王春旺

物理學(xué)是一門實驗科學(xué)，物理學(xué)結(jié)論的正確與否，都需要實驗的檢驗。因此物理實驗是高考的必考內(nèi)容之一。筆者通過對2016年高考實驗試題分析，歸納出高考對物理實驗的命題具有以下六個特色：

特色一：源于考綱實驗，變形考查能力

考綱實驗是高考實驗命題依據(jù)，通過變形，可考查學(xué)生綜合運用知識的能力。

例1.（2016·全國卷Ⅰ）某同學(xué)用圖1甲所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律，其中打點計時器的電源為交流電源，可以使用的頻率有20 Hz、30 Hz和40 Hz，打出紙帶的一部分如圖1乙所示。

該同學(xué)在實驗中沒有記錄交流電的頻率f，需要用實驗數(shù)據(jù)和其他題給條件進(jìn)行推算。

（1）若從打出的紙帶可判定重物勻加速下落，利用f和圖1乙中給出的物理量可以寫出：在打點計時器打出B點時，重物下落的速度大小為__________________，打出C點時重物下落的速度大小為 _____________ ，重物下落的加速度的大小為__________________。

（2）已測得s1=8.89 cm，s2 =9.50 cm，s3=10.10 cm；當(dāng)重力加速度大小為9.80 m/s2，實驗中重物受到的平均阻力大小約為其重力的1%。由此推算出f為 Hz。

解析：（1）利用勻變速直線運動的質(zhì)點在一段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度，可得打點計時器打出B點時重物下落的速度vB==；打出C點時重物下落的速度vC==。根據(jù)加速度的定義，重物下落的加速度大小為a==（vB-vC）f=。

（2）根據(jù)題述，重物下落受到的阻力為 1% mg，由牛頓第二定律，mg-1%mg=ma，解得a=0.99 g，由=0.99 g 解得f=40 Hz。

答案：（1） ；（2）40

點評：落體法驗證機械能守恒定律源于教材。此題中紙帶數(shù)據(jù)的處理，利用勻變速直線運動的質(zhì)點在一段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度來計算，利用加速度的定義計算加速度，利用牛頓運動定律列出重物下落的方程，這些都是教材上的經(jīng)典問題，因此掌握教材內(nèi)容是正確解題、取得高分的關(guān)鍵。計算重物下落的加速度的大小也可利用=aT2計算。

預(yù)測1.（2016·合肥二模）某實驗小組要探究力對物體做功與物體獲得速度的關(guān)系，選取的實驗裝置如圖2所示。

（1）除了圖中已有的實驗器材外，還需要導(dǎo)線、開關(guān)、刻度尺和__________ （填“交流”或“直流”）電源。

（2）實驗主要步驟如下：

Ⅰ.實驗時，為使小車所受合力等于橡皮筋的拉力，在未連接橡皮筋前將木板的左端用小 木塊墊起，使木板傾斜合適的角度，啟動電源，輕推小車，得到的紙帶應(yīng)該是圖3中的 __________________（填“甲” 或“乙”）；

Ⅱ.小車在一條橡皮筋的作用下由靜止彈出，沿木板運動，此過程橡皮筋對小車做的功為W；

Ⅲ.再分別改用完全相同的2條、3條···橡皮筋作用于小車，每次釋放小車時：除由靜止釋放外，還必須__________________（填寫相應(yīng)實驗條件），使得每次每條橡皮筋對小車做的功都為W；

Ⅳ.分析打點計時器打出的紙帶，分別求出小車每次獲得的最大速度v1、v2、v3···下圖是實驗中打出的一條紙帶，為了測量小車獲得的最大速度，應(yīng)選用紙帶的 部分進(jìn)行測量；

（3）若該小組實驗時遺忘了上述步驟I操作的情況下也完成了整個實驗，那么當(dāng)小車速 度最大時，橡皮筋處于__________________（填“伸長”或“原長”） 狀態(tài)。

解析：（1）電磁打點計時器接4～6 V的交流電源，電火花打點計時器接220 V的交流電源，因此需要交流電源。

（2） 為使小車所受合力等于橡皮筋的拉力，實驗前必須平衡摩擦力，木板傾斜合適的角度，啟動電源，輕推小車，小車做勻速直線運動，得到的紙帶應(yīng)該是點跡均勻，圖乙符合條件。分別改用完全相同的2條、3條···橡皮筋作用于小車，每次釋放小車時：除由靜止釋放外，還必須每次從同一位置釋放，使得每次每條橡皮筋對小車做的功都為W。為了測量小車獲得的最大速度，應(yīng)選用紙帶的點跡間隔大的均勻部分即GK部分進(jìn)行測量；由動能定理，W=mv2，作出W-v圖象，則符合實際的圖象是D 。

（3） 若該小組實驗時遺忘了上述步驟I（即沒有平衡摩擦力）操作的情況下也完成了整個實驗，那么當(dāng)小車速度最大時，橡皮筋拉力等于摩擦力，即橡皮筋處于伸長狀態(tài)。

答案：（1）交流；（2）乙 每次從同一位置釋放 GK D；（3）伸長

特色二：探究未知領(lǐng)域，提升知識能力

未知領(lǐng)域可激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，高考實驗命題通過未知的探究，可以增加知識，提升能力。

例2.（2016·全國卷Ⅱ）某物理小組對輕彈簧的彈性勢能進(jìn)行探究，實驗裝置如圖6甲所示：輕彈簧放置在光滑水平桌面上，彈簧左端固定，右端與一物快接觸而不連接，紙帶穿過打點計時器并與物塊連接。向左推物塊使彈簧壓縮一段距離，由靜止釋放物快，通過測量和計算，可求得彈簧被壓縮后的彈性勢能。

（1）實驗中涉及下列操作步驟：

a.把紙帶向左拉直

b.松手釋放物快

c.接通打點計時器電源

d.向左推物快使彈簧壓縮，并測量彈簧壓縮量

上述步驟正確的操作順序是

（填代表步驟的序號）。

（2）圖6乙中M和L紙帶是分別把彈簧壓縮到不同位置后所得到的實際打點結(jié)果。打點計時器所用交流電的頻率為50 Hz。由M紙帶所給的數(shù)據(jù)，可求出在該紙帶對應(yīng)的實驗中物塊脫離彈簧時的速度為__________________m/s。比較兩紙帶可知 __________________ （填“M”或“L”）紙帶對應(yīng)的實驗中彈簧被壓縮后的彈性勢能大。

解析：（1）實驗中操作步驟正確的順序是：向左推物快使彈簧壓縮，并測量彈簧壓縮量；把紙帶向左拉直；接通打點計時器電源，使打點計時器開始打點；松手釋放物塊，物塊拖著紙帶運動，在紙帶上打出一系列點。

（2）物塊脫離彈簧時不受彈力作用，若不考慮摩擦力，則做勻速運動，可根據(jù)兩點之間距離為2.58 cm計算物塊脫離彈簧時的速度為v==xf=2.58×10-2×50 m/s=1.29 m/s。由于M紙帶上相鄰兩點之間的距離較大，說明物塊脫離彈簧時的速度較大，動能較大。由能量守恒定律，M紙帶對應(yīng)的實驗中彈簧被壓縮后的彈性勢能大。

答案：（1）dacb；（2）1.29 M

點評：探究輕彈簧的彈性勢能，可以得出彈性勢能公式。

預(yù)測2.某同學(xué)在科普讀物上看到：“勁度系數(shù)為k的彈簧從伸長量為x到恢復(fù)原長過程中，彈力做的功W=kx2”。他設(shè)計了如下的實驗來驗證這個結(jié)論。

A.將一彈簧的下端固定在地面上，在彈簧附近豎直地固定一刻度尺，當(dāng)彈簧在豎直方向靜止不動時其上端在刻度尺上對應(yīng)的示數(shù)為x1，如圖7甲所示。

B.用彈簧測力計拉著彈簧上端豎直向上緩慢移動，當(dāng)彈簧測力計的示數(shù)為F時，彈簧上端在刻度尺上對應(yīng)的示數(shù)為x2，如圖7乙所示。則此彈簧的勁度系數(shù)k= 。

C.把實驗桌放到彈簧附近，將一端帶有定滑輪、兩端裝有光電門的長木板放在桌面上，使滑輪正好在彈簧的正上方，用墊塊墊起長木板不帶滑輪的一端，如圖7丙所示。

D.用天平測得小車（帶有遮光條）的質(zhì)量為M，用游標(biāo)卡尺測遮光條寬度d的結(jié)果如圖7丁所示，則d= mm。

E.打開光電門的開關(guān)，讓小車從光電門的上方以一定的初速度沿木板向下運動（未連彈簧），測得小車通過光電門A和B時的遮光時間分別為Δt1和Δt2。改變墊塊的位置，重復(fù)調(diào)節(jié)，直到Δt1=Δt2時保持木板和墊塊的位置不變。

F.用細(xì)繩通過滑輪將彈簧和小車相連，將小車?yán)焦怆婇TB的上方某處，此時彈簧上端在刻度尺上對應(yīng)的示數(shù)為x3，已知（x3-x1）小于光電門A、B之間的距離，如圖7丙所示。由靜止釋放小車，測得小車通過光電門A和B時的遮光時間分別為Δt1′和Δt2′。在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，若k（x3-x1）2=__________________（用實驗中測量的符號表示），就驗證了W=kx2的結(jié)論。

解析：由胡克定律F=k（x2-x1）解得，此彈簧的勁度系數(shù)k=。

根據(jù)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)規(guī)則，遮光條寬度d=3 mm+5×0.1 mm=3.5 mm。

由動能定理可得，k（x3x1）2=Mv22，v1=，v2=，即若k（x3x1）2=M就驗證了W=kx2的結(jié)論。

答案：k= 3.5

特色三：變形考綱實驗，嫁接知識考查

近年高考命題的趨勢是對考綱實驗進(jìn)行變形，有機嫁接知識，進(jìn)行綜合考查。

例3.（2016·全國卷Ⅲ）某物理課外小組利用圖8中的裝置探究物體加速度與其所受合外力之間的關(guān)系。圖中，置于實驗臺上的長木板水平放置，其右端固定一輕滑輪：輕繩跨過滑輪，一段與放在木板上的小滑車相連，另一端可懸掛鉤碼。本實驗中可用的鉤碼共有N=5個，每個質(zhì)量均為 0.010 kg。實驗步驟如下：

（1）將5個鉤碼全部放入小車中，在長木板左下方墊上適當(dāng)厚度的小物塊，使小車（和鉤碼）可以在木板上勻速下滑。

（2）將n（依次取n=1，2，3，4，5）個鉤碼掛在輕繩右端，其余N-n個鉤碼仍留在小車內(nèi)；用手按住小車并使輕繩與木板平行。釋放小車，同時用傳感器記錄小車在時刻t相對于其起始位置的位移s，繪制s-t圖象，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后可得到相應(yīng)的加速度a。

（3）對應(yīng)于不同的n的a值見下表。n=2時的s-t圖象如圖9所示：由圖9求出此時小車的加速度（保留兩位有效數(shù)字），將結(jié)果填入下表。

（4）利用表中的數(shù)據(jù)在圖10中補齊數(shù)據(jù)點，并作出a-n圖象。從圖象可以看出：當(dāng)物體質(zhì)量一定時，物體的加速度與其所受的合外力成正比。

（5）利用a–n圖象求得小車（空載）的質(zhì)量為_______kg（保留兩位有效數(shù)字，重力加速度取g=9.8 m·s–2）。

（6）若以“保持木板水平”來代替步驟（1），下列說法正確的是 __________________（填入正確選項前的標(biāo)號）。

A.a–n圖線不再是直線

B.a–n圖線仍是直線，但該直線不過原點

C.a–n圖線仍是直線，但該直線的斜率變大

解析：（3）由于小車做初速度為零的勻加速直線運動，s=at2，將圖象上某點的坐標(biāo)值，例如（2，0.78）代入解得：a=0.39 m/s2。

（4）利用表中的數(shù)據(jù)在圖10中補齊數(shù)據(jù)點，用描點法可得如圖11甲所示圖線。

（5）根據(jù)牛頓第二定律可得nmg =，代入m=0.010 kg，n=1、2、3、4、5，以及相應(yīng)的加速度求可得小車（空載）的質(zhì)量為M=0.45 kg。

（6）若以“保持木板水平”來代替步驟（1），即不平衡摩擦力，則由牛頓運動定律，nmgf=（5m+M）a， f=[（5n）m+M]g，a=g。將m=0.010 kg，n=1、2、3、4、5，M=0.45 kg代入描點，得到的a–n圖線如圖11乙所示。

顯然a–n圖線不再過原點，但仍然是直線，直線的斜率增大，選項A錯誤BC正確。

答案：（3）0.39；（4）如圖11所示；（5）0.45；（6）BC

點評：探究物體加速度與其所受合外力之間的關(guān)系，一般采用控制變量法，即保持小車質(zhì)量不變，把細(xì)線中拉力看作合外力，利用打點計時器打出的紙帶得出加速度。此題變形為利用繪制s-t圖象計算加速度，將鉤碼和小車看作整體，其質(zhì)量不變。嫁接了位移圖象、摩擦力公式及其相關(guān)知識點，增大了難度。

預(yù)測3.（2016·全國大聯(lián)考）某學(xué)習(xí)小組探究電學(xué)元件的伏安特性曲線。

（1）甲同學(xué)要描繪一個標(biāo)有“3.6 V，1.2 W”的小燈泡的伏安特性曲線，除了導(dǎo)線和開關(guān)外，還有下列器材可供選擇：

電壓表V（量程5 V，內(nèi)阻約為5 kΩ）

直流電源E（電動勢4.5 V，內(nèi)阻不計）

電流表A1（量程350 mA，內(nèi)阻約為1 Ω）

電流表A2（量程150 mA，內(nèi)阻約為2 Ω）

滑動變阻器R1（阻值0～200 Ω）

滑動變阻器R2（阻值0～10 Ω）

實驗中電流表應(yīng)選____，滑動變阻器應(yīng)選____（填寫器材代號）；圖12的四個電路中應(yīng)選用____進(jìn)行實驗。

（2）根據(jù)所選電路圖，請在圖13中用筆畫線代替導(dǎo)線，把實驗儀器連接成完整的實驗電路。

（3）利用實驗得到了8組數(shù)據(jù)，在如圖14所示的I-U坐標(biāo)系中，通過描點連線得到了小燈泡的伏安特性曲線。將同種規(guī)格的兩個這樣的小燈泡并聯(lián)后再與R=10 Ω的定值電阻串聯(lián)，接在電動勢為8 V、內(nèi)阻不計的電源上，如圖15所示。閉合開關(guān)S后，電流表的示數(shù)為 __________________ A，兩個小燈泡的總功率為 __________________ W。

解析： “3.6 V，1.2 W”的小燈泡中正常工作電流為I==0.33A，所以選擇量程350 mA的電流表A1。描繪小燈泡的伏安特性曲線采用滑動變阻器的分壓接法，滑動變阻器應(yīng)選阻值0～10 Ω的滑動變阻器R2。由于小燈泡電阻較小，電流表采用外接，所以應(yīng)選用電路A進(jìn)行實驗。

設(shè)每個燈泡中電流為I，小燈泡兩端電壓為U，對圖15電路，由閉合電路歐姆定律，E=U+2IR，變換為I=EU，在圖14中畫出該函數(shù)圖象，兩圖象交點對應(yīng)的縱坐標(biāo)值0.3 A即為電流表的示數(shù)圖16所示，交點對應(yīng)的縱坐標(biāo)值和橫坐標(biāo)值的乘積為一個小燈泡的實際功率，P1=UI=2.1×0.3 W=0.63 W，兩個小燈泡的總功率為P=2 P1=2×0.63 W=1.26 W。

答案：（1）A1 R2 A；（2） 連接成完整的實驗電路如圖16所示；（3）0.3 1.26

特色四：遷移實驗知識，考查綜合能力

教材實驗只是介紹了物理實驗的一些方法，高考命題更多的是遷移教材實驗的思路和方法，考查綜合運用相關(guān)知識的能力。

例4.（2016·全國卷Ⅱ）某同學(xué)利用圖17甲所示電路測量量程為2.5 V的電壓表V的內(nèi)阻（內(nèi)阻為數(shù)千歐姆），可供選擇的器材有：電阻箱R（最大阻值99 999.9 Ω），滑動變阻器R1（最大阻值50 Ω），滑動變阻器R2（最大阻值5 kΩ），直流電源E（電動勢3 V）。開關(guān)1個，導(dǎo)線若干。

實驗步驟如下：

a.按電路原理圖連接線路；

b.將電阻箱阻值調(diào)節(jié)為0，將滑動變阻器的滑片移到與圖17甲中最左端所對應(yīng)的位置，閉合開關(guān)S；

c.調(diào)節(jié)滑動變阻器，使電壓表滿偏；

d.保持滑動變阻器的滑片位置不變，調(diào)節(jié)電阻箱阻值，使電壓表的示數(shù)為2.00 V，記下電阻箱的阻值。

回答下列問題：

（1）實驗中應(yīng)選擇滑動變阻器_______（填“R1”或“R2”）。

（2）根據(jù)圖17甲所示電路將圖17乙中實物圖連線。

（3）實驗步驟d中記錄的電阻箱阻值為630.0 Ω，若認(rèn)為調(diào)節(jié)電阻箱時滑動變阻器上的分壓不變，計算可得電壓表的內(nèi)阻為 __________________Ω（結(jié)果保留到個位）。

（4）如果此電壓表是由一個表頭和電阻串聯(lián)構(gòu)成的，可推斷該表頭的滿刻度電流為_____（填正確答案標(biāo)號）。

A.100 μA B.250 μA C.500 μA D.1 mA

解析：滑動變阻器采用分壓接法，實驗中應(yīng)選擇滑動變阻器阻值較小的R1。

根據(jù)題述的實驗步驟，調(diào)節(jié)滑動變阻器使電壓表滿偏，即電壓為2.5 V。保持滑動變阻器的滑片位置不變，調(diào)節(jié)電阻箱阻值，使電壓表的示數(shù)為2.00 V，記下電阻箱的阻值630.0 Ω。由串聯(lián)電路規(guī)律RV=4R，解得：電壓表的內(nèi)阻為RV=2520 Ω。設(shè)該表頭的滿刻度電流為Ig，則有IgRV=2.5 V，解得Ig=1 mA，選項D正確。

答案：（1）R1；（2）實物圖連線如圖18；（3）2520；（4）D

點評：教材上介紹了半偏法測量電流表內(nèi)阻，高考命題考查半偏法測量電壓表內(nèi)阻，原理類似，電路不同。

預(yù)測4.（2016·合肥二模）某物理興趣小組設(shè)計了如圖19中左圖所示的歐姆表電路，通過控制開關(guān)S和調(diào)節(jié)電阻箱，使歐姆表具有“×1”和“×10”兩種倍率。所用器材如下：

A.干電池：電動勢E= l.5 V，內(nèi)阻r=0.5 Ω

B.電流表 G ：滿偏電流I g = 1mA，內(nèi)阻Rg =150 Ω

C.定值電阻R1= 1200 Ω

D.電阻箱R2和R3：最大阻值都為999. 9 Ω

E.電阻箱R2：最大阻值9999 Ω

F.開關(guān)一個，紅、黑表筆各1支，導(dǎo)線若干

（1）該實驗小組按圖19中左圖正確連接好電路。當(dāng)開關(guān)S斷開時，將紅、黑表筆短接，調(diào)節(jié)電阻箱R2= __________________ ，使電流表達(dá)到滿偏，此時閉合電路的總電阻叫做歐姆表的內(nèi)阻R內(nèi)，則R內(nèi) =__________________，歐姆表的倍率是__________________（填“×1” 或“×10”）。

（2）閉合開關(guān)S

第一步：調(diào)節(jié)電阻箱R2和R3，當(dāng)R2= __________________Ω且R3=__________________Ω時，將紅、黑表筆短接，電流表再次滿偏；

第二步：在紅、黑表筆間接入電阻箱R4，調(diào)節(jié)R4，當(dāng)電流表指針指向圖19中右圖所示的位置時，對應(yīng)的歐姆表的刻度值為__________________ Ω。

解析：（1）該實驗小組按圖19正確連接好電路。當(dāng)開關(guān)S斷開時，將紅、黑表筆短接，由閉合電路歐姆定律，E=I（r+RG+R1+R2），電流表達(dá)到滿偏，即I=10-3 A時，代入解得R2=149.5 Ω，也就是說調(diào)節(jié)電阻箱R2=149.5 Ω，使電流表達(dá)到滿偏，此時閉合電路的總電阻叫做歐姆表的內(nèi)阻R內(nèi)，則R內(nèi) = r+RG+R1+R2=1500 Ω。由于開關(guān)S斷開，歐姆表內(nèi)阻較大，中值電阻較大，所以歐姆表的倍率是 “×10”。

（2）閉合開關(guān)S，將紅、黑表筆短接，由閉合電路歐姆定律，E=I（RG+R1） +[I+]（R2+r），此時歐姆表內(nèi)阻R內(nèi) =r +R2+=150 Ω，聯(lián)立解得：R2=14.5 Ω，R3=150 Ω。即調(diào)節(jié)電阻箱R2和R3，當(dāng)R2=14.5 Ω，且R3=150 Ω時，將紅、黑表筆短接，電流表再次滿偏。在紅、黑表筆間接入電阻箱R4，調(diào)節(jié)R4，當(dāng)電流表指針指向圖19右圖所示的位置即0.6 mA時，由閉合電路歐姆定律，=0.6×10-3 A，解得R4=100 Ω，即對應(yīng)的歐姆表的刻度值為100 Ω。

答案：（1）149.5 1500 ×10；（2）14.5 150 100

特色五：組合相關(guān)知識，擴(kuò)大試題覆蓋

高考理綜物理必做部分只有12個，不能全面覆蓋高中物理的必考內(nèi)容。為了擴(kuò)大考查知識的覆蓋面，每個題一般都設(shè)置成考查多個知識點，實驗試題一般也設(shè)置成與教材相關(guān)知識結(jié)合，以擴(kuò)大試題覆蓋知識點。

例5.（2016·全國卷Ⅲ）某同學(xué)用圖20所給器材進(jìn)行與安培力有關(guān)的實驗。兩根金屬導(dǎo)軌ab和a1b1固定在同一水平面內(nèi)且相互平行，足夠大的電磁鐵（未畫出）的N極位于兩導(dǎo)軌的正上方，S極位于兩導(dǎo)軌的正下方，一金屬棒置于導(dǎo)軌上且與兩導(dǎo)軌垂直。

（1）在圖中畫出連線，完成實驗電路。要求滑動變阻器以限流方式接入電路，且在開關(guān)閉合后，金屬棒沿箭頭所示的方向移動。

（2）為使金屬棒在離開導(dǎo)軌時具有更大的速度，有人提出以下建議：

A.適當(dāng)增加兩導(dǎo)軌間的距離

B.換一根更長的金屬棒

C.適當(dāng)增大金屬棒中的電流

其中正確的是__________________（填入正確選項前的標(biāo)號）。

解析：為使金屬棒在離開導(dǎo)軌時具有更大的速度，由動能定理可知，可以增大安培力和安培力作用的位移（導(dǎo)軌長度）。由安培力公式F=BIL可知，適當(dāng)增加兩導(dǎo)軌間的距離L，適當(dāng)增大金屬棒中的電流I，所以正確選項為AC。由于安培力公式中的L為通電電流部分導(dǎo)體的有效長度，而選項B中換一根更長的金屬棒，不能改變通電電流部分導(dǎo)體的有效長度，所以選項B錯誤。

答案：（1）如圖21所示；（2）AC

點評：此題將電路連接與安培力、動能定理考查組合，新穎而難度不大。

預(yù)測5. （2016·西安聯(lián)考）如圖22甲是某金屬材料制成的電阻R隨攝氏溫度t變化的圖象，圖中R0表示該電阻在0 ℃時的電阻值，已知圖線的斜率為k 。若用該電阻與電池（電動勢為E、內(nèi)阻為r）、理想電流表A、滑動變阻器R′ 串聯(lián)起來，連接成如圖22乙所示的電路。用該電阻做測溫探頭，把電流表A的電流刻度改為相應(yīng)的溫度刻度，就得到了一個簡單的“金屬電阻溫度計”。

（1）根據(jù)圖甲，溫度為t（t>0 ℃）時電阻R的大小為__________________ 。

（2）在標(biāo)識“金屬電阻溫度計”的溫度刻度時，需要弄清所測溫度和電流的對應(yīng)關(guān)系。請用E、R0、R′（滑動變阻器接入電路的阻值）、k等物理量表示待測溫度t與電流I的關(guān)系式t=__________________。

（3）如果某次測量時，指針正好指在溫度刻度的10 ℃到20 ℃的正中央，則測量值 __________________ （填“大于”“小于”或“等于”）15 ℃。

解析：（1）根據(jù)圖甲，利用點斜式，可得溫度為t（t>0）時電阻R的大小為R0+ kt。

（2）根據(jù)圖乙所示電路，利用閉合電路歐姆定律，E=I（R+r+R）=I（R0+kt+r+R），變換成待測溫度t與電流I的關(guān)系式t=[（R+r+R0）]。

（3）由于待測溫度t與電流I呈非線性關(guān)系，電流越大，溫度越低，金屬電阻溫度計的刻度非均勻，且左側(cè)溫度高，刻度密，右側(cè)溫度低疏。所以指針正好指在溫度刻度的10 ℃到20 ℃的正中央，則測量值小于15 ℃。

答案：（1）R0+kt ；（2）t =[（R+r+R0）]；（3）小于

特色六：組裝傳感器電路，突出調(diào)節(jié)與使用

研究傳感器電路，是高考考綱要求的實驗。2016全國高考首次涉及組裝由熱敏電阻控制的報警系統(tǒng)方面的內(nèi)容，突出電路設(shè)計、連接、儀器選擇、調(diào)節(jié)與使用。

例6 （2016·全國卷Ⅰ）現(xiàn)要組裝一個由熱敏電阻控制的報警系統(tǒng)，當(dāng)要求熱敏電阻的溫度達(dá)到或超過60 °C時，系統(tǒng)報警。提供的器材有：熱敏電阻，報警器（內(nèi)阻很小，流過的電流超過Ic時就會報警），電阻箱（最大阻值為999.9 Ω），直流電源（輸出電壓為U，內(nèi)阻不計），滑動變阻器R1（最大阻值為1000 Ω），滑動變阻器R2（最大阻值為2000 Ω），單刀雙擲開關(guān)一個，導(dǎo)線若干。

在室溫下對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，已知U約為 18 V，Ic約為10 mA；流過報警器的電流超過 20 mA時，報警器可能損壞；該熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小，在60 ℃時阻值為650.0 Ω。

（1）在答題卡上完成待調(diào)節(jié)的報警系統(tǒng)原理電路圖的連線。

（2）在電路中應(yīng)選用滑動變阻器________（填“R1”或“R2”）。

（3）按照下列步驟調(diào)節(jié)此報警系統(tǒng)：

電路接通前，需將電阻箱調(diào)到一定的阻值，根據(jù)實驗要求，這一阻值為______Ω；滑動變阻器的滑片應(yīng)置于 __________________ （填“a”或“b”）端附近，不能置于另一端的原因是 __________________ 。

將開關(guān)向 __________________ （填“c”或“d”）端閉合，緩慢移動滑動變阻器的滑片，直至 __________________。

（4）保持滑動變阻器滑片的位置不變，將開關(guān)向另一端閉合，報警系統(tǒng)即可正常使用。

解析：（1）根據(jù)題述，應(yīng)該采用滑動變阻器的限流接法，連接的電路如圖24所示。

（2）根據(jù)題述流過報警器的工作電流__________________10 mA時，報警器可能損壞，可知滑動變阻器的阻值為R==×103 Ω=1800 Ω ，因此在電路中應(yīng)選用滑動變阻器為最大阻值為2000 Ω的滑動變阻器R2。

（3）電路接通前，需將電阻箱調(diào)到一定的阻值，根據(jù)實驗要求，這一阻值為熱敏電阻在60 °C時阻值650.0 Ω；滑動變阻器的滑片應(yīng)置于滑動變阻器接入電路的電阻最大處，即“b”端附近，不能置于另一端的原因是：若置于a端，則導(dǎo)致閉合開關(guān)時，報警器中電流大于20 mA時，報警器可能損壞。

將開關(guān)向 “c”端閉合，緩慢移動滑動變阻器的滑片，直至報警器開始報警。

答案：（1）如圖24所示；（2）R2；（3） ① 650.0 Ω b 接通電源后流過報警器中電流大于20 mA時，報警器可能損壞 c 報警器開始報警

點評：設(shè)計電路，大于要求電壓（電流）從零開始逐漸增大的電路，必須采用滑動變阻器的分壓接法。沒有這種特殊要求的，一般設(shè)計成滑動變阻器的限流接法。

預(yù)測6.如圖25甲，將一金屬薄片垂直置于磁場B中，在薄片的兩個側(cè)面a、b間通以電流I時，另外兩側(cè)c、f間產(chǎn)生電勢差，這一現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。且滿足UM=，式中d為薄片的厚度，k為霍爾系數(shù)。

某同學(xué)通過實驗來測定該金屬的霍爾系數(shù)。已知該薄片的厚度d=0.40 mm，該同學(xué)保持磁感應(yīng)強度B=0.10 T不變，改變電流I的大小，測量相應(yīng)的UM，記錄數(shù)據(jù)如下表所示。

（1）根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖26給定坐標(biāo)系中畫出圖線；

（2）利用圖線求出該材料的霍爾系數(shù)k=__________________ ×10-3 V·m·A-1·T-1；（保留兩位有效數(shù)字）

（3）利用霍爾效應(yīng)制作的霍爾元件以及傳感器，廣泛應(yīng)用于測量和自動控制等領(lǐng)域。圖25乙是霍爾測速儀的示意圖，將非磁性圓盤固定在轉(zhuǎn)軸上，圓盤的周邊等距離地嵌裝著m個永磁體，相鄰永磁體的極性相反?；魻栐糜诒粶y圓盤的邊緣附近。當(dāng)圓盤勻速轉(zhuǎn)動時，霍爾元件輸出的電壓脈沖信號圖象如圖25丙所示。若在時間t內(nèi)，霍爾元件輸出的脈沖數(shù)目為P，則圓盤轉(zhuǎn)速N的表達(dá)式 __________________ 。

解析：利用描點法畫出UM-I圖線，根據(jù)UM=，可知UM-I圖線斜率等于 ，據(jù)此可得該材料的霍爾系數(shù)k=1.510-3 V·m·A-1·T-1。若在時間t內(nèi)，霍爾元件輸出的脈沖數(shù)目為P，由=Nt可得圓盤轉(zhuǎn)速N的表達(dá)式N=。