高考物理实验设计型命题的求解策略

1、高考实验设计型命题的求解策略所谓设计性实验，是指据现行物理人纲要求，在学生掌握的基木实验原理基础上，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 再认识和加丄，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，谋差的分析及对实验的总结和评价等）.考空在应试过程的缺陷通常表现在以下儿个方面：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，缺乏对己掌握的实验原理，仪器的使川进行新情境卜的迁 移利用

2、，缺乏创新意识.图 38-1难点磁场】.（） （1996年上海）（转换法）如图38-1所示，p是 一根表面均匀地镀冇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q已知, 管的两端有导电篩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.?.（ ）冇一只电压表虽程已知，内阻为rv，另冇一电池（电动势未知，但不超过电压表的最程，内阻可忽略）请用这只电压表和电池，再用一个电键和一些连

3、接用的导线，设计测量某一高值电阻心的实验方法.（已知rx的值与rv相差不大） 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，导岀高值电阻&的计算 丨案例探究例1 （）实验室冇一个可拆变压器，请设计一个实验方案，佔测出变压器 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级耍求.错解分析：思维缺乏创新，无法灵活运用变压器原理，构 思巧妙的设计思路.解题方法与技巧：依图38-2（«

4、;）连接电路，然示将小磁针 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/1（例如 100）01,将加绕后的线圈接入220 v交流电路（如图38-20）所 示），读出交流电压表的示数s拆除加绕的匝线圈，仍将原线(a)图 38-2(b)则有圈接入220 v交流电路，闭合电键后，读出交流电压表的示数”2,220 _ nxu 2“2得:u2u112 =us220（/2 u、）例2 ()给你下列器材：待测电压表(量程为 3 v,内阻ry约儿千欧)，电阻箱、滑线变阻器、蕃电池、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：考杳考生灵

5、活运用知识的迁移能力及实验创新 能力，b级要求.错解分析：受思维定势影响，认为无电流表即无法测电压 表的电阻，使设计思路受阻，不能据电压表原理大胆与rj 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，将电阻箱心调到零，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；调节电阻箱乩的阻值，使电压表的示数为1.5 v；记下此时电阻箱的阻值疋.断开开关s,拆除电路，贝u被测电压表的内卩n心=疋.锦囊妙计一、实验设计的基木思路选择方案选定器材一拟定步骤数据处理 一误差分析二、实验设计的基本方法1 明确冃的，广泛联系题目或课题要求测定什么物理量，或要

6、求验证、探索什么规律，这是实验的目的，是实 验设计的出发点.实验目的明确后，应用所学知识，广泛联系，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，与哪些物理量有总接的联系.对于测量型实验， 被测虽通过什么规律需用哪些物理虽来定虽地表示;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，在相应的物理现象屮， 涉及哪些物理量这些都是应首先分析的，以此來确定实验的原理.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-般说來，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

7、则：(1) 科学性：设计的方案有科学的依据和正确的方式，符合物理学的棊本原理.(2) 可行性：按设计方案实施时，应安全可靠不会対人身、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课差分析，丿&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，被测定最与哪些物理最启肓接的定最关系, 分别需用什么仪器來测定，以此來确定实验所用器材.4. 拟定步骤，合理有序实验之前，要做到心屮有数：如何

8、纟r装器材，哪些量先测，哪些量示测，应以正确操作 和提高效率的角度拟定一个合理而冇序的实验步骤.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）述是应该掌握的，在设计实验时也应予以考虑.歼灭难点训练】.（ ）校医务室有一台测体匣的台秤，一只篮球，一张口纸，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. （）某同学川自來水龙头做测重力加速度的实验，他把金属盘放在水龙头止 下方1 m处，调节开关，使一滴水刚落在盘屮时，另一滴水刚好从龙头处开始卜落，这两 滴水之间没有其他水滴从某一滴水

9、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力加速度的实验原理.（2 ）计算其实验测得的垂力加速度值.3. （*）（1997年全国）某电压表的内阻在20 kq50 kq之 间，现耍测量其内阻，实验室提供下列町选用器材：待测电压表量 程3 v）,电流表ai（程20（） “a）,电流表出（量程5 ma）,电流表 加（量程0.6 a）,滑动变阻器（最大阻值lkq）,电源£（电动势4 v）,电键s.图3弘4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

10、和电键及其连线已画出）.4. （ ）（2000年全国）从卜表屮选出适当的实验器材，设i一电路来测量电流表 儿的内阻门，要求方法简捷，冇尽可能高的测虽精度，并能测得多组数据.器材（代号）规格电流表（力】） 电流表（力2） 电压表（v） 电阻（乩） 滑动变阻器（乩） 电池（e） 电键（k） 导线若干量程10ma,内阻门待测（约40 q） 量程500 u a,内阻厂2=750 q 量程1（）v,内阻c = l（）kq 阻值约100 q,作保护电阻用 总阻值约50 q电动势1.5 v,内阻很小在虚线方框中画出电路图，标明所用器材的代号.（2）若选测虽数据中的一组来计算门，则所用的表达式为- a?，式中

11、各符号的意义是：.5. （*）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鬪筒的轴线垂合，透镜图充巧的焦距人于圆筒长度，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，写岀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, d, u, i (2)电流表内外接均可，如图38' -1(3) 心也ttdu2： (1)见图 38, -2(a)(b)图 38 -2u2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，秤血的力一样，另一方而球对秤面的冲击力是瞬时的，无法

12、读取测量值.由于篮球击在平而上，它产生的冲击力的人小与篮球和地而接触处形变量人小有关，因此，只要记录球击屮地而时形变量人小就可以通过模拟的方式再演现出來.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，并昭下球的水印.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，当球发牛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人小.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吋间a n _ 12总吋间，"为下落水滴数由自由落体公式：吋昭则尸沦欝 ”代入数据f wo""。肿=9冲航(3x60)23

13、.(l)4i (2)见图 38 -4山于电源电动势e=4 v,电压表内阻最大e 4厂莎而a如a，血、去量程都太大,图 38 -450 kq ,故选旳.由于心在20 kq50kq之间，远大于滑动变阻器的阻值1 kq,故应连成分压电路.4.(1)电路如图385所示.(2)门=墮;式中人、八分别是电流表a】、"2的读数，门、厂2分i 1图 38 -5别是电流表的内阻.(2)先将电压表、电池、电键按图(a)电路接好，闭合电键， 读岀电压表示数3,则3=6再将电压表依图(b)连成电路， 闭合电键，记下电压表示数/，则"6+®心由以上两式解出题屮在接判定必选的器材是电池&am

14、p;电键k,导线若干.由小量程是10 ma,门约为40 q，e是电动势1.5 v,可判定必须再选电阻乩，滑动变阻器&作为限流，才保证通过小 的电流不至于超过10ma.要测力】的电阻,通过右的电流值八可由力】读出,只要能测出ai两端的电压则可求出门测电压要用电压表,但是若将电压表与久并联，电流和上的电压最多是"百而丙i。v=i3v,而电压表的量程是10v,对().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人2的内阻厂2知道，通过电流 表人2的电流上2可以读出,因|ftj a 2两端的电压“2 = i 2厂2.若将a1与力2并联,则”2即a 1u i r两端的电压，由此可以求出右的内阻门=亠，式中八白纸是42、并联时通过儿的电流，滑动变阻乩限流，分压接法均 可.5.(1)实验步骤：用直尺测量圆筒长度厶将圆筒的a端疋对太阳，调节圆筒方向，