難點(diǎn)38高考實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)型命題的求解策略

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

2、用，缺乏創(chuàng)新意識(shí). 難點(diǎn)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(dòng)變阻器 R，電鍵 S 和若干導(dǎo)線.請?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)測定膜層厚度 d 的實(shí)驗(yàn)方案.(1)實(shí)驗(yàn)中應(yīng)測定的物理量是_.(2)在虛線框內(nèi)用符號(hào)畫出測量電路圖.(3)計(jì)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(dòng)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(gè)電鍵和一些連接用的導(dǎo)線，設(shè)計(jì)測量某一高值電阻 Rx的實(shí)驗(yàn)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(jì)算式.案例探究例1（） 實(shí)驗(yàn)室有一個(gè)可拆變壓器，請?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案，估測出變壓器原、副線圈的匝數(shù)，所給實(shí)驗(yàn)器材有：一個(gè)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(gè)、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(yùn)用學(xué)習(xí)知識(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新能力，B 級(jí)要求.錯(cuò)解分析：思維缺乏創(chuàng)新，無法靈活運(yùn)用變壓器原理，構(gòu)思巧妙的設(shè)計(jì)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?jiān)O(shè)計(jì)測定電壓表內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)方案.命題意圖：考查考生靈活運(yùn)用知識(shí)的遷移能力及實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力，B 級(jí)要求.錯(cuò)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(jì)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(shí)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(jì)一、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)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(yàn)證、探索什么規(guī)律，這是實(shí)驗(yàn)的目的，是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的

6、出發(fā)點(diǎn).實(shí)驗(yàn)?zāi)康拿鞔_后，應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，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(duì)于測量型實(shí)驗(yàn)，被測量通過什么規(guī)律需用哪些物理量來定量地表示；對(duì)于驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，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(yàn)證規(guī)律的目的；對(duì)于探索型實(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)的原理.2.選擇方案，簡便精確對(duì)于同一個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，都可能存在多種實(shí)驗(yàn)原理，進(jìn)而形成多種(可供選擇的)設(shè)計(jì)方案.一般說來，依據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)原理選擇不同的實(shí)驗(yàn)方案主要遵循四條原則： (1)科學(xué)性：設(shè)計(jì)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(jì)方案實(shí)施時(shí)，應(yīng)安全可靠不會(huì)對(duì)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(shí)，應(yīng)對(duì)各種可能的方案進(jìn)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(jì)方案應(yīng)便于實(shí)驗(yàn)操作，讀數(shù)，便于進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，便于實(shí)驗(yàn)者直觀、明顯地觀察.3.依據(jù)方案，選定器材實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)所用器材.4.擬定步驟，合理有序?qū)嶒?yàn)之前，要做到心中有數(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(gè)合理而有序的實(shí)驗(yàn)步驟

8、.5.數(shù)據(jù)處理，誤差分析高考對(duì)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(duì)誤差、相對(duì)誤差等)還是應(yīng)該掌握的，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)也應(yīng)予以考慮. 殲滅難點(diǎn)訓(xùn)練1.()校醫(yī)務(wù)室有一臺(tái)測體重的臺(tái)秤，一只籃球，一張白紙，一盆水，請?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)方法，粗略測出籃球擊地時(shí)對(duì)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(shí)驗(yàn)，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(shí)，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(shí)開始計(jì)時(shí)，并計(jì)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(shí)驗(yàn)原理.（）計(jì)算其實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(dòng)變阻器R(最大阻值1 k)，電源E(電動(dòng)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(hào)).(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(shí)驗(yàn)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?shí)驗(yàn)器材，設(shè)計(jì)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(hào))規(guī)格電流表()電流表()電壓表(V)電阻(R)滑動(dòng)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(hù)電阻用總阻值約50 電動(dòng)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(hào).(2)若選測量數(shù)據(jù)中的一組來計(jì)算r，則所用的表達(dá)式為_，式中各符號(hào)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(jì)算焦距的表達(dá)式.難點(diǎn)38 高考實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)型命題的求解策略難點(diǎn)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(diǎn)訓(xùn)練 1.若使籃球擊在臺(tái)秤上進(jìn)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(shí)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(shí)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(tái)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(shí)，臺(tái)秤的讀數(shù)即為沖擊時(shí)沖擊力的大小.2.依題意可知，相鄰的兩滴水落入盤中的時(shí)間間隔即為一滴水下落時(shí)間t,t=,T為總時(shí)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(dòng)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(dòng)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(dòng)勢1.5 V，可判定必須再選電阻R，滑動(dòng)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(duì)0.43 V的電壓來說，電壓表的指針只是稍微偏轉(zhuǎn)了一點(diǎn)點(diǎn)，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(shí)通過A的電流，滑動(dòng)變阻R限流，分壓接法均可.5.(1)實(shí)驗(yàn)步驟：圖38-6用直尺測量圓筒長度L；將圓筒的A端正對(duì)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