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題型2　四大技巧破解實驗題 　物理實驗題分值一般為15分，多為一大帶一小的形式，其中第22題多為常規(guī)型實驗題，側重考查基本實驗儀器的讀數(shù)或教材上要求的基本實驗的實驗原理、實驗步驟的理解和實驗數(shù)據(jù)的處理，第23題側重考查學生的實驗遷移能力，多為創(chuàng)新設計型實驗題. 讀數(shù)類實驗——正確使用，準確讀數(shù) 　刻度尺、游標卡尺、螺旋測微器、打點計時器、電流表、電壓表、多用電表都是基本儀器，要熟練掌握它們的使用方法、操作規(guī)程和讀數(shù)規(guī)則，在高考前要進行系統(tǒng)的實際測量和讀數(shù)練習，特別是游標卡尺、螺旋測微器、電學實驗儀器的讀數(shù).此類試題難度不大，要防止在讀數(shù)的估讀、結果的有效數(shù)字和單位上出錯.為使讀數(shù)正確必須做到以下三點：,(1)要注意量程.,(2)要弄清所選量程對應的每一大格和每一小格所表示的量值.,(3)要掌握需要估讀的基本儀器的讀數(shù)原則.讀數(shù)的基本原則：凡儀器最小刻度是“1”的，要求讀到最小刻度后再往下估讀一位；凡儀器最小刻度是“2”和“5”的，只要求讀到最小刻度所在的這一位，不再往下估讀. [典例1]　(1)請讀出螺旋測微器和游標卡尺的示數(shù)．甲：________cm；乙：________cm. 圖1 (2)某照明電路出現(xiàn)故障，其電路如圖2甲所示，該電路用標稱值12 V的蓄電池作電源，導線及其接觸完好．維修人員使用已調(diào)好的多用電表直流50 V擋檢測故障．他將黑表筆接在c點，用紅表筆分別探測電路的a、b點． 甲 乙 圖2 ①斷開開關，紅表筆接a點時多用電表指示如圖2乙所示，讀數(shù)為________V，說明________正常(選填“蓄電池”“保險絲”“開關”或“小燈”)． ②紅表筆接b點，斷開開關時，表針不偏轉，閉合開關后，多用電表指示仍然和圖2乙相同，可判定發(fā)生故障的器件是________(選填“蓄電池”“保險絲”“開關”或“小燈”)． 【解析】　(1)螺旋測微器的固定刻度讀數(shù)為0.5 mm，可動刻度讀數(shù)為0.0111.7 mm＝0.117 mm，所以最終讀數(shù)為0.617 mm＝0.061 7 cm.游標卡尺的固定刻度讀數(shù)為100 mm，游標尺讀數(shù)為0.14 mm＝0.4 mm，所以最終讀數(shù)為100 mm＋0.4 mm＝100.4 mm＝10.04 cm. (2)①多用電表直流50 V擋，每一小格是1 V，要估讀到0.1 V，讀數(shù)是11.5 V，斷開開關，多用電表直接測量電源兩端電壓，多用電表有示數(shù)且接近電源電動勢，說明電源正常．②紅表筆接b點，閉合開關，多用電表示數(shù)與①中相同，說明電路仍然處于斷路狀態(tài)，而開關是閉合的，因此可以確定是小燈發(fā)生斷路故障． 【答案】　(1)0.0617　10.04　(2)①11.5　蓄電池 ②小燈 【名師點評】　游標卡尺的讀數(shù)方法是主尺讀數(shù)加上游標尺讀數(shù)，不需要估讀．螺旋測微器的讀數(shù)方法是固定刻度讀數(shù)加上可動刻度讀數(shù)，讀可動刻度時需要估讀． [嘗試應用]　(1)圖3甲中游標卡尺的讀數(shù)為________ mm，圖3乙中螺旋測微器的讀數(shù)為________ mm. 圖3 (2)某同學用多用電表的歐姆擋來測量一電壓表的內(nèi)阻，如圖4甲所示．先將選擇開關旋至倍率“10”擋，紅、黑表筆短接調(diào)零后進行測量，紅表筆應接電壓表的________(選填“＋”或“－”)接線柱，結果發(fā)現(xiàn)歐姆表指針偏角太小，則應將選擇開關旋至________(選填“1”或“100”)擋并________，最終測量結果如圖4乙所示，則電壓表的電阻為________Ω. 圖4 【解析】　(1)由游標卡尺的讀數(shù)規(guī)則[主尺上的整毫米數(shù)＋精確度對齊格數(shù)(不估讀)]，可知游標卡尺的讀數(shù)為29 mm＋0.1 mm8＝29.8 mm；由螺旋測微器的讀數(shù)規(guī)則[固定刻度上的毫米數(shù)(要注意半毫米線)＋0.01 mm對齊刻度(一定要估讀)]，可知螺旋測微器的讀數(shù)為0.5 mm＋0.01 mm38.0＝0.880 mm. (2)多用電表使用時要注意電流是“紅進黑出”，電壓表中電流是從正接線柱流入的，所以多用電表的紅表筆應接電壓表的“－”接線柱，歐姆表指針偏角太小，說明所測電阻阻值較大，應換用大倍率擋位進行測量，并且重新進行歐姆調(diào)零，讀數(shù)結果為30100 Ω＝3 000 Ω. 【答案】　(1)29.8　0.880　(2)－　100　重新進行歐姆調(diào)零　3 000 常規(guī)型實驗——緊扣教材，融會貫通 教材中的實驗是高考創(chuàng)新實驗的命題根源，這就要求我們在高考實驗備考中要緊扣教材中的實驗，弄清和掌握教材中每一個實驗的實驗原理、實驗步驟、數(shù)據(jù)處理、誤差分析等，對每一個實驗都應做到心中有數(shù)，并且能融會貫通． [典例2]　某小組利用如圖5所示的裝置驗證牛頓第二定律．實驗中，他們平衡了摩擦力，用天平測出小車的總質量，用細線所掛鉤碼的總重力代替小車所受的牽引力大小F. 圖5 (1)他們還在實驗時調(diào)節(jié)木板上定滑輪的高度，使牽引小車的細線與木板平行．這樣做的目的是________． A．避免小車在運動過程中發(fā)生抖動 B．使打點計時器在紙帶上打出的點跡清晰 C．保證小車最終能夠做勻速直線運動 D．使細線拉力等于小車受到的合力 (2)實驗得到一條點跡清晰的紙帶如圖6甲所示，O、A、B、C、D是在紙帶上選取的計數(shù)點，相鄰計數(shù)點間還有4個打點未畫出，AB、CD間的距離分別為x1、x2，打點計時器的打點周期為T，則小車運動的加速度大小為________． (3)下表記錄了小車質量一定時，牽引力大小F與對應的加速度a的幾組數(shù)據(jù)，請在圖乙的坐標系中描點作出aF圖線． 圖6 鉤碼個數(shù) 1 2 3 4 5 F/N 0.49 0.98 1.47 1.96 2.45 a/(ms－2) 0.92 1.68 2.32 2.88 3.32 (4)結合實驗中畫出的aF圖線分析產(chǎn)生誤差的原因主要是 _______________________________________________________________. 【解析】　(1)使牽引小車的細線與木板平行，這樣做的目的是在平衡摩擦力后使細線拉力等于小車受的合力． (2)因為每相鄰兩個計數(shù)點間還有4個打點未畫出，所以相鄰的計數(shù)點之間的時間間隔為t＝5T，勻變速直線運動中連續(xù)相等時間內(nèi)的位移差為常數(shù)，即Δx＝at2，則有a＝＝. (3)描點作出圖象如圖所示． (4)探究加速度與力的關系的實驗中，當鉤碼的總質量遠小于小車的質量時，可以認為小車受到的拉力等于鉤碼的重力，如果鉤碼的總質量太大，沒有遠小于小車質量，aF圖象不再是直線，而是發(fā)生彎曲，變成曲線． 【答案】　(1)D　(2)　(3)見解析　(4)不滿足小車質量遠大于鉤碼的總質量 【名師點評】　(1)力學中的幾個重要實驗都可以通過打點計時器、紙帶和長木板組成的裝置來進行，深刻理解了這套裝置的工作原理，就把握住了力學實驗的核心． (2)本實驗的創(chuàng)新點：①實驗器材——如用力傳感器測細線的拉力，此時鉤碼的總質量不必遠小于小車的質量；再如用光電門代替打點計時器等． ②研究對象——如果以鉤碼及小車整體為研究對象，則鉤碼的總質量不必遠小于小車的質量． [嘗試應用]　用實驗測一電池的內(nèi)阻r和一待測電阻的阻值Rx.已知電池的電動勢約為6 V，電池內(nèi)阻和待測電阻阻值都為數(shù)十歐．可選用的實驗器材： 圖7 電流表A1(量程0～30 mA)； 電流表A2(量程0～100 mA)； 電壓表V(量程0～6 V)； 滑動變阻器R1(阻值0～5 Ω)； 滑動變阻器R2(阻值0～300 Ω)； 開關S一個，導線若干條． 某同學的實驗過程如下： Ⅰ.設計如圖7甲所示的電路圖，正確連接電路． Ⅱ.將R的阻值調(diào)到最大，閉合開關，逐次調(diào)小R的阻值，測出多組U和I的值，并記錄．以U為縱軸，I為橫軸，得到如圖乙所示的圖線． Ⅲ.斷開開關，將Rx改接在B、C之間，A與B直接相連，其他部分保持不變．重復Ⅱ的步驟，得到另一條UI圖線，圖線與橫軸I的交點坐標為(I0,0)，與縱軸U的交點坐標為(0，U0)． 回答下列問題： (1)電流表應選用________，滑動變阻器應選用________； (2)由圖乙的圖線，得電源內(nèi)阻r＝________Ω； (3)用I0、U0和r表示待測電阻的關系式Rx＝________，代入數(shù)值可得Rx； (4)若電表為理想電表，Rx接在B、C之間與接在A、B之間，滑動變阻器滑片都從最大阻值位置調(diào)到某同一位置，兩種情況相比，電流表示數(shù)變化范圍________，電壓表示數(shù)變化范圍________．(均選填“相同”或“不同”) 【解析】　(1)當滑動變阻器不接入電路時，估算電路中的電流I估＝≈0.06 A＝60 mA(取Rx＋r≈100 Ω)，故電流表應選A2；若連成限流式電路，滑動變阻器R1阻值太小，無法控制電路中的電流，故應選R2. (2)在圖線上任意取2點，求出斜率，即為電源內(nèi)阻． (3)若將Rx改接在B、C之間，則Rx＋r＝＝ 則Rx＝－r. (4)電流表測干路電流，不管Rx接在什么位置，總電阻不變，故兩種情況中電流表示數(shù)變化范圍相同；當Rx接A、B之間時，電壓表測的是滑動變阻器和待測電阻的電壓之和，當Rx接B、C之間時，電壓表只測滑動變阻器的電壓，故兩種情況中電壓表示數(shù)變化范圍不同． 【答案】　(1)A2　R2　(2)25　(3)－r　(4)相同　不同 設計型實驗——設計方案，變通拓展 設計型實驗題從儀器的使用、裝置的改造、電路的設計、數(shù)據(jù)的靈活處理等方面進行變通和拓展．應對這類實驗題的方法是深刻理解實驗的原理、方法，進行合理遷移． [典例3]　某電池的電動勢約為3 V，某實驗小組要測量該電池的電動勢和內(nèi)阻． (1)實驗中要測量的電池內(nèi)阻較小，實驗器材除了被測電池以外，還有一電阻箱R，一開關S，若干導線，內(nèi)阻Rg＝30 Ω、量程為1 mA的電流表G，阻值為2 970 Ω的定值電阻R0，阻值為2.00 Ω的定值電阻R1.請設計并畫出合理的測量該電池電動勢及內(nèi)阻的實驗電路圖，圖中標明相關器材的字母符號． (2)為了比較準確地得出實驗結論，該小組的同學準備用線性圖象來處理實驗數(shù)據(jù)，圖象的縱坐標表示電流表的示數(shù)I，橫坐標表示的物理量是________． (3)若作出的圖象在縱軸上的截距為I0，圖象斜率的絕對值為k，則可求得該電池的電動勢E＝________，內(nèi)阻r＝________.(用測量量和所給量的符號表示) 【解析】　(1)題目中給出了電阻箱和電流表，由于電流表的量程太小，若要改裝成大量程的電流表，需要并聯(lián)的電阻很小，題中所給條件不能滿足實驗要求，若要改裝成一個量程為3 V的電壓表，需要串聯(lián)一個電阻，U＝Ig(Rg＋R′)，U為改裝后電壓表的量程，R′為串聯(lián)電阻，代入數(shù)據(jù)得3 V＝110－3A(30 Ω＋R′)，解得R′＝2 970 Ω.因此用R0與電流表串聯(lián)可以改裝成量程為3 V的電壓表，這樣就可以用“伏阻法”測電池的電動勢和內(nèi)阻．由于電池內(nèi)阻較小，電路中應串聯(lián)一個保護電阻，增大等效電源的內(nèi)阻．電路圖如圖． (2)由閉合電路歐姆定律得E＝I(Rg＋R0)＋(R1＋r)，得I＝－(R1＋r)，因此橫坐標表示的物理量應是. (3)由題意得I0＝，R1＋r＝k，解得E＝I0(Rg＋R0)，r＝k－R1. 【答案】　(1)如解析圖所示　(2)　(3)I0(Rg＋R0)　k－R1 【名師點評】　(1)若給定的電表量程太大或太小，并且給出了定值電阻的阻值，往往要對電表進行改裝． (2)若題中給出了某一電流表或電壓表的內(nèi)阻，往往預示著可將電表“反串”使用． [嘗試應用]　某實驗小組按圖8所示組裝器材：將長木板固定在水平實驗臺上，把木塊放在粗糙的水平長木板上，木塊的右側拴有一細線，跨過固定在長木板邊緣的滑輪與重物連接，木塊的左側與穿過打點計時器的紙帶相連．實驗時，木塊在重物牽引下向右運動，重物落地后，木塊繼續(xù)向右做勻減速運動，圖9給出了重物落地后打點計時器打出的紙帶，小黑點代表計數(shù)點，每相鄰兩計數(shù)點間還有4個點(圖中未標出)，各計數(shù)點間的距離如圖所示(單位為厘米)．打點計時器所用交變電流頻率為50 Hz，g取10 m/s2，不計紙帶與木塊間的拉力． 圖8 圖9 (1)根據(jù)紙帶提供的數(shù)據(jù)計算木塊與長木板之間的動摩擦因數(shù)μ＝________(結果保留小數(shù)點后兩位)． (2)打點計時器在打下A點和B點時，木塊的速度vA＝________m/s，vB＝________m/s(結果保留小數(shù)點后兩位)． (3)要測量在AB段木板對木塊的摩擦力所做的功WAB，還需要的實驗器材是________，還應測量的物理量是________．(填入所選實驗器材和物理量前的字母) A．木塊的質量m1 B．長木板的質量m2 C．重物的質量m3 D．木板的長度L E．AB段的距離LAB F．重物落地后，木塊運動的時間t G．天平 H．停表 【解析】　(1)由于每相鄰兩計數(shù)點間還有4個點，所以相鄰的計數(shù)點間的時間間隔T＝0.1 s，根據(jù)勻變速直線運動的推論公式Δx＝aT2可以求出加速度的大小，得x4－x1＝3a1T2，x5－x2＝3a2T2，x6－x3＝3a3T2 為了更加準確地求解加速度，我們對三個加速度取平均值得a＝(a1＋a2＋a3) 即小車運動的加速度計算表達式為 a＝＝ m/s2＝0.64 m/s2 即水平面上的木塊以0.64 m/s2的加速度做勻減速直線運動．對木塊受力分析：根據(jù)牛頓第二定律得 Ff＝μmg＝ma 解得μ＝＝0.06. (2)根據(jù)勻變速直線運動中時間中點的速度等于該過程中的平均速度，有 vA＝ m/s＝0.72 m/s vB＝ m/s＝0.97 m/s. (3)物體運動的過程中只有摩擦力做功，要測量在AB段木板對木塊的摩擦力所做的功WAB，可以應用動能定理：WAB＝mv－mv，由公式可知： 需要測量木塊的質量，所以需要天平．故需儀器G，要測的物理量為A. 【答案】　(1)0.06　(2)0.72　0.97　(3)G　A 創(chuàng)新型實驗——活用原理，巧妙遷移 　近幾年全國卷實驗題的第二題，往往注重考查實驗原理的遷移、測量方法的遷移、數(shù)據(jù)處理方法的遷移，試題新穎、區(qū)分度高.但試題依然是以實驗基礎為依據(jù)，如計算形式的實驗題、電學中實驗電路的設計等都是根據(jù)考生學過的實驗方法、原理等來命制的，做題時一定要審清題意，明確實驗目的，聯(lián)想和遷移應用相關實驗原理. [典例4]　霍爾效應是電磁基本現(xiàn)象之一，近期我國科學家在該領域的實驗研究上取得了突破性進展．如圖10所示，在一矩形半導體薄片的P、Q間通入電流I，同時外加與薄片垂直的磁場B，在M、N間出現(xiàn)電壓UH，這個現(xiàn)象稱為霍爾效應，UH為霍爾電壓，且滿足UH＝k，式中d為薄片的厚度，k為霍爾系數(shù)．某同學通過實驗來測定該半導體薄片的霍爾系數(shù)． 圖10 (1)若該半導體材料是空穴(可視為帶正電粒子)導電，電流與磁場方向如圖10所示，該同學用電壓表測量UH時，應將電壓表的“＋”接線柱與________(選填“M”或“N”)端通過導線連接． (2)已知薄片厚度d＝0.40 mm，該同學保持磁感應強度B＝0.10 T不變，改變電流I的大小，測量相應的UH值，記錄數(shù)據(jù)如下表所示． I/(10－3 A) 3.0 6.0 9.0 12.0 15.0 18.0 UH/(10－3 V) 1.1 1.9 3.4 4.5 6.2 6.8 根據(jù)表中數(shù)據(jù)畫出UHI圖線，利用圖線求出該材料的霍爾系數(shù)為________10－3 VmA－1T－1(保留兩位有效數(shù)字)． (3)該同學查閱資料發(fā)現(xiàn)，使半導體薄片中的電流反向再次測量，取兩個方向測量的平均值，可以減小霍爾系數(shù)的測量誤差，為此該同學設計了如圖11所示的測量電路．S1、S2均為單刀雙擲開關，虛線框內(nèi)為半導體薄片(未畫出)．為使電流自Q端流入，P端流出，應將S1擲向________(選填“a”或“b”)，S2擲向________(選填“c”或“d”)． 為了保證測量安全，該同學改進了測量電路，將一合適的定值電阻串接在電路中．在保持其他連接不變的情況下，該定值電阻應串接在相鄰器件________和________(填器件代號)之間． 圖11 【解析】　(1)根據(jù)左手定則可判斷帶正電粒子向M端偏轉，故應將電壓表的“＋”接線柱與M端連接． (2)作出UHI圖線如圖所示．由UH＝k得k＝，從直線上選取一點，讀出其坐標值，再將題目中給出的B、d的值代入，可計算出k＝1.510－3 VmA－1T－1. (3)S1擲向b，S2擲向c.加入定值電阻的目的是為了防止兩個開關同時擲向a、c或b、d而將電源短路，故應將定值電阻串接在相鄰器件E和S1或E和S2之間． 【答案】　(1)M　(2)1.5(1.4或1.6)　(3)b，c；S1，E(或E，S2) [嘗試應用]　某實驗小組利用彈簧測力計和刻度尺，測量滑塊在木板上運動的最大速度． 圖12 實驗步驟： ①用彈簧測力計測量橡皮泥和滑塊的總重力，記作G； ②將裝有橡皮泥的滑塊放在水平木板上，通過水平細繩和固定彈簧測力計相連，如圖12甲所示．在A端向右拉動木板，待彈簧測力計示數(shù)穩(wěn)定后，將讀數(shù)記作F； ③改變滑塊上橡皮泥的質量，重復步驟①②；實驗數(shù)據(jù)如下表所示： G/N 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 F/N 0.59 0.83 0.99 1.22 1.37 1.61 ④如圖乙所示，將木板固定在水平桌面上，滑塊置于木板上左端C處，細繩跨過定滑輪分別與滑塊和重物P連接，保持滑塊靜止，測量重物P離地面的高度h； ⑤滑塊由靜止釋放后開始運動并最終停在木板上的D點(未與滑輪碰撞)，測量C、D間的距離s. 完成下列作圖和填空： (1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)在給定坐標紙上作出FG圖線． (2)由圖線求得滑塊和木板間的動摩擦因數(shù)μ＝________(保留兩位有效數(shù)字)． (3)滑塊最大速度的大小v＝________(用h、s、μ和重力加速度g表示)． 【解析】　(1)由滑動摩擦力Ff＝μFN＝μG＝F可知FG圖線應為一條直線，因此應畫一條直線盡可能通過較多的點，不在直線上的點應盡量靠近該直線并均勻分布于直線兩側． (2)由F＝μG知，動摩擦因數(shù)μ等于圖中直線的斜率，求得μ＝0.40(0.38、0.39、0.41、0.42均正確)． (3)懸掛物P落地之前，滑塊受到細繩拉力和摩擦力作用在木板上加速，該過程位移為h，P落地后滑塊只在摩擦力的作用下做減速運動，該過程位移為s－h(huán).P落地瞬間，滑塊速度最大．根據(jù)滑塊減速階段的運動得v2＝2a(s－h(huán))，μmg＝ma解得v＝. 【答案】　(1)如圖所示． (2)0.40(0.38、0.39、0.41、0.42均正確) (3)