3、 开放型的实验设计

如果不加限制，让我们设计一个实验方案测某一个量，答案将不是唯一的。比如让我们测量电阻，有许多种一些方法，当然伏安法是最重要方法，下面我们看一看其它一些较典型的方法：

测量方法	实验电路图	过程说明
替代法测电阻		电键打上端时测得电流大小，再打下端，调电阻箱电阻使电流表读数刚好与先前一样，则说明目前的电阻箱阻值就等于待测电阻的阻值
半偏法测电阻		让R'＞＞R，这样连R与不连R对电路的电流几乎不影响。先不连R，调R'，使电流表满偏；合上电键连R，调节R使电流表半偏，说明R分去了一半电流。则R此时的电阻值就等于待测电阻的阻值
电桥法测电阻		调R1使灵敏电流计无电流通过，则有RX：R2＝R1：R3，现已知定值电阻R3 、R2。再读出R1，即可知RX

同学们可以自己找找看，测重力加速度还有多少种方法、测滑动摩擦系数又有多少种方法，而测电源电动势和内电阻又有多少种方法。

2、 实验常用方法

(1)　　　 常用思维方法：等效法、控制变量法、累积法、留迹法、平均值法、列表法、作图法

(2)　 常用仪器：测量质量有天平(测小质量)、杆秤、磅秤(测大质量)。测时间有秒表、手表。测长度有螺旋测微器、游标卡尺(以上两个为实验室中量小长度的)、米尺、卷尺(量大距离)。量电流有灵敏电流计(小电流)、安培表。量电压有伏特表。

(3)　 常被引用的分组实验：物体的速度一般很难测，平抛运动测物体的初速度的方案简单有效，在涉及求速度的实验中常被引用。当然使用打点计时器也可测速度，但难以判定纸带上的某一点对应的是实际运动过程中的哪一点。

1、 设计型实验的一般性原则

(1)　 原理科学：这包括有科学依据和正确公式，设计的方案实行时要安全，不会对实验者和仪器设备有危害。

(2)　　　 仪器寻常：仪器的常用的易得到的，可以从一般性中学实验室取得或普通商店买到。

(3)　 操作方便：易操作，易读数，无须技巧。

5、 等效法：有些实验要求较高，实验设备难以达到，或者有些数据测量麻烦，但如果可以用一些简单的设备和简单的方法来代替，而且理论上也行得通的话，这样的处理方法叫等效替代法。比如我们在验证动量守恒实验中用平抛的水平射程代替速度；在验证牛顿第二定律的实验中用砂与砂桶的重力大小代替拉力大小、用平衡摩擦力方法等效小车不受重力；用稳恒电流场代替静电场等等都是等效法的具体应用。

n　　　 设计型实验

4、 作图法：用平均值法或列表格法处理实验数据时，对有些有较大偶然误差引起的数据难以有效甄别，不太理想，而用作图法就不一样了，如果有一组数据有明显问题，它所描绘的点与其它点就有明显区别，从而及时排除，所以用作图法处理数据有优势。不过也只有直线是最简单直观的，所以在处理反比关系上时，要把其中一个量的坐标轴用该量的倒数表示，这样反比关系画出的线也是直线了。在做过的学生实验中，可以用作图法处理数据的有很多，比如：验证牛顿第二定律的实验的a－F、a－1／m图、求重力加速度的4π²L－T²图(斜率是重力加速度)、测电动势和内电阻的I－U图、测电阻的I－U图。

3、 电学仪器(和电路)选择法：以“安全性”、“精确性”、“方便性”为前提，综合考虑。选择电学实验仪器主要是选择电表、滑动变阻器、电源等器件。

(1)　 选择电表以不使电表受损和尽量减少误差的原则，即加在电表上的最小电压或电流不得超过最大量程，实验过程中指针可移动范围最好在三分之一至三分之二量程这一段。

(2)　 选择滑动变阻器要考虑它的额定电流，然后对采用分压法的选小阻值，对采用限流法的滑动变阻器的阻值选比电路中的电阻稍大些为好。对于滑动头稍有移动，使电流电压有很大变化的，不宜采用。

(3)　 对器材的选择的一般步骤是：①找出唯一性的器材；②草画电路图(暂不把电表接入)；③估算电流最大值和最小值④考虑电表安全否，(及该用分压法还是限流法)，以及能否使电表达到满偏的1/3以上。

(4)　 在“伏安法测电阻”和“伏安法测电池电动势和内电阻”的实验中，一般选用总阻值较小的滑动变阻器，前者可方便调节，因为电阻丝的电阻很小；后者可减少误差。因为它与大阻值的电压表并列，使流过电压表的电流较小，电流表测的值更接近干路上的总电流。另处这两个实验的电压与电流都不大，电表量程一般取3V与0.6A的量程。

2、　 分压法与限流法：为保证用电器的安全以及读数的精确性，滑动变阻器有两种接法，它们各有优缺点，选用哪种接法很有讲究，以安全第一、准确第二、能耗小第三的顺序考虑问题，这是高考实验考察的重点内容。下面我们假设用电器电阻为R_X，滑动变阻器的最大电阻为R，电源电动势为ε，内电阻为r。

限流法	分压法
合上电键前要使滑动变阻器的电阻处于最大值，对应图中应是滑动头移至最下端	合上电键前要使用电器受到的电压最小，对应图中滑动变阻器的滑动头应移到最左端
实物图中只用到上下两个接头	实物图中用到上面一个下面两个接头
用电器方的电压调节范围	用电器方的电压调节范围
滑动变阻器的电阻与用电器的电阻差不多大时电压调节作用最理想	滑动变阻器的电阻越小调节用电器的电压作用越好
选法精析：有下列几种情况的一定要用分压法： 1、　 被调节的用电器的电压或电流一定要从0开始连续调节 2、　 采用限流电路时，电路中的最小电流仍超过电表量程或超过元件允许的最大电流时 3、　 在给予的滑动变阻器的电阻远小于用电器的电阻时。 在可用分压法也可用限流法时，用限流法一般节省能耗，连线方便。不过在不强调能耗情况下，绝大多数都可用分压法。不过分压法更要考虑变阻器的最大电流不得超过其限度

1、 安培表内接法与外接法：要想精确测量电阻，选用好的实验方法很重要，如果电压表或电流表都是理想化电表，两种方法都能准确地测量出电阻的大小，但如果电压表和电流表都有电阻，选择好的方法能大大减少误差。下面我们以伏特表内阻为R_V，安培表内阻为R_A，待测电阻为R_X。待测电阻R_X的测量值为R测＝U测／I测。准确度取决于电压表与电流表读数。

安培表内接法	安培表外接法
当RX＞＞RA时采用误差小 或当时采用	当RV＞＞RX时采用误差小 或当时采用
电压表读数偏大，电流表准确	电流表偏大电压表准确
测量值大于真实值(多了安培表内阻) R测＝R真+RA	测量值小于真实值(与电压表内阻并联值) 1／R测＝1／R真+1／RV
试触法：通过改变电表的连接方式，观察两个电表的读数变化情况，如果电流表变化明显的，应采用安培表内接法，这样可以避免在外接法中读数偏离真实值太多；如果电压表变化明显的，应用安培表外接法，这样电压表读数会精确些

21、(1)甲　 (2)没光从空气进入玻璃时的折射角γ，则(2分)

即　　 所以光线的侧移距离　

∴22、(1)H(2)F (3)G(4)C　(5)A(6)B (7)D(8)E　

第三节：实验方法与设计型实验

n　　　 重要实验方法与思路

14、＜,　 ＜　15、(1)大　 (2)出口水平 　(3)B、C两步骤都应是：让m₁从同一位置由静止释放，重复10次，……确定m₁(m₂)落地点的平均位置

E步骤应是看：……　16、A　17、(1)BDEFH；米尺 螺旋测微器

(2)如图(3)I、u、d、L，ρ=π²d²u/4LI　18、计算知 ΔE_K=1.03J ΔE_P=-1.06J ΔE_K+ΔE_P=0，机械能守恒。　19、⑴；　⑵58　20、．(1)辉度(或写为　 ) (2)聚焦(或写为○)垂直位移(或写为↑↓)水平位移(或写为→←)