專項四實驗探究能力高考總復習優化設計GAOKAOZONGFUXIYOUHUASHEJI2024能力概述實驗探究能力的基本要素有問題、證據、解釋、交流等。問題要素是指在日常學習和生活的某些情境中發現物理問題,并作出合理的假設。提出問題是科學探究的起點,需要學生具備敏銳的觀察力與活躍的思維,而合理的假設能夠使探究目的明確,更加有計劃性。證據要素是指能夠制定科學的探究計劃并選擇或設計出可行的實驗方案,能夠正確地進行實驗,選用合適的器材和方法收集到有效的實驗數據,并對數據進行處理。這個過程能夠體現學生的創造性、觀察力、對知識的掌握程度以及對技能的運用熟練度。

解釋要素是指能夠用圖像或公式等方法和手段對實驗收集到的數據進行處理與分析,對實驗發現的規律進行準確的描述與歸納,得出結果與結論,并能夠利用已有的物理知識對得出的結論進行合理的解釋。解釋要素體現了由實踐上升到理論的思維過程,考驗學生的信息處理能力與分析概括能力。交流要素是指能夠準確描述實驗設計、實驗過程與實驗結果,并對其進行評估與反思,提出可以改進的建議,具備與同學、老師進行有效交流、分享與合作的意愿與能力,能夠完整撰寫科學探究報告。交流要素是對學生分析概括、交流信息能力的體現。真題詳解一、力學實驗典例示范1(2021廣東卷)某興趣小組測量一緩沖裝置中彈簧的勁度系數。緩沖裝置如圖所示,固定在斜面上的透明有機玻璃管與水平面夾角為30°,彈簧固定在有機玻璃管底端。實驗過程如下:先沿管軸線方向固定一毫米刻度尺,再將單個質量為200g的鋼球(直徑略小于玻璃管內徑)逐個從管口滑進,每滑進一個鋼球,待彈簧靜止,記錄管內鋼球的個數n和彈簧上端對應的刻度尺示數Ln,數據如表所示。實驗過程中彈簧始終處于彈性限度內。采用逐差法計算彈簧壓縮量,進而計算其勁度系數。n123456Ln/cm8.0410.0312.0514.0716.1118.09(3)忽略摩擦,重力加速度g取9.80m/s2,該彈簧的勁度系數為

N/m(結果保留3位有效數字)。

6.046.05348.6【實驗探究】

基本要素探究內容問題實驗目的測量緩沖裝置中彈簧的勁度系數證據實驗原理和方法記錄管內鋼球的個數n和彈簧上端對應的刻度尺示數解釋實驗數據處理采用逐差法計算彈簧壓縮量,根據共點力平衡條件求出彈簧彈力大小,進而由胡克定律計算其勁度系數。基本要素探究內容解釋實驗數據處理(1)①利用ΔLi=Li+3-Li(i=1,2,3)計算彈簧的壓縮量實驗記錄管內鋼球的個數n和彈簧上端對應的刻度尺示數Ln,可以采用逐差法計算彈簧壓縮量,即4個鋼球壓縮后刻度尺示數L4與1個鋼球壓縮后刻度尺示數L1的差值一定等于3個鋼球產生的壓縮量,即ΔL1=L4-L1。依此類推,可以用ΔL2=L5-L2以及ΔL3=L6-L3求得放置3個球的彈簧壓縮量。ΔL3=L6-L3=(18.09-12.05)

cm=6.04

cm;②利用圖表計算彈簧壓縮量的平均值為了減小實驗誤差,采用取平均值的方法求出壓縮量,

cm=6.05

cm基本要素探究內容解釋實驗數據處理(2)因三個ΔL是相差3個鋼球的壓縮量之差,則所求平均值為管中增加3個鋼球時產生的彈簧平均壓縮量(3)根據平衡條件計算彈簧勁度系數待彈簧靜止,鋼球處于靜止,根據共點力的平衡條件有二、電學實驗典例示范2(2022全國乙卷)一同學探究阻值約為550Ω的待測電阻Rx在0~5mA范圍內的伏安特性。可用器材有電壓表V(量程為3V,內阻很大),電流表A(量程為1mA,內阻為300Ω),電源E(電動勢約為4V,內阻不計),滑動變阻器R(最大阻值可選10Ω或1.5kΩ),定值電阻R0(阻值可選75Ω或150Ω),開關S,導線若干。甲

(1)要求通過Rx的電流可在0~5mA范圍內連續可調,將圖甲所示的器材符號連線,畫出實驗電路的原理圖。答案

電路圖連接如圖所示。

(2)實驗時,圖甲中的R應選最大阻值為

(選填“10Ω”或“1.5kΩ”)的滑動變阻器,R0應選阻值為

(選填“75Ω”或“150Ω”)的定值電阻。

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

V,流過Rx的電流為

mA,此組數據得到的Rx的阻值為

Ω。(均保留3位有效數字)

乙

丙10Ω75Ω2.304.20548【實驗探究】

基本要素探究內容問題實驗目的探究待測電阻Rx在0~5

mA范圍內的伏安特性證據測量電路設計①電流表A(量程為1

mA,內阻為300

Ω)、定值電阻R0,要求通過Rx的電流可在0~5

mA范圍內連續可調,則通過Rx的最大電流為5

mA,而提供的電流表A的量程為1

mA,又因為電流表內阻已知,所以可將電流表與R0并聯擴大電流表量程。②電壓表V內阻很大,可以將電壓表視為理想電壓表,直接接在待測電阻兩端控制電路設計探究阻值約為550

Ω的待測電阻Rx的伏安特性,需要測量多組數據,所以滑動變阻器采用分壓式接法證據實驗器材選擇圖中k為滑動變阻器阻值與待測電阻的比值。滑動變阻器采用分壓式接法時,若選用阻值比待測電阻小得多的滑動變阻器,隨著滑片的移動,待測電阻兩端電壓均勻變化,對電壓的調節比較方便。本題采用滑動變阻器分壓式接法,所以在滿足安全的條件下,選擇最大阻值較小的滑動變阻器,R應選最大阻值為10

Ω的滑動變阻器。通過Rx的電流最大為5

mA,需要將電流表量程擴大為原來的5倍,根據并聯分流的規律示意圖如圖所示,并聯電路中電流之比等于電阻的反比,可知

,解得R0=75

Ω證據獲取數據①據題圖乙,

電壓表每小格表示0.1

V,向后估讀一位,示數U=2.30

V②據題圖丙,電流表每小格表示0.02

mA,本位估讀,示數0.84

mA解釋實驗數據處理電壓表示數即為待測電阻兩端電壓U=2.30

V;電流表示數0.84

mA,電流表量程擴大5倍,所以通過Rx的電流為I=4.20

mA;根據歐姆定律可知Rx=

Ω=548

Ω三、其他實驗典例示范3(2023海南卷)用激光測玻璃磚折射率的實驗中,玻璃磚與屏P平行放置,從另一側用激光筆以一定角度照射,此時在屏上的S1處有激光點,移走玻璃磚,光點移到S2處,回答下列問題:(1)請畫出激光束經玻璃磚折射后完整的光路圖;(2)已經測出AB=l1,OA=l2,S1S2=l3,則折射率n=

(用l1、l2、l3表示);

(3)若改用寬ab更小的玻璃磚做實驗,則S1S2間的距離會