高考物理實(shí)驗(yàn)預(yù)測(cè)

陳紹金

物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科。實(shí)驗(yàn)?zāi)芰κ且环N綜合能力，它能反映出學(xué)生的基本科學(xué)素養(yǎng)。高考物理實(shí)驗(yàn)所占比重較大（15%左右），從全國各地高考試卷中實(shí)驗(yàn)考查情況可以看出：電學(xué)考查幾率最高，其次是力學(xué)，然后是光學(xué)。所以實(shí)驗(yàn)最重要的部分應(yīng)是電學(xué)和力學(xué)。力學(xué)實(shí)驗(yàn)考題常是原實(shí)驗(yàn)的改型；電學(xué)實(shí)驗(yàn)考查主要集中在：電阻的測(cè)量、電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻的測(cè)量、電表的改裝、研究電學(xué)元件的伏安特性曲線、電學(xué)黑盒問題和電路分析等。其余部分實(shí)驗(yàn)題一般都和課本實(shí)驗(yàn)相同。在近幾年高考試題的整體難度有所下降的情況下，對(duì)實(shí)驗(yàn)思想的考查卻進(jìn)一步加強(qiáng)，其命題形式靈活，考查角度多變，設(shè)問方式新穎。

考點(diǎn)一實(shí)驗(yàn)基本知識(shí)和儀器的使用

沖刺點(diǎn)金：游標(biāo)卡尺、螺旋測(cè)微器、電表的讀數(shù)仍是考查的重點(diǎn)；要關(guān)注秒表、電阻箱、天平的讀數(shù)；示波器原理不作要求，但要注意示波器的使用；DIS傳感器、光電門在弄清原理的情況下考查。

預(yù)測(cè)1：讀數(shù)原理和方法。

（改編題）在做“利用單擺測(cè)重力加速度”實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)先測(cè)得擺線長為89.2 cm，擺球直徑測(cè)量值如圖1甲所示，然后用秒表記錄了單擺完成30次全振動(dòng)所用的時(shí)間，如圖1乙所示，則：

圖1

（1）該單擺的擺長為cm，秒表所示讀數(shù)為s；

（2）如果該同學(xué)測(cè)得的g值偏大，可能的原因是（）

Ａ． 測(cè)擺線長時(shí)記入的是擺球的直徑

B． 開始計(jì)時(shí)時(shí)，秒表過遲按下

C． 擺線上端未牢固地系于懸點(diǎn)，振動(dòng)中出現(xiàn)松動(dòng)，使擺線長度增加了

D． 試驗(yàn)中誤將30次全振動(dòng)數(shù)為29次

解析 （1）考查游標(biāo)卡尺和秒表的讀數(shù)，擺長L=l+d/2 =89.2 cm+2.065 cm/2=90.233 cm。

（2）考查誤差分析，由T=2πg(shù)=知：Ａ、C選項(xiàng)使擺長增大，B選項(xiàng)使得周期T比實(shí)際小，這都是造成測(cè)得的g值偏大的原因。

預(yù)測(cè)2：讀數(shù)方法。

（改編題）用已調(diào)零且選擇旋鈕指向歐姆擋“×100”位置的多用電表測(cè)某電阻阻值，根據(jù)如圖2甲所示的表盤，被測(cè)電阻阻值為_____ Ω。若將該表選擇旋鈕置于1 mA擋測(cè)電流，表盤仍如圖所示，則被測(cè)電流為_____ mA。如圖2乙所示，電阻箱連入電路中的電阻為______ Ω。

解析 電阻阻值為900 Ω，被測(cè)電流為0.630 mA，電阻箱連入電路中的電阻為10 472 Ω。

考點(diǎn)二獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)

沖刺點(diǎn)金：獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)仍是考查的重點(diǎn)。近年來，高考實(shí)驗(yàn)題雖然跳出了課本分組實(shí)驗(yàn)的范圍，但原實(shí)驗(yàn)的考查仍時(shí)常會(huì)出現(xiàn)，北京卷中“探究彈力與彈簧伸長的關(guān)系”中，數(shù)據(jù)處理就是應(yīng)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律中的“逐差法”。這類實(shí)驗(yàn)在理解實(shí)驗(yàn)原理的基礎(chǔ)上，考查了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄（列表法）、處理（平均值法、圖象法）以及誤差的分析。因此，復(fù)習(xí)時(shí)還是要注意回歸課本。

預(yù)測(cè)1：理解實(shí)驗(yàn)原理。

（改編題）（1）在“描繪電場(chǎng)中等勢(shì)線”的實(shí)驗(yàn)中，提供了如下器材，應(yīng)該選用的是_______（用器材前的字母表示）；

A． 6 V的交流電源

B． 6 V的直流電源

C． 100 V的直流電源

D． 量程為0～300 μA，零刻度在刻度盤中央的電流表

E． 量程0～0.5 V， 零刻度在刻度盤中央的電壓表

（2）在實(shí)驗(yàn)中，要把復(fù)寫紙、導(dǎo)電紙、白紙鋪放在木板上，它們的順序（自下而上）應(yīng)是①__________________；②_______________；③_______________。

（3）在實(shí)驗(yàn)中，接通電路，若一個(gè)探針與基準(zhǔn)點(diǎn)O接觸，另一個(gè)探針已分別在基準(zhǔn)點(diǎn)O的兩側(cè)找到實(shí)驗(yàn)所需要的兩點(diǎn)a、b，如圖3所示，則當(dāng)此探針與a點(diǎn)接觸時(shí)，電表的指針應(yīng) （左偏、指零、右偏）；當(dāng)此探針與b點(diǎn)接觸時(shí)，電表的指針應(yīng) （左偏、指零、右偏）。

解析 （1）BD；

（2）①白紙；②復(fù)寫紙；③導(dǎo)電紙；

（3）指零、指零

預(yù)測(cè)2：數(shù)據(jù)分析和處理。

（改編題）一打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在斜面上某處，一小車拖著穿過打點(diǎn)計(jì)器的紙帶從斜面上滑下，如圖4所示，圖5是打出的紙帶的一段。

（1）已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的交流電頻率為50 Hz，利用圖5給出的數(shù)據(jù)可求出小車下滑的加速度a=__________；

（2）為了求出小車在下滑一段距離過程中克服摩擦阻力做的功，還需要測(cè)量的物理量有__________，用測(cè)得的量及加速度a表示阻力做功的計(jì)算式為Wf=__________。

解析 （1）利用逐差法求小車的加速度。由紙帶可知，任意兩相鄰記數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔T=0.04 s，由逐差法可得a1=，a2=，a=，a4=

則=

=（+++）

=

=×10-2 m/s2

=4.00 m/s2

（2）為了求出小車下滑過程中克服摩擦阻力做的功，還需要測(cè)量小車的質(zhì)量m，斜面上任意兩點(diǎn)間距離l和這兩點(diǎn)間的高度差h，以及紙帶上兩點(diǎn)間距離s。根據(jù)牛頓第二定律，

mgsinθ－f=ma，而sinθ=

所以 f=mg－ma，Wf=（mg－ma）s

考點(diǎn)三實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)探究

1． 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)試題對(duì)考生的要求較高，要求考生能將課本中分組實(shí)驗(yàn)和演示實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方法遷移到新的背景中，能深刻理解物理概念和規(guī)律，并能靈活運(yùn)用，還要具有較強(qiáng)的創(chuàng)新能力。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)把重點(diǎn)放在力學(xué)和電學(xué)實(shí)驗(yàn)上，力學(xué)以打點(diǎn)計(jì)時(shí)器為中心展開，電學(xué)以電阻測(cè)量為中心展開。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于實(shí)驗(yàn)原理的設(shè)計(jì)，它是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的依據(jù)和起點(diǎn)，它決定了應(yīng)選用（或還需）哪些實(shí)驗(yàn)器材，應(yīng)測(cè)量哪些物理量，如何編排實(shí)驗(yàn)步驟；而實(shí)驗(yàn)原理的設(shè)計(jì)又往往依賴于所提供的實(shí)驗(yàn)器材（條件）和實(shí)驗(yàn)要求，它們相輔相成，互為條件。現(xiàn)以電表內(nèi)阻的測(cè)量為例從縱向和橫向展開。

縱向：伏安法及變式

（1）電流表、電壓表各一只，可以測(cè)量它們的內(nèi)阻（兩表配置）。

（2）兩只同種電表，若知道一只的內(nèi)阻，就可以測(cè)另一只的內(nèi)阻（兩表配置）。

（3）兩只同種電表內(nèi)阻都未知，則需要一只電阻箱才能測(cè)定電表的內(nèi)阻（表箱配置）。

橫向：除伏安法外，還常用替代法、半偏法和計(jì)算法（閉合電路歐姆定律，表箱配置）。

（1）替代法：

（2）半偏法：

（3）計(jì)算法：

預(yù)測(cè)1：（改編題）某同學(xué)準(zhǔn)備測(cè)定一只量程已知的電壓表的內(nèi)阻。器材如下：

A． 待測(cè)電壓表（量程3 V，內(nèi)阻未知）

B． 電流表（量程3 A，內(nèi)阻約為0.01 Ω）

C． 定值電阻R（阻值2 kΩ，額定電流50 mA）

D． 多用電表

E． 直流電源E（電動(dòng)勢(shì)小于3 V，內(nèi)阻不計(jì)）

F． 單刀雙擲開關(guān)S

G． 導(dǎo)線若干

該同學(xué)利用上述器材，進(jìn)行如下操作：

（1）用多用電表進(jìn)行粗測(cè)：多用電表電阻檔有三種倍率，分別是×100 Ω、×10 Ω和×1 Ω。該同學(xué)選擇×100 Ω倍率，用正確的操作方法測(cè)量，刻度盤上的指針如圖12所示，那么測(cè)量結(jié)果是__________Ω；

（2）為了更準(zhǔn)確地測(cè)量這只電壓表的阻值，請(qǐng)你在方框中幫該同學(xué)設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)電路；

（3）假設(shè)你已經(jīng)連接好實(shí)驗(yàn)電路，請(qǐng)你簡要寫出你的測(cè)量步驟：

①_________________________________________

②_________________________________________；

（4）利用已知和所測(cè)的物理量表示電壓表的內(nèi)阻，其表達(dá)式為______________________________________。

解析 （1）3 000；

（2）題目中所提供的電流表量程過大，無法用伏安法較正確地測(cè)出電阻，但題目中提供了一定值電阻，因此可以考慮用替代法，電路圖如圖13所示；

（3）①將開關(guān)S置于1，讀出電壓表的示數(shù)U1

②將開關(guān)S置于2，讀出電壓表的示數(shù)U2；

（4）R=R0

預(yù)測(cè)2：（改編題）在實(shí)驗(yàn)室中測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻，可以提供的器材有：

A． 待測(cè)電池：電動(dòng)勢(shì)E（約3 V）、內(nèi)電阻r（約1 Ω）

B． 電壓表V：量程15 V，內(nèi)電阻rV約30 kΩ

C． 電流表A1：量程0.6 A，內(nèi)阻r1約0.5 Ω

D． 電流表A2：量程1 mA，內(nèi)阻r2=200 Ω

E． 滑動(dòng)變阻器R1：阻值0~200 Ω，額定電流1.5 A

F． 滑動(dòng)變阻器R2：阻值0~20 Ω，額定電流1.5 A

G． 電阻箱R3：9 999 Ω

以及開關(guān)，導(dǎo)線，坐標(biāo)紙等。

為了盡可能準(zhǔn)確地測(cè)量待測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻：

（1）實(shí)驗(yàn)所用器材除了待測(cè)電池和導(dǎo)線、開關(guān)、坐標(biāo)紙等，還必需選擇的器材有（填器材前的序號(hào)）________；

（2）畫出用所選器材測(cè)量電池電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻的電路圖于框內(nèi)；

（3）說明測(cè)量的主要實(shí)驗(yàn)步驟（要求用圖象法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)）。

解析 （1）DG；

（2）如圖14所示：

（3）①按電路圖連接好電路，實(shí)驗(yàn)前將電阻箱的阻值調(diào)到最大值；

②合上開關(guān)，調(diào)節(jié)電阻箱的阻值，使電流表A顯示合理示數(shù)，讀出電流值；

③再次調(diào)節(jié)電阻箱的阻值，重復(fù)實(shí)驗(yàn)②的操作，測(cè)出多組電阻對(duì)應(yīng)的電流值；

④數(shù)據(jù)處理：作出（R+r2）—1/I圖象（如圖15，其中R為電阻箱的阻值，r2為電流表A2內(nèi)阻），（也可作1/I—（R+r2）圖象，如圖16）。

⑤由圖象求出E和r

方法一：由閉合電路歐姆定律得R+r2=－r，直線的斜率表示E，縱軸截距的絕對(duì)值表示r。

方法二：由閉合電路歐姆定律得=（R+r2）+，直線的斜率倒數(shù)表示E，縱軸截距除以斜率表示r。

2． 實(shí)驗(yàn)探究很多學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)中，將“驗(yàn)證性”實(shí)驗(yàn)改成了“探究性”實(shí)驗(yàn)，其目的是改變學(xué)生的學(xué)習(xí)方法，注重科學(xué)探究過程與科學(xué)探究方法。因此，2009年高考應(yīng)該重視科學(xué)探究方法的考查（尤其是課改區(qū)）。

預(yù)測(cè)：（改編題）某同學(xué)為了測(cè)量一物體質(zhì)量，找到一個(gè)力電轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器的輸出電壓正比于受壓面的壓力（比例系數(shù)為k），如圖17所示。測(cè)量時(shí)先調(diào)節(jié)輸入端的電壓，使轉(zhuǎn)換器空載時(shí)的輸出電壓為0；而后在其受壓面上放一物體，即可測(cè)得與物體質(zhì)量成正比的輸出電壓U。現(xiàn)有下列器材：力電轉(zhuǎn)換器、質(zhì)量為m0的砝碼、電壓表、滑動(dòng)變阻器、干電池各一個(gè)、開關(guān)及導(dǎo)線若干、待測(cè)物體（可置于力電轉(zhuǎn)換器的受壓面上）。請(qǐng)完成對(duì)該物體質(zhì)量的測(cè)量。

（1）設(shè)計(jì)一個(gè)電路，要求力電轉(zhuǎn)換器的輸入電壓可調(diào)，并且使電壓的調(diào)節(jié)范圍盡可能大，畫出完整的測(cè)量電路圖；

（2）簡要說明測(cè)量步驟，求出比例系數(shù)k，并測(cè)出待測(cè)物體的質(zhì)量m。

解析 （1）測(cè)量電路圖如圖18。

（2）①轉(zhuǎn)換器空載時(shí)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使轉(zhuǎn)換器輸出電壓為零；

②將質(zhì)量為m0的砝碼放在轉(zhuǎn)換器上，記下輸出電壓U0；

③將待測(cè)物放在轉(zhuǎn)換器上，記下輸出電壓U；

④比例系數(shù)k＝；待測(cè)物體的質(zhì)量m＝。