专题16 实验设计与探究问题.doc

专题十六 实验设计与探究问题 【考纲要求】 近几年，高考实验题发生了明显的变化，已跳出了课本分组实验的范围，不仅延伸到演示实验中，而且出现了设计型实验。完整的设计一个实验，要经历多个环节，在实际考查中，一般不会考查全部环节，而是只考查其中的几个环节，有的题目给出条件和实验器材，要求阐述实验原理；有的给出实验电路图，要求领会实验原理，确定需测物理量及计算公式；有的则要求考生根据操作步骤及测定的物理量判断出实验原理……这类题对考生的要求较高，要求考生能将课本中分组实验和演示实验的实验原理、实验方法迁移到新的背景中，要求考生深刻理解物理概念和规律，并能灵活运用，要求考生有较强的创新能力。 【重点知识梳理】 1．设计原则 （1）正确性：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。 2．设计思路 实验设计可用下面的框图表示 [分类典型例题] 【例题1】有一个同学用如下方法测定动摩擦因数：用同种材料做成如图所使得AB、BD平面，其中AB为一斜面，其高为h、长为L1，BD是一足够长的水平面，两面在B点以小弧形光滑连接。现让质量为m的小物块从A点由静止开始下滑，到达B点后顺利进入水平面，最后滑到C点而停止，并测出BC=L2，小物块与两个平面的动摩擦因数相同，由以上数据可以求出物体与平面间的动摩擦因数μ= 。 【解析】该题为设计型实验，但由于给出了实验装置、器材和实验情景，因此对实验原理已有了很多提示。回顾力学分组实验，没有相关的可以迁移的原理。因此要用物理原理分析题给的实验情景。设斜面的倾角为，根据动能定理，在全过程中 mgh –μmgcos·L1 -μmgL2=0, 题中未给出斜面倾角，寻找别的关系，有 解得 【变式训练1】 在“用单摆测定重力加速度的实验中”①用游标卡尺测量摆球直径的情况如下图所示，读出摆球直径 cm 。 ②测单摆周期时，当摆球经过____________时开始计时并计1次，测出经过该位置N次所用时间为t，则单摆周期为______________。 ③若测量出多组周期T、摆长L数值后，画出T2—L图象如图，则此图线的斜率的物理意义是（ ） A B C D 【例题2】现有一阻值为10.0Ω的定值电阻、一个开关、若干根导线和一个电压表，该电压表表面上有刻度但无刻度值，要求设计一个能测定某电源内阻的实验方案（已知电压表内阻很大，电压表量程大于电源电动势，电源内阻约为几欧）要求： （1）在右边方框中画出实验电路图： （2）简要写出完成接线后的实验步骤； （3）写出用测得的量计算电源内阻的表达式= 。 【解析】在分组实验中有测定电源的电动势和内电阻的实验，我们从该实验知道测定电源的电动势和内电阻，至少应使电源连接不同负载两次，然后利用全电路欧姆定律求解。但现在只有一个定值电阻可用作负载；另外，应由电流表和电压表两个表，但现在只有一只电压表，而且是没有刻度值的；不过考虑到电压表电阻很大，而且题目只要求测出电源的内阻，应该有变通的办法。 （1）我们可以把断路也作为一种负载状态，实验电路如图5所示。S断开时，因电压表内阻远大于电源内阻，可认为是断路状态，S闭合时，又是一种负载状态。 （2）实验步骤如下： ①按电路图连接好电路。 ②在开关S断开状态下读出电压表指针所在处的分度格数n1. ③闭合开关S，读出电压表指针所在处的分度格数n2. （3）设电压表每一小分度表示的电压为U0。S断开时，有 E=n1U0 S闭合时，有解以上两式，得 【变式训练2】 在测定一节干电池的电动势和内电阻的实验中，备有下列器材： A．待测的干电池（电动势约为1. 5 V，内电阻小于1. 0Ω) B．电流表G（满偏电流3 mA，内阻Rg=10Ω) C．电流表A(0～0. 6 A，内阻0.1Ω) D．滑动变阻器R1(0～20Ω,10 A) E.滑动变阻器R2(0～200Ω,l A)F．定值电阻R0 (990Ω) G．开关和导线若干 (1)某同学发现上述器材中虽然没有电压表，但给出了两个电流表，于是他设计了如图所示中甲的（a)、 (b)两个参考实验电路，其中合理的是 图所示的电路；在该电路中，为了操作方便且能准确地进行测量，滑动变阻器应选 （填写器材前的字母代号）． (2)图乙为该同学根据（1)中选出的合理的实验电路