高考物理专题复习讲义谈高中物理习题解决的小实验法.docx

高考物理专题复习讲义谈高中物理习题解决的小实验法.docx

《高考物理专题复习讲义谈高中物理习题解决的小实验法.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理专题复习讲义谈高中物理习题解决的小实验法.docx（14页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

高考物理专题复习讲义谈高中物理习题解决的小实验法

谈高中物理习题解决的“小实验法”

广义的“实验法”是利用相关的仪器仪表和设计的装置通过对现象的观测，数据的采集、处理、分析后得出正确结论的一种科学方法。

它是研究、探讨、验证物理规律的根本方法，也是科学工作者研究物理的主要途径。

当然，其中也包括了观察法，观察实验时应注意重复试验，切实做到去粗存精、去伪存真，使观测数据精细准确，并且通过计算理论与实验的误差，发现、验证、提出和修正物理规律。

在高中物理中有这样两类习题：

（1）理论上较繁或推理说明显得不充分有力。

（2）即使理论计算推导正确，我们有时仍是半信半疑。

对于这两类问题，与其口舌费尽，还不如做一些简便小实验，不仅事半功倍，说服力强，而且可培养我们的观察能力，联系实际的能力。

此种解决问题的方法，称试验法。

这里所谓“小实验法”，是指针对某些模棱两可、难以理解的问题，设计简单的试验、并从试验中直接获取答案或解题的必要信息，进而做出正确判断或导出有用的结论的思维方法。

小实验法解题的主体对象，原则上包括选择、填空、作图、计算、STS、综合等各种类型的题目,而绝不仅仅局限于实验类习题，因此具有非常的实用性和良好的解题效益。

【例题解析】

通过下述讨论可知，在力所能及的条件下，我们常可因陋就简、就地取材，做一些有趣的小实验，成功解决许多令人模棱两可、或难以理解的大问题。

用“小实验法”所解决的习题，习惯上常用直接实验和间接实验的方法。

下面，分别举例予以说明。

　⒈直接试验法

　　所谓直接试验法，就是直接依据物理习题的要求设置、完成试验，并且依据试验结果回答问题的思维方法。

其特点是直观、显明。

它体现了物理学以观察、实验为基础的特点，并对纠正理论分析的偏见，启迪思路很有帮助。

【例题1】如图5—1—1所示，金属小筒的下部有一个小孔A，当筒内盛水时，水会从小孔中流出，如果让装满水的小筒从高处自由下落，不计空气阻力，则在小筒自由下落的过程中：

A．水继续从相同的速度从小孔中喷出

B．水不再从小孔中喷出

C．水将以较小的速度从小孔中喷出

D．水将以更大的速度从小孔中喷出

【解析】对于这个题，许多同学容易产生暇想，导致错误的认识。

若用一个矿泉水瓶在其侧壁的不同高度处开上两个小孔，装满水，用手将瓶子提至较高处，松手，让瓶自由下落，我们科清楚地观察到水根本不流出。

通过此实验无疑说明答案B是正确的。

【点拨】以侧壁开孔的小筒实际演示，即可通过人的感官，感知获得正确、完整、全面的信息，再结合理论的分析，就能做出正确的答案，并且对此加深了理解。

我们必须在物理教学和解题观念上来一个大的转变，既然物理学本身就是一门实验的科学，因此实验法也就应当是物理习题的一种最正宗的解法，而应给予必要、足够的重视。

【例题2】讨论一个生活中的物理问题，粮店售米机引出的一段营业员与顾客的争执。

售米过程中，营业员一手把着出米口的闸门，一边观看磅秤的横梁，当横梁刚好悬平，就立即关闭出米口的闸门。

对这种衡量过程，顾客提出异议说：

“米还在向下冲，你把米的冲力当作米的重量秤给我，我吃亏了。

”营业员说：

“我把空中的这段米也给你了，你不但不吃亏，还便宜了。

”你如何评价此事、

【解析】实际上，我们只要亲自动手做一个类似小实验，“等空中的米全部落到磅秤上的米斗内静止时，再秤一下。

”发现米不多不少，谁也不吃亏，问题圆满解决。

请你应用动量定理来证明空中的这段米的重力刚好等于米向下的冲力。

你有没有没有意识到这一点呢？

实践是检验真理的标准。

由此可见，用实验的方法解决物理问题的确非常必要，实验法是物理学处理问题的最基本的方法之一。

通过小实验法，可估测出变压器原、副线圈的匝数。

【例题3】在实验室里，有一个如图5—1——3那样的可拆变压器，请您设计一个实验方案，估测出变压器原、副线圈的匝数。

现在，您的手边有提供的实验器材：

一个可拆变压器、交流电压表、直流电源、滑线变阻器，小磁针、200V交流电源、电键各一个、铜漆包线（规格与变压器原线圈所用漆包线相同）及导线若干。

【解析】首先，象图5—1—4（a）那样连接电路，然后将小磁针的N极靠近原线圈的一端，根据偏转情况判定线圈极性；再用安培定则判断出绕向。

按照与原线圈相同的绕向，用铜漆包线在原线圈上加绕n（例如100）匝，将加绕后的线圈接入220V交流电路（如图5—1—4（b）），读出交流电压表的示数

；拆除加绕的n匝线圈，仍将原线圈接入220V交流电路，闭合电键后，读出交流电压表的示数

。

从而

＝

①

＝

②

联立①②式，即可求出

，

【点拨】此例考查综合运用学习知识进行实验设计的创新能力。

若我们的思维缺乏创新，则无法灵活运用变压器原理，构思巧妙的设计思路．

【例题4】例5—1—5做凸透镜成像实验时，移动光屏、凸透镜和蜡烛的相互位置，在光屏上出现蜡烛清晰的像后，再用黑纸把凸透镜沿水平线上边的半圆贴起来不让光线通过，则光屏上

　　（A）只剩下上边一半的像。

　　（B）只剩下下边一半的像。

　　（C）像完整，但要比原来的暗。

　　（D）像的情况不变。

　　【解析】由于很容易受图示光路的误导，因而往往使我们选错答案。

此时应首先采用简单、直观地实验的方法，证明C的正确，然后反过来对照实验的真实情况，分析选错的原因。

这是因为发光点A发出的光线，可以通过如图的虚线3等等也能到达A/，只是形成实像的光线有所减少罢了。

【例题5】 让日光灯与网片某一边平行，按图5—1—6（左）所示放置日光灯、网片、白纸，移动白纸到网片间的距离，白纸中影子的变化情况如何？

根据所学物理知识，解释出现的现象。

【解析】现对影子水平线作分析。

AB为竖直放置的日光灯，ab为网片水平条的宽度，由图4可知，本影区为abO，当白纸在ab与O之间时，可以看到网片水平条的清晰本影，当白纸移出abO区域后，水平条就没有本影了。

对于网片竖直条的影子，由俯视图5—1—6（右）可知，竖直条的本影区为a′b′O′，离网片距离较大，所以当白纸离网片略远时，水平条影子已经消失，而竖直条影子还清晰可见。

再远时，即当白纸移到O′点之外时，竖直条的影子也看不见了。

【点拨】这是一道开放性的试验问答题，许多同学平时不愿意做，也回答不好这样的问题。

其实，要得到正确的结论，还是比较容易的，只要用白纸做一网片动手实验一下即可。

不过，实验时注意日光灯管应与网片平面彼此平行。

⒉间接试验法

　　间接试验法，可分为实物替代法、对比试验法、转换试验法和理论模拟法等几种思维方法。

　　⑴实物替代法

　　【例题6】湖面有一小船，小船里装有一些石头，现将石头沉入湖中，问湖面是升高、降低还是不变？

（假设其它条件都不变）

【解析】此例我们可用实物替代法解答。

比如，用一个装有水的容器来代替湖、较大的木块代替船，再用一个石块代替石头来完成这一实验。

实验发现：

水面下降了。

从理性分析角度，可把石头和船作为一个整体考虑，当船在湖面上时，整体受到的浮力等于它的总重量；而当石头沉至湖底时，由于石头受到湖底支持力，因此整体受到的浮力必定小于它的总重量。

显然，其所受浮力减小了，而

，亦即排开水的体积减小，进而推知水面应是下降。

【例题7】 如图5—1—7所示，运输液体货物的槽车，液体中有气泡，当车向前加速开动时，气泡将向哪个方向运动?

【解析】若遇聪明的读者，用矿泉水瓶子和小车制成如图5—1—8所示的运输车模型，花一点时间演示一下，则可明显看到气泡相对于瓶子向前运动。

理论上怎么证明呢?

大致有两种方法：

方法1：

利用惯性知识说明。

气泡和水都有惯性，但与气泡同体积的水的质量大，惯性也大，所以气泡被水挤到车的前端，即气泡相对于液体向前运动。

方法2：

用牛二定律求解。

将气泡用相同形状的水来替代，水所受力F=m水a水=m水a车，由于m气＜m水，而F不变，故a气＞a车。

气泡相对于车向前运动。

【思考题】如果运输车突然刹车和一直匀加速过程中，现象又会怎样呢?

（答案：

前者向后，后者不动） 

【点拨】由于液体的密度比气体的密度大得多，槽车内气泡的质量比同体积液体的质量小得多，而气泡的惯性也就比同体积液体的惯性小得多，因此运货槽车的运动状态发生变化时，液体的惯表现出明显的优势。

当车开动时，车内液体由于惯性要保持原有静止状态，因而就会相对于车向后挤，导致气泡相对于车向前运动；反之，当车突然刹车时，车内液体由于惯性要保持原有速度继续向前运动，这因而就会相对于车向前挤，导致气泡相对于车向后运动．

【例题8】（00广东模拟） 有两个完全相同的齿轮A、B，A固定不转，B围绕A顺时针转动，当B在A的右侧时，B上的标志箭头刚好竖直向上，如图5—1—9所示，问当B转到A的左侧的虚线所示位置时，其标志箭头所指方向是：

A.向上； B.向下； C.向左； D.向右。

【解析】此题既不涉及深奥的物理知识，也无关于繁杂的数理运算，就是考查我们的空间想象能力和实验意识。

据说加之于高考模拟测试，学生错误较多，并且惊人地发现，考试时很少有学生想到：

拿出口袋中的两个硬币亲手转一转。

若用两个壹元（或一角）的硬币，以币上“1”字为标志，轻轻一转，则不难获取正确答案：

A。

⑵对比试验法

高中物理中，有许多物理现象和实际问题，比较难以认识和理解。

若能借助于对比实验，亲身体验一下，即可心领神会，往往会容易得多。

【例题9】如图5—1—10所示，长为2L的轻质硬棒和不可伸长的细线，左端可绕过O点的光滑水平轴转动，两者的中点及右端均分别固定两个完全相同的小球A、B。

现把两个系统均拉到水平位置，然后无初速释放。

试分别讨论当A球转至竖直位置时，两球的速度各为多少？

【解析】参见系统思维“试错法”相关内容。

我们从简单的实验中，由于得到不少有益的启示，给解决问题指明正确的方向，进而应用物理概念和规律可顺利解决问题。

实践表明，解题效果也是很好的。

⑶转换试验法

有时，我们会遇到一些比较贴近工作、学习、生活等实际物理问题，也可应用试验法处理。

下面，先讨论一个简单、粗略地测量物体高度的问题。

①测量发射塔的高度

【例题10】我们常说，“光在同一种均匀介质中是直线传播的”。

给你一根标竿、一把皮尺，试依据光的直线传播的道理，请您测量一下“卫星发射塔”的的大致高度。

写出实际测量的原理、方法、步骤。

【解析】显然，直接测量卫星发射塔的高度，有相当大程度的困难，因而采用间接试验的方法。

首先，根据光的着直线传播原理，作出如图5—1—11那样的实地测量示意图。

设标杆竖直高度为h，用皮尺测出测量者到标杆、发射塔的距离分别为l、L。

再设发射塔的高度为H，从而，由三角形相似定理可得

不难求出

若已知标杆高度

若已经精确测出测量者到标杆、发射塔的距离分别为

则得

【点拨】另据发射测试站站长郭忠来答记者问“发射塔多高啊？

”，称发射塔高105m，计13层，确实相当壮观。

②试触法

在电学的伏安法测量电阻的实验中，判断电流表的内接和外接，常用下面的规则：

若

，则内接，且有测量值大于真实值。

可记作“电阻大——内大”。

若

，则外接，且有测量值小于真实值；可记作“电阻小——外小”。

但，真要判断电流表的内接还是外接，实际应用更方便的，还是下面介绍的“试触法”。

【例题11】用伏安法测未知电阻Rx时，若不知Rx的大约数值，为了选择正确的电流表接法以减小误差，可将仪器如图5—1—12所示接好，只空出一个电压表的一个接头K，然后将K分别与a，b接触一下，观察电压表和电流表示数变化情况，则（）

A.若电流表示数变化显著，K应按aB.若电流表示数变化显著，K应按b

C.若电压表示数变化显著，K应按aD.若电压表示数变化显著，K应按b

【解析】若电流表示数变化显著，则说明电压表分流太多，

相差不多，由于

，亦即

成立，因此电流表宜内接，K应按b，故知A错B对；若电压表示数变化显著（自然电流变化小），则说明电流表分压太多，

相差不多，由于

，亦即

，则宜外接电流表，K应按a，故知C对而D错。

因此，本题答案：

BC。

【点拨】总之，判断电流表的内接和外接，可概括为“电流变化大——内大”；而“电流变化小，外小”——此可为“试触法”的精髓。

③测大气压以求大气层的重量

【例题12】在河边，给你一根60cm左右两端开口的细玻璃管、米尺一把、一小块橡皮泥。

请你设法估测整个地球大气层的总重量。

（1）写出估测原理；

（2）主要实验步骤；

（3）所需测量的物理量；

（4）整个地球大气层的总重量表达式。

（不得下水测量。

已知地球半径为R）

【解析】试验原理：

从宏观角度来说，大气压强是地球对大气层的万有引力产生的，只要求出整个地球表面所受的大气压力，即可作为整个大气层的总重力。

而这个压力，就等于地球表面的大气压强与地球表面积的乘积。

由于题目没有提供气压计，必须运用有关物理规律间接测定大气压强。

于是，联想到用气体性质的规律——玻意耳定律来测定大气压强。

试验步骤：

1．先测出两端开口的玻璃管的长度L0；如图5—1—13所示

2．把玻璃管一部分插入水中，并用橡皮泥封住上端口，测出水面上被封气柱的长度L1；

３．把玻璃管提出水面，开口竖直向下放置，再测出此时被封气柱的长度L2；

４．由玻意耳定律求大气压强P0.

推导过程：

由玻意耳定律得：

，求得：

整个地球表面上所受的大气压力：

。

确认答案：

上式表示整个地球大气层的总重力。

⑷理论模拟法

理论模拟法，是指在头脑中上所做的一种假想试验。

【例题13】甲乙两人从跑道一端前往另一端，甲用一半时间跑，一半时间走；乙跑一半路、走一半路。

如果他们走和跑的速度分别相等，则

　　（A）甲先到达终点。

（B）乙先到达终点。

　　（C）两人同时到达。

（D）无法确定。

【解析】此例可用理论模拟法解答。

首先，设跑、走两个速度的特殊值

然后进行理论（想）模拟。

甲跑、走各用10s，则在

内完成的路程

。

乙要完成相同的路程则需跑30m，走30m，共用时间

。

显然

，故甲先到终点，答案应选A。

　【例题14】一只船在静水中的速度一定。

船在河水中逆流而上，经过一座桥时，船上一只木箱掉在水中，经过1min时间，船上人才发现，立即返回追赶，在距桥300m处追上木箱，则河水的速度m/s。

【解析】本题涉及到相对运动的计算问题，可以求解，但很复杂。

可用生活中的物理现象做模拟实验。

把匀速流动的河水类比于匀速行进的火车；把船逆水而上类比于人在火车车箱中向后走去；木箱掉落水中类比于物体掉落车箱上；由此可以想象，人发现掉物的时间跟返回找到物体用的时间是相等的。

与此类似，船上人发现掉物并返回追上物体共用2min时间，而物体运动速度就是船的速度，即v=s/t=300/120m/s=2.5m/s。

综上所述，在高中物理学习和解题活动中，实验法有着不可替代的作用和极其重要的地位。

实践表明，我们学会和应用实验法解题，不仅能增强实验意识、激发学习兴趣，加深对物理概念、规律的理解，而且能及时纠正偏见，摆脱困惑，拓宽思路，从而提高实验操作能力、解决复杂问题的能力和创造性思维的能力。