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微专题七 创新实验
目录
01 考情透视·目标导航..........................................................................................................2
02 知识导图·思维引航..........................................................................................................3
03 核心精讲·题型突破..........................................................................................................4
题型一 力学创新实验..................................................................................................................................... 4
【核心精讲】...............................................................................................................................................................................................4
考点1 实验原理的创新......................................................................................................................................................................4
考点2 实验器材与方法的创新.........................................................................................................................................................4
考点3 数据处理与误差分析的创新................................................................................................................................................4
考点4 设计型实验的考查..................................................................................................................................................................4
考点5 高频命题方向与备考策略...................................................................................................................................................5
【真题研析】...............................................................................................................................................................................................5
【命题预测】...............................................................................................................................................................................................9
考向1 力学创新实验..........................................................................................................................................................................9
题型二 电学创新实验................................................................................................................................... 14
【核心精讲】............................................................................................................................................................................................14
考点1 实验原理的创新...................................................................................................................................................................14
考点2 实验器材与方法的创新......................................................................................................................................................15
考点3 数据处理与误差分析的创新.............................................................................................................................................15
考点4 设计型实验的考查................................................................................................................................................................15
考点5 高频命题方向与备考策略................................................................................................................................................15
【真题研析】............................................................................................................................................................................................16
【命题预测】............................................................................................................................................................................................21
考向1 电学创新实验........................................................................................................................................................................21
题型三 热学、光学创新实验........................................................................................................................ 26
【核心精讲】............................................................................................................................................................................................26
考点1 热学实验创新考查点...........................................................................................................................................................26
考点2 光学实验创新考查点...........................................................................................................................................................26
【真题研析】............................................................................................................................................................................................27
【命题预测】............................................................................................................................................................................................28
考向1 热学、光学创新实验..........................................................................................................................................................28
1
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命题统计
命题要点
2024
2023 年
2022 年
热
考
角
度
力学创新实
验
2024•贵州•力学创新实验、
2024•湖北•力学创新实验、
2024•辽宁•力学创新实验
2023•福建•力学创新实验、2023•湖北•
力学创新实验
2022•广东•力学创新实验、
2022•湖南•力学创新实验、
2022•山东•力学创新实验、
2022•全国乙卷•力学创新实
验
电学创新实验
2024•贵州•电学创新实验、
2024•广东•电学创新实验、
2024•全国甲卷•电学创新实
验\2024• 天津• 电学创新实
验、2024•河北•电学创新实
验
2023•湖南•电学创新实验、2023•辽宁•
电学创新实验、2023•浙江•电学创新实
验
2022•浙江•电学创新实验、
2022•广东•电学创新实验、
2022•河北•电学创新实验
热学创新实验
光学创新实验
2024•湖北•光学创新实验
命题规律
①持续强化核心素养考查，尤其注重科学探究能力与实验操作规范，不仅要求掌握原理，还需理解其
在真实情境中的创新应②实验设计更多融入真实科技与工程场景，如航天器机械臂力学分析、新能源
材料电阻率测量等，要求学生将教材实验模型迁移至新情境，并分析误差来源③数据处理与开放性设
计并重，同时增加开放性实验设计题目（如自选器材测量重力加速度），考查学生的创新思维与逻辑
表达能力.
考向预测
①跨学科融合趋势显著②前沿科技情境渗透③分步探究式题型创新
命题情境
科技工程类主导，国家重大工程，物理学史情境（如重现密立根油滴实验）与教材实验变形题
常用方法
控制变量法；等效替代法；转换测量对象法；图像法
2
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3
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题型一 力学创新实验
考点1 实验原理的创新
1. 基于力学模型的拓展设计：运动学规律（如匀变速直线运动、平抛运动）和力学定律（如牛顿第二定律、
能量守恒）为载体，通过控制变量法、图像法等核心方法构建实验方案。例如，通过改变斜面倾角或外力
大小探究加速度与受力的关系，需结合理论公式推导实验结论。
2. 经典规律的逆向验证：传统实验结论作为已知条件，逆向设计实验验证过程。例如，利用打点计时器记
录物体自由下落的位移-时间关系，通过逐差法验证重力加速度的取值。
考点2 实验器材与方法的创新
1. 传感器与数字化仪器的引入：采用光电门、力传感器或智能手机传感器替代传统测量工具（如打点计时
器），提升数据采集的精度与效率。例如，用光电门测量瞬时速度验证动能定理。
2. 实验装置的简化与改进：通过优化装置设计减少系统误差。例如，用气垫导轨消除摩擦力的影响研究匀
变速运动，或利用单摆周期公式测量重力加速度时修正摆长测量方法。
考点3 数据处理与误差分析的创新
1. 非线性关系的图像化处理：将实验数据绘制为非线性图线（如抛物线、指数曲线），通过数学变换转化
为线性关系并提取关键参数。例如，验证机械能守恒时，将速度平方与下落高度拟合为直线，利用斜率分
析误差。
2. 误差源的定量修正：针对实验装置缺陷（如空气阻力、摩擦）或测量误差（如摆长测量偏差），建立修
正公式重新计算物理量。例如，在单摆实验中，通过多次测量摆长取平均值减小偶然误差。
考点4 设计型实验的考查
1. 开放性实验方案设计：根据有限器材（如仅提供弹簧秤、刻度尺）设计实验方案。例如，用悬挂法测量
不规则物体的重心，或结合斜面与打点计时器间接测量动摩擦因数。
4
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2. 多环节综合推理：结合实验目的、操作步骤与误差分析形成完整逻辑链。例如，验证动量守恒时需选择
光滑水平面、调整碰撞物体质量比，并通过多次实验减少偶然误差。
考点5 高频命题方向与备考策略
考查方向
典型题型示例
关键能力要求
运动学规律验证
研究匀变速直线运动的加速度与位移关系
掌握逐差法处理数据
动力学实验优化
用气垫导轨验证牛顿第二定律
理解系统误差的排除方法
能量与动量实验
验证机械能守恒或动量守恒定律
灵活运用守恒条件设计对比实验
1. 备考建议：
1) 强化基础实验原理：熟练掌握控制变量法、图像法的核心思想，例如探究加速度与力、质量关系时
需明确变量控制逻辑。
2) 归纳实验变形模板：整理重力加速度测量（单摆法、自由落体法、斜面法）、动摩擦因数测量（水
平拉拽法、斜面法）等高频题型的通用解法。
2. 提升误差分析能力：针对实验改进类题目，从装置缺陷、测量方法等角度建立误差修正模型
1．（2024·贵州·高考真题）智能手机内置很多传感器，磁传感器是其中一种。现用智能手机内的磁传感器
结合某应用软件，利用长直木条的自由落体运动测量重力加速度。主要步骤如下：
（1）在长直木条内嵌入7 片小磁铁，最下端小磁铁与其他小磁铁间的距离如图（a）所示。
（2）开启磁传感器，让木条最下端的小磁铁靠近该磁传感器，然后让木条从静止开始沿竖直方向自由下
落。
（3）以木条释放瞬间为计时起点，记录下各小磁铁经过传感器的时刻，数据如下表所示：
5
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0.00
0.05
0.15
0.30
0.50
0.75
1.05
0.000
0.101
0.175
0.247
0.319
0.391
0.462
（4）根据表中数据，在答题卡上补全图（b）中的数据点，并用平滑曲线绘制下落高度h 随时间t 变化的
图线 。
（5）由绘制的
图线可知，下落高度随时间的变化是 （填“线性”或“非线性”）关系。
（6）将表中数据利用计算机拟合出下落高度h 与时间的平方
的函数关系式为
。据此函数
可得重力加速度大小为
。（结果保留3 位有效数字）
【考向】力学创新实验，手机传感器
【答案】
非线性
【详解】（4）[1]由表中数据在图（b）中描点画图，如图所示。
（5）[2]由绘制的
图线可知，下落高度随时间的变化是非线性关系。
（6）[3]如果长直木条做自由落体运动，则满足
由
可得
解得
6
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2．（2024·辽宁·高考真题）图（a）为一套半圆拱形七色彩虹积木示意图，不同颜色的积木直径不同。某
同学通过实验探究这套积木小幅摆动时周期T 与外径D 之间的关系。
(1)用刻度尺测量不同颜色积木的外径D，其中对蓝色积木的某次测量如图（b）所示，从图中读出
。
(2)将一块积木静置于硬质水平桌面上，设置积木左端平衡位置的参考点O，将积木的右端按下后释放，如
图（c）所示。当积木左端某次与O 点等高时记为第0 次并开始计时，第20 次时停止计时，这一过程中积
木摆动了 个周期。
(3)换用其他积木重复上述操作，测得多组数据。为了探究T 与D 之间的函数关系，可用它们的自然对数作
为横、纵坐标绘制图像进行研究，数据如下表所示：
颜色
红
橙
黄
绿
青
蓝
紫
2.9392
2.7881
2.5953
2.4849
2.197
1.792
根据表中数据绘制出
图像如图（d）所示，则T 与D 的近似关系为______。
A．
B．
C．
D．
(4)请写出一条提高该实验精度的改进措施： 。
【考向】力学创新实验，生活中的物理实验
【答案】(1)7.54/7.55/7.56 (2)10 (3)A (4)见解析
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【详解】（1）刻度尺的分度值为0.1cm，需要估读到分度值下一位，读数为
（2）积木左端两次经过参考点O 为一个周期，当积木左端某次与O 点等高时记为第0 次并开始计时，
之后每计数一次，经历半个周期，可知，第20 次时停止计时，这一过程中积木摆动了10 个周期。
（3）由图（d）可知，
与
成线性关系，根据图像可知，直线经过
与
，则
有
解得
则有
解得
可知
故选A。
（4）为了减小实验误差，提高该实验精度的改进措施：用游标卡尺测量外径D、通过测量40 次或60
次左端与O 点等高所用时间来求周期、适当减小摆动的幅度。
3．（2023·福建·高考真题）某小组用图（a）所示的实验装置探究斜面倾角是否对动摩擦因数产生影响。
所用器材有：绒布木板、滑块、挡光片、米尺、游标卡尺、光电门、倾角调节仪等。实验过程如下：
（1）将绒布平铺并固定在木板上，然后将光电门A、B 固定在木板上。用米尺测量A、B 间距离L；
（2）用游标卡尺测量挡光片宽度d，示数如图（b）所示。该挡光片宽度
（3）调节并记录木板与水平面的夹角，让装有挡光片的滑块从木板顶端下滑。记录挡光片依次经过光电
门A 和B 的挡光时间
和
，求得挡光片经过光电门时滑块的速度大小
和
。某次测得
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，则
（结果保留3 位有效数字）
（4）推导滑块与绒布间动摩擦因数
的表达式，可得
（用L、
、
、和重力加速度大
小g 表示），利用所得实验数据计算出
值；
（5）改变进行多次实验，获得与对应的
，并在坐标纸上作出
关系图像，如图（c）所示；
（6）根据上述实验，在误差允许范围内，可以得到的结论为 。
【考向】力学创新实验
【答案】 5.25 1.00
斜面倾角对动摩擦因数没有影响
【详解】（2）[1]该挡光片宽度d=5mm+5×0.05mm=5.25mm
（3）[2]根据时间极短的平均速度近似等于瞬时速度，挡光片经过光电门A 的速度
（4）[3]挡光片依次经过光电门A 和B，由动能定理可得
解得
（5）[4]根据图像可知，动摩擦因数并不随角度的变化而发生变化，所以可以得到的结论为斜面倾角对
动摩擦因数没有影响。
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考向
1 力学创新实验
1．（2024·广东广州·一模）某同学设计了一个测油漆喷枪喷射速度的实验。装置如图甲所示，该油漆喷枪
能够向外喷射四种速度大小不同的油漆雾滴，一个直径为
的纸带环安放在水平转台上，纸带环上
刻有一条狭缝A，在狭缝A 的正对面画一条标志线。转台稳定转动时，向侧面同样开有狭缝B 的纸盒中沿
水平方向喷射油漆雾滴，当狭缝A、B 正对平行时，雾滴通过狭缝A 在纸带的内侧面留下油漆痕迹。改变
喷射速度v0（
）重复实验，在纸带上留下四个油漆痕迹a、b、c、d，将纸带展开平放在刻度尺旁
边，如图乙所示。
(1)图乙中，速度最大的雾滴所留的痕迹是 点；
(2)已知转台转动的角速度
，如果不计雾滴所受空气阻力，则喷枪喷出雾滴速度的最大值为
m/s（保留三位有效数字）。
【答案】(1)d (2)20.0
【详解】（1）转盘的角速度一定，雾滴速度越大，运行时间越短，在雾滴运行的时间内，转盘转过的
角度越小，则雾滴与标志线的距离越近，故d 点对应雾滴的速度最大。
（2）当雾滴运动时间与转台周期相同时有
解得
而
，说明雾滴运动时间小于转台的周期。速度最大的是d 点，距离标志线的距离是
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根据
根据弧长半径关系可得
联立可得喷枪喷出雾滴速度的最大值为
2．（2024·湖北黄冈·一模）某同学利用手机连拍功能测量自由落体加速度，为拍出清晰的照片，他效仿伽
利略利用斜面“冲淡”重力的方法，让物块沿带标尺的斜面运动。具体操作步骤如下：
①用支架固定好手机开始连拍，让物块从斜面底端滑上斜面直至物块重新滑回底端；
②在物块上滑过程和下滑过程中各选取连续拍摄的3 张照片如图所示，手机每隔时间T 拍摄一张照片：
③物块在上滑1、2、3 和下滑1、2、3 的位置对应的刻度值分别记为
、
、
、
、
、
；
④改变斜面倾角，重复上述步骤，获得多组实验数据。
(1)在步骤③中，物块从上滑1 到上滑2 的位移
。（用
、
表示）
(2)若规定沿斜面向上为正方向，则物块上滑过程加速度
，下滑过程加速度
。（用
、
…
及T 表示）
(3)令
，
，多次实验后，根据多组实验数据，以m 为纵坐标、n 为横坐标作出
图像，得到一条直线，若图像斜率为k，纵轴截距为b，则自由落体加速度为 ；若最大静摩擦力
等于滑动摩擦力，在重复实验中，斜面倾角正切值应大于 。（用k 和b 表示）
【答案】(1)
(2)
(3)
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【详解】（1）物块从上滑1 到上滑2 的位移为
（2）[1]若规定沿斜面向上为正方向，则物块上滑过程有
可得物块上滑过程加速度为
物块下滑过程有
可得物块下滑过程加速度为
（3）[1]设物块与斜面的动摩擦因数为
，斜面倾角为
；上滑时，根据牛顿第二定律可得
下滑时，根据牛顿第二定律可得
则有
，
则有
可得
则有
，
联立解得自由落体加速度为
[2]若最大静摩擦力等于滑动摩擦力，为了保证物块能够下滑，需要满足
可得
3．（2024·陕西西安·三模）利用计算机系统和光电门传感器测量自由落体运动的加速度，实验装置如图1
所示，主要器材有：①光电门；②工字型挡光片；③铁架台。
12
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t
t1
d
h
g
1
0.0127
0.0083
0.02
1.5798
2.4096
0.15
？
(1)运用该实验装置测量自由落体运动加速度的实验原理 （用表中的物理量符号表示）。
(2)若某次实验使用的工字型挡光片尺寸如图2 所示，工字型挡光片的宽度d=0.02m，两档光片之间的距离
h 为0.15m。计算机系统采集的某一组实验数据如表所示，则测得自由落体运动的加速度为
（结果保留两位小数）
(3)除实验中偶然误差外，写出一条可能产生实验测量误差的原因： 。
【答案】(1)
(2)
(3)该实验中计算出的v1和vt对应的位置之间的距离大于
图中给定的距离h，而计算时采用的是图中给定的距离。
【详解】（1）用挡光片通过光电门时的平均速度代替中间时刻的瞬时速度，则挡光片下上依次通过光
电门时做匀加速直线运动，根据运动学规律有
解得
（2）将表格中的相关数据代入上式，则解得
（3）该实验中计算出的v1和vt 对应的位置之间的距离大于图中给定的距离h，而计算时采用的是图中
给定的距离。
4．（2024·福建厦门·三模）利用手机内置加速度传感器可实时显示手机加速度的数值。小明通过智能手机
探究加速度与合外力的关系，实验装置如图甲所示，已知当地重力加速度为g。
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（1）轻弹簧上端固定，下端与手机相连接，手机下端通过细绳悬挂小桶；
（2）开始时，小桶装有砝码，整个实验装置处于静止状态；
（3）突然剪断细绳，通过手机软件记录竖直方向加速度a 随时间变化的图像如图乙所示，剪断细绳瞬间手
机的加速度对应图中的 （选填“A”“B”或“C”）点；
（4）剪断细绳瞬间手机受到的合力大小F 等于 ；
A．砝码的重力大小 B．小桶和砝码的重力大小
C．手机的重力大小 D．弹簧对手机的拉力大小
（5）改变小桶中砝码质量，重复步骤（3），获得多组实验数据并绘制
图像如图丙所示，由图可得
结论：在误差允许的范围内， ；
（6）如图丁所示，某同学在处理数据时，以手机竖直方向的加速度a 为纵坐标，砝码质量m 为横坐标，
绘制
图像，获得一条斜率为k，截距为b 的直线，则可推算出手机的质量为 （选用k、b、g 表
示）。
【答案】 A B 质量一定时，手机加速度与合外力成正比
【详解】（3）[1]前面的数据波动是保持平衡时的轻微扰动，后续的数据波动是因为手机在做（近似）
简谐运动，故第一个峰值即为我们要的绳子被剪断时的瞬时加速度，故选“A”点；
（4）[2]剪断细绳瞬间，弹簧的弹力大小不变，手机受到的合力大小F 小桶和砝码的重力大小。
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故选B。
（5）[3]由丙图知，图像为过原点的一条直线，根据图像可以得到的结论，当手机的质量一定时，手机
的加速度与手机所受合外力成正比。
（6）[4]绳子剪断前，设弹力为
，小桶质量为
，手机质量为
，对手机有平衡知
绳子剪断后，对手机由牛顿第二定律有
综上可得
解得
题型二 电学创新实验
考点1 实验原理的创新
1. 非传统物理量的测量：考查内容不再局限于电阻或电源参数的测量，转而涉及二极管伏安特性、电容器
充放电规律、传感器特性等非典型电学元件的研究。例如，通过伏安法分析二极管导电特性时，需理解其
单向导电性及阈值电压的影响。
2. 替代法与转换法的应用：利用等效替代法测量电阻（如用标准电阻箱替代待测电阻），或通过转换法间
接测量（如通过测量长度和直径推算电阻率）。
考点2 实验器材与方法的创新
1. 电表功能的拓展：将已知内阻的电流表或电压表改装为其他仪器使用（如将电流表并联小电阻改装为电
压表）。
2. 滑动变阻器的灵活接法：根据实验需求选择分压式或限流式电路，并结合器材参数（如滑动变阻器阻值
远小于待测电阻时强制采用分压式）。
3. 经典实验的变形设计：例如测量电源电动势和内阻时，通过调整电压表位置或引入定值电阻改变电路结
构，要求学生推导修正公式并分析误差。
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考点3 数据处理与误差分析的创新
1. 图像法的深度应用：通过实验数据绘制伏安特性曲线、U-I 图或非线性关系图，利用斜率、截距等参数
求解物理量（如电源电动势、内阻或元件的动态电阻）。
2. 系统误差的定量判断：考查学生对内接法、外接法误差来源的理解（如“外小小”“内大大”结论的应
用），或半偏法测电阻时因电源负载变化导致的测量偏差。
考点4 设计型实验的考查
1. 实验方案的设计与优化：要求根据给定条件（如有限器材或特定测量需求）设计实验步骤，例如通过比
较法（串联分压或并联分流）间接求电阻。
2. 多环节综合推理：结合电路设计、仪器选择、操作步骤及误差分析，形成完整实验方案。例如，在分压
电路中需综合考虑安全性与调节范围。
考点5 高频命题方向与备考策略
考查方向
典型题型示例
关键能力要求
原理迁移
测量二极管正向伏安特性曲线
结合元件特性修正实验步骤
器材替换
用电压表和定值电阻替代电流表
灵活运用欧姆定律转换测量量
误差修正
分析分压电路对电源内阻测量的影响
掌握等效电路与误差补偿方法
1. 备考策略建议
1) 重视教材原型实验：创新实验多基于教材实验变形（如伏安法测电阻、测电源电动势等），需熟练
掌握原型的原理与误差分析。
2) 强化图像处理能力：通过练习非线性图线（如二极管曲线）的拟合与参数提取，提升数据处理效率。
3) 归纳经典变形实验：整理半偏法、替代法、比较法等创新方法的应用场景及结论，形成解题模板
1．（2024·广东·高考真题）某科技小组模仿太阳能发电中的太阳光自动跟踪系统，制作光源跟踪演示装置，
实现太阳能电池板方向的调整，使电池板正对光源。图甲是光照方向检测电路。所用器材有：电源E（电
动势3V）、电压表（V1）和（V2）（量程均有3V 和15V，内阻均可视为无穷大）：滑动变阻器R：两个
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相同的光敏电阻
和
；开关S：手电筒：导线若干。图乙是实物图。图中电池板上垂直安装有半透明
隔板，隔板两侧装有光敏电阻，电池板固定在电动机转轴上。控制单元与检测电路的连接未画出。控制单
元对光照方向检测电路无影响。请完成下列实验操作和判断。
(1)电路连接。
图乙中已正确连接了部分电路，请完成虚线框中滑动变阻器R、电源E、开关S 和电压表（V）间的实物图
连线 。
(2)光敏电阻阻值与光照强度关系测试。
①将图甲中R 的滑片置于 端。用手电筒的光斜照射到
和
，使
表面的光照强度比
表面的
小。
②闭合S，将R 的滑片缓慢滑到某一位置。（V）的示数如图丙所示，读数
为 V，U2的示数为
1.17V。由此可知，表面光照强度较小的光敏电阻的阻值 （填“较大”或“较小”）。
③断开S。
(3)光源跟踪测试。
①将手电筒的光从电池板上方斜照射到
和
。②闭合S。并启动控制单元。控制单元检测并比较两光
敏电阻的电压，控制电动机转动。此时两电压表的示数
，图乙中的电动机带动电池板 （填
“逆时针”或“顺时针”）转动，直至 时停止转动，电池板正对手电筒发出的光
【考向】电学创新实验，科技创新类研究
【答案】(1)
(2) b 1.60 较大 (3) 逆时针 U1=U2
【详解】（1）电路连线如图
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（2）①[1]为了保证电路的安全，实验开始前要使光敏电阻两端电压尽可能小，则R 的滑片需置于b 端。
[2][3]
②
电压表
量程为3V，最小刻度为0.1V，则读数为1.60V；电压表U1比电压表U2的示数大，说
明RG1＞RG2，由此可知表面光照强度较小的光敏电阻的阻值较大。
（3）[1][2]电压表的示数U1＜U2，说明RG1表面的光照强度比RG2表面的大，因此电动机带动电池板逆
时针转动，直至U1=U2，时停止转动，电池板正对手电筒发出的光。
2．（2024·全国甲卷·高考真题）电阻型氧气传感器的阻值会随所处环境中的氧气含量发生变化。在保持流
过传感器的电流（即工作电流）恒定的条件下，通过测量不同氧气含量下传感器两端的电压，建立电压与
氧气含量之间的对应关系，这一过程称为定标。一同学用图（a）所示电路对他制作的一个氧气传感器定
标。实验器材有：装在气室内的氧气传感器（工作电流
）、毫安表（内阻可忽略）、电压表、电源、
滑动变阻器、开关、导线若干、5 个气瓶（氧气含量分别为
、
、
、
、
）。
（1）将图（a）中的实验器材间的连线补充完整 ，使其能对传感器定标；
（2）连接好实验器材，把氧气含量为1%的气瓶接到气体入口；
（3）把滑动变阻器的滑片滑到 端（填“a”或“b”），闭合开关；
（4）缓慢调整滑动变阻器的滑片位置，使毫安表的示数为
，记录电压表的示数U；
（5）断开开关，更换气瓶，重复步骤（3）和（4）；
（6）获得的氧气含量分别为
、
、
和
的数据已标在图（b）中；氧气含量为
时电压表的
示数如图（c），该示数为 V（结果保留2 位小数）。
现测量一瓶待测氧气含量的气体，将气瓶接到气体入口，调整滑动变阻器滑片位置使毫安表的示数为
，
18
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此时电压表的示数为1.50V，则此瓶气体的氧气含量为
（结果保留整数）。
【考向】电学创新实验，科技创新类研究
【答案】
1.40 17
【详解】（1）[1]为了保持流过传感器的电流恒定，电阻型氧气传感器两端的电压调节范围较大，所以
滑动变阻器采用分压式接法，由于毫安表内阻可忽略，所以电流表采用内接法，实物连接图如图所示
（3）[2]为了保护电路，闭合开关前，需要电阻型氧气传感器两端的电压为零，故滑动变阻器的滑片滑
到
端口；
（6）[3]由图可知，电压表的分度值为0.1V，需要估读到分度值下一位，其读数为1.40V；
19
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[4]当瓶气体的氧气含量为
时，电压为1.40V，在图（b）中描出该点，用平滑的曲线将各点连接起
来，如图所示
可知电压表的示数为1.50V 时，此瓶气体的氧气含量为
。
3．（2024·贵州·高考真题）某实验小组根据热敏电阻的阻值随温度变化的规律，探测温度控制室内的温度。
选用的器材有：
热敏电阻
；
电流表G（内阻
为
，满偏电流为
）；
定值电阻R（阻值为
）；
电阻箱
（阻值
）；
电源E（电动势恒定，内阻不计）；
单刀双掷开关
、单刀单掷开关
；导线若干。
请完成下列步骤：
(1)该小组设计了如图（a）所示的电路图。根据图（a），在答题卡上完成图（b）中的实物图连线。
(2)开关
断开，将电阻箱的阻值调到 （填“最大”或“最小”）。开关
接1，调节电阻箱，当
20
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电阻箱读数为
时，电流表示数为
。再将
改接2，电流表示数为
，断开
。得到此时热敏电阻
的阻值为 Ω。
(3)该热敏电阻
阻值随温度t 变化的
曲线如图（c）所示，结合（2）中的结果得到温度控制室内此
时的温度约为 ℃。（结果取整数）
(4)开关
接1，闭合
，调节电阻箱，使电流表示数为
。再将
改接2，如果电流表示数为
，
则此时热敏电阻
（用k 表示），根据图（c）即可得到此时温度控制室内的温度。
【考向】电学创新实验，传感器类器件
【答案】(1)
(2) 最大
(3)8 (4)
【详解】（1）由图（a）所示的电路图，图（b）中的实物图连线如图所示。
（2）[1]由图（a）可知，电阻箱起到保护电路的作用，因此开关闭合前，将电阻箱的阻值调到最大。
[2]开关
接1 时，由欧姆定律可得
接2 时，则有
21
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联立解得
（3）由图（c）可知，
时，对应的温度约为8℃。
（4）开关
接1，闭合
，调节电阻箱，使电流表示数为
。由并联电路的分流作用，结合
，可得干路电流为
，则有并联部分的电阻
由欧姆定律可得
结合
,
解得
接2 时，电流表示数为
，同理可得干路电流可为
，由欧姆定律可得
结合
,其中
解得
考向
1 电学创新实验
1．（2024 高三·全国·专题练习）某研究性学习小组利用压敏电阻制作电子秤。已知压敏电阻在压力作用下
发生微小形变，它的电阻也随之发生变化，其阻值R 随压力F 变化的图像如图甲所示，其中
，图
像斜率
。小组同学按图乙所示电路制作了一个简易电子秤(秤盘质量不计)，电路中电源电动势
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，内阻未知，电流表量程为10mA，内阻
，g 取10m/s2。
(1)下列操作步骤的正确顺序是 。
①秤盘上放置已知重力的重物G，保持滑动变阻器接入电路的阻值不变；读出此时电流表示数I；
②换用不同已知质量的重物，记录每一个质量值对应的电流值；
③秤盘上不放重物时，闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表指针满偏；
④将电流表刻度盘改装为质量刻度盘。
(2)实验时发现电流表量程偏小，根据需要将其量程扩大为100mA，则应该给该电流表 (填“串
联”或“并联”)阻值为 Ω 的电阻。
(3)用改装后的电流表进行操作，若电流表示数为20mA，则待测重物质量
kg。
(4)改装后的刻度盘，其0 刻度线在电流表 (选填“零刻度”或“满刻度”)处。
(5)若电源电动势不变，内阻变大，其他条件不变，用这台电子秤称重前，进行了步骤③的操作，则测量结
果 (填“偏大”“偏小”或“不变”)。
【答案】(1)③①②④ (2) 并联 2 (3)10 (4)满刻度 (5)不变
【详解】（1）在本实验中应先让秤盘上不放重物，闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表指针满偏，
然后在秤盘上放置已知重力的重物G，保持滑动变阻器接入电路的阻值不变，读出此时电流表示数I，
再换用不同已知质量的重物，记录每一个质量值对应的电流值，最后将电流表刻度盘改装为质量刻度盘，
故合理的实验操作顺序为③①②④。
（2）当小量程的电流表改装成量程较大的电流表时，需要并联一个小电阻，有
解得
（3）根据闭合电路欧姆定律可得，当秤盘上不放重物时，调节滑动变阻器使得电流表满偏，有
当秤盘上放上重物，且电流表示数为20mA 时，有
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又因为
联立解得
（4）由于压敏电阻阻值R 随压力增大而增大，则电流表示数随压力增大而减小，所以改装后的刻度盘，
其零刻度线在电流表的满刻度处。
（5）根据操作过程③可知，当电源电动势不变，而内阻增大时，仍可以通过减小滑动变阻器接入电路
的阻值使得电流表达到满偏，回路中电源内阻和滑动变阻器接入电路的总电阻不变，所以测量结果不变。
2．（2024·山东淄博·一模）干电池用久后通常电动势会减小，内阻增大。某同学利用DIS 系统、定值电阻
、电阻箱R 等实验器材分别研究新、旧两节干电池的电动势和内阻，实验装置如图甲所示。首先测量电
池a 的电动势和内阻，实验时多次改变R 的阻值，用电流传感器测得对应的电流值I，在计算机上显示出如
图乙所示的
的关系图线a，重复上述实验方法测量电池b 的电动势和内阻，得到图乙中的图线b。
(1)某次实验电阻箱调节后如图丙所示，则此时电阻箱的读数为 Ω。
(2)若定值电阻
，令
，
，由图乙中实验图线a 的拟合方程可得，电池a 的电动势
V，内阻
Ω。
(3)根据图乙可以判断，图线 对应的是新电池（选填“a”或“b”）。
(4)根据实验测得的电池a 的R、I 数据，若令
，
，则由计算机拟合得出的
图线
如图丁所示，则图线最高点A 的坐标值应为
Ω，
W（结果均保留2 位有效数字）。
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【答案】(1)12.0 (2)
2.0 (3)b (4) 2.0 0.22
【详解】（1）由电阻箱的读数规则有
（2）[1][2]由闭合电路欧姆定律有
整理有
结合题中图线a 的解析式，有
，
解得
，
（3）由之前的分析可知，图像的斜率为电池的电动势的倒数，由题图可知，其图像a 的斜率大，所以
图线a 的电动势小。根据题意，旧电池的电动势减小，所以图线a 为旧电池，图线b 为新电池。
（4）[1][2]分析题图中电路可知，外电路的用电器为电阻R 和
，结合题意可知，题图的y 轴为电池的
输出功率，题图的x 轴为外电路的电阻。对电池有
结合题图有
由之前的分析可知，有
，
题图中A 点为y 最大值，由上述公式可知，当
，即外电路电阻等于电池内阻时，取得最大值，所
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以
，
3．（2024 高三·全国·专题练习）现代社会，喝酒不开车已经成为基本行为准则。某款酒精检测仪如图甲所
示，核心部件为酒精气体传感器，其电阻R 与酒精气体浓度c 的关系如图乙所示。某同学想利用该酒精气
体传感器设计一款酒精检测仪，除酒精气体传感器外，在实验室中找到了如下器材：
A．蓄电池（电动势E＝2 V，内阻r＝0.6 Ω）
B．表头G（满偏电流6.0 mA，内阻未知）
C．电流表A（满偏电流10 mA，内阻未知）
D．电阻箱R1（最大阻值999.9 Ω）
E．电阻箱R2（最大阻值999.9 Ω）
F．开关及导线若干
（1）该同学设计的测量电路如图丙所示，为将表头G 的量程扩大为原来的10 倍，他进行了如下操作：先
断开开关S1、S2、S3，将R1、R2调到最大值。合上开关S1，将S3拨到2 处，调节R2，使表头G 满偏，电流
表A 示数为I。此时合上开关S2，调节R1和R2，当电流表A 仍为I 时，表头G 示数如图丁所示，此时R1为
108.0 Ω，则改装电表时应将R1调为 Ω，改装结束后断开所有开关。
（2）该同学若将图丙中开关S1、S2合上，而将S3拨到1 处，电阻箱R2的阻值调为14.0 Ω，酒精气体浓度
为零时，表头G 的读数为 mA。
（3）完成步骤（2）后，某次在实验室中测试酒精浓度时，表头指针指向5.0 mA。已知酒精浓度在0.2～
0.8 mg/mL 之间属于“酒驾”；酒精含量达到或超过0.8 mg/mL 属于“醉驾”，则该次测试的酒精浓度范
围属于 （选填“酒驾”或“醉驾”）。
（4）使用较长时间后，蓄电池电动势降低，内阻增大，可调整 （“R1”或“R2”），使得所测的酒
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精气体浓度仍为准确值。
【答案】 6.0 2.0 醉驾 R2
【详解】（1）[1]合上开关S1，将S3拨到2 处，调节R2，使表头G 满偏，电流表A 示数为I。则表头G
与电流表A 串联，可知
I＝Ig＝6.0 mA 合上开关S2，调节R1和R2，当电流表A 仍为I 时，表头G 与R1并联，由图丁可知表头G
的示数
I′＝4 mA 则R1中的电流
由
，解得表头的内阻
将表头G 的量
程扩大为原来的10 倍，则与表头并联的电阻R1中的电流为IR1＝(10－1)Ig＝9Ig则由
，解得
改装电表时应将R1调为
（2）[2]改装后电流表的内阻为
由图乙可知酒精气体浓度为零时，传感器的电阻为
R＝80 Ω 由闭合电路欧姆定律可得电路中总电流
则表头G 的读数为
（3）[3]某次在实验室中测试酒精浓度时，表头指针指向5.0 mA，电路中总电流
I3＝10×5.0 mA＝50.0 mA＝0.05 A 由闭合电路欧姆定律可得
解得传感器的电阻
由图乙可知酒精浓度为0.8 mg/mL，所以该次测试的酒精浓度范围属于醉驾。
（4）[4]由闭合电路欧姆定律可知
使用较长时间后，蓄电池电动势降低，内阻增大，要
想所测的酒精气体浓度仍为准确值，则电路中电流不变，则需要把R2调小，使电路中总电阻减小。
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题型三 热学、光学创新实验
考点1 热学实验创新考查点
1. 实验原理的拓展应用：传统实验（如油膜法测分子直径）常通过改变数据处理方式或结合其他物理量进
行创新。例如：
①已知油酸密度、摩尔质量，推导阿伏伽德罗常数表达式，需综合体积、面积、密度公式进行转换。
②误差分析中引入环境因素（如酒精未完全挥发、痱子粉过厚），要求定量判断结果偏大或偏小。
2. 气体定律实验的变式设计：探究气体压强与体积关系时，可能要求设计装置保持温度恒定（如使用恒温
水浴），或通过传感器直接采集数据并绘制图像，分析非线性关系的原因（如漏气、温度变化）。
3. 与热力学定律的综合:将气体实验与热力学第一定律结合，例如：压缩气体过程中分析做功、内能变化
与热量交换的关系。
考点2 光学实验创新考查点
1. 实验方法的迁移与改进
①折射率测量：使用非平行界面介质（如三棱镜）替代平行玻璃砖，结合几何关系推导折射率公式。
②双缝干涉：调整光源类型（如激光与白光交替使用），分析条纹间距差异及成因；或利用手机传感
器替代传统目镜观察条纹。
2. 误差分析与数据处理创新：在双缝干涉实验中，可能要求通过多组条纹间距测量值计算波长不确定度，
或用图像法处理数据（如绘制Δx 与d⁻¹ 的关系图）。
1．（2024·湖北·高考真题）某同学利用激光测量半圆柱体玻璃砖的折射率，具体步骤如下：
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①平铺白纸，用铅笔画两条互相垂直的直线
和
，交点为O。将半圆柱体玻璃砖的平直边紧贴
，
并使其圆心位于O 点，画出玻璃砖的半圆弧轮廓线，如图（a）所示。
②将一细激光束沿CO 方向以某一入射角射入玻璃砖，记录折射光线与半圆弧的交点M。
③拿走玻璃砖，标记CO 光线与半圆弧的交点P。
④分别过M、P 作BB'的垂线
、
，
、
是垂足，并用米尺分别测量
、
的长度x 和y。
⑤改变入射角，重复步骤②③④，得到多组x 和y 的数据。根据这些数据作出
图像，如图（b）所示。
(1)关于该实验，下列说法正确的是_____（单选，填标号）。
A．入射角越小，误差越小
B．激光的平行度好，比用插针法测量更有利于减小误差
C．选择圆心O 点作为入射点，是因为此处的折射现象最明显
(2)根据
图像，可得玻璃砖的折射率为 （保留三位有效数字）。
(3)若描画的半圆弧轮廓线半径略大于玻璃砖的实际半径，则折射率的测量结果 （填“偏大”“偏
小”或“不变”）。
【考向】光学创新实验
【答案】(1)B (2)1.57 (3)不变
【详解】（1）A．入射角适当即可，不能太小，入射角太小，导致折射角太小，测量的误差会变大，
故A 错误；
B．激光的平行度好，比用插针法测量更有利于减小误差，故B 正确；
C．相同的材料在各点的折射效果都一样，故C 错误。
故选B。
（2）设半圆柱体玻璃砖的半径为
，根据几何关系可得入射角的正弦值为
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折射角的正弦值为
折射率
可知
图像斜率大小等于折射率，即
（3）根据（2）中数据处理方法可知若描画的半圆弧轮廓线半径略大于玻璃砖的实际半径，则折射率的
测量结果不变。
考向
1 热学、光学创新实验
1．（2024·山东青岛·三模）某探究小组要测量一横截面为半圆形透明玻璃砖的折射率，准备的器材有玻璃
砖、激光笔、刻度尺和白纸。如图是该小组设计的实验方案示意图，下面是该小组的探究步骤：
①用刻度尺测量玻璃砖的直径d；
②把白纸固定在水平桌面上，在白纸上建立直角坐标系
，将玻璃砖放在白纸上，使其底面圆心和直径
分别与
点和
轴重合，再将刻度尺紧靠玻璃砖并垂直于
轴放置；
③打开激光笔开关，让激光笔发出的激光束始终指向圆心
射向玻璃砖，从
轴开始在
平面内缓慢移
动激光笔，在某一位置时，刻度尺上出现两个清晰的光斑，通过刻度尺读取两光斑与
轴的距离分别为
、
（
）；
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④继续改变激光笔的位置，直到刻度尺上恰好只有一个光斑，读取该光斑与
轴的距离为
；
请回答下面问题：
(1)甲同学利用步骤③测得数据计算该玻璃砖的折射率为 ；乙序学利用步骤④测得数据计算该玻璃砖
的折射率为 ；（用测得的d、
、
、
表示）
(2)比较甲、乙两同学测量折射率的方案，你认为 （选填“甲”或“乙”）同学的测量误差更小，请
说明理由： ；
(3)在操作步骤②中，刻度尺没有与
轴严格垂直，请分析甲同学测得的折射率较真实值是偏大还是偏小：
。
【答案】(1)
(2) 甲 乙同学方案中“恰好只有一个光斑”的
状态确定不够准确 (3)若刻度尺逆时针偏离垂直
轴位置，测量结果偏大；若刻度尺顺时针偏离垂直
轴位置，测量结果偏小
【详解】（1）[1]按照步骤③画出光路图，如图
由几何关系
，
，
故折射率为
[2]按照步骤④画出光路图，如图
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此时恰好发生全反射
，
联立可得折射率为
（2）[1][2]比较甲、乙两同学测量折射率的方案，甲同学误差较小，因为乙同学方案中“恰好只有一个
光斑”的状态确定不够准确。
（3）若刻度尺逆时针偏离垂直
轴位置，则L1偏大，L2偏小，测量结果偏大；若刻度尺顺时针偏离垂
直
轴位置，则L1偏小，L2偏大，测量结果偏小。
2．（2024·山东潍坊·三模）1834 年，洛埃利用平面镜同样得到了杨氏双缝干涉的结果（称洛埃镜实验）。
应用洛埃镜测量单色光波长的原理如下：
如图所示，
是单缝S 通过平面镜成的像，如果S 被视为双缝干涉中的一个缝，
相当于另一个缝。单色
光从单缝S 射出，一部分入射到平面镜后反射到光屏上，另一部分直接投射到屏上，在屏上两光束交叠区
域里出现干涉条纹。
请回答下列问题：
(1)以下哪些操作能够增大光屏上相邻两条亮纹之间的距离___________；
A．将平面镜稍向上移动一些
B．将平面镜稍向下移动一些
C．将光屏稍向右移动一些
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D．将光源由红色光改为绿色光
(2)若光源S 到平面镜的垂直距离和到光屏的垂直距离分别为h 和D，光屏上形成的相邻两条亮纹（或暗
纹）间距离为
，单色光的波长
；
(3)实验表明，光从光疏介质射向光密介质，会在界面发生反射，当入射角接近90°时，反射光与入射光相
比，相位有π 的变化，称为“半波损失”。已知h 远小于D，如果把光屏向左平移到非常接近平面镜处，
屏上最下方两束光相遇会相互 （选填“加强”或“减弱”）。
【答案】(1)AC (2)
(3)减弱
【详解】（1）由双缝干涉条纹间距公式有
若要增大条纹间距，可以增大D，即将光屏向右移动；减小d，即将平面镜稍向上移动一些；或者换用
波长更大的单色光，如将光源由绿色改为红色。
故选AC。
（2）由题意结合条纹间距公式有
整理有
（3）如果把光屏移动到和平面镜非常接近，即相当于两者接触，在入射角接近90°时，反射光与入射
光相比，相位有π 的变化，即“半波损失”，故直接射到光屏上的光和经平面镜反射的光相位差为π，
光程差为半波长，所以两束光相遇会减弱。
33
