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解析2006大學聯考理綜物理實驗題

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解析2006大學聯考理綜物理實驗題

 
  2006全國大學聯考理綜第22題均為物理實驗題,分析理綜全國卷I、全國卷II、全國卷III中的物理實驗題,均突出考查了學生的科學實驗素養,考查了學生對物理實驗原理、實驗方法的遷移創新能力。下面結合三份全國大學聯考理綜物理實驗題,談談在物理教學中如何重視培養學生對基本實驗的操作能力,如何培養學生設計實驗的能力。
 
  1、全國大學聯考理綜物理實驗題所考查的知識  2006年大學聯考理綜全國卷Ⅰ(浙江卷)、全國卷Ⅱ(黑龍江)、全國卷Ⅲ(四川卷)的物理實驗題均為第22題,且均為兩個小題,所考查的知識點列表如下:
 
試題 考查的內容 分值 涉及的知識與能力
全國卷Ⅰ(浙江卷) 第1小題 研究雙縫干涉現象 5分 基本的操作能力
 第2小題 設計實驗測量電壓表的內阻 12分 並聯電路的分流原理,伏安法測電錶的內阻
全國卷Ⅱ(黑龍江) 第1小題 選擇測量小燈泡伏安特性曲線的電路 6分 滑動變阻器的分壓式接法,安培表內外接法的選擇
 第2小題 設計並表述測量玻璃磚折射率的實驗過程 11分 用文字表述基本實驗的操作過程
全國卷Ⅲ(四川卷) 第1小題 設計測定重力加速度的方法 12分 設計不同的方法測定重力加速度
 第2小題 測金屬的電阻率實驗中的讀數及直徑的測量方法 5分 基本讀數與累積法測量金屬絲的直徑


 
  由上表可知,三份大學聯考理綜物理實驗題中均有一小題考查了學生的基本操作與基本儀器的讀數問題,而另一小題則突出考查了學生設計並表述實驗過程的能力。如設計實驗測量電壓表的內阻,設計並表述測量玻璃磚折射率的實驗過程,設計測定重力加速度的多種方法,這些實驗能夠很好地考查學生運用物理原理設計實驗的創新能力,具有較強的選拔功能。
 
2、賞析2006大學聯考理綜物理電學實驗題  [全國卷I](浙江、河北、河南、山西、海南)  (1)利用圖1中裝置研究雙縫干涉現象時,有下面幾種說法:

A.將屏移近雙縫,干涉條紋間距變窄  B.將濾光片由藍色的換成紅色的,干涉條紋間距變寬  C.將單縫向雙縫移動一小段距離後,干涉條紋間距變寬  D.換一個兩縫之間距離較大的雙縫,干涉條紋間距變窄  E.去掉濾光片後,干涉現象消失  其中正確的是____________。
 
 解析:該題能夠考查學生是否真正做過這個實驗,在研究雙縫干涉現象時根據雙縫干涉條紋寬度的公式,就要得到選項ABD正確。也有不少考生認為去掉濾光片後干涉現象消失,其實去掉濾光片後干涉現象根本不會消失,只不過干涉條紋變成是中央白色旁邊彩色的條紋。   (2)現要測量某一電壓表V的內阻。給定的器材有:待測電壓表V(量程2V,內阻約4kΩ);電流表mA(量程1.2mA,內阻約500Ω);直流電源E(電動勢約2.4V,內阻不計);固定電阻3個:R1=4000Ω,R2=10000Ω,R3=15000Ω;電鍵S及導線若干。
 要求測量時兩電錶指標偏轉均超過其量程的一半。
 I.試從3個固定電阻中選用1個,與其它器材一起組成測量電路,並在虛線框內畫出測量電路的原理圖。(要求電路中各器材用題中給定的符號標出。)  II.電路接通後,若電壓表讀數為U,電流表讀數為I,則電壓表內阻Rv=_________。
 
  解析:由於電錶本身也是電阻,所以它的測量方法也就是電阻的測量方法,方法非常多。比如在用伏安法測一般電阻時,實驗的理論是存在缺陷的,我們經常要分析電流表內接與外接而引起的系統測量誤差,但是在用伏安法測電錶的內阻時,也就談不上所謂的內接法與外接法,在測量的原理上也就不存在內、外接法中所提到的系統原理誤差。該實驗中如果只把電壓表與電流表相串聯接入電路,經過估算髮現電壓表讀數過大而電流表讀數太小,因此可以在電壓表兩端並聯一個固定電阻R1。接入R1後兩電錶指標偏轉均超過其量程的一半,R1起到“一箭雙鵰”的作用。具體解答如下:
  
 
 [全國卷II](黑龍江、吉林、廣西)   (1)現要測定一個額定電壓4V、額定功率1.6W的小燈泡(圖中用×表示)的伏安特性曲線.要求所測電壓範圍為0.1V~4V.   現有器材:直流電源Ω(電動勢4.5V,內阻不計),電壓表(量程4.5V,內阻約為4×104Ω)電流表 A1(量程250mA,內阻約為2Ω),電流表A2(量程500mA,內阻約為1Ω),滑動變阻器Ω(最大值約為30Ω),電鍵Ω,導線若干.   如果既要滿足測量要求,又要測量誤差較小,應該選用的電流表是_________,下面兩個電路應該選用的是_________

 解析:該題是典型的滑動變阻器的分壓式接法,在測量小燈泡的伏安曲線時,根據估算通過小燈泡的額定電流應該選用的電流表是A2 。在伏安法測量過程中,由於電壓表的內阻遠遠大於電流表的內阻,因此應該選擇電流表外接法即選擇甲電路進行測量。   (2)一塊玻璃磚有兩個相互平行的表面,其中一個表面是鍍銀的(光線不能通過此表面).現要測定此玻璃的折射率.給定的器材有:白紙、鉛筆大頭針4枚(P1、P2、P3、P4)、帶有刻度的直角三角板、量角器.   實驗時,先將玻璃磚放到白紙上,使上述兩個相互平行的表面與紙面垂直.在紙上畫出直線aa'和bb',aa'表示鍍銀的玻璃表面,bb'表示另一表面,如圖所示.然後,在白紙上豎直插上兩枚大頭針P1、P2(位置如圖3).用P3、P4的連線表示入射光線.
  ⅰ.為了測量折射率,應如何正確使用大頭針P3、P4? 試在題圖中標出P3、P4的位置.
  
  ⅱ.然後,移去玻璃磚與大頭針.試在題圖中通過作圖的方法標出光線從空氣到玻璃中的入射角 與折射角.簡要寫出作圖步驟.
 ⅲ.寫出用、表示的折射率公式N=_________
 
  解析:該題的實驗情景學生非常熟悉,但由於aa'是鍍銀的玻璃表面,光線射到這個表面時光線要反射,最後的折射光線從bb'表面射出。我們的眼睛就是靠從bb'射出的光線看到了大頭針的像,在bb'的.外側我們就可藉助該光線正確地插上大頭針P3 、P4 ,從而確定最後的出射光線。學生要把該實驗過程用科學術語表達出來也是有相當難度的。在平時的教學過程中,我們要讓學生真正掌握基本實驗的原理與操作過程,並且能夠用科學的物理語言寫出相應的實驗報告,分析實驗過程中出現的各種情況。具體解答如下:

 
 [全國卷III](四川)   (1)在“用單擺測定重力加速度”的實驗中,①測擺長時,若正確測出懸線長l和擺球直徑d,則擺長為_________;②測週期時,當擺球經過_________位置時開始計時並計數l次,測出經過該位置N次(約60~100次)的時間為t,則週期為_________。   此外,請你從下列器材中選用所需器材,再設計一個實驗,粗略測出重力加速度g,並參照示例填寫下表(示例的方法不能再用)。   A.天平;B.刻度尺;C.彈簧秤;D.電磁打點計時器;E.帶夾子的重錘;   F.紙帶;G.導線若干;H.鐵架臺;I.低壓交流電源;J.低壓直流電源;   K.小車;L.螺旋測微器;M.斜面(高度可調,粗糙程度均勻)。
 
  所選器材(只填器材序號)  簡述實驗方法(不要求寫出具體步驟)
 示例  B、D、E、F、G、H、I  安裝儀器,接通電源,讓紙帶隨重錘豎直下落。用刻度尺測出所需資料,處理資料,得出結果。
 實驗設計  

 
  解析:關於重力加速度有多種測量方法,該題首先考查了最基本的用單擺測重力速度的方法,所涉及的問題也是學生熟悉的。而要學生選用所需器材,再設計一個實驗,粗略測出重力加速度g,考查了學生髮散性思維的能力,其答案也是多種多樣的。具體解答如下:
 

 
  
 所選器材  簡述實驗方法
 實驗設計  A、C、E  用彈簧秤稱出帶夾子重錘的重力大小G,再用天平測出其質量m,則g=G/m。
 或
 實驗設計  B、D、F、G、I、K、M  安裝儀器,接通電源,讓紙帶隨小車一起沿斜面下滑。用刻度尺測出所需資料。改變斜面高度再測一次。利用兩次資料,由牛頓第二定律算出結果。


 
  (2)在“測定金屬的電阻率”實驗中,需要測量金屬絲的長度和直徑。現用最小分度為1 mm的米尺測量金屬絲長度,圖中箭頭所指位置是拉直的金屬絲兩端在米尺上相對應的位置,測得的金屬絲長度為_________mm。在測量金屬絲直徑時,如果受條件限制,身邊只有米尺1把和圓柱形鉛筆1支。如何較準確地測量金屬絲的直徑?請簡述測量方法: ____________________________________
 

 
 解析:此題看起來好象是電學實驗,其實並沒有涉及電學中的相關問題,它考查學生的基本讀數和用累積法測量金屬絲直徑的創新方法。解答如下   ①972.0 mm   ②在鉛筆上緊密排繞金屬絲N匝,用米尺量出該N匝金屬絲的寬度D,由此可以計算得出金屬絲的平均直徑為D/N