽可能使数据点在图线上，或均匀地分布在图线两侧。
若个别数据点偏离图线较远，说明该数据有差错，应舍弃不用。
（4）分析图线求解结果
根据已知的物理规律推导纵、横坐标所表示的两个物理量之间的关系式，再根据图线的斜率、在纵轴和横轴上的截距，或图线与横轴所围面积的意义求解结果。
（2013·浙江高考）采用如图2－9所示的电路“测定电池的电动势和内阻”。
图2－9
（1）除了选用照片中的部分器材外，________（填选项）（ ）
A．还需要电压表 B．还需要电流表
C．还需要学生电源D．不再需要其他器材
（2）测量所得数据如下：
测量次数
物理量
1
2
3
4
5
6
R/Ω
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
I/A
0.60
0.70
0.80
0.89
1.00
1.20
U/V
0.90
0.78
0.74
0.67
0.62
0.43
用作图法求得电池的内阻r＝________；
（3）根据第5次所测得的实验数据，求得电流表内阻RA＝________。
解析：
（1）除照片中的器材外，还需要电压表，故应选A；
（2）作出UI图像，如图所示，可求得电池的内阻r＝
＝
Ω＝0.75Ω；
（3）由U＝I（R＋RA）和第5组数据，得：
电流表的内阻RA＝
－R＝（
－0.4）Ω＝0.22Ω。
答案：
（1）A
（2）0.75Ω（±0.10Ω） （3）0.22Ω
题型四
实验探究型
[典例] （2013·福建高考）硅光电池在无光照时不产生电能，可视为一电子元件。
某实验小组设计如图甲电路，给硅光电池加反向电压（硅光电池负极接高电势点，正极接低电势点），探究其在无光照时的反向伏安特性。
图中电压表的V1量程选用3V，内阻为6.0kΩ；电压表V2量程选用15V，内阻约为30kΩ；R0为保护电阻；直流电源电动势E约为12V，内阻不计。
（1）根据图甲，用笔画线代替导线，将图乙连接成完整电路。
图2－10
（2）用遮光罩罩住硅光电池，闭合开关S，调节变阻器R，读出电压表V1、V2的示数U1、U2。
①某次测量时，电压表V1示数如图丙，则U1＝________V。
可算出通过硅光电池的反向电流大小为________mA（保留两位小数）。
②该小组测出大量数据，筛选出下表所示的9组U1、U2数据，算出相应的硅光电池两端反向电压Ux和通过的反向电流Ix（表中“－”表示反向），并在坐标纸上建立IxUx坐标系，标出了与表中前5组Ux、Ix数据对应的5个坐标点。
请你标出余下的4个坐标点，并绘出IxUx图线。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
U1/V
0.00
0.00
0.06
0.12
0.24
0.42
0.72
1.14
1.74
U2/V
0.0
1.0
2.1
3.1
4.2
5.4
6.7
8.1
9.7
Ux/V
0.0
－1.0
－2.0
－3.0
－4.0
－5.0
－6.0
－7.0
－8.0
Ix/mA
0.00
0.00
－0.01
－0.02
－0.04
－0.07
－0.12
－0.19
－0.29
图2－11
（3）由IxUx图线可知，硅光电池无光照下加反向电压时，Ix与Ux成________（填“线性”或“非线性”）关系。
[审题解题]
（1）实物图如图所示
（2）①由题图知，电压表读数为1.40V，通过硅光电池的反向电流也等于通过电压表V1的电流，故I＝
＝
A≈0.23mA。
②先在坐标纸上描点，然后用平滑的曲线将其连接起来，如图所示。
③因图线为曲线，故Ix与Ux成非线性关系。
[答案]
（1）见解析图
（2）①1.40 0.23 ②见解析图 ③非线性
探究型实验题通常可分为两类：
第一类为通过实验和实验数据的分析得出物理规律，第二类给出实验规律，让你选择实验仪器，设计实验步骤，并进行数据处理。
第一类必须在实验数据上下工夫，根据数据特点，掌握物理量间的关系，得出实验规律；第二类必须从已知规律入手，正确选择测量的物理量，根据问题联想相关的实验模型，确定实验原理，选择仪器设计实验步骤，记录实验数据并进行数据处理。
（2013·保定模拟）探究能力是物理学研究的重要能力之一。
某物理兴趣小组探究“阻力做功与绕固定轴转动物体角速度ω的关系”，某同学采用了下述实验步骤进行实验：
图2－12
①如图2－12所示，先让砂轮由动力带动匀速旋转，测得其角速度为ω。
②然后让砂轮脱离动力，由于克服转轴间的摩擦力，砂轮最后停下，测出砂轮从脱离动力到停止转动的过程中转过的圈数为n。
③通过分析实验数据，得出结论。
经实验测得的几组ω和n的数据如下表所示：
实验序号
1
2
3
4
5
ω/rad·s－1
0.5
1
2
3
4
n
5
20
80
180
320
（1）请你根据表中的数据判定下列图像正确的是（ ）
图2－13
（2）若砂轮转轴的直径大小为D，转轴转动时受到的摩擦力大小恒为f。
砂轮脱离动力后克服摩擦力做功的表达式为Wf＝________。
（用题目中所给的物理量表示）
（3）实验测量砂轮转轴的直径D，游标卡尺上的示数如图2－14所示，则D＝________mm。
图2－14
（4）物体因绕转轴转动而具有的动能叫转动动能。
设法测得砂轮转轴转动时受到的摩擦力f＝
N，通过上述实验，可以得出：
该砂轮的转动动能Ek与角速度ω的关系式为Ek＝kω2，其中比例系数k的大小为________，k的单位是________（用力学基本单位kg、m、s表示）。
解析：
（1）由表中数据可得n＝20ω2，故D正确。
（2）摩擦力做功为：
Wf＝πDfn。
（3）D＝10.0mm。
（4）由功能关系可知，Ek＝Wf＝πDfn＝πD·
·20ω2＝200Dω2，故k＝200D＝2。
由Ek的单位为kg·m2/s2，ω的单位为1/s，可得k的单位为kg·m2。
答案：
（1）D
（2）πDfn （3）10.0 （4）2 kg·m2
方案选择或实验设计型
[典例] （2013·长春调研）利用如图2－15所示电路测量一量程为300mV的电压表的内阻RV，RV约为300Ω。
实验步骤如下：
图2－15
①按电路图正确连接好电路，把滑动变阻器R的滑片P滑到a端，闭合开关S2，并将电阻箱R0的阻值调到较大；
②闭合开关S1，调节滑动变阻器滑片的位置，使电压表的指针指到满刻度；
③保持开关S1闭合和滑动变阻器滑片P的位置不变，断开开关S2，调整电阻箱R0的阻值大小，使电压表的指针指到满刻度的一半，读出此时电阻箱R0的阻值，即电压表内阻RV的测量值。
实验所提供的器材除待测电压表、电阻箱（最大阻值999.9Ω）、电池（电动势约1.5V，内阻可忽略不计）、导线和开关之外，还有如下可供选择的实验器材：
A．滑动变阻器（最大阻值150Ω）
B．滑动变阻器（最大阻值10Ω）
C．定值电阻（阻值约20Ω）
D．定值电阻（阻值约200Ω）
根据以上设计的实验方法，回答下列问题：
（1）对于上述测量方法，由实验原理分析可知，在测量无误的情况下，实验测出的电压表内阻的测量值R测________真实值R真（选填“大于”、“小于”或“等于”）。
（2）为了使测量比较精确，从可供选择的实验器材中，滑动变阻器R应选用________，定值电阻R′应选用________。
（填字母代号）
（3）在其他元件不变的情况下，为使测量更准确，可换用一电动势更________的电池（内阻可忽略）（选填“大”或“小”）。
[审题解题] 本题考查了半偏法测量电压表的内阻。
（1）当电阻箱接入电路后，电阻箱和电压表组成的支路分的电压增大，电阻箱上分得的电压大于电压表上原来的一半，所以电压表的测量值大于真实值。
（2）要想测量比较精确，要求电阻箱接入电路后对整个电路的电阻影响较小，所以滑动变阻器选择B，若定值电阻R′过大，不能使电压表达到满偏，所以R′选择C。
（3）在本实验其他元件不变的条件下，选择电动势大的电池能减小实验误差，提高精确度。
[答案]
（1）大于
（2）B C （3）大
1．解决设计型实验题的技巧
解决设计型实验问题的关键是确定实验原理，它是进行实验设计的根本依据和起点，它决定应当测量哪些物理量、如何安排实验步骤、如何处理数据等。
实验原理的确定，要根据问题的要求和给出的条件，回顾分组实验和演示实验，寻找能够迁移应用的实验原理，或者回顾物理原理，寻找有关的物理规律，设法创设相关的物理情境，并根据已掌握的基本仪器核对是否能够测出必须测定的物理量。
因此，掌握基本仪器的使用方法、基本的实验方法和基本物理原理是解答设计型实验题的基础。
2．电表内阻测量的设计方案
（1）电压表内阻测量的几种设计方案：
①电路图：
，RV＝
这种方法适用于电流表量程较小的情况。
②电路图：
，RV＝
R0。
这种方法适用于电压表V0内阻已知的情况。
③电路图：
，RV＝
这种方法适用于电流表A量程稍大，利用定值电阻R0间接推导电压表V中电流。
（2）电流表内阻测量的几种设计方案：
①电路图：
，RA＝
这种方法适用于电流表A0内阻已知的情形。
②电路图：
，RA＝
这种方法适用于电流表A0内阻未知，且量程比待测电流表量程大的情形。
③电路图：
，RA＝
这种方法适用于电压表V量程较大的情形。
④电路图：
，RA＝RN
这种方法是等效替代法，RN为电阻箱。
为了测定电流表A1的内阻，采用如图2－16所示的电路。
其中：
A1是待测电流表，量程为300μA，内阻约为100Ω；A2是标准电流表，量程是200μA；R1是电阻箱，阻值范围是0～999.9Ω；R2是滑动变阻器；R3是保护电阻；E是电池组，电动势为4V，内阻不计；S1是单刀单掷开关，S2是单刀双掷开关。
图2－16
（1）根据电路图，请在实物图2－17中画出连线，将器材连接成实验电路。
图2－17
（2）连接好电路，将开关S2扳到接点a处，闭合开关S1，调节滑动变阻器R2使电流表A2的读数是150μA；然后将开关S2扳到接点b处，保持R2不变，调节电阻箱R1，使A2的读数仍为150μA。
若此时电阻箱R1各旋钮的位置如图2－18所示，电阻箱R1的阻值是________Ω，则待测电流表A1的内阻Rg＝________Ω。
图2－18
（3）上述实验中，无论怎样调节滑动变阻器R2的滑动端位置，都要保证两块电流表的安全。
在下面提供的四个电阻中，保护电阻R3应选用________（填写与阻值相应的字母）。
A．200kΩB．20kΩ
C．15kΩD．2kΩ
（4）下面提供了最大阻值不同的四个滑动变阻器供选用。
既要满足上述实验要求，又要调节方便，滑动变阻器________（填写与阻值相应的字母）是最佳选择。
A．1kΩB．5kΩ
C．10kΩD．25kΩ
解析：
（1）电路连接如图：
（2）电阻箱读数为（8×10＋6×1＋3×0.1）Ω＝86.3Ω，即电流表内阻为86.3Ω。
（3）当滑动变阻器电阻调至零时，要求电路中电流不超过200μA，由欧姆定律得I＝
＝
≤200μA。
由上式可知R3应选阻值为20kΩ的保护电阻。
（4）根据实验要求，由欧姆定律可得
I′＝
＝
＝150μA，
解得R2≈6.57kΩ。
故R2选最大阻值为10kΩ的滑动变阻器。
答案：
（1）见解析图
（2）86.3 86.3 （3）B （4）C
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