轮能力专题实验设计的基本方法

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1、2006---2007高考复习第二轮能力专题:实验设计的基本方法2007、3专题解说一.命题趋向与考点实验设计：根据实验目的，运用掌握的物理规律、实验方法，选择配套的仪器、器材设计实验方案。设计方案包括选用合适的实验方法、选择配套的实验器材、安排正确的实验步骤、设计科学的数据处理方法，采用客观的误差分析方式，最后给予总结和评价。对实验设计的考查具体体现在：①在给定的条件下，进行实验设计；②给出测量数据，选择数据处理的方法；③给定原理和器材，设计实验方案；④给出实验过程和情景，判断过程和方法的合理性等。1.实验设计的基本原则：(1)科学性

2、：科学的方案应有科学的依据及正确的方式。专题解说(2)安全性：设计的方案实施时，应安全可靠，不会对仪器、实验者造成危害。(3)精确性：实验误差应控制在允许范围之内，尽可能选择误差较小的方案。(4)可操作性：设计方案应便于操作、读数，便于进行数据处理和观察。2.实验设计的基本思路：(1)根据实验目的及题目的条件和要求，构思相关的物理情景。(2)确定实验原理、方法。(3)选择实验器材。(4)写出实验步骤。(5)观察实验现象与记录实验数据。(6)实验的结论及误差分析。专题解说二.知识概要与方法在中学阶段涉及的主要是以下一些方法：1．设计实验原

3、理（1）控制变量法。如：在“验证牛顿第二定律的实验”中，加速度、力和质量的关系控制。在“研究单摆的周期”中，摆长、偏角和摆球质量的关系控制。（2）近似替代法。用伏安法测电阻时，选择了合适的内外接方法，一般就忽略电表的非理想性。（3）等效替代法。某些量不易测量，用较易测量的量替代。在“验证碰撞中的动量守恒”的实验中，两球碰撞后的速度不易直接测量，在将整个平抛时间定为时间单位后，速度的测量就转化为对水平位移的测量了。专题解说二.知识概要与方法（4）模拟法。当实验情景不易或根本无法创设时，可以用物理模型或数学模型等效的情景代替，尽管两个情景的

4、本质可能根本不同。“描绘电场中的等势线”的实验就是用电流场模拟静电场。（5）微小量放大法。微小量不易测量，勉强测量误差也较大，实验时常采用各种方法加以放大。卡文迪许测定万有引力恒量，采用光路放大了金属丝的微小扭转；在观察玻璃瓶受力后的微小形变时，使液体沿细玻璃管上升来放大瓶内液面的上升。2．控制实验误差(1)多次测量法。多次测量法减小偶然误差，这是所有实验必须采取的办法，也是做实验应具有的基本思想。专题解说二.知识概要与方法（2）积累法。一些小量直接测量误差较大，可以累积起来测量，以减小误差。“用单摆测定重力加速度”的实验中，为了减小周

5、期的测量误差，不是测量完成一次全振动的时间，而是测量完成30~50次全振动的时间。3．数据处理（1）逐差法。这就是用打点计时器打出的纸带计算加速度时用到的方法，这种方法充分利用了测量数据，具有较好的取平均的效果。（2）图象法。能从图象清楚看出物理量间的关系，在“描绘小灯泡伏安特性曲线”的实验中，采用了这种方法得出电阻与温度有关的结论；可用图象法求物理量的值，在“测定电源电动势和内阻”的实验中用图象法来求E和r不仅有取平均的效果，还可以剔除个别有错误的测量数据。专题聚焦例1、把两个大小相同、质量不等的金属球用细线连接，中间夹一被压缩了的轻

6、弹簧，置于摩擦可以不计的水平桌面上，如图所示，现烧断细线，观察两球的运动情况，进行必要的测量，验证物体间相互作用时动量守恒.（1）还必须添加的器材是：（2）需直接测量的数据是：（3）用所得数据验证动量守恒定律的关系式是：答：（1）天平、直尺、铅锤、木板、白纸、复写纸、图钉、细线等（2）两小球的质量m1、m2，两小球做平抛运动的水平位移x1、x2（3）（在误差允许的范围内）专题聚焦例2.有一台测体重的台秤，一只篮球，一张白纸，一盆水，请设计一个实验方法，粗略测出篮球击地时对地的冲击力.分析:若使篮球击在台秤上进行测量，则一方面无法保证冲击

7、地面，秤面的力一样，另一方面球对秤面的冲击力是瞬时的，无法读取测量值.由于篮球击在平面上，它产生的冲击力的大小与篮球和地面接触处形变量大小有关，因此，只要记录球击中地面时形变量大小就可以通过模拟的方式再演现出来.F答：如图所示，将白纸铺在地面上，将篮球放入盛水的盆中弄湿；让球拍击地面上白纸，并留下球的水印.再将有水印的纸铺在台秤秤面上，将球放在水印中心，用力缓慢压球，当球发生的形变刚好与水印吻合时，台秤的读数即为冲击时冲击力的大小专题聚焦例3.实验室有一个可拆变压器，请设计一个实验方案，估测出变压器原、副线圈的匝数，所给实验器材有：一个

8、可拆变压器、交流电压表、直流电源、滑线变阻器，小磁针、200V交流电源、电键各一个、铜漆包线（规格与变压器原线圈所用漆包线相同）及导线若干.答：依图(a)连接电路,然后将小磁针的N极靠近原线圈的一端,根据偏