物理實(shí)驗(yàn)題：在數(shù)據(jù)分析中追蹤2015年高考熱點(diǎn)

柴天虎

一、近四年高考物理實(shí)驗(yàn)命題分析

下表為近四年全國新課標(biāo)高考卷Ⅰ的考查情況統(tǒng)計(jì)，本文將以此為基礎(chǔ)，綜合近年各地高考命題情況，分析2015年高考物理實(shí)驗(yàn)的命題熱點(diǎn)和應(yīng)考措施。

年份 題號(hào)、分值 考查范圍 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 考查要點(diǎn)

2011 22（5分） 電學(xué) 測(cè)量微安表頭A的內(nèi)阻 實(shí)驗(yàn)原理理解

23（10分） 力學(xué) 測(cè)量滑塊在斜面上運(yùn)動(dòng)的加速度 實(shí)驗(yàn)原理理解、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

2012 22（6分） 力學(xué) 螺旋測(cè)微器讀數(shù) 基本儀器讀數(shù)

23（9分） 磁學(xué) 測(cè)量磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小，并判定其方向 實(shí)驗(yàn)原理理解、連電路圖

2013 22（7分） 力學(xué) 測(cè)量物塊與水平桌面間動(dòng)摩擦因數(shù) 實(shí)驗(yàn)原理理解、基本儀器讀數(shù)、誤差分析

23（8分） 電學(xué) 測(cè)量多用電表內(nèi)電池的電動(dòng)勢(shì)和電阻 實(shí)驗(yàn)原理理解、基本儀器操作、讀數(shù)

2014 22（6分） 力學(xué) 加速度與質(zhì)量、力的關(guān)系 實(shí)驗(yàn)原理理解、誤差分析、方案改進(jìn)

23（9分） 電學(xué) 測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻 實(shí)驗(yàn)原理理解、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)讀取與處理

對(duì)其他各地高考試卷進(jìn)行同樣的分析，可發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)部分的分值或略有偏差，但實(shí)行新課標(biāo)高考以來，各地高考卷中物理實(shí)驗(yàn)部分的共性還是很明顯的，那就是多采用“一力一電”的考查形式，考查熱點(diǎn)相近。熱點(diǎn)主要集中在：

1.基本儀器的使用和讀數(shù);2.紙帶類問題（相關(guān)力學(xué)實(shí)驗(yàn)4個(gè)）;3.彈簧、橡皮條類力學(xué)問題;4.電學(xué)基本實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新類實(shí)驗(yàn)。

二、2015年高考臨考策略

熱點(diǎn)一：基本儀器的使用和讀數(shù)

基本儀器類問題算得上是實(shí)驗(yàn)部分的送分題。有條件的同學(xué)可參照高考的要求，在考前兩周把這些基本儀器動(dòng)手操作幾次;條件不足的同學(xué)，也可以通過典型的考題檢測(cè)自己是否真正掌握，保證基本分到手。

【例1】（1）（2012新課標(biāo)）某同學(xué)利用螺旋測(cè)微器測(cè)量一金屬板的厚度。該螺旋測(cè)微器校零時(shí)的示數(shù)如圖1所示，測(cè)量金屬板厚度時(shí)的示數(shù)如圖2所示。圖1所示讀數(shù)為 ? ? ? ? ? ? mm，圖2所示讀數(shù)為 ? ? ? ? ? ? mm，所測(cè)金屬板的厚度為 ? ? ? ? ? ? mm。

圖1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖2

（2）（2014福建）某同學(xué)測(cè)定一金屬桿的長度和直徑，示數(shù)如圖3、圖4所示，則該金屬桿的長度和直徑分別為 ? ? ? ? ? ?cm和 ? ? ? ? ? ?mm。

圖3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖4

（3）用多用電表的電阻“×10”擋，按正確的操作步驟測(cè)某電阻，表盤的示數(shù)如圖5所示，則該電阻的阻值約為 ? ? ? ? ? ? ? ? Ω。

（4）圖6中電阻箱的讀數(shù)為 ? ? ? ? ? ? ? ? Ω。

圖5 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖6

解析：（1）根據(jù)螺旋測(cè)微器的讀數(shù)規(guī)則，讀數(shù)=固定刻度（注意半毫米線是否露出）+可動(dòng)刻度（要估讀到下一位）×0.01mm，圖1所示讀數(shù)為0.010mm，圖2所示讀數(shù)為6.870mm，所測(cè)金屬板的厚度為6.870mm- 0.010 mm =6.860 mm。

（2）刻度尺的最小刻度為1mm，讀數(shù)時(shí)需要估讀，根據(jù)圖3可知，金屬桿的長度為60.10mm。游標(biāo)卡尺測(cè)量長度時(shí)不需要估讀，先看游標(biāo)尺是10分度、20分度，還是50分度的，確定游標(biāo)尺的精度，如若為20分度則精度為。讀數(shù)方法：先從主尺上讀出完整的厘米和完整的毫米，再看游標(biāo)尺除零刻線外第幾條刻線與主尺對(duì)齊，若是第n條，就用n乘該游標(biāo)尺的精度。讀數(shù)=主尺刻度（完整的厘米和毫米）+ n×精度。此游標(biāo)尺的分度值是0.02mm，所以金屬桿的直徑為4mm+10×0.02mm=4.20mm。

（3）多用電表測(cè)電阻不需要估讀。用多用電表測(cè)電阻的方法：電阻的測(cè)量值=表的示數(shù)×倍率。故圖5的讀數(shù)為22×10Ω=220Ω。

（4）電阻箱的讀數(shù)方法：將每個(gè)旋鈕上指針?biāo)傅臄?shù)值（都為整數(shù)）乘以各自的倍率，從最高位依次往下讀，即可得到電阻箱的實(shí)際阻值。故圖6的讀數(shù)為84580.2Ω。

熱點(diǎn)二：紙帶類問題（相關(guān)力學(xué)實(shí)驗(yàn)4個(gè)）

必考部分的6個(gè)力學(xué)實(shí)驗(yàn)中，研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)、驗(yàn)證牛頓第二定律、探究功與速度變化的關(guān)系（或驗(yàn)證動(dòng)能定理）、驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律均涉及打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的使用，在最后沖刺階段，可根據(jù)其共性將它們進(jìn)行整合，提高單位時(shí)間的復(fù)習(xí)效益。

打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶可進(jìn)行如下處理：

（1）求解瞬時(shí)速度：做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的物體在一段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度。

（2）用“逐差法”求加速度：如圖所示，。

（3）拓展：用光電門代替打點(diǎn)計(jì)時(shí)器來完成瞬時(shí)速度和加速度的測(cè)量。

①求瞬時(shí)速度：把遮光條（寬度為d）通過光電門的時(shí)間Δt內(nèi)的平均速度看作物體經(jīng)過光電門時(shí)的瞬時(shí)速度，即。

②求加速度：若兩個(gè)光電門之間的距離為L，則利用速度與位移的關(guān)系可求加速度，即。

【例2】某同學(xué)利用如圖甲所示裝置來研究加速度與力的關(guān)系。他將光電門1和2分別固定在長木板的A、B兩處，換用不同的重物通過細(xì)線拉同一小車（小車質(zhì)量約為200g），每次小車都從同一位置由靜止釋放。

甲 ? 乙

（1）長木板右端墊一物塊，其作用是用來 。

（2）用游標(biāo)卡尺測(cè)得遮光條的寬度為 cm。

（3）對(duì)于所掛重物的質(zhì)量，以下取值有利于減小實(shí)驗(yàn)誤差的是 。（填選項(xiàng)前字母）

A.1g ? ? ? ? ? B.5g ? ? ? ? ? C.10g ? ? ? ? ? D.40g

（4）現(xiàn)用該裝置來探究功與速度變化的關(guān)系，關(guān)閉光電門2，測(cè)出多組重物的質(zhì)量m和對(duì)應(yīng)遮光條通過光電門1的時(shí)間Δt，通過描點(diǎn)作出線性圖象，應(yīng)作出 ? 圖象。

A.Δt-m ? ? B.Δt2-m ? ? ? C. ? ? ?D.

解析：（1）長木板右端墊一物塊，調(diào)整后可以使小車的下滑分力與受到的摩擦力平衡。

（2）從游標(biāo)卡尺讀出：5mm+2×0.1mm=5.2mm= 0.52cm。

（3）應(yīng)使拉力遠(yuǎn)小于小車的重力，這時(shí)拉力才接近重物的重力，但如果選A，由于拉力太小，不容易觀察，因此不能選A，只能選B、C。

（4）實(shí)際驗(yàn)證的是，而，由于做出的圖象為直線，因此應(yīng)該作出圖象。

熱點(diǎn)三：彈簧、橡皮條類力學(xué)問題

“探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，多考查刻度尺的讀數(shù)、利用計(jì)算法求勁度系數(shù)時(shí)逐差法的應(yīng)用及圖象法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等。有時(shí)可能以彈簧的串、并聯(lián)為創(chuàng)新情境設(shè)題。

“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn)中，重點(diǎn)考查合力與分力之間的等效替代關(guān)系，彈簧測(cè)力計(jì)的使用（最小刻度為0.1N要估讀），力的圖示法作兩分力和合力的圖示，畫平行四邊形進(jìn)行驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)操作注意事項(xiàng)和誤差分析，有時(shí)結(jié)合平衡狀態(tài)考查力的平衡的相關(guān)知識(shí)。

【例3】（2015武漢2月調(diào)考）在探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系時(shí)，某同學(xué)先按圖甲對(duì)彈簧甲進(jìn)行探究，然后把彈簧甲和彈簧乙并聯(lián)起來按圖乙進(jìn)行探究。在彈性限度內(nèi)，將質(zhì)量為m=50g的鉤碼逐個(gè)掛在彈簧下端，分別測(cè)得圖甲、圖乙中彈簧的長度L1、L2如下表所示。

甲 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?乙

鉤碼個(gè)數(shù) 1 2 3 4

L1/cm 30.00 31.04 32.02 33.02

L2/cm 29.33 29.65 29.97 30.30

已知重力加速度g=9.8m/s2，要求盡可能多地利用測(cè)量數(shù)據(jù)，計(jì)算彈簧甲的勁度系數(shù)k1= N/m（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）。由表中數(shù)據(jù) （填“能”或“不能”）計(jì)算出彈簧乙的勁度系數(shù)。

解析：求單根彈簧勁度系數(shù)時(shí)，為了減小偶然誤差，可借助逐差法。k1（L13-L11）=2mg，k1（L14-L12）=2mg，再取平均值，得k1=49N/m。兩原長一樣的彈簧并聯(lián)，彈簧的形變量相同，則有k1（L23-L21）+k2（L23-L21）=2mg，可求出彈簧乙的勁度系數(shù)。

【例4】（成都七中2015屆2014年秋季入學(xué)考試）在探究求合力的方法時(shí)，先將橡皮條的一端固定在水平木板上，另一端系上兩根帶有繩套的細(xì)繩。實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要兩次拉伸橡皮條，一次是通過兩細(xì)繩用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)互成角度拉橡皮條，另一次是用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)通過細(xì)繩拉橡皮條。

（1）實(shí)驗(yàn)中兩次拉伸橡皮條，以下注意事項(xiàng)正確的是 ? ? ?。（填字母代號(hào)）

A.將橡皮條拉伸相同長度即可

B.將橡皮條沿相同方向拉到相同長度

C.將彈簧測(cè)力計(jì)都拉伸到相同刻度

D.將橡皮條和繩的結(jié)點(diǎn)拉到相同位置

（2）同學(xué)們?cè)诓僮鬟^程中有如下議論，其中對(duì)減小實(shí)驗(yàn)誤差有益的說法是 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 。（填字母代號(hào)）

A.兩細(xì)繩必須等長

B.彈簧測(cè)力計(jì)、細(xì)繩、橡皮條都應(yīng)與木板平行

C.用兩彈簧測(cè)力計(jì)同時(shí)拉細(xì)繩時(shí)兩彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)之差應(yīng)盡可能大

D.拉橡皮條的細(xì)繩要長些，標(biāo)記同一細(xì)繩方向的兩點(diǎn)要遠(yuǎn)

（3）在課外活動(dòng)小組進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)的過程中，某研究小組設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證力的平行四邊形定則，其實(shí)驗(yàn)器材為：三根相同的橡皮條、四個(gè)圖釘、一把直尺、一支鉛筆、三張白紙、平木板。其實(shí)驗(yàn)的五個(gè)主要步驟如下，請(qǐng)你補(bǔ)充該研究小組的實(shí)驗(yàn)步驟：

①將三根橡皮條的一端都拴在一個(gè)圖釘O上，另一端分別栓上圖釘A、B、C，注意此時(shí)四個(gè)圖釘均未固定在木板上。

②用刻度尺測(cè)出橡皮條的自由長度L0，注意從圖釘腳之間測(cè)起。

③將圖釘A、B適當(dāng)張開角度釘在木板上，拉第三根橡皮條，使三根橡皮條互成角度拉伸，待結(jié)點(diǎn)處的圖釘O靜止時(shí)，釘下C圖釘，記錄圖釘O的位置并記錄

。

④ ? ? ? ，分別算出它們的伸長量x1=L1-L0，x2=L2-L0，x3=L3-L0。

⑤將x1、x2、x3按一定比例圖示表示出來，以x1、x2為鄰邊作平行四邊形，求出其對(duì)角線OC′，比較OC′與OC的長度（即x3的長度）及方向，若相等，且在一條直線上，則達(dá)到目的;若OC′與OC有一微小夾角θ，則有誤差（如圖所示）。

答案：（1） BD ? ? （2）BD ? ? （3）圖釘A、B、C的位置 ? ? （4）測(cè)出此時(shí)這三根橡皮條的長度L1、L2、L3

熱點(diǎn)四：電學(xué)基本實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新類實(shí)驗(yàn)

高中電學(xué)基本實(shí)驗(yàn)可以歸結(jié)為兩條線索：第一條線索是測(cè)電阻，第二條線索是描曲線（小電珠或二極管）。常用的測(cè)電阻的方法有：伏安法、半偏法、替代法、惠斯通電橋法、多用電表法等。伏安法測(cè)電阻在復(fù)習(xí)時(shí)可以這樣整合：如果電流表或電壓表量程不夠，需要將電流計(jì)改裝成大量程的電流表和電壓表，則可設(shè)計(jì)電表改裝、改裝后的校對(duì)、誤差分析等題目;控制電路要用到滑動(dòng)變阻器，又涉及滑動(dòng)變阻器是分壓接法還是限流接法的選擇問題;伏安法測(cè)電阻時(shí)用電流表內(nèi)接法還是外接法的幾種判斷方法。

高考中的實(shí)驗(yàn)題不一定是課本中的實(shí)驗(yàn)原題，但它的基本原理和方法一定來自于課本，往往是對(duì)課本上的實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)和創(chuàng)新。考生看到這些“新題”，無從下手的原因是沒有真正理解課本中實(shí)驗(yàn)的原理。在復(fù)習(xí)中要認(rèn)真體會(huì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理、數(shù)據(jù)處理方法及誤差分析方法;要重點(diǎn)思考這些實(shí)驗(yàn)有哪些可以拓展延伸的地方，要知其然，更要知其所以然。

【例5】（2014四川）如圖是測(cè)量阻值為幾十歐的未知電阻Rx的原理圖，圖中R0是保護(hù)電阻（10Ω），R1是電阻箱（0～99.9Ω），R是滑動(dòng)變阻器，A1和A2是電流表，E是電源（電動(dòng)勢(shì)10V，內(nèi)阻很小）。在保證安全和滿足需求的情況下，使測(cè)量范圍盡可能大。實(shí)驗(yàn)具體步驟如下：

（1）連接好電路，將滑動(dòng)變阻器R調(diào)到最大;

（2）閉合S，從最大值開始調(diào)節(jié)電阻箱R1，先調(diào)R1為適當(dāng)值，再調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R，使A1示數(shù)I1=0.15 A，記下此時(shí)電阻箱的阻值R1和A2的示數(shù)I2;

（3）重復(fù)步驟（2），再測(cè)量6組R1和I2的值;

（4）將實(shí)驗(yàn)測(cè)得的7組數(shù)據(jù)在如圖所示坐標(biāo)紙上描點(diǎn)。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)回答以下問題：

①現(xiàn)有四只供選用的電流表

A.電流表（0～3mA，內(nèi)阻為2.0Ω）

B.電流表（0～3mA，內(nèi)阻未知）

C.電流表（0～0.3A，內(nèi)阻為5.0Ω）

D.電流表（0～0.3A，內(nèi)阻未知）

A1應(yīng)選用 ? ? ? ? ? ? ? ? ?，A2應(yīng)選用 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?。

②測(cè)得一組R1和I2值后，調(diào)整電阻箱R1，使其阻值變小，要使A1示數(shù)I1=0.15A，應(yīng)讓滑動(dòng)變阻器R接入電路的阻值 ? ? ? ? ? （選填“不變”“變大”或“變小”）。

③在坐標(biāo)紙上畫出R1與I2的關(guān)系圖。

④根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)得出Rx= ? ? ? ? ? ? ? ? ? Ω。

解析：本實(shí)驗(yàn)測(cè)電阻的原理不在我們總結(jié)的那幾種常規(guī)方法之列，它的原理是并聯(lián)電路兩支路電壓相等，即（Rx+RA2）I2=（R0+R1+RA1）I1，結(jié)合圖象應(yīng)該將該函數(shù)關(guān)系變形為圖象所反映的函數(shù)關(guān)系：。因?yàn)镮1為定值（I1=0.15A），R1與Rx為線性關(guān)系，要求Rx，只需要求出圖象的斜率，故RA2內(nèi)阻應(yīng)該是精確已知的，RA1內(nèi)阻不需要知道。又因?yàn)镽x的阻值為幾十歐，與R0+R1在同一數(shù)量級(jí)，A1示數(shù)為I1=0.15 A，所以電流表A1只能從C、D中選擇，A2電流值的數(shù)量級(jí)與A1相同。故A1選D，A2選C。因A1示數(shù)I1=0.15 A不變，R1變小，（R0+R1+RA1）I1變小，滑動(dòng)變阻器所分電壓變大，R應(yīng)變大。該圖線為一條直線，離線較遠(yuǎn)的一組數(shù)據(jù)為錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，應(yīng)舍去，其他點(diǎn)應(yīng)對(duì)稱分布在直線兩側(cè)。關(guān)系圖線如圖所示，解得Rx=31Ω。

【例6】（2014天津）現(xiàn)要測(cè)量一個(gè)未知電阻Rx的阻值，除Rx外可用的器材有：

多用電表（僅可使用歐姆擋）;

一個(gè)電池組E（電動(dòng)勢(shì)6V）

一個(gè)滑動(dòng)變阻器R（0～20Ω，額定電流1A）;

兩個(gè)相同的電流表G（內(nèi)阻Rg=1000Ω，滿偏電流Ig=100μA）;

兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電阻（R1=29000Ω，R2=0.1Ω）;

一個(gè)開關(guān)S、導(dǎo)線若干。

（1）為了設(shè)計(jì)電路，先用多用電表的歐姆擋粗測(cè)未知電阻，采用“×10”擋，調(diào)零后測(cè)量該電阻，發(fā)現(xiàn)指針偏轉(zhuǎn)非常大，最后幾乎緊挨滿偏刻線停下來，下列判斷和做法正確的是________（填字母代號(hào)）。

A.這個(gè)電阻阻值很小，估計(jì)只有幾歐姆

B.這個(gè)電阻阻值很大，估計(jì)有幾千歐姆

C.如需進(jìn)一步測(cè)量可換“×1”擋，調(diào)零后測(cè)量

D.如需進(jìn)一步測(cè)量可換“×1k”擋，調(diào)零后測(cè)量

（2）根據(jù)粗測(cè)的判斷，設(shè)計(jì)一個(gè)測(cè)量電路，要求測(cè)量盡量準(zhǔn)確并使電路能耗較小，畫出實(shí)驗(yàn)電路圖，并將各元件字母代碼標(biāo)在該元件的符號(hào)旁。

解析：歐姆表的零刻線在電表的滿偏刻線一側(cè)（最右側(cè)），因電表指針幾乎滿偏，可知所測(cè)電阻很小，只有幾歐，根據(jù)歐姆表原理，要更精確測(cè)量，應(yīng)換小倍率，并重新歐姆調(diào)零，故A、C正確。因?yàn)樵械膬蓚€(gè)電流表不能直接用來測(cè)量電流和電壓，但考慮到內(nèi)阻已精確知道，根據(jù)伏安法測(cè)電阻原理和電表改裝原理，可將一個(gè)電流表串聯(lián)R1后當(dāng)作電壓表測(cè)量電壓，另一個(gè)并聯(lián)R2成為大量程電流表測(cè)電流，考慮到要求能耗最小，滑動(dòng)變阻器只能用限流，電路如圖。