物理实验设计原则
所谓设计实验，是在明确实验目的的基础上，根据实验原理和要求，自己选择适当的器材，或从题目中选择合理的器材，制定实验方案，求出实验结果。

这种实验对学生的能力要求较高，学生必须熟练掌握实验的全部原理、器材、操作与技巧，并能触类旁通地灵活运用。

客观地讲，设计性实验对学生综合运用所学知识、对学生创造能力要求比较高，但是它所用的器材、原理、方法都渗透在学生实验、演示实验或课本知识之中。

在设计、操作实验时，只是要求学生将它们创造性地组合。

因此，在试验教学中，应通过演示实验有目的地培养学生敏锐的观察能力和思维能力；同过实验操作有意识地让学生了解所学仪器、器材的性能和使用方法；通过分析学生实验，让学生熟悉实验方法、弄清实验原理。

只有这样，才能使学生在实验思路上触类旁通，全面提高学生实验能力，从而有效地提高较高的实验能力。

一．设计型实验的设计原则
科学性：设计的方案应有科学的依据及正确的方式（1）方案中所依据的原理应遵循物理规律，且要求选用的规律简明、正确。

（2）方案中所安排的步骤应有合力的顺序，其操作实验规则要求。

（3）方案中进行数据处理及误差分析应依据科学的研究方法。

1.安全性：按设计方案实施时，应安全可靠，不会对器材造成损坏。

（1）选用器材时，应考虑器材性能及参量（如：仪表量
程、电器的额定值、测力计的弹性限度等）的要求。

2.精确性：实验误差应控制在误差允许的范围之内，尽可能选择误差较小的方案。

（1）在安装器材时或使用仪器之前，应按实验要求对器材、仪表精心调整。

如：欧姆表用前要进行调零。

（2）选用合适的测量工具（直尺、仪表）及合适的量值范围，使之与被测量数值相匹配。

如：使用万用表测量电阻时，应选用合适的档位，使测量时电表指针指在中央刻度值附近。

（3）针对实验中可能出现的偶然误差，往往多次重复实验，获取多组实验数据、结果，以选取有效信息、数据。

（4）设计合理的数据处理方式。

如：求取算术平均值、用坐标纸作图像等。

3.简便性、直观性，设计实验应便于操作、读数、进行数据处理，便于实验者直观、明显的观察。

二．设计型实验的设计思路
解决设计型实验问题的关键在于选择实验原理，它是进行实验设计的根本依据和起点。

它决定应当测量哪些物理量、如何安排实验步骤等项目。

实验原理的确定：一是根据问题的要求，二是根据问题的条件。

如果问题中没有给定（或给足）实验器材，实验设计的基本思路是：1.根据问题的条件和要求，构思相关的物理情景；2.确定实验原理；3.确定测量的物理量；4.安排实验方案。

有时，对同一个问题，可以构想出不同的物理情景，导出物理量的不同表达形式，以这些表达式作为实验设计的依据，会有不
同的设计原理和设计方案。

如果问题已给足实验器材，则只能按所给器材构造物理情景。

相对而言，实验原理和实验方案都会受到较大的限制。

三．设计型实验的思想方法
1.模拟法
在进行物理研究时，有时受客观条件的限制，无法对某些自然现象进行试验。

此时，我们人为地创造一定的条件和因素，使之与自然现象有一定的相似特征，从而在模拟的情形下进行实验，“变无法为有法”。

如：（1）直接对静电场的等势线进行测量很困难，我们可利用易测量的电流场模拟静电场方便的进行研究。

（2）雨过天空出现彩虹现象。

虽然无法直接研究，但是我们可以用棱镜对光的色散来模拟彩虹，从而达到研究的目的。

2.转换法
将一不易测量的物理量转化为另一易测量的物理量，成为转化法。

如：（1）在测量金属率的实验中，虽然无法直接测量，但可用直尺、螺旋测微器分别直接测出金属丝长度、直径，并将金属丝接入电路，直接用电表测量其两端电压和电流，在运用欧姆定律、电阻定律间接测出金属电阻率。

（2）在测匀变速直线运动的加速度a时虽然无法直接测量，但利用运动学规律：
⊿s=a T2，将对加速度a的测量转化为对位移S和时间T的测量。

3.放大法
将难于测量的微小量通过一定的规律放大后再进行测量，这
种测量方法为放大法。

如：在“用单分子油膜法测分子直径实验“中，用量筒无法直接测量一滴油的体积，但可以利用滴管向量筒滴200—300滴油的体积，把此测量结果除以油滴滴数，即得每滴油的体积。

（2）在利用单摆测定重力加速度的实验中，如果直接测量单摆一次全振动的时间作为周期误差必然很大。

但是，我们用秒表测量摆球完成50次全振动所用时间，即可得单摆振动周期，大大减小误差。

4.比较法
在物理实验中，常通过一些物理现象或物理量的比较，从而达到异中求同或同中求异的目的，这种研究方法为比较法。

比较法最明显的优点是：尽量少进行直接测量，多运用比较的方法，以此减少由于测量仪器的不准确而带来的误差。

如：（1）天平是将被测物体质量与砝码质量通过比较进行测量的仪器。

（2）在进行光谱分析时，将某种未知物质的明线光谱或吸收光谱与元素的特征光谱进行比较、观察，异中求同，即可鉴别物质或确定它的化学组成，这也是运用比较法的典型做法。

5.代替法
用一个标准的已知量代替被测量，并调整此标准量，使整个测量系统恢复到替代前的状态，则被测量等于标准量。