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实验与理论可以说是物理学的双生子，两者是密不可分的。在科学探究过程中，实验为理论的形成提供事实基础，也是判定理论是否正确的唯一标准；同样，理论自始至终也对实验发挥着指导作用，从实验设计、现象分析、数据处理到实验结论的得出都离不开一定的理论。在实验教学研究中，用物理知识分析和解决实验问题具有重要的意义。
一、关注定性的分析和解释物理实验现象
有时，让我们记住某些较复杂的公式和推导过程是困难的，但应当在理解相关概念规律的基础上掌握分析的思路和方法，对实验中的现象进行定性的思考和分析。
例1 为什么打击和摩擦铝棒发出的声音不同？
用一根直角截面的铝型材（或铝棒）来做发声的实验，棒的长度约1米多，可以用敲击的方法（图1）也可以用摩擦的方法使之发声。当手持铝棒中点时，敲击铝棒的一端，可以听到“铛——”的响声后，响度逐渐减小，音色由混杂变得单纯，后面的纯音可以延续很长时间。当一手持铝棒中点时，在另一只手的拇指和食指上抹一些松香粉，以大小合适的力捏住铝棒，从中点处向一端抹动（图2）。反复多次，可以听到铝材发出很纯的声音，而且响度越来越大，停止摩擦后纯音可以延续很长时间。这个实验是相当精彩的，学生会被意想不到的声音所吸引。为什么用敲击和摩擦的方法会产生不同的声音呢？教师应当能做一些定性分析。
对金属棒的一端敲击，其冲击力是一种多谐脉冲（波形类似矩形波），它使金属棒中振动从一端向另一端传播，传播到另一端面就会反射回来，并与后继的前进波相互叠加。由于这种多谐脉冲可以分解为许多不同频率的正弦波，因此叠加后的情况是很复杂的，所以，通常我们听到的声音既混浊又变化多端，而且随着手指所捏的位置不同而有所不同。当手指捏在金属棒正中央时，脉冲波中对应某一波长（频率）的波，它的1/4波长等于金属棒长的一半，经过反射之后，与这种波长的前进波叠加时，不是相消而是相互增强，在金属棒中形成中点处为波节两端为波腹的驻波，它的能量衰减最小，而其他频率的正弦波能量衰减很快。在这种情况下，我们能够听到这种频率的声音延续的时间最长。
如果用摩擦金属棒的方法产生声音，两手指捏在棒的正中，由于不是一种强烈的冲击，那些不能形成驻波的振动，其能量很快衰减，所以我们听不到像撞击产生的强烈混浊声。但对于能形成驻波的基波，前进波与反射波叠加后，系统处于共振状态，在不断地摩擦策动中能量不断增强，因此，我们能够听到某种频率的声音逐渐增强，并延续很长时间，这种纯音的波长等于棒长的二倍（与上面提到的相同，
。
根据波速波长与频率的关系
v=λ·f
可得
。
由此可知，同一种金属材料，声波的速度相同，金属棒越长，我们听到的余音的音调越低；不同的金属材料，波速不同，铝比铁中的声波波速要小，因此，在同样棒长的情况下，铝棒发出的余音的频率小，音调低。
例2 在演示音调与声源振动关系的实验中，用卡片拨动梳齿，“快拨”时音调较高，“慢拨”时音调较低，怎样解释这一现象？
一些教师在解释这一实验现象时，陈述得非常笼统，常把梳齿作为声源，或者认为卡片的振动频率就是梳齿的振动频率，这是因为他们不清楚卡片拨齿的发声机理而引起的。
实验中，卡片被梳齿拨打而发出声音，两物体之间有相互作用，两物体都在振动，卡片振动的幅度大，而梳齿振动的幅度很小，我们听到的声音主要是卡片振动发出的。梳齿对卡片拨打产生策动力，卡片作受迫振动。在振动稳定时，受迫振动的频率与策动力的频率相同，因此，“快拨”时卡片受迫振动的频率高，而“慢拨”时卡片受迫振动的频率低。需要说明的是，卡片被策动是在很短时间内发生的，如果策动周期远大于卡片的固有周期，则不满足于受迫振动的稳定条件，卡片振动的频率由自身的固有频率决定；如果策动周期很短（如卡片拨梳齿的情况），受迫振动很快稳定，其频率与策动频率一致。由于该实验的直观性，作为初步地了解影响音调高低的因素是合适的，但由于该声源的振动比较复杂，最好选用做简谐振动的声源，通过改变其固有频率来改变其音调，如改变直尺伸出桌面的长度，使直尺振动发声。
像上面例子中的问题有不少，例如：为什么倒置在大试管水中的小试管能够上升？简单地说是下方大气压作用的结果，但如果要问：大气压同样作用在大小试管间隙的水面上，它会传递到小试管顶端，为什么小试管仍能上升？而覆杯实验中，杯下的卡片与杯口之间也有水与空气接触的表面，为什么卡片不会落下？浮沉子的实验中，手压可乐瓶时，水中的浮沉子会下沉，松手以后浮沉子一定会上浮吗？等，用物理知识分析实验问题是教师的一项基本功。
二、通过理论分析选择实验方案
例3 影响电流热效应因素的三个常见实验方案的分析与评价
实验一 用电量热器的探究实验：装置如图3，可用玻璃烧瓶替代双桶量热器。
设电流通过电阻丝所消耗的功率
R，产生热量Q，使电阻丝温度升高，电阻丝又把吸收的热量传递给其周围的液体，如果忽略液体向其周围空间散热，则液体单位时间升高的温度为：
由于电阻丝的热容量相对液体的热容量可以忽略不计，因此可以用液体温度升高来比较电流的热效应。
考虑到散热的影响，液体与周围空气的温度差越大，散热影响越大。因此，实验中力求使量热器的绝热性能好，选用量热器自身的热容量较小，控制高温不要超出室温较多。
实验二 用气体温度计比较通电电阻发热量的大小：发热体是电阻丝，吸热体是封闭在容器中的一定质量的空气，显示比较的仪器是简易的气体温度计（图4），实质上它是气体压强计，体积一定时，气体的压强与绝对温标成正比。
实验时，电流通过电阻丝做功，电阻丝发热温度升高，一定质量的空气吸热，体积不变时，温度升高致使压强增大。气体压强计显示的压强越大，表明温度升高越大，电流产生的焦耳热越显著。
，式中，Q'为单位时间向其周围空间（包括瓶中的水）的散热量，总热容量cm由两部分组成：电阻丝的热容量；空气的热容量。由于总热容量较小，所以温度上升比较明显，但散热的误差较大。因此，该方案宜作为定性比较的实验，现象明显，过程所用时间较短。
实验三 用“火柴点燃法”比较通电电阻温度的变化：实验中，将火柴头与电阻圈的电阻丝接触（如夹在两圈之间，图5），通电后比较火柴头被点燃的时间。
电流通过电阻丝做功，电阻丝发热温度升高，火柴头与电阻丝的一部分接触，由于火柴头的导热性不是很好，因此可以不计火柴头吸热对电阻丝的影响，当电阻丝的温度达到火柴头燃点时火柴即被点燃。可知，电阻丝单位时间温度的升高由电流的功率单位时间向周围空间的散热量，电阻丝的热容量等因素决定。
由上式可知，通电电阻丝单位时间温度的升高与电流电阻丝的横截面积、电阻丝材料的比热容、密度和电阻率有关，与电阻丝的长度无关。
为什么温升与电阻丝的长度无关呢？那是因为在这种方案中电阻的变化与电阻丝质量的变化都与长度成正比，两者对温升的作用相互抵消了。
由上述分析可知，我们用火柴点燃法实验，可以比较通电电流的大小对发热量的影响，但不能比较电阻线圈电阻大小对发热量的影响，如果用相同材料相同截面积绕制的不同长度的线圈，它们的电阻不同，但通过相同电流时，单位时间升高的温度是相同的，两根火柴点燃的时间也就相同。如果要用这个实验来比较，只能就与火柴头接触的部分的电阻比较（图5中的l一段），如果这一段的电阻大，那与其接触的火柴头就先被点燃。
综上所述，实验一的定量性较好，解释起来也容易理解，但实验装置较为复杂，实验时间较长，可作为演示实验或学生实验；实验二的现象比较明显，显示原理可以用气体的热胀冷缩来解释，学生也较易理解；实验三作为一种定性的实验，可以使学生感兴趣和印象深刻，但对现象的解释困难一些，可作为课题引入性的实验。
三、用理论分析实验误差和减小误差
实验误差是不可避免的，但可以通过理论分析来寻找减小误差的途径。
例4 用弹簧测力计测量不同方向力时系统误差的分析
在初中物理杠杆平衡条件、定滑轮的特点、测滑轮组的机械效率等实验中，有时需要用弹簧测力计从不同方向（如水平、正向、倒向）测量拉力的大小。在这些情况下，系统误差的来源是什么？它对误差的影响有多大？
有的教师认为弹簧测力计外壳的重量会影响实验的系统误差，这是不正确的。如图7，弹簧的上端与挂钩相连，弹簧的下端与外壳相连，测量时手持外壳，因此弹簧下端受两部分力的作用：手持外壳的力和外壳的重力。平衡时，这两部分的合力大小是不变的，外壳的重量会影响手持力的大小和方向，但不影响测量的结果。
对于用测力计所做实验的误差来源应当用知识具体分析，不要想当然地列举一些因素，以免犯科学性的错误例如，在分析动滑轮动力所做的功小于有用功时，笼统地说有摩擦力的影响，甚至说拉滑轮的绳子不够光滑，这是有问题的。如果绳子是光滑的，滑轮就不会转动，实际上，滑轮与绳子之间是不打滑的。需要减小的摩擦发生在滑轮的中孔与滑轮的轴间。如图8，设用动滑轮起吊重物，匀速拉动时，手拉绳的力为
，固定点悬挂绳的拉力为
，以滑轮中心为参考点，如果不计滑轮中轴对滑轮的摩擦，滑轮匀速转动，作用在滑轮上的合力矩为零，因此=。如果轴间的摩擦不能忽略不计，则轴对滑轮的摩擦力矩是阻碍滑轮逆时针转动的，设该摩擦力矩为M'，两边细线产生的力矩为M，要使滑轮匀速转动，作用于滑轮的合力矩必为零，M=M'，即
由此可知，必大于。
通过这样简单的分析，我们就可以知道，通过减小轮轴间的摩擦可以提高动滑轮的效率，而不是减小绳与轮间的摩擦。