小专题5高考实验题的破解方法和技巧\n突破1破解常规型实验题的方法常规实验题主要考查教材上基本实验的实验原理、器材的选择、实验的操作、数据的处理和误差分析.复习时要从领会实验原理出发,全方位理解和掌握实验器材、实验操作、实验步骤、实验数据的处理,误差分析和电学实验实物图的连接、电路图的设计等,对每一个实验都应做到心中有数.因此,必须做到“五会”(即“会读”“会选”“会画”“会析”“会用”),才能轻松破解常规实验题.\n1.会读刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器、天平、停表、电火花打点计时器或电磁打点计时器、弹簧测力计、电流表、电压表、多用电表、滑动变阻器、电阻箱等基本仪器是高考考查的重点.“会读”是指能正确地读出基本仪器的读数,读数直接影响实验结果,为使读数正确必须做到以下三点：(1)注意量程.(2)弄清所选量程对应的每一大格和每一小格所表示的量值.\n(3)掌握需要估读的基本仪器的读数原则.读数的基本原则：凡仪器最小刻度是“1”的,要求读到最小刻度后再往下估读一位；凡仪器最小刻度是“2”和“5”的,只要求读到最小刻度所在的这一位,不再往下估读.\n【典题1】某同学利用游标卡尺和螺旋测微器分别测量一圆柱体工件的直径和高度,测量结果如图Z5-1甲和乙所示.该工件的直径为________cm,高度为________mm.甲乙图Z5-1\n解析：游标卡尺的主尺读数为1.2cm,游标尺上第4个刻度和主尺上某一刻度对齐,所以游标读数为4×0.05mm＝0.20mm＝0.020cm,故测量的直径为1.2cm＋0.020cm＝1.220cm.螺旋测微器的固定刻度为6.5mm,可动刻度为36.0×0.01mm＝0.360mm,故测量的高度为6.5mm＋0.360mm＝6.860mm.答案：1.2206.860\n易错提醒：游标卡尺的主尺读数一定看游标尺的0刻度线对齐的整毫米数部分,而不能看尺子边缘对齐的整毫米数部分,螺旋测微器可动尺读数看可动尺第几个格与中心线对齐时一定要注意估读.\n【考点突破1】(1)如图Z5-2甲所示的电表使用0.6A量程时,对应刻度盘上每一小格代表__________A,图中表针示数为__________A；当使用3A量程时,对应刻度盘中每一小格代表_________A,图中表针示数为_________A.(2)旋钮式电阻箱如图Z5-2乙所示,电流从接线柱A流入,从B流出,则接入电路的电阻为________Ω,今欲将接入电路的电阻改为2087Ω,最简单的操作方法是________________________________________________.若用两个这样的电阻箱,即可得到的电阻值范围为______________.\n甲乙图Z5-2解析：(1)使用0.6A量程时,刻度盘上的每一小格为0.02A,表针示数为0.44A；当使用3A量程时,每一小格为0.1A,表针示数为2.20A.\n(2)电阻为1987Ω,最简单的操作方法是将“×1k”旋钮调到2,再将“×100”旋钮调到0.每个电阻箱的最大阻值是9999Ω,用这样的两个电阻箱串联可得到的最大电阻是2×9999Ω＝19998Ω.故用两个这样的电阻箱,可得到的电阻值范围为0～19998Ω.答案：(1)0.020.440.12.20(2)1987将“×1k”旋钮调到2,再将“×100”旋钮调到00～19998Ω\n2.会选“会选”是指根据实验原理及可行性选择实验方案、实验器材.选择操作性强的实验方案及合适的实验器材,可以减小实验误差,提高实验的精确度.(1)控制电路的选择：控制电路即滑动变阻器在电路中的连接,常用两种不同的形式,如图Z5-3所示,甲为限流式,乙为分压式.图Z5-3\n(2)测量电路的选择：对伏安法测电阻,应根据待测电阻的大小选择电流表的不同接法,如图Z5-4所示,甲为外接法,乙为内接法.图Z5-4(3)实验器材选择的“四个注意”：①安全因素通过电源、电表、电阻的电流不能超过允许的最大电流.\n②误差因素选择电表时,保证电流和电压均不超过其量程.使指针有较在中值刻度附近.③便于操作选滑动变阻器时,在满足其他要求的前提下,可选阻值较小的.④实验的实际要求.\n【典题2】某兴趣小组同学用下列实验器材设计一个电路来比较准确地测量电阻Rx(约30Ω).电流表A1,量程0～0.1A,内阻很小,可忽略电流表A2,量程0～3mA,内阻为r＝100Ω定值电阻R0＝900Ω滑动变阻器R1,全电阻10Ω,额定电流1A滑动变阻器R2,全电阻500Ω,额定电流0.2A电源电动势E＝3V,内阻很小电键S、导线若干\n要求实验中电表示数从零调起,可获得多组测量数据,测量结果尽量准确,实验操作方便.(1)由实验要求应选择的滑动变阻器为____________.(2)在虚线框内画出测量电阻的电路图.(电路图上标明所用仪器的代号).\n(3)若I1为电流表A1的示数,I2为电流表A2的示数,被测电阻Rx的表达式Rx＝____________(用题设条件中已给的符号表示).解析：(1)要求实验中电表示数从零调起,可获得多组测量数据,则滑动变阻器用分压电路,为了方便调节,应该选择阻值较小的R1.(2)实验中用已知内阻的电流表A2与定值电阻R0串联来代替电压表；因电流表A1内阻很小,故可用电流表内接电路,电路图如图D48.\n答案：(1)R1(2)如图D48所示.图D48\n方法技巧：关于滑动变阻器的选择,一般来说只要是限流法就选用比待测电阻大几倍的滑动变阻器,只要是分压法就选用小的滑动变阻器.\n【考点突破2】已知某电阻的阻值约为300Ω,现提供两套相同的实验器材分甲、乙两小组利用伏安法测量其阻值.实验器材如下：A.电流表B.电压表(量程为0～12mA、内阻约1Ω)(量程为0～3V、内阻约1kΩ)C.滑动变阻器R1(总阻值10Ω,额定电流2A)D.滑动变阻器R2(总阻值100Ω,额定电流1A)E.电源(电动势约3V、内阻约2Ω)F.待测电阻RxG.开关一个,导线若干\n(1)滑动变阻器应该选择________.(填仪器的字母代号)(2)选定滑动变阻器后,甲、乙两组设计了不同的电路来测量,其中正确的电路图是________.(填选项字母)ABCD(3)甲、乙两组测量后发现其测量值存在系统误差,他们决定共同合作,一起设计了如图Z5-5、图Z5-6所示的两种电路,不仅可以准确测量待测电阻的阻值,还可以测量电流表和电压\n表的内阻.假设在图Z5-5和图Z5-6中,电流表、的示数均分别用I1、I2来表示,电压表、的示数均分别用U1、U2来表示.则在图Z5-5中,电压表的内阻RV＝________,待测电阻的阻值Rx＝________；在图Z5-6中,电流表的内阻RA＝________,待测电阻的阻值Rx＝________.图Z5-5图Z5-6\n\n答案：(1)C(2)B\n3.会画“会画”一方面指在进行实验数据处理时多数情况要求找出两个物理量的线性关系,由实验数据画出其线性关系图线,图线经过大多数点,不在图线上的点要尽可能对称分布在图线的两侧,根据线性图线斜率、截距的物理意义求解相关物理量；另一方面指会根据所选的器材和电路原理图连接实物图.以下是连电路实物图的要点：\n(1)从电源的正极出发,先将干路中各器件依次连接到电源负极,再将支路中的元件和电压表并联到电路的某两点之间.(2)连好实物图后,对照电路图检查一遍,注意检查导线的连接点是否都接在接线柱上(导线中不应有交叉),电表正负极连接是否恰当,滑动变阻器的滑片是否处于恰当位置等.\n(1)为了尽可能减小实验误差,请在虚线框中画出实验电路图.\n(2)在图Z5-7中按原理图完善实物图的连接.图Z5-7\n(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Z5-8中画出了U-I图象.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Z5-8\n(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Z5-9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图象如图Z5-10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).图Z5-9图Z5-10\n解析：(1)电路直接采用串联即可,电压表并联在电源两端,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D49所示.(2)对照电路图,实物图完善后如图D50.\n\n答案：(1)如图D49所示.图D50图D49(2)如图D50所示.(3)1.450.60\n【考点突破3】某同学利用下列器材测量电源的电动势和内阻.A.待测电源(电动势约2V)B.电流表(量程为400μA,内阻Rg＝500Ω)C.电阻箱R(最大阻值为99.99Ω)D.定值电阻R0(阻值为2.0Ω)E.定值电阻R1(阻值为4.5Ω)F.开关S和导线若干.\n甲乙图Z5-11(1)用如图甲所示电路图进行实验.请在图乙中用笔画线代替导线把各器材连成相应的实物图.\n(3)测量电源的电动势和内阻.我们往往用图象处理实验数据.改变电阻箱的阻值,获得多组电阻R、电流I的实验数据,标.则应以________为横坐标建立直角坐标系.(2)合上开关S后.调节电阻箱阻值,当电流表示数为I1时,电阻箱接入电路的阻值为R3；当电流表示数为I2时,电阻箱接入电路的阻值为R4,不计电流表中的电流对电路的影响.据此可以计算出电源的电动势为________,内阻为________(均用I1、I2、R3、R4、Rg、R0、R1表示).\n解析：(1)按原理图根据电流从电源正极流向负极,连线如下图.\n\n答案：(1)如图D51所示.图D51\n4.会析“会析”是指对高中物理实验的误差作一些简单的分析.中学物理对实验误差分析的要求不高,从高考来看,一般涉及的问题是定性分析系统误差,对误差的定量分析不作要求.在实验复习中,同学们要知道误差的来源,掌握误差分析的基本方法,对高中物理的实验进行一些简单的误差分析.\n【典题4】某同学利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内阻(约1.0Ω).(1)现备有下列器材：A.待测的干电池一节B.电流表C.电压表(量程0～150mA.内阻Rg＝3.0Ω)(量程0～3V.内阻R约1kΩ)D.滑动变阻器R(0～20Ω.1.0A)E.电阻箱R0(0～99.9Ω)F.开关和导线若干\n该同学发现上述器材中电流表的量程较小.他想利用现有的电流表和电阻箱改装成一块量程为0～0.6A的电流表.则电阻箱R0的阻值应取________Ω,请在虚线框内画出利用上述器材测量干电池电动势和内阻的实验电路图.\n(2)图Z5-12为该同学根据合理电路所绘出的U-I图象(U、I分别为电压表和电流表的示数).根据该图象可得被测电池的电动势E＝________V.内阻r＝________Ω.图Z5-12\n(3)对本实验的理解正确的是________.(填选项字母)A.要减小实验误差.可以增大电源等效内阻B.如果纵坐标从零开始,图线分布空间将更大C.电压表的分流作用导致实验系统误差D.由于电压表读数变化不大.读数不准确导致实验系统误差大\n\n(3)要减小实验误差,可以增大电源等效内阻,这样在变化相同电流时电压的变化较大,A正确；如果纵坐标从零开始,图线分布空间将较小,B错误；电压表的分流作用导致实验系统误差,C正确；由于电压表读数变化不大,读数不准确导致实验偶然误差大,D错误；故选AC.\n答案：(1)1.0如图D52所示.图D520.84(0.82～0.87之间)(2)1.48(1.46～1.49之间)(3)AC\n【考点突破4】图Z5-13甲所示是大型机械厂里用来称重的电子吊秤,其中实线称重的关键元件是拉力传感器.其工作原理是挂钩上挂上重物,传感器中拉力敏感电阻丝在拉力作用下发生形变,拉力敏感电阻丝的电阻也随着发生变化,再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号(电压或电流),从而完成将所称物体重量变换为电信号的过程.\n甲乙丙图Z5-13(1)简述拉力敏感电阻丝的阻值随拉力变化的原因___________________________________________.\n(2)小明找到一根拉力敏感电阻丝RL,其阻值随拉力变化的图象如图Z5-13乙所示,再按图丙所示电路制作了一个简易“吊秤”.电路中电源电动势E约15V,内阻约2Ω；灵敏毫安表量程为10mA,内阻约5Ω；R是电阻箱,最大阻值是9999Ω；RL接在A、B两接线柱上,通过光滑绝缘滑环可将重物吊起,接通电路完成下列操作.a.滑环下不吊重物时,调节电阻箱,当电流表为某一合适示数I时,读出电阻箱的读数R1.b.滑环下吊上待测重物,测出电阻丝与竖直方向的夹角为θ.c.调节电阻箱,使________,此时电阻箱的读数为R2.d.算得图Z5-13乙直线的斜率k和截距b.\n则待测重物的重力G的表达式为G＝________(用以上测得的物理量表示),测得θ＝53°(sin53°＝0.8,cos53°＝0.6),R1、R2分别为1052Ω和1030Ω,结合图乙信息,可得待测重物的重力G＝__________N.(结果保留三位有效数字)(3)针对小明的设计方案,为了提高测量重量的精度,你认为下列措施可行的是____________.(填选项字母)A.将毫安表换成量程不同,内阻更小的毫安表B.将毫安表换成量程为10μA的微安表C.将电阻箱换成精度更高的电阻箱D.适当增大A、B接线柱之间的距离\n力被拉长时,由于电阻丝的长度增大,则电阻丝的横截面积减小,所以电阻丝的电阻值将增大.(2)根据实验的电路图可知,电路中没有电压表,不能使用伏安法测量电阻值的变化,但电路中的电阻箱可以控制电流的变化,若电路中的电流值不变,则电路中的总电阻值也不变,所以在步骤(c)中,可以调节电阻箱,使电流表的示数仍为I,此时电阻箱的读数R2.开始时滑环下不吊重物,则有I＝当挂重力为G的重物后,取AB的中点处的节点为研究对象,\n\n\n答案：(1)电阻丝受拉力时,长度增加而横截面积减小,根据电阻定律知其阻值增大(3)CD\n5.会用(1)会用打点计时器新课标《考试大纲》规定的7个力学实验中有5个涉及打点计时器：研究匀变速直线运动、验证牛顿运动定律、探究动能定理、验证机械能守恒定律和验证动量守恒定律.这类实验的关键是要掌握纸带的分析处理方法,对于纸带常有以下三大应用：①由纸带确定时间要区别打点计时器打出的点与人为选取的计数点之间的区别与联系,便于测量和计算.\n②求解瞬时速度利用做匀变速直线运动的物体在一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度.如图Z5-14所示,打n点时的瞬时速度图Z5-14\n③用“逐差法”求加速度图Z5-15\n【典题5】某同学为了测量木块与木板之间的摩擦力,采用了如图Z5-16甲所示装置,木板倾斜放置,木块置于木板上端,并连接穿过打点计时器的纸带,木块静止从木板上端滑下时打出的纸带如图乙所示.甲乙图Z5-16\n(1)已知打点计时器使用的交流电频率为50Hz,利用纸带中测出的数据可得木块下滑的加速度大小a＝___________m/s2(结果保留2位有效数字).(2)为了测出木块与木板间的摩擦力,该同学已经测出了木板的长度l及高度h,他还需要测量的物理量是______________(写出物理量的名称及表示的字母),利用测得的量及加速度a表示摩擦力的大小f＝______________.\n\n【考点突破5】某同学用如图Z5-17甲所示的实验装置验证机械能守恒定律,其中打点计时器的电源为交流电源,可以使用的频率有20Hz、30Hz和40Hz,打出纸带的一部分如图乙所示.甲乙图Z5-17该同学在实验中没有记录交流电的频率f,需要用实验数据和其他题给条件进行推算.\n(1)若从打出的纸带可判定重物匀加速下落,利用f和图Z5-17乙中给出的物理量可以写出：在打点计时器打出B点时,重物下落的速度大小为________,打出C点时重物下落的速度大小为________,重物下落的加速度大小为________.(2)已测得s1＝8.89cm,s2＝9.50cm,s3＝10.10cm；当地重力加速度大小为9.80m/s2,实验中重物受到的平均阻力大小约为其重力的1%.由此推算出f为________Hz.(2)40\n(2)会用光电门研究匀变速直线运动、验证牛顿运动定律、探究动能定理、验证机械能守恒定律和验证动量守恒定律这五个实验都可以用光电门代替打点计时器来完成瞬时速度和加速度的测量,具体做法如下：\n【典题6】某实验小组利用如图Z5-18所示的实验装置来探究加速度与质量、合外力的关系,将右端带有轻小且光滑的定滑轮的长木板左端抬起固定在水平桌面上,并在长木板上合适的位置固定两光电门A和B.现将一带有遮光条的物块放在长木板上,并用轻质细绳跨过定滑轮连接一质量为m的钩码Q,然后将物块由静止释放,已知两光电门之间的距离为l,物块和遮光条的总质量为M,遮光条宽度为d(d远小于l),物块经过两光电门时的挡光时间分别为ΔtA、ΔtB.\n图Z5-18(1)该小组的同学平衡摩擦力后,实验还需满足_____________________,物块受到的合外力才近似等于钩码的重力,物块在长木板上下滑时的加速度a＝______________(用d、l、ΔtA、ΔtB表示).(2)实验前,该小组的同学已经平衡了摩擦力,则________(填“可以”或“不可以”)用该装置验证物块与钩码Q组成的系统的机械能守恒,其原因为____________________________.\n(2)不可以有摩擦力做功易错提醒：机械能守恒的条件不是受到的合力为0,而是重力以外的力做功为0.\n【考点突破6】某兴趣小组用如图Z5-19所示的装置测量滑块与木板之间的动摩擦因数μ,在一端带有定滑轮的水平长木板上固定A、B两个光电门,装有遮光片的滑块用跨过定滑轮的水平细绳与托盘相连.实验时,测出托盘和盘中砝码的总质量为m,滑块的质量为M,两光电门之间的距离为s,遮光片的宽度为d；让滑块由静止开始运动,记录遮光片通过A、B两光电门的遮光时间分别为t1、t2,该小组用托盘和砝码的总重力来代替细绳对滑块的拉力,重力加速度为g.\n图Z5-19(1)滑块运动的加速度a＝______________.(用d、t1、t2、s来表示)(2)滑块与木板间的动摩擦因数μ＝____________.(用a、m、M、g表示)\n(3)(多选)关于本实验的误差,下列说法正确的是________.(填选项字母)A.μ的测量值比真实值小B.μ的测量值比真实值大C.增加滑块的质量M可减小实验误差D.增加托盘和盘中砝码的总质量m可减小实验误差\n\n突破2破解探究型、设计型实验题的方法解此类实验一般可分三步进行：(1)找原型：先根据实验目的和给出的条件把教材中的实验原型在头脑中完整地重现出来.(2)做对比：将实验中所给器材与原型中器材进行对比,看一下少了什么器材或什么器材的量程不满足要求；再看一下多给了什么器材,注意多给的器材可能就是解决问题的“金钥匙”.(3)定方案：根据对比结果设计电路.\n【典题7】现要测量一个未知电阻Rx的阻值,除Rx外可用的器材有：多用电表(仅可使用欧姆挡)；一个电池组E(电动势6V)；一个滑动变阻器R(0～20Ω,额定电流1A)；两个相同的电流表(内阻Rg＝1000Ω,满偏电流Ig＝100μA)；两个标准电阻(R1＝29000Ω,R2＝0.1Ω)一个开关S、导线若干.\n(1)(多选)为了设计电路,先用多用电表的欧姆挡粗略测量未知电阻阻值,采用“×10”挡,调零后测量该电阻,发现指针偏转非常大,最后几乎紧挨满偏刻度停下来,下列判断和做法正确的是__________(填选项字母).A.这个电阻阻值很小,估计只有几欧姆B.这个电阻阻值很大,估计有几千欧姆C.如需进一步测量可换“×1”挡,调零后测量D.如需进一步测量可换“×1k”挡,调零后测量\n(2)根据粗略测量的判断,设计一个测量电路,要求测量尽量准确并使电路能耗较小,画出实验电路图,并将各元件字母代码标在该元件的符号旁.\n解析：(1)因为电表指针几乎满偏,故可知所测电阻很小,只有几欧姆,所以A正确,B错误；根据欧姆表的特点,若要进一步精确测量,应换用小倍率,并重新进行欧姆调零,所以C正确,D错误.(2)根据伏安法测电阻原理和串、并联电路规律,可将一个电流表串联电阻R1后改装成电压表测量电压,另一个电流表并联R2后改装成电流表测量电流,题目要求能耗较小,故变阻器采用限流式,所以电路设计如图Z5-20所示.\n答案：(1)AC(2)如图Z5-20所示.图Z5-20\n方法技巧：在设计性实验或改装类实验中经常用到电表的替代和改装,常用到的替代或改装有：(1)内阻已知的电压表相当于小量程的电流表；(2)内阻已知的电流表则相当于小量程的电压表；(3)灵敏电流计串联大电阻改装成电压表；\n(4)灵敏电流计并小电阻改装成电流表；(5)电阻箱与电流表串联相当于电压表；(6)电阻箱与电压表并联相当于电流表；(7)内阻较小的电源串联定值电阻相当于内阻较大的电源.\n【考点突破7】(1)有一种新式游标卡尺,游标卡尺的刻度与传统的旧时游标卡尺明显不同,新式游标卡尺的刻度线看起来很“稀疏”,使得读数时显得清晰明了,方便了使用者的正确读取数据.通常游标卡尺的刻度有10分度,20分度,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：19mm等分成10份,39mm等分成20份,99mm等分成50份.用“39mm等分成20份”新式游标卡尺测量某一物体的厚度,测量时游标卡尺的示数如图Z5-21所示,则读数为________cm.图Z5-21\n(2)国标(GB/T)规定自来水在15℃时电阻率应大于13Ω·m,某同学利用图Z5-22甲电路测量15℃自来水的电阻率,其中内径均匀的圆柱形玻璃管侧壁连接一细管,细管上加有阀门K以控制管内自来水的水量.玻璃管两端接有导电活塞(活塞电阻可忽略),右活塞固定,左活塞可自由移动,实验器材还有：甲乙图Z5-22\n电源(电动势均为3V,内阻可忽略)电压表V1(量程为3V,内阻很大)电压表V2(量程为3V,内阻很大)定值电阻R1(阻值4kΩ)定值电阻R2(阻值2kΩ)电阻箱R(最大阻值9999Ω)单刀双掷开关S导线若干游标卡尺,刻度尺\n实验步骤如下：A.用游标卡尺测量玻璃管的内径d＝40.00mm.B.向玻璃管内注满自来水,并用刻度尺测量水柱长度L.C.把S拨到1位置,记录电压表V1示数.D.把S拨到2位置,调整电阻箱阻值,使电压表V2示数与电压表V1示数相同,记录电阻箱的阻值R.E.改变玻璃管内水柱长度,重复实验步骤C、D,记录每一次水柱长度L和电阻箱阻值R.F.断开S,整理好器材.\n①玻璃管内水柱的电阻Rx的表达式为Rx＝________(用R1、R2、R表示).②利用记录的多组水柱长度L和对应的电阻箱阻值R的数ρ＝________Ω·m(保留3位有效数字).③本实验中若电压表V1内阻不是很大,则自来水电阻率测量结果将________(填“偏大”“不变”或“偏小”).\n解析：(1)游标卡尺的主尺读数为：0.2cm＝2mm,游标尺上示数：7×0.05mm＝0.35mm,所以最终读数为：2mm＋0.35mm＝2.35mm＝0.235cm.\n\n
