讲座8 创新性实验的处理思路

讲座8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。&通过实验仪器的拓展进行实验创新&通过实验数据处理方法的拓展来进行实验创新&通过实验原理的拓展来进行实验创新在高中阶段创新性实验的处理思路主要有以下几种：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理论阐释【典例导悟】(2010天津高考）要测量电压表V1的内阻RV，其量程为2V，内阻约2KΩ。实验室提供的器材有：电流表A，量程0.6A，内阻约0.1Ω；电压表V2，量程5V，内阻约5KΩ；定值电阻R1，阻值30Ω；定值电阻R2，阻值为3KΩ；滑动变阻器R3，最大阻值100Ω，额定电流1.5A；电源E，电动势6V，内阻约0.5Ω；开关S一个，导线若干。1.有人拟将待测电压表V1和电流表A串联接入电压合适的测量电路中，测出V1的电压和电流，再计算出RV。该方案实际上不可行，其最主要的原因是2.请从上述器材中选择必要的器材，设计一个测量电压表V1内阻RV的实验电路。要求测量尽量准确，实验必须在同一电路中，且在不增减元件的条件下完成。试画出符合要求的实验电路图（图中电源与开关已连接好），并标出所选元件的相应字母代号3.由上问写出V1内阻RV的表达方式，说明式中各测量量的物理意义。【解析】解答本题时注意以下突破点：电流表示数太小时误差太大，故不能使用；设计电路的关键是应用电路的串并联特点求的待测电压表中的电流。①当待测电压表V1两端的电压达到2V时，其中的电流约为,电流太小，电流表A几乎没有示数，所以不能这样连接的原因为：电流表A不能准确测量出流过电压表V1的电流。AARUIV001.020002②因为电流表量程太大，所以不能直接用。可以用定值电阻中的电流去替代，可以将定值电阻与电压表串联，间接得到电流，所选电阻要与电压表的内阻差不多大，故选定值电阻R2，用电压表V2测V1和R2的串联电压，有两个电压表的示数之差得到定值电阻两端的电压；为了要测得多组数据，滑动变阻器要用分压接法，故电路设计为如图所示。③R2两端的电压为：,R2中的电流也就是电压表V1中的电流为：,所以电压表V1的内阻为：,其中U1表示V1的电压;U2表示V2的示数即V1和R2串联的总电压12UUUR2RUIR122121211UURURUUUIURV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理论阐释【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。三、通过改变实验数据的处理方法进行实验创新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。理论阐释【典例导悟】(2009广东高考)某实验小组利用实验室提供的器材探究一种金属丝的电阻率．所用的器材包括：输出为3V的直流稳压电源、电流表、待测金属丝米尺、电阻箱、开关和导线等．(1)他们截取了一段金属丝，拉直后固定在绝缘的米尺上，并在金属丝上夹上一个小金属夹，金属夹可在金属丝上移动．请根据现有器材，设计实验电路，并连接电路实物图(图甲所示)．(2)实验的主要步骤如下：①正确连接电路，设定电阻箱的阻值，开启电源，合上开关；②读出电流表的示数，记录金属夹的位置；③断开开关，________，合上开关，重复②的操作．(3)该小组测得电流与金属丝接入长度关系的数据，并据此绘出了图实－7－5乙所示的关系图线，其斜率为__________A－1·m－1(保留三位有效数字)；图线纵轴截距与电源电动势的乘积代表了________的电阻之和．(4)他们使用刻度尺测量金属丝的直径是0.2mm，图实－7－5乙中图线的斜率、电源电动势和金属丝横截面积的乘积代表的物理量是________________，其数值和单位为________(保留三位有效数字)．【解析】(1)如图所示（3）k＝A－1·m－1＝10.5A－1·m－1.L＝0时纵轴截距与电动势的乘积是表示此时电路中的总电阻．（4）由闭合电路欧姆定律可得E＝I(R＋r＋RA)，又有R＝ρ，联立得可知斜率为所以三者之积为电阻率ρ，其值ρ＝9.99×10－7Ω·m.117.850.60.3E,ILSArR1L,IESE,ES