2009年高考物理设计性实验新人教版.doc

用心爱心专心

第21讲设计性实验
1.考点分析：设计性实验是高考考查的难点，考查课本上实验的基本原理和实验方法的迁移能力。
2.考查类型说明：
多以综合实验题的形式出现。
3.考查趋势预测：
从近几年的高考试题来看，加强了对实验创新能力的考查，例如2007年山东理综卷第23题考查电路设计问题、2007年宁夏理综卷第22题考查知识迁移和电路设计问题、2006年全国理综卷=1\*ROMANI第22题考查选择电阻设计电路问题、2006年四川理综卷第22题考查考生利用米尺和铅笔设计测量金属丝直径问题。预计2009年高考仍然会加强对设计实验的考查，且仍然是基本实验原理和实验思想的迁移能力的考查。
【知识储备】
内容说明能级要求ⅠⅡ探究弹簧弹力与弹簧伸长长度的关系考试说明明确提出
探究物体的动能新课标考试说明明确提出
探究加速度与物体质量、物体受力的关系新课程标准提出（必修1）
探究恒力做功与物体动能变化的关系新课程标准提出（必修2）
探究决定导线电阻的因素新课程标准提出（选修3-1）理解楞次定律新课程标准提出（选修3-2）探究变压器电压与匝数的关系新课程标准提出（选修3-2）探究单摆的周期与摆长的关系新课程标准提出（选修3-4）探究物体弹性碰撞的一些特点新课程标准提出（选修3-5）设计性实验是由考生根据实验目的，运用已掌握的物理规律、实验方法、选择熟悉的仪器、器材、自行独立设计的新的实验构想或方案。
设计方案涉及到对实验原理的认识和理解，包括选择和配置合适的实验方法、实验器材、安排正确的实验步骤、设计科学的数据处理方法，采用客观的误差分析方法，最后给予总结和评价，设计性实验对考生的能力要求较高，也是高考经常考查的一种题型。
1.设计性实验的设计原则
（1）科学性：设计的方案应有科学的依据和正确的操作方式。
=1\*GB3①设计方案中依据的原理应遵循物理规律，且要求选用的规律正确、简明；
=2\*GB3②设计方案中安排的操作步骤应该合理，且操作符合实验规则要求；
=3\*GB3③设计方案中进行数据处理及误差分析应依据科学的方法。
（2）安全性：按照设计方案操作时，应安全可靠，不会对仪器、器材造成损害。
=1\*GB3①选用实验器材时，应考虑仪器、器材的性能及量值（如仪表的量程、用电器的额定值、弹簧的弹性限度等）的要求；
=2\*GB3②设计实验方案时，应考虑安排保护措施。
（3）精确性：实验误差应控制在误差允许的范围内，尽量采取误差较小的方案。
=1\*GB3①在安装实验器材或使用仪器前，应安装实验要求对器材、仪器精心调整，如在使用某些仪表前，应注意进行机械调零；
=2\*GB3②选用合适的测量工具和合适的测量范围，使之与被测数据相匹配，如使用多用电表测量某电阻时，应选择合适的档位，使测量是的电表指针在中央刻度值附近；
=3\*GB3③实验中应多次测量，获取多组数据，避免因操作带来的偶然误差；
=4\*GB3④数据处理采用合适的方式，如根据题目的要求可以采用图像法、列表法等方式进行数据处理。
（4）简便性、直观性：设计实验应便于操作、读数，便于进行数据处理。
2.设计性实验的设计思路
解决设计型实验问题的关键是确定实验原理，它是进行实验设计的根本依据和起点，它决定应当测量那些物理量、如何安排实验步骤、如何处理数据等。实验原理的确定，要根据问题的要求和给出的条件，回顾分组实验和演示实验，寻找能够迁移应用的实验原理，或者回顾物理原理，寻找有关的物理规律，设法创设相关的物理情景，并根据已掌握的基本仪器核对是否能够测出必须测定的物理量。
如果设计实验中没有给定（或给足）实验器材，则设计实验的基本思路如下：
（1）根据实验设计的条件和要求，构建相关的物理情景；
（2）确定实验原理；
（3）确定需要待测物理量；
（4）设计实验方案。
有时，对于同一个实验要求，可以构建不同的物理情景，导出不同的物理量的表达式，若把这些表达式作为实验设计的依据，会有不同的实验原理和实验方案。
如果实验实设计是已经给足实验器材，则实验设计只能根据所给定的器材来构建物理情景，相当而言，实验原理和实验方案都会受到较大的限制。

【典例分析】
例题1（2007全国理综卷=1\*ROMANI第22题）碰撞的恢复系数的定义为，其中v10和v20分别是碰撞前两物体的速度，v1和v2分别是碰撞后两物体的速度。弹性碰撞的恢复系数e＝1，非弹性碰撞的e＜1。某同学借用验证动量守恒定律的实验装置（如图所示）验证弹性碰撞的恢复系数是否为1，实验中使用半径相等的钢质小球1和2，（它们之间的碰撞可近似视为弹性碰撞），且小球1的质量大于小球2的质量。
实验步骤如下：
安装好实验装置，做好测量前的准备，并记下重垂线所指的位置O