2023版高考物理步步高大二轮复习讲义第二篇 二、实验题解题策略【解析版】

二、实验题解题策略

近几年高考对实验的考查，多以一大带一小、一力带一电的形式，其中第一个实验题难度中低档，侧重考查常规型实验中的基本实验仪器的读数、教材要求的基本实验原理、实验操作规范、数据处理及其误差分析．这种题目考查的比较细，不能只注重刷题，而要真正到实验室去做实验．第二个实验题侧重对学生实验迁移能力的考查，常以设计性实验或创新型实验来体现，难度较高，主要为电学实验，也有力学实验．侧重考查学生对新实验的实验原理、实验方法和数据处理的方法的提取，对学生的实验迁移能力、探究能力要求较高，突出选拔功能．

高考物理实验题解题策略

1．仔细审题，弄清实验目的；直接判断这是考查的课本哪个实验或和哪个实验有联系；通过装置图或实验步骤的叙述，弄清实验原理；大体了解考查的内容(如原理表达式、实验步骤、注意事项、数据的处理等)．

若是计算结果的填空题，注意数值、单位、方向或正负号都应填齐全，同时注意有效数字的位数是否有要求．若是仪器读数，注意精确度．

2．研究实验器材、实验装置图、实物图、电路图或其他图像，探究考查意图，认识这些器材在实验中所起的作用，初步勾画实验过程．

对于作图题，应画出纵、横坐标轴的箭头，注明物理量、单位、标度及坐标原点．描点连线时，若图像为直线，应让尽量多的点落在直线上，不能落在直线上的点，应均匀分布在直线两侧．切记画直线用直尺，需要延长的要延长；若图像为曲线，则用平滑的曲线连接各点．

对于电学图，若画电路图，一定要用直线段来画，同时注意各种电学元件的符号；若连电学实物图，则电表量程、正负极性，电流表内、外接法，滑动变阻器接法，滑动触头位置都应考虑周全．各种作图及连线要用铅笔，以便于修改．

3．再次精读试题，实验情景再现，捕捉并提取有价值的信息．

通过解读表格，了解实验测量的物理量，根据表格中的数据，判断相关物理量之间的关系．如正比例、反比例关系，平方还是开方关系，或者是倒数关系．根据数据描点作图可以直观反映实验的某种规律．

对于没有接触过的新图像，通常利用相关实验的原理公式进行巧妙变形，变成和图像信息一致的函数形式，根据图像的斜率、截距结合函数关系式得出所需的数据．

策略一　原型实验

弄清和掌握教材中每一个实验的实验原理、实验步骤、数据处理、误差分析等，对每一个实验都应做到心中有数，并且能融会贯通．原型实验也是高考创新实验的命题根源， 创新实验也要在教材中实验的基础上，寻求器材、原理等方面的变化．

例1　(2022·湖南娄底市高三期末)某同学用如图甲所示装置，做“探究加速度与质量的关系”实验．

(1)实验时，应使细绳与木板平行，将木板右端垫高以平衡摩擦力，这样操作的目的是________；

A．使细绳的拉力等于小车所受合力

B．使细绳的拉力等于砝码盘和砝码的重力

(2)实验中，应保持____________(填“盘和砝码”或“小车”)质量不变，多次改变________(填“砝码盘”或“小车”)中砝码的质量m进行实验．某次实验打出的一条纸带如图乙所示，在打出的纸带上每隔一个点取一个计数点，分别标为A、B、C、D、E，已知打点计时器所接交流电的频率为50 Hz，小车做匀加速直线运动的加速度a＝________ m/s2；(结果保留两位有效数字)

(3)该同学经(2)所述多次实验后，记录前述砝码的质量m以及对应小车的加速度大小a，作出－m图像．若图线的斜率为k，图线在纵轴上的截距为b，则小车受到的拉力大小F＝________，小车的质量M＝________.(均用相关物理量的符号表示)

答案　(1)A　(2)盘和砝码　小车　3.9　(3)　

解析　(1)使细绳与木板平行，将木板右端垫高以平衡摩擦力，这样操作的目的是使细绳上的拉力等于小车所受合力，故选A.

(2)由于要探究加速度与质量的关系，因此应保持外力不变，即保持盘和砝码的质量不变，多次改变小车中砝码的质量进行实验．由题知T＝＝0.02 s，根据逐差法，可得a＝≈3.9 m/s2.

(3) 根据牛顿第二定律有F＝(M＋m)a

上式整理得＝·m＋

结合题有＝k，＝b

解得F＝，M＝.

例2　(2022·河南驻马店市高三期末)一实验小组的同学要测某种金属丝的电阻率．先用欧姆表粗略地测量金属丝的电阻，选用“×10”欧姆挡，正确操作后得到的示数如图甲所示，用游标卡尺测量金属丝直径的结果如图乙所示．

(1)图甲的示数为________ Ω，图乙的示数为________ mm.

(2)按图丙所示的电路图，用笔画线代替导线把图丁的实物图补充完整．

(3)用图丙电路图测得金属丝电阻的测量值________(填“偏大”或“偏小”)．若金属丝的有效长度用L表示，横截面的直径用d表示，两端的电压用U0表示，通过金属丝的电流用I0表示，则该金属丝的电阻率ρ＝________(用L、d、U0、I0表示)．

答案　(1)60　4.3　(2)见解析图　(3)偏小　

解析　(1)欧姆挡选用“×10”倍率，其示数为60 Ω；游标卡尺的示数为4 mm＋3×0.1 mm＝4.3 mm；

(2)实物图如图所示．

(3)由题图丙可知，电压表有分流作用，可得金属丝电阻的测量值偏小；

根据R＝ρ、R＝、S＝π()2

联立解得ρ＝.

策略二　创新型实验

创新型实验以原型实验为基础，注重考查实验仪器的等效与替换、实验原理的拓展与延伸、实验情景的设计与创新、实验方法的求新、实验过程的求简、数据处理方法的迁移，这类试题新颖、区分度高．要求考生“以不变应万变”，根本方法是把实验的本质从新情景中分离出来，找出与常规实验的相同之处，运用类似的方法进行处理．

例3　(2022·河北唐山市高三期末)小明利用如图装置验证机械能守恒定律．图中AB为轻杆，O为固定转轴，A端小球固定于杆上，质量为mA.B端小球放在轻质勺形槽内，质量为mB.由静止释放后，轻杆从水平位置逆时针转动，轻杆转到竖直位置时被制动，B球被水平抛出．

(1)实验时，小明首先测量了mA、mB及两球距O点的距离LA、LB，除此之外，还需要测量的物理量有________．

A．A球从释放到运动至最低点的时间t

B．O点离地面的高度h

C．B球落地点与O点的水平距离x

(2)结合(1)中的各物理量，轻杆从水平位置自由释放，利用上述测定的物理量和重力加速度g，可得系统重力势能减少量为________，动能增加量为________．

答案　(1)BC　(2) mAgLA－mBgLB　

解析　(1)验证机械能守恒定律，需要测量系统重力势能的减少量和系统动能的增加量，系统动能的增加量需要测量小球B的速度，求平抛运动的初速度，需要B球抛出点到地面的距离和落地点与抛出点的水平距离x，因已有抛出点到点O的高度，只需测量出O点离地面的高度h，不需要A球从释放到运动至最低点的时间t.故选B、C.

(2)轻杆从水平位置自由释放，系统重力势能的减少量ΔEp＝mAgLA－mBgLB

B球到达抛出点的速度vB＝＝＝

由题图可知，两球转动的角速度相等，则此时A球的速度vA＝＝

则系统的动能增加量ΔEk＝mAvA2＋mBvB2＝＋

＝x2g.

例4　(2022·江苏常州市溧阳光华高级中学高三期末)小明同学想要设计一个既能测量电源电动势和内阻，又能测量定值电阻阻值的电路．

他用了以下的实验器材中的一部分，设计出了图(a)的电路图：

a．电流表A1(量程0.6 A，内阻很小)；电流表A2(量程300 μA，内阻rA＝1 000 Ω)；

b．滑动变阻器R(0～20 Ω)；

c．两个定值电阻R1＝1 000 Ω，R2＝9 000 Ω；

d．待测电阻Rx；

e．待测电源E(电动势约为3 V，内阻约为2 Ω)

f．开关和导线若干

(1)根据实验要求，与电流表A2串联的定值电阻为________(填“R1”或“R2”)．

(2)小明先用该电路测量电源电动势和内阻，将滑动变阻器滑片移至最右端，闭合开关S1，调节滑动变阻器，分别记录电流表A1、A2的读数I1、I2，得I1与I2的关系如图(b)所示．根据图线可得电源电动势E＝______ V，电源内阻r＝______ Ω.(计算结果均保留两位有效数字)

(3)小明再用该电路测量定值电阻Rx的阻值，进行了以下操作：

①闭合开关S1、S2，调节滑动变阻器到适当阻值，记录此时电流表A1示数Ia，电流表A2示数Ib；

②断开开关S2，保持滑动变阻器阻值不变，记录此时电流表A1示数Ic，电流表A2示数Id；后断开S1；

③根据上述数据可知计算定值电阻Rx的表达式为______________．若忽略偶然误差，则用该方法测得的阻值与其真实值相比________(选填“偏大”“偏小”或“相等”)．

答案　(1)R2　(2)3.0　2.1

(3)③Rx＝(－)(rA＋R2)　相等

解析　(1)电源电动势为3 V，电流表A2与R1串联，可改装为量程为U＝Ig(rA＋R1)＝300×10－6×(1 000＋1 000) V＝0.6 V的电压表，改装后的电压表量程太小，同理应用定值电阻R2改装后电压表量程为3 V，故选R2；

(2)由题图可知I1＝0时，电流表A2的读数对应的电压值即为电源的电动势，则E＝3.0 V，内阻r＝||＝ Ω＝2.1 Ω；

(3)③由题意可知：IaR＝Ib(rA＋R2) ，

Ic(R＋Rx)＝Id(rA＋R2)，

联立解得Rx＝(－)(rA＋R2)；

由以上分析可知，若考虑电流表A1内阻的影响，则表达式列成：Ia(R＋rA1)＝Ib(rA＋R2) ，Ic(rA1＋R＋Rx)＝Id(rA＋R2)，最后求得的Rx表达式不变，则用该方法测得的阻值与其真实值相比相等．

策略三　设计型实验

所谓设计型实验，就是根据实验目的，自主运用物理知识、实验方法和技能，完成实验的各个环节(实验目的、对象、原理、仪器选择、实验步骤、数据处理等)，拟定实验方案，分析实验现象，并在此基础上作出适当评价．要求考生能审清题意，明确实验目的，根据器材或已有的实验步骤联想相关实验原理，实现对知识迁移能力、发散能力和创造能力的考查．

例5　(2022·山东淄博市一模)小球在液体中运动时要受到液体的摩擦阻力，这种阻力称为粘滞力或内摩擦力．在一般情况下，半径为r 的小球以速度v在液体中运动时，所受的液体阻力可用斯托克斯公式f＝6πηrv表示，式中η称为液体的粘滞系数(也叫“内摩擦因数”，其国际单位为Pa·s)，r为小球半径，v为小球运动的速度．某兴趣小组根据所掌握的知识，搜集器材设计了如图甲所示的实验，测定某液体的粘滞系数η，实验操作如下：

①将无线防水速度传感器安装在足够长量筒底部，传感器与计算机(图中未画出)建立联系，待测液体注满量筒；

②用螺旋测微器测定小球直径D；

③根据小球材质和液体种类查出它们的密度分别为ρ和ρ0；

④用镊子将小球轻放在液体中让其在液体中下落，同时用计算机记录小球下落速度随时间变化的v－t 图像如图乙中曲线a；

⑤改变液体的温度，重复④步骤操作，得到不同的v－t 图像如图乙中曲线b、c.

(1)螺旋测微器读数如图丙所示，小球直径D＝________ mm；

(2)查得小球的密度ρ＝8.5×103 kg/m3 ，液体的密度ρ0＝1.3×103 kg/m3 ，测得小球匀速下落速度v1＝2×10－2 m/s，则该液体的粘滞系数η＝________ Pa·s(重力加速度g取10 m/s2，结果保留三位有效数字)；

(3)已知当温度升高时，液体的粘滞系数减小，由此可判断图线a、b、c对应的液体温度Ta、Tb、Tc 的关系是________________．

答案　(1)1.800　(2)0.648　(3)Tb>Ta>Tc

解析　(1)螺旋测微器读数是固定刻度读数加可动刻度读数，题图丙中读数为D＝1.5 mm＋30.0×0.01 mm＝1.800 mm；

(2)小球的体积为V＝πr3＝πD3

由题图乙中曲线a可知，小球加速度先减小后为零，加速度为零时有

ρVg－ρ0Vg－6πηrv1＝0

联立方程，解得η＝

代入数据得η＝0.648 Pa·s.

(3)由粘滞系数表达式可知，小球的收尾速度越大，粘滞系数越小，温度越高，因此Tb>Ta>Tc.

例6　(2022·山东潍坊市高三期末)电学实验中可将电源E1与电源E2及灵敏电流计G连成如图甲所示电路，若灵敏电流计G示数为0，说明此时两电源的电动势相等．

根据这一原理，某同学设计了如图乙所示电路，来测量某电源C的电动势为Ex.其中A为工作电源(内阻不计)，B为电动势恒定的标准电源，其电动势为EN.R1、R2为电阻箱，R3为滑动变阻器，G为灵敏电流计，S1、S3为单刀单掷开关，S2为单刀双掷开关．实验过程如下：

①实验开始之前，将R1和R2的阻值限定在1 000 Ω到3 000 Ω之间；

②将S2置于1处，闭合开关S1、S3，通过调节R1、R2，使R3阻值为0时，灵敏电流计G示数为0.记录此时的R1与R2的阻值，分别为R1校、R2校；

③将开关S2置于2处，保持通过R1、R2的电流不变，重复上述操作，使R3的阻值为0时，灵敏电流计G的示数为0，记录此时的R1与R2的阻值，分别为R1测、R2测．

根据上述实验过程回答问题：

(1)实验步骤①中，为保护灵敏电流计，开始时滑动变阻器触头应处在最________端(填“左”或“右”)；

(2)在步骤③中，为保持实验过程中流过R1与R2的电流不变，调整R1、R2时需要使R1测、R2测与R1校、R2校满足的关系是____________；

(3)待测电源C的电动势Ex＝________(用题中所给物理量符号表示)；

(4)若工作电源A的内阻不可忽略，则待测电源C的电动势Ex测量值相比于上述方案结果________(选填“偏大”“不变”或“偏小”)．

答案　(1)左　(2)R1测＋R2测＝R1校＋R2校　(3)EN　(4)不变

解析　(1)在开关闭合前，为保护灵敏电流计G，R3接入的阻值应为最大，则触头应在最左端．

(2)改用待测电源替换标准电源的位置，其前提条件是工作电源A所在电路电流I要保持不变，电源A的输出电压固定不变，采取的措施是使R1校与R2校的阻值之和为某一固定阻值，所以使R1测和R2测的阻值之和也为该固定阻值，即R1测＋R2测＝R1校＋R2校．

(3)根据部分电路欧姆定律，有＝，＝

可知，当满足R1测＋R2测＝R1校＋R2校

有Ex＝EN.

(4)若考虑工作电源内阻，

则有＝，＝

因之前有R1测＋R2测＝R1校＋R2校

考虑到了工作电源内阻后，则有R1测＋R2测＋r＝R1校＋R2校＋r

故整理后依旧为Ex＝EN，故测量值不变．