2022屆高考物理第二輪復(fù)習(xí)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)

專題九實(shí)驗(yàn)抓基礎(chǔ)研考向提能力

二設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)一、對(duì)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)所謂設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，就是題目要求學(xué)生運(yùn)用學(xué)過(guò)的實(shí)驗(yàn)方法，自行設(shè)計(jì)一個(gè)新的實(shí)驗(yàn)方案，它要求學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)原理，選擇實(shí)驗(yàn)器材，安排實(shí)驗(yàn)步驟，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)處理的方法以及分析實(shí)驗(yàn)誤差等。主要考查該學(xué)生是否理解實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)儀器的使用，是否具有靈活運(yùn)用實(shí)驗(yàn)知識(shí)的能力，是否具有在不同情況下遷移知識(shí)的能力。二、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)題的類型(1)提供實(shí)驗(yàn)器材及實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?，按照?shí)驗(yàn)裝置或有關(guān)實(shí)驗(yàn)線路，讓學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方法，完成實(shí)驗(yàn)有關(guān)內(nèi)容或進(jìn)行某些測(cè)量。(2)提供實(shí)驗(yàn)器材及實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅寣W(xué)生設(shè)計(jì)(或補(bǔ)全)實(shí)驗(yàn)線路或方案，并按要求完成實(shí)驗(yàn)有關(guān)內(nèi)容或進(jìn)行某些測(cè)量。(3)提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，讓學(xué)生設(shè)計(jì)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的方法，從而求出實(shí)驗(yàn)測(cè)量值。三、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)原則(1)科學(xué)性原則：實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)裝置或線路能夠圓滿完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。(2)安全性原則：確保進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)不會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)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(guò)其額定值，電源不要被短路等，實(shí)驗(yàn)中不會(huì)對(duì)人身造成危害。(3)精確性原則：在實(shí)驗(yàn)中，要根據(jù)實(shí)驗(yàn)的需要選擇合適的器材，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果盡可能精確，減小實(shí)驗(yàn)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(lái)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(cè)一段幾十厘米長(zhǎng)的金屬絲，毫米刻度尺就足夠了，而對(duì)于直徑只有零點(diǎn)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(cè)微器測(cè)量才可以。(4)方便性原則：實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)便于處理。例如，使用分壓電路時(shí)，要使得電壓變化與滑動(dòng)變阻器的觸頭移動(dòng)的距離能成近似的正比關(guān)系，這樣調(diào)整起來(lái)就很方便，這就要求滑動(dòng)變阻器的總阻值要遠(yuǎn)小于用電器的電阻。四、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路解決設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)問(wèn)題的關(guān)鍵是確定實(shí)驗(yàn)原理，它是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的根本依據(jù)和起點(diǎn)。它決定應(yīng)當(dāng)測(cè)量哪些物理量、如何安排實(shí)驗(yàn)步驟等項(xiàng)目。實(shí)驗(yàn)原理的確定：一是根據(jù)問(wèn)題的要求，二是根據(jù)問(wèn)題的條件。

如果問(wèn)題中沒(méi)有給定(或給足)實(shí)驗(yàn)器材，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本思路是：(1)根據(jù)問(wèn)題的條件和要求，構(gòu)思相關(guān)的物理情境；(2)確定實(shí)驗(yàn)原理；(3)確定需測(cè)量的物理量；(4)制訂實(shí)驗(yàn)方案。

有時(shí)，對(duì)同一個(gè)問(wèn)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(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的依據(jù)，會(huì)有不同的實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)方案。如果問(wèn)題已經(jīng)給出實(shí)驗(yàn)器材，則實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)只能按所給的器材來(lái)構(gòu)造物理情境。相對(duì)而言，這種情況下的實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)方案都會(huì)受到較大的限制。

有一節(jié)干電池，電動(dòng)勢(shì)大約為1.5V，內(nèi)電阻約為1.0Ω。某實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)們?yōu)榱吮容^準(zhǔn)確地測(cè)出該電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻，他們?cè)诶蠋煹闹С窒碌玫搅艘韵缕鞑模篈．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(dòng)變阻器R1(0～20Ω，10A)E．滑動(dòng)變阻器R2(0～100Ω，1A)F．定值電阻R3＝990ΩG．開(kāi)關(guān)S和導(dǎo)線若干(1)為了能準(zhǔn)確地進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)為了操作方便，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)選用的滑動(dòng)變阻器是________(填寫(xiě)器材編號(hào))。(2)畫(huà)出他們采用的實(shí)驗(yàn)原理圖。(標(biāo)注所選擇的器材符號(hào))(3)該小組根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的原理圖測(cè)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(qǐng)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(hào)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(dòng)勢(shì)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(dòng)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(cè)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(wú)法準(zhǔn)確讀數(shù)，所以不能選用。因?yàn)殡娏鞅鞧的內(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(shí)驗(yàn)原理圖如圖甲所示。[答案]

(1)D

(2)、(3)圖見(jiàn)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(jì)了“用一把尺子測(cè)定動(dòng)摩擦因數(shù)”的實(shí)驗(yàn)方案。如圖9－2－2所示，將一個(gè)小球和一個(gè)滑塊用細(xì)繩連接，跨在斜面上端。開(kāi)始時(shí)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(tīng)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(shí)聽(tīng)到小球落地和滑塊撞擊擋板的聲音。用刻度尺測(cè)出小球下落的高度H、滑塊釋放點(diǎn)與擋板處的高度差h和沿斜面運(yùn)動(dòng)的位移x。(空氣阻力對(duì)本實(shí)驗(yàn)的影響可以忽略)(1)滑塊沿斜面運(yùn)動(dòng)的加速度與重力加速度的比值為_(kāi)______。(2)滑塊與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為_(kāi)_______。(3)以下能引起實(shí)驗(yàn)誤差的是________。A．滑塊的質(zhì)量B．當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊拇笮．長(zhǎng)度測(cè)量時(shí)的讀數(shù)誤差D．小球落地和滑塊撞擊擋板不同時(shí)(2011·重慶高考)某同學(xué)設(shè)計(jì)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(pán)和砝碼等器材來(lái)測(cè)定滑塊和軌道間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ?；瑝K和托盤(pán)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(pán)和盤(pán)中砝碼的總質(zhì)量為m。實(shí)驗(yàn)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(dòng)，重力加速度g取10m/s2。圖9－2－3(3)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)電路來(lái)測(cè)量電阻的阻值。(1)將電阻箱接入a、b

之間，閉合開(kāi)關(guān)。適當(dāng)調(diào)節(jié)滑動(dòng)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(qǐng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)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(cè)電阻Rx

替換電阻箱，讀得電壓表示數(shù)為2.00V。利用(1)中測(cè)繪的U—R

圖像可得Rx

＝________Ω。(3)使用較長(zhǎng)時(shí)間后，電池的電動(dòng)勢(shì)可認(rèn)為不變，但內(nèi)阻增大。若仍用本實(shí)驗(yàn)裝置和(1)中測(cè)繪的U—R

圖像測(cè)定某一電阻，則測(cè)定結(jié)果將________(選填“偏大”或“偏小”)?，F(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(dòng)變阻器，便仍可利用本實(shí)驗(yàn)裝置和(1)中測(cè)繪的U—R

圖像實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)電阻的準(zhǔn)確測(cè)定？[自主嘗試]

(1)利用表格中的數(shù)據(jù)，描點(diǎn)作圖。(2)根據(jù)所畫(huà)出的圖像，讀出電壓2.00V對(duì)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