【正文】 近幾年全國卷高考物理實驗試題遵循一力 ( 或者游標卡尺、多用電表的讀數(shù) ) 一電 , 將力學和電學的實驗進行考點的輪考和組合考模式。一般就是常見實驗的改編 , 主要考查考生是否真正具備實驗探究能力 , 是否注意實驗步驟的細節(jié) ( 包括實驗儀器的使用及讀數(shù) ), 是否能做好實驗數(shù)據(jù)的處理 , 是否能分析實驗的誤差 , 等等。需要考生有較強的電路分析能力和計算能力。兩道試題其中一 個考查基本實驗知識和能力 ,另一個考查新情境下的實驗探究能力 , 第二道實驗題不局限于考試大綱中所列舉的 11 個實驗 , 或基本不會出現(xiàn)與考綱中完全一樣的實驗。試題注重以下幾個方面的考查 : 1 . 基本儀器的使用。近幾年實驗題中主要考查的是多用電表、游標卡尺、電壓表、電流表、打點計時器等。 2 . 實驗操作及設計能力。實驗操作能力包括對實驗原理和方法的理解、儀器的選擇、實驗步驟順序排列、找錯糾錯、補漏填空、電路連接等。 3 . 實驗數(shù)據(jù)的分析與處理能力 , 對實驗數(shù)據(jù)進行正確的分析與處理 , 從而得出正確的實驗結果或結論 , 是實驗的重要目的 。數(shù)據(jù)處理的方法一般有列表法和作圖法 , 其中作圖法由于處理數(shù)據(jù)直觀、誤差小、易發(fā)現(xiàn)錯誤數(shù)據(jù)和求某些物理量 , 已成為高考最常見的考查手段。 4 . 分析誤差能力 , 學會分析誤差的來源 , 盡量減小誤差是做好實驗的關鍵 , 也是學生以后進行科學研究所必須具備的一種素養(yǎng)。 【知能診斷】 甲 1 . ( 2022 年178。江蘇卷 ) 某同學探究小磁鐵在銅管中下落時受電磁阻尼作用的運動規(guī)律。實驗裝置如圖甲所示 , 打點計時器的電源為 50 Hz 的交流電。 ( 1 ) 下列實驗操作中 , 不正確． ． ．的有 。 A. 將銅管豎直地固定在限位孔的正下方 B. 紙帶穿 過限位孔 , 壓在復寫紙下面 C. 用手捏緊磁鐵保持靜止 , 然后輕輕地松開讓磁鐵下落 D. 在磁鐵下落的同時接通打點計時器的電源 ( 2 ) 該同學按正確的步驟進行實驗 ( 記為“實驗 ① ” ), 將磁鐵從管口處釋放 , 打出一條紙帶 , 取開始下落的一段 , 確定一合適的點為 O 點 , 每隔一個計時點取一個計數(shù)點 , 標為1 , 2 , … , 8 。用刻度尺量出各計數(shù)點的相鄰兩計時點到 O 點的距離 , 記錄在紙帶上 , 如圖乙所示。 乙 計算相鄰計時點間的平均速度 ?? , 粗略地表示各計數(shù)點的速度 , 抄入下表。請將表中的數(shù)據(jù)補充完整。 位置 1 2 3 4 5 6 7 8 v ( c m / s ) 24 . 5 33 . 8 37 . 8 39 . 5 39 . 8 39 . 8 39 . 8 ( 3 ) 分析上表的實驗數(shù)據(jù)可知 : 在這段紙帶記錄的時間內 , 磁鐵運動速度的變化情況是 。 磁鐵受到阻尼作用的變化情況是 。 ( 4 ) 該同學將裝置中的銅管更換為相同尺寸的塑料管 , 重復上述實驗操作 ( 記為“實驗 ② ” ), 結果表明磁鐵下落的運動規(guī)律與自由落體運動規(guī)律幾乎相同。請問實驗 ② 是為了說明什么 ? 對比實驗 ① 和 ② 的結果可得到什么結論 ? 【疑惑】 ( 1 ) 怎樣使用打點計時器 ? ( 2 ) 怎樣利用紙帶上的數(shù)據(jù)計算某點的瞬 時速度 ? ( 3 ) 探究小磁鐵在電磁阻尼作用下的運動規(guī)律的實驗原理是什么 ? 小磁鐵的加速度、速度的變化規(guī)律是什么 ? 【解析】 ( 1 ) 為了探究小磁鐵在銅管中下落時受電磁阻尼作用的運動規(guī)律 , 應讓銅管豎直地固定在限位孔正下方 ,避免小磁鐵下落時與銅管發(fā)生碰撞 , 選項 A 正確 。 紙帶穿過限位孔 , 要壓在復寫紙下面 , 使打點計時器工作時紙帶上點跡清晰 , 選項 B 正確 。 用手只捏住磁鐵 , 不能使紙帶保持豎直 ,磁鐵下落時紙帶與打點計時器間有較大阻力 , 故應捏住紙帶的上端 , 讓磁鐵從靜止釋放 , 選項 C 不正確 。 應先接通打點計時器的電源再松開紙帶 , 選項 D 不正確 。 ( 2 ) 計數(shù)點“ 4 ”的速度用它兩側計時點之間的平均速度來表示 , 故 v 4 =5 . 60 4 . 040 . 04 cm/s = 39 . 0 cm/s 。 ( 3 ) 由各計數(shù)點速度表可以看出 , 磁鐵運動的速度逐漸增大到 39 . 8 cm/s , 表明磁鐵受到的阻尼作用也是逐漸增大的 , 最后和重力平衡。 ( 4 ) 實驗 ② 中磁鐵在塑料管中下落的運動規(guī)律與自由落體規(guī)律幾乎相同 , 說明磁鐵在塑料管中下落幾乎不受阻尼作用。對比實驗 ① 和 ② , 可以看出磁鐵在銅管中受到的阻尼作用主要是電磁阻尼作用。 【答案】 ( 1 ) CD ( 2 ) 39 . 0 ( 3 ) 逐漸增大到 39 . 8 c m/s 逐漸增大到等于重力 ( 4 ) 為了說明磁鐵在塑料管中幾乎不受阻尼作用。磁鐵在銅管中受到的阻尼作用主要是電磁阻尼作用。 2 . ( 2022 年178。福建卷 ) ( 1 ) 某同學做“探究彈力和彈簧伸長量的關系”的實驗。 ① 圖甲是不掛鉤碼時彈簧下端指針所指的標尺刻度 , 其示數(shù)為 7 . 73 cm 。 圖乙是在彈簧下端懸掛鉤碼后指針所指的標尺刻度 , 此時彈簧的伸長量Δ l 為 cm 。 ② 本實驗通過在彈簧下端懸掛鉤碼的方法來改變彈簧的彈力 , 關于此操作 , 下列選項中規(guī)范的做法是 。 ( 填選項前的字母 ) A . 逐一增掛鉤碼 , 記下每增加一只鉤碼后指針所指的標尺刻度和對應的鉤碼總重 B . 隨意增減鉤碼 , 記下增減鉤碼后指針所指的標尺刻度和對應的鉤碼總重 ③ 圖丙是該同學描繪的彈簧的伸長量Δ l 與彈力 F 的關系圖線 , 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 。 ( 2 )( 12 分 ) 某學習小組探究一小電珠在不同電壓下的電功率大小 , 實驗器材如圖丁所示 , 現(xiàn)已完成部分導線的連接。 ① 實驗要求滑動變阻器的滑片從左到右移動過程中 , 電流表的示數(shù)從零開始逐漸增大 , 請按此要求用筆畫線代替導線在圖丁實物接線圖中完成余下導線的連接。 ② 某次測量 , 電流表指針 偏轉如圖戊所示 , 則電流表的示數(shù)為 A 。 ③ 該小組描繪出的伏安特性曲線如圖己所示 , 根據(jù)圖線判斷 ,將 只相同的小電珠并聯(lián)后 , 直接與電動勢為 3 V 、內阻為 1 Ω的電源組成閉合回路 , 可使小電珠的總功率最大 , 其總功率的值約為 W ( 保留兩位小數(shù) ) 。 【疑惑】 ( 1 ) 毫米刻度尺、電流表的讀數(shù)規(guī)則是什么 ? ( 2 ) “探究彈力和彈簧伸長量的關系”的實驗原理是什么 ? Δ l F 的函數(shù)關系是什么 , 圖線彎曲的原因是什么 ? ( 3 ) 探究一小電珠在不同電壓下的電功率的實驗原理是什么 ? 實驗中電壓的調控有什么要求 ? ( 4 ) 在什 么情況下電珠的總功率最大 ? 【解析】 ( 1 ) ① 彈簧伸長后的總長度為 14 . 66 cm , 則伸長量Δ l= 14 . 66 cm 7 . 73 cm = 6 . 93 cm 。 ② 逐一增掛鉤碼 , 便于有規(guī)律地描點作圖 , 也可避免因隨意增加鉤碼過多超過彈簧的彈性限度而損壞彈簧。 ③ AB 段明顯偏離 OA , 伸長量Δ l 不再與彈力 F 成正比 ,是超出彈簧的彈性限度造成的。 ( 2 ) ① 電流表示數(shù)要從零開始逐漸增大 , 滑動變阻器要用分壓接法 , 如圖庚所示。 庚 ② 電流表示數(shù)為 0 . 44 A 。 ③ 當外電路的總電阻與電源內阻相等時 , 電源有最大的輸出功率 , 即小電珠的總功率最大 , 此時 R 外 =r= 1Ω , I=????外+ r=32 A = 1 . 5 A , U 外 =??2= 1 . 5 V , 即每只小電珠兩端的電壓為 1 . 5 V , 通過圖象可知每只小電珠的電流為 I 0 = 0 . 38 A , n=????0≈ 4 ( 只 )。 通過每只小電珠的電流為 I 0 , 兩端電壓為 U , 根據(jù)閉合電路歐姆定律得 : U+nI 0 r=E , 而 U+ 4 I 0 = 3 V , U= 4 I 0 + 3 V , 如圖辛所示 , 圖線的交點縱、橫坐標分別為 U ≈ 1 . 5 V , I 0 ≈ 0 . 38 A , P=UI 0 = 0 . 57 W , P 總 =nP= 0 . 57 179。 4 W = 2 . 28 W 。 辛 【答案】 ( 1 ) ① 6 . 93 ② A ③ 彈簧受到的拉力超過了其彈性限度 ( 2 ) ① 如圖庚所示 ② 0 . 44 ③ 4 2 . 28 3 . ( 2022 年178。全國 Ⅱ 卷 ) 電壓表滿偏時通過該表的電流是半偏時通過該表電流的兩倍。某同學利用這一事實測量電壓表的內阻 ( 半偏法 ), 實驗室提供的器材如下 : 待測電壓表 ( 量程 3 V , 內阻約為 3000 Ω ), 電阻箱 R 0 ( 最大阻值為 99999 . 9 Ω ), 滑動變阻器 R 1 ( 最大阻值 100 Ω , 額定電流 2 A ), 電源 E ( 電動勢 6 V , 內阻不計 ), 開關兩個 , 導線若干。 ( 1 ) 虛線框內為該同學設計 的測量電壓表內阻的電路圖的一部分 , 將電路圖補充完整。 ( 2 ) 根據(jù)設計的電路 , 寫出實驗步驟 : 。 ( 3 ) 將這種方法測出的電壓表內阻記為 R V 39。 , 與電壓表內阻的真實值 R V 相比 , R V 39。 R V ( 選填“ ”“ = ”或“ ” ), 主要理由是 。 【疑惑】 ( 1 ) 半偏法測電壓表內阻的實驗原理是什么 ?滑動變阻器和變阻箱的選取有何要求 ? ( 2 ) 實驗的關鍵步驟有哪些 ? 電壓表讀數(shù)分別為滿偏、半偏時 , 滑動變阻器的滑片位置有何要求 ? ( 3 ) 該實驗的誤差是偏大 , 還是 偏小 ? 引起誤差的原因是什么 ? 【解析】 ( 1 ) 因滑動變阻器阻值較小 , 所以選擇滑動變阻器的分壓接法。 實驗電路圖如圖所示。 ( 2 ) 移動滑動變阻器的滑片 , 以保證通電后電壓表所在支路分壓最小 。 閉合開關 S 1 、 S 2 , 調節(jié) R 1 , 使電壓表的指針滿偏 。 保持滑動變阻器滑片的位置不變 , 斷開 S 2 , 調節(jié)電阻箱 R 0 ,使電壓表的指針半偏 。 讀取電阻箱所示的電阻值 , 此即為測得的電壓表內阻。 ( 3 ) 斷開 S 2 , 調節(jié)電阻箱使電壓表成半偏狀態(tài) , 電壓表所在支路總電阻增大 , 分得的電壓也增大 。 此時 R 0 兩端的電壓大于電壓表的半偏電壓 , 故 R V 39。R V ( 其 他合理說法同樣給分 ) 【答案】見解析 4 . ( 2022 年178。全國 Ⅰ 卷 ) 圖甲為某同學改裝和校準毫安表的電路圖 , 其中虛線框內是毫安表的改裝電路。 ( 1 ) 已知毫安表表頭的內阻為 100 Ω , 滿偏電流為 1 mA 。 R 1和 R 2 為阻值固定的電阻。若使用 a 和 b 兩個接線柱 , 電表量程為 3 mA 。 若使用 a 和 c 兩個接線柱 , 電表量程為 10 mA 。由題給條件和數(shù)據(jù) , 可以求出 R 1 = Ω , R 2 = Ω。 ( 2 ) 現(xiàn)用一量程為 3 mA 、內阻為 150 Ω的標準電流表 對改裝電表的 3 mA 擋進行校準 , 校準時需選取的刻度為 0 . 5 mA 、1 . 0 mA 、 1 . 5 mA 、 2 . 0 mA 、 2 . 5 mA 、 3 . 0 mA 。電池的電動勢為 1 . 5 V , 內阻忽略不計 。 定值電阻 R 0 有兩種規(guī)格 , 阻值分別為 300 Ω和 1000 Ω 。 滑動變阻器 R 有兩種規(guī)格 , 最大阻值分別為 750 Ω和 3000 Ω。則 R 0 應選用阻值為 Ω的電阻 , R 應選用最大阻值為 Ω的滑動變阻器。 ( 3 ) 若電阻 R 1 和 R 2 中有一個因損壞而阻值變?yōu)闊o窮大 , 利用圖乙的電路可以判斷出損壞的電阻。圖乙中的 R39。 為保護電阻 , 虛線框內未畫出的電路即為圖甲虛線框內的電路。則圖中的 d 點應和接線柱 ( 選填“ b ”或“ c ” ) 相連。判斷依據(jù)是 : 。 【疑惑】 ( 1 ) 由表頭改裝為雙量程的電流表 , 改裝原理是什么 ? ( 2 ) 電流表的校準 , 最大電流和最小電流分別是多少 , 此時對應的電阻分別是多少 ? ( 3 ) 對電阻是否損壞的判斷 , 對應的電表讀數(shù)有何不同 ? 【解析】 ( 1 ) 設使用 a 和 b 兩接線柱時 , 電表量程為 I 1 ,使用 a 和 c 兩接線柱時 , 電表量程為 I 2 , 則 使用 a 和 b 時 :??g??g??1+ ??2+I g =I 1 使用 a 和 c 時