高中物理实验“四步”解关键词:四步解实验摘要:解除实验难的魔咒,让学生充满信心,心中有招、有条不紊的解决高中物理实验题从四个方面依次着手分析高中物理实验,轻松惬意的解决要研究的问题正文物理学作为一门自然科学,理性的实验和逻辑推理性的思想实验对物理学的发展有着不可或缺的推动作用,而在高中物理知识的考查中,实验的考查主要是考查学生对基本物理知识的掌握和在实际中的应用、迁移能力在实验的处理中,我们需要跳出实验看本质,拨开各种“遮罩”,看到最基本的物理规律的考查,在这个层次的考查中,物理实验的解题还是有规律可循的然而我们常听到这种对白:实验难,难在不会做,为什么不会做?说不上这个现象可以说是目前高中理科生最普遍的现象,也是老师们在每次考试后分析时所必提的内容在每次讲综合试卷时,在每次实验专题评讲时,在学生每次动笔做实验时,学生耳边或脑海中回荡着“实验难”的魔咒带着这样的恐惧心理来做实验,能顺利完成吗?为了提高实验教学效果,为了培养学生对基本物理知识的应用、迁移能力,同时也是为了在考试中在最短的时间内拿到最多的分数,教师首先要让学生有足够的信心,在答题过程中能有个积极的心态当然仅仅让学生有信心是不够的,教师在平时的教学中要渗透解实验的一般思路,让学生做到“心中有招”,考试时自然心中不慌。
仔细分析高中考试中出现的实验,绝大部分都是在基础实验上变换过来的,这些看上去新的实验不是天马行空想出来的,所以它的思路还是比较固定的因此我们首先应要求学生熟悉、掌握课本上提到的“两力四电”基础实验,然后在解实验时能不被题目牵着鼻子走,按照如下的思路逐步分析一、找实验目的二、写出相关原始公式或画出原始电路图三、确定能直接测量的量和需要代换的物理量(或器材)四、误差分析例1:(2010年高考江苏卷)在测量电源的电动势和内阻的实验中,由于所用电压表(视为理想电压表)的量程较小,某同学设计了如图所示的实物电路. (1)实验时,应先将电阻箱的电阻调到 ▲ .(选填“最大值”、“最小值”或“任意值”) (2)改变电阻箱的阻值R,分别测出阻值R0=10 的定值电阻两端的电压U.下列两组R的取值方案中,比较合理的方案是 ▲ .(选填“1”或“2”)方案编号电阻箱的阻值R/1400.0350.0300.0250.0200.0280.070.060.050.040.0(3)根据实验数据描点,绘出的-R图象是一条直线.若直线的斜率为k,在坐标轴上的截距为b,则该电源的电动势E= ▲ ,内阻r= ▲ .(用k、b和R0表示)VA解析:(1)找出实验目的——测电源电动势和内阻 (2)写出原始公式、画出原始电路图 式中U指路端电压,I为干路电流 (3)确定能直接测量的量和需要代换的物理量(或器材)上式中的U和I需要进行代换,于是上式变形为图1-甲,根据实验数据描点的要求,V变换为的函数关系:式中=k,=b图1-乙所以可得, (4)误差分析对于第(1)(2)小问,由电学实验的基本要求(安全、准确、节能),从安全角度,第(1)问中电阻箱阻值应调到最大值 ,第(2)问中因定值电阻两端的电压表量程较小,学生易认为方案1合适,但这样的后果就是电压表最大的读数约为=,电阻箱调大后,读数更小,相对于3V量程太小,读数误差太大(不考虑0.6V量程,因题中只说电压表量程相对于电源电动势较小,若用0.6V量程,就是很小了),所以应用方案2,定值电阻两端的电压表读数在1V~1.8V,在3V量程的范围,读数准确性提高。
例2:(2010高考山东卷)某同学设计了如图所示的装置来探究加速度与力的关系弹簧秤固定在一合适的木板上,桌面的右边缘固定一支表面光滑的铅笔以代替定滑轮,细绳的两端分别与弹簧秤的挂钩和矿泉水瓶连接在桌面上K^S*5U.C#O%下画出两条平行线MN、PQ,并测出间距开始时将木板置于MN处,现缓慢向瓶中加水,直到木板刚刚开始运动为止,记下弹簧秤的示数F0,以此表示滑动摩擦力的大小再将木板放回原处并按住,继续向瓶中加水后,记下弹簧秤的示数F1,然后释放木板,并用秒表记下木板运动到PQ处的时间①木板的加速度可以用、表示为= ;为了减小测量加速度的偶然误差可以采用的方法是(一种即可) ②改变瓶中水的质量重复实验,确定加速度与弹簧秤示数F1的关系下列图象能表示该同学实验结果的是 ③用加水的方法改变拉力的大小与挂钩码的方法相比,它的优点是 OF1aa OF1ad OF1ac OF1ab a.可以改变滑动摩擦力的大小b.可以更方便地获取多组实验数据c.可以比较精确地测出摩擦力的大小d.可以获得更大的加速度以提高实验精度解析:(1)找出实验目的——探究加速度与力的关系(2)写出原始公式要验证:,质量m一定时,a与F合成正比(3)确定能直接测量的量和需要代换的物理量(或器材)因木板刚刚开始运动时弹簧秤的示数F0为表示滑动摩擦力的大小,所以,式中的加速度a只能由运动学得到,所以第①问中,减小加速度测量的偶然误差可以采用的方法是 多次测量取平均值 。
由可得加速度与弹簧秤示数F1的图像应为 c 图(4)误差分析因为实验时当矿泉水瓶和水的总质量远小于弹簧秤和木板的质量时,才近似等于弹簧秤和木板所受的合外力,随着水的增加,偏差越来越大,所以C图中图线后来向下弯是正确的,而且由于每次加水的量可以严格控制,所以测量摩擦力可以很精确,所以第③问中加水的优点是选BC例3.(2010高考天津卷)要测量电压表V1的内阻RV,其量程为2V,内阻约2KΩ实验室提供的器材有:电流表A,量程0.6A,内阻约0.1Ω;电压表V2,量程5V,内阻为5KΩ;定值电阻R1,阻值30Ω;定值电阻R2,阻值为3KΩ;滑动变阻器R3,最大阻值100Ω,额定电流1.5A;电源E,电动势6V,内阻约0.5Ω;开关S一个,导线若干1)有人拟将待测电压表V1 和电流表A串联接入电压合适的测量电路中,测出V1 的电压和电流,再计算出RV该方案实际上不可行,其最主要的原因是 (2)请从上述器材中选择必要的器材,设计一个测量电压表V1内阻RV的实验电路要求测量尽量准确,实验必须在同一电路中,且在不增减元件的条件下完成试画出符合要求的实验电路图(图中电源与开关已连接好),并标出所选元件的相应字母代号: (3)由上问写出V1内阻RV的表达方式,说明式中各测量量的物理意义。
解析:(1)找实验目的——测量电压表V1的内阻RV(2)写出相关原始公式或画出原始电路图AV1图3-(1)R3ESV2V1R3ES图3-(2)V1R3ESR2V2图3-(3) ,U为电压表V1两端的电压,I为流过电压表的电流因为电压表V1的内阻约为2kΩ,远大于滑动变阻器R3的最大阻值100Ω,故滑动变阻器接入电路应采用分压式,如图3-(1);(3)确定能直接测量的量和需要代换的物理量(或器材)因为通过电压表V1的最大电流为1mA,远小于电流表A的量程,所以第(1)问中最主要的原因为电流表A不能准确测量出流过电压表V1的电流,故电流的测量需变换,如图3-(2),由于电压表V2的量程为5V,电阻为5kΩ,所以…①;或者利用定值电阻R2与电压表V1串联,测出R2两端的电压,即可得流过电压表V1的电流,如图3-(3),所以…②(4)误差分析由于测量的是电压表的内阻,只需测出流过电压表的电流即可,与传统的伏安法测电阻略有不同,不存在电压表分流或电流表分压的系统误差,实验中可能引起误差的就是电压表读数的偶然误差对于如图3——(2)(3)所画电路,还需分析两电压表读数是否能尽量准确,因为电压表V2的量程和内阻与V1的相差不大,所以两者均能准确读数。
所用器材从图中可得,相应表达式见上式①、② 在测量电阻和测量电源的电动势和内阻的实验中,常出现电压表或电流表不能使用的情况,于是出现了一些“伏伏法”“安安法”“伏箱法”“安箱法”之类的窍门,学生一听后当时觉得新鲜,随着归纳的这类简化说法解实验窍门多了后,真正遇到一些新的实验题稍加变化后就乱了,不清楚到底采用哪种方法,贪多必失我们实际在解实验题时要把它当做一个已知条件提供不足,需要我们去变换的一个计算题来处理,不被特殊的方法束缚跳出实验,四步解实验四步解实验并不是一个玄乎的东西,它只不过是要求我们抓住问题的核心,注意细节的修养这样我们每个人都能轻松的解决物理实验题,从而让物理学习多一份快乐,让人生多一份精彩!第1页(共5页)。