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物理是以实验为基础的学科，不论是理科综合能力测试还是单学科的高考，都十分重视实验能力的考查．近年来高考物理中的实验题已从侧重于考查实验的原理、器材选择、步骤、数据处理、得出结论、误差的定性原因等即考查实验仪器的使用、基本操作等最基础的实验能力，向着更侧重于考查对实验原理的理解、实验方法的灵活运用等更高层次的能力要求转变，从常见的学生分组实验、演示实验及课后小实验的考查向更高层次的设计性实验考查过渡．不论是考纲还是历年高考试题都给高考设计性实验复习指出了明确的方向．
1设计性实验的灵魂－实验原理
近几年高考中的设计性实验题目，立意新颖、灵活多变．由于题目新、难度大、能力要求高，因此设计性实验成为制约物理高考成绩提高的“瓶颈”，并且凸现为高考复习的难点．其实不论题目多么新颖，不论怎么变化，须知万变不离其宗，这个“宗”就是实验原理．原理是实验的总纲、灵魂，设计性实验也概莫能外．高考理科综合能力测试《考试大纲》对设计性实验题目的考查有具体明确的要求：“能灵活地运用已学过的物理理论、实验方法和实验仪器去处理问题”．设计性实验题看起来内容很生疏：不是照搬课本上现成的实验，而是将教材上的演示实验、分组实验或者课文后面的小实验改造而成．但本质却依旧：设计性实验考题都是根据现行教学大纲和考试大纲，立足于课本，在已学实验（包括学生分组实验、演示实验及课后小实验）的基础上演变而来的，是建立在对所学实验原理的深入理解的基础上的．因此，在复习中应重视实验原理，认真做好教材中规定的基本实验，理解和掌握实验内容，在此基础上，能利用已学知识、原理和方法在题设的条件和情境下，按照题设的要求制定出实验方案，选择实验器材、安排实验步骤、设计实验数据处理方法及实验误差分析，逐渐提高实验迁移能力和设计、解决简单新颖实验情境的能力．做题时能认真审清题意，明确实验目的，应用迁移能力，联想相关实验原理．
2设计性实验的基本原则与方法
高中物理设计性实验，就是根据实验目的，运用掌握的物理概念和规律、实验方法，选择给定的仪器（或实验室中常用的仪器）、器材设计实验方案，达到相应的实验目的．
设计方案包括选用合适的实验方法和原理、选择配套的实验器材、安排正确的实验步骤、设计科学的数据处理方法，并对实验误差进行客观分析，对实验方案给予总结和评价．
2．1设计原则
[HTH]目的性[HT]实验是研究物理现象，得出物理规律的重要方法和手段．设计实验必须有明确的目的，针对目的选择适当的实验方法、仪器、器材，突出问题的主要方面，减小实验误差．设计性实验多数属于测定性实验，通过直接测定某一个或一些物理量，研究物理量间的关系，得出相应的实验结论．故应做到：方案应能达到实验要的目的，且要求选用的规律简明、正确；
方案使用的仪器和器材应是实验室可供选用的仪器和器材．
科学性设计的方案应有科学的依据及正确的方式．方案中所依据的原理是物理定律、定理、法则、概念的正确应用，方案本身的误差小，不是误差的主要来源．且简明、方便；方案中安排的步骤应有合理的顺序，其操作符合实验规则；方案中进行数据处理方法科学，有利于减小实验误差．
安全性按设计方案实施时，应安全可靠，不会对仪器、器材、人身、周边环境造成危害（或将危害减到最小）．选用器材时，应考虑仪器、器材性能及量程（如仪表量程、电器的额定值、测力计的弹性限度等）的要求．设计方案时，应设置保护设施．
精确性实验误差应控制在误差允许范围之内，尽可能选择误差较小的方案．具体地说：在安装器材时或使用仪器之前，应按实验要求对器材、仪器精确调整．如在使用测量仪表之前，应留心进行机械调零；选用合适的测量工具（直尺、仪表）及合适的量值范围，使之与被测数值相匹配．如使用多用电表测量某电阻时，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；电压表测电压或电流表测电流时，指针偏角应大于1/3；针对实验中可能出现的因操作而带来的偶然误差，往往多次重复实验，获取多组实验数据、结果，以备选取有效信息、数据．测量微小量时，可采用放大原理减小误差，如测单摆的周期时，采用测量50次全振动的时间求周期，而不采用测一次全振动的时间；设计合理的数据处理方式．如将多组有效数据相加后除以测量次数，取其算术平均值（一般求待测量的算术平均值）．
简便性设计实验应便于操作、读数．
2．2物理实验的设计方法
模拟法由于受客观条件的限制，某些自然现象无法直接观察和测量．为此，根据研究的现象与所熟知的某些现象的相似性，人为地创造一定的条件和因素，在模拟或仿真的情形下进行实验，研究自然规律，“变无法为有法”．如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地进行研究．
转换法要测量、研究的物理量并不一定能直接测量，或可能不方便测量，或直接测量不够准确，不利于研究其变化规律，通常可以通过传感器，将不易测量的物理量转化为相对容易测量的其它物理量，或者，根据物理规律，通过研究与之相关的物理量，从而研究其变化规律等．这种转化方法称为转换法．转换法在物理实验中应用比较广泛，例如在测量金属电阻率实验中，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、电阻（将金属电阻丝接入电路，直接用电表测量电阻两端电压和电流，测电阻），再运用电阻定律间接测出金属电阻率．实际上，在高中物理的测量性实验中，几乎都运用了转换法．
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，这种方法称之为放大法．许多精密测量仪器都应用了这种思想，如游标卡尺、千分尺、库仑扭秤等．在“利用单摆测重力加速度”的实验中，如果直接测量摆球作一次全振动的时间作为周期的测量值，那么测量误差必然较大，但我们用秒表测量摆球完成50次全振动所用的时间，即可计算出单摆振动周期，且大大减小测量误差．在“用单分子油膜法测分子直径实验”中，用量筒无法直接准确地测量-滴油的体积，但可以利用滴定管向量筒滴200-300滴油，量出其体积，把此测量结果除以油滴滴数，即得每滴油的体积．
比较法通过对一些物理现象或物理量的比较，找出物理量间的倍数关系或相同、相异特征，推断物理现象的本质特征，测量出相关物理量，这种研究方法为比较法．如天平（或杆秤）是将被测物体质量与砝码质量通过比较进行测量的仪器．
替代法用一个标准物替代被测物，并调整标准器材，使整个测量系统恢复到替代前的状态，则被测物与标准物的某些物理量必然相等，从而相应的待测物理量与标准物相等．如：用电阻箱代替某个未知电阻，在其它条件不变的情况下，调整电阻箱的阻值，使电路的电流相等，则被测电阻的阻值等于电阻箱的阻值．
描迹法有些物理量或物理现象是随时间变化的，或可以观察但不易直接测量和描述，因此，将其变化过程中的特征位置描绘出来，便以进行细致的研究和测量，这种方法称之为描迹法．通常是使用多次描点、频闪照相、打点计时器打点等记录方式，是一种直观、直接地反映实验结果的一种研究方法．如用打点计时器研究物体的运动，通过记录每隔相等的时间，物体的位置来研究其运动规律．
2．3实验数据的处理方法
平均值法在多次测量中，由偶然因素引起的，使测量值偏大、偏小的程度机会均等，故将多次测量值相加，所有偏差的代数和为零．将待测物理量的若干次测量值相加后除以测量次数，求取算术平均值的方法称为平均值法．此平均值与真实值相差很小，可基本消除偶然误差．因此在实验中，一般应多次测量直接测量值．若直接测量值并非待测物理量，则应根据原理多次计算待测物理量值，并求其算术平均值．
图象法用图象表达因变量与自变量之间函数关系的方法．这种方法比较直观地反映了物理量间的关系，容易推断物理量的变化规律，是研究新问题，探索新规律时经常使用的数据处理方法，也有利于发现实验中误差较大的数据或出现错误的数据，可有效地减小偶然误差．
图象法注意事项：应恰当地选取纵轴、横轴的标度，并根据数据特点正确确定坐标起点，使所做出的图象大致布满整个坐标图纸（如在“测定电池电动势和内阻”的实验中，作U－I图象时纵坐标的起点一般不为零）．描点必须准确，去掉误差很大或错误的测量数据；为能直观地推断因变量与自变量之间关系，一般通过直线图象来确定．作图线时，尽可能使直线通过较多坐标描点，不在直线上的点也要尽可能对称分布在直线的两侧（若有个别点若偏离太远，则应是因偶然误差太大所致，应予以舍去），以减小测量的偶然误差；若两变量间的关系显然不是直线，可在绘出曲线的基础上，推断其可能变化关系，然后做出新的图线，验证自己的推断．
比较法在验证性实验中，理论值与实验数值的相对误差较小时，可以认为理论得到实验的检验，是正确的．因此将实验数据与理论数据直接比较即可．如在研究“互成角度的两个共点力的合成”实验中，可直接比较实验中测出的合力与根据平行四边形法则测得的合力（对角线），比较两矢量的大小、方向，即验证平行四边形定则的正确性．
3设计性实验例题
1设计性实验的灵魂－实验原理
近几年高考中的设计性实验题目，立意新颖、灵活多变．由于题目新、难度大、能力要求高，因此设计性实验成为制约物理高考成绩提高的“瓶颈”，并且凸现为高考复习的难点．其实不论题目多么新颖，不论怎么变化，须知万变不离其宗，这个“宗”就是实验原理．原理是实验的总纲、灵魂，设计性实验也概莫能外．高考理科综合能力测试《考试大纲》对设计性实验题目的考查有具体明确的要求：“能灵活地运用已学过的物理理论、实验方法和实验仪器去处理问题”．设计性实验题看起来内容很生疏：不是照搬课本上现成的实验，而是将教材上的演示实验、分组实验或者课文后面的小实验改造而成．但本质却依旧：设计性实验考题都是根据现行教学大纲和考试大纲，立足于课本，在已学实验（包括学生分组实验、演示实验及课后小实验）的基础上演变而来的，是建立在对所学实验原理的深入理解的基础上的．因此，在复习中应重视实验原理，认真做好教材中规定的基本实验，理解和掌握实验内容，在此基础上，能利用已学知识、原理和方法在题设的条件和情境下，按照题设的要求制定出实验方案，选择实验器材、安排实验步骤、设计实验数据处理方法及实验误差分析，逐渐提高实验迁移能力和设计、解决简单新颖实验情境的能力．做题时能认真审清题意，明确实验目的，应用迁移能力，联想相关实验原理．
2设计性实验的基本原则与方法
高中物理设计性实验，就是根据实验目的，运用掌握的物理概念和规律、实验方法，选择给定的仪器（或实验室中常用的仪器）、器材设计实验方案，达到相应的实验目的．
设计方案包括选用合适的实验方法和原理、选择配套的实验器材、安排正确的实验步骤、设计科学的数据处理方法，并对实验误差进行客观分析，对实验方案给予总结和评价．
2．1设计原则
[HTH]目的性[HT]实验是研究物理现象，得出物理规律的重要方法和手段．设计实验必须有明确的目的，针对目的选择适当的实验方法、仪器、器材，突出问题的主要方面，减小实验误差．设计性实验多数属于测定性实验，通过直接测定某一个或一些物理量，研究物理量间的关系，得出相应的实验结论．故应做到：方案应能达到实验要的目的，且要求选用的规律简明、正确；
方案使用的仪器和器材应是实验室可供选用的仪器和器材．
科学性设计的方案应有科学的依据及正确的方式．方案中所依据的原理是物理定律、定理、法则、概念的正确应用，方案本身的误差小，不是误差的主要来源．且简明、方便；方案中安排的步骤应有合理的顺序，其操作符合实验规则；方案中进行数据处理方法科学，有利于减小实验误差．
安全性按设计方案实施时，应安全可靠，不会对仪器、器材、人身、周边环境造成危害（或将危害减到最小）．选用器材时，应考虑仪器、器材性能及量程（如仪表量程、电器的额定值、测力计的弹性限度等）的要求．设计方案时，应设置保护设施．
精确性实验误差应控制在误差允许范围之内，尽可能选择误差较小的方案．具体地说：在安装器材时或使用仪器之前，应按实验要求对器材、仪器精确调整．如在使用测量仪表之前，应留心进行机械调零；选用合适的测量工具（直尺、仪表）及合适的量值范围，使之与被测数值相匹配．如使用多用电表测量某电阻时，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；电压表测电压或电流表测电流时，指针偏角应大于1/3；针对实验中可能出现的因操作而带来的偶然误差，往往多次重复实验，获取多组实验数据、结果，以备选取有效信息、数据．测量微小量时，可采用放大原理减小误差，如测单摆的周期时，采用测量50次全振动的时间求周期，而不采用测一次全振动的时间；设计合理的数据处理方式．如将多组有效数据相加后除以测量次数，取其算术平均值（一般求待测量的算术平均值）．
简便性设计实验应便于操作、读数．
2．2物理实验的设计方法
模拟法由于受客观条件的限制，某些自然现象无法直接观察和测量．为此，根据研究的现象与所熟知的某些现象的相似性，人为地创造一定的条件和因素，在模拟或仿真的情形下进行实验，研究自然规律，“变无法为有法”．如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地进行研究．
转换法要测量、研究的物理量并不一定能直接测量，或可能不方便测量，或直接测量不够准确，不利于研究其变化规律，通常可以通过传感器，将不易测量的物理量转化为相对容易测量的其它物理量，或者，根据物理规律，通过研究与之相关的物理量，从而研究其变化规律等．这种转化方法称为转换法．转换法在物理实验中应用比较广泛，例如在测量金属电阻率实验中，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、电阻（将金属电阻丝接入电路，直接用电表测量电阻两端电压和电流，测电阻），再运用电阻定律间接测出金属电阻率．实际上，在高中物理的测量性实验中，几乎都运用了转换法．
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，这种方法称之为放大法．许多精密测量仪器都应用了这种思想，如游标卡尺、千分尺、库仑扭秤等．在“利用单摆测重力加速度”的实验中，如果直接测量摆球作一次全振动的时间作为周期的测量值，那么测量误差必然较大，但我们用秒表测量摆球完成50次全振动所用的时间，即可计算出单摆振动周期，且大大减小测量误差．在“用单分子油膜法测分子直径实验”中，用量筒无法直接准确地测量-滴油的体积，但可以利用滴定管向量筒滴200-300滴油，量出其体积，把此测量结果除以油滴滴数，即得每滴油的体积．
比较法通过对一些物理现象或物理量的比较，找出物理量间的倍数关系或相同、相异特征，推断物理现象的本质特征，测量出相关物理量，这种研究方法为比较法．如天平（或杆秤）是将被测物体质量与砝码质量通过比较进行测量的仪器．
替代法用一个标准物替代被测物，并调整标准器材，使整个测量系统恢复到替代前的状态，则被测物与标准物的某些物理量必然相等，从而相应的待测物理量与标准物相等．如：用电阻箱代替某个未知电阻，在其它条件不变的情况下，调整电阻箱的阻值，使电路的电流相等，则被测电阻的阻值等于电阻箱的阻值．
描迹法有些物理量或物理现象是随时间变化的，或可以观察但不易直接测量和描述，因此，将其变化过程中的特征位置描绘出来，便以进行细致的研究和测量，这种方法称之为描迹法．通常是使用多次描点、频闪照相、打点计时器打点等记录方式，是一种直观、直接地反映实验结果的一种研究方法．如用打点计时器研究物体的运动，通过记录每隔相等的时间，物体的位置来研究其运动规律．
2．3实验数据的处理方法
平均值法在多次测量中，由偶然因素引起的，使测量值偏大、偏小的程度机会均等，故将多次测量值相加，所有偏差的代数和为零．将待测物理量的若干次测量值相加后除以测量次数，求取算术平均值的方法称为平均值法．此平均值与真实值相差很小，可基本消除偶然误差．因此在实验中，一般应多次测量直接测量值．若直接测量值并非待测物理量，则应根据原理多次计算待测物理量值，并求其算术平均值．
图象法用图象表达因变量与自变量之间函数关系的方法．这种方法比较直观地反映了物理量间的关系，容易推断物理量的变化规律，是研究新问题，探索新规律时经常使用的数据处理方法，也有利于发现实验中误差较大的数据或出现错误的数据，可有效地减小偶然误差．
图象法注意事项：应恰当地选取纵轴、横轴的标度，并根据数据特点正确确定坐标起点，使所做出的图象大致布满整个坐标图纸（如在“测定电池电动势和内阻”的实验中，作U－I图象时纵坐标的起点一般不为零）．描点必须准确，去掉误差很大或错误的测量数据；为能直观地推断因变量与自变量之间关系，一般通过直线图象来确定．作图线时，尽可能使直线通过较多坐标描点，不在直线上的点也要尽可能对称分布在直线的两侧（若有个别点若偏离太远，则应是因偶然误差太大所致，应予以舍去），以减小测量的偶然误差；若两变量间的关系显然不是直线，可在绘出曲线的基础上，推断其可能变化关系，然后做出新的图线，验证自己的推断．
比较法在验证性实验中，理论值与实验数值的相对误差较小时，可以认为理论得到实验的检验，是正确的．因此将实验数据与理论数据直接比较即可．如在研究“互成角度的两个共点力的合成”实验中，可直接比较实验中测出的合力与根据平行四边形法则测得的合力（对角线），比较两矢量的大小、方向，即验证平行四边形定则的正确性．
3设计性实验例题