逍遥学能 2016-01-28 09:34
初中物理实验设计题是综合性较强的一类习题，意在考察学生对物理知识的综合理解能力和运用能力，深化和拓展课本中的知识。但是在实际教学中，我们常常会发现，部分学生对此类习题无从下手，或者心里明白该怎样设计，但用语言表述出来则往往词不达意。本文拟就这个问题举例说明，但愿能给同学们有所启迪。
【例1】有一个阻值已经看不清楚的电阻器R1，我们要想测出它的阻值，但手边却只有一个电池组、一个电压表，一个已知阻值的电阻器R2和几根导线。你有办法测出R1的阻值吗？说出你的测量办法和理由。
〖分析〗
显然，要用我们熟悉的“伏安法”测出R1是不可能的，因为没有电流表。根据公式R1=U1/I1，U1可测，如果我们把R1与R2组成串联电路，则I1=I2=U2/R2，U2也可测，于是R1便可计算出来。
〖解答〗
我们把未知阻值的电阻R1与已知阻值的电阻R2串联在电路中，用电压表分别测出R1和R2两端的电压U1、U2，则可以算出通过已知电阻R2的电流为：I=U2/R2，由于串联电路的电流处处相等，这个电流也是通过未知电阻R1的电流，于是未知电阻R1的阻值为：
R1=U1/I=U1R2/U2
【例2】在两千多年前，阿基米德就解决了如何鉴定王冠是不是纯金做成的这一难题。现在，请你利用弹簧秤、水和容器，鉴定一只王冠是不是纯金（已知金的密度为ρ0）做成的，要求写出具体步骤和做法。
（原全国物理竞赛初赛初三组试题）
〖分析〗
我们要鉴定这只王冠是否纯金做成的，其思考方法有三：
其一，设法测出王冠的质量m与体积V，算出其密度ρ，再与已知金的密度ρ0比较；
其二，设法测出这只王冠的体积V，算出与这只王冠等体积的金王冠的质量m（或重G），再与这只王冠的质量（或重G）比较；
其三，设法测出王冠的质量m，计算出等质量的金王冠的体积V，再与这只王冠体积比较。
显然，无论运用哪种方法来鉴定，都要设法测出这只王冠的质量m（或重G）和体积V。
根据题中已知条件，利用弹簧秤，王冠的重G可测（质量m=G/g也可算出）。王冠的体积V只能间接“算”而不可能直接“测”，因为没有测量仪器量筒。根据已有的器材，我们可以想到阿基米德原理F浮=ρ液gV排中的“V排”；如果把王冠全部浸没在水中，测出它此时受到的浮力F浮，就可以算出王冠的体积V=V排，用弹簧秤F浮是比较简单的，于是问题可解。
〖解答〗
将王冠挂在弹簧秤上，称得王冠在空气中的重为G，再将王冠完全浸没在水中称，称得此时王冠重为G′。则由阿基米德原理可得到王冠在水中受到的浮力：
F浮=G—G′=ρ水gV；于是，可得王冠的体积：
V=（G—G′）/ρ水g，再利用金的密度ρ0，可算出等体积的纯金王冠重为G0=ρ0Vg，比较G与G0若相等，则王冠是纯金做的；若不等，则王冠不是纯金做的。
从上面两例的解答可以看出，在这类题目的解答过程中，我们应对所学的物理概念、基本公式、物理原理、定律等比较熟练，叙述时恰当地辅以图形，道明需要测定的物理量和测量方法，并把这些物理量用确定的字母表示（一般不列举具体数字），则表述过程会显得简洁、明了。下面的练习题同学们不妨一试：
1．现在我们要测量一个未知电阻Rx的阻值，但是手边只有一个电池组、一只电流表、一个已知阻值的电阻器R0以及几根导线，你能否用这些器材设法测出Rx的阻值？叙述出你的测量方法。
（提示：仿例1）
2．现在有铅笔一支，刻度尺一把以及一台台秤，请你利用以上这些器材测量出一卷铜导线的长度，要求在测量中不能把这卷导线全部拉开，更不能把导线截断，要求写出测量步骤和计算办法。（铜的密度用ρ铜表示）
（1998年四川省物理竞赛初二组试题）
（提示：可沿公式m=ρ铜V=ρ铜?Sl=ρ铜?πR2l去思考）
3．商店里有一种圆形软塑料吸盘，把它按在玻璃（或其他光滑平面）上，挤出它和玻璃之间的空气，它就可以牢牢地“吸”在玻璃平面上，请你利用这样的吸盘以及刻度尺、弹簧秤和细绳等工具来估测大气压的值。
（1999年四川省物理竞赛初二组试题）
（提示：沿公式P=F/S去思考）