物理设计型实验题的解题方法.ppt

物理设计性实验题的解答方法 ------学习方法 高考大纲中明确得出，对实验与探究能力方面要求：“能在实验过程中发现问题、提出问题，并制定解决方案”。“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，包括简单的设计性实验”。 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；（2）能在实验过程中发现问题、提出问题，并制定解决方案；（3）对结论进行一定的分析和评价。 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，误差的分析及对实验的总结和评价等几个方面。 一．解决设计性物理实验的一般性程序和方法 1．明确实验目的 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？这是实验设计的出发点。 如何确定实验原理？ 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？与哪些物理量有直接的联系？涉及哪些物理量？ 注意物理实验中的基本的思想方法的理解和应用： 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； 根据物理量之间的某种联系进行转移测量的转换法； 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。 实验的原理要尽可能在高中物理范围之内。 2．实验方案的选择 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。 如何选择实验方案呢？ 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，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。 (3)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）的量程能够保证实验的测量要求，实验装置的实验误差较小，精度高； 3．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，以此来确定实验所用器材. 4．确定实验步骤 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，必须合理有序高效。 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)还是应该掌握的，在设计实验时也应予以考虑. 二．器材选择的基本原则 1．电表的选择 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，选择量程小的，使测量值尽量接近量程 2．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 分压电路：要求电压从0开始时 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 例1．某电压表的内阻大约在20 kΩ—50 kΩ之间，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V（量程3V）； 电流表A1（量程0.2mA）； 电流表A2（量程5mA）； 电流表A3（量程0.6A） 滑动变阻器R（最大电阻值1 kΩ）； 电源E（电动势4V）； 开关S； （1）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，要求测多组数据，试在方框内画出符合要求的实验电路图； （3）完成电路的连线。 分析与解答： (1)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，可以估算电路中的最大电流值，不会超过0.2mA，因此电流表应该选取A1。 (2)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，不利于提高实验的精度，故应采用分压式电路，电路图如图所示。 电路的连线如图所示。 点评 本题需要先估算电路中的最大电流,由此来选择电流表的量程. 滑动变阻器组成的控制电路,限流还是分压,则需要根据具体情况来确定.本题中则应该选择分压电路,因为若使用限流电路,则不易调节,其电流与电压的调节范围很小,电流电压的调节范围和调节的方便性(线性不好,精确性差)都远不如分压电路好. 例2．量程为3V的电压表，其内阻约为3kΩ，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：