高中物理知识全解615电学实验的创新设计

1、高中物理知识全解 6.15 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

2、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

3、”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R1010，额定电流2 A滑动变阻器R20100 ，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

4、)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

5、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=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

6、(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，具有一定内

7、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

8、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G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，所以实际上此时电阻箱的阻值<G表内阻即：注意：用此半偏法测某一电流表G的内阻时，为了减小误差，应使滑动变阻器的阻值远远大于G表的内阻，同时应选用电动势较大的电源。2、半偏法测V表的内阻I、实验原理：II、误差分析：假设V表的满偏电压为，则断开后，并联总电阻，故断开后保持滑动变阻器R不动，调节电阻箱使V表半偏时的并联电压>,所以U表半偏时，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阻值>V表内阻，即：注意：用此半偏法测某一电压表