高考總復(fù)習(xí)優(yōu)化設(shè)計(jì)二輪用書物理(新高考)專項(xiàng)四實(shí)驗(yàn)探究能力

專項(xiàng)四實(shí)驗(yàn)探究能力高考總復(fù)習(xí)優(yōu)化設(shè)計(jì)GAOKAOZONGFUXIYOUHUASHEJI2024能力概述實(shí)驗(yàn)探究能力的基本要素有問(wèn)題、證據(jù)、解釋、交流等。問(wèn)題要素是指在日常學(xué)習(xí)和生活的某些情境中發(fā)現(xiàn)物理問(wèn)題,并作出合理的假設(shè)。提出問(wèn)題是科學(xué)探究的起點(diǎn),需要學(xué)生具備敏銳的觀察力與活躍的思維,而合理的假設(shè)能夠使探究目的明確,更加有計(jì)劃性。證據(jù)要素是指能夠制定科學(xué)的探究計(jì)劃并選擇或設(shè)計(jì)出可行的實(shí)驗(yàn)方案,能夠正確地進(jìn)行實(shí)驗(yàn),選用合適的器材和方法收集到有效的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。這個(gè)過(guò)程能夠體現(xiàn)學(xué)生的創(chuàng)造性、觀察力、對(duì)知識(shí)的掌握程度以及對(duì)技能的運(yùn)用熟練度。

解釋要素是指能夠用圖像或公式等方法和手段對(duì)實(shí)驗(yàn)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析,對(duì)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的規(guī)律進(jìn)行準(zhǔn)確的描述與歸納,得出結(jié)果與結(jié)論,并能夠利用已有的物理知識(shí)對(duì)得出的結(jié)論進(jìn)行合理的解釋。解釋要素體現(xiàn)了由實(shí)踐上升到理論的思維過(guò)程,考驗(yàn)學(xué)生的信息處理能力與分析概括能力。交流要素是指能夠準(zhǔn)確描述實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)過(guò)程與實(shí)驗(yàn)結(jié)果,并對(duì)其進(jìn)行評(píng)估與反思,提出可以改進(jìn)的建議,具備與同學(xué)、老師進(jìn)行有效交流、分享與合作的意愿與能力,能夠完整撰寫科學(xué)探究報(bào)告。交流要素是對(duì)學(xué)生分析概括、交流信息能力的體現(xiàn)。真題詳解一、力學(xué)實(shí)驗(yàn)典例示范1(2021廣東卷)某興趣小組測(cè)量一緩沖裝置中彈簧的勁度系數(shù)。緩沖裝置如圖所示,固定在斜面上的透明有機(jī)玻璃管與水平面夾角為30°,彈簧固定在有機(jī)玻璃管底端。實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下:先沿管軸線方向固定一毫米刻度尺,再將單個(gè)質(zhì)量為200g的鋼球(直徑略小于玻璃管內(nèi)徑)逐個(gè)從管口滑進(jìn),每滑進(jìn)一個(gè)鋼球,待彈簧靜止,記錄管內(nèi)鋼球的個(gè)數(shù)n和彈簧上端對(duì)應(yīng)的刻度尺示數(shù)Ln,數(shù)據(jù)如表所示。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中彈簧始終處于彈性限度內(nèi)。采用逐差法計(jì)算彈簧壓縮量,進(jìn)而計(jì)算其勁度系數(shù)。n123456Ln/cm8.0410.0312.0514.0716.1118.09(3)忽略摩擦,重力加速度g取9.80m/s2,該彈簧的勁度系數(shù)為

N/m(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。

6.046.05348.6【實(shí)驗(yàn)探究】

基本要素探究?jī)?nèi)容問(wèn)題實(shí)驗(yàn)?zāi)康臏y(cè)量緩沖裝置中彈簧的勁度系數(shù)證據(jù)實(shí)驗(yàn)原理和方法記錄管內(nèi)鋼球的個(gè)數(shù)n和彈簧上端對(duì)應(yīng)的刻度尺示數(shù)解釋實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理采用逐差法計(jì)算彈簧壓縮量,根據(jù)共點(diǎn)力平衡條件求出彈簧彈力大小,進(jìn)而由胡克定律計(jì)算其勁度系數(shù)?；疽靥骄?jī)?nèi)容解釋實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理(1)①利用ΔLi=Li+3-Li(i=1,2,3)計(jì)算彈簧的壓縮量實(shí)驗(yàn)記錄管內(nèi)鋼球的個(gè)數(shù)n和彈簧上端對(duì)應(yīng)的刻度尺示數(shù)Ln,可以采用逐差法計(jì)算彈簧壓縮量,即4個(gè)鋼球壓縮后刻度尺示數(shù)L4與1個(gè)鋼球壓縮后刻度尺示數(shù)L1的差值一定等于3個(gè)鋼球產(chǎn)生的壓縮量,即ΔL1=L4-L1。依此類推,可以用ΔL2=L5-L2以及ΔL3=L6-L3求得放置3個(gè)球的彈簧壓縮量。ΔL3=L6-L3=(18.09-12.05)

cm=6.04

cm;②利用圖表計(jì)算彈簧壓縮量的平均值為了減小實(shí)驗(yàn)誤差,采用取平均值的方法求出壓縮量,

cm=6.05

cm基本要素探究?jī)?nèi)容解釋實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理(2)因三個(gè)ΔL是相差3個(gè)鋼球的壓縮量之差,則所求平均值為管中增加3個(gè)鋼球時(shí)產(chǎn)生的彈簧平均壓縮量(3)根據(jù)平衡條件計(jì)算彈簧勁度系數(shù)待彈簧靜止,鋼球處于靜止,根據(jù)共點(diǎn)力的平衡條件有二、電學(xué)實(shí)驗(yàn)典例示范2(2022全國(guó)乙卷)一同學(xué)探究阻值約為550Ω的待測(cè)電阻Rx在0~5mA范圍內(nèi)的伏安特性?？捎闷鞑挠须妷罕鞻(量程為3V,內(nèi)阻很大),電流表A(量程為1mA,內(nèi)阻為300Ω),電源E(電動(dòng)勢(shì)約為4V,內(nèi)阻不計(jì)),滑動(dòng)變阻器R(最大阻值可選10Ω或1.5kΩ),定值電阻R0(阻值可選75Ω或150Ω),開(kāi)關(guān)S,導(dǎo)線若干。甲

(1)要求通過(guò)Rx的電流可在0~5mA范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào),將圖甲所示的器材符號(hào)連線,畫出實(shí)驗(yàn)電路的原理圖。答案

電路圖連接如圖所示。

(2)實(shí)驗(yàn)時(shí),圖甲中的R應(yīng)選最大阻值為

(選填“10Ω”或“1.5kΩ”)的滑動(dòng)變阻器,R0應(yīng)選阻值為

(選填“75Ω”或“150Ω”)的定值電阻。

(3)測(cè)量多組數(shù)據(jù)可得Rx的伏安特性曲線。若在某次測(cè)量中,電壓表、電流表的示數(shù)分別如圖乙和圖丙所示,則此時(shí)Rx兩端的電壓為

V,流過(guò)Rx的電流為

mA,此組數(shù)據(jù)得到的Rx的阻值為

Ω。(均保留3位有效數(shù)字)

乙

丙10Ω75Ω2.304.20548【實(shí)驗(yàn)探究】

基本要素探究?jī)?nèi)容問(wèn)題實(shí)驗(yàn)?zāi)康奶骄看郎y(cè)電阻Rx在0~5

mA范圍內(nèi)的伏安特性證據(jù)測(cè)量電路設(shè)計(jì)①電流表A(量程為1

mA,內(nèi)阻為300

Ω)、定值電阻R0,要求通過(guò)Rx的電流可在0~5

mA范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào),則通過(guò)Rx的最大電流為5

mA,而提供的電流表A的量程為1

mA,又因?yàn)殡娏鞅韮?nèi)阻已知,所以可將電流表與R0并聯(lián)擴(kuò)大電流表量程。②電壓表V內(nèi)阻很大,可以將電壓表視為理想電壓表,直接接在待測(cè)電阻兩端控制電路設(shè)計(jì)探究阻值約為550

Ω的待測(cè)電阻Rx的伏安特性,需要測(cè)量多組數(shù)據(jù),所以滑動(dòng)變阻器采用分壓式接法證據(jù)實(shí)驗(yàn)器材選擇圖中k為滑動(dòng)變阻器阻值與待測(cè)電阻的比值。滑動(dòng)變阻器采用分壓式接法時(shí),若選用阻值比待測(cè)電阻小得多的滑動(dòng)變阻器,隨著滑片的移動(dòng),待測(cè)電阻兩端電壓均勻變化,對(duì)電壓的調(diào)節(jié)比較方便。本題采用滑動(dòng)變阻器分壓式接法,所以在滿足安全的條件下,選擇最大阻值較小的滑動(dòng)變阻器,R應(yīng)選最大阻值為10

Ω的滑動(dòng)變阻器。通過(guò)Rx的電流最大為5

mA,需要將電流表量程擴(kuò)大為原來(lái)的5倍,根據(jù)并聯(lián)分流的規(guī)律示意圖如圖所示,并聯(lián)電路中電流之比等于電阻的反比,可知

,解得R0=75

Ω證據(jù)獲取數(shù)據(jù)①據(jù)題圖乙,

電壓表每小格表示0.1

V,向后估讀一位,示數(shù)U=2.30

V②據(jù)題圖丙,電流表每小格表示0.02

mA,本位估讀,示數(shù)0.84

mA解釋實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理電壓表示數(shù)即為待測(cè)電阻兩端電壓U=2.30

V;電流表示數(shù)0.84

mA,電流表量程擴(kuò)大5倍,所以通過(guò)Rx的電流為I=4.20

mA;根據(jù)歐姆定律可知Rx=

Ω=548

Ω三、其他實(shí)驗(yàn)典例示范3(2023海南卷)用激光測(cè)玻璃磚折射率的實(shí)驗(yàn)中,玻璃磚與屏P平行放置,從另一側(cè)用激光筆以一定角度照射,此時(shí)在屏上的S1處有激光點(diǎn),移走玻璃磚,光點(diǎn)移到S2處,回答下列問(wèn)題:(1)請(qǐng)畫出激光束經(jīng)玻璃磚折射后完整的光路圖;(2)已經(jīng)測(cè)出AB=l1,OA=l2,S1S2=l3,則折射率n=

(用l1、l2、l3表示);

(3)若改用寬ab更小的玻璃磚做實(shí)驗(yàn),則S1S2間的距離會(huì)