高三教学研讨会上的讲座：高考物理实验复习研究

高三教学研讨会上的讲座：高考物理实验复习研究

高考物理实验复习研究 ‎——高三教学研讨会上的讲座 一、研究《考试大纲》，增强实验复习的针对性 ‎1.《考试大纲》中对实验能力的要求：‎ 能独立的完成表2、表3中所列的实验，能明确实验目的，能理解实验原理和方法，能控制实验条件，会使用仪器，会观察、分析实验现象，会记录、处理实验数据，并得出结论，对结论进行分析和评价；能发现问题、提出问题，并制定解决方案；能运用已学过的物理理论、实验方法和实验仪器去处理问题，包括简单的设计性实验。‎ ‎2.必考实验和探究：‎ 实验一：研究匀变速直线运动 实验二：探究弹力和弹簧伸长的关系 实验三：验证力的平等四边形定则 实验四：验证牛顿运动定律 实验五：探究动能定理 实验六：验证机械能守恒定律 实验七：测定金属的电阻率（同时练习使用螺旋测微器）‎ 实验八：描绘小电珠的伏安特性曲线 实验九：测定电源的电动势和内阻 实验十：练习使用多用电表 实验十一：传感器的简单使用 选考3—4：实验一：探究单摆的运动、用单摆测定重力加速度 实验二：测定玻璃的折射率 实验三：用双缝干涉测光的波长 选考3—5：验证动量守恒定律 ‎3.实验说明：‎ ‎(1)要求会正确使用的仪器主要有：刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器、天平、秒表、电火花计时器或电磁打点计时器、弹簧秤、电流表、电压表、多用电表、滑动变阻器、电阻箱等。‎ ‎(2)要求认识误差问题在实验中的重要性，了解误差的概念，知道系统误差和偶然误差；知道用多次测量求平均值的方法减少偶然误差；能在某些实验中分析误差的主要来源；不要求计算误差。‎ ‎(3)要求知道有效数字的概念，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。‎ 二、分析近年新课程卷对实验的考查，研究复习对策 ‎2008新课程卷 ‎22.（15分）‎ I.右图为一正在测量中的多用电表表盘.‎ ‎（1）如果是用×10档测量电阻，则读数为。‎ ‎（2）如果是用直流10 mA档测量电流，则读数为 mA。‎ ‎（3）如果是用直流5 V档测量电压，则读数为 V。‎ Ⅱ.物理小组在一次探究活动中测量滑块与木板之间的动摩擦因数。实验装置如图，一表面粗糙的木板固定在水平桌面上，一端装有定滑轮；木板上有一滑块，其一端与电磁打点计时器的纸带相连，另一端通过跨过定滑轮的细线与托盘连接。打点计时器使用的交流电源的频率为50 Hz。开始实验时，在托盘中放入适量砝码，滑块开始做匀加速运动，在纸带上打出一系列小点。‎ ‎（1）上图给出的是实验中获取的一条纸带的一部分：0、1、2、3、4、5、6、7是计数点，每相邻两计数点间还有4个打点（图中未标出），计数点间的距离如图所示。根据图中数据计算的加速度a= (保留三位有效数字)。‎ ‎(2)回答下列两个问题：‎ ‎①为测量动摩擦因数，下列物理量中还应测量的有 。（填入所选物理量前的字母）‎ ‎ A.木板的长度lB.木板的质量m1‎ ‎ C.滑块的质量m2 D.托盘和砝码的总质量m3‎ ‎ E.滑块运动的时间t ‎②测量①中所选定的物理量时需要的实验器材是。‎ ‎（3）滑块与木板间的动摩擦因数＝ （用被测物理量的字母表示，重力加速度为g ‎）。与真实值相比，测量的动摩擦因数 （填“偏大”或“偏小” ）。写出支持你的看法的一个论据：‎ ‎ 。‎ 答案：Ⅰ(1)60(2)7.18(3)3.59‎ Ⅱ(1)0.495~0.497m/s2(2) ① CD (3)‎ ‎2009新课程卷 ‎22.（4分）‎ 某同学用游标卡尺测量一圆柱体的长度，用螺旋测微器测量该圆柱体的直径，示数如图。由图可读出=cm,=‎ 答案：2.25，6.860‎ ‎23.(11分)‎ 青岛奥运会帆船赛场采用风力发电给蓄电池充电，为路灯提供电能。用光敏电阻作为传感器控制路灯电路的开关，实现自动控制。光敏电阻的阻值随照射光的强弱而变化，作为简化模型，可以近似认为，照射光较强（如白天）时电阻几乎为0：照射光较弱（如黑天）时电阻接近于无穷大。利用光敏电阻作为传感器，借助电磁开关，可以实现路灯自动在白天关闭，黑天打开。电磁开关的内部结构如图所示。1、2两接线柱之间是励磁线圈，3、4两接线柱分别与弹簧片和触点连接。当励磁线圈中电流大于50mA时，电磁铁吸合铁片，弹簧片和触点分离，3、4断开；电流小于50mA时，3、4接通。励磁线圈中允许通过的最大电流为100mA。‎ （1） 利用以下器材设计一个自动控制路灯的电路，画出电路原理图。‎ 光敏电阻；灯泡L，额定功率40W，额定电压36V，； 保护电阻；电磁开关；蓄电池E，电压36V，内阻很小；开关S，导线若干。‎ R2‎ R1‎ （1） 回答下列问题：‎ ‎① 如果励磁线圈的电阻为200，励磁线圈允许加的最大电压为V，保护电阻的阻值范围为。‎ ‎② 在有些应用电磁开关的场合，为了安全，往往需要在电磁铁吸合铁片时，接线柱3、4之间从断开变为接通。为此，电磁开关内部结构应如何改造？请结合本题中电磁开关内部结构图说明。‎ 答： 。‎ ‎③ 任意举出一个其它的电磁铁应用的例子。‎ 答： 。‎ 答案：‎ ‎（1）电路原理如图所示。（4分）‎ ‎（2）①20 （2分） 160~520（2分）‎ ‎②把触点从弹簧片右侧移到弹簧片左侧，保证当电磁铁吸合铁片时，3、4之间接通：不吸合时，3、4之间断开。‎ ‎③电磁起重机 解析：（1）要使光敏电阻能够对电路进行控制，且有光照时路灯熄灭，光敏电阻应与1，2串联，3，4与路灯串联；则电路图如图所示。‎ ‎（2）①由U=IR得励磁线圈允许加的最大电压为U=ImR=0.1×200V=20V；依据允许通过励磁线圈的电流最大值和最小值计算得，，因此保护电阻的阻值范围为160~320；②把触点从弹簧片右侧移到弹簧片左侧，保证当电磁铁吸合铁片时，3、4之间接通：不吸合时，3、4之间断开。③‎ 电磁起重机 ‎2010新课程卷 ‎22．(4分)‎ ‎ 图为验证机械能守恒定律的实验装置示意图。现有的器材为：带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重锤、天平。回答下列问题：‎ ‎(1)为完成此实验，除了所给的器材，还需要的器材有_____。(填入正确选项前的字母)‎ ‎ A．米尺 ‎ B．秒表 ‎ C．0～12V的直流电源 ‎ D. 0～I2V的交流电源 ‎(2)实验中误差产生的原因有______。(写出两个原因)‎ 答案：（1）AD ‎（2）纸带和打点计时器之间有摩擦；用米尺测量纸带上点的位置时读数有误差。‎ ‎23．(11分)‎ 用对温度敏感的半导体材料制成的某热敏电阻，在给定温度范围内，其阻值随温度的变化是非线性的。某同学将和两个适当的固定电阻、连成图1虚线框内所示的电路，以使该电路的等效电阻的阻值随所处环境温度的变化近似为线性的，且具有合适的阻值范围。为了验证这个设计，他采用伏安法测量在不同温度下的阻值，测量电路如图1所示，图中的电压表内阻很大。的测量结果如表l所示。‎ 回答下列问题：‎ ‎（1）根据图1所示的电路，在图2所示的实物图上连线。‎ ‎(2)为了检验与t之间近似为线性关系，在坐标纸上作-t关系图线 ‎ (3)在某一温度下，电路中的电流表、电压表的示数如图3、4所示。电流表的读数为____，电压表的读数为___。此时等效电阻的阻值为___：热敏电阻所处环境的温度约为____。‎ 答案：（1）如下图 （2）RL—t关系曲线如图所示：‎ ‎（3）115 mA 5.00V 43.5 64.0℃‎ 近三年新课程卷实验试题特点分析 ‎1.重视对基本仪器使用的考查 基本仪器的使用几乎包括了考试大纲中所有列出的全部基本仪器：‎ ‎2008年 多用电表，打点计时器 ‎2009年 游标卡尺，螺旋测微器的读数 ‎2010年 刻度尺，打点计时器，电压表，电流表，滑动变阻器 三年未考查 天平，弹簧秤，电阻箱，秒表未读数但出现在试题中 可见，实验仪器的使用占有的比重大，难点是电学仪器的选择。长度测量、电路测量的仪器使用是考查的重点。因此，复习时对于刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器，一定要掌握它们的使用方法，会正确读数，该估读的一定要估读。对于电流表、电压表、多用表，要学会连接、选取量程、读数、以及构造原理等。此外，对《考试大纲》中所列仪器的使用，要逐一排查，都应该达到能熟练使用的程度。‎ ‎2.重视实验原理和实验方法的考查 近三年实验考题涉及大纲所列实验情况：‎ 实验十：练习使用多用电表 ‎2008年 涉及实验一：研究匀变速直线运动 涉及实验四：验证牛顿运动定律 ‎2009年 涉及实验十一：传感器的简单使用、电路的设计 ‎2010年 实验六：验证机械能守恒定律 涉及实验七：测定金属的电阻率（同时练习使用螺旋测微器）‎ 涉及实验十一：传感器的简单使用 三年未考查 实验二：探究弹力和弹簧伸长的关系 实验三：验证力的平等四边形定则 实验五：探究动能定理 实验八：描绘小电珠的伏安特性曲线 实验九：测定电源的电动势和内阻 选考部分实验 验证性实验和一些间接测量的测量性实验都是依据某个物理原理设计的，从相关物理规律和物理公式中找出需测量的物理量并明确如何测这些物理量，从而确认实验方法和步骤。例如，2008年测动摩擦因数依据牛顿定律；2010年测电阻依据欧姆定律，方法是伏安法。‎ ‎3.重视实验数据处理:每年都要考查学生处理数据的能力，2008年用解析法进行计算与推理；2009年用公式进行运算；2010年用图象法处理数据。‎ ‎ 4.重视误差原因分析与有效数字有要求 ‎2008年有误差原因分析和对有效数字的要求；2010年要求分析误差原因。‎ ‎5.重视课本基本实验所掌握的实验原理、技能的迁移 ‎2008年的测动摩擦因数，就应用了研究匀变速运动和验证牛顿运动定律的基本原理和方法；2010年的23题应用了伏安法测电阻的基本原理和方法。这把握了高考试题重在“考能力”的方向，但无论实验题怎样考查，题型及情景设置多么新颖，都是从实验原理中派生出来的，都需要应用我们已掌握的基本实验原理和方法进行解决。因此要紧紧抓住考纲要求的基本实验原理和方法。‎ ‎6.设计、探究、创新成为了实验实验考查的热点 每一年的第二个实验题都体现了该特点。‎ 三、合理策划、讲究方法，提高实验复习的效率 学生物理实验能力的高低往往与学生物理知识、思想、方法的储备密切相关，仅靠死记硬背或割裂式地对待实验是不可能从根本上提高学生物理实验能力的。要提高学生的物理实验能力，必须得通过长期的、有计划的、实际的训练方能得以实现，这就要求我们将实验的复习贯穿整个高中物理的复习过程。‎ ‎1.合理策划、增强实验复习的计划性与系统性 与理论复习同步进行，贯穿三轮（或两轮）复习的全过程。第一轮：按大纲列出的实验随理论的进度进行详细回顾；第二轮：分专题归类复习，同时用录像规范实验操作，安排再进实验室进行操作复习；第三轮：强化训练。‎ ‎2.高考物理实验复习的几点建议 ‎(1)重视实验原理的理解（一轮）‎ 实验原理是实验的核心，实验方法、实验步骤、仪器的选择乃至误差的分析等一切与实验有关的问题都是从实验原理中引申派生出来的。紧紧抓住了实验原理，也就容易明白并记住实际操作过程中的一些规定、要求和注意事项。例如,高考中的设计性实验,对学生综合运用所学知识的能力和创新能力的要求比较高，但是它所用器材、原理、方法都渗透在学生实验、演示实验或课本知识中，在设计、操作实验时，只是要求学生将它们创造性地结合，这虽然不是课本上的实验，但用到的全是已学过的知识和使用过的器材，如果学生能深刻理解类似实验的原理、设计方法，能把所学的知识综合运用，是不难解决的。因此，我们在实验复习教学中，要有意识地强化对实验原理、实验方法的理解，才能使学生在实验思路上触类旁通，适应高考对考生实验能力考查的要求。‎ ‎(2)重视课本实验的复习（一轮）‎ ‎ 虽然设计性实验是近年高考实验试题的热点，难度也较大。但物理实验题型都来源于教材，只有将课本上的实验复习好了，才能举一反三，触类旁通。我们不能以为课本上的实验都学过了，把精力都放在一些设计性实验练习题上，练习题做的不少，却没有多少效果。我们应将主要精力放在课本实验的复习时上，只有对基本实验掌握好了，才能在实验设计时有“材”可取。其次，要学会用已掌握的实验来类比并设计实验，学会“迁移”。‎ 例如：2008年第Ⅱ题（测定动摩擦因数）.2010年第23题（涉及伏安法测电阻）‎ ‎(3)以实验原理为核心逐一落实每个实验环节（一轮）‎ 对于(11+4)个学生实验,复习时尽力确保每个实验环节都能得到逐一落实,具体环节如下：①实验目的；②实验原理（电学实验包括电路的设计）；③实验仪器的使用与读数（包括仪器的选择）；④操作步骤（特别是容易遗漏和出错的重要步骤）；⑤数据处理和数据分析（包括平均值法、图象法、函数关系法等处理实验数据的方法，也包括对实验结果是否合理进行分析）；⑥实验中应注意的问题以及误差分析；⑦实验后的思考、体会乃至迁移等。‎ ‎(4)实施归类复习，实现逐类旁通（二轮）‎ 同一物理仪器在不同实验中的应用，例如“打点计时器的应用”，由打点计时器记录位置、时间的应用出发，进而测定v、a、F、Ep、Ek等，来完成力学中的一系列实验。‎ 同一实验可用不同的方法来完成，例如“测电阻的方法”，可以用欧姆表法，可以用伏安法，可以用替代法，还可以用半偏法等；又如“测电源电动势和内阻的方法”，可以用伏安法，可以用伏箱法，也可以用安箱法，还可以用两伏法测电动势等等。‎ ‎(5)重视实际的操作训练（二轮）‎ 物理实验的首要特点就在于它的实践性。《考试大纲》中规定的学生实验是学习实验知识的载体，是形成实验能力的基础，同时也是高考命题的材料来源。实验题虽是“纸上谈兵”，但是高考在命题时总希望把“做过实验的”和“没有做过实验的”有所区分，同时，不亲自做一做，也很难发现问题，很难达到对问题的真正理解。纸上谈兵数十遍，不如亲自操作来一遍。我们在第二轮复习时，先利用实验录象规范学生的实验操作行为，再安排学生到实验室进行实验操作复习。要求学生在做实验时应该做到：对每一个实验都清楚要测量哪些物理量，如何操作。不仅要懂得每一步的操作，而且要理解为什么要进行这一步操作。‎ ‎(6)重视基本实验原理的理解和延伸，培养探究创新能力（一二轮）‎ 针对高考实验命题素材主要来自教材中的学生实验，即“不脱离教材而又不拘泥于教材”这一特点，我们可将学生实验在内容上进行延伸讨论。例如： ‎ ‎①研究匀变速直线运动：延伸到测量速度、加速度的多种方法。‎ ‎②探究弹力和弹簧伸长的关系：延伸到研究弹簧压缩；F-X图象等。‎ ‎③验证力的平行四边形定则：延伸到等效法；矢量的运算方法。‎ ‎④验证动量守恒定律：延伸到将不可测量量转化为可测量量。‎ ‎⑤验证机械能守恒定律：延伸到验证的其它方案。‎ ‎⑥测定金属的电阻率（练习使用螺旋测微器）：延伸到螺旋测微器的“放大原理”；测定电阻的其它方案。‎ ‎⑦描绘小灯泡的伏安特性曲线：延伸到线性与非线性元件的伏安特性曲线，实验条件的控制。‎ ‎⑧把电流表改装为电压表：延伸到改装原理讨论；半偏法测表头内阻；其它方案设计。‎ ‎⑨测电源电动势和内阻：延伸到其它测定方案设计。‎ ‎⑩传感器的简单使用：延伸到各种传感器的信息转换与记录原理。‎ 例如，全面复习伏安法测电源的电动势和内阻后及时拓展到电压表与电阻箱配合测量、电流表与电阻箱配合的测量方法。‎ 例题：如图中左所示为一黑箱装置，盒内有电源、电阻等元件，a、b为黑箱的两个输出端。‎ a.为了探测黑箱，某同学进行了以下几步测量：A．用多用电表的电阻挡测量ab间的电阻；B．用多用电表的电压挡测量ab间的输出电压；C．用多用电表的电流挡测量ab间的输出电流。你认为以上测量中不妥的有      （填序号），理由是                              。‎ b.含有电源的黑箱相当于一个“等效电源”，ab等效电源的两极．为了测定这个等效电源的电动势和内阻，该同学设计了如图右所示的电路，调节滑动变阻器的阻值，记录下电压表和电流表的示数，并在方格纸上建立了U-I坐标，根据实验数据画出了坐标点，如图所示．请你进一步处理，并由图求出等效电源的电动势E=     V，内阻r=    Ω。‎ c.由于电压表和电流表的内阻，会产生系统误差，则采用此测量电路所测得的电动势与实际值相比       ，测得的内阻与实际值相比    （填“偏大”、“偏小”或“相同”）‎ 解析：a.以上测量中不妥的有A、C；理由是：A．不能用多用电表的欧姆挡测量含电源的电阻；B．可能造成短路而烧坏电表。‎ b.如图所示，用直线将描得的点连接起来，要使更多的点在直线上，其它的点尽量分布在直线两侧．在图上直接读出电源的电动势为1．45V，取直线上的两点算出直线斜率的绝对值就是电源的内阻r=0．73Ω。‎ c.测量值均偏小。‎ ‎ 点评：该题就是学生熟悉的一些实验的组合与迁移。‎ ‎(7)重视对基本仪器使用的复习（一二三轮）‎ 基本实验仪器的使用应熟练掌握，重点是游标卡尺、螺旋测微器、电流表、电压表、多用电表的正确读数；打点计时器、弹簧秤、电流表、电压表、多用电表的正确使用等。对于基本实验仪器的读数，属于考试重点，虽然简单，但是失分较多。究其原因，一方面是不明确读数规则，另一方面是不够熟练。‎ 关于读数规则，可以进行如下归类： 不需估读的：①秒表：机械表是齿轮传动，指针不可能停在两小格之间，所以不需估度。②游标卡尺：对游标卡尺的末位数不要求再做估读，如遇游标上没有哪一根刻度线与主尺刻度线对齐的情况，则选择靠最近的一根线读数。③电阻箱：电阻箱的示数是各个挡位数字之和，不需估读。        ‎ 需要估读：①最小分度为“1”的仪器，测量误差出现在下一位，下一位按十分之一估读。②最小分度为“2”（象2、0.2、0.02等）的仪器。如量程为0．6A的电流表，最小分度为0．02A，只需读到安培的百分位（不少同学会错误读到安培的千分位）。不足半小格的舍去，超过半小格的按半小格估读。以安培为单位记录读数时，只能记录到百分位，且百分位上的数字可能为0、1、……9。③最小分度为“5”（象5、0.5、0.05等）的仪器。如量程为15V的电压表，最小分度为0.5V，只需读到伏特的十分位（不少同学会错误读到伏特的百分位），估读五分之几小格。以电压为单位记录读数时，只能记录到十分位，且十分位上的数字可能为0、1、2、…、9。‎ 关于熟练程度，一是加强练习，二是用实物仪器进行训练。‎ ‎(8)重视“纸上实验”答题的细节与习惯培养（一二三轮）‎ 例如：2010年第23题的评分细则：‎ 本题满分11分，分三个计分段，分值分别为4、3、4分。‎ 第一计分段：（4分）可能的分值0, 4。‎ 只有连线完全正确得4分，否则计0分；‎ 出现下列任意情况均算错误：连线出现交叉；连线不到位；电压表、电流表正负极接错（或没有正确的串并联电表）；安培表内接；电键没连在干路上；电阻R1、R2连接不正确；滑动变阻器连接错误…...‎ 第二计分段：（3分）可能的分值0,3。‎ 能正确绘出RL-t关系图线得3分，否则计0分（如只描点没连线；采用折线形式的逐点连接；连线不完整；以粗笔画将所有数据点包含于其中的直线形式等）‎ 第三计分段：（4分）可能的分值0,1,2,3,4。(只有数字和单位同时正确的才给分)‎ ‎1、115mA（或114mA, 116mA, 115.0mA、0.115A、mA等）计1分；‎ ‎2、5.00V（或4.99V，5.01V）计1分；‎ ‎3、43.5（或43.0～43.9）计1分；‎ ‎4、64.0℃（或62℃～66℃）计1分（第二计分段没连线的，本空正确的记0分）‎ 本计分段若没给出单位或给出单位错误则不得分！‎ 附：高中物理实验有以下四种类型： ‎1.基本仪器的使用。这类实验要求了解仪器的基本结构，掌握合理的操作方法，会正确读数，明确注意事项。 ‎2.测量性实验。这类实验要求能懂得实验原理，掌握实验方法，正确分析实验误差。‎ ‎   3．验证性实验。这类实验要求明确实验原理，掌握实验步骤，能科学地进行结论分析。‎ ‎   4．研究性实验。这类实验要求能正确的选择实验器材、实验方法，总结研究的结论或规律。