【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 。 3．設(shè)計(jì)思路： 在熟練掌握學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)基本原理和實(shí)驗(yàn)技能、技巧的基礎(chǔ)上，認(rèn)真審題，構(gòu)建實(shí)驗(yàn)情景，尋找實(shí)驗(yàn)原理，設(shè)計(jì)出最優(yōu)方案（經(jīng)反復(fù)估算后才能得出）。 4．流程如下： 由實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹鷮?shí)驗(yàn)原理→實(shí)驗(yàn)情景模型→電路圖、實(shí)驗(yàn)裝置圖→實(shí)驗(yàn)器材→實(shí)驗(yàn)步驟→待測(cè)物理量→遞推用測(cè)出量表示的未知量的函數(shù)式→誤差分析 5．思考題： a. 如何測(cè)電流表內(nèi)阻 ？ b. 如何測(cè)優(yōu)特表的內(nèi)阻？ 二． 設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)的命題方式 （一）試題列出所需實(shí)驗(yàn)器材，有實(shí)驗(yàn)步驟提示 這類試題條件充足，基本無(wú)迷惑性條件，解答較易，且與平時(shí)所學(xué)知識(shí)和方法有緊密聯(lián)系，但也不能輕視。解答過(guò)程中需全面分析所列出的實(shí)驗(yàn)器材，抓住器材特點(diǎn)，聯(lián)系實(shí)驗(yàn)步驟，并結(jié)合所學(xué)知識(shí)和方法，選擇可行的實(shí)驗(yàn)方案，完成實(shí)驗(yàn)。 例 1 如圖所示的器材是：木質(zhì)軌道 (其傾斜部分傾角較大，水平部分足夠長(zhǎng) )，小鐵塊，兩枚圖釘，一條細(xì)線，一個(gè)量角器，用上述器材測(cè)定小 鐵塊與木質(zhì)軌道間的動(dòng)摩擦因素μ，實(shí)驗(yàn)步驟是： (1) 將小鐵塊從 ______________________ ； (2) 用圖釘把細(xì)線______________________； (3) 用量角器測(cè)量 ____________________ ； (4) 動(dòng) 摩 擦 因 素 表 示 μ ＝________________。 分析 試題所列器材中只有量角器可定 量測(cè)量，結(jié)合步驟提示，可猜測(cè)μ =tgθ，聯(lián)系μ =tgθ的物理情景及物理意義，結(jié)合試題所列出的其它器材，可作如下解答： (1)將小鐵塊從斜板上 A 點(diǎn)由靜止釋放，運(yùn)動(dòng)至水平板上 B 點(diǎn)靜止； ， (2)用圖釘把細(xì)線拉緊固定在 A、 B 兩點(diǎn)間； (3)用量角器測(cè)量細(xì)線與水平板間的夾角θ； (4)動(dòng)摩擦因素表示為μ =tgθ。 這類試題的條件有很強(qiáng)的迷惑性，解答過(guò)程中須加以全面分析，輔以一定的邏輯推理并結(jié)合所學(xué)知識(shí)和方法才能順利完成實(shí)驗(yàn)。 （二） 試題只列出所需全部實(shí)驗(yàn)器材，無(wú)其他任何提示 這類試題所提供的全部信息即實(shí)驗(yàn)器材，因而在解答過(guò)程中須緊緊抓住所列器材與可取實(shí)驗(yàn)方案間的聯(lián)系，結(jié)合各器材的特點(diǎn)，逐步完 善實(shí)驗(yàn)方案，完成實(shí)驗(yàn)。 例 2 已知待測(cè)電阻 RX為 9000 歐姆左右，另有 6 伏直流電源 (內(nèi)阻不計(jì) )，一個(gè)電流表，一個(gè)電壓表 (兩電表量程均合適 )，一個(gè)阻值為 200 歐姆的滑線變阻器，一個(gè)電鍵和若干導(dǎo)線，請(qǐng)畫出實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)電路并簡(jiǎn)述其理由。 分析 就本試題而言，簡(jiǎn)述理由的過(guò)程即分析過(guò)程，也就是完成實(shí)驗(yàn)的過(guò)程，具體如下： (1)有電流表、電壓表且量程合適，可用伏安法測(cè)電阻； (2)與兩電表比較； Rx 屬大電阻，可用內(nèi)接法； (3)滑線變阻器最大阻值比 R 小得多，可用分壓器接法； (4)電鍵應(yīng)對(duì)全電路起控制作用，須接在干路上。 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)電器如 圖所示。 （三）試題所列實(shí)驗(yàn)器材多于所需器材或試題所列實(shí)驗(yàn)步驟多于實(shí)際操作步驟，即實(shí)驗(yàn)條件須選擇使用 13 例 3 為了測(cè)重力加速度 g 的值，實(shí)驗(yàn)室只有下列可供選擇的器材： A、長(zhǎng)度為 1 米的刻度尺； B、游標(biāo)卡尺； C、連有細(xì)線的金屬小球； D、低壓交流電源； E、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 (包括所附的紙帶、復(fù)寫紙、重錘等 )； F、蓄電池； G、鐵架臺(tái)； H、天平。 (1)從上面所列器材中挑選必須的器材有 _____________。 (2)寫出測(cè)重力和加速度的主要計(jì)算公式及簡(jiǎn)述其中的物理量的測(cè)量方法： ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 分析 ①初審此題，最易選擇用單擺法測(cè)重力的加速度，但所列實(shí)驗(yàn)器材中無(wú)秒表， 不能測(cè)單擺周期，故此方案不可行；②根據(jù)其它器材，可選用重錘作自由落體運(yùn)動(dòng)來(lái)測(cè)定重力加速度，器材齊全，但要注意：電源應(yīng)選 D。不需要測(cè)量質(zhì)量，因而 H 不選，要處理紙帶，因而 A 不可漏選；③在具體選用測(cè)量公式時(shí)，公式不是唯 — 的，可選用 g＝v2／ 2h 或 g＝ 2h/t2均可。故此題應(yīng)選用器材為： A、 D、 E、 G，其它略。 三、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)內(nèi)容 （一）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方法 下面是測(cè)定“重力加速度”；“測(cè)定物體間動(dòng)摩擦因素”及“測(cè)量干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻”的幾種方案，供參考： 測(cè)定重力加速度 （ 1） 14 15 （二）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電 路 根據(jù)給定的器材和實(shí)驗(yàn)提出的目的，畫出或補(bǔ)全實(shí)驗(yàn)電路。 1． 電路選擇原理 （ 1）安培表內(nèi)接、外接？ 待測(cè)電阻 Rx為小電阻，（ Rx與 RA 可比、 RxRV、或 Rx AVRR 、或試探法中 ○V示數(shù)變化顯著）應(yīng)采用安培表外接法； (因 RVRx，伏特表的分流作用引起的安培表讀數(shù) 16 誤差較小。） 反之待測(cè)電阻 Rx為大電阻（ RxRA， Rx與 RV可比，或 Rx AVRR 或試探法中 ○A示數(shù)變化大）應(yīng)采用安培表內(nèi)接法。 (因 RxRA，安培表的分壓作用引起的電壓表讀數(shù)誤差較小。） （ 2）滑動(dòng)變阻器限流法、分壓器法？ ①通常情況下優(yōu)先考慮限流式，因?yàn)楹碾娚佟? ②在以下三種情況考慮分壓式。 A 當(dāng)需要待測(cè)電路的電壓從零開(kāi)始連續(xù)變化。 B 題中提供的儀表量程或電阻的最大允許電流不夠（安全性原則和適用性原則） C變阻器電阻遠(yuǎn)小于被測(cè)電阻或電路中串聯(lián)的其它電阻（準(zhǔn)確性原則和方便性原則） （ 3）歐姆表?yè)跷?R R R 100 如何選擇？ 先用 R 10 擋，調(diào)零歐后估測(cè)，若指針在中值附近，則 Rx等于 10指示值；在指針偏角太小，則換用 R 100，重新調(diào)零后測(cè)量， Rx=100指示值；若 R 10 時(shí)指針偏角太大，則換用 R 1 擋，重新調(diào)零歐后測(cè)量， Rx=指針指示值。 （ 4）電阻測(cè)量的電路 ①伏安法測(cè)電阻和替代法 ②用歐姆表測(cè)量 此法簡(jiǎn)便易行，但讀數(shù)誤差較大；用久之后，內(nèi)部電源發(fā)生變化，測(cè)量誤差更大。因此此法只適用于要求不太高的測(cè)量。 ③惠斯通電橋法 ④電橋伏安法 。 ⑤電表內(nèi)阻的測(cè)量 I. 測(cè) Rg 時(shí)，用半偏法？等值 替代法？電路計(jì)算法？ ①若只有二只單刀單擲開(kāi)關(guān)、一只待測(cè)表，還有二只電阻箱 R1R2時(shí)， 只能采用半偏法，此時(shí)為了減少誤差，應(yīng)選電動(dòng)勢(shì)較大的電源，達(dá)到 R2R1 （ R2100R1以上）；電路如下 ②若有二只電流表和一只變阻器及電源單刀單擲開(kāi)關(guān)等，可采用電路計(jì)算 法，此時(shí)另一只非待測(cè)表一定要已知量程和內(nèi)阻 RA，電路如下： 讀出 Fg 支路 I2及 I1，由 U=I1RA=I2Rg，得 Rg=I1RA/I2 ③若有二只電流表，一只電阻箱和一只單刀雙擲開(kāi)關(guān)、滑動(dòng)變阻器可采用等 值替代法， 電路如下： K 接 a，調(diào) R′，記下 ○A讀數(shù)，然后 K 接 b，保持 R′不變， 調(diào) R 使 ○A讀數(shù)保持不變，則 Rg=R。 ④若有二只電流表，一只電阻箱（或定值電阻，其阻值與電流表阻值接近） 和一只單刀開(kāi)關(guān)、滑動(dòng)變阻器可采用電路計(jì)算法： 如圖， G為待測(cè)電流表， 為已知電阻，若把虛線框內(nèi)電路看成一擴(kuò)程電流表，則該電路為一改裝表與標(biāo)準(zhǔn) 表的校對(duì)電路．設(shè) G、 A 表讀數(shù)分別為 I I，則由相關(guān)知識(shí)可知：為便于器材 選取與操作， Ro的阻值應(yīng)≤ 1Ω (如 0， 5Ω ) II. 若欲測(cè)伏特表內(nèi)阻 RV，怎么辦？ 2. 電學(xué)實(shí)驗(yàn)器材如何選擇？ a． ○A表量程如何選？ ○V表量程如何選？ 通過(guò)估算xm RI?? ，保證 ○A指針偏轉(zhuǎn)范圍在 3AI ～ AI32 最佳；同樣 ○V指針偏轉(zhuǎn)范圍在3U ～ U32 最佳。 b．變阻器如何選？ 從安全性原則出發(fā)分析得，首先要求通過(guò)其最大電流小于其額定電流；從方便性和 17 準(zhǔn)確原則出發(fā)分析得，要求變阻器的最大阻值，在限流電路中盡量接近待測(cè)電阻或電路中串聯(lián)的其它電阻，在分壓電路中電阻盡量小。 c．電源如何選？ 測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)ε和內(nèi)阻時(shí)，選內(nèi)阻較大的舊電池；測(cè)電流計(jì)內(nèi)阻 Rg 時(shí)，若采用半偏法測(cè)電阻時(shí)，應(yīng)選電動(dòng)勢(shì)較大的電源，保證 R2R1，以減小實(shí)驗(yàn)誤差；在測(cè)小燈泡功率描伏安特性曲線時(shí)，在測(cè)金屬的電阻率時(shí)，選電動(dòng)勢(shì)較小的電源；在打點(diǎn)計(jì) 時(shí)器中選 4～ 6V交流電壓；在描等勢(shì)線實(shí)驗(yàn)中選 4～ 6V直流電源。 3. 實(shí)驗(yàn)線路的連接 分壓式和限流式的接法要求：限流式是按“一上一下各一個(gè)”的原則，且使滑片處在阻值最大位置處；分壓式是“一上二下”的原則，電源與開(kāi)關(guān)串聯(lián)以后直接接于下面兩個(gè)連線柱，上面任一個(gè)接線柱引出導(dǎo)線和下面一個(gè)接線柱上引出導(dǎo)線（二線之間的電阻要小，保證初始取出的電壓較小 ） 將這兩導(dǎo)線接至被測(cè)電路中。 連線的總思路為： 畫出電路圖→滑動(dòng)變阻器連接???滑片位置正確 限流分壓 ,→連接總回路?????導(dǎo)線不能交叉總開(kāi)關(guān)控制所有元件電表的正負(fù)接線柱 →并聯(lián)伏特表的電壓較小。 （三）設(shè)計(jì)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 根某一物理規(guī)律或公式，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)情景，并給出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，打好點(diǎn)的紙帶或在圖象上描出數(shù)據(jù)點(diǎn)，讓學(xué)生求出實(shí)驗(yàn)測(cè)量值，如 98 年的第 18 題，原題為： 在 LC 振蕩電路中，如已知電容 C，并測(cè)得電路的固有振蕩周期 T，即可求得電感 L，為了提高測(cè)量精度，需多次改變 C 值并測(cè)得相應(yīng)的 T 值，現(xiàn)將測(cè)得的六組數(shù)據(jù)標(biāo)示在以C 為橫坐標(biāo)、 T2為縱坐標(biāo)的坐標(biāo)紙上，即圖中用“ X”表示的點(diǎn)。 ⑴ T、 L、 C 的關(guān)系為 _____________ ⑵ 根據(jù)圖中給出的數(shù)據(jù)點(diǎn)作 出 T2與 C 的關(guān)系圖線 ⑶ 求得的 L 值是 ___________。 分析與解答 (1)T=2π √ LC 。 ⑵ 如圖所示，圖線應(yīng)為一條直線，數(shù)據(jù)點(diǎn)靠近直線且均勻分布在直線兩側(cè)。 ⑶ 仔細(xì)觀察圖象上的數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)，縱坐標(biāo)為 3 位有效數(shù)字，橫坐標(biāo)為 2 位有效數(shù)字，在圖象上選取兩個(gè)坐標(biāo)點(diǎn) A(1X10 一 7， 14． 5 X 一 8 ) 和 (3． 5x10— 7， 51． 0x10— 8)，則 T2 / C = 1． 46， L = 0． 0365H 根據(jù)圖上的數(shù)據(jù)點(diǎn)，正確讀出縱，橫坐標(biāo)的有效數(shù)字的位數(shù)，是解答此問(wèn)的關(guān)鍵。 （四）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)原理 用給定的器材測(cè)定某一物理量，要求學(xué)生寫出實(shí)驗(yàn)原理。 例題 利用下列器材測(cè)當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?、鐵架臺(tái) (附夾子 )，長(zhǎng)約 1． 5m的細(xì)線，下墜一個(gè) 200g 左右的石子、秒表、米尺，請(qǐng)寫出實(shí)驗(yàn)原理。 分析與解答 設(shè)細(xì)線下端懸點(diǎn)到石子重心的距離為 x，第一次實(shí)驗(yàn)測(cè)得擺線長(zhǎng)為 L1，擺長(zhǎng)為 (Ll+x)，測(cè)得周期為 T1，由單擺的周期公式可得 T1=2π √ (Ll+x)／ g ① 將擺線長(zhǎng)改變?yōu)?L2，對(duì)應(yīng)擺線長(zhǎng)為（ L2+x)，再測(cè)得周期為 T2，則 T2=2π √ (L2+x)／ g ② 由①②消 去 x，解得 g=4π 2 (Ll — L2 )/ (T12— T22 )③ 即測(cè)出長(zhǎng)、短擺的擺線長(zhǎng) L L2和對(duì)應(yīng)的周期 T T2代入③式就可算出 g 值。 （五）設(shè)計(jì)控制實(shí)驗(yàn)條件 用給定的器材測(cè)定某一物理量，要求學(xué)生寫出需要控制的實(shí)驗(yàn)條件，控制方法及需要采取的措施等。 18 例題 例用下列器材測(cè)當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣龋鸿F架臺(tái) (附夾子 )，長(zhǎng)約 1． 5m的細(xì)線，下墜一個(gè) 200g 左右的石子，秒表、米尺，為盡量減小實(shí)誤差，需要采取哪些措施 ?控制哪些實(shí)驗(yàn)條件 ? 分析 與解答 ①測(cè)擺長(zhǎng)時(shí)應(yīng)該懸測(cè)，而不能平測(cè)、擺長(zhǎng)不應(yīng)小于 70cm，否則很難保證做簡(jiǎn)諧振動(dòng)。 ②長(zhǎng)擺與短擺的擺長(zhǎng)差應(yīng)盡可能大些，以不小于 50cm 為宜，這樣才可以保證差值(T12— T22 )的有效數(shù)字的位數(shù)不減少。 ③ 擺球應(yīng)盡可能貼近地面，以便用刻度尺來(lái)控制振幅，從而保證擺角小于 5176。，同時(shí)還可判斷擺球是否沿直線做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，避免錐擺現(xiàn) ④計(jì)時(shí)的起始、終止位置，應(yīng)是擺球的平衡位置，周期的測(cè)量應(yīng)用累計(jì)平均法，全振動(dòng)的