三维设计高考物理二轮复习课件广东专版：第一部分专题设计性实验

1、专题十三专题十三 实验实验抓抓基基础础研研考考向向提提能能力力 二二 设计性实验设计性实验一、对设计性实验的认识一、对设计性实验的认识 所谓设计性实验，就是题目要求学生运用学过的实验所谓设计性实验，就是题目要求学生运用学过的实验方法，自行设计一个新的实验方案，它要求学生设计实验方法，自行设计一个新的实验方案，它要求学生设计实验原理，选择实验器材，安排实验步骤，设计数据处理的方原理，选择实验器材，安排实验步骤，设计数据处理的方法以及分析实验误差等。主要考查该学生是否理解实验原法以及分析实验误差等。主要考查该学生是否理解实验原理和实验仪器的使用，是否具有灵活运用实验知识的能力，理和实验仪器的使用，

2、是否具有灵活运用实验知识的能力，是否具有在不同情况下迁移知识的能力。是否具有在不同情况下迁移知识的能力。二、设计性实验题的类型二、设计性实验题的类型 1.提供实验器材及实验目的和要求，按照实验装置或有关提供实验器材及实验目的和要求，按照实验装置或有关实验线路，让学生设计实验方法，完成实验有关内容或实验线路，让学生设计实验方法，完成实验有关内容或进行某些测量。进行某些测量。 2.提供实验器材及实验目的和要求，让学生设计提供实验器材及实验目的和要求，让学生设计(或补全或补全)实验线路或方案，并按要求完成实验有关内容或进行某实验线路或方案，并按要求完成实验有关内容或进行某些测量。些测量。 3.提供实

3、验数据，让学生设计处理实验数据的方法，从而提供实验数据，让学生设计处理实验数据的方法，从而求出实验测量值。求出实验测量值。三、设计性实验的设计原则三、设计性实验的设计原则 1.科学性原则：实验方案所依据的原理应当符合物理学的科学性原则：实验方案所依据的原理应当符合物理学的基本原理，实验装置或线路能够圆满完成实验任务。基本原理，实验装置或线路能够圆满完成实验任务。 2.安全性原则：确保进行的实验不会对实验装置和器材造安全性原则：确保进行的实验不会对实验装置和器材造成损坏，确保人身安全。例如：仪器所加的电压或电流成损坏，确保人身安全。例如：仪器所加的电压或电流不要超过其额定值，电源不要被短路等，实

4、验中不会对不要超过其额定值，电源不要被短路等，实验中不会对人身造成危害。人身造成危害。 3.精确性原则：在实验中，要根据实验的需要选择合适的精确性原则：在实验中，要根据实验的需要选择合适的器材，使实验结果尽可能精确，减小实验误差。例如：器材，使实验结果尽可能精确，减小实验误差。例如：在条件允许的情况下，尽可能选用较小量程的电表，以在条件允许的情况下，尽可能选用较小量程的电表，以获得较大的偏转角度来减小读数造成的偶然误差。所选获得较大的偏转角度来减小读数造成的偶然误差。所选用的仪器也并非是越精密越好，合适即可。例如：测一用的仪器也并非是越精密越好，合适即可。例如：测一段几十厘米长的金属丝，毫米刻

5、度尺就足够了，而对于段几十厘米长的金属丝，毫米刻度尺就足够了，而对于直径只有零点几毫米的电阻丝，十分度的游标卡尺的精直径只有零点几毫米的电阻丝，十分度的游标卡尺的精度不够高，而要用螺旋测微器测量才可以。度不够高，而要用螺旋测微器测量才可以。 4.方便性原则：实验选用器材和电路要便于操作、方便方便性原则：实验选用器材和电路要便于操作、方便调节、读数误差小、实验数据便于处理。例如，使调节、读数误差小、实验数据便于处理。例如，使用分压电路时，要使得电压变化与滑动变阻器的触用分压电路时，要使得电压变化与滑动变阻器的触头移动的距离能成近似的正比关系，这样调整起来头移动的距离能成近似的正比关系，这样调整起

6、来就很方便，这就要求滑动变阻器的总阻值要远小于就很方便，这就要求滑动变阻器的总阻值要远小于用电器的电阻。用电器的电阻。四、设计性实验的设计思路四、设计性实验的设计思路 解决设计性实验问题的关键是确定实验原理，它是解决设计性实验问题的关键是确定实验原理，它是进行实验设计的根本依据和起点。它决定应当测量哪些物进行实验设计的根本依据和起点。它决定应当测量哪些物理量、如何安排实验步骤等项目。实验原理的确定：一是理量、如何安排实验步骤等项目。实验原理的确定：一是根据问题的要求，二是根据问题的条件。根据问题的要求，二是根据问题的条件。 如果问题中没有给定如果问题中没有给定(或给足或给足)实验器材，实验设计

7、的实验器材，实验设计的基本思路是：基本思路是：(1)根据问题的条件和要求，构思相关的物理情境；根据问题的条件和要求，构思相关的物理情境；(2)确定实验原理；确定实验原理；(3)确定需测量的物理量；确定需测量的物理量；(4)制订实验方案。制订实验方案。 有时，对同一个问题，可以构想出不同的物理情境，导有时，对同一个问题，可以构想出不同的物理情境，导出物理量的不同表达形式，以这些表达式作为实验设计的依出物理量的不同表达形式，以这些表达式作为实验设计的依据，会有不同的实验原理和实验方案。据，会有不同的实验原理和实验方案。 如果问题已经给出实验器材，则实验设计时只能按所如果问题已经给出实验器材，则实验

8、设计时只能按所给的器材来构造物理情境。相对而言，这种情况下的实验原给的器材来构造物理情境。相对而言，这种情况下的实验原理和实验方案都会受到较大的限制。理和实验方案都会受到较大的限制。 有一节干电池，电动势大约为有一节干电池，电动势大约为1.5 V，内电阻约为，内电阻约为1.0 。某实验小组的同学们为了比较准确地测出该电池的电。某实验小组的同学们为了比较准确地测出该电池的电动势和内电阻，他们在老师的支持下得到了以下器材：动势和内电阻，他们在老师的支持下得到了以下器材：A电压表电压表V(15 V,10 k)B电流表电流表G(量程量程3.0 mA，内阻，内阻Rg10 )C电流表电流表A(量程量程0.

9、6 A，内阻约为，内阻约为0.5 )D滑动变阻器滑动变阻器R1(020 ，10 A)E滑动变阻器滑动变阻器R2(0100 ，1 A)F定值电阻定值电阻R3990 G开关开关S和导线若干和导线若干(1)为了能准确地进行测量，同时为了操作方便，实验中应为了能准确地进行测量，同时为了操作方便，实验中应选用的滑动变阻器是选用的滑动变阻器是_(填写器材编号填写器材编号)。(2)画出他们采用的实验原理图。画出他们采用的实验原理图。(标注所选择的器材符号标注所选择的器材符号)(3)该小组根据实验设计的原理图测得的数据如下表，为了该小组根据实验设计的原理图测得的数据如下表，为了采用图像法分析处理数据，请你在如

10、图采用图像法分析处理数据，请你在如图921所示的坐标所示的坐标纸上选择合理的标度，作出相应的图线。纸上选择合理的标度，作出相应的图线。序号序号123456电流表电流表G(I1/mA)1.371.351.261.241.181.11电流表电流表A(I2/A)0.120.160.210.280.360.43图图921(4)根据图线求出电源的电动势根据图线求出电源的电动势E_ V(保留三位保留三位有效数字有效数字)，电源的内阻，电源的内阻r_ (保留两位有效保留两位有效数字数字)。自主尝试自主尝试(1)为了便于调节，滑动变阻器的阻值不能太为了便于调节，滑动变阻器的阻值不能太大，选择大，选择R1比较合

11、适。比较合适。(2)由闭合电路欧姆定律由闭合电路欧姆定律EUIr可知，只要能测出两组路可知，只要能测出两组路端电压和电流即可列方程求解。但题目中给出的电压表量端电压和电流即可列方程求解。但题目中给出的电压表量程太大，无法准确读数，所以不能选用。因为电流表程太大，无法准确读数，所以不能选用。因为电流表G的的内阻已知，可以考虑把内阻已知，可以考虑把G和定值电阻和定值电阻R3串联作电压表使用。串联作电压表使用。实验原理图如图甲所示。实验原理图如图甲所示。答案答案(1)D(2)、(3)图见自主尝试图见自主尝试(4)1.48(1.461.49)0.84(0.800.90) (2011山东高考山东高考)某

12、探究小组设计某探究小组设计了了“用一把尺子测定动摩擦因数用一把尺子测定动摩擦因数”的实验方的实验方案。如图案。如图922所示，将一个小球和一所示，将一个小球和一个滑块用细绳连接，跨在斜面上端。开始个滑块用细绳连接，跨在斜面上端。开始时小球和滑块均静止，剪断细绳后，小球时小球和滑块均静止，剪断细绳后，小球自由下落，滑块沿斜面下滑，可先后听到自由下落，滑块沿斜面下滑，可先后听到 图图922小球落地和滑块撞击挡板的声音。保持小球和滑块释放的位小球落地和滑块撞击挡板的声音。保持小球和滑块释放的位置不变，调整挡板位置，重复以上操作，直到能同时听置不变，调整挡板位置，重复以上操作，直到能同时听到小球落地和

13、滑块撞击挡板的声音。用刻度尺测出小球下落到小球落地和滑块撞击挡板的声音。用刻度尺测出小球下落的高度的高度H、滑块释放点与挡板处的高度差、滑块释放点与挡板处的高度差h和沿斜面运动的位和沿斜面运动的位移移x。(空气阻力对本实验的影响可以忽略空气阻力对本实验的影响可以忽略)(1)滑块沿斜面运动的加速度与重力加速度的比值为滑块沿斜面运动的加速度与重力加速度的比值为_。(2)滑块与斜面间的动摩擦因数为滑块与斜面间的动摩擦因数为_。(3)以下能引起实验误差的是以下能引起实验误差的是_。A滑块的质量滑块的质量B当地重力加速度的大小当地重力加速度的大小C长度测量时的读数误差长度测量时的读数误差D小球落地和滑块

14、撞击挡板不同时小球落地和滑块撞击挡板不同时 (2011重庆高考重庆高考)某同学设计了如图某同学设计了如图923所示的装所示的装置，利用米尺、秒表、轻绳、轻滑轮、轨道、滑块、托盘和置，利用米尺、秒表、轻绳、轻滑轮、轨道、滑块、托盘和砝码等器材来测定滑块和轨道间的动摩擦因数砝码等器材来测定滑块和轨道间的动摩擦因数。滑块和托盘。滑块和托盘上分别放有若干砝码，滑块质量为上分别放有若干砝码，滑块质量为M，滑块上砝码总质量为，滑块上砝码总质量为m，托盘和盘中砝码的总质量为，托盘和盘中砝码的总质量为m。实验中，滑块在水平轨。实验中，滑块在水平轨道上从道上从A到到B做初速为零的匀加速直线运动，重力加速度做初速

15、为零的匀加速直线运动，重力加速度g取取10 m/s2。 图图923(3)实验得到实验得到a与与m的关系如图的关系如图924所示，由此可知所示，由此可知_(取两位有效数字取两位有效数字)。 图图924 (2011江苏高考江苏高考)某同学利用如图某同学利用如图925所示的实验电路来测量电阻的阻值。所示的实验电路来测量电阻的阻值。(1)将电阻箱接入将电阻箱接入 a、b 之间，闭合开关。适当之间，闭合开关。适当调节滑动变阻器调节滑动变阻器 R后保持其阻值不变。改变电后保持其阻值不变。改变电阻箱的阻值阻箱的阻值 R，得到一组电压表的示数，得到一组电压表的示数 U 与与 R 图图925 的数据如下表：的数

16、据如下表：请根据实验数据作出请根据实验数据作出 UR 关系图像。关系图像。 图图926电阻电阻 R R/5.010.015.025.035.045.0电压电压 U U/V/V1.001.501.802.142.322.45(2)用待测电阻用待测电阻 Rx 替换电阻箱，读得电压表示数为替换电阻箱，读得电压表示数为 2.00 V。利用利用(1)中测绘的中测绘的 UR 图像可得图像可得 Rx _。(3)使用较长时间后，电池的电动势可认为不变，但内阻增使用较长时间后，电池的电动势可认为不变，但内阻增大。若仍用本实验装置和大。若仍用本实验装置和(1)中测绘的中测绘的 UR 图像测定某一图像测定某一电阻，

17、则测定结果将电阻，则测定结果将_(选填选填“偏大偏大”或或“偏小偏小”)。现。现将一已知阻值为将一已知阻值为 10 的电阻换接在的电阻换接在 a、b 之间，你应如何之间，你应如何调节滑动变阻器，便仍可利用本实验装置和调节滑动变阻器，便仍可利用本实验装置和(1)中测绘的中测绘的 UR 图像实现对待测电阻的准确测定？图像实现对待测电阻的准确测定？自主尝试自主尝试(1)利用表格中的数据，描点作图。利用表格中的数据，描点作图。(2)根据所画出的图像，读出电压根据所画出的图像，读出电压2.00 V对应的电阻值为对应的电阻值为20 。(3)由闭合电路欧姆定律可知，内阻增大，则干路电流减小，电由闭合电路欧姆定律可知，内阻增大，则干路电流减小，电路中电压表的读数就会减小，根据