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        “八字箴言”破解高考實(shí)驗(yàn)題
        ——例析2018年全國卷實(shí)驗(yàn)題

        2018-12-07 05:46:18河北楊高軒趙哲豐
        教學(xué)考試(高考物理) 2018年5期
        關(guān)鍵詞:滑片示數(shù)電壓表

        河北 楊高軒 趙哲豐

        隨著新課程改革的不斷深化,物理實(shí)驗(yàn)題越來越注重考生的學(xué)習(xí)能力、動(dòng)手能力及創(chuàng)新意識(shí),體現(xiàn)物理學(xué)科素養(yǎng)。物理實(shí)驗(yàn)題靈活多變,有利于考查學(xué)生的綜合分析能力,但物理實(shí)驗(yàn)題的得分率一直不夠理想,成為考生提高成績的瓶頸。本文以2018年全國高考題為例尋求破解高考實(shí)驗(yàn)題的思路與方法,即“細(xì)讀、通讀、聯(lián)想、關(guān)注”,稱之為“八字箴言”。

        一、細(xì)讀首句,明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h2>

        實(shí)驗(yàn)?zāi)康臑閷?shí)驗(yàn)活動(dòng)指明方向,實(shí)驗(yàn)儀器的選取、實(shí)驗(yàn)原理的確立、實(shí)驗(yàn)步驟的制定以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲取與處理等都是圍繞實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼归_的。做實(shí)驗(yàn)題時(shí)要重視題目的第一句話,明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

        【例1】(2018·全國Ⅱ卷·23題)某同學(xué)用圖1甲所示的裝置測量木塊與木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)??邕^光滑定滑輪的細(xì)線兩端分別與木塊和彈簧秤相連,滑輪和木塊之間的細(xì)線保持水平,在木塊上方放置砝碼,緩慢向左拉動(dòng)水平放置的木板,當(dāng)木塊和砝碼相對桌面靜止且木板仍在繼續(xù)滑動(dòng)時(shí),彈簧秤的示數(shù)即為木塊受到的滑動(dòng)摩擦力的大小。某次實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)如下表所示,其中f4的值可從圖1乙中彈簧秤的示數(shù)讀出。

        砝碼的質(zhì)量m/kg0.050.100.150.200.25滑動(dòng)摩擦力f/N2.152.362.55f42.93

        回答下列問題:

        (1)f4=________N;

        (2)在圖2的坐標(biāo)紙上補(bǔ)齊未畫出的數(shù)據(jù)點(diǎn)并繪出f-m圖線;

        (3)f與m、木塊質(zhì)量M、木板和木塊之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ及重力加速度大小g之間的關(guān)系式f=________,f-m圖線(直線)的斜率的表達(dá)式k=________;

        (4)取g=9.80 m/s2,由繪出的f-m圖線求得μ= (保留2位有效數(shù)字)。

        【試題分析】本實(shí)驗(yàn)的目的是“測量木塊與木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)”,其實(shí)驗(yàn)原理是“物體的平衡”,即緩慢向左拉動(dòng)水平放置的木板,當(dāng)木塊和砝碼相對桌面靜止且木板仍在繼續(xù)滑動(dòng)時(shí),細(xì)線對木塊的拉力與木塊受到的滑動(dòng)摩擦力平衡,所以彈簧秤的示數(shù)與木塊受到的滑動(dòng)摩擦力的大小相等。根據(jù)滑動(dòng)摩擦力的定義知f=μFN=μ(m+M)g,變形得f=μgm+μMg,所以f-m圖線的斜率k=μg,進(jìn)而可求得木塊與木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù),完成實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

        【答案】(1)2.75 (2)f-m圖線如圖3所示

        (3)μ(m+M)g,μg(4)0.40

        二、通讀全題,聯(lián)系上下文

        一道實(shí)驗(yàn)題是一個(gè)整體,有時(shí)從實(shí)驗(yàn)器材獲得關(guān)于實(shí)驗(yàn)原理的提示,有時(shí)可通過實(shí)驗(yàn)步驟或?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)處理的方法尋找實(shí)驗(yàn)原理的蛛絲馬跡。做實(shí)驗(yàn)題時(shí),通讀全題,聯(lián)系上下文,可以有效幫助我們明確實(shí)驗(yàn)原理。

        【例2】(2018·全國Ⅲ卷·23題)一課外實(shí)驗(yàn)小組用如圖所示的電路測量某待測電阻Rx的阻值,圖中R0為標(biāo)準(zhǔn)定值電阻(R0=20.0 Ω);可視為理想電壓表;S1為單刀開關(guān),S2為單刀雙擲開關(guān);E為電源;R為滑動(dòng)變阻器。采用如下步驟完成實(shí)驗(yàn):

        (1)按照實(shí)驗(yàn)原理線路圖4甲,將圖4乙中實(shí)物連線;

        圖4

        (2)將滑動(dòng)變阻器滑片置于適當(dāng)?shù)奈恢?,閉合S1;

        (3)將開關(guān)S2擲于1端,改變滑動(dòng)變阻器滑片的位置,記下此時(shí)電壓表的示數(shù)U1;然后將S2擲于2端,記下此時(shí)電壓表的示數(shù)U2;

        (4)待測電阻阻值的表達(dá)式Rx=________(用R0、U1、U2表示);

        (5)重復(fù)步驟(3),得到如下數(shù)據(jù):

        12345U1/V0.250.300.360.400.44U2/V0.861.031.221.361.49U2U13.443.433.393.403.39

        【試題分析】本實(shí)驗(yàn)的目的是測量某待測電阻Rx的阻值,其實(shí)驗(yàn)原理比較隱晦,需要通讀全題,從實(shí)驗(yàn)步驟中尋找。

        【答案】(1)如圖5所示

        三、聯(lián)想教材實(shí)驗(yàn)或做過的有關(guān)實(shí)驗(yàn)題

        最基本的就是最有用的,高考實(shí)驗(yàn)題的原理均來自于教材的基本知識(shí),當(dāng)思維受阻時(shí),可以聯(lián)想教材實(shí)驗(yàn)或做過的有關(guān)實(shí)驗(yàn)題,可以起到“柳暗花明”的效果。

        【例3】(2018·全國Ⅰ卷·23題)某實(shí)驗(yàn)小組利用如圖6所示的電路探究在25℃~80℃范圍內(nèi)某熱敏電阻的溫度特性,所用器材有:置于溫控室(圖中虛線區(qū)域)中的熱敏電阻RT,其標(biāo)稱值(25℃時(shí)的阻值)為900.0 Ω;電源E(6 V,內(nèi)阻可忽略);電壓表(量程150 mV);定值電阻R0(阻值20.0 Ω);滑動(dòng)變阻器R1(最大阻值為1 000 Ω);電阻箱R2(阻值范圍0~999.9 Ω);單刀開關(guān)S1,單刀雙擲開關(guān)S2。

        實(shí)驗(yàn)時(shí),先按圖6連接好電路,再將溫控室的溫度t升至80.0℃,將S2與1端接通,閉合S1,調(diào)節(jié)R1的滑片位置,使電壓表讀數(shù)為某一值U0;保持R1的滑片位置不變,將R2置于最大值,將S2與2端接通,調(diào)節(jié)R2,使電壓表讀數(shù)仍為U0;斷開S1,記下此時(shí)R2的讀數(shù)。逐步降低溫控室的溫度t,得到相應(yīng)溫度下R2的阻值,直至溫度降到25.0℃,實(shí)驗(yàn)得到的R2-t數(shù)據(jù)見下表。

        t/℃25.030.040.050.060.070.080.0R2/Ω900.0680.0500.0390.0320.0270.0240.0

        回答下列問題:

        (1)在閉合S1前,圖6中R1的滑片應(yīng)移動(dòng)到________(填“a”或“b”)端;

        (2)在圖7的坐標(biāo)紙上補(bǔ)齊數(shù)據(jù)表中所給數(shù)據(jù)點(diǎn),并做出R2-t曲線;

        (3)由圖7可得到RT,在25℃~80℃范圍內(nèi)的溫度特性,當(dāng)t=44.0℃時(shí),可得RT=________Ω;

        (4)將RT握于手心,手心溫度下R2的相應(yīng)讀數(shù)如圖8所示,該讀數(shù)為________Ω,則手心溫度為________℃。

        【試題分析】本實(shí)驗(yàn)的目的是“探究在25~80℃范圍內(nèi)某熱敏電阻的溫度特性”,意在考查“研究小燈泡的伏安特性實(shí)驗(yàn)”,考查學(xué)生對小燈泡伏安特性曲線的理解和靈活運(yùn)用,解決實(shí)際問題的能力。求解本題時(shí)可聯(lián)想教材上的實(shí)驗(yàn)——“研究小燈泡的伏安特性實(shí)驗(yàn)”和與“等效替代法測電阻”有關(guān)的題目。

        (1)圖6的電路滑動(dòng)變阻器采用限流接法,在閉合S1前,R1應(yīng)該調(diào)節(jié)到使接入電路部分的電阻值最大,從而使電路中電流最小,即圖6中的R1的滑片應(yīng)移到b端。

        (2)將t=60℃和t=70℃對應(yīng)的兩組數(shù)據(jù)畫在坐標(biāo)圖上,然后用平滑曲線將盡可能多的數(shù)據(jù)點(diǎn)連接起來,畫出R2-t圖象。

        (3)根據(jù)題述實(shí)驗(yàn)過程可知,測量的R2數(shù)據(jù)等于對應(yīng)的熱敏電阻RT的電阻值。由畫出的R2-t圖象可知,當(dāng)t=44.0℃時(shí)R2電阻為450.0 Ω,對應(yīng)的RT=460 Ω。

        (4)由畫出的R2-t圖象可知,當(dāng)RT=620.0 Ω,則手心溫度t=33.0℃。

        【答案】(1)b(2)R2-t曲線如圖9所示

        (3)450 (4)620.0 (5)33.0

        四、關(guān)注細(xì)節(jié),減少失誤

        實(shí)驗(yàn)題一般是以填空的形式出題,任何疏忽都可能導(dǎo)致失分,所以做實(shí)驗(yàn)題還要關(guān)注細(xì)節(jié),比如括號(hào)內(nèi)的附加要求和條件,它往往對計(jì)算結(jié)果提出要求、提示重力加速度g取值等。

        【例4】(2018·全國Ⅰ卷·22題)如圖10,一彈簧上端固定在支架頂端,下端懸掛一托盤:一標(biāo)尺由游標(biāo)和主尺構(gòu)成,主尺豎直固定在彈簧左邊;托盤上方固定有一能與游標(biāo)刻度線準(zhǔn)確對齊的裝置,簡化為圖中的指針。現(xiàn)要測量圖10中彈簧的勁度系數(shù),當(dāng)托盤內(nèi)沒有砝碼時(shí),移動(dòng)游標(biāo),使其零刻度線對準(zhǔn)指針,此時(shí)標(biāo)尺讀數(shù)為1.950 cm;當(dāng)托盤內(nèi)放有質(zhì)量為0.100 kg的砝碼時(shí),移動(dòng)游標(biāo),再次使其零刻度線對準(zhǔn)指針,標(biāo)尺示數(shù)如圖11所示,其讀數(shù)為________cm。當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣却笮?.80 m/s2,此彈簧的勁度系數(shù)為________N/m(保留3位有效數(shù)字)。

        【試題分析】本實(shí)驗(yàn)的目的是“探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系”,其實(shí)驗(yàn)原理是胡克定律。做本題時(shí)要關(guān)注三個(gè)細(xì)節(jié):①彈簧的形變量是用游標(biāo)卡尺測量的,需掌握游標(biāo)卡尺的讀數(shù)規(guī)則;②括號(hào)內(nèi)的附加條件:保留3位有效數(shù)字;③當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣却笮?.80 m/s2,不是我們經(jīng)常用來計(jì)算的10.00 m/s2。

        游標(biāo)卡尺為20分度,精度為0.05 mm,由圖11可知游標(biāo)尺的第15條刻度線與主尺刻度線對齊,根據(jù)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)規(guī)則,游標(biāo)卡尺讀數(shù)為3.7 cm+15×0.05 mm=3.7 cm+0.075 cm=3.775 cm。

        【答案】(1)3.775 (2)53.7

        實(shí)驗(yàn)原理是實(shí)驗(yàn)題的核心,掌握實(shí)驗(yàn)原理是求解實(shí)驗(yàn)題的關(guān)鍵,“細(xì)讀、通讀、聯(lián)想”的最終目的是尋找實(shí)驗(yàn)原理?!鞍俗煮鹧浴辈皇仟?dú)立的,而是一個(gè)整體,總體來講,“八字箴言”就是:細(xì)讀第一句話明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?,通讀全題找聯(lián)系,聯(lián)想教材實(shí)驗(yàn)與做過的實(shí)驗(yàn)題,關(guān)注細(xì)節(jié)減少失誤,依據(jù)實(shí)驗(yàn)原理做題是關(guān)鍵。

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