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1、难点38 高考实验设计型命题的求解策略所谓设计性实验，是指据现行物理大纲要求，在学生掌握的基本实验原理基础上，应用基本测量仪器自行设计实验方案的实验，设计性实验命题的考查内容，涉及到对实验原理的再认识和加工，实验方案的确定（实验器材的选择和迁移运用，实验步骤的安排 ，实验数据的处理方法，误差的分析及对实验的总结和评价等）.考生在应试过程的缺陷通常表现在以下几个方面：一方面：平时缺乏对实验思想方法（如模拟法，转换法，放大法，比较法，替代法等）进行归纳，在全新的实验情景下，找不到实验设计的原理，无法设计合理可行的方案.另一方面：受思维定势影响，缺乏对已掌握的实验原理，仪器的使用进行新情境下的迁移利
2、用，缺乏创新意识. 难点磁场图38-11.()（1996 年上海）（转换法）如图38-1 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 50 cm左右，直径 D 为 10 cm 左右），镀膜材料的电阻率已知，管的两端有导电箍 MN.现给米尺，电压表 V，电流表 A ，电源E，滑动变阻器 R，电键 S 和若干导线.请设计一个测定膜层厚度 d 的实验方案.(1)实验中应测定的物理量是_.(2)在虚线框内用符号画出测量电路图.(3)计算膜层厚度的公式是_.2.()有一只电压表量程已知，内阻为 RV，另有一电池（电动势未知，但不超过电压表的量程，内阻可忽略）.请用这只电压表
3、和电池，再用一个电键和一些连接用的导线，设计测量某一高值电阻 Rx的实验方法.（已知 Rx 的值与 RV 相差不大）(1)在虚线框中画出电路图.(2)简要写出测量步骤和需记录的数据，导出高值电阻 Rx 的计算式.案例探究例1（） 实验室有一个可拆变压器，请设计一个实验方案，估测出变压器原、副线圈的匝数，所给实验器材有：一个可拆变压器、交流电压表、直流电源、滑线变阻器，小磁针、200 V 交流电源 、电键各一个、铜漆包线（规格与变压器原线圈所用漆包线相同）及导线若干.命题意图：考查综合运用学习知识进行实验设计的创新能力，B 级要求.错解分析：思维缺乏创新，无法灵活运用变压器原理，构思巧妙的设计思
4、路.图38-2解题方法与技巧：依图38-2(a)连接电路，然后将小磁针的N极靠近原线圈的一端，根据偏转情况判定线圈的绕向.按照与原线圈相同的绕向，用铜漆包线在原线圈上加绕n(例如100)匝，将加绕后的线圈接入220 V交流电路(如图38-2(b)所示)，读出交流电压表的示数U拆除加绕的n匝线圈，仍将原线圈接入220 V交流电路，闭合电键后，读出交流电压表的示数U，则有 得：nn，nn例2（）给你下列器材：待测电压表(量程为3 V，内阻RV约几千欧)，电阻箱、滑线变阻器、蓄电池、电键、导线若干.请设计测定电压表内阻的实验方案.命题意图：考查考生灵活运用知识的迁移能力及实验创新能力，B 级要求.错
5、解分析：受思维定势影响，认为无电流表即无法测电压图38-3表的电阻，使设计思路受阻，不能据电压表原理大胆与 R0串联在电路中，通过半偏法测出 RV.解题方法与技巧：按图38-3连接电路，把变阻器R滑到b端，将电阻箱R调到零，闭合开关S，调节变阻器R的滑臂P，使电压表的示数为3 V；调节电阻箱R的阻值，使电压表的示数为1.5 V；记下此时电阻箱的阻值R.断开开关S，拆除电路，则被测电压表的内阻RVR.锦囊妙计一、实验设计的基本思路明确目的选择方案选定器材拟定步骤数据处理误差分析 二、实验设计的基本方法1.明确目的，广泛了解题目或课题要求测定什么物理量，或要求验证、探索什么规律，这是实验的目的，是
6、实验设计的出发点.实验目的明确后，应用所学知识，广泛了解，看看该物理量或物理规律在哪些内容中出现过，与哪些物理现象有关，与哪些物理量有直接的了解.对于测量型实验，被测量通过什么规律需用哪些物理量来定量地表示；对于验证型实验，在相应的物理现象中，怎样的定量关系成立，才能达到验证规律的目的；对于探索型实验，在相应的物理现象中， 涉及哪些物理量这些都是应首先分析的，以此来确定实验的原理.2.选择方案，简便精确对于同一个实验目的，都可能存在多种实验原理，进而形成多种(可供选择的)设计方案.一般说来，依据不同的实验原理选择不同的实验方案主要遵循四条原则： (1)科学性：设计的方案有科学的依据和正确的方式
7、，符合物理学的基本原理. (2)可行性：按设计方案实施时，应安全可靠不会对人身、器材造成危害；所需装置和器材要易于置备，且成功率高.(3)精确性：在选择方案时，应对各种可能的方案进行初步的误差分析，尽可能选用精确度高的方案.(4)简便、直观性：设计方案应便于实验操作，读数，便于进行数据处理，便于实验者直观、明显地观察.3.依据方案，选定器材实验方案选定后，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，分别需用什么仪器来测定，以此来确定实验所用器材.4.拟定步骤，合理有序实验之前，要做到心中有数：如何组装器材，哪些量先测，哪些量后测，应以正确操作和提高效率的角度拟定一个合理而有序
8、的实验步骤.5.数据处理，误差分析高考对此要求不高，但常用的数据处理方法(如：平均法、图象法、描迹法、比较法等)和误差分析方法(如绝对误差、相对误差等)还是应该掌握的，在设计实验时也应予以考虑. 歼灭难点训练1.()校医务室有一台测体重的台秤，一只篮球，一张白纸，一盆水，请设计一个实验方法，粗略测出篮球击地时对地的冲击力.2.（）某同学用自来水龙头做测重力加速度的实验，他把金属盘放在水龙头正下方m处，调节开关，使一滴水刚落在盘中时，另一滴水刚好从龙头处开始下落，这两滴水之间没有其他水滴.从某一滴水落入盘中时开始计时，并计数为1，共测 3 分钟，刚好400滴水落入盘中.(1)写出此同学用水滴测重
9、力加速度的实验原理.（）计算其实验测得的重力加速度值. 图38-43.()(1997年全国)某电压表的内阻在20 k50 k之间，现要测量其内阻，实验室提供下列可选用器材：待测电压表V(量程3 V)，电流表A(量程200 A)，电流表A2(量程5 mA)，电流表A3(量程0.6 )，滑动变阻器R(最大阻值1 k)，电源E(电动势4 V)，电键S. (1)所提供的电流表中，应选用_(填写字母代号).(2)为了尽量减小误差，要求测量多组数据，试在图 38-4 中画出符合要求的实验电路图(其中电源和电键及其连线已画出).4.()(2000年全国)从下表中选出适当的实验器材，设计一电路来测量电流表A的
10、内阻r，要求方法简捷，有尽可能高的测量精度，并能测得多组数据. 器材(代号)规格电流表()电流表()电压表(V)电阻(R)滑动变阻器(R)电池(E)电键(K)导线若干量程10 m，内阻r待测(约40 )量程500 A，内阻750 量程10 V，内阻10 k阻值约100 ，作保护电阻用总阻值约50 电动势. V，内阻很小(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r，则所用的表达式为_，式中各符号的意义是：_.图38-55.()在一硬纸圆筒中有一凸透镜，圆筒两端用薄平板玻璃封着.如图 38-5 所示，现在仅知道凸透镜的主轴与圆筒的轴线重合，透镜的焦距大于圆筒
11、长度，试用一把米尺，一张白纸和从教室窗户射入的太阳光，测出透镜的焦距，写出简要步骤和计算焦距的表达式.难点38 高考实验设计型命题的求解策略难点磁场1：（1）L， （2）电流表内外接均可，如图38-1图38-1（3） 2：（1）见图38-2（2）先将电压表、电池、电键按图(a)电路接好，闭合电键，读出电压表示数U1，则U1=；再将电压表依图(b)连成电路，图38-2闭合电键，记下电压表示数U2，则=U2+Rx.由以上两式解出 Rx=RV歼灭难点训练 1.若使篮球击在台秤上进行测量，则一方面无法保证冲击地面，秤面的力一样，另一方面球对秤面的冲击力是瞬时的，无法读取测量值.由于篮球击在平面上，它产
12、生的冲击力的大小与篮球和地面接触处形变量大小有关，因此，只要记录球击中地面时形变量大小就可以通过模拟的方式再演现出来.图38-3如图38-3所示，将白纸铺在地面上，将篮球放入盛水的盆中弄湿；让球拍击地面上白纸，并留下球的水印.再将有水印的纸铺在台秤秤面上，将球放在水印中心，用力缓慢压球，当球发生的形变刚好与水印吻合时，台秤的读数即为冲击时冲击力的大小.2.依题意可知，相邻的两滴水落入盘中的时间间隔即为一滴水下落时间t,t=,T为总时间，N为下落水滴数.由自由落体公式：h=gt2，则g代入数据g= m/s2.m/s23.(1)A1 (2)见图38-4图38-4由于电源电动势E=4 V，电压表内阻
13、最大50 k，故电流最小值I= =80A，A2、A3量程都太大，故选A1.由于RV在20 k 50 k之间，远大于滑动变阻器的阻值1 k，故应连成分压电路. 4.(1)电路如图38-5所示.图38-5(2)r；式中I、分别是电流表A、的读数，r、r分别是电流表、的内阻.题中直接判定必选的器材是电池E，电键K，导线若干.由A量程是10 mA，r约为40 ，E是电动势1.5 V，可判定必须再选电阻R，滑动变阻器R作为限流，才保证通过A的电流不至于超过10 mA.要测的电阻，通过A的电流值I可由读出，只要能测出A两端的电压U，则可求出r.测电压要用电压表，但是若将电压表与A并联，电流表A上的电压最多
14、是 V.V，而电压表的量程是10 V，对0.43 V的电压来说，电压表的指针只是稍微偏转了一点点，这样测得的阻值误差太大.不符合题目要求，因而不能用电压表测电压.而电流表A的内阻r知道，通过电流表A的电流I可以读出，因而A两端的电压.若将A与并联，则即A两端的电压，由此可以求出A的内阻r，式中是A、并联时通过A的电流，滑动变阻R限流，分压接法均可.5.(1)实验步骤：图38-6用直尺测量圆筒长度L；将圆筒的A端正对太阳，调节圆筒方向，使太阳光平行于圆筒的轴线入射到透镜；在圆筒的另一端移动白纸，直到白纸上出现细亮点S，此点即为透镜的焦点；用刻度尺测出细亮点S到圆筒A端平板玻璃的距离L；将圆筒的B端正对太阳，重复步骤、.测得亮点S到圆筒B端平板玻璃的距离L.(2)由于太阳光平行透镜主光轴入射，折射后会相交于透镜焦点处，如图38-6所示，设圆筒内透镜到圆筒A端距离为x，透镜的焦距为f则有：f=L
