對高考實驗題的考察預(yù)測與解題指導
2005年高考實驗題考察預(yù)測與解題指導
預(yù)測一 電學設(shè)計實驗
綜觀近5年的高考實驗題，除2002年沒有考察電學實驗以外，其他年份考察的均為電學實驗，而電學實驗中，電學設(shè)計實驗考察的尤為頻繁，同時該類實驗也是中學物理實驗中的難點。解答電學設(shè)計實驗要做好下面的三個選擇。
1、實驗器材的選擇
根據(jù)教學大綱及高考的要求，選擇電學實驗器材主要是選擇電表、滑動變阻器、電源等器材。
選擇實驗器材一般要考慮四方面因素：
〈1〉安全因素：通過電源、電阻和電表的電流不能超過其充許的最大電流。
〈2〉誤差因素：選用電表量程應(yīng)考慮盡可能減小測量值的相對誤差，電壓表、電流表在使用時盡可能使指針接近滿量程，其指針應(yīng)偏轉(zhuǎn)到滿偏度的1/3以上；使用歐姆表時宜先用指針盡可能在中間刻度附近的倍率檔位。
〈3〉便于操作：選用滑動變阻器時應(yīng)考慮對外供電電壓的變化范圍既能滿足實驗要求，又便于調(diào)節(jié)。在調(diào)節(jié)滑動變阻器時，應(yīng)使其大部分電阻線都用到。
〈4〉實驗要求：除以上三個因素外，還應(yīng)注重實驗實際。如電壓從零開始起調(diào)，所給電源與用電器不匹配等。
例1 在測量金屬絲的電阻率的實驗中：⑴用螺旋測微器測金屬絲的直徑
為 mm
⑵已知電阻絲的電阻約為10，現(xiàn)備有下列器材供測量該電阻絲的
電阻時選用，應(yīng)先用的器材有 （只填代號）。
A、量程是0~0.6A,內(nèi)阻是0.5的電流表； B、量程是0~3A，內(nèi)阻是0.1的電流表； C、量程是0~3V，內(nèi)阻是6K的電壓表； D、量程是0~15V，內(nèi)阻是30K的電壓表； E、阻值為0~1K，額定電流為0.5A的滑動變阻器； F、阻值為0~20，額定電流為2A的滑動變阻器； G、蓄電池（6V）； H、開關(guān)一個，導線若干；
解析 （1）讀數(shù)：該金屬絲的直徑為0.350mm。
（2）儀器的選擇：①選電源：題目中只給一直流電源G，所以G應(yīng)選。
②選電流表：電源選定后可估算總電流，不連入滑動變阻器，干路電流最大值
Imax=。若選電流表B，0.6A沒有超過其量程1/3，讀數(shù)誤差較大，而電流表A更合適。
③選電壓表：若選電壓表C，量程為3V，則干路電流要被控制在0.3A以下,由上所選電流表為A,指針偏轉(zhuǎn)可達到滿刻度的一半。若選電壓表D，雖然電壓表指針能達到滿刻度1/3~2/3，滿足實驗器材選擇的要求，但用15V量程時，精確度太低，為了實現(xiàn)電壓表和電流表精確度的匹配，應(yīng)選用電壓表C而不選電壓表D。
④選滑動變阻器：由于電阻絲阻值為10，為了在3V、0.3A以下范圍內(nèi)調(diào)節(jié)滑動變阻器，讀取幾組測量值，滑動變阻器應(yīng)選0~20為宜，所以應(yīng)選F。故選用器材為A、C、F、G、H。
2、測量電路的選擇
電壓表和電流表連入電路可以有兩種方法：一種是如圖2甲所示的電路叫做“電流表外接法”；
一種是如圖2乙所示的電路叫做“電流表內(nèi)接法”。
由于電流表、電壓表內(nèi)阻的影響，不管采用電流表內(nèi)
接法還是外接法都會引起誤差。為了減小誤差，常用以下
三種方法來判定電流表的連接是選內(nèi)接法還是外接法。
<1>直接比較法：當Rx>>RA用內(nèi)接法，當Rx<<RA用外接法。
<2>臨界值計算法：當Rx>時，即Rx為大電阻，應(yīng)該用內(nèi)接法；當Rx<時，即Rx為小電阻，應(yīng)該用外接法；當Rx=時，內(nèi)外接法均可。
<3>試測判斷法：當Rx、RA、RV電阻阻值都不清楚時可采用此法。
設(shè)開關(guān)A接a、b時，電流表示數(shù)分別為Ia、Ib，電壓表的示數(shù)為Va、Vb。
當時，選用“內(nèi)接法”；
當時，選用“外接法”。
例2 某同學用伏安法測一個未知電阻的阻值，他先將電壓表按在b點，讀得兩表示數(shù)分別為V1=3.0V，I1=3.0mA，然后將電壓表改接在a點，讀得兩表示數(shù)分別為V2=2.9V，I2=4.0mA，如圖所示，由此可知電壓表應(yīng)接到 點誤差較小，測得Rx值就為 。
解析 兩種接法中兩表示數(shù)變化分別為：
△V==3.0-2.9=0.1V，△I===1.0mA
則，
雖然，電流表示數(shù)變化較電壓表示數(shù)變化明顯，這說明電壓表的分流作用較大，為了減小誤差，應(yīng)采用電流表內(nèi)接法，即電壓表接b點。
3、控制電路的選擇
控制電路即滑動變阻器在電路中的連接，常有兩種不同、
的形式，圖甲為限流式，乙為分壓式。
在具體實驗中，滑動變阻器到底是采用分壓式還是限流式呢？
判斷方法如下：
（1）負載電阻的阻值Rx遠大于變阻器總電阻R，須用分壓式電路。
（2）要求負載上電壓或電流變化范圍較大，且從零開始連續(xù)可調(diào)，須用分壓式電路。
（3）負載電阻的阻值Rx小于變阻器的總電阻R或相差不多，并且電壓、電流表示數(shù)變化不要求從零起調(diào)，可采用限流式。
（4）兩種電路均可使用的情況下，應(yīng)優(yōu)先采用限流式接法，因為限流式接法總功率較小。
（5）特殊問題中還要根據(jù)電壓表和電流表量程以及允許通過的最大電流值來反復(fù)推敲。
例3 在“描繪小燈泡的伏安特性曲線”的實驗中，使用的小燈泡為“6V，3W”，其他選擇的器材有：
A、電壓表V1（量程6V，內(nèi)阻20K）； B、電壓表V2（量程20V，內(nèi)阻60K）； C、電流表A1（量程3A，內(nèi)阻0.2）； D、電流表A2（量程0.6A，內(nèi)阻1）； E、變阻器R1（0~1000，0.5A）； F、變阻器R1（0~20，2A）； G、學生電流（6~8V）； H、開關(guān)S及導線若干。
實驗中要求電壓表在0~6V范圍內(nèi)讀取并記錄下12組左右不同的電壓值U和對應(yīng)的電流I，以便作出伏安特性曲線，在上述器材中，電流表就選用 ，變阻器應(yīng)選用 。畫出實驗原理圖。
解析 <1>確定電壓表、電流表、滑動變阻器。
小燈泡“6V，3W”額定電壓為6V，額定電流為0.5A，即允許通過小燈泡的電流最大不超過0.5A，最大電壓不超過6V。本著選擇電壓表和電流表的安全精確原則，電流表應(yīng)選A2，電壓表應(yīng)選V1。小燈泡正常工作時電阻為R燈 =�；瑒幼冏杵鬟x擇本著安全方便的原則，故應(yīng)選用R2。
<2>確定電流表內(nèi)外接法
臨界阻值R=
因為R燈<R，故電流表應(yīng)外接。
（3）確定變阻器限流式還是分壓式
因為要求多測組數(shù)據(jù)，故負載上電流電壓變化范圍較大，故采用分壓式。
預(yù)測二 儀器使用類實驗
對于儀器使用類的實驗，多是以填空的形式出現(xiàn)。綜觀近幾年的高考題，主要考察的儀器是：萬用電表的使用，螺旋測微器、游標卡尺和秒表的讀數(shù)，示波器的使用。游標卡尺和螺旋測微器不在舉例。
例4 多用電表是由一塊高靈敏度磁電式電流表、選擇開關(guān)和測量線路組成的，其外形如圖所示。在用多用電表測量電阻時，要用到圖中的選擇開關(guān)K和T、S兩個部件。請在下述實驗步驟中，根據(jù)題意要求填空。
A．用小螺絲刀旋動部件_____,使指針對準電表左側(cè)的零刻度線。
B．將“紅”“黑”表筆分別插入______、_______插孔。
C．將K旋轉(zhuǎn)到Ω擋“100”的位置。
D．將兩表筆短接，旋動部件______，使指針對準電阻的零刻度線。
E．將兩表筆的金屬部分分別與被測電阻的兩根引線相接，發(fā)現(xiàn)指
針相對左邊偏轉(zhuǎn)角度過小。
為了得到比較準確的測量結(jié)果，還應(yīng)該進行哪些操作?請將實驗步驟補
充完整。
____________________________________________________
_____________________________________________________。
參考答案 S，+ -，T； F．將K旋轉(zhuǎn)到Ω擋“1k”的位置；
G．將兩表筆短接，旋動歐姆調(diào)零旋鈕T使指針對準電阻的零刻度； H．將金屬表筆的金屬部分分別與被測電阻的兩根引線相接，讀取電阻刻線上的指針示數(shù)，該電阻值為1kΩ； I．將K旋轉(zhuǎn)到“OFF”擋（或交流電壓最高擋），并將表筆拔出。
例5 如圖甲為示波器面板，圖乙為信號源。
⑴若要觀測此信號源發(fā)出的正弦交流
信號的波形，應(yīng)將信號源的a端與示波器
面板上的____________接線柱相連，b端
與__________接線柱相連。
⑵若開機后屏上看不見亮點，在示波器
設(shè)有損壞的情況下，可能的原因
①________________________________
②________________________________
⑶若示波器所顯示的輸入波形如圖丙所示。若要在輸入信號不變的情況下將此波形變成y軸正方向的一個點，應(yīng)調(diào)節(jié)面板上的_______旋鈕和_______旋鈕。
參考答案 （1）y輸入 地（2）①輝度調(diào)到0（或反時針旋到底）②x位移或y位移沒調(diào)好（3）掃描范圍↑↓
預(yù)測三 紙帶類實驗
紙帶類實驗是高考考察的另一個熱點，因一些重要的實驗都和紙帶處理有關(guān)，如：測定動摩擦因數(shù)μ，測定小車的加速度，驗證牛頓第二定律，驗證機械能守恒，測定重力加速度g。除這些基本實驗外，一些設(shè)計性實驗也需要紙帶數(shù)據(jù)來處理。
例6 利用圖中所示的裝置，用自由落體做“測定重力加速度”的實驗中，在紙帶上取得連續(xù)的清晰的7個點。用米尺測得第2、3、4、5、6、7各點與第1點的距離d如下：
點的次序 1 2 3 4 5 6 7
距離d(cm) 0 6.0 12.5 19.3 26.5 34.1 42.1
請用這些數(shù)據(jù)求出重力加速度g的測量值。設(shè)打點計時器所用
電源的頻率為50赫。 （只有結(jié)果，沒有數(shù)據(jù)處理過程的不得分）
解析 設(shè)重物經(jīng)第1點時速度v1,則勻加速運動公式得2點與第
1點距離
經(jīng)過第2點時的速度
其中t為打點計時器每打一次的時間，因電源頻率為50Hz, t=0.02s，同理，由勻加強運動公式可分別求得第3、4、5、6、7點與第2、3、4、5、6點間的距離及經(jīng)過這些點時的速度：
由此可得s4－s1=3gt2 s5－s2=3gt2 s6－s3=3gt2
取重力加速度的平均值，就得到
由題目的數(shù)據(jù)求出
s1=6.0cm, s2=6.5cm , s3=6.8cm , s4=7.2cm, s5=7.6cm , s6=8.0cm
代入可求得重力加速度的平均值：
例7 在驗證機械能守恒定律的實驗中，質(zhì)量m=1kg的重錘自由下落，在紙帶上打出了一系列的點，如下圖所示，相鄰記數(shù)點時間間隔為0.02s，長度單位是cm，g取9.8m/s2，求：
(1)打點計時器打下記數(shù)點B時，物體的速度vB________ (保留兩位有效數(shù)字)；
(2)從點O到打下記數(shù)點B的過程中，物體重力勢能的減小量ΔEP=_______，動能的增加量ΔEK=_______(保留兩位有效數(shù)字)；
(3)即使在實驗操作規(guī)范，數(shù)據(jù)測量及數(shù)據(jù)處理很準確的前提下，該實驗求得的ΔEP也一定略大于ΔEK，這是實驗存在系統(tǒng)誤差的必然結(jié)果，試分析該系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的主要原因。
解析 (1)因在忽略空氣阻力重錘做自由落體運動，故B點的瞬時速度等于AC段的平均速度，因，，由公式； (2)由公式得重力勢能的減少量為0.48J；由公式得動能的增加量為0.47J； ⑶重錘下落時受到空氣的阻力以及紙帶受到打點計時器的阻力作用，重錘機械能減少。
預(yù)測四 光學實驗
光學實驗主要包括：測量玻璃的折射率n的實驗，光的干涉和衍射實驗
例8 在利用雙縫干涉測定光波波長實驗時，首先調(diào)節(jié)光源、濾光片、單縫和雙縫的中心均位于遮光筒的中心軸線上。若經(jīng)粗調(diào)后透過測量頭上的目鏡觀察，看不到明暗相間的條紋，只看到一片亮區(qū)，造成這種情況的最可能的原因是________。
用直尺量得雙縫到屏的距離為80.00 cm，由雙縫上的標識獲知雙縫間距為0.200 mm，光波波長為6.0010-7m。
若調(diào)至屏上出現(xiàn)了干涉圖樣后，用測量頭上的螺旋測微器去測量，轉(zhuǎn)動手輪，移動分劃板使分劃板中心刻線與某條明紋中心對齊時，如右圖所示。此時螺旋測微器的讀數(shù)為_______mm，此明條紋的序號定為1，其右側(cè)的明紋序號依次為第2、第3……條明紋。
從第1條明紋中心至第6條明紋中心的距離為_______ mm。
解析 看不到明暗相間的條紋，說明屏上不能形成干涉圖樣，原因是單逢與雙逢不平行造成的；明條紋間距為，第1到第6亮條紋間有5個條紋間距，故答案為12.0 mm
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