【物理】2018届一轮复习沪教版第11讲高考怎样考实验学案
第11讲 高考怎样考实验
【高考热点】
1.力学创新实验的考查.
2.伏安法测电阻的电路设计.
3.电学创新实验的考查.
一、力学创新实验的考查
解决创新探究型实验试题的基础是熟练掌握考试说明要求的物理实验，重点是基本实验器材的使用方法和实验中体现的物理思想，例如平衡摩擦力的方法、用重力代替拉力的方法、控制变量的方法、累积法测量微小量的方法、图象探究物理量关系的方法、微小量放大测量的方法、平均值减小误差的方法等等.解决创新探究型实验试题的关键是能将学过的实验知识和方法在不同的情境下迁移应用.
【例1】 (2016·江苏单科，11)某同学用如图1甲所示的装置验证机械能守恒定律.一根细线系住钢球，悬挂在铁架台上，钢球静止于A点，光电门固定在A的正下方，在钢球底部竖直地粘住一片宽度为d的遮光条.将钢球拉至不同位置由静止释放，遮光条经过光电门的挡光时间t可由计时器测出，取v＝作为钢球经过A点时的速度.记录钢球每次下落的高度h和计时器示数t，计算并比较钢球在释放点和A点之间的势能变化大小ΔEp与动能变化大小ΔEk，就能验证机械能是否守恒.
甲
(1)ΔEp＝mgh计算钢球重力势能变化的大小，式中钢球下落高度h应测量释放时的钢球球心到________之间的竖直距离.
A.钢球在A点时的顶端 B.钢球在A点时的球心
C.钢球在A点时的底端
(2)用ΔEk＝mv2计算钢球动能变化的大小，用刻度尺测量遮光条宽度，示数如图所示，其读数为________cm.某次测量中，计时器的示数为0.010 0 s，则钢球的速度为v＝________m/s.
乙
图1
(3)下表为该同学的实验结果：
ΔEp(×10－2 J)
4.892
9.786
14.69
19.59
29.38
ΔEk(×10－2 J)
5.04
10.1
15.1
20.0
29.8
他发现表中的ΔEp与ΔEk之间存在差异，认为这是由于空气阻力造成的.你是否同意他的观点？请说明理由.
(4)请你提出一条减小上述差异的改进建议.
规律总结
力学创新实验虽然在试题的情境上进行了创新，但其使用的实验原理和实验处理方法仍然不变，因此，对于创新型实验的处理，最根本的还是要把其从新情境中抽出来，找出与常规实验的相同之处，然后运用熟悉的实验原理和实验数据处理方法进行处理.
二、伏安法测电阻的电路设计
1.
电学实验是高考实验考查的重点，考查的实验有测定金属的电阻率、描绘小灯泡的伏安特性曲线、测定电源的电动势和内阻、多用电表的使用等.
2.高考对电学实验的考查侧重于考查电路设计、实物图连接、数据处理和误差分析，并且高考对电学实验的考查向着拓展实验、创新实验的方向发展.
【例2】 有一个小灯泡上标有“4 V，2 W”的字样，现在要用伏安法描绘这个灯泡的I－U图线.现有下列器材供选用：
A.电压表(0～5 V，内阻10 kΩ)；
B.电压表(0～15 V，内阻20 kΩ)；
C.电流表(0～3 A，内阻0.4 Ω)；
D.电流表(0～0.6 A，内阻1.0 Ω)；
E.滑动变阻器(10 Ω，2 A)；
F.滑动变阻器(500 Ω，1 A)
G.学生电源(直流6 V)、开关、导线若干
图2 图3
图4
(1)实验时，选用图2而不选用图3的电路图来完成实验，请说明理由：_____________________________________________________________________.
(2)实验中所用电压表应选用______________，电流表应选用______________，滑动变阻器应选用______________.(用序号字母表示)
(3)把图4中所示的实验器材按图2用笔画线代替导线连接成实物电路图.
图5
(4)某同学通过实验测量得到的数据已经描在了图5所示的I－U坐标系中，请用一光滑的曲线将各描点连接好.
规律总结
1.电流表内外接法的选择
(1)若Rx>，则采用电流表内接法，此时R测＝＝Rx＋RA>Rx.
(2)若Rx<，则采用电流表外接法，此时R测＝＝
m2，现要利用此装置验证机械能守恒定律.
图9
(1)若选定物块A从静止开始下落的过程进行测量，则需要测量的物理量有________.
①物块的质量m1、m2；
②物块A下落的距离及下落这段距离所用的时间；
③物块B上升的距离及上升这段距离所用的时间；
④绳子的长度.
(2)为提高实验结果的准确程度，某小组同学对此实验提出以下建议：
①绳的质量要轻；
②在“轻质绳”的前提下，绳子越长越好；
③尽量保证物块只沿竖直方向运动，不要摇晃；
以上建议中确实对提高准确程度有作用的是__________________________.
题组2 电学实验的考查
4.关于多用电表的使用，下列操作正确的是( )
A.多用电表测电压时，要将红表笔接高电势点
B.多用电表测电压时，应串联接入电路
C.多用电表测电阻时，要调节倍率，使测量指示值尽可能大
D.多用电表测电阻时，如将红黑表笔接错将导致测量错误
(2)如图10所示，若多用电表的选择开关处于表中所指的挡位，请在表格中填出相应的读数.
图10
选择开关所处挡位
读数
直流电流100 mA
________ mA
直流电压50 V
________ V
电阻×100
________ Ω
5.用实验方法测电流表内电阻的电路图如图11所示.器材有待测电流表A：量程0～10 mA，内阻RA约为30 Ω(待测)；电流表A′：量程50 mA；电阻箱R1：0～999.9 Ω；滑动变阻器R2：0～500 Ω；电源：E＝3 V，r为1～2 Ω.
图11
(1)滑动变阻器滑片P在实验开始前应放在________端(填“a”或“b”).将单刀双掷开关S先接“1”位置，调节滑动变阻器滑片P，使待测电流表A的指针至某位置(或满偏)，记下此时电流表A′的示数I′.滑片P不再移动.
(2)将开关S接“2”位置，调节电阻箱使_____________________________.
(3)待测电流表A的内电阻RA等于_____________________.
(4)写出以上测量原理包含的主要物理方法：_______________________.
6.某同学用如图12甲所示的实物电路测绘额定电压为3.0 V的小灯泡的伏安特性曲线，并研究小灯泡实际功率及灯丝温度等问题.
图12
(1)根据甲图，将图乙中的实验仪器连成完整的实验电路.
(2)该同学根据实验数据画出小灯泡I－U图线如图13所示.形成图中小灯泡伏安特性图线是曲线的原因为_______________________________.
(3)根据图中所示I－U图线，可确定小灯泡在电压为2.0 V时实际功率为________.(保留两位有效数学)
图13
7.某学习小组为探究导电溶液的电阻在体积相同时，电阻值与长度的关系，选取一根乳胶管，里面灌满了盐水，两端用粗铜丝塞住管口，形成一段封闭的盐水柱.进行了如下实验：
(1)该小组将盐水柱作为纯电阻，粗测其电阻约为几千欧.现采用伏安法测盐水柱的电阻，有如下实验器材可供选择：
A.直流电源：电动势12 V，内阻很小，额定电流1 A
B.电流表A1：量程0～10 mA，内阻约10 Ω
C.电流表A2：量程0～600 mA，内阻约0.5 Ω
D.电压表V：量程0～15 V，内阻约15 kΩ
E.滑动变阻器R1：最大阻值1 kΩ
F.滑动变阻器R2：最大阻值5 kΩ
G.开关、导线等
(1)在可供选择的器材中，应选用的电流表是______________(填“A1”或“A2”)，应选用的滑动变阻器是__________(填“R1”或“R2”)；
(2)根据所选用的器材画出实验电路图；
(3)握住乳胶管两端把它均匀拉长，多次实验测得盐水柱长度L、电阻R
的数据如表：
实验次数
1
2
3
4
5
6
长度L(cm)
20.0
25.0
30.0
35.0
40.0
45.0
电阻R(kΩ)
1.3
2.1
3.0
4.1
5.3
6.7
图14
为了研究电阻R与长度L的关系，该小组用纵坐标表示电阻R，作出了如图14 所示的图线，你认为横坐标表示的物理量是____________.
8.某学习小组在测定一节干电池的电动势和内阻的实验中，实验室备有下列器材：
A.待测干电池
B.电流表(量程0～0.6 A，内阻为0.5 Ω)
C.电压表(量程0～0.6 V，内阻为RV＝2 000 Ω)
D.定值电阻R0＝4 000 Ω
E.滑动变阻器R(0～20 Ω)
F.开关和导线若干
(1)为了达到实验目的，在图15甲中完成实验电路图.(电压表与定值电阻R0已连接好)
图15
(2)该小组同学连接好实验电路，测出七组实验数据，并利用测出的数据在图乙中绘出了U－I图线(I为电流表的示数，U为电压表的示数)，则根据图线可得被测电池的电动势E＝__________V，内阻r＝__________
Ω.(保留三位有效数字)
(3)该实验测得的电动势和内阻的值与真实值存在误差，产生系统误差的原因是__________________________________________________________________.
第11讲 高考怎样考实验
备考指导
例1 (1)B (2)1.50 1.50 (3)不同意 理由见解析
(4)见解析
解析 (1)钢球下落高度h，应测量释放时钢球心到钢球在A点时的球心之间的竖直距离，故选B.
(2)遮光条的宽度d＝1.50 cm，钢球的速度v＝＝1.50 m/s
(3)不同意，因为空气阻力会造成ΔEk小于ΔEp，但表中ΔEk大于ΔEp.
(4)分别测出光电门和球心到悬点的长度L和l，计算ΔEk时，将v折算成钢球的速度v′＝v.
例2 (1)描绘灯泡的I－U图线所测数据需从零开始，并要多取几组数据 (2)A D E (3)见解析图 (4)所描的伏安特性曲线见解析图
解析 (1)由于测量数据要从零开始，故采用图4所示的分压式电路，且能方便地多测几组数据．
(2)因小灯泡额定电压为4 V，则电压表选量程为0～5 V的电压表．小灯泡的额定电流为I＝＝ A＝0.5 A，则电流表选D.滑动变阻器应选最大阻值较小的E，这样在实验中移动滑片时能使电路中的电流和电压有明显的变化，从而减小读数误差．
(3)按图4连接实物电路，如图所示．
(4)如图所示
例3 (1)如图所示
(2)R2
(3)①650.0 b 接通电源后，流过报警器的电流会超过20 mA，报警器可能损坏
②c 报警器开始报警
解析 (1)热敏电阻工作温度达到60 ℃时，报警器报警，故需通过调节电阻箱使其电阻为60 ℃时的热敏电阻的阻值，即调节到阻值650.0 Ω，使报警器能正常报警，电路图如答案图．
(2)U＝18 V，当通过报警器的电流10 mA≤Ic≤20 mA，故电路中总电阻R＝，即900 Ω≤R≤1 800 Ω，故滑动变阻器选R2.
(3)热敏电阻为650.0 Ω时，报警器开始报警，模拟热敏电阻的电阻器阻值也应为650.0 Ω，实验调试时，将开关置于c端，缓慢调节滑动变阻器，直到报警器开始报警．为防止通过报警器电流过大，造成报警器烧坏，应使滑动变阻器的滑片置于b端．
考点突破
1．(1)2.030 (2)6.570(6.569～6.571均可)
解析 本题考查的是游标卡尺和螺旋测微器的读数规则，主要考查学生对基本仪器的使用能力．(1)游标卡尺的固定刻度读数为2 cm，20分度的游标卡尺精确到0.05 mm，可动刻度的读数为6×0.05 mm＝0.30 mm，所以游标卡尺的读数为2.030 cm；螺旋测微器的固定刻度读数为6.5 mm，螺旋测微器精确到0.01 mm，可动刻度的读数为7.0×0.01 mm＝0.070 mm，所以螺旋测微器的读数为6.570 mm.注意：游标卡尺不可估读，而螺旋测微器需要估读．
2．①刻度尺、天平(包括砝码) ②D ③可在小车上加适量砝码(或钩码) ④CD
解析 ①本实验需要知道小车的动能，因此还需要用天平测出小车的质量，用刻度尺测量纸带上点迹之间的长度，求出小车的瞬时速度．②牵引小车的细绳与木板平行的目的是在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的合力，选项D正确．③在保证所挂钩码数目不变的条件下要减小小车加速度可以增加小车的质量，故可在小车上加适量砝码(或钩码)．④
当小车在运动过程中存在阻力时，拉力做正功和阻力做负功之和等于小车动能增量，故拉力做功总是要比小车动能增量大一些；当钩码加速运动时，钩码重力大于细绳拉力，此同学将钩码重力做的功当作细绳拉力做的功，则拉力做功要比小车动能增量大，故只有C、D正确．
3．(1)①②或①③ (2)①③
解析 本题考查验证机械能守恒定律．(1)依实验目的，本实验需要测量的物理量有：两物块质量m1，m2，物块下落或上升的高度h，对应时刻两物块运动速度大小v；因两物块均从静止开始做匀加速直线运动，则有h＝t，故有v＝.所以直接测量的物理量是①②或①③.(2)对提高实验结果准确程度有作用的建议是①③.
4．(1)A (2)64 32.0 900
解析 (1)测电压时，红表笔与表内表头的“＋”接线柱相连，所以将红表笔接高电势点，或者使用多用表的电压挡时，可把多用电表当作一个普通的电压表，多用电表的“＋”插孔和“－”插孔分别相当于电压表的“＋”接线柱和“－”接线柱，使用时需要先接两个表笔，然后再将多用电表并联接入电路，选项A正确，B错误；多用电表测电阻时，要调节倍率，使指针指在中间位置附近，选项C错误；多用电表测电阻时，无需区分红、黑表笔，选项D错误．
(2)读电流时用0～250的刻度，电流的读数为×100 mA＝64 mA，读电压时用0～50的刻度，电压表的读数为32.0 V；读电阻时用最上面的欧姆挡刻度，欧姆表的读数为9×100 Ω＝900 Ω.
5．(1)b (2)电流表A′的示数仍为I′
(3)电阻箱读数R1 (4)等效替代法
解析 (1)为了防止损坏电表，要使电路中电流从最小开始增加，即开始时滑片应处于b端；(2)用替代法测电流表内电阻，必须保持电流表A′两次的读数相同，故要使电流表A′示数仍为I′；(3)两次测量，电路中电流相等，故电流表A的内电阻等于电阻箱读数R1；(4)电阻箱的阻值和电流表A的内电阻相等，故实验利用了它们之间的等效替代关系．
6．(1)如图所示
(2)随着灯泡两端电压升高，电流增大，灯丝的温度升高，电阻率增大，电阻增大
(3)0.64 W
解析 本题考查的是测绘小灯泡的伏安特性曲线，主要考查学生连接实物图和处理实验数据的能力．
(2)小灯泡的伏安特性图线为曲线的原因是随着灯泡两端电压的升高，电流增大，灯丝的温度升高，电阻率增大，电阻增大．(3)根据小灯泡伏安特性曲线可知，当小灯泡两端的电压为2.0 V时，流过小灯泡的电流约为0.32 A，那么小灯泡的实际功率P＝UI＝0.64 W.
7．(1)A1 R2 (2)见解析图 (3)L2
解析 (1)电源电动势为12 V，待测电阻约为几千欧，所以流过待测电阻的最大电流是几毫安，应选用的电流表是A1；滑动变阻器采用的限流接法，应选取最大阻值与待测电阻值差不多的滑动变阻器，所以应该选用的滑动变阻器是R2.(2)电路图如图所示．(3)根据表格数据，可知的值几乎恒等于一常数，R－L2图象是一条过原点的直线，所以横坐标表示的物理量是L2.
8. (1)如图所示
(2)1.50 1.08(在1.06～1.10范围均视为正确)
(3)电压表和定值电阻R0的分流
解析 本题考查的是实验器材和实验电路的选择设计．
(1)干电池电动势约1.5 V，电压表量程不够，需串联R0作为改装电压表测量电压，设计电路如图所示；(2)U－I图象与纵坐标的交点表示电动势，斜率表示内阻．U－I图象的纵坐标是电压表示数，由串联分压知路端电压的实际值U′＝3U，则电动势应为图象与纵轴交点值的三倍，作出电源的U－I图象计算电源内阻，计算时注意纵轴起始坐标并不是0.
