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別再害怕實(shí)驗(yàn)題了,這里有高中物理實(shí)驗(yàn)題的幾個(gè)實(shí)用解題方法!

 政二街 2018-08-29

物理實(shí)驗(yàn)是高考的主要內(nèi)容之一.《考試大綱》就高考物理實(shí)驗(yàn)共列出11個(gè)考點(diǎn),其中力學(xué)6個(gè)、電學(xué)5個(gè).要求會(huì)正確使用的儀器主要有:刻度尺、游標(biāo)卡尺、螺旋測(cè)微器、天平、秒表、電火花計(jì)時(shí)器或電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、彈簧測(cè)力計(jì)、溫度表、電流表、電壓表、多用電表、滑動(dòng)變阻器、電阻箱等,并且對(duì)實(shí)驗(yàn)誤差問(wèn)題提出了更明確的要求.

高考實(shí)驗(yàn)題雖然都不是課本上的原有實(shí)驗(yàn)題,但其原理、方法以及所考查的知識(shí)均是同學(xué)們所學(xué)過(guò)的,即用“學(xué)過(guò)的實(shí)驗(yàn)方法”“用過(guò)的儀器”進(jìn)行新的實(shí)驗(yàn),以考查同學(xué)們的基本實(shí)驗(yàn)?zāi)芰屠斫?、推理、遷移的能力。學(xué)會(huì)遷移,就能根據(jù)舊問(wèn)題解決新問(wèn)題。高考實(shí)驗(yàn)的遷移主要有:

①實(shí)驗(yàn)原理的遷移;

②實(shí)驗(yàn)儀器的遷移;

③數(shù)據(jù)處理的遷移;

④誤差分析的遷移。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的原則就是“來(lái)源于教材而不拘泥于教材”‘即用教材中的原有知識(shí)進(jìn)行遷移創(chuàng)新。知道了這些,解答實(shí)驗(yàn)題就不會(huì)無(wú)從下手了,下面介紹一些具體的思路和方法:

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一、力學(xué)實(shí)驗(yàn)

1.力學(xué)實(shí)驗(yàn)部分的內(nèi)容

(1)研究勻變速直線運(yùn)動(dòng) (2)探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系

(3)驗(yàn)證力的平行四邊形定則 (4)驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律

(5)探究動(dòng)能定理 (6)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律

2.力學(xué)實(shí)驗(yàn)的熱點(diǎn)

熱點(diǎn)一 游標(biāo)卡尺和螺旋測(cè)微器的讀數(shù)

熱點(diǎn)二 與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶相關(guān)且裝置相似的力學(xué)實(shí)驗(yàn)

1.紙帶的選取:一般實(shí)驗(yàn)應(yīng)用點(diǎn)跡清晰、無(wú)漏點(diǎn)的紙帶中選取有足夠多點(diǎn)的一段作為實(shí)驗(yàn)紙帶。在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)中還要求紙帶包含第一、二點(diǎn),并且第一、二兩點(diǎn)距離接近2.0mm。

2.根據(jù)紙帶上點(diǎn)的密集程度選取計(jì)數(shù)點(diǎn)。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每打n個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),則計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)間間隔為n個(gè)打點(diǎn)時(shí)間間隔,即T=0.02n(s)。一般取n=5,此時(shí)T=0.1s。

3.測(cè)量計(jì)數(shù)點(diǎn)間距離。為了測(cè)量、計(jì)算的方便和減小偶然誤差的考慮,測(cè)量距離時(shí)不要分段測(cè)量,盡可能一次測(cè)量完畢,即測(cè)量計(jì)數(shù)起點(diǎn)到其它各計(jì)數(shù)點(diǎn)的距離。如圖所示,則由圖可得:

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4.判定物體運(yùn)動(dòng)的性質(zhì):

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二、電學(xué)實(shí)驗(yàn)

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1.電學(xué)實(shí)驗(yàn)部分的內(nèi)容

(1)測(cè)定金屬的電阻率; (2)描繪小燈泡的伏安特性曲線;

(3)測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻; (4)練習(xí)使用多用電表;

(5)傳感器的簡(jiǎn)單使用。

2.電學(xué)實(shí)驗(yàn)電路的基本結(jié)構(gòu)

一個(gè)完整的電學(xué)實(shí)驗(yàn)電路往往包括測(cè)量電路與控制電路兩部分.

測(cè)量電路:指體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)原理和測(cè)量方法的那部分電路,通常由電表、被測(cè)元件、電阻箱等構(gòu)成.

控制電路:指提供電能、控制和調(diào)節(jié)電流(電壓)大小的那部分電路,通常由電源、開(kāi)關(guān)、滑動(dòng)變阻器等構(gòu)成.

有些實(shí)驗(yàn)電路的測(cè)量電路與控制電路渾然一體,不存在明顯的分界.如“測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻”的實(shí)驗(yàn)電路.

3.實(shí)驗(yàn)電路構(gòu)思的一般程序

(1)審題

①實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?②給定器材的性能參數(shù).

(2)電表的選擇

①先選出實(shí)驗(yàn)提供的唯一性器材;

②估測(cè)待測(cè)電路上電壓和電流允許的最大值,并考慮能否使電表半偏以上,選擇合適量程的電壓表和電流表;

③根據(jù)待測(cè)電路上允許的電壓和電流的最大值,選擇電壓合適的電源;

④分壓電路的滑動(dòng)變阻器選擇總阻值小的,限流電路的滑動(dòng)變阻器選擇大于或與待測(cè)阻值相當(dāng)?shù)摹?/p>

(3)測(cè)量電路的選擇

電流表的內(nèi)、外接問(wèn)題:甲所示電路為電流表外接電路(簡(jiǎn)稱外接法);乙所示電路為電流表內(nèi)接電路(簡(jiǎn)稱內(nèi)接法)。兩種接法的選擇可按下列方法進(jìn)行:

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(4)控制電路的選擇

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為了改變測(cè)量電路(待測(cè)電阻)兩端的電壓(或通過(guò)測(cè)量電路的電流),常使滑動(dòng)變阻器與電源連接作為控制電路,滑動(dòng)變阻器在電路中主要有兩種連接方式:如圖甲為滑動(dòng)變阻器的限流式接法,Rx為待測(cè)電阻。它的接線方式是電源、滑動(dòng)變阻器與待測(cè)電阻三者串聯(lián)。對(duì)待測(cè)電阻供電電壓的最大調(diào)節(jié)范圍是:

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(Rx是待測(cè)電阻,R是滑動(dòng)變阻器的總電阻,不計(jì)電源內(nèi)阻)。如圖乙是滑動(dòng)變阻器的分壓式接法。接線方式是電源與滑動(dòng)變阻器總電阻組成閉合電路,而被測(cè)電路與滑動(dòng)變阻器的一部分電阻并聯(lián),該接法對(duì)待測(cè)電阻供電電壓的調(diào)節(jié)范圍是:0~E(不計(jì)電源內(nèi)阻時(shí))。

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通常優(yōu)先考慮限流式電路,但在下列三種情形下,應(yīng)選擇分壓式電路:

①“限不住”電流,即給定的滑動(dòng)變阻器阻值偏小,即使把阻值調(diào)至最大,電路中的電流也會(huì)超過(guò)最大允許值;

②給定的滑動(dòng)變阻器的阻值R太小,即R?Rx,調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器時(shí),對(duì)電流、電壓的調(diào)節(jié)范圍太小;

③實(shí)驗(yàn)要求電壓的調(diào)節(jié)范圍盡可能大,甚至表明要求使電壓從零開(kāi)始變化.

如描繪小電珠的伏安特性曲線、電壓表的校對(duì)等實(shí)驗(yàn),通常情況下都采用分壓式電路.

4.電表的反常規(guī)用法

其實(shí),電流表、電壓表如果知道其內(nèi)阻,它們的功能就不僅僅是測(cè)電流或電壓.因此,如果知道電表的內(nèi)阻,電流表、電壓表就既可以測(cè)電流,也可以測(cè)電壓,還可以作為定值電阻來(lái)用,即“一表三用”.

5.實(shí)物圖的連接:實(shí)物圖連線應(yīng)掌握基本方法和注意事項(xiàng)

(1)基本方法:

①畫出實(shí)驗(yàn)電路圖。

②分析各元件連接方式,明確電流表與電壓表的量程。

③畫線連接各元件。(用鉛筆畫線,以便改錯(cuò))連線方式應(yīng)是單線連接,連線順序應(yīng)先畫串聯(lián)電路,再畫并聯(lián)電路。

一般先從電源正極開(kāi)始,到電鍵,再到滑動(dòng)變阻器等。按順序以單線連接方式將干路中要串聯(lián)的元件依次串聯(lián)起來(lái);然后連接支路將要并聯(lián)的元件再并聯(lián)到電路中去。連接完畢,應(yīng)進(jìn)行檢查,檢查電路也應(yīng)按照連線的方法和順序。

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三、物理實(shí)驗(yàn)的類型

(一)應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)

1.所謂應(yīng)用性實(shí)驗(yàn),就是以熟悉和掌握實(shí)驗(yàn)儀器的具體使用及其在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用為目的的一類實(shí)驗(yàn);或者用實(shí)驗(yàn)方法取得第一手資料,然后用物理概念、規(guī)律分析實(shí)驗(yàn),并以解決實(shí)際問(wèn)題為主要目的的實(shí)驗(yàn).主要有:

①儀器的正確操作與使用,如打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、電流表、電壓表、多用電表、示波器等,在實(shí)驗(yàn)中能正確地使用它們是十分重要的(考核操作、觀察能力);

②物理知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用,如科技、交通、生產(chǎn)、生活、體育等諸多方面都有物理實(shí)驗(yàn)的具體應(yīng)用問(wèn)題.

2.應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)題一般分為上面兩大類,解答時(shí)可從以下兩方面入手.

(1)熟悉儀器并正確使用

實(shí)驗(yàn)儀器名目繁多,具體應(yīng)用因題而異,所以,熟悉使用儀器是最基本的應(yīng)用.如打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的正確安裝和使用,滑動(dòng)變阻器在電路中起限流和分壓作用的不同接法,多用電表測(cè)不同物理量的調(diào)試等,只有熟悉它們,才能正確使用它們.熟悉儀器,主要是了解儀器的結(jié)構(gòu)、性能、量程、工作原理、使用方法、注意事項(xiàng),如何排除故障、正確讀數(shù)和調(diào)試,使用后如何保管等.

(2)理解實(shí)驗(yàn)原理

面對(duì)應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)題,我們一定要通過(guò)審題,迅速地理解其實(shí)驗(yàn)原理,這樣才能將實(shí)際問(wèn)題模型化,運(yùn)用有關(guān)規(guī)律去研究它.

具體地說(shuō),應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)題的依托仍然是物理知識(shí)、實(shí)驗(yàn)的能力要求等.解答時(shí)不外乎抓住以下幾點(diǎn):①明確實(shí)驗(yàn)應(yīng)該解決什么實(shí)際問(wèn)題(分清力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)等不同實(shí)際問(wèn)題);②明確實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)際問(wèn)題之間的關(guān)系(直接還是間接);③明確是否僅用本實(shí)驗(yàn)?zāi)苓_(dá)到解決問(wèn)題的目的,即是否還要聯(lián)系其他物理知識(shí),包括數(shù)學(xué)知識(shí);④明確是否需要設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案;⑤明確實(shí)際問(wèn)題的最終結(jié)果.

(二)測(cè)量性實(shí)驗(yàn)

所謂測(cè)量性實(shí)驗(yàn),就是以測(cè)量一些物理量的具體、準(zhǔn)確數(shù)據(jù)為主要目的的一類實(shí)驗(yàn),可用儀器、儀表直接讀取數(shù)據(jù),或者根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟按物理原理測(cè)定實(shí)驗(yàn)結(jié)果的具體數(shù)值.測(cè)量性實(shí)驗(yàn)又稱測(cè)定性實(shí)驗(yàn),如 “測(cè)定金屬的電阻率”、“測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻”等。

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(三)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)

所謂驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),就是為了驗(yàn)證某些物理定理、定律的正確性,驗(yàn)證物理現(xiàn)象的可信與真實(shí)性而設(shè)計(jì)的一類實(shí)驗(yàn),此類問(wèn)題通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與物理結(jié)論的比較進(jìn)行驗(yàn)證。

解答驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),要明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?,知道?yàn)證什么,明確實(shí)驗(yàn)原理,從而知道該測(cè)哪些物理量,需要哪些儀器,如何組裝,如何完成實(shí)驗(yàn)步驟,如何測(cè)量并處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

(四)探究性實(shí)驗(yàn)

所謂探究性實(shí)驗(yàn)題,就是運(yùn)用實(shí)驗(yàn)手段探索未知領(lǐng)域,嘗試多種可能因素及其出現(xiàn)的結(jié)果,在此基礎(chǔ)上,通過(guò)觀察、探究、分析實(shí)驗(yàn)對(duì)象、事件的主要特征,認(rèn)識(shí)研究對(duì)象的變化過(guò)程和變化條件,獲取必要的可靠數(shù)據(jù),依據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果客觀地揭示事物的內(nèi)在聯(lián)系和本質(zhì)規(guī)律,從而得出結(jié)論。

(五)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)

1.所謂設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn),就是根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模灾鞯剡\(yùn)用掌握的物理知識(shí)、實(shí)驗(yàn)方法和技能,完成實(shí)驗(yàn)的各環(huán)節(jié)(實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?duì)象、原理、儀器選擇、實(shí)驗(yàn)步驟、數(shù)據(jù)處理等),擬定實(shí)驗(yàn)方案,分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,并在此基礎(chǔ)上作出適當(dāng)評(píng)價(jià).

2.設(shè)計(jì)原則

(1)科學(xué):設(shè)計(jì)某一實(shí)驗(yàn),首先要考慮其依據(jù)原理的科學(xué)性。實(shí)驗(yàn)原理的科學(xué)性主要是指物理原理(規(guī)律、公式)是否正確。

(2)可行:可行性主要是從儀器選取、實(shí)驗(yàn)條件和操作等方面來(lái)看,實(shí)驗(yàn)是否符合實(shí)際情況,能否達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

(3)安全:實(shí)驗(yàn)方案的實(shí)施要安全可靠,不會(huì)對(duì)儀器、人身及周圍環(huán)境造成危害,成功率高。

(4)簡(jiǎn)便:實(shí)驗(yàn)便于操作、讀數(shù)及數(shù)據(jù)處理。

(5)精確:實(shí)驗(yàn)的誤差應(yīng)在允許的范圍之內(nèi)。若有多種可行的實(shí)驗(yàn)方案,應(yīng)選擇誤差較小的方案。

3.設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路

解決設(shè)計(jì)型實(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)量那些物理量、如何安排實(shí)驗(yàn)步驟、如何處理數(shù)據(jù)等。實(shí)驗(yàn)原理的確定,要根據(jù)問(wèn)題的要求和給出的條件,回顧分組實(shí)驗(yàn)和演示實(shí)驗(yàn),尋找能夠遷移應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)原理,或者回顧物理原理,尋找有關(guān)的物理規(guī)律,設(shè)法創(chuàng)設(shè)相關(guān)的物理情景,并根據(jù)已掌握的基本儀器核對(duì)是否能夠測(cè)出必須測(cè)定的物理量。如果設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有給定(或給足)實(shí)驗(yàn)器材,則設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的基本思路如下:

(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的條件和要求,構(gòu)建相關(guān)的物理情景;

(2)確定實(shí)驗(yàn)原理;

(3)確定需要待測(cè)物理量;

(4)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。

有時(shí),對(duì)于同一個(gè)實(shí)驗(yàn)要求,可以構(gòu)建不同的物理情景,導(dǎo)出不同的物理量的表達(dá)式,若把這些表達(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。如果實(shí)驗(yàn)實(shí)設(shè)計(jì)是已經(jīng)給足實(shí)驗(yàn)器材,則實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)只能根據(jù)所給定的器材來(lái)構(gòu)建物理情景,相當(dāng)而言,實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)方案都會(huì)受到較大的限制。

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