专题演示实验和设计实验优秀课件.ppt

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1、专题演示实验和设计实验第1页，本讲稿共69页思想方法提炼一、概述演示实验在中学物理教学中占有举足轻重的地位，它通过教师讲述新课引入实验启迪发问，总结归纳，引导学生观察、思考、分析、综合问题，去接受新的知识，发现规律；同时又通过形象的物理演示实验过程，进一步激发学生学习物理的兴趣，培养学生敏锐的观察能力，对培养学生的创新意识及科学探究的能力起到了很好的作用.第2页，本讲稿共69页思想方法提炼基于这样，从1993年起全国高考物理试题的一个新特点：增强了演示实验的考查，其中1993年考查了干涉法检查平面的实验，1994年考查砂摆绘制简谐振动的图像，1995年考查光电效应，1996年考查电容器的电容取

2、决于哪些因素，1998年考查LC振荡电路并融入图像法处理数据，题目新颖，考查全面.第3页，本讲稿共69页思想方法提炼 高中物理演示实验有106个，在复习时应注意以下几点：1.重视物理学史中具有重要地位的实验，如：紫外线照射锌板、杨氏双缝干涉实验、光的衍射中的泊松亮斑、质子和中子的发现实验、粒子散射实验等等.让学生充分了解其内容及其对物理学发展的意义.第4页，本讲稿共69页思想方法提炼 2.注意把握实验中的关键要素，实验的内容、步骤虽然很多，但关键要素一般只有少数几点.抓住了关键要素，才可能确保实验成功.3.要加强对演示实验的再分析.总之，要解答好物理实验问题，必须做到：明确目的；弄懂原理；掌握

3、正确的实验操作方法；加强独立思考、独立设计、实验操作的训练.第5页，本讲稿共69页感悟渗透应用【例1】(1998年上海高考题)如图5-1是观察水面波衍射的实验装置，AC和BD是两块挡板，AB是一个孔，O是波源，图中已画出波源所在区域波的传播情况，每两条相邻波纹(图中曲线)之间距离表示一个波长，图5-1第6页，本讲稿共69页感悟渗透应用 则波经过孔之后的传播情况，下列描述中正确的是(ABC)A.此时能明显观察到波的衍射现象B.挡板前后波纹间距离相等C.如果将孔AB扩大，有可能观察不到明显的衍射现象D.如果孔的大小不变，使波源频率增大，能更明显观察到衍射现象第7页，本讲稿共69页感悟渗透应用【解析

4、】本题考查发生明显衍射的条件，观察知道孔的尺寸与波长差不多，能明显观察到波的衍射现象.因波的传播速度不变，频率不变，故波长不变，即挡板前后波纹间距相等.若频率增大，由=v/f知波长变小，衍射现象变得更不明显了.若将孔AB扩大，且孔的尺寸远大于波长则可能观察不到明显的衍射现象.【答案】ABC第8页，本讲稿共69页感悟渗透应用【例2】(1997年上海高考题)如图5-2所示，一静电计与锌板相连，在A处用一紫外灯照射锌板，关灯后，指针保持一定偏角.图5-2第9页，本讲稿共69页感悟渗透应用 现用一带负电的金属小球与锌板接触，则静电计指针偏角将 减小(填增大，减小或不变).使静电计指针回到0，再用相同强

5、度的钠灯发出的黄光照射锌板，静电计指针无偏转.那么，若改用强度更大的红外线灯照射锌板，可观察到静电计指针 无(填有或无)偏转.第10页，本讲稿共69页感悟渗透应用【解析】当用紫外灯照射锌板时，由于光电效应，有一部分电子从锌板表面飞了出去，从而锌板带正电.由于静电计与锌板相连，指针上的部分自由电子转移到锌板，因此指针也带正电.关灯后，指针保持一定偏角.若用一带负电的金属小球与锌板接触.由于电中和静电计指针偏角变小.第11页，本讲稿共69页感悟渗透应用 若用黄光照射锌板，静电计指针无偏转，说明黄光的频率低于极限频率不发生光电效应.而红外线的频率更低，不管强度多大都不能发生光电效应，因此静电电计指针

6、无偏转.【答案】减小，无第12页，本讲稿共69页感悟渗透应用【例3】(1997年全国高考题)在卢瑟福的粒子散射实验中，有少数粒子发生大角度偏转，其原因是(A)A.原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上B.正电荷在原子中是均匀分布的C.原子中存在着带负电的电子D.原子只能处于一系列不连续的能量状态中第13页，本讲稿共69页感悟渗透应用【解析】原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上，粒子穿过原子时，如果离核较远，受到的库仑斥力就很小，运动方向也就改变很小.只有当粒子与核十分接近时，才会受到很大的库仑斥力，发生大角度的偏转.由于原子核很小，粒子十分接近它的机会很少，所以绝大多数粒子基

7、本上仍按直线方向前进，只有极少数发生大角度的偏转.【答案】A第14页，本讲稿共69页感悟渗透应用【说明】粒子散射实验是多年高考的热点.要注意粒子散射实验的装置和结果，并能用卢瑟福的原子的核式结构学说解释实验结果.该实验说明了原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核上，它是建立原子核式结构学说的基础.该实验还能得到原子核及原子直径的数量级.第15页，本讲稿共69页感悟渗透应用【例4】某同学把卡尺间的窄缝调节到0.5mm去观察某一线光源，看到了彩色条纹.他把缝的宽度增加到0.8mm，再观察同一光源，看到的现象是 彩色条纹变窄 但亮度增大.若他把缝的宽度减小到0.2mm，则看到的现象是 彩

8、色条纹变宽但亮度减弱.这说明在衍射现象中，衍射图样条纹的宽度及亮度与 单缝宽度 有关，当其 变窄 时，衍射现象更为明显.第16页，本讲稿共69页感悟渗透应用【解析】当窄缝宽度变窄时，它和光波的波长越接近，衍射现象越明显，同时通过窄缝的光能越少，到达光屏上的宽度越宽，亮度就越弱.第17页，本讲稿共69页感悟渗透应用【解题回顾】正确解答此类问题的关键在于实验时仔细观察和对现象的认真分析，也就是说，要掌握相关的物理规律，不光知其然，还应当知其所以然.第18页，本讲稿共69页感悟渗透应用【例5】在如图5-3所示的杨氏双缝干涉实验中，已知SS1=SS2，且S1、S2到光屏上P点的路程差d=1.510-6

9、m.当S为=0.6m的单色光源时，在P点处将形成 暗 条纹；当S为=0.5m的单色光源时，在P点处将形成 亮 条纹.图5-3第19页，本讲稿共69页感悟渗透应用【解析】一般地讲，若两相干光源的振动同相，则在离开两相干光源路程之差为光波波长的整数倍处会出现亮条纹，路程之差为光半波长的奇数倍处会出现暗条纹，若两相干源的振动反相，则出现明暗条纹的情况刚好相反.由于SS1=SS2，所以S1、S2处的光振动同相.当=0.6m时，d/=2.5，则P点处两分振动反相，形成暗条纹；当=0.5m时，d/=3，则P点处两分振动同相，形成亮条纹.【答案】暗；亮第20页，本讲稿共69页感悟渗透应用【解题回顾】1801

10、年，英国物理学家托马斯杨在实验室里成功地解决了相干光源问题.观察到了光的干涉现象.杨氏实验的装置有三部分：单孔(缝)屏获得点(线)光源；双孔(缝)屏获得相干光源；像屏得到干涉条纹.杨氏实验证实了光具有波的特征.进一步的实验证明，在狭缝间的距离和狭缝与屏的距离都不变的条件下，干涉条纹的间距跟光波的波长成正比.第21页，本讲稿共69页感悟渗透应用【例6】研究平行板电容器的电容跟两极板的正对面积S、两极板间距离d以及板间的电介质之间的关系.如图5-4所示平行板电容器充电后，保持电容器所带的电量Q不变，改变S或d，或插入电介质，分别为甲、乙、丙图所示，则静电计指针的偏角变化为 增大、增大、减小(填“增

11、大”或“减小”或“不变”).图5-4第22页，本讲稿共69页感悟渗透应用【解析】本实验是定性研究平行板电容器电容C与两极板间的距离d、两板的正对面积S以及极板间的电介质之间的关系.本实验三个图均保持电容器的电量不变，由静电计显示的电势差的变化可知电容器电容的变化.如甲图中：Q和d不变，S减小、电势差U增大，由C=Q/U得C减小，乙图中：S不变，d越小，电势差U减小，由C=Q/U得C增大.丙图中：Q、S、d均不变，在极板间插入电介质，电势差U减小，由C=Q/U得C增大.在上述三种情况下，由C=Q/U及U的变化分析清楚C的变化是很关键的.第23页，本讲稿共69页第二部分实验设计思想方法提炼感悟渗透

12、应用第24页，本讲稿共69页思想方法提炼 2003年考试说明中对实验能力的表述为：能独立完成“知识内容表”中所列的实验，能明确实验目的，能理解实验原理和方法，能控制实验条件，会使用仪器，会观察、分析实验现象，会记录、处理实验数据，并得出结论.能灵活地运用已学过的物理理论、实验方法和实验仪器去处理问题.第25页，本讲稿共69页思想方法提炼 实验能力是中学物理教学中必须培养的一项重要能力.由于物理高考只有笔试，许多主要的实验能力和素养很难有效地进行考查，但高考命题的改革与研究应努力使对实验能力和素养的考核渗透到有关的试题中去，努力提高考核实验的有效程度，那么考核学生设计实验的能力，在近几年高考物理

13、实验命题中，愈来愈明确.第26页，本讲稿共69页思想方法提炼 设计实验能逼真地模拟操作过程，对实验原理进行延伸和灵活应用，拓宽了对物理规律的应用和考查.可以预料，2004年高考实验题的命题趋向将继续深化、拓宽、创新.即深化对基础实验、基本测量包括新仪器(以前出现过单刀双掷开关，变压器抽头线圈等)的考查，考查基本实验能力和理解、推理的能力，拓宽考查范围.用“学过的实验方法”，“学过的仪器”进行新的实验，考查迁移能力，通过对基本实验的变形改造、更新，将实验的操作性考查过渡为设计性考查，即设计实验.第27页，本讲稿共69页思想方法提炼 1.实验设计题是对实验的知识和能力综合考查，只有对实验目的、原理

14、，器材的选择、安装、测试、操作、步骤及实验数据的记录、处理、实验误差分析和得出结论等方面掌握比较好的基础上，才能顺利完成设计实验.第28页，本讲稿共69页思想方法提炼2.实验设计的基本方法 (1)明确目的，联系已学知识.实验目的：即该实验是要求测定什么物理量、验证、探索什么规律，是实验设计的出发点.明确了目的后，要认真的思索、想想该物理量或物理规律在哪些内容中出现过，与哪些有关的物理现象、物理量、物理规律有联系，特别是对于探索型实验，更应注意广泛的联系，有关现象原理等的迁移.第29页，本讲稿共69页思想方法提炼(2)选择方案，简便精确 每一个实验设计，皆是开放式的，其方案的选取往往是有几种，甚

15、至是更多种方案.在众多的实验方案中，我们如何选择?通常来说，选择方案有以下几个原则：科学性原则：即实验方案中所依据的原理应遵循符合已学过的物理规律，且要求选用的规律要简明、正确.方案中的操作程序应具有科学性.(符合实验规则的具体要素)第30页，本讲稿共69页思想方法提炼 安全性原则：即按方案实施中，应力保实验人员的安全，并对实验的器材不造成危害，如电学中的仪表的量程、电源电动势大小，滑动变阻器的选取等.精确性原则：即力保该方案的实验误差应是允许误差范围之内.如“伏安法”测电阻，内外接法的选取等，这就要求：从仪器的精确度、原理的选取力争更为与该实验的目标相匹配，还有就是数据处理方案的选取.如:多

16、次测量求平均值等.第31页，本讲稿共69页思想方法提炼 方便、直观性原则：方案的实施，要使操作性强、易于操作，仪器方便选取，实验中比较容易观察，且效果明显，便于得出实验结论.节约性原则：即方案实施中，要考虑成本及仪器的损耗等等.如：滑线变阻器，当限流和分压都行时，要选取限流接法.第32页，本讲稿共69页思想方法提炼(3)依据方案，选定器材.实验方案选定之后，考虑该方案需要哪些装置，被测定量与哪些物理量有直接的定量关系，这些物理量分别需要用什么仪器来测定，从而确定整个实验需要哪些器材.第33页，本讲稿共69页思想方法提炼(4)拟定步骤，合理有序.实验之前，要做到心中有数：即实验装置如何配置，所测

17、物理量的先后次序等.拟定一个合理操作，又高效的有序的实验步骤.附：在实验中，对一些可直接测量的物理量可先行测量.第34页，本讲稿共69页思想方法提炼(5)数据处理，误差分析.减少误差的措施有很多：主要是从实验的原理上要求，以及实验器材的限制上等.另外数据的处理往往采用(平均值法、逐差法、等效替代法、图像法等).第35页，本讲稿共69页感悟渗透应用 高考设计实验在设计思想、原理、方法和技巧上不断创新，试题在设计上的变化主要有以下几种类型：1.变换实验目的：同样的实验器材和方法可以达到不同的实验目的.如：1996年上海高考题中把伏安法测电阻变成测陶瓷管上均匀电阻膜的厚度.第36页，本讲稿共69页感

18、悟渗透应用【例1】(1996年上海高考题)如图5-31所示，P是一根表面均匀地镀有很薄的发热电阻膜的长陶瓷管(其长度l为50cm左右，直径D为10cm左右).镀膜材料的电阻率已知，管的两端有导电箍MN.现给你米尺，伏特计V，安培计A，电源E，滑动变阻器R，开关S和若干导线.第37页，本讲稿共69页感悟渗透应用请设计一个测定膜层厚度d的实验方案.实验中应测定的物理量是：L、D、U、I在虚线框内用符号画出测量电路图.计算膜层厚度的公式是：第38页，本讲稿共69页感悟渗透应用【解析】利用所学过的物理知识巧测很薄的物件的厚度，这是一道很能体现理论联系实际的好试题.学生不难根据对进行实验所需掌握的相关知

19、识的理解和记忆，知道是利用欧姆定律，即R=U/I=困难在于找出厚度d与截面积S有何关系?学生以前通常接触的导体模型都是实心圆导体，能否仅凭题给的看似不足的已知条件正确地表示出S，就看学生等值转换的创造能力的高低了.第39页，本讲稿共69页感悟渗透应用 实际上我们可以把这根管形空心导体的环形截面等效成一个矩形截面，其长为环的周长D.由于膜很薄，d0，故D与平均周长(D-d/2)相差甚微.因此它的截面积:S=Dd 解得到d=第40页，本讲稿共69页感悟渗透应用 实验中应测定的物理量是L、D、U、I；测量电路如图5-33所示.本题也可用另一种思路求S：S=R2-r2=(R+r)(R-r),dD，R+

20、r2R=D;而R-r=d，这样，S=Dd.第41页，本讲稿共69页感悟渗透应用【解题回顾】有些学生能够写出S=R2-r2，但无法摆脱r不是已知条件的束缚，缺乏物理思想中的辩证思维习惯，因而得不出S=Dd.第42页，本讲稿共69页感悟渗透应用 2.变换实验原理：根据不同的实验原理可以达到相同的实验目的.例如：学生实验用伏安法测电阻的原理是部分电路的欧姆定律，而1998年高考题中却设计了依据闭合电路的欧姆定律测电阻的实验.3.变换实验器材：利用不同的实验器材也可以完成相同的实验任务.如可利用万用电表测电阻(1995年高考)，也可以利用电流表和电压表测电阻(1996年)，还可以利用一个定值电阻和电流

21、表测电阻(1999年)，利用一只电流表和两个阻值已知的定值电阻可以用来测电池的电动势(2002年全国高考).第43页，本讲稿共69页感悟渗透应用【例2】(2000年全国高考题)从下表中选出适当的实验器材，设计一电路来测量电流表A1的内阻r1，要求方法简捷，有尽可能高的测量精度，并能测得多组数据.第44页，本讲稿共69页感悟渗透应用(1)在虚线方框中画出电路图，标明所用器材的代号.(2)若选测量数据中的一组来计算r1，则所用的表达式为r1=，式中各符号的意义是：.第45页，本讲稿共69页感悟渗透应用【解析】该题为电路设计型实验，要求选择适当的器材组成测量电流表内阻的电路，要求有尽可能高的测量精度

22、，并能测得多组数据.求解该题时，首先要把被测电流表(A1)等效为可显示电流值的电阻，该题成败的关键在于器材的选择，选择器材应遵循三个原则：可行、精确、方便.测量电路有两种可能的连接方式：第46页，本讲稿共69页感悟渗透应用 采用伏安法测电阻：即将电压表(V)与电流表(A1)并联，测出电流表(A1)的电压U和电流I1，由r1=U/I1即可求出r1，然而被测电流表(A1)允许加的电压在00.4V之间，而电压表量程为10V，故电压表的读数误差较大，从精确这一原则来看，此方法应舍去.采用比较法测电阻：即将电流表与电流表并联，利用并联电路电压相等的特点得：I1r1=I2r2，即可求出r1=(I2/I1)

23、r2，式中，I1、I2分别是电流表A1、A2的读数，r1、r2分别是电流表A1、A2的电阻，这种设计可以使两电流表的读数同时接近满刻度，满足实验对测量精度的要求，另外这种设计还要求克服电流表不能并联这一思维定势的影响.第47页，本讲稿共69页感悟渗透应用 设计电路的基本方法首先是选择电路，然后再考虑电路连接问题.本题中，R1、R2、E、S、导线若干必须要选.问题出在是选用电流表(A2)还是选用电压表(V)因为电池的电动势为1.5V，而电压表(V)的量程为10V，若选用电压表(V)，则电压表(V)上最大读数约为，读数仅是电压表(V)量程的4.3%，读数误差太大，所以不选电压表(V)，而选用电流表

24、(A2),而题中让测电流表(A1)内阻，选用电流表(A2)，只有两表并联，对变阻器接法限流、分压均可，第48页，本讲稿共69页感悟渗透应用实验电路如图5-34所示.第49页，本讲稿共69页【例3】(2001年上海高考题)某学生为了测量一物体的质量，找到一个力电转换器，该转换器的输出电压正比于受压面的压力(比例系数为k)，如图5-35所示，测量时先调节输入端的电压使转换器空载时的输出电压为0；而后在其受压面上放一物体，即可测得与物体的质量成正比的输出电压U.感悟渗透应用第50页，本讲稿共69页感悟渗透应用 现有下列器材：力电转换器、质量为m0的砝码，电压表，滑动变阻器，干电池各一个，开关及导线若

25、干，待测物体.(1)设计完整电路，要求力电转换器的输入电压可调，并且使电压的调节范围尽可能大，在图5-36的方框中画出完整的测量电路图.图5-36第51页，本讲稿共69页感悟渗透应用 (2)简要说明测量步骤，求出比例系数k，并测出待测物体的质量m.(3)请设想实验中可能会出现的问题.第52页，本讲稿共69页感悟渗透应用【解析】本题不需要了解和研究力电转换器的构造以及工作原理，只需依据题干所给信息，学会如何正确使用该仪器，并完成对未知质量的测量.第53页，本讲稿共69页感悟渗透应用 力电转换器虽然是个全新的仪器，但它与其他的所有测量仪器一样，有它们的共性，即需要有一个“调0”步骤，这个“调0”工

26、作就是受压面上不放物体时通过对输入电路的输入电压的调节从而使输出电压为“0”，这就是力电转换器的“调0”工作，为了使输入电路的电压调节范围尽可能的大些，所以必须用滑动变阻器的分压电路，然后依据题干所给信息“被测物体质量与输出电压成正比”，先在受压面上放一质量为m0的砝码，测出输出电压U0，然后将被测物体放在受压面上，测出输出电压U，另外，本题最后一问具有开放性，可有效考查学生的想象能力、发散思维能力及创新能力.第54页，本讲稿共69页感悟渗透应用【答案】(1)设计的电路图如图5-37所示.第55页，本讲稿共69页感悟渗透应用(2)测量步骤与结果：调节滑动变阻器，使转换器的输出电压为0.将砝码放

27、在转换器上，记下输出电压U0.将待测物放在转换器上，记下输出电压U由U0=km0g，得k=U0/(m0g)测得U=kmg,所以m=m0U/U0.(3)因电源电压不够而输出电压调不到0.待测物体质量超出转换器量程.第56页，本讲稿共69页感悟渗透应用4.实验误差的分析与实验方案的改进.【例4】(2001年上海高考题)要求测量由2节干电池串联而成的电池组的电动势E和内阻r(约几欧)、提供下列器材：电压表V1(量程15V，内阻12k、电阻箱(09999)、开关、导线若干.某同学用量程为15V的电压表连接成如图5-38所示的电路，第57页，本讲稿共69页感悟渗透应用实验步骤如下：(1)合上开关S，将电

28、阻箱R阻值调到R1=10，读得电压表的读数为U1.(2)将电阻箱R阻值调到R2=20，读得电压表的读数为U2.由方程组U1=E-U1R1r、U2=E-U2R2r，解出E、r.为了减少实验误差，上述实验在选择器材和实验步骤中，应做哪些改进?第58页，本讲稿共69页感悟渗透应用【解析】在选择器材上，用量程为15V的电压表明显测量误差过大，因2节干电池的电动势约3V左右，所以应选择电压表V1.本题更注重的是实验步骤的改进，力求尽可能减少实验测量中带来的误差，故应改变电阻箱阻值R，读取若干个U的值，由I=U/R计算出电流的值，然后作出U-I图线，由该图线的截距和斜率得出E、r的值.第59页，本讲稿共6

29、9页感悟渗透应用【例5】(2001年全国高考题)如图5-39所示中E为电源，其电动势为E，R1为滑线变阻器，R2为电阻箱，A为电流表，用此电路，经以下步骤可近似测得A的内阻RA；闭合S1、断开S2，调节R1，使电流表读数等于其量程I0；保持R不变，闭合S2，调节R2，使电流表读数等于I0/2，然后读出R2的值，取RAR2.第60页，本讲稿共69页感悟渗透应用 (1)按图5-39所示电路在图5-40中用导线将所给出的实物连接起来，并画出连接导线.第61页，本讲稿共69页感悟渗透应用 (2)真实值与测得值之差除以真实值叫做测量结果的相对误差，即(RA-R2)/RA，试推导出它与电源电动势E、电流表

30、量程I0及电流表内阻RA的关系式.(3)若I0=10mA，真实值RA约为30要想使测量结果的相对误差不大于5%，电源电动势最小应为多少伏?第62页，本讲稿共69页感悟渗透应用【答案】(1)连线如图5-41所示.图5-41第63页，本讲稿共69页感悟渗透应用(2)由步骤得E/(R1+RA)=I0 由步骤得:解得:(3)由(2)所得及题中要求，可知 5%因此，EI0RA/0.05=1010-330/0.05V=6V 故电源电动势的最小值为6V第64页，本讲稿共69页感悟渗透应用5.演变习题，设计创新实验.【例6】(2001年全国高考题)一打点计时器固定在斜面上某处，一小车拖着穿过打点计时器的纸带从

31、斜面上滑下，如图5-42所示，第65页，本讲稿共69页感悟渗透应用图5-43是打出的纸带的一段.(1)已知打点计时器使用的交流电频率为50Hz，利用图5-42给出的数据可求出小车下滑的加速度a=4.00m/s2.第66页，本讲稿共69页感悟渗透应用 (2)为了求出小车在下滑过程中所受的阻力，还需测量的物理量有小车的质量m,斜面上任意两点间的距离L及这两点间的高度差h.用测得的量及加速度a表示阻力的计算式有:f=第67页，本讲稿共69页感悟渗透应用【解析】该题在考查对测匀变速直线运动加速度原理的理解基础上，注重考查了对实验数据的处理方法及实验情景变化(与教材相比)后，应依据什么原理，采取何种方法进行测量.(1)依据a=s/T2，由于测量及实验误差的存在，使相邻计数点间隔距离之差s不同，因而应舍去偏差较明显的一组数据(5.74，6.41)，取其他相邻数据之差的平均值0.64cm计算.第68页，本讲稿共69页感悟渗透应用 (2)测小车下滑过程中受的阻力，依据的原理是牛顿第二定律，令斜面倾角为，则有mgsin-f=ma,f=mgsin=ma.在实际测量中，一般变角度测量为长度测量，设斜面上任意两点间的距离为l，这两点间的高度差为h,则f=mgh/l-ma，故需测量的量有：小车的质量m，斜面上任意两点间的距离l及这两点间的高度差.第69页，本讲稿共69页