物理学是一门以实验为基础的学科，实验设计能力是一种综合能力，它能反映出学生的基本科学素养.纵观2012年高考，物理实验试题以设计形式出现越来越频繁，这既是对知识运用能力的考查，又是对实验设计思想方法的考查.其命题形式灵活，考查角度多变，设问方式新颖，充分体现了高考对学生的实验设计能力的高度重视.物理实验设计的常见方法主要有七种.
1.等效法
等效法是科学研究中常用的一种思维方法，对一些复杂问题采用等效法，可将其变换成理想、简单的、已知规律的过程来处理，常使问题的解决得以简化.等效法既是物理学研究中的重要方法，也是物理实验设计中常用的方法.
例1（2012年高考浙江理综卷）在“探究求合力的方法”实验中，先有木板、白纸、图钉、橡皮筋、细绳套和一把弹簧秤.
（1）为完成实验，某同学另找来一根弹簧，先测量其劲度系数，得到实验数据见表1.
解析（1）本题考查用等效法探究求合力的方法.根据图线斜率求得弹簧的劲度系数k=54N/m；（2）读数时估读一位，F=2.10N；（3）其图象如图2所示.在同一力的图示中使用相同的比例标尺，做平行四边形，量出如图3所示对角线的长度，根据比例标尺换算出合力，F合=3.3N.
图2图32.累积法
累积法是把某些难以直接准确测量的微小量累积后测量，以提高测量的精确程度.将微小量累积后测量求平均值的方法，能减小相对误差.例如，在《用单摆测定重力加速度》实验中采用此种方法.
图4例2（2012年高考上海物理卷） 在“利用单摆测重力加速度”的实验中：
（1）某同学尝试用DIS测量周期，如图4所示.用一个磁性小球代替原先的摆球，在单摆下方放置一个磁传感器，其轴线恰好位于单摆悬挂点正下方.图中磁传感器的引出端A应接到 .使单摆做小角度摆动，当磁感应强度测量值最大时，磁性小球位于 .若测得连续N个磁感应强度最大值之间的时间间隔为t，则单摆周期的测量值为 （地磁场和磁传感器的影响可忽略）.
（2）多次改变摆长使单摆做小角度摆动，测量摆长L及相应的周期T.然后，分别取L和T的对数，所得到的lgT-lgL图线为 （填“直线”、“对数曲线”或“指数曲线”）；读得图线与纵轴交点的纵坐标为C，由此得到该地的重力加速度g=.
解析（1）只有小球在最低点时，磁感应器中的磁感应强度才最大；连续N个磁感应强度最大值应有N-1个时间间隔，这段时间为（N-1）/2个周期.即（N-1）T/2=t. 因此T=2tN-1；（2）根据T=2πLg，取对数得lgT=12lgL+lg2π-12lgg.因此图像为一条直线，图像与纵坐标交点为C，则C=lg2π-12lgg，整理得g=4π2102C.
3.控制变量法
物理学对于多因素或多变量的问题常常采用控制因素或变量的办法，即把多因素的问题转变为多个单因素的问题，分别加以研究，最后再综和解决，这种方法叫控制变量法.
例3（2012年高考全国理综卷）图5所示为验证牛顿第二定律的实验装置示意图.图中打点计时器的电源为50 Hz的交流电源，打点的时间间隔用Δt表示.在小车质量未知的情况下，某同学设计了一种方法用研究“在外力一定的条件下，物体的加速度与其质量间的关系”.
图5（1）完成下列实验步骤中的填空.
①平衡小车所受的阻力.小吊盘中不放物块，调整木板右端的高度，用手轻拨小车，直到打点计时器打出一系列的点.
②按住小车，在小吊盘中放入适当质量的物块，在小车中放入砝码.
③打开打点计时器电源，释放小车，获得带有点列的纸带，在纸带上标出小车中砝码的质量m.
④按住小车，改变小车中砝码的质量，重复步骤③.
⑤在每条纸带上清晰的部分，每5个间隔标注一个计数点.测量相邻计数点的间距s1，s2，….求出与不同m相对应的加速度a.
⑥以砝码的质量m为横坐标，1a为纵坐标，在坐标纸上做出1a-m关系图线.若加速度与小车和砝码的总质量成反比，则1a与m处应成关系（填“线性”或“非线性”）.
（2）完成下列填空.
（ⅰ）本实验中，为了保证在改变小车中砝码的质量时，小车所受的拉力近似不变，小吊盘和盘中物块的质量之和应满足的条件是.
（ⅱ）设纸带上三个相邻计数点的间距为s1、s2和s3.a可用s1、s3和Δt表示为a=.图6为用米尺测量某一纸带上的s1、s3的情况，由图可读出s1=mm，s3=.由此求得加速度的大小a=m/s2.
图6图7（ⅲ）图7为所得实验图线的示意图.设图中直线的斜率为k，在纵轴上的截距为b，若牛顿定律成立，则小车受到的拉力为，小车的质量为.
解析（1）①平衡好小车所受的阻力，小车做匀速运动，打点计时器打出的点间隔基本相等⑥根据牛顿第二定律可知，F=（M+m）a1a=MF+mF，1a与m为一次函数关系，是线性关系.
（2）（ⅰ）为保证小车所受拉力近似不变，应满足小吊盘和盘中物块的质量之和远小于小车的质量.
6.平衡法
物理学中常常利用一个量的作用与另一个或几个量的作用相同、相当或相反来设计实验，制作仪器，进行测量.例如测量中的基本工具弹簧秤的设计利用了力的平衡、天平的设计是根据力矩的平衡、温度计是利用了热的平衡等等.
例6（2012年高考全国新课标理综卷）图11中虚线框内存在一沿水平方向、且与纸面垂直的匀强磁场.现通过测量通电导线在磁场中所受的安培力，来测量磁场的磁感应强度大小、并判定其方向.所用部分器材已在图中给出，其中D为位于纸面内的U形金属框，其底边水平，两侧边竖直且等长；E为直流电源；R为电阻箱；A为电流表；S为开关.此外还有细沙、天平、米尺和若干轻质导线.
（1）在图12中画线连接成实验电路图.
（2）完成下列主要实验步骤中的填空
①按图接线.
②保持开关S断开，在托盘内加入适量细沙，使D处于平衡状态；然后用天平称出细沙质量m1.
③闭合开关S，调节R的值使电流大小适当，在托盘内重新加入适量细沙，使D；然后读出，并用天平称出.
④用米尺测量.
（3）用测量的物理量和重力加速度g表示磁感应强度的大小，可以得出B=.
（4）判定磁感应强度方向的方法：若，磁感应强度方向垂直纸面向外；反之，磁感应强度方向垂直纸面向里.