?李树祥

物理学是一门以实验为基础的学科，物理规律的发现和物理理论的建立都必须以严格的物理实验为基础。为了突出物理实验的重要性，历年来高考对实验考查的力度有增无减。在近些年的高考实验题中，很少有与我们课本上的实验一模一样的，多是立意新颖、形式多样的对课本实验的改造和创新设计，突出考查考生的综合能力和创新意识。面对这种情况，同学们应该如何提高实验复习的效率呢？

一、重视对课本实验的改进和迁移

高考实验题大多源于教材，只是稍有变化。这就要求我们在复习备考时要认真体会每个考纲规定实验的实验原理，着重思考这些实验有哪些可以拓展延伸的地方，不能满足于“知其然”，而必须“知其所以然”。例如，在探究小车速度随时间变化的规律实验中，可从利用打点计时器延伸到利用位移传感器、光电门传感器或频闪照相等多种方法测量速度、加速度;再如，在研究弹力和弹簧伸长量的关系实验中，可以延伸到研究弹簧被压缩或弹簧的F-x图像等。

例1 （2014年高考全国工卷）某同学利用图1所示实验装置及数字化信息系统获得了小车加速度a与钩码的质量m的对应关系图，如图2所示。实验中小车（含发射器）的质量为200g，实验时选择了不可伸长的轻绳和轻定滑轮，小车的加速度由位移传感器及与之相连的计算机得到，回答下列问题：

（1）根据该同学的结果，小车的加速度与钩码的质量成 ____（选填“线性”或“非线性”）关系。

（2）由图2可知，a-m图像不经过原点，可能的原因是____ 。

（3）若利用本实验装置来验证“在小车质量不变的情况下，小车的加速度与作用力成正比”的结论，并直接以钩码所受重力mg作为小车受到的合外力，则实验中应采取的改进措施是 ____，钩码的质量应满足的条件是____.

解析：本实验是以现代化的实验仪器位移传感器为载体探究a与F、m的关系，是对教材中用悬吊重物方法探究a与F、m的关系的传统实验器材的创新设计。

（1）根据图中描出的各点作出的图像是一条曲线而不是一条直线可知，小车的加速度与钩码的质量成非线性关系。

（2）根据图2可知，当钩码有一定质量，即轻绳有一定拉力时，小车加速度仍等于0，说明小车受到的合力等于0，原因是除轻绳拉力外小车还受到摩擦力作用。

（3）实验应采取的改进措施有两个：一个是根据图像不过原点可知，需要平衡摩擦力，因此需要调整轨道倾斜度;另一个是根据图像不是直线可知，小车受到的合力（轻绳的拉力）并不等于钩码的重力，因此需要减小所挂钩码的質量，使得钩码质量远小于小车质量。

（1）由实验数据得出如图4所示的拟合直线，图中纵轴表示 ___。

（2）Ic的国际单位为 ____ ，由拟合直线得到Ic的值为____ （保留小数点后两位）。

（3）若摆的质量测量值偏大，则重力加速度g的测量值 ____（选填“偏大”“偏小”或“不变”）。

解析：本实验是课本中“用单摆测定重力加速度”实验的改进，虽然将单摆的轻质细线改为了刚性重杆，但用图像处理数据的方法并没有变化。

二、明确设计性实验的解题思路

设计性实验通常要求考生根据给出的实验目的和器材，灵活运用所学的实验方法、原理、技能，进行创造性的思维，设计出切实可行的实验方案、测量方法、实验步骤，并处理数据、得出结论。实验设计的关键在于实验原理的确定，它是进行实验的依据和起点，它决定了应选用或还需哪些实验器材，应测量哪些物理量，如何编排实验步骤。实验原理的确定又往往依赖于所提供的实验器材（条件）和实验要求，它们相辅相成，互为条件。另外需要注意实验设计的精确性、安全性和可操作性。

求解设计性实验问题的基本思路：

例3（2015年高考全国工卷）某物理小组的同学设计了一个粗测玩具小车通过凹形桥最低点时的速度的实验。所用器材有：玩具小车、压力式托盘秤、凹形桥模拟器（圆弧部分的半径R =0. 20 m）。

完成下列填空：

（1）将凹形桥模拟器静置于托盘秤上，如图5甲所示，托盘秤的示数为1.00 kg。

（2）将玩具小车静置于凹形桥模拟器最低点时，托盘秤的示数如图5乙所示，该示数为____ kg。

（3）将小车从凹形桥模拟器某一位置释放，小车经过最低点后滑向另一侧。此过程中托盘秤的最大示数为m;多次从同一位置释放小车，记录各次的m值，如表2所示。

（4）根据以上数据，可求出小车经过凹形桥最低点时对桥的压力为 ___ N;小车通过最低点时的速度大小为____ m/s。（重力加速度大小取9. 80 m/s2，计算结果保留两位有效数字）

解析：本实验的原理是物体做圆周运动需要向心力，且指向圆心方向的合外力提供向心力，即F径台=man=m v2/R，据此结合仪器读数和数据处理方法，就比较容易解答了。

（2）根据秤盘指针可知，其量程是10 kg，因此指针所指示数为1. 40 kg。

（4）记录的托盘秤各次示数不相同，为减小误差，取平均值，即m =1. 81 kg。凹形桥模拟器的重力G=m'g =9. 80 N，因此小车经过凹形桥最低点时对桥的压力N'=N=mg-m' g=7.9 N。小车受到的沿半径方向的合力提供向心力，即7.9 N-（1. 40 kg1. 00 kg）×9.80 m/s2=（1. 40 kg-l.00 kg）.-v/R，将R=0. 20 m代人解得v=1.4 m/s。

例4 （2014年高考福建卷）某研究性学习小组利用伏安法测定某一电池组的电动势和内阻，实验原理如图6所示，其中，虚线框内为用灵敏电流计G改装的电流表A，V为标准电压表，E为待测电池组，S为开关，R为滑动变阻器，R0是标称值为4.0 Ω的定值电阻。

（l）已知灵敏电流计G的满偏电流Ig=100μA、内阻r2=2.0kΩ，若要改装后的电流表满偏电流为200 mA，应并联一只 ___Ω（保留一位小数）的定值电阻R1。

（2）根据图6，用笔画线代替导线将图7连接成完整电路。

（3）某次实验的数据如表3所示。

该小组借鉴“研究匀变速直线运动”实验中计算加速度的方法（逐差法），计算出电池组的内阻r=__Ω保留两位小数）;为减小偶然误差，逐差法在数据处理方面体现出的主要优点是 ___。

（4）该小组在前面实验的基础上，为探究图6电路中各元器件的实际阻值对测量结果的影响，用一已知电动势和内阻的标准电池组，通过上述方法多次测量后发现：电动势的测量值与已知值几乎相同，但内阻的测量值总是偏大。若测量过程无误，则内阻测量值总是偏大的原因是__ 。

A.电压表内阻的影响

B.滑动变阻器的最大阻值偏小

C.R1的实际阻值比计算值偏小

D.R0的实际阻值比标称值偏大

解析：本实验的原理是串、并联电路知识和欧姆定律，据此结合逐差法就可解答了。

（4）由E=U+I（R0+r）可知，由于电压表内阻的影响，导致通过电源的电流比测量值偏小，故内阻测量值总是偏大，选项A正确。滑动变阻器的阻值不会影响内阻r的测量结果，选项B错误。电表改装时，R1的实际阻值比计算值偏小，可导致通过表头的电流偏小，电流表读数偏小，故内阻测量值总是偏大，选项C正确。由E=U+I（R0+r）可知，R0的实际阻值比标称值偏大，可导致内阻测量值总是偏大，选项D正确。

总结：高考对实验的考查不会超出“三个掌握，五个会”的范围，即掌握实验目的、步骤、原理;会控制条件、会使用仪器、会观察分析、会处理数据并得出相应结论、会设计简单的实验方案。求解设计性实验问题的关键是明确实验原理，实验原理就是以物理规律或物理公式含有的某一物理量为研究或测量对象。因此同学们在复习备考时要抓住基本知识，在深刻理解和灵活应用上下功夫，真正做到以不变应万变。

（责任编辑 张巧）