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对高考实验题的考察预测与解题指导

2013-06-22 01:01

2005年高考实验题考察预测与解题指导
 
 预测一  电学设计实验
 综观近5年的高考实验题，除2002年没有考察电学实验以外，其他年份考察的均为电学实验，而电学实验中，电学设计实验考察的尤为频繁，同时该类实验也是中学物理实验中的难点。解答电学设计实验要做好下面的三个选择。
 1、实验器材的选择
 根据教学大纲及高考的要求，选择电学实验器材主要是选择电表、滑动变阻器、电源等器材。
 选择实验器材一般要考虑四方面因素：
 〈1〉安全因素：通过电源、电阻和电表的电流不能超过其充许的最大电流。
 〈2〉误差因素：选用电表量程应考虑尽可能减小测量值的相对误差，电压表、电流表在使用时尽可能使指针接近满量程，其指针应偏转到满偏度的1/3以上；使用欧姆表时宜先用指针尽可能在中间刻度附近的倍率档位。
 〈3〉便于操作：选用滑动变阻器时应考虑对外供电电压的变化范围既能满足实验要求，又便于调节。在调节滑动变阻器时，应使其大部分电阻线都用到。
 〈4〉实验要求：除以上三个因素外，还应注重实验实际。如电压从零开始起调，所给电源与用电器不匹配等。
 例1  在测量金属丝的电阻率的实验中：⑴用螺旋测微器测金属丝的直径
为              mm
⑵已知电阻丝的电阻约为10，现备有下列器材供测量该电阻丝的
电阻时选用，应先用的器材有           （只填代号）。
A、量程是0~0.6A,内阻是0.5的电流表； B、量程是0~3A，内阻是0.1的电流表； C、量程是0~3V，内阻是6K的电压表； D、量程是0~15V，内阻是30K的电压表； E、阻值为0~1K，额定电流为0.5A的滑动变阻器； F、阻值为0~20，额定电流为2A的滑动变阻器； G、蓄电池（6V）； H、开关一个，导线若干；

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 解析 （1）读数：该金属丝的直径为0.350mm。
 （2）仪器的选择：①选电源：题目中只给一直流电源G，所以G应选。
 ②选电流表：电源选定后可估算总电流，不连入滑动变阻器，干路电流最大值
Imax=。若选电流表B，0.6A没有超过其量程1/3，读数误差较大，而电流表A更合适。
 ③选电压表：若选电压表C，量程为3V，则干路电流要被控制在0.3A以下,由上所选电流表为A,指针偏转可达到满刻度的一半。若选电压表D，虽然电压表指针能达到满刻度1/3~2/3，满足实验器材选择的要求，但用15V量程时，精确度太低，为了实现电压表和电流表精确度的匹配，应选用电压表C而不选电压表D。
 ④选滑动变阻器：由于电阻丝阻值为10，为了在3V、0.3A以下范围内调节滑动变阻器，读取几组测量值，滑动变阻器应选0~20为宜，所以应选F。故选用器材为A、C、F、G、H。
 2、测量电路的选择
 电压表和电流表连入电路可以有两种方法：一种是如图2甲所示的电路叫做“电流表外接法”；
一种是如图2乙所示的电路叫做“电流表内接法”。
 由于电流表、电压表内阻的影响，不管采用电流表内
接法还是外接法都会引起误差。为了减小误差，常用以下
三种方法来判定电流表的连接是选内接法还是外接法。
 <1>直接比较法：当Rx>>RA用内接法，当Rx<<RA用外接法。
 <2>临界值计算法：当Rx>时，即Rx为大电阻，应该用内接法；当Rx<时，即Rx为小电阻，应该用外接法；当Rx=时，内外接法均可。
 <3>试测判断法：当Rx、RA、RV电阻阻值都不清楚时可采用此法。
 设开关A接a、b时，电流表示数分别为Ia、Ib，电压表的示数为Va、Vb。
 当时，选用“内接法”； （科教范文网http://fw.nseac.com）
 当时，选用“外接法”。
 例2   某同学用伏安法测一个未知电阻的阻值，他先将电压表按在b点，读得两表示数分别为V1=3.0V，I1=3.0mA，然后将电压表改接在a点，读得两表示数分别为V2=2.9V，I2=4.0mA，如图所示，由此可知电压表应接到      点误差较小，测得Rx值就为       。
 解析  两种接法中两表示数变化分别为：
 △V==3.0-2.9=0.1V，△I===1.0mA
 则，
 虽然，电流表示数变化较电压表示数变化明显，这说明电压表的分流作用较大，为了减小误差，应采用电流表内接法，即电压表接b点。
 3、控制电路的选择
 控制电路即滑动变阻器在电路中的连接，常有两种不同、
 的形式，图甲为限流式，乙为分压式。
 在具体实验中，滑动变阻器到底是采用分压式还是限流式呢？
 判断方法如下：
 （1）负载电阻的阻值Rx远大于变阻器总电阻R，须用分压式电路。
 （2）要求负载上电压或电流变化范围较大，且从零开始连续可调，须用分压式电路。
 （3）负载电阻的阻值Rx小于变阻器的总电阻R或相差不多，并且电压、电流表示数变化不要求从零起调，可采用限流式。
 （4）两种电路均可使用的情况下，应优先采用限流式接法，因为限流式接法总功率较小。
 （5）特殊问题中还要根据电压表和电流表量程以及允许通过的最大电流值来反复推敲。
 例3  在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，使用的小灯泡为“6V，3W”，其他选择的器材有：
A、电压表V1（量程6V，内阻20K）； B、电压表V2（量程20V，内阻60K）； C、电流表A1（量程3A，内阻0.2）； D、电流表A2（量程0.6A，内阻1）； E、变阻器R1（0~1000，0.5A）； F、变阻器R1（0~20，2A）； G、学生电流（6~8V）； H、开关S及导线若干。

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 实验中要求电压表在0~6V范围内读取并记录下12组左右不同的电压值U和对应的电流I，以便作出伏安特性曲线，在上述器材中，电流表就选用           ，变阻器应选用      。画出实验原理图。
 解析  <1>确定电压表、电流表、滑动变阻器。
 小灯泡“6V，3W”额定电压为6V，额定电流为0.5A，即允许通过小灯泡的电流最大不超过0.5A，最大电压不超过6V。本着选择电压表和电流表的安全精确原则，电流表应选A2，电压表应选V1。小灯泡正常工作时电阻为R灯 =。滑动变阻器选择本着安全方便的原则，故应选用R2。
 <2>确定电流表内外接法
 临界阻值R=
因为R灯<R，故电流表应外接。
 （3）确定变阻器限流式还是分压式
因为要求多测组数据，故负载上电流电压变化范围较大，故采用分压式。
 预测二   仪器使用类实验
 对于仪器使用类的实验，多是以填空的形式出现。综观近几年的高考题，主要考察的仪器是：万用电表的使用，螺旋测微器、游标卡尺和秒表的读数，示波器的使用。游标卡尺和螺旋测微器不在举例。
 例4  多用电表是由一块高灵敏度磁电式电流表、选择开关和测量线路组成的，其外形如图所示。在用多用电表测量电阻时，要用到图中的选择开关K和T、S两个部件。请在下述实验步骤中，根据题意要求填空。
 A．用小螺丝刀旋动部件_____,使指针对准电表左侧的零刻度线。
 B．将“红”“黑”表笔分别插入______、_______插孔。
 C．将K旋转到Ω挡“100”的位置。
 D．将两表笔短接，旋动部件______，使指针对准电阻的零刻度线。
 E．将两表笔的金属部分分别与被测电阻的两根引线相接，发现指 （转载自科教范文网http://fw.nseac.com）
针相对左边偏转角度过小。
为了得到比较准确的测量结果，还应该进行哪些操作?请将实验步骤补
充完整。
 ____________________________________________________
_____________________________________________________。
 参考答案  S，+   -，T； F．将K旋转到Ω挡“1k”的位置；
G．将两表笔短接，旋动欧姆调零旋钮T使指针对准电阻的零刻度； H．将金属表笔的金属部分分别与被测电阻的两根引线相接，读取电阻刻线上的指针示数，该电阻值为1kΩ； I．将K旋转到“OFF”挡（或交流电压最高挡），并将表笔拔出。
 例5  如图甲为示波器面板，图乙为信号源。
 ⑴若要观测此信号源发出的正弦交流
信号的波形，应将信号源的a端与示波器
面板上的____________接线柱相连，b端
与__________接线柱相连。
 ⑵若开机后屏上看不见亮点，在示波器
设有损坏的情况下，可能的原因
 ①________________________________
 ②________________________________
 ⑶若示波器所显示的输入波形如图丙所示。若要在输入信号不变的情况下将此波形变成y轴正方向的一个点，应调节面板上的_______旋钮和_______旋钮。
 参考答案  （1）y输入  地（2）①辉度调到0（或反时针旋到底）②x位移或y位移没调好（3）扫描范围↑↓
 预测三  纸带类实验
 纸带类实验是高考考察的另一个热点，因一些重要的实验都和纸带处理有关，如：测定动摩擦因数μ，测定小车的加速度，验证牛顿第二定律，验证机械能守恒，测定重力加速度g。除这些基本实验外，一些设计性实验也需要纸带数据来处理。
 例6  利用图中所示的装置，用自由落体做“测定重力加速度”的实验中，在纸带上取得连续的清晰的7个点。用米尺测得第2、3、4、5、6、7各点与第1点的距离d如下：

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点的次序 1 2 3 4 5 6 7
距离d(cm) 0 6.0 12.5 19.3 26.5 34.1 42.1
     请用这些数据求出重力加速度g的测量值。设打点计时器所用
 电源的频率为50赫。   （只有结果，没有数据处理过程的不得分）
 解析  设重物经第1点时速度v1,则匀加速运动公式得2点与第
1点距离 
 经过第2点时的速度
 其中t为打点计时器每打一次的时间，因电源频率为50Hz, t=0.02s，同理，由匀加强运动公式可分别求得第3、4、5、6、7点与第2、3、4、5、6点间的距离及经过这些点时的速度：
  
  
  
  
  
 由此可得s4－s1=3gt2   s5－s2=3gt2   s6－s3=3gt2   
 取重力加速度的平均值，就得到
  
 由题目的数据求出
 s1=6.0cm, s2=6.5cm , s3=6.8cm , s4=7.2cm, s5=7.6cm , s6=8.0cm  
 代入可求得重力加速度的平均值：
  
 例7  在验证机械能守恒定律的实验中，质量m=1kg的重锤自由下落，在纸带上打出了一系列的点，如下图所示，相邻记数点时间间隔为0.02s，长度单位是cm，g取9.8m/s2，求：
 (1)打点计时器打下记数点B时，物体的速度vB________ (保留两位有效数字)；
 (2)从点O到打下记数点B的过程中，物体重力势能的减小量ΔEP=_______，动能的增加量ΔEK=_______(保留两位有效数字)；
 (3)即使在实验操作规范，数据测量及数据处理很准确的前提下，该实验求得的ΔEP也一定略大于ΔEK，这是实验存在系统误差的必然结果，试分析该系统误差产生的主要原因。

 

 解析  (1)因在忽略空气阻力重锤做自由落体运动，故B点的瞬时速度等于AC段的平均速度，因，，由公式； (2)由公式得重力势能的减少量为0.48J；由公式得动能的增加量为0.47J； ⑶重锤下落时受到空气的阻力以及纸带受到打点计时器的阻力作用，重锤机械能减少。 本文来自中国科教评价网
 预测四  光学实验
 光学实验主要包括：测量玻璃的折射率n的实验，光的干涉和衍射实验
 例8  在利用双缝干涉测定光波波长实验时，首先调节光源、滤光片、单缝和双缝的中心均位于遮光筒的中心轴线上。若经粗调后透过测量头上的目镜观察，看不到明暗相间的条纹，只看到一片亮区，造成这种情况的最可能的原因是________。
   用直尺量得双缝到屏的距离为80.00 cm，由双缝上的标识获知双缝间距为0.200 mm，光波波长为6.0010-7m。
 若调至屏上出现了干涉图样后，用测量头上的螺旋测微器去测量，转动手轮，移动分划板使分划板中心刻线与某条明纹中心对齐时，如右图所示。此时螺旋测微器的读数为_______mm，此明条纹的序号定为1，其右侧的明纹序号依次为第2、第3……条明纹。
   从第1条明纹中心至第6条明纹中心的距离为_______ mm。
 解析    看不到明暗相间的条纹，说明屏上不能形成干涉图样，原因是单逢与双逢不平行造成的；明条纹间距为，第1到第6亮条纹间有5个条纹间距，故答案为12.0 mm