设计性实验的要点.doc

设计性实验的要点 一、实验设计要点 1．领会中学物理实验设计中的主要思想方法． （1）合理近似与理想化 （2）等效与替换 （3）累积与放大 （4）留迹法、模拟法 （5）控制变量法 2．设计原则 （1）科学性：实验原理所依据的原理应当符合物理学的基本原理。 （2）安全性：实验方案的实施要安全可靠，实施过程中不应对仪器及人身造成危害。要注意到各种电表均有量程、电阻均有最大允许电流和最大功率，电源也有最大允许电流。 （3）方便性：实验应当便于操作，便于读数，便于进行数据处理。 （4）精确性：在实验方案、仪器、仪器量程的选择上，应使实验误差尽可能的小。 3．设计思路 实验设计可用下面的框图表示 解决设计型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，它决定应当测量那些物理量、如何安排实验步骤、如何处理数据等。实验原理的确定，要根据问题的要求和给出的条件，回顾分组实验和演示实验，寻找能够迁移应用的实验原理，或者回顾物理原理，寻找有关的物理规律，设法创设相关的物理情景，并根据已掌握的基本仪器核对是否能够测出必须测定的物理量。因此，掌握基本仪器的使用方法、基本的实验方法和基本物理原理是解答设计型实验题的基础。 如果设计实验中没有给定（或给足）实验器材，则设计实验的基本思路如下： （1）根据实验设计的条件和要求，构建相关的物理情景； （2）确定实验原理； （3）确定需要待测物理量； （4）设计实验方案。 有时，对于同一个实验要求，可以构建不同的物理情景，导出不同的物理量的表达式，若把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。 如果实验实设计是已经给足实验器材，则实验设计只能根据所给定的器材来构建物理情景，相对而言，实验原理和实验方案都会受到较大的限制。 4.常见测量方法 (1)．利用测量工具直接测量基本物理量 模块 基本物理量 测量仪器 力学 长度 刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器 时间 秒表（停表）、打点计时器 质量（力） 天平（弹簧秤） 电学 电阻（粗测） 欧姆表、电阻箱 电流（电压） 电流表（电压表） 热学 温度 温度计 （2）．常见间接测量的物理量及其测量方法 有些物理量不能由测量仪器直接测量，这时，可利用待测量和可直接测量的基本物理量之间的关系，将待测物理量的测量转化为基本物理量的测量。 模块 待测物理量 基本测量方法 力学 速度 ①利用纸带，；②利用平抛， 加速度 ①利用纸带，逐差法；②利用单摆 功 根据转化为测量m、v 电学 电阻（精确测量） ①根据转化为测量U、I（伏安法）；②电阻箱（半偏、替代） 电功率 根据P=UI转化为测量U、I 电源电动势 根据E＝U＋Ir转化为测量U、I 然后联立方程求解或运用图像处理 5.电学实验设计以测电压U、电流I为主线，即伏安法的思想，其基础是电路的串并联特点和欧姆定律。 1）以测量电表的内阻为例： 纵向：伏安法及变式 1°电流表、电压表各一只，可以测量它们的内阻 2°两只同种电表，若知道一只的内阻，就可以测另一只的内阻 3°两只同种电表内阻都未知，则需要一只电阻箱才能测定电表的内阻 横向：除伏安法外，还常用替代法、半偏法和闭合电路欧姆定律（计算法） 1°替代法 2°半偏法 3°闭合电路欧姆定律（计算法） 2）．电学实验的器材选择和电路设计 （1）电路结构 完整的实验电路包括三个部分：①测量电路，②控制电路（变阻器、开关），③电源． （2）思路 （3）方法 ①电表选择：为了减小电表读数引起的偶然误差，选择电表时应先估算待测电流或电压的最大值，同时要考虑电表间、电表与电源间的配置是否合理，测量时各电表的最大偏转量都应接近量程． ②分压、限流电路选择 （4）建立各种有关实验器材的电路模型 （5）关于测量电阻阻值的实验设计： （6）定值电阻或电阻箱在电学实验设计中的作用 ①扩大电表的量程 ②保护电路 ③提高测量的精确度 ④增大电源内阻 ⑤作为电压表或电流表使用 （7）电表内阻在实验中的测量作用 二、典例分析 9．现有以下器材：电流表一只（量程适当．内阻可忽略不计．带有按钮开关K1，按下按钮，电流表与电路接通，有电流通过电流表，电流表显出一定的读数），阻值已知为R的固定电阻一个，阻值未知的待测电阻Rx一个，直流电源一个（电动势E和内阻r待测），单刀双掷开关K一个，接线用的导线若干． t 试设计一个实验电路，用它既能测量直流电源的电动势ε和内阻r，又能测量待测电阻的阻值Rx（注意：此电路接好后，在测量过程中不许再拆开，只许操作开关，读取数据）．具体要求： （i）画出所设计的电路图． （ii）写出测量E、r和Rx主要的实验步骤． （iii）导出用已知量和实验中测量出的量表示的E、r