高考物理实验设计的典型方法第一期

2020-2021年高考物理实验方法：控制变量法一、什么是控制变量法控制变量法是指为了研究物理量同影响它的多个因素中的一个因素的关系，可将除了这个因素以外的其它因素人为地控制起来，使其保持不变，再比较、 研究该物理量与该因素之间的关系，得出结论，然后再综合起来得出规律的方法。

二、探究加速度与物体受力、物体质量的关系“探究加速度和力的关系和加速度与质量的关系”实验或者说“验证牛顿定律”实验是典型的“控制变量法”的应用。

（一）牛顿第二定律实验1．实验装置图1为俯视图，图2为侧视图。

2．实验过程(1)加速度跟力的关系（控制变量质量不变）使用两个相同的小车，满足m 1=m 2；在连小车前的绳端分别挂一个钩码和两个钩码，使F 1=2F 2．将二小车拉至同一起点处，记下位置．放手后经一段时间使二小车同时停止，满足时间t 相同．改变F 重复实验，读出二小车的位移，填入表1：表1根据，在相等的情况下，与成正比。

从表1可得：221at s t a s比较可得，在误差允许的范围内，a ∝F ．(2)加速度跟质量的关系（控制变量力不变）将小车1上加0.2kg 砝码，使m 1=2m 2；二小车前面绳端都挂一个钩码，使F 1=F 2．将二小车拉至同一起点处放开经一段时间使其同时停止，读出各小车位移记入表2：表23．定律导出速度跟作用力成正比，跟物体的质量成反比，即牛顿第二定律的基本关(2)上式可写为等式F=kma ，式中k 为比例常数．如果公式中的物理量选择合适的单位，就可以使k=1，则公式更为简单．在国际单位制中，力的单位是牛顿．牛顿这个单位就是根据牛顿第二定律来定义的：使质量是1kg 的物体产生1m/s 2的加速度的力为1N ，即1N=1kg ·m/s 2．可见，如果都用国际单位制中的单位，就可以使k=1，那么公式则简化为F=ma ，这就是牛顿第二定律的数学公式．(3)当物体受到几个力的作用时，牛顿第二定律也是正确的，不过这时F 代表的是物体所受外力的合力．牛顿第二定律更一般的表述是：物体的加速度跟所受的外力的合力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同．数学公式是：F 合=ma ．3．系统误差分析： 用公式法分析误差在实验中，小车（质量为）受的拉力实际上不等于钩码的重力（m ），设为，则有g m 'T ，解得⎩⎨⎧==-ma T a m T g m ''⎪⎩⎪⎨⎧+=+=''''m m g mm T m m g m a 从结果可以看出，小车受的拉力实际上小于钩码的重力（），而钩T g m '码的重力（）是产生小车和钩码二者的加速度的力，而不是产生小车的加g m '速度的力。

基本实验方法山东贾玉兵命题趋势要求考生“能根据要求灵活运用已学过的自然科学理论、实验方法和仪器，设计简单的实验方案并处理相关的实验问题”。

具体体现在：①在给定的条件下，进行实验设计；②给出测量数据，选择数据处理的方法；③给定原理和器材，设计实验方案；④给出实验过程和情景，判断过程和方法的合理性等。

如2001年理综考试中的实验题，就是要求考生灵活运用“伏安法”测定电阻。

关于实验方法的考查，预计是两种形式：一是以学过的分组或演示实验为背景，考查对实验方法的领悟情况；二是考查灵活运用学过的实验方法设计新的实验。

由于目前设计型实验是高考实验题的热点，而掌握一些有普遍意义的实验方法又是设计实验的基础，所以在复习已学过的实验时，有意识的、积极的提取、积累一些有价值的方法是很有意义的。

知识概要围绕实验的设计原理、误差控制、数据处理三个环节，都有它们自己的一些有普遍意义的方法，在中学阶段涉及的主要是以下一些方法：1．设计实验原理（1）控制变量法。

如：在“验证牛顿第二定律的实验”中，加速度、力和质量的关系控制。

在“研究单摆的周期”中，摆长、偏角和摆球质量的关系控制。

（2）近似替代法。

用伏安法测电阻时，选择了合适的内外接方法，一般就忽略电表的非理想性。

（3）等效替代法。

某些量不易测量，可以用较易测量的量替代，从而简化实验。

在“验证碰撞中的动量守恒”的实验中，两球碰撞后的速度不易直接测量，在将整个平抛时间定为时间单位后，速度的测量就转化为对水平位移的测量了。

（4）模拟法。

当实验情景不易或根本无法创设时，可以用物理模型或数学模型等效的情景代替，尽管两个情景的本质可能根本不同。

“描绘电场中的等势线”的实验就是用电流场模拟静电场。

（5）微小量放大法。

微小量不易测量，勉强测量误差也较大，实验时常采用各种方法加以放大。

卡文迪许测定万有引力恒量，采用光路放大了金属丝的微小扭转；在观察玻璃瓶受力后的微小形变时，使液体沿细玻璃管上升来放大瓶内液面的上升。

高中一年级物理实验设计实验目的：通过设计一系列的物理实验，培养高中一年级学生的实验操作能力，加深他们对物理知识的理解和应用，同时提高他们的科学思维和动手能力。

实验一：测量自由落体的加速度实验原理：自由落体是指在只受重力作用下下落的物体。

在重力作用下，物体做匀加速直线运动。

实验步骤：1. 准备一个直立的导轨，并在上端固定一个起始位置标志。

2. 在导轨下方选择几个距离不同的测量点，用细线固定小球。

3. 记录小球从起始位置开始自由下落到每个测量点所用的时间，并计算出小球在每个测量点的平均速度。

4. 根据平均速度计算小球在每个测量点的加速度。

5. 绘制小球在不同测量点下的速度-时间图，并根据该图计算出小球的加速度。

实验二：研究光的反射定律实验原理：光的反射是一种性质，根据光的入射角和反射角之间的关系可以确定光的传播方向。

1. 准备一个平坦的光滑表面，并在表面上放置一个直角三棱镜。

2. 在光滑表面上选择几个入射角度不同的起始点，并通过直角三棱镜反射出来。

3. 测量入射角和反射角之间的关系，并绘制出入射角和反射角的图表。

4. 根据实验数据验证光的反射定律。

实验三：测量弹簧的劲度系数实验原理：弹簧是一种带有弹性的物体，当外力作用在弹簧上时，弹簧会发生形变，当外力去除后，弹簧会恢复原状。

实验步骤：1. 准备一个具有刻度的弹簧，并固定其中一个端点。

2. 在另一个端点挂上一定质量的物体，使弹簧发生形变。

3. 测量弹簧的长度变化以及挂载在弹簧上的质量。

4. 根据实验数据计算出弹簧的劲度系数。

实验四：测量电阻和电流的关系实验原理：电阻是指阻碍电流流动的物理量，其大小取决于物体的材料和尺寸。

根据欧姆定律，电流和电阻之间存在线性关系。

1. 准备一组不同电阻值的电阻器，并接在电路中。

2. 测量电阻器两端的电压差以及通过电阻器的电流强度。

3. 记录不同电阻值下的电压差和电流强度，并绘制出它们之间的关系图表。

4. 根据实验数据验证电流和电阻之间的线性关系。

物理实验中常用的实验方法在物理实验中，我们常常需要用到一些基础而又经典的方法来帮助我们理解自然界的奥秘。

今天，我带大家一起了解这些方法的具体使用，以及它们如何在实验中发挥关键作用。

走，咱们一起探个究竟吧！1. 实验设计的基础1.1 实验目的的明确在开始实验之前，得明确实验的目的。

这就像是给自己设定一个目标。

你想了解什么？是研究物体的运动，还是测量某种物质的密度？搞清楚了目的，实验才能顺利进行，不然就像是无头苍蝇乱撞。

1.2 变量的控制实验中有两个重要的东西：自变量和因变量。

自变量就是你改变的部分，比如实验中改变的条件。

因变量是你观察到的结果，比如物体的运动轨迹。

要搞清楚这两者的关系，就像在做数学题一样，得一步一步来，才不会搞混。

2. 常用的实验方法2.1 实验测量测量是实验的基础，就像是做菜时得量好料一样。

在物理实验中，我们常用尺子、秒表、温度计等工具来测量长度、时间和温度。

这些工具可以让我们精确地记录下实验数据，从而得出可靠的结论。

比如，你用秒表测时间，要尽量准确，不然测出来的时间可能会有很大的误差，影响最终的实验结果。

2.2 数据记录与分析实验过程中，记录数据是至关重要的。

你可以把它当成是做日记，每一次测量都要认真写下来。

然后，再用图表或者公式来分析这些数据。

这就像是将散落的拼图块一一拼凑起来，最终你会发现一个完整的画面。

3. 经典实验方法3.1 牛顿运动定律实验牛顿运动定律是物理学的基石之一。

在实验中，我们通常会用滑轮、砝码和计时器等工具，来验证牛顿的运动定律。

这种实验方法就像是在看一个科学魔术表演，你能清楚地看到力、质量和加速度如何相互作用，从而验证理论的准确性。

3.2 电路实验电路实验可以帮助我们理解电流、电压和电阻之间的关系。

我们常用电池、导线和灯泡等材料来搭建简单的电路。

这就像是搭积木，按一定的规则连接各个组件，你会发现电流如何流动，电压如何变化，灯泡的亮度也随之改变。

这些实验方法能让你一窥电学的神秘面纱。