資源簡介

2023屆高考物理實驗題解題技巧總結及演練
近幾年高考對實驗的考查，多以一大帶一小、一力帶一電的形式，其中第一個實驗題難度中低檔，側重考查常規型實驗中的基本實驗儀器的讀數、教材要求的基本實驗原理、實驗操作規范、數據處理及其誤差分析．這種題目考查的比較細，不能只注重刷題，而要真正到實驗室去做實驗．第二個實驗題側重對學生實驗遷移能力的考查，常以設計性實驗或創新型實驗來體現，難度較高，主要為電學實驗，也有力學實驗．側重考查學生對新實驗的實驗原理、實驗方法和數據處理的方法的提取，對學生的實驗遷移能力、探究能力要求較高，突出選拔功能．
高考物理實驗題解題策略
1．仔細審題，弄清實驗目的；直接判斷這是考查的課本哪個實驗或和哪個實驗有聯系；通過裝置圖或實驗步驟的敘述，弄清實驗原理；大體了解考查的內容(如原理表達式、實驗步驟、注意事項、數據的處理等)．
若是計算結果的填空題，注意數值、單位、方向或正負號都應填齊全，同時注意有效數字的位數是否有要求．若是儀器讀數，注意精確度．
2．研究實驗器材、實驗裝置圖、實物圖、電路圖或其他圖像，探究考查意圖，認識這些器材在實驗中所起的作用，初步勾畫實驗過程．
對于作圖題，應畫出縱、橫坐標軸的箭頭，注明物理量、單位、標度及坐標原點．描點連線時，若圖像為直線，應讓盡量多的點落在直線上，不能落在直線上的點，應均勻分布在直線兩側．切記畫直線用直尺，需要延長的要延長；若圖像為曲線，則用平滑的曲線連接各點．
對于電學圖，若畫電路圖，一定要用直線段來畫，同時注意各種電學元件的符號；若連電學實物圖，則電表量程、正負極性，電流表內、外接法，滑動變阻器接法，滑動觸頭位置都應考慮周全．各種作圖及連線要用鉛筆，以便于修改．
3．再次精讀試題，實驗情景再現，捕捉并提取有價值的信息．
通過解讀表格，了解實驗測量的物理量，根據表格中的數據，判斷相關物理量之間的關系．如正比例、反比例關系，平方還是開方關系，或者是倒數關系．根據數據描點作圖可以直觀反映實驗的某種規律．
對于沒有接觸過的新圖像，通常利用相關實驗的原理公式進行巧妙變形，變成和圖像信息一致的函數形式，根據圖像的斜率、截距結合函數關系式得出所需的數據．
策略一　原型實驗
弄清和掌握教材中每一個實驗的實驗原理、實驗步驟、數據處理、誤差分析等，對每一個實驗都應做到心中有數，并且能融會貫通．原型實驗也是高考創新實驗的命題根源， 創新實驗也要在教材中實驗的基礎上，尋求器材、原理等方面的變化．
例1　(2022·湖南婁底市高三期末)某同學用如圖甲所示裝置，做“探究加速度與質量的關系”實驗．
(1)實驗時，應使細繩與木板平行，將木板右端墊高以平衡摩擦力，這樣操作的目的是________；
A．使細繩的拉力等于小車所受合力
B．使細繩的拉力等于砝碼盤和砝碼的重力
(2)實驗中，應保持____________(填“盤和砝碼”或“小車”)質量不變，多次改變________(填“砝碼盤”或“小車”)中砝碼的質量m進行實驗．某次實驗打出的一條紙帶如圖乙所示，在打出的紙帶上每隔一個點取一個計數點，分別標為A、B、C、D、E，已知打點計時器所接交流電的頻率為50 Hz，小車做勻加速直線運動的加速度a＝________ m/s2；(結果保留兩位有效數字)
(3)該同學經(2)所述多次實驗后，記錄前述砝碼的質量m以及對應小車的加速度大小a，作出－m圖像．若圖線的斜率為k，圖線在縱軸上的截距為b，則小車受到的拉力大小F＝________，小車的質量M＝________.(均用相關物理量的符號表示)
例2　(2022·河南駐馬店市高三期末)一實驗小組的同學要測某種金屬絲的電阻率．先用歐姆表粗略地測量金屬絲的電阻，選用“×10”歐姆擋，正確操作后得到的示數如圖甲所示，用游標卡尺測量金屬絲直徑的結果如圖乙所示．
(1)圖甲的示數為________ Ω，圖乙的示數為________ mm.
(2)按圖丙所示的電路圖，用筆畫線代替導線把圖丁的實物圖補充完整．
(3)用圖丙電路圖測得金屬絲電阻的測量值________(填“偏大”或“偏小”)．若金屬絲的有效長度用L表示，橫截面的直徑用d表示，兩端的電壓用U0表示，通過金屬絲的電流用I0表示，則該金屬絲的電阻率ρ＝________(用L、d、U0、I0表示)．
策略二　創新型實驗
創新型實驗以原型實驗為基礎，注重考查實驗儀器的等效與替換、實驗原理的拓展與延伸、實驗情景的設計與創新、實驗方法的求新、實驗過程的求簡、數據處理方法的遷移，這類試題新穎、區分度高．要求考生“以不變應萬變”，根本方法是把實驗的本質從新情景中分離出來，找出與常規實驗的相同之處，運用類似的方法進行處理．
例3　(2022·河北唐山市高三期末)小明利用如圖裝置驗證機械能守恒定律．圖中AB為輕桿，O為固定轉軸，A端小球固定于桿上，質量為mA.B端小球放在輕質勺形槽內，質量為mB.由靜止釋放后，輕桿從水平位置逆時針轉動，輕桿轉到豎直位置時被制動，B球被水平拋出．
(1)實驗時，小明首先測量了mA、mB及兩球距O點的距離LA、LB，除此之外，還需要測量的物理量有________．
A．A球從釋放到運動至最低點的時間t
B．O點離地面的高度h
C．B球落地點與O點的水平距離x
(2)結合(1)中的各物理量，輕桿從水平位置自由釋放，利用上述測定的物理量和重力加速度g，可得系統重力勢能減少量為________，動能增加量為________．
例4　(2022·江蘇常州市溧陽光華高級中學高三期末)小明同學想要設計一個既能測量電源電動勢和內阻，又能測量定值電阻阻值的電路．
他用了以下的實驗器材中的一部分，設計出了圖(a)的電路圖：
a．電流表A1(量程0.6 A，內阻很小)；電流表A2(量程300 μA，內阻rA＝1 000 Ω)；
b．滑動變阻器R(0～20 Ω)；
c．兩個定值電阻R1＝1 000 Ω，R2＝9 000 Ω；
d．待測電阻Rx；
e．待測電源E(電動勢約為3 V，內阻約為2 Ω)
f．開關和導線若干
(1)根據實驗要求，與電流表A2串聯的定值電阻為________(填“R1”或“R2”)．
(2)小明先用該電路測量電源電動勢和內阻，將滑動變阻器滑片移至最右端，閉合開關S1，調節滑動變阻器，分別記錄電流表A1、A2的讀數I1、I2，得I1與I2的關系如圖(b)所示．根據圖線可得電源電動勢E＝______ V，電源內阻r＝______ Ω.(計算結果均保留兩位有效數字)
(3)小明再用該電路測量定值電阻Rx的阻值，進行了以下操作：
①閉合開關S1、S2，調節滑動變阻器到適當阻值，記錄此時電流表A1示數Ia，電流表A2示數Ib；
②斷開開關S2，保持滑動變阻器阻值不變，記錄此時電流表A1示數Ic，電流表A2示數Id；后斷開S1；
③根據上述數據可知計算定值電阻Rx的表達式為______________．若忽略偶然誤差，則用該方法測得的阻值與其真實值相比________(選填“偏大”“偏小”或“相等”)．
策略三　設計型實驗
所謂設計型實驗，就是根據實驗目的，自主運用物理知識、實驗方法和技能，完成實驗的各個環節(實驗目的、對象、原理、儀器選擇、實驗步驟、數據處理等)，擬定實驗方案，分析實驗現象，并在此基礎上作出適當評價．要求考生能審清題意，明確實驗目的，根據器材或已有的實驗步驟聯想相關實驗原理，實現對知識遷移能力、發散能力和創造能力的考查．
例5　(2022·山東淄博市一模)小球在液體中運動時要受到液體的摩擦阻力，這種阻力稱為粘滯力或內摩擦力．在一般情況下，半徑為r 的小球以速度v在液體中運動時，所受的液體阻力可用斯托克斯公式f＝6πηrv表示，式中η稱為液體的粘滯系數(也叫“內摩擦因數”，其國際單位為Pa·s)，r為小球半徑，v為小球運動的速度．某興趣小組根據所掌握的知識，搜集器材設計了如圖甲所示的實驗，測定某液體的粘滯系數η，實驗操作如下：
①將無線防水速度傳感器安裝在足夠長量筒底部，傳感器與計算機(圖中未畫出)建立聯系，待測液體注滿量筒；
②用螺旋測微器測定小球直徑D；
③根據小球材質和液體種類查出它們的密度分別為ρ和ρ0；
④用鑷子將小球輕放在液體中讓其在液體中下落，同時用計算機記錄小球下落速度隨時間變化的v－t 圖像如圖乙中曲線a；
⑤改變液體的溫度，重復④步驟操作，得到不同的v－t 圖像如圖乙中曲線b、c.
(1)螺旋測微器讀數如圖丙所示，小球直徑D＝________ mm；
(2)查得小球的密度ρ＝8.5×103 kg/m3 ，液體的密度ρ0＝1.3×103 kg/m3 ，測得小球勻速下落速度v1＝2×10－2 m/s，則該液體的粘滯系數η＝________ Pa·s(重力加速度g取10 m/s2，結果保留三位有效數字)；
(3)已知當溫度升高時，液體的粘滯系數減小，由此可判斷圖線a、b、c對應的液體溫度Ta、Tb、Tc 的關系是________________．
例6　(2022·山東濰坊市高三期末)電學實驗中可將電源E1與電源E2及靈敏電流計G連成如圖甲所示電路，若靈敏電流計G示數為0，說明此時兩電源的電動勢相等．
根據這一原理，某同學設計了如圖乙所示電路，來測量某電源C的電動勢為Ex.其中A為工作電源(內阻不計)，B為電動勢恒定的標準電源，其電動勢為EN.R1、R2為電阻箱，R3為滑動變阻器，G為靈敏電流計，S1、S3為單刀單擲開關，S2為單刀雙擲開關．實驗過程如下：
①實驗開始之前，將R1和R2的阻值限定在1 000 Ω到3 000 Ω之間；
②將S2置于1處，閉合開關S1、S3，通過調節R1、R2，使R3阻值為0時，靈敏電流計G示數為0.記錄此時的R1與R2的阻值，分別為R1校、R2校；
③將開關S2置于2處，保持通過R1、R2的電流不變，重復上述操作，使R3的阻值為0時，靈敏電流計G的示數為0，記錄此時的R1與R2的阻值，分別為R1測、R2測．
根據上述實驗過程回答問題：
(1)實驗步驟①中，為保護靈敏電流計，開始時滑動變阻器觸頭應處在最________端(填“左”或“右”)；
(2)在步驟③中，為保持實驗過程中流過R1與R2的電流不變，調整R1、R2時需要使R1測、R2測與R1校、R2校滿足的關系是____________；
(3)待測電源C的電動勢Ex＝________(用題中所給物理量符號表示)；
(4)若工作電源A的內阻不可忽略，則待測電源C的電動勢Ex測量值相比于上述方案結果________(選填“偏大”“不變”或“偏小”)．
參考答案
例1　(1)A　(2)盤和砝碼　小車　3.9
(3)　
解析　(1)使細繩與木板平行，將木板右端墊高以平衡摩擦力，這樣操作的目的是使細繩上的拉力等于小車所受合力，故選A.
(2)由于要探究加速度與質量的關系，因此應保持外力不變，即保持盤和砝碼的質量不變，多次改變小車中砝碼的質量進行實驗．由題知T＝＝0.02 s，根據逐差法，可得a＝≈3.9 m/s2.
(3) 根據牛頓第二定律有F＝(M＋m)a
上式整理得＝·m＋
結合題有＝k，＝b
解得F＝，M＝.
例2　(1)60　4.3　(2)見解析圖
(3)偏小　
解析　(1)歐姆擋選用“×10”倍率，其示數為60 Ω；游標卡尺的示數為4 mm＋3×0.1 mm＝4.3 mm；
(2)實物圖如圖所示．
(3)由題圖丙可知，電壓表有分流作用，可得金屬絲電阻的測量值偏小；
根據R＝ρ、R＝、S＝π()2
聯立解得ρ＝.
例3　(1)BC　(2) mAgLA－mBgLB　
解析　(1)驗證機械能守恒定律，需要測量系統重力勢能的減少量和系統動能的增加量，系統動能的增加量需要測量小球B的速度，求平拋運動的初速度，需要B球拋出點到地面的距離和落地點與拋出點的水平距離x，因已有拋出點到點O的高度，只需測量出O點離地面的高度h，不需要A球從釋放到運動至最低點的時間t.故選B、C.
(2)輕桿從水平位置自由釋放，系統重力勢能的減少量ΔEp＝mAgLA－mBgLB
B球到達拋出點的速度vB＝＝＝
由題圖可知，兩球轉動的角速度相等，則此時A球的速度vA＝＝
則系統的動能增加量ΔEk＝mAvA2＋mBvB2＝＋＝x2g.
例4　(1)R2　(2)3.0　2.1　(3)③Rx＝(－)(rA＋R2)　相等
解析　(1)電源電動勢為3 V，電流表A2與R1串聯，可改裝為量程為U＝Ig(rA＋R1)＝300×10－6× (1 000＋1 000) V＝0.6 V的電壓表，改裝后的電壓表量程太小，同理應用定值電阻R2改裝后電壓表量程為3 V，故選R2；
(2)由題圖可知I1＝0時，電流表A2的讀數對應的電壓值即為電源的電動勢，則E＝3.0 V，內阻r＝||＝ Ω＝2.1 Ω；
(3)③由題意可知：IaR＝Ib(rA＋R2)，Ic(R＋Rx)＝Id(rA＋R2)，聯立解得Rx＝(－)(rA＋R2)；由以上分析可知，若考慮電流表A1內阻的影響，則表達式列成：Ia(R＋rA1)＝Ib(rA＋R2) ，Ic(rA1＋R＋Rx)＝Id(rA＋R2)，最后求得的Rx表達式不變，則用該方法測得的阻值與其真實值相比相等．
例5　(1)1.800　(2)0.648　(3)Tb>Ta>Tc
解析　(1)螺旋測微器讀數是固定刻度讀數加可動刻度讀數，題圖丙中讀數為D＝1.5 mm＋30.0×0.01 mm＝1.800 mm；
(2)小球的體積為V＝πr3＝πD3
由題圖乙中曲線a可知，小球加速度先減小后為零，加速度為零時有ρVg－ρ0Vg－6πηrv1＝0
聯立方程，解得η＝
代入數據得η＝0.648 Pa·s.
(3)由粘滯系數表達式可知，小球的收尾速度越大，粘滯系數越小，溫度越高，因此Tb>Ta>Tc.
例6　(1)左　(2)R1測＋R2測＝R1校＋R2校　(3)EN　(4)不變
解析　(1)在開關閉合前，為保護靈敏電流計G，R3接入的阻值應為最大，則觸頭應在最左端．
(2)改用待測電源替換標準電源的位置，其前提條件是工作電源A所在電路電流I要保持不變，電源A的輸出電壓固定不變，采取的措施是使R1校與R2校的阻值之和為某一固定阻值，所以使R1測和R2測的阻值之和也為該固定阻值，即R1測＋R2測＝R1校＋R2校．
(3)根據部分電路歐姆定律，有＝，＝
可知，當滿足R1測＋R2測＝R1校＋R2校
有Ex＝EN.
(4)若考慮工作電源內阻，則有＝，＝
因之前有R1測＋R2測＝R1校＋R2校
考慮到了工作電源內阻后，則有R1測＋R2測＋r＝R1校＋R2校＋r
故整理后依舊為Ex＝EN，故測量值不變。

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