2022屆高考物理第二輪復(fù)習(xí)設(shè)計性實驗

專題九實驗抓基礎(chǔ)研考向提能力

二設(shè)計性實驗一、對設(shè)計性實驗的認(rèn)識所謂設(shè)計性實驗，就是題目要求學(xué)生運(yùn)用學(xué)過的實驗方法，自行設(shè)計一個新的實驗方案，它要求學(xué)生設(shè)計實驗原理，選擇實驗器材，安排實驗步驟，設(shè)計數(shù)據(jù)處理的方法以及分析實驗誤差等。主要考查該學(xué)生是否理解實驗原理和實驗儀器的使用，是否具有靈活運(yùn)用實驗知識的能力，是否具有在不同情況下遷移知識的能力。二、設(shè)計性實驗題的類型(1)提供實驗器材及實驗?zāi)康暮鸵螅凑諏嶒炑b置或有關(guān)實驗線路，讓學(xué)生設(shè)計實驗方法，完成實驗有關(guān)內(nèi)容或進(jìn)行某些測量。(2)提供實驗器材及實驗?zāi)康暮鸵?，讓學(xué)生設(shè)計(或補(bǔ)全)實驗線路或方案，并按要求完成實驗有關(guān)內(nèi)容或進(jìn)行某些測量。(3)提供實驗數(shù)據(jù)，讓學(xué)生設(shè)計處理實驗數(shù)據(jù)的方法，從而求出實驗測量值。三、設(shè)計性實驗的設(shè)計原則(1)科學(xué)性原則：實驗方案所依據(jù)的原理應(yīng)當(dāng)符合物理學(xué)的基本原理，實驗裝置或線路能夠圓滿完成實驗任務(wù)。(2)安全性原則：確保進(jìn)行的實驗不會對實驗裝置和器材造成損壞，確保人身安全。例如：儀器所加的電壓或電流不要超過其額定值，電源不要被短路等，實驗中不會對人身造成危害。(3)精確性原則：在實驗中，要根據(jù)實驗的需要選擇合適的器材，使實驗結(jié)果盡可能精確，減小實驗誤差。例如：在條件允許的情況下，盡可能選用較小量程的電表，以獲得較大的偏轉(zhuǎn)角度來減小讀數(shù)造成的偶然誤差。所選用的儀器也并非是越精密越好，合適即可。例如：測一段幾十厘米長的金屬絲，毫米刻度尺就足夠了，而對于直徑只有零點幾毫米的電阻絲，十分度的游標(biāo)卡尺的精度不夠高，而要用螺旋測微器測量才可以。(4)方便性原則：實驗選用器材和電路要便于操作、方便調(diào)節(jié)、讀數(shù)誤差小、實驗數(shù)據(jù)便于處理。例如，使用分壓電路時，要使得電壓變化與滑動變阻器的觸頭移動的距離能成近似的正比關(guān)系，這樣調(diào)整起來就很方便，這就要求滑動變阻器的總阻值要遠(yuǎn)小于用電器的電阻。四、設(shè)計性實驗的設(shè)計思路解決設(shè)計性實驗問題的關(guān)鍵是確定實驗原理，它是進(jìn)行實驗設(shè)計的根本依據(jù)和起點。它決定應(yīng)當(dāng)測量哪些物理量、如何安排實驗步驟等項目。實驗原理的確定：一是根據(jù)問題的要求，二是根據(jù)問題的條件。

如果問題中沒有給定(或給足)實驗器材，實驗設(shè)計的基本思路是：(1)根據(jù)問題的條件和要求，構(gòu)思相關(guān)的物理情境；(2)確定實驗原理；(3)確定需測量的物理量；(4)制訂實驗方案。

有時，對同一個問題，可以構(gòu)想出不同的物理情境，導(dǎo)出物理量的不同表達(dá)形式，以這些表達(dá)式作為實驗設(shè)計的依據(jù)，會有不同的實驗原理和實驗方案。如果問題已經(jīng)給出實驗器材，則實驗設(shè)計時只能按所給的器材來構(gòu)造物理情境。相對而言，這種情況下的實驗原理和實驗方案都會受到較大的限制。

有一節(jié)干電池，電動勢大約為1.5V，內(nèi)電阻約為1.0Ω。某實驗小組的同學(xué)們?yōu)榱吮容^準(zhǔn)確地測出該電池的電動勢和內(nèi)電阻，他們在老師的支持下得到了以下器材：A．電壓表V(15V,10kΩ)B．電流表G(量程3.0mA，內(nèi)阻Rg＝10Ω)C．電流表A(量程0.6A，內(nèi)阻約為0.5Ω)D．滑動變阻器R1(0～20Ω，10A)E．滑動變阻器R2(0～100Ω，1A)F．定值電阻R3＝990ΩG．開關(guān)S和導(dǎo)線若干(1)為了能準(zhǔn)確地進(jìn)行測量，同時為了操作方便，實驗中應(yīng)選用的滑動變阻器是________(填寫器材編號)。(2)畫出他們采用的實驗原理圖。(標(biāo)注所選擇的器材符號)(3)該小組根據(jù)實驗設(shè)計的原理圖測得的數(shù)據(jù)如下表，為了采用圖像法分析處理數(shù)據(jù)，請你在如圖9－2－1所示的坐標(biāo)紙上選擇合理的標(biāo)度，作出相應(yīng)的圖線。序號123456電流表G(I1/mA)1.371.351.261.241.181.11電流表A(I2/A)0.120.160.210.280.360.43圖9－2－1(4)根據(jù)圖線求出電源的電動勢E＝__________V(保留三位有效數(shù)字)，電源的內(nèi)阻r＝__________Ω(保留兩位有效數(shù)字)。[自主嘗試]

(1)為了便于調(diào)節(jié)，滑動變阻器的阻值不能太大，選擇R1比較合適。(2)由閉合電路歐姆定律E＝U＋I(xiàn)r可知，只要能測出兩組路端電壓和電流即可列方程求解。但題目中給出的電壓表量程太大，無法準(zhǔn)確讀數(shù)，所以不能選用。因為電流表G的內(nèi)阻已知，可以考慮把G和定值電阻R3串聯(lián)作電壓表使用。實驗原理圖如圖甲所示。[答案]

(1)D

(2)、(3)圖見自主嘗試(4)1.48(1.46～1.49)

0.84(0.80～0.90)(2011·山東高考)某探究小組設(shè)計了“用一把尺子測定動摩擦因數(shù)”的實驗方案。如圖9－2－2所示，將一個小球和一個滑塊用細(xì)繩連接，跨在斜面上端。開始時小球和滑塊均靜止，剪斷細(xì)繩后，小球自由下落，滑塊沿斜面下滑，可先后聽到圖9－2－2小球落地和滑塊撞擊擋板的聲音。保持小球和滑塊釋放的位置不變，調(diào)整擋板位置，重復(fù)以上操作，直到能同時聽到小球落地和滑塊撞擊擋板的聲音。用刻度尺測出小球下落的高度H、滑塊釋放點與擋板處的高度差h和沿斜面運(yùn)動的位移x。(空氣阻力對本實驗的影響可以忽略)(1)滑塊沿斜面運(yùn)動的加速度與重力加速度的比值為_______。(2)滑塊與斜面間的動摩擦因數(shù)為________。(3)以下能引起實驗誤差的是________。A．滑塊的質(zhì)量B．當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊拇笮．長度測量時的讀數(shù)誤差D．小球落地和滑塊撞擊擋板不同時(2011·重慶高考)某同學(xué)設(shè)計了如圖9－2－3所示的裝置，利用米尺、秒表、輕繩、輕滑輪、軌道、滑塊、托盤和砝碼等器材來測定滑塊和軌道間的動摩擦因數(shù)μ?；瑝K和托盤上分別放有若干砝碼，滑塊質(zhì)量為M，滑塊上砝碼總質(zhì)量為m′，托盤和盤中砝碼的總質(zhì)量為m。實驗中，滑塊在水平軌道上從A到B做初速為零的勻加速直線運(yùn)動，重力加速度g取10m/s2。圖9－2－3(3)實驗得到a與m的關(guān)系如圖9－2－4所示，由此可知μ＝________(取兩位有效數(shù)字)。圖9－2－4(2011·江蘇高考)某同學(xué)利用如圖9－2－5所示的實驗電路來測量電阻的阻值。(1)將電阻箱接入a、b

之間，閉合開關(guān)。適當(dāng)調(diào)節(jié)滑動變阻器R′后保持其阻值不變。改變電阻箱的阻值R，得到一組電壓表的示數(shù)U

與R圖9－2－5

的數(shù)據(jù)如下表：請根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出U—R

關(guān)系圖像。圖9－2－6電阻

R/Ω5.010.015.025.035.045.0電壓

U/V1.001.501.802.142.322.45(2)用待測電阻Rx

替換電阻箱，讀得電壓表示數(shù)為2.00V。利用(1)中測繪的U—R

圖像可得Rx

＝________Ω。(3)使用較長時間后，電池的電動勢可認(rèn)為不變，但內(nèi)阻增大。若仍用本實驗裝置和(1)中測繪的U—R

圖像測定某一電阻，則測定結(jié)果將________(選填“偏大”或“偏小”)。現(xiàn)將一已知阻值為10Ω的電阻換接在a、b

之間，你應(yīng)如何調(diào)節(jié)滑動變阻器，便仍可利用本實驗裝置和(1)中測繪的U—R

圖像實現(xiàn)對待測電阻的準(zhǔn)確測定？[自主嘗試]

(1)利用表格中的數(shù)據(jù)，描點作圖。(2)根據(jù)所畫出的圖像，讀出電壓2.00V對應(yīng)的電阻值為20Ω。(3)由閉合電路歐姆定律可知，內(nèi)阻增大