电学设计型实验的特殊方法

电学设计型实验的特殊方法电学设计型实验的特殊方法 所谓设计型实验 就根据实验目的 运用掌握的物理规律 实验方 法 选择熟悉的仪器 器材设计实验方案 设计方案包括选用合适的实验方 法 选择配套的实验器材 安排正确的实验步骤 设计科学的数据处理方法 采用客观的误差分析方式 最后给予总结和评价 一 设计型实验的设计原则 1 科学性 科学的方案应有科学的依据及正确的方式 2 安全性 设计的方案实施时 应安全可靠 不会对仪器 器材千万危 害 3 精确性 实验误差应控制在允许范围之内 尽可能选择误差较小的方 案 4 可操作性 设计方案应便于操作 读数 便于进行数据处理和观察 同还要注意到 用两个总阻值大小不同的变阻器调节电路中的电流 当 它们串联使用时哪个是粗调 哪个是细调 并联使用时 哪个是粗调 哪个是 细调 二 设计型实验的设计方法 一 替代法 用一个标准的已知量替代被测量 并调整 此标准量 使整个测量系统恢复替代前的状态 则被测量等于标准量 用替代法可有效减小误差 通常是使用可直 接读数的电阻箱等效替代测电阻 如图 1 所示 对于电流表 的量程各有什么要求 电阻 箱 的阻值还需要远大于电阻箱 的阻值吗 哪个电阻箱用精度为 0 1 欧的合适 1 现有电流表 电压表 电阻箱 滑动变阻器 低压直流电源 单 刀单掷开关一个 单刀双掷开关一个 导线若干 要求用以上器材尽可能精 确地测量待测电阻的阻值 1 画出电路图 2 简要说明测量的主要步骤 2 为了测量电流表 G1的内阻 电路如图 2 所示 其中电流表 G1的量程 0 300 A 内阻约 100 G2为标准电流表 量程为 0 200 A R1 图 1 R3 图 2 为电阻箱 阻值范围 0 999 9 为电池 电动势 3V 内阻不计 S1为开 关 S2单刀双掷开关 按电路图接好电路后 将可变电阻器 R3和电阻箱 R1 适当调节后 将单刀双掷 S2扳到接点 1 处 接通开关 调节可变电阻 R2 使两电表的读数都是 150 A 然后将将单刀双掷 S2扳到接点 2 处 调节变 阻箱 R1 使标准电流表的读数仍为 150 A 若此时电阻箱的读数为 75 1 为了保证两块电流表的安全使用 限流电阻 R3的阻值应选 A 100 B 150 C 10k D 15k 2 可变电阻器的阻值应选 A 200 B 500 C 2k D 5k 3 现有电压表 电阻箱 滑动变阻器 低压直流电源 单刀单掷开关 一个 单刀双掷开关一个 导线若干 要求用以上器材尽可能精确地测量待 测电阻的阻值 1 画出电路图 2 简要说明测量的主要步骤 3 如果再有一块电流表 如可能精确地测量电压表的内阻 4 要测出一个未知电阻的阻值 Rx 现有如下器材 读数不准的电流 计 A 定值电阻 R0 电阻箱 R1 滑动变阻器 R2 单刀单掷开关 K1 单刀双 掷开关 K2 电源和导线 1 画出实验电路图 并在图上标出你所选用器材的代码 2 写出主要的实验操作步骤 二 比较法 通过对一些物理量的比较 从而达到同中求异的目的 即为比较法 明显的优点是 尽量少进行直接测量多运用比较的方法 以此减少由于测量 仪器的不准确而带来的误差 5 实验室中现有器材如实物图 3 所示 有 电池 电动势约 10V 内阻约 1 电流表A1 量程 10A 内阻 r1约为 0 2 电流表 A2 量 程 300mA 内阻 r2约为 5 电流表 A3 量程 250mA 内阻 r3约为 5 电 阻箱 R1 最大阻值 999 9 阻值最小改变量为 0 1 滑线变阻器 R2 最大 阻值 100 开关 S 导线若 干 要求用图 4 所示的电路 图 4 图 3 测定图中电流表 A 的内阻 1 在所给的三个电流表中 哪几个可用此电路精确测出其内阻 2 在可测的电流表中任选一个作为测量对象 在实物图上连成测量电路 3 你要读出的物理量是 用这些物理量表示待测内阻 的计算公式是 6 如图 5 所示 为测量电阻的电路中 RX为待测电阻 R 的阻值已知 R 为滑行变阻器 总阻值未知 电源电动势 未知 S1 S2均为单刀双掷开 关 A 是电流表 内电阻可以忽略不计 1 按图 5 1 所示的电路图 连接 实物图 2 测量 RX的步骤 将 S2向 d 闭合 S1向 闭合 记下电流表读 数 I1 再将 S2向 c 闭合 S1向 闭合 记下电流表读数 I2 计 算 RX的公式是 RX 7 现有一个阻 值为 10 0 的定值 电阻 一个 电键 若干 根导线和一 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某电源内阻的实验方案 已知电压表内阻 很大 电压表量程大于电源的电动势 电源的内阻约为几欧 要求 1 画出实验电路 2 简要写出完成接线后的实验步骤 3 写出计算电源内阻的表达式为 8 用图示的电路测定未知电阻 RX的值 图中电源电动势未知 电源 内阻和电流表的内阻均可忽略不计 R 为电阻箱 若要测得 RX的值 R 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 图 5 S1 S2 RX R R 图 5 1 A R RX 图 6 角度与通过的电流成正比 则在用此电路测 RX时 R 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 RX 答 三 半偏法 在实验过程中 让某块电表的第二次读数为第一读数的 1 2 然后运用 电路的相关知识规律列出计算式 即为半偏法 此种方法可以减少处理实验 数据过程中繁琐程度 简化了实验过程 9 如图 8 所示 是一种半偏法的电路 实验时接 通开关 S 调节电阻箱的阻值 记下电表指针指指示满量 程时的电阻 R 和半量程时的电阻 R 若略去电源内阻不 计 则 R 2R 如果待测电表的内阻比较小 电源内阻就不能忽 略 此时可心采取图 8 1 的电路 调节 R 使毫伏表 读数不变 调整半偏时 就对 R1和 R 协同调整 如果 R 100 的情况下 半偏法测量表头内电阻才误差较小 如果干路中增加一只毫安表 如图 9 1 所示 在实验中反复调整的阻 值 使毫安表读数维持不变 并使待测电表示数半偏 就不需要满足上述 的条件 12 电路图中 E 为电源 其电动势为 E R1为 滑动变阻器 R2为电阻箱 A 为电流表 用此电 路 经以下步骤可近似测得 A 的内阻 RA 闭合 K1 断开 K2 调节 R1 使电流表读数等于其量程 I0 保持 R1不变 闭合 K2 调节 R2 使电流表 读数等于 I0 2 然后读出 R2的值 取 RA R2 按照电路图在右边实物图所给 出的实物图中画出连接导线 真实值与测得值之差除以真实 值叫做测量结果的相对误差 即 试导出它与电源电动势 A A R RR 2 E 电流表量程 I0及电流表内阻 RA的关系式 若已知 I0 10mA 真实值 RA约为 30 要想使测量结果的相对误差不 大于 5 电源电动势最小应为多少伏 13 一块电流表 G 的内电阻约为 2 5 现要测量它的内电阻 提 供的器材有 A 待测电流表 G 量程 300 A B 电阻箱 R 0 9999 C 滑动变阻器 R 0 50 1 A 图 9 E A R1 R2 K2 K1 图 10 10 图 9 1 mA D 滑动变阻器 R 0 1 0 5 A E 电源 6 内阻不计 F 开关 S G 导线若干 1 滑动变阻器应选用 填序号 2 请你设计测量电流表G的内电阻的实验电路并画出电路图 要求方法简 捷 将图画在虚线框内 14 现有一只电阻箱 一个开关 若干导线和一只电流表 该电流表表 头上有刻度但无刻度值 请设计一个能测定其电源内阻的实验方案 已知电 流表内阻很小 电流表量程符合要求 电源内阻约为几欧 要求 1 画出实验电路图 2 简要写出完成接线后的实验步骤 3 写出用测得的量计算电源内阻的表达式 r 15 把电流表改装为电压表的实验中 分 3 个主要步骤 实验中给出的 器材有 电流表 量程 0 100 A 标准伏特表 量程 0 5V 电阻箱 0 9999 电阻箱 0 99999 电源 电动势 2V 有内阻 电源 电动势 6V 有内阻 滑动变阻器 0 50 额 定电流 1 5A 电键两只 导线若干 首先要用半偏法测定电流表的内阻 如果采用图 12 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 那么从以上给出的器材中 可变电阻 R1应选用 可变电阻 R2应选用 电源 E 应选用 该步实验操作的步骤有 A 合上 K1 B 合上 K2 C 观察 R1的阻值是否最 大 如果不是 将 R1的阻值调至最大 D 调节 R1的阻值 使电流表指针偏 转到满刻度 E 调节 R2的阻值 使电流表指针偏转到满刻度的一半 F 记下 R2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 中所得的 R2的阻值为 600 则图 1 中被测电流表的内阻 Rg 的测量值为 16 如图 8 所示的电路图 电源内阻不计 怎样用电阻箱和电流表测量 未知电阻 需要测几组数据 如果电源和电池的内电阻不能忽略时 能否测出如果电源和电池的内电阻不能忽略时 能否测出 待测电阻的阻值待测电阻的阻值 如果再给一个滑行变阻器呢 如果再给一个滑行变阻器呢 A R2 R1 K2 K1 E 图 12 17 有一只电压表 量程已知 内阻为 另有一电池 电动势未知 但不超过电压表量程 内阻可以忽略 还有一个开关和一些导线 设计出测 量某待测电阻 接近 的实验方法 画出电路图 测量什么数据 计 算式是怎样的 18 要比较准确地测量一个电阻 RX的阻值 大约几十欧姆 提供下列 器材 一个内阻为 500k 的电压表 其表面上有刻度但无刻度值 一个直流 电源 电动势比电压表的量程略小 其内阻可忽略不计 0 50 的滑动变阻 器一个 开关一个 导线若干 1 画出电路图 2 写出实验步骤 3 写出测量值表达式 19 量程为 3V 的电压表 代号为 V 其内阻大约为 3k 现要求测出 电表的内阻的精确值 实验室中可提供的器材有 取值范围为 0 1 9999 9 的电阻箱 代号为 Ra 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 最大阻值为 1000 最大电流为 0 A 的变阻器 代号为 Rb 开 路电压约为 5V 内阻可以忽略不计的电源 代号为 E 电键 代号为 S 供 连接用的导线若干条 1 设计一个易于操作的测量电路 要求画出电路图 2 写出主要实验步骤 3 写出测量电压表的内阻的表达式 20 有一电源 内阻较大 但不知其阻值 有两电压表 V1和 V2 已知 V1表的量程大于电源电动势 而 V2表的量程却比电源电动势稍小 但不知 两电表的内阻大小 要求用这两只电压表 若干导线 开关组成电路测量出 此电源的电动势 1 画出实验电路图 2 简述测量的方法及最终测量的表达式 21 现有一个阻值为 R0的定值电阻 一个电键 若干导线的一只电压表 该电压表表盘上有刻度但无刻度值 要求设计一个能测定电源内电阻的实验 已知电压表的内电阻很大 电压表的量程大于电源的电动势 电源的内电 阻约为几欧 要求 1 画出电路图 2 简要写出实验步骤 3 写出测量电源内电阻的表达式 22 现有一个内电阻不计的恒压电源 但电压未知 一只已知阻值为 R 的电阻 一只阻值未知的电阻 RX 一只内电阻可忽略不计的电流表 其量程 条例要求 以及电键 导线等 用来测量 RX接在恒压电源上时消耗的电功 率 PX 画出测量电路图 写出主要实验步骤 以及 PX表达式 23 从下列实验器材中选出适当的器材 设计测量电路来测量两个电流 表的内电阻 要求方法简捷 有尽可能高的测量精度 A 待测电流表 A1 量程 50mA 内电阻约为几十欧姆 B 待测电流表 A2 量程 30mA 内电阻约为几十欧姆 C 电压表 V 量程 15V 内电阻 r 15K D 电阻箱 R1 阻值范围 0 9999 9 E 电阻箱 R2 阻值范围 0 99 9 F 滑动变阻器 R3 阻值 0 150 额定电流 1 5A G 滑动变阻器 R4 阻值 0 20 额定电流 2A H 电阻 R0 阻值是 40 功率是 0 5W 作保护电阻用 I 电池组 电动势为 12V 内电阻约 0 5 此外还有单刀单掷开关 单刀双郑开关和导线若干 供需要选用 1 设计一个测量电路 画出电路图 2 选出必要的实验器材 3 说明实验需要测量的物理量 并列出计算两个电流表内电阻的计 算式 24 现有下列器材 电阻箱R 符号 电流表 符号为 电键S 符号为 导线若干 一节旧的干电池 符号为 要求用以上器材设计一电路