2020版53b课标ⅱ物理专题十四　实验与探究

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专题十四实验与探究

真题多维细目表

真题涉分

考点

基本仪器

的使用力学实验电学实验

题型难度设题情境思想方法试题结构素养要素

２０１９课标Ⅰ，２２／２３５／１０测速度和

加速度微安表改装实验中／难物块匀变速运动／

微安表改装遂差法问题递进科学推理、

证据、解释

２０１９课标Ⅱ，２２／２３５／１０测动摩擦

因数

研究硅

二极管实验中／难铁块斜面滑动／

硅二极管

逐差法／

图像法问题递进科学推理、

证据

２０１９课标Ⅲ，２２／２３５／１０测重力

加速度

电流表改装

成欧姆表实验中／难小球下落／

电流表改欧姆表逐差法问题递进科学态度

科学推理

２０１８课标Ⅰ，２２／２３５／１０游标卡尺读数／

电阻箱读数

测弹簧劲

度系数

测热敏电阻

温度特性实验中测弹簧劲度系数／

测热敏电阻温度特性图像法填空递进科学态度、

证据

２０１８课标Ⅱ，２２／２３６／９弹簧秤读数测动摩擦因数组装多用电表实验易／中多用电表／

测动摩擦因数图像法填空递进科学态度、

证据

２０１８课标Ⅲ，２２／２３６／９测人的反

应时间测电阻实验中木尺下落／

测电阻模型建构填空递进证据、

交流

２０１７课标Ⅰ，２２／２３５／１０研究小车的

直线运动

研究小灯泡

伏安特性实验中小车运动／

小灯泡实验

模型建构／

图像法填空递进证据

２０１７课标Ⅱ，２２／２３６／９

探究平均速

度、瞬时速

度和加速度

之间的关系

测电表内阻实验易／中斜面上物体运动／

测微安表内阻

图像法、

估算法／

模型建构

填空并列／

填空递进

证据、

科学态度

２０１７课标Ⅲ，２２／２３６／９

测力计读数／

练习使用

多用电表

验证力的平行

四边形定则实验易／中橡皮筋伸长／

多用电表等效法填空并列／

填空递进

证据、

科学态度

２０１６课标Ⅰ，２２／２３５／１０验证机械

能守恒设计实验实验中重物下落／

组装报警系统填空递进证据、

科学态度

２０１６课标Ⅱ，２２／２３６／９探究弹簧

弹性势能测电压表内阻实验中弹簧物块／

测电压表内阻填空递进证据

２０１６课标Ⅲ，２２／２３５／１０探究加速度

与力的关系设计实验电路实验中安培力实验／

滑车运动图像法填空递进科学态度、

证据

２０１５课标Ⅰ，２２６测速度实验易小车过凹形桥填空并列科学态度

２０１５课标Ⅰ，２３９电表改装实验难改装毫安表填空并列解释、证据

２０１５课标Ⅱ，２２６测动摩擦因数实验中物块在斜面上滑动填空并列证据

２０１５课标Ⅱ，２３９测电压表内阻实验中半偏法电路实验填空并列证据、解释

总计

卷均分１５５题／１４卷１４题／１４卷１３题／１４卷实验中

占比１４％考频常见考法

命题规律与趋势

０１考查内容

本专题以力学实验和电学实验分类进行

考查。

１．力学实验：①基本测量仪器的使用；②以

纸带或光电门为主线的探究性实验。

２．电学实验：①电表的改装和读数；②多用

电表的原理和使用；③以伏安法为代表

的电阻的几种测量方法；④以伏安法为

代表的电源电动势和内阻的测量。

０２命题趋势

１．力学实验考查形式为多知识点覆盖和组

合、定性分析和定量计算相结合，对探究

能力有较高要求。

２．电学实验以实验原理、电路设计、数据处

理和误差分析等知识能力的考查为主。

０３命题特点

从近几年高考试题来看

１．力学实验以纸带法求运动物体的速度和加

速度为依据，可以确定牛顿第二定律、动能

定理的探究和验证机械能守恒定律。

２．电学实验以电表改装、电阻测量为主线，

进行实验原理、电路设计、数据处理和误

析分析的考查。

３．数据处理中图像的思想方法尤为突出。

０４难度及赋分

１．力学实验难度适中，分值多为６分，有时

为５分。

２．电学实验难度偏难，分值多为９分，有时

为１０分

０５核心素养

本专题考查的核心素养主要是科学思维、

科学探究。

２　　　　５年高考３年模拟Ｂ版（教师用书）

对应学生用书起始页码Ｐ２１３

考点一基本仪器的使用

　　一、有效数字与误差

１．有效数字：带有一位不可靠数字的近似数字叫有效数字，

而这位不可靠数字往往是产生于测量时的估读，有效数字位数

是从数字左边第一位不为零的数字算起的，如０．０１２为两位有效

数字；有效数字与物理量的单位无关，如１０００ｍｍ与１．０００ｍ均

为四位有效数字；乘方不算有效数字，如１．００×１０２ｍ有三位有效

数字。

２．误差：测量值与真实值的差异叫误差

（１）从产生原因看：

系统误差偶然误差

来源

由于仪器本身不精密，实

验方法粗略或实验原理

不完善而产生的

由于各种偶然因素对实验者、测

量仪器、被测物理量的影响而产

生的

特点多次实验，误差总是偏大

或总是偏小

多次实验，误差有时偏大，有时偏

小，而且偏大、偏小的机会相同

减小

方法

校准仪器，改进实验方法

和设计原理多次测量求平均值

　　（２）从数据分析看：

绝对误差相对误差（又叫百分误差）

表达式测量值－真实值测量值－真实值

真实值 ×１００％

意义反映测量值偏离真实值

的大小反映实验结果的精确程度

注意对于两个测量值的评价，必须考虑相对误差，绝对误差大，其

相对误差不一定大

　　二、常见实验数据的收集方法

１．利用测量工具直接测量物理量

模块物理量测量仪器

力

学

长度刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器

时间停表、打点计时器、光电门

质量（力）天平（弹簧测力计）

电

学

电阻欧姆表

电流（电压）电流表（电压表）

　　２．常见间接测量的物理量及其测量方法

有些物理量不能由测量仪器直接测量，这时，可利用待测物

理量和可直接测量的物理量之间的关系，将待测物理量的测量

转化为可直接测量的物理量的测量。

模块待测物理量基本测量方法

力

学

速度

①利用纸带ｖｎ＝ｘｎ＋ｘｎ＋１

２Ｔ

②利用平抛运动ｖ＝ｘｇ

２ｙ

③利用光电门ｖ＝ｄ

Δｔ

加速度

①利用纸带，逐差法ａ＝Δｘ

Ｔ２

②利用单摆ｇ＝４π２Ｌ

Ｔ２

功根据Ｗ＝ΔＥｋ转化为测量ｍ、ｖ

续表

模块待测物理量基本测量方法

电

学

电阻

（精确测量）

①根据Ｒ＝Ｕ

Ｉ转化为测量Ｕ、Ｉ（伏安法）

②电阻箱（半偏、替代法）

电功率根据Ｐ＝ＵＩ转化为测量Ｕ、Ｉ

电源电动势根据Ｅ＝Ｕ＋Ｉｒ转化为测量Ｕ、Ｉ，然后联立方程求

解或运用图像处理

　　三、基本仪器的使用

１．游标卡尺和螺旋测微器的原理及读数

（１）原理

ａ．游标卡尺的种类很多，但其设计和读数原理基本相同，设

计时一般是游标尺上的ｎ条刻线的总长度与主尺上的（ｎ－１）条

刻线的总长度相等。如果游标尺上的分度值为ｘ，相应主尺上的

分度值为ｙ，则有ｎｘ＝（ｎ－１）ｙ，可得游标尺与主尺两者分度值差

ｋ＝ｙ－ｘ＝ｙ

ｎ，把ｋ＝ｙ

ｎ叫游标卡尺的精确度，简称精度。若主尺

上的分度值ｙ＝１ｍｍ，当ｎ＝１０时，其精度为０．１ｍｍ；当ｎ＝２０时，

其精度为０．０５ｍｍ；当ｎ＝５０时，其精度为０．０２ｍｍ。因此可以设

计出任意精度的游标卡尺。

ｂ．螺旋测微器的精密螺纹的螺距是０．５ｍｍ，即每旋转一周，

螺杆前进或后退０．５ｍｍ，可动刻度分成５０等份，每一份表示

０．０１ｍｍ，即可动刻度每转过一等份，螺杆前进或后退０．０１ｍｍ，从

可动刻度旋转了多少个等份，就知道长度变化了多少个０．０１ｍｍ。

（２）读数规则

ａ．游标卡尺的读数

游标尺

刻度

格数

刻度总

长度（ｍｍ）

每小格

与１毫米

差（ｍｍ）

精度

（ｍｍ）

测量结果（游标尺上第ｎ条

刻线与主尺上的某刻线对

齐时）（ｍｍ）

１０９０．１０．１主尺上读的毫米数＋０．１ｎ

２０１９０．０５０．０５主尺上读的毫米数＋０．０５ｎ

５０４９０．０２０．０２主尺上读的毫米数＋０．０２ｎ

　　ｂ．螺旋测微器的读数

测量值＝固定刻度数＋可动刻度数（含估读）×０．０１，单位为ｍｍ。

某同学测定一金属杆的长度和直径，示数如图甲、乙所示，

则该金属杆的长度和直径分别为　　　　ｃｍ和　　　　ｍｍ。

解析　刻度尺的分度值为１ｍｍ，要估读到０．１ｍｍ。

游标卡尺读数＝４ｍｍ＋１０×０．０２ｍｍ＝４．２０ｍｍ。

答案　６０．１０　４．２０

􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋

专题十四　实验与探究３　　　　

　　２．打点计时器

打

点

计

时

器

分类

→

→电磁式 →４～６Ｖ交流电

→电火花式

工作电压

→２２０Ｖ交流电

点的描述

→

→计时点 →仪器实

际打的

相邻两点时间间隔

→０．０２ｓ

→计数点 →人为

选定的

相邻两点时间间隔

→０．０２ｎｓ

工作电压

　　注：通常情况ｎ取５，故相邻两计数点的时间间隔为０．１ｓ。

３．多用电表的使用

测量前：机械调零，选挡（电流、交直流电压或欧姆挡）

测量时：

电流挡串联在电路中

电压挡并联在电路中

电流从红表笔流入，

从黑表笔流出被测电路中含电源

欧姆挡

测电阻

选挡位，进行欧姆调

零，电阻与电路断

开，换挡必须重新欧

姆调零，读数为表针

示数乘以倍率

测二极管

黑表笔接二极管正极，

红表笔接二极管负极，

示数很小，反之，示数

很大

被测电路不含电源，

即必须和电源断开

　　测量后：应将选择开关拨离欧姆挡，并旋至ＯＦＦ挡或交流电

压最高挡上。

某学生实验小组利用图（ａ）所示电路，测量多用电表内电

池的电动势和电阻“×１ｋ”挡内部电路的总电阻。使用的器材有：

图（ａ）

多用电表；

电压表：量程５Ｖ，内阻十几千欧；

滑动变阻器：最大阻值５ｋΩ；

导线若干。

回答下列问题：

（１）将多用电表挡位调到电阻“×１ｋ”挡，再将红表笔和黑表

笔　　　　，调零点。

（２）将图（ａ）中多用电表的红表笔和　　　　（填“ １” 或

“２”）端相连，黑表笔连接另一端。

（３）将滑动变阻器的滑片调到适当位置，使多用电表的示数

如图（ｂ）所示，这时电压表的示数如图（ｃ）所示。多用电表和电

压表的读数分别为　　　　ｋΩ 和　　　　Ｖ。

　　　　图（ｂ）　　　　　　　　　　　　图（ｃ）

　　（４）调节滑动变阻器的滑片，使其接入电路的阻值为零，此

时多用电表和电压表的读数分别为１２．０ｋΩ 和４．００Ｖ。从测量

数据可知，电压表的内阻为　　　　ｋΩ。

图（ｄ）

（５）多用电表电阻挡内部电路可等效为由

一个无内阻的电池、一个理想电流表和一个电阻

串联而成的电路，如图（ｄ）所示。根据前面的实

验数据计算可得，此多用电表内电池的电动势为

　　　　Ｖ，电阻“×１ｋ” 挡内部电路的总电阻为

　　　　ｋΩ。

解题指导　 ①红表笔接内置电源的负极。

②欧姆表的内阻等于中值电阻。

解析　（１）多用电表欧姆挡调零的方法是先把红、黑表笔

短接，再调节欧姆调零旋钮，使指针满偏。

（２）多用电表内部电池的正极与黑表笔相连，要保证电流从

电压表的“＋”接线柱流入“－”接线柱流出，故红表笔和“１” 端

相连。

（３）多用电表指针指向“１５”，挡位“１ｋ”，故多用电表的读数

为１５．０ｋΩ；电压表读数时要估读，读数为３．６０Ｖ。

（４）滑动变阻器接入电路的阻值为零，故多用电表的读数即

电压表内阻。

（５）由题图（ｂ）知，此时多用电表指针指向中值，故此时内

外电阻均为１５ｋΩ，此时的电压表示数为３．６０Ｖ

３．６０Ｖ＝ＲＶ

Ｒ＋ＲＶ＋ｒＥ＝ＲＶ

２ｒＥ

解得Ｅ＝９．００Ｖ

答案　（１）短接　（２）１　（３）１５．０　３．６０　（４）１２．０　

（５）９．００　１５．０

考点二力学实验

　　一、研究匀变速直线运动

实验原理

１．由纸带判断物体做匀变速运动的方法

如图所示，０、１、２、…为时间间隔相等的各计数点，ｘ１、ｘ２、

ｘ３、…为相邻两计数点间的距离，若Δｘ＝ｘ２－ｘ１＝ｘ３－ｘ２＝ｘ４－ｘ３＝Ｃ

（常量），即若两连续相等的时间间隔内的位移之差为恒量，则与

纸带相连的物体的运动为匀变速直线运动。

２．由纸带求物体运动加速度的方法

（１）用“逐差法”求加速度

即根据ｘ４－ｘ１＝ｘ５－ｘ２＝ｘ６－ｘ３＝３ａＴ２（Ｔ为相邻两计数点间的

时间间隔）求出

ａ１＝ｘ４－ｘ１

３Ｔ２、ａ２＝ｘ５－ｘ２

３Ｔ２、ａ３＝ｘ６－ｘ３

３Ｔ２，

再算出平均值

即ａ＝ｘ４＋ｘ５＋ｘ６－ｘ１－ｘ２－ｘ３

９Ｔ２

（２）用图像法求加速度

即先根据ｖｎ＝ｘｎ＋ｘｎ＋１

２Ｔ求出所选的各计数点对应的瞬时速度，

后作出ｖ－ｔ图像，图线的斜率即物体运动的加速度。

实验步骤

１．按图把一端附有滑轮的长木板平放在实验桌上，并使滑

轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，连

接好电路。

􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋

４　　　　５年高考３年模拟Ｂ版（教师用书）

２．把细绳的一端固定在小车上，跨过滑轮后在另一端挂上

适量的钩码，让纸带穿过打点计时器的限位孔后一端固定在小

车上，用手拉住小车。

３．先接通电源，后放开小车，让小车运动，这样打点计时器就在

纸带上打下一系列点，取下纸带，更换新纸带，至少重复２次。

４．选打点清晰的纸带进行研究，舍去开头比较密集的点，确

定好计数始点，每隔４个计时点取一个计数点，使时间间隔

为Ｔ＝０．１ｓ。

５．用毫米刻度尺量出各计数点之间的距离ｘ１、ｘ２、ｘ３、…、ｘｎ。

用逐差法计算加速度的值，最后求其平均值。（计算出各计数点

对应的瞬时速度，作出ｖ－ｔ图像，求得直线的斜率即小车运动的

加速度）

注意事项

１．细绳尽可能与木板平行，以确保细绳对小车的拉力不变；

２．开始释放小车时，小车应尽量靠近打点计时器；

３．小车的加速度应适当大一些，以能在纸带长约５０ｃｍ的范

围内清楚地取７～８个计数点为宜；

４．要防止钩码落地撞坏以及小车跟定滑轮相撞，应采取一

些防范措施；

５．要区别计时器打出的点与人为选取的计数点（一般把计时器

打出的５个点作为１个计数点），选取的计数点不少于６个；

６．不要分段测量各段位移，应尽可能地一次测量完毕（可先统

一量出到计数起点０之间的距离）。读数时估读到毫米的下一位。

（２０１８重庆垫江中学月考，１０）如图所示，是某同学由

打点计时器得到的表示小车运动过程的一条清晰纸带，纸带上

两相邻计数点间还有四个点没有画出，打点计时器打点的频率

ｆ＝５０Ｈｚ，其中ｘ１＝７．０５ｃｍ、ｘ２＝７．６８ｃｍ、ｘ３＝８．３３ｃｍ、ｘ４＝

８．９５ｃｍ、ｘ５＝９．６１ｃｍ、ｘ６＝１０．２６ｃｍ。

（１）表中列出了打点计时器打下Ｂ、Ｃ、Ｆ时小车的瞬时速

度，请在表中填入打点计时器打下Ｄ、Ｅ两点时小车的瞬时速度

　　　　、　　　　。（保留三位有效数字）

位置ＢＣＤＥＦ

速度（ｍ·ｓ－１）０．７３７０．８０１０．９９４

　　（２）以Ａ点为计时起点，在坐标图中画出小车的速度－时间

图线。

（３）根据你画出的小车的速度－时间图线计算出小车的加速

度ａ＝　　　　ｍ／ｓ２。（保留两位有效数字）

（４）如果当时电网中交变电流的频率是ｆ＝４９Ｈｚ，而做实验

的同学并不知道，由此引起的系统误差将使加速度的测量值比

实际值偏　　　　。（选填“大”或“小”）

解析　（１）根据平均速度等于中间时刻瞬时速度，可得：

ｖＤ＝ｘＣＥ

２Ｔ＝０．０８３３＋０．０８９５

０．２ｍ／ｓ＝０．８６４ｍ／ｓ；

ｖＥ＝ｘＤＦ

２Ｔ＝０．０８９５＋０．０９６１

０．２ｍ／ｓ＝０．９２８ｍ／ｓ。

（２）根据表格中数据，进行描点连线，ｖ－ｔ图线如图所示

（３）图线的斜率表示加速度，ａ＝１．００－０．７０

０．５－０．０４ｍ／ｓ２＝

０．６５ｍ／ｓ２。

（４）如果当时电网中交变电流的频率是ｆ＝４９Ｈｚ，根据公式

Ｔ＝１

ｆ，则实际时间变大，使加速度的测量值比实际值偏大。

答案　见解析

二、探究弹力与弹簧伸长的关系

实验原理

弹簧受力会发生形变，形变的大小与受到的外力有关。沿

着弹簧的方向拉弹簧，当形变稳定时，弹簧产生的弹力与使它发

生形变的拉力在数值上是相等的。用悬挂法测量弹簧的弹力运

用的正是弹簧的弹力与挂在弹簧下面的钩码的重力相等。弹簧

的长度可以用刻度尺直接测出，伸长量可以由拉长后的长度减

去弹簧原来的长度进行计算。数据可以由列表、图像两种办法

进行处理。

实验步骤

１．把弹簧悬吊在铁架台上，让弹簧自然下垂，在弹簧不挂钩

码时测量弹簧的原长Ｌ０。

２．将已知质量的钩码挂在弹簧的下端，在平衡时测量弹簧

的总长并计算钩码的重力，填写在记录表格里。然后改变所挂

钩码的质量，重复前面的实验过程多次。

１２３４５６７８

Ｆ／Ｎ

Ｌ／ｃｍ

ｘ／ｃｍ

　　３．根据所测数据，在已经准备好的坐标纸上描点。以力为

纵坐标，以弹簧的长度为横坐标。

４．按照图中各点的分布与走向，尝试作出一条平滑曲线（包

括直线），技巧是所描的点不一定都在曲线上。

　　５．作图得到的是如图甲所示的图像。尽管是直线，也就是

一次函数，但不够简洁，即不是刚好反映函数间的正比关系。处

理的办法是将坐标轴平移，就可以得到一个从原点出发的函数

图像（图乙）。这个平移的意义正是弹簧的长度之差，与所要考

虑的伸长多少相关。平移后将横坐标由弹簧的长度改为弹簧的

伸长量。

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摘要：

专题十四实验与探究真题多维细目表真题涉分考点基本仪器的使用力学实验电学实验题型难度设题情境思想方法试题结构素养要素２０１９课标Ⅰ，２２／２３５／１０测速度和加速度微安表改装实验中／难物块匀变速运动／微安表改装遂差法问题递进科学推理、证据、解释２０１９课标Ⅱ，２２／２３５／１０测动摩擦因数研究硅二极管实验中／难铁块斜面滑动／硅二极管逐差法／图像法问题递进科学推理、证据２０１９课标Ⅲ，２２／２３５／１０测重力加速度电流表改装成欧姆表实验中／难小球下落／电流表改欧姆表逐差法问题递进科学态度科学推理２０１８课标Ⅰ，２２／２３５／１０游标卡尺读数／电阻箱读数测弹簧劲度系数测热敏电阻温度特性实验中测弹簧劲...

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