人教版高中物理電學經(jīng)典實驗及總結(jié)

1、人教版高中物理電學經(jīng)典實驗及總結(jié)一、實驗難點形成的原因1、對電流表、電壓表的讀數(shù)規(guī)那么熟悉模糊,導致讀數(shù)的有效數(shù)字錯誤2、對滑動變阻器的限流、分壓兩種限制電路的原理把握不準,導致限制電路選用不當3、對實驗測量電路、電學儀器的選用原那么把握不準,導致電路、儀器選川錯誤4、對電學實驗的重點內(nèi)容“電阻的測量方法無明確的歸類,導致思路混亂5、對于創(chuàng)新型實驗設(shè)計平時缺乏對實驗思想方法如模擬法,轉(zhuǎn)換法,放大法,比擬法,替代法等進行歸納,在全新的實驗情景下,找不到實驗設(shè)計的原理,無法設(shè)計合理可行的方案.受思維定勢影響,缺乏對已掌握的實驗原理,儀器的使用進行新情境下的遷移利用,缺乏創(chuàng)新意識.二、難點突破1、電

2、流表、電壓表的讀數(shù)規(guī)那么：電流表量程一般有兩種0.10.6A,03A；電壓表量程一般有兩種03V,015V.如圖10-1所示：由于同一個電流表、電壓表有不同的量程,因此,對應(yīng)不同的量程每個小格所代表的電流、電壓值不相同,所以電流表、電壓表的讀數(shù)比擬復雜,測量值的有效數(shù)字位數(shù)比擬容易出錯.下面是不同表,不同量程下的讀數(shù)規(guī)那么：電壓表、電流表假設(shè)用.3V、03A量程,其最小刻度精確度分別為0.1V、0.1A,為10分度儀表讀數(shù),讀數(shù)規(guī)那么較為簡單,只需在精確度后加一估讀數(shù)即可.如下圖,電壓表讀數(shù)為L88V,電流表讀數(shù)為0.83A.假設(shè)指針恰好指在2上,那么讀數(shù)為2.00V或A.電壓表假設(shè)用.15V

3、量程,那么其最小刻度為0.5V,為2分度儀表讀數(shù),所讀數(shù)值小數(shù)點后只能有一位小數(shù),也必須有一位小數(shù).如下圖,假設(shè)指針指在整刻度線上,如指在10上應(yīng)讀做10.0V,指在緊靠10刻度線右側(cè)的刻度線上即表盤上的第21條小刻度線讀數(shù)為10.5V,假設(shè)指在這兩條刻度線間的中間某個位置,那么可根據(jù)指針靠近兩刻度線的程度,分別讀做10.1V,或10.2V,或10.3V,或10.4V,即使是指在正中央,也不能讀做10.25V,假設(shè)這樣,那么會出現(xiàn)兩位不準確的數(shù),即小數(shù)點后的2和5,不符合讀數(shù)規(guī)那么,如上圖中所示,讀數(shù)應(yīng)為9.3V.電流表假設(shè)用0-0.6A量程,那么其最小刻度為0O2A,為5分度儀表讀數(shù),其讀數(shù)

4、規(guī)那么與0-15V電壓表相似,所讀數(shù)值小數(shù)點后只能有兩位小數(shù),也必須有兩位小數(shù).如上圖所示,電流表讀數(shù)為0.17A,假設(shè)指針指在第11條刻度線上,那么讀數(shù)為0.22A,指在第10條刻度線上,讀數(shù)為0.20A,指在第12條刻度線上,讀數(shù)為0.24Ao2、滑動變阻器應(yīng)用分析滑動變阻器是電學實驗中常用的儀器,近幾年高考電學設(shè)計性實驗命題對其應(yīng)用屢次直接或滲透考查.如何選擇滑動變阻器的接法設(shè)計限制電路仍是歷屆考生應(yīng)考的難點.滑動變阻器的限流接法與分壓接法的特點：如圖10-2所示的兩種電路中,滑動變阻器最大阻值為山對負載兄的電壓、電流強度都起限制調(diào)節(jié)作用,通常把圖a電路稱為限流接法,圖b電路稱為分壓接法

5、.負載凡上電壓調(diào)書也圍忽略電源內(nèi)阻負載凡上電流調(diào)節(jié)范圍忽略電源內(nèi)阻相同條件下電路消耗的總功率限流接法R一L一EWULWEa+Ro-W&W&+凡E山EL分壓接法0WWRlE4+乙比擬分壓電路調(diào)節(jié)范圍較大分壓電路調(diào)節(jié)范圍較大限流電路能耗較小限流法.如圖a所示,待測電阻上電壓調(diào)節(jié)范圍為聾；七.顯然,當RoRl時,在移動滑動觸頭的過程中,電流的變化范圍很小,總電流幾乎不變,Ul也幾乎不變,無法讀取數(shù)據(jù)；當RQRl時,滑動觸頭在從b向a滑動的過程中,先是電流表、電壓表的示數(shù)變化不大,后來在很小的電阻變化范圍內(nèi),電流表、電壓表的讀數(shù)變化很快,也不方便讀數(shù),只有當Rl與Ro差不多大小時,才能對電流、電壓有明

6、顯的調(diào)控作用.在同樣能到達目的的前提下,限流法較為省電,電路連接也較為簡單.分壓法.如圖b所示,待測電阻上電壓調(diào)節(jié)范圍為.E,且Ro相對于Rl越小,R上的電壓變化的線性就越好.當RoRl時,盡管Ul變化范圍仍是.E,但數(shù)據(jù)幾乎沒有可記錄性,由于在這種情況下,滑片從左端滑起,要一直快到右端時,電壓表上示數(shù)一直幾乎為零,然后忽然上升到E,對測量幾乎沒有用處.因此,分壓接法要用全阻值較小的滑動變阻器.滑動變阻器的限流接法與分壓接法：兩種電路均可調(diào)節(jié)負載電阻電壓和電流的大小,但在不同條件下,調(diào)節(jié)效果大不一樣,滑動變阻器以何種接法接入電路,應(yīng)遵循平安性、精確性、節(jié)能性、方便性原那么綜合考慮,靈活選取.1

7、.以下三種情況必須選用分壓式接法(1)要求回路中某局部電路電流或電壓實現(xiàn)從零開始可連續(xù)調(diào)節(jié)時(如：測定導體的伏安特性、校對改裝后的電表等電路),即大范圍內(nèi)測量時,必須采用分壓接法.(2)當用電器的電阻凡遠大于滑動變阻器的最大值后時,必須采用分壓接法.由于按圖(b)連接時,因尼尼心,所以兄與扁的并聯(lián)值斤并色,而整個電路的總阻值約為尼那么花兩端電壓377*顯然曲凡,且?guī)自叫?這種線性關(guān)系越好,電表的變化越平穩(wěn)均勻,越便于觀察和操作.(3)假設(shè)采用限流接法,電路中實際電壓(或電流)的最小值仍超過兄的額定值時,只能采用分壓接法.2.以下情況可選用限流式接法(1)測量時對電路中的電流或電壓沒有要求從零開

8、始連續(xù)調(diào)節(jié),只是小范圍內(nèi)測量,且旦與尼相差不大或兄略小于尻采用限流式接法.(2)電源的放電電流或滑動變阻器的額定電流太小,不能滿足分壓式接法的要求時,采用限流式接法.(3)沒有很高的要求,僅從平安性和精確性角度分析兩者均可采用時,可考慮安裝簡便和節(jié)能因素優(yōu)先采用限流式接法.例1:如圖10-3所示,滑動變阻器電阻最大值為用負載電阻尼二7電源電動勢為E內(nèi)阻不計.當不斷開,滑動頭.移動時,泥兩端的電壓范圍是多少？2當?閉合,滑動頭c移動時,&兩端的電壓范圍是多少？3設(shè)斤的長度a反斤上單位長度的電阻各處相同,a、c間長度為X,當“接通后,加在&上的電壓與X的關(guān)系如何？【審題】電鍵斷開或閉合導致電路出現(xiàn)

9、兩種截然不同的限制電路：限流和分壓,把握限流和分壓電路的原理是關(guān)鍵【解析】F1假設(shè)K斷開,那么該限制電路為滑動變阻器的限流接法,故假設(shè)K閉合,那么該限制電路為滑動變阻器的分壓接法,故OWGWEYR丁RFELy玷I斤笄,R薩二不得：3k丁74+RR,+(Lx),I+“【總結(jié)】該題考察兩種限制電路的原理即兩者獲取的限制電壓范圍不同例2:用伏安法測量某一電阻尼阻值,現(xiàn)有實驗器材如下：待測電阻尼阻值約5Q,額定功率為1W；電流表4量程00.6A,內(nèi)阻0.2Q;電流表4量程03A,內(nèi)阻0.05Q;電壓表匕量程03V,內(nèi)阻3kQ;電壓表匕量程015V,內(nèi)阻15kQ;滑動變阻器用0-50Q,蓄電池電動勢為6

10、V、開關(guān)、導線.為了較準確測量兄阻值,電壓表、電流表應(yīng)選并畫出實驗電路圖.【審題】該題要求選擇實驗儀器、測量電路及限制電路,由于滑動變阻器的全阻值大于被測電阻尼故首先考慮滑動變阻器的限流接法【解析】由待測電阻尼額定功率和阻值的大約值,可以計算待測電阻尼的額定電壓、額定電流的值約為人麻=2V,I=4pTrVT75A=0.45A.那么電流表應(yīng)選4,電壓表應(yīng)選幾又因yjRAxRv=70.2x3000=24.5Q凡,那么電流表必須外接.由于滑動變阻器的全阻值大于被測電阻尼故首先考慮滑動變阻器的限流接法,假設(shè)用限流接法,那么被測電阻兄上的最小電流為p一4產(chǎn)下二=三二二0.114/2因該實驗沒有對電流、一

11、E.+R5+50s|電壓的調(diào)節(jié)范圍未作特殊要求,故用限流電路.電路如圖囪d囹1U-410-4所示.【總結(jié)】滑動變阻器全阻值相對待測電阻較大,用分壓接法不便于調(diào)節(jié),故限流接法是首選,只要能保證平安且有一定的調(diào)節(jié)范圍即可.例3:用伏安法測量一個定值電阻的器材規(guī)格如下：待測電阻R約100.；直流電流表量程.10mA、內(nèi)阻50.；直流電壓表量程.3V、內(nèi)阻5：直流電源輸出電壓4V、內(nèi)阻不計；滑動變阻器015.、允許最大電流1A；開關(guān)1個,導線假設(shè)干.根據(jù)器材的規(guī)格和實驗要求畫出實驗電路圖.【審題】此題只需要判斷測量電路、限制電路的接法,各儀器的量程和電阻都已經(jīng)給出,只需計算兩種接法哪種適宜.【解析】用

12、伏安法測量電阻有兩種連接方式,即電流表的內(nèi)接法和外接法,由假設(shè)采用變阻器的限流質(zhì)1in工于凡10mA,此時電流仍超過電R+a+段流表的量程,故滑動變阻器必須采用分壓接法.如圖10-5所示.【總結(jié)】任一種限制電路必須能保證電路的平安,這是電學實驗的首要原那么,限流接法雖然簡潔方便,但必須要能夠限制電路不超過電流的額定值,同時,能夠保證可獲取一定的電壓、電流范圍,該題中,即便限制電流最小值不超過電流表的量程,因滑動變阻器全阻值相對電路其它電阻過小,電流、電壓變化范圍太小,仍不能用限流接法.3、實驗電路和電學儀器的選擇(1)電路的選擇安培表內(nèi)、外接電路的選擇由于電壓表的分流作用和電流表的分壓作用,造

13、成表的示數(shù)與通過負載的電壓或電流真實值之間產(chǎn)生誤差,為減小此系統(tǒng)誤差,應(yīng)慎重選擇電流表的內(nèi)外接法,選擇方法如下：1、直接比擬法：當待測電阻阻值凡?屆時,伏特表分流很小,選擇安培表外接電路；當待測電阻阻值花此時,安培表分壓很小,選擇安培表內(nèi)接電路.2、臨界值計算比擬法：當待測電阻阻值與電壓表、電流表的阻值相差不多時,如何確定被測電阻RDR是較大還是較小呢？我們要計算兩種接法的相對誤差,可用i與F相比擬.當黑,S即麗7時,宜采用電流表外接法；RKaRR當丁即皈瓦時,宜采用電流表內(nèi)接法；而R=V西時,電流表內(nèi)外接法效果是一樣的.此時的被測電阻值R我們稱為臨界電阻.3、測試判斷法試觸法假設(shè)R、Ra、R

14、v的大小關(guān)系事先沒有給定,可借助試觸法確定內(nèi)、外接法.具體做法是:如圖10-6所示組成電路,其中電流表事先已經(jīng)接好,拿電壓表的一個接線柱去分別試觸M、N兩點,觀察先后兩次試觸時兩電表的示數(shù)變化情況.如果電流表的示數(shù)變化比電壓表示數(shù)變化明顯即學寺,說明接M點時電壓表分流作用引起的誤差大于接N點時電流表分壓作用引起的誤差,這時應(yīng)采用內(nèi)接法即電壓表接N點.如果電壓表的示數(shù)變化比電流表示數(shù)變化明顯即學*,說明接N點時電流表分壓作用引起的誤差大于接M點時電壓表分流作用引起的誤差,這時應(yīng)采用外接法即電壓表接M點.決：“內(nèi)字中間有個大,大內(nèi)偏大,小外偏小,即內(nèi)接法適合測大電阻且系統(tǒng)誤差偏大,即測量值大于真實

15、值,外接法適合測小電阻且系統(tǒng)誤差偏小,即測量值小于真實值,限制電路即滑動變阻器的接法的選擇,見難點22電路實驗器材和量程的選擇,應(yīng)考慮以下幾點：電路工作的平安性,即不會出現(xiàn)電表和其它實驗器材因過載毀壞現(xiàn)象.能否滿足實驗要求常常要考慮便于屢次測量求平均值.選擇器材的一般思路是：首先確定實驗條件,然后按電源一電壓表一電流表一變阻器順序依次選擇.根據(jù)不使電表受損和盡量減少誤差的原那么選擇電表.首先保證流過電流表的電流和加在電壓表上的電壓均不超過使用量程,然后合2理選擇量程,務(wù)必使指針有較大偏轉(zhuǎn)一般取滿偏度的;左右,以戒少測讀誤差.根據(jù)電路中可能出現(xiàn)的電流或電壓范圍需選擇滑動變阻器,注意流過滑動變阻器

16、的電流不超過它的額定值,對大阻值的變阻器,如果是滑動頭稍有移動,使電流、電壓有很大變化的,不宜采用.應(yīng)根據(jù)實驗的根本要求來選擇儀器,對于這種情況,只有熟悉實驗原理,才能作出恰當?shù)倪x擇.總之,最優(yōu)選擇的原那么是：a、方法誤差盡可能小.b、實現(xiàn)較大范圍的靈敏調(diào)節(jié).c、在大功率裝置電路中盡可能節(jié)省能量；在小功率電路里,在不超過用電器額定值的前提下,適當提升電流、電壓值,以提升測試的準確度.根據(jù)以上原那么,電學儀器的選擇有如下建議：1、電源的選擇：選擇直流電源,應(yīng)根據(jù)用電器的需要來確定,一般考慮用電器所需的電壓、電路中的電流、電源電動勢和允許電流等.在不超過待測器材所允許的最大電壓值的情況下,選擇電動

17、勢較大的電源以獲得更多的測量數(shù)據(jù).在相同電動勢情況下,通常選擇內(nèi)電阻較小的電源以獲得較穩(wěn)定的路端電壓,測電源內(nèi)阻除外.2、電表的選擇：在不超過電表量程的條件下,選擇量程較小的電表(以便測量時示數(shù)能在滿刻度的2/3左右).3、滑動變阻器的選擇:要由電路中所要求或可能出現(xiàn)的電流、電壓的范圍來選定變阻器,實際流過變阻器的電流不得超過其額定值；如要通過變阻器的電阻改變來讀取不同的電流、電壓值時,要注意防止變阻器滑片稍有移動電流或電壓就會有很大變化的出現(xiàn),也要防止出現(xiàn)滑片從一頭滑到另一頭,電流或電壓幾乎沒有變化的情況.假設(shè)限制電路確定為限流接法,那么滑動變阻器應(yīng)選用與實驗電路中其它電阻的總阻值相差不大的

18、;假設(shè)限制電路確定為分壓接法,那么應(yīng)選用在額定電流允許的條件下阻值較小的滑動變阻器C例4：圖10-7為用伏安法測量一個定值電阻阻值的實驗所需器材實物圖,器材規(guī)格如下：友110-7(1)待測電阻尼(約100Q)(2)直流電源(輸出電壓4V,內(nèi)阻可不計)(3)直流毫安表(量程.10mA,內(nèi)阻50Q)(4)直流電壓表(量程03V,內(nèi)阻5KQ)(5)滑動變阻器(阻值范圍015Q,允許最大電流1A)(6)電鍵一個,導線假設(shè)干條根據(jù)器材的規(guī)格和實驗要求,在實物圖上連線.并用“標出在閉合電鍵前,變阻器的滑動觸點應(yīng)處的正確位置.【審題】此題不要求選擇儀器,只是對已有的儀器進行電路的選擇合成,從一定程度上降低了

19、難度,由條件,待測電阻與電壓表阻值相差較多,滑動變阻器阻值相對較小.囪1O-R【解析】因滑動變阻器阻值小于待測電阻尼的阻值,所以滑動變阻器應(yīng)選用分壓接法；待測電阻與電表相比,花的阻值和電壓表的阻值相差較多,所以應(yīng)選用安培表外接電路,實物連接如圖10-8所示.滑動變阻器分壓接法時,在閉合電鍵前,變阻器的滑動觸點應(yīng)置于使負載電壓為零處,如圖箭頭所示.【總結(jié)】1設(shè)計測量電阻的電路必須考慮兩個方面,首先要確定滑動變阻器是分壓電路還是限流電路,再考慮是安培表外接電路還是安培表內(nèi)接電路C2連接實物圖時,應(yīng)該先干路,再支路.滑動變阻器分壓接法是要注意電鍵能限制全電路電流,即斷開電鍵后,電路中無電學儀器仍處于

20、通電狀態(tài),電鍵對支路不起作用是滑動變阻器分壓接法時經(jīng)常出現(xiàn)的錯誤.例5:某電壓表的內(nèi)阻在2050K.之間,現(xiàn)要測量其內(nèi)阻,實驗室提供以下可選用的器材：待測電壓表V量程3V,電流表Ai量程200pA,電流表A2量程5mA,電流表A3量程0.6A,滑動變阻器R最大阻值10,電源E電源電壓為4V,開關(guān)S.1所提供的電流表中應(yīng)選用填字母代號.2為了盡量減小誤差,要求多測幾組數(shù)據(jù),試在圖10-9方框中畫出符合要求的實驗電路其中電源和開關(guān)及連線已畫出.【審題】測量電壓表的內(nèi)阻,從條件看,需測量通過電壓表的電流,因此,需估算通過電壓表的最大電流來判斷所用電流表的量程.同時,滑動變阻器的全阻值遠小于電壓表內(nèi)阻

21、,限制電路應(yīng)采用分壓接法.【解析】電壓表的示數(shù)等于通過電壓表的電流與本身內(nèi)阻的乘積,估算電路中的最大電流為3一：一-A=50iiA20x1()3所以應(yīng)選電流表A】,與電壓表串聯(lián)在電路中.滑動變阻器的電阻遠小于電壓表內(nèi)阻.如果用滑動變阻器連成限流電路,一那么它對電路的調(diào)控作用很不明顯,二那么是待測電壓表分得的最小電壓約為r囪1八_1八U=a-U=-x4V=3.8VR+RvIO3+2OxlO3大于電壓表的量程,變阻器明顯不能組成限流電路,這樣變阻器應(yīng)作為分壓器接在電路中,就不會出現(xiàn)上述問題,電路如圖10T0所示.【總結(jié)】對于電表的選擇,必須先根據(jù)條件估算電路中的最大電壓或電流值,以此確定選用略大于

22、且量程最小的電表.例6:有一改裝的電流表4需要與一標準電流表4進行校對,采用如下圖10-11的電路,其中為電源,幾為一限流電阻,斤為一可變電阻,S為電鍵.限流電阻能夠限制電路中的最r大電流,使之不超出電流表的量程過多,從而對電流表或起保護作用.實驗中已有的器材及其規(guī)格如下：蓄電池電動勢6v,內(nèi)阻約為0.3Q,E5改裝電流表4量程00.6A,內(nèi)阻約為0.1Q囪標準電流表A：量程00.6A-3A,內(nèi)阻不超過0.04Q實驗中備有的電阻器規(guī)格如下：A.固定電阻阻值8Q,額定電流2AB.固定電阻阻值15Q,額定電流2AC.滑動變阻器阻值范圍020Q,額定電流2AD,滑動變阻器阻值范圍0200Q,額定電流

23、2A兩個表的刻度盤上都將量程均勻分為6大格.要求從0.1A起對每條刻線一一進行核對,為此,從備用的電阻器中,風應(yīng)選用.斤應(yīng)選用o用字母代號填寫【審題】此題中給出了固定限流電阻的選擇,首先要明確其作用,實驗要求電流范圍在0.10.6A之間,即電路中僅有限流電阻時的電流要略大于0.6A,同時要配合滑動變阻器,保證電路中的最小電流不超過0.1A.【解析】改裝表量程為.0.6A,要求從0.1A起對每條刻線進行核對,所以,電路中最大電流不能小于0.6A,最小電流不能大于0.1A.電源電動勢為6v,根據(jù)歐姆定律R總=1電路中最小總電阻不能大于10Q,電路中除固定電阻和滑動變阻器外,其它電阻總阻值等于0.4

24、4Q,所以固定電阻尼應(yīng)選用月8Q；又因最大總電阻不能小于60Q,滑動變阻器應(yīng)選用200Q.【總結(jié)】1要正確理解限流電阻的限流作用-使電路中的電流不超過電流表的量程過多,應(yīng)理解為：在保證電流表能到達滿量程的條件下,通過電流表的電流不過大.所以限流電阻的阻值不能大于使電流表到達滿偏時的阻值.2注意區(qū)分限流電阻與滑動變阻器的作用,限流電阻的作用是使電路中的電流不要過小不小于0.6A,而滑動變阻器的作用是使電路中的電流要到達足夠小不大于0.1A.例7：用伏安法測量某一電阻心的阻值,現(xiàn)有實驗器材如下：A、待測電阻&阻值大約為5Q,額定功率為1WB、電流表%00.6A,內(nèi)阻0.2QC、電流表k03A,內(nèi)阻

25、0.05CD、電壓表匕03V,內(nèi)阻3KQE、電壓表V：015V,內(nèi)阻15KQF、滑動變阻器R00-50QG、蓄電池電動勢為6VH、電鍵、導線為了較準確測量艮的阻值,保證器材的平安,以便操作方便,電壓表、電流表應(yīng)選擇,并畫出實驗電路圖.【審題】此題中待側(cè)電阻的額定功率、電阻估計值,可估算通過電阻的電流及其兩端電壓,是選擇電流表、電壓表量程的關(guān)鍵,另外,電流表的內(nèi)外接法及滑動變阻器的接法也需要計算確定.【解析】1、確定電流表、電壓表的量程.被測電阻比的額定電壓、額定電流分別為%=麻7=/ix?r=歷=2.2/榕=4=2那么電流表選用3,電壓表選用匕2、確定電流表的內(nèi)、外接法c計算臨界電阻*=&%3

26、000C=245C,Rx&,會操作不方便,因此應(yīng)選擇變阻器的限流接法.電路如圖10-12所示.【總結(jié)】此題需要選擇電流表、電壓表量程以及測量電路和限制電路,解題時為防止混亂,可分步選擇,將題目分解,既明確,又不易遺漏.4、電阻測量的方法歸類在高中電學實驗中,涉及最多的問題就是電阻的測量,電阻的測量方法也比擬多,最常用的有：1歐姆表測量：最直接測電阻的儀表.但是一般用歐姆表測量只能進行粗測,為下一步的測量提供一個參考依據(jù).用歐姆表可以測量白熾燈泡的冷電阻.2替代法：替代法的測量思路是等效的思想,可以是利用電流等效、也可以是利用電壓等效.替代法測量電阻精度高,不需要計算,方法簡單,但必須有可調(diào)的標

27、準電阻一般給定的儀器中要有電阻箱.替代法是用與被測量的某一物理性質(zhì)等效,從而加以替代的方法.如圖10-13所示.先把雙刀雙擲開關(guān)W扳到1,閉合&調(diào)整滑動變阻器,使電流表指針指到某一位置,記下此時的示數(shù)I最好為一整數(shù).再把開關(guān)s扳到2,調(diào)整電阻箱總使得電流表指針仍指到示數(shù)工讀出此時電阻箱的阻值r那么未知電阻尼的阻值等于,息,說明：在此實驗中的等效性表現(xiàn)在開關(guān)換位后電流表的示數(shù)相同,即當電阻箱的阻值為,時,圖1-1S對電路的阻礙作用與未知電阻等效,所以未知電阻尼的阻值等于心替代法是一種簡捷而準確度很高的測量電阻的方法,此方法沒有系統(tǒng)誤差,只要電阻箱和電流表的精度足夠高,測量誤差就可以忽略.3伏安法

28、：伏安法的測量依據(jù)是歐姆定律包括局部電路歐姆定律和全電路歐姆定律,需要的根本測量儀器是電壓表和電流表,當只有一個電表時,可以用標準電阻電阻箱或給一個定值電阻代替；當電表的內(nèi)阻時,根據(jù)歐姆定律I二U/R%電壓表同時可以當電流表使用,同樣根據(jù)U=Ih電流表也可以當電壓表用.4比例法：如果有可以作為標準的電阻的電表,可以采用比例法測電表的電阻.用比例法測電表內(nèi)阻時,兩個電流表一般是并聯(lián)據(jù)并聯(lián)分流原理,兩個電壓表一般是串聯(lián)據(jù)串聯(lián)分壓原理.所謂“比例法是：要測量某一物體的某一物理量,可以把它與準確數(shù)值的標準物體進行比擬.例如,使用天平稱量物體的質(zhì)量,就是把被測物體與祛碼進行比擬,硅碼就是質(zhì)量數(shù)準確的標準

29、物體.天平的結(jié)構(gòu)是等臂杠桿,因此當天平平衡時,被測物體的質(zhì)量與標準物體的質(zhì)量是相等的,這就省去了進一步的計算.有很多情況下,被測物體與標準物體的同一物理量間的關(guān)系并不是相等,而是在滿足一定條件下成某種比例的關(guān)系,這種方法又稱為“比例法.例如,測電流表和電壓表的內(nèi)阻,如果有可以作為標準的電阻的電表,都可以使用比例法.采用比例法測電阻的依據(jù)是：串聯(lián)電路電壓與電阻成正比,并聯(lián)電路電流與電阻成反比.電壓表可顯示電阻兩端的電壓值,電流表可顯示電阻中通過的電流,所以測電流表內(nèi)阻應(yīng)把兩電流表并聯(lián),測電壓表內(nèi)阻應(yīng)把兩電壓表串聯(lián),電路圖分別如圖10-14甲、乙所示.測電流表內(nèi)阻時,應(yīng)調(diào)節(jié)滑動變阻器國,使兩電流表

30、的指針都有較大偏轉(zhuǎn),記錄下兩電表的示數(shù)八和h根據(jù)并聯(lián)電路囪in分流原理,假設(shè)電流表A1的內(nèi)阻為八那么電流表的內(nèi)阻r三：八.測電壓表內(nèi)阻時,應(yīng)調(diào)節(jié)滑動變阻器幾,使兩電壓表的指針都有較大偏轉(zhuǎn),記錄下兩電表的示數(shù)和員根據(jù)串聯(lián)電路分壓原理,假設(shè)電壓表%的內(nèi)阻心那么電流表區(qū)的內(nèi)阻及二罷以上例子中,甲圖采用限流電路而乙圖采用分壓電路,這是由于電流表內(nèi)阻都較小,假設(shè)采用分壓電路,那么滑動變阻器的阻值必須更小,這時電路近似于短路,是不允許的；而電壓表內(nèi)阻都很大,假設(shè)采用限流電路,那么滑動變阻器的電阻必須更大,這在實際上行不通.5半值法半偏法.及rS甲乙半值法是上面比例法的一個特例,測電流表內(nèi)阻和測電壓表內(nèi)阻都

31、可以用半值法,電路圖如圖10T5所示.甲圖實驗時先斷開開關(guān)S；閉合S,調(diào)整滑動變阻器島限流法連接,使電流表A滿度即指針指滿刻度處；再閉合S；調(diào)整電阻箱照使電流表A的指針恰好指到半滿度處,讀出此時電阻箱的阻值正,那么電流表A的電阻XR0測量結(jié)果偏小乙圖實驗時先閉合開關(guān)S及5調(diào)整滑動變阻器任分壓法連接,使電壓表V滿度；再斷開S；調(diào)整電阻箱心使電壓表V的指針恰好指到半滿度處,讀出此時電阻箱的阻值片那么電壓表V的電阻r產(chǎn)幻測量結(jié)果偏大例8:測量某電阻冗的阻值.R=約為5Q左右.下表給出可供選擇器材.請畫出你所設(shè)計的實驗原理圖至少3種,并標明所選器材的規(guī)格或代號.備注：另有導線假設(shè)干,各器材數(shù)目均只一個

32、代號箱材名稱規(guī)格a檢流計G300Pjb電流表%0.6,0.1Qc電流表運3k0.02Qd電陰箱M.ggg.gQe電阻箱叼09999Gf滑動受阻器與全電阻5Q/2Ag電源3V0.01Qh開關(guān)S單萬單擲【審題】該題要求至少應(yīng)用3種設(shè)計方案,需要熟練掌握測電阻的原理和方法,列出所有的測電阻的根本方法,看題目中給出的儀器是否適合,靈活利用、變通,充分發(fā)揮題目中所給儀器的作用.【解析】方案一：應(yīng)用伏-安法測電阻,見圖10T6.rWRi選k還是選h就是出于對實驗平安方面的考_R2S11慮.R二與G表,可改裝成3V左右的電壓表；R：與G表,只能改裝成0.3V左右電壓表,這樣小的電壓表既不能平安實驗,也不能進

33、行精確測量.電流表外接而不內(nèi)接,是出于對實驗結(jié)果精確程度的考慮.由于改裝后的電壓表內(nèi)阻遠大于人這樣測量系統(tǒng)誤差較小.選4表,而不選生表是出于精確讀數(shù)的考慮.&、A2誠然都能滿足平安的要求,但小量程表讀數(shù)相對誤差要小得多,顯然這是精確原那么的應(yīng)用.兄作為限制線路的主元件,其限制電壓方便與否,與Rs、Rx值相對大小有關(guān).當兩電阻相近時,為了線路簡單、經(jīng)濟,限制電路適0.6Ar宜用限流接法,這主要是出于實驗操作是否方便的考慮.FII方案二：應(yīng)用全電路歐姆定律測電阻.見圖10-17.質(zhì)I10-17原理：令艮短路,調(diào)R,測得L后,由全電路歐姆定律得E=I：(r+R+0+Rj接著去掉短路線,可得L,同理得

34、E=I2(r+Ri+Rx+R)可求Rx.討論：用兄為何不用R二顯然是考慮了測量方便問題,是方便原那么的應(yīng)用.由于R調(diào)節(jié)時能用到0.1Q變化,對電流調(diào)整是有利的.圖2設(shè)計較圖1,主要是考慮了節(jié)省器材原那么,這也可以說是經(jīng)濟原那么的應(yīng)用.方案三：歐姆表原理測電阻,見圖10-18.原理：先讓ab短路,調(diào)兄使用滿偏,此時內(nèi)阻為5Q.去掉短路線,接通S,測得I,那么依據(jù)歐姆表原理,Rx值為(E/I-5)Q討論：用Ai不用昆或G,主要是考慮了測量結(jié)果的精確問題.假設(shè)用船改裝為歐姆表,其中值電阻為1Q；假設(shè)用G改裝為歐姆表,其中值電阻為10kQ,與待測電阻比擬,測量誤差太大.歐姆表特點是當測量值在其中值電阻

35、附近時,其讀數(shù)或測量結(jié)果比擬準確.這是精確原那么的應(yīng)用旦整個方案三操作上是很方便的.【總結(jié)】此題處理過程相對復雜,但只要遵循前面所提出的各種選擇方法,題目也就迎刃而解了,因此說,根底知識是關(guān)鍵,復雜題目只是根底知識的合成.5、高考實驗設(shè)計型命題的求解策略所謂設(shè)計性實驗,是指根據(jù)現(xiàn)行物理大綱要求,在學生掌握的根本實驗原理根底上,應(yīng)用根本測量儀器自行設(shè)計實驗方案的實驗,設(shè)計性實驗命題的考查內(nèi)容,涉及到對實驗原理的再熟悉和加工,實驗方案確實定包括實驗器材的選擇和遷移運用,實驗步驟的安排,實驗數(shù)據(jù)的處理方法,誤差的分析及對實驗的總結(jié)和評價等.考生在應(yīng)試過程的缺陷通常表現(xiàn)在以下幾個方面：一方面：平時缺乏

36、對實驗思想方法如模擬法,轉(zhuǎn)換法,放大法,比擬法,替代法等進行歸納,在全新的實驗情景下,找不到實驗設(shè)計的原理,無法設(shè)計合理可行的方案.另一方面：受思維定勢影響,缺乏對已掌握的實驗原理,儀器的使用進行新情境下的遷移利用,缺乏創(chuàng)新意識.實驗設(shè)計的根本方法L明確目的,廣泛聯(lián)系題目要求測定什么物理量,或要求驗證、探索什么規(guī)律,這是實驗的目的,是實驗設(shè)計的出發(fā)點.實驗目的明確后,應(yīng)用所學知識,廣泛聯(lián)系,看看該物理量或物理規(guī)律在哪些內(nèi)容中出現(xiàn)過,與哪些物理現(xiàn)象有關(guān),與哪些物理量有直接的聯(lián)系.對于測量型實驗,被測量通過什么規(guī)律需用哪些物理量來定量地表示；對于驗證型實驗,在相應(yīng)的物理現(xiàn)象中,怎樣的定量關(guān)系成立,

37、才能達到驗證規(guī)律的目的；對于探索型實驗,在相應(yīng)的物理現(xiàn)象中,涉及哪些物理量這些都是應(yīng)首先分析的,以此來確定實驗的原理.2.選擇方案,簡便精確對于同一個實驗目的,都可能存在多種實驗原理,進而形成多種(可供選擇的)設(shè)計方案.一般說來,依據(jù)不同的實驗原理選擇不同的實驗方案主要遵循四條原那么：(1)科學性：設(shè)計的方案有科學的依據(jù)和正確的方式,符合物理學的根本原理.(2)可行性：按設(shè)計方案實施時,應(yīng)平安可靠不會對人身、器材造成危害；所需裝置和器材要易于置備,且成功率高.(3)精確性：在選擇方案時,應(yīng)對各種可能的方案進行初步的誤差分析,盡可能選用精確度高的方案.(4)簡便、直觀性：設(shè)計方案應(yīng)便于實驗操作,

38、讀數(shù),便于進行數(shù)據(jù)處理,便于實驗者直觀、明顯地觀察.3 .依據(jù)方案,選定器材實驗方案選定后,考慮該方案需要哪些裝置,被測定量與哪些物理量有直接的定量關(guān)系,分別需用什么儀器來測定,以此來確定實驗所用器材.4 .擬定步驟,合理有序?qū)嶒炛?要做到心中有數(shù)：如何組裝器材,哪些量先測,哪些量后測,應(yīng)以正確操作和提升效率的角度擬定一個合理而有序的實驗步驟.5 .數(shù)據(jù)處理,誤差分析常用的數(shù)據(jù)處理方法如：平均法、圖象法、描跡法、比擬法等和誤差分析方法如絕對誤差、相對誤差等是應(yīng)該掌握的,在設(shè)計實驗時也應(yīng)予以考慮.例9:一電阻額定功率為0.01W,阻值不詳.用歐姆表粗測其阻值約為40kQ.現(xiàn)有以下儀表元件,試設(shè)

39、計適當?shù)碾娐?選擇適宜的元件,較精確地測定其阻值.電流表,量程0300心,內(nèi)阻150Q；電流表,量程01000型,內(nèi)阻45Q；電壓表,量程03V,內(nèi)阻6kQ；電壓表,量程015V,內(nèi)阻30kQ；電壓表,量程050V,內(nèi)阻100kQ；,干電池兩節(jié),每節(jié)電動勢為1.5V；直流穩(wěn)壓電源,輸出電壓6V,額定電流3A；直流電源,輸出電壓24V,額定電流0.5A；直流電源,輸出電壓100V,額定電流0.1A；滑動變阻器,050Q,3W；口滑動變阻器,02kQ,1W；口電鍵一只,連接導線足量.【審題】考查綜合分析水平、推理水平及實驗設(shè)計的創(chuàng)新水平,審題過程見解析.【解析】由于現(xiàn)有器材中有電流表和電壓表,故初

40、步確定一|1|_用伏安法測定此電阻的阻值.又因待測電阻為一大電阻,二P其估計阻值比現(xiàn)有電壓表的內(nèi)阻大或相近,故應(yīng)該采用電一5,流表內(nèi)接法.由于現(xiàn)有滑動變阻器最大阻值比待測電阻小反1m.iQ得多,因此,假設(shè)用滑動變阻器調(diào)節(jié)待測電阻的電流和電壓,只能采用分壓接法,如圖10-19否那么變阻器不能實現(xiàn)靈敏調(diào)節(jié).為了確定各儀表、元件的量程和規(guī)格,首先對待測電阻的額定電壓和電流作出估算：最大電流為工=黑1rA=5x10-4a=500A；最大電壓&=20V,由于實驗中的電流和電壓可以小于而不能超過待測電阻的額定電流和額定電壓,現(xiàn)有兩個電流表內(nèi)阻相近,由內(nèi)阻所引起的系統(tǒng)誤差相近,而量程010004A接入電路時

41、,只能在指針半偏轉(zhuǎn)以下讀數(shù),引起的偶然誤差較大,應(yīng)選用量程為0300A的電流表.這樣選用電流表后,待測電阻上的最大實際電壓約為3、10一x40x103V=12V,故應(yīng)選用量程為15V的電壓表,由于在如下圖的電路中,要實現(xiàn)變阻器在較大范圍內(nèi)靈敏調(diào)節(jié),電源電壓應(yīng)比待測電阻的最大實際電壓高,故電源應(yīng)選輸出電壓為24V一種其額定電流也遠大于電路中的最大實際電流,故可用.關(guān)于變阻器的選擇,由于采用分壓接法,全部電源電壓加在變阻器上.假設(shè)是把050Q的變阻器接入電路,通過它的最小電流對應(yīng)于待測電路斷開約為24/50A=0.5A,最小功率約為0.25x50W=12.5W,遠大于其額定功率；而02kQ的變阻器

42、接入電路.其最大電流對應(yīng)于滑動鍵靠近圖13-4中變阻器A端約為并聯(lián)電路總電流0.0136A,小于其額定電流0.2024A.故應(yīng)選02kQ的變阻器.【總結(jié)】此題處理過程相對復雜,但只要根據(jù)“儀器選擇-測量電路選擇-限制電路選擇這樣的順序逐個突破,將復雜的過程逐一分解,遵循前面所提出的各種選擇方法,題目也就迎刃而解了,因此說,根底知識是關(guān)鍵,復雜題目只是基礎(chǔ)知識的合成.實驗設(shè)計的根本思路RW曰66*二-+X七田士一七|士生將妞尿一沖至八附：對電學實驗中幾個點的強調(diào)說明：一、關(guān)于多用電表1 .使用多用表時要注意什么?1使用多用表的電壓、電流擋.使用多用表測量電壓、電流的方法,與單獨使用電壓表、電流表

43、的方法根本上是一樣的,只不過在使用多用表前要根據(jù)待測量的情況是電流還是電壓是交流還是直流調(diào)整好選擇開關(guān),并調(diào)整到合適的量程上,其他如正負接線柱的選用,串聯(lián)還是并聯(lián)到電路中去等,就和單獨使用電壓表、電流表時沒什么兩樣了.2使用多用表的歐姆擋.機械調(diào)零:使用前先查看指針是否指在左端電阻為無窮大的位置,如不是,那么要用螺釘旋具慢慢地調(diào)節(jié)定位螺釘使指針正確定位.量程選擇:扳動選擇開關(guān)到適宜的量程上,盡可能使正式測量時指針停留R在中間位置附近,也就是要盡可能利用冬4號,中這一范圍內(nèi),以戒少測量誤4差.歐姆調(diào)零:短接兩表筆,調(diào)整歐姆檔的調(diào)零旋鈕,使指針指在零歐姆處,注意每改變一次量程,就要重新調(diào)零一次.數(shù)據(jù)讀取:數(shù)據(jù)讀取時,一要注意到歐姆刻度不是均勻的,不然估讀會不正確；二要注意讀得的數(shù)據(jù)還應(yīng)乘以量程的倍率；三是測量電路中的某一電阻阻值時,應(yīng)該先把電源切斷,再把待測電阻和其他元件斷開,之后再行測量；四是要注意手不要碰到表筆的金屬桿,以免人體電阻與待測電阻并聯(lián)造成誤差.結(jié)束工作:測量完畢后,一定要把選擇開關(guān)切換到交流高壓擋或切換到OFF擋上,以防止漏電或