常见高中物理实验归类及解析

1 方案设计型

在明确实验目的的基础上，结合具体的物理实验情境，灵活确定完成实验目的的途径和方法。要注重实验的实际操作训练，掌握基本的实验方法和原理，明确基本实验仪器使用的规则。能在实验任务的前提下，结合实际物理情景，确定完成实验目的的途径和方法，设计切实可行的实验方案。

应对策略：

要注重实验的实际操作训练，掌握基本的实验方法和原理，明确基本实验仪器使用的规则。能在实验任务的前提下，结合实际物理情景，确定完成实验目的的途径和方法，设计切实可行的实验方案。

实验设计的基本步骤 1．明确目的

实验目的是题目或课题交给我们需要完成的实验任务，是实验设计的出发点．实验目的明确后，运用所学知识，广泛联系，看看该物理量或物理规律在哪些内容中出现过，与哪些物理现象有关，与哪些物理量有直接的联系．再充分结合题目提供的具体实验情境和提供的实验仪器来灵活地确定实验的原理。

2．选择方案

对于同一个实验目的，可能存在多种实验原理，进而形成多种(可供选择的)设计方案．一般说来，依据不同的实验原理选择不同的实验方案主要遵循四条原则：

(1)科学性：设计的方案有科学的依据和正确的方式，符合物理学的基本原理； (2)可行性：按设计方案实施时，应安全可靠，不会对人身、器材造成危害，所需装置和器材要易于置备，且成功率高；

(3)精确性：在选择方案时，应对各种可能的方案进行初步的误差分析，尽可能选用精确度高的方案；

(4)简便、直观性：设计方案应便于操作、读数，便于进行数据处理，便于实验者直观、明显的观察．

2 器材选择型

规律方法 根据具体的物理实验情境，结合仪器使用的规则和仪器本身的规格选择恰当的实验器材，并能在具体的问题当中能灵活的迁移运用(如电流表可作电压表使用)．

电学实验中会根据电流表和电压表和内阻及待测电阻的大小判断电流表内外接法、能够通过计算选择电流表和电压表的量程，当要求测量的电压和电流从零连续变化或者当滑动变阻器阻值太小不能起到有效保护的作用时必须采用滑动变阻器的分压接法．

【例2】某同学在实验室测汽车电热器Rｘ的电功率，此电热器额定电压为12 V(车用蓄电池输出的最高直流电压)．该同学用学生电源代替蓄电池，输出电压为16 V，导线、开关等已经备齐，供选择的器材还有：

A．电流表(0～3 A，0.1Ω) B．电流表(O～0.6 A，10Ω) C．电压表(O～3 V，1 kΩ)

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D．电压表(0～15 V，30 kΩ) E．滑动变阻器(0～10Ω，0.5 A) F．滑动变阻器(0一10Ω，2 A) 该同学测量的数据记录如下

U/V I/A O 0 2.2 3.0 5．O 8.0 lO．O 12.0 0.15 0.20 0.30 0.40 0.45 0.50 (1)合理选择使用的器材：电流表选 ，电压表选 ，滑动变阻器选 (填序号)

(2)画出合理的测量电路图．

(3)在图中的坐标纸上作出U-I图象． (4)电热器的额定功率为 W．

【解析】 (1)要测汽车电热器Rx的电功率，根据提供的实验仪器，只需测出其两端的电压U和流过的它电流I，便可得到电热器Rx的电功率P＝UI．由题意及记录数据可知电热器额定电压为12 V。流过电流表的最大电流为0.5 A，所以电流表选B，电压G表选D．滑动变阻器选F．

(2)电热器电阻约为20Ω，与电流表内阻接近，所以

选用电流表外接法，且要求电热器中电流从0开始连续变化，应选变阻器的分压接法．测量电路如图所示．

(3)把记录数据点放到U-I坐标系中，描点连线得到U-I图象如图所示．

(4)电热器额定电压为12 V，此时流过电热器的额定电流为0.5 A，所以电热器的额定功率为6 W．

【知识链接】电学实验器材主要是电表、滑动变阻器、电源等器材．选择实验器材一般要考虑四个方面因素：

1．安全因素：通过电源、电阻和电表的电流不能超过其允许的最大电流． 2．误差因素：选用电表量程应考虑尽可能减小测量值的相对误差，电压表、电流表在使用时尽可能使指针接近满量程，其指针应偏转到满偏度的1／3以上；使用欧姆表时宜选用指针尽可能在中间刻度附近的倍率挡位．

3．便于操作：选用滑动变阻器时应考虑对外供电电压的变化范围要既能满足实验要求，又便于调节．在实验过程中，应使其大部分电阻线都用到． 4．实验要求：除以上三个因素外，还应注重实验实际．如电压是否能从零开始起调。所给电源与用电器是否匹配等。 3 实验数据处理型

规律方法 要明确实验数据处理的常用方法，在实际实验中要根

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据具体的实验问题和实验要求灵活地选择数据处理方法．

【例3】用如图所示的装置做“探究机械能守恒定律”实验时，如果认为g=10 m／s2，打点计时器打点周期为T=0.02 s，则

(1)关于纸带的第一点和第二点的距离大小及形成的原因，下列说法中正确的是(不考虑阻力影响)

A．若第一点和第二点的距离大于2 mm，则表明在开始打点前就将纸带由静止释放 B．若第一点和第二点的距离大于2 mm，则表明在开始打点后才将纸带由静止释放 C．若先开始打点后释放纸带，则不可能出现第一点和第二点距离大于2 mm的情况 D．若先开始打点后释放纸带，则不可能出现第一点和第二点距离小于2 mm的情况

(2)该同学已经测得纸带上所打出的各点与打出的第一点即0的距离，并列入下表：

线段 0A OB OC OD OE OF OG 代号 dl d2 d3 d4 d5 d6 d7 长度(cm) 19.56 23.51 28.43 33.10 38.25 44.02 50.12 为了尽量准确地测出打D点时重锤的运动速度，他应采用的计算公式是 ，计算的结果是vD m／s．(保留三位有效数字)

【解析】 (1)不考虑阻力影响时，重物做自由落体运动．根据运动学公式h＝gt２／2可知，如打下第一个点时纸带的速度为零，则第一个点与第二个点的距离为2ｍｍ．如果

先打点后放纸带，则打下第一个点时纸带的速度肯定为零，打下第二个点时重物下落的时间ｔ≤0.02 s，两点间的距离s≤2ｍｍ；如第一个点与第二个点的距离大于2ｍｍ，则表明打下第一个点时纸带的速度不为零，即先放纸带后打点，A、C正确． (2)实验时，由于不可避免的存在阻力，所以不能用运动学公式v的速度，而应利用纸带上记录的数据求得某点的瞬时速度，v(CDDE)/2T(dd)/2T2.46m/s．

【知识链接】实验数据的处理方法主要有以下几种：

D53gt来计算某一点

1．直接比较法：有些实验，只需通过定性地确定物理量间的关系，或将实验结果与标准值相比较，就可得出实验结论，可应用直接比较法来进行数据处理．

2．平均值法：通常在同样的测量条件下，对于某一物理量进行多次测量的结果不会完全一样，用多次测量的算术平均值作为测量结果，是真实值的最好近似．

3．列表法：实验中将数据列成表格，可以简明地表示出有关物理量之间的关系，便于检查测量结果和运算是否合理，有助于发现和分析问题．列表法常与图象法一起应用，且列表法常常是图象法的基础．

4．图象法：选取适当的自变量。通过作图可以找到或反映物理量之间的变化关系，并便于找出其中的规律，确定对应量的函数关系．

5．描迹法：描迹可形象直观地直接反映实验结果，如实验“研究平抛物体的运动”、“电场中等势线描绘”均采用了描迹法．

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4实验误差分析型：

规律方法 要明确实验误差的来源，并能在实验中通过控制、改进实验条件和合理的数据处理来减小实验误差．

【例4】 “伏安法”测电阻时，由于电压表、电流表内阻的影响，使得测量结果总存在误差，而按如图所示电路进行测量，则由电压表、电流表内阻所造成的误差可消除．

(1)在答题纸相应的横线上简要写出还未完成的主要操作步骤，并用字母表达出相应的测量值．

①闭合电键s1，电键s2接2，调节RP和RP′，使电压表和电流表的读数尽可能大，读出电流表和电压表读数I2、U2．

②保持RP不变 .

(2)推导出待测电阻Rx的表达式． 【解析】本实验的目的是为了消除电压表、电流表内阻所造成的误差．根据实验环境，实验原理是测出电流表和变阻器Rp的电阻和，再得到被测电阻R的阻值．

(1)实验过程为：闭合电键s1，电键s2接2，调节RP和RP′，使电压表和电流表的读数尽可能大，读出电流表和电压表读数I2、U2；再把s2接1，闭合s1，调节RP′，使伏特表、安培表读数尽可能大，并读出数值I1、U1．

(2)根据欧姆定律有

U2I2RxRARP,

U1I1RARP,所以RxU2I2U1I1

【方法技巧】1．本实验通过两次测量，第一次先得到RxRARP的总阻值；第二次得到RARP的阻值，从而巧妙消除了电压表、电流表内阻所造成的误差影响，得到了较为精确的Rx的值．

2．减小实验误差的常用方法

(1)校准测量仪器．如电表、天平等使用前应先调零校准． (2)恰当选择仪器的量程和精确度． (3)改进实验方法，完善实验原理．

(4)多次测量求平均值可有效的减小偶然误差． (5)恰当的数据处理方法可有效的减小实验误差．

【知识链接】(1)系统误差和偶然误差：测量值总是有规律地朝着某一方向偏离真值(总是偏大或总是偏小)的误差，称为系统误差．系统误差的主要来源是仪器本身不够精确，或实验原理、方法不够完善等．偶然误差总是有时偏大，有时偏小，并且偏大和偏小的几乎机会均同。减小偶然误差的方法，可以多进行几次测量，求出几次测量的数值的平均值。这个平均值比某一次测得的数值更接近于真实值。而系统误差不能通过多测几次求平均值的方法以来减小,只能通过提高提高仪器的精确程度或改变实验原理、完善实验方法来实现.

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(2)绝对误差和相对误差：设某物理量的真值为A0，测量值为A，则绝对误差△＝

AA0，相对误差为

A0AA0A0。真值Ａ０常以公认值、理论值或多次测量的平均值代替．

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