高中物理设计型实验doc7页

设计型实验
命题趋势
近几年，高考实验题发生了明显的变化，已跳出了课本分组实验的范围，不仅延伸
到演示实验中，而且出现了设计型实验。关于试验能力提出了“能灵活地运用已学过的
物理理论、实验方法和实验仪器去处理问题”，在理科综合《考试说明》中，更明确地把
“设计和完成实验的能力”作为五个考试目标中的一个目标。
在上海的高考试题中，设计型实验具有很好的测试效果。全国的高考试题中对实验
的考查也在逐步转向设计型的实验，它必将是今后高考物理实验命题的热点。
完整的设计一个实验，要经历多个环节，在实际考查中，一般不会考查全部环节，
而是只考查其中的几个环节，有的题目给出条件和实验器材，要求阐述实验原理；有的
给出实验电路图，要求领会实验原理，确定需测物理量及计算公式；有的则要求考生根
据操作步骤及测定的物理量判断出实验原理……虽然考查方式不尽相同，但目前高考中
几乎所有的设计型实验题都有一个共同点，都是在给出实验器材的前提下进行考查的，
而且都以不同方式或多或少的对实验原理作一定的提示。
由于考查环节和要求的不同，题型也不尽相同，但较多的是选择、填空、作图题。
知识概要
中学的设计型实验一般要求考生根据题目提出的目的要求和给出的器材，设计出实
验方案。这类题对考生的要求较高，要求考生能将课本中分组实验和演示实验的实验原
理、实验方法迁移到新的背景中，要求考生深刻理解物理概念和规律，并能灵活运用，
要求考生有较强的创新能力。
1．设计原则
（1）正确性：实验原理所依据的原理应当符合物理学的基本原理。
（2）安全性：实验方案的实施要安全可靠，实施过程中不应对仪器及人身造成危害。
要注意到各种电表均有量程、电阻均有最大允许电流和最大功率，电源也有最大允许电
流。
（3）方便性：实验应当便于操作，便于读数，便于进行数据处理。
（4）精确性：在实验方案、仪器、仪器量程的选择上，应使实验误差尽可能的小。
2．设计思路
实验设计可用下面的框图表示

解决设计型实验问题的关键是确定实验原理，它是进行实验设计的根本依据和起点，
它决定应当测量那些物理量、如何安排实验步骤、如何处理数据等。实验原理的确定，
要根据问题的要求和给出的条件，回顾分组实验和演示实验，寻找能够迁移应用的实验
原理，或者回顾物理原理，寻找有关的物理规律，设法创设相关的物理情景，并根据已
掌握的基本仪器核对是否能够测出必须测定的物理量。因此，掌握基本仪器的使用方法、
基本的实验方法和基本物理原理是解答设计型实验题的基础。
点拨解疑
【例题1】有一个同学用如下方法测定动摩擦因数：用同种材料做成如图1所使得AB、
BD平面，其中AB为一斜面，其高为h、长
为L1，BD是一足够长的水平面，两面在B
点以小弧形光滑连接。现让质量为m的
小物块从A点由静止开始下滑，到达B
点后顺利进入水平面，最后滑到C点而停
止，并测出BC=L2，小物块与两个平面的
动摩擦因数相同，由以上数据可以求出
物体与平面间的动摩擦因数μ= 。
【点拨解疑】该题为设计型实验，但由于给出了实验装置、器材和实验情景，因此
对实验原理已有了很多提示。回顾力学分组实验，没有相关的可以迁移的原理。因此要
用物理原理分析题给的实验情景。设斜面的倾角为 ，根据动能定理，在全过程中
mgh –μmgcos ·L1 -μmgL2=0,
题中未给出斜面倾角 ，寻找别的关系，有
解得
θ
θ
θ 2211 cos hLL −=θ
2
22
1 LhL
h
+−
=µ
题目要求和
给出的条件
演示和分组实验
的实验原理
物理规律和
原理
基本仪器的
使用知识
需测物理量和所需器材 实验步骤 数据处理
实验原理
A
h
B C D
图 1

【例题 2】（2001 年高考理综卷）实验室中现有器材如实物图 2 所示，有：电池 E，
电动势约 10V，内阻约 1Ω；电流表 A1，量程约 10A，内阻 1约为 0.2Ω；电流表 A2，量
程 300mA，内阻 2约 5Ω；电流表 A3，量程 250mA，内阻 3约 5Ω；电阻箱 R1，最大阻
值 999.9Ω，最小阻值改变量为 0.1Ω；滑线变阻器 R2，最大值 100Ω；开关 S；导线若
干。
要求用图 3所示的电路测量图中电...