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1、,设计性电学实验,【知识梳理 查漏补缺】,设计性实验试题，通常是指要求考生根据给出的实验目的和器材，运用所学的实验方法、技能，通过创造性思维设计出切实可行的实验方案、测量方法、实验步骤，并处理数据、得出结论的试题. 它是近几年高考命题的热点，也是难点.它要求学生灵活应用学过的实验知识、方法、技能，设计新的实验方案，能有效考查学生对实验原理和方法的理解、迁移和应用以及综合创新的思维能力. 能否顺利解决的关键在于对实验原理和方法的理解和把握，以及如何将原理变成实际可行的操作过程. 要突破设计性实验题：,一、明确中学物理实验中常用的思维方法,二、掌握中学物理实验设计的基本思路,1.明确目的，广泛联系
2、,2.选择方案，简便精确,4.拟定步骤，合理有序,3.依据方案，选定器材,5.数据处理，误差分析,下页,【典例精析 举一反三】,类型一：实验原理的创新设计,利用给定的器材，测定某物理量、验证某规律， 要求写出实验原理.,例1 有一个电阻RA未知的电流表，现有一个内阻可忽略的蓄电池，一个电阻箱，一个电键和一些导线，用这些器材来测量该电流表的内阻，试设计出测量电路及计算RA的公式.,【解析】将待测电压表与标准电阻串联后与电源连接即可. 当两开关都闭合时，有: 当S1闭合，S2断开时有: 由以上两式解得：R1=6000 , E=6.3V；根据串联分压原理，可得电压表量程为7V,类型二：实验方案、方法
3、的创新设计,提出实验目的，或给定器材，或附加一定条件， 要求选择合适的实验方法.,例2 校医务室有一台测体重的台秤、一只篮球、一张白纸、一盘水. 请设计一个实验方法，粗略测出篮球拍击地面时对地的冲击力.,【解析】从题中所给的器材来看，因为给出的是两个电流表，而且其中一个给出了准确的阻值，所以实验设计方案不是唯一的. 可以设计为伏安法，也可设计为比值法. 方案一：将已知内阻的电流表A1当电压表，设计为伏安法，如图1. 但在这个测量电路中，当流过电流表A1的电流达到满刻度时，流过电流表A2的电流约为 小于量程的三分之一，说明两电表量程不匹配,【解析】于是，便想到利用定值电阻加以协调，给Rx并联一个
4、定值电阻以增加干路上的电流，如图2,当流过电流表A1的电流达到满刻度时，流过电流表A2的电流约为 大于量程的三分之一，故这种接法可行.,方案二：因为给的是两个电流表，所以还可考虑利用两个电流表分别测量两个并联电阻的电流，即利用比值法进行测量，如图3或如图4。（因为A2的准确内阻未知，所以它不能直接与R0或Rx串联），在图3中，当加在串联组两端的电压为6V时，流过A1的电流约为 流过A2的电流约为 即两表的示数可同时接近满刻度，故两个电表的示数可同时超过其量程的三分之一.,在图4中，当流过A1的电流达到满偏时，流过A2的电流约为 小于量程的三分之一，故这种接法不合适.,关于供电电路，从安全性及调
5、节范围的需要出发，应设计为分压式. 如图5和如图6 .,类型三：处理实验数据的方式的创新设计,给定实验数据，如数据表格、图象上描出的数据 点或已打好点的纸带，要求根据相关规律，选择合适 的处理数据的方式.,例3 某同学在做“当外力一定时加速度与质量的关系”实验时，得到如下数据,（1）请你为该同学设计处理实验数据的方法 （2）实验结论是_.,【解析】（1）直径千分尺读数先可动刻度左边界露出的主刻度L，如本题为1mm，再看主尺水平线对应的可动刻度n，如本题为20.0，记数为L+n0.01=(1+20.00.01)mm=1.200mm. 注意的是读L时，要看半毫米刻度线是否露出，如露出，则记为1.5
6、或2.5等.,【解析】（2）直接用两组R、S值相（500.784=39.2， 10.01.753=17.53），可得RS明显不相等，可迅速判断结果“不满足”；并同时可简单计算50.00.999450, 10.01.4944101.54=50，两者接近相等，即R与d的四次方成反比，可迅速得出R与S2成反比. 计算时选择合适的数据可使计算简单方便，如本题中的（50.0, 0.999, 0.784）和（10.0，1.494，1.753）. （3）根据 有：,类型四：实验情景的创新和拓展,给出新的物理情景、实验器材，要求测量熟悉 的物理量或验证熟悉的物理规律.,例4 学过单摆的周期公式以后，物理兴趣小
7、组的同学们对钟摆产生了兴趣，老师建议他们先研究用厚度和质量分布均匀的方木块(如一把米尺)做成的摆(这种摆称为复摆)，如图所示，让其在竖直平面内做小角度摆动，C为重心，板长为L，周期用T表示.,甲同学猜想：复摆的周期应该与板的质量有关. 乙同学猜想：复摆的摆长应该是悬点到重心的距离L/2. 丙同学猜想：复摆的摆长应该大于L/2. 理由是：若OC段看成细线，摆线拴在C处，则C点以下部分的重心离O点的距离显然大干L/2.,为了研究以上猜想是否正确，同学们进行了下面的实验探索： (1)把两个相同的木板完全重叠在一起，用透明胶(质量不计)粘好，测量其摆动周期，发现与单个木板摆动时的周期相同，重做多次仍有
8、这样的特点，证明了甲同学的猜想是_的.,(2)用T0表示板长为L的复摆(看成摆长为L/2单摆)的周期计算值( )，用T表示板长为L的复摆的实际周期测量值. 计算与测量的数据如下表：,由上表可知，复摆的等效摆长 L/2(选填“大于”、“小于”或 “等于”)。 为了进一步定量研究，同学们用描点作图法对数据进行处理，请在坐标纸上作出TT0图，并根据图象中反映出的规律求出 = _(结果保留三位有效 数字，其中L等是板长为L时的等效摆长，其周期 ).,【解析】 (1)通过连接在一起的A、B两物体验证机械能守恒定律，即验证系统的势能变化与动能变化是否相等，A、B连接在一起，A下降的距离一定等于B上升的距离
9、；A、B的速度大小总是相等的，故不需要测量绳子的长度和B上升的距离及时间. (2)如果绳子质量不能忽略，则A、B组成的系统势能将有一部分转化为绳子的动能，从而为验证机械能守恒定律带来误差；若物块摇摆，则两物体的速度有差别，为计算系统的动能带来误差；绳子长度和两个物块质量差应适当. (3)多次取平均值可减少测量误差，绳子伸长量尽量小，可减少测量的高度的准确度. （补充解析：实验过程中，滑轮也会转动，其能量同样来源于A、B组成的系统，故应减小滑轮的质量.）,类型五：减小实验误差方案的创新设计和误差计算,给出实验方案或者在设计出实验方案后，要 求对实验误差的来源进行分析或者指出减小误差 的方法或计算
10、实验误差的大小.,例5 如图6-2-7中E为电源,其电动势为E,R1为滑动变阻器, R2为电阻箱,A为电流表,用此电路,经以下步骤可近似测得电流表A的内阻：闭合S1，断开 S2，调节 R1，使电流表读数等于其量程I0；保持 R1 不变，闭合S2，使电流表读数等于 ,然后读出 R2 的值，取RAR2 .,（1）按图6-2-7所示电路在实物图中画出连接导线. （2）真实值与测量值之差除以真实值叫做测量结果的相对误差，即 . 试导出它与电源电动势E，电流表量程I0及电流表内阻的关系式. （3）若I0=10mA，真实值约为30，要想使测量结果的相对误差不大于5%，电源电动势最小应为多少伏？,【解析】（
11、1）测量值为 ，因电流表外接，所以 ，故真实值为 ，对应的百分误差,（2）电流表内接时，百分误差,一、明确中学物理实验中常用的思维方法 在中学物理实验中常用的思维方法有：物理条件难以实现时采用“变通”办法来达到目的的等效替代法；测量微小量时所用的累积法；存在多个变量时可用控制变量法；一些物理量不能直接测量时可以用转换法；此外还有留迹法、平衡法、共轭法等等。上述方法有些已在课本中体现出来，高考中也考查过，如测电阻时常用的伏安法，也可用比值法、等效替代法、全电路欧姆定律法、半偏法、电桥平衡法等。,返回,1明确目的，广泛联系 题目要求测定什么物理量，要求验证、探究什么规律，这是实验的目的和实验设计的
12、出发点。使学生明确了实验目的后，再应用所学知识广泛联系，看看该物理量在哪些物理规律中出现过，与哪些物理现象有关，与哪些物理量有直接的联系. 例如“测定地球表面附近的重力加速度”实验设计，要求学生想到有关的情景或公式(二力平衡N=mg；物体从光滑 斜面下滑 ；自由落体 ；单摆周期 公式 .,返回,2选择方案，简便精确 一般来说，选择实验方案主要依据下列四条原则： （1）科学性原则：设计实验所依据的原理和方法要正确. （2）安全性原则：实验方案要安全可行，即保证实验仪器、装置的安全，不能损坏. （3）准确性原则：所设计的实验在原理和操作上，应当误差小、精度高. （4）方便性原则：在保证实验可正常进
13、行的前提下，设计的操作步骤、数据的处理方法，均要简便易行，不要过于繁杂.,返回,3依据方案，选定器材 实验方案选定之后，考虑该方案在实施的过程中需要哪些装置，被测量与哪些物理量有直接的定量关系，这些物理量分别需要用什么仪器来测定，从而确定整个实验需要的器材 .,返回,4拟定步骤，合理有序 拟定实验步骤时要做到心中有数，如何组装器材，哪些量先测哪些量后测，应从正确操作和提高效率的角度拟定一个合理而有序的实验步骤.对一些可直接测量的物理量，可先行测量；对需要通过实验操作才能测定的物理量，必须先组装器材，再进行实验、观察和测量 .,返回,5教据处理，误差分析 高考对此要求在逐步提高，所以必须清楚常用的数据处理方法和误差分析方法，并注意细节问题 .,返回,
