高考物理实验预测

陈绍金

物理学是一门以实验为基础的学科。实验能力是一种综合能力，它能反映出学生的基本科学素养。高考物理实验所占比重较大（15%左右），从全国各地高考试卷中实验考查情况可以看出：电学考查几率最高，其次是力学，然后是光学。所以实验最重要的部分应是电学和力学。力学实验考题常是原实验的改型；电学实验考查主要集中在：电阻的测量、电源电动势和内电阻的测量、电表的改装、研究电学元件的伏安特性曲线、电学黑盒问题和电路分析等。其余部分实验题一般都和课本实验相同。在近几年高考试题的整体难度有所下降的情况下，对实验思想的考查却进一步加强，其命题形式灵活，考查角度多变，设问方式新颖。

考点一实验基本知识和仪器的使用

冲刺点金：游标卡尺、螺旋测微器、电表的读数仍是考查的重点；要关注秒表、电阻箱、天平的读数；示波器原理不作要求，但要注意示波器的使用；DIS传感器、光电门在弄清原理的情况下考查。

预测1：读数原理和方法。

（改编题）在做“利用单摆测重力加速度”实验中，某同学先测得摆线长为89.2 cm，摆球直径测量值如图1甲所示，然后用秒表记录了单摆完成30次全振动所用的时间，如图1乙所示，则：

图1

（1）该单摆的摆长为cm，秒表所示读数为s；

（2）如果该同学测得的g值偏大，可能的原因是（）

Ａ． 测摆线长时记入的是摆球的直径

B． 开始计时时，秒表过迟按下

C． 摆线上端未牢固地系于悬点，振动中出现松动，使摆线长度增加了

D． 试验中误将30次全振动数为29次

解析 （1）考查游标卡尺和秒表的读数，摆长L=l+d/2 =89.2 cm+2.065 cm/2=90.233 cm。

（2）考查误差分析，由T=2πg=知：Ａ、C选项使摆长增大，B选项使得周期T比实际小，这都是造成测得的g值偏大的原因。

预测2：读数方法。

（改编题）用已调零且选择旋钮指向欧姆挡“×100”位置的多用电表测某电阻阻值，根据如图2甲所示的表盘，被测电阻阻值为_____ Ω。若将该表选择旋钮置于1 mA挡测电流，表盘仍如图所示，则被测电流为_____ mA。如图2乙所示，电阻箱连入电路中的电阻为______ Ω。

解析 电阻阻值为900 Ω，被测电流为0.630 mA，电阻箱连入电路中的电阻为10 472 Ω。

考点二独立完成实验

冲刺点金：独立完成实验仍是考查的重点。近年来，高考实验题虽然跳出了课本分组实验的范围，但原实验的考查仍时常会出现，北京卷中“探究弹力与弹簧伸长的关系”中，数据处理就是应用打点计时器研究匀变速直线运动规律中的“逐差法”。这类实验在理解实验原理的基础上，考查了实验数据的记录（列表法）、处理（平均值法、图象法）以及误差的分析。因此，复习时还是要注意回归课本。

预测1：理解实验原理。

（改编题）（1）在“描绘电场中等势线”的实验中，提供了如下器材，应该选用的是_______（用器材前的字母表示）；

A． 6 V的交流电源

B． 6 V的直流电源

C． 100 V的直流电源

D． 量程为0～300 μA，零刻度在刻度盘中央的电流表

E． 量程0～0.5 V， 零刻度在刻度盘中央的电压表

（2）在实验中，要把复写纸、导电纸、白纸铺放在木板上，它们的顺序（自下而上）应是①__________________；②_______________；③_______________。

（3）在实验中，接通电路，若一个探针与基准点O接触，另一个探针已分别在基准点O的两侧找到实验所需要的两点a、b，如图3所示，则当此探针与a点接触时，电表的指针应 （左偏、指零、右偏）；当此探针与b点接触时，电表的指针应 （左偏、指零、右偏）。

解析 （1）BD；

（2）①白纸；②复写纸；③导电纸；

（3）指零、指零

预测2：数据分析和处理。

（改编题）一打点计时器固定在斜面上某处，一小车拖着穿过打点计器的纸带从斜面上滑下，如图4所示，图5是打出的纸带的一段。

（1）已知打点计时器使用的交流电频率为50 Hz，利用图5给出的数据可求出小车下滑的加速度a=__________；

（2）为了求出小车在下滑一段距离过程中克服摩擦阻力做的功，还需要测量的物理量有__________，用测得的量及加速度a表示阻力做功的计算式为Wf=__________。

解析 （1）利用逐差法求小车的加速度。由纸带可知，任意两相邻记数点间的时间间隔T=0.04 s，由逐差法可得a1=，a2=，a=，a4=

则=

=（+++）

=

=×10-2 m/s2

=4.00 m/s2

（2）为了求出小车下滑过程中克服摩擦阻力做的功，还需要测量小车的质量m，斜面上任意两点间距离l和这两点间的高度差h，以及纸带上两点间距离s。根据牛顿第二定律，

mgsinθ－f=ma，而sinθ=

所以 f=mg－ma，Wf=（mg－ma）s

考点三实验设计和实验探究

1． 实验设计设计性实验试题对考生的要求较高，要求考生能将课本中分组实验和演示实验的实验原理、实验方法迁移到新的背景中，能深刻理解物理概念和规律，并能灵活运用，还要具有较强的创新能力。实验设计应把重点放在力学和电学实验上，力学以打点计时器为中心展开，电学以电阻测量为中心展开。实验设计的关键在于实验原理的设计，它是进行实验的依据和起点，它决定了应选用（或还需）哪些实验器材，应测量哪些物理量，如何编排实验步骤；而实验原理的设计又往往依赖于所提供的实验器材（条件）和实验要求，它们相辅相成，互为条件。现以电表内阻的测量为例从纵向和横向展开。

纵向：伏安法及变式

（1）电流表、电压表各一只，可以测量它们的内阻（两表配置）。

（2）两只同种电表，若知道一只的内阻，就可以测另一只的内阻（两表配置）。

（3）两只同种电表内阻都未知，则需要一只电阻箱才能测定电表的内阻（表箱配置）。

横向：除伏安法外，还常用替代法、半偏法和计算法（闭合电路欧姆定律，表箱配置）。

（1）替代法：

（2）半偏法：

（3）计算法：

预测1：（改编题）某同学准备测定一只量程已知的电压表的内阻。器材如下：

A． 待测电压表（量程3 V，内阻未知）

B． 电流表（量程3 A，内阻约为0.01 Ω）

C． 定值电阻R（阻值2 kΩ，额定电流50 mA）

D． 多用电表

E． 直流电源E（电动势小于3 V，内阻不计）

F． 单刀双掷开关S

G． 导线若干

该同学利用上述器材，进行如下操作：

（1）用多用电表进行粗测：多用电表电阻档有三种倍率，分别是×100 Ω、×10 Ω和×1 Ω。该同学选择×100 Ω倍率，用正确的操作方法测量，刻度盘上的指针如图12所示，那么测量结果是__________Ω；

（2）为了更准确地测量这只电压表的阻值，请你在方框中帮该同学设计一个实验电路；

（3）假设你已经连接好实验电路，请你简要写出你的测量步骤：

①_________________________________________

②_________________________________________；

（4）利用已知和所测的物理量表示电压表的内阻，其表达式为______________________________________。

解析 （1）3 000；

（2）题目中所提供的电流表量程过大，无法用伏安法较正确地测出电阻，但题目中提供了一定值电阻，因此可以考虑用替代法，电路图如图13所示；

（3）①将开关S置于1，读出电压表的示数U1

②将开关S置于2，读出电压表的示数U2；

（4）R=R0

预测2：（改编题）在实验室中测量电源的电动势和内电阻，可以提供的器材有：

A． 待测电池：电动势E（约3 V）、内电阻r（约1 Ω）

B． 电压表V：量程15 V，内电阻rV约30 kΩ

C． 电流表A1：量程0.6 A，内阻r1约0.5 Ω

D． 电流表A2：量程1 mA，内阻r2=200 Ω

E． 滑动变阻器R1：阻值0~200 Ω，额定电流1.5 A

F． 滑动变阻器R2：阻值0~20 Ω，额定电流1.5 A

G． 电阻箱R3：9 999 Ω

以及开关，导线，坐标纸等。

为了尽可能准确地测量待测电池的电动势和内电阻：

（1）实验所用器材除了待测电池和导线、开关、坐标纸等，还必需选择的器材有（填器材前的序号）________；

（2）画出用所选器材测量电池电动势和内电阻的电路图于框内；

（3）说明测量的主要实验步骤（要求用图象法处理实验数据）。

解析 （1）DG；

（2）如图14所示：

（3）①按电路图连接好电路，实验前将电阻箱的阻值调到最大值；

②合上开关，调节电阻箱的阻值，使电流表A显示合理示数，读出电流值；

③再次调节电阻箱的阻值，重复实验②的操作，测出多组电阻对应的电流值；

④数据处理：作出（R+r2）—1/I图象（如图15，其中R为电阻箱的阻值，r2为电流表A2内阻），（也可作1/I—（R+r2）图象，如图16）。

⑤由图象求出E和r

方法一：由闭合电路欧姆定律得R+r2=－r，直线的斜率表示E，纵轴截距的绝对值表示r。

方法二：由闭合电路欧姆定律得=（R+r2）+，直线的斜率倒数表示E，纵轴截距除以斜率表示r。

2． 实验探究很多学生分组实验中，将“验证性”实验改成了“探究性”实验，其目的是改变学生的学习方法，注重科学探究过程与科学探究方法。因此，2009年高考应该重视科学探究方法的考查（尤其是课改区）。

预测：（改编题）某同学为了测量一物体质量，找到一个力电转换器，该转换器的输出电压正比于受压面的压力（比例系数为k），如图17所示。测量时先调节输入端的电压，使转换器空载时的输出电压为0；而后在其受压面上放一物体，即可测得与物体质量成正比的输出电压U。现有下列器材：力电转换器、质量为m0的砝码、电压表、滑动变阻器、干电池各一个、开关及导线若干、待测物体（可置于力电转换器的受压面上）。请完成对该物体质量的测量。

（1）设计一个电路，要求力电转换器的输入电压可调，并且使电压的调节范围尽可能大，画出完整的测量电路图；

（2）简要说明测量步骤，求出比例系数k，并测出待测物体的质量m。

解析 （1）测量电路图如图18。

（2）①转换器空载时，调节滑动变阻器，使转换器输出电压为零；

②将质量为m0的砝码放在转换器上，记下输出电压U0；

③将待测物放在转换器上，记下输出电压U；

④比例系数k＝；待测物体的质量m＝。