物理设计性实验题的解答方法市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx

物理设计性试验题解答方法物理设计性试验题解答方法南南 师师 附附 中中 陈金贵陈金贵第1页江苏省高考纲领中明确得出，对试验与探究能力方面要求：“能在试验过程中发觉问题、提出问题，并制订处理方案”。“能利用已学过物理理论、试验方法和试验仪器去处理问题，包含简单设计性试验”。以上要求能够分解为三个基本方面：(1）处理简单设计性试验；（2）能在试验过程中发觉问题、提出问题，并制订处理方案；（3）对结论进行一定分析和评价。第2页设计性试验，是指在学生掌握基本试验原设计性试验，是指在学生掌握基本试验原理和方法基础上，应用基本测量仪器自行理和方法基础上，应用基本测量仪器自行设计试验方案。设计性试验考查，要求学设计试验方案。设计性试验考查，要求学生对原有试验原理再认识和再加工，即在生对原有试验原理再认识和再加工，即在原有知识基础上进行知识重新建构，它包原有知识基础上进行知识重新建构，它包括到试验方案确实定，试验器材选择和迁括到试验方案确实定，试验器材选择和迁移利用，试验步骤安排，试验数据处理方移利用，试验步骤安排，试验数据处理方法，误差分析及对试验总结和评价等几个法，误差分析及对试验总结和评价等几个方面。方面。第3页一处理设计性物理试验普通性程序和一处理设计性物理试验普通性程序和方法方法明确目选择方案选择方案 选定器材选定器材 确定步骤确定步骤数据处理数据处理误差分析误差分析总总 结结 评评价价第4页1明确试验目标明确试验目标试验目标：探索什么规律？要设计什么试验目标：探索什么规律？要设计什么?需需要测定什么物理量？需要哪些测量仪器？要测定什么物理量？需要哪些测量仪器？这是试验设计出发点。这是试验设计出发点。怎样确定试验原理？怎样确定试验原理？依据试验目标，应用所学知识，广泛联想：依据试验目标，应用所学知识，广泛联想：该物理量或物理规律包含在哪些内容中？该物理量或物理规律包含在哪些内容中？与哪些物理量有直接联络？包括哪些物理与哪些物理量有直接联络？包括哪些物理量？量？第5页注意物理试验中基本思想方法了解和应用：注意物理试验中基本思想方法了解和应用：如微小量测量累积法；如微小量测量累积法；利用相同物理情境进行测量模拟法；利用相同物理情境进行测量模拟法；依据物理量之间某种联络进行转移测量转换法；依据物理量之间某种联络进行转移测量转换法；把微小量先放大再测量放大法；把微小量先放大再测量放大法；依据物理量之间效果相同采取替换法等。依据物理量之间效果相同采取替换法等。试验原理要尽可能在高中物理范围之内。试验原理要尽可能在高中物理范围之内。第6页2试验方案选择试验方案选择一个设计性试验，结果经常是不唯一，可一个设计性试验，结果经常是不唯一，可能会有各种试验原理，从而形成各种试验能会有各种试验原理，从而形成各种试验方案。对应一个不一样物理规律，就会出方案。对应一个不一样物理规律，就会出现一个不一样设计方案。现一个不一样设计方案。怎样选择试验方案呢？怎样选择试验方案呢？第7页遵照四条主要标准：遵照四条主要标准：(1)科学性：设计方案要有科学依据，符合物理学科学性：设计方案要有科学依据，符合物理学基本规律和原理。基本规律和原理。(2)可操作性：按设计方案实施时，应安全可靠，可操作性：按设计方案实施时，应安全可靠，不能对人身、试验器材造成危害；所需装置和器材不能对人身、试验器材造成危害；所需装置和器材应是常见，易于配置。试验方案要简单易行。应是常见，易于配置。试验方案要简单易行。(3)方便性：在确保试验能够正常进行前提下，试方便性：在确保试验能够正常进行前提下，试验步骤、试验方法、设计方案要简便易于操作，试验步骤、试验方法、设计方案要简便易于操作，试验装置对试验过程便于控制等。验装置对试验过程便于控制等。(4)准确性：试验器材（仪表）量程能够确保试验准确性：试验器材（仪表）量程能够确保试验测量要求，试验装置试验误差较小，精度高；测量要求，试验装置试验误差较小，精度高；第8页3依据方案选择器材依据方案选择器材试验方案选定后，考虑该方案需要哪些装试验方案选定后，考虑该方案需要哪些装置，被测定量与哪些物理量有直接定量关置，被测定量与哪些物理量有直接定量关系，分别需用什么仪器来测定，以此来确系，分别需用什么仪器来测定，以此来确定试验所用器材定试验所用器材.第9页4确定试验步骤确定试验步骤怎样组装器材，怎么样测量需要物理量，怎样组装器材，怎么样测量需要物理量，试验步骤必须符合仪器操作规程，必须合试验步骤必须符合仪器操作规程，必须合理有序高效。理有序高效。5数据处理，误差分析数据处理，误差分析高考对此要求不高，但惯用数据处理方法高考对此要求不高，但惯用数据处理方法(如：平均法、图象法、描迹法、比较法等如：平均法、图象法、描迹法、比较法等)和误差分析方法和误差分析方法(如绝对误差、相对误差如绝对误差、相对误差等等)还是应该掌握，在设计试验时也应给予还是应该掌握，在设计试验时也应给予考虑考虑.第10页二器材选择基本标准二器材选择基本标准1电表选择电表选择安全性：不得超出电表量程安全性：不得超出电表量程准确性：在不超出电表量程前提下，选择量程小，准确性：在不超出电表量程前提下，选择量程小，使测量值尽可能靠近量程使测量值尽可能靠近量程2控制电路选择控制电路选择限流电路：满足安全性，确保有足够大电流和电压限流电路：满足安全性，确保有足够大电流和电压调整范围，优先选取限流接法调整范围，优先选取限流接法 在滑动变阻器阻值大于负载时，普通选择限流在滑动变阻器阻值大于负载时，普通选择限流分压电路：要求电压从分压电路：要求电压从0开始时开始时 要求电流或电压调整范围足够大时要求电流或电压调整范围足够大时 当滑动变阻器阻值小于负载电阻时当滑动变阻器阻值小于负载电阻时第11页例例1某电压表内阻大约在某电压表内阻大约在20 k50 k之间，现之间，现要测量其内阻，试验室提供以下可选取器材：要测量其内阻，试验室提供以下可选取器材：待测电压表待测电压表V（量程（量程3V）；）；电流表电流表A1（量程（量程0.2mA）；）；电流表电流表A2（量程（量程5mA）；）；电流表电流表A3（量程（量程0.6A）滑动变阻器滑动变阻器R（最大电阻值（最大电阻值1 k）；）；电源电源E（电动势（电动势4V）；）；开关开关S；（1）所提供电流表中，应选取）所提供电流表中，应选取 （填写字母代（填写字母代号）；号）；（2）为了尽可能减小误差，要求测多组数据，试）为了尽可能减小误差，要求测多组数据，试在方框内画出符合要求试验电路图；在方框内画出符合要求试验电路图；（3）完成电路连线。）完成电路连线。第12页分析与解答：分析与解答：(1)选择电表有两个基本标准：安全性标准选择电表有两个基本标准：安全性标准和准确性标准。在本题中，能够估算电路中和准确性标准。在本题中，能够估算电路中最大电流值，不会超出最大电流值，不会超出0.2mA，所以电流表，所以电流表应该选取应该选取A1。(2)为了测得多组数据，必须使用滑动变阻为了测得多组数据，必须使用滑动变阻器，在本题中，因为待测电阻值远远大于滑器，在本题中，因为待测电阻值远远大于滑动变阻器全电阻值，假如采取限流式接法，动变阻器全电阻值，假如采取限流式接法，电流与电压调整范围很小，不利于提升试验电流与电压调整范围很小，不利于提升试验精度，故应采取分压式电路，电路图如图所精度，故应采取分压式电路，电路图如图所表示。表示。电路连线如图所表示。电路连线如图所表示。VA第13页点评点评本题需要先估算电路中最大电流本题需要先估算电路中最大电流,由此来选由此来选择电流表量程择电流表量程.滑动变阻器组成控制电路滑动变阻器组成控制电路,限流还是分压限流还是分压,则需要依据详细情况来确定则需要依据详细情况来确定.本题中则应该本题中则应该选择分压电路选择分压电路,因为若使用限流电路因为若使用限流电路,则不则不易调整易调整,其电流与电压调整范围很小其电流与电压调整范围很小,电流电流电压调整范围和调整方便性电压调整范围和调整方便性(线性不好线性不好,准准确性差确性差)都远不如分压电路好都远不如分压电路好.第14页例例2量程为量程为3V电压表，其内阻约为电压表，其内阻约为3k，现要求测该电压表，现要求测该电压表内阻值，并有尽可能高测量精度，现有以下器材：内阻值，并有尽可能高测量精度，现有以下器材：电池电池E1电动势电动势1.5V，内阻很小，内阻很小电池电池E2电动势电动势6V，内阻很小，内阻很小电流表电流表A1量程量程1.0mA，内阻约为，内阻约为400电流表电流表A2量程量程10mA，内阻约为，内阻约为40滑动变阻器滑动变阻器R1总阻值总阻值1700，额定电流，额定电流0.5A滑动变阻器滑动变阻器R2总阻值总阻值50，额定电流，额定电流1A变阻箱变阻箱R3总阻值总阻值0.1999.9,额定电流额定电流0.2A变阻箱变阻箱R4总阻值总阻值0.19999.9,额定电流额定电流0.2A开关开关S及导线及导线选取给定器材，设计两个易于操作电路，要求画出电路并标出选取给定器材，设计两个易于操作电路，要求画出电路并标出所用器材代号；所用器材代号；试验中应测量物理量为试验中应测量物理量为 ；试验中测出电压表内阻测量式为试验中测出电压表内阻测量式为 。第15页分析与解答：本题可采取以下两种测量方分析与解答：本题可采取以下两种测量方案。案。方案方案1：（：（1）如图甲所表示，将电压表与）如图甲所表示，将电压表与电阻箱电阻箱R4串联后接到电源两端，因为电压串联后接到电源两端，因为电压表内阻很大，故可忽略电源内阻影响；表内阻很大，故可忽略电源内阻影响；（2）电压表示数）电压表示数U及及R4值；值；（3）由串联分压原理可得：；）由串联分压原理可得：；第16页点评点评:本试验能够有各种设计方案本试验能够有各种设计方案,不过题中明确不过题中明确要求要求:设计两个易于操作电路设计两个易于操作电路,所以设计试所以设计试验方案必须是易于操作验方案必须是易于操作,简便易行简便易行.假如设计出不一样方案假如设计出不一样方案,则需要加以比较则需要加以比较,最终确定哪些方案是最简便易行最终确定哪些方案是最简便易行.如市二模试验题如市二模试验题,就能够有不一样设计方法就能够有不一样设计方法.第17页方案方案2：（：（1）如图乙所表示，将电压表与）如图乙所表示，将电压表与电流表电流表A1串联（为何选取串联（为何选取A1，而不选取电，而不选取电流表流表A2？），选取滑动变阻器？），选取滑动变阻器R2连接成份连接成份压式电路（滑动变阻器为何选取压式电路（滑动变阻器为何选取R2，而不，而不选取选取R1？）。因为电压表是能够指示电压？）。因为电压表是能够指示电压大电阻，而电流表可同时测出经过电压表大电阻，而电流表可同时测出经过电压表电流值，故由欧姆定律即可求出电压表内电流值，故由欧姆定律即可求出电压表内阻值；阻值；（2）电压表及电流表示数；）电压表及电流表示数；（3）由部分电路欧姆定律得：）由部分电路欧姆定律得：第18页例例3试验室中现有器材实物图如图所表示试验室中现有器材实物图如图所表示电池电池E，电动势约，电动势约10V，内阻约，内阻约1；电流表电流表A1，量程约，量程约10A，内阻，内阻r1约为约为0.2；电流表电流表A2，量程，量程300mA，内阻，内阻r2约约5；电流表电流表A3，量程，量程250mA，内阻，内阻r3约约5；电阻箱电阻箱R1，最大阻值，最大阻值999.9，最小阻值改变，最小阻值改变量为量为0.1；滑线变阻器滑线变阻器R2，最大值，最大值100；开关；开关S；导线；导线若干。若干。第19页要求用图要求用图a所表示电路测量图中电流表所表示电路测量图中电流表A内阻。内阻。（1）在所给三个电流表中，那几个能够用此电路）在所给三个电流表中，那几个能够用此电路准确测出其内阻？答：准确测出其内阻？答：。（2）在可测电流表中任选一个作为测量对象，在）在可测电流表中任选一个作为测量对象，在实物图上连成测量电路。实物图上连成测量电路。（3）你要读出物理量是）你要读出物理量是 。用这些物理量表示。用这些物理量表示待测内阻计算公式是待测内阻计算公式是 。第20页析与解：该题要求依据电路图构想出试验析与解：该题要求依据电路图构想出试验原理。属于有一定提醒设计型试验。与我原理。属于有一定提醒设计型试验。与我们学过伏安法测电阻相比较，这里被测电们学过伏安法测电阻相比较，这里被测电阻是电流表内阻，它能显示出经过本身电阻是电流表内阻，它能显示出经过本身电流，所以只要知道其上电压就行，但没有流，所以只要知道其上电压就行，但没有电压表，却有另一只电流表。依据电路图电压表，却有另一只电流表。依据电路图能够看出，假如图中表能够看出，假如图中表A是被测表，则其上是被测表，则其上电压就是电阻箱上电压，利用两只电流表电压就是电阻箱上电压，利用两只电流表读数差和电阻箱上显示阻值能够求出该电读数差和电阻箱上显示阻值能够求出该电压，这么就能够求出电流表电阻。压，这么就能够求出电流表电阻。第21页（1）电流表）电流表A1不能准确测出其内阻，因这不能准确测出其内阻，因这时图中电流表时图中电流表A应为应为A2、A3中一只，这使中一只，这使得电流表得电流表A1中电流不能超出中电流不能超出300mA，其指，其指针偏转极其微小，误差很大。而针偏转极其微小，误差很大。而A2、A3可可用此电路准确测出其内阻。用此电路准确测出其内阻。（2）若测）若测A3，实物连线如图所表示。，实物连线如图所表示。（3）依据前面分析，要读出物理量是）依据前面分析，要读出物理量是A、A两电流表示数两电流表示数I、I和电阻箱阻值和电阻箱阻值R1，待，待测内阻计算公式是测内阻计算公式是第22页点评：该题是分组试验原理迁移型试验题，点评：该题是分组试验原理迁移型试验题，是高考试验题中常出现一个。所以在做设是高考试验题中常出现一个。所以在做设计型试验题时，首先应回顾分组试验试验计型试验题时，首先应回顾分组试验试验原理，看看是否有迁移可能。该题实际上原理，看看是否有迁移可能。该题实际上是用比较法测电阻，比较待测电流表和电是用比较法测电阻，比较待测电流表和电阻箱上电流，从而比较出待测电流表电阻。阻箱上电流，从而比较出待测电流表电阻。第23页