2020版高考物理大二轮复习优化6实验题答题策略教学案

2020版高考物理大二轮复习优化6实验题答题策略教学案

高考物理 1 优化 6 实验题答题策略 考查基本仪器的使用方法和不同实验中对仪器的选择，考查基本实验原理在新的环境下 的变通运用，考查利用基本操作来完成新的实验任务，近几年高考不仅考查课本的分组实验， 还考查演示实验，而且出现了迁移类实验、应用型实验、设计型实验及探究型实验，有填空 作图型实验题、常规实验题、设计型实验题等． 1．要明确考查知识范围 现在的物理实验题涉及力学、电(场、路)磁(场、感)学等知识．尽管题目千变万化，但 通过仔细审题，一定能直接地判断出命题人想要考查的知识点和意图． 2．要看清实验题图 实验题一般配有相应的示意图、实物图，实质是告知实验仪器(或部分)及其组装情况， 让考生琢磨考查意图．只有看清了实验仪器，才使你有身临其境的感觉．认识这些器材在实 验中所起的作用，便能初步勾画实验过程． 3．要捕捉并提取信息 试题总是提供诸多信息从而再现实验情景，因此，正确解答时必须捕捉并提取有价值的 信息，使问题迎刃而解．一般需要关注如下信息： (1)新的概念、规律、公式．一些新颖的非学生实验题、陌生的新知识(概念公式)应用 题、新规律验证题，都为我们提供信息．在阅读理解的基础上提取有用信息为解题服务． (2)新的表格数据．通过解读表格，了解实验测量的物理量，根据表格中的数据，判断 相关物理量之间的关系．如正比例关系，反比例关系，平方还是开方关系，或者是倒数关系．根 据数据描点作图、直观实验反映的某种规律． (3)新的物理图像．实验题本身提供物理图像，但这些图像平时没有接触过，关键要明 确图像的物理意义，帮助正确分析实验问题． 题型 1 探究型实验 探究型实验题通常可分为两类：第一类为通过实验和实验数据的分析得出物理规律，第 二类给出实验规律，让你选择实验仪器，设计实验步骤，并进行数据处理．第一类必须在实 验数据上下工夫，根据数据特点，掌握物理量间的关系，得出实验规律；第二类必须从已知 规律入手，正确选择测量的物理量，根据问题联想相关的实验模型，确定实验原理，选择仪 器设计实验步骤，记录实验数据并进行数据处理． 高考物理 2 【典例 1】 (2019·四川广元三模)用如图甲所示装置来探究功和动能变化的关系．木 板上固定两个完全相同的遮光条 A、B，用不可伸长的细线将木板通过两个滑轮与弹簧测力 计 C 相连，木板放在安装有定滑轮和光电门的轨道 D 上，轨道放在水平桌面上，P 为小桶(内 有沙子)，滑轮质量、摩擦不计，重力加速度为 g. (1)实验中轨道应倾斜一定角度，这样做的目的是________． A．使木板释放后，木板能匀加速下滑 B．增大木板下滑的加速度 C．使得细线拉力做的功等于合力对木板做的功 D．使得木板在未施加拉力时能匀速下滑 (2)用游标卡尺测量遮光条的宽度，示数如图乙所示，则遮光条的宽度 d＝________cm. (3)实验主要步骤如下： ①测量木板、遮光条的总质量 M，两遮光条间的距离 L，按甲图正确连接器材． ②将木板左端与轨道左端对齐，静止释放木板，木板在细线拉动下运动，记录弹簧测力 计示数 F 及遮光条 B、A 先后经过光电门的时间 t1、t2，则遮光条 B、A 通过光电门的过程中 木板动能的变化量ΔEk＝________；合外力对木板做的功 W＝________.(用字母 M、t1、t2、 d、L、F 表示) ③在小桶中增加沙子，重复②的操作． ④比较 W、ΔEk 的大小，得出实验结论． (4)若在本实验中轨道水平放置，其他条件和实验步骤不变，假设木板与轨道之间的动 摩擦因数为μ，测得多组 F、t1、t2 的数据，并得到 F 与1 t2 2 －1 t2 1 的关系图像如图丙所示，已知 图像在纵轴上的截距为 b，直线的斜率为 k，则μ＝________(用字母 b、d、L、k、g 表示)． [解析] (1)轨道略微倾斜的目的是平衡摩擦力，这样在未施加拉力时木板就能做匀速 直线运动，木板连上细线后，细线的拉力等于木板受到的合力，细线的拉力对木板做的功等 于合力对木板做的功，故 C、D 项正确． (2)游标卡尺主尺的读数为 1 mm，游标尺上的第 14 个刻度与主尺上的刻度对齐，所以 游标尺的读数为 0.05×14 mm＝0.70 mm，总读数为 1 mm＋0.70 mm＝1.70 mm＝0.170 cm. 高考物理 3 (3)遮光条 B 通过光电门时的速度 vB＝d t1 ，遮光条 A 通过光电门时的速度 vA＝d t2 ，则ΔEk ＝1 2 Mv2 A－1 2 Mv2 B＝Md2 2 1 t2 2 －1 t2 1 .光滑的滑轮两端的细线拉力处处相等，弹簧测力计的示数 F 是细 线的拉力大小，也是木板所受的合外力大小，故 W＝FL. (4)当轨道水平放置时，对木板，由动能定理得(F－μMg)L＝Md2 2 1 t2 2 －1 t2 1 ，解得 F＝ Md2 2L 1 t2 2 －1 t2 1 ＋μMg，结合 F 与1 t2 2 －1 t2 1 的关系图像可知斜率 k＝Md2 2L ，纵截距 b＝μMg，联立解得 μ＝ bd2 2kgL . [答案] (1)CD (2)0.170 (3)Md2 2 1 t2 2 －1 t2 1 FL (4) bd2 2kgL 题型 2 验证型实验 验证型实验有验证力的平行四边形定则、验证牛顿第二定律、验证机械能守恒定律，对 于该实验题型，要有严谨的科学态度，不要认为验证规律的实验一定成立，可以投机取巧， 编造数据，比如计算了等式的左边，认为右边一定相等，造成不必要的丢分，另外还要注意 有效数字必须符合题目要求． 【典例 2】 (2019·湖北八校联考)小明同学利用如图所示的装置来验证机械能守恒定 律．A 为装有挡光片的钩码，总质量为 M，挡光片的宽度为 b，轻绳一端与 A 相连，另一端 跨过光滑轻质定滑轮与质量为 m(mm，取重力加速度为 g，则 (1)矩形线圈中电流的方向为________________． (2)矩形线圈的电阻为________________． (3)匀强磁场的磁感应强度的大小为_____________________． (4)考虑到电压表内阻的影响，磁感应强度 B 的测量值偏________(填“大”或“小”)． [解析] (1)因 m0>m，故当天平正好平衡时，线圈受到的安培力竖直向上，根据左手定 则可知，矩形线圈中电流的方向为逆时针方向． (2)根据闭合电路欧姆定律可知，回路中电流 I＝E－U r ，设线圈电阻为 R，则有 R1＋R＝U I ， 解得 R＝ U E－U r－R1. (3)设匀强磁场的磁感应强度大小为 B，线框受力平衡，则有 mg＝m0g－nBIl，I＝E－U r ， 解得 B＝m0－mgr nE－Ul . (4)回路中电流 I＝E－U r 是干路电流，由于电压表的分流作用，使得代入计算的电流与 线圈中实际通过的电流相比偏大，因此磁感应强度 B 的测量值偏小． 高考物理 7 [答案] (1)逆时针方向 (2) Ur E－U －R1 (3)m0－mgr nE－Ul (4)小 专题强化训练(二十四) 1．(2019·四川成都诊断)将两根原长相同、劲度系数不同、粗细也不同的弹簧套在一 起，看作一根新弹簧，设原粗弹簧(记为 A)的劲度系数为 k1，原细弹簧(记为 B)的劲度系数 为 k2，套成的新弹簧(记为 C)的劲度系数为 k3.关于 k1、k2、k3 的大小关系，同学们猜想如下： 甲同学：和电阻并联相似，可能是1 k3 ＝1 k1 ＋1 k2 . 乙同学：和电阻串联相似，可能是 k3＝k1＋k2. 丙同学：可能是 k3＝k1＋k2 2 . (1)为了验证猜想，同学们设计了相应的实验(装置见图甲所示)． (2)简要实验步骤如下，请完成相应填空． a．将弹簧 A 悬挂在铁架台上，用刻度尺测量弹簧 A 的原长 L0； b．在弹簧 A 的下端挂上钩码，记下钩码的个数 n、每个钩码的质量 m 和当地的重力加 速度大小 g，并用刻度尺测量弹簧的长度 L1； c．由 F＝________计算弹簧的弹力，由 x＝L1－L0 计算弹簧的伸长量，由 k＝F x 计算弹簧 的劲度系数； d．改变________，重复实验步骤 b、c，并求出弹簧 A 的劲度系数的平均值 k1； e．仅将弹簧分别换为 B、C，重复上述操作步骤，求出弹簧 B、C 的劲度系数的平均值 k2、k3.比较 k1、k2、k3 并得出结论． (3)图乙是实验得到的图线，由此可以判断________同学的猜想正确． [解析] (2)弹簧的弹力 F 等于 n 个钩码的重力之和 nmg；多次测量取平均值，可以减 小误差，所以实验中需要改变钩码的个数以改变弹簧弹力． 高考物理 8 (3)由题图乙可知，伸长量相同时，FC＝FA＋FB，由胡克定律可得 k3x＝k1x＋k2x，所以 k3 ＝k1＋k2，乙同学的猜想是正确的． [答案] (2)nmg 钩码的个数 (3)乙 2．(2019·武汉市高三调研)在验证动量守恒定律实验中，实验装置如图所示，a、b 是 两个半径相等的小球，按照以下步骤进行操作． A．在木板表面钉上白纸和复写纸，并将该木板在紧靠槽口处竖直放置，使小球 a 从斜 槽轨道上固定点处由静止释放，撞到木板并在白纸上留下痕迹 O； B．将木板水平向右移动一定距离并固定，再使小球 a 从固定点处由静止释放，撞到木 板上得到痕迹 B； C．把小球 b 静止放在斜槽轨道水平段的最右端，让小球 a 仍从固定点处由静止释放， 和小球 b 相碰后，两球撞在木板上得到痕迹 A 和 C. (1)为了保证在碰撞过程中小球 a 不反弹，a、b 两球的质量 m1 、m2 间的关系是 m1________m2(选填“大于”、“小于”或“等于”)． (2)完成本实验，必须测量的物理量有________． A．小球 a 开始释放的高度 h B．木板水平向右移动的距离 l C．小球 a 和小球 b 的质量 m1、m2 D．O 点分别到 A、B、C 三点的距离 y1、y2、y3 [解析] (1)为防止两球碰撞后，小球 a 反弹，小球 a 的质量应大于小球 b 的质量，即 m1>m2.(2)a、b 两球碰撞后均做平抛运动，l＝vt，y＝1 2 gt2，得 l＝v 2y g ，若满足 m1v0＝m1v1 ＋m2v2，即碰撞前后动量守恒，即可验证动量守恒定律，对该式进行整理可得 m1 y2 ＝ m1 y3 ＋ m2 y1 ， 因此需要测量小球 a 和小球 b 的质量 m1、m2 以及 O 点分别到 A、B、C 三点的距离 y1、y2、y3， 选项 C、D 正确． [答案] (1)大于 (2)CD 高考物理 9 3．(2019·河南六市联考)一个有一定厚度的圆盘，可以绕通过中心垂直于盘面的水平 轴转动，圆盘加速转动时，角速度的增加量Δω与对应时间Δt 的比值定义为角加速度 β 即β＝Δω Δt .我们用电磁打点计时器、刻度尺、游标卡尺、纸带、复写纸来完成下述实 验．(打点计时器所接交流电的频率为 50 Hz；A、B、C、D、…为计数点，相邻两计数点间 有四个点未画出) ①如图甲所示，将打点计时器固定在桌面上，将纸带的一端穿过打点计时器的限位孔， 然后固定在圆盘的侧面，当圆盘转动时，纸带可以卷在圆盘侧面上； ②接通电源，打点计时器开始打点，启动控制装置使圆盘匀加速转动； ③经过一段时间，停止转动和打点，取下纸带，进行测量． (1)用 20 分度的游标卡尺测得圆盘的直径如图乙所示，圆盘的半径 r 为________cm； (2)由图丙可知，打下计数点 D 时，圆盘转动的角速度为________rad/s； (3)圆盘转动的角加速度大小为________rad/s2(计算结果保留三位有效数字)． [解析] (1)由图乙可知，主尺刻度为 60 mm，游标尺上的小数部分为 0，由于最小分度 为 0.05 mm，游标卡尺的读数为 60.00 mm，即 6.000 cm，因此圆盘的直径为 6.000 cm，半 径为 3.000 cm. (2)由频率 f＝50 Hz 可知，周期 T＝0.02 s，则纸带上相邻两计数点之间的时间间隔 t′ ＝5T＝0.1 s，故打下计数点 D 时，速度 vD＝ xCE 2t′ ＝0.1384－0.0551 2×0.1 m/s＝0.417 m/s，故ω ＝vD r ＝0.417 0.03 rad/s＝13.9 rad/s. (3)纸带运动的加速度 a＝ Δx Δt2＝xCE－xAC Δt2 ＝0.1384－0.0551－0.0551 0.22 m/s2＝0.705 m/s2， 由于β＝Δω Δt ，ω＝v r ，故圆盘转动的角加速度大小为β＝a r ＝0.705 0.03 rad/s2＝23.5 rad/s2. 高考物理 10 [答案] (1)3.000 (2)13.9 (3)23.5 4．(2019·云南七校联考)材料的电阻随压力的变化而变化的现象称为“压阻效应”， 利用这种效应可以测量压力大小．如图甲所示为某压敏电阻在室温下的电阻压力特性曲线， 其中 RF、R0 分别表示有、无压力时压敏电阻的阻值．为了测量压力 F，需先测量压敏电阻处 于压力下的电阻值 RF. 请按要求完成下列实验． (1)设计一个可以测量处于压力中的该压敏电阻阻值的电路，在图乙的虚线框内画出实 验电路的原理图(压敏电阻已给出，待测压力大小约为 40～80 N，不考虑压力对电路其他部 分的影响)，要求误差较小，提供的器材如下： A．压敏电阻，无压力时阻值 R0＝6000 Ω B．滑动变阻器 R，最大阻值约为 200 Ω C．电流表 A，量程 0～2.5 mA，内阻为 30 Ω D．电压表 V，量程 0～3 V，内阻为 3 kΩ E．直流电源 E，电动势为 3 V，内阻很小 F．开关 S，导线若干 (2)正确接线后，将压敏电阻置于待测压力下，通过压敏电阻的电流是 1.33 mA，电压 表的示数如图丙所示，则电压表的读数为________V. 高考物理 11 (3)此时压敏电阻的阻值为________Ω(保留两位有效数字)；结合图甲可知待测压力的 大小 F＝________N. [解析] (1)由于滑动变阻器总电阻较小，远小于待测压敏电阻的阻值，因此滑动变阻 器应采用分压式接法；同时因待测压敏电阻的阻值较大，故应采用电流表内接法；电路原理 图如图所示． (2)电压表量程为 0～3 V，最小分度为 0.1 V，则读数为 2.00 V. (3)根据欧姆定律可知 RF＝U I －RA＝ 2.00 1.33×10－3 Ω－30 Ω＝1.5×103 Ω，则有R0 RF ＝ 6000 1.5×103＝4；由图甲可知，待测压力的大小 F＝60 N. [答案] (1)见解析图 (2)2.00 (3)1.5×103 60 5．(2019·河南省豫南九校质量考评)利用如图甲所示的电路可以较为准确地测出待测 电阻 Rx 的阻值．其中 R1 为一段较长的粗细均匀的电阻丝，Rx 为待测电阻，R0 为电阻箱，a 为 电表．测量步骤如下： 根据如图甲所示的电路图连接电路；将 R0 调到某一数值，滑片 P 与电阻丝某位置连接．闭 合开关 S1，试触开关 S2，观察电表 a 指针的偏转情况；适当左右移动滑片 P 的位置，直至闭 合开关 S2 时，电表 a 的指针不发生偏转；测出滑片左右两侧电阻丝的长度 L1 和 L2，读出此 时电阻箱接入电路的阻值 R0. 高考物理 12 (1)根据图甲的电路图，用笔画线代替导线，将图乙的实物图连接成完整电路； (2)为了使测量结果更准确，图甲中的电表 a 选以下的哪个电表更合适________． A．量程为 0～3 V、分度值为 0.1 V、内阻为 3000 Ω的电压表 B．量程为 0～0.6 A、分度值为 0.02 A、内阻为 60 Ω的电流表 C．量程为 0～30 μA、分度值为 1 μA、内阻为 100 Ω的灵敏电流计 (3)如果电表 a 中电流方向由 M 流向 P 时，指针向右偏转，则当指针向右偏转时，可以 通过以下哪些操作使指针不发生偏转________． A．适当增大电阻箱 R0 的阻值 B．适当减小电阻箱 R0 的阻值 C．将滑片 P 向左移动适当的距离 D．将滑片 P 向右移动适当的距离 (4)用测量的物理量(L1、L2 和 R0)表示待测电阻的阻值 Rx＝____________. [解析] (1)实物图连接如答案图所示． (2)为了使测量结果更精确，就要使电表更灵敏．选项 A 电表指针偏转 1 格所需电压为 0.1 V，而选项 B 电表指针偏转 1 格所需电压为 0.02 A×60 Ω＝1.2 V，选项 C 电表指针偏 转 1 格所需电压为 1 μA×100 Ω＝0.1 mV，所以选 C 表． (3)当指针向右偏转时，说明 M 点的电势比 P 点高，因此可以减小 R0 分得的电压，或减 小滑片左边电阻丝分得的电压，即减小 R0 接入电路的阻值或向左移动滑片 P，选项 B、C 正 确． (4)当电表指针不发生偏转时，M、P 两点电势相等，即Rx R0 ＝L1 L2 ，所以 Rx＝L1 L2 R0. [答案] (1)实物图连接如图所示 高考物理 13 (2)C (3)BC (4)L1 L2 R0