高考物理實驗預測

陳紹金

物理學是一門以實驗為基礎的學科。實驗能力是一種綜合能力，它能反映出學生的基本科學素養。高考物理實驗所占比重較大（15%左右），從全國各地高考試卷中實驗考查情況可以看出：電學考查幾率最高，其次是力學，然后是光學。所以實驗最重要的部分應是電學和力學。力學實驗考題常是原實驗的改型；電學實驗考查主要集中在：電阻的測量、電源電動勢和內電阻的測量、電表的改裝、研究電學元件的伏安特性曲線、電學黑盒問題和電路分析等。其余部分實驗題一般都和課本實驗相同。在近幾年高考試題的整體難度有所下降的情況下，對實驗思想的考查卻進一步加強，其命題形式靈活，考查角度多變，設問方式新穎。

考點一實驗基本知識和儀器的使用

沖刺點金：游標卡尺、螺旋測微器、電表的讀數仍是考查的重點；要關注秒表、電阻箱、天平的讀數；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。

預測1：讀數原理和方法。

（改編題）在做“利用單擺測重力加速度”實驗中，某同學先測得擺線長為89.2 cm，擺球直徑測量值如圖1甲所示，然后用秒表記錄了單擺完成30次全振動所用的時間，如圖1乙所示，則：

圖1

（1）該單擺的擺長為cm，秒表所示讀數為s；

（2）如果該同學測得的g值偏大，可能的原因是（）

Ａ． 測擺線長時記入的是擺球的直徑

B． 開始計時時，秒表過遲按下

C． 擺線上端未牢固地系于懸點，振動中出現松動，使擺線長度增加了

D． 試驗中誤將30次全振動數為29次

解析 （1）考查游標卡尺和秒表的讀數，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=知：Ａ、C選項使擺長增大，B選項使得周期T比實際小，這都是造成測得的g值偏大的原因。

預測2：讀數方法。

（改編題）用已調零且選擇旋鈕指向歐姆擋“×100”位置的多用電表測某電阻阻值，根據如圖2甲所示的表盤，被測電阻阻值為_____ Ω。若將該表選擇旋鈕置于1 mA擋測電流，表盤仍如圖所示，則被測電流為_____ 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，被測電流為0.630 mA，電阻箱連入電路中的電阻為10 472 Ω。

考點二獨立完成實驗

沖刺點金：獨立完成實驗仍是考查的重點。近年來，高考實驗題雖然跳出了課本分組實驗的范圍，但原實驗的考查仍時常會出現，北京卷中“探究彈力與彈簧伸長的關系”中，數據處理就是應用打點計時器研究勻變速直線運動規律中的“逐差法”。這類實驗在理解實驗原理的基礎上，考查了實驗數據的記錄（列表法）、處理（平均值法、圖象法）以及誤差的分析。因此，復習時還是要注意回歸課本。

預測1：理解實驗原理。

（改編題）（1）在“描繪電場中等勢線”的實驗中，提供了如下器材，應該選用的是_______（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）在實驗中，要把復寫紙、導電紙、白紙鋪放在木板上，它們的順序（自下而上）應是①__________________；②_______________；③_______________。

（3）在實驗中，接通電路，若一個探針與基準點O接觸，另一個探針已分別在基準點O的兩側找到實驗所需要的兩點a、b，如圖3所示，則當此探針與a點接觸時，電表的指針應 （左偏、指零、右偏）；當此探針與b點接觸時，電表的指針應 （左偏、指零、右偏）。

解析 （1）BD；

（2）①白紙；②復寫紙；③導電紙；

（3）指零、指零

預測2：數據分析和處理。

（改編題）一打點計時器固定在斜面上某處，一小車拖著穿過打點計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）已知打點計時器使用的交流電頻率為50 Hz，利用圖5給出的數據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，還需要測量的物理量有__________，用測得的量及加速度a表示阻力做功的計算式為Wf=__________。

解析 （1）利用逐差法求小車的加速度。由紙帶可知，任意兩相鄰記數點間的時間間隔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，還需要測量小車的質量m，斜面上任意兩點間距離l和這兩點間的高度差h，以及紙帶上兩點間距離s。根據牛頓第二定律，

mgsinθ－f=ma，而sinθ=

所以 f=mg－ma，Wf=（mg－ma）s

考點三實驗設計和實驗探究

1． 實驗設計設計性實驗試題對考生的要求較高，要求考生能將課本中分組實驗和演示實驗的實驗原理、實驗方法遷移到新的背景中，能深刻理解物理概念和規律，并能靈活運用，還要具有較強的創新能力。實驗設計應把重點放在力學和電學實驗上，力學以打點計時器為中心展開，電學以電阻測量為中心展開。實驗設計的關鍵在于實驗原理的設計，它是進行實驗的依據和起點，它決定了應選用（或還需）哪些實驗器材，應測量哪些物理量，如何編排實驗步驟；而實驗原理的設計又往往依賴于所提供的實驗器材（條件）和實驗要求，它們相輔相成，互為條件?，F以電表內阻的測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，可以測量它們的內阻（兩表配置）。

（2）兩只同種電表，若知道一只的內阻，就可以測另一只的內阻（兩表配置）。

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

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

（1）替代法：

（2）半偏法：

（3）計算法：

預測1：（改編題）某同學準備測定一只量程已知的電壓表的內阻。器材如下：

A． 待測電壓表（量程3 V，內阻未知）

B． 電流表（量程3 A，內阻約為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（電動勢小于3 V，內阻不計）

F． 單刀雙擲開關S

G． 導線若干

該同學利用上述器材，進行如下操作：

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

（2）為了更準確地測量這只電壓表的阻值，請你在方框中幫該同學設計一個實驗電路；

（3）假設你已經連接好實驗電路，請你簡要寫出你的測量步驟：

①_________________________________________

②_________________________________________；

（4）利用已知和所測的物理量表示電壓表的內阻，其表達式為______________________________________。

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S置于1，讀出電壓表的示數U1

②將開關S置于2，讀出電壓表的示數U2；

（4）R=R0

預測2：（改編題）在實驗室中測量電源的電動勢和內電阻，可以提供的器材有：

A． 待測電池：電動勢E（約3 V）、內電阻r（約1 Ω）

B． 電壓表V：量程15 V，內電阻rV約30 kΩ

C． 電流表A1：量程0.6 A，內阻r1約0.5 Ω

D． 電流表A2：量程1 mA，內阻r2=200 Ω

E． 滑動變阻器R1：阻值0~200 Ω，額定電流1.5 A

F． 滑動變阻器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，導線，坐標紙等。

為了盡可能準確地測量待測電池的電動勢和內電阻：

（1）實驗所用器材除了待測電池和導線、開關、坐標紙等，還必需選擇的器材有（填器材前的序號）________；

（2）畫出用所選器材測量電池電動勢和內電阻的電路圖于框內；

（3）說明測量的主要實驗步驟（要求用圖象法處理實驗數據）。

解析 （1）DG；

（2）如圖14所示：

（3）①按電路圖連接好電路，實驗前將電阻箱的阻值調到最大值；

②合上開關，調節電阻箱的阻值，使電流表A顯示合理示數，讀出電流值；

③再次調節電阻箱的阻值，重復實驗②的操作，測出多組電阻對應的電流值；

④數據處理：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）+，直線的斜率倒數表示E，縱軸截距除以斜率表示r。

2． 實驗探究很多學生分組實驗中，將“驗證性”實驗改成了“探究性”實驗，其目的是改變學生的學習方法，注重科學探究過程與科學探究方法。因此，2009年高考應該重視科學探究方法的考查（尤其是課改區）。

預測：（改編題）某同學為了測量一物體質量，找到一個力電轉換器，該轉換器的輸出電壓正比于受壓面的壓力（比例系數為k），如圖17所示。測量時先調節輸入端的電壓，使轉換器空載時的輸出電壓為0；而后在其受壓面上放一物體，即可測得與物體質量成正比的輸出電壓U?，F有下列器材：力電轉換器、質量為m0的砝碼、電壓表、滑動變阻器、干電池各一個、開關及導線若干、待測物體（可置于力電轉換器的受壓面上）。請完成對該物體質量的測量。

（1）設計一個電路，要求力電轉換器的輸入電壓可調，并且使電壓的調節范圍盡可能大，畫出完整的測量電路圖；

（2）簡要說明測量步驟，求出比例系數k，并測出待測物體的質量m。

解析 （1）測量電路圖如圖18。

（2）①轉換器空載時，調節滑動變阻器，使轉換器輸出電壓為零；

②將質量為m0的砝碼放在轉換器上，記下輸出電壓U0；

③將待測物放在轉換器上，記下輸出電壓U；

④比例系數k＝；待測物體的質量m＝。