【物理实验】高中物理实验题的类型及解决方法

近年来，高中物理实验题，出现了迁移类实验、应用型实验、设计型实验、探究型实验，甚至还出现了“研究性学习”类实验。这类试题要求考生能将学过的实验原理、实验方法迁移到新的背景中，能深刻理解物理概念和规律，并能灵活运用，还要具有较强的创新能力。

1、迁移类实验

这类实验题具有如下特点：它们基本上都不是课本上现成的实验，但其原理、方法以及所要求的知识均是学生所学过的，即用“学过的实验方法”、“用过的仪器”进行新的实验，以考查其基本实验能力和理解、推理、迁移的能力。

解决这类问题的基本思路和方法是：仔细阅读题目，理解题意，在了解所介绍的实验仪器的基本原理、使用方法的基础上，运用以前所学过的知识、使用过的仪器和做过实验的方法，进行情景迁移、联想类比，就可解决问题。

【例1】在一些实验中需要较准确地测量物体转过的角度，为此人们在这样的仪器上设计了一个可转动的圆盘，在圆盘的边缘标有刻度(称为主尺)，且每一刻度对应圆心角l°，圆盘外侧有一个固定不动的圆弧形的游标尺，如右图所示(图中画出了圆盘的一部分和游标尺)．圆盘上刻有对应的圆心角的度数，游标尺上把与主尺上9°对应的圆心角等分为10格，试根据图中所示的情况读出此时游标尺上的零刻线与圆盘上的零刻线之间的夹角为    ．

【解析】这是游标卡尺拓展应用．圆弧形的游标尺相当于游标卡尺的游标尺，圆盘的边缘标有的刻度相当于主尺．在游标尺0刻度前读出19°，游标尺的第5条刻度线与主尺上的刻度对齐，在游标尺上读出0.5°．因此测量的夹角为19.5°．

【解析】这是游标卡尺拓展应用．圆弧形的游标尺相当于游标卡尺的游标尺，圆盘的边缘标有的刻度相当于主尺．在游标尺0刻度前读出19°，游标尺的第5条刻度线与主尺上的刻度对齐，在游标尺上读出0.5°．因此测量的夹角为19.5°．

【知识链接】游标卡尺的原理及精度：常见的游标卡尺有精度为0.1毫米、0.02毫米和0.05毫米三种，无论是哪一种，主尺的最小分度均为1毫米，设游标尺上一定长度的线段等分为n格，则每格长毫米．

2、应用型实验

这类实验题具有如下特点：它们基本上以生活、生产和现代科技中的某一实际问题为背景立意命题，且多以信息题的形式出现，要求学生能够从题给的文字、图表中捕获有效信息，运用所学的基础知识来解答。

解决这类问题的基本思路和方法是：仔细阅读题目，理解题意，从题给的文字、图表中捕获有效信息，从中找出规律，通过联想、等效、类比等思维方法建立与新情景对应的物理模型，并在旧知识与物理模型之间架设桥梁，并将旧知识迁移并运用到新情景中去，然后进行推理、计算，从而解决问题。

3、设计型实验

这类实验一般要求学生根据题目提出的目的、要求和给出的器材，设计出实验方案。要求深刻理解物理概念和规律，并能灵活运用，具有较强的创新能力。能将课本中分组实验和演示实验的实验原理、实验方法迁移到新的背景中，进而设计出实验方案。

解决这类问题的基本思路和方法是：明确实验目的→设计实验原理→根据实验原理设计多种实验方案→对实验方案进行可行性分析，筛选确定最佳方案→根据所定方案选择实验器材→拟定实验步骤→对实验数据进行处理→得出实验结论，并进行误差分析。值得一提的是，依据不同的实验原理选择不同的实验方案时，应遵循科学性，可行性，精确性，简便、直观性这四条基本原则。

4、探究性试验

探究类实验试题在近年高考试卷中频频出现，这类试题注重考查考生的科学探究能力，注重考查实验知识的形成过程，随着新课改的推进，高考正向能力型、开放型、研究型的方向拓展，在高考复习过程中我们必须关注这类实验试题． 

解决这类问题的基本思路和方法是：探究型实验重点强调的是“探究”．题目带有开放性，难度一般不会太大，回答此类问题：一是要切题，即按题目要求作答；二是要清楚地表述自己的想法，避免词不达意．因此，要独立思考，积极动脑，大胆猜测，勇于探索．同时要将平时做过的实验进行总结，包括实验目的、方法、步骤、注意事项、结果等．通过比较、分类、归纳、概括等方法，对这些实验进行整理和分析，得出正确处理此类问题的思路和方法．

【例2】（2007年重庆）建造重庆长江大桥复线桥高将长百米、重千余吨的钢梁从江水中吊起(题22图2)、施工时采用了将钢梁与水面成一定倾角出水的起吊方案，为了探究该方案的合理性，某研究性学习小组做了两个模拟实验.研究将钢板从水下水平拉出(实验1)和以一定倾角拉出(实验2)的过程中总拉力的变化情况。

①必要的实验器材有：钢板、细绳、水盆、水、支架、刻度尺、计时器和      等.

②根据实验曲线(题22图3)，实验2中的最大总拉力比实验1中的最大总拉力降低了      .

③ 根据分子动理论，实验1中最大总拉力明显增大的原因是      .

④ 可能导致测量拉力的实验误差的原因有：读数不准、钢板有油污、         等等(答出两个即可)

【解析】

(1)①测力计(弹测力计、力传感器等等)

②13.3（允许误差±0.5）；0.37（允许误差±0.03）N

实验一的最大拉力  F_1m= 4.35N

实验二的最大拉力　Ｆ_2m= 3.75+ 0.025 =3.78N

△F= F_1m —F_2m= 4.35 —3.78 =0.57N , 所以钢板在水面下时，拉力Ｆ₁ = 3.40N；钢板出水后绳的拉力不从心F₂ =3.78N；钢板在水中受到的浮力 F₀= F₂—F₁= 0.38N

③分子之间存在引力，钢板与水面的接触面积大

④快速拉出、变速拉出、出水过程中角度变化、水中有油污、水面波动等等

5、“研究性学习”类实验

这类实验题具有如下特点：以学生在开展研究性学习的活动中所遇到的问题为背景命题，要求学生根据题给条件设计某些实验方案，或给出一些仪器（或实验步骤）来求解某个物理量，或对某些设计出的实验，分析其实验数据得到规律，并对可能产生的误差进行分析。如果试题是要求设计方案，其答案往往具有开放性，侧重考查学生的发散思维能力和创新能力。如果试题是对某些设计出的实验进行数据和误差分析，则要求学生具有扎实的基础知识和实验能力。

解决这类问题的基本思路和方法是：在熟悉各种仪器的使用方法、基本实验原理、方法和步骤的前提下，仔细阅读题目，理解题意，根据题给要求，广泛联想，设计出合理的实验方案即可。设计出的方案应尽可能简单、方便、可操作性强。对于数据处理和误差分析的试题，则应根据题目所给的文字、图表等信息进行分析，找出各物理量之间的关系（定性或定量的关系）并总结出其变化规律，把握问题的本质特征。

【例5】（2005年上海）科学探究活动通常包括以下环节：提出问题，作出假设，制定计划，搜集证据，评估交流等。一组同学研究“运动物体所受空气阻力与其运动速度关系”的探究过程如下：

A．有同学认为：运动物体所受空气阻力可能与其运动速度有关。

B．他们计划利用一些“小纸杯”作为研究对象，用超声波测距仪等仪器测量“小纸杯”在空中直线下落时的下落距离、速度随时间变化的规律，以验证假设。

C．在相同的实验条件下，同学们首先测量了单只“小纸杯”在空中下落过程中不同时刻的下落距离，将数据填入下表中，图（a）是对应的位移-时间图线。然后将不同数量的“小纸杯”叠放在一起从空中下落，分别测出它们的速度-时间图线，如图（b）中图线1、2、3、4、5所示。

D．同学们对实验数据进行分析、归纳后，证实了他们的假设。回答下列提问：

⑴与上述过程中A、C步骤相应的科学探究环节分别是___________，___________。

⑵图（a）中的AB段反映了运动物体在做_________运动，表中X处的值为_________。

⑶图（b）中各条图线具有共同特点：“小纸杯”在下落开始阶段做_______运动，最后“小纸杯”做______运动。

⑷比较图（b）中的1和5，指出在1.0~1.5s时间段内，速度随时间变化关系的差异：_________________________________________________________________。

时间（s）	下落距离（m）
0.0	0.000
0.4	0.036
0.8	0.469
1.2	0.957
1.6	1.447
2.0	X

【解析】⑴作出假设、搜集证据⑵匀速运动，1.937  ⑶加速度逐渐减小的加速运动，匀速运动 ⑷图线1反映速度不随时间变化，图线5反映速度随时间继续增大（图线1反映纸杯做匀速运动，图线5反映纸杯依然做加速度减小的加速运动）。

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