物理設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)題的解答方法

1、物理設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)題的解答方法南 師 附 中 1江蘇省08年的高考大綱中明確得出，對(duì)實(shí)驗(yàn)與探究能力方面要求：“能在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，并制定解決方案”?！澳苓\(yùn)用已學(xué)過的物理理論、實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)儀器去解決問題，包括簡單的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)”。以上的要求可以分解為三個(gè)基本方面：(1）解決簡單的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)；（2）能在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，并制定解決方案；（3）對(duì)結(jié)論進(jìn)行一定的分析和評(píng)價(jià)。2設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，是指在學(xué)生掌握的基本實(shí)驗(yàn)原理和方法的基礎(chǔ)上，應(yīng)用基本測(cè)量儀器自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的考查，要求學(xué)生對(duì)原有的實(shí)驗(yàn)原理再認(rèn)識(shí)和再加工，即在原有知識(shí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行知識(shí)的重新建構(gòu)，它涉及到實(shí)驗(yàn)方案的確

2、定，實(shí)驗(yàn)器材的選擇和遷移運(yùn)用，實(shí)驗(yàn)步驟的安排，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法，誤差的分析及對(duì)實(shí)驗(yàn)的總結(jié)和評(píng)價(jià)等幾個(gè)方面。3一解決設(shè)計(jì)性物理實(shí)驗(yàn)的一般性程序和方法明確目的選擇方案選定器材擬定步驟數(shù)據(jù)處理誤差分析總 結(jié) 評(píng)價(jià)41明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)的目的：探索什么規(guī)律？要設(shè)計(jì)什么?需要測(cè)定什么物理量？需要哪些測(cè)量儀器？這是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)。如何確定實(shí)驗(yàn)原理？根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，?yīng)用所學(xué)知識(shí)，廣泛聯(lián)想：該物理量或物理規(guī)律包含在哪些內(nèi)容中？與哪些物理量有直接的聯(lián)系？涉及哪些物理量？ 5注意物理實(shí)驗(yàn)中的基本的思想方法的理解和應(yīng)用：如微小量測(cè)量的累積法；利用相似物理情境進(jìn)行測(cè)量的模擬法；根據(jù)物理量之間的某種聯(lián)系進(jìn)行轉(zhuǎn)移測(cè)量的轉(zhuǎn)

3、換法；把微小量先放大再測(cè)量的放大法；根據(jù)物理量之間的效果相同采取的替代法等。實(shí)驗(yàn)的原理要盡可能在高中物理范圍之內(nèi)。62實(shí)驗(yàn)方案的選擇一個(gè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，結(jié)果常常是不唯一的，可能會(huì)有多種實(shí)驗(yàn)原理，從而形成多種實(shí)驗(yàn)的方案。對(duì)應(yīng)一種不同的物理規(guī)律，就會(huì)出現(xiàn)一種不同的設(shè)計(jì)方案。如何選擇實(shí)驗(yàn)方案呢？7遵循四條主要原則： (1)科學(xué)性：設(shè)計(jì)的方案要有科學(xué)依據(jù)，符合物理學(xué)的基本規(guī)律和原理。 (2)可操作性：按設(shè)計(jì)方案實(shí)施時(shí)，應(yīng)安全可靠，不能對(duì)人身、實(shí)驗(yàn)器材造成危害；所需裝置和器材應(yīng)是常見的，易于配備。實(shí)驗(yàn)方案要簡單易行。(3)方便性：在保證實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛘＿M(jìn)行的前提下，實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)方法、設(shè)計(jì)方案要簡便易于操作，實(shí)

4、驗(yàn)裝置對(duì)實(shí)驗(yàn)過程便于控制等。(4) 準(zhǔn)確性：實(shí)驗(yàn)器材（儀表）的量程能夠保證實(shí)驗(yàn)的測(cè)量要求，實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)驗(yàn)誤差較小，精度高；83依據(jù)方案選擇器材實(shí)驗(yàn)方案選定后，考慮該方案需要哪些裝置，被測(cè)定量與哪些物理量有直接的定量關(guān)系，分別需用什么儀器來測(cè)定，以此來確定實(shí)驗(yàn)所用器材.94確定實(shí)驗(yàn)步驟如何組裝器材，怎么樣測(cè)量需要的物理量，實(shí)驗(yàn)步驟必須符合儀器的操作規(guī)程，必須合理有序高效。5數(shù)據(jù)處理，誤差分析高考對(duì)此要求不高，但常用的數(shù)據(jù)處理方法(如：平均法、圖象法、描跡法、比較法等)和誤差分析方法(如絕對(duì)誤差、相對(duì)誤差等)還是應(yīng)該掌握的，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)也應(yīng)予以考慮. 10二器材選擇的基本原則1電表的選擇安全性：不

5、得超出電表的量程準(zhǔn)確性：在不超出電表的量程的前提下，選擇量程小的，使測(cè)量值盡量接近量程2控制電路的選擇限流電路：滿足安全性，確保有足夠大的電流和電壓的調(diào)節(jié)范圍，優(yōu)先選用限流接法 在滑動(dòng)變阻器阻值大于負(fù)載時(shí)，一般選擇限流分壓電路：要求電壓從0開始時(shí) 要求電流或電壓的調(diào)節(jié)范圍足夠大時(shí) 當(dāng)滑動(dòng)變阻器的阻值小于負(fù)載電阻時(shí)11例1某電壓表的內(nèi)阻大約在20 k50 k之間，現(xiàn)要測(cè)量其內(nèi)阻，實(shí)驗(yàn)室提供下列可選用的器材：待測(cè)電壓表V（量程3V）；電流表A1（量程0.2mA）；電流表A2（量程5mA）；電流表A3（量程0.6A）滑動(dòng)變阻器R（最大電阻值1 k）；電源E（電動(dòng)勢(shì)4V）；開關(guān)S； （1）所提供的電流

6、表中，應(yīng)選用 （填寫字母代號(hào)）； （2）為了盡量減小誤差，要求測(cè)多組數(shù)據(jù)，試在方框內(nèi)畫出符合要求的實(shí)驗(yàn)電路圖；（3）完成電路的連線。12分析與解答：(1)選擇電表有兩個(gè)的基本原則：安全性原則和準(zhǔn)確性原則。在本題中，可以估算電路中的最大電流值，不會(huì)超過0.2mA，因此電流表應(yīng)該選取A1。(2)為了測(cè)得多組數(shù)據(jù)，必須使用滑動(dòng)變阻器，在本題中，因?yàn)榇郎y(cè)電阻值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于滑動(dòng)變阻器的全電阻值，如果采用限流式接法，電流與電壓的調(diào)節(jié)范圍很小，不利于提高實(shí)驗(yàn)的精度，故應(yīng)采用分壓式電路，電路圖如圖所示。電路的連線如圖所示。VA13點(diǎn)評(píng)本題需要先估算電路中的最大電流,由此來選擇電流表的量程.滑動(dòng)變阻器組成的控制電路

7、,限流還是分壓,則需要根據(jù)具體情況來確定.本題中則應(yīng)該選擇分壓電路,因?yàn)槿羰褂孟蘖麟娐?則不易調(diào)節(jié),其電流與電壓的調(diào)節(jié)范圍很小,電流電壓的調(diào)節(jié)范圍和調(diào)節(jié)的方便性(線性不好,精確性差)都遠(yuǎn)不如分壓電路好.14例2量程為3V的電壓表，其內(nèi)阻約為3k，現(xiàn)要求測(cè)該電壓表內(nèi)阻的值，并有盡可能高的測(cè)量精度，現(xiàn)有下列器材：電池E1電動(dòng)勢(shì)1.5V，內(nèi)阻很小電池E2電動(dòng)勢(shì)6V，內(nèi)阻很小電流表A1量程1.0mA，內(nèi)阻約為400電流表A2量程10mA，內(nèi)阻約為40滑動(dòng)變阻器R1總阻值1700，額定電流0.5A滑動(dòng)變阻器R2總阻值50，額定電流1A變阻箱R3總阻值0.1999.9,額定電流0.2A變阻箱R4總阻值0.

8、19999.9,額定電流0.2A開關(guān)S及導(dǎo)線選用給定的器材，設(shè)計(jì)兩個(gè)易于操作的電路，要求畫出電路并標(biāo)出所用器材的代號(hào)；實(shí)驗(yàn)中應(yīng)測(cè)量的物理量為 ；實(shí)驗(yàn)中測(cè)出電壓表內(nèi)阻的測(cè)量式為 。15分析與解答：本題可采用如下兩種測(cè)量方案。方案1：（1）如圖甲所示，將電壓表與電阻箱R4串聯(lián)后接到電源兩端，因?yàn)殡妷罕淼膬?nèi)阻很大，故可忽略電源內(nèi)阻的影響；（2）電壓表示數(shù)U及R4的值；（3）由串聯(lián)分壓原理可得：；16點(diǎn)評(píng):本實(shí)驗(yàn)可以有多種設(shè)計(jì)的方案,但是題中明確要求:設(shè)計(jì)兩個(gè)易于操作的電路,所以設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案必須是易于操作的,簡便易行的.如果設(shè)計(jì)出不同的方案,則需要加以比較,最后確定哪些方案是最簡便易行的.如市二模的

9、實(shí)驗(yàn)題,就可以有不同的設(shè)計(jì)方法.17方案2：（1）如圖乙所示，將電壓表與電流表A1串聯(lián)（為什么選用A1，而不選用電流表A2？），選用滑動(dòng)變阻器R2連接成分壓式電路（滑動(dòng)變阻器為什么選用R2，而不選用R1？）。因?yàn)殡妷罕硎悄軌蛑甘倦妷旱拇箅娮?，而電流表可同時(shí)測(cè)出通過電壓表的電流值，故由歐姆定律即可求出電壓表的內(nèi)阻值；（2）電壓表及電流表示數(shù)；（3）由部分電路歐姆定律得：18例3實(shí)驗(yàn)室中現(xiàn)有器材實(shí)物圖如圖所示電池E，電動(dòng)勢(shì)約10V，內(nèi)阻約1；電流表A1，量程約10A，內(nèi)阻r1約為0.2；電流表A2，量程300mA，內(nèi)阻r2約5；電流表A3，量程250mA，內(nèi)阻r3約5；電阻箱R1，最大阻值999.

10、9，最小阻值改變量為0.1；滑線變阻器R2，最大值100；開關(guān)S；導(dǎo)線若干。19要求用圖a所示的電路測(cè)量圖中電流表A的內(nèi)阻。（1）在所給的三個(gè)電流表中，那幾個(gè)可以用此電路精確測(cè)出其內(nèi)阻？答： 。（2）在可測(cè)的電流表中任選一個(gè)作為測(cè)量對(duì)象，在實(shí)物圖上連成測(cè)量電路。（3）你要讀出的物理量是 。用這些物理量表示待測(cè)內(nèi)阻的計(jì)算公式是 。20析與解：該題要求根據(jù)電路圖設(shè)想出實(shí)驗(yàn)原理。屬于有一定提示的設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)。與我們學(xué)過的伏安法測(cè)電阻相比較，這里被測(cè)電阻是電流表的內(nèi)阻，它能顯示出通過自身的電流，因此只要知道其上的電壓就行，但沒有電壓表，卻有另一只電流表。根據(jù)電路圖可以看出，如果圖中表A是被測(cè)表，則其上電壓就是電阻箱上電壓，利用兩只電流表的讀數(shù)差和電阻箱上顯示的阻值可以求出該電壓，這樣就可以求出電流表的電阻。21（1）電流表A1不能精確測(cè)出其內(nèi)阻，因這時(shí)圖中的電流表A應(yīng)為A2、A3中的一只，這使得電流表A1中的電流不能超過300mA，其指針的偏轉(zhuǎn)極其微小，誤差很大。而A2、A3可用此電路精確測(cè)出其內(nèi)阻。（2）若測(cè)A3，實(shí)物連線如圖所示。（3）根據(jù)