高中物理知识全解-6.15-电学实验的创新设计.

精品文档 1欢迎下载 高中物理知识全解高中物理知识全解 6 156 15 电学实验的创新设计电学实验的创新设计 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 0 5 V 内阻 2 0 k 电压表 V2 量程 0 15 V 内阻 3 0 k 电流表 A1 量程 0 0 3 A 内阻 2 0 电流表 A2 量程 0 6 A 内阻 0 4 滑动变阻器 R1 0 10 额定电流 2 A 滑动变阻器 R2 0 100 额定电流 0 5 A 固定电阻 R05 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 精品文档 2欢迎下载 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 I U 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 0 10mA 内阻 r1 约 为 500 C 电流表 A2 量程 0 500 A 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 I2 300 A 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 精品文档 3欢迎下载 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 0 0 5 A 内阻为 0 5 b 电流表 A2 0 0 6 A 内阻约 为 0 3 c 电阻箱 R1 0 9 999 9 最小调节量 0 1 d 电阻箱 R2 0 99 9 最小 调节量 0 1 e 滑动变阻器 R3 0 50 额定电流为 1 5 A f 滑动变阻器 R4 0 5 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 Rx 的阻值 900 1000 电源 E 具有一定内阻 电动势约为 9 0V 电压表 V1 量程为 1 5V 内阻 r1 750 电压表 V2 量程为 5V 内 阻 r2 2500 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 31 试画出测量电阻 Rx 的一种实验电路 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 精品文档 4欢迎下载 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 精品文档 5欢迎下载 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 g I 则闭合 2 S 后 由于并联后的总电阻 g RR 并 故闭合 2 S 后保 持滑动变阻器 R 不动 调节电阻箱 0 R 使 G 表半偏时的干路电路I g I 所以 G 表半偏时 实 际上流过电阻箱 0 R 的电流会大于流过 G 表的电流 所以实际上此时电阻箱的阻值 0 R max U 所以 U 表半偏时 实际上 在电阻箱 0 R 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阻值 0 R V 表 内阻 V R 即 RR 测真 注意 用此半偏法测某一电压表 V 的内阻时 为了减小误差 应使滑动变阻器R的阻值远 远小于 V 表的内阻 V R 同时应选用电动势较大的电源 电桥法 1 实验原理 替代法 用一个电阻箱替代被测电阻 调整电阻箱的