【物理】学科热点问题讲座8 创新性实验的处理思路

(共30张PPT)
创新性实验的 处理思路
高中物理的创新性实验不是指原创性的发明创造，而是
指有利于培养学生创新意识和创新能力的实验。是以高
中物理学生实验为起点，从学生的认知结构出发,以原
有实验理论和方法作为切入点,对原有实验从实验条件、
实验对象、实验目的要求等方面进行实验创新，为学生
设计更多的可自由选择的实验项目。
在高中阶段创新性实验的处理思路主要有以下
几种：
A通过实验仪器的拓展进行实验创新
1
A通过实验原理的拓展来进行实验创新
3
A通过实验数据处理方法的拓展来进行实验创新
2
【理论阐释】通过改变实验仪器进行设计创新是改变
高中物理学生实验中的实验仪器，从而改变了原有实
验的图景，产生了新情景的实验问题，达到实验创新
的目的。
一、通过改变实验仪器进行设计创新
【典例导悟】利用如图所示的一只电压表、一个电阻
箱和一个电键，测量一个电池组的电动势和内电阻。
画出实验电路图，并用笔画线作导线将所给器材连接
成实验电路。用记录的实验数据写出电动势和内电阻
的表达式。
【解析】与学生实验相比，用电阻箱代替了电流表。
由于电压可测，由电压、电阻就可以算出电流。电
路和实物连接图如图所示：
V
改变电阻箱阻值，读出两组外电阻和对应的路端电压值
R1、U1、R2、U2，根据闭合电路欧姆定律列出两种情况
下的方程，
解这个方程组可得E 和r ：
【理论阐述】不采用学生实验中的实验原理，用重新
设计出的实验方案（原理）来达到相同实验目的，从
而对原有实验进行创新。
二、通过改变实验的原理来进行实验创新
【典例导悟】在“用单摆测定重力加速度”的实验中，
请从下列器材中选用所需器材，设计一个实验，粗略测
出重力加速度g，并参照示例填写下表（示例的方法不能
再用）。
A.天平;B.刻度尺;C.弹簧秤;D.电磁打点计时器;
E.带夹子的重锤;F.纸带;G.导线若干;H.铁架台;
I.低压交流电源;J.低压直流电源;K.小车;
L.螺旋测微器;M.斜面（高度可调，粗糙程度均匀）
所选器材（只填器材序号） 简述实验方法（不要求写出具体步骤）
示例 B、D、E、F、G、H、I 安装仪器，接通电源，让纸带随重锤竖直下落。用刻度尺测出所需数据，处理数据，得出结果。
实验设计
【解析】此题是以测定重力加速度为目的，根据所给器
材灵活地选择方案，虽所用原理有别于教材上用单摆测
定重力加速度的原理，但都是我们所熟悉的。
答案：如下
所选器材 简述实验方法
实验设计 A、C、E 用弹簧秤称出带夹子重锤的重力大小G，再用天平测出其质量m，则g=G/m。
或
实验设计 B、D、F、G、I、K、M 安装仪器，接通电源，让纸带随小车一起沿斜面下滑。用刻度尺测出所需数据。改变斜面高度再测一次。利用两次数据，由牛顿第二定律算出结果。
再如，电阻的测量是高中物理实验中一个重要的问
题，其测量方法就有欧姆表估测法、伏安法、半偏法、
替换法等等，每一种方法所用原理和器材都有所区别，
只要所用的原理是我们所学的物理知识，能达到相同的
实验的目的，都是对学生实验的丰富和补充。
二、通过改变实验数据的处理方法进行实验创新
【理论阐述】数据的基本处理方法有图象法和公式计
算法，两种方法各有优劣，但都能达到目的。通过改
变不同的数据处理方法来进行实验的创新方法。
【典例导悟】甲同学设计了如图所示的电路测电源电
动势E及电阻R1和R2的阻值。实验器材有：待测电源
E(不计内阻)，待测电阻R1，待测电阻R2，电压表V(量
程为1.5V，内阻很大)，电阻箱R(0～99.99Ω)，单刀
单掷开关S1，单刀双掷开关S2，导线若干。
①先测电阻R1的阻值。请将甲同学的操作补充完整：闭合S1，将S2切换到a，调节电阻箱，读出其示数r和对应的电压表示数U1，保持电阻箱示数不变， ，读出电压表的示数U2，则电阻R1的表达式为R1＝ 。
②甲同学已经测得电阻R1=4.8Ω，继续测电源电动势E
和电阻R2的阻值。该同学的做法是：闭合S1，将S2切换
到a，多次调节电阻箱，读出多组电阻箱示数R和对应
的电压表示数U，由测得的数据，绘出了如图所示的
图线，则电源电动势E＝ V，
电阻R2＝ Ω。
③利用甲同学设计的电路和测得的电阻R1，乙同学测电
源电动势E和电阻R2的阻值的做法是：闭合S1，将S2切换
到b，多次调节电阻箱，读出多组电阻箱示数R和对应的
电压表示数U，由测得的数据，绘出了相应的 图线，根据图线得到电源电动势E和电阻R2。这种做法
与甲同学的做法比较，由于电压表测得的数据范围____
（选填“较大”、“较小”或“相同”)，所以______
同学的做法更恰当些。
【解析】在求电源的电动势和电阻R2值时，可以根据相
关物理规律得到的函数关系式求解，也可以根据记录的
数据画出的图线，采用图象法，依据图象特征或斜率、
截距的物理意义建立方程作答。
闭合S1，将S2切换到a，调节电阻箱，读出其示数r和
对应的电压表示数U1，将S2切换到b，此题在求电源的电
动势和电阻R2值时，根据记录的数据画出了
图线，采用的是图象法，如何根据图象求出结果呢？此
类问题应先依据相关物理规律得到因变量与自变量间的
函数关系式，然后再依据图象特征或斜率、截距的物理
意义建立方程作答。
分析如下由欧姆定律得,E=I(R1+R2)+U ,
解得. 由图知；
,代入R1后解得
R2=1.2(Ω)“S2切换到b”时有 ,只要绘出 图线同样可求出E、R2 ,由于分压作用，致使电压表的读数范围
缩小，不利于得到多组数据，也就影响了图线的准确
性，使误差增大。
某同学为了探究物体在斜面上的运动时摩擦力与斜面倾
角的关系，设计实验装置如图。长直平板一端放在水平
桌面上，另一端架在一物块上。在平板上标出A、B两
点，B点处放置一光电门，用光电计时器记录滑块通过
光电门时挡光的时间。
实验步骤如下：
①用游标卡尺测量滑块的挡光长度d，用天平测量滑块
的质量m；
②用直尺测量AB之间的距离s，A点到水平桌面的垂直
距离h1，B点到水平桌面的垂直距离h2；
③将滑块从A点静止释放，由光电计时器读出滑块的挡
光时间t1
④重复步骤③数次，并求挡光时间的平均值；
⑤利用所测数据求出摩擦力f和斜面倾角的余弦值
cosα；
⑥多次改变斜面的倾角，重复实验步骤②③④⑤，做
出f-cosα关系曲线。
（1）用测量的物理量完成下列各式（重力加速度为g）：
①斜面倾角的余弦= ；
②滑块通过光电门时的速度v= ；
③滑块运动时的加速度a= ；
④滑块运动时所受到的摩擦阻力f= ；
（2）测量滑块挡光长度的游标卡尺读数如图所示，读
得d= 。
【解析】(1)物块在斜面上做初速度为零的匀加速直线
运动,受重力、支持力、滑动摩擦力,如图所示； ① 根
据三角形关系可得到
②根据 ③ 根据运动学公式
④ 根据牛顿第二定律mgsinθ-f=ma,则有
(2)上游标卡尺中,主尺上是3.6cm,在游标尺上恰好是
第一条刻度线与主尺对齐,再考虑到卡尺是10分度,所
以读数为3.6cm+0.1mm=3.61cm或者3.62cm也对.
答案:
3.61cm(或3.62cm)