高三人教版物理總復習配套文檔：第7章 專題七 電學設(shè)計性實驗（高考）

1、專題七電學設(shè)計性實驗考綱解讀 、器材，設(shè)計出合理的實驗方案、實驗步驟及數(shù)據(jù)處理的方法考點一設(shè)計性實驗的解題思路與方法1明確實驗目的認真審清題意，看清題目的要求即審題時要看清題目要求測定什么物理量，驗證、探究什么物理規(guī)律，或者要求設(shè)計達到何種標準的電路等2明確實驗原理解決設(shè)計型實驗題的關(guān)鍵在于選擇實驗原理如果實驗需要測定某些電學量，應弄清待測物理量可通過哪些規(guī)律、公式求得，與哪些物理量有直接聯(lián)系，可用哪些物理量定量地表示，用何種方法測定相關(guān)量，進而得出待求量3正確地選擇實驗電路(1)控制電路的選擇滑動變阻器選用限流式接法或分壓式接法的依據(jù)：負載電阻兩端的電壓要求變化范圍較大，且從零開始連續(xù)可調(diào)，

2、應選分壓電路若負載電阻的阻值Rx遠大于滑動變阻器總阻值R，應選分壓電路若負載電阻的阻值Rx小于滑動變阻器總阻值R或相差不多，且沒有要求電壓從零可調(diào)，應選限流電路兩種電路均可時，限流電路優(yōu)先，因為限流電路消耗的總功率小特殊問題要具體問題具體分析(2)測量電路的選擇對伏安法測電阻，應根據(jù)待測電阻的大小選擇電流表的不同接法圖1阻值判斷法當RVRx時，采用電流表“外接法”，如圖1甲所示；當RxRA時，采用電流表“內(nèi)接法”，如圖1乙所示倍率比較法a當，即Rx時，既可選擇電流表“內(nèi)接法”，也可選擇電流表“外接法”；b當>即Rx<時，采用電流表外接法；c當<即Rx>時，采用電流表內(nèi)接

3、法試觸法(如圖2所示)圖2與比較大?。篴若>，則選擇電流表外接法；b若>，則選擇電流表內(nèi)接法例1有一額定電壓為10 V、額定功率在10 W15 W之間的用電器，小李同學想測定它的額定功率實驗室的工作人員提供了以下實驗器材供其選用：A直流電源E一個(電動勢為15 V，內(nèi)阻不計)B直流電壓表V一個(量程為03 V，內(nèi)阻為2 k)C直流電流表A一個(雙量程0 A3 A，內(nèi)阻約為20 和4 )D滑動變阻器一個：R阻(規(guī)格05 、 A)E定值電阻三個：R12 k，R24 k，R36 kF單刀單擲開關(guān)1個，導線若干根(1)小李同學研究以后發(fā)現(xiàn)，電壓表量程不能滿足實驗要求為完成測量，他將電壓表進

4、行了改裝：在電壓表V上串聯(lián)一個定值電阻，利用分壓關(guān)系，以滿足電表偏轉(zhuǎn)的要求在三個給定的定值電阻中應選用_(填寫所用器材的符號)(2)改裝后的電壓表用表示，選好器材后，他設(shè)計了三個實驗電路圖，如圖3甲所示根據(jù)實驗的要求，電路_較為合理 甲乙圖3(3)若該用電器正常工作時，電流表的指針如圖乙所示，則它的額定功率為_W(保留兩位有效數(shù)字)解析(1)用電器的額定電壓為10 V，所以電壓表的量程至少應為10 V，假設(shè)改裝后的電壓表的量程為10 V，則有，解得Rx k，所以應選用R3，此時改裝后的電壓表量程為12 V.(2)用電器的電阻值約為R10 R阻<R，所以滑動變阻器應采用分壓式接法又因為R&

5、lt;，故應采用電流表外接法所以電路B能較準確地完成該實驗(3)由題圖乙可知，電流表的示數(shù)為I A，所以用電器的功率為PUI10× W12 W答案(1)R3(2)B(3)12實驗設(shè)計流程考點二實驗方法及數(shù)據(jù)處理方法的遷移應用1實驗方法的遷移基本的實驗方法包括：實驗原理的設(shè)計方法、實驗誤差的控制方法和實驗數(shù)據(jù)的處理方法，將基本的實驗方法和物理原理合理遷移，可設(shè)計出測量不同的物理量、探究不同問題的實驗方案教材中所學過的物理規(guī)律、物理公式中只要含有某一物理量，則該規(guī)律、公式就可作為研究或測定該物理量的原理基礎(chǔ)而進行相應的實驗方法設(shè)計如用伏安法測電阻，R，也可遷移到測電壓表內(nèi)阻和電流表內(nèi)阻上

6、去2缺少電壓表、電流表或電表量程不夠的處理方法在電學實驗中，有時實驗器材中有兩只電壓表沒有電流表，有時有兩只電流表而沒有電壓表，遇到這類問題時可將電流表作為電壓表用或?qū)㈦妷罕碜鳛殡娏鞅碛?，但要注意量程是否合適，必要時需進行改裝，擴大量程3實驗數(shù)據(jù)處理方法的應用與創(chuàng)新數(shù)據(jù)探究性實驗的主要功能是通過實驗提供的數(shù)據(jù)信息，分析各數(shù)據(jù)中的內(nèi)在聯(lián)系，找出數(shù)據(jù)中所包含的物理規(guī)律常用的數(shù)據(jù)處理方法(如平均值法、圖象法、逐差法、比較法等)和誤差分析方法應該掌握對于用圖象法處理實驗數(shù)據(jù)，一定要明確縱軸、橫軸所表示的物理量，正確地進行描點連線，然后根據(jù)物理規(guī)律列出與該圖線對應的方程式；若題目不需要利用斜率和截距進行

7、求解(或題目沒有給出斜率和截距的大小)，可在直線圖象中找出兩個點的坐標代入方程，組成方程組進行求解若題目給出了斜率和截距的小，須將方程化簡成ykxb的形式求解例2待測電阻Rx的阻值約為20 ，現(xiàn)要測量其阻值，實驗室提供器材如下：A電流表A1(量程150 mA，內(nèi)阻約為10 )B電流表A2(量程20 mA，內(nèi)阻r230 )C電壓表V(量程15 V，內(nèi)阻約為3 000 )D定值電阻R0100 E滑動變阻器R1，最大阻值為5 ，額定電流為 AF滑動變阻器R2，最大阻值為5 ，額定電流為 AG電源E，電動勢為4 V(內(nèi)阻不計)H電鍵S及導線若干(1)為了使電表調(diào)節(jié)范圍較大，測量準確，測量時電表讀數(shù)不得

8、小于其量程的，請從所給的器材中選擇合適的實驗器材_(均用器材前對應的序號字母填寫)；(2)根據(jù)你選擇的實驗器材，請你在虛線框內(nèi)畫出測量Rx的最佳實驗電路圖并標明元件符號；(3)待測電阻的表達式為Rx解析(1)由于電源電動勢為4 V，電壓表V的量程為15 V，達不到其量程的三分之一，故電壓表不能使用；可用電流表A2與定值電阻R0串聯(lián)擴大其電壓量程，當作電壓表與電流表A1配合使用伏安法測量待測電阻阻值，由于改裝的電壓表內(nèi)阻已知，故電流表用外接法，改裝的電壓表量程為20 mA×130 V，滑動變阻器最大阻值為5 ，無法起到限流作用，故滑動變阻器采用分壓式接法；此時考慮到干路最小電流約為 A

9、，故滑動變阻器只能選擇R1，經(jīng)過估算當電流表A1滿偏時，電流表A2也正好滿偏，非常匹配，因此滿足電表讀數(shù)不得小于其量程的三分之一要求故實驗器材選擇ABDEGH.(2)如圖所示(3)待測電阻Rx，其中I1、I2分別為電流表A1和A2的示數(shù)答案(1)ABDEGH(2)見解析圖(3)I1、I2分別為電流表A1和A2的示數(shù)例3某課題研究小組，選用下列器材測定某型號 所用鋰電池的電動勢E和內(nèi)阻r.(電動勢約為4 V，內(nèi)阻在幾歐到幾十歐之間)A電壓表(量程6 V， k)B電流表(量程2 mA，內(nèi)阻約為50 )C電阻箱R(0 )D開關(guān)S一只、導線若干(1)某同學從上述器材中選取了電流表和電阻箱測鋰電池的電動

10、勢和內(nèi)阻，你認為可行嗎？請說明理由：_.(2)今用上述器材中的電壓表和電阻箱測鋰電池的電動勢和內(nèi)阻，請在虛線框中畫出實驗電路圖(3)用(2)中實驗電路測得的8組U、R數(shù)據(jù)，已在坐標系中描出了各點，如圖4所示，請在圖中作出圖線根據(jù)圖線求得E_V，r_.(保留兩位有效數(shù)字)圖4解析(1)將電流表、電阻箱串聯(lián)在鋰電池上，估算通過電路的最小電流大于2 (2)實驗電路圖如圖所示(3)根據(jù)坐標中描出的各點，畫出的圖線，如圖所示根據(jù)I，UEIr推出·由此可知圖線的截距為電動勢的倒數(shù)，斜率為內(nèi)阻和電動勢的比值，由此可得出E V，r .答案見解析(限時：30分鐘)1電子所帶的電荷量(元電荷e)最先是由

11、密立根通過油滴實驗測量出的，圖1是該實驗裝置的示意圖，將兩塊水平放置的金屬板A、B連接到電路中，板間產(chǎn)生豎直向下的勻強電場用一個噴霧器把許多油滴從上板中間的小孔噴入電場，油滴從噴口出來時由于與噴口摩擦帶負電在實驗中通過調(diào)節(jié)金屬板間的電壓，利用顯微鏡觀察，找到懸浮不動的油滴所用部分器材已在圖中給出，其中E為直流電源，R為滑動變阻器，V為電壓表，S為開關(guān)，此外還有若干輕質(zhì)導線圖1(1)在圖中畫線連接成實驗電路圖(其中是已經(jīng)連接好的導線)(2)實驗時觀察到某個懸浮不動的油滴半徑為r，此時電壓表的示數(shù)為U，金屬板A、B間的距離為d.已知油滴密度為，重力加速度為g，空氣浮力不計，則該油滴所帶的電荷量為_

12、(用題目中所給的物理量表示)答案(1)如圖所示(2)解析(2)油滴處于靜止狀態(tài)，則有qmg，其中m·r3，聯(lián)立解得q.2實際電流表有內(nèi)阻，可等效為理想電流表與電阻的串聯(lián)現(xiàn)在要測量電流表的內(nèi)阻r1.供選擇的儀器如下：A待測電流表(05 mA，內(nèi)阻約300 )B電流表(010 mA，內(nèi)阻約100 )C電壓表(量程6 V)D電壓表(量程15 V)E滑動變阻器R3(01 000 )F滑動變阻器R4(0500 )G定值電阻R1(300 )H定值電阻R2(10 )I直流電源(E3 V)J開關(guān)S及導線若干(1)請選擇合適的器材設(shè)計實驗電路，并把電路圖畫在虛線框中(在圖中標明所選器材的代號)(2)根

13、據(jù)測量所得物理量有r1_.答案(1)見解析圖(2)解析按照伏安法測電阻的原理，用電流表、來測量待測電流表的內(nèi)阻，電路圖如圖所示由I1r1(I2I1)R1解得r1.3當小燈泡發(fā)光時其燈絲的電阻會隨著發(fā)光亮度的變化而變化某同學為研究這一現(xiàn)象，按照自己設(shè)計的實驗電路圖測量小燈泡的電流 I和電壓U，得到如下表所示的數(shù)據(jù).I(A)U(V)(1)請你根據(jù)上表數(shù)據(jù)的特點，在虛線框中畫出實驗電路圖可用的器材有：電壓表、電流表、滑動變阻器(010 )、電源、小燈泡、開關(guān)和導線若干(2)在圖2所示坐標紙上畫出小燈泡的UI曲線，并定性分析燈絲的電阻與燈泡發(fā)光亮度的變化關(guān)系：_.(3) V、 的電源兩端，利用上面的U

14、I曲線可求出小燈泡的實際功率是_W，電源效率為_(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)圖2答案(1)如圖甲所示(2)如圖乙所示燈絲電阻隨發(fā)光亮度的增加而增大(3)53%解析電壓取值范圍大，應采用分壓式接法，燈絲電阻較小，采用電流表外接法由圖象得燈絲電阻隨發(fā)光亮度的增加而增大在UI 的伏安特性圖線，兩圖線交點為( A, V)，故PUI× W，×100%53%.4要測量一電源的電動勢E(小于3 V)和內(nèi)阻r(約1 )，現(xiàn)有下列器材：電壓表V(03 V15 V)、電阻箱(0 )、定值電阻R02 、開關(guān)和導線某實驗小組根據(jù)所給器材設(shè)計了如圖3甲所示的實驗電路圖3(1)電路中定值電阻R0的作用是保

15、護_(填“電源”或“電壓表”)(2)A同學調(diào)節(jié)電阻箱阻值R，讀出對應的電壓表讀數(shù)U，得到兩組數(shù)據(jù)：R1 時U1 V；R2 時U2 V由這兩組數(shù)據(jù)可求得電源的電動勢為E_V，內(nèi)阻r_.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(3)B同學計劃用作圖法處理數(shù)據(jù)，他調(diào)節(jié)電阻箱阻值R，得出了若干組數(shù)據(jù)，并描點連線得出了如圖乙所示的圖線，圖線縱坐標表示電壓表讀數(shù)的倒數(shù)，圖線的橫坐標表示.若所得圖線的斜率為k，在坐標軸上的截距為b，則該電源的電動勢E_，內(nèi)阻r_.(用k和b表示)(4)比較A、B兩位同學的做法，_同學得出的結(jié)果誤差更小答案(1)電源(2)(3)(4)B解析(1)電路中定值電阻R0的作用：在調(diào)節(jié)電阻箱時，使電

16、路中的電流不至于太大而燒壞電源(2)由閉合電路歐姆定律可得I，將題給數(shù)據(jù)代入可得E V，r .(3)由閉合電路歐姆定律可得I，整理可得·，所以k，b，故E，r.(4)B同學運用圖象處理數(shù)據(jù)，涉及的測量數(shù)據(jù)較多，誤差更小圖45某物理實驗小組利用實驗室提供的器材測量一待測電阻的阻值可選用器材的代號和規(guī)格如下：電流表A1(量程250 mA，內(nèi)阻r15 )電流表A2(量程300 mA，內(nèi)阻r2約為5 )待測電阻Rx(阻值約為100 )滑動變阻器R(最大阻值10 )蓄電池E(電動勢為6 V，內(nèi)阻r約為1 )單刀單擲開關(guān)S，導線若干(1)小組同學根據(jù)實驗器材所設(shè)計的實驗電路原理圖如圖4所示，但兩

17、只電表的代號沒有明確請用筆畫線代替導線，將圖5中的實驗器材按電路原理圖連成實驗電路，并在電表下方的虛線框內(nèi)標明兩只電表的代號圖5(2)他們需要直接測量的物理量是_，用所測物理量表示待測電阻的計算式為Rx_.答案(1)見解析圖(2)電流表A1的示數(shù)I1、電流表A2的示數(shù)I2解析(1)題中沒給電壓表，而是給了兩只電流表，可將已知阻值的電流表A1作為電壓表使用，因此與Rx并聯(lián)的電流表為A1，右側(cè)的電流表為A2，實驗器材連線如圖所示(2)實驗中讀出電流表A1的示數(shù)I1、電流表A2的示數(shù)I2，則電阻Rx兩端的電壓為UI1r1，電流為II2I1，所以Rx.6某實驗小組要測量一個用電器L的額定功率(額定電壓

18、為10 V、額定功率在12 W15 W之間)，測量電路的部分導線已經(jīng)接好(如圖6所示)實驗室有下列器材可供選用：圖6直流電源：E1(電動勢為3 V，內(nèi)阻很小)E2(電動勢為15 V，內(nèi)阻很小)直流電流表：A1(量程00.6 A， )A2(量程03 A， )直流電壓表：V(量程為3 V、內(nèi)阻為3 k)滑動變阻器：R1(阻值范圍020 )R2(阻值范圍0200 )定值電阻：R33 k、R49 k、R525 k開關(guān)一個，導線若干為使測量盡可能準確、方便，請回答：(1)電源應該選擇_(填“E1”或“E2”)；(2)電流表應該選擇_(填“A1”或“A2”)；(3)滑動變阻器應該選擇_(填“R1”或“R2”)；