破解高考實(shí)驗(yàn)題幾法

孫飛

近幾年高考對(duì)實(shí)驗(yàn)的考查，多以一大帶一小的形式，其中第一小題為常規(guī)實(shí)驗(yàn)題，側(cè)重考查基本實(shí)驗(yàn)儀器的讀數(shù)或常規(guī)型實(shí)驗(yàn).第二小題側(cè)重對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)遷移能力的考查，常以設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)來體現(xiàn)，主要為電學(xué)實(shí)驗(yàn)，也有力學(xué)實(shí)驗(yàn).只要扎扎實(shí)實(shí)掌握課本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方法、數(shù)據(jù)處理的方法及分析，靈活遷移到解決創(chuàng)新性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中，就能穩(wěn)得實(shí)驗(yàn)題高分.

方法一、基本儀器型——“細(xì)”微之處見高低

刻度尺、游標(biāo)卡尺、螺旋測(cè)微器、打點(diǎn)計(jì)時(shí)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，此類試題難度不大，要防止在讀數(shù)的估讀、結(jié)果的有效數(shù)字和單位上出錯(cuò).

例1（2015年高考福建理綜）某同學(xué)做“探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn).

①圖1甲是不掛鉤碼時(shí)彈簧下端指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度，其示數(shù)為7.73cm；圖乙是在彈簧下端懸掛鉤碼后指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度，此時(shí)彈簧的伸長量Δl為cm；

②本實(shí)驗(yàn)通過在彈簧下端懸掛鉤碼的方法來改變彈簧的彈力，關(guān)于此操作，下列選項(xiàng)中規(guī)范的做法是；（填選項(xiàng)前的字母）

A.逐一增掛鉤碼，記下每增加一只鉤碼后指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度和對(duì)應(yīng)的鉤碼總重

B.隨意增減鉤碼，記下增減鉤碼后指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度和對(duì)應(yīng)的鉤碼總重

③圖丙是該同學(xué)描繪的彈簧的伸長量Δl與彈力F的關(guān)系圖線，圖線的AB段明顯偏離直線OA，造成這種現(xiàn)象的主要原因是.

解析①由乙圖知，讀數(shù)為14.66 cm，所以彈簧伸長（14.66-7.73）cm=6.93 cm；②若隨意增減砝碼，做圖不方便，有可能會(huì)超出彈簧的彈性限度，所以應(yīng)逐一增掛鉤碼，選項(xiàng)A正確.③由圖知AB段彈簧伸長量與彈力不成線性關(guān)系，是因?yàn)殂^碼重力超過彈簧的彈性限度.

答案：①6.93 ②A ③鉤碼重力超過彈簧的彈性限度

方法二、常規(guī)實(shí)驗(yàn)型——“實(shí)”踐出真知

常規(guī)實(shí)驗(yàn)題主要考查教材上基本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理、器材的選擇、實(shí)驗(yàn)的操作、數(shù)據(jù)的處理和誤差分析.復(fù)習(xí)時(shí)要從領(lǐng)會(huì)實(shí)驗(yàn)原理出發(fā)，全方位理解和掌握實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理、誤差分析和電學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)物圖的連接、電路圖的設(shè)計(jì)等，對(duì)每一個(gè)實(shí)驗(yàn)都應(yīng)做到心中有數(shù).

例2（2015年高考山東理綜）如圖2甲所示的電路中，恒流源可為電路提供恒定電流I0，R為定值電阻，電流表、電壓表均可視為理想電表.某同學(xué)利用該電路研究滑動(dòng)變阻器RL消耗的電功率.改變RL的阻值，記錄多組電流、電壓的數(shù)值，得到如圖乙所示的U-I關(guān)系圖線.

回答下列問題：

（1）滑動(dòng)觸頭向下移動(dòng)時(shí)，電壓表示數(shù)（填“增大”或“減小”）.

（2）I0=A.

（3）RL消耗的最大功率為W（保留一位有效數(shù)字）.

解析（1）滑動(dòng)觸頭向下移動(dòng)時(shí)，RL阻值減小，則總電阻減小，由于總電流不變，因此總電壓變小，則電壓表讀數(shù)變小.

（2）由電路圖可知：I0=I+UR，即U=I0R-IR，由U-I圖線可知，I0R=20Ω，R=k=201.0Ω=20Ω，則I0=1.00 A（0.98、0.99、1.01均正確）.

（3）RL消耗的功率為P=IU=20I-20I2，則當(dāng)I=0.5 A時(shí)，功率的最大值為Pm=5 W.

答案：（1）減小（2）1.00（0.98、0.99、1.01均正確）（3）5

方法三、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)型——“活”用原理，妙遷移

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)題要求學(xué)生能將教材中的學(xué)生實(shí)驗(yàn)和演示實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理、方法進(jìn)行遷移和應(yīng)用，試題新穎、能力要求高.如力學(xué)中與紙帶相關(guān)的實(shí)驗(yàn)、電學(xué)中電路的設(shè)計(jì)、計(jì)算形式的實(shí)驗(yàn)題等都可能考查學(xué)生運(yùn)用已學(xué)過的實(shí)驗(yàn)方法、原理處理新情境實(shí)驗(yàn)題的能力，做題時(shí)一定要審清題意，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?lián)想和遷移應(yīng)用相關(guān)實(shí)驗(yàn)原理.

例3（2015年高考新課標(biāo)卷Ⅱ）電壓表滿偏時(shí)通過該表的電流是半偏時(shí)通過該表的電流的兩倍.某同學(xué)利用這一事實(shí)測(cè)量電壓表的內(nèi)阻（半偏法）實(shí)驗(yàn)室提供材料器材如下：

待測(cè)電壓表（量程3V，內(nèi)阻約為3000Ω），電阻箱R0（最大阻值為99999.9Ω），滑動(dòng)變阻器R1（最大阻值100Ω，額定電壓2A），電源E（電動(dòng)勢(shì)6V，內(nèi)阻不計(jì)），開關(guān)兩個(gè)，導(dǎo)線若干

（1）虛線框內(nèi)為同學(xué)設(shè)計(jì)的測(cè)量電壓表內(nèi)阻的電路圖的一部分，將電路圖（圖3）補(bǔ)充完整

（2）根據(jù)設(shè)計(jì)的電路寫出步驟

（3）將這種方法測(cè)出的電壓表內(nèi)阻記為RV′與內(nèi)阻的真實(shí)值RV相比RV′ RV （添“>”“=”或“<”）主要理由是 .

解析（1）實(shí)驗(yàn)電路如圖4所示.

（2）移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，以保證通電后電壓表所在支路分壓最小，閉合開關(guān)S1、S2，調(diào)節(jié)R1，使電壓表指針滿偏；保證滑動(dòng)變阻器的滑片的位置不變，斷開S2，調(diào)節(jié)電阻箱R0 ，使電壓表的指針半偏；讀取電阻箱所示的電阻值，即為測(cè)得的電壓表內(nèi)阻；

（3）斷開S2，調(diào)節(jié)電阻箱使電壓表成半偏狀態(tài)，電壓表所在支路的總電阻增大，分得的電壓也增大，此時(shí)R0兩端的電壓大于電壓表的半偏電壓，故RV′>RV.

例4（2016年臨沂市一模）利用如圖5所示的電路可以較為準(zhǔn)確地測(cè)量未知電源的電動(dòng)勢(shì).圖中Ex為待測(cè)電源，ES為標(biāo)準(zhǔn)電源（電動(dòng)勢(shì)ES已準(zhǔn)確測(cè)出），E為工作電源，為電路提供電流.G為零刻度在中央的靈敏電流計(jì)，AB為一根粗細(xì)均勻的電阻絲，C、D為AB上的兩個(gè)活動(dòng)接觸點(diǎn)，可以在電阻絲上移動(dòng).與電阻絲AB平行放置的還有一把刻度尺，可以測(cè)出CD之間的長度.實(shí)驗(yàn)步驟如下：

（1）按圖連接好電路，將K1處于斷開狀態(tài)，K2處于兩個(gè)觸點(diǎn)都不接的狀態(tài).

（2）先閉合K1，調(diào)整RP至合適位置.

（3）將K2置1位置，調(diào)整C、D觸頭使電流計(jì)指向零刻度，記下.

（4）將K2置2位置，重新調(diào)整C、D位置，使，并記下.

（5）斷開K1，計(jì)算待測(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式為：Ex=.

解析（3）由題意知應(yīng)記下CD間的長度L1.

（4）使電流計(jì)指針指向零刻度并記下此時(shí)CD間的長度L2.

（5）根據(jù)電阻定律R=ρLS，

由電路特點(diǎn)可得：I=ESR1=ExR2，

聯(lián)立可得：ESL1=ExL2，Ex=L2L1ES.

答案：（3）CD間的長度L1；（4）電流計(jì)指針指向零刻度CD間的長度L2；（5） L2S1ES.

方法四、數(shù)形結(jié)合型——“巧”變公式找函數(shù)

高考物理考查同學(xué)們應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)的能力，在實(shí)驗(yàn)中體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理上，通常利用相關(guān)實(shí)驗(yàn)的原理公式進(jìn)行巧妙變形，變成和圖象信息一致的函數(shù)形式，根據(jù)圖象的斜率、截距結(jié)合函數(shù)關(guān)系式得出所需的數(shù)據(jù).

例5（2015年高考重慶卷）同學(xué)們測(cè)量某電阻絲的電阻Rx，所用電流表的內(nèi)阻與Rx相當(dāng)，電壓表可視為理想電壓表.

①若使用圖6所示電路圖進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，要使得Rx的圖6測(cè)量值更接近真實(shí)值，電壓表的a端應(yīng)連接到電路的 點(diǎn)（選填“b”或“c”）.

②測(cè)得電阻絲的U-I圖如圖7所示，則Rx為 Ω（保留兩位有效數(shù)字）.

③實(shí)驗(yàn)中，隨電壓進(jìn)一步增加電阻絲逐漸進(jìn)入熾熱狀態(tài).某同學(xué)發(fā)現(xiàn)對(duì)熾熱電阻絲吹氣，其阻值會(huì)變化.他們對(duì)此現(xiàn)象進(jìn)行探究，在控制電阻絲兩端的電壓為10V的條件下，得到電阻絲的電阻Rx隨風(fēng)速v（用風(fēng)速計(jì)測(cè)）的變化關(guān)系如圖8所示.由圖可知當(dāng)風(fēng)速增加時(shí)，Rx會(huì) （選填“增大”或“減小”）.在風(fēng)速增加過程中，為保持電阻絲兩端電壓為

10 V，需要將滑動(dòng)變阻器 滑片向 端調(diào)節(jié)（選填“M”或“N”）.

④為了通過電壓表的示數(shù)來顯示風(fēng)速，同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)了如圖9所示的電路.其中R為兩只阻值相同的電阻， Rx為兩根相同的電阻絲，一根置于氣流中， 另一根不受氣流影響，V為待接入的理想電壓表.如果要求在測(cè)量中，風(fēng)速從零開始增加，電壓表的示數(shù)也從零開始增加，則電壓表的“+”端和“-”端應(yīng)分別連接到電路中的 點(diǎn)和 點(diǎn)（在“a”“b”“c”“d”中選填）.

解析 ①電流表有較大內(nèi)阻，選擇內(nèi)接法會(huì)使電阻的測(cè)量值偏大，而電壓表為理想電壓表，故選擇電流表外接法可以減小電阻的測(cè)量誤差，故選接c點(diǎn).

②由部分電路的歐姆定律R=UI知U-I圖象的斜率代表電阻，求得Rx=0.80.195Ω=4.1 Ω

③由圖8可知風(fēng)速增大后，代表電阻的縱坐標(biāo)數(shù)值在減小，Rx減小，導(dǎo)致總電阻減小，總電流增大，使得并聯(lián)部分的電壓減小，向M端滑動(dòng)可使并聯(lián)部分的電壓重新增大為10 V .

④當(dāng)風(fēng)速為零時(shí)，電壓表的示數(shù)也為零，電路的b和d兩點(diǎn)構(gòu)成電橋，滿足Uad=Uab，而下端的Rx減小后RxRx′>RR， 即Uad>Uab有φd<φb，故電壓表的正接線柱接在b，負(fù)接線枉接在d點(diǎn)

答案：①c；②4.1 （4.0～4.2）；③減小，M；④b，d

（收稿日期：2015-12-16）