高中物理電學實驗教學設(shè)計專題

1、1 / 5高中物理電學實驗教學設(shè)計專題設(shè)計思想電學實驗是高二物理教學中的一個重點，同時也是高考實驗題目中的考查熱點題型，尤其是近幾年的高考題目中的設(shè)計型實驗，更是重點考查的內(nèi)容之一。它源于課本上的基本知識，但又高于課本上的實驗要求，稍有一個條件的變化，就會引起實驗中的器材、線路、測量原理等各部分的變化，是考查學生應用所學知識解決實際問題的很好的內(nèi)容之一。因此在這輪教學的過程中，從高二理科班的教學實際中就把這部分內(nèi)容作為重點講課內(nèi)容之一，逐漸地向?qū)W生進行傳授。教學目標知識目標：1、了解各種實驗的基本原理和基本方法。2、會正確地選擇分析各種實驗所需的器材、線路，正確地進行測量以及數(shù)據(jù)運算。3、能根

2、據(jù)題目要求設(shè)計出合理的實驗線路，并選擇器材、連接實驗線路及測量數(shù)據(jù)。能力目標；指導學生辨證地分析問題、合理地解決問題德育目標：培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維能力。教學過程說明教學中的問題：電學實驗中涉及的主要問題有：器材的選擇、測量電路的選擇、控制電路的選擇。解決問題的方法：解決好上述問題的關(guān)鍵是做好以下五個步驟，（1）選擇好合適的實驗原理。（2）設(shè)計好合適的電路。（3）選擇好規(guī)格合適的實驗儀器。（4）選擇好電流表的合理接法。（5）選擇好滑動變阻器的合理接法。 正確地選譯議器和電路的問題，有一定的靈活性解決時應掌握和遵循一些基本的原則、即“安全性”、“精確性”、“方便性”和“誤差小”、“儀器少”、“耗電少

3、”等各方面要綜合考慮靈活運用 具體內(nèi)容為：一、選擇好合適的實驗原理。（1）、利用所學知識，尋找所測物理量與其他量的關(guān)系，每一種關(guān)系即為一種實驗原理。例1、 給你一只電阻，例2、 你有哪些方法知道其電阻？分析 本題實際上是要尋找測量電阻的實驗原理。方法一：利用歐姆定律：R= 方法二：利用串聯(lián)電路電壓分配規(guī)律： = 方法三、利用并聯(lián)電路電流分配規(guī)律：I1R1=I2R2方法四、若是色環(huán)電阻，可以利用色環(huán)的規(guī)定辨認其阻值。-（2）、根據(jù)題目給定條件，選擇某一合適原理如例1中，若給定的器材是電壓表、電流表、電源、滑動變阻器等，則用其中的方法一。若給定的器材是變阻箱、電壓表、電源等，則先考慮其中的方法二。

4、實驗室有如下一些器材，請設(shè)計一個實驗測定某一未知電阻的阻值。A、待測電阻（阻值約幾百歐左右）B、電源E（內(nèi)阻不可忽略）C、變阻箱（最大阻值999。9）D、電壓表（量程足夠）E、單刀單擲開關(guān)，單刀雙擲開關(guān)。導線若干（1）畫出實驗電路原理圖；（2）寫出測量表達式，并說明各符號的意義。分析 該實驗給定的器材中有變阻箱、單刀雙擲開關(guān)，首先得想到可能要利用待測電阻和電阻箱進行對比。因此該實驗的原理是：對于同一電源，若外電壓相等則外電阻相等。（1）原理如圖1所示；（2）測量表達式：RX=R。二、設(shè)計好合適的電路選擇好了實驗原理后，根據(jù)實驗原理，實驗電路也就確定了。例3（1994年高考上海）有一只電壓表量程

5、已知，內(nèi)阻為RV，另有一電池（電動勢未知，但不超過電壓表得量程，內(nèi)阻可忽略）。請用這只電壓表和電池，再用一個開關(guān)和一些連接用得導線，設(shè)計測量某一高值電阻Rx得實驗方法。（已知Rx得值與Rv相差不大）（1）畫出電路圖；（2）簡要寫出測量步驟和需要記錄得數(shù)據(jù)，導出高阻值電阻Rx的技算式。分析：（1）該實驗的實驗原理是利用串聯(lián)電路的電壓分配規(guī)律，同時還要先用電壓表測出電源的電動勢，即串聯(lián)電路的總電壓。據(jù)此可畫出電路圖如圖2所示。（2）實驗步驟：先將電壓表、電池、開關(guān)按如圖2（a）連接好，閉合開關(guān)，讀出電壓表示數(shù)U1,則U1=E；再將電壓表按圖2（b）連接成電路，閉合開關(guān)，記下電壓表示數(shù)U2，則有 ，

6、得 。三、選擇好規(guī)格合適的實驗儀器很多設(shè)計型實驗題中，往往同一種類的儀器給出了各種規(guī)格，需要我們從中選擇規(guī)格合適的儀器。選擇的原則是：1、安全，即電路中可能出現(xiàn)的最大值一般不能超過儀器的量程活額定值；2、保證安全的前提下，對于測量儀器選量程越小的越好（量程越小，讀書越精確）；3、對滑動變阻器的選擇可能要結(jié)合“分壓式”還是“接限流式”等情況（如例6）；4、根據(jù)實際情況綜合考慮。例4某實驗中，有如下各種規(guī)格的器材：電池E，電動勢約10V，內(nèi)阻約1 電流表A1，量程10A，內(nèi)阻r1約為0.2 電流表A2，量程300mA，內(nèi)阻r2約為5 電流表A3，量程250mA，內(nèi)阻r3約為5 電阻箱R1，最大阻值

7、999.9 ，阻值最小改變量為0.1 滑動變阻器R2，最大阻值100 ，開關(guān)、導線若干要求用如圖3所示的電路測量電流表A3的內(nèi)阻，則電流表A應選電流表A1、A2中的哪一只？分析：從原理圖來看，該實驗是利用類似半偏法測電阻。電流表A中的電流最大值只有250mA，因此應該選電流表A2。例5：（2000年全國高考）從下表中選擇適當?shù)膶嶒炂鞑?，設(shè)計一電路來測量電流表A1的內(nèi)阻r1，要求方法簡捷，有盡可能高的測量精度，并能測得多組數(shù)據(jù)。器材（代號） 規(guī)格 電流表（A1） 電流表（A2） 電壓表（V） 電阻（R1） 滑動變阻器（R2） 電池（E） 開關(guān)（S） 導線若干 量程10mA，內(nèi)阻r1待測（約40

8、） 量程500 A，內(nèi)阻r2=750 量程10V，內(nèi)阻r3=10k 阻值約100 ，作保護電阻用 總阻值約50 電動勢1.5V，內(nèi)阻很小 （1）在如圖4所示虛線框中畫出電路圖，標明所用器材得編號；（2）若選測量數(shù)據(jù)中的一組來計算r1，則所用的表達式r1=_，式中各符號的意義是：_。電流表分析：本實驗的原理是利用歐姆定律測A1的內(nèi)阻，通過電流表A1的電流I1當然是由電流表A1直接讀出。但測電流表A1的電壓時，有很多同學都是設(shè)計的利用電壓表V，這也是我們一般的思路，而對于本題這種作法是不行的，因為A1上的電壓最多只有：U1=I1r1 10 10-3 4V=0.4V，而電壓表V的量程是10V，對0.

9、4V的電壓來說，電壓表的指針只是稍微偏轉(zhuǎn)了一點點，這樣測得的電壓值誤差太大，因而不能用電壓表，而電流表A2的內(nèi)阻r2已知，因此本題要利用電流表A2與電流表A1并聯(lián)來測電壓。電路圖如圖5所示。A1內(nèi)阻的表達式為r1=I2r2/I1。式中I1為電流表A1的電流，I2為電流表A2的電流。四、選擇好滑動變阻器在電路中接成限流式還是分壓式滑動變阻器在電路中一般是起著控制或改變某部分電路的電壓或電流的作用，此時滑動變阻器的連接就有限流式和分壓式之分，選擇限流式還是分壓式的基本原則是：1、下列幾種情況必須選擇分壓式（1）變阻器電阻遠小于被控電路電阻。（2）題目要求被控電路的電壓從零開始連續(xù)變化（3）若用限流

10、式則被控電路或測量儀表肯定會過載2、下列情況一般選擇限流式（1）若變阻器電阻遠大于被控電路電阻一般用限流式。（2）若不屬于必須用分壓式的情況，則首先考慮限流式。因限流式電路簡單，耗能少。例6：為測定一個“2.5V 0.2W”的小燈泡的伏安特性曲線，可供選擇的器材有：A、量程00.6A、內(nèi)阻0.2 的電流表B、量程0100mA、內(nèi)阻5 的電流表C、量程03V、內(nèi)阻10k 的電壓表D、量程015V、內(nèi)阻50k 的電壓表E、最大阻值為20 ，額定電流為0.5A的滑動變阻器F、最大阻值為1000 ，額定電流為0.1A的滑動變阻器G、6V的蓄電池，導線，開關(guān)要求實驗中燈泡電壓從零逐漸增到額定電壓。（1）

11、電壓表應選_，電流表應選_，滑動變阻器應選_；（填寫器材序號）（2）在如圖6虛線框內(nèi)畫出實驗電路圖；（3）若實驗操作正確，得到如圖7所示的曲線的原因是_。分析：（1）本題的電路實際就是伏安法測電阻的電路，由于燈泡電壓從零增加到額定電壓，故滑動變阻器應接成分壓式。由計算知，滑動變阻器E、F的額定電流均足夠，而為了方便控制，對于分壓式電路滑動變阻器選小阻值要好，因此變阻器選E。電壓表、電流表顯然應選C和B；（2）電路圖略；（3）原因是燈絲的阻值隨溫度的升高而變化。五、選擇好“電流表內(nèi)接”還是“電流表外接“1、用伏安法測電阻或電功率選擇“電流表內(nèi)接”還是“電流表外接”的原則（1）若被測電器屬大阻值的

12、，則用“電流表內(nèi)接”；若被測電器屬小電阻值的，則用“電流表外接”。（2）若已知電流表內(nèi)阻，而不知電壓表內(nèi)阻，則用“電流表內(nèi)接”；若已知電壓表內(nèi)阻而不知電流表內(nèi)阻，則用“電流表外接”。（3）若電流表、電壓表的內(nèi)阻均已知，理論上是用“電流表內(nèi)接”或“電流表外接”均可，但我們一般采用（1）中的做法。2、用伏安法測定電源電動勢和內(nèi)阻的實驗中選擇“電流表內(nèi)接”還是“電流表外接”的問題（1）在一般情況（電源內(nèi)阻較小，與電流表內(nèi)阻相當）下，用“電流表內(nèi)接”，若電源內(nèi)阻很大（和電壓表內(nèi)阻相當，一般不會出現(xiàn)這種情況），用“電流表外接”。（2）若已知電壓表內(nèi)阻而不知電流表內(nèi)阻，則用“電流表內(nèi)接”，可消除系統(tǒng)誤差。（3）若已