二、高一、高二部分课题提示与研究示例

1、二、高一、高二部分课题提示与研究示例 *实验编号同原实验册 高一（一） 观察与思考研究选题 实验一 奇妙的上转体图1提示：通过观察可以发现轨道的下端窄而上端宽，进一步观察还能发现上转体放在轨道下端时，卡在轨道里的部分较少，重心较高；而把它放在轨道上端时，卡在轨道里的部分较多，重心较低，如图1所示。可见，这并不违背能量守恒定律。图2上转体向上滚动的条件：如果在某处上转体的重心位置等于或低于它在坡顶时的重心位置，上转体就不能爬坡了。若双圆锥的顶角为，两轨道间的夹角为，轨道与水平线间的夹角为，由图2所示。通过三角函数运算可知：要使上转体上转，应满足：。实验二 逆流而上的小试管提示：探究过程中，可进行

2、如下五个实验，边实验、边思考。长玻璃管倒置后小试管管底朝上，观察小试管上升情况；长玻璃管倒置后小试管管底朝下，观察小试管能否上升；在小试管内装水并加盖塞子，使其密度大于水的密度，观察小试管能否上升；选择较小外径的试管，使它与玻璃管间的间隙比较大，观察小试管能否上升；选择较大外径的试管，使它与玻璃管间的间隙比较小，观察小试管能否上升；附：研究论文示例逆流而上的小试管图3（学生论文 南京金陵中学高三学生 魏威 仲明，编者改写）按课题要求，我们进行了实验，奇怪的现象引起了我们探索的兴趣，是什么原因使小试管逆流而上？开始我们认为：小试管上升的主要原因是大气压强。由于大气压强可以支持约10m高的水柱，远

3、比小试管上方的水柱高度大得多，因此大气对小试管向上的压力足以使小试管上升。根据这一解释，可以得出如下的推理：设大气压强为，外玻璃管长为，小试管高为，横截面积为，质量为，小试管所受合力，由于，则。假设为1cm2，小试管的质量为0.2kg，则可估算出上升的加速度为4g，即重力加速度的4倍。为检验这一假设，我们再次实验，发现小试管上升的加速度远比重力加速度要小得多。我们再将小试管管底朝下实验，小试管下的压强仍为，上方水柱的高度比大气压能支持住的高仍大得多，但实验结果却是小试管不能上升。两个实验的结果都与上述假设不符，因此，我们感到有必要重新审视假设的正确性。仔细分析可提出影响小试管上升的因素如下：大

4、气压强；小试管的质量（重力）；小试管的高度和横截面积；外玻璃管的长度；小试管与外玻璃管间的间隙（包括表面张力）；水流动的影响。为使问题简化，暂不考虑第两个因素。假设在将外玻璃管倒置的瞬间，间隙口的水未曾流出，作用在液面上的大气压将传递至液体内部，水作用于小试管底部的压强（显然它不等于试管上方水柱产生的压强，这就是导致上述错误的原因）。从这样的概念出发进行推导，可得小试管所受的合力，其中即为小试管排开水的重量，我们用G排来表示，则上式表示为。根据这一推论可知，如果，小试管上升；如果，小试管则下降。这一形式与物体的沉浮条件相似。为了验证这一结论，我们用一只橡皮塞把小试管管口封起来，管内的水量不可以

5、改变，然后进行实验，实验的结果与推论基本相符，即G排等于、小于（甚至略大于）小试管的重力时，它就不能上升。当小试管上升时，我们还可估测它的加速度，可以发现它的加速度很小。进一步的实验就是探讨两个因素的影响。用较粗的外玻璃管使小试管与外玻璃管间的间隙较大（如78mm），则小气泡从间隙处上升，使小试管落下。用较细的外玻璃管使小试管与外玻璃管间的间隙较小（约小于1mm），小试管既不上升，又不落下，这是由于表面张力起到了显著作用。在能够上升的情况下，间隙大一些时上升较快，圆头的试管比平头的上升得快一点，这是运动流体阻力的影响。由于涉及的知识限制，我们不再深入研究，在我们选取的条件下流速不大、间隙适中，

6、这些因素可以略去不计。上面实验过程中，我们得到比较满意的解释，更重要的是我们学到了一种解决问题的方法，这种方法对我们来说是终身受益的。实验四 逆风行舟提示：先分析帆船侧逆风前进的原理。图4为俯视图，控制航向，使风从帆面MN的外侧前方吹来，风吹在帆面上的力可以分解为沿帆面的阻力F1和垂直于帆面的力F2，F2又可以分解为沿航向和垂直于航向的力F和F”,F”主要靠水对船体的横向阻力相平衡，而沿航向的分力F比船体的纵向阻力（包括F1沿航向的分力）大得多，故船可以沿航向向前航行。由上可知，帆船能侧逆风前进。要使帆船到达顶风的目的地，帆船必须不断改变航向，走“之”字形，并不断改变帆的方位，如图5所示。图4

7、图5实验五 海狮戏球图6提示：不难发现，当海狮接近小球时，小球绕竖轴旋转起来，并力求避开海狮的追逐。问题是：为什么海狮与小球相互排斥？为什么小球绕竖轴旋转？对于第一个问题，很容易猜测到小球和海狮内部都有磁铁。由于不论球在什么位置，只要将海狮移近小球都能使球转动，可见球体的磁性是关于其纵轴对称的。而且由于小球有不倒翁的特性，所以磁铁是装在球的底部（设N极在上方）。至于小球为什么绕竖轴旋转可画图分析，从理论上找出两个磁铁排列的方式，以下两种可能比较容易排除（图6）：（a）两个磁铁呈竖直平行排列； (b)两个磁铁呈正交排列。余下的可能就是海狮内的磁铁与小球内磁铁呈锐角的关系（图7）。可用实验来证实这

8、种想法：用一块磁铁来替代海狮，以各种方式接近小球，最终证实这种想法是正确的。图7设海狮内磁铁的磁轴方向向上偏右（从前面观察）。当海狮从前面接近小球时，由于同名磁极相斥、异名磁极相吸的缘故，小球除受到推斥力之外，从前方看还受到逆时针方向旋转的力矩（其结果将使球内磁铁的中心升高即球的重心升高，且重力作用线不再通过球与台面的支承点，至重力矩与磁力矩平衡时，小球不再偏转。尽管向一侧偏的角度很小，观察者是很难察觉的，但它对理解海狮戏球的运动原理却是十分关键的现象）。值得注意的是，海狮磁场对小球磁铁的影响不只是在图示平面内向一侧偏转，而且还同时受到排斥力F，这个力与水平面对小球向前的摩擦力合起来对竖直轴产

9、生力矩的作用，因此它使小球同时绕竖直轴旋转。（二） 小型设计性实验研究选题实验一 巧测物质的密度设计方案：1 在刻度尺的中央系一根线，把尺悬挂起来，在尺的两端挂上待测物和重物，如图8所示。平衡时的方程为：图8图9把待测物浸到水中 ，调节 ，使杠杆平衡，如图9，又可得到另一个方程：联立这两个方程可得：图102 如图10，在弹簧下端挂重物，用刻度尺量出弹簧伸长量，则：把重物浸没于水中，伸长量变为，则有：由这两个方程可得：3 在圆柱形水杯内倒入水，然后再放入n只玻璃弹子，用刻度尺测出水面上升高度 h1，由此得一只弹子的体积为（S为水杯的底面积）。再用牛皮纸折迭一只小船，把n只玻璃弹子放到小船内，放入

10、水中，如图11，测出水面上升高度h2，其排开水的体积为h2S.由平衡条件得：图11由此得1只弹子的质量因此，弹子的密度为：4 用手提住蜡烛的引线，使蜡烛稳定在水中，如图12。用刻度尺测出蜡烛在水中的长度和全长。以悬挂点为支点，蜡烛在重力矩和浮力矩的作用下达到平衡。设蜡烛的质量、体积和受到的浮力分别为m、V和Q，则：图12 由此可得：图135.在一只玻璃杯里放满水，使石蜡块漂浮于水中，再小心地取出石蜡块，玻璃杯中溢出的水量就等于石蜡块漂浮时排开的水量。用虹吸的滴水器往这只玻璃杯中滴水，同时计数，直至杯中水滴满时，记下水的滴数n1（如图13）。若一滴水的体积为V0，则石蜡块排开水的体积为，根据阿基

11、米德定律，石蜡块的质量m等于它所排开的水的质量，即。然后，使石蜡块完全浸没在水中，取出石蜡块，用同样的方法测出以水滴为单位的石蜡块的体积。则石蜡块的密度为:.实验三 测细线的抗拉强度提示：测细线的抗拉强度的方法1. 如图14，把一个已知质量的重物悬挂在细线的中间，逐渐增大两根悬线间的夹角，直至线刚拉断时，记录此夹角，根据力的平行四边形法则可求出抗拉强度。2. 用杠杆的方法，如图15，将悬点O逐渐向A方向移动，直至线被拉断，由平衡条件可求出抗拉强度。图15图16图143. 如图16，用线把已知质量的重物拴在小马达的轴端，逐渐增大马达的转速，每次都用停表测出周期、半径，算出向心力： 由此推出绳的抗

12、拉强度。图174. 如图17，用细线悬挂一只很轻的小盒，小盒的一侧开有孔。将一金属球从轨道上释放，小球从轨道上水平抛出射入小盒内，与小盒一起向右摆动。逐渐提高金属球在轨道上释放处的高度，直至摆动时线被拉断。由平抛运动的水平距离公式和下落高度公式，可求得初速度，再根据向心力的公式，可求得抗断张力。5. 用伏安法测出金属丝的电阻R，再测出金属丝的长度和横截面积S，求出电阻率。查表找出这种金属丝的材料，再查手册找到这种金属线拉伸的极限强度（单位横截面积所能承受的最大拉力），最后由已知面积求出抗拉强度。实验四 测定重力加速度提示：按实验册要求调好后，从某一滴水下落时启动停表，同步地报数“0、1、2、3

13、”直到n（n=2030）时停止计时，读出tn。再测出滴口到金属盆的高度h，由自由落体运动的规律可得：实验中运用滴水累积计时，从而减少了计时误差，但由于是否调节好是靠主观感觉来判断的，仍有较大误差。为减少误差，需要多次实验（每次都要重新调节）。（三） 实验探索研究选题实验一 研究橡皮筋的伸长和拉力的关系1 方案的设计.ABG（固定端）（移动端）图20.O.ABG（固定端）（移动端）图19. O.ABG（固定端）（移动端）图18O几种实验方案： 方案一、如图18所示，橡皮筋原长AO不等于橡皮筋原长BO，且B点在AOB平面内随意移动。 方案二、如图19所示，AO为橡皮筋、BO为绳，且OB始终与重力G

14、的方向垂直。 方案三、如图18，用绳子代替OB。方案四、如图20所示，橡皮筋原长AO等于橡皮筋原长BO，且B点固定在一条经过A点的水平直线上移动。ODFABCG/2图21在以上各方案的实施过程中，只要在坐标纸上定下不同的B点和O点的位置，即可提供一组研究数据。同时，在B端移动到某点后，应进一步从此点顺着各点返回，并定下此时O点的位置，并对产生的“异常”现象作进一步的分析与研究。 2实验数据的处理方法：F值的测定在数据处理中，力F是根据力的分解与合成的原理求得，但处理的方法也是多种多样的，不同的方法有不同的优缺点，下面就实验方案四进行分析： 根据力的平行四边形法则（如图21所示），AOBC是一个

15、对角线相互垂直的棱形，因此可以把它转化为直角三角形的形式来求F值，即F = G/2 ，= OD/ ，图22AD1D2OO1O2只要我们量出OD、OA的数值，或从坐标纸上读出OD和AD的数值即可求出F 值（如图22）： 图23 如在作力的图示时，以单位长度表示G/2，如图23，则OiEi的长度即表示力F的大小。如以10mm长度表示G/2（10g），则力F的大小即为OE长度的毫米数，单位是克力。 关于F-l图像的得出，可以有如下几种方法：图24由测得的F，数据，作出F-的图线，延长图线交轴于 ，则 即为橡皮筋的原长（也可以用实验的方法量出），然后将F 轴向左平移 ，即得出F-l图像，如图24所示。

16、图25 以为半径，以A为圆心，作弧，再直接从记录的图纸上截取各对应的l值（见图25），再作F-l图像。 3.结果分析：由图可以看出：1) 当拉力较小时，曲线接近线性。2) 当拉力较大时，曲线向横轴靠近，表现为非线性，对相同的，F 值越大，l 也就越大。其中的一个原因是橡皮筋的横截面积变小，其劲度k变小。3) 力逐渐加大得到一条图线，再将拉力逐渐减小得到另一条图线，可以发现，这两条图线与l 轴围成的面积不相等。它说明橡皮筋从伸长到返回原状态的两个过程中的作功值不相等，即经过一次循环有一定的能量损耗。这种能量的损耗是由于橡皮筋的特殊结构所决定的，其机械能的减小转换为橡皮筋的内能。实验二 研究水的射

17、程和出水孔高度的关系1.理论分析从小孔流出的水的动能是它从液面下降(H-h)高度重力势能的减少来补偿的。由可得出口处水流的初速度为:又根据平抛公式可得 即 图26上式为h的一元二次方程,当时, 有最大值,即射程最大。2.实验示例h(cm)2.55.07.510.012.515.020.025.0S(cm)11.015.019.022.023.022.517.06.5作s-h图象如图26所示.从图可看出:h=0和h=H时,射程s=0;时,射程最大;对应于小于最大射程的某一值,都有两个h值,即以处的孔为中心，上下两侧对称孔的水流的射程是近似相等的。实验三 研究铝棒发声的现象提示：这是声驻波的现象。

18、设手握在棒长的二分之一处，当敲击棒的一端时，振动沿棒的轴向传播（它是一种纵波），当波动传到另一端面后部分反射回来，前进波和反射波叠加，满足一定频率的波动就会形成驻波。我们听到的音色单纯的声音是一种基音，由于它的能量衰减比较少，所以延续时间很长。对这种基波，手持的中点是它的波节，端面处就是它的波腹，从中点到端面的距离等于四分之一波长。若以表示波长，表示棒长，则。当我们判断出基音的频率f后，就可以测知在铝棒中的声速（）。实验四 研究浅槽水波的传播速度与水深的关系提示 ：水深远小于波长的波是浅水波。对浅水波，波速与水深的平方根成正比(约为)，而与波长无关。高二（）实验一 水面如何变化提示：手从A-A

19、'处向瓶内挤压，气体体积变小，压强增大，水面下降；从B-B'处向瓶内挤压，气体体积、压强均不变，水面高度不变。实验二 怎样使托板挂的重物的质量最大图27理论分析：设量筒为圆柱形，高度为H，水深h，盖上薄板时管内空气柱体积为V，倒置并挂上砝码后，薄板受水的压力将向下稍有突出，即使薄片的形变很小，由于量筒口处水的表面张力作用使薄片不致落下而向下产生微小的位移（如图27所示），从而使筒内空气柱的体积变大（），于是使气体的压强减小（）。根据一定质量气体的等温变化规律可得：即略去，则：。若薄片及砝码的总重量为G，量筒横截面积为S，则，代入上式可得：图28假设薄片能向下移动的距离为定值，即

20、V为定值，对上式进行数学分析可知，当水柱的高度时，G有最大值。实验三 医用挂水输液器的研究提示：先分析如图28所示装置（称马略特容器）中水从C均匀流出的道理。当水从C处外流时，容器中的液面就会下降，容器上部的压强降低，外面的空气通过玻璃管下端B吸进，使气泡不断从水里冒上来，聚集在容器里的水面之上。此时，与B等到高的水面上所受的压强等于大气的压强。即从C流出的水只是在BC那一层水的压力下往外流，由于BC那一层水的的高度是不变的，所以从C流出的水始终保持同样的速度。图29现在分析医用挂水输液器输液时保持恒速的原因。如图29所示为挂水输液装置的结构示意图。它只不过是一个变形的马略特容器：进气管就是那

21、根玻璃管，瓶内药液柱h正是那层不影响流速的液体AB，输液管中h1+h2这段药液相当于产生压力迫使水外流的那层液体BC。两者最主要的差别在于：马略特容器的出水口跟大气直接相通，而输液器的出水口是在病人的血管里。人体血管内血液的压强即血压一般不等于大气压，但由于具体病人的血压P血在输液过程中基本上是不变的，且药液对注入人体内针头口处的压强P药也基本上是保持不变的（因为输液装置安装好后，输液管的高度h1+h2可视为不变，且当时的大气压强也是“恒定”的），当药液的压强P药大于病人的血压P血时，药液就被注入病人体内。因为P药、P血一定，则“注射”压强P注=P药-P血也为定值，所以输液器输液时会匀速地滴注

22、。而“调节器”只起了调节输液管孔径大小的作用，从而达到调节输液的快慢。实验四 保温瓶的保温性能研究提示：实验内容分为两部分：制作热敏电阻温度计和研究保温瓶的保温性能。图30热敏电阻温度计测量电路如图30，其中Rt为热敏电阻，Rx为零点调节电阻，Rv为量程调节电位器。某一温度下，当Rt/Rx=R1/R2时，电流计中的电流为零。当温度变化，Rt变化，电流计读数就不为零，且温度变化越大，电流越大。制作时，用较长的引线将热敏电阻与电路连接，然后进行仪器的调整和温度标定工作。必须注意将热敏电阻探头用塑料膜包好或用环氧树脂涂在套管连接处以清除水漏电的影响。温度标定时，先将探头放入冰水混合液中，调节Rx使电

23、流表指针指零点（或某一刻度处），此刻度值即为0。然后即探头置于沸水中（1大气压），调节Rv使电表指针指于满刻度处，刻度值为100。其余的刻度值，在水温下降过程中与一插入水中的标准水银温度计比较而得出。研究保温瓶的保温性能时，将热敏电阻探头悬于保温瓶内水中，使两根细引线分开，以便塞紧瓶塞。实验时可按下述表格中的条件进行测量：时间/小时00512481632温度/正常瓶胆满瓶水+木塞满瓶水+塑料塞满瓶水+木塞+瓶盖半瓶水+木塞半瓶水+塑料塞漏气瓶胆满瓶水+木塞实验测量后，描绘温度随时间变化的图线，用图线延伸法分别求出正常瓶胆和漏气瓶胆水温降至室温以上10所需时间，并对不同条件的图线进行讨论。还可以

24、用实验来比较镀不同膜、不同形状的瓶胆的优劣。图31实验五 家用电冰箱的观察和实验1 观察、认识电冰箱的结构和致冷系统电冰箱由箱体、制冷系统、控制系统、附件构成。在制冷系统中，主要有压缩机、冷凝器、蒸发器和毛细管节流器四部分，自成一个封闭的循环系统。在实验用的电冰箱的背面中部有一条多次弯曲的蛇形管，其上有许多翅片条，这就是电冰箱的冷凝器。下面有一个全封闭的罐形压缩机，是由电动机带动的。箱体内是冷冻室，冷冻室的外套内有蒸发器。结构示意如图31。想一想：冷凝器的蛇形管上为什么有许多翅片条？翅片条板涂有何种颜色？为什么要涂这种颜色？在冰箱外部和内部各处，哪里比较热？哪里比较凉？为什么？（一般讲，压缩机

25、工作时，排气管温度最高，常有刺激性的烫手感。排气管通到的冷凝器入口处，应有烫手感。冷凝器出口的方向，温度应略高于体温，有热感。毛细管也有热感，入冰箱的孔处有温感。从蒸发器出来的回气管，应该有凉感，接近压缩机进气管处，常有结露。最冷处在箱内蒸发器的表面。开箱门观看冷冻室，见蒸发器四壁都结有一层薄霜，中间弥散着雾状水气，手伸入有冷感）2测试电冰箱内的温度和湿度取一只干湿泡温度计，分别放在冰箱的如下位置进行测量：箱外，箱内门框边，冷冻室（或上部冷藏室），下部冷藏室。每次将温度计放入冰箱关门5分钟，再开门迅速读出干泡和湿泡温度，并记录读数于表中，连测三遍，取平均值。测量后，思考：电冰箱内的温度是怎样分

26、布的？冷冻生肉类食品放在哪里较好？蔬菜存放在哪里较好？电冰箱内的相对湿度是怎样分布的？为什么在冰箱的门框处常会结露？3冰箱温度控制的观察冰箱是由温度控制器在恒定温度下工作的。当降到所需温度时，压缩机就会自动停下不再致冷；当温度回升到所需温度以上时致冷又进行。恒定致冷温度是由箱内控制旋钮来设定的。改变控制旋钮，倾听和记录压缩机相继开机和停机的时间。想一想：为什么要选择合适的控制温度？夏天和冬天控制旋钮的位置应有什么不同？4 利用电冰箱致冷的几个实验在完成实验册上的几个实验的基础上，向过冷却水中投入一小片碎冰，观察冰晶的生长。思考：过冷却水在凝结时，温度为什么会急剧上升？为什么上升到摄氏零度就稳定

27、下来？如果没有碎冰片的触发，水会冷却到什么程度？可以用其它的杂质（如粉笔灰）来触发吗？实验六 电流表、电压表的内阻对测量影响的研究图32提示 ：1 如果电流表的内电阻不等于零（设内电阻为RA），则电源电压E被R、RA分配，因此作I1/R的图像（如图32所示）。图中图线（1）表示不考虑电流表内阻时的理论图像，（2）表示考虑电流表内阻时的图像。可以看出，R越小，电表内阻的影响越大。2 如果电压表的内电阻不等于无穷大（设内电阻为RV），则电流表指示的是R与RV并联后的总电流，因而图33作UR的图像（如图33所示）。图中图线（1）表示不考虑电表内阻影响时的理论图像，（2）表示考虑电流表内阻影响时的图像

28、。可以看出，R越大，电表内阻的影响越大。3伏安法测电阻误差分析设电压表的内电阻为RV，读数为U，电流表的内阻为RA，读数为I，待测电阻值为RX。 用外接法：真实值 （1）测量值 （2） 相对误差 （3）由（3）式可见，如果电压表内阻比待测电阻大得越多，所引起的误差越小；反之越大。 用内接法：真实值 （4）测量值 （5） 相对误差 （6）由（6）式可见，如果电流表内阻比待测电阻小得越多，所引起的误差越小；反之越大。设有一个电阻R0，无论用哪种接法，所引起的相对误差相等，那么由（3）、（6）式可以断定，当时，用内接法测量的相对误差较小；当时，用外接法测量的相对误差较小。这一电阻可称为临界电阻。显然

29、，临界电阻应满足：即即 （7）（因为>RA且R0>0，故舍去R0<0的根）一般情况下，RVRA，所以， （8）由（7）或（8）式就可确定用怎样的接法了。实验七 滑动变阻器的研究 L D d图34提示：1.电阻丝的电阻率估测：d-滑线变阻器瓷筒直径，D-滑线变阻器线圈直径，L-线圈总长，n-单位长度内的线圈匝数，R-滑线变阻器的总电值。电阻丝总长,电阻丝面积,电阻丝的电阻率。滑线变阻器的总电值R由标牌给出，滑线变阻器线圈直径D、滑线变阻器瓷筒直径d、线圈总长L由游标卡尺测出，单位长度内的线圈匝数(为线圈总匝数)2. 滑动变阻器在实验中起限流、分压的作用，常用的方法有两种：限流电

30、路、分压电路（如图35、图36所示）, 两种接法都能调节负载电阻两端的电压（即输出电压）。图36图35设，滑动臂C自A端滑动端向B端移动时AC间电阻为RX，。根据欧姆定律可得负载两端的电压U（输出电压）。 (1)限流电路图37 显然，输出电压U随滑动距离X的增大而增大。图37为几种情况下的U-X关系曲线，随着负载电阻R的增大曲线逐渐上移，当R很大时，曲线趋向于一条直线。R增大，负载上电压调节范围变小，但调节的线性程度提高。考虑电源内电阻时，对输出电压的最小值、最大值都有影响，且负载电阻R的值越小，影响越大。 (2)分压电路图38同样，分压电路中输出电压U随滑动距离X的增大而增大。图38为分压电

31、路的U-X特征曲线，随着负载电阻R的增大曲线逐渐上移，当R很大时，曲线趋向于一条直线。无论R多大，负载上电压的最小值均为零。不考虑电源内电阻时，输出电压U的最大值始终为E，但R增大，调节的线性程度提高；考虑电源内电阻时，输出电压U的最大值变小,且负载电阻R的值越小，影响越大。 实验八 判断电缆线中电线的首尾提示 ：答案不唯一,如：123456图39方案1：如图39，将带“箭”导线分别与5、6端连接，可以断定3、6为同一导线的两端。然后再用导线把1、3端连接，同样的方法可判断出2和5。123456图40绿红方案2：如图40，将红、绿2 个灯泡分别接在1、2和2、3之间，将带箭头的导线端分别与5、

32、6连接，如果红灯亮，则说明3、6两端属同一导线，如果两个灯光都亮（图中是与6相接），说明灯泡是串联的关系，通过分析很快判断出2、5属于同一根导线。比较上面两个方案，可以看出方案2来得优越，因为对方案1，实验者必须首先在左端连接电路，再到右端实验，然后再到左端改接线，再到右端实验。因为两边的距离很远，所以从经济角度评价不是好的方案。而方案2，只要在左端连接好线路，到右端来实验即可很快做出判断。实验九 电路黑箱的实验研究1. 如何判断电学元件中学里接触的电学元（器）件主要有电阻、电容、电感、开关、晶体二极管、电池等。如果黑箱内只有一个元件，如何判断其种类？这要看为你提供了什么样的检测仪器，例如，提

33、供了多用电表，那就只能检测在它检测范围内的元件。判断电学元件必须满足一定的程序要求。通常检测方法和判断程序如如图41所示。（1）首先必须判断箱内有无电源。判断的方法是用电压表去测量，只有在确认不含电源的情况下才能继续实验，以免损坏仪表。（2）用欧姆表检测接线柱的两端，必须交换表笔，可能的结果有图中所示的几种。其中对电容的检测，也只有在电容量足够大的情况下才能看到充电现象。通常对电感元件，只有多用电表是难以检测的。（3）如果提供交流电流表（或电压表、示波器）、信号源、电阻箱等，则可以用测感抗和容抗的方法来判断是否有电感或电容元件，也可估测元件的参数。用伏特表检测各接线柱间的电压电流与频率有关？含

34、电源用伏特表测各电压为零的接线柱间的电阻R=0R+0R-RR=常数短路二极管电容断路电阻电感充放电现象？U=0?用交流电流表测输入相应元件之信号频率变化时的电流否是无有有无图41（4）对电池参数的测量，可以应用闭合电路欧姆定律。其测量方法不再赘述。如果提供的仪器没有欧姆表，那必须还有电源、电阻和其他的电学仪表，我们应当能够把上述方法加以迁移组成一定的电路，或用欧姆定律，或用等效替代，或作电桥的方法，或用电势差补偿法来解决判断和测量参数的问题。2 如何确定元件的组合一个黑箱中如果有两个元件或三个元件，问题的难度就会大大增加，因为当我们去检测某两端时，可能是一个元件的反映，也可能是两个或三个元件的

35、综合反映。因此，只检测两端还不能确定该两端是否有元件或是什么元件，必须综合考虑与之相关的其他两端的检测结果。这里仅考虑黑箱中有两个元件和三个接线端并且两端间只能有一个元件的简单情况。（1）如果黑箱内设置两个电阻（R1=200k，R2=68k），如图42，如何用多用电表来判断电阻的位置和参数。表面上看，这个问题很简单，实际上并不容易。其难点是，两个电阻值相差很大，用欧姆表中的一档，只能测准其中的一个电阻，必须换挡测量，而且每次都要重新进行电阻调零。用这样的黑箱对初学者训练欧姆表的使用方法是很好的。图43图42（2）黑箱的内部电路如图43所示，用欧姆表测量，在AB和AC端都见到充电现象，如何来确定

36、电容的位置呢？有两种方法：比较充电现象的差别。当用欧姆表表笔接在充电电路的两端时，可见电流表指针迅速向右偏转到某一最大值，然后向左缓慢回偏，而且指针回偏越来越缓慢，最后接近电流零点。这反映充电电流按指数函数衰减的规律。如果在AC端充电最大电流比较小，而且充电的时间比较长，则电容在AB端之间。其理由是充电电路的电阻越大，电流就越小；电流越小，充到一定电压的时间就会越长。用导线分别把AB端和AC端短接，如果见不到充电现象，那么，电容就必在导线短接的那两端之间。以上两种方法都必须在电容量和电阻值都较大的条件下才能显示出来。图44（3）黑箱内的电路如图44所示，用欧姆表检测元件的种类和位置。对电阻所在

37、位置的检测并不困难，关键是如何确定二极管的位置，这也有两种方法：一种是比较两种情况下正反向电阻的差异；另种是用导线短接排除法。这里不再赘述。在比较正反向电阻实验时，可以发现一个有意思的现象，那就是正向测量两个元件串联的电阻值不等于分别测量的电阻之和，这是由于二极管伏安特性的非线性造成的，两次测量二极管的工作电流不一样，因此两次测量的电阻值也就不相同。高二（）实验三 气压随高度变化的研究 实验方案：（1）用气体的玻意耳定律在一端封闭的玻璃管中灌一段水银，让水银停在管的中间，封闭一段空气，找一幢高层楼房做实验。在底层处把玻璃管水平放置，用尺量出空气柱长和水银柱长h，再把管子竖直放置，量出空气柱长，

38、则由得。登上已知高HA的A层楼上，同样的方法得；在已知高HB的B层楼上，也可得。图45作P-H图，在坐标图中描出实验得到的三个点，得出压强随高度变化的图线（如图45所示）。图46若已知高度HX，则可从P-H图线上求得该处气压PX；若已知某处的气压PX，由P-H图线可估测该处的高度HX。(说明：1.各实验点的温度对实验结果无影响；2.加大V0,，可减小实验误差。如可将两端开口的玻璃管的一端通过橡皮塞与一试管密封相连接，如图46所示。在实验室中测出试管的体积和玻璃管的内径，算出等效长度l0，再按上述方法实验，在不同状态下测量玻璃管中气柱长度的变化就会比较显著。)（2）理想气体状态方程在上述高楼底层

39、，用水银气压计测知当地大气压P0，用温度计测出气温，把玻璃管水平放置测出空气柱长。移动玻璃管和温度计到已知高HA的楼上测得空气柱长和，则由T=273+t和得。同样在已知高HB处测得空气柱长和得，在已知高HC处也可得。同样作P-H图线，也可以由已知高度HX估测气压PX或由已知气压PX估测高度HX。实验五 饮水鸟奥秘的探究学生论文示例： 我们对这一实验非常感兴趣，在定性实验前，我们学习了有关的准备知识，为使我们能够看到一些现象，教师把饮水鸟颈部的漆刮掉了一部分，并告诉我们饮水鸟内部装有乙醚这种液体。我们一次又一次地观察，并相互讨论，观察得非常仔细。开始，我们猜想可能与小鸟低头“饮水”有关，是否是杯

40、中的水吸到头上使重心前移？但为什么会抬头呢？抬头后没有饮水，为什么又低下头来呢？我们不能解释。后来，我们又发现管中有液柱上升的现象，因此假设由于液柱上升而使重心前移，于是提出图47的模型，但为什么液柱会上升呢？还是不能解释。我们又仔细的观察，发现小鸟的头部有一层湿润的材料覆盖（吸湿性好的纱布），图47它与液柱上升有什么联系呢？当我们积极思考而难以进展的时候，有的同学想到了一种伽里略气体温度计的模型，如图48所示，当上方烧瓶外表的水份蒸发时，玻璃管中的液柱就会上升。由这个模型使我们得到启发：尾泡中有乙醚的液体，将头泡和尾泡隔开形成两个气室。乙醚具有易挥发的特点，头泡和尾泡的气室中充满乙醚的饱和汽。于是我们想到了液柱上升的原因可能是尾泡与头泡间的温度差。而温度差的形成又是由于头泡表面吸湿后水的蒸发造成图48的。这样就得到如下的逻辑：温度差压强差液柱上升重心升高倾倒。而饮水鸟低头后为什么会抬起头来？偶然间，我们发现小鸟每低一次头在颈部玻璃管处都有一个气泡产生，气泡是从尾泡中来的，当我们用手握住尾泡时，发现液柱上升更快，气泡更容易产生，这些现象启发了我们，提