电学实验设计型实验的设计原则和思路

一、设计型实验的设计原则和思路设计原则1、科学性：设计的方案应有科学的依据及正确的方法。2、安全性：按设计方案实施时，应安全可靠，不会损坏器材。例：选用电压表或电流表时其量程不能小于被测电压或电流的最小值；设计方案时，应设置保护措施，用电器额定电流太小或电表量程太小时，供电电路设计成分压式，有时甚至还应给用电器串联保护电阻等。3、精确性：在误差允许范围内应尽可能选择误差较小的方案。例：使用电表前应进行机械调零；选择电流表、电压表量程时，在确保安全性的前提下应选择较小的量程，测量时指针应至少偏转到满刻度的 1/3 以上；针对实验中可能出现的因操作而带来的偶然误差，往往多次重复实验，获取多组实验数据，然后采取平均值法（其中包括图象法）来处理数据求解。4、方便易行、节能省材。例：测量电阻时，在满足实验条件的情况下可设计成替代法或半偏法；设计供电电路时，如果限流式和分压式均可，则应设计成限流式。设计思路设计类实验属实验知识的运用类，题在书本外，理在书本内。在熟练掌握书本基础实验的基本原理和实验技能、技巧的基础上，认真审题，寻找实验原理，设计出最优方案。流程如下：实验目的和实验器材实验原理 电路图 实验步骤用测量量表示的待测量的表达式误差分析。注意：选择仪器设计电路时并非一定要把所有的仪器都用上，只要科学合理即可。【例题】一个标有“3.8 V,0.3 A”字样的小灯泡，其灯丝的电阻会随温度的升高而变化，一探究性学习小组在实验室研究这一问题，现实验室备有以下实验器材：器材名称 代号 参 数电池组 E 电动势 9 V，内阻 0.5 电压表 V1 量程 05 V，内阻 2.0 k电压表 V2 量程 015 V，内阻 3.0 k电流表 A1 量程 00.3 A，内阻 2.0 电流表 A2 量程 06 A，内阻 0.4 滑动变阻器 R1 010，额定电流 2 A滑动变阻器 R2 0100 ，额定电流 0.5 A固定电阻 R0 5 ，额定电流 5 A开关 S 一个导线 M 若干实验时要求测量范围尽可能大，且要求灯泡上的电压从 0 开始调节，测量结果尽可能准确(1)现在有下图所示的 a、b、c、d 四个电路，其中可选用的电路有 _(2)在实验中，应当选用的实验器材有电压表_，电流表_，滑动变阻器_(填器材名称代号)(3)该小组某同学通过实验描绘出小灯泡的 IU 图线，如图一所示，试根据图线中给出的数据，求出小灯泡在工作点 A 和 B 的电阻值分别为_、_.注意：设计电路要尽量减小误差或避免误差。 【例题】待测电阻 Rx（约为几百欧姆） ，为了较准确测量 Rx，除 Rx 外，实验室提供了如下器材：A.电源 E 电动势 3V，内阻不计； B.电流表 A1 量程 010mA 、内阻 r1 约为 500C.电流表 A2 量程 0500A、内阻 r2=1000 D.滑动变阻器 R1 最大阻值 20 额定电流 2A E.定值电阻 R2=5000 F.定值电阻 R3=500 电键 S 和导线若干(1)试设计出测量电路（标出所选器材符号）(2)若两电流表的读数分别为 I1=6.2mA，I 2=300A，待测阻值 Rx= （保留小数点后 1 位数字）二、测量电阻的几种常用设计方案注意：设计测量电阻的电路实验时，是以基础实验伏安法测电阻的思想与原理为指导，再结合电学原理和性质综合求解（例：一表多用；串、并联性质等） 。一表多用由欧姆定律可知，若知道电流表的内阻则电流表在一定条件下可以当电压表使用；若知道电压表的内阻则电压表在一定条件下可以当电流表使用。【例题】某同学为了描绘一个标有“12 V,6 W”的小灯泡的伏安特性曲线，他到实验室寻找到了一些仪器，但没找到电压表，找到的器材规格如下：a电流表 A1(00.5 A，内阻为 0.5 )； b电流表 A2(00.6 A，内阻约为 0.3 )；c电阻箱 R1(09 999.9 ，最小调节量 0.1 )； d电阻箱 R2(099.9 ，最小调节量 0.1 )；e滑动变阻器 R3(050 ，额定电流为 1.5 A)； f滑动变阻器 R4(05 ，额定电流为 3 A)；g 16 V 直流电源； h开关、导线若干，待测灯泡利用现有器材，结合所学知识，请你替这位同学设计本实验(1)画出实验原理图；(2)以上器材中电阻箱应选用_ ，滑动变阻器应选用 _(填代号) ；(3)写出小灯泡两端的电压表达式，并说明式中符号的意义：_.【例题】用以下器材测量一待测电阻 的阻值（ ）：电源 E，具有Rx901一定内阻，电动势约为 9.0V；电压表 V1，量程为 1.5V，内阻 r1750；电压表V2，量程为 5V，内阻 r22500；滑动变阻器 R，最大阻值约为 100；单刀单掷开关 K，导线若干。（1）测量中要求电压表的读数不小于其量程的 ，试画出测量电阻 Rx 的一种实31验电路原理图(原理图中的元件要用题目中的相应的英文字母标注） 。（2）若电压表 V1 的读数用 U1 表示，电压表 V2 的读数用 U2 表示，则由已知量和测得量表示 Rx 的公式为 Rx=_。串、并联性质注意：串联电路电流相等，并联电路电压相等。1、两电流表并联测表的内阻2、两电流表串联测表的内阻3、两电压表串联测表的内阻4、两电压表并联测表的内阻5、电流表与电压表串联测表的内阻6、电流表与电压表并联测表的内阻拓展：若电表为理想电表，则可以设计如下图所示的电路测电阻。半偏法1、半偏法测 G 表（或 A 表）的内阻。I、实验原理：II、误差分析：假设 G 表的满偏电流为 ，则闭合 后，由于并联后的总电阻 ，故闭合gI2SgR并后保持滑动变阻器 R 不动，调节电阻箱 使 G 表半偏时的干路电路 ,所以2S 0RIG 表半偏时，实际上流过电阻箱 的电流会大于流过 G 表的电流，所以实际上此0时电阻箱的阻值 ,所以 U 表半偏时，0Rmax实际上在电阻箱 两端的电压会大于 V 表两端的电压，所以实际上此时电阻箱的0阻值 V 表内阻 ，即：0V测 真注意：用此半偏法测某一电压表 V 的内阻时