电学设计.doc

电学设计性实验的解答策略设计性实验是在掌握基础实验、基本测量工具之后，完成指定的实验任务而进行的综合实验。它包括确定实验方案、选择实验仪器、拟定实验步骤、调控实验条件、观察记录和处理实验数据、误差分析等等。完成设计性实验，不仅需要一定的理论知识，实验技能，而且在完成任务的过程中，通过储存检索、综合分析、推理判断、活化和运用物理知识，使实验能力得到全面发展。一、【解答策略解析设计要求，构造物理情景设计性实验是在掌握基础实验之后进行的综合实验，因此应着眼于解析问题的条件和要求,尽量与基础实验、社会生活和已有知识相联系，构造与问题相适应的物理情景。依据实验原理，确定实验方案设计性实验的核心是设计实验原理，它是进行设计实验的根本依据和起点。实验原理的确定：应依据物理情景，还原物理模型，寻求实验原理的建立。实验方案的确立在遵循：正确性、可靠性、简便性和精确性的同时，还应根据原理的适用条件和可能达到的实验精度，选定适合设计要求的方法。注重误差分析，合理选择器材设计性实验的目的是验证已有物理规律，揭示新的物理现象，寻求新的物理规律，为此，我们必须在服从实验原理的条件下，以尽量减小实验误差的要求加以选择。减小误差其主要是减小测量仪器示值误差和实验原理、实验方法的方法误差。例如电学实验中的仪器和线路，选择时应注意伏安表的选择以采用尽可能使指针接近满刻度的量程为宜；欧姆表宜使指针尽可能指在中间刻度附近的倍率档位；调控实验条件，拟定实验步骤任何原理、规律都有它成立的条件，我们在验证、探索、测量和应用时都应将它成立的条件和与拟定的实验步骤相联系。边调控、边进行程序操作，两者互相制约。一般的程序是：从调控的条件入手，先安装器材，再进行实验操作。观察纪录数据，处理分析结论实验测量不可能得到被测量的真实值，只能是近似值，而实验数据的纪录反映了近似值的大小。对数据用简明而严格的方法把实验数据所代表的事物内在规律性提炼出来，找出实验所需的实验结论。二、例题解析RxRA例1用图所示的电路测定未知电阻的值，图中电源电动势未知，电源内阻与电流表的内阻均可忽略不计，为电阻箱。（98高考题）若要测得的值，至少需要取_个不同的数值。若电流表每个分度表示的电流值未知，但指针偏转角度与通过的电流成正比,则在用此电路测时,至少需取_个不同的数值。若电源内阻不可忽略，能否应用此电路测量？答：_【分析与解】此设计型实验是确定实验方案，拟定实验步骤。条件有：未知电源的、安培表、待测电阻、电阻箱。根据实验条件和要求，可以与必修教材P第6题“单安法”测电阻实验相类比。或者将看成是电源的内阻，利用安培表来测量电源电动势的内阻。这样，将一个设计性实验转化或还原为一个已知的基本实验。由于电源和电流表内阻不计，当电阻箱为R时,电流表读数为I时有：=I(R+R) 当电阻箱为R时,电流表读数为I时有：=I(RR) 显然，只要能测量I、I、R、R就可以测R。设每格电流值为I，则有：I=NI，I=NI，代如可得：因而，若测出两次指针所偏转的格数和，就可测出，无需知道电流的值。若电源内阻不能忽略，采用原电路测量，则不能测量出该电阻的阻值。原因是：此时可将等效为的一部分，将不能测出R，但可测出：（）的值。【解后反思】将上面的第改为：若电源内阻不可忽略，应如何来测量？【答案：分三次测量：第一次将电源与电阻箱相连接，测出此时的电流为，第二次将待测电阻与电源相连接，测出此时的电流为，第三次将电阻箱也串入到电路中，同理测得此时的电路为。则可列出：(还可采用替代法测量)若给出：电阻箱、电流表和电键各一只、导线若干，请问如何来粗测电池的电动势和内阻？【答案：与该题的第问相同，只是将电池的内阻看成是即可。】若给出：电阻箱、电压表和电键各一只、导线若干，请问如何来粗略测量电池的电动势？【答案：见下题的实验方法】例（86全国高考题）有两只伏特表和，量程已知，内阻不知。另有一干电池，它的内阻不知等于多少。只用这两只伏特表、电键和一些连接的导线，能通过测量计算出这个电池的电动势（已知电动势不超过伏特表的量程）画出你测量时所用的电路图。以测的量做为已知量，导出计算电动势的式子。BABBABBAA【分析与解】测量仪器是“伏特表”，要测量电池的电动势，则设计的原理是“全电路欧姆定 律”。给定两个伏特表来测定电池的电动势，则可形成如图所示的种原理图。求解可利用：在遵循“简便性”和“精确性”原则来看：应采用采用a、c或b、c最简单两种测量。这也表明，设计性实验常常对应着多种设计方案。下面以ac为例来分析求解b图有： c图有：解得：【解后反思】本题具有开放性特点：已知量直接测量量少，相关量未知量多，要求合理引入未知量，并在推理中消去它们。其实验方法，不同于常规，要求有一定创见；且可实施的方法，并不唯一，读者不仿自己设计其它测量电路，但不同测量电路在数学处理过程中难度不同，是否能迅速得到最佳解题途径也反映物理能力的高低。本单元练习有一只伏特表，量程已知，内阻为。另有一电池（电动势未知，但不超过伏特表的量程，内阻可忽略）。请用这只伏特表和电池，再用一个电键和一些连接用的导线，设计测量某一高值电阻的实验方法。（已知的值与相差不大）(94上海)画出实验的电路图。简要写出测量步骤和需记录的数据，导出高值电阻的计算式现有一阻值为10的定值电阻、一个电键、若干导线和一个电压表，该电压表表面上有刻度但无刻度值，要求设计一个能测定电源内阻的实验方案。（已知电压表内阻很大，电压表量程大于电动势，电源内阻约为几欧）要求：(99上海)画出实验电路图。简要写出完成接线后的实验步骤；写出用测得的量计算电源内阻的表达式_某同学用以下器材测量电阻：电流表电阻箱单刀双掷开关(开关在掷刀a倒向b时ab接通，倒向c时ac接通)待测电阻电源限流电阻。(97年上海)如图所示。实验方法是利用单刀双掷开关分别将电阻箱和待测电阻接入电路，用电阻箱替代待测电阻的方法来测定待测电阻的阻值。在图中完成电路的连接(其中有2条导线已连接好)。本实验中开关应先接通的是含有_填(“待测电阻”或“电阻箱”)的电路。用开关变换电路，调节电阻箱时，应使两次测量的_大小相同，这时待测电阻的值可以_上读出。图为测量电阻的电路，为待测电阻，的阻值已知，为保护电阻，阻值未知，电源的电动势未知。、均为单刀双开关。为电流表，其内阻不计。（99年高考）按图所示的电路，在图的实物图上连线。测量的步骤为：将向闭合，向闭合，记下电流表读数，再将向闭合，向闭合，记下电流表读数。计算的公式是：器材（代号）规格电流表A1量程10，内阻1待测约40电流表A2量程500，内阻2=750电压表V量程10，内阻3=10k电阻R1阻值约100，做保护电阻用滑动变阻器R2总阻值约50电池电动势1.5，内阻很小开关导线若干从下表中选出适当的实验器材，设计一电路来测量电流表的内阻，要求方法简捷，有尽可能高的测量精度，并能测量多阻数据(00高考)画出电路图，标明所用器材的代号若选测量数据中的一组来计算，则所用的表达式为_，式中各符号的意义是：_。序号A1示数/AA2示数/AV1示数/VV2示数/V0.600.302.401.200.440.322.560.48V2 rV1R1R2R3A12Rp某同学按如图所示电路进行实验，实验时该同学将变阻器的触片移到不同位置时测得各电表的示数如下表所示。将电压表内阻看成无限大，电流表内阻看成零。(00上海)电路中，分别为电源的电动势和内阻，R、为定值电阻，在这五个物理量中，可根据上表中的数据求得的物理量是(不要求具体计算)_。由于电路发生故障，发现两电压表示数相同了（但不为零），若这种情况的发生是由用电器引起的，则可能的故障原因是_。R3R2R1ABC电阻、连接成图示的电路，放在一个箱中（虚线所示）箱面上有三个接线柱、。请用多用表和导线设计实验，通过、的测量，确定各个电阻的阻值。要求写出实验步骤并用所测值表示电阻、。(00理科综合）测定电流表内电阻的实验中备用的器件有:A电流表(量程0100A),B标准伏特表(量程05V),C电阻箱(阻值范围0999), D电阻箱(阻值范围09999),E电源(电动势2V,有内阻),F电源(电动势6V,有内阻), (84高考)G滑动变阻器(阻值范围050,额定电流1.5A),还有若干电键和导线.如果采用图所示的电路测定电流表A的内电阻并且要想得到较高的精确度,那末从以上备用的器件中,可变电阻R应选用_ ,可变电阻R应选用_,电源应选用_.(用字母代号填写)如果实验时要进行的步骤有:A合上K;B合上K;C观察R的阻值是否最大,如果不是,将R的阻值调至最大;D调节R的阻值,使电流表指针偏转到满刻度;E调节R的阻值,使电流表指针偏转到满刻度的一半; F记下R的阻值.把以上步骤的字母代号按实验的合理顺序填写在下面横线上空白处：_如果在步骤F中所得R的阻值为600欧姆,则图中电流表的内电阻R的测量值为_ 欧姆.如果要将第(1)小题中的电流表A改装成量程为05V的伏特表,则改装的方法是跟电流表_ 联一个阻值为_ 欧姆的电阻.)图所示器件中,一部分是将电流表改装为伏特表所需的,其余是为了把改装成的伏特表跟标准伏特表进行核对所需的.首先在下面空白处画出改装和核对都包括在内的电路图(要求对05V的所有刻度都能在实验中进行核对),然后在图上画出连线,将所示器件按以上要求连接成实验电路.如图所示，是一根表面均匀地镀有很薄的发热电阻膜的长陶瓷管（其长度为50，直径为10左右），镀膜材料的电阻率为已知，管的两端有导电箍。现给你米尺，伏特表，安培表，电源，滑动变阻器，电键和若干导线。请设计一个测定镀膜层厚度的实验方案。（96上海)实验中要测量的物理量是：_设计出测量的电路图。计算镀膜层厚度的公式是：_有小灯泡L(6V，3W）、L(6V，1W）、定值电阻R(18，5W）、电源（电动势12V，内阻不计）、电键等各一只，导线若干。试设计一电路是和都能正常发光。（93上海）将设计的电路图画出，电路图中要标明各元件的代号。按设计电路图，用笔画线（表示导线）完成如图所示仪器的连线。为了测量电压表的内阻r，采用了如图A所示的电路，电源电动势能为，电源内阻远小于电压表内阻，R为电阻箱的电阻。对于每个R值，电压表上总有一个示数U与之对应。测出了5组值，在图上得到个测量点。如图所示，由图可知：_，=_。为了测量电流表A的内阻，采用图所示的电路，其中电流表A的量程是0300A、内阻约为100（待测）；A是标准电流表，量程0200A；R为电阻箱，阻值范围0999.9；为电池，电动势3V、内阻不计；S为开关，S为单刀双掷开关。按电路图接好电路后，将可变电阻器R和电阻箱R适当调节后，将单刀双掷开关S扳到接点1处，接通开关S，调节可变电阻R，使两电表的读数都是150A；然后将单刀双掷开关S扳到接点2，调节电阻箱R，使标准电流表A的读数仍为150A。若此时电阻箱各旋钮位置如图所示，则电流表A1的内阻R=_；为了保证两块电流表的安全使用，限流电阻R的阻值应选()A100B150 C10kD15k可变电阻器R的电阻值应选( )A2kB5k C200D500量程为3的电压表，代号为，其内阻大约为3k。现要求测出该电压表内阻的精确值。实验室中可提供的器材有：取值范围为0.1到9999.9的电阻箱，代号为a，在本实验中通过电阻箱的电流不会超过所允许的最大电流；最大电阻为1000、最大电流为0.2的变阻器，代号为b；开路电压约为、内阻可忽略不计的电源，代号为；电键，代号为；供连接用的导线若干条。(00科研)选用这些器材设计一个易于操作的测量电路，要求画出线路图并标出所用器材的代号。列出测量步骤，写出计算电压表内阻的公式。给你一只内阻不计的恒定电源，但电压未知，一只已知电阻，一只未知电阻，一只内阻不计的电流表但量程合符要求，以及开关、导线等，用来测接在该恒定电源上时的消耗功率。画出测量线路图并写出简要测量步骤，以及的表达式 。03给你一个伏特表、一个电阻箱、电键及导线等，如何根据全电路欧姆定律测出一节旧电池的电动势和内电阻？(86sh)画出实验电路图。实验过程中，将电阻箱拨到45时，伏特表读数为0.90；若将电阻箱拨到如图所示_时，伏特表的读数如图16所示是_。根据以上实验数据，可以算出该节干电池的电动势_，内电阻_ 。图VU1VU2RxKK如图所示，先测出中伏特表的示数，在测出图中伏特表的示数，则得出：（）；R图V见图断开，记下电压表偏转的格数，合上，记下电压表偏转的格数（）；图略待测电阻，电流或安培表的示数，电阻箱；图略，；见图A1A2R2R1；、分别是安培表和的示数；2，短