難點38高考實驗設(shè)計型命題的求解策略

1、難點38 高考實驗設(shè)計型命題的求解策略所謂設(shè)計性實驗，是指據(jù)現(xiàn)行物理大綱要求，在學(xué)生掌握的基本實驗原理基礎(chǔ)上，應(yīng)用基本測量儀器自行設(shè)計實驗方案的實驗，設(shè)計性實驗命題的考查內(nèi)容，涉及到對實驗原理的再認(rèn)識和加工，實驗方案的確定（實驗器材的選擇和遷移運用，實驗步驟的安排 ，實驗數(shù)據(jù)的處理方法，誤差的分析及對實驗的總結(jié)和評價等）.考生在應(yīng)試過程的缺陷通常表現(xiàn)在以下幾個方面：一方面：平時缺乏對實驗思想方法（如模擬法，轉(zhuǎn)換法，放大法，比較法，替代法等）進行歸納，在全新的實驗情景下，找不到實驗設(shè)計的原理，無法設(shè)計合理可行的方案.另一方面：受思維定勢影響，缺乏對已掌握的實驗原理，儀器的使用進行新情境下的遷移利

2、用，缺乏創(chuàng)新意識. 難點磁場圖38-11.()（1996 年上海）（轉(zhuǎn)換法）如圖38-1 所示，P 是一根表面均勻地鍍有很薄的發(fā)熱電阻膜的長陶瓷管（其長度 L 為 50 cm左右，直徑 D 為 10 cm 左右），鍍膜材料的電阻率已知，管的兩端有導(dǎo)電箍 MN.現(xiàn)給米尺，電壓表 V，電流表 A ，電源E，滑動變阻器 R，電鍵 S 和若干導(dǎo)線.請設(shè)計一個測定膜層厚度 d 的實驗方案.(1)實驗中應(yīng)測定的物理量是_.(2)在虛線框內(nèi)用符號畫出測量電路圖.(3)計算膜層厚度的公式是_.2.()有一只電壓表量程已知，內(nèi)阻為 RV，另有一電池（電動勢未知，但不超過電壓表的量程，內(nèi)阻可忽略）.請用這只電壓表

3、和電池，再用一個電鍵和一些連接用的導(dǎo)線，設(shè)計測量某一高值電阻 Rx的實驗方法.（已知 Rx 的值與 RV 相差不大）(1)在虛線框中畫出電路圖.(2)簡要寫出測量步驟和需記錄的數(shù)據(jù)，導(dǎo)出高值電阻 Rx 的計算式.案例探究例1（） 實驗室有一個可拆變壓器，請設(shè)計一個實驗方案，估測出變壓器原、副線圈的匝數(shù)，所給實驗器材有：一個可拆變壓器、交流電壓表、直流電源、滑線變阻器，小磁針、200 V 交流電源 、電鍵各一個、銅漆包線（規(guī)格與變壓器原線圈所用漆包線相同）及導(dǎo)線若干.命題意圖：考查綜合運用學(xué)習(xí)知識進行實驗設(shè)計的創(chuàng)新能力，B 級要求.錯解分析：思維缺乏創(chuàng)新，無法靈活運用變壓器原理，構(gòu)思巧妙的設(shè)計思

4、路.解題方法與技巧：依圖38-2(a)連接電路，然后將小磁針的N極靠近原線圈的一端，根據(jù)偏轉(zhuǎn)情況判定線圈的繞向.按照與原線圈相同的繞向，用銅漆包線在原線圈上加繞n(例如100)匝，將加繞后的線圈接入220 V交流電路(如圖38-2(b)所示)，讀出交流電壓表的示數(shù)U拆除加繞的n匝線圈，仍將原線圈接入220 V交流電路，閉合電鍵后，讀出交流電壓表的示數(shù)U，則有 得：nn，nn例2（）給你下列器材：待測電壓表(量程為3 V，內(nèi)阻RV約幾千歐)，電阻箱、滑線變阻器、蓄電池、電鍵、導(dǎo)線若干.請設(shè)計測定電壓表內(nèi)阻的實驗方案.命題意圖：考查考生靈活運用知識的遷移能力及實驗創(chuàng)新能力，B 級要求.錯解分析：受

5、思維定勢影響，認(rèn)為無電流表即無法測電壓圖38-3表的電阻，使設(shè)計思路受阻，不能據(jù)電壓表原理大膽與 R0串聯(lián)在電路中，通過半偏法測出 RV.解題方法與技巧：按圖38-3連接電路，把變阻器R滑到b端，將電阻箱R調(diào)到零，閉合開關(guān)S，調(diào)節(jié)變阻器R的滑臂P，使電壓表的示數(shù)為3 V；調(diào)節(jié)電阻箱R的阻值，使電壓表的示數(shù)為1.5 V；記下此時電阻箱的阻值R.斷開開關(guān)S，拆除電路，則被測電壓表的內(nèi)阻RVR.錦囊妙計一、實驗設(shè)計的基本思路明確目的選擇方案選定器材擬定步驟數(shù)據(jù)處理誤差分析 二、實驗設(shè)計的基本方法1.明確目的，廣泛了解題目或課題要求測定什么物理量，或要求驗證、探索什么規(guī)律，這是實驗的目的，是實驗設(shè)計的

6、出發(fā)點.實驗?zāi)康拿鞔_后，應(yīng)用所學(xué)知識，廣泛了解，看看該物理量或物理規(guī)律在哪些內(nèi)容中出現(xiàn)過，與哪些物理現(xiàn)象有關(guān)，與哪些物理量有直接的了解.對于測量型實驗，被測量通過什么規(guī)律需用哪些物理量來定量地表示；對于驗證型實驗，在相應(yīng)的物理現(xiàn)象中，怎樣的定量關(guān)系成立，才能達(dá)到驗證規(guī)律的目的；對于探索型實驗，在相應(yīng)的物理現(xiàn)象中， 涉及哪些物理量這些都是應(yīng)首先分析的，以此來確定實驗的原理.2.選擇方案，簡便精確對于同一個實驗?zāi)康?，都可能存在多種實驗原理，進而形成多種(可供選擇的)設(shè)計方案.一般說來，依據(jù)不同的實驗原理選擇不同的實驗方案主要遵循四條原則： (1)科學(xué)性：設(shè)計的方案有科學(xué)的依據(jù)和正確的方式，符合物理

7、學(xué)的基本原理. (2)可行性：按設(shè)計方案實施時，應(yīng)安全可靠不會對人身、器材造成危害；所需裝置和器材要易于置備，且成功率高.(3)精確性：在選擇方案時，應(yīng)對各種可能的方案進行初步的誤差分析，盡可能選用精確度高的方案.(4)簡便、直觀性：設(shè)計方案應(yīng)便于實驗操作，讀數(shù)，便于進行數(shù)據(jù)處理，便于實驗者直觀、明顯地觀察.3.依據(jù)方案，選定器材實驗方案選定后，考慮該方案需要哪些裝置，被測定量與哪些物理量有直接的定量關(guān)系，分別需用什么儀器來測定，以此來確定實驗所用器材.4.擬定步驟，合理有序?qū)嶒炛?，要做到心中有?shù)：如何組裝器材，哪些量先測，哪些量后測，應(yīng)以正確操作和提高效率的角度擬定一個合理而有序的實驗步驟

8、.5.數(shù)據(jù)處理，誤差分析高考對此要求不高，但常用的數(shù)據(jù)處理方法(如：平均法、圖象法、描跡法、比較法等)和誤差分析方法(如絕對誤差、相對誤差等)還是應(yīng)該掌握的，在設(shè)計實驗時也應(yīng)予以考慮. 殲滅難點訓(xùn)練1.()校醫(yī)務(wù)室有一臺測體重的臺秤，一只籃球，一張白紙，一盆水，請設(shè)計一個實驗方法，粗略測出籃球擊地時對地的沖擊力.2.（）某同學(xué)用自來水龍頭做測重力加速度的實驗，他把金屬盤放在水龍頭正下方m處，調(diào)節(jié)開關(guān)，使一滴水剛落在盤中時，另一滴水剛好從龍頭處開始下落，這兩滴水之間沒有其他水滴.從某一滴水落入盤中時開始計時，并計數(shù)為1，共測 3 分鐘，剛好400滴水落入盤中.(1)寫出此同學(xué)用水滴測重力加速度的

9、實驗原理.（）計算其實驗測得的重力加速度值. 圖38-43.()(1997年全國)某電壓表的內(nèi)阻在20 k50 k之間，現(xiàn)要測量其內(nèi)阻，實驗室提供下列可選用器材：待測電壓表V(量程3 V)，電流表A(量程200 A)，電流表A2(量程5 mA)，電流表A3(量程0.6 )，滑動變阻器R(最大阻值1 k)，電源E(電動勢4 V)，電鍵S. (1)所提供的電流表中，應(yīng)選用_(填寫字母代號).(2)為了盡量減小誤差，要求測量多組數(shù)據(jù)，試在圖 38-4 中畫出符合要求的實驗電路圖(其中電源和電鍵及其連線已畫出).4.()(2000年全國)從下表中選出適當(dāng)?shù)膶嶒炂鞑模O(shè)計一電路來測量電流表A的內(nèi)阻r，要

10、求方法簡捷，有盡可能高的測量精度，并能測得多組數(shù)據(jù). 器材(代號)規(guī)格電流表()電流表()電壓表(V)電阻(R)滑動變阻器(R)電池(E)電鍵(K)導(dǎo)線若干量程10 m，內(nèi)阻r待測(約40 )量程500 A，內(nèi)阻750 量程10 V，內(nèi)阻10 k阻值約100 ，作保護電阻用總阻值約50 電動勢. V，內(nèi)阻很小(1)在虛線方框中畫出電路圖，標(biāo)明所用器材的代號.(2)若選測量數(shù)據(jù)中的一組來計算r，則所用的表達(dá)式為_，式中各符號的意義是：_.圖38-55.()在一硬紙圓筒中有一凸透鏡，圓筒兩端用薄平板玻璃封著.如圖 38-5 所示，現(xiàn)在僅知道凸透鏡的主軸與圓筒的軸線重合，透鏡的焦距大于圓筒長度，試用

11、一把米尺，一張白紙和從教室窗戶射入的太陽光，測出透鏡的焦距，寫出簡要步驟和計算焦距的表達(dá)式.難點38 高考實驗設(shè)計型命題的求解策略難點磁場1：（1）L， （2）電流表內(nèi)外接均可，如圖38-1圖38-1（3） 2：（1）見圖38-2（2）先將電壓表、電池、電鍵按圖(a)電路接好，閉合電鍵，讀出電壓表示數(shù)U1，則U1=；再將電壓表依圖(b)連成電路，圖38-2閉合電鍵，記下電壓表示數(shù)U2，則=U2+Rx.由以上兩式解出 Rx=RV殲滅難點訓(xùn)練 1.若使籃球擊在臺秤上進行測量，則一方面無法保證沖擊地面，秤面的力一樣，另一方面球?qū)Τ用娴臎_擊力是瞬時的，無法讀取測量值.由于籃球擊在平面上，它產(chǎn)生的沖擊力

12、的大小與籃球和地面接觸處形變量大小有關(guān)，因此，只要記錄球擊中地面時形變量大小就可以通過模擬的方式再演現(xiàn)出來.圖38-3如圖38-3所示，將白紙鋪在地面上，將籃球放入盛水的盆中弄濕；讓球拍擊地面上白紙，并留下球的水印.再將有水印的紙鋪在臺秤秤面上，將球放在水印中心，用力緩慢壓球，當(dāng)球發(fā)生的形變剛好與水印吻合時，臺秤的讀數(shù)即為沖擊時沖擊力的大小.2.依題意可知，相鄰的兩滴水落入盤中的時間間隔即為一滴水下落時間t,t=,T為總時間，N為下落水滴數(shù).由自由落體公式：h=gt2，則g代入數(shù)據(jù)g= m/s2.m/s23.(1)A1 (2)見圖38-4由于電源電動勢E=4 V，電壓表內(nèi)阻最大50 k，故電流

13、最小值I= =80A，A2、A3量程都太大，故選A1.由于RV在20 k 50 k之間，遠(yuǎn)大于滑動變阻器的阻值1 k，故應(yīng)連成分壓電路. 4.(1)電路如圖38-5所示.圖38-5(2)r；式中I、分別是電流表A、的讀數(shù)，r、r分別是電流表、的內(nèi)阻.題中直接判定必選的器材是電池E，電鍵K，導(dǎo)線若干.由A量程是10 mA，r約為40 ，E是電動勢1.5 V，可判定必須再選電阻R，滑動變阻器R作為限流，才保證通過A的電流不至于超過10 mA.要測的電阻，通過A的電流值I可由讀出，只要能測出A兩端的電壓U，則可求出r.測電壓要用電壓表，但是若將電壓表與A并聯(lián)，電流表A上的電壓最多是·× V.V，而電壓表的量程是10 V，對0.43 V的電壓來說，電壓表的指針只是稍微偏轉(zhuǎn)了一點點，這樣測得的阻值誤差太大.不符合題目要求，因而不能用電壓表測電壓.而電流表A的內(nèi)阻r知道，通過電流表A的電流I可以讀出，因而A兩端的電壓.若將A與并聯(lián)，則即A兩端的電壓，由此可以求出A的內(nèi)阻r，式中是A、并聯(lián)時通過A的電流，滑動變阻R限流，分壓接法均可.5.(1)實驗步驟：圖38-6用直尺測量圓筒長度L；將圓筒的A端正對太陽，調(diào)節(jié)圓筒方向，使太陽光平行于圓筒的軸線入射到透鏡；在圓筒的另