1、312010 年高三物理第二轮总复习第 7 专题 高考物理实验知识网络考点预测物理实验是高考的主要内容之一 考试大纲就高考物理实验共列出 19 个考点，其中力学 8 个、热学 1 个、电学 8 个、光学 2 个要求会正确使用的仪器主要有：刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器、天平、秒表、电火花计时器或电磁打点计时器、弹簧测力计、温度表、电流表、电压表、多用电表、滑动变阻器、电阻箱等，并且对实验误差问题提出了更明确的要求一、 考试大纲中的实验与探究能力要求能 够独立完成“物理知识表”中所列的实验， 能 明确实验目的， 能 理解实验原理和方法， 能 控制实验条件 会 使用仪器，会观察、分析实验现象， 会
2、记录、处理实验数据，并得出结论 能 发现问题、提出问题，能灵活地应用已学过的物理理论、实验方法和实验仪器去处理问题二、实验题的主要特点物理实验年年考，年年有变化从近年的实验题来看，其显著特点体现在如下两个方面(1)从简单的背诵实验转向分析、理解实验实验原理是物理实验的灵魂近年来，高考物理实验题既不是简单地回答“是什么” ，也不是背诵“该怎样” ，而是从物理实验情境中理解“为什么” ，通过分析推理判断“确实31是什么” ，进而了解物理实验的每一个环节(2)从既定的课本学生实验转向变化的创新实验只有创新，试题才有魅力；也只有变化，才能永葆实验考核的活力近年来，既定刻板的学生实验已经从高考物理实验题
3、中淡出，取而代之的是学生尚未接触过的要通过解读物理原理的新颖实验(如应用性、设计性、专题性实验等 )创新的实验题可以使能力考核真正落到实处要点归纳一、实验题的归纳与说明归类 实验内容 说明1游标卡尺的使用 测量原理、使用方法；10 分度、20 分度、50分度的游标卡尺的读数等2螺旋测微器的使用 构造、原理、使用方法、正确读数等3练习使用示波器 面板上各个旋钮或开关的作用；调试方法；观察正弦波的波形等应用性实验4传感器的简单应用 光电转换和热电转换及其简单应用；光电计数的简单了解等5验证力的平行四边形定则 实验的等效思想；作图法等6验证动量守恒定律 用平抛实验器进行实验；转化要验证的等效表达式；
4、对暂态过程分阶段测量等验证性实验 7验证机械能守恒定律 用自由落体进行验证；使用打点计时器和刻度尺等8用单摆测定重力加速度 使用刻度尺和秒表；实验操作要求等9用油膜法估测分子的大小 溶液的配制；油膜面积的估算方法等10测定金属的电阻率 使用刻度尺和螺旋测微器；电流表、电压表量程的选择；测量电路的选取与连接等11把电流表改装为电压表 “半偏法”的设计思想与误差分析；计算分压电阻；改装表的校对与百分误差等12测定电源的电动势和内阻 实验电路的选取与连接；作图法求解的方法等13测定玻璃的折射率 用插针法测定；画光路图等测量性实验14用双缝干涉测光的波长 用双缝干涉仪进行实验；实验调节；分划板的使用等
5、15研究匀变速直线运动 明确实验目的；使用打点计时器；用刻度尺测量、分析所打的纸带来计算加速度等16研究平抛物体的运动 用平抛实验器进行实验；研究的目的和方法；描绘平抛轨迹；计算平抛物体的初速度等研究性实验 17用描迹法画出电场中平面上的等势线用恒定电流场模拟静电场；寻找等电势点的方法；描迹的方法等3118描绘小电珠的伏安特性曲线使用电流表、电压表、滑动变阻器；电路的选取与连接；描绘 UI 图象并分析曲线非线性的原因等19探究弹力和弹簧伸长的关系实验设计的原理和方法；实验数据的记录与分析；实验结论的描述与表达形式等探究性实验20用多用电表探索黑箱内的电学元件多用电表的使用与读数；探索的思路；测
6、量过程中的分析与判断等二、物理实验的基本思想方法1等效法等效法是科学研究中常用的一种思维方法对一些复杂问题采用等效法，可将其变换成理想的、简单的、已知规律的过程来处理，常使问题的解决得以简化因此，等效法也是物理实验中常用的方法如在“验证力的平行四边形定则”的实验中，要求用一个弹簧秤单独拉橡皮条时，要与用两个互成角度的弹簧秤同时拉橡皮条时产生的效果相同使结点到达同一位置 O，即要在合力与两分力等效的条件下，才能找出它们之间合成与分解时所遵循的关系平行四边形定则又如在“验证动量守恒定律”的实验中，用小球的水平位移代替小球的水平速度；在“验证牛顿第二定律”的实验中，通过调节木板的倾斜度使重力的分力抵
7、消摩擦力而等效于物体不受摩擦力作用还有，电学实验中电流表的改装、用替换法测电阻等，都是等效法的应用2转换法将某些不易显示、不易直接测量的物理量转化为易于显示、易于测量的物理量的方法称为转换法(间接测量法)转换法是物理实验常用的方法如：弹簧测力计是把力的大小转换为弹簧的伸长量；打点计时器是把流逝的时间转换成振针的周期性振动；电流表是利用电流在磁场中受力，把电流转化为指针的偏转角；用单摆测定重力加速度 g 是通过公式T2 把 g 的测量转换为 T 和 L 的测量，等等Lg3留迹法留迹法是利用某些特殊的手段，把一些瞬间即逝的现象(如位置、轨迹等) 记录下来，以便于此后对其进行仔细研究的一种方法留迹法
8、也是物理实验中常用的方法如：用打点计时器打在纸带上的点迹记录小车的位移与时间之间的关系；用描迹法描绘平抛运动的轨迹；在“测定玻璃的折射率”的实验中，用大头针的插孔显示入射光线和出射光线的方位；在描绘电场中等势线的实验中，用探针通过复写纸在白纸上留下的痕迹记录等势点的位置等等，都是留迹法在实验中的应用4累积法累积法是把某些难以直接准确测量的微小量累积后测量，以提高测量的准确度的一种实验方法如：在缺乏高精密度的测量仪器的情况下测细金属丝的直径，常把细金属丝绕在圆柱体上测若干匝的总长度，然后除以匝数就可求出细金属丝的直径；测一张薄纸的厚31度时，常先测出若干页纸的总厚度，再除以被测页数即所求每页纸的
9、厚度；在“用单摆测定重力加速度”的实验中，单摆周期的测定就是通过测单摆完成多次全振动的总时间除以全振动的次数，以减小个人反应时间造成的误差影响等5模拟法模拟法是一种间接实验方法，它是通过与原型相似的模型来说明原型的规律性的模拟法在中学物理实验中的典型应用是“用描迹法画出电场中平面上的等势线”这一实验，由于直接描绘静电场的等势线很困难，而恒定电流的电场与静电场相似，所以用恒定电流的电场来模拟静电场，通过它来了解静电场中等势线的分布情况6控制变量法在多因素的实验中，可以先控制一些量不变，依次研究某一个因素的影响如在“验证牛顿第二定律”的实验中，可以先保持质量一定，研究加速度和力的关系；再保持力一定
10、，研究加速度和质量的关系；最后综合得出加速度与质量、力的关系三、实验数据的处理方法1列表法在记录和处理数据时，常常将数据列成表格数据列表可以简单而又明确地表示出有关物理量之间的关系，有助于找出物理量之间联系的规律性列表的要求：(1)写明表的标题或加上必要的说明；(2)必须交代清楚表中各符号所表示的物理量的意义，并写明单位；(3)表中数据应是正确反映测量结果的有效数字2平均值法现行教材中只介绍了算术平均值，即把测定的数据相加求和，然后除以测量的次数必须注意的是，求平均值时应该按测量仪器的精确度决定应保留的有效数字的位数3图象法图象法是物理实验中广泛应用的处理实验数据的方法图象法的最大优点是直观、
11、简便在探索物理量之间的关系时，由图象可以直观地看出物理量之间的函数关系或变化趋势，由此建立经验公式作图的规则：(1)作图一定要用坐标纸，坐标纸的大小要根据有效数字的位数和结果的需要来定；(2)要标明轴名、单位，在轴上每隔一定的间距按有效数字的位数标明数值；(3)图上的连线不一定通过所有的数据点，而应尽量使数据点合理地分布在线的两侧；(4)作图时常通过选取适当的坐标轴使图线线性化，即“变曲为直 ”虽然图象法有许多优点，但在图纸上连线时有较大的主观任意性，另外连线的粗细、图纸的大小、图纸本身的均匀程度等，都对结果的准确性有影响31四、实验误差的分析及减小误差的方法中学物理中只要求初步了解绝对误差与
12、相对误差、偶然误差与系统误差的概念，以及能定性地分析一些实验中产生系统误差的主要原因(1)绝对误差与相对误差设某物理量的真实值为 A0，测量值为 A，则绝对误差为 A|AA 0|，相对误差为 AA0 |A A0|A0(2)偶然误差与系统误差偶然误差是由于各种偶然因素对实验的影响而产生的偶然误差具有随机性，有时偏大，有时偏小，所以可以通过多次测量求平均值的方法减小偶然误差系统误差是由于仪器本身不够精确，或实验方法粗略，或实验原理不完善而产生的它的特点是使测量值总是偏大或总是偏小所以，采用多次测量求平均值的方法不能减小系统误差要减小系统误差，必须校准仪器，或改进实验方法，或设计在原理上更为完善的实
13、验方案课本上的学生实验中就有不少减小实验系统误差的方法和措施譬如，在“研究匀变速直线运动”的实验中，若使用电磁打点计时器测量，由于电磁打点计时器的振针与纸带之间有较大的且不连续、不均匀的阻力作用，会给加速度的测定带来较大的系统误差；若改用电火花计时器，就可以使这一阻力大为减小，从而减小加速度测定的系统误差再如：在用伏安法测电阻时，为减小电阻测量的系统误差，就要根据待测电阻阻值的大小考虑是采用电流表的外接法还是内接法；在用半偏法测电流表的内阻时(如图 71 所示) ，为减小测量的系统误差，就要使电源的电动势尽量大，使 表满偏时限流电阻 R 比半偏时并联在电流表两端的电阻箱 R的阻值大得多图 71
14、五、电学实验电路的基本结构及构思的一般程序1电学实验电路的基本结构一个完整的电学实验电路往往包括测量电路与控制电路两部分测量电路：指体现实验原理和测量方法的那部分电路，通常由电表、被测元件、电阻箱等构成控制电路：指提供电能、控制和调节电流(电压) 大小的那部分电路，通常由电源、开关、滑动变阻器等构成31有些实验电路的测量电路与控制电路浑然一体，不存在明显的分界如“测定电源的电动势和内阻”的实验电路2实验电路构思的一般程序(1)审题实验目的；给定器材的性能参数(2)电表的选择根据被测电阻及给定电源的相关信息，如电源的电动势、被测电阻的阻值范围和额定电流等，估算出被测电阻的端电压及通过它的电流的最
15、大值，以此为依据，选定量程适当的电表(3)测量电路的选择根据所选定的电表以及被测电阻的情况，选择测量电路(估算法、试触法) (4)控制电路的选择通常优先考虑限流式电路，但在下列三种情形下，应选择分压式电路：“限不住”电流，即给定的滑动变阻器阻值偏小，即使把阻值调至最大，电路中的电流也会超过最大允许值；给定的滑动变阻器的阻值 R 太小，即 RR x，调节滑动变阻器时，对电流、电压的调节范围太小；实验要求电压的调节范围尽可能大，甚至表明要求使电压从零开始变化如描绘小电珠的伏安特性曲线、电压表的校对等实验，通常情况下都采用分压式电路(5)滑动变阻器的选择根据所确定的控制电路可选定滑动变阻器限流式电路
16、对滑动变阻器的要求：a能“限住”电流，且保证不被烧坏；b阻值不宜太大或太小，有一定的调节空间，一般选择阻值与负载阻值相近的变阻器分压式电路对滑动变阻器的要求：电阻较小而额定电流较大，I 额 (R 为变阻器的总电阻)ER3电表的反常规用法其实，电流表、电压表如果知道其内阻，它们的功能就不仅仅是测电流或电压因此，如果知道电表的内阻，电流表、电压表就既可以测电流，也可以测电压，还可以作为定值电阻来用，即“一表三用” 31热点、重点、难点一、应用性实验1所谓应用性实验，就是以熟悉和掌握实验仪器的具体使用及其在实验中的应用为目的的一类实验；或者用实验方法取得第一手资料，然后用物理概念、规律分析实验，并以
17、解决实际问题为主要目的的实验主要有：仪器的正确操作与使用，如打点计时器、电流表、电压表、多用电表、示波器等，在实验中能正确地使用它们是十分重要的(考核操作、观察能力) ；物理知识的实际应用，如科技、交通、生产、生活、体育等诸多方面都有物理实验的具体应用问题2应用性实验题一般分为上面两大类，解答时可从以下两方面入手(1)熟悉仪器并正确使用实验仪器名目繁多，具体应用因题而异，所以，熟悉使用仪器是最基本的应用如打点计时器的正确安装和使用，滑动变阻器在电路中起限流和分压作用的不同接法，多用电表测不同物理量的调试等，只有熟悉它们，才能正确使用它们熟悉仪器，主要是了解仪器的结构、性能、量程、工作原理、使用
18、方法、注意事项，如何排除故障、正确读数和调试，使用后如何保管等(2)理解实验原理面对应用性实验题，我们一定要通过审题，迅速地理解其实验原理，这样才能将实际问题模型化，运用有关规律去研究它具体地说，应用性实验题的依托仍然是物理知识、实验的能力要求等解答时不外乎抓住以下几点：明确实验应该解决什么实际问题(分清力学、电学、光学等不同实际问题) ；明确实验原理与实际问题之间的关系(直接还是间接) ； 明确是否仅用本实验能达到解决问题的目的，即是否还要联系其他物理知识，包括数学知识；明确是否需要设计实验方案；明确实际问题的最终结果例 1 新式游标卡尺的刻度线看起来很“稀疏” ，使读数显得清晰明了，便于使
19、用者正确读取数据通常游标卡尺的刻度有 10 分度、20 分度和 50 分度三种规格；新式游标卡尺也有相应的三种，但刻度却是：19 mm 等分成 10 份，39 mm 等分成 20 份，99 mm 等分成 50 份图 72 就是一个“39 mm 等分成 20 份”的新式游标卡尺图 72(1)它的准确度是_mm(2)用它测量某物体的厚度，示数如图 61 所示，正确的读数是 _cm31【解析】(1)游标上 20 格对应的 长度为 39 mm，即每格 长为 1.95 mm，游标上每格比主尺上每两格小 x0.05 mm，故准确度为 0.05 mm(2)这 种游标卡尺的读数方法为：主尺读数游标对准刻度x
20、3 cm60.005 cm 3.030 cm答案 (1)0.05 (2)3.030【点评】游标卡尺、螺旋测微器的使用在高考 题中频繁出现 对游标卡尺的使用要特别注意以下两点：深刻理解它的原理：通过游标更准确地量出“0”刻度与左侧刻度之间的间距 游标对准刻度x；读准有效数据例 2 图 73 为一简单欧姆表原理示意图，其中电流表的满偏电流 Ig300 A，内阻 Rg 100 ，可变电阻 R 的最大值为 10 k，电池的电动势 E1.5 V，内阻 r0.5 ，图中与接线柱 A 相连的表笔颜色应是_色按正确使用方法测量电阻 Rx的阻值时，指针指在刻度盘的正中央，则 Rx_ k若该欧姆表使用一段时间后，
21、电池的电动势变小、内阻变大，但此表仍能调零，按正确使用方法再测上述 Rx，其测量结果与原结果相比将_(填“变大 ”、 “变小”或“不变”) 2009 年高考天津理综卷图 73答案 红 5 变大【点评】欧姆表的原理就是闭合电路的欧姆定律，可以作 为结论 的是：欧姆表正中央的刻度值等于欧姆表的内阻二、测量性实验所谓测量性实验，就是以测量一些物理量的具体、准确数据为主要目的的一类实验，可用仪器、仪表直接读取数据，或者根据实验步骤按物理原理测定实验结果的具体数值测量性实验又称测定性实验，如“用单摆测定重力加速度” 、 “用油膜法估测分子的大小” 、 “测定金属的电阻率” 、 “测定玻璃的折射率”等例
22、3 如图 73 所示，将打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置可以测定重力加速度31图 74(1)所需器材有打点计时器(带导线 )、纸带、复写纸、带铁夹的铁架台和带夹子的重物，此外还需_(填字母代号 )中的器材A直流电源、天平及砝码B直流电流、毫米刻度尺C交流电源、天平及砝码D交流电源、毫米刻度尺(2)通过作图的方法可以剔除偶然误差较大的数据，提高实验的准确程度为使图线的斜率等于重力加速度，除作 vt 图象外，还可作_ 图象，其纵轴表示的是_，横轴表示的是_2009 年高考天津理综卷答案 (1)D (2) h 速度平方的二分之一 重物下落的高度v22【点评】 高
23、中物理中 讲述了许多种测量重力加速度的方法，如单摆法、自由落体法、滴水法、阿特伍德机法等图象法是常用的处理数据的方法，其优点是直观、准确，还能容易地剔除错误的测量数据例 4 现要测量电源 B 的电动势 E 及内阻 r(E 约为 4.5 V，r 约为 1.5 )，已有下列器材：量程为 3 V 的理想电压表 ，量程为 0.5 A 的电流表 (具有一定内阻)，固定电阻R40 ，滑动变阻器 R，开关 S，导线若干(1)画出实验电路原理图图中各元件需用题目中给出的符号或字母标出(2)实验中，当电流表的示数为 I1 时，电压表的示数为 U1；当电流表的示数为 I2 时，电压表的示数为 U2由此可求出， E
24、_，r_( 用 I1、I 2、U 1、U 2及 R 表示 )【解析】本题是常规伏安法测电源的电动势和内阻实验的情境变式题，本题与课本上实验的区别是电源的电动势大于理想电压表的量程，但 题目中提供的器材中有一个阻 值不大的固定电阻，这就很容易把该 情境变式题“ 迁移”到学过的实验上把固定电阻接在电源的旁边，将其等效成电源的内阻即可 (如图甲所示)，再把 电压表跨接在它们的两侧 显然， “内阻增大，内电压便增大” ，电压表所测量的外电压相应的减小，通过定量计算，符合实验测量的要求这样，一个新的设计性实验又回归到课本实验上了31甲(1)实验电路原理图如图乙所示乙(2)根据 EUIr ，给定的电源 B
25、 的电动势 E 及内阻 r 是一定的，I 和 U 都随滑动变阻器 R的阻值 的改变而改变 ，只要改 变 R的阻值，即可测出两组 I、U 数据，列方程 组得：EU 1I 1(Rr)EU 2I 2(R r)解得：E ，r RI1U2 I2U1I1 I2U2 U1I1 I2答案 (1)如图 乙所示(2) RI1U2 I2U1I1 I2U2 U1I1 I2【点评】本题所提供的理想电压表的量程小于被测电源的电动势，需要学生打破课本实验的思维定式，从方法上进行 创新，运用所提供的器材 创造性地 进行实验设计三、测量性实验：“伏安法测电阻”规律汇总纵观近几年的实验题，题目年年翻新，没有一个照搬课本中的实验，
26、全是对原有实验的改造、改进，甚至创新，但题目涉及的基本知识和基本技能仍然立足于课本实验实验题作为考查实验能力的有效途径和重要手段，在高考试题中一直占有相当大的比重，而电学实验因其实验理论、步骤的完整性及与大学物理实验结合的紧密性，成了高考实验考查的重中之重，测量电阻成为高考考查的焦点伏安法测电阻是测量电阻最基本的方法，常涉及电流表内外接法的选择与滑动变阻器限流、分压式的选择，前者是考虑减小系统误差，后者是考虑电路的安全及保证可读取的数据另外，考题还常设置障碍让考生去克服，如没有电压表或没有电流表等，这就要求考生根据实验要求及提供的仪器，发挥思维迁移，将已学过的电学知识和实验方法灵活地运用到新情
27、境中去这样，就有效地考查了考生设计和完成实验的能力一、 伏安法测电阻的基本原理1基本原理伏安法测电阻的基本原理是欧姆定律 R ，只要测出元件两端的电压和通过的电流，UI即可由欧姆定律计算出该元件的阻值2测量电路的系统误差(1)当 Rx远大于 RA 或临界阻值 R 真31图 75(2)当 Rx远小于 RV 或临界阻值 Rx时，采用电流表外接 (如图 76 所示)采用RARV电流表外接时，系统误差使得电阻的测量值小于真实值，即 R 测 R 真图 763控制电路的安全及偶然误差根据电路中各元件的安全要求及电压调节的范围不同，滑动变阻器有限流接法与分压接法两种选择(1)滑动变阻器限流接法(如图 77
28、所示)一般情况或没有特别说明的情况下，由于限流电路能耗较小，结构连接简单，应优先考虑限流连接方式限流接法适合测量小电阻和与变阻器总电阻相比差不多或还小的电阻图 77(2)滑动变阻器分压接法(如图 78 所示)当采用限流电路，电路中的最小电流仍超过用电器的额定电流时，必须选用滑动变阻器的分压连接方式；当用电器的电阻远大于滑动变阻器的总电阻值，且实验要求的电压变化范围较大(或要求测量多组实验数据) 时，必须选用滑动变阻器的分压接法；要求某部分电路的电压从零开始可连续变化时，必须选用滑动变阻器的分压连接方式图 784常见的测量电阻的方法31例 5 从下表中选出适当的实验器材，设计一电路来测量电流表的
29、内阻 r1要求方法简捷，有尽可能高的测量精度，并能测得多组数据31(1)画出电路图，标明所用器材的代号(2)若选测量数据中的一组来计算 r1，则所用的表达式 r1 _，式中各符号的意义是：_【解析】根据所列仪器的特点， 电流表 的内阻已知，由此可采用两电流表并联因为两电流表两端的电压相等，即可省去 电压的测量，从而减小 实验误 差，由 I2r2I 1r1，得 r1I2r2I1答案 (1)电路 图如图所示(2) I1、I2 分别为 、 的示数I2r2I1【点评】 分析 题意可知需测量电流表 的内阻，按常规方法应用伏安法，将电压表并联在待测电流表两端，但经分析可知即使 该电流表满偏，其两端的电压也
30、仅为 0.4 V，远小于量程 10 V这恰恰就是本题设计考核学生应变能力的“陷阱”此题 也可理解 为“将已知内阻的电流表 当成电压表使用”， 这实际也是伏安法的一种推广形式例 6 有一根圆台状匀质合金棒如图 79 甲所示，某同学猜测其电阻的大小与该合金棒的电阻率 、长度 L 和两底面直径 d、D 有关他进行了如下实验：图 79(1)用游标卡尺测量合金棒的两底面直径 d、D 和长度 L图 68 乙中的游标卡尺(游标31尺上有 20 个等分刻度)的读数 L_cm (2)测量该合金棒电阻的实物电路如图 68 丙所示( 相关器材的参数已在图中标出)该合金棒的电阻约为几个欧姆图中有一处连接不当的导线是_
31、(用标注在导线旁的数字表示)图 79 丙(3)改正电路后，通过实验测得合金棒的电阻 R6.72 根据电阻定律计算电阻率为、长为 L、直径分别为 d 和 D 的圆台状合金棒的电阻分别为 Rd13.3 、R D3.38 他发现：在误差允许范围内，电阻 R 满足 R2R dRD，由此推断该圆台状合金棒的电阻R_(用 、L、d、D 表述)2009 年高考江苏物理卷【解析】(1)游标卡尺的读数，按步骤进行则不会出错首先，确定游标卡尺的精度为 20分度，即为 0.05 mm；然后以毫米为单位从主尺上读出整毫米数 99.00 mm，注意小数点后的有效数字要与精度一样；再从游标尺上找出对的最齐一根刻线，精度格
32、数0.058 mm0.40 mm；最后两者相加，根据题目单位要求换算为需要的数据，99.00 mm0.40 mm99.40 mm9.940 cm(2)本 实验为测定一个几欧姆的电阻，在用伏安法 测量其两端的 电压和通过电阻的电流时，因为安培表的内阻较小，为了减小误差，应用安培表外接法，线的连接使用的是安培表内接法(3)审题是关键，弄清题意也就能 够找到解题的方法根据电阻定律计算电阻率为 、长为 L、直径分别为 d 和 D 的圆柱状合金棒的电阻分别为：Rd13.3 ，RD3.38 即 Rd ，RDL(d2)2L(D2)2而电阻 R满足 R2R dRD将 Rd、RD代入得：R 4LdD答案 (1)
33、9.940 (2) (3)4LdD三、设计性实验311所谓设计性实验，就是根据实验目的，自主地运用掌握的物理知识、实验方法和技能，完成实验的各环节(实验目的、对象、原理、仪器选择、实验步骤、数据处理等) ，拟定实验方案，分析实验现象，并在此基础上作出适当评价2设计性实验的显著特点：相同的实验内容可设计不同的过程和方法，实验思维可另辟蹊径，如设计出与常见实验( 书本曾经介绍过的实验) 有所变化的实验以控制实验条件达到实验目的而设计的实验问题，不受固有实验思维束缚，完全是一种源于书本、活于书本，且新颖的设计性实验例 7 请完成以下两小题(1)某同学在家中尝试验证平行四边形定则，他找到三条相同的橡皮
34、筋( 遵循胡克定律)和若干小重物，以及刻度尺、三角板、铅笔、细绳、白纸、钉子，设计了如下实验：如图710 甲所示，将两条橡皮筋的一端分别挂在墙上的两个钉子 A、B 上，另一端与第三条橡皮筋连接，结点为 O，将第三条橡皮筋的另一端通过细绳挂一重物图 710 甲为完成本实验，下述操作中必需的是_a测量细绳的长度b测量橡皮筋的原长c测量悬挂重物后橡皮筋的长度d记录悬挂重物后结点 O 的位置钉子位置固定，欲利用现有器材，改变条件再次验证，可采用的方法是_(2)为了节能和环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强
35、弱，光越强照度越大，照度单位为 lx)某光敏电阻 RP在不同照度下的阻值如下表：照度 (lx) 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2电阻(k) 75 40 28 23 20 18根据表中数据，请在给定的坐标系中(如图 710 乙所示) 描绘出阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点31图 710 乙如图 710 丙所示，当 1、2 两端所加电压上升至 2 V 时，控制开关自动启动照明系统请利用下列器材设计一个简单电路，给 1、2 两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至 1.0(lx)时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图( 不考虑控制开关对所设计电路的影响)图 710 丙提
36、供的器材如下：光敏电阻 RP(符号 阻值见上表)；直流电源 E(电动势 3 V，内阻不计)；定值电阻：R 110 k，R 220 k ，R 340 k( 限选其中之一并在图中标出) ；开关 S 及导线若干2009 年高考 山东理综卷答案 (1)bcd 更换不同的小重物(2)光敏电阻的阻值随光照度变化的曲线如图 710 丁所示特点：光敏电阻的阻值随光照度的增大非线性减小如图 69 戊所示丁 戊图 71031四、探究性实验所谓探究性实验题，就是运用实验手段探索未知领域，尝试多种可能因素及其出现的结果，在此基础上，通过观察、探究、分析实验对象、事件的主要特征，认识研究对象的变化过程和变化条件，获取必
37、要的可靠数据，依据实验结果客观地揭示事物的内在联系和本质规律，从而得出结论中学实验中比较典型的探究性实验是电学中的黑箱问题例 8 佛山市九江大桥撞船事故发生后，佛山交通部门加强了对佛山市内各种大桥的检测与维修，其中对西樵大桥实施了为期近一年的封闭施工，置换了大桥上所有的斜拉悬索某校研究性学习小组的同学们很想知道每根长 50 m、横截面积为 400 cm2 的新悬索能承受的最大拉力由于悬索很长，抗断拉力又很大，直接测量很困难，于是同学们取来了同种材料制成的样品进行实验探究由胡克定律可知，在弹性限度内，弹簧的弹力 F 与形变量 x 成正比，其比例系数与弹簧的长度、横截面积及材料有关因而同学们猜想，
38、悬索可能也遵循类似的规律(1)同学们准备像做“探究弹力与弹簧伸长的关系”实验一样，先将样品竖直悬挂，再在其下端挂上不同重量的重物来完成本实验但有同学说悬索的重力是不可忽略的，为了避免悬索所受重力对实验的影响，你认为可行的措施是：_(2)同学们通过游标卡尺测量样品的直径来测定其横截面积，某次测量的结果如图711 所示，则该样品的直径为_cm图 711(3)同学们经过充分的讨论，不断完善实验方案，最后测得实验数据如下分析样品 C 的数据可知，其所受拉力 F(单位：N)与伸长量 x(单位：m)所遵循的函数关系式是_对比各样品的实验数据可知，悬索受到的拉力与悬索的伸长量成正比，其比例系数31与悬索长度
39、的_成正比、与悬索的横截面积的_成正比答案 (1)将悬 索样品一端固定并水平放置在光滑水平面上，另一端连接轻绳绕过滑轮悬挂钩码(2)0.830 (3)F210 6x 平方的倒数 大小【点评】本题考查学生对“探究弹力与弹簧伸长的关系”实验的迁移能力、对游标卡尺的读数原理的掌握和从图表归纳所需信息的能力， 还考查了学生的 逻辑推理能力、运用数学知 识解决物理问题的能力和实验探究能力经典考题纵观近三年的高考实验题，会发现以下特点1对力学实验的考查基本上以创新题出现，试题源于教材，又高于教材，总体来说其变化在于：同一实验可用于不同装置，同一装置可完成不同实验2高考对电学实验的考查一般书本实验稍加变化来
40、出题，以“电阻的测量”最为常见，包括测电阻率、测伏安特性等，当然也可能会有其他电学实验出现，如测电动势与内阻、电路故障等1在如图所示的电路中，1、2、3、4、5、6 为连接点的标号在开关闭合后，发现小灯泡不亮现用多用电表检查电路故障，需要检测的有：电源、开关、小灯泡、3根导线以及电路中的各连接点(1)为了检测小灯泡以及 3 根导线，在连接点 1、2 已接好的情况下，应当选用多用电表的_挡在连接点 1、2 同时断开的情况下，应当选用多用电表的_挡(2)在开关闭合情况下，若测得 5、6 两点间的电压接近电源的电动势，则表明_可能有故障(3)将小灯泡拆离电路，写出用多用电表检测该小灯泡是否有故障的具
41、体步骤：_某同学为了探究物体在斜面上运动时摩擦力与斜面倾角的关系，设计实验装置如图甲所示长直平板一端放在水平桌面上，另一端架在一物块上在平板上标出 A、B 两点，B 点处放置一光电门，用光电计时器记录滑块通过光电门时挡光的时间实验步骤如下：用游标卡尺测量滑块的挡光长度 d，用天平测量滑块的质量 m；31用直尺测量 A、B 之间的距离 s，A 点到水平桌面的垂直距离 h1，B 点到水平桌面的垂直距离 h2；将滑块从 A 点静止释放，由光电计时器读出滑块的挡光时间 t；重复步骤数次，并求挡光时间的平均值 ；t 利用所测数据求出摩擦力 f 和斜面倾角的余弦值 cos ；多次改变斜面的倾角，重复实验步
42、骤，作出 fcos 关系曲线(1)用测量的物理量完成下列各式( 重力加速度为 g)：斜面倾角的余弦 cos _；滑块通过光电门时的速度 v_；滑块运动时的加速度 a_；滑块运动时所受到的摩擦阻力 f_(2)测量滑块挡光长度的游标卡尺读数如图乙所示，读得 d_2009 年高考全国理综卷【解析】在 1、2 两点接好的情况下，应当选用多用电表的电压挡，在 1、2 同时断开的情况下，应选用欧姆挡(2)表明 5、6 两点可能有故障(3)调到欧姆挡；将红黑表笔相接， 检查欧姆挡能否正常工作；测量小灯泡的电阻，如电阻无穷大，表明小灯泡有故障物块在斜面上做初速度为 零的匀加速直线运动，受重力、支持力和滑动摩擦
43、力的作用根据三角形关系可得到 cos s2 (h1 h2)2s又 v ，根据运动学公式 x ，有 s ，即有 axtdtv22av22ad22st 2根据牛顿第二定律得：mgsin fma则有：f mg m h1 h2sd22st 2(2) 在游标卡尺中，主尺上是 3.6 cm，在游标尺上恰好是第 1 条刻度线与主尺对齐，再考虑到卡尺是 10 分度，所以 读数为 3.6 cm0.11 mm 3.61 cm 或者 3.62 cm 也对答案 (1)电压 欧姆(2)开关或连接点 5、6(3)调到欧姆挡；将红 、黑表笔相接，检查欧姆挡能否正常工作；31测量小灯泡的电阻如电阻无穷大， 则表明小灯泡有故障
44、(1)1ss2 (h1 h2)2 mg mdt d22st 2 h1 h2sd22st 2(2)3.62 cm【点评】在本实验中，r 解出的为滑块画过去由门的平均速度，只是当滑块才较小时dt r趋近于瞬 时速度，故滑块长 度小点测量越准确2一水平放置的圆盘绕过其圆心的竖直轴匀速转动盘边缘上固定一竖直的挡光片盘转动时挡光片从一光电数字计时器的光电门的狭缝中经过，如图甲所示图乙为光电数字计时器的示意图光源 A 中射出的光可照到 B 中的接收器上若 A、B 间的光路被遮断，显示器 C 上可显示出光线被遮住的时间挡光片的宽度用螺旋测微器测得，结果如图丙所示圆盘直径用游标卡尺测得，结果如图丁所示由图可知
45、：(1)挡光片的宽度为_mm；(2)圆盘的直径为_cm；(3)若光电数字计时器所显示的时间为 50.0 ms，则圆盘转动的角速度为_弧度/秒( 保留 3 位有效数字)图示为用伏安法测量电阻的原理图图中， 为电压表，内阻为 4000 ； 为电流表，内阻为 50 ；E 为电源， R 为电阻箱，R x为待测电阻， S 为开关(1)当开关闭合后电压表读数 U1.6 V，电流表读数 I2.0 mA若将 Rx 作为测量UI31值，所得结果的百分误差是_(2)若将电流表改为内接，开关闭合后，重新测得电压表读数和电流表读数，仍将电压表读数与电流表读数之比作为测量值，这时结果的百分误差是_(百分误差 100%)
46、|实 际 值 测 量 值实 际 值 |2008 年高考四川理综卷 【解析】由螺旋测微器与游 标卡尺的读数规则可得两者的 读数d10 mm24.20.01 mm 10.242 mmD242 mm40.05 mm242.20 mm24.220 cm圆盘转动的角速度为 ，而 2，综合两式并代入数据可得：1.69 tdDrad/s(1)测量值为 R 800 ，因电流表外接，所以：UIRRxRVRx RV故真实值为 Rx1000 ，对应的百分误差为：A 20%1000 8001000(2)电 流表内接时，百分误差 A 5%|1050 10001000 |答案 (1)10.243 (2)24.220 (3)1.69(1)20% (2)5%【点评】 无论 是否显示
