2022屆高考物理第二輪復習設計性實驗

專題九實驗抓基礎研考向提能力

二設計性實驗一、對設計性實驗的認識所謂設計性實驗，就是題目要求學生運用學過的實驗方法，自行設計一個新的實驗方案，它要求學生設計實驗原理，選擇實驗器材，安排實驗步驟，設計數據處理的方法以及分析實驗誤差等。主要考查該學生是否理解實驗原理和實驗儀器的使用，是否具有靈活運用實驗知識的能力，是否具有在不同情況下遷移知識的能力。二、設計性實驗題的類型(1)提供實驗器材及實驗目的和要求，按照實驗裝置或有關實驗線路，讓學生設計實驗方法，完成實驗有關內容或進行某些測量。(2)提供實驗器材及實驗目的和要求，讓學生設計(或補全)實驗線路或方案，并按要求完成實驗有關內容或進行某些測量。(3)提供實驗數據，讓學生設計處理實驗數據的方法，從而求出實驗測量值。三、設計性實驗的設計原則(1)科學性原則：實驗方案所依據的原理應當符合物理學的基本原理，實驗裝置或線路能夠圓滿完成實驗任務。(2)安全性原則：確保進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，要根據實驗的需要選擇合適的器材，使實驗結果盡可能精確，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，以獲得較大的偏轉角度來減小讀數造成的偶然誤差。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、方便調節(jié)、讀數誤差小、實驗數據便于處理。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系，這樣調整起來就很方便，這就要求滑動變阻器的總阻值要遠小于用電器的電阻。四、設計性實驗的設計思路解決設計性實驗問題的關鍵是確定實驗原理，它是進行實驗設計的根本依據和起點。它決定應當測量哪些物理量、如何安排實驗步驟等項目。實驗原理的確定：一是根據問題的要求，二是根據問題的條件。

如果問題中沒有給定(或給足)實驗器材，實驗設計的基本思路是：(1)根據問題的條件和要求，構思相關的物理情境；(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，可以構想出不同的物理情境，導出物理量的不同表達形式，以這些表達式作為實驗設計的依據，會有不同的實驗原理和實驗方案。如果問題已經給出實驗器材，則實驗設計時只能按所給的器材來構造物理情境。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，內電阻約為1.0Ω。某實驗小組的同學們?yōu)榱吮容^準確地測出該電池的電動勢和內電阻，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，內阻Rg＝10Ω)C．電流表A(量程0.6A，內阻約為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S和導線若干(1)為了能準確地進行測量，同時為了操作方便，實驗中應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。(標注所選擇的器材符號)(3)該小組根據實驗設計的原理圖測得的數據如下表，為了采用圖像法分析處理數據，請你在如圖9－2－1所示的坐標紙上選擇合理的標度，作出相應的圖線。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)根據圖線求出電源的電動勢E＝__________V(保留三位有效數字)，電源的內阻r＝__________Ω(保留兩位有效數字)。[自主嘗試]

(1)為了便于調節(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＋Ir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，無法準確讀數，所以不能選用。因為電流表G的內阻已知，可以考慮把G和定值電阻R3串聯作電壓表使用。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)某探究小組設計了“用一把尺子測定動摩擦因數”的實驗方案。如圖9－2－2所示，將一個小球和一個滑塊用細繩連接，跨在斜面上端。開始時小球和滑塊均靜止，剪斷細繩后，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，調整擋板位置，重復以上操作，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為________。(3)以下能引起實驗誤差的是________。A．滑塊的質量B．當地重力加速度的大小C．長度測量時的讀數誤差D．小球落地和滑塊撞擊擋板不同時(2011·重慶高考)某同學設計了如圖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μ?；瑝K和托盤上分別放有若干砝碼，滑塊質量為M，滑塊上砝碼總質量為m′，托盤和盤中砝碼的總質量為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動，重力加速度g取10m/s2。圖9－2－3(3)實驗得到a與m的關系如圖9－2－4所示，由此可知μ＝________(取兩位有效數字)。圖9－2－4(2011·江蘇高考)某同學利用如圖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。適當調節(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U

與R圖9－2－5

的數據如下表：請根據實驗數據作出U—R

關系圖像。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，電池的電動勢可認為不變，但內阻增大。若仍用本實驗裝置和(1)中測繪的U—R

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

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

圖像實現對待測電阻的準確測定？[自主嘗試]

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