第2讲 拿下实验题——压住上线分
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1．应用型实验题 【题型探秘】
所谓应用型实验，就是以熟悉和掌握实验仪器的使用方法及其在实验中的应用为目的的一类实验；或者用实验方法取得第一手资料，然后用物理概念、规律进行分析处理，并以解决实际问题为主要目的的实验．主要有：
①仪器的正确操作与使用，如打点计时器、电流表、电压表、多用电表等，在实验中能正确地使用它们是十分重要的(考核操作、观察能力)；
② 物理知识的实际应用，如科技、交通、生产、生活、体育等诸多方面都有物理实验的具体应用问题．
【应对策略】
应用型实验题解答时可从以下两方面入手：
(1)熟悉并正确使用仪器．实验仪器名目繁多，具体应用因题而异，所以，熟悉使用仪器是最基本的应用．如打点计时器的正确安装和使用，滑动变阻器在电路中起限流和分压作用的不同接法，多用电表测不同物理量的调试等，只有熟悉它们，才能正确使用它们．熟悉仪器，主要是了解仪器的结构、性能、量程、工作原理、使用方法、注意事项，如何排除故障、正确读数和调试，使用后如何保管等．
(2)理解实验原理
面对应用性实验题，一定要通过审题，迅速地理解其实验原理，这样才能将实际问题模型化，运用有关规律去研究它．
具体地说，应用型实验题的依托仍然是物理知识、实验能力等．解答时要抓住以下几点： ①明确实验应该解决什么实际问题(分清力学、电学、光学等不同实际问题)； ②明确实验原理与实际问题之间的关系(直接还是间接)；
③明确是否仅用本实验能达到解决问题的目的，即是否还要联系其它物理知识，包括数学知识； ④明确是否需要设计实验方案； ⑤明确实际问题的最终结果． 【典例精析】
【例1】 新式游标卡尺的刻度线看起来很“稀疏”，使读数显得清晰明了，便于使用者正确读取数据．通常游标卡尺的刻度有10分度、20分度和50分度三种规格；新式游标卡尺也有相应的三种，但刻度却是：19 mm等分成10份，39 mm等分成20份，99 mm等分成50份．如图1所示就是一个“39 mm等分成20份”的新式游标卡尺．
图1
1
(1)它的准确度是________mm.
(2)用它测量某物体的厚度，示数如图1所示，正确的读数是________cm.
解析 (1)游标上20格对应的长度为39 mm，即每格长为1.95 mm，游标上每格比主尺上每两小格Δx＝0.05 mm，故准确度为0.05 mm.
(2)这种游标卡尺的读数方法为：主尺读数＋游标对准刻度×Δx＝3 cm＋6×0.005 cm＝3.030 cm. 答案 (1)0.05 (2)3.030
点评 游标卡尺、螺旋测微器的使用在高考题中频繁出现．对游标卡尺的使用要特别注意以下两点： ①深刻理解它的原理：通过游标更准确地量出“0”刻度与左侧刻度之间的间距——游标对准刻度×Δx；
②读准有效数据．
【例2】 如图2所示为一简单欧姆表原理示意图，其中电流表的满偏电流Ig＝300 μA，内阻Rg＝100 Ω，可变电阻R的最大值为10 kΩ，电池的电动势E＝1.5 V，内阻r＝0.5 Ω，图中与接线柱A相连的表笔颜色应是________色．按正确使用方法测量电阻Rx的阻值时，指针指在刻度盘的正中央，则Rx＝________kΩ.若该欧姆表使用一段时间后，电池的电动势变小、内阻变大，但此表仍能调零，按正确使用方法再测上述Rx，其测量结果与原结果相比将________(填“变大”、“变小”或“不变”)
图2
解析 欧姆表的原理就是闭合电路的欧姆定律，可以作为结论的是：欧姆表正中央的刻度值等于欧姆表的内阻．
答案 红 5 变大 2．测量型实验题(一) 【题型探秘】
所谓测量型实验，就是以测量一些物理量的具体、准确数据为主要目的的一类实验．根据实验步骤按物理原理测定实验结果的具体数值．测量型实验又称测定型实验，如“测定金属的电阻率”、“测定电源电动势和内电阻”“测定玻璃的折射率”等．
【应对策略】
解决测量型实验问题的关键是明确实验仪器的使用，明确实验原理、实验方法，掌握实验的注意事项及处理实验数据的方法，会分析误差来源．
【典例精析】
【例3】 现要测量电源B的电动势E及内阻r(E约为4.5 V，r约为1.5 Ω)，已有下列器材：量程
2
为3 V的理想电压表，量程为0.5 A的电流表(具有一定内阻)，固定电阻R＝40 Ω，滑动变阻器R′，开关S，导线若干．
(1)画出实验电路原理图．图中各元件需用题目中给出的符号或字母标出．
(2)实验中，当电流表的示数为I1时，电压表的示数为U1；当电流表的示数为I2时，电压表的示数为
U2.由此可求出，E＝________，r＝________．(用I1、I2、U1、U2及R表示)
甲
解析 本题是常规伏安法测电源的电动势和内阻实验的情境变式题，本题与课本上实验的区别是电源的电动势大于理想电压表的量程，但题目中提供的器材中有一个阻值不大的固定电阻，这就很容易把该情境变式题“迁移”到学过的实验上．把固定电阻接在电源的旁边，将其等效成电源的内阻即可(如图甲所示)，再把电压表跨接在它们的两侧．显然，
乙
“内阻增大，内电压便增大”，电压表所测量的外电压相应的减小，通过定量计算，符合实验测量的要求．这样，一个新的设计性实验又回归到课本实验上了．
(1)实验原理图如图乙所示
(2)根据E＝U＋Ir，给定的电源B的电动势E及内阻r是一定的，I和U都随滑动变阻器R′的阻值的改变而改变，只要改变R′的阻值，即可测出两组I、U数据，列方程组得：E＝U1＋I1(R＋r)，E＝U2＋I2(R＋r)
解得：E＝
I1U2－I2U1U2－U1
，r＝－R.
I1－I2I1－I2
I1U2－I2U1U2－U1
－R
I1－I2I1－I2
答案 (1)如解析图乙所示 (2)
点评 本题所提供的理想电压表的量程小于被测电源的电动势，需要学生打破课本实验的思维定式，从方法上进行创新，运用所提供的器材创造性地进行实验设计．
3．测量型实验题电阻的测量(二) 【题型探秘】
实验题作为考查实验能力的有效途径和重要手段，在高考试题中一直占有相当大的比重，而电学实验因其实验理论、步骤的完整性及与大学物理实验结合的紧密性，成了高考实验考查的重中之重，测量电阻成为高考考查的焦点．伏安法测电阻是测量电阻最基本的方法，常涉及电流表内、外接法的选择与滑动变阻器限流、分压式的选择，前者是考虑减小系统误差，后者是考虑电路的安全及保证可读取的数据．另外，考题还常设置障碍让考生去克服，如没有电压表或没有电流表等，这就要求考生根据实验要求及提供的仪
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器，发挥思维迁移，将已学过的电学知识和实验方法灵活地运用到新情境中去．这样，就有效地考查了考生设计和完成实验的能力．
【应对策略】
明确伏安法测电阻的基本原理 (1)基本原理
伏安法测电阻的基本原理是欧姆定律R＝，只要测出元件两端的电压和通过的电流，即可由欧姆定律计算出该元件的阻值．
(2)测量电路的系统误差
①当Rx远大于RA或临界阻值RARV
图3
②当Rx远小于RV或临界阻值 RARV>Rx时，采用电流表外接(如图4所示)．采用电流表外接时，系统误差使得电阻的测量值小于真实值，即R测 UI 图4 (3)控制电路的安全及偶然误差 根据电路中各元件的安全要求及电压调节的范围不同，滑动变阻器有限流接法与分压接法两种选择． ①滑动变阻器限流接法(如图5所示)．一般情况或没有特别说明的情况下，由于限流电路能耗较小，结构连接简单，应优先考虑限流连接方式．限流接法适合测量小电阻和与变阻器总电阻相比差不多或还小的电阻． 图5 ②滑动变阻器分压接法(如图6所示)．当采用限流电路，电路中的最小电流仍超过用电器的额定电流时，必须选用滑动变阻器的分压连接方式；当用电器的电阻远大于滑动变阻器的总电阻值，且实验要求的电压变化范围较大(或要求测量多组实验数据)时，必须选用滑动变阻器的分压接法；要求某部分电路的电压从零开始可连续变化时，必须选用滑动变阻器的分压连接方式． 图6 4 (4)常见的测量电阻的方法： 名称 伏安法 伏安法消除系统误差 电路 测量原理 URx＝ IU2U1Rx＝－ I2I1电源输出电压不变，将S合到2，调节R1，等效替代法 使电表的示数与S合到1时的示数相等，则 Rx＝R1 闭合S，调节R1，同时记录电表的示数，在忽略电源内阻法 忽略电源内阻的情况下，可由闭合电路的欧 活用电表法 并联分流法 串联分压法 姆定律求出Rx 内阻已知时，RV1＝RV2 内阻已知时，RA1＝RA2 闭合S1，断开S2调节R1使表满偏；闭合S2， U1U2I2I1 半偏法 只调节R2，使表半偏(R1?RV)，则RG＝R2 调节R2＝0，闭合S，调节R1使表满偏；只 欧姆表法 【典例精析】 调节R2使表半偏(R1?RV)，则RV＝R2 电路略，注意：①要在指针靠近中央时读数；②换挡要调零；③欧姆表刻度左密右疏 【例4】 从下表中选出适当的实验器材，设计一电路来测量电流表的内阻r1.要求方法简捷，有尽可能高的测量精度，并能测得多组数据. 器材代号 电流表 电流表 电压表 电阻R1 滑动变阻器R2 电池E 开关S 导线若干 (1)画出电路图，标明所用器材的代号． (2)若选测量数据中的一组来计算r1，则所用的表达式r1＝________，式中各符号的意义是： 5 规格 量程为100 mA，内阻r1待测(约4 Ω) 量程为500 μA，内阻r2＝750 Ω 量程为10 V，内阻r3＝10 kΩ 阻值约100 Ω，作保护电阻用 总阻值约50 Ω 电动势为1.5 V，内阻很小