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2013年高三物理二轮如何拿高分课件:第2讲拿下实验题-压住上线分


第2讲 拿下实验题 ——压住上线分

题 型 扫 描

?1.应用型实验题 ?【题型探秘】 ? 所谓应用型实验,就是以熟悉和掌握实 验仪器的使用方法及其在实验中的应用为目的 的一类实验;或者用实验方法取得第一手资料, 然后用物理概念、规律进行分析处理,并以解 决实际问题为主要目的的实验.主要有: ?①仪器的正确操作与使用,如打点计时器、

电流表、电压表、多用电表等,在实验中能正 确地使用它们是十分重要的(考核操作、观察 能力); ?② 物理知识的实际应用,如科技、交通、生

? 【应对策略】 ? 应用型实验题解答时可从以下两方面入手: ? (1)熟悉并正确使用仪器.实验仪器名目 繁多,具体应用因题而异,所以,熟悉使用 仪器是最基本的应用.如打点计时器的正确 安装和使用,滑动变阻器在电路中起限流和 分压作用的不同接法,多用电表测不同物理 量的调试等,只有熟悉它们,才能正确使用 它们.熟悉仪器,主要是了解仪器的结构、 性能、量程、工作原理、使用方法、注意事 项,如何排除故障、正确读数和调试,使用 后如何保管等.

?(2)理解实验原理 ?面对应用性实验题,一定要通过审题,迅 速地理解其实验原理,这样才能将实际问题 模型化,运用有关规律去研究它. ?具体地说,应用型实验题的依托仍然是物 理知识、实验能力等.解答时要抓住以下几 点:

?①明确实验应该解决什么实际问题(分清力学、 电学、光学等不同实际问题); ?②明确实验原理与实际问题之间的关系(直接 还是间接); ?③明确是否仅用本实验能达到解决问题的目 的,即是否还要联系其它物理知识,包括数学 知识; ?④明确是否需要设计实验方案; ?⑤明确实际问题的最终结果.

? 【典例精析】 ? 【例1】 新式游标卡尺的刻度线看起来很 “稀疏”,使读数显得清晰明了,便于使用 者正确读取数据.通常游标卡尺的刻度有10 分度、20分度和50分度三种规格;新式游标 卡尺也有相应的三种,但刻度却是:19 mm 等分成10份,39 mm等分成20份,99 mm等 分成50份.如图1所示就是一个“39 mm等分 成20份”的新式游标卡尺.

? 图1

?(1)它的准确度是________mm. ?(2)用它测量某物体的厚度,示数如图1所示, 正确的读数是________cm. ?解析 (1)游标上20格对应的长度为39 mm, 即每格长为1.95 mm,游标上每格比主尺上 每两小格Δx=0.05 mm,故准确度为0.05 mm. ?(2)这种游标卡尺的读数方法为:主尺读数 +游标对准刻度×Δx=3 cm+6×0.005 cm= 3.030 cm. ?答案 (1)0.05 (2)3.030

?点评 游标卡尺、螺旋测微器的使用在高考 题中频繁出现.对游标卡尺的使用要特别注 意以下两点: ?①深刻理解它的原理:通过游标更准确地 量出“0”刻度与左侧刻度之间的间距——游标 对准刻度×Δx; ?②读准有效数据.

? 【例2】 如图2所示为一简单欧姆表原理示 意图,其中电流表的满偏电流Ig=300 μA, 内阻Rg=100 Ω,可变电阻R的最大值为10 kΩ,电池的电动势E=1.5 V,内阻r=0.5 Ω, 图中与接线柱A相连的表笔颜色应是 ________色.按正确使用方法测量电阻Rx的 阻值时,指针指在刻度 ? 盘的正中央,则Rx=________kΩ.若该欧 ? 姆表使用一段时间后,电池的电动势变小、 ? 内阻变大,但此表仍能调零,按正确使用 ? 方法再测上述Rx,其测量结果与原结果相 图2 ? 比将________(填“变大”、“变小”或

?

解析 欧姆表的原理就是闭合电路的欧姆 定律,可以作为结论的是:欧姆表正中央的 刻度值等于欧姆表的内阻. ? 答案 红 5 变大

?2.测量型实验题(一) ?【题型探秘】 ? 所谓测量型实验,就是以测量一些物理 量的具体、准确数据为主要目的的一类实 验.根据实验步骤按物理原理测定实验结果的 具体数值.测量型实验又称测定型实验,如 “测定金属的电阻率”、“测定电源电动势和 内电阻”“测定玻璃的折射率”等. ?【应对策略】 ? 解决测量型实验问题的关键是明确实验仪 器的使用,明确实验原理、实验方法,掌握实 验的注意事项及处理实验数据的方法,会分析

? 【典例精析】 ? 【例3】 现要测量电源B的电动势E及内阻 r(E约为4.5 V,r约为1.5 Ω),已有下列器材: 量程为3 V的理想电压表,量程为0.5 A的电 流表(具有一定内阻),固定电阻R=40 Ω,滑 动变阻器R′,开关S,导线若干. ? (1)画出实验电路原理图.图中各元件需 用题目中给出的符号或字母标出. ? (2)实验中,当电流表的示数为I1时,电压 表的示数为U1;当电流表的示数为I2时,电 压表的示数为U2.由此可求出,E=________, r=________.(用I1、I2、U1、U2及R表示)

?解析 本题是常规伏安法测电源的电动势 ?和内阻实验的情境变式题,本题与课本上 甲 ?实验的区别是电源的电动势大于理想电压 ?表的量程,但题目中提供的器材中有一个 阻值不大的固定电阻,这就很容易把该情境 变式题“迁移”到学过的实验上.把固定电 阻接在电源的旁边,将其等效成电源的内阻 即可(如图甲所示),再把电压表跨接在它们 的两侧.

?

显然,“内阻增大,内电 压便增大”,电压表所测量的 外电压相应的减小,通过定量 计算,符合实验测量的要 求.这样,一个新的设计性实 验又回归到课本实验上了. ? (1)实验原理图如图乙所示



(2)根据 E=U+Ir, 给定的电源 B 的电动势 E 及内阻 r 是一 定的,I 和 U 都随滑动变阻器 R′的阻值的改变而改变,只 要改变 R′的阻值,即可测出两组 I、U 数据,列方程组得: E=U1+I1(R+r),E=U2+I2(R+r) I1U2-I2U1 U2-U1 解得:E= ,r= -R. I1-I2 I1-I2
答案 (1)如解析图乙所示 I1U2-I2U1 (2) I1-I2 U2-U1 -R I1-I2

?

点评 本题所提供的理想电压表的量程小 于被测电源的电动势,需要学生打破课本实 验的思维定式,从方法上进行创新,运用所 提供的器材创造性地进行实验设计.

?3.测量型实验题电阻的测量(二) ?【题型探秘】 ? 实验题作为考查实验能力的有效途径和 重要手段,在高考试题中一直占有相当大的比 重,而电学实验因其实验理论、步骤的完整性 及与大学物理实验结合的紧密性,成了高考实 验考查的重中之重,测量电阻成为高考考查的 焦点.伏安法测电阻是测量电阻最基本的方法, 常涉及电流表内、外接法的选择与滑动变阻器 限流、分压式的选择,前者是考虑减小系统误 差,后者是考虑电路的安全及保证可读取的数 据.

?

另外,考题还常设置障碍让考生去克服, 如没有电压表或没有电流表等,这就要求考 生根据实验要求及提供的仪器,发挥思维迁 移,将已学过的电学知识和实验方法灵活地 运用到新情境中去.这样,就有效地考查了 考生设计和完成实验的能力.

【应对策略】 明确伏安法测电阻的基本原理 (1)基本原理 U 伏安法测电阻的基本原理是欧姆定律 R= ,只要测出元 I 件两端的电压和通过的电流, 即可由欧姆定律计算出该元 件的阻值.

(2)测量电路的系统误差 ①当 Rx 远大于 RA 或临界阻值 RARV<Rx 时, 采用电流表内接(如图 3 所示). 采用 电流表内接时,系统误差使得电阻的测 量值大于真实值,即 R 测>R 真.

图3

②当 Rx 远小于 RV 或临界阻值

R AR V

>Rx 时, 采用电流表外接(如图 4 所示). 采 用电流表外接时,系统误差使得电阻的 测量值小于真实值,即 R 测<R 真.

图4

?(3)控制电路的安全及偶然误差 ?根据电路中各元件的安全要求及电压调节的 范围不同,滑动变阻器有限流接法与分压接法 两种选择. ?①滑动变阻器限流接法(如图5所示).一般 ?情况或没有特别说明的情况下,由于限流 ?电路能耗较小,结构连接简单,应优先考 图5 ?虑限流连接方式.限流接法适合测量小电 ?阻和与变阻器总电阻相比差不多或还小的 ?电阻.

?②滑动变阻器分压接法(如图6所示).当采 ?用限流电路,电路中的最小电流仍超过用 ?电器的额定电流时,必须选用滑动变阻器 图6 ?的分压连接方式;当用电器的电阻远大于 ?滑动变阻器的总电阻值,且实验要求的电压 变化范围较大(或要求测量多组实验数据)时, 必须选用滑动变阻器的分压接法;要求某部分 电路的电压从零开始可连续变化时,必须选用 滑动变阻器的分压连接方式.

? (4)常见的测量电阻的方法:
名称 伏安法 伏安法 消除系 统误差 等效替 代法 U2 U1 Rx= - I 2 I1 电源输出电压不变, S 将 合到 2,调节 R1,使电表 的示数与 S 合到 1 时的示 数相等,则 Rx=R1 电路 测量原理 U Rx= I

名称

电路

测量原理 闭合 S,调节 R1,同时 记录电表的示数,在忽 略电源内阻的情况下, 可由闭合电路的欧姆定 律求出 Rx 内阻已知时, U1 RV1= RV2 U2 内阻已知时, I2 RA1= RA2 I1

忽略电源内阻 法

串联分 活用 电表 法 并联分 流法 压法

名称

电路

测量原理 闭合 S1, 断开 S2 调节 R1 使 表 满偏;闭合 S2,只调节 R2,使

半偏法

表半偏(R1?RV),则 RG=R2 调节 R2=0,闭合 S,调节 R1 使 表满偏;只调节 R2 使 表 半偏(R1?RV),则 RV=R2

欧姆 表法

电路略,注意:①要在指针靠近中央时读数; ②换挡要调零;③欧姆表刻度左密右疏

? 【典例精析】 ? 【例4】 从下表中选出适当的实验器材,设 计一电路来测量电流表的内阻r1.要求方法简 捷,有尽可能高的测量精度,并能测得多组 数据.

器材代号 电流表 电流表 电压表 电阻 R1 滑动变阻器 R2 电池 E 开关 S 导线若干

规格 量程为 100 mA, 内阻 r1 待测(约 4 Ω ) 量程为 500 μ A,内阻 r2=750 Ω 量程为 10 V,内阻 r3=10 kΩ 阻值约 100 Ω ,作保护电阻用 总阻值约 50 Ω 电动势为 1.5 V,内阻很小

?(1)画出电路图,标明所用器材的代号. ?(2)若选测量数据中的一组来计算r1,则所用 的表达式r1=________,式中各符号的意义 是:____________.
解析

根据所列仪器的特点,电流表 的内阻已知,由此可

采用两电流表并联.因为两电流表两端的电压相等,即可省 I2r2 去电压的测量, 从而减小实验误差, I2r2=I1r1, r1= . 由 得 I1
答案 I2r2 (2) I1 (1)电路图如图所示. I1、I2 分别为 、 的示数

?

点评 (1)分析题意可知需测量电流表的 内阻,按常规方法应用伏安法,将电压表并 联在待测电流表两端,但经分析可知即使该 电流表满偏,其两端的电压也仅为0.4 V,远 小于量程10 V.这恰恰就是本题设计考核学 生应变能力的“陷阱”. ? (2)此题也可理解为“将已知内阻的电流 表当成电压表使用”,这实际也是伏安法的 一种推广形式.

?4.验证型实验题 ?【题型探秘】 ? 验证型实验就是要通过实验手段去验证 某一物理理论或物理规律是否正确.为此就要 从生活中寻找出符合这一物理规律特性的物理 现象,这个物理现象既能在实验室实现,同时 又要过程简单、操作方便,并能测量出有关的 数据.因此,做好验证型实验的前提,就是要 创设好物理情景,这就是验证型实验的实验思 想.如在验证机械能守恒定律的实验中,可以 创设出多种物理情景:自由落体运动、气垫导 轨上的滑块运动等.

?而其中让物体自由下落在中学实验室很容易 做到,过程也简单.只要测出物体下落的高度 及对应的速度,就可以进行验证.物体下落的 高度可由直尺直接测量出,而物体速度的测量 可以用打点计时器,让重物带动纸带作自由下 落,根据纸带测出物体下落的高度h及对应点 的速度v,通过v2=2gh来验证,从而设计出了 验证方案. ? 中学常见的实验有:“验证平行四边形 定则”、“验证牛顿第二定律”、“验证机械 能守恒定律”等.

?【应对策略】 ?在验证型实验中,主要把握以下几方面: ?①掌握并灵活运用实验方法. ?例如,在验证牛顿第二定律的实验中,加速 度的大小即与外力的大小有关,又与物体质量 有关,实验中采用了“控制变量”法,从而完 成验证.

?②要重视实验的验证条件.物理定律的成立 必须满足一定条件,验证实验中必须满足这些 条件才能使实验顺利进行.如在验证力的合成 法则的实验中,实验的条件是“力的作用效果 相同”,因此,在两个分力和一个力分别作用 下,同一弹性绳的同一端点必须到达同一位置 才能满足实验的验证条件.在验证机械能守恒 定律的实验中,“只有重力做功”是实验的验 证条件,而实验中阻力的存在是不可避免的, 阻力做功过大时,实验误差大,实验将失去意 义,为此,实验中要求铁架台竖直、架稳,且 小球选用质量大、体积小的重锤,使重力远远 大于实验中的阻力,阻力做的功可以忽略不计,

? 【典例精析】 ? 【例5】 在用打点计时器验证机械能守恒定 律的实验中,质量m=1.00 kg的重物自由下 落,打点计时器在纸带上打出一系列点.如 图7所示为选取的一条符合实验要求的纸带, O为第一个点,A、B、C为从合适位置开始 选取的三个连续点(其他点未画出).已知打 点计时器每隔0.02 s打一次点,当地的重力加 速度g=9.80 m/s2.那么:

?图7 ?(1)纸带的________端(选填“左”或“右”)与 重物相连; ?(2)根据图上所得的数据,应取图中O点和 ________点来验证机械能守恒定律; ?(3)从O点到所取点,重物重力势能减少量ΔEp =________J,动能增加量ΔEk=________J(结 果取三位有效数字);

?解析 重物下落过程中,在忽略空气阻力、 摩擦阻力的情况下,机械能守恒.利用打点计 时器可以记录重物下落的高度及对应的瞬时速 度,从而验证机械能是否守恒. ?答案 (1)左 (2)B (3)1.88 1.84 ?(4)在误差范围内,重物下落过程中机械能守 恒 ?点评 验证机械能守恒的实验方案可以很多, 具有一定的开放性,本实验也可以利用滑块在 倾斜的气垫导轨上下滑的情景验证机械能守恒 定律,瞬时速度可以利用光电门及小车上安装 的窄片测量.

?5.探究设计型实验题 ?【题型探秘】 ? (1)所谓设计型实验,就是根据实验目的, 自主运用物理知识、实验方法和技能,完成实 验的各个环节(实验目的、对象、原理、仪器 选择、实验步骤、数据处理等),拟定实验方 案,分析实验现象,并在此基础上作出适当评 价. ?设计型实验的显著特点:相同的实验内容可 设计不同的过程和方法,实验思维可另辟蹊径, 如设计出与常见实验(书本曾经介绍过的实验) 不同的实验.以控制实验条件达到实验目的而

? (2)所谓探究型实验题,就是运用实验手 段探索未知领域,尝试多种可能因素及其出现 的结果,在此基础上,通过观察、探究、分析 实验对象、事件的主要特征,认识研究对象的 变化过程和变化条件,获取必要的可靠数据, 依据实验结果客观地揭示事物的内在联系和本 质规律,从而得出结论.中学实验中比较典型 的探究性实验是“探究功与速度变化”、“探 究加速度与物体受力和质量的关系”、“探究 弹性势能的表达式”等.

?【应对策略】 ?设计型实验的处理要按照以下程序: ? 明确实验目的→设计实验原理→根据实 验原理设计多种实验方案→对实验方案进行可 行性分析,筛选确定最佳方案→根据所定方案 选择实验器材→拟定实验步骤→对实验数据进 行处理→得出实验结论并进行误差分析.值得 一提的是,依据不同的实验原理选择不同的实 验方案时,应遵循科学性,可行性,精确性, 简便、直观性这四条基本原则.

? 探究型实验题的处理方法: 在熟悉各种仪 器的使用方法、基本实验原理、方法和步骤的 前提下,仔细阅读题目,理解题意,根据题给 要求,广泛联想,设计出合理的实验方案即 可.当然,所设计出的方案应尽可能简单、方 便.对于数据处理和误差分析的试题,则应根 据题目所给的文字、图表等信息进行分析,找 出各物理量之间的关系(定性或定量的关系)并 总结出其变化规律,把握问题的本质特征.

? 【典例精析】 ? 【例6】 一同学要研究轻弹簧的弹性 ? 势能与弹簧改变量的关系,他的实 ? 验如下:在离地面高度为h的光滑 ? 水平桌面上,沿着与桌子边缘垂直 图8 ? 的方向放置一轻质弹簧,其左端固定,右 端与质量为m的一小钢球接触.当弹簧处于 自然长度时,小钢球恰好在桌子边缘,如图 8所示,让钢球每次向左压缩弹簧一段相同 的距离后由静止释放,使钢球沿水平方向飞 出桌面,小球在空中飞行后落到水平地面, 水平距离为s,重力加速度为g.

?(1)请你推导出弹簧的弹性势能Ep与小钢球质 量m、桌面离地高度h、水平距离s等物理量的 关系____________. ?(2)弹簧长度的压缩量Δx与对应的钢球在空中 飞行的水平距离s的实验数据如下表所示: Δx(cm) s(cm) 2.0 6.1 3.9 12.0 6.0 18.2 8.0 24.1 ?根据上面的实验数据,探究得出弹簧的弹性

解析

(1)设小球在空中运动的时间为 t,则竖直方向 h= 2h s ,小球平抛的初速度 v0= g t

gt2 ,解得 t= 2

由机械能守恒,小球在弹开过程中获得的动能等于开始时 1 2 mgs2 弹簧的弹性势能,有 Ep= mv0= . 2 4h

(2)从表格中可以看出 s 正比于Δx, 即 s∝Δx(或 s=3Δx) 1 2 mgs2 又由 Ep= mv0= 2 4h 9mgΔx2 1 2 2 可知 Ep∝Δx (或 Ep= mv0= ) 2 4h 即弹性势能 Ep 与弹簧的压缩量Δx 的平方成正比关系,Ep =kΔx2,k 为比例系数.

答案

mgs2 (1)Ep= 4h

(2)Ep=kΔ x2

? 【例7】 某探究小组设计了“用一把尺子 测定动摩擦因数”的实验方案.如图9所示, 将一个小球和一个滑块用细绳连接,跨在斜 面上端.开始时小球和滑块均静止,剪断细 绳后,小球自由下落,滑块沿斜面下滑,可 先后听到小球落地和滑块撞击挡板的声音, 保持小球和滑块释放的位置不变,调整挡板 位置,重复以上操作直到能同时听到小球落 地和滑块撞击挡板的声音.用刻度尺测出小 球下落的高度H、滑块释放点与挡板处的高 度差h和沿斜面运动的位移x.(空气阻力对本 实验的影响可以忽略).

? 图9

?①滑块沿斜面运动的加速度与重力加速度 的比值为________________________. ?②滑块与斜面间的动摩擦因数为 ___________________. ?③以下能引起实验误差的是 ____________. ?A.滑块的质量 ?B.当地重力加速度的大小 ?C.长度测量时的读数误差 ?D.小球落地和滑块撞击挡板不同时

解析

①对于滑块的运动及小球的自由落体,

1 2 1 2 分别有:x= at ,H= gt . 2 2 a x 解得:g=H. ②对滑块在斜面的运动,运用牛顿第二定律有: h mgsin θ - μmgcos θ =ma,即 mg x -μmg a x ma,代入 = , g H 解得 μ=
?h x? ? x2?2 x ? ? ? ? 2 2 x -H = h- H ? ? ? x -h ?

x2-h2 = x

1 2 2. x -h

③由表达式 μ=

?h x? x ? ? 2 2 x -H 可以看出, ? x -h ?

影响实验误差的原因有 x、h、H 的测量. 另外,必须严格控制,小球落地与滑块撞击挡板同步, a x 这是 = 成立的前提. g H

x 答案 ① H

? x2? ②?h-H? ? ?

1 x2-h2

③CD

题 型 专 练


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