物理设计性实验题的解答方法课堂PPT

1、1物理设计性实验题的解答方法物理设计性实验题的解答方法南南 师师 附附 中中 陈金贵陈金贵2 江苏省江苏省08年的高考大纲中明确得出，对实年的高考大纲中明确得出，对实验与探究能力方面要求：验与探究能力方面要求：“能在实验过程能在实验过程中发现问题、提出问题，并制定解决方中发现问题、提出问题，并制定解决方案案”。“能运用已学过的物理理论、实验能运用已学过的物理理论、实验方法和实验仪器去解决问题，包括简单的方法和实验仪器去解决问题，包括简单的设计性实验设计性实验”。 以上的要求可以分解为三个基本方面：以上的要求可以分解为三个基本方面：(1）解决简单的设计性实验；（解决简单的设计性实验；（2）能在实

2、验过）能在实验过程中发现问题、提出问题，并制定解决方程中发现问题、提出问题，并制定解决方案；（案；（3）对结论进行一定的分析和评价。）对结论进行一定的分析和评价。3 设计性实验，是指在学生掌握的基本实验设计性实验，是指在学生掌握的基本实验原理和方法的基础上，应用基本测量仪器原理和方法的基础上，应用基本测量仪器自行设计实验方案。设计性实验的考查，自行设计实验方案。设计性实验的考查，要求学生对原有的实验原理再认识和再加要求学生对原有的实验原理再认识和再加工，即在原有知识的基础上进行知识的重工，即在原有知识的基础上进行知识的重新建构，它涉及到实验方案的确定，实验新建构，它涉及到实验方案的确定，实验器

3、材的选择和迁移运用，实验步骤的安排，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几个方面。验的总结和评价等几个方面。4一解决设计性物理实验的一般性程序一解决设计性物理实验的一般性程序和方法和方法明确目的明确目的 选 择 方选 择 方案案 选 定 器选 定 器材材 拟 定 步拟 定 步骤骤数 据 处数 据 处理理误 差 分误 差 分析析总总 结结 评评价价5 1明确实验目的明确实验目的 实验的目的：探索什么规律？要设计什么实验的目的：探索什么规律？要设计什么?需要测定什么物理量？需要哪些测量仪器？需要测定什么物理量

4、？需要哪些测量仪器？这是实验设计的出发点。这是实验设计的出发点。 如何确定实验原理？如何确定实验原理？ 根据实验目的，应用所学知识，广泛联想：根据实验目的，应用所学知识，广泛联想：该物理量或物理规律包含在哪些内容中？该物理量或物理规律包含在哪些内容中？与哪些物理量有直接的联系？涉及哪些物与哪些物理量有直接的联系？涉及哪些物理量？理量？ 6 注意物理实验中的基本的思想方法的理解和应注意物理实验中的基本的思想方法的理解和应用：用： 如微小量测量的累积法；如微小量测量的累积法； 利用相似物理情境进行测量的模拟法；利用相似物理情境进行测量的模拟法； 根据物理量之间的某种联系进行转移测量的转根据物理量之

5、间的某种联系进行转移测量的转换法；换法； 把微小量先放大再测量的放大法；把微小量先放大再测量的放大法； 根据物理量之间的效果相同采取的替代法等。根据物理量之间的效果相同采取的替代法等。 实验的原理要尽可能在高中物理范围之内。实验的原理要尽可能在高中物理范围之内。7 2实验方案的选择实验方案的选择 一个设计性实验，结果常常是不唯一的，一个设计性实验，结果常常是不唯一的，可能会有多种实验原理，从而形成多种实可能会有多种实验原理，从而形成多种实验的方案。对应一种不同的物理规律，就验的方案。对应一种不同的物理规律，就会出现一种不同的设计方案。会出现一种不同的设计方案。 如何选择实验方案呢？如何选择实验

6、方案呢？8 遵循四条主要原则：遵循四条主要原则： (1)科学性：设计的方案要有科学依据，符合物理科学性：设计的方案要有科学依据，符合物理学的基本规律和原理。学的基本规律和原理。 (2)可操作性：按设计方案实施时，应安全可靠，可操作性：按设计方案实施时，应安全可靠，不能对人身、实验器材造成危害；所需装置和器材不能对人身、实验器材造成危害；所需装置和器材应是常见的，易于配备。实验方案要简单易行。应是常见的，易于配备。实验方案要简单易行。 (3)方便性：在保证实验能够正常进行的前提下，方便性：在保证实验能够正常进行的前提下，实验步骤、实验方法、设计方案要简便易于操作，实验步骤、实验方法、设计方案要简

7、便易于操作，实验装置对实验过程便于控制等。实验装置对实验过程便于控制等。 (4) 准确性：实验器材（仪表）的量程能够保证实准确性：实验器材（仪表）的量程能够保证实验的测量要求，实验装置的实验误差较小，精度高；验的测量要求，实验装置的实验误差较小，精度高；9 3依据方案选择器材依据方案选择器材 实验方案选定后，考虑该方案需要哪些装实验方案选定后，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，以此来关系，分别需用什么仪器来测定，以此来确定实验所用器材确定实验所用器材.10 4确定实验步骤确定实验步骤 如何组装器材，怎么样测

8、量需要的物理量，如何组装器材，怎么样测量需要的物理量，实验步骤必须符合仪器的操作规程，必须实验步骤必须符合仪器的操作规程，必须合理有序高效。合理有序高效。 5数据处理，误差分析数据处理，误差分析 高考对此要求不高，但常用的数据处理方高考对此要求不高，但常用的数据处理方法法(如：平均法、图象法、描迹法、比较法如：平均法、图象法、描迹法、比较法等等)和误差分析方法和误差分析方法(如绝对误差、相对误差如绝对误差、相对误差等等)还是应该掌握的，在设计实验时也应予还是应该掌握的，在设计实验时也应予以考虑以考虑. 11 二器材选择的基本原则二器材选择的基本原则 1电表的选择电表的选择 安全性：不得超出电表

9、的量程安全性：不得超出电表的量程 准确性：在不超出电表的量程的前提下，选择量程准确性：在不超出电表的量程的前提下，选择量程小的，使测量值尽量接近量程小的，使测量值尽量接近量程 2控制电路的选择控制电路的选择 限流电路：满足安全性，确保有足够大的电流和电限流电路：满足安全性，确保有足够大的电流和电压的调节范围，优先选用限流接法压的调节范围，优先选用限流接法 在滑动变阻器阻值大于负载时，一般选择限流在滑动变阻器阻值大于负载时，一般选择限流 分压电路：要求电压从分压电路：要求电压从0开始时开始时 要求电流或电压的调节范围足够大时要求电流或电压的调节范围足够大时 当滑动变阻器的阻值小于负载电阻时当滑动

10、变阻器的阻值小于负载电阻时12 例例1某电压表的内阻大约在某电压表的内阻大约在20 k50 k之间，之间，现要测量其内阻，实验室提供下列可选用的器材：现要测量其内阻，实验室提供下列可选用的器材： 待测电压表待测电压表v（量程（量程3v）；）； 电流表电流表a1（量程（量程0.2ma）；）； 电流表电流表a2（量程（量程5ma）；）； 电流表电流表a3（量程（量程0.6a） 滑动变阻器滑动变阻器r（最大电阻值（最大电阻值1 k）；）； 电源电源e（电动势（电动势4v）；）； 开关开关s； （1）所提供的电流表中，应选用）所提供的电流表中，应选用 （填写字母（填写字母代号）；代号）； （2）为了尽

11、量减小误差，要求测多组数据，试在）为了尽量减小误差，要求测多组数据，试在方框内画出符合要求的实验电路图；方框内画出符合要求的实验电路图； （3）完成电路的连线。）完成电路的连线。13 分析与解答：分析与解答： (1)选择电表有两个的基本原则：安全性原则选择电表有两个的基本原则：安全性原则和准确性原则。在本题中，可以估算电路中和准确性原则。在本题中，可以估算电路中的最大电流值，不会超过的最大电流值，不会超过0.2ma，因此电流，因此电流表应该选取表应该选取a1。 (2)为了测得多组数据，必须使用滑动变阻器，为了测得多组数据，必须使用滑动变阻器，在本题中，因为待测电阻值远远大于滑动变在本题中，因为

12、待测电阻值远远大于滑动变阻器的全电阻值，如果采用限流式接法，电阻器的全电阻值，如果采用限流式接法，电流与电压的调节范围很小，不利于提高实验流与电压的调节范围很小，不利于提高实验的精度，故应采用分压式电路，电路图如图的精度，故应采用分压式电路，电路图如图所示。所示。 电路的连线如图所示。电路的连线如图所示。va14 点评点评 本题需要先估算电路中的最大电流本题需要先估算电路中的最大电流,由此来由此来选择电流表的量程选择电流表的量程. 滑动变阻器组成的控制电路滑动变阻器组成的控制电路,限流还是分压限流还是分压,则需要根据具体情况来确定则需要根据具体情况来确定.本题中则应该本题中则应该选择分压电路选

13、择分压电路,因为若使用限流电路因为若使用限流电路,则不易则不易调节调节,其电流与电压的调节范围很小其电流与电压的调节范围很小,电流电电流电压的调节范围和调节的方便性压的调节范围和调节的方便性(线性不好线性不好,精精确性差确性差)都远不如分压电路好都远不如分压电路好.15 例例2量程为量程为3v的电压表，其内阻约为的电压表，其内阻约为3k，现要求测该电压，现要求测该电压表内阻的值，并有尽可能高的测量精度，现有下列器材：表内阻的值，并有尽可能高的测量精度，现有下列器材： 电池电池e1电动势电动势1.5v，内阻很小，内阻很小 电池电池e2电动势电动势6v，内阻很小，内阻很小 电流表电流表a1量程量程

14、1.0ma，内阻约为，内阻约为400 电流表电流表a2量程量程10ma，内阻约为，内阻约为40 滑动变阻器滑动变阻器r1总阻值总阻值1700，额定电流，额定电流0.5a 滑动变阻器滑动变阻器r2总阻值总阻值50，额定电流，额定电流1a 变阻箱变阻箱r3总阻值总阻值0.1999.9,额定电流额定电流0.2a 变阻箱变阻箱r4总阻值总阻值0.19999.9,额定电流额定电流0.2a 开关开关s及导线及导线 选用给定的器材，设计两个易于操作的电路，要求画出电路选用给定的器材，设计两个易于操作的电路，要求画出电路并标出所用器材的代号；并标出所用器材的代号； 实验中应测量的物理量为实验中应测量的物理量为

15、 ； 实验中测出电压表内阻的测量式为实验中测出电压表内阻的测量式为 。16 分析与解答：本题可采用如下两种测量方分析与解答：本题可采用如下两种测量方案。案。 方案方案1：（：（1）如图甲所示，将电压表与电）如图甲所示，将电压表与电阻箱阻箱r4串联后接到电源两端，因为电压表串联后接到电源两端，因为电压表的内阻很大，故可忽略电源内阻的影响；的内阻很大，故可忽略电源内阻的影响； （2）电压表示数）电压表示数u及及r4的值；的值； （3）由串联分压原理可得：；）由串联分压原理可得：；4rueurv17设计两个易于操作的电路设计两个易于操作的电路,所以设计所以设计的实验方案必须是易于操作的的实验方案必须

16、是易于操作的,简便易行的简便易行的. 如果设计出不同的方案如果设计出不同的方案,则需要加以比较则需要加以比较,最最后确定哪些方案是最简便易行的后确定哪些方案是最简便易行的. 如市二模的实验题如市二模的实验题,就可以有不同的设计方就可以有不同的设计方法法.18 方案方案2：（：（1）如图乙所示，将电压表与电）如图乙所示，将电压表与电流表流表a1串联（为什么选用串联（为什么选用a1，而不选用电，而不选用电流表流表a2？），选用滑动变阻器？），选用滑动变阻器r2连接成分连接成分压式电路（滑动变阻器为什么选用压式电路（滑动变阻器为什么选用r2，而，而不选用不选用r1？）。因为电压表是能够指示电？）。因

17、为电压表是能够指示电压的大电阻，而电流表可同时测出通过电压的大电阻，而电流表可同时测出通过电压表的电流值，故由欧姆定律即可求出电压表的电流值，故由欧姆定律即可求出电压表的内阻值；压表的内阻值； （2）电压表及电流表示数；）电压表及电流表示数； （3）由部分电路欧姆定律得：）由部分电路欧姆定律得：iurv19 例例3实验室中现有器材实物图如图所示实验室中现有器材实物图如图所示 电池电池e，电动势约，电动势约10v，内阻约，内阻约1； 电流表电流表a1，量程约，量程约10a，内阻，内阻r1约为约为0.2； 电流表电流表a2，量程，量程300ma，内阻，内阻r2约约5； 电流表电流表a3，量程，量程250ma，内阻，内阻r3约约5； 电阻箱电阻箱r1，最大阻值，最大阻值999.9，最小阻值改变，最小阻值改变量为量为0.1； 滑线变阻器滑线变阻器r2，最大值，最大值100；开