《2012高三高考物理一轮复习精品资料123实验设计与探究同步演示文稿》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2012高三高考物理一轮复习精品资料123实验设计与探究同步演示文稿（85页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、,第3讲 实验设计与探究,1.实验设计题是对实验的知识和能力综合考查，只有对实验目的、原理，器材的选择、安装、测试、操作、步骤及实验数据的记录、处理、实验误差分析和得出结论等方面掌握比较好的基础上，才能顺利完成设计实验.,2.实验设计的基本方法 (1)明确目的，联系已学知识. 实验目的：即该实验是要求测定什么物理量、验证、探索什么规律，是实验设计的出发点.明确了目的后，要认真的思索、想想该物理量或物理规律在哪些内容中出现过，与哪些有关的物理现象、物理量、物理规律有联系，特别是对于探索型实验，更应注意广泛的联系，有关现象原理等的迁移.,(2)选择方案，简便精确 每一个实验设计，皆是开放式的，其方
2、案的选取往往是有几种，甚至是更多种方案.在众多的实验方案中，我们如何选择?通常来说，选择方案有以下几个原则： 科学性原则：即实验方案中所依据的原理应遵循符合已学过的物理规律，且要求选用的规律要简明、正确.方案中的操作程序应具有科学性.(符合实验规则的具体要素),安全性原则：即按方案实施中，应力保实验人员的安全，并对实验的器材不造成危害，如电学中的仪表的量程、电源电动势大小，滑动变阻器的选取等. 精确性原则：即力保该方案的实验误差应是允许误差范围之内.如“伏安法”测电阻，内外接法的选取等，这就要求：从仪器的精确度、原理的选取力争更为与该实验的目标相匹配，还有就是数据处理方案的选取.如:多次测量求
3、平均值等.,方便、直观性原则：方案的实施，要使操作性强、易于操作，仪器方便选取，实验中比较容易观察，且效果明显，便于得出实验结论. 节约性原则：即方案实施中，要考虑成本及仪器的损耗等等.如：滑线变阻器，当限流和分压都行时，要选取限流接法.,(3)依据方案，选定器材. 实验方案选定之后，考虑该方案需要哪些装置，被测定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哪些器材.,(4)拟定步骤，合理有序. 实验之前，要做到心中有数：即实验装置如何配置，所测物理量的先后次序等.拟定一个合理操作，又高效的有序的实验步骤.附：在实验中，对一些可直接测量的物理量可先行
4、测量.,(5)数据处理，误差分析. 减少误差的措施有很多：主要是从实验的原理上要求，以及实验器材的限制上等. 另外数据的处理往往采用(平均值法、逐差法、等效替代法、图像法等).,高考设计实验在设计思想、原理、方法和技巧上不断创新，试题在设计上的变化主要有以下几种类型： 1.变换实验目的：同样的实验器材和方法可以达到不同的实验目的.如：上海高考题中把伏安法测电阻变成测陶瓷管上均匀电阻膜的厚度.,【例1】如图5-32所示，P是一根表面均匀地镀有很薄的发热电阻膜的长陶瓷管(其长度l为50cm左右，直径D为10cm左右).镀膜材料的电阻率已知，管的两端有导电箍MN.现给你米尺，伏特计V，安培计A，电源
5、E，滑动变阻器R，开关S和若干导线.,请设计一个测定膜层厚度d的实验方案.,实验中应测定的物理量是：L、D、U、I 在虚线框内用符号画出测量电路图. 计算膜层厚度的公式是：,【解析】利用所学过的物理知识巧测很薄的物件的厚度，这是一道很能体现理论联系实际的好试题.学生不难根据对进行实验所需掌握的相关知识的理解和记忆，知道是利用欧姆定律， 即R=U/I= 困难在于找出厚度d与截面积S有何关系?学生以前通常接触的导体模型都是实心圆导体，能否仅凭题给的看似不足的已知条件正确地表示出S，就看学生等值转换的创造能力的高低了.,实际上我们可以把这根管形空心导体的环形截面等效成一个矩形截面，其长为环的周长D.
6、由于膜很薄，d0，故D与平均周长 (D-d/2)相差甚微. 因此它的截面积:S = Dd 解得到d=,实验中应测定的物理量是L、D、U、I；测量电路如图5-33所示.本题也可用另一种思路求S： S=R2- r2= (R+r)(R-r), dD，R+r2R=D;而R-r=d， 这样，S=Dd.,【解题回顾】有些学生能够写出S=R2- r2，但无法摆脱r不是已知条件的束缚，缺乏物理思想中的辩证思维习惯，因而得不出S=Dd.,2.变换实验原理：根据不同的实验原理可以达到相同的实验目的.例如：学生实验用伏安法测电阻的原理是部分电路的欧姆定律，而考题中却设计了依据闭合电路的欧姆定律测电阻的实验. 3.变
7、换实验器材：利用不同的实验器材也可以完成相同的实验任务.如可利用万用电表测电阻，也可以利用电流表和电压表测电阻，还可以利用一个定值电阻和电流表测电阻，利用一只电流表和两个阻值已知的定值电阻可以用来测电池的电动势,【例2】从下表中选出适当的实验器材，设计一电路来测量电流表A1的内阻r1，要求方法简捷，有尽可能高的测量精度，并能测得多组数据.,(1)在虚线方框中画出电路图，标明所用器材的代号. (2)若选测量数据中的一组来计算r1，则所用的表达式为r1= ，式中各符号的意义是： .,【解析】该题为电路设计型实验，要求选择适当的器材组成测量电流表内阻的电路，要求有尽可能高的测量精度，并能测得多组数据
8、.求解该题时，首先要把被测电流表(A1)等效为可显示电流值的电阻，该题成败的关键在于器材的选择，选择器材应遵循三个原则：可行、精确、方便.测量电路有两种可能的连接方式：,采用伏安法测电阻：即将电压表(V)与电流表(A1)并联，测出电流表(A1)的电压U和电流I1，由r1=U/I1即可求出r1，然而被测电流表(A1)允许加的电压在00.4V之间，而电压表量程为10V，故电压表的读数误差较大，从精确这一原则来看，此方法应舍去. 采用比较法测电阻：即将电流表与电流表并联，利用并联电路电压相等的特点得：I1r1=I2r2，即可求出r1=(I2/I1)r2，式中，I1、I2分别是电流表A1、A2的读数，
9、r1、r2分别是电流表A1、A2的电阻，这种设计可以使两电流表的读数同时接近满刻度，满足实验对测量精度的要求，另外这种设计还要求克服电流表不能并联这一思维定势的影响.,设计电路的基本方法首先是选择电路，然后再考虑电路连接问题.本题中，R1、R2、E、S、导线若干必须要选.问题出在是选用电流表(A2)还是选用电压表(V)因为电池的电动势为1.5V，而电压表(V)的量程为10V，若选用电压表(V)，则电压表(V)上最大读数约为 ，读数仅是电压表(V)量程的4.3%，读数误差太大，所以不选电压表(V)，而选用电流表(A2),而题中让测电流表(A1)内阻，选用电流表(A2)，只有两表并联，对变阻器接法
10、限流、分压均可，,实验电路如图5-34所示.,【例4】 某同学和你一起探究弹力和弹簧伸长的关系，并测弹簧的劲度系数k.做法是先将待测弹簧的一端固定在铁架台上，然后将最小刻度是毫米的刻度尺竖直放在弹簧一侧，并使弹簧另一端的指针恰好落在刻度尺上当弹簧自然下垂时，指针指示的刻度数值记作L0，弹簧下端挂一个50g的砝码时，指针指示的刻度数值记作L1；弹簧下端挂两个50g的砝码时，指针指示的刻度数值记作L2挂七个50g的砝码时，指针指示的刻度数值记作L7.,(1)下表记录的是该同学已测出的6个值，其中有两个数值在记录时有误，它们的代表符号分别是_和_.,测量记录表：,(2)实验中，L3和L7两个值还没有
11、测定，请你根据图1341所示，将这两个测量值填入记录表中,图1341,(3)为充分利用测量数据，该同学将所测得的数值按如下方法逐一求差，分别计算出了三个差值： d1=L4-L0=6.90cm，d2=L5-L1=6.90cm，d3=L6-L2=7.00cm 请你给出第四个差值：d4=_=_cm.,(4)根据以上差值，可以求出每增加50g砝码的弹簧平均伸长量DL.DL用d1、d2、d3、d4表示的式子为：DL=_ _， 代入数据解得DL=_cm.,(5)计算弹簧的劲度系数k=_N/m.(g取9.8m/s2),【解析】 (1)刻度尺读数应做读一位，所以L5和L6两组有误,(2)根据有效位数，最后一位
12、为估计数，两个读数分别是：6.85(6.84-6.86)cm；14.05(14.04-14.06)cm,(3)L7-L3；7.20(7.18-7.22),(5)28,【评析】 此题考查了基本仪器(刻度尺)的使用，以及基本试验方法(逐差法)的应用这是高中物理实验的基本能力的考查，值得注意,【变式题1】 气垫导轨是常用的一种实验仪器，它能使滑块悬浮在导轨上，滑块在导轨上的运动可视为无摩擦的在实验室中我们可以用带竖直挡板C和D的气垫导轨和质量均为M的滑块A和B做探究动量守恒定律的实验，如图1342所示，实验步骤如下：,(1)在A上固定一质量为m的砝码，在A和B之间放入一个压缩状态的弹簧，用电动卡销置
13、于气垫导轨上； (2)按下电钮放开卡销，同时分别记录滑块A、B运动时间的计时器开始工作，当滑块A、B分别碰撞C、D挡板时计时结束，计时装置自动记下A、B分别到达C、D的运动时间t1、t2.重复几次实验问： 在调整气垫导轨时应注意_ 还应测量的数据有_ _,调整装置使气垫导轨水平,A左端到C板的距离L1，B右端到D板的距离L2,【解析】 本题以气垫导轨来考查动量守恒定律，必须掌握动量守恒的条件与规律，系统合外力为零，公式为m1v1+m2v2=m1v1+m2v2，由于气垫导轨阻力很小，近似看成匀速直线运动，以v= 求解速度的大小,【变式题2】 一块玻璃砖有两个相互平行的表面，其中一个表面是镀银的(
14、光线不能通过表面)现要测定此玻璃的折射率给定的器材还有：白纸、铅笔、大头针4枚(P1、P2、P3、P4)、带有刻度的直角三角板、量角器 实验时，先将玻璃砖放到白纸上，使上述两个相互平行的表面与纸面垂直在纸上画出直线aa和bb，aa表示镀银的玻璃表面，bb表示另一表面，如图所示然后，在白纸上竖直插上两枚大头针P1、P2(位置如图1343所示)用P1、P2的连线表示入射光线,(1)为了测量折射率，应如何正确使用大头针P3、P4？,在bb一侧观察P1、P2(经bb折射，aa反射，再经bb折射后)的像，在适当的位置插上P3，使得P3与P1、P2的像在一条直线上，即让P3挡住P1、P2的像；再插上P4，
15、让它挡住P2(或P1)的像和P3 .,图1343,试在题图中标出P3、P4的位置 P3、P4的位置如图(a),(2)然后，移去玻璃砖与大头针试在题图中通过作图的方法标出光线从空气到玻璃中的入射角q1与折射角q2.简要写出作图步骤,(3)写出1、2表示的折射率公式为n=,过P1、P2作直线与bb交于O；过P3、P4作直线与bb交于O；利用刻度尺找到OO的中点M；过O点作bb的垂线CD，过M点作bb的垂线与aa相交与N，如图(a)所示，连接ON；P1OD=q1，CON=q2 .,【例五】 光强传感器对接收到的光信号会产生衰减，且对于不同波长的光衰减程度不同，可以用表示衰减程度，其定义为输出强度与输入强度之比，=I出/I入，如图1351所示，表示与波长l之间的关系当用此传感器分别接收A、B两束光时，传感器的输出强度正好相同，已知A光的波长lA=625nm，B光由lB1=605nm和lB2=665nm两种单色光组成，且这两种单色光的强度之比IB1IB2=23，由图可知A=_；A光强度与B光强度之比IAIB=_.,图1351,【解析】,答案：0.35；27/35,【变式题1】 一水平放置的圆盘绕过其圆心的
