物理实验题的分析与求解策略-《中学生数理化》高考理化2026年7～8月刊

高中理化2年，习方清中学生教理化 物理部分：名师指点学习方法 物理实验题的分析与求解策略 ■上海师范大学附属中学 王一妍（正高级教师）》 实质上，高考对实验的考查是对物理观 1mm被分成了10份、20份、50份，而使得测 念形成过程、科学思维水平、科学探究能力和 量精度不同。使用游标卡尺测量长度时不需 科学态度的综合测评。纵观近几年的高考试 要估读，只需判断游标尺上的第几条刻度线 题，我们发现高考考查的实验可以总结为如 与主尺上的刻度线对齐即可。螺旋测微器将 表1所示的五种类型，涵盖了“设计”“操作” 0.5mm分成了50份，可动刻度的一格对应 “观测”“论证”等四个方面。针对不同类型的 0.01mm,读数时需要估读一位。使用多用 实验题，我们应该如何求解呢？ 电表的欧姆挡测电阻时，指针在表盘中央附 表1 近时测量误差较小，因其本身不够精确而不 实验类型 侧重考查的实验能力 需要估读；使用秒表测时间时，因人有反应时 间误差也不需要估读。这些内容不需要机械 对物理现象的观察、描述、分析等能 观察性实验 记忆，而应该在操作中理解记忆。 ǒ 例1用游标卡尺测量小球的直径。 测量原理的理解、测量器材的使用 测量性实验 (1)测量直径约为1cm的小球A,如图 实验数据的处理等能力 1所示的四种操作正确的是( 提出问题和猜想、实验设计、控制条 探究性实验 件应用、数据分析、结论归纳等能力 理解所验证的规律、实验设计、数据 验证性实验 处理、推理论证等能力 运用物理理论、实验方法，选用实验 设计性实验 图1 仪器进行设计、制作和调试的能力 (2)如图2所示，用两种不同分度的游标 一、熟悉实验器材 卡尺测量小球B的直径，读数分别为D= 实验题是以实验操作为基础的，物理课 mm,D= mm. 程标准要求的21个必做实验同学们需要独 cm cm 立完成。实验操作的关键是要熟练使用实验 器材，对于一些常见器材要了解它们的构造、 原理、用途，掌握它们的量程、使用方法、使用 图2 规则，能够进行熟练操作、正确读数等。 解析：(1)A选项，游标卡尺外测量爪的 比如，游标卡尺可以测量外径、内径和宽 内段因有缝隙而不用来测量；C选项，游标卡 度，它的外测量爪的外段测量面较薄，方便测 尺外测量爪的外段测量面较薄，用来测量较 直径为几毫米的小钢珠，而直径为几厘米的 小球（直径为几毫米）的直径；D选项，游标卡 大球应夹在中段测量，内段测量面因制作工 尺的内测量爪用来测量小圆管的内径、槽的 艺需求会留有缝隙而不用来测量；它的内测 宽度等。直径约为1cm的小球A属于较大 量爪可测小圆管的内径、槽的宽度等。不同 的球，应该用游标卡尺外测量爪的中段测量， 分度的游标卡尺的读数方法都是主尺读数与 即B选项正确。 游标尺读数之和，只因主尺和游标尺相差的 (2)找到游标尺与主尺对齐的刻度线，看 3 物理部分 中学生数理化高中理化 名师指点学习方法 2026年7—8月 清10分度和20分度，依据游标卡尺的读数 (3)流过待测电阻尺，的电流1=卫，待 规则得D年=21mm+ 1mm×3=21.3mm, 10 测电阻R,两端的电压U=U,一D,根据欧姆 D2=21mm+1mm×7=21.35mm. 20 定律得R,-号-U)D” D 答案：(1)B(2)21.321.35 答案：(1)电压表V:实验室提供的电 例2人体电阻大约为100kn,为了 流表A量程太大，需要使用内阻已知的电压 比较精确地测量人体电阻R,,实验小组利用 表V:代替电流表使用(2)如图4所示 实验室提供的器材设计了一个实验电路，如 (3)0-D) D 图3所示。实验室提供的器材：电压表V (量程为0~5V,内阻r1=50.0k2),电压表 二、明确实验目的 V2(量程为0~3V,内阻r2=30.0k2),电流 实验目的是实验设计的“指南针”，它清 表A(量程为0一0.6A,内阻r=12),滑动 晰界定了实验需要解决的核心问题或达成的 变阻器R(额定电流为1.5A,最大阻值为 具体目标。实验原理、实验方法、器材选择、 502),电源E(电动势为6.0V,内阻不计)， 数据处理都是围绕实验目的展开的。同一套 开关S,导线若干。请完成下列实验步骤： 实验装置可以实现不同的实验目的，比如打 点计时器既可以研究匀变速直线运动规律， 也可以验证机械能守恒定律：同一个实验目 的可以用不同的实验器材达成，比如探究加 速度与作用力的关系，既可以用钩码拉动小 车在轨道上做匀变速直线运动，采集数据作 a-F图像，也可以用传感器测简惜运动的a-t 图3 图4 图像和F-t图像，整合a-F图像。实验目的 为判断实验方案的可行性、实验操作的必要 (1)图3中虚线框内缺少了一块电表，应 性、实验结果的有效性提供了明确标准。 选择，理由是 (2)请把实验电路图补充完整。 例3在“探究小车速度随时间变化的 (3)若步骤1)中所选电表的示数为D, 规律”实验中，实验装置如图5所示。必要的 电压表V1的示数为U1,则待测电阻R,= 实验操作有( )。 (用题中所给物理量符号表示)。 解析：(1)根据伏安法测电阻的实验原理 可知，与R,申联的应是电流表，但需要关注 电流表的量程是否合适。经估算，流过人体 5 的录大电流约为1一R-100000A=5× 10A,则电流表A的量程(0一0.6A)太大， 图5 可以用电压表V,代替电流表使用，其允许通 A,调节滑轮使细线与长木板平行 3 B.倾斜长木板以补偿阻力 过的最大电流为30000=1X10(A)。 C.使小车靠近打点计时器由静止释放 (2)滑动变阻器的最大阻值(502)相对 D.先接通电源，再释放小车 人体电阻(100k2)太小，为了起到更好的调 解析：部分同学会受“探究加速度与作用 节作用，滑动变阻器应采用分压式接法，补充 力的关系”实验的影响，认为凡是小车在轨道 完整的实验电路图如图4所示。 上运动的实验都需要“补偿阻力”这个操作， 物部名糖学习方青中学生表理化 事实上，是否需要“补偿阻力”要视实验目的 码”，为分析问题提供了理论依据。在验证性 而定。“补偿阻力”的目的是让细线的拉力成 实验中，测量各物理量的目的就是用其验证 为小车所受的“合力”，从而研究a与F台的 相应的规律或原理，因此实验原理又是实验 关系，若存在未知的阻力，则会导致不能准确 目的。在测量性、探究性和验证性实验中都 采集F:数据。本实验是“探究小车速度随 会涉及某个物理量的测量，间接测量实验要 时间变化的规律”，即探究小车做匀加速直线 弄清仪器测量原理和求解目的物理量的计算 运动的规律，那么只要小车做的是匀加速直 式。比如，用单摆测重力加速度，测量依据是 线运动即可，因此只要摩棕力是恒定的，小车 做的就是匀加速直线运动，符合实验要求。 图期公式T=x√任〔合测T测L方法 A选项，细线一定要与长木板平行的原因是 测金属丝的电阻率，测量依据是R=ρS,其 要保证小车受到的合力恒定，若细线与长木 板不平行，则细线拉力的方向会变化。根据 中测R的原理是“伏安法”，如果用一般的电 流表和电压表进行测量，那么需要考虑电流 打点计时器配合纸带的用法可知，选项C、D 也是必要的。 表内、外接法产生的测量偏差：用双缝干涉测 答案：ACD 量光的波长实验是用光强分布传感器测得N 条暗条纹的中心间距△X,从而得到相邻两 例4在“描绘平 竖直板 △X 抛运动轨迹”的实验中， 斜槽 条暗条纹的中心间距△x= N一，然后根据 实验装置如图6所示， 挡板 则下列操作有必要的 △x=入计算光的波长。 调平螺样 是( )。 例5如图7所示，某 A.斜槽轨道必须 实验小组在做“测量玻璃的 光滑 图6 折射率”实验时，若从c侧 B.斜槽轨道末端切线必须调至水平 观察，则插入大头针c时， C.应使小球每次都从斜槽上不同位置由 应使它挡住a、b:插入大头 静止开始滑下 针d时，应使它挡住 图7 D.要使描出的轨迹更好地反映真实运 依据图中所标数据，可以得出该玻璃的折射 动，记录的点应适当多一些 率为 解析：本实验研究的是平抛运动，因此小 解析：“测量玻璃的折射率”的实验原理 球必须水平抛出，选项B的操作是必要的。 是通过测量入射角，和折射角2，代入公式 本实验的实验目的是描绘小球做平抛运动的 轨迹，而根据实验装置的特点，挡板每次只挡 n=sin 一sn9:计算折射率，人射光线是自由设 住小球一次，从而在竖直板上印下落点位置， 定的，先画入射光线，再将大头针a、b插在入 所以需要使小球做多次完全相同的平抛运 射光线上，而折射光线在玻璃介质中，无法直 动，从而通过调整挡板的位置获得尽量多的 接记录，需要间接地将玻璃上边界的入射点 落点位置。斜槽轨道的作用是让小球加速从 和下边界的出射点相连而得。根据光在同一 而获得平抛初速度，实验需要小球获得多次 介质中沿直线传播的原理，插入大头针d时， 相同的水平初速度，就算斜槽轨道粗糙，机械 只有完全挡住了a、b、c才意味着经过a、b的 能不守恒，只要小球每次都从同一位置由静 光经过了c、d。 止滑下就可以达到目的。 答案：a、b、c sin 0 答案：BD sin 0: 三、掌握实验原理 例6某实验小组用如图8所示的装 实验原理是破解物理实验题的“核心密 置做碰撞实验，验证动量守恒定律（轨道水平 5 名师指点学习方法 中学生数理化高中理化22年一8月 物理部分 且光滑)。小组成员用手推小车A使其瞬间 四、利用实验图像 获得一个向右的初速度，小车A与B碰撞后 实验数据是归纳实验结论的基础，实验 向左弹回，小车B向右弹出。测得小车A上 数据反映的定量关系往往通过图像形象、直 挡光片两次经过光电门1的挡光时间t1、t2 观地呈现，成为实验现象到物理规律量化的 和小车B上挡光片经过光电门2的挡光时 逻辑跃升，而图像的数学本质是函数式，函数 间tgo 式就是物理规律的数学表达（物理公式）。 例7某同学利用如图9甲所示的实 验装置探究物体做直线运动时平均速度与时 间的关系。某次实验得到的纸带和相关数据 如图9乙所示。 图8 打点计时器 (1)为完成该实验，还必须测量的物理量 有( )。 钩码 A.挡光片的宽度d B.小车A的总质量m1 C.小车B的总质量m D.光电门1到光电门2的距离L 6.60+8.00-+9.40+-10.90+—12.40 (2)在误差允许的范围内，以上所测数据 D F 若满足表达式，则表明两小车碰撞过程 单位：cm 乙 中动量守恒：若还满足表达式，则表明两 小车的碰撞为弹性碰撞。 图9 解析：(1)本实验验证的是动量守恒定 以打出A点时小车的位置为初始位置， 律，因此需要测量的是两小车的质量和碰撞 将打出B、C、D、E、F各点时小车发生的位 前后的速度。因为测速度的原理是利用光电 移和平均速度分别用△x和表示，观察实 门测挡光时间t,利用。只计算而得，而动 验结果可以发现，小车的△t图像可视为一 条直线，如图10所示。则打出A点时小车 量守恒方程两侧均有挡光片的宽度d,可以 的速度大小vA=一m/s,小车的加速度大 约去d而判断动量是否守恒，所以需要测两 小a= 0 小车的质量和挡光时间，不需要测挡光片的 /Mcm.s） 宽度d和两光电门间的距离。 105 (2)动量守恒定律的表达式为m101= 95 n1o2十m2o3,其中小车A碰撞后反弹，速度 85 :为负值，因此需要满足m=一”+m 75 要验证两小车的碰撞为弹性碰撞，还需满足 55中出田△4/⅓ 00.10.20.30.40.50.6 机航能守恒定律，即满足关系式2m,。 图10 m+2m:,整理得-"”+” 1 1 解析：本实验的数据对应匀变速直线运 t好t中t好 答案：(1)BC(2)m=-m+m 动位移表达式x=,t十号a的变形式 t t。 n11n11n2 0+2at,其中 =0,0。=℃A,因此根据函数 t 关系式结合图像信息得vA=59cm/s= 6 物部纯名瓶习方清中学生教理化 0.59m/s,a=2k=2×101.0-59.0 cm/s= 录电压传感器和电流传感器的数据U和I, 0.6 随即断开开关S: 140cm/s2=1.4m/s2。 (3)待灯泡冷却后，改变滑动变阻器接入 答案：0.591.4 电路的阻值，重复上述操作，测量多组数据； 例8如图11所示，将摆锤从图示位 (4)利用实验数据，绘制1-U图像。 置由静止释放，读取并记录各挡光片的对应 根据以上操作过程可知，该同学得到的 高度h和摆锤经过各 几固定装置 白炽灯的IU图像应该是图13中的( ) 摆锤 挡光片的挡光时间t, 连接杆 测得各挡光片的宽度 立柱 均为d。利用实验数 挡光片 据，以h为横轴，以 ∠上☑ 底座 为纵轴绘制图 像，当图像为斜率大 图13 小近似为g的倾斜直 图11 解析：根据题中信息“迅速记录”“待灯泡 线时，可认为摆锤下摆过程中机械能守恒。 冷却后”可知，灯泡每次工作的时间都很短， 解析：本题主要考查数据处理时根据图 且会待灯泡冷却后才重新测量，可认为灯丝 像信息构建横、纵坐标的逆向思维能力。对 温度在U增大时未改变，因此其阻值保持恒 于验证性实验，可从结论mg九十号加 =E 定，即I-U图像的斜率应保持不变。 答案：A 出发构建=：一gh的函数形式（一次函一 例10实验小组研究某热敏电阻的 数)，则 特性，并依此利用电磁铁、电阻箱等器材组装 h图像的斜率大小为g。 保温箱。该热敏电阻阻值随温度的变化曲线 答案品 如图14所示，保温箱的工作原理如图15所 示。存在一个电流值1。，若电磁铁线圈的电 五、进行逻辑推理 流小于I。,则衔铁与上固定触头α接触：若电 实验现象与本质的联系反映了客观规 流大于I。,则衔铁与下固定触头b接触。保 律，物理实验推理逻辑化，是将实验现象、实 温箱温度达到设定值后，电磁铁线圈的电流 验数据与物理规律通过严谨的逻辑链条申联 起来，形成从已知到未知的有序推理路径，是 20012 破解物理实验题的核心方法。求解实验题需 摆脱对经验的依赖，以物理原理为起点，以实 100 验中获得的信息为依据，通过“信息加工~ 条件分析·规律应用→结论推导”的闭环逻 50 100150t/℃ 辑推理，实现对具体问题的精准求解。 图14 例9家用白炽灯是用钨丝制成的。 加热电源 某同学用如图12所示的电 。AC ④ 路测绘一个白炽灯的IU 加热电阻丝 图像，其操作过程如下： P (1)断开开关S,调节滑 电电 动变阻器的滑片P至某一 保温箱 热敏电阻 位置： 图12 图15 (2)闭合开关S,迅速记 中学生数理化高中理化 物理部分 名师指点学习方法 2026年7一8月 在I。附近上下波动，加热电路持续地断开、 (2)你的判断依据是 闭合，使保温箱温度维持在设定值。则图15 解析：本题看似探究性实验实为分析实 中加热电阻丝的c端应该与触头（选填 际实验中产生误差的原因。 “a”或“b”)相连接。 (1)理想变压器原、副线圈电压与匝数的 解析：求解本题需要根据电路的工作原 理、磁场强弱与电流的关系、电流的热效应、 =”，而实验测得的数据关系为 关系满足U一 热敏电阻的特性等进行申联，得出逻辑链：电 >2,说明线圈2两端电压偏大，不可能是 U, 磁铁线圈中电流较小时会将加热电源与触头 副线圈。 a接通，“电磁铁线圈中电流较小”时，即“热 敏电阻阻值较大”时，根据R,t图像可知，热 =成立的条件是理想变压 2)因为辽n 敏电阻R,在温度较低时阻值较大，即此时电 器，而实际变压器有能量损耗，副线圈与原线 阻丝未处于加热状态。因此，当热敏电阻未 圈电压之比应小于n：n原。 加热时，加热电源与触头α接通，说明为了保 温此时需要加热电阻丝开始工作，即加热电 答案：1)线园2（2)号>=2，说明 'U1n1 阻丝的c端应该与触头a相连接。 线圈2获得的电压偏大，不可能是副线圈 答案：a 例12（多选题）研究平抛运动时，下 六、注意实验误差 列做法中可以减小实验误差的是( )。 无论是分析偶然误差还是系统误差，都 A,使用密度大、体积小的钢球 需要将实验设计方案与具体实验条件建立明 B.尽量减小钢球与斜槽间的摩擦 确的对应关系。误差并非抽象的“测量偏 C.实验时，让钢球每次都从同一高度由 差”，而是与实验装置、操作规范、环境因素等 静止开始滚下 具体条件紧密关联的。如“用伏安法测电阻” D.使斜槽末端的切线保持水平 实验中，电流表内、外接法的误差，直接取决 解析：研究平抛运动时，钢球的体积越 于待测电阻与电表内阻的大小关系：“用单摆 小，所受空气阻力越小，记录钢球通过的位置 测重力加速度”实验中，周期测量的偶然误差 也越准确，选项A正确。钢球每次从斜槽上 与摆角是否小于5°、计时起点是否选在平衡 的同一位置由静止开始滚下，可保证钢球做 位置等操作条件相关；在探究气体压强与体 平抛运动的初速度不变，与钢球和斜槽间的 积的关系时，p与V的乘积增大或减小的原 摩擦无关，选项B错误，C正确。实验时必须 因来自对气体质量和温度不变的控制。 使斜槽末端的切线水平，以确保钢球水平飞 例11用可拆变压器做“探究变压器 出做平抛运动，选项D正确。 原、副线圈电压与匝数的关系”实验中，已知 答案：ACD 线圈1的匝数为200，线圈2的匝数为400， 总之，求解实验问题时，熟悉实验器材是 实验测得的数据如表2所示。 基础，确保正确使用器材，以实验目的导向开 表2 展操作步骤：实验测量原理化为数据获取提 线圈1两端电压 线圈2两端电压 供理论依据，应避免测量的盲目性；实验图像 序号 U/V U2/V 函数化将直观现象转化为定量关系，可以实 4.09 8.47 现从定性到定量的跃升；实验推理逻辑化以 原理为纲，构建从现象到结论的严谨论证；实 2.98 6.20 验误差条件化可精准定位偏差来源，为结果 3 1.96 4.11 优化提供方向。 (1)根据测量数据可判断连接电源的是 (责任编辑张 巧) (选填“线圈1”或“线圈2”)。 8